JP7501732B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description
この発明は、電力変換装置に関し、特に、複数の半導体スイッチング素子部を備える電力変換装置に関する。 This invention relates to a power conversion device, and in particular to a power conversion device equipped with multiple semiconductor switching element units.
従来、複数のスイッチングモジュール(半導体スイッチング素子部)を備える電力変換装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, power conversion devices equipped with multiple switching modules (semiconductor switching element units) are known (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1では、2つの素子を内部に収容するスイッチングモジュールを備える電力変換装置が開示されている。この電力変換装置では、複数(6個)のスイッチングモジュールが設けられている。また、この電力変換装置には、複数の電解コンデンサが設けられている。また、この電力変換装置には、複数のスイッチングモジュールと、複数の電解コンデンサとを接続する平板状のバスバーが設けられている。バスバーは、バスバーの表面に垂直な方向から見て、略T字形状を有する。略T字形状のバスバーは、横方向に沿った第1直線部と、第1直線部から分岐する縦方向に沿った第2直線部とを含む。そして、複数の電解コンデンサの端子は、第1直線部に接続されている。また、複数のスイッチングモジュールは、第2直線部に接続されている。 The above-mentioned Patent Document 1 discloses a power conversion device including a switching module that houses two elements inside. In this power conversion device, multiple (six) switching modules are provided. In addition, this power conversion device is provided with multiple electrolytic capacitors. In addition, this power conversion device is provided with a flat bus bar that connects the multiple switching modules and the multiple electrolytic capacitors. When viewed from a direction perpendicular to the surface of the bus bar, the bus bar has an approximately T-shape. The approximately T-shaped bus bar includes a first straight portion along the horizontal direction and a second straight portion along the vertical direction that branches off from the first straight portion. The terminals of the multiple electrolytic capacitors are connected to the first straight portion. In addition, the multiple switching modules are connected to the second straight portion.
また、上記特許文献1には明確には記載されていないが、電解コンデンサは、略円筒形状を有すると考えられる。また、電解コンデンサは、平板形状のバスバーの表面に対して垂直な方向に延びるように、平板形状のバスバーに接続されている。また、スイッチングモジュールは、略長方形形状(略平板形状)を有する。そして、複数のスイッチングモジュールは、略平板形状のスイッチングモジュールが、平板形状のバスバーの表面に沿った方向に沿うように、配置されている。つまり、複数のスイッチングモジュールは、略円筒形状の電解コンデンサの側面に直交する方向に沿うように配置されている。 Although not clearly stated in the above Patent Document 1, the electrolytic capacitor is considered to have a substantially cylindrical shape. The electrolytic capacitor is connected to the flat busbar so as to extend in a direction perpendicular to the surface of the flat busbar. The switching module has a substantially rectangular shape (substantially flat shape). The multiple switching modules are arranged so that the substantially flat switching modules are aligned along the direction along the surface of the flat busbar. In other words, the multiple switching modules are arranged along a direction perpendicular to the side of the substantially cylindrical electrolytic capacitor.
しかしながら、上記特許文献1に記載の電力変換装置では、複数のスイッチングモジュールは、略円筒形状の電解コンデンサの側面に直交する方向に沿うように配置されているため、バスバーの表面に垂直な方向から見て、電力変換装置の大きさ(電解コンデンサと複数のスイッチングモジュールとが配置される領域)が比較的大きくなるという問題点がある。また、複数の電解コンデンサの端子は、第1直線部に接続されており、複数(6個)のスイッチングモジュールは、第2直線部に接続されている。このため、第2直線部の電解コンデンサに近い側に配置されているスイッチングモジュールと、第2直線部の電解コンデンサに遠い側に配置されているスイッチングモジュールとでは、電解コンデンサまでの電流の流れる経路の長さが異なるため、複数のスイッチングモジュールの間において、電流の流れがアンバランスになるという問題点があると考えられる。 However, in the power conversion device described in Patent Document 1, the multiple switching modules are arranged in a direction perpendicular to the side of the approximately cylindrical electrolytic capacitor, which causes a problem that the size of the power conversion device (the area in which the electrolytic capacitor and multiple switching modules are arranged) is relatively large when viewed from a direction perpendicular to the surface of the busbar. In addition, the terminals of the multiple electrolytic capacitors are connected to the first straight section, and multiple (six) switching modules are connected to the second straight section. For this reason, the length of the path through which current flows to the electrolytic capacitor differs between the switching module arranged on the side of the second straight section closer to the electrolytic capacitor and the switching module arranged on the side of the second straight section farther from the electrolytic capacitor, which is thought to cause a problem of unbalanced current flow between the multiple switching modules.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減することが可能な電力変換装置を提供することである。 This invention was made to solve the above problems, and one objective of the invention is to provide a power conversion device that can reduce the imbalance of current flow while preventing the device from becoming too large.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による電力変換装置は、コンデンサと、コンデンサの端子が配置される端子配置面と、複数の半導体スイッチング素子部を含み、コンデンサの電圧を変換する電力変換部と、半導体スイッチング素子部と、コンデンサとを電気的に接続するバスバーと、とを備え、複数の半導体スイッチング素子部は、端子に対して線対称となる端子配置面に交差するコンデンサの側面に沿うように、側面において端子配置面の近傍に配置されており、バスバーは、端子配置面と、コンデンサの両方の側面の領域とを覆う略U字形状を有しており、複数の半導体スイッチング素子部は、コンデンサの側面と、バスバーと、の間に配置されている。 In order to achieve the above-mentioned object, a power conversion device according to a first aspect of the present invention comprises a capacitor , a terminal arrangement surface on which terminals of the capacitor are arranged , a power conversion section including a plurality of semiconductor switching element sections and converting a voltage of the capacitor , and a bus bar electrically connecting the semiconductor switching element sections to the capacitor , wherein the plurality of semiconductor switching element sections are arranged on a side surface near the terminal arrangement surface so as to follow a side surface of the capacitor that intersects with the terminal arrangement surface which is linearly symmetrical with respect to the terminal , the bus bar has a generally U-shaped configuration covering the terminal arrangement surface and areas of both side surfaces of the capacitor , and the plurality of semiconductor switching element sections are arranged between the side surface of the capacitor and the bus bar .
この発明の第1の局面による電力変換装置では、上記のように、複数の半導体スイッチング素子部は、直線状に配置された端子に対して線対称となる端子配置面に交差するコンデンサの側面に沿うように、側面において端子配置面の近傍に配置されている。これにより、複数の半導体スイッチング素子部がコンデンサの側面に沿うように配置されているので、端子配置面に垂直な方向から見て、コンデンサおよび複数の半導体スイッチング素子部が配置される領域を比較的小さくすることができる。その結果、電力変換装置が大型化するのを抑制することができる。また、端子に対して線対称となるコンデンサの側面に沿うように半導体スイッチング素子部が配置されるので、線対称となる側面の一方側に配置される半導体スイッチング素子部とコンデンサの端子との間の電流が流れる経路の長さ(距離)と、線対称となる側面の他方側に配置される半導体スイッチング素子部とコンデンサの端子との間の電流が流れる経路の長さとを容易に同じにすることができる。これらによって、大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減することができる。 In the power converter according to the first aspect of the present invention, as described above, the semiconductor switching element units are arranged in the vicinity of the terminal arrangement surface on the side surface so as to be along the side surface of the capacitor that intersects with the terminal arrangement surface that is line-symmetrical with respect to the terminals arranged in a straight line. As a result, since the semiconductor switching element units are arranged along the side surface of the capacitor , the area in which the capacitor and the semiconductor switching element units are arranged can be made relatively small when viewed from a direction perpendicular to the terminal arrangement surface. As a result, the power converter can be prevented from becoming large. Furthermore , since the semiconductor switching element units are arranged along the side surface of the capacitor that is line-symmetrical with respect to the terminal, the length (distance) of the path through which current flows between the semiconductor switching element units arranged on one side of the line-symmetrical side surface and the terminal of the capacitor can be easily made the same as the length of the path through which current flows between the semiconductor switching element units arranged on the other side of the line-symmetrical side surface and the terminal of the capacitor. As a result, the imbalance of the current flow can be reduced while preventing the device from becoming large.
また、複数の半導体スイッチング素子部は、コンデンサの側面において端子配置面の近傍に配置されているので、複数の半導体スイッチング素子部とコンデンサとの間の距離が比較的小さくなる。また、半導体スイッチング素子部の端子とコンデンサの端子とは、導線などと比較してインダクタンスの小さいバスバーにより接続されている。これらにより、複数の半導体スイッチング素子部とコンデンサとの間のインダクタンスを低減することができる。これにより、スイッチングの際に発生するサージ電圧を低減することができる。また、サージ電圧を低減するためのスナバコンデンサを設ける必要がない程度まで、サージ電圧が低減されれば、スナバコンデンサを設けることに起因するバスバーの構成の複雑化を抑制することができる。これにより、バスバーなど部品の交換を容易に行うことができる。また、略U字形状のバスバーが対向する部分が比較的大きくなるので、インダクタンスをより低減することができる。 In addition, since the semiconductor switching element units are arranged near the terminal arrangement surface on the side surface of the capacitor , the distance between the semiconductor switching element units and the capacitor is relatively small. Furthermore, the terminals of the semiconductor switching element units and the terminals of the capacitor are connected by a bus bar having a smaller inductance than a conductor wire or the like. As a result, the inductance between the semiconductor switching element units and the capacitor can be reduced. This reduces the surge voltage generated during switching. Furthermore, if the surge voltage is reduced to a level where it is not necessary to provide a snubber capacitor for reducing the surge voltage, the complication of the bus bar configuration caused by providing a snubber capacitor can be suppressed. This makes it easy to replace parts such as the bus bar . Furthermore , since the portion where the approximately U-shaped bus bar faces each other becomes relatively large, the inductance can be further reduced.
上記第1の局面による電力変換装置において、好ましくは、複数の半導体スイッチング素子部は、複数の半導体スイッチング素子部の各々とコンデンサとの間のインピーダンスが、略等しくなるように、端子配置面に対して一方側と他方側との両方の側面に配置されている。このように構成すれば、複数の半導体スイッチング素子部の各々において発生するサージ電圧の大きさのアンバランスを低減することができる。 In the power conversion device according to the first aspect, the semiconductor switching element units are preferably arranged on both sides of the terminal arrangement surface such that impedances between the capacitor and each of the semiconductor switching element units are substantially equal. With this configuration, it is possible to reduce imbalance in the magnitude of surge voltages generated in each of the semiconductor switching element units.
この場合、好ましくは、コンデンサの正側端子の一方側に配置される一方側半導体スイッチング素子部の正側端子と、コンデンサの端子との間のバスバー上における距離は、コンデンサの正側端子の他方側に配置される他方側半導体スイッチング素子部の正側端子と、コンデンサの端子との間のバスバー上における距離と略等しく、一方側半導体スイッチング素子部の負側端子と、コンデンサの端子との間のバスバー上における距離は、他方側半導体スイッチング素子部の負側端子と、コンデンサの端子との間のバスバー上における距離と略等しい。このように構成すれば、上記の距離を略等しくするだけで、容易に、複数の半導体スイッチング素子部の各々とコンデンサとの間のインピーダンスを略等しくすることができる。 In this case, preferably, the distance on the busbar between the positive terminal of the one-side semiconductor switching element unit arranged on one side of the positive terminal of the capacitor and the terminal of the capacitor is approximately equal to the distance on the busbar between the positive terminal of the other-side semiconductor switching element unit arranged on the other side of the positive terminal of the capacitor and the terminal of the capacitor, and the distance on the busbar between the negative terminal of the one-side semiconductor switching element unit and the terminal of the capacitor is approximately equal to the distance on the busbar between the negative terminal of the other-side semiconductor switching element unit and the terminal of the capacitor . With this configuration, it is possible to easily make the impedance between each of the multiple semiconductor switching element units and the capacitor approximately equal by simply making the above distances approximately equal.
上記第1の局面による電力変換装置において、好ましくは、バスバーは、複数の半導体スイッチング素子部に対して共通に設けられている。 In the aforementioned power conversion device according to the first aspect, the bus bar is preferably provided in common to the plurality of semiconductor switching element portions.
上記第1の局面による電力変換装置において、好ましくは、コンデンサの端子に対して、一方側の側面に配置される半導体スイッチング素子部のコンデンサに対する高さ位置と、他方側の側面に配置される半導体スイッチング素子部の、コンデンサに対する高さ位置とは、略等しい。このように構成すれば、複数の半導体スイッチング素子部の各々とコンデンサの端子との間の距離(電流が流れる経路の距離)を容易に略等しくすることができる。 In the power conversion device according to the first aspect, the height position of the semiconductor switching element unit arranged on one side relative to the capacitor and the height position of the semiconductor switching element unit arranged on the other side relative to the capacitor are preferably substantially equal. With this configuration, the distances between each of the plurality of semiconductor switching element units and the capacitor terminals (the distances of the paths through which current flows) can be easily made substantially equal.
上記第1の局面による電力変換装置において、好ましくは、バスバーの表面に設けられ、冷却水が流通する冷却パイプ部をさらに備える。このように構成すれば、バスバーに大電流が流れることに起因して、バスバーの発熱量が大きくなった場合でも、冷却水が流通する冷却パイプ部により、バスバーからの放熱を効果的に行うことができる。
上記第1の局面による電力変換装置において、好ましくは、コンデンサの側面には、冷却板が配置されており、半導体スイッチング素子部は、冷却板の表面上に配置されている。
この発明の第2の局面による電力変換装置は、コンデンサと、コンデンサの端子が配置される端子配置面と、複数の半導体スイッチング素子部を含み、コンデンサの電圧を変換する電力変換部と、端子と、半導体スイッチング素子部とを電気的に接続するバスバーと、とを備え、複数の半導体スイッチング素子部は、端子に対して線対称となる端子配置面に交差するコンデンサの側面に沿うように、側面において端子配置面の近傍に配置されており、複数の半導体スイッチング素子部と、コンデンサの側面との間には、半導体スイッチング素子部を冷却する冷却板が配置されており、バスバーは、複数の半導体スイッチング素子部に対して共通に設けられている。
上記第2の局面による電力変換装置において、好ましくは、バスバーは、端子配置面と、コンデンサの両方の側面の領域とを覆う略U字形状を有しており、複数の半導体スイッチング素子部は、コンデンサの側面と、バスバーと、の間に配置されている。
The power conversion device according to the first aspect preferably further includes a cooling pipe section provided on a surface of the bus bar and through which cooling water flows. With this configuration, even if the amount of heat generated by the bus bar increases due to a large current flowing through the bus bar, the cooling pipe section through which the cooling water flows can effectively dissipate heat from the bus bar.
In the aforementioned power conversion device according to the first aspect, a cooling plate is preferably arranged on a side surface of the capacitor, and the semiconductor switching element portion is arranged on a surface of the cooling plate.
A power conversion device according to a second aspect of the present invention includes a capacitor, a terminal arrangement surface on which terminals of the capacitor are arranged, a power conversion section including a plurality of semiconductor switching element sections and converting a voltage of the capacitor, and a bus bar electrically connecting the terminal and the semiconductor switching element sections, wherein the plurality of semiconductor switching element sections are arranged on a side surface near the terminal arrangement surface so as to follow a side surface of the capacitor that intersects with the terminal arrangement surface which is linearly symmetrical with respect to the terminal, a cooling plate for cooling the semiconductor switching element sections is arranged between the plurality of semiconductor switching element sections and the side surface of the capacitor , and the bus bar is provided in common to the plurality of semiconductor switching element sections .
In the power conversion device according to the second aspect described above, the bus bar preferably has a generally U-shape covering the terminal arrangement surface and both side surface areas of the capacitor, and the plurality of semiconductor switching element portions are arranged between the side surface of the capacitor and the bus bar.
本発明によれば、上記のように、大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減することができる。 According to the present invention, as described above, it is possible to reduce the imbalance in the current flow while suppressing the increase in size.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
[本実施形態]
図1~図5を参照して、本実施形態による電力変換装置100の構成について説明する。なお、電力変換装置100は、たとえば、誘導加熱により金属の溶解を行う溶解炉に用いられる誘導加熱装置用の電力変換装置100である。電力変換装置100は、半導体スイッチング素子31を用いて、交流電源200から交流を生成するように構成されている。また、交流電源200は、複数(たとえば、2つ)設けられている。
[Present embodiment]
The configuration of a
(電力変換装置の回路構成)
図1を参照して、電力変換装置100の回路構成について説明する。電力変換装置100は、複数の整流回路10(整流回路10a~10d)を備えている。整流回路10は、交流電源200から入力される交流電圧を、直流電圧に変換する。整流回路10は、1つの交流電源200に対して複数設けられている。
(Circuit configuration of power conversion device)
The circuit configuration of the
また、電力変換装置100は、複数の平滑コンデンサ20(平滑コンデンサ20a~20d)を備えている。平滑コンデンサ20は、交流電圧を整流する整流回路10の出力側に接続されている。平滑コンデンサ20は、整流回路10毎に設けられている。図1には、図示しないが、平滑コンデンサ20は、複数のコンデンサが直列接続または並列接続されて構成される場合もある。
The
電力変換装置100は、複数のインバータ部30(インバータ部30a~30d)を備えている。インバータ部30は、整流回路10に平滑された直流電圧を、交流電圧に変換する。そして、変換された交流電圧が、インバータ部30から、誘導加熱コイル210に出力される。また、この例では、インバータ部30は、整流回路10毎に設けられているが、1つの整流回路10および1つの平滑コンデンサ20に対して、複数のインバータ部30が接続されていてもよい。なお、インバータ部30(インバータ部30a~30d)は、特許請求の範囲の「電力変換部」の一例である。
The
また、平滑コンデンサ20とインバータ部30とによって、スタック(回路ユニット)40が構成されている。また、スタック40は、複数(スタック40a~40d)設けられている。
The smoothing
また、インバータ部30は、複数の半導体スイッチング素子31(半導体スイッチング素子31a~31d)を含む。なお、半導体スイッチング素子31aおよび半導体スイッチング素子31bは、1つの半導体モジュール32(半導体モジュール32a)に収容されている。また、半導体スイッチング素子31cおよび半導体スイッチング素子31dは、1つの半導体モジュール32(半導体モジュール32b)に収容されている。そして、図1には、図示しないが、半導体モジュール32aおよび半導体モジュール32bは、各々、6並列分設けられている。また、半導体スイッチング素子31a~31dにより、フルブリッジ回路が構成されている。なお、半導体モジュール32は、特許請求の範囲の「半導体スイッチング素子部」の一例である。また、半導体モジュール32aおよび半導体モジュール32bは、それぞれ、特許請求の範囲の「一方側半導体スイッチング素子部」および「他方側半導体スイッチング素子部」の一例である。
The
そして、整流回路10aのアノード側とカソード側とが、それぞれ、整流回路10cのアノード側とカソード側とに電気的に接続されている。また、整流回路10bのアノード側とカソード側とが、それぞれ、整流回路10dのアノード側とカソード側とに電気的に接続されている。
The anode and cathode sides of the
また、平滑コンデンサ20aの正極側と負極側とが、それぞれ、平滑コンデンサ20cの正極側と負極側とに電気的に接続されている。また、平滑コンデンサ20bの正極側と負極側とが、それぞれ、平滑コンデンサ20dの正極側と負極側とに電気的に接続されている。
The positive and negative poles of smoothing capacitor 20a are electrically connected to the positive and negative poles of smoothing
また、インバータ部30a(インバータ部30c)の半導体スイッチング素子31aと半導体スイッチング素子31bとの接続点と、誘導加熱コイル210の一方端側とが電気的に接続されている。また、インバータ部30b(インバータ部30d)の半導体スイッチング素子31cと半導体スイッチング素子31dとの接続点と、誘導加熱コイル210の他方端側とが電気的に接続されている。
The connection point between the
また、インバータ部30aの半導体スイッチング素子31cおよび半導体スイッチング素子31dの接続点と、インバータ部30bの半導体スイッチング素子31aおよび半導体スイッチング素子31bの接続点とが電気的に接続されている。つまり、スタック40aとスタック40bとが直列に電気的に接続される。また、インバータ部30cの半導体スイッチング素子31cおよび半導体スイッチング素子31dの接続点と、インバータ部30dの半導体スイッチング素子31aおよび半導体スイッチング素子31bの接続点とが電気的に接続されている。つまり、スタック40cとスタック40dとが直列に接続される。これにより、電力変換装置100の出力電圧を大きくすることが可能になる。
In addition, the connection point between the
(スタックの具体的な構造)
次に、図2~図5を参照して、スタック40の具体的な構造について説明する。
(Specific structure of stack)
Next, a specific structure of the
図2および図3に示すように、平滑コンデンサ20は、略直方体形状を有するフィルムコンデンサからなる。そして、図3に示すように、平滑コンデンサ20は、平滑コンデンサ20の端子21が直線状に配置される端子配置面22を含む。端子配置面22は、平滑コンデンサ20のZ1方向側の面である。また、端子21は、正側端子21pと負側端子21nとを含む。正側端子21pと負側端子21nとは、端子配置面22上において、X方向に沿って、交互に配置されている。
As shown in Figs. 2 and 3, the smoothing
半導体モジュール32は、正側端子32pと負側端子32nと出力端子32oとを含む。正側端子32pと負側端子32nと出力端子32oとは、この順で、Z1方向側からZ2方向側に向かって配置されている。
The
ここで、本実施形態では、半導体モジュール32は、直線状に配置された端子21に対して線対称となる端子配置面22に交差する平滑コンデンサ20の側面23に沿うように配置されている。また、半導体モジュール32は、側面23において端子配置面22の近傍に配置されている。具体的には、複数の半導体モジュール32のうち、たとえば、6並列(6つ)の半導体モジュール32aが、平滑コンデンサ20のY1方向側の側面23aにX方向に沿って配置されている。また、図4に示すように、6並列(6つ)の半導体モジュール32bが、平滑コンデンサ20のY2方向側の側面23bにX方向に沿って配置されている。また、半導体モジュール32は、半導体モジュール32の表面(正側端子32pと負側端子32nと出力端子32oとが設けられる面)が、側面23に沿うように配置されている。
Here, in this embodiment, the
また、図3に示すように、半導体モジュール32は、Z方向において、端子配置面22の近傍に配置されている。たとえば、半導体モジュール32は、Z方向におる半導体モジュール32の中央Cよりも、Z1方向側に配置されている。
As shown in FIG. 3, the
平滑コンデンサ20の側面23には、金属板などからなる冷却板24が配置されている。そして、半導体モジュール32は、冷却板24の表面上に配置されている。また、図4に示すように、冷却板24の平滑コンデンサ20側の表面には、冷却水が流通する冷却パイプ部25が設けられている。冷却パイプ部25を流通する冷却水によって、冷却板24を介して、半導体モジュール32が冷却される。
A cooling
また、本実施形態では、図4に示すように、平滑コンデンサ20の端子21に対して、一方側の側面23aに配置される半導体モジュール32aの平滑コンデンサ20に対する高さ位置h1と、他方側の側面23bに配置される半導体モジュール32bの、平滑コンデンサ20に対する高さ位置h2とは、略等しい。具体的には、半導体モジュール32aのZ1方向側の端部の高さ位置h1と、半導体モジュール32bのZ1方向側の端部の高さ位置h2とは、略等しい。また、6つの半導体モジュール32aの高さ位置h1は、互いに等しい。また、6つの半導体モジュール32bの高さ位置h2は、互いに等しい。
In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the height position h1 of the
また、図3に示すように、スタック40には、正側バスバー50が設けられている。正側バスバー50は、半導体モジュール32の正側端子32pと平滑コンデンサ20の正側端子21pとに電気的に接続される。スタック40には、負側バスバー60が設けられている。負側バスバー60は、半導体モジュール32の負側端子32nと平滑コンデンサ20の負側端子21nとに電気的に接続される。なお、「バスバー」とは、大容量の電流を流す導体であり、銅などにより構成されている。
As shown in FIG. 3, the
ここで、本実施形態では、複数の半導体モジュール32は、複数の半導体モジュール32の各々と、平滑コンデンサ20との間のインピーダンス(各インピーダンス)が、略等しくなるように、端子配置面22に対して一方側の側面23aと他方側の側面23bとの両方に配置されている。
In this embodiment, the
具体的には、本実施形態では、図4に示すように、平滑コンデンサ20の端子21の一方側(側面23a)に配置される半導体モジュール32aの正側端子32pと、平滑コンデンサ20の端子21との間の正側バスバー50上における距離L1(図4の一点鎖線により示される距離)は、平滑コンデンサ20の端子21の他方側(側面23b)に配置される半導体モジュール32bの正側端子32pと、平滑コンデンサ20の端子21との間の正側バスバー50上における距離L2と略等しい。また、半導体モジュール32aの負側端子32nと、平滑コンデンサ20の端子21との間の負側バスバー60上における距離L11は、半導体モジュール32bの負側端子32nと、平滑コンデンサ20の端子21との間の負側バスバー60上における距離L12と略等しい。詳細には、半導体モジュール32aの正側端子32pと、平滑コンデンサ20の正側端子21pとの間の正側バスバー50上における距離L1は、半導体モジュール32bの正側端子32pと、平滑コンデンサ20の正側端子21pとの間の正側バスバー50上における距離L2と略等しい。また、半導体モジュール32aの負側端子32nと、平滑コンデンサ20の負側端子21nとの間の負側バスバー60上における距離L11は、半導体モジュール32bの負側端子32nと、平滑コンデンサ20の負側端子21nとの間の負側バスバー60上における距離L12と略等しい。なお、「正側バスバー50上における距離」とは、正側バスバー50上における、半導体モジュール32の正側端子32pと、平滑コンデンサ20の正側端子21pとの最短距離を意味する。「負側バスバー60上における距離」の意味も、同様である。
Specifically, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the distance L1 (distance shown by the dashed line in FIG. 4) on the
また、本実施形態では、図3に示すように、正側バスバー50および負側バスバー60は、各々、複数の半導体モジュール32に対して共通に設けられている。そして、図4に示すように、正側バスバー50および負側バスバー60は、各々、端子配置面22と、平滑コンデンサ20の両方の側面23aおよび側面23bの領域とを覆う略U字形状を有する。具体的には、平滑コンデンサ20に対して、正側バスバー50と負側バスバー60とがこの順で積層されている。つまり、略U字形状の負側バスバー60の内側に、略U字形状の正側バスバー50が配置されている。また、正側バスバー50と負側バスバー60とは、各々、1つの金属板が折り曲げられることにより形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
また、図5に示すように、正側バスバー50と負側バスバー60との間には、絶縁紙70が配置されている。絶縁紙70は、複数設けられている。
As shown in FIG. 5, insulating
また、図4に示すように、正側バスバー50は、Y方向に沿って延びる第1部分51と、第1部分51のY方向の両端部から、Z2方向側に向かって延びる第2部分52とを含む。また、負側バスバー60は、Y方向に沿って延びる第1部分61と、第1部分61のY方向の両端部から、Z2方向側に向かって延びる第2部分62とを含む。そして、正側バスバー50の第1部分51のY方向に沿った長さL21は、負側バスバー60の第1部分61のY方向に沿った長さL22よりも小さい。また、正側バスバー50の第2部分52のZ方向に沿った長さL31は、負側バスバー60の第2部分62のZ方向に沿った長さL32よりも小さい。
As shown in FIG. 4, the
正側バスバー50は、半導体モジュール32aの正側端子32pと半導体モジュール32bの正側端子32pとに接続される脚部53を有する。また、負側バスバー60は、半導体モジュール32aの負側端子32nと半導体モジュール32bの負側端子32nとに接続される脚部63を有する。正側バスバー50の脚部53は、半導体モジュール32の正側端子32pにネジ80により接続されている。また、負側バスバー60の脚部63は、半導体モジュール32の負側端子32nにネジ80により接続されている。また、脚部53および脚部63は、Y方向に沿うように設けられている。また、正側バスバー50の脚部53のY方向に沿った長さL41は、負側バスバー60の脚部63のY方向に沿った長さL42よりも小さい。
The
正側バスバー50の第1部分51と、負側バスバー60の第1部分61との間のZ方向に沿った間隔D1は、比較的小さい。また、正側バスバー50の第2部分52と、負側バスバー60の第2部分62との間のY方向に沿った間隔D2は、比較的小さい。一方、正側バスバー50の脚部53と、負側バスバー60の脚部63との間のZ方向に沿った間隔D3は、比較的大きい。しかしながら、正側バスバー50の全領域のうち、負側バスバー60との間の間隔が比較的大きくなる部分が、脚部53のみ(比較的小さい領域のみ)である。これにより、正側バスバー50と負側バスバー60とが積層されることによる、正側バスバー50および負側バスバー60の低インダクタンス化の効果に対する脚部53(脚部63)の影響は小さい。
The distance D1 in the Z direction between the
また、図5に示すように、正側バスバー50には、複数の孔部54が設けられている。また、負側バスバー60には、複数の孔部64が設けられている。また、絶縁紙70には、複数の孔部71が設けられている。そして、Z1方向側から、負側バスバー60の孔部64と絶縁紙70の孔部71と正側バスバー50とを介して、ネジ80が平滑コンデンサ20の正側端子21pに螺合される。これにより、正側バスバー50が平滑コンデンサ20の正側端子21pに接続される。また、Z1方向側から、負側バスバー60と絶縁紙70の孔部71と正側バスバー50の孔部54とを介して、ネジ80が平滑コンデンサ20の負側端子21nに螺合される。これにより、負側バスバー60が平滑コンデンサ20の負側端子21nに接続される。
As shown in FIG. 5, the
また、本実施形態では、正側バスバー50と負側バスバー60とのうちの少なくとも一方(本実施形態では、両方)の表面には、冷却水が流通する冷却パイプ部81が設けられている。正側バスバー50には、略U字形状の正側バスバー50の第2部分52の内側に、冷却パイプ部81pが設けられている。また、負側バスバー60には、略U字形状の負側バスバー60の第2部分52の外側に、冷却パイプ部81nが設けられている。冷却パイプ部81p(冷却パイプ部81n)は、正側バスバー50の第2部分52(負側バスバー60の第2部分52)に対して、略環状に設けられている。
In addition, in this embodiment, a
上記のように、半導体モジュール32を平滑コンデンサ20の側面23において端子配置面22の近傍に配置すること、複数の半導体モジュール32の各々と平滑コンデンサ20との間のインピーダンスを略等しくすること、正側バスバー50と負側バスバー60とを積層することなどによって、複数の半導体モジュール32の各々と平滑コンデンサ20との間のインダクタンスが、約10nH以下に抑えられている。これにより、サージ電圧を低減するためのスナバコンデンサを設ける必要がない。
As described above, by arranging the
[本実施形態の効果]
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effects of this embodiment]
In this embodiment, the following effects can be obtained.
本実施形態では、上記のように、複数の半導体モジュール32は、直線状に配置された端子21に対して線対称となる端子配置面22に交差する平滑コンデンサ20の側面23に沿うように、側面23において端子配置面22の近傍に配置されている。これにより、複数の半導体モジュール32が平滑コンデンサ20の側面23に沿うように配置されているので、端子配置面22に垂直な方向から見て、平滑コンデンサ20および複数の半導体モジュール32が配置される領域を比較的小さくすることができる。その結果、電力変換装置100が大型化するのを抑制することができる。また、直線状に配置された端子21に対して線対称となる平滑コンデンサ20の側面23に沿うように半導体モジュール32が配置されるので、線対称となる側面23の一方側に配置される半導体モジュール32と平滑コンデンサ20の端子21との間の電流が流れる経路の長さ(距離)と、線対称となる側面23の他方側に配置される半導体モジュール32と平滑コンデンサ20の端子21との間の電流が流れる経路の長さとを容易に同じにすることができる。これらによって、大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減することができる。
In this embodiment, as described above, the
また、複数の半導体モジュール32は、平滑コンデンサ20の側面23において端子配置面22の近傍に配置されているので、複数の半導体モジュール32と平滑コンデンサ20との間の距離が比較的小さくなる。また、半導体モジュール32の端子(正側端子32p、負側端子32n)と平滑コンデンサ20の端子21とは、導線などと比較してインダクタンスの小さいバスバー(正側バスバー50および負側バスバー60)により接続されている。これらにより、複数の半導体モジュール32と平滑コンデンサ20との間のインダクタンスを低減することができる。これにより、スイッチングの際に発生するサージ電圧を低減することができる。また、サージ電圧を低減するためのスナバコンデンサを設ける必要がない程度まで、サージ電圧が低減されれば、スナバコンデンサを設けることに起因する正側バスバー50および負側バスバー60の構成の複雑化を抑制することができる。これにより、正側バスバー50および負側バスバー60など部品の交換を容易に行うことができる。
In addition, since the
また、本実施形態では、上記のように、複数の半導体モジュール32は、複数の半導体モジュール32の各々と平滑コンデンサ20との間のインピーダンスが、略等しくなるように、端子配置面22に対して一方側と他方側との両方の側面23に配置されている。これにより、複数の半導体モジュール32の各々において発生するサージ電圧の大きさのアンバランスを低減することができる。
In addition, in this embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、平滑コンデンサ20の正側端子21pの一方側に配置される半導体モジュール32aの正側端子32pと、平滑コンデンサ20の端子21との間の正側バスバー50上における距離L1は、平滑コンデンサ20の正側端子21pの他方側に配置される半導体モジュール32bの正側端子32pと、平滑コンデンサ20の端子21との間の正側バスバー50上における距離L2と略等しい。また、半導体モジュール32aの負側端子32nと、平滑コンデンサ20の端子21との間の負側バスバー60上における距離L11は、半導体モジュール32bの負側端子32nと、平滑コンデンサ20の端子21との間の負側バスバー60上における距離L12と略等しい。これにより、上記の距離を略等しくするだけで、容易に、複数の半導体モジュール32の各々と平滑コンデンサ20との間のインピーダンスを略等しくすることができる。
In addition, in this embodiment, as described above, the distance L1 on the
また、本実施形態では、上記のように、正側バスバー50および負側バスバー60は、各々、複数の半導体モジュール32に対して共通に設けられているとともに、端子配置面22と、平滑コンデンサ20の両方の側面23の領域とを覆う略U字形状を有する。これにより、略U字形状の正側バスバー50と略U字形状の負側バスバー60とが対向する部分が比較的大きくなるので、インダクタンスをより低減することができる。
In addition, in this embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、平滑コンデンサ20の端子21に対して、一方側の側面23aに配置される半導体モジュール32aの平滑コンデンサ20に対する高さ位置h1と、他方側の側面23bに配置される半導体モジュール32bの、平滑コンデンサ20に対する高さ位置h2とは、略等しい。これにより、複数の半導体モジュール32の各々と平滑コンデンサ20の端子21との間の距離(電流が流れる経路の距離)を容易に略等しくすることができる。
In addition, in this embodiment, as described above, the height position h1 of the
また、本実施形態では、上記のように、正側バスバー50と負側バスバー60とのうちの少なくとも一方の表面に、冷却水が流通する冷却パイプ部81を設ける。これにより、正側バスバー50と負側バスバー60とのうちの少なくとも一方に大電流が流れることに起因して、正側バスバー50と負側バスバー60とのうちの少なくとも一方の発熱量が大きくなった場合でも、冷却水が流通する冷却パイプ部81により、正側バスバー50と負側バスバー60とのうちの少なくとも一方からの放熱を効果的に行うことができる。
In addition, in this embodiment, as described above, a
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Variations]
It should be noted that the embodiments disclosed herein are illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the description of the embodiments above, and further includes all modifications (variations) within the meaning and scope of the claims.
たとえば、上記実施形態では、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間の距離が略等しくされることにより、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間のインピーダンスが略等しくなる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間のバスバーの断面積などを調整することにより、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間のインピーダンスを略等しくしてもよい。 For example, in the above embodiment, an example was shown in which the impedance between each of the multiple semiconductor modules and the smoothing capacitor is approximately equalized by making the distance between each of the multiple semiconductor modules and the smoothing capacitor approximately equal, but the present invention is not limited to this. For example, the impedance between each of the multiple semiconductor modules and the smoothing capacitor may be approximately equalized by adjusting the cross-sectional area of the bus bar between each of the multiple semiconductor modules and the smoothing capacitor.
また、上記実施形態では、正側バスバーおよび負側バスバーは、各々、複数(12個)の半導体モジュールに対して共通に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、正側バスバーおよび負側バスバーが、分割されていてもよい。 In addition, in the above embodiment, an example was shown in which the positive bus bar and the negative bus bar are each provided in common for multiple (12) semiconductor modules, but the present invention is not limited to this. For example, the positive bus bar and the negative bus bar may be divided.
また、上記実施形態では、正側バスバーおよび負側バスバーは、各々、1つの金属板が折り曲げられることにより形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、正側バスバーおよび負側バスバーが、各々、金属板が接合させることにより形成されていてもよい。 In the above embodiment, the positive bus bar and the negative bus bar are each formed by bending a single metal plate, but the present invention is not limited to this. For example, the positive bus bar and the negative bus bar may each be formed by joining metal plates.
また、上記実施形態では、半導体モジュール(半導体モジュール32a、および、半導体モジュール32b)が、6並列分設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、半導体モジュールが6並列分以外の数分、設けられていてもよい。
In addition, in the above embodiment, an example was shown in which six semiconductor modules (
また、上記実施形態では、2つのスイッチング素子が1つの半導体モジュールに収容されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、2つ以外の数のスイッチング素子が1つの半導体モジュールに収容されていてもよい。 In addition, in the above embodiment, an example was shown in which two switching elements were housed in one semiconductor module, but the present invention is not limited to this. For example, a number of switching elements other than two may be housed in one semiconductor module.
また、上記実施形態では、一方側の側面に配置される半導体モジュールの高さ位置と、他方側の側面に配置される半導体モジュールの高さ位置とが略等しい例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、一方側の側面に配置される半導体モジュールの高さ位置と、他方側の側面に配置される半導体モジュールの高さ位置とが略等しくなくても、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間のインピーダンスが略等しいのであれば、複数の半導体モジュールの高さ位置を揃える必要はない。 In addition, in the above embodiment, an example was shown in which the height position of the semiconductor module arranged on one side surface and the height position of the semiconductor module arranged on the other side surface are approximately equal, but the present invention is not limited to this. For example, even if the height position of the semiconductor module arranged on one side surface and the height position of the semiconductor module arranged on the other side surface are not approximately equal, as long as the impedance between each of the multiple semiconductor modules and the smoothing capacitor is approximately equal, there is no need to align the height positions of the multiple semiconductor modules.
また、上記実施形態では、正側バスバーと負側バスバーと両方に冷却パイプ部が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、正側バスバーと負側バスバーとのうちの一方に冷却パイプ部が設けられていてもよい。 In addition, in the above embodiment, an example was shown in which the cooling pipe section is provided on both the positive bus bar and the negative bus bar, but the present invention is not limited to this. For example, the cooling pipe section may be provided on one of the positive bus bar and the negative bus bar.
10、10a~10d 整流回路
20、20a~20d 平滑コンデンサ
21 端子
21p 正側端子
21n 負側端子
22 端子配置面
23、23a、23b 側面
30、30a~30d インバータ部(電力変換部)
32 半導体モジュール(半導体スイッチング素子部)
32a 半導体モジュール(一方側半導体スイッチング素子部)
32b 半導体モジュール(他方側半導体スイッチング素子部)
32p 正側端子
32n 負側端子
50 正側バスバー
60 負側バスバー
81、81p、81n 冷却パイプ部
100 電力変換装置
h1、h2 高さ位置
10, 10a to
32 Semiconductor module (semiconductor switching element section)
32a Semiconductor module (one-side semiconductor switching element portion)
32b Semiconductor module (other-side semiconductor switching element portion)
Claims (9)
前記コンデンサの端子が配置される端子配置面と、
複数の半導体スイッチング素子部を含み、前記コンデンサの電圧を変換する電力変換部と、
前記半導体スイッチング素子部と、前記コンデンサとを電気的に接続するバスバーと、とを備え、
前記複数の半導体スイッチング素子部は、前記端子に対して線対称となる前記端子配置面に交差する前記コンデンサの側面に沿うように、前記側面において前記端子配置面の近傍に配置されており、
前記バスバーは、前記端子配置面と、前記コンデンサの両方の前記側面の領域とを覆う略U字形状を有しており、
前記複数の半導体スイッチング素子部は、前記コンデンサの前記側面と、前記バスバーと、の間に配置されている、電力変換装置。 A capacitor;
a terminal arrangement surface on which terminals of the capacitor are arranged;
a power conversion unit including a plurality of semiconductor switching element units and converting a voltage of the capacitor;
a bus bar electrically connecting the semiconductor switching element unit and the capacitor,
the plurality of semiconductor switching element portions are arranged on a side surface of the capacitor in the vicinity of the terminal arrangement surface so as to be aligned along the side surface intersecting the terminal arrangement surface and being symmetrical with respect to the terminal;
the bus bar has a generally U-shape that covers the terminal arrangement surface and both side surface areas of the capacitor,
The power conversion device, wherein the plurality of semiconductor switching element units are disposed between the side surface of the capacitor and the bus bar.
前記一方側半導体スイッチング素子部の負側端子と、前記コンデンサの端子との間の前記バスバー上における距離は、前記他方側半導体スイッチング素子部の負側端子と、前記コンデンサの端子との間の前記バスバー上における距離と略等しい、請求項2に記載の電力変換装置。 a distance on the bus bar between a positive terminal of one side semiconductor switching element part arranged on one side of the positive terminal of the capacitor and the terminal of the capacitor is substantially equal to a distance on the bus bar between a positive terminal of the other side semiconductor switching element part arranged on the other side of the positive terminal of the capacitor and the terminal of the capacitor,
3. The power conversion device according to claim 2, wherein a distance on the bus bar between a negative terminal of the one side semiconductor switching element unit and a terminal of the capacitor is approximately equal to a distance on the bus bar between a negative terminal of the other side semiconductor switching element unit and a terminal of the capacitor.
前記コンデンサの端子が配置される端子配置面と、
複数の半導体スイッチング素子部を含み、前記コンデンサの電圧を変換する電力変換部と、
前記端子と、前記半導体スイッチング素子部とを電気的に接続するバスバーと、とを備え、
前記複数の半導体スイッチング素子部は、前記端子に対して線対称となる前記端子配置面に交差する前記コンデンサの側面に沿うように、前記側面において前記端子配置面の近傍に配置されており、
前記複数の半導体スイッチング素子部と、前記コンデンサの前記側面との間には、前記半導体スイッチング素子部を冷却する冷却板が配置されており、
前記バスバーは、前記複数の半導体スイッチング素子部に対して共通に設けられている、電力変換装置。 A capacitor;
a terminal arrangement surface on which terminals of the capacitor are arranged;
a power conversion unit including a plurality of semiconductor switching element units and converting a voltage of the capacitor;
a bus bar electrically connecting the terminal and the semiconductor switching element unit,
the plurality of semiconductor switching element units are arranged along a side surface of the capacitor intersecting the terminal arrangement surface and being line-symmetrical with respect to the terminal, in the vicinity of the terminal arrangement surface;
a cooling plate for cooling the semiconductor switching element units is disposed between the plurality of semiconductor switching element units and the side surface of the capacitor ;
The bus bar is provided in common to the plurality of semiconductor switching element units .
前記複数の半導体スイッチング素子部は、前記コンデンサの前記側面と、前記バスバーと、の間に配置されている、請求項8に記載の電力変換装置。 the bus bar has a generally U-shape that covers the terminal arrangement surface and both side surface areas of the capacitor,
The power conversion device according to claim 8 , wherein the plurality of semiconductor switching element units are disposed between the side surface of the capacitor and the bus bar.
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