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公開番号2022012993
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-01-18
出願番号2020115209
出願日2020-07-02
発明の名称電力変換装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20220111BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】上下のアームに相当する半導体スイッチで構成されるスイッチレグを複数並列接続する電力変換装置において、各半導体スイッチに流れる電流のアンバランスを抑制することが可能な技術を提供する。
【解決手段】本開示の一実施形態に係る電力変換装置1は、複数のスイッチモジュール410の正極側端子410P同士、負極側端子410N同士、及び交流出力端子410O同士のそれぞれを接続するU相正極側直流ブスバー41P、U相負極側直流ブスバー41N、及びU相並列接続用ブスバー41O1を含み、これらのブスバーは、絶縁層41I1を介して積層されるラミネート構造のU相ラミネートブスバー41PNOを構成し、U相並列接続用ブスバー41O1とU相出力用ブスバー41O2との接続部は、複数のスイッチモジュール410の中の平滑回路20から最も離れている半導体スイッチ410sよりも平滑回路20から離れた位置に設けられる。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項1】
平滑回路と、
複数の半導体スイッチを含む上下のアームが直列接続されるスイッチレグが、複数並列接続されると共に、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士が接続される出力回路が複数相分並列接続されることにより構成されるブリッジ回路を含み、前記平滑回路から入力される直流電力に基づき、所定の交流電力を出力するインバータ回路と、
前記所定の交流電力を外部に出力する出力端子と、を備え、
前記インバータ回路は、複数の前記スイッチレグの正極側端子同士を接続する正極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグの負極側端子同士を接続する負極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士を接続する並列接続用ブスバーと、を含み、
前記正極側直流ブスバー、前記負極側直流ブスバー、及び前記並列接続用ブスバーは、絶縁層を介して積層されるラミネート構造を有し、
前記並列接続用ブスバーと前記出力端子までの配線との接続部は、複数の前記スイッチレグに含まれる全ての前記アームのうちの前記平滑回路から最も離れている前記アームよりも前記平滑回路から離れた位置に設けられる、
電力変換装置。
続きを表示(約 2,400 文字)【請求項2】
前記平滑回路及び前記インバータ回路は、一の軸方向に並べて配置され、
複数の前記スイッチレグは、前記一の軸方向に並べて配置され、
前記接続部は、前記一の軸方向において、前記複数の前記スイッチレグのうちの前記平滑回路から最も離れた前記スイッチレグよりも前記平滑回路から離れた位置に配置される、
請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
複数の前記スイッチレグは、それぞれが前記一の軸方向に並べられた2つのグループが、前記一の軸方向と垂直な他の軸方向に二列に並べて配置され、
前記接続部は、前記一の軸方向において、前記2つのグループの前記平滑回路から離れた端部よりも前記平滑回路から離れた位置で、且つ、前記他の軸方向において、前記2つのグループの略中央位置に配置される、
請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項4】
平滑回路と、
複数の半導体スイッチを含む上下のアームが直列接続されるスイッチレグが、複数並列接続されると共に、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士が接続される出力回路が複数相分並列接続されることにより構成されるブリッジ回路を含み、前記平滑回路から入力される直流電力に基づき、所定の交流電力を出力するインバータ回路と、
前記所定の交流電力を外部に出力する出力端子と、を備え、
前記インバータ回路は、複数の前記スイッチレグの正極側端子同士を接続する正極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグの負極側端子同士を接続する負極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士を接続する並列接続用ブスバーと、を含み、
前記正極側直流ブスバー及び前記負極側直流ブスバーは、絶縁層を介して積層されるラミネート構造を有し、
前記並列接続用ブスバーは、複数の前記スイッチレグに含まれる全ての前記アームと、複数の前記スイッチレグのそれぞれからの全ての経路が合流する合流部との間の経路のそれぞれの長さが略等しくなるように構成される、
電力変換装置。
【請求項5】
前記並列接続用ブスバーは、複数の前記スイッチレグに含まれる全ての前記アームと、前記合流部との間の経路ごとの電流密度が略等しくなるように構成される、
請求項4に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記並列接続用ブスバーは、前記複数のスイッチレグに含まれ、一の軸方向に並べて配置される2つのスイッチレグから前記出力端子に向かう経路を、前記一の軸方向において、前記2つのスイッチレグの前記接続点同士の略中央位置で合流させる、
請求項4又は5に記載の電力変換装置。
【請求項7】
複数の前記スイッチレグは、前記2つのスイッチレグの組み合わせを複数含み、
前記並列接続用ブスバーは、複数の前記組み合わせごとの前記2つのスイッチレグのそれぞれから前記出力端子に向かう経路を合流させる中間合流部と、前記合流部との間のそれぞれの経路の長さが略等しくなるように構成される、
請求項6に記載の電力変換装置。
【請求項8】
複数の前記スイッチレグは、2組の前記2つのスイッチレグが、前記一の軸方向の位置を合わせて、前記一の軸方向と垂直な他の軸方向に二列に並べて配置され、
前記並列接続用ブスバーは、前記一の軸方向において、前記2つのスイッチレグの中央位置の垂直面を基準として略面対称になるように構成され、前記他の軸方向において、前記2組の中央位置の垂直面を基準として略面対称になるように構成されると共に、前記出力端子までの配線との接続部が、前記一の軸方向及び前記他の軸方向において、前記2組に含まれる4つの前記スイッチレグの間の略中央位置になるように構成される、
請求項7に記載の電力変換装置。
【請求項9】
平滑回路と、
複数の半導体スイッチを含む上下のアームが直列接続されるスイッチレグが、複数並列接続されると共に、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士が接続される出力回路が複数相分並列接続されることにより構成されるブリッジ回路を含み、前記平滑回路から入力される直流電力に基づき、所定の交流電力を出力するインバータ回路と、
前記所定の交流電力を外部に出力する出力端子と、を備え、
前記インバータ回路は、複数の前記スイッチレグの正極側端子同士を接続する正極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグの負極側端子同士を接続する負極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士を接続する並列接続用ブスバーと、を含み、
前記正極側直流ブスバー及び前記負極側直流ブスバーは、絶縁層を介して積層されるラミネート構造を有し、
前記並列接続用ブスバーは、複数の前記スイッチレグに含まれる全ての前記アームのそれぞれを通過する、前記平滑回路と複数の前記スイッチレグのそれぞれからの全ての経路が合流する合流部との間の個別の経路は、それぞれの長さが略等しく、且つ、前記個別の経路ごとの経路全体に亘る電流密度が略等しくなるように構成される、
電力変換装置。
【請求項10】
前記並列接続用ブスバーは、前記個別の経路ごとの長さが共通する部分の電流密度が略等しくなるように構成されると共に、それ以外の部分の電流密度が、前記個別の経路ごとに、前記正極側直流ブスバー及び前記負極側直流ブスバーの電流密度と略等しくなるように構成される、
請求項9に記載の電力変換装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示(約 2,900 文字)【背景技術】
【0002】
従来、上下のアームに相当する半導体スイッチで構成されるスイッチレグを複数並列接続する電力変換装置において、各半導体スイッチに流れる電流を均一化する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1では、各スイッチレグが幅方向に並べられると共に、各スイッチレグの上下のアームの間の接続点同士を並列接続する並列接続用ブスバーと、並列接続用ブスバーに接続される出力用ブスバーが設けられる。並列接続用ブスバーは、各スイッチレグが配置される幅方向の範囲を占め、且つ、各スイッチレグから長さ方向に延びるように設けられる。そして、出力用ブスバーは、並列接続用ブスバーの長さ方向の各スイッチレグと反対側の他端部において、並列接続用ブスバーと絶縁層を介して積層され且つ幅方向に延びるように設けられ、幅方向の一端部で並列接続用ブスバーと接続される。
【0004】
これにより、特許文献1では、並列接続用ブスバーに流れる電流(即ち、各スイッチレグからの合流する電流或いは各スイッチレグに分岐する電流)と出力用ブスバーに流れる電流とが互いに逆向きとなり、それぞれにより発生する磁界が相殺されうる。そのため、各スイッチレグの電流が合流或いは分岐する際の並列接続用ブスバーの幅方向の電力経路のインダクタンスが低減され、各スイッチレグに流れる電流のアンバランスを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2017-055478号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1では、出力用ブスバーの電流は、全てのスイッチレグの電流の合計に相当するのに対して、並列接続用ブスバーの他端部で幅方向に流れる電流は、一つのスイッチレグを通過した電流や一部のスイッチレグの電流の合計にしか過ぎない。そのため、出力用ブスバーにより発生する磁界が並列接続用ブスバーにより発生する磁界によって相殺されずに残ってしまう可能性がある。よって、この磁界が,並列接続用ブスバーを幅方向に流れる電流と鎖交することで、並列接続用ブスバーの幅方向の電流経路には、インダクタンスが生じ、各スイッチレグに流れる電流にアンバランスが生じる可能性がある。
【0007】
そこで、上記課題に鑑み、上下のアームに相当する半導体スイッチで構成されるスイッチレグを複数並列接続する電力変換装置において、各半導体スイッチに流れる電流のアンバランスを抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
平滑回路と、
複数の半導体スイッチを含む上下のアームが直列接続されるスイッチレグが、複数並列接続されると共に、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士が接続される出力回路が複数相分並列接続されることにより構成されるブリッジ回路を含み、前記平滑回路から入力される直流電力に基づき、所定の交流電力を出力するインバータ回路と、
前記所定の交流電力を外部に出力する出力端子と、を備え、
前記インバータ回路は、複数の前記スイッチレグの正極側端子同士を接続する正極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグの負極側端子同士を接続する負極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士を接続する並列接続用ブスバーと、を含み、
前記正極側直流ブスバー、前記負極側直流ブスバー、及び前記並列接続用ブスバーは、絶縁層を介して積層されるラミネート構造を有し、
前記並列接続用ブスバーと前記出力端子までの配線との接続部は、複数の前記スイッチレグに含まれる全ての前記アームのうちの前記平滑回路から最も離れている前記アームよりも前記平滑回路から離れた位置に設けられる、
電力変換装置が提供される。
【0009】
また、本開示の他の実施形態では、
平滑回路と、
複数の半導体スイッチを含む上下のアームが直列接続されるスイッチレグが、複数並列接続されると共に、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士が接続される出力回路が複数相分並列接続されることにより構成されるブリッジ回路を含み、前記平滑回路から入力される直流電力に基づき、所定の交流電力を出力するインバータ回路と、
前記所定の交流電力を外部に出力する出力端子と、を備え、
前記インバータ回路は、複数の前記スイッチレグの正極側端子同士を接続する正極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグの負極側端子同士を接続する負極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士を接続する並列接続用ブスバーと、を含み、
前記正極側直流ブスバー及び前記負極側直流ブスバーは、絶縁層を介して積層されるラミネート構造を有し、
前記並列接続用ブスバーは、複数の前記スイッチレグに含まれる全ての前記アームと、複数の前記スイッチレグのそれぞれからの全ての経路が合流する合流部との間の経路のそれぞれの長さが略等しくなるように構成される、
電力変換装置が提供される。
【0010】
また、本開示の更に他の実施形態では、
平滑回路と、
複数の半導体スイッチを含む上下のアームが直列接続されるスイッチレグが、複数並列接続されると共に、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士が接続される出力回路が複数相分並列接続されることにより構成されるブリッジ回路を含み、前記平滑回路から入力される直流電力に基づき、所定の交流電力を出力するインバータ回路と、
前記所定の交流電力を外部に出力する出力端子と、を備え、
前記インバータ回路は、複数の前記スイッチレグの正極側端子同士を接続する正極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグの負極側端子同士を接続する負極側直流ブスバーと、複数の前記スイッチレグのそれぞれの前記上下のアームの接続点同士を接続する並列接続用ブスバーと、を含み、
前記正極側直流ブスバー及び前記負極側直流ブスバーは、絶縁層を介して積層されるラミネート構造を有し、
前記並列接続用ブスバーは、複数の前記スイッチレグに含まれる全ての前記アームのそれぞれを通過する、前記平滑回路と複数の前記スイッチレグのそれぞれからの全ての経路が合流する合流部との間の個別の経路は、それぞれの長さが略等しく、且つ、前記個別の経路ごとの経路全体に亘る電流密度が略等しくなるように構成される、
電力変換装置が提供される。
(【0011】以降は省略されています)

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