電力変換装置
【課題】出力線を短縮できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】多相交流電力を交流電力に直接変換する電力変換装置３であって、前記多相交流電力の各相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第１スイッチング手段３１１，３１３，３１５と、前記各相に接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第２スイッチング手段３１２，３１４，３１６とを有する変換回路と、前記変換回路に接続された出力線３３１，３３２と、を備え、前記複数の第１スイッチング手段と前記複数の第２スイッチング手段は、それぞれの出力端子がそれぞれ一列に並んで配置され、前記出力線は、前記出力端子に接続されて一方向に引き出されている。
【解決手段】多相交流電力を交流電力に直接変換する電力変換装置３であって、前記多相交流電力の各相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第１スイッチング手段３１１，３１３，３１５と、前記各相に接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第２スイッチング手段３１２，３１４，３１６とを有する変換回路と、前記変換回路に接続された出力線３３１，３３２と、を備え、前記複数の第１スイッチング手段と前記複数の第２スイッチング手段は、それぞれの出力端子がそれぞれ一列に並んで配置され、前記出力線は、前記出力端子に接続されて一方向に引き出されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用周波数の交流電力を任意の交流電力に直接変換する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
装置を構成する部品点数が少なく、装置の小型化が可能で、交流電力を交流電力に直接かつ高効率に変換する電力変換装置としてマトリックスコンバータが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のマトリックスコンバータでは、複数のＩＧＢＴを直列状に配置し、各ＩＧＢＴからの出力線を集約してつなげているため出力線が長くなるという問題がある。特に出力線に高周波交流電流が流れる電力変換装置においては、配線長が長いとＬ成分の影響を受け易い。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、出力線を短縮できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電力変換回路を構成する複数のスイッチング手段を、出力線が一方向に引き出されるように並べて配置することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数のスイッチング手段を並べて配置することにより出力線を一方向に引き出すことができるので、出力線を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態を適用した電力変換システムを示す電気回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る電力変換装置を示す平面図及び側面図並びに組立途中の平面図である。
【図３】図２の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【図４Ａ】図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの側面図である。
【図５】図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのさらに他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【図６】図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を適用した電力変換システムを示す電気回路図である。
【図８】図７の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【図９】図７の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
《電力変換システム１の概要》
最初に本発明の一実施の形態を適用した電力変換システムの概要について図１を参照して説明する。本例の電力変換システム１は、三相交流電源２から供給される三相交流電力を本発明の一実施の形態に係る電力変換装置３により単相交流電力に直接変換し、これをトランス４により適宜の電圧に昇圧又は降圧させたのち、整流器５により直流電力に変換して二次電池６を充電するシステムである。なお、７は平滑回路である。
【００１０】
本例の電力変換システム１において、三相交流電源２から三相交流電力が供給される出力線（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相で示す）の各相には、ノイズ対策として高調波を減衰させるフィルタ回路８が設けられている。本例のフィルタ回路８は、各相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続された３つのフィルタリアクトル８１と、各相Ｒ，Ｓ，Ｔの間に接続された６つのフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒとを備える。フィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒ（図３〜図６においてはフィルタコンデンサ８２１〜８３６で示す）のレイアウトについては後述する。
【００１１】
本例の電力変換システム１において、フィルタ回路８を経由して三相交流電力が電力変換装置３に供給され、単相交流電力に変換される。本例の電力変換装置３は、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相に対応してマトリックス状に配列された６つの双方向スイッチング素子３１を備える。以下、一つの双方向スイッチング素子を総称する場合は符号３１を用いて説明する一方、図１に示すように６つの双方向スイッチング素子のうちの特定の素子を示す場合は３１１〜３１６を用いて説明する。
【００１２】
本例の双方向スイッチング素子３１のそれぞれは、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴを還流ダイオードと組み合わせて逆並列に接続したＩＧＢＴモジュールで構成されている。なお、一つの双方向スイッチング素子３１の構成は、図示するものに限定されず、これ以外にもたとえば逆阻止型ＩＧＢＴの２素子を逆並列に接続した構成であってもよい。
【００１３】
双方向スイッチング素子３１のそれぞれには、当該双方向スイッチング素子３１のＯＮ／ＯＦＦ動作にともない発生するサージ電圧から当該双方向スイッチング素子３１を保護するために、双方向スイッチング素子３１の入力側及び出力側に１つのスナバコンデンサと３つのダイオードを組み合わせたスナバ回路３２が設けられている。以下、一つのスナバ回路を総称する場合は符号３２を用い、図１に示すように６つのスナバ回路のうち特定のスナバ回路を示す場合は３２１〜３２６を用いる。
【００１４】
本例の電力変換システム１は、電力変換装置３の双方向スイッチング素子３１のそれぞれをＯＮ／ＯＦＦ制御するためにマトリックスコンバータ制御回路９を備える。マトリックスコンバータ制御回路９は、三相交流電源２から供給される電圧値、現在出力中の直流電流値及び目標電流指令値を入力し、これらに基づいて双方向スイッチング素子３１のそれぞれのゲート信号を制御し、トランス４へ出力する単相交流電力を調整することで、目標と一致する直流電力を得る。
【００１５】
トランス４は、電力変換装置３で変換された単相交流電力の電圧を所定値に昇圧又は降圧する。整流器５は４つの整流ダイオードを備え、調圧された単相交流電力を直流電力に変換する。また、平滑回路７はコイルとコンデンサとを備え、整流された直流電流に含まれる脈流をより直流に近い状態に平滑化する。
【００１６】
以上のように構成された本例の電力変換システム１により、三相交流電源２から供給される三相交流電力は、電力変換装置３により単相交流電力に直接変換され、適宜の電圧に調圧されたのち直流電力に変換される。これにより二次電池６が充電される。なお、上述した電力変換システム１は、本発明に係る電力変換装置３を適用した一例であり、本発明は当該電力変換システム１への適用にのみ限定されることはない。すなわち、変換元又は変換先の少なくとも一方の電力が多相交流電力であれば、他の電力変換システムにも適用することができる。
【００１７】
《電力変換装置３の部品配置》
次に、図１の電力変換装置３を構成する部品の配置構成について、図２〜図６を参照して説明する。なお、図１と同じ部品には同一の符号を付すことで互いの対応関係を示すものとする。
【００１８】
図２において、右下の図は、ヒートシンク１０の上面に６つの双方向スイッチング素子３１（その一つをＩＧＢＴモジュールともいう。）を実装した組付け途中の状態を示す平面図、右上の図は、これに各双方向スイッチング素子３１の端子を接続するバスバーを実装した組付け途中の状態を示す平面図、左上の図は、これにスナバ回路３２を構成する３つのダイオードとフィルタ回路８のフィルタコンデンサ８２のうち左側の３つのフィルタコンデンサを実装した組付け途中の状態を示す平面図、左下の図は、その側面図である。本例の電力変換装置３を構成する部品が平面視において互いに重なり合っているため、以下の説明では要部を別図に示すことにする。
【００１９】
本例の双方向スイッチング素子３１は、図２及び図３に示すようにモジュールパッケージの上面に双方向スイッチング素子３１の入力側端子と、出力側端子と、対をなす２つのＩＧＢＴの中間点端子とが設けられている。図３に示す６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のうちの左側の３つの双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の左端の端子が入力端子、右端の端子が出力端子、中央の端子が中間点端子である。また、図３に示す６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のうちの右側の３つの双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の右端の端子が入力端子、左端の端子が出力端子、中央の端子が中間点端子である。なお、双方向スイッチング素子３１のゲート端子はモジュールパッケージの他の部分に設けられているがその図示は省略する。
【００２０】
図２及び図３に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６は、ヒートシンク１０の上面にボルトなどの固定手段により固定されている。これら６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６は、同図に示すように、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されている。換言すれば、一つの双方向スイッチング素子３１の３つの端子（入力端子，中間点端子，出力端子）の延在方向に沿って対をなす２つの双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されている。以下この配列を、「中心線ＣＬ又は出力端子を結ぶ出力線Ｐ，Ｎに対して並列に配置」されているともいう。本発明において、後述する図５の配列に対する配列である。なお、対をなす双方向スイッチング素子とは、入力線の同じ相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続された一対の双方向スイッチング素子をいう。
【００２１】
このように、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置することにより、出力線Ｐ，Ｎ（バスバー３３１，３３２）を一方向へ最短距離で引き出すことができるレイアウトになる。高周波交流電力が出力される配線長が長いとＬ成分の影響を受け易いので、本例の配置によればＬ成分の影響を抑制することができる。これは図５の他例に係る配列に対する有利な効果となる。すなわち、トランス４に至るまでほぼ直線に近い状態の出力線Ｐ，Ｎとなる。
【００２２】
また、上述したとおり中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の右端の端子は全て出力端子であり、左端の端子は全て入力端子である。逆に、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の左端の端子は全て出力端子であり、右端の端子は全て入力端子である。
【００２３】
そして、中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の左端の入力端子には、三相交流電源２の入力線から分岐した一方の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔが中心線ＣＬに向かって接続される一方で、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の右端の入力端子には、三相交流電源２の入力線から分岐した他方の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔが中心線ＣＬに向かって接続されている。すなわち、双方向スイッチング素子３１１，３１２の入力端子にはＲ相、双方向スイッチング素子３１３，３１４の入力端子にはＳ相、双方向スイッチング素子３１５，３１６の入力端子にはＴ相がそれぞれ接続されている。左右の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔの接続方向をいずれも中心線ＣＬに向かう方向にすることで、図６に示す他例に係る配列に比べてヒートシンク１０の左右方向の距離を短くすることができる。
【００２４】
なお図１において、三相交流電源２から電力変換装置３に至る入力線Ｒ，Ｓ，Ｔはフィルタリアクトル８１とフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒとの間で分岐するよう構成したが、フィルタリアクトル８１の上流側で分岐させ、分岐後の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔのそれぞれにフィルタリアクトル８１を設けてもよい。
【００２５】
また、中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の右端の出力端子には、電力変換装置３の出力線Ｐを構成する１本のバスバー３３１が接続される一方で、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の左端の出力端子には、電力変換装置３の出力線Ｎを構成する１本のバスバー３３２が接続されている。これらのバスバー３３１，３３２の先端側がトランス４に接続される。なお、これらのバスバー３３１，３３２を含めて、以下のバスバーは銅などの導電性に優れた導体により構成されている。
【００２６】
中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２の入力端子間はバスバー３３３で接続され、双方向スイッチング素子３１３と３１４の入力端子間はバスバー３３４で接続され、双方向スイッチング素子３１５と３１６の入力端子間はバスバー３３５で接続されている。図１の等価回路にもバスバーに相当する配線を同じ符号で示す。なお、電力変換装置３の機能上、これらバスバー３３３〜３３５は必須ではないので省略してもよい。
【００２７】
これらバスバー３３３〜３３５は、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２と平面視において交差することになるが、図３の側面図に示すように入力端子間を接続するバスバー３３３〜３３５が出力線Ｐ，Ｎのバスバー３３１，３３２より高い位置に設定されることで、両者が立体交差して干渉しないように構成されている。
【００２８】
中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２，双方向スイッチング素子３１３と３１４，双方向スイッチング素子３２５と３１６をそれぞれ接続することにより、各相間に設けられたフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを互いに共用できる。すなわち、図３の左側のＲ相とＳ相との間にはフィルタコンデンサ８２１が設けられ、右側のＲ相とＳ相との間にはフィルタコンデンサ８２４が設けられているが、Ｒ相が入力される双方向スイッチング素子３１１，３１２の入力端子はバスバー３３３で接続されている。したがって、三相交流電源２のＲ相のノイズは、２つのフィルタコンデンサ８２１，８２４が協働してフィルタリングすることになるので、一つのフィルタコンデンサを小容量化でき、結果的にフィルタコンデンサを小型化できることになる。Ｓ相及びＴ相についても同様のことが言える。
【００２９】
本例において、フィルタ回路８は６つのフィルタコンデンサ８２１〜８２６を含み、図３に示すように中心線ＣＬの左側と右側の入力線にそれぞれ３個ずつ配置されている。左側のフィルタコンデンサ８２１は、双方向スイッチング素子３１１の入力端子に対応したＲ相とＳ相との間に設けられている。同様に、左側のフィルタコンデンサ８２２は、双方向スイッチング素子３１３の入力端子に対応したＳ相とＴ相との間に設けられ、左側のフィルタコンデンサ８２３は、双方向スイッチング素子３１５の入力端子に対応したＴ相とＲ相との間に設けられている。また、右側のフィルタコンデンサ８２４は、双方向スイッチング素子３１２の入力端子に対応したＲ相とＳ相との間に設けられ、右側のフィルタコンデンサ８２５は、双方向スイッチング素子３１４の入力端子に対応したＳ相とＴ相との間に設けられ、右側のフィルタコンデンサ８２６は、双方向スイッチング素子３１６の入力端子に対応したＴ相とＲ相との間に設けられている。
【００３０】
このように中心線ＣＬの左右に３つずつ配置された６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６に対して、中心線ＣＬの左右に３個ずつ６個のフィルタコンデンサ８２１〜８２６をそれぞれ対応するように配置することで、フィルタコンデンサ８２１〜８２６と双方向スイッチング素子３１１〜３１６とのそれぞれの接続配線の取り廻し距離を短くすることができる。
【００３１】
本例において、左右それぞれ３個ずつのフィルタコンデンサ８２１〜８２６は、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６が設けられた領域よりも中心線ＣＬに対して外側に配置されている。具体的には、図２の左下の図に示すようにバスバーの上部に固定されている。フィルタコンデンサ８２１〜８２６を双方向スイッチング素子３１１〜３１６より外側に配置することにより、左右の双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの左右方向の間隔を最短にできるため、ヒートシンク１０の左右方向の距離を最短距離に設定でき、その結果、図４Ａの他例に係る配列に比べてヒートシンク１０を小型化することができる。
【００３２】
次に、中心線ＣＬの左右にそれぞれ３個ずつ設けられたフィルタコンデンサ８２１〜８２６の実装状態を、図２の実機の平面図及び側面図に基づいて説明する。
【００３３】
その前にバスバーの接続構成について説明すると、図２の右上図に示すように、バスバー３３１は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の出力端子を接続してトランス４に至る出力線Ｐであり、バスバー３３２は、双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の出力端子を接続してトランス４に至る出力線Ｎである。バスバー３３３は、双方向スイッチング素子３１１と３１２の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２３と８２６をそれぞれ接続するためのバスバー３３６と３３７が接続されている（フィルタコンデンサ８２３，８２６との接続状態については図２の左上図及び図３を参照）。このバスバー３３３の両端に接続されたバスバー３３６，３３７は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に対して傾斜して設けられている。
【００３４】
バスバー３３４は、双方向スイッチング素子３１３と３１４の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２４，８２５をそれぞれ接続するためのバスバー３３８と３３９が接続されている（フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２４，８２５との接続状態については図２の左上図及び図３を参照）。このバスバー３３４の両端に接続されたバスバー３３８，３３９は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に沿って延在する。
【００３５】
バスバー３３５は、双方向スイッチング素子３１５と３１６の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２３と８２６をそれぞれ接続するためのバスバー３４０と３４１が接続されている（フィルタコンデンサ８２３，８２６との接続状態については図２の左上図及び図３を参照）。このバスバー３３５の両端に接続されたバスバー３４０，３４１は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に対して傾斜して設けられている。
【００３６】
これらバスバー３３３，３３４，３３５は、図２の左下図に示すように、双方向スイッチング素子３１１〜３１６の入力端子に数枚のバスバー３４５，３４６を介して接続され、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２より高い位置に設置される。これにより、バスバー３３３〜３３５とバスバー３３１，３３２は干渉することなく高さ方向に所定の隙間をもって立体交差することになる。
【００３７】
フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３は、図２の左上図に点線で示すように、中心線ＣＬに対して外側に配置され、かつ一つの頂点が外方向に向かう三角形（二等辺三角形又は正三角形がより好ましい）の各頂点にフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３の中心が位置するように配置されている。３つのフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３を三角形の各頂点に配置することで、各コンデンサ間の配線長を最短距離に設定することができ、電力変換装置３の小型化を図ることができ、またコンデンサ間の同調をとることができる。また、一つの頂点が外方向に向かう配置とすることで、一つの頂点が内方向に向かう配列に比べて各コンデンサに接続する配線のバランスが向上するとともに各バスバー３３３，３３４，３３５までの距離も短くなる。
【００３８】
さらに、Ｒ相とＳ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２１は、バスバー３４２の上面に実装され、Ｓ相とＴ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２２は、バスバー３４３の上面に実装されている。これらの２つのバスバー３４２，３４３は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に対して傾斜して接続されている。また、これらの２つのバスバー３４２，３４３は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線を跨いで、バスバー３３３，３４２，３３５に接続されている。なお、中心線ＣＬの右側に実装されるフィルタコンデンサ８２４，８２５についても中心線ＣＬに対して対称に設けられている。
【００３９】
バスバー３４２，３４３を双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して傾斜して設けることにより、Ｒ相とＴ相との間に接続されたフィルタコンデンサ８２３の配線距離に極力等しくできるので、フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３間で同調をとることができる。また、バスバー３４２，３４３を、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線を跨ぐように設けることにより、フィルタコンデンサ８２１，８２２とバスバー３３３，３３４，３３５との接続距離を短くすることができ、電力変換装置３の小型化を図ることができる。さらに、各フィルタコンデンサ８２１〜８２６をバスバーの上面、換言すればバスバーに対して双方向スイッチング素子３１１〜３１６とは反対側にフィルタコンデンサ８２１〜８２６を配置することで、フィルタコンデンサ８２１〜８２６のレイアウトの設計自由度が大きくなる。
【００４０】
なお、Ｒ相とＴ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２３は、バスバー３３６と３４０との間に接続されたバスバー３４４の上面に実装され、このバスバー３４４は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して平行に設けられている。
【００４１】
次に、図１に示す一つのスナバ回路３２を構成する３つのダイオードと１つのスナバコンデンサの実装例を説明する。図１に示すように、たとえば双方向スイッチング素子３１１のスナバ回路３２１は、一つの端子が双方向スイッチング素子３１１の入力端子に接続され、他の一つの端子が双方向スイッチング素子３１１の中間点端子に接続され、さらに他の端子が双方向スイッチング素子３１１の出力端子にそれぞれ接続される。このため、３つのダイオードは、図２の左上図及び左下図に示すように、各双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの中間点端子に接続された導体からなるブラケット３５１〜３５６にそれぞれ固定及び接続されている。図２の左下図にはブラケット３５５のみを示す。
【００４２】
また本例では、スナバコンデンサに比較的大型の電解コンデンサを使用して、６つのスナバ回路３２１〜３２６に共通のスナバコンデンサ３２７をとしている（図３参照）。そして、このスナバコンデンサ３２７と３つのダイオードとを接続するためにバスバー３４７，３４８が、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２の間に同方向に沿って設けられている。
【００４３】
スナバコンデンサ３２７に接続される２つのバスバー３４７，３４８は、図２の左下図及び図３に示すように、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２よりも高い位置であってバスバー３３３，３３４，３３５よりも低い位置に固定されている。なお、これら２つのバスバー３４７，３４８は、ヒートシンク１０又はこれ以外の基台（不図示）に支持されている。なお、バスバー３３３，３３４，３３５との短絡を防止するために、バスバー３４７，３４８の表面を絶縁被覆してもよい。
【００４４】
出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３１１，３１２とスナバコンデンサ３２７へのバスバー３４７，３４８との配置に関しては、バスバー３１１，３１２の間にバスバー３４７，３４８を配置することにより、出力線Ｐ，Ｎ及びスナバコンデンサ３２７への配線距離をともに短くすることができる。また、バスバー３４７，３４８をバスバー３１１，３１２より高い位置に設定することで、各スナバ回路３２１〜３２６のダイオードからの距離を短くすることができる。
【００４５】
以上の実施の形態によれば、以下の効果を有する。
１）本例では、中心線ＣＬの左右に３つずつ配置された６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６に対して、中心線ＣＬの左右に３個ずつ６個のフィルタコンデンサ８２１〜８２６をそれぞれ対応して配置したので、フィルタコンデンサ８２１〜８２６と双方向スイッチング素子３１１〜３１６とのそれぞれの接続配線の取り廻し距離を短くすることができる。
【００４６】
２）本例では、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６が、それぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されているので、出力線Ｐ，Ｎ（バスバー３３１，３３２）を一方向へ短く引き出すことができるレイアウトになる。したがって、高周波交流電力が出力される配線長が長いとＬ成分の影響を受け易いが、本例の配置によればＬ成分の影響を抑制することができる。
【００４７】
３）本例では、左右それぞれ３個ずつのフィルタコンデンサ８２１〜８２６は、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６が設けられた領域よりも中心線ＣＬに対して外側に配置されているので、左右の双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの左右方向の間隔を最短にできる。したがって、ヒートシンク１０の左右方向の距離を最短距離に設定でき、その結果、ヒートシンク１０を小型化することができる。
【００４８】
４）本例では、中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２，双方向スイッチング素子３１３と３１４，双方向スイッチング素子３２５と３１６の入力端子が、それぞれバスバー３３３，３３４，３３５で接続されているので、各相間に設けられたフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを互いに共用できる。したがって、一つのフィルタコンデンサを小容量化でき、結果的にフィルタコンデンサを小型化できる。
【００４９】
５）本例では、双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの入力端子に対して、左右の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔの接続方向をいずれも中心線ＣＬに向かう方向にしているので、ヒートシンク１０の左右方向の距離を短くすることができる。
【００５０】
６）本例では、各フィルタコンデンサ８２１〜８２６をバスバーの上面、換言すればバスバーに対して双方向スイッチング素子３１１〜３１６とは反対側にフィルタコンデンサ８２１〜８２６を配置したので、フィルタコンデンサ８２１〜８２６のレイアウトの設計自由度が大きくなる。
【００５１】
７）本例では、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３１１，３１２とスナバコンデンサ３２７へのバスバー３４７，３４８との配置について、バスバー３１１，３１２の間にバスバー３４７，３４８を配置したので、出力線Ｐ，Ｎ及びスナバコンデンサ３２７への配線距離をともに短くすることができる。
【００５２】
８）本例では、バスバー３４７，３４８をバスバー３１１，３１２より高い位置に設定したので、各スナバ回路３２１〜３２６のダイオードからの距離を短くすることができる。
【００５３】
９）本例では、３つのフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３を三角形の各頂点に配置したので、各コンデンサ間の配線長を最短距離に設定することができ、電力変換装置３の小型化を図ることができ、またコンデンサ間の同調をとることもできる。
【００５４】
１０）本例では、三角形に配置した３つのフィルタコンデンサの一つの頂点が外方向に向かう配置にしたので、一つの頂点が内方向に向かう配列に比べて各コンデンサに接続する配線のバランスが向上するとともに、各バスバー３３３，３３４，３３５までの距離も短くなる。
【００５５】
１１）本例では、バスバー３４２，３４３を双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して傾斜して設けたので、Ｒ相とＴ相との間に接続されたフィルタコンデンサ８２３の配線距離に極力等しくできる。したがって、フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３間で同調をとることができる。
【００５６】
１２）本例では、バスバー３４２，３４３を、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線を跨ぐように設けたので、フィルタコンデンサ８２１，８２２とバスバー３３３，３３４，３３５との接続距離を短くすることができ、電力変換装置３の小型化を図ることができる。
【００５７】
《他の実施の形態》
本発明は、上述した実施の形態以外にも適宜改変することができる。以下に本発明の変形例を説明するが、本発明は上述した実施の形態及び以下の実施の形態にのみ限定される趣旨ではない。なお、上述した実施の形態と共通する部材には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００５８】
上述した実施の形態では、図３に示すように左右それぞれ３つずつのフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを、中心線ＣＬに対して双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５及び３１２，３１４，３１６の外側に配置したが、図４Ａ，４Ｂに示すように中心線ＣＬに対して左右に配列された双方向スイッチング素子３１１,３１３，３１５及び３１２，３１４，３１６の間に配置することもできる。
【００５９】
また上述した実施の形態では、図３に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６を、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置したが、図５に示すように中心線ＣＬに沿って、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５と、双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６とを配置してもよい。
【００６０】
また上述した実施の形態では、図３に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６を、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置し、各双方向スイッチング素子の入力端子及び出力端子を中心線ＣＬに対して線対称に設けたが、図６に示すように、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置し、各双方向スイッチング素子の入力端子及び出力端子を同じ配置としてもよい。この場合には、２系統の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔをそれぞれ同じ方向（図示する例では左から右）に向かって各双方向スイッチング素子の入力端子に接続する。
【００６１】
また上述した実施の形態では、図３に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のそれぞれに対して一つずつ対応するようにフィルタコンデンサ８２１〜８２６を各相間に設けたが、図７に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のそれぞれに対して複数（図示する例では二つ）ずつ対応するようにフィルタコンデンサ８２１〜８２６を各相間に設けてもよい。
【００６２】
この場合において、フィルタコンデンサの配置は、図８に示すように電力変換装置３の中央でもよいし、図９に示すように電力変換装置３の外側でもよい。図８に示すように電力変換装置３の中央に配置すると空きスペースが利用できるので電力変換装置３の大きさを可能な限り抑制することができる。
【００６３】
上記双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５は本発明に係る第１スイッチング手段に相当し、上記双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６は本発明に係る第２スイッチング手段に相当し、上記電力変換装置３は本発明に係る変換回路に相当し、上記バスバー３３１，３３２は本発明に係る出力線に相当する。
【符号の説明】
【００６４】
１…電力変換システム
２…三相交流電源
３…電力変換装置
３１，３１１〜３１６…双方向スイッチング素子
３２，３２１〜３２６…スナバ回路
３２７…スナバコンデンサ
３３１〜３４８…バスバー
３５１〜３５６…ブラケット
４…トランス
５…整流器
６…二次電池
７…平滑回路
８…フィルタ回路
８１…フィルタリアクトル
８２Ｌ，８２Ｒ，８２１〜８２６，８３１〜８３６…フィルタコンデンサ
９…マトリックスコンバータ制御回路
１０…ヒートシンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用周波数の交流電力を任意の交流電力に直接変換する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
装置を構成する部品点数が少なく、装置の小型化が可能で、交流電力を交流電力に直接かつ高効率に変換する電力変換装置としてマトリックスコンバータが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のマトリックスコンバータでは、複数のＩＧＢＴを直列状に配置し、各ＩＧＢＴからの出力線を集約してつなげているため出力線が長くなるという問題がある。特に出力線に高周波交流電流が流れる電力変換装置においては、配線長が長いとＬ成分の影響を受け易い。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、出力線を短縮できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電力変換回路を構成する複数のスイッチング手段を、出力線が一方向に引き出されるように並べて配置することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数のスイッチング手段を並べて配置することにより出力線を一方向に引き出すことができるので、出力線を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態を適用した電力変換システムを示す電気回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る電力変換装置を示す平面図及び側面図並びに組立途中の平面図である。
【図３】図２の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【図４Ａ】図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの側面図である。
【図５】図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのさらに他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【図６】図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を適用した電力変換システムを示す電気回路図である。
【図８】図７の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【図９】図７の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
《電力変換システム１の概要》
最初に本発明の一実施の形態を適用した電力変換システムの概要について図１を参照して説明する。本例の電力変換システム１は、三相交流電源２から供給される三相交流電力を本発明の一実施の形態に係る電力変換装置３により単相交流電力に直接変換し、これをトランス４により適宜の電圧に昇圧又は降圧させたのち、整流器５により直流電力に変換して二次電池６を充電するシステムである。なお、７は平滑回路である。
【００１０】
本例の電力変換システム１において、三相交流電源２から三相交流電力が供給される出力線（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相で示す）の各相には、ノイズ対策として高調波を減衰させるフィルタ回路８が設けられている。本例のフィルタ回路８は、各相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続された３つのフィルタリアクトル８１と、各相Ｒ，Ｓ，Ｔの間に接続された６つのフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒとを備える。フィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒ（図３〜図６においてはフィルタコンデンサ８２１〜８３６で示す）のレイアウトについては後述する。
【００１１】
本例の電力変換システム１において、フィルタ回路８を経由して三相交流電力が電力変換装置３に供給され、単相交流電力に変換される。本例の電力変換装置３は、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相に対応してマトリックス状に配列された６つの双方向スイッチング素子３１を備える。以下、一つの双方向スイッチング素子を総称する場合は符号３１を用いて説明する一方、図１に示すように６つの双方向スイッチング素子のうちの特定の素子を示す場合は３１１〜３１６を用いて説明する。
【００１２】
本例の双方向スイッチング素子３１のそれぞれは、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴを還流ダイオードと組み合わせて逆並列に接続したＩＧＢＴモジュールで構成されている。なお、一つの双方向スイッチング素子３１の構成は、図示するものに限定されず、これ以外にもたとえば逆阻止型ＩＧＢＴの２素子を逆並列に接続した構成であってもよい。
【００１３】
双方向スイッチング素子３１のそれぞれには、当該双方向スイッチング素子３１のＯＮ／ＯＦＦ動作にともない発生するサージ電圧から当該双方向スイッチング素子３１を保護するために、双方向スイッチング素子３１の入力側及び出力側に１つのスナバコンデンサと３つのダイオードを組み合わせたスナバ回路３２が設けられている。以下、一つのスナバ回路を総称する場合は符号３２を用い、図１に示すように６つのスナバ回路のうち特定のスナバ回路を示す場合は３２１〜３２６を用いる。
【００１４】
本例の電力変換システム１は、電力変換装置３の双方向スイッチング素子３１のそれぞれをＯＮ／ＯＦＦ制御するためにマトリックスコンバータ制御回路９を備える。マトリックスコンバータ制御回路９は、三相交流電源２から供給される電圧値、現在出力中の直流電流値及び目標電流指令値を入力し、これらに基づいて双方向スイッチング素子３１のそれぞれのゲート信号を制御し、トランス４へ出力する単相交流電力を調整することで、目標と一致する直流電力を得る。
【００１５】
トランス４は、電力変換装置３で変換された単相交流電力の電圧を所定値に昇圧又は降圧する。整流器５は４つの整流ダイオードを備え、調圧された単相交流電力を直流電力に変換する。また、平滑回路７はコイルとコンデンサとを備え、整流された直流電流に含まれる脈流をより直流に近い状態に平滑化する。
【００１６】
以上のように構成された本例の電力変換システム１により、三相交流電源２から供給される三相交流電力は、電力変換装置３により単相交流電力に直接変換され、適宜の電圧に調圧されたのち直流電力に変換される。これにより二次電池６が充電される。なお、上述した電力変換システム１は、本発明に係る電力変換装置３を適用した一例であり、本発明は当該電力変換システム１への適用にのみ限定されることはない。すなわち、変換元又は変換先の少なくとも一方の電力が多相交流電力であれば、他の電力変換システムにも適用することができる。
【００１７】
《電力変換装置３の部品配置》
次に、図１の電力変換装置３を構成する部品の配置構成について、図２〜図６を参照して説明する。なお、図１と同じ部品には同一の符号を付すことで互いの対応関係を示すものとする。
【００１８】
図２において、右下の図は、ヒートシンク１０の上面に６つの双方向スイッチング素子３１（その一つをＩＧＢＴモジュールともいう。）を実装した組付け途中の状態を示す平面図、右上の図は、これに各双方向スイッチング素子３１の端子を接続するバスバーを実装した組付け途中の状態を示す平面図、左上の図は、これにスナバ回路３２を構成する３つのダイオードとフィルタ回路８のフィルタコンデンサ８２のうち左側の３つのフィルタコンデンサを実装した組付け途中の状態を示す平面図、左下の図は、その側面図である。本例の電力変換装置３を構成する部品が平面視において互いに重なり合っているため、以下の説明では要部を別図に示すことにする。
【００１９】
本例の双方向スイッチング素子３１は、図２及び図３に示すようにモジュールパッケージの上面に双方向スイッチング素子３１の入力側端子と、出力側端子と、対をなす２つのＩＧＢＴの中間点端子とが設けられている。図３に示す６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のうちの左側の３つの双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の左端の端子が入力端子、右端の端子が出力端子、中央の端子が中間点端子である。また、図３に示す６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のうちの右側の３つの双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の右端の端子が入力端子、左端の端子が出力端子、中央の端子が中間点端子である。なお、双方向スイッチング素子３１のゲート端子はモジュールパッケージの他の部分に設けられているがその図示は省略する。
【００２０】
図２及び図３に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６は、ヒートシンク１０の上面にボルトなどの固定手段により固定されている。これら６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６は、同図に示すように、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されている。換言すれば、一つの双方向スイッチング素子３１の３つの端子（入力端子，中間点端子，出力端子）の延在方向に沿って対をなす２つの双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されている。以下この配列を、「中心線ＣＬ又は出力端子を結ぶ出力線Ｐ，Ｎに対して並列に配置」されているともいう。本発明において、後述する図５の配列に対する配列である。なお、対をなす双方向スイッチング素子とは、入力線の同じ相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続された一対の双方向スイッチング素子をいう。
【００２１】
このように、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置することにより、出力線Ｐ，Ｎ（バスバー３３１，３３２）を一方向へ最短距離で引き出すことができるレイアウトになる。高周波交流電力が出力される配線長が長いとＬ成分の影響を受け易いので、本例の配置によればＬ成分の影響を抑制することができる。これは図５の他例に係る配列に対する有利な効果となる。すなわち、トランス４に至るまでほぼ直線に近い状態の出力線Ｐ，Ｎとなる。
【００２２】
また、上述したとおり中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の右端の端子は全て出力端子であり、左端の端子は全て入力端子である。逆に、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の左端の端子は全て出力端子であり、右端の端子は全て入力端子である。
【００２３】
そして、中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の左端の入力端子には、三相交流電源２の入力線から分岐した一方の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔが中心線ＣＬに向かって接続される一方で、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の右端の入力端子には、三相交流電源２の入力線から分岐した他方の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔが中心線ＣＬに向かって接続されている。すなわち、双方向スイッチング素子３１１，３１２の入力端子にはＲ相、双方向スイッチング素子３１３，３１４の入力端子にはＳ相、双方向スイッチング素子３１５，３１６の入力端子にはＴ相がそれぞれ接続されている。左右の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔの接続方向をいずれも中心線ＣＬに向かう方向にすることで、図６に示す他例に係る配列に比べてヒートシンク１０の左右方向の距離を短くすることができる。
【００２４】
なお図１において、三相交流電源２から電力変換装置３に至る入力線Ｒ，Ｓ，Ｔはフィルタリアクトル８１とフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒとの間で分岐するよう構成したが、フィルタリアクトル８１の上流側で分岐させ、分岐後の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔのそれぞれにフィルタリアクトル８１を設けてもよい。
【００２５】
また、中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の右端の出力端子には、電力変換装置３の出力線Ｐを構成する１本のバスバー３３１が接続される一方で、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の左端の出力端子には、電力変換装置３の出力線Ｎを構成する１本のバスバー３３２が接続されている。これらのバスバー３３１，３３２の先端側がトランス４に接続される。なお、これらのバスバー３３１，３３２を含めて、以下のバスバーは銅などの導電性に優れた導体により構成されている。
【００２６】
中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２の入力端子間はバスバー３３３で接続され、双方向スイッチング素子３１３と３１４の入力端子間はバスバー３３４で接続され、双方向スイッチング素子３１５と３１６の入力端子間はバスバー３３５で接続されている。図１の等価回路にもバスバーに相当する配線を同じ符号で示す。なお、電力変換装置３の機能上、これらバスバー３３３〜３３５は必須ではないので省略してもよい。
【００２７】
これらバスバー３３３〜３３５は、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２と平面視において交差することになるが、図３の側面図に示すように入力端子間を接続するバスバー３３３〜３３５が出力線Ｐ，Ｎのバスバー３３１，３３２より高い位置に設定されることで、両者が立体交差して干渉しないように構成されている。
【００２８】
中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２，双方向スイッチング素子３１３と３１４，双方向スイッチング素子３２５と３１６をそれぞれ接続することにより、各相間に設けられたフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを互いに共用できる。すなわち、図３の左側のＲ相とＳ相との間にはフィルタコンデンサ８２１が設けられ、右側のＲ相とＳ相との間にはフィルタコンデンサ８２４が設けられているが、Ｒ相が入力される双方向スイッチング素子３１１，３１２の入力端子はバスバー３３３で接続されている。したがって、三相交流電源２のＲ相のノイズは、２つのフィルタコンデンサ８２１，８２４が協働してフィルタリングすることになるので、一つのフィルタコンデンサを小容量化でき、結果的にフィルタコンデンサを小型化できることになる。Ｓ相及びＴ相についても同様のことが言える。
【００２９】
本例において、フィルタ回路８は６つのフィルタコンデンサ８２１〜８２６を含み、図３に示すように中心線ＣＬの左側と右側の入力線にそれぞれ３個ずつ配置されている。左側のフィルタコンデンサ８２１は、双方向スイッチング素子３１１の入力端子に対応したＲ相とＳ相との間に設けられている。同様に、左側のフィルタコンデンサ８２２は、双方向スイッチング素子３１３の入力端子に対応したＳ相とＴ相との間に設けられ、左側のフィルタコンデンサ８２３は、双方向スイッチング素子３１５の入力端子に対応したＴ相とＲ相との間に設けられている。また、右側のフィルタコンデンサ８２４は、双方向スイッチング素子３１２の入力端子に対応したＲ相とＳ相との間に設けられ、右側のフィルタコンデンサ８２５は、双方向スイッチング素子３１４の入力端子に対応したＳ相とＴ相との間に設けられ、右側のフィルタコンデンサ８２６は、双方向スイッチング素子３１６の入力端子に対応したＴ相とＲ相との間に設けられている。
【００３０】
このように中心線ＣＬの左右に３つずつ配置された６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６に対して、中心線ＣＬの左右に３個ずつ６個のフィルタコンデンサ８２１〜８２６をそれぞれ対応するように配置することで、フィルタコンデンサ８２１〜８２６と双方向スイッチング素子３１１〜３１６とのそれぞれの接続配線の取り廻し距離を短くすることができる。
【００３１】
本例において、左右それぞれ３個ずつのフィルタコンデンサ８２１〜８２６は、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６が設けられた領域よりも中心線ＣＬに対して外側に配置されている。具体的には、図２の左下の図に示すようにバスバーの上部に固定されている。フィルタコンデンサ８２１〜８２６を双方向スイッチング素子３１１〜３１６より外側に配置することにより、左右の双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの左右方向の間隔を最短にできるため、ヒートシンク１０の左右方向の距離を最短距離に設定でき、その結果、図４Ａの他例に係る配列に比べてヒートシンク１０を小型化することができる。
【００３２】
次に、中心線ＣＬの左右にそれぞれ３個ずつ設けられたフィルタコンデンサ８２１〜８２６の実装状態を、図２の実機の平面図及び側面図に基づいて説明する。
【００３３】
その前にバスバーの接続構成について説明すると、図２の右上図に示すように、バスバー３３１は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の出力端子を接続してトランス４に至る出力線Ｐであり、バスバー３３２は、双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の出力端子を接続してトランス４に至る出力線Ｎである。バスバー３３３は、双方向スイッチング素子３１１と３１２の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２３と８２６をそれぞれ接続するためのバスバー３３６と３３７が接続されている（フィルタコンデンサ８２３，８２６との接続状態については図２の左上図及び図３を参照）。このバスバー３３３の両端に接続されたバスバー３３６，３３７は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に対して傾斜して設けられている。
【００３４】
バスバー３３４は、双方向スイッチング素子３１３と３１４の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２４，８２５をそれぞれ接続するためのバスバー３３８と３３９が接続されている（フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２４，８２５との接続状態については図２の左上図及び図３を参照）。このバスバー３３４の両端に接続されたバスバー３３８，３３９は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に沿って延在する。
【００３５】
バスバー３３５は、双方向スイッチング素子３１５と３１６の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２３と８２６をそれぞれ接続するためのバスバー３４０と３４１が接続されている（フィルタコンデンサ８２３，８２６との接続状態については図２の左上図及び図３を参照）。このバスバー３３５の両端に接続されたバスバー３４０，３４１は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に対して傾斜して設けられている。
【００３６】
これらバスバー３３３，３３４，３３５は、図２の左下図に示すように、双方向スイッチング素子３１１〜３１６の入力端子に数枚のバスバー３４５，３４６を介して接続され、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２より高い位置に設置される。これにより、バスバー３３３〜３３５とバスバー３３１，３３２は干渉することなく高さ方向に所定の隙間をもって立体交差することになる。
【００３７】
フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３は、図２の左上図に点線で示すように、中心線ＣＬに対して外側に配置され、かつ一つの頂点が外方向に向かう三角形（二等辺三角形又は正三角形がより好ましい）の各頂点にフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３の中心が位置するように配置されている。３つのフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３を三角形の各頂点に配置することで、各コンデンサ間の配線長を最短距離に設定することができ、電力変換装置３の小型化を図ることができ、またコンデンサ間の同調をとることができる。また、一つの頂点が外方向に向かう配置とすることで、一つの頂点が内方向に向かう配列に比べて各コンデンサに接続する配線のバランスが向上するとともに各バスバー３３３，３３４，３３５までの距離も短くなる。
【００３８】
さらに、Ｒ相とＳ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２１は、バスバー３４２の上面に実装され、Ｓ相とＴ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２２は、バスバー３４３の上面に実装されている。これらの２つのバスバー３４２，３４３は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に対して傾斜して接続されている。また、これらの２つのバスバー３４２，３４３は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線を跨いで、バスバー３３３，３４２，３３５に接続されている。なお、中心線ＣＬの右側に実装されるフィルタコンデンサ８２４，８２５についても中心線ＣＬに対して対称に設けられている。
【００３９】
バスバー３４２，３４３を双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して傾斜して設けることにより、Ｒ相とＴ相との間に接続されたフィルタコンデンサ８２３の配線距離に極力等しくできるので、フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３間で同調をとることができる。また、バスバー３４２，３４３を、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線を跨ぐように設けることにより、フィルタコンデンサ８２１，８２２とバスバー３３３，３３４，３３５との接続距離を短くすることができ、電力変換装置３の小型化を図ることができる。さらに、各フィルタコンデンサ８２１〜８２６をバスバーの上面、換言すればバスバーに対して双方向スイッチング素子３１１〜３１６とは反対側にフィルタコンデンサ８２１〜８２６を配置することで、フィルタコンデンサ８２１〜８２６のレイアウトの設計自由度が大きくなる。
【００４０】
なお、Ｒ相とＴ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２３は、バスバー３３６と３４０との間に接続されたバスバー３４４の上面に実装され、このバスバー３４４は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して平行に設けられている。
【００４１】
次に、図１に示す一つのスナバ回路３２を構成する３つのダイオードと１つのスナバコンデンサの実装例を説明する。図１に示すように、たとえば双方向スイッチング素子３１１のスナバ回路３２１は、一つの端子が双方向スイッチング素子３１１の入力端子に接続され、他の一つの端子が双方向スイッチング素子３１１の中間点端子に接続され、さらに他の端子が双方向スイッチング素子３１１の出力端子にそれぞれ接続される。このため、３つのダイオードは、図２の左上図及び左下図に示すように、各双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの中間点端子に接続された導体からなるブラケット３５１〜３５６にそれぞれ固定及び接続されている。図２の左下図にはブラケット３５５のみを示す。
【００４２】
また本例では、スナバコンデンサに比較的大型の電解コンデンサを使用して、６つのスナバ回路３２１〜３２６に共通のスナバコンデンサ３２７をとしている（図３参照）。そして、このスナバコンデンサ３２７と３つのダイオードとを接続するためにバスバー３４７，３４８が、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２の間に同方向に沿って設けられている。
【００４３】
スナバコンデンサ３２７に接続される２つのバスバー３４７，３４８は、図２の左下図及び図３に示すように、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２よりも高い位置であってバスバー３３３，３３４，３３５よりも低い位置に固定されている。なお、これら２つのバスバー３４７，３４８は、ヒートシンク１０又はこれ以外の基台（不図示）に支持されている。なお、バスバー３３３，３３４，３３５との短絡を防止するために、バスバー３４７，３４８の表面を絶縁被覆してもよい。
【００４４】
出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３１１，３１２とスナバコンデンサ３２７へのバスバー３４７，３４８との配置に関しては、バスバー３１１，３１２の間にバスバー３４７，３４８を配置することにより、出力線Ｐ，Ｎ及びスナバコンデンサ３２７への配線距離をともに短くすることができる。また、バスバー３４７，３４８をバスバー３１１，３１２より高い位置に設定することで、各スナバ回路３２１〜３２６のダイオードからの距離を短くすることができる。
【００４５】
以上の実施の形態によれば、以下の効果を有する。
１）本例では、中心線ＣＬの左右に３つずつ配置された６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６に対して、中心線ＣＬの左右に３個ずつ６個のフィルタコンデンサ８２１〜８２６をそれぞれ対応して配置したので、フィルタコンデンサ８２１〜８２６と双方向スイッチング素子３１１〜３１６とのそれぞれの接続配線の取り廻し距離を短くすることができる。
【００４６】
２）本例では、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６が、それぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されているので、出力線Ｐ，Ｎ（バスバー３３１，３３２）を一方向へ短く引き出すことができるレイアウトになる。したがって、高周波交流電力が出力される配線長が長いとＬ成分の影響を受け易いが、本例の配置によればＬ成分の影響を抑制することができる。
【００４７】
３）本例では、左右それぞれ３個ずつのフィルタコンデンサ８２１〜８２６は、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６が設けられた領域よりも中心線ＣＬに対して外側に配置されているので、左右の双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの左右方向の間隔を最短にできる。したがって、ヒートシンク１０の左右方向の距離を最短距離に設定でき、その結果、ヒートシンク１０を小型化することができる。
【００４８】
４）本例では、中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２，双方向スイッチング素子３１３と３１４，双方向スイッチング素子３２５と３１６の入力端子が、それぞれバスバー３３３，３３４，３３５で接続されているので、各相間に設けられたフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを互いに共用できる。したがって、一つのフィルタコンデンサを小容量化でき、結果的にフィルタコンデンサを小型化できる。
【００４９】
５）本例では、双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの入力端子に対して、左右の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔの接続方向をいずれも中心線ＣＬに向かう方向にしているので、ヒートシンク１０の左右方向の距離を短くすることができる。
【００５０】
６）本例では、各フィルタコンデンサ８２１〜８２６をバスバーの上面、換言すればバスバーに対して双方向スイッチング素子３１１〜３１６とは反対側にフィルタコンデンサ８２１〜８２６を配置したので、フィルタコンデンサ８２１〜８２６のレイアウトの設計自由度が大きくなる。
【００５１】
７）本例では、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３１１，３１２とスナバコンデンサ３２７へのバスバー３４７，３４８との配置について、バスバー３１１，３１２の間にバスバー３４７，３４８を配置したので、出力線Ｐ，Ｎ及びスナバコンデンサ３２７への配線距離をともに短くすることができる。
【００５２】
８）本例では、バスバー３４７，３４８をバスバー３１１，３１２より高い位置に設定したので、各スナバ回路３２１〜３２６のダイオードからの距離を短くすることができる。
【００５３】
９）本例では、３つのフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３を三角形の各頂点に配置したので、各コンデンサ間の配線長を最短距離に設定することができ、電力変換装置３の小型化を図ることができ、またコンデンサ間の同調をとることもできる。
【００５４】
１０）本例では、三角形に配置した３つのフィルタコンデンサの一つの頂点が外方向に向かう配置にしたので、一つの頂点が内方向に向かう配列に比べて各コンデンサに接続する配線のバランスが向上するとともに、各バスバー３３３，３３４，３３５までの距離も短くなる。
【００５５】
１１）本例では、バスバー３４２，３４３を双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して傾斜して設けたので、Ｒ相とＴ相との間に接続されたフィルタコンデンサ８２３の配線距離に極力等しくできる。したがって、フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３間で同調をとることができる。
【００５６】
１２）本例では、バスバー３４２，３４３を、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線を跨ぐように設けたので、フィルタコンデンサ８２１，８２２とバスバー３３３，３３４，３３５との接続距離を短くすることができ、電力変換装置３の小型化を図ることができる。
【００５７】
《他の実施の形態》
本発明は、上述した実施の形態以外にも適宜改変することができる。以下に本発明の変形例を説明するが、本発明は上述した実施の形態及び以下の実施の形態にのみ限定される趣旨ではない。なお、上述した実施の形態と共通する部材には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００５８】
上述した実施の形態では、図３に示すように左右それぞれ３つずつのフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを、中心線ＣＬに対して双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５及び３１２，３１４，３１６の外側に配置したが、図４Ａ，４Ｂに示すように中心線ＣＬに対して左右に配列された双方向スイッチング素子３１１,３１３，３１５及び３１２，３１４，３１６の間に配置することもできる。
【００５９】
また上述した実施の形態では、図３に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６を、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置したが、図５に示すように中心線ＣＬに沿って、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５と、双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６とを配置してもよい。
【００６０】
また上述した実施の形態では、図３に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６を、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置し、各双方向スイッチング素子の入力端子及び出力端子を中心線ＣＬに対して線対称に設けたが、図６に示すように、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置し、各双方向スイッチング素子の入力端子及び出力端子を同じ配置としてもよい。この場合には、２系統の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔをそれぞれ同じ方向（図示する例では左から右）に向かって各双方向スイッチング素子の入力端子に接続する。
【００６１】
また上述した実施の形態では、図３に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のそれぞれに対して一つずつ対応するようにフィルタコンデンサ８２１〜８２６を各相間に設けたが、図７に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のそれぞれに対して複数（図示する例では二つ）ずつ対応するようにフィルタコンデンサ８２１〜８２６を各相間に設けてもよい。
【００６２】
この場合において、フィルタコンデンサの配置は、図８に示すように電力変換装置３の中央でもよいし、図９に示すように電力変換装置３の外側でもよい。図８に示すように電力変換装置３の中央に配置すると空きスペースが利用できるので電力変換装置３の大きさを可能な限り抑制することができる。
【００６３】
上記双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５は本発明に係る第１スイッチング手段に相当し、上記双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６は本発明に係る第２スイッチング手段に相当し、上記電力変換装置３は本発明に係る変換回路に相当し、上記バスバー３３１，３３２は本発明に係る出力線に相当する。
【符号の説明】
【００６４】
１…電力変換システム
２…三相交流電源
３…電力変換装置
３１，３１１〜３１６…双方向スイッチング素子
３２，３２１〜３２６…スナバ回路
３２７…スナバコンデンサ
３３１〜３４８…バスバー
３５１〜３５６…ブラケット
４…トランス
５…整流器
６…二次電池
７…平滑回路
８…フィルタ回路
８１…フィルタリアクトル
８２Ｌ，８２Ｒ，８２１〜８２６，８３１〜８３６…フィルタコンデンサ
９…マトリックスコンバータ制御回路
１０…ヒートシンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相交流電力を交流電力に直接変換する電力変換装置であって、
前記多相交流電力の各相に接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第１スイッチング手段と、前記多相交流電力の各相に接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第２スイッチング手段と、を有する変換回路と、
前記変換回路に接続された出力線と、を備え、
前記複数の第１スイッチング手段と前記複数の第２スイッチング手段は、それぞれの出力端子がそれぞれ一列に並んで配置され、
前記出力線は、前記出力端子に接続されて一方向に引き出されている電力変換装置。
【請求項２】
前記複数の第１スイッチング手段と前記複数の第２スイッチング手段のそれぞれの入力端子にそれぞれ接続された入力線をさらに備え、
前記出力線は、前記入力端子より内側に設けられた出力端子に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記変換回路に接続された複数のコンデンサをさらに備え、
前記複数のコンデンサは、前記第１スイッチング手段及び前記第２スイッチング手段に対して外側に配置されている請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１スイッチング手段に接続されたコンデンサと、前記第２スイッチング手段に接続されたコンデンサとが、接続されている請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項１】
多相交流電力を交流電力に直接変換する電力変換装置であって、
前記多相交流電力の各相に接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第１スイッチング手段と、前記多相交流電力の各相に接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第２スイッチング手段と、を有する変換回路と、
前記変換回路に接続された出力線と、を備え、
前記複数の第１スイッチング手段と前記複数の第２スイッチング手段は、それぞれの出力端子がそれぞれ一列に並んで配置され、
前記出力線は、前記出力端子に接続されて一方向に引き出されている電力変換装置。
【請求項２】
前記複数の第１スイッチング手段と前記複数の第２スイッチング手段のそれぞれの入力端子にそれぞれ接続された入力線をさらに備え、
前記出力線は、前記入力端子より内側に設けられた出力端子に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記変換回路に接続された複数のコンデンサをさらに備え、
前記複数のコンデンサは、前記第１スイッチング手段及び前記第２スイッチング手段に対して外側に配置されている請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１スイッチング手段に接続されたコンデンサと、前記第２スイッチング手段に接続されたコンデンサとが、接続されている請求項３に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５３８５９（Ｐ２０１２−２５３８５９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２２８５２（Ｐ２０１１−１２２８５２）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【Ｆターム（参考）】
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