電力変換装置
【課題】自己インダクタンスを有する接続ラインを用いてなる電力変換装置において、スイッチング素子をターンオンまたはオフしたときに、電流経路とスナバコンデンサとが共振することを抑制することができ、配置の自由度を向上させることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】一対の接続ライン２０、３０の少なくとも一方の接続ラインに、当該接続ラインよりも自己インダクタンスが低いと共に抵抗値が高い補助配線２１〜２３、３１〜３３を備える。そして、補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスを、一対の接続ライン２０、３０を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくする。
【解決手段】一対の接続ライン２０、３０の少なくとも一方の接続ラインに、当該接続ラインよりも自己インダクタンスが低いと共に抵抗値が高い補助配線２１〜２３、３１〜３３を備える。そして、補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスを、一対の接続ライン２０、３０を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の接続ラインの間にスイッチング素子を直列接続してなる直列接続体と、この直列接続体と並列接続されるスナバコンデンサとを備えてなる電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一対の接続ラインの間に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、単にＩＧＢＴという）等のスイッチング素子を直列接続してなる直列接続体を備え、電源と回転電機（モータ）等の負荷との間に配置されて直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が知られている。
【０００３】
このような電力変換装置では、近年、スイッチング過度時間を短くするために、スイッチングの高速化が進められている。しかしながら、接続ラインは、例えば、金属板をプレス加工等することにより形成されており、自己インダクタンスＬを有している。このため、スイッチングの高速化に伴って、スイッチング素子をターンオンまたはオフしたときに生じるサージ電圧（ΔＶ＝−Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）が大きくなり、スイッチング素子が破壊されてしまうことがある。
【０００４】
したがって、最近では、上記電力変換装置において、直列接続体にサージ電圧を吸収するスナバコンデンサを備え、スイッチング素子がサージ電圧により破壊されることを抑制することが知られている。しかしながら、スナバコンデンサを備えた電力変換装置では、スナバコンデンサを配置することによりサージ電圧を吸収することができるものの、スイッチング素子をターンオンまたはオフしたときには、スナバコンデンサと電流経路（接続ライン）とが共振してスナバコンデンサの端子間の電圧が振動し、出力に歪みが生じるという新たな問題が発生する。
【０００５】
この問題を解決するため、接続ラインに対して、誘導電流を発生させる板状の誘導導体を絶縁物を介して平行に、かつ近接させて配置した電力変換装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このような電力変換装置では、接続ラインに交流成分が流れると、その電流によって接続ラインの周囲に磁界が発生する。そして、この磁界により、接続ラインに近接して配置された誘導導体に誘導起電力が発生し、誘導導体には接続ラインに流れる電流とは逆方向に誘導電流が流れることになる。このため、誘導導体の周囲には、誘導電流により接続ラインの周囲に形成される磁界と反対方向の磁界が形成されることになり、接続ラインの周囲に形成される磁界を弱めることができる。すなわち、接続ラインと誘導導体との間に生じる相互インダクタンスにより、交流成分が流れる電流経路全体の自己インダクタンスを低減することができ、これにより、スナバコンデンサと電流経路（接続ライン）とが共振することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１３５５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような電力変換装置では、自己インダクタンスを低減するために、接続ラインに対して誘導導体を平行に、かつ近接させ、絶縁物を介して配置しなければならないため、配置が制限されるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、自己インダクタンスを有する接続ラインを用いてなる電力変換装置において、スイッチング素子をターンオンまたはオフしたときに、電流経路とスナバコンデンサとが共振することを抑制することができ、配置の自由度を向上させることができる電力変換装置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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電流が流れる一対の接続ライン（２０、３０）を備え、一対の接続ライン（２０、３０）の間に、スイッチング素子（５１、５２、６１、６２、７１、７２）を直列接続してなる直列接続体と、直列接続体に備えられたスナバコンデンサ（８０）とを有する電力変換装置において、一対の接続ライン（２０、３０）の少なくとも一方の接続ラインには、当該接続ラインよりも自己インダクタンスが低いと共に抵抗値が高い補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられ、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスは、一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされていることを特徴とする。
【００１１】
このような電力変換装置では、一対の接続ライン（２０、３０）の少なくとも一方の接続ラインに、この接続ラインよりも自己インダクタンスが低いと共に抵抗値が高い補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられている。そして、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスは、一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされている。このため、交流成分は補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路を流れることになる。すなわち、スイッチング素子（５１、５２、６１、６２、７１、７２）をターンオンまたはオフしたときのサージ電流は、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路を流れることになり、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を備えていない電力変換装置と比較して、電流経路とスナバコンデンサ（８０）とが共振することを抑制することができる。
【００１２】
また、接続ライン（２０、３０）には補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられるため、板状の誘導導体を備える従来の電力変換装置と比較して、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）と接続ラインとの間に絶縁物を備える必要はない。そして、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスが一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされていればよいため、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を接続ラインに平行に配置しなくてもよいし、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を接続ラインに近接させて配置しなくてもよい。したがって、板状の誘導導体を備える従来の電力変換装置と比較して、配置の自由度を向上させることができる。
【００１３】
例えば、請求項２に記載の発明のように、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路で囲まれる面積を一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路で囲まれる面積より小さくすることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明のように、一対の接続ライン（２０、３０）に、それぞれ補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を備えることができる。
【００１５】
さらに、請求項４に記載の発明のように、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）の剛性を接続ライン（２０、３０）の剛性よりも低くすることができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明のように、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を中空部を有する筒状の磁気コア（１３０）の中空部を通過して備えることができる。
【００１７】
そして、請求項６に記載の発明のように、一対の接続ライン（２０、３０）のうち一方の接続ラインを、芯線（２０ａ）と、当該芯線（２０ａ）を覆う絶縁体と、絶縁体の周囲に配置された補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を備えた編組線を用いて構成し、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を、他方の接続ラインと電気的に接続することができる。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明のように、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）にダンピング抵抗を備えることができる。このような電力変換装置では、ダンピング抵抗の抵抗値を適宜変更することにより、電流経路とスナバコンデンサ（８０）とが共振したときのスナバコンデンサ（８０）の端子間の電圧のピーク値や減衰性を容易に調整することができる。
【００１９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態における電力変換装置を用いて３相交流モータを制御する制御装置を構成したときの回路構成を示す図である。
【図２】図１に示す制御装置における平滑コンデンサとＵ相アームに備えられたスナバコンデンサとの間の回路構成を示す模式図である
【図３】図１に示す電力変換装置の部分的な平面模式図である。
【図４】（ａ）は補助配線を備えていない回路構成を示す図、（ｂ）はスナバコンデンサの端子間の電圧を示す図である。
【図５】（ａ）は補助配線を備えた回路構成を示す図、（ｂ）はスナバコンデンサの端子間の電圧を示す図である。
【図６】（ａ）はダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値としたときのスナバコンデンサの端子間の電圧を示す図であり、（ｂ）はダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値の約半分としたときのスナバコンデンサの端子間の電圧を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態における電力変換装置の部分的な平面模式図である。
【図８】図７の回路構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態における電力変換装置の部分的な平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態における電力変換装置を用いて３相交流モータを制御する制御装置を構成したときの回路構成を示す図である。
【００２２】
図１に示されるように、本実施形態の電力変換装置は、本発明の一対の接続ラインに相当する、電源１０の正極と接続される高電位側の電源ライン２０と電源１０の負極と接続される低電位側の接地ライン３０とを有している。電源ライン２０および接地ライン３０は、本実施形態では、金属板をプレス加工等することにより形成されており、例えば、インダクタンスが５００ｎＨ、抵抗値が１ｍΩである。そして、この電源ライン２０と接地ライン３０との間には、平滑コンデンサ４０、Ｕ相アーム５０、Ｖ相アーム６０、Ｗ相アーム７０が並列に備えられている。
【００２３】
平滑コンデンサ４０は、電源１０から供給される主電流を平滑するものであり、電源１０とＵ相アーム５０との間に備えられている。平滑コンデンサ４０としては、例えば、５５０μＦのものが用いられる。
【００２４】
Ｕ相アーム５０、Ｖ相アーム６０、Ｗ相アーム７０それぞれは、電源ライン２０と接続される高電位側のスイッチング素子５１、６１、７１および接地ライン３０と接続される低電位側のスイッチング素子５２、６２、７２の二つのスイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２が直列接続されてなる直列接続体を有する構成とされている。そして、各スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２には、ダイオード５３、５４、６３、６４、７３、７４が逆並列接続されて備えられている。
【００２５】
また、Ｕ相アーム５０、Ｖ相アーム６０、Ｗ相アーム７０それぞれには、スナバコンデンサ８０が備えられている。スナバコンデンサ８０は、スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２をターンオンまたはオフしたときに生じるサージ電圧を吸収するものであり、例えば、１μＦのものが用いられる。
【００２６】
スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２は、特に限定されるものではないが、例えば、ＩＧＢＴが用いられる。そして、各スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２のゲートは、図示しない制御回路に接続されており、制御回路からの制御信号により各スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２のターンオンまたはオフの切換えが行われるようになっている。
【００２７】
また、Ｕ相アーム５０、Ｖ相アーム６０、およびＷ相アーム７０には、それぞれ２つのスイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２の間に、回転電機（モータ）等の負荷９０と接続される接続配線５５、６５、７５が接続されている。
【００２８】
さらに、電源ライン２０には、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間に、電源ライン２０よりも自己インダクタンスが低く、かつ抵抗値が高い補助配線２１〜２３がそれぞれ備えられている。同様に、接地ライン３０には、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間に、接地ライン３０よりも自己インダクタンスが低く、かつ抵抗値が高い補助配線３１〜３３がそれぞれ備えられている。各補助配線２１〜２３、３１〜３３は、例えば、ビニール線やワイヤ等の金属に対して柔軟な素材で作られた一般的なもの、つまり接続ライン２０、３０より剛性が低いものが用いられ、自己インダクタンスが１００ｎＨ、抵抗値が１０ｍΩのものが用いられる。
【００２９】
図２は、図１に示す制御装置における平滑コンデンサ４０とＵ相アーム５０に備えられたスナバコンデンサ８０との間の回路構成を示す模式図である。なお、図２では、補助配線２２、２３、３２、３３を省略して示してある。
【００３０】
図２に示されるように、電源ライン２０および接地ライン３０には、電源ライン２０よりも自己インダクタンスが低く、かつ抵抗値が高い補助配線２１、３１が備えられている。このため、直流成分は主として電源ライン２０および接地ライン３０を有する電流経路（図２中Ａの経路）を流れ、交流成分は主として補助配線２１、３１を有する電流経路（図２中Ｂの経路）を流れる。また、交流成分は、補助配線２１と補助配線３１とにおいて、反対方向に流れる。
【００３１】
本実施形態では、補助配線２１〜２３、３１〜３３は次のように電源ライン２０および接地ライン３０に備えられている。図３は、図１に示す電力変換装置の部分的な平面模式図であり、図１中の二点鎖線部分に相当している。なお、図３中では、補助配線２２、２３、３２、３３は省略して示してある。
【００３２】
図３に示されるように、電力変換装置は、電源ライン２０および接地ライン３０が平行に配置されており、電源ライン２０および接地ライン３０はそれぞれ平滑コンデンサ４０を含む半導体モジュール１００と、スイッチング素子５１、５２が直列接続された直列接続体、ダイオード５３、５４、スナバコンデンサ８０を含む半導体モジュール１１０にネジ１２０により固定されている。
【００３３】
電源ライン２０に備えられる補助配線２１は、電源ライン２０の平面方向であって、接地ライン３０側に突出して備えられており、接地ライン３０に備えられる補助配線３１は、接地ライン３０の平面方向であって、電源ライン２０側に突出して備えられている。そして、補助配線２１のうち接地ライン３０側に突出している部分と補助配線３０のうち電源ライン２０側に突出している部分とは、平行とされている。
【００３４】
つまり、電流経路全体の自己インダクタンスは、単純には、電流経路によって囲まれる面積に比例するため、電源ライン２０および接地ライン３０を有して構成される電流経路によって囲まれる面積より補助配線２１、３１を有して構成される電流経路によって囲まれる面積が小さくなるようにしている。すなわち、補助配線２１、３１を含んで構成される電流経路は、電源ライン２０および接地ライン３０を含んで構成される電流経路で囲まれる面積と同じである場合であっても、補助配線２１、３１の自己インダクタンスは電源ライン２０および接地ライン３０より小さくされているため、電流経路全体の自己インダクタンスが小さくなる。しかしながら、本実施形態では、上記のように、補助配線２１、３１を含んで構成される電流経路で囲まれる面積を小さくすることにより、さらに電流経路全体の自己インダクタンスが小さくなるようにしている。
【００３５】
言い換えると、補助配線２１、３１を近接して配置することにより電流経路全体の自己インダクタンスが小さくなるようにしている。例えば、図２中Ｂの電流経路の自己インダクタンスＬは、補助配線２１の自己インダクタンスをＬ１、補助配線３１の自己インダクタンスをＬ２、補助配線２１、３１の相互インダクタンスをＭとすると、補助配線２１、３１には互いに反対方向の交流成分が流れるため、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２−Ｍで示される。このため、補助配線２１、３１を近接して配置することにより、補助配線２１、３１を電磁結合させて相互インダクタンスが大きくなるようにし、電流経路全体の自己インダクタンスが小さくなるようにしている。
【００３６】
なお、上記では、補助配線２１、３１のうち突出している部分が平行とされているものについて説明したが、例えば、補助配線２１と補助配線３１とがねじり合わされていてもよい。また、補助配線２１と補助配線３１とは、例えば、ビニール平行線を用いて構成されていてもよい。さらに、上記では、平滑コンデンサ４０とＵ相アーム５０に備えられたスナバコンデンサ８０との間の部分について説明したが、他の部分も同様の構成とされている。すなわち、補助配線２２、２３は、電源ライン２０の平面方向であって、接地ライン３０側に突出して備えられ、補助配線３２、３３は、接地ライン３０の平面方向であって、電源ライン２０側に突出して備えられている。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の電力変換装置では、電源ライン２０および接地ライン３０にそれぞれ、電源ライン２０よりも自己インダクタンスが低く、かつ抵抗値が高い補助配線２１〜２３、３１〜３３が備えられている。そして、補助配線２１、３１を含んで構成される電流経路（例えば、図２中Ｂの電流経路）の自己インダクタンスは、電源ライン２０および接地ライン３０を含んで構成される電流経路（例えば、図２中Ａの電流経路）の自己インダクタンスより小さくされている。このため、交流成分は補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路を流れることになる。すなわち、スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２をターンオンまたはオフしたときのサージ電流は、補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路を流れることになり、補助配線２１〜２３、３１〜３３を備えていない電力変換装置と比較して、電流経路とスナバコンデンサ８０とが共振することを抑制することができる。
【００３８】
図４、図５は、下アーム駆動ハーフブリッジ回路を用いてスナバコンデンサ８０の端子間の電圧をシミュレーションにより調べた結果であり、図４（ａ）は補助配線を備えていない回路構成を示す図、図４（ｂ）はスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図である。また、図５（ａ）は補助配線を備えた回路構成を示す図であり、図５（ｂ）はスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図である。なお、図４、図５では、電源１０の電圧を１５０Ｖとし、電流を４０Ａとしたときのシミュレーション結果である。また、図４、図５では、電源ライン２０および接地ライン３０のインダクタンスを５００ｎＨ、抵抗値を１ｍΩとし、平滑コンデンサ４０の容量を５５０μＦ、スナバコンデンサ８０の容量を１μＦとしている。そして、図５では、補助配線２１、３１のインダクタンスを１００ｎＨ、抵抗値を１０ｍΩとしている。また、図４では、電源ライン２０と接地ライン３０との相互インダクタンスを１０ｎＨとし、図５では、補助配線２１、３１の相互インダクタンスを１００ｎＨとしている。
【００３９】
図４（ｂ）に示されるように、補助配線を備えていない場合には、時点Ｔ１においてスイッチング素子５２をターンオフすると、スナバコンデンサ８０と電流経路とが共振してスナバコンデンサ８０の端子間の電圧が振動し、５０μｓ後でも振動が収束しないことが確認される。これに対し、図５（ｂ）に示されるように、補助配線２１、３１を備えている場合には、時点Ｔ１においてスイッチング素子５２をターンオフすると、スナバコンデンサ８０と電流経路とが共振してスナバコンデンサ８０の端子間の電圧が振動するものの、補助配線２１、３１を備えていない場合と比較して、電圧のピーク値を低減することができると共に、約２０μｓ後には振動をほぼ収束できることが確認される。
【００４０】
すなわち、本実施形態の電力変換装置では、補助配線２１、３１を備えていることにより、電流経路とスナバコンデンサ８０とが共振することを抑制することができる。なお、スナバコンデンサ８０はスイッチング素子５１、５２の近傍に配置されるものであり、平滑コンデンサ４０の容量より十分に小さいため、上記電力変換装置においては、スナバコンデンサ８０と電流経路との間が共振することになる。また、上記では、スイッチング素子５２をターンオフしたときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧について説明したが、スイッチング素子５２をターンオンしたときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧の挙動についても同様の結果となる。
【００４１】
また、このような電力変換装置においては、補助配線２１〜２３、３１〜３３にダンピング抵抗を備えて抵抗値を調整してもよい。ダンピング抵抗の抵抗値は、特に、限定されるものではないが、補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路の臨界制動値に基づいて適宜選択されることが好ましい。
【００４２】
図６は、図５（ａ）に示す回路にダンピング抵抗を挿入したときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図であり、（ａ）は、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値としたときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図、（ｂ）は、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値の約半分としたときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図である。
【００４３】
図６に示されるように、時点Ｔ１でターンオフすると、ダンピング抵抗を挿入することにより、ダンピング抵抗を挿入していないスナバコンデンサ８０の端子間の電圧と比較して、減衰性を高くすることができることが確認できる。しかしながら、図６（ａ）に示されるように、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値とした場合には、図５（ｂ）と比較して、電圧の振動の減衰性を高くすることができるものの、電圧のピーク値が高くなる。これに対し、図６（ｂ）に示されるように、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値の約半分とした場合には、図５（ｂ）と比較して、電圧の振動の減衰性を高くしつつ、電圧のピーク値を小さくすることができる。このため、ダンピング抵抗を挿入する場合には、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値の約半分とすることが好ましい。
【００４４】
また、上記電力変換装置では、電源ライン２０および接地ライン３０には、ビニール線やワイヤ等の補助配線２１〜２３、３１〜３３を備えればよく、補助配線２１〜２３、３１〜３３と電源ライン２０および接地ライン３０との間に絶縁物を備える必要はない。そして、補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスが電源ライン２０および接地ライン３０を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされていればよいため、補助配線２１〜２３、３１〜３３を電源ライン２０および接地ライン３０に平行に配置しなくてもよいし、補助配線２１〜２３、３１〜３３を電源ライン２０および接地ライン３０に近接させて配置しなくてもよい。このため、板状の誘導導体を備える従来の電力変換装置と比較して、配置の自由度を向上させることができる。
【００４５】
また、誘導導体に誘導電流を流して電流経路の自己インダクタンスを低減する従来の電力変換装置と比較して、補助配線２１〜２３、３１〜３３にダンピング抵抗を備えることにより、電圧のピーク値や減衰性の調整を容易に行うことができる。
【００４６】
そして、本実施形態では、補助配線２１、３１、補助配線２２、３２、補助配線２３、３３を近接して配置することにより、相互インダクタンスが大きくなるようにしているため、さらに、電流経路全体の自己インダクタンスを低減させることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の電力変換装置は、上記第１実施形態に対して、電源ライン２０を編組線で構成したものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図７は、本実施形態における電力変換装置の部分的な平面模式図であり、図１中の二点鎖線部分に相当している。なお、図７中では、補助配線２２、２３は省略して示してある。
【００４８】
図７に示されるように、本実施形態の電源ライン２０は編組線を用いて構成されている。編組線は、ＡｌやＣｕ等で構成される芯線を樹脂等の絶縁体で覆うと共に絶縁体の周囲に補助配線２１を編み込んで備え、さらに、この補助配線２１を覆う樹脂等の絶縁体を配置したものである。そして、補助配線２１は、半導体モジュール１００、１１０と接続される部分の近傍からそれぞれ引き伸ばされて接地ライン３０と電気的に接続されている。このため、編組線の芯線２０ａと接地ライン３０を含んで構成される電流経路によって囲まれる面積より芯線２０ａと補助配線２１を含んで構成される電流経路によって囲まれる面積を小さくすることができる。
【００４９】
図８は、図７の回路構成を示す模式図である。なお、図８中では、補助配線２２、２３は省略して示してある。図８に示されるように、交流成分は図８中Ｃの電流経路を流れ、電源ライン２０側では芯線２０ａを流れると共に接地ライン３０側では補助配線２１を流れる。なお、補助配線２２、２３についても同様であり、接地ライン３０側では交流成分が補助配線２２、２３を流れる。
【００５０】
このような電力変換装置では、電源ライン２０を編組線を用いて構成し、芯線２０ａの周囲に配置されている補助配線２１〜２３を利用して交流成分が流れる電流経路を構成している。このため、上記第１実施形態と比較して、逆方向に交流成分が流れる電流経路、つまり芯線２０ａと補助配線２１〜２３とをさらに近接させることができ、相互インダクタンスを大きくすることができるので、電流経路全体の自己インダクタンスをさらに低減することができる。
【００５１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の電力変換装置は、上記第１実施形態に対して、補助配線２１〜２３、３１〜３３を通過させる中空部を有する磁気コアを備えたものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図９は、本実施形態における電力変換装置の部分的な平面模式図であり、図１中の二点鎖線部分に相当している。なお、図９中では、補助配線２２、２３、３２、３３を省略して示してある。
【００５２】
図９に示されるように、本実施形態の電力変換装置は、中空部を有する筒状の磁気コア１３０を備えており、補助配線２１が磁気コア１３０の中空部を通過して備えられている。特に限定されるものではないが、磁気コア１３０は、例えば、フェライト等を用いて構成されている。
【００５３】
このような電力変換装置では、磁気コア１３０を備えており、磁気コア１３０の周囲には磁界が形成される。そして、補助配線２１、３１は、磁気コア１３０の中空部を通過して備えられている。このため、磁気コア１３０を備えていない場合と比較して、補助配線２１、３１に交流成分が流れたとき、補助配線２１、３１の周囲の磁束の変化を小さくすることができ、自己インダクタンスを小さくすることができる。このため、さらに、補助配線２１、３１とスナバコンデンサ８０とが共振することを抑制することができる。
【００５４】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、電源ライン２０および接地ライン３０に補助配線２１〜２３、３１〜３３が備えられている例について説明したが、例えば、電源ライン２０にのみ補助配線２１〜２３が備えられていても良いし、接地ライン３０にのみ補助配線３１〜３３が備えられていてもよい。
【００５５】
また、上記第１、第３実施形態では、電源ライン２０には、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間に、補助配線２１〜２３が備えられており、接地ライン３０には、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間に、補助配線３１〜３３が備えられている例について説明したが、例えば、次のようにすることもできる。すなわち、電源ライン２０のうち、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、Ｕ相アーム５０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、Ｖ相アーム６０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間にそれぞれ補助配線２１〜２３を備えることができる。同様に、接地ライン３０のうち、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、Ｕ相アーム５０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、Ｖ相アーム６０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間にそれぞれ補助配線３１〜３３を備えることができる。
【００５６】
そして上記第２実施形態においても、電源ライン２０のうち、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、Ｕ相アーム５０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、Ｖ相アーム６０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間にそれぞれ補助配線２１〜２３を備えることができる。
【００５７】
また、上記各実施形態では、３相交流モータを制御する制御装置に本発明の電力変換装置を適用した例について説明したが、例えば、単層交流モータを制御する制御装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 電源
２０ 電源ライン
２１〜２３ 補助配線
３０ 接地ライン
３１〜３３ 補助配線
４０ 平滑コンデンサ
５０ Ｕ相アーム
６０ Ｖ相アーム
７０ Ｗ相アーム
８０ スナバコンデンサ
９０ 負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の接続ラインの間にスイッチング素子を直列接続してなる直列接続体と、この直列接続体と並列接続されるスナバコンデンサとを備えてなる電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一対の接続ラインの間に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、単にＩＧＢＴという）等のスイッチング素子を直列接続してなる直列接続体を備え、電源と回転電機（モータ）等の負荷との間に配置されて直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が知られている。
【０００３】
このような電力変換装置では、近年、スイッチング過度時間を短くするために、スイッチングの高速化が進められている。しかしながら、接続ラインは、例えば、金属板をプレス加工等することにより形成されており、自己インダクタンスＬを有している。このため、スイッチングの高速化に伴って、スイッチング素子をターンオンまたはオフしたときに生じるサージ電圧（ΔＶ＝−Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）が大きくなり、スイッチング素子が破壊されてしまうことがある。
【０００４】
したがって、最近では、上記電力変換装置において、直列接続体にサージ電圧を吸収するスナバコンデンサを備え、スイッチング素子がサージ電圧により破壊されることを抑制することが知られている。しかしながら、スナバコンデンサを備えた電力変換装置では、スナバコンデンサを配置することによりサージ電圧を吸収することができるものの、スイッチング素子をターンオンまたはオフしたときには、スナバコンデンサと電流経路（接続ライン）とが共振してスナバコンデンサの端子間の電圧が振動し、出力に歪みが生じるという新たな問題が発生する。
【０００５】
この問題を解決するため、接続ラインに対して、誘導電流を発生させる板状の誘導導体を絶縁物を介して平行に、かつ近接させて配置した電力変換装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このような電力変換装置では、接続ラインに交流成分が流れると、その電流によって接続ラインの周囲に磁界が発生する。そして、この磁界により、接続ラインに近接して配置された誘導導体に誘導起電力が発生し、誘導導体には接続ラインに流れる電流とは逆方向に誘導電流が流れることになる。このため、誘導導体の周囲には、誘導電流により接続ラインの周囲に形成される磁界と反対方向の磁界が形成されることになり、接続ラインの周囲に形成される磁界を弱めることができる。すなわち、接続ラインと誘導導体との間に生じる相互インダクタンスにより、交流成分が流れる電流経路全体の自己インダクタンスを低減することができ、これにより、スナバコンデンサと電流経路（接続ライン）とが共振することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１３５５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような電力変換装置では、自己インダクタンスを低減するために、接続ラインに対して誘導導体を平行に、かつ近接させ、絶縁物を介して配置しなければならないため、配置が制限されるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、自己インダクタンスを有する接続ラインを用いてなる電力変換装置において、スイッチング素子をターンオンまたはオフしたときに、電流経路とスナバコンデンサとが共振することを抑制することができ、配置の自由度を向上させることができる電力変換装置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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電流が流れる一対の接続ライン（２０、３０）を備え、一対の接続ライン（２０、３０）の間に、スイッチング素子（５１、５２、６１、６２、７１、７２）を直列接続してなる直列接続体と、直列接続体に備えられたスナバコンデンサ（８０）とを有する電力変換装置において、一対の接続ライン（２０、３０）の少なくとも一方の接続ラインには、当該接続ラインよりも自己インダクタンスが低いと共に抵抗値が高い補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられ、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスは、一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされていることを特徴とする。
【００１１】
このような電力変換装置では、一対の接続ライン（２０、３０）の少なくとも一方の接続ラインに、この接続ラインよりも自己インダクタンスが低いと共に抵抗値が高い補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられている。そして、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスは、一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされている。このため、交流成分は補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路を流れることになる。すなわち、スイッチング素子（５１、５２、６１、６２、７１、７２）をターンオンまたはオフしたときのサージ電流は、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路を流れることになり、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を備えていない電力変換装置と比較して、電流経路とスナバコンデンサ（８０）とが共振することを抑制することができる。
【００１２】
また、接続ライン（２０、３０）には補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられるため、板状の誘導導体を備える従来の電力変換装置と比較して、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）と接続ラインとの間に絶縁物を備える必要はない。そして、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスが一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされていればよいため、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を接続ラインに平行に配置しなくてもよいし、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を接続ラインに近接させて配置しなくてもよい。したがって、板状の誘導導体を備える従来の電力変換装置と比較して、配置の自由度を向上させることができる。
【００１３】
例えば、請求項２に記載の発明のように、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路で囲まれる面積を一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路で囲まれる面積より小さくすることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明のように、一対の接続ライン（２０、３０）に、それぞれ補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を備えることができる。
【００１５】
さらに、請求項４に記載の発明のように、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）の剛性を接続ライン（２０、３０）の剛性よりも低くすることができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明のように、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を中空部を有する筒状の磁気コア（１３０）の中空部を通過して備えることができる。
【００１７】
そして、請求項６に記載の発明のように、一対の接続ライン（２０、３０）のうち一方の接続ラインを、芯線（２０ａ）と、当該芯線（２０ａ）を覆う絶縁体と、絶縁体の周囲に配置された補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を備えた編組線を用いて構成し、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を、他方の接続ラインと電気的に接続することができる。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明のように、補助配線（２１〜２３、３１〜３３）にダンピング抵抗を備えることができる。このような電力変換装置では、ダンピング抵抗の抵抗値を適宜変更することにより、電流経路とスナバコンデンサ（８０）とが共振したときのスナバコンデンサ（８０）の端子間の電圧のピーク値や減衰性を容易に調整することができる。
【００１９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態における電力変換装置を用いて３相交流モータを制御する制御装置を構成したときの回路構成を示す図である。
【図２】図１に示す制御装置における平滑コンデンサとＵ相アームに備えられたスナバコンデンサとの間の回路構成を示す模式図である
【図３】図１に示す電力変換装置の部分的な平面模式図である。
【図４】（ａ）は補助配線を備えていない回路構成を示す図、（ｂ）はスナバコンデンサの端子間の電圧を示す図である。
【図５】（ａ）は補助配線を備えた回路構成を示す図、（ｂ）はスナバコンデンサの端子間の電圧を示す図である。
【図６】（ａ）はダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値としたときのスナバコンデンサの端子間の電圧を示す図であり、（ｂ）はダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値の約半分としたときのスナバコンデンサの端子間の電圧を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態における電力変換装置の部分的な平面模式図である。
【図８】図７の回路構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態における電力変換装置の部分的な平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態における電力変換装置を用いて３相交流モータを制御する制御装置を構成したときの回路構成を示す図である。
【００２２】
図１に示されるように、本実施形態の電力変換装置は、本発明の一対の接続ラインに相当する、電源１０の正極と接続される高電位側の電源ライン２０と電源１０の負極と接続される低電位側の接地ライン３０とを有している。電源ライン２０および接地ライン３０は、本実施形態では、金属板をプレス加工等することにより形成されており、例えば、インダクタンスが５００ｎＨ、抵抗値が１ｍΩである。そして、この電源ライン２０と接地ライン３０との間には、平滑コンデンサ４０、Ｕ相アーム５０、Ｖ相アーム６０、Ｗ相アーム７０が並列に備えられている。
【００２３】
平滑コンデンサ４０は、電源１０から供給される主電流を平滑するものであり、電源１０とＵ相アーム５０との間に備えられている。平滑コンデンサ４０としては、例えば、５５０μＦのものが用いられる。
【００２４】
Ｕ相アーム５０、Ｖ相アーム６０、Ｗ相アーム７０それぞれは、電源ライン２０と接続される高電位側のスイッチング素子５１、６１、７１および接地ライン３０と接続される低電位側のスイッチング素子５２、６２、７２の二つのスイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２が直列接続されてなる直列接続体を有する構成とされている。そして、各スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２には、ダイオード５３、５４、６３、６４、７３、７４が逆並列接続されて備えられている。
【００２５】
また、Ｕ相アーム５０、Ｖ相アーム６０、Ｗ相アーム７０それぞれには、スナバコンデンサ８０が備えられている。スナバコンデンサ８０は、スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２をターンオンまたはオフしたときに生じるサージ電圧を吸収するものであり、例えば、１μＦのものが用いられる。
【００２６】
スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２は、特に限定されるものではないが、例えば、ＩＧＢＴが用いられる。そして、各スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２のゲートは、図示しない制御回路に接続されており、制御回路からの制御信号により各スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２のターンオンまたはオフの切換えが行われるようになっている。
【００２７】
また、Ｕ相アーム５０、Ｖ相アーム６０、およびＷ相アーム７０には、それぞれ２つのスイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２の間に、回転電機（モータ）等の負荷９０と接続される接続配線５５、６５、７５が接続されている。
【００２８】
さらに、電源ライン２０には、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間に、電源ライン２０よりも自己インダクタンスが低く、かつ抵抗値が高い補助配線２１〜２３がそれぞれ備えられている。同様に、接地ライン３０には、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間に、接地ライン３０よりも自己インダクタンスが低く、かつ抵抗値が高い補助配線３１〜３３がそれぞれ備えられている。各補助配線２１〜２３、３１〜３３は、例えば、ビニール線やワイヤ等の金属に対して柔軟な素材で作られた一般的なもの、つまり接続ライン２０、３０より剛性が低いものが用いられ、自己インダクタンスが１００ｎＨ、抵抗値が１０ｍΩのものが用いられる。
【００２９】
図２は、図１に示す制御装置における平滑コンデンサ４０とＵ相アーム５０に備えられたスナバコンデンサ８０との間の回路構成を示す模式図である。なお、図２では、補助配線２２、２３、３２、３３を省略して示してある。
【００３０】
図２に示されるように、電源ライン２０および接地ライン３０には、電源ライン２０よりも自己インダクタンスが低く、かつ抵抗値が高い補助配線２１、３１が備えられている。このため、直流成分は主として電源ライン２０および接地ライン３０を有する電流経路（図２中Ａの経路）を流れ、交流成分は主として補助配線２１、３１を有する電流経路（図２中Ｂの経路）を流れる。また、交流成分は、補助配線２１と補助配線３１とにおいて、反対方向に流れる。
【００３１】
本実施形態では、補助配線２１〜２３、３１〜３３は次のように電源ライン２０および接地ライン３０に備えられている。図３は、図１に示す電力変換装置の部分的な平面模式図であり、図１中の二点鎖線部分に相当している。なお、図３中では、補助配線２２、２３、３２、３３は省略して示してある。
【００３２】
図３に示されるように、電力変換装置は、電源ライン２０および接地ライン３０が平行に配置されており、電源ライン２０および接地ライン３０はそれぞれ平滑コンデンサ４０を含む半導体モジュール１００と、スイッチング素子５１、５２が直列接続された直列接続体、ダイオード５３、５４、スナバコンデンサ８０を含む半導体モジュール１１０にネジ１２０により固定されている。
【００３３】
電源ライン２０に備えられる補助配線２１は、電源ライン２０の平面方向であって、接地ライン３０側に突出して備えられており、接地ライン３０に備えられる補助配線３１は、接地ライン３０の平面方向であって、電源ライン２０側に突出して備えられている。そして、補助配線２１のうち接地ライン３０側に突出している部分と補助配線３０のうち電源ライン２０側に突出している部分とは、平行とされている。
【００３４】
つまり、電流経路全体の自己インダクタンスは、単純には、電流経路によって囲まれる面積に比例するため、電源ライン２０および接地ライン３０を有して構成される電流経路によって囲まれる面積より補助配線２１、３１を有して構成される電流経路によって囲まれる面積が小さくなるようにしている。すなわち、補助配線２１、３１を含んで構成される電流経路は、電源ライン２０および接地ライン３０を含んで構成される電流経路で囲まれる面積と同じである場合であっても、補助配線２１、３１の自己インダクタンスは電源ライン２０および接地ライン３０より小さくされているため、電流経路全体の自己インダクタンスが小さくなる。しかしながら、本実施形態では、上記のように、補助配線２１、３１を含んで構成される電流経路で囲まれる面積を小さくすることにより、さらに電流経路全体の自己インダクタンスが小さくなるようにしている。
【００３５】
言い換えると、補助配線２１、３１を近接して配置することにより電流経路全体の自己インダクタンスが小さくなるようにしている。例えば、図２中Ｂの電流経路の自己インダクタンスＬは、補助配線２１の自己インダクタンスをＬ１、補助配線３１の自己インダクタンスをＬ２、補助配線２１、３１の相互インダクタンスをＭとすると、補助配線２１、３１には互いに反対方向の交流成分が流れるため、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２−Ｍで示される。このため、補助配線２１、３１を近接して配置することにより、補助配線２１、３１を電磁結合させて相互インダクタンスが大きくなるようにし、電流経路全体の自己インダクタンスが小さくなるようにしている。
【００３６】
なお、上記では、補助配線２１、３１のうち突出している部分が平行とされているものについて説明したが、例えば、補助配線２１と補助配線３１とがねじり合わされていてもよい。また、補助配線２１と補助配線３１とは、例えば、ビニール平行線を用いて構成されていてもよい。さらに、上記では、平滑コンデンサ４０とＵ相アーム５０に備えられたスナバコンデンサ８０との間の部分について説明したが、他の部分も同様の構成とされている。すなわち、補助配線２２、２３は、電源ライン２０の平面方向であって、接地ライン３０側に突出して備えられ、補助配線３２、３３は、接地ライン３０の平面方向であって、電源ライン２０側に突出して備えられている。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の電力変換装置では、電源ライン２０および接地ライン３０にそれぞれ、電源ライン２０よりも自己インダクタンスが低く、かつ抵抗値が高い補助配線２１〜２３、３１〜３３が備えられている。そして、補助配線２１、３１を含んで構成される電流経路（例えば、図２中Ｂの電流経路）の自己インダクタンスは、電源ライン２０および接地ライン３０を含んで構成される電流経路（例えば、図２中Ａの電流経路）の自己インダクタンスより小さくされている。このため、交流成分は補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路を流れることになる。すなわち、スイッチング素子５１、５２、６１、６２、７１、７２をターンオンまたはオフしたときのサージ電流は、補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路を流れることになり、補助配線２１〜２３、３１〜３３を備えていない電力変換装置と比較して、電流経路とスナバコンデンサ８０とが共振することを抑制することができる。
【００３８】
図４、図５は、下アーム駆動ハーフブリッジ回路を用いてスナバコンデンサ８０の端子間の電圧をシミュレーションにより調べた結果であり、図４（ａ）は補助配線を備えていない回路構成を示す図、図４（ｂ）はスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図である。また、図５（ａ）は補助配線を備えた回路構成を示す図であり、図５（ｂ）はスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図である。なお、図４、図５では、電源１０の電圧を１５０Ｖとし、電流を４０Ａとしたときのシミュレーション結果である。また、図４、図５では、電源ライン２０および接地ライン３０のインダクタンスを５００ｎＨ、抵抗値を１ｍΩとし、平滑コンデンサ４０の容量を５５０μＦ、スナバコンデンサ８０の容量を１μＦとしている。そして、図５では、補助配線２１、３１のインダクタンスを１００ｎＨ、抵抗値を１０ｍΩとしている。また、図４では、電源ライン２０と接地ライン３０との相互インダクタンスを１０ｎＨとし、図５では、補助配線２１、３１の相互インダクタンスを１００ｎＨとしている。
【００３９】
図４（ｂ）に示されるように、補助配線を備えていない場合には、時点Ｔ１においてスイッチング素子５２をターンオフすると、スナバコンデンサ８０と電流経路とが共振してスナバコンデンサ８０の端子間の電圧が振動し、５０μｓ後でも振動が収束しないことが確認される。これに対し、図５（ｂ）に示されるように、補助配線２１、３１を備えている場合には、時点Ｔ１においてスイッチング素子５２をターンオフすると、スナバコンデンサ８０と電流経路とが共振してスナバコンデンサ８０の端子間の電圧が振動するものの、補助配線２１、３１を備えていない場合と比較して、電圧のピーク値を低減することができると共に、約２０μｓ後には振動をほぼ収束できることが確認される。
【００４０】
すなわち、本実施形態の電力変換装置では、補助配線２１、３１を備えていることにより、電流経路とスナバコンデンサ８０とが共振することを抑制することができる。なお、スナバコンデンサ８０はスイッチング素子５１、５２の近傍に配置されるものであり、平滑コンデンサ４０の容量より十分に小さいため、上記電力変換装置においては、スナバコンデンサ８０と電流経路との間が共振することになる。また、上記では、スイッチング素子５２をターンオフしたときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧について説明したが、スイッチング素子５２をターンオンしたときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧の挙動についても同様の結果となる。
【００４１】
また、このような電力変換装置においては、補助配線２１〜２３、３１〜３３にダンピング抵抗を備えて抵抗値を調整してもよい。ダンピング抵抗の抵抗値は、特に、限定されるものではないが、補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路の臨界制動値に基づいて適宜選択されることが好ましい。
【００４２】
図６は、図５（ａ）に示す回路にダンピング抵抗を挿入したときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図であり、（ａ）は、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値としたときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図、（ｂ）は、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値の約半分としたときのスナバコンデンサ８０の端子間の電圧を示す図である。
【００４３】
図６に示されるように、時点Ｔ１でターンオフすると、ダンピング抵抗を挿入することにより、ダンピング抵抗を挿入していないスナバコンデンサ８０の端子間の電圧と比較して、減衰性を高くすることができることが確認できる。しかしながら、図６（ａ）に示されるように、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値とした場合には、図５（ｂ）と比較して、電圧の振動の減衰性を高くすることができるものの、電圧のピーク値が高くなる。これに対し、図６（ｂ）に示されるように、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値の約半分とした場合には、図５（ｂ）と比較して、電圧の振動の減衰性を高くしつつ、電圧のピーク値を小さくすることができる。このため、ダンピング抵抗を挿入する場合には、ダンピング抵抗の抵抗値を臨界制動値の約半分とすることが好ましい。
【００４４】
また、上記電力変換装置では、電源ライン２０および接地ライン３０には、ビニール線やワイヤ等の補助配線２１〜２３、３１〜３３を備えればよく、補助配線２１〜２３、３１〜３３と電源ライン２０および接地ライン３０との間に絶縁物を備える必要はない。そして、補助配線２１〜２３、３１〜３３を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスが電源ライン２０および接地ライン３０を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされていればよいため、補助配線２１〜２３、３１〜３３を電源ライン２０および接地ライン３０に平行に配置しなくてもよいし、補助配線２１〜２３、３１〜３３を電源ライン２０および接地ライン３０に近接させて配置しなくてもよい。このため、板状の誘導導体を備える従来の電力変換装置と比較して、配置の自由度を向上させることができる。
【００４５】
また、誘導導体に誘導電流を流して電流経路の自己インダクタンスを低減する従来の電力変換装置と比較して、補助配線２１〜２３、３１〜３３にダンピング抵抗を備えることにより、電圧のピーク値や減衰性の調整を容易に行うことができる。
【００４６】
そして、本実施形態では、補助配線２１、３１、補助配線２２、３２、補助配線２３、３３を近接して配置することにより、相互インダクタンスが大きくなるようにしているため、さらに、電流経路全体の自己インダクタンスを低減させることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の電力変換装置は、上記第１実施形態に対して、電源ライン２０を編組線で構成したものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図７は、本実施形態における電力変換装置の部分的な平面模式図であり、図１中の二点鎖線部分に相当している。なお、図７中では、補助配線２２、２３は省略して示してある。
【００４８】
図７に示されるように、本実施形態の電源ライン２０は編組線を用いて構成されている。編組線は、ＡｌやＣｕ等で構成される芯線を樹脂等の絶縁体で覆うと共に絶縁体の周囲に補助配線２１を編み込んで備え、さらに、この補助配線２１を覆う樹脂等の絶縁体を配置したものである。そして、補助配線２１は、半導体モジュール１００、１１０と接続される部分の近傍からそれぞれ引き伸ばされて接地ライン３０と電気的に接続されている。このため、編組線の芯線２０ａと接地ライン３０を含んで構成される電流経路によって囲まれる面積より芯線２０ａと補助配線２１を含んで構成される電流経路によって囲まれる面積を小さくすることができる。
【００４９】
図８は、図７の回路構成を示す模式図である。なお、図８中では、補助配線２２、２３は省略して示してある。図８に示されるように、交流成分は図８中Ｃの電流経路を流れ、電源ライン２０側では芯線２０ａを流れると共に接地ライン３０側では補助配線２１を流れる。なお、補助配線２２、２３についても同様であり、接地ライン３０側では交流成分が補助配線２２、２３を流れる。
【００５０】
このような電力変換装置では、電源ライン２０を編組線を用いて構成し、芯線２０ａの周囲に配置されている補助配線２１〜２３を利用して交流成分が流れる電流経路を構成している。このため、上記第１実施形態と比較して、逆方向に交流成分が流れる電流経路、つまり芯線２０ａと補助配線２１〜２３とをさらに近接させることができ、相互インダクタンスを大きくすることができるので、電流経路全体の自己インダクタンスをさらに低減することができる。
【００５１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の電力変換装置は、上記第１実施形態に対して、補助配線２１〜２３、３１〜３３を通過させる中空部を有する磁気コアを備えたものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図９は、本実施形態における電力変換装置の部分的な平面模式図であり、図１中の二点鎖線部分に相当している。なお、図９中では、補助配線２２、２３、３２、３３を省略して示してある。
【００５２】
図９に示されるように、本実施形態の電力変換装置は、中空部を有する筒状の磁気コア１３０を備えており、補助配線２１が磁気コア１３０の中空部を通過して備えられている。特に限定されるものではないが、磁気コア１３０は、例えば、フェライト等を用いて構成されている。
【００５３】
このような電力変換装置では、磁気コア１３０を備えており、磁気コア１３０の周囲には磁界が形成される。そして、補助配線２１、３１は、磁気コア１３０の中空部を通過して備えられている。このため、磁気コア１３０を備えていない場合と比較して、補助配線２１、３１に交流成分が流れたとき、補助配線２１、３１の周囲の磁束の変化を小さくすることができ、自己インダクタンスを小さくすることができる。このため、さらに、補助配線２１、３１とスナバコンデンサ８０とが共振することを抑制することができる。
【００５４】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、電源ライン２０および接地ライン３０に補助配線２１〜２３、３１〜３３が備えられている例について説明したが、例えば、電源ライン２０にのみ補助配線２１〜２３が備えられていても良いし、接地ライン３０にのみ補助配線３１〜３３が備えられていてもよい。
【００５５】
また、上記第１、第３実施形態では、電源ライン２０には、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間に、補助配線２１〜２３が備えられており、接地ライン３０には、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、平滑コンデンサ４０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間に、補助配線３１〜３３が備えられている例について説明したが、例えば、次のようにすることもできる。すなわち、電源ライン２０のうち、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、Ｕ相アーム５０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、Ｖ相アーム６０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間にそれぞれ補助配線２１〜２３を備えることができる。同様に、接地ライン３０のうち、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、Ｕ相アーム５０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、Ｖ相アーム６０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間にそれぞれ補助配線３１〜３３を備えることができる。
【００５６】
そして上記第２実施形態においても、電源ライン２０のうち、平滑コンデンサ４０の接続点とＵ相アーム５０の接続点との間、Ｕ相アーム５０の接続点とＶ相アーム６０の接続点との間、Ｖ相アーム６０の接続点とＷ相アーム７０の接続点との間にそれぞれ補助配線２１〜２３を備えることができる。
【００５７】
また、上記各実施形態では、３相交流モータを制御する制御装置に本発明の電力変換装置を適用した例について説明したが、例えば、単層交流モータを制御する制御装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 電源
２０ 電源ライン
２１〜２３ 補助配線
３０ 接地ライン
３１〜３３ 補助配線
４０ 平滑コンデンサ
５０ Ｕ相アーム
６０ Ｖ相アーム
７０ Ｗ相アーム
８０ スナバコンデンサ
９０ 負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れる一対の接続ライン（２０、３０）を備え、前記一対の接続ライン（２０、３０）の間に、スイッチング素子（５１、５２、６１、６２、７１、７２）を直列接続してなる直列接続体と、前記直列接続体に備えられたスナバコンデンサ（８０）とを有する電力変換装置において、
前記一対の接続ライン（２０、３０）の少なくとも一方の接続ラインには、当該接続ラインよりも自己インダクタンスが低いと共に抵抗値が高い補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられ、
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスは、前記一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路で囲まれる面積は、前記一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路で囲まれる面積より小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記一対の接続ライン（２０、３０）には、それぞれ前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）の剛性は、前記接続ライン（２０、３０）の剛性よりも低くされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）は、中空部を有する筒状の磁気コア（１３０）の前記中空部を通過して備えられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記一対の接続ライン（２０、３０）のうち一方の接続ラインは、芯線（２０ａ）と、当該芯線（２０ａ）を覆う絶縁体と、絶縁体の周囲に配置された前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を備えた編組線を用いて構成され、
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）は、引き伸ばされて他方の接続ラインと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）には、ダンピング抵抗が備えられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項１】
電流が流れる一対の接続ライン（２０、３０）を備え、前記一対の接続ライン（２０、３０）の間に、スイッチング素子（５１、５２、６１、６２、７１、７２）を直列接続してなる直列接続体と、前記直列接続体に備えられたスナバコンデンサ（８０）とを有する電力変換装置において、
前記一対の接続ライン（２０、３０）の少なくとも一方の接続ラインには、当該接続ラインよりも自己インダクタンスが低いと共に抵抗値が高い補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられ、
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスは、前記一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路の自己インダクタンスより小さくされていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を含んで構成される電流経路で囲まれる面積は、前記一対の接続ライン（２０、３０）を含んで構成される電流経路で囲まれる面積より小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記一対の接続ライン（２０、３０）には、それぞれ前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）の剛性は、前記接続ライン（２０、３０）の剛性よりも低くされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）は、中空部を有する筒状の磁気コア（１３０）の前記中空部を通過して備えられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記一対の接続ライン（２０、３０）のうち一方の接続ラインは、芯線（２０ａ）と、当該芯線（２０ａ）を覆う絶縁体と、絶縁体の周囲に配置された前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）を備えた編組線を用いて構成され、
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）は、引き伸ばされて他方の接続ラインと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記補助配線（２１〜２３、３１〜３３）には、ダンピング抵抗が備えられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−７０４８５（Ｐ２０１２−７０４８５Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１０１４（Ｐ２０１０−２１１０１４）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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