JP4424918B2

JP4424918B2 - Power converter

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Publication number: JP4424918B2
Application number: JP2003080319A
Authority: JP
Inventors: 大祐小林
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004289955A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子近傍に平滑コンデンサが設置された電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力変換装置は、半導体デバイス、ＩＧＢＴ素子のような大容量高速スイッチング素子が用いられているが、通電時に蓄えられる回路のエネルギーにより、スイッチング素子がオンからオフに移行する際に電圧サージが生ずる。この電圧サージがスイッチング素子の定格電圧を越えると、スイッチング素子が破損することがある。
【０００３】
そこで、スイッチング素子の破損を防ぐ為、スイッチング素子の近傍に平滑コンデンサを設置し、電圧サージ発生時に生じるサージ電流を吸収し、電圧サージを低減することが行われている。
【０００４】
図９は従来の電力変換装置を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【０００５】
この電力変換装置は、冷却フイン及び放熱部からなる冷却器５１の冷却フインａ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子５２ａ、冷却器５１の冷却フインｂ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子５２ｂが取り付けられ、さらに、スイッチング素子５２ａ、スイッチング素子５２ｂの動作時に発生するサージ電圧を抑え、リプル電流を吸収する平滑コンデンサ５３ａ、５３ｂが取付けられている。なお、冷却器５１のａ面側スイッチング素子５２ａをコンバータ装置、冷却器５１のｂ面側スイッチング素子５２ｂをインバータ装置と呼ぶ。５４ａはスイッチング素子５２ａと平滑コンデンサ５３ａとを接続する主回路を構成するブスバーであり、５４ｂはスイッチング素子５２ｂと平滑コンンデンサ５３ｂとを接続する主回路を構成するブスバーである。
【０００６】
このような電力変換装置においては、図示しない制御部によって制御されるゲート信号に基づき、コンバータ装置のスイッチング素子５２ａが動作し、図示しない交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、さらにインバータ装置のスイッチング素子５２ｂにより再び交流電圧に変換し、図示しない負荷に供給する。この際、コンバータ側のスイッチング素子５２ａのスイッチングによって発生するサージ電圧やリプル電流を吸収するのが、スイッチング素子５２ａの近傍に設置される平滑コンデンサ５３ａであり、同様にインバータ側のスイッチング素子５２ｂのスイッチングによって発生するサージ電圧やリプル電流を吸収するのが、スイッチング素子５２ｂの近傍に設置される平滑コンデンサ５３ｂである。
【０００７】
また、従来の電力変換装置としては、特開２００２−８４７６６号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを接続するブスバーを積層化構成とし、回路内のインダクタンスを低減させて電圧サージを抑制する技術が提案されている。
【０００８】
さらに、従来の他の電力変換装置としては、特許第２５３１９２８号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを同一のブスバーで接続する構成のものも提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−８４７６６号公報
【００１０】
【特許文献２】
特許第２５３１９２８号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような電力変換装置では、次のような問題が指摘されている。
【００１２】
（１）インバータ側は、モータ等のごとき負荷が接続されていることから、スイッチング素子５２ｂに近接する平滑コンデンサ５３ｂに大きなリプル電流が流入することが多い。通常、コンバータ装置側のブスバー５４ａとインバータ装置側のブスバー５４ｂは図１０に示すごとく回路上接続されており、スイッチング素子５２ａ側の電流はブスバー５４ａを通って近い側の平滑コンデンサ５３ａに流入するが、モータ等の負荷によるリプル電流は、ブスバーが長くなる分インピーダンスが大きくなることから、平滑コンデンサ５３ａ側にはほとんど流入せず、インバータ装置側平滑コンデンサ５３ｂに流入する。その結果、平滑コンデンサの特性上、リプル電流の流入量に応じて平滑コンデンサ自身が発熱し寿命が短縮するので、コンバータ装置側平滑コンデンサ５３ａとインバータ装置側平滑コンデンサ５３ｂの寿命のバランスがくずれ、インバータ側平滑コンデンサ５３ｂの寿命が短くなってしまう。
【００１３】
（２）また、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂは、ともに熱源である冷却器５１及びスイッチング素子５２ａ，５２ｂの近傍に設置されているので、スイッチング素子５２ａ，５２ｂから発生する熱のあおりを受け、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの周囲温度が上昇し、これら平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの寿命が短縮する。また、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの外形にもよるが、複数の平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂを並べた場合、スイッチング素子５２ａ，５２ｂから距離的に近いものと遠いものとがあり、かつ、各スイッチング素子５２ａ，５２ｂと平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂとを接続するブスバー５４ａ，５４ｂのインピーダンスの相違によるリプル電流量の大小により、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂにおける寿命上のバランスが崩れることがある。
【００１４】
（３）また、前述した特開２００２−８４７６６号公報に記載するように、ブスバーを積層構成とすれば、回路内のインダクタンスを低減させて電圧サージを抑制できるが、スイッチング素子と平滑コンデンサとの取付け位置が上下にずれている場合、スイッチング素子の発熱が取付け位置に応じて平滑コンデンサに影響を与え、当該平滑コンデンサの寿命が短くなったり、平滑コンデンサが３列以上になっている場合、ブスバー構成が複雑になり、コストアップにつながる。また、スイッチング素子の数量に対し、平滑コンデンサの数量が多い場合、スイッチング素子から平滑コンデンサの端子までの距離がばらついてインピーダンス差が生じ、ひいては平滑コンデンサの負荷のばらつきから平滑コンデンサの寿命が極端にばらつくことがある。
【００１５】
（４）さらに、前述した特許第２５３１９２８号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを同一のブスバーで接続する構成のものは、どうしてもブスバーの構成が複雑になり、コストアップにつながる他、大型の複数の平滑コンデンサを取付けることが難しくなる。さらに、冷却器の各面のスイッチング素子から平滑コンデンサまでのブスバーの構成が異なり、インピーダンスの違いから電圧サージを均等に削減することができない。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スイッチング素子から発生するサージ電圧の均一な削減化、平滑コンデンサの周囲温度の低減化を図り、平滑コンデンサの長寿命化を実現する電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、スイッチング素子及び平滑コンデンサに関連するブスバーによるインダクタンスの削減ないしインピーダンスの均等化を図り、サージ電圧の低減化，ひいては平滑コンデンサの長寿命化を実現する電力変換装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、冷却器の両面に取付けられたスイッチング素子から等距離となる中間位置に複数の平滑コンデンサを配置し、当該平滑コンデンサに対し、前記各スイッチング素子から発生するサージ電圧、前記電力変換装置の接続される負荷によるリプル電流の偏りを無くす構成である。
【００１９】
この発明は以上のような構成とすることにより、複数の平滑コンデンサが冷却器両面に設置されるスイッチング素子の中間位置に設置するので、各スイッチング素子から発生するサージ電圧を均一に削減でき、また負荷によるリプル電流を均一にして複数の平滑コンデンサに供給することが可能である。
【００２０】
なお、以上のような電力変換装置の構成において、前記複数の平滑コンデンサは前記冷却器に対して水平方向に取付けられ、また当該複数の平滑コンデンサと前記冷却器とを隔離するごとく当該冷却器に対して垂直に前記平滑コンデンサを接続する導体（コンデンサ側ブスバー）を配置し、かつ、前記冷却器両面のスイッチング素子を覆うように前記スイッチング素子を接続する導体（素子側ブスバー）を配置することにより、熱源となるスイッチング素子及び冷却器から発生される暖められた空気を遮断でき、よって、平滑コンデンサの周囲温度を低減でき、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２１】
また、前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバー及び前記平滑コンデンサを接続するコンデンサ側ブスバーは、それぞれ正側のスイッチング素子、前記平滑コンデンサに接続する正側ブスバー、負側のスイッチング素子、前記平滑コンデンサに接続する負側ブスバー、正側及び負側スイッチング素子の共通接続部分を接続する中点ブスバーで構成され、これら正側、負側及び中点ブスバーを絶縁層を挟んで密着すれば、各ブスバーのインダクタンスを低減化でき、サージ電圧を小さくすることが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明は、以上のような構成の電力変換装置において、前記素子側ブスバーと前記コンデンサ側ブスバーとを連結する連結ブスバーが設けられ、この連結ブスバーは、前記冷却器にスイッチング素子が並列に配置されている場合、前記各スイッチング素子と前記各平滑コンデンサとの相対距離の変化に応じて、一部のブスバー経路の幅及び厚さを調整すれば、各スイッチング素子と各平滑コンデンサとを連結する連結ブスバーのインピーダンスを等しくすることが可能となり、ひいては各平滑コンデンサに流入するリプル電流が均一になり、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２３】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、平滑コンデンサを接続するコンデンサ側ブスバーと前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバーまたはこれらコンデンサ側ブスバー及び素子側ブスバーを連結する連結部ブスバーとを前記平滑コンデンサの端子に共締めし固定すれば、スイッチング素子と平滑コンデンサとの距離が最小となり、スイッチング素子から平滑コンデンサまでのインピーダンスを最小にし、サージ電圧を最小にすることが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、前記冷却器にスイッチング素子が並列に配置されている場合、これら各スイッチング素子を接続する中点ブスバーは、前記各並列毎に独立して設けられ、かつ、ほぼ同一径及びほぼ同一長にして外部に導出すれば、並列構成のスイッチング素子の電流バランスを等しくすることが可能である。
【００２５】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、前記複数の平滑コンデンサは、前記コンデンサ側ブスバーに複数列接続し、かつ、平滑コンデンサの接続する電極端子の向きを一段ずつ逆になるように配置すれば、平滑コンデンサの容量を増加させ、リプル電流耐量を増加させて、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る電力変換装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【００２８】
この電力変換装置は、冷却器１のａ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ａが取付けられ、また同じく冷却器１のｂ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ｂが取り付けられている。この冷却器１のａ面側に設置される複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ａをコンバータ装置３ａ、冷却器１のｂ面側に設置される複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ｂをインバータ装置３ｂとする。４はスイッチング素子２ａ，２ｂの動作時に発生するサージ電圧を抑え、負荷によるリプル電流を吸収する平滑コンデンサであって、この平滑コンデンサ４は、冷却フイン１ ₁ の一側面側で、冷却器１と同じ水平方向に取付けられ、かつ、コンバータ装置３ａ及びインバータ装置３ｂに対して等距離となる中間位置に配置されている。１ ₂は冷却器１の放熱器である。５はコンデンサ側ブスバー、６ａはコンバータ側の素子側ブスバー、６ｂはインバータ側の素子側ブスバーである。
【００２９】
次に、以上のような電力変換装置の作用について説明する。
【００３０】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。コンバータ装置３ａは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ａ，…の動作により、交流電源電圧を直流電圧に変換し、またインバータ装置３ｂは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ｂ，…の動作により、コンバータ装置３ａにより変換された直流電圧を交流電圧に変換し、図示しないモータ等の負荷に電力を供給する。
【００３１】
このとき、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…の動作によって電圧サージが生じるが、平滑コンデンサ４がコンバータ側スイッチング素子２ａ，…、インバータ側スイッチング素子２ｂ，…の中間位置に設置されているので、平滑コンデンサ４は、電圧サージを受ける負担率が均等になり、各平滑コンデンサ４の寿命にばらつきを無くすことができる。また、負荷が大きくなると平滑コンデンサ４に流れるリプル電流も大きくなるが、平滑コンデンサ４がスイッチング素子２ａ、２ｂから均等な距離にあるので、同様に各平滑コンデンサ４の寿命にばらつきを無くすことができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図２は本発明に係る電力変換装置の第２の実施の形態を示す構成図である。なお、図２は、図１と全く同じ構成であるが、第２の実施の形態の特徴的構成を説明するために便宜的に別図として用いたものである。従って、図２において図１と同一部分には同一符号を付し、図１の説明に譲る。
【００３３】
この実施の形態は、複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び平滑コンデンサ４が図１と同様な配置構成となっているので、図１の説明に譲り、ここでは特にコンデンサ側ブスバー５及び素子側ブスバー６ａ，６ｂの配置構成について説明する。
【００３４】
ここで、コンデンサ側ブスバー５は、複数の平滑コンデンサ４，…を接続するものであって、平滑コンデンサ４，…と冷却器１とを隔離するように冷却器１に対して垂直に配置され、平滑コンデンサ４が発熱体であるスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１から発生する発熱空気を遮断する構成となっている。
【００３５】
次に、以上のような実施の形態の作用を説明する。
【００３６】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。これらスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…の動作によって当該スイッチング素子２ａ，２ｂが発熱するが、スイッチング素子の図示しない放熱板及び冷却器１により冷却される。但し、スイッチング素子の発熱は、図示しない放熱板以外の面からも放熱するが、冷却器１自体にも熱が印加されるので、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１の周囲の空気の温度が上昇する。
【００３７】
ここで、平滑コンデンサ４と発熱体であるスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１とがコンデンサ側ブスバー５で隔離されているので、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１により暖められた空気がコンデンサ側ブスバー５で遮断されるので、平滑コンデンサ４周囲の空気温度がスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１の発熱量による上昇を抑制することができる。
【００３８】
また、冷却器１両面のスイッチング素子２ａ，２ｂを覆うように当該スイッチング素子２ａ，２ｂを接続する素子側ブスバー６ａ，６ｂが配置されている。
【００３９】
従って、以上のような実施の形態によれば、複数の平滑コンデンサ４，…と冷却器１とを隔離するようにコンデンサ側ブスバー５を垂直に配置することにより、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１側の周囲空気と平滑コンデンサ４，…側の周囲空気とを遮断することにより、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１から発する暖められた空気により、平滑コンデンサ４の周囲温度が上昇を抑制でき、ひいては平滑コンデンサ４の長寿命化を図ることができる。また、冷却器両面のスイッチング素子２ａ，２ｂを覆うように前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバー６ａ，６ｂを配置しているので、スイッチング素子２ａ，２ｂから発生する熱も遮断され、平滑コンデンサ４に与える熱的な影響を受け難くすることができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図３は本発明に係る電力変換装置の第３の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１、図２と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１，図２に譲る。
【００４１】
この実施の形態は、複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び平滑コンデンサ４が図１と同様な配置構成であるので図１の説明に譲り、特にコンデンサ側ブスバー５及び素子側ブスバー６について説明する。
【００４２】
コンデンサ側ブスバー５は、平滑コンデンサ４と冷却器１との間に冷却器１に対して垂直方向に配置されるブスバーであって、複数のブスバー５ａ，５ｂ，５ｃからなる。また、素子側ブスバー６ａは複数のブスバー６ａａ，６ａｂ，６ａｃからなり、インバータ側の素子側ブスバー６ｂは同様に複数のブスバー６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃからなる。これらブスバーのうち、ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂｂは正電圧側のスイッチング素子、平滑コンデンサに接続するＰ側ブスバー、５ｂ，６ａｂ，６ｂａは負電圧側のスイッチング素子、平滑コンデンサに接続するＮ側ブスバー、５ｃ，６ａｃ，６ｂｃは正電圧側のスイッチング素子と負電圧側のスイッチング素子との共通接続部分を接続する素子中点ブスバーである。７及び８ａ，８ｂは各ブスバー間に介在される絶縁物である。つまりＰ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂｂ、Ｎ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂａ及び素子中点ブスバー５ｃ，６ａｃ，６ｂｃが絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで密着された構成となっている。
【００４３】
次に、以上のような電力変換装置の作用を説明する。
【００４４】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。コンバータ装置３ａは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ａ，…の動作により、交流電源電圧を直流電圧に変換し、インバータ装置３ｂは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ｂ，…の動作により、コンバータ装置３ａで変換された直流電圧を交流電圧に変換し、図示しないモータ等の負荷に電流を供給する。
【００４５】
このとき、スイッチング素子２ａ，２ｂ及び平滑コンデンサ４に接続されている各ブスバー５ａ，５ｂ，５ｃ、６ａａ，６ａｂ，６ａｃ、６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃのインダクタンス成分が大きい場合にサージ電圧が大きくなるが、Ｐ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂｂとＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂａとが絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで密着されているので、Ｐ側ブスバーとＮ側ブスバーのそれぞれ生じる磁束が互いに打ち消され、結果としてインダクタンスを削減することが可能となる。これにより、サージ電圧を小さくすることができる。
【００４６】
従って、以上のような実施の形態によれば、絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで、Ｐ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂｂとＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂａとを互いに密着することにより、これらＰ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂｂ及びＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂａのインダクタンスを削減でき、サージ電圧を小さくすることができる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
図４は本発明に係る電力変換装置の第４の実施の形態を示す構成図である。
【００４８】
同図において、１は冷却器、２ａ（図示せず），２ｂはスイッチング素子であって、冷却器１のｂ面側にはスイッチング素子２ｂとして４列のスイッチング素子２ｂｃ，２ｂｄ，２ｂｅ，２ｂｆが配置され、図示していない冷却器ａ面側にも同様に４列のスイッチング素子が配置されている。４は平滑コンデンサであって、この平滑コンデンサ４は、複数の平滑コンデンサ４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈからなる。
【００４９】
５は平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈを接続するためのブスバー、６ａ（図示せず）、６ｂ（図示せず）は冷却器１のａ面，ｂ面のスイッチング素子２ａｃ〜２ａｆ（図示せず）、２ｂｃ〜２ｂｆを接続するブスバー、９ａ，９ｂはブスバー５とブスバー６ａ，６ｂとを接続する連結ブスバーである。
【００５０】
この連結ブスバー９ａ，９ｂにおいても、実際には図３に示すＰ側ブスバー５ａ，６ａａ，６ｂｂ及びＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂａにそれぞれ対応するように９ａａ〜９ａｃ（図示せず）の３つのバー積層構造からなるＰ側連結ブスバー９ａ及び９ｂａ〜９ｂｃ（図示せず）の３つのバー積層構造からなるＮ側連結ブスバー９ｂが設けられ、コンデンサ側ブスバー５、素子側ブスバー６ａ，６ｂと接続する部分以外は絶縁物８ａ（図示せず），８ｂを介在させた状態で密着されている。この連結ブスバー９（９ａ，９ｂ）には一部に幅広の補強部９ｃが形成されている。
【００５１】
この連結ブスバー９ａ，９ｂに補強部９ｃを設けた理由は次の通りである。冷却器１へのスイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆの取付位置と平滑コンデンサ例えば４ｃ〜４ｈとは、当該平滑コンデンサの外形等により、平滑コンデンサが電力変換装置下方に設置されるに従い、スイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆから距離的に遠くなる。連結ブスバー９である導体は一般に経路の幅に比例してインピーダンスが大きくなることから、各連結ブスバー９ａ，９ｂともインピーダンスを等しくする必要がある。
【００５２】
そこで、連結ブスバー９ａ，９ｂは、それぞれ平滑コンデンサ４ｃ，４ｅ、４ｇ（又は４ｄ，４ｆ，４ｈ）に接続される経路の幅及び厚さを変えることにより、インピーダンスを等しくする。また、連結ブスバー９ａ，９ｂが絶縁物８ａ，８ｂを介して密着させることにより、互いのインダクタンスが打ち消され、サージ電圧を削減することができる。
【００５３】
従って、以上のような実施の形態によれば、スイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆと平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈとの距離が異なっても、連結ブスバー９ａ，９ｂの幅及び厚さを調整することにより、各スイッチング素子２ｂｃ〜２ｂｆと平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈとの間のインピーダンスを等しくすることができ、平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈに流入するリプル電流のばらつきを無くすことができ、しかも連結ブスバー９ａ，９ｂを絶縁物８ａ，８ｂを介して密着させることで互いのインダクタンスが打ち消され、サージ電圧の削減化により平滑コンデンサの寿命を延ばすことができる。
【００５４】
（第５の実施の形態）
図５は本発明に係る電力変換装置の第５の実施の形態を示す構成図である。なお、同図は冷却器１側から平滑コンデンサ４を見た図である。
【００５５】
平滑コンデンサ４側から冷却器１側方向に、図３に示すごとく中点コンデンサブスバー５ｃ，絶縁物８，Ｐ側コンデンサブスバー５ａ，絶縁物８，Ｎ側コンデンサブスバー５ｂの順序で配置されているが、平滑コンデンサ４の端子とコンデンサ側ブスバー５（５ａ，５ｂ）と素子側ブスバー６（６ａ，６ｂ）との接続が必要となる。
【００５６】
そこで、この実施の形態では、平滑コンデンサ４の端子４₁（＋端子）、端子４₂（−端子）とコンデンサ側ブスバー５，素子側ブスバー６とを共締めにより接続する構成とする。例えば素子側ブスバー６、コンデンサ側ブスバー５を平滑コンデンサ４の端子４₁（＋端子）、端子４₂（−端子）にねじ止めなどによって直接入れ込むことにより接続する。
【００５７】
この電力変換装置においては、スイッチング素子２ａ，２ｂの動作により電圧サージが生じるが、平滑コンデンサ４に対してサージ電流を流入させることにより吸収する。この際、スイッチング素子２ａ，２ｂ−平滑コンデンサ４間の接続を最短距離となるように接続し、ブスバーのインダクタンスを削減し、かつ、直接平滑コンデンサ４と素子側ブスバー６とを接続することにより、サージ電流を直接平滑コンデンサ４に流入することで一層の電圧サージを抑えることができる。
【００５８】
なお、図示しないがコンデンサ側ブスバー５と素子側ブスバー６との間に第４の実施の形態で示した連結ブスバー９ａ，９ｂを取付ける場合、図５（ｂ）に示すように連結ブスバー９ａ，９ｂ側からコンデンサ側ブスバー５を経由して平滑コンデンサ４の端子４₁（＋端子）または端子４₂（−端子）に直接ねじ止めする構成としても、前述と同様の効果を奏する。
【００５９】
（第６の実施の形態）
図６は本発明に係る電力変換装置の第６の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１、図３、図４と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１、図３、図４に譲る。
【００６０】
同図において、１は冷却器であって、この冷却器１のａ面側には４列のＩＧＢＴ等のスイッチング素子（図示せず）が配列され、冷却器１のｂ面側にも同様に４列のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ｂｃ，２ｂｄ，２ｂｅ，２ｂｆが配列され、各列とも正負のスイッチング素子の組によって構成されている。６はスイッチング素子２ａｃ〜２ａｆ，２ｂｃ〜２ｂｆに接続される素子側ブスバーであって、正側のスイッチング素子のエミッタと接続されるＰ側ブスバー６ａａ，６ｂｂ、負側のスイッチング素子のコレクタと接続されるＮ側ブスバー６ａｂ，６ｂａ、正側のスイッチング素子のコレクタと負側のスイッチング素子のコレクタとを接続する素子中点ブスバー６ａｃ，６ｂｃが設けられている。５ａはＰ側コンデンサブスバー、５ｂはＮ側コンデンサブスバー、７及び８ａ，８ｂは各ブスバー間に介在される絶縁物である。
【００６１】
これら素子中点ブスバー６ａｃ，６ｂｃは並列に構成されている正負のスイッチング素子の組毎に独立して設けられている。そこで、各独立した中点ブスバー６ｂｃ，…、６ａｃ，…からそれぞれ導体１０が導出されているが、これら各導体１０としては、同一径及び同一長となるように導出することにより、同一インピーダンスとし、図示しない電力変換装置外部の負荷に接続する構成とする。
【００６２】
従って、以上のような実施の形態によれば、図示しない電力変換装置外部の負荷に大電流を出入力させるために、並列接続構成のスイッチング素子２毎に設けられた中点ブスバー６ｂｃ，…、６ａｃ，…に同一径，同一長の同一インピーダンスの導体１０を取り出すことにより、図示しない電力変換装置の外部負荷までの経路が同一インピーダンスとなり、よって、並列接続されたスイッチング素子スイッチング素子２ａｃ〜２ａｆ（図示せず）、２ｂｃ〜２ｂｆの負荷率のばらつきを小さくすることができる。
【００６３】
（第７の実施の形態）
図７は本発明に係る電力変換装置の第７の実施の形態を示す構成図である。
【００６４】
この実施の形態は、例えば３列の平滑コンデンサ４がコンデンサ側ブスバー５（５ａ，５ｂ，５ｃ）に接続され、さらにコンバータ装置３ａ，インバータ装置３ｂの素子側ブスバー６（６ａａ，６ａｂ、６ａｃ、６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃ）に接続されている。なお、平滑コンデンサ４の接続方法は、図５で示しているので、ここでは省略する。平滑コンデンサ４の端子４₁（＋端子），４₂（−端子）は、一段ずつ逆に配列し、コンデンサ側ブスバー５と素子側ブスバー６の接続に対し、Ｐ側，Ｎ側の接続が交互、かつ、等間隔な構成となっている。
【００６５】
以上のような実施の形態によれば、冷却器１の両面に配置されるコンバータ装置３ａ、インバータ装置３ｂの中間位置に配置されるブスバー５に複数列の平滑コンデンサ４を並設することにより、電力変換装置の平滑コンデンサ４の容量を増加させ、リプル耐量を増加させることにより平滑コンデンサ４の寿命を延ばすことができる。
【００６６】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。上記実施の形態（図１ないし図７）では、１個の電力変換装置について説明したが、図８に示すように３個組み合わせることにより、３相分の電力変換装置を構成する。１１ａ，１１ｂ，１１ｃは各相の電力変換装置であって、これら電力変換装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃは下部の相接続ブスバー１２ａ，１２ｂにより接続されている。
【００６７】
このような構成によれば、各相毎に１個の電力変換装置を使用することにより、部品の小型化、保守性、作業性を向上させることができる。
【００６８】
また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決するための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、平滑コンデンサを接続するブスバーから冷却器の両面に設置されるスイッチング素子までの距離を等しくし、電圧サージやリプル電流の偏りがなくし、平滑コンデンサの寿命のばらつきを無くすことができる。また、平滑コンデンサが冷却器に水平に取付け、また平滑コンデンサに接続するブスバーが冷却器に対して垂直に配置し、スイッチング素子、冷却器側の周囲の空気と平滑コンデンサの周囲の空気との流通を遮断しているので、スイッチング素子や冷却器の発熱量により、平滑コンデンサの周囲温度が上昇することなく、平滑コンデンサの長寿命化を図ることができる。
【００７０】
また、絶縁物を挟んでＰ側ブスバーとＮ側ブスバーとを密着する構成であるので、ブスバーのインダクタンスを削減でき、これにより電圧サージを小さくできる。
【００７１】
さらに、スイッチング素子が並列構成の場合、中立ブスバーを各素子毎に独立させ、電流を同一インピーダンスの導体で負荷に出入力するので、並列するスイッチング素子のばらつきを小さくできる。
【００７２】
さらに、冷却器両面に配置されるコンバータ装置、インバータ装置の中間位置に配置されるブスバーに複数列の平滑コンデンサを設置するので、電力変換装置の平滑コンデンサの容量を増加させ、リプル耐量を増加させることにより、平滑コンデンサの寿命を増加させることができる。
【００７３】
さらに、以上のような電力変換装置を１相分に１個使用し、かつ、複数個を接続し、複数相の電力変換装置を構成することにより、電力変換装置の小型化、保守性、作業性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力変換装置の第１の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ)は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図２】本発明に係る電力変換装置の第２の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ)は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図３】本発明に係る電力変換装置の第３の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ)は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図４】本発明に係る電力変換装置の第４の実施の形態を示す冷却器の一方面側から見た部品配置図。
【図５】本発明に係る電力変換装置の第５の実施の形態を示す冷却器側からブスバーを含む平滑コンデンサを見た図及び連結ブスバー、コンデンサ側ブスバー及び平滑コンデンサとの接続関係を示す側面図。
【図６】本発明に係る電力変換装置の第６の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ)は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図７】本発明に係る電力変換装置の第７の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ)は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図８】本発明に係る電力変換装置の変形例を説明する構成図。
第３の実施の形態におけるエレベータ制御システムの動作を説明するフローチャート。
【図９】従来の電力変換装置を説明する構成図であって、同図（ａ)は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図１０】従来の電力変換装置を示す構成図であって、コンバータ装置側のブスバーとインバータ装置側のブスバーとが回路的に接続されていることを説明する回路図。
【符号の説明】
１…冷却器、２ａ，２ｂ…スイッチング素子、３ａ…コンバータ装置、３ｂ…インバータ装置、４…平滑コンデンサ、５…コンデンサ側ブスバー、６ａ，６ｂ…素子側ブスバー、５ａ、６ａａ，６ｂｂ…Ｐ側ブスバー、５ｂ，６ａｂ，６ｂａ…Ｎ側ブスバー、５ｃ，６ａｃ，６ｂｃ…中点ブスバー、７，８ａ，８ｂ…絶縁物、９ａ，９ｂ…連結ブスバー、１０…導体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power converter in which a smoothing capacitor is installed in the vicinity of a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
[0002]
[Prior art]
In general, power converters use large-capacity high-speed switching elements such as semiconductor devices and IGBT elements, but voltage surges occur when the switching elements shift from on to off due to the energy of the circuit stored during energization. Arise. When this voltage surge exceeds the rated voltage of the switching element, the switching element may be damaged.
[0003]
Therefore, in order to prevent damage to the switching element, a smoothing capacitor is installed in the vicinity of the switching element to absorb a surge current generated when a voltage surge occurs and reduce the voltage surge.
[0004]
FIG. 9 is a block diagram showing a conventional power conversion device, in which FIG. 9A is a component layout view of one side of the cooler, and FIG. 9B is AA of FIG. It is an arrow view.
[0005]
This power conversion device includes a plurality of switching elements 52a such as IGBTs on the cooling fin a surface side of the cooler 51 including a cooling fin and a heat radiating portion, and a plurality of switching elements 52b such as IGBTs on the cooling fin b surface side of the cooler 51. Further, smoothing capacitors 53a and 53b that suppress a surge voltage generated during operation of the switching elements 52a and 52b and absorb a ripple current are attached. The a-plane side switching element 52a of the cooler 51 is called a converter device, and the b-plane side switching element 52b of the cooler 51 is called an inverter device. 54a is a bus bar that constitutes a main circuit that connects the switching element 52a and the smoothing capacitor 53a, and 54b is a bus bar that constitutes a main circuit that connects the switching element 52b and the smoothing capacitor 53b.
[0006]
In such a power conversion device, the switching element 52a of the converter device operates based on a gate signal controlled by a control unit (not shown), converts an AC voltage supplied from an AC power source (not shown) into a DC voltage, It is again converted to an alternating voltage by the switching element 52b of the inverter device and supplied to a load (not shown). At this time, the smoothing capacitor 53a installed in the vicinity of the switching element 52a absorbs the surge voltage and the ripple current generated by the switching of the switching element 52a on the converter side, and similarly the switching of the switching element 52b on the inverter side. The smoothing capacitor 53b installed in the vicinity of the switching element 52b absorbs the surge voltage and ripple current generated by the.
[0007]
As a conventional power conversion device, as described in JP-A-2002-84766, a bus bar for connecting a switching element and a smoothing capacitor is formed in a stacked configuration to reduce voltage inductance by reducing inductance in the circuit. Suppression techniques have been proposed.
[0008]
Further, as another conventional power conversion device, as described in Japanese Patent No. 2531928, a configuration in which a switching element and a smoothing capacitor are connected by the same bus bar has been proposed.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-84766
[0010]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2531828
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the following problems are pointed out in the above power converters.
[0012]
(1) Since a load such as a motor is connected to the inverter side, a large ripple current often flows into the smoothing capacitor 53b adjacent to the switching element 52b. Normally, the bus bar 54a on the converter device side and the bus bar 54b on the inverter device side are connected on the circuit as shown in FIG. 10, and the current on the switching element 52a flows into the smoothing capacitor 53a on the near side through the bus bar 54a. The ripple current due to the load of the motor or the like increases in impedance as the bus bar becomes longer, and therefore hardly flows into the smoothing capacitor 53a side and flows into the inverter device side smoothing capacitor 53b. As a result, due to the characteristics of the smoothing capacitor, the smoothing capacitor itself generates heat in accordance with the inflow amount of the ripple current and the life is shortened. Therefore, the lifespan of the converter device-side smoothing capacitor 53a and the inverter device-side smoothing capacitor 53b is out of balance. The life of the side smoothing capacitor 53b is shortened.
[0013]
(2) Since the smoothing capacitors 53a and 53b are both installed in the vicinity of the cooler 51 and the switching elements 52a and 52b, which are heat sources, the smoothing capacitors 53a and 52b receive the heat generated from the switching elements 52a and 52b. The ambient temperature of 53a and 53b rises, and the life of these smoothing capacitors 53a and 53b is shortened. Further, depending on the outer shape of the smoothing capacitors 53a and 53b, when a plurality of smoothing capacitors 53a and 53b are arranged, there are ones that are close to and far from the switching elements 52a and 52b, and each switching element 52a. , 52b and the smoothing capacitors 53a, 53b, the balance in life of the smoothing capacitors 53a, 53b may be lost due to the magnitude of the ripple current amount due to the difference in impedance between the bus bars 54a, 54b connecting the smoothing capacitors 53a, 53b.
[0014]
(3) Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-84766, if the bus bar has a laminated structure, the inductance in the circuit can be reduced to suppress the voltage surge, but the switching element and the smoothing capacitor When the mounting position is shifted up and down, the heat generated by the switching element affects the smoothing capacitor according to the mounting position, and if the life of the smoothing capacitor is shortened or there are three or more rows of smoothing capacitors, The configuration becomes complicated, leading to an increase in cost. Also, if the number of smoothing capacitors is larger than the number of switching elements, the distance from the switching element to the terminals of the smoothing capacitor varies, resulting in an impedance difference. May vary.
[0015]
(4) Further, as described in the above-mentioned Japanese Patent No. 2531828, the configuration in which the switching element and the smoothing capacitor are connected by the same bus bar necessarily complicates the bus bar configuration, leading to an increase in cost. It becomes difficult to attach a plurality of large smoothing capacitors. Furthermore, the configuration of the bus bar from the switching element to the smoothing capacitor on each surface of the cooler is different, and the voltage surge cannot be reduced evenly due to the difference in impedance.
[0016]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a power converter that achieves a uniform reduction in surge voltage generated from switching elements, a reduction in the ambient temperature of the smoothing capacitor, and a longer life of the smoothing capacitor. The purpose is to provide.
[0017]
Another object of the present invention is to provide a power conversion device that achieves a reduction in surge voltage and a longer life of a smoothing capacitor by reducing inductance or equalizing impedance by a bus bar related to the switching element and the smoothing capacitor. Is to provide.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to solve the above problem, the power conversion device according to the present invention has a plurality of smoothing capacitors arranged at an intermediate position that is equidistant from the switching elements attached to both surfaces of the cooler, and On the other hand, the surge voltage generated from each switching element and the ripple current bias due to the load connected to the power converter are eliminated.
[0019]
Since the present invention is configured as described above, a plurality of smoothing capacitors are installed at an intermediate position between the switching elements installed on both sides of the cooler, so that the surge voltage generated from each switching element can be reduced uniformly. It is possible to supply a plurality of smoothing capacitors with a uniform ripple current due to the load.
[0020]
In the configuration of the power conversion device as described above, the plurality of smoothing capacitors are mounted in a horizontal direction with respect to the cooler, and the cooler is separated from the cooler so as to isolate the plurality of smoothing capacitors from the cooler. By disposing a conductor (capacitor-side busbar) that connects the smoothing capacitor vertically to the condenser, and a conductor (element-side busbar) that connects the switching elements so as to cover the switching elements on both sides of the cooler The heated air generated from the switching element and the cooler serving as the heat source can be shut off, so that the ambient temperature of the smoothing capacitor can be reduced and the life of the smoothing capacitor can be extended.
[0021]
In addition, the element side bus bar for connecting the switching element and the capacitor side bus bar for connecting the smoothing capacitor are respectively connected to the positive side switching element, the positive side bus bar connected to the smoothing capacitor, the negative side switching element, and the smoothing capacitor. It is composed of a negative bus bar to be connected and a mid-point bus bar for connecting the common connection parts of the positive side and negative side switching elements, and if these positive side, negative side and mid-point bus bars are in close contact with an insulating layer interposed, The inductance can be reduced and the surge voltage can be reduced.
[0022]
Further, according to the present invention, in the power converter configured as described above, a connection bus bar for connecting the element side bus bar and the capacitor side bus bar is provided, and the connection bus bar has a switching element in parallel with the cooler. When arranged, if the width and thickness of some bus bar paths are adjusted according to the change in the relative distance between each switching element and each smoothing capacitor, each switching element and each smoothing capacitor are connected. It is possible to make the impedances of the connected bus bars equal, and as a result, the ripple current flowing into each smoothing capacitor becomes uniform, and the life of the smoothing capacitor can be extended.
[0023]
Further, according to the present invention, in the configuration of the power converter as described above, the capacitor side bus bar for connecting the smoothing capacitor and the element side bus bar for connecting the switching element, or the connecting portion bus bar for connecting the capacitor side bus bar and the element side bus bar. Are fastened together and fixed to the terminal of the smoothing capacitor, the distance between the switching element and the smoothing capacitor is minimized, the impedance from the switching element to the smoothing capacitor is minimized, and the surge voltage can be minimized. .
[0024]
Further, according to the present invention, in the configuration of the power conversion device as described above, when the switching elements are arranged in parallel in the cooler, the midpoint bus bars connecting these switching elements are independent for each of the parallels. The current balance of the switching elements having a parallel configuration can be made equal by providing them with substantially the same diameter and substantially the same length.
[0025]
Further, according to the present invention, in the configuration of the power converter as described above, the plurality of smoothing capacitors are connected to the capacitor-side bus bar in a plurality of rows, and the directions of the electrode terminals to which the smoothing capacitor is connected are reversed one by one. If it arrange | positions in this way, it is possible to increase the capacity | capacitance of a smoothing capacitor, to increase a ripple current tolerance, and to attain the lifetime of a smoothing capacitor.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a power converter according to the present invention.
[0028]
  In this power converter, a plurality of switching elements 2a such as IGBTs are attached to the a-plane side of the cooler 1, and a plurality of switching elements 2b such as IGBTs are similarly attached to the b-plane side of the cooler 1. A plurality of switching elements 2a such as IGBTs installed on the a-plane side of the cooler 1 are converter devices 3a, and a plurality of switching elements 2b such as IGBTs installed on the b-plane side of the cooler 1 are inverter devices 3b. . A smoothing capacitor 4 suppresses a surge voltage generated during operation of the switching elements 2a and 2b and absorbs a ripple current caused by a load. The smoothing capacitor 4 is a cooling fin.1 ₁ ofOn one side, cooler 1Same asIt is attached in the horizontal direction and arranged at an intermediate position that is equidistant from the converter device 3a and the inverter device 3b.1 ₂Is a radiator of the cooler 1. Reference numeral 5 denotes a capacitor side bus bar, 6a denotes an element side bus bar on the converter side, and 6b denotes an element side bus bar on the inverter side.
[0029]
Next, the effect | action of the above power converter devices is demonstrated.
[0030]
Each of the plurality of switching elements 2a, ..., 2b, ... starts a switching operation in response to a gate signal from a control unit (not shown). The converter device 3a converts the AC power supply voltage into a DC voltage by the operation of the switching elements 2a,... Based on the gate signal, and the inverter device 3b converts the converter device 3a by the operation of the switching elements 2b,. The DC voltage converted by the above is converted into an AC voltage, and power is supplied to a load such as a motor (not shown).
[0031]
At this time, a voltage surge is generated by the operation of the switching elements 2a, ..., 2b, ..., but the smoothing capacitor 4 is installed at an intermediate position between the converter side switching elements 2a, ... and the inverter side switching elements 2b, ... The smoothing capacitors 4 have a uniform burden ratio for receiving voltage surges, and can eliminate variations in the life of the smoothing capacitors 4. Further, when the load increases, the ripple current flowing through the smoothing capacitor 4 also increases. However, since the smoothing capacitor 4 is at an equal distance from the switching elements 2a and 2b, variation in the life of each smoothing capacitor 4 can be similarly eliminated. .
[0032]
(Second Embodiment)
  FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the power converter according to the present invention. In addition,FIG. 2 has the same configuration as that of FIG. 1, but is used as a separate diagram for the sake of convenience in order to explain the characteristic configuration of the second embodiment. Therefore, FIG.In FIG. 1, the same parts as those shown in FIG.
[0033]
In this embodiment, the plurality of switching elements 2a,..., 2b,... And the smoothing capacitor 4 are arranged in the same manner as in FIG. The arrangement configuration of the element side bus bars 6a and 6b will be described.
[0034]
Here, the capacitor-side bus bar 5 connects a plurality of smoothing capacitors 4,..., And is arranged perpendicular to the cooler 1 so as to isolate the smoothing capacitors 4,. The smoothing capacitor 4 is configured to shut off the heat generation air generated from the switching elements 2a,..., 2b,.
[0035]
Next, the operation of the above embodiment will be described.
[0036]
Each of the plurality of switching elements 2a, ..., 2b, ... starts a switching operation in response to a gate signal from a control unit (not shown). The switching elements 2a, 2b generate heat by the operation of the switching elements 2a, ..., 2b, ..., but are cooled by a radiator plate and a cooler 1 (not shown) of the switching elements. However, although the heat generated by the switching element is also radiated from a surface other than the heat radiating plate (not shown), since heat is also applied to the cooler 1 itself, the switching elements 2a,..., 2b,. The temperature of the air rises.
[0037]
Here, the smoothing capacitor 4 and the switching elements 2a,..., 2b,..., And the cooler 1, which are heating elements, are separated by the capacitor-side bus bar 5, so that the switching elements 2a,. Is blocked by the capacitor-side bus bar 5, so that the air temperature around the smoothing capacitor 4 can be prevented from increasing due to the switching elements 2a,..., 2b,.
[0038]
Further, element-side bus bars 6a and 6b for connecting the switching elements 2a and 2b are arranged so as to cover the switching elements 2a and 2b on both surfaces of the cooler 1.
[0039]
Therefore, according to the embodiment described above, the capacitor-side bus bar 5 is arranged vertically so as to isolate the plurality of smoothing capacitors 4,... ... or the smoothing capacitor 4 by the warmed air emitted from the switching element 2a, ..., 2b, ... or the cooler 1 by shutting off the ambient air on the cooler 1 side and the ambient air on the smoothing capacitor 4, ... side. As a result, the life of the smoothing capacitor 4 can be extended. Further, since the element side bus bars 6a and 6b for connecting the switching elements are arranged so as to cover the switching elements 2a and 2b on both sides of the cooler, heat generated from the switching elements 2a and 2b is also cut off, and the smoothing capacitor 4 Can be made less susceptible to thermal effects.
[0040]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the power converter according to the present invention. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be given in FIGS.
[0041]
In this embodiment, since the plurality of switching elements 2a,..., 2b,... And the smoothing capacitor 4 have the same arrangement configuration as in FIG. explain.
[0042]
  The capacitor-side bus bar 5 is a bus bar that is disposed between the smoothing capacitor 4 and the cooler 1 in a direction perpendicular to the cooler 1, and includes a plurality of bus bars 5a, 5b, and 5c. The element-side bus bar 6a is composed of a plurality of bus bars 6aa, 6ab, 6ac, and the inverter-side element-side bus bar 6b is similarly composed of a plurality of bus bars 6ba, 6bb, 6bc. Of these bus bars, bus bars 5a, 6aa,6bbIs a positive side switching element, P side bus bar connected to a smoothing capacitor, 5b, 6ab,6baIs a negative voltage side switching element, an N side bus bar connected to a smoothing capacitor, 5c,6ac, 6bc are element midpoint bus bars that connect the common connection portions of the switching element on the positive voltage side and the switching element on the negative voltage side. Reference numerals 7 and 8a and 8b denote insulators interposed between the bus bars. That is, the P-side bus bars 5a, 6aa,6bb, N side bus bars 5b, 6ab,6baAnd element midpoint bus bar 5c,6ac, 6bc are in close contact with the insulators 7, 8a, 8b.
[0043]
Next, the effect | action of the above power converter devices is demonstrated.
[0044]
Each of the plurality of switching elements 2a, ..., 2b, ... starts a switching operation in response to a gate signal from a control unit (not shown). The converter device 3a converts the AC power supply voltage into a DC voltage by the operation of the switching elements 2a,... Based on the gate signal, and the inverter device 3b is the converter device 3a by the operation of the switching elements 2b,. The converted DC voltage is converted into an AC voltage, and current is supplied to a load such as a motor (not shown).
[0045]
  At this time, when the inductance components of the bus bars 5a, 5b, 5c, 6aa, 6ab, 6ac, 6ba, 6bb, 6bc connected to the switching elements 2a, 2b and the smoothing capacitor 4 are large, the surge voltage increases. P-side busbar 5a, 6aa,6bbAnd N-side busbar 5b, 6ab,6baAre in close contact with each other with the insulators 7, 8a, 8b interposed therebetween, so that the magnetic fluxes generated by the P-side bus bar and the N-side bus bar cancel each other, and as a result, the inductance can be reduced. Thereby, the surge voltage can be reduced.
[0046]
  Therefore, according to the above embodiment, the P-side bus bars 5a, 6aa,6bbAnd N-side busbar 5b, 6ab,6baAnd the P-side bus bars 5a, 6aa,6bbAnd N side bus bars 5b, 6ab,6baInductance can be reduced, and the surge voltage can be reduced.
[0047]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the power converter according to the present invention.
[0048]
In the same figure, 1 is a cooler, 2a (not shown), 2b is a switching element, and on the b surface side of the cooler 1, there are four rows of switching elements 2bc, 2bd, 2be, 2bf as switching elements 2b. Similarly, four rows of switching elements are also arranged on the side of the cooler a (not shown). Reference numeral 4 denotes a smoothing capacitor. The smoothing capacitor 4 includes a plurality of smoothing capacitors 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, and 4h.
[0049]
  5 is a bus bar for connecting the smoothing capacitors 4c to 4h, 6a (not shown), 6b(Not shown)Is a bus bar for connecting the switching elements 2ac to 2af (not shown) and 2bc to 2bf on the a and b surfaces of the cooler 1, and 9a and 9b are connecting bus bars for connecting the bus bar 5 and the bus bars 6a and 6b.
[0050]
  Also in this connection bus bar 9a, 9b, actually in FIG.P-side busbars 9a and 9ba-9bc having a three-bar laminated structure 9aa-9ac (not shown) so as to correspond to the P-side busbars 5a, 6aa, 6bb and the N-side busbars 5b, 6ab, 6ba, respectively. N-side connection bus bar 9b having a three-bar laminated structure (not shown) is provided.Except for the portion connected to the capacitor side bus bar 5 and the element side bus bars 6a and 6b, the insulator 8a(Not shown), 8b are in close contact with each other. The connecting bus bar 9 (9a, 9b) is formed with a wide reinforcing portion 9c in part.
[0051]
The reason why the reinforcing portions 9c are provided on the connecting bus bars 9a and 9b is as follows. The mounting position of the switching element, for example, 2bc to 2bf, and the smoothing capacitor, for example, 4c to 4h, are connected to the cooler 1 according to the outer shape of the smoothing capacitor, etc. 2bf away from the distance. Since the conductor which is the connecting bus bar 9 generally increases in impedance in proportion to the width of the path, the connecting bus bars 9a and 9b need to have the same impedance.
[0052]
Therefore, the connecting bus bars 9a and 9b have the same impedance by changing the width and thickness of the paths connected to the smoothing capacitors 4c, 4e and 4g (or 4d, 4f and 4h), respectively. Further, when the connecting bus bars 9a and 9b are brought into close contact with each other through the insulators 8a and 8b, the mutual inductance is canceled out, and the surge voltage can be reduced.
[0053]
Therefore, according to the above-described embodiment, even if the distance between the switching elements, for example, 2bc to 2bf and the smoothing capacitors 4c to 4h is different, by adjusting the width and thickness of the connecting bus bars 9a and 9b, The impedance between the switching elements 2bc to 2bf and the smoothing capacitors 4c to 4h can be made equal, the variation of the ripple current flowing into the smoothing capacitors 4c to 4h can be eliminated, and the connecting bus bars 9a and 9b can be insulated. By bringing them into close contact with each other through 8a and 8b, the mutual inductance is canceled out, and the life of the smoothing capacitor can be extended by reducing the surge voltage.
[0054]
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing a fifth embodiment of the power converter according to the present invention. In addition, the figure is the figure which looked at the smoothing capacitor 4 from the cooler 1 side.
[0055]
As shown in FIG. 3, from the smoothing capacitor 4 side to the cooler 1 side, the midpoint capacitor bus bar 5c, the insulator 8, the P side capacitor bus bar 5a, the insulator 8, and the N side capacitor bus bar 5b are arranged in this order. The terminals of the smoothing capacitor 4, the capacitor side bus bar 5 (5a, 5b), and the element side bus bar 6 (6a, 6b) need to be connected.
[0056]
Therefore, in this embodiment, the terminal 4 of the smoothing capacitor 4 is used.₁(+ Terminal), terminal 4₂The (− terminal) and the capacitor side bus bar 5 and the element side bus bar 6 are connected together by fastening. For example, the element side bus bar 6 and the capacitor side bus bar 5 are connected to the terminal 4 of the smoothing capacitor 4.₁(+ Terminal), terminal 4₂Connect it by directly inserting it into the (-terminal) with screws.
[0057]
In this power converter, a voltage surge is generated by the operation of the switching elements 2 a and 2 b, but it is absorbed by flowing a surge current into the smoothing capacitor 4. At this time, the connection between the switching elements 2a, 2b and the smoothing capacitor 4 is connected to be the shortest distance, the bus bar inductance is reduced, and the smoothing capacitor 4 and the element side bus bar 6 are directly connected. A further voltage surge can be suppressed by flowing the surge current directly into the smoothing capacitor 4.
[0058]
Although not shown, when the connection bus bars 9a and 9b shown in the fourth embodiment are attached between the capacitor side bus bar 5 and the element side bus bar 6, the connection bus bars 9a and 9b are connected as shown in FIG. Terminal 4 of the smoothing capacitor 4 from the side through the capacitor side bus bar 5₁(+ Terminal) or terminal 4₂Even if it is configured to be screwed directly to the (-terminal), the same effects as described above can be obtained.
[0059]
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing a sixth embodiment of the power converter according to the present invention. In this figure, the same parts as those in FIGS. 1, 3, and 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be given in FIGS.
[0060]
  In the same figureAnd1 isThis is a cooler, and switching elements (not shown) such as four rows of IGBTs are arranged on the a-plane side of the cooler 1, and four rows of IGBTs and the like are similarly arranged on the b-plane side of the cooler 1. Switching elements 2bc, 2bd, 2be, 2bf are arranged, and each columnIt is constituted by a set of positive and negative switching elements. 6 is a switching element2ac-2af, 2bc-2bfP-side bus bar 6aa connected to the emitter of the positive-side switching element,6bbN-side bus bar 6ab connected to the collector of the negative side switching element,6baAn element midpoint bus bar that connects the collector of the positive side switching element and the collector of the negative side switching element6ac, 6bc are provided.5a is a P-side capacitor bus bar, 5b is an N-side capacitor bus bar, and 7 and 8a and 8b are insulators interposed between the bus bars.
[0061]
  These element midpoint busbars6ac, 6bc are provided independently for each set of positive and negative switching elements configured in parallel. Therefore, the conductors 10 are led out from the respective independent midpoint bus bars 6bc,..., 6ac,..., And these conductors 10 have the same impedance by being led out to have the same diameter and the same length. The power converter is not connected to a load outside the power converter.
[0062]
Therefore, according to the above embodiment, in order to input / output a large current to / from a load outside the power converter (not shown), the midpoint bus bar 6bc provided for each switching element 2 in the parallel connection configuration,. 6ac,..., The same impedance, the same length, and the same impedance, the path to the external load of the power converter (not shown) has the same impedance. Therefore, the switching elements switching elements 2ac-2af ( Variation in load factor of 2bc to 2bf can be reduced.
[0063]
(Seventh embodiment)
FIG. 7 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the power converter according to the present invention.
[0064]
In this embodiment, for example, three rows of smoothing capacitors 4 are connected to capacitor-side bus bars 5 (5a, 5b, 5c), and further, element-side bus bars 6 (6aa, 6ab, 6ac, 6ba) of the converter device 3a and the inverter device 3b. , 6bb, 6bc). The method for connecting the smoothing capacitor 4 is shown in FIG. Terminal 4 of the smoothing capacitor 4₁(+ Terminal), 4₂The (− terminals) are reversely arranged one by one, and the P-side and N-side connections are alternately arranged at equal intervals with respect to the connection of the capacitor-side bus bar 5 and the element-side bus bar 6.
[0065]
According to the embodiment as described above, by arranging a plurality of rows of smoothing capacitors 4 in parallel to the bus bar 5 arranged at the intermediate position of the converter device 3a and the inverter device 3b arranged on both surfaces of the cooler 1, The life of the smoothing capacitor 4 can be extended by increasing the capacity of the smoothing capacitor 4 of the power converter and increasing the ripple tolerance.
[0066]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In the above embodiment (FIGS. 1 to 7), one power conversion device has been described. However, a combination of three power conversion devices as shown in FIG. 8 constitutes a three-phase power conversion device. 11a, 11b, and 11c are power converters for each phase, and these power converters 11a, 11b, and 11c are connected by lower phase connection bus bars 12a and 12b.
[0067]
According to such a configuration, by using one power conversion device for each phase, it is possible to improve the miniaturization of parts, maintainability, and workability.
[0068]
Further, the embodiments can be implemented in combination as much as possible, and in that case, the effect of the combination can be obtained. Further, each of the above embodiments includes various higher-level and lower-level inventions, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, when an invention is extracted because some constituent elements can be omitted from all the constituent elements described in the means for solving the problem, the omitted part is used when the extracted invention is implemented. Is appropriately supplemented by well-known conventional techniques.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the distance from the bus bar connecting the smoothing capacitor to the switching elements installed on both sides of the cooler is made equal, voltage bias and ripple current bias are eliminated, and the life of the smoothing capacitor is reduced. Variations can be eliminated. Also, the smoothing capacitor is mounted horizontally on the cooler, and the bus bar connected to the smoothing capacitor is placed perpendicular to the cooler, and the flow of air around the switching element and the cooler and the air around the smoothing capacitor Therefore, the life of the smoothing capacitor can be extended without increasing the ambient temperature of the smoothing capacitor due to the amount of heat generated by the switching element and the cooler.
[0070]
In addition, since the P-side bus bar and the N-side bus bar are in close contact with each other with an insulator interposed therebetween, the inductance of the bus bar can be reduced, thereby reducing the voltage surge.
[0071]
Further, when the switching elements are in parallel configuration, the neutral bus bar is made independent for each element, and the current is input / output to / from the load through the conductor of the same impedance, so that the variation of the parallel switching elements can be reduced.
[0072]
Furthermore, since a plurality of rows of smoothing capacitors are installed in the bus bar arranged at the intermediate position of the converter device and the inverter device arranged on both sides of the cooler, the capacity of the smoothing capacitor of the power conversion device is increased and the ripple tolerance is increased. As a result, the life of the smoothing capacitor can be increased.
[0073]
Further, by using one power conversion device as described above for one phase and connecting a plurality of power conversion devices to form a multi-phase power conversion device, the power conversion device can be reduced in size, maintainability, and work. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a power conversion device according to the present invention, in which FIG. 1 (a) is a component arrangement view showing one side of a cooler, and FIG. 1 (b). Is a view taken along the line AA ′ in FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the power conversion device according to the present invention, in which FIG. 2 (a) is a component arrangement view showing one side of the cooler, and FIG. 2 (b). Is a view taken along the line AA ′ in FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the power conversion device according to the present invention, in which FIG. 3 (a) is a component arrangement view showing one side of the cooler, and FIG. 3 (b). Is a view taken along the line AA ′ in FIG.
FIG. 4 is a component layout diagram seen from one side of a cooler showing a fourth embodiment of a power converter according to the present invention.
FIG. 5 is a view of a smoothing capacitor including a bus bar from the cooler side, showing a fifth embodiment of the power conversion device according to the present invention, and a side view showing a connection relationship between the connected bus bar, the capacitor side bus bar, and the smoothing capacitor; Figure.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the power conversion device according to the present invention, in which FIG. 6 (a) is a component arrangement view showing one side of the cooler, and FIG. 6 (b). Is a view taken along the line AA ′ in FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of a power conversion device according to the present invention, in which FIG. 7 (a) is a component arrangement view showing one side of a cooler, and FIG. Is a view taken along the line AA ′ in FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a modification of the power conversion device according to the present invention.
The flowchart explaining operation | movement of the elevator control system in 3rd Embodiment.
9A and 9B are configuration diagrams for explaining a conventional power conversion device, in which FIG. 9A is a component arrangement view of one side of the cooler, and FIG. -A 'arrow view.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional power converter, and is a circuit diagram for explaining that a bus bar on the converter device side and a bus bar on the inverter device side are connected in a circuit.
[Explanation of symbols]
  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cooler, 2a, 2b ... Switching element, 3a ... Converter apparatus, 3b ... Inverter apparatus, 4 ... Smoothing capacitor, 5 ... Capacitor side bus bar, 6a, 6b ... Element side bus bar, 5a, 6aa,6bb... P side bus bar, 5b, 6ab,6ba... N side bus bar, 5c,6ac, 6bc ... mid-point bus bar, 7, 8a, 8b ... insulator, 9a, 9b ... connecting bus bar, 10 ... conductor.

Claims

In a power conversion device comprising a plurality of switching elements respectively attached to both surfaces of a cooler and a plurality of smoothing capacitors that are installed in the vicinity of these switching elements and suppress a surge voltage generated by the operation of the switching elements ,
Reduced surge voltage generated from each switching element and the electric power at an intermediate position that is equidistant from the switching elements mounted on both surfaces of the cooler and mounted in a horizontal direction with respect to the cooler The plurality of smoothing capacitors provided so as to eliminate the bias of the ripple current due to the load connected to the converter ;
A capacitor-side bus bar that is a conductor that is arranged perpendicular to the plane portion of the cooler so as to isolate the plurality of smoothing capacitors and the cooler, and that connects the smoothing capacitors;
An element-side bus bar that is disposed so as to cover the switching elements on both sides of the cooler and is a conductor that connects the switching elements;
The element side bus bar for connecting the switching element and the capacitor side bus bar for connecting the smoothing capacitor are respectively connected to the positive side switching element, the positive side bus bar connected to the smoothing capacitor, the negative side switching element, and the smoothing capacitor. The negative bus bar and the midpoint bus bar connecting the common connection parts of the positive side and negative side switching elements, and the positive bus bar, the negative bus bar, and the mid point bus bar are in close contact with each other with an insulating layer interposed therebetween . The power converter characterized by the above-mentioned.

The power conversion device according to claim 1 ,
A connecting bus bar for connecting the element side bus bar and the capacitor side bus bar is provided. When the switching element is arranged in parallel in the cooler, the connecting bus bar is provided between the switching element and the smoothing capacitor. A power converter that changes the width of a part of bus bar paths according to a change in relative distance.

In the power converter device according to claim 1 or 2 ,
The capacitor-side bus bar for connecting the smoothing capacitor and the element-side bus bar for connecting the switching element or the connecting-side bus bar for connecting the capacitor-side bus bar and the element-side bus bar are fastened together and fixed to the terminals of the smoothing capacitor. A power converter.

In the power converter according to any one of claims 1 to 3 ,
When switching elements are arranged in parallel in the cooler, a midpoint bus bar for connecting these switching elements is provided independently for each of the parallel elements, and is externally provided with substantially the same diameter and length. A power conversion device derived from the above.

In the power converter according to any one of claims 1 to 4 ,
The plurality of smoothing capacitors are connected in a plurality of rows to the capacitor-side bus bar, and the directions of electrode terminals to which the smoothing capacitors are connected are reversed one by one.