特許 6362959 電力変換回路、その製造方法、および、パワーコンディショナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6362959

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】電力変換回路、その製造方法、および、パワーコンディショナ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20180712BHJP

   H02M 7/483 20070101ALI20180712BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

   H02M7/483

   H02M7/48 R

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-162422(P2014-162422)

(22)【出願日】2014年8月8日

(65)【公開番号】特開2016-39724(P2016-39724A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2017年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】西尾 隆平

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０２−０２６３７７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−２２５６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１５３５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７８３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−１７０４１６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−２３５９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３３１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−７２４２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ１／００，３／００，７／４８，７／４８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング素子を有し、正極側電極および負極側電極が同じ面に設けられているスイッチングモジュールと、
複数のコンデンサを複数の導体板によって直列に接続して、平面視略Ｕ字形状に形成したコンデンサ群を含むスナバ回路と、
を備え、
前記スナバ回路は、前記スイッチングモジュールの前記各電極が設けられている面側に配置され、
前記スナバ回路の一方の端子は前記正極側電極に直接接続され、他方の端子は前記負極側電極に直接接続されており、
前記スイッチングモジュールと前記スナバ回路との間に配置されている断熱板をさらに備えている、
ことを特徴とする電力変換回路。

【請求項2】

前記断熱板は、前記スナバ回路に固定されている、
請求項１に記載の電力変換回路。

【請求項3】

前記断熱板は、前記コンデンサ群を平面視した場合の大きさと同程度の大きさである、請求項１または２に記載の電力変換回路。

【請求項4】

前記断熱板は、フェノール樹脂製の板である、
請求項１ないし３のいずれかに記載の電力変換回路。

【請求項5】

前記コンデンサ群は、３個のコンデンサを直列接続したものを２個並列接続したものである、
請求項１ないし４のいずれかに記載の電力変換回路。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかに記載の電力変換回路を備えていることを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項7】

電力変換回路の製造方法であって、
複数のコンデンサを複数の導体板によって直列に接続して、接続されたコンデンサ群が平面視略Ｕ字形状になるようにする第１の工程と、
前記コンデンサ群を含むスナバ回路の裏面に断熱板を固定する第２の工程と、
スイッチング素子を有し、正極側電極および負極側電極が同じ面に設けられているスイッチングモジュールを、前記各電極が設けられている面を前記スナバ回路側に向けて、前記スナバ回路の裏面側に、前記断熱板との間に所定の間隔をあけるようにして、前記スナバ回路の一方の端子を前記正極側電極に直接接続し、他方の端子を前記負極側電極に直接接続することで固定する第３の工程と、
を備えていることを特徴とする製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スナバ回路を備える電力変換回路、その製造方法、および、当該電力変換回路を備えるパワーコンディショナに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、太陽電池などによって生成される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に供給するパワーコンディショナが開発されている。パワーコンディショナに備えられたインバータ回路は、スイッチング素子をスイッチングさせることで、直流電力を交流電力に変換する。スイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制するために、インバータ回路にはスナバ回路が備えられている。

【0003】

パワーコンディショナを大容量化すると、より大きなサージ電圧を抑制できるように、スナバ回路のコンデンサの静電容量も大きくする必要がある。しかし、一方で、パワーコンディショナの小型化の要請もある。パワーコンディショナの限られたスペースに、大型化するスナバ回路を配置する工夫が必要になる。

【0004】

また、サージ電圧を低減するためには、寄生インダクタンスを低減する必要がある。特許文献１には、パワーモジュールの正極導体と負極導体とを対向配置して、互いに逆方向の磁界を発生させることで磁束を打ち消し合って、寄生インダクタンスを低減することが記載されている。しかしながら、マルチレベルインバータ回路の場合、使用するスイッチング素子の数が多く、各素子間の接続が複雑になるので、各接続導体を対向配置することは難しい。

【0005】

より一般的な寄生インダクタンスの低減方法として、スナバ回路とスイッチング素子とを接続する接続導体の短縮化を図る方法がある。スナバ回路とスイッチング素子とを近接させて配置することは、パワーコンディショナの限られたスペースに配置するという意味でも有効である。しかしながら、スナバ回路とスイッチング素子とを近接させて配置すると、スイッチング素子から発生する熱によって、スナバ回路のコンデンサの寿命が低下するという問題がある。特許文献２には、スナバ回路のコンデンサに接合された放熱板で放熱することでコンデンサの温度上昇を抑制することが記載されている。しかし、装置内のスペースに余裕がない場合、放熱性が悪くなる。また、コンデンサのための放熱板を新たに設ける必要があるので、装置内のスペースがより狭くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５-１９１２３３号公報

【特許文献2】特開２０１０-２８５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上述した事情のもとで考え出されたものであって、寄生インダクタンスを低減し、かつ、スナバ回路の温度上昇を抑制することができる電力変換回路を提供することをその目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

【0009】

本発明の第１の側面によって提供される電力変換回路は、スイッチング素子を有し、正極側電極および負極側電極が同じ面に設けられているスイッチングモジュールと、複数のコンデンサと接続導体とを接続したコンデンサ群を含むスナバ回路とを備え、前記コンデンサ群は、平面視略Ｕ字形状であり、前記スナバ回路は、前記スイッチングモジュールの前記各電極が設けられている面側に配置され、前記スナバ回路の一方の端子は前記正極側電極に直接接続され、他方の端子は前記負極側電極に直接接続されており、前記スイッチングモジュールと前記スナバ回路との間に配置されている断熱板をさらに備えていることを特徴とする。

【0010】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記断熱板は、前記スナバ回路に固定されている。

【0011】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記断熱板は、前記コンデンサ群を平面視した場合の大きさと同程度の大きさである。

【0012】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記断熱板は、フェノール樹脂製の板である。

【0013】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記コンデンサ群は、３個のコンデンサを直列接続したものを２個並列接続したものである。

【0014】

本発明の第２の側面によって提供されるパワーコンディショナは、本発明の第１の側面によって提供される電力変換回路を備えていることを特徴とする。

【0015】

本発明の第３の側面によって提供される製造方法は、電力変換回路の製造方法であって、複数のコンデンサを接続導体で接続して、接続されたコンデンサ群が平面視略Ｕ字形状になるようにする第１の工程と、前記コンデンサ群を含むスナバ回路の裏面に断熱板を固定する第２の工程と、スイッチング素子を有し、正極側電極および負極側電極が同じ面に設けられているスイッチングモジュールを、前記各電極が設けられている面を前記スナバ回路側に向けて、前記スナバ回路の裏面側に、前記断熱板との間に所定の間隔をあけるようにして、前記スナバ回路の一方の端子を前記正極側電極に直接接続し、他方の端子を前記負極側電極に直接接続することで固定する第３の工程とを備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によると、スナバ回路の２つの端子が、それぞれ、スイッチングモジュールの正極側電極および負極側電極に直接接続されるので、寄生インダクタンスを低減することができる。また、スイッチングモジュールとスナバ回路との間に断熱板が配置されているので、スイッチングモジュールから放出される熱によってスナバ回路の温度が上昇することを抑制することができる。

【0017】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態に係るインバータ回路の回路構成を示す図である。

【図2】第１実施形態に係るインバータ回路の構造を説明するための図である。

【図3】第１実施形態に係るインバータ回路の構造を説明するための図である。

【図4】スナバ回路のコンデンサの構造を説明するための図である。

【図5】第１実施形態に係るインバータ回路の製造方法を説明するための図である。

【図6】第１実施形態に係るインバータ回路の製造方法を説明するための図である。

【図7】第１実施形態に係るスナバ回路の他の実施例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る電力変換回路をパワーコンディショナのインバータ回路として用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。

【0020】

図１は、第１実施形態に係るインバータ回路の回路構成を示す図である。

【0021】

図１に示すインバータ回路は、パワーコンディショナに備えられており、太陽電池などの直流電源から入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するものである。当該インバータ回路は、三相のＰＷＭ制御型インバータであり、各相の出力相電圧が３レベルの電位となる３レベルインバータ回路である。インバータ回路は、図示しない制御回路から入力されるＰＷＭ信号に基づいて、各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、直流電源から入力される直流電圧を交流電圧に変換する。

【0022】

図１（ａ）に示すように、インバータ回路は、１２個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２、１２個の還流ダイオード、３個のスナバ回路Ｃ１〜Ｃ３、および、２個の分圧用コンデンサＣｐ，Ｃｎを備えている。本実施形態では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）を使用している。なお、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２はＩＧＢＴに限定されず、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、逆阻止サイリスタなどであってもよい。また、還流ダイオード、分圧用コンデンサの種類も限定されない。

【0023】

分圧用コンデンサＣｐ，Ｃｎは、静電容量が同一のコンデンサであり、図示しない直流電源から入力される直流電圧を分圧するものである。分圧用コンデンサＣｐと分圧用コンデンサＣｎとは点Ｏで直列接続されて、直流電源の正極に接続する点Ｐと負極に接続する点Ｎとの間に並列接続されている。点Ｏの電位は、点Ｎの電位と点Ｐの電位の中間の電位になる。

【0024】

スイッチング素子Ｓ１とＳ４とは、スイッチング素子Ｓ１のエミッタ端子とスイッチング素子Ｓ４のコレクタ端子とが接続されて、直列接続されている。スイッチング素子Ｓ１のコレクタ端子は点Ｐに接続され、スイッチング素子Ｓ４のエミッタ端子は点Ｎに接続されて、ブリッジ構造を形成している。同様に、スイッチング素子Ｓ２とＳ５とが直列接続されてブリッジ構造を形成し、スイッチング素子Ｓ３とＳ６とが直列接続されてブリッジ構造を形成している。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲート端子には、それぞれ、制御回路から出力されるＰＷＭ信号が入力される。

【0025】

スイッチング素子Ｓ１とＳ４で形成されているブリッジ構造をＵ相アームとし、スイッチング素子Ｓ２とＳ５で形成されているブリッジ構造をＶ相アームとし、スイッチング素子Ｓ３とＳ６で形成されているブリッジ構造をＷ相アームとする。Ｕ相アームのスイッチング素子Ｓ１とＳ４との接続点ＵにはＵ相の出力ラインが接続され、Ｖ相アームのスイッチング素子Ｓ２とＳ５との接続点ＶにはＶ相の出力ラインが接続され、Ｗ相アームのスイッチング素子Ｓ３とＳ６との接続点ＷにはＷ相の出力ラインが接続されている。

【0026】

接続点Ｕは、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８からなる中間側スイッチを介して、点Ｏに接続されている。スイッチング素子Ｓ７とＳ８とは、それぞれのコレクタ端子が接続されて、直列接続されている。スイッチング素子Ｓ７のエミッタ端子は点Ｏに接続され、スイッチング素子Ｓ８のエミッタ端子は点Ｕに接続されている。同様に、接続点Ｖは、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０からなる中間側スイッチを介して、点Ｏに接続されている。スイッチング素子Ｓ９とＳ１０とは、それぞれのコレクタ端子が接続され、スイッチング素子Ｓ９のエミッタ端子は点Ｏに接続され、スイッチング素子Ｓ１０のエミッタ端子は点Ｖに接続されている。また、接続点Ｗは、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２からなる中間側スイッチを介して、点Ｏに接続されている。スイッチング素子Ｓ１１とＳ１２とは、それぞれのコレクタ端子が接続され、スイッチング素子Ｓ１１のエミッタ端子は点Ｏに接続され、スイッチング素子Ｓ１２のエミッタ端子は点Ｗに接続されている。スイッチング素子Ｓ７およびＳ８は、同じタイミングでオンオフ動作を行い、オン状態のときに点Ｏと点Ｕとの接続を導通させ、オフ状態のときに接続を導通させないようにする。同様に、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０も、同じタイミングでオンオフ動作を行い、オン状態のときに点Ｏと点Ｖとの接続を導通させ、オフ状態のときに接続を導通させないようにする。また、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２も、同じタイミングでオンオフ動作を行い、オン状態のときに点Ｏと点Ｗとの接続を導通させ、オフ状態のときに接続を導通させないようにする。スイッチング素子Ｓ７およびＳ８のゲート端子、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０のゲート端子、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２のゲート端子には、それぞれ、制御回路から出力されるＰＷＭ信号が入力される。

【0027】

各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２は、ＰＷＭ信号に基づいて、オン状態とオフ状態とを切り替えられる。例えば、スイッチング素子Ｓ１がオン状態でスイッチング素子Ｓ４およびスイッチング素子Ｓ７，８がオフ状態の場合、Ｕ相の出力ラインの電位は点Ｐの電位（すなわち、直流電源の正極側の電位）となる。スイッチング素子Ｓ４がオン状態でスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ７，８がオフ状態の場合、Ｕ相の出力ラインの電位は点Ｎの電位（すなわち、直流電源の負極側の電位）となる。また、スイッチング素子Ｓ７，８がオン状態でスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ４がオフ状態の場合、Ｕ相の出力ラインの電位は点Ｏの電位（すなわち、直流電源の正極側と負極側の中間の電位）となる。これにより、各出力ラインから出力される出力相電圧は、直流電源の正極側の電位、負極側の電位、中間の電位の３レベルの電位となる。

【0028】

還流ダイオードは、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２のコレクタ端子とエミッタ端子との間に、それぞれ逆並列に接続されている。すなわち、還流ダイオードのアノード端子はそれぞれスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２のエミッタ端子に接続され、還流ダイオードのカソード端子はそれぞれスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２のコレクタ端子に接続されている。還流ダイオードは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２の切り替えによって発生する逆起電力による逆方向の高い電圧がスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２に印加されないようにするためのものである。

【0029】

スナバ回路Ｃ１は、Ｕ相アームの両端に並列接続されている。同様に、スナバ回路Ｃ２はＶ相アームの両端に、スナバ回路Ｃ３はＷ相アームの両端に、それぞれ並列接続されている。スナバ回路Ｃ１〜Ｃ３は、それぞれ６つのコンデンサを３直列２並列に接続したものである。図１（ｂ）はスナバ回路Ｃ１を示しており、３つのコンデンサＣ１１〜Ｃ１３を直列接続したものと、３つのコンデンサＣ１４〜Ｃ１６を直列接続したものとを並列接続していることを示している。スナバ回路Ｃ２およびＣ３も同様である。スナバ回路Ｃ１〜Ｃ３は、スイッチング時に発生するサージ電圧を吸収するためのものである。

【0030】

本実施形態に係るパワーコンディショナにおいては、Ｕ相回路、Ｖ相回路およびＷ相回路の三つの回路で、インバータ回路を構成している。Ｕ相回路Ａは、スイッチング素子Ｓ１およびＳ４からなるＵ相アーム、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８からなる中間側スイッチ、各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８に接続された還流ダイオード、および、スナバ回路Ｃ１を備えている。Ｖ相回路は、スイッチング素子Ｓ２およびＳ５からなるＶ相アーム、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０からなる中間側スイッチ、各スイッチング素子Ｓ２，Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１０に接続された還流ダイオード、および、スナバ回路Ｃ２を備えている。Ｗ相回路は、スイッチング素子Ｓ３およびＳ６からなるＷ相アーム、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２からなる中間側スイッチ、各スイッチング素子Ｓ３，Ｓ６，Ｓ１１，Ｓ１２に接続された還流ダイオード、および、スナバ回路Ｃ３を備えている。

【0031】

図２および図３は、第１実施形態に係るインバータ回路の構造を説明するための図であり、インバータ回路のＵ相回路Ａの構造を示している。図２は、Ｕ相回路Ａの平面図である。図の左下に、方向を定義する座標軸を示している。Ｚ軸は、Ｕ相回路Ａの上方（図２において紙面の表方向）を正の方向としている。図３は、図２に示すＵ相回路ＡをＸ軸の正の方向からみた側面図である。

【0032】

図２および図３に示すように、Ｕ相回路Ａは、コンデンサＣ１１〜Ｃ１６、接続導体１１〜１３、断熱板２、ＩＧＢＴモジュール３１〜３３、ヒートシンク５、および、固定部材６を備えている。なお、図２においては、固定部材６を、より下方にある部材が見えるように透過して、破線で示している。図３においても同様に、固定部材６を透過して、破線で示している。

【0033】

コンデンサＣ１１〜Ｃ１６は、スナバ回路Ｃ１を構成するコンデンサである（図１（ｂ）参照）。図４は、コンデンサＣ１１〜Ｃ１６の外観を示している。同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は正面図であり、同図（ｃ）は側面図である。コンデンサＣ１１〜Ｃ１６は、本体７１、端子７２ａ，７２ｂおよび固定部７３を備えている。端子７２ａ，７２ｂおよび固定部７３には穴が設けられており、ねじ等で固定することができる。なお、コンデンサＣ１１〜Ｃ１６の形状はこれに限定されない。

【0034】

接続導体１１〜１３は、コンデンサＣ１１〜Ｃ１６の各端子７２ａ，７２ｂを接続するためのものであり、本実施形態では銅板を用いている。接続導体１１〜１３は、銅板に限定されず、ある程度強度のある導体であればよい。

【0035】

接続導体１２は、平面視略Ｌ字形状であり、両端付近にコンデンサＣ１１〜Ｃ１６の各端子７２ａ，７２ｂと接続するためのネジ穴が設けられている。１つの接続導体１２は、コンデンサＣ１１の端子７２ｂとコンデンサＣ１２の端子７２ａとを接続している。また、他の接続導体１２は、コンデンサＣ１２の端子７２ｂとコンデンサＣ１３の端子７２ａとを接続している。つまり、２つの接続導体１２によって、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３は直列接続されている。コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３を２つの接続導体１２で接続した第１のコンデンサ群は、図２に示すように、平面視略Ｕ字形状になっている。

【0036】

接続導体１３は、平面視略矩形形状であり、両端付近にネジ穴が設けられている。１つの接続導体１３は、コンデンサＣ１４の端子７２ａとコンデンサＣ１５の端子７２ｂとを接続している。また、他の接続導体１３は、コンデンサＣ１５の端子７２ａとコンデンサＣ１６の端子７２ｂとを接続している。つまり、２つの接続導体１３によって、コンデンサＣ１４，Ｃ１５，Ｃ１６は直列接続されている。コンデンサＣ１４，Ｃ１５，Ｃ１６を２つの接続導体１３で接続した第２のコンデンサ群も、図２に示すように、平面視略Ｕ字形状になっている。

【0037】

接続導体１１は、両端付近にネジ穴が設けられた、Ｘ軸方向に長い略矩形形状の第１の部分（図２参照）と、後述するＩＧＢＴモジュール３１の電極３１ａ，３１ｂに固定するためのネジ穴が略中央に設けられた略矩形形状の第２の部分（図２参照）と、第１の部分と第２の部分とが略平行となるように、第１の部分の長辺の中央と第２の部分とを接続する第３の部分（図３参照）とを備えており、平面視略Ｔ字形状で（図２参照）側面視略Ｓ字形状である（図３参照）。１つの接続導体１１の第１の部分は、コンデンサＣ１１の端子７２ａとコンデンサＣ１４の端子７２ｂとを接続している。当該接続導体１１の第２の部分は、ＩＧＢＴモジュール３１の電極３１ｂに固定されている。また、他の接続導体１１の第１の部分は、コンデンサＣ１６の端子７２ａとコンデンサＣ１３の端子７２ｂとを接続している。当該接続導体１１の第２の部分は、ＩＧＢＴモジュール３１の電極３１ａに固定されている。２つの接続導体１１によって、第１のコンデンサ群と第２のコンデンサ群とは並列接続されている。第１のコンデンサ群と第２のコンデンサ群とを２つの接続導体１１で接続したものが、スナバ回路Ｃ１（図１参照）である。図２に示すように、スナバ回路Ｃ１も平面視略Ｕ字形状になっている。なお、接続導体１１〜１３の形状は、上述したものに限定されない。

【0038】

ＩＧＢＴモジュール３１〜３３は、ＩＧＢＴおよびＩＧＢＴに逆並列接続された還流ダイオードを備えるモジュールである。ＩＧＢＴモジュール３１は、２つのＩＧＢＴを備えており、図１に示すスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４および還流ダイオードに相当する。ＩＧＢＴモジュール３２は、１つのＩＧＢＴを備えており、図１に示すスイッチング素子Ｓ８および還流ダイオードに相当する。ＩＧＢＴモジュール３３は、１つのＩＧＢＴを備えており、図１に示すスイッチング素子Ｓ７および還流ダイオードに相当する。

【0039】

ＩＧＢＴモジュール３１〜３３の各電極は、１つの面（図２、３におけるＺ軸の正方向側の面）に設けられている。以下では、当該面を「電極形成面」と記載する。なお、図２においては、本発明の説明に必要な電極のみを記載し、それ以外の電極の記載を省略している。ＩＧＢＴモジュール３１には、電極３１ａおよび電極３１ｂが設けられている。電極３１ａは、図１のスイッチング素子Ｓ１に相当するＩＧＢＴのコレクタ端子に接続している正極側の電極である。電極３１ｂは、図１のスイッチング素子Ｓ４に相当するＩＧＢＴのエミッタ端子に接続している負極側の電極である。電極３１ａおよび３１ｂには、接続導体１１の第２の部分がネジによって固定されている。

【0040】

ＩＧＢＴモジュール３１〜３３の電極形成面の裏面（図３におけるＺ軸の負方向側の面であり、以下では「放熱面」とする）には、ヒートシンク５が固定されている（図３参照）。ヒートシンク５は、ＩＧＢＴモジュール３１〜３３が出す熱を放出するものである。

【0041】

断熱板２は、ＩＧＢＴモジュール３１〜３３から放出される熱を遮断するためのものであり、本実施形態ではフェノール樹脂の板を用いている。なお、断熱板２の材質はこれに限られない。例えば、その他の合成樹脂やガラス、ガラエポ、紙フェノールなど、熱伝導性が低いものであればよい。断熱板２は、コンデンサＣ１１〜Ｃ１６および接続導体１１〜１３からなるスナバ回路Ｃ１の平面視の大きさと同程度の大きさの、略矩形形状の板である。断熱板２は、各接続導体１１〜１３の裏面（図３におけるＺ軸の負方向側の面）、すなわち、スナバ回路Ｃ１の裏面に固定されている。なお、断熱板２は、ＩＧＢＴモジュール３１〜３３から放出される熱を遮断できれば、上述した形状に限定されない。また、断熱板２は、各接続導体１１〜１３の裏面に直接固定するのであれば、絶縁体にする必要がある。

【0042】

固定部材６は、スナバ回路Ｃ１をヒートシンク５に固定するものであり、本実施形態では鉄製のものを用いている。固定部材６の材質はこれに限られず、ある程度の強度があればよい。固定部材６は、両端付近にネジ穴が設けられた、Ｙ軸方向に長い略矩形形状の第１の部分（図２参照）と、第１の部分の長辺からＸ軸の正の方向に延びる略矩形形状の第２の部分と、第２の部分の端部からＺ軸の負の方向に延び、先端付近にヒートシンク５に固定するためのネジ穴が設けられた略矩形形状の第３の部分（図３参照）とを備えており、平面視略Ｔ字形状で（図２参照）、側面視略Ｔ字形状である（図３参照）。なお、固定部材６の形状はこれに限定されない。固定部材６の第１の部分は、コンデンサＣ１２およびＣ１５の固定部７３にネジで固定されている。固定部材６の第３の部分は、ヒートシンク５にネジで固定されている。なお、固定部材６の固定場所はこれに限定されない。スナバ回路Ｃ１が固定部材６でヒートシンク５に固定されているので、スナバ回路Ｃ１とＩＧＢＴモジュール３１とを接続する接続導体１１、電極３１aおよび電極３１ｂにかかる負担を軽減することができる。また、接続導体１１と固定部材６とで固定することで、断熱板２とＩＧＢＴモジュール３１〜３３とを所定の間隔をあけて、略平行に保つことができる。なお、接続導体１１の強度が強い場合は、固定部材６を設けないようにしてもよい。

【0043】

次に、インバータ回路の製造方法について説明する。図５および図６は、インバータ回路の製造方法を説明するための図であり、Ｕ相回路Ａを組み立てる工程を示している。

【0044】

まず、図５（ａ）に示すように、コンデンサＣ１１〜Ｃ１６および接続導体１１〜１３をネジで固定することで、スナバ回路Ｃ１を組み立てる。左の図は図２と同様の平面図であり、右の図は図３と同様の側面図である。以下の図５（ｂ）、（ｃ）も同様である。

【0045】

次に、図５（ｂ）に示すように、スナバ回路Ｃ１の裏面に断熱板２を固定する。断熱板２は、接続導体１１〜１３の裏面に接着剤で固定してもよいし、コンデンサＣ１１〜Ｃ１６と接続導体１１〜１３とを固定するネジで固定してもよい。

【0046】

次に、図５（ｃ）に示すように、固定部材６の第１の部分を、コンデンサＣ１２およびＣ１５の固定部７３にネジで固定する。

【0047】

次に、図６（ａ）に示すように、各接続導体１１の第２の部分の穴を通して、ネジをＩＧＢＴモジュール３１の電極３１ａ（および３１ｂ）に固定することにより、スナバ回路Ｃ１をＩＧＢＴモジュール３１に固定する。ＩＧＢＴモジュール３１〜３３は、あらかじめヒートシンク５に固定している。そして、図６（ｂ）に示すように、固定部材６の第３の部分をヒートシンク５に固定することで、インバータ回路のＵ相回路Ａが完成する。図６の各図は、図３と同様の側面図である。

【0048】

Ｖ相回路およびＷ相回路も、Ｕ相回路Ａと同様にして組み立てられる。Ｕ相回路Ａ、Ｖ相回路およびＷ相回路は、パワーコンディショナの筐体に、Ｙ軸の正方向が上になるように固定される。そして、パワーコンディショナの筐体の上方に、排出用のファンが設けられる。これにより、Ｙ軸の正方向への空気の流れを生じさせることができる（図３の破線矢印参照）。

【0049】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

【0050】

本実施形態によると、スナバ回路Ｃ１において、コンデンサＣ１１〜Ｃ１６および接続導体１１〜１３が平面視略Ｕ字形状になるように接続されており、スナバ回路Ｃ１の接続端子となる２つの接続導体１１の第２の部分が、ともにＹ軸の正方向側に位置することになる（図２参照）。したがって、ＩＧＢＴモジュール３１の電極形成面に設けられている電極３１ａおよび電極３１ｂに、直接、スナバ回路Ｃ１の接続端子を接続することができる。これにより、スナバ回路Ｃ１とＩＧＢＴモジュール３１とを接続する接続導体を短縮化することができ、寄生インダクタンスを低減することができる。

【0051】

また、本実施形態によると、スナバ回路Ｃ１とＩＧＢＴモジュール３１〜３３との間に断熱板２が配置されている。したがって、ＩＧＢＴモジュール３１〜３３から放出される熱を断熱板２で遮断して（図３の太線矢印参照）、スナバ回路Ｃ１に伝わる放射熱を低減することができる。また、断熱板２によって、空気の流れを、断熱板２とＩＧＢＴモジュール３１〜３３との間を通る流れと、スナバ回路Ｃ１を通る流れとに分けることができる（図３の破線矢印参照）。したがって、ＩＧＢＴモジュール３１〜３３から放出される熱によって暖められた空気が、スナバ回路Ｃ１の方に流れることを抑制し、スナバ回路Ｃ１に伝わる対流熱を低減することができる。これらにより、スナバ回路Ｃ１の温度上昇を抑制することができる。

【0052】

さらに、本実施形態によると、静電容量を大きくするためにスナバ回路Ｃ１が備えるコンデンサの数が多くても、平面視略Ｕ字形状になるように配置されるので、スナバ回路Ｃ１が占めるスペースを小さくすることができる。また、スナバ回路Ｃ１をＩＧＢＴモジュール３１〜３３に近接して配置することができるので、配置スペースを小さくすることができる。これらにより、パワーコンディショナを小型化することができる。

【0053】

また、本実施形態によると、接続導体１１は、スナバ回路Ｃ１とＩＧＢＴモジュール３１との電気的な接続を行うと同時に、スナバ回路Ｃ１とＩＧＢＴモジュール３１とを所定の位置関係に固定する固定部材も兼ねている。また、断熱板２を固定する固定部材も兼ねている。したがって、構成部品を削減することができ、組み立て作業を容易にすることができる（図５および図６参照）。

【0054】

なお、上記第１実施形態においては、スナバ回路Ｃ１が６つのコンデンサＣ１１〜Ｃ１６を３直列２並列で接続したものである場合について説明しているが、これに限られない。例えば、図７（ａ）に示すように、スナバ回路Ｃ１を、コンデンサＣ１２およびＣ１５を設けずに、コンデンサＣ１１とＣ１３とを接続導体１２’で接続し、コンデンサＣ１４とＣ１６とを接続導体１３’で接続した、２直列２並列の回路としてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、コンデンサＣ１１とＣ１２との間にコンデンサＣ１１’を設け、コンデンサＣ１２とＣ１３との間にコンデンサＣ１３’を設け、コンデンサＣ１４とＣ１５との間にコンデンサＣ１４’を設け、コンデンサＣ１５とＣ１６との間にコンデンサＣ１６’を設けて、５直列２並列の回路としてもよい。また、さらに直列数を増やすようにしてもよいし、並列数を増やすようにしてもよい。

【0055】

上記第１実施形態においては、インバータ回路が三相の３レベルインバータ回路である場合について説明したが、これに限られない。インバータ回路は、４レベル以上のマルチレベルインバータ回路であってもよいし、２レベルインバータ回路であってもよい。また、単相インバータ回路であってもよい。単相インバータ回路の場合は、図２および図３に示すＵ相回路Ａと同様の回路を２つ備えればよい。

【0056】

上記第１実施形態においては、インバータ回路をパワーコンディショナに用いた場合について説明したが、これに限られない。第１実施形態に係るインバータ回路は、例えば、溶接電源装置などの電源装置や、電磁誘導加熱機などにも用いることができる。

【0057】

上記第１実施形態においては、インバータ回路について説明したが、これに限られない。本発明は、コンバータ回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路などの、スイッチング素子とスナバ回路を備える電力変換回路にも適用することができる。

【0058】

本発明に係る電力変換回路、その製造方法およびパワーコンディショナは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電力変換回路、その製造方法およびパワーコンディショナの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0059】

Ａ Ｕ相回路
Ｓ１〜Ｓ１２ スイッチング素子
Ｃｐ，Ｃｎ 分圧用コンデンサ
Ｃ１〜Ｃ３ スナバ回路
Ｃ１１〜Ｃ１６，Ｃ１１’，Ｃ１３’，Ｃ１４’，Ｃ１６’ コンデンサ
７１ 本体
７２ａ，７２ｂ 端子
７３ 固定部
１１〜１３，１２’，１３’ 接続導体
２ 断熱板
３１〜３３ ＩＧＢＴモジュール（スイッチングモジュール）
３１ａ，３１ｂ 電極
５ ヒートシンク
６ 固定部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】