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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-20
(45)【発行日】2024-10-01
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240924BHJP
H02M 7/493 20070101ALI20240924BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 Z
H02M7/493
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023209193
(22)【出願日】2023-12-12
【審査請求日】2023-12-12
(73)【特許権者】
【識別番号】390025265
【氏名又は名称】東芝エレベータ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】葛巻 淳彦
(72)【発明者】
【氏名】村上 満洋
(72)【発明者】
【氏名】向 雲
(72)【発明者】
【氏名】野島 秀一
【審査官】冨永 達朗
(56)【参考文献】
【文献】特許第４２０９４２１（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２００７－１１６８４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／２０７４０６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００２－５１５７２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０２Ｍ ７／４９３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
直列接続された２個のスイッチング素子をそれぞれが有し、第１方向に並んで配置され、並列接続された複数の半導体モジュールと、前記第１方向に延在し、前記複数の半導体モジュールの交流端子を共通接続する交流配線と、
前記第１方向に延在し、前記交流配線を出力端子まで引き出すように構成された交流引き出し配線と、
を具備し、
前記交流引き出し配線は、前記交流配線に接続される接続部分と、前記交流配線と並んで配置された延在部分とを有し、
前記交流引き出し配線の前記接続部分の前記第１方向における中心は、前記複数の半導体モジュール全体の前記第１方向における中心よりも前記出力端子から遠い側に設定される
電力変換装置。
【請求項2】
前記交流配線は、前記出力端子に最も近い半導体モジュールから前記交流引き出し配線までの配線経路内に、上側に突出した突出部分を含む請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記交流引き出し配線の前記接続部分は、前記出力端子から遠い側の２個の半導体モジュールの境界にかかるように配置される請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記交流引き出し配線の前記接続部分の前記第１方向における長さは、前記交流配線の前記第１方向における長さの半分よりも短く設定される請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記交流配線と前記交流引き出し配線の前記延在部分との距離は、前記交流配線の厚みより大きく設定される請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記交流配線と前記交流引き出し配線の前記延在部分とは、直角になるように構成される請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エレベータ巻上機を駆動するコンバータ及びインバータに電力変換装置が使用されている。電力変換装置は、３相交流電力の相ごとに、直列接続された２個のスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）を備えた半導体モジュールを備えている。高速大容量向けの電力変換装置では、半導体モジュールを複数個並列に接続して使用している。
【0003】
従来では、並列接続された複数の半導体モジュールの交流端子を等長配線で接続して１つにし、電力変換装置から出力端子を引き出している。この場合、複数の半導体モジュールに接続される複数の配線にインダクタンス差が生じるため、出力端子に近い側の半導体モジュールに電流が偏る傾向がある。つまり、出力端子に最も近い半導体モジュールのインダクタンスが小さいため、電流が大きくなり、出力端子から最も遠い半導体モジュールのインダクタンスが大きいため、電流は小さくなる。
【0004】
並列接続された複数の半導体モジュールの特性が均一であったとしても、配線構造の要因で複数の半導体モジュールにインダクタンス差が生じ、電流アンバランスが発生する。電流アンバランスにより、特定の半導体モジュールの発熱が増加して電力変換装置の効率低下を招く。また、特定の半導体モジュールが熱疲労寿命により故障となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第４２０９４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、並列接続された複数の半導体モジュールの電流アンバランスを抑制することが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態に係る電力変換装置は、直列接続された２個のスイッチング素子をそれぞれが有し、第１方向に並んで配置され、並列接続された複数の半導体モジュールと、前記第１方向に延在し、前記複数の半導体モジュールの交流端子を共通接続する交流配線と、前記第１方向に延在し、前記交流配線を出力端子まで引き出すように構成された交流引き出し配線とを具備し、前記交流引き出し配線は、前記交流配線に接続される接続部分と、前記交流配線と並んで配置された延在部分とを有し、前記交流引き出し配線の前記接続部分の前記第１方向における中心は、前記複数の半導体モジュール全体の前記第１方向における中心よりも前記出力端子から遠い側に設定される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0010】
［１］ 第１実施形態
［１－１］ 電力変換装置１の構成
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置１の回路図である。図１の電力変換装置１は、コンバータ又はインバータの１相分の装置である。例えばインバータを構成する場合、図１の装置が３相分並列接続されて使用される。
［１－１］ 電力変換装置１の構成
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置１の回路図である。図１の電力変換装置１は、コンバータ又はインバータの１相分の装置である。例えばインバータを構成する場合、図１の装置が３相分並列接続されて使用される。
【0011】
電力変換装置１は、複数の半導体モジュール１０、接続配線２０、２１、交流配線２２、交流引き出し配線２３、出力端子１３、正極端子１４、負極端子１５、及びコンデンサ１６を備える。
【0012】
図１には、４個の半導体モジュール１０－１～１０－４を一例として示している。半導体モジュール１０－１～１０－４は、正極端子１４と負極端子１５との間に並列接続される。半導体モジュール１０－１～１０－４は、同じ構成を有する。半導体モジュール１０の数は、４個に限定されず、２個以上の任意の数に設定可能である。以下の説明において、半導体モジュール１０－１～１０－４を区別する必要がない場合は、添え字を省略して半導体モジュール１０と表記し、半導体モジュール１０の説明は、４個の半導体モジュール１０－１～１０－４に共通する。他の添え字付きの参照符号についても同様である。
【0013】
半導体モジュール１０は、２個のスイッチング素子１１－１、１１－２、正側電源端子Ｔ１、負側電源端子Ｔ２、及び交流端子Ｔ３を備える。
【0014】
正側電源端子Ｔ１は、正極端子１４に接続される。負側電源端子Ｔ２は、負極端子１５に接続される。交流端子Ｔ３は、接続配線２０、２１に接続される。交流端子Ｔ３は、交流電力を出力する端子である。
【0015】
スイッチング素子１１は、例えばＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）で構成され、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。ＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴは、化合物半導体であり、ＳｉＣを基板に用いたＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子は、ＳｉＣ以外のＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。
【0016】
スイッチング素子１１－１、１１－２は、正側電源端子Ｔ１と負側電源端子Ｔ２との間に直列接続される。具体的には、スイッチング素子１１－１のドレインは、正側電源端子Ｔ１に接続される。スイッチング素子１１－１のソースは、交流端子Ｔ３に接続される。スイッチング素子１１－２のドレインは、交流端子Ｔ３に接続される。スイッチング素子１１－２のソースは、負側電源端子Ｔ２に接続される。
【0017】
スイッチング素子１１－１、１１－２にはそれぞれ、ダイオード１２－１、１２－２が逆並列接続される。ダイオード１２は、還流ダイオードであり、スイッチング素子１１に逆流電流が供給された場合に、スイッチング素子１１を保護する機能を有する。ダイオード１２は、トランジスタの寄生ダイオードで構成される。ダイオード１２を別途設けて、スイッチング素子１１に逆並列接続してもよい。
【0018】
図１には、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子、ソース端子、及びドレイン端子を符号なしの白丸で示している。ＭＯＳＦＥＴのゲート端子、ソース端子、及びドレイン端子は、図示せぬ制御回路に接続され、それらの電位が制御される。
【0019】
接続配線２０は、半導体モジュール１０－１の交流端子Ｔ３と、半導体モジュール１０－２の交流端子Ｔ３とを接続する。接続配線２１は、半導体モジュール１０－３の交流端子Ｔ３と、半導体モジュール１０－４の交流端子Ｔ３とを接続する。交流配線２２は、接続配線２０と接続配線２１とを接続する。交流配線２２は、交流引き出し配線２３に接続される。
【0020】
交流引き出し配線２３は、出力端子１３に接続される。出力端子１３は、外部の交流電源線又は交流負荷に接続される端子である。電力変換装置１がインバータに使用される場合、出力端子１３は、交流電力を出力する。
【0021】
正極端子１４は、外部の正側電源線に接続される端子である。正極端子１４には、正側電源が供給される。負極端子１５は、外部の負側電源線に接続される端子である。負極端子１５には、負側電源が供給される。
【0022】
コンデンサ１６は、正極端子１４と負極端子１５との間に接続される。コンデンサ１６は、電圧を平滑する機能を有する。
【0023】
［１－２］ 電力変換装置１の配線構造について
次に、電力変換装置１の配線構造について説明する。
次に、電力変換装置１の配線構造について説明する。
【0024】
図２は、電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。図２において、Ｘ方向は、複数の半導体モジュール１０が並ぶ方向であり、Ｙ方向は、平面内においてＸ方向に直交する方向であり、Ｚ方向は、ＸＹ面に直交する方向である。半導体モジュール１０－１～１０－４は、Ｘ方向に並んで配置される。
【0025】
半導体モジュール１０－１の交流端子Ｔ３と、半導体モジュール１０－２の交流端子Ｔ３とは、接続配線２０によって接続される。具体的には、接続配線２０は、Ｘ方向に延びる延在部分２０Ａと、Ｚ方向に突出する突出部分２０Ｂと、Ｘ方向に延びる延在部分２０Ｃとがこの順に接続されて構成される。突出部分２０Ｂは、逆Ｕ字形状を有する。接続配線２０の延在部分２０Ａは、半導体モジュール１０－１の交流端子Ｔ３に接続されるとともに、交流端子Ｔ３にネジ（図示せず）によって固定される。接続配線２０の延在部分２０Ｃは、半導体モジュール１０－２の交流端子Ｔ３に接続されるとともに、交流端子Ｔ３にネジ（図示せず）によって固定される。
【0026】
半導体モジュール１０－３の交流端子Ｔ３と、半導体モジュール１０－４の交流端子Ｔ３とは、接続配線２１によって接続される。具体的には、接続配線２１は、Ｘ方向に延びる延在部分２１Ａと、Ｚ方向に突出する突出部分２１Ｂと、Ｘ方向に延びる延在部分２１Ｃとがこの順に接続されて構成される。突出部分２１Ｂは、逆Ｕ字形状を有する。接続配線２１の延在部分２１Ａは、半導体モジュール１０－３の交流端子Ｔ３に接続されるとともに、交流端子Ｔ３にネジ（図示せず）によって固定される。接続配線２１の延在部分２１Ｃは、半導体モジュール１０－４の交流端子Ｔ３に接続されるとともに、交流端子Ｔ３にネジ（図示せず）によって固定される。
【0027】
交流配線２２は、Ｘ方向に延びる配線である。交流配線２２は、接続配線２０と接続配線２１とを接続する。具体的には、交流配線２２の一端は、接続配線２０の突出部分２０Ｂに接続されるとともに、突出部分２０Ｂにネジ（図示せず）によって固定される。交流配線２２の他端は、接続配線２１の突出部分２１Ｂに接続されるとともに、突出部分２１Ｂにネジ（図示せず）によって固定される。
【0028】
交流引き出し配線２３は、Ｘ方向に延びる配線である。交流引き出し配線２３は、交流配線２２と出力端子１３とを接続する。交流引き出し配線２３は、交流配線２２からＺ方向に引き出されかつＸ方向に延びるように構成される。交流引き出し配線２３は、交流配線２２に接続される接続部分２３Ａと、接続部分２３ＡからＸ方向に延びる延在部分２３Ｂとを含む。接続部分２３Ａは、Ｚ方向に引き出された曲線部分を含むように構成される。延在部分２３Ｂは、交流配線２２に並んで配置される。
【0029】
ここで、交流配線２２のＸ方向における中心を通る線を中心線Ｃ１と称する。交流引き出し配線２３の接続部分２３ＡのＸ方向における中心を通る線を中心線Ｃ２と称する。中心線Ｃ１は、半導体モジュール１０－１～１０－４全体のＸ方向における中心を通る線と同じ意味である。
【0030】
本実施形態では、交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａの中心線Ｃ２は、交流配線２２の中心線Ｃ１から出力端子１３から遠い側にずれるように設定される。換言すると、交流引き出し配線２３は、交流配線２２のＸ方向における中心から出力端子１３から遠い側にずらして交流配線２２に接続される。
【0031】
交流配線２２と交流引き出し配線２３とは、個別部材を電気的に接続して構成してもよいし、一体成型で構成してもよい。
【0032】
［１－３］ 作用
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
【0033】
正極端子１４及び負極端子１５には、外部から直流電力が供給される。正極端子１４には、正側電源が供給され、負極端子１５には、負側電源が供給される。
【0034】
半導体モジュール１０－１に含まれるスイッチング素子１１－１、１１－２のゲートには、図示せぬ制御回路からゲート電圧が印加される。スイッチング素子１１－１、１１－２は、スイッチング動作を行う。半導体モジュール１０－１と並列接続された半導体モジュール１０－２～１０－４も、半導体モジュール１０－１と同じ動作を実行する。これにより、電力変換装置１は、１相分の交流電力を出力端子１３から出力することができる。
【0035】
図２に示すように、出力端子１３に最も近い半導体モジュール１０－１の交流電流は、交流配線２２から交流引き出し配線２３を通流する。半導体モジュール１０－１から交流配線２２へ流れる交流電流と、交流引き出し配線２３を流れる交流電流とは、互いの方向が逆向きかつ対向している。よって、相互誘導によりインダクタンスが小さくなる方向に働くため、半導体モジュール１０－１の電流が大きくなる。
【0036】
一方、出力端子１３から最も遠い半導体モジュール１０－４の交流電流も同様に、交流配線２２から交流引き出し配線２３を通流する。半導体モジュール１０－４から交流配線２２へ流れる交流電流と、交流引き出し配線２３を流れる交流電流とは、対向していない。よって、相互誘導はほぼ無く、インダクタンスの増減に寄与しないため、半導体モジュール１０－１に対し半導体モジュール１０－４の方がインダクタンスは大きい。
【0037】
半導体モジュール１０－２、１０－３のインダクタンスは、半導体モジュール１０－１と半導体モジュール１０－４との中間になる。
【0038】
ここで、図２のように配線構造を構成することで、半導体モジュール１０－４の配線経路を短縮することができ、これにより半導体モジュール１０－４から出力端子１３までのインダクタンスを小さくすることができる。一方、半導体モジュール１０－１の配線経路は長くなるが、相互誘導により、インダクタンスの増減はほぼ無い。つまり、４並列の半導体モジュールのインダクタンス差を抑制する作用から、電流アンバランスを低減することができる。
【0039】
［１－４］ 比較例
次に、比較例の構成について説明する。図３は、比較例に係る電力変換装置の配線構造を示す斜視図である。
次に、比較例の構成について説明する。図３は、比較例に係る電力変換装置の配線構造を示す斜視図である。
【0040】
電力変換装置は、並列接続された半導体モジュール１０－１～１０－４を備える。交流配線２２は、接続配線２０と接続配線２１とを接続する。交流引き出し配線２３は、交流配線２２と出力端子１３とを接続する。
【0041】
比較例では、交流引き出し配線２３は、交流配線２２の中央において、この交流配線２２に接続される。すなわち、交流配線２２の中心線Ｃ１は、交流引き出し配線２３の接続部分の中心線Ｃ２と同じ位置に設定される。
【0042】
出力端子１３に最も近い半導体モジュール１０－１では、相互誘導によりインダクタンスが小さくなる方向に働くため、半導体モジュール１０－１の通流電流が大きくなる。一方、出力端子１３から最も遠い半導体モジュール１０－４では、相互誘導はほぼ無く、配線経路が長いため、インダクタンスが大きくなる。また、出力端子１３からの距離に応じて半導体モジュール１０－１～１０－４に電流が偏る傾向がある。結果として、比較例では、半導体モジュール１０－１～１０－４の出力電流のアンバランスが大きくなる。
【0043】
一方、本実施形態では、比較例に比べて、並列接続された半導体モジュール１０－１～１０－４間のインダクタンス差を小さくできるため、半導体モジュール１０－１～１０－４の出力電流のアンバランスを低減することができる。
【0044】
［１－５］ 第１実施形態の効果
第１実施形態によれば、並列接続された半導体モジュール１０－１～１０－４間のインダクタンス差を小さくできるため、半導体モジュール１０－１～１０－４の出力電流のアンバランスを低減することができる。また、特定の半導体モジュールの発熱損失の増大を抑制できる。また、電力変換装置１の電力変換効率を向上させることができる。
第１実施形態によれば、並列接続された半導体モジュール１０－１～１０－４間のインダクタンス差を小さくできるため、半導体モジュール１０－１～１０－４の出力電流のアンバランスを低減することができる。また、特定の半導体モジュールの発熱損失の増大を抑制できる。また、電力変換装置１の電力変換効率を向上させることができる。
【0045】
また、特定の半導体モジュールの熱疲労寿命の低下を抑制できる。これにより、電力変換装置１が故障するのを抑制できる。
【0046】
［２］ 第２実施形態
第２実施形態は、交流配線２２と交流引き出し配線２３との接続位置を出力端子１３からさらに遠くに設定するようにしている。
第２実施形態は、交流配線２２と交流引き出し配線２３との接続位置を出力端子１３からさらに遠くに設定するようにしている。
【0047】
［２－１］ 電力変換装置１の配線構造について
図４は、第２実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。図４において、半導体モジュール１０－１～１０－４の図示を省略しているが、これらの配置は、図２と同じである。
図４は、第２実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。図４において、半導体モジュール１０－１～１０－４の図示を省略しているが、これらの配置は、図２と同じである。
【0048】
交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａの中心線Ｃ２は、交流配線２２の中心線Ｃ１からより遠くに設定される。換言すると、交流引き出し配線２３は、交流配線２２のＸ方向における中心から出力端子１３からより遠くにずらして交流配線２２に接続される。
【0049】
交流配線２２のうち出力端子１３から遠い側の端部を端部領域ＡＲと称する。本実施形態では、交流配線２２の端部領域ＡＲのＸ方向における長さを短くしている。交流配線２２の端部領域ＡＲは、交流配線２２と、接続配線２１の突出部分２１Ｂとをネジで固定するための必要最低限度の長さに設定される。交流配線２２の幅（Ｙ方向における長さ）は、第１実施形態と同じに構成できる。
【0050】
第２実施形態の作用は、第１実施形態と同じである。
【0051】
［２－２］ 第２実施形態の効果
第２実施形態によれば、奥行き方向の寸法を第１実施形態と同じにしたまま、第１実施形態よりもさらにインダクタンス差を小さくできる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。
第２実施形態によれば、奥行き方向の寸法を第１実施形態と同じにしたまま、第１実施形態よりもさらにインダクタンス差を小さくできる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。
【0052】
［３］ 第３実施形態
第３実施形態は、交流配線２２の経路を長くすることで、半導体モジュール１０－１～１０－４間のインダクタンス差を小さくするようにしている。
第３実施形態は、交流配線２２の経路を長くすることで、半導体モジュール１０－１～１０－４間のインダクタンス差を小さくするようにしている。
【0053】
［３－１］ 電力変換装置１の配線構造について
図５は、第３実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。図５において、半導体モジュール１０－１～１０－４の図示を省略しているが、これらの配置は、図２と同じである。
図５は、第３実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。図５において、半導体モジュール１０－１～１０－４の図示を省略しているが、これらの配置は、図２と同じである。
【0054】
交流配線２２は、Ｘ方向に延びる延在部分２２Ａと、Ｚ方向に突出する突出部分２２Ｂと、Ｘ方向に延びる延在部分２２Ｃとがこの順に接続されて構成される。突出部分２２Ｂは、逆Ｕ字形状を有する。交流配線２２の延在部分２２Ａは、接続配線２０の突出部分２０Ｂに接続されるとともに、突出部分２０Ｂにネジ（図示せず）によって固定される。交流配線２２の突出部分２２Ｂは、交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａよりも出力端子１３側に配置される。
【0055】
交流配線２２の延在部分２２Ｃは、接続配線２１の突出部分２１Ｂに接続されるとともに、突出部分２１Ｂにネジ（図示せず）によって固定される。また、交流配線２２の延在部分２２Ｃは、交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａに接続される。
【0056】
交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａの中心線Ｃ２は、交流配線２２の中心線Ｃ１から出力端子１３から遠い側にずれるように設定される。
【0057】
交流配線２２が突出部分２２Ｂを有することで、出力端子１３に近い半導体モジュール１０－１、１０－２における交流引き出し配線２３までの配線経路を長くすることができる。
【0058】
［３－２］ 作用
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
【0059】
交流配線２２が突出部分２２Ｂを有することで、半導体モジュール１０－１、１０－２の配線経路が長くなることから、インダクタンスが増加する。これにより、半導体モジュール１０－１、１０－２と半導体モジュール１０－４とのインダクタンス差が小さくなる。よって、半導体モジュール１０－１～１０－４間のインダクタンス差を小さくできるため、出力電流のアンバランスを低減することができる。
【0060】
［３－３］ 第３実施形態の効果
第３実施形態によれば、奥行き方向の寸法を第１実施形態と同じにしたまま、第１実施形態よりもさらにインダクタンス差を小さくできる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。
第３実施形態によれば、奥行き方向の寸法を第１実施形態と同じにしたまま、第１実施形態よりもさらにインダクタンス差を小さくできる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。
【0061】
［４］ 第４実施形態
第４実施形態は、出力端子１３から最も遠い半導体モジュール１０－４の配線経路を短くすることで、半導体モジュール１０－１～１０－４間のインダクタンス差を小さくするようにしている。
第４実施形態は、出力端子１３から最も遠い半導体モジュール１０－４の配線経路を短くすることで、半導体モジュール１０－１～１０－４間のインダクタンス差を小さくするようにしている。
【0062】
［４－１］ 電力変換装置１の配線構造について
図６は、第４実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。
図６は、第４実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。
【0063】
交流引き出し配線２３は、出力端子１３から最も遠い半導体モジュール１０－４にかかるようにして、交流配線２２に接続される。また、交流引き出し配線２３は、出力端子１３から遠い半導体モジュール１０－３、１０－４の境界にかかるようにして、交流配線２２に接続される。換言すると、交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａは、出力端子１３から最も遠い半導体モジュール１０－４にかかるように配置される。また、交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａは、出力端子１３から遠い半導体モジュール１０－３、１０－４の境界にかかるように配置される。
【0064】
図６の構成例では、交流引き出し配線２３は、交流配線２２の端で交流配線２２に接続されるように構成される。すなわち、交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａは、交流配線２２の端に配置される。
【0065】
交流配線２２を接続するネジ頭の面積を確保する必要から、交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａは、第１実施形態に比べて、Ｙ方向に引き出されるように構成される。Ｙ方向における交流配線２２の端から交流引き出し配線２３の端までの長さをＬ１と称する。第４実施形態では、第１実施形態に比べて、長さＬ１が長くなる。
【0066】
［４－２］ 作用
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
【0067】
図６のように構成することで、半導体モジュール１０－４の配線経路を第１実施形態よりも短くすることができる。これにより、半導体モジュール１０－４から出力端子１３までのインダクタンスを小さくすることができる。
【0068】
一方、半導体モジュール１０－１の配線経路は第１実施形態よりも長くなるが、相互誘導により、インダクタンスの増減はほぼ無い。つまり、４並列の半導体モジュールのインダクタンス差を抑制する作用から、電流アンバランスを低減することができる。
【0069】
第４実施形態は、第１実施形態に比べてインダクタンス差が小さく、電流アンバランスを抑制できるが、交流配線２２を接続するネジ頭の面積を確保する必要から、長さＬ１が第１実施形態よりも長くなる。長さＬ１が長くなることで、交流配線２２と交流引き出し配線２３との距離が第１実施形態よりも長くなるため、相互誘導によりインダクタンスが小さくなる作用が弱くなる。これにより、半導体モジュール１０－１のインダクタンスを大きくでき、４並列の半導体モジュールのインダクタンス差を抑制できる。よって、電流アンバランスを低減することができる。
【0070】
第４実施形態においても、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。
【0071】
［５］ 第５実施形態
第５実施形態は、３並列の半導体モジュールの構成例である。
第５実施形態は、３並列の半導体モジュールの構成例である。
【0072】
［５－１］ 電力変換装置１の配線構造について
図７は、第５実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。電力変換装置１は、３個の半導体モジュール１０－１～１０－３を備える。半導体モジュール１０－１～１０－３は、正極端子１４と負極端子１５との間に並列接続される。半導体モジュール１０－１～１０－３は、Ｘ方向に並んで配置される。
図７は、第５実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す斜視図である。電力変換装置１は、３個の半導体モジュール１０－１～１０－３を備える。半導体モジュール１０－１～１０－３は、正極端子１４と負極端子１５との間に並列接続される。半導体モジュール１０－１～１０－３は、Ｘ方向に並んで配置される。
【0073】
接続配線２０は、Ｘ方向に延びる延在部分２０Ａと、Ｚ方向に突出する突出部分２０Ｂとが接続されて構成される。突出部分２０Ｂは、逆Ｌ字形状を有する。接続配線２０の延在部分２０Ａは、半導体モジュール１０－１の交流端子Ｔ３に接続されるとともに、交流端子Ｔ３にネジ（図示せず）によって固定される。
【0074】
半導体モジュール１０－２の交流端子Ｔ３と、半導体モジュール１０－３の交流端子Ｔ３とは、接続配線２１によって接続される。具体的には、接続配線２１は、Ｘ方向に延びる延在部分２１Ａと、Ｚ方向に突出する突出部分２１Ｂと、Ｘ方向に延びる延在部分２１Ｃとがこの順に接続されて構成される。接続配線２１の延在部分２１Ａは、半導体モジュール１０－２の交流端子Ｔ３に接続されるとともに、交流端子Ｔ３にネジ（図示せず）によって固定される。接続配線２１の延在部分２１Ｃは、半導体モジュール１０－３の交流端子Ｔ３に接続されるとともに、交流端子Ｔ３にネジ（図示せず）によって固定される。
【0075】
交流配線２２は、接続配線２０と接続配線２１とを接続する。具体的には、交流配線２２の一端は、接続配線２０の突出部分２０Ｂに接続されるとともに、突出部分２０Ｂにネジ（図示せず）によって固定され、交流配線２２の他端は、接続配線２１の突出部分２１Ｂに接続されるとともに、突出部分２１Ｂにネジ（図示せず）によって固定される。
【0076】
交流引き出し配線２３は、交流配線２２と出力端子１３とを接続する。交流引き出し配線２３は、交流配線２２からＺ方向に引き出されかつＸ方向に延びるように構成される。交流引き出し配線２３は、交流配線２２に接続される接続部分２３Ａと、接続部分２３ＡからＸ方向に延びる延在部分２３Ｂとを含む。接続部分２３Ａは、Ｚ方向に引き出された曲線部分を含むように構成される。
【0077】
交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａの中心線Ｃ２は、交流配線２２の中心線Ｃ１から出力端子１３から遠い側にずれるように設定される。換言すると、交流引き出し配線２３は、交流配線２２のＸ方向における中心から出力端子１３から遠い側にずらして交流配線２２に接続される。
【0078】
交流配線２２の長手方向長さ（Ｘ方向における長さ）をＬ２と称する。交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａの長さ（Ｘ方向における長さ）をＬ３と称する。交流引き出し配線２３の接続部分２３Ａの長さＬ３は、交流配線２２の長手方向長さＬ２の半分よりも短く設定される。
【0079】
［５－２］ 作用
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
【0080】
図７のように構成することで、半導体モジュール１０－１の配線経路を長くすることができる。これにより、半導体モジュール１０－１から出力端子１３までのインダクタンスを大きくすることができる。つまり、３並列の半導体モジュールのインダクタンス差を抑制する作用から、電流アンバランスを低減することができる。
【0081】
交流配線２２と交流引き出し配線２３との接続幅（長さＬ３）が大きいと、半導体モジュール１０－１から出力端子１３までのインダクタンスが小さくなってしまう。このため、３並列の半導体モジュールのインダクタンス差は大きくなってしまう。しかし、本実施形態では、接続部分２３Ａの長さＬ３は、交流配線２２の長手方向長さＬ２の半分よりも短く設定される。これにより、半導体モジュール１０－１の配線経路を長くすることができる。
【0082】
第５実施形態においても、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。
【0083】
［６］ 第６実施形態
第６実施形態は、交流配線２２と交流引き出し配線２３との距離を離すことで、出力端子１３側に最も近い半導体モジュール１０－１において、相互誘導によるインダクタンス低減作用を小さくするようにしている。
第６実施形態は、交流配線２２と交流引き出し配線２３との距離を離すことで、出力端子１３側に最も近い半導体モジュール１０－１において、相互誘導によるインダクタンス低減作用を小さくするようにしている。
【0084】
［６－１］ 電力変換装置１の配線構造について
電力変換装置１の基本的な構成は、第５実施形態の図７と同じである。図８は、第６実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す正面図である。図８は、配線構造をＹ方向から見た正面図である。電力変換装置１は、３個の半導体モジュール１０－１～１０－３を備える。
電力変換装置１の基本的な構成は、第５実施形態の図７と同じである。図８は、第６実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す正面図である。図８は、配線構造をＹ方向から見た正面図である。電力変換装置１は、３個の半導体モジュール１０－１～１０－３を備える。
【0085】
交流配線２２の厚みをＴと称する。交流配線２２と、交流引き出し配線２３の延在部分２３Ｂとの距離をＤと称する。交流配線２２と交流引き出し配線２３との距離Ｄは、交流配線２２の厚みＴより大きく設定される。
【0086】
［６－２］ 作用
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
【0087】
本実施形態では、交流配線２２と交流引き出し配線２３との距離を離すことで、相互誘導によるインダクタンス低減作用が小さくなる。これにより、半導体モジュール１０－１から出力端子１３までのインダクタンスを大きくすることができる。
【0088】
一方、半導体モジュール１０－３から出力端子１３までのインダクタンスについて、交流配線２２と交流引き出し配線２３との相互誘導はほぼ無く、インダクタンスの増減に寄与しない。つまり、３並列の半導体モジュールのインダクタンス差を抑制する作用から、電流アンバランスを低減することができる。
【0089】
第６実施形態においても、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。
【0090】
第６実施形態は、４並列の半導体モジュールにも適用可能である。また、第６実施形態は、第１乃至第５実施形態に適用することも可能である。
【0091】
［７］ 第７実施形態
第７実施形態は、交流配線２２と交流引き出し配線２３の延在部分２３Ｂとが直角になるように構成するようにしている
［７－１］ 電力変換装置１の配線構造について
電力変換装置１の基本的な構成は、第５実施形態の図７と同じである。図９は、第７実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す側面図である。図９は、配線構造をＸ方向から見た側面図である。電力変換装置１は、３個の半導体モジュール１０－１～１０－３を備える。
第７実施形態は、交流配線２２と交流引き出し配線２３の延在部分２３Ｂとが直角になるように構成するようにしている
［７－１］ 電力変換装置１の配線構造について
電力変換装置１の基本的な構成は、第５実施形態の図７と同じである。図９は、第７実施形態に係る電力変換装置１の配線構造を示す側面図である。図９は、配線構造をＸ方向から見た側面図である。電力変換装置１は、３個の半導体モジュール１０－１～１０－３を備える。
【0092】
交流配線２２と交流引き出し配線２３の延在部分２３Ｂとは、直角になるように構成される。換言すると、交流配線２２と交流引き出し配線２３とは、それぞれの平面部が直角になるように構成される。
【0093】
［７－２］ 作用
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
上記のように構成された電力変換装置１の作用について説明する。
【0094】
本実施形態では、交流配線２２と交流引き出し配線２３とのそれぞれの平面部を直角に配置することで、相互誘導によるインダクタンス低減作用が小さくなる。このため、半導体モジュール１０－１から出力端子１３までのインダクタンスを大きくすることができる。
【0095】
一方、半導体モジュール１０－３から出力端子１３までのインダクタンスについて、交流配線２２と交流引き出し配線２３との相互誘導はほぼ無く、インダクタンスの増減に寄与しない。つまり、３並列の半導体モジュールのインダクタンス差を抑制する作用から、電流アンバランスを低減することができる。
【0096】
第７実施形態においても、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。
【0097】
第７実施形態は、４並列の半導体モジュールにも適用可能である。また、第７実施形態は、第１乃至第６実施形態に適用することも可能である。
【0098】
上記各実施形態に係る電力変換装置１は、交流電力を扱う様々な機器やシステムに適用可能である。特に、上記各実施形態に係る電力変換装置１は、エレベータ巻上機を駆動するための電力変換装置に適用することが可能である。
【0099】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0100】
１…電力変換装置、１０－１～１０－４…半導体モジュール、１１－１，１１－２…スイッチング素子、１２－１，１２－２…ダイオード、１３…出力端子、１４…正極端子、１５…負極端子、１６…コンデンサ、２０，２１…接続配線、２２…交流配線、２３…交流引き出し配線、Ｔ１…正側電源端子、Ｔ２…負側電源端子、Ｔ３…交流端子。
【要約】
【課題】 並列接続された複数の半導体モジュールの電流アンバランスを抑制する。
【解決手段】 実施形態の電力変換装置は、直列接続された２個のスイッチング素子をそれぞれが有し、第１方向に並んで配置され、並列接続された複数の半導体モジュールと、第１方向に延在し、複数の半導体モジュールの交流端子を共通接続する交流配線と、第１方向に延在し、交流配線を出力端子まで引き出すように構成された交流引き出し配線とを含む。交流引き出し配線は、交流配線に接続される接続部分と、交流配線と並んで配置された延在部分とを有する。交流引き出し配線の接続部分の第１方向における中心は、複数の半導体モジュール全体の第１方向における中心よりも出力端子から遠い側に設定される。
【選択図】 図２
【解決手段】 実施形態の電力変換装置は、直列接続された２個のスイッチング素子をそれぞれが有し、第１方向に並んで配置され、並列接続された複数の半導体モジュールと、第１方向に延在し、複数の半導体モジュールの交流端子を共通接続する交流配線と、第１方向に延在し、交流配線を出力端子まで引き出すように構成された交流引き出し配線とを含む。交流引き出し配線は、交流配線に接続される接続部分と、交流配線と並んで配置された延在部分とを有する。交流引き出し配線の接続部分の第１方向における中心は、複数の半導体モジュール全体の第１方向における中心よりも出力端子から遠い側に設定される。
【選択図】 図２
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
