JP2024127037A

JP2024127037A - 電力変換装置

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Publication number: JP2024127037A
Application number: JP2023035874A
Authority: JP
Inventors: 純也今野
Original assignee: TMEIC Corp
Current assignee: TMEIC Corp
Priority date: 2023-03-08
Filing date: 2023-03-08
Publication date: 2024-09-20

Abstract

【課題】複数のスイッチングモジュール間における電流アンバランスの発生を抑制できる電力変換装置を提供する。【解決手段】直列に接続された第１及び第２スイッチング素子を有する一対の第１スイッチングモジュールと、直列に接続された第３及び第４スイッチング素子を有する一対の第２スイッチングモジュールと、交流回路の一対の入出力端子の一方と電気的に接続される板状の第１導体と、交流回路の一対の入出力端子の他方と電気的に接続されるとともに、所定の間隔を空けて第１導体と重ねて設けられる板状の第２導体と、を備え、一対の第１スイッチングモジュールは、第１導体及び第２導体の側方に並べて設けられ、一対の第２スイッチングモジュールは、一対の第１スイッチングモジュールの間に配置される電力変換装置が提供される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

第１スイッチングモジュールと、第２スイッチングモジュールと、を備えた電力変換装置がある。第１スイッチングモジュールは、直列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを有する。第２スイッチングモジュールは、直列に接続された第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とを有する。換言すれば、第１スイッチングモジュール及び第２スイッチングモジュールは、ハーフブリッジ回路を有する。電力変換装置は、第１スイッチングモジュール及び第２スイッチングモジュールにより、フルブリッジ回路を構成し、各スイッチング素子のスイッチングにより、直流電力から交流電力への変換及び交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行う。

こうした電力変換装置において、複数の第１スイッチングモジュールと複数の第２スイッチングモジュールとを設け、複数の第１スイッチングモジュールを並列に接続するとともに、複数の第２スイッチングモジュールを並列に接続することが行われている。これにより、各スイッチング素子に必要となる電流や電圧の許容値の増加を抑制しつつ、大きな電力に対応することが可能となる。

しかしながら、上記のように、並列に接続された複数の第１スイッチングモジュール及び並列に接続された複数の第２スイッチングモジュールを設け、各スイッチングモジュールを並べて配置する際に、各スイッチングモジュールの並べ方によっては、各スイッチングモジュールに流れる電流の大きさにアンバランスが生じてしまう場合がある。

例えば、電流のアンバランスが発生し、所定のスイッチングモジュールに電流が集中してしまうと、電流の集中したスイッチングモジュールの温度責務が増加してしまう。このため、スイッチングモジュールの冷却能力を高めたり、各スイッチングモジュールの並列接続数を増やしたりといった対策が必要となり、装置の大型化やコスト増などの要因となってしまう恐れがある。

このため、複数のスイッチングモジュールを並列に接続する電力変換装置においては、複数のスイッチングモジュール間における電流アンバランスの発生を抑制できるようにすることが望まれる。

特開２０１９－１３４５４３号公報

実施形態は、複数のスイッチングモジュール間における電流アンバランスの発生を抑制できる電力変換装置を提供する。

本実施形態によれば、直流回路及び交流回路に接続され、直流電力から交流電力への変換及び交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行う電力変換装置であって、直列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを有する一対の第１スイッチングモジュールと、直列に接続された第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とを有する一対の第２スイッチングモジュールと、前記交流回路の一対の入出力端子の一方と電気的に接続される板状の第１導体と、前記交流回路の前記一対の入出力端子の他方と電気的に接続されるとともに、所定の間隔を空けて前記第１導体と重ねて設けられる板状の第２導体と、を備え、前記一対の第１スイッチングモジュールのそれぞれは、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両端を介して前記直流回路と電気的に接続されるとともに、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の接続点を介して前記第１導体及び前記交流回路の前記一対の入出力端子の一方と電気的に接続されることにより、互いに並列に接続され、前記一対の第２スイッチングモジュールのそれぞれは、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の両端を介して前記直流回路と電気的に接続されるとともに、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の接続点を介して前記第２導体及び前記交流回路の前記一対の入出力端子の他方と電気的に接続されることにより、互いに並列に接続され、前記一対の第１スイッチングモジュール及び前記一対の第２スイッチングモジュールは、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子によってフルブリッジ回路を構成し、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子のスイッチングによって直流電力から交流電力への変換及び交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行い、前記一対の第１スイッチングモジュールは、前記第１導体及び前記第２導体の側方に並べて設けられ、前記一対の第２スイッチングモジュールは、前記一対の第１スイッチングモジュールとともに前記第１導体及び前記第２導体の側方に並べて設けられるとともに、前記一対の第１スイッチングモジュールの間に配置される電力変換装置が提供される。

本実施形態では、複数のスイッチングモジュール間における電流アンバランスの発生を抑制できる電力変換装置が提供される。

実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す説明図である。実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す説明図である。参考の電力変換装置を模式的に表す説明図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

図１は、実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力変換装置１０は、一対の第１スイッチングモジュール１１と、一対の第２スイッチングモジュール１２と、を備える。

この例において、電力変換装置１０は、２組の一対の第１スイッチングモジュール１１と、２組の一対の第２スイッチングモジュール１２と、を備える。換言すれば、電力変換装置１０は、４つの第１スイッチングモジュール１１と、４つの第２スイッチングモジュール１２と、を備えている。

但し、電力変換装置１０に設けられる第１スイッチングモジュール１１及び第２スイッチングモジュール１２の数は、上記に限定されるものではない。電力変換装置１０は、３組以上の一対の第１スイッチングモジュール１１、及び３組以上の一対の第２スイッチングモジュール１２を備えてもよい。電力変換装置１０は、少なくとも一対の第１スイッチングモジュール１１（２つの第１スイッチングモジュール１１）と、一対の第２スイッチングモジュール１２（２つの第２スイッチングモジュール１２）と、を備えていればよい。

電力変換装置１０は、直流回路２及び交流回路４に接続される。電力変換装置１０は、直流電力から交流電力への変換及び交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行う。換言すれば、電力変換装置１０は、直流回路２から供給された直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を交流回路４に供給する動作、及び交流回路４から供給された交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を直流回路２に供給する動作の少なくとも一方の動作を行う。

直流回路２は、例えば、直流電源や直流負荷などである。交流回路４は、例えば、交流電源、交流負荷、あるいは電力系統などである。直流回路２及び交流回路４は、例えば、別の変換器などでもよい。直流回路２及び交流回路４は、上記に限ることなく、任意の回路でよい。

一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、直列に接続された第１スイッチング素子２１と第２スイッチング素子２２とを有する。一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、直列に接続された第３スイッチング素子２３と第４スイッチング素子２４とを有する。換言すれば、第１スイッチングモジュール１１及び第２スイッチングモジュール１２は、ハーフブリッジ回路を有する。

第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、第３スイッチング素子２３、及び第４スイッチング素子２４のそれぞれは、一対の主端子と、制御端子と、を有する。また、第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、第３スイッチング素子２３、及び第４スイッチング素子２４のそれぞれは、オン状態と、オフ状態と、を有する。

オン状態は、一対の主端子間に電流を流す状態である。オフ状態は、一対の主端子間の電流の流れを遮断する状態である。第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、第３スイッチング素子２３、及び第４スイッチング素子２４のそれぞれは、一対の主端子間の電圧、及び制御端子の電圧に応じて、オン状態及びオフ状態を切り替える。なお、オフ状態は、一対の主端子間に完全に電流が流れない状態に限ることなく、電力変換装置１０の動作に影響の無い範囲の微弱な電流が一対の主端子間に流れる状態でもよい。

第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、第３スイッチング素子２３、及び第４スイッチング素子２４は、例えば、ＩＧＢＴである。複数の第１スイッチングモジュール１１及び複数の第２スイッチングモジュール１２は、換言すれば、ＩＧＢＴモジュールである。但し、第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、第３スイッチング素子２３、及び第４スイッチング素子２４は、ＩＧＢＴに限ることなく、ＭＯＳＦＥＴなどの他の自励式の半導体素子でもよい。第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、第３スイッチング素子２３、及び第４スイッチング素子２４は、上記に限ることなく、オン状態及びオフ状態を任意に切り替えることが可能な任意の素子でよい。

一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、第１直流端子１１ａと、第２直流端子１１ｂと、第１交流端子１１ｃと、を有する。また、一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、第１筐体１１ｄを有する。第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２は、第１筐体１１ｄの内部に設けられる。換言すれば、第１筐体１１ｄは、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２を内部に収容する。第１筐体１１ｄは、例えば、絶縁性のパッケージである。

第１直流端子１１ａ、第２直流端子１１ｂ、及び第１交流端子１１ｃは、第１筐体１１ｄの外面に設けられ、外部の機器との電気的な接続に用いられる。第１交流端子１１ｃは、例えば、第１筐体１１ｄの一端側に設けられる。第１直流端子１１ａ及び第２直流端子１１ｂは、例えば、第１筐体１１ｄの他端側に設けられる。換言すれば、第１直流端子１１ａ及び第２直流端子１１ｂは、第１筐体１１ｄの第１交流端子１１ｃと反対側の端部に設けられる。第１筐体１１ｄは、例えば、略直方体状である。第１筐体１１ｄを上方から見た形状は、略長方形状である。第１交流端子１１ｃは、例えば、略直方体状の第１筐体１１ｄの長手方向の一端側に設けられる。第１直流端子１１ａ及び第２直流端子１１ｂは、例えば、略直方体状の第１筐体１１ｄの長手方向の他端側に設けられる。

但し、第１筐体１１ｄの形状は、上記に限ることなく、任意の形状でよい。第１直流端子１１ａ、第２直流端子１１ｂ、及び第１交流端子１１ｃの配置は、上記に限ることなく、任意の配置でよい。

第１直流端子１１ａは、第１筐体１１ｄ内において、第１スイッチング素子２１の一方の主端子と電気的に接続される。第１スイッチング素子２１の他方の主端子は、第２スイッチング素子２２の一方の主端子と電気的に接続される。第２スイッチング素子２２の他方の主端子は、第２直流端子１１ｂと電気的に接続される。換言すれば、第２直流端子１１ｂは、第１筐体１１ｄ内において、第２スイッチング素子２２の他方の主端子と電気的に接続される。第１交流端子１１ｃは、第１筐体１１ｄ内において、第１スイッチング素子２１の他方の主端子と第２スイッチング素子２２の一方の主端子との接続点と電気的に接続される。

このように、第１スイッチングモジュール１１では、直列に接続された第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２の両端が一対の直流接続点となり、第１スイッチング素子２１と第２スイッチング素子２２との接続点が交流接続点となる。

また、一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、図示は省略するが、第１スイッチング素子２１の制御端子に制御信号を入力するための端子と、第２スイッチング素子２２の制御端子に制御信号を入力するための端子と、をさらに有する。各端子は、第１筐体１１ｄの外面に設けられる。第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２のオン状態及びオフ状態は、第１筐体１１ｄに設けられた各端子を介して制御端子に制御信号を入力することによって切り替えられる。

一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、第３直流端子１２ａと、第４直流端子１２ｂと、第２交流端子１２ｃと、を有する。また、一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、第２筐体１２ｄを有する。第２交流端子１２ｃは、例えば、第２筐体１２ｄの一端側に設けられる。第３直流端子１２ａ及び第４直流端子１２ｂは、例えば、第２筐体１２ｄの他端側に設けられる。第２スイッチングモジュール１２の構成は、第１スイッチングモジュール１１の構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。

一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれの第１直流端子１１ａは、直流回路２の高電位側の端子２ａと電気的に接続される。一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれの第２直流端子１１ｂは、直流回路２の低電位側の端子２ｂと電気的に接続される。一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれの第１交流端子１１ｃは、交流回路４の一対の入出力端子４ａ、４ｂの一方と電気的に接続される。一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれの第１交流端子１１ｃは、例えば、交流回路４の入出力端子４ａと電気的に接続される。

換言すれば、一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２の両端を介して直流回路２と電気的に接続されるとともに、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２の接続点を介して交流回路４の一対の入出力端子４ａ、４ｂの一方と電気的に接続される。これにより、一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、互いに並列に接続される。

一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれの第３直流端子１２ａは、直流回路２の高電位側の端子２ａと電気的に接続される。一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれの第４直流端子１２ｂは、直流回路２の低電位側の端子２ｂと電気的に接続される。一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれの第２交流端子１２ｃは、交流回路４の一対の入出力端子４ａ、４ｂの他方と電気的に接続される。一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれの第２交流端子１２ｃは、例えば、交流回路４の入出力端子４ｂと電気的に接続される。

換言すれば、一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、第３スイッチング素子２３及び第４スイッチング素子２４の両端を介して直流回路２と電気的に接続されるとともに、第３スイッチング素子２３及び第４スイッチング素子２４の接続点を介して交流回路４の一対の入出力端子４ａ、４ｂの他方と電気的に接続される。これにより、一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、互いに並列に接続される。

一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２は、第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、第３スイッチング素子２３、及び第４スイッチング素子２４によってフルブリッジ回路ＦＢＣを構成し、第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、第３スイッチング素子２３、及び第４スイッチング素子２４のスイッチングによって直流電力から交流電力への変換及び交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行う。

第１スイッチングモジュール１１は、例えば、単相フルブリッジ回路の一対のレグの一方を構成し、第２スイッチングモジュール１２は、例えば、単相フルブリッジ回路の一対のレグの他方を構成する。第１スイッチングモジュール１１は、換言すれば、フルブリッジ回路ＦＢＣを構成するための複数のスイッチングモジュールにおいて、交流回路４の一方の入出力端子４ａと電気的に接続されるスイッチングモジュールである。第２スイッチングモジュール１２は、換言すれば、フルブリッジ回路ＦＢＣを構成するための複数のスイッチングモジュールにおいて、交流回路４の他方の入出力端子４ｂと電気的に接続されるスイッチングモジュールである。

このように、電力変換装置１０では、複数の第１スイッチングモジュール１１及び複数の第２スイッチングモジュール１２を並列に接続する。これにより、電力変換装置１０では、各スイッチング素子２１～２４に必要となる電流や電圧の許容値の増加を抑制しつつ、大きな電力に対応することが可能となる。一対の第１スイッチングモジュール１１の数及び一対の第２スイッチングモジュール１２の数は、扱う電力の大きさに応じて適宜設定すればよい。

交流回路４の交流電力は、例えば、単相交流電力である。電力変換装置１０は、例えば、直流電力から単相交流電力への変換及び単相交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行う。但し、交流回路４の交流電力は、例えば、三相交流電力などでもよい。電力変換装置１０は、例えば、３つの単相フルブリッジ回路によって直流電力から三相交流電力への変換及び三相交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行う構成としてもよい。一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２は、例えば、三相交流電力の１つの相に対応する部分としてもよい。

図２及び図３は、実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す説明図である。
図２及び図３に表したように、電力変換装置１０は、第１導体３１と、第２導体３２と、をさらに備える。第１導体３１は、交流回路４の一対の入出力端子４ａ、４ｂの一方の入出力端子４ａと電気的に接続される板状の導体である。第２導体３２は、交流回路４の一対の入出力端子４ａ、４ｂの他方の入出力端子４ｂと電気的に接続される板状の導体である。第１導体３１及び第２導体３２は、例えば、ブスバーやバスバーなどと呼ばれる場合もある。

第２導体３２は、所定の間隔を空けて第１導体３１と重ねて設けられる。第２導体３２は、板状の第１導体３１及び第２導体３２の厚さ方向において第１導体３１と重ねられる。厚さ方向は、換言すれば、板状の第１導体３１及び第２導体３２の上面及び下面に対して直交する方向である。

第１導体３１と第２導体３２との間には、例えば、絶縁シートなどが設けられていてもよい。第１導体３１と第２導体３２との間は、例えば、空気層などでもよい。第１導体３１と第２導体３２との間の材料は、第１導体３１と第２導体３２との電気的な絶縁を適切に確保することができる任意の材料でよい。第１導体３１と第２導体３２との間の距離（間隔）は、第１導体３１と第２導体３２との電気的な絶縁を適切に確保することができる任意の距離でよい。

図３では、図示を容易にするため、便宜的に、第２導体３２を第１導体３１に対して僅かにずらして図示している。第２導体３２の外形形状は、第１導体３１の外形形状と実質的に同じでもよい。第２導体３２は、第１導体３１に対して完全に重なるように配置してもよい。但し、第２導体３２の形状は、必ずしも第１導体３１の形状と同じでなくてもよい。第２導体３２は、第１導体３１に対して少なくとも一部が厚さ方向において重なるように配置されていればよい。

一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２の接続点を介して第１導体３１と電気的に接続される。換言すれば、一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、第１交流端子１１ｃを介して第１導体３１と電気的に接続される。一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、例えば、ネジ止めなどによって第１導体３１と機械的及び電気的に接続され、第１導体３１を介して交流回路４の一対の入出力端子４ａ、４ｂの一方の入出力端子４ａと電気的に接続される。

一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、第３スイッチング素子２３及び第４スイッチング素子２４の接続点を介して第２導体３２と電気的に接続される。換言すれば、一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、第２交流端子１２ｃを介して第２導体３２と電気的に接続される。一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、例えば、ネジ止めなどによって第２導体３２と機械的及び電気的に接続され、第２導体３２を介して交流回路４の一対の入出力端子４ａ、４ｂの他方の入出力端子４ｂと電気的に接続される。

一対の第１スイッチングモジュール１１は、第１導体３１及び第２導体３２の側方に並べて設けられる。換言すれば、一対の第１スイッチングモジュール１１は、第１導体３１及び第２導体３２の厚さ方向と直交する方向において、第１導体３１及び第２導体３２と隣接して設けられる。

第１導体３１及び第２導体３２を上方から見た形状は、例えば、略長方形状である。一対の第１スイッチングモジュール１１は、例えば、長方形状の第１導体３１及び第２導体３２の長手方向の１つの辺に沿って並ぶ。但し、第１導体３１及び第２導体３２の形状は、上記に限ることなく、任意の形状でよい。

一対の第２スイッチングモジュール１２は、一対の第１スイッチングモジュール１１とともに第１導体３１及び第２導体３２の側方に並べて設けられるとともに、一対の第１スイッチングモジュール１１の間に配置される。

一対の第２スイッチングモジュール１２は、例えば、一対の第１スイッチングモジュール１１とともに長方形状の第１導体３１及び第２導体３２の長手方向の１つの辺に沿って並ぶ。一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２は、例えば、長方形状の第１導体３１及び第２導体３２の長手方向の１つの辺に沿って、第１スイッチングモジュール１１、第２スイッチングモジュール１２、第２スイッチングモジュール１２、及び第１スイッチングモジュール１１の順に並ぶ。

また、電力変換装置１０では、一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２が、それぞれ２組ずつ設けられ、第１導体３１及び第２導体３２の両側方に並べて配置されている。２組の一対の第１スイッチングモジュール１１及び２組の一対の第２スイッチングモジュール１２は、第１導体３１及び第２導体３２を挟むように、第１導体３１及び第２導体３２の両側に配置される。

２組の一対の第１スイッチングモジュール１１の一方及び２組の一対の第２スイッチングモジュール１２の一方は、第１導体３１及び第２導体３２の側方に並べて設けられる。２組の一対の第１スイッチングモジュール１１の一方及び２組の一対の第２スイッチングモジュール１２の一方は、例えば、長方形状の第１導体３１及び第２導体３２の長手方向の一方の辺に沿って並ぶ。

２組の一対の第１スイッチングモジュール１１の他方及び２組の一対の第２スイッチングモジュール１２の他方は、第１導体３１及び第２導体３２の２組の一対の第１スイッチングモジュール１１の一方及び２組の一対の第２スイッチングモジュール１２の一方と反対側の側方に並べて設けられる。２組の一対の第１スイッチングモジュール１１の他方及び２組の一対の第２スイッチングモジュール１２の他方は、例えば、長方形状の第１導体３１及び第２導体３２の長手方向の他方の辺に沿って並ぶ。

図２及び図３に表したように、一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれは、例えば、第１交流端子１１ｃの設けられた第１筐体１１ｄの一端側を第１導体３１及び第２導体３２側に向けて配置される。一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれは、例えば、第２交流端子１２ｃの設けられた第２筐体１２ｄの一端側を第１導体３１及び第２導体３２側に向けて配置される。

図４は、参考の電力変換装置を模式的に表す説明図である。
図４に表したように、参考の電力変換装置１０ａでは、４つの第１スイッチングモジュール１１が、第１導体３１及び第２導体３２の一方の側方側に並べて設けられ、４つの第２スイッチングモジュール１２が、第１導体３１及び第２導体３２の他方の側方側に並べて設けられている。

また、図４では、第１スイッチング素子２１及び第４スイッチング素子２４をオン状態とし、第２スイッチング素子２２及び第３スイッチング素子２３をオフ状態とした場合の電流の流れを二点鎖線の矢線で模式的に表している。

上記のようにスイッチングを行った場合、直流回路２の高電位側の端子２ａから出力された電流が、第１スイッチングモジュール１１の第１直流端子１１ａ、第１スイッチング素子２１、第１スイッチングモジュール１１の第１交流端子１１ｃ、及び第１導体３１を介して交流回路４に流れるとともに、交流回路４を流れた電流が、第２導体３２、第２スイッチングモジュール１２の第２交流端子１２ｃ、第４スイッチング素子２４、及び第２スイッチングモジュール１２の第４直流端子１２ｂを介して直流回路２の低電位側の端子２ｂに流れる。

本願発明者は、鋭意の検討の結果、参考の電力変換装置１０ａの構成では、上記のようにスイッチングを行う際に、各スイッチングモジュールに流れる電流にアンバランスが生じてしまう可能性があることを見出した。より具体的には、４つ並んだ第１スイッチングモジュール１１のうちの中央側の２つの第１スイッチングモジュール１１に電流が流れ難くなり、外側の２つの第１スイッチングモジュール１１に電流が集中してしまう場合があることを見出した。同様に、４つ並んだ第２スイッチングモジュール１２のうちの中央側の２つの第２スイッチングモジュール１２に電流が流れ難くなり、外側の２つの第２スイッチングモジュール１２に電流が集中してしまう場合がある。

図４に表したように、参考の電力変換装置１０ａの構成では、上記のようにスイッチングを行う際に、隣接する４つの第１スイッチングモジュール１１において同じ方向に電流が流れるとともに、隣接する４つの第２スイッチングモジュール１２において同じ方向に電流が流れる。上記の電流のアンバランスは、例えば、隣接する複数の第１スイッチングモジュール１１間、及び隣接する複数の第２スイッチングモジュール１２間における相互誘導の影響であると考えられる。

これに対し、本実施形態に係る電力変換装置１０では、一対の第２スイッチングモジュール１２を一対の第１スイッチングモジュール１１とともに第１導体３１及び第２導体３２の側方に並べて設けるとともに、一対の第２スイッチングモジュール１２を一対の第１スイッチングモジュール１１の間に配置している。

これにより、本実施形態に係る電力変換装置１０では、図３に表したように、上記のようにスイッチングを行う際に、一対の第１スイッチングモジュール１１に流れる電流の向きと、一対の第２スイッチングモジュール１２に流れる電流の向きと、を逆向きにすることができる。これにより、例えば、相互誘導の影響を抑制し、一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれに流れる電流の大きさにアンバランスが発生してしまうことを抑制することができる。また、これにより、各スイッチングモジュールの温度責務の増加を抑制し、各スイッチングモジュールの冷却能力を高めたり、各スイッチングモジュールの並列接続数を増やしたりといった対策の必要を抑制することもできる。従って、装置の大型化やコスト増などを抑制することができる。

例えば、一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２を並べて配置する際に、第１スイッチングモジュール１１、第２スイッチングモジュール１２、第１スイッチングモジュール１１、第２スイッチングモジュール１２のように、交互に配置することも考えられる。しかしながら、この場合には、片側のみに第２スイッチングモジュール１２が隣接する第１スイッチングモジュール１１と、両側に第２スイッチングモジュール１２が隣接する第１スイッチングモジュール１１と、が生じ、一対の第１スイッチングモジュール１１間において、相互誘導の条件に偏りが生じてしまう。同様に、片側のみに第１スイッチングモジュール１１が隣接する第２スイッチングモジュール１２と、両側に第１スイッチングモジュール１１が隣接する第２スイッチングモジュール１２と、が生じ、一対の第２スイッチングモジュール１２間において、相互誘導の条件に偏りが生じてしまう。

本実施形態に係る電力変換装置１０では、一対の第２スイッチングモジュール１２を一対の第１スイッチングモジュール１１の間に配置したことにより、一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれにおいては、片側のみに第２スイッチングモジュール１２が隣接する状態となる。そして、一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれにおいては、一対の第２スイッチングモジュール１２の他方が片側に隣接し、第１スイッチングモジュール１１が反対側に隣接する状態となる。

従って、本実施形態に係る電力変換装置１０では、交互に配置する場合などと比べても、一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれにおいて相互誘導の条件に偏りが生じてしまうことをより抑制することができる。一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれに流れる電流の大きさにアンバランスが発生してしまうことをより適切に抑制することができる。

このように、本実施形態に係る電力変換装置１０では、一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２の複数のスイッチングモジュール間における電流アンバランスの発生を抑制することができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置１０では、板状の第１導体３１と板状の第２導体３２とを重ねて配置している。これにより、第１導体３１及び第２導体３２におけるインダクタンス成分の影響も抑制することができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置１０では、一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２をそれぞれ２組設け、第１導体３１及び第２導体３２の両側方に並べて配置している。このように、一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２を２組ずつ設ける場合には、第１導体３１及び第２導体３２の両側方に並べて配置する。

これにより、例えば、２組の一対の第１スイッチングモジュール１１及び２組の一対の第２スイッチングモジュール１２を第１導体３１及び第２導体３２の片側に並べて配置する場合と比べて、各モジュール間の相互誘導の条件に偏りが生じてしまうことを抑制することができる。一対の第１スイッチングモジュール１１及び一対の第２スイッチングモジュール１２をそれぞれ２組設ける場合にも、複数のスイッチングモジュール間における電流アンバランスの発生をより適切に抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置１０では、第１交流端子１１ｃの設けられた第１筐体１１ｄの一端側を第１導体３１及び第２導体３２側に向けて一対の第１スイッチングモジュール１１のそれぞれを配置し、第２交流端子１２ｃの設けられた第２筐体１２ｄの一端側を第１導体３１及び第２導体３２側に向けて一対の第２スイッチングモジュール１２のそれぞれを配置する。

これにより、一対の第１スイッチングモジュール１１に流れる電流の向きと、一対の第２スイッチングモジュール１２に流れる電流の向きと、を逆向きにし易くすることができる。これにより、例えば、相互誘導の影響をより適切に抑制することができる。

以上、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、その他のさまざま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およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

２…直流回路、４…交流回路、１０、１０ａ…電力変換装置、１１…第１スイッチングモジュール、１２…第２スイッチングモジュール、２１…第１スイッチング素子、２２…第２スイッチング素子、２３…第３スイッチング素子、２４…第４スイッチング素子、３１…第１導体、３２…第２導体、ＦＢＣ…フルブリッジ回路

Claims

直流回路及び交流回路に接続され、直流電力から交流電力への変換及び交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行う電力変換装置であって、
直列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを有する一対の第１スイッチングモジュールと、
直列に接続された第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とを有する一対の第２スイッチングモジュールと、
前記交流回路の一対の入出力端子の一方と電気的に接続される板状の第１導体と、
前記交流回路の前記一対の入出力端子の他方と電気的に接続されるとともに、所定の間隔を空けて前記第１導体と重ねて設けられる板状の第２導体と、
を備え、
前記一対の第１スイッチングモジュールのそれぞれは、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両端を介して前記直流回路と電気的に接続されるとともに、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の接続点を介して前記第１導体及び前記交流回路の前記一対の入出力端子の一方と電気的に接続されることにより、互いに並列に接続され、
前記一対の第２スイッチングモジュールのそれぞれは、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の両端を介して前記直流回路と電気的に接続されるとともに、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の接続点を介して前記第２導体及び前記交流回路の前記一対の入出力端子の他方と電気的に接続されることにより、互いに並列に接続され、
前記一対の第１スイッチングモジュール及び前記一対の第２スイッチングモジュールは、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子によってフルブリッジ回路を構成し、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子のスイッチングによって直流電力から交流電力への変換及び交流電力から直流電力への変換の少なくとも一方を行い、
前記一対の第１スイッチングモジュールは、前記第１導体及び前記第２導体の側方に並べて設けられ、
前記一対の第２スイッチングモジュールは、前記一対の第１スイッチングモジュールとともに前記第１導体及び前記第２導体の側方に並べて設けられるとともに、前記一対の第１スイッチングモジュールの間に配置される電力変換装置。
前記一対の第１スイッチングモジュール及び前記一対の第２スイッチングモジュールは、それぞれ２組設けられ、前記第１導体及び前記第２導体の両側方に並べて配置される請求項１記載の電力変換装置。
前記一対の第１スイッチングモジュールのそれぞれは、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を収容する第１筐体と、前記直流回路の高電位側の端子と電気的に接続される第１直流端子と、前記直流回路の低電位側の端子と電気的に接続される第２直流端子と、前記第１導体と電気的に接続される第１交流端子と、を有し、
前記第１交流端子は、前記第１筐体の一端側に設けられ、
前記第１直流端子及び前記第２直流端子は、前記第１筐体の他端側に設けられ、
前記一対の第１スイッチングモジュールのそれぞれは、前記第１交流端子の設けられた前記第１筐体の前記一端側を前記第１導体及び前記第２導体側に向けて配置され、
前記一対の第２スイッチングモジュールのそれぞれは、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を収容する第２筐体と、前記直流回路の高電位側の端子と電気的に接続される第３直流端子と、前記直流回路の低電位側の端子と電気的に接続される第４直流端子と、前記第２導体と電気的に接続される第２交流端子と、を有し、
前記第２交流端子は、前記第２筐体の一端側に設けられ、
前記第３直流端子及び前記第４直流端子は、前記第２筐体の他端側に設けられ、
前記一対の第２スイッチングモジュールのそれぞれは、前記第２交流端子の設けられた前記第２筐体の前記一端側を前記第１導体及び前記第２導体側に向けて配置される請求項１又は２に記載の電力変換装置。