JP2014042377A - Power supply bus bar and power converter using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置の電源ブスバーに関する。 The present invention relates to a power bus bar of a power conversion device.
交流電動機などの負荷を駆動するために、電力変換装置(インバータ)が利用されることがある。一般に、電力変換装置は、負荷の各相に設けられた上アームトランジスタ、下アームトランジスタ、負荷の状態に応じて変調された制御信号を生成するコントローラ、制御信号にもとづいて上アームトランジスタおよび下アームトランジスタを駆動するゲート駆動回路、を備える。 In order to drive a load such as an AC motor, a power converter (inverter) may be used. In general, a power conversion device includes an upper arm transistor, a lower arm transistor, a controller that generates a control signal modulated according to the state of the load, an upper arm transistor, and a lower arm provided on each phase of the load. A gate driving circuit for driving the transistor.
上アームトランジスタおよび下アームトランジスタは、FET(Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタなどのスイッチ素子を含むパワーモジュールで構成されることがある。大容量の電力変換装置では、パワーモジュールに大電流が流れるため、パワーモジュールへの電力供給に平板ブスバーが用いられることが多い。 The upper arm transistor and the lower arm transistor may be configured by a power module including a switching element such as a field effect transistor (FET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or a bipolar transistor. In a large-capacity power conversion device, a large current flows through the power module, so that a flat bus bar is often used to supply power to the power module.
大容量の電力変換装置を実現するため、複数のパワーモジュールを並列接続して用いる場合、特性が同じパワーモジュールを選択することが一般的である。このとき、同じ特性の各パワーモジュールの容量を最大限利用するには、電源から各パワーモジュールに流れ込む電流が均等に分配されることが望ましい。 In order to realize a large-capacity power conversion device, when a plurality of power modules are connected in parallel, it is common to select power modules having the same characteristics. At this time, in order to make maximum use of the capacity of each power module having the same characteristics, it is desirable that the current flowing from the power source to each power module is evenly distributed.
しかし、電源の配置やブスバー形状の制約等により、各パワーモジュールに均等な電流が分配されないことがある。各パワーモジュールへ電流が均等に流れないと、一部のパワーモジュールに大電流が流れ込むため、対策として容量のより大きなパワーモジュールを用いたり、並列接続するパワーモジュールの数を増したりする必要が生じ、コストアップにつながる。 However, there may be a case where an equal current is not distributed to each power module due to power supply arrangement, bus bar shape restrictions, and the like. If current does not flow evenly to each power module, a large current flows into some power modules, so it is necessary to use a power module with a larger capacity or increase the number of power modules connected in parallel as countermeasures. , Leading to increased costs.
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、複数のパワーモジュールを並列接続させた構成を有する電力変換装置において、パワーモジュールの各直流端子に流入する電流の均等化にある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and one exemplary object of one aspect thereof is a power conversion apparatus having a configuration in which a plurality of power modules are connected in parallel to each DC terminal of the power module. It is in equalization of the inflowing current.
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、電力変換装置における電源ブスバーに関する。この電源ブスバーは、電力変換装置のアームに接続される電源ブスバーであって、アームが、第1の方向に並置され電気的に並列接続されるべき複数のパワーモジュールを含むとき、当該電源ブスバーは、連結部を有し、複数のパワーモジュールと対向して第1の方向に延設されるメインブスバーと、連結部と、複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子とを接続するサブブスバーと、を備える。サブブスバーは、連結部を介して、メインブスバーからの電力を伝達する第1区間と、メインブスバーと並走し、第1区間からの電力を伝達する第2区間と、複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子に対し、第2区間からの電力を分けて伝達する第3区間と、を有する。 In order to solve the above problems, an aspect of the present invention relates to a power bus bar in a power conversion device. This power bus bar is a power bus bar connected to the arm of the power converter, and when the arm includes a plurality of power modules that are juxtaposed in the first direction and are to be electrically connected in parallel, the power bus bar is A main bus bar that has a connecting portion and extends in the first direction so as to face the plurality of power modules, and a sub bus bar that connects the connecting portion and each DC terminal of the plurality of power modules. . The sub bus bar includes a first section that transmits power from the main bus bar, a second section that runs parallel to the main bus bar and transmits power from the first section, and a plurality of power modules. And a third section for separately transmitting the power from the second section to the DC terminal.
また、本発明のある別の態様は電力変換装置に関する。この電力変換装置は、上アームと下アームと、上アームに接続される上側電源ブスバーと、下アームに接続される下側電源ブスバーと、を備える。上アームと下アームの少なくとも一方は、第1の方向に並置され電気的に並列接続されるべき複数のパワーモジュールを含む。上側電源ブスバーと下側電源ブスバーの少なくとも一方は、連結部を有し、複数のパワーモジュールと対向して第1の方向に延設されるメインブスバーと、連結部と、複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子とを接続するサブブスバーとを備える。サブブスバーは、連結部を介して、メインブスバーからの電力を伝達する第1区間と、メインブスバーと並走し、第1区間からの電力を伝達する第2区間と、複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子に対し、第2区間からの電力を分けて伝達する第3区間と、を有する。 Another embodiment of the present invention relates to a power conversion device. The power conversion device includes an upper arm and a lower arm, an upper power bus bar connected to the upper arm, and a lower power bus bar connected to the lower arm. At least one of the upper arm and the lower arm includes a plurality of power modules to be juxtaposed in the first direction and electrically connected in parallel. At least one of the upper power bus bar and the lower power bus bar has a connecting portion, and extends in the first direction so as to face the plurality of power modules, the connecting portion, and each of the plurality of power modules. And a sub bus bar for connecting to the DC terminal. The sub bus bar includes a first section that transmits power from the main bus bar, a second section that runs parallel to the main bus bar and transmits power from the first section, and a plurality of power modules. And a third section for separately transmitting the power from the second section to the DC terminal.
この態様によると、メインブスバーに並走する第2区間を流れる電流により、メインブスバーに誘導電流が発生する。誘導電流により、メインブスバーを流れる電流は、第2区間が並走する方向に流れやすくなり、連結部の周囲では、連結部に集まるように電流が流れやすくなる。このため、サブブスバーを通じて、複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子に流れ込む電流が均等化される。 According to this aspect, an induced current is generated in the main bus bar due to the current flowing through the second section running parallel to the main bus bar. Due to the induced current, the current flowing through the main bus bar easily flows in the direction in which the second sections run side by side, and the current easily flows around the connecting portion so as to gather at the connecting portion. For this reason, the electric current which flows into each direct current terminal of a plurality of power modules through a sub bus bar is equalized.
本発明によれば、電力変換装置における各相のアームとして複数並列接続した各パワーモジュールの直流端子へ流入する電流が均等化される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric current which flows in into the DC terminal of each power module connected in parallel as a plurality of arms of each phase in a power converter is equalized.
本発明を好適な実施形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。 The present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components and members shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are appropriately omitted.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1の回路図である。電力変換装置1は、電源4からの直流電圧を交流信号に変換して、モータをはじめとする負荷2を駆動する。電源4は、三相交流INを整流する整流ダイオード5と、平滑コンデンサ6を含む。電源4は電池であってもよい。本実施の形態では、三相の場合を説明するが、相数は特に限定されない。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of a
上アーム7P(U〜W)は、対応する相の出力端子OUT(U、V、W)とP側電源ラインLPとの間に設けられ、IGBTであるP側半導体スイッチ8Pにより構成される。P側半導体スイッチ8PのコレクタはP側電源ラインLPに接続され、そのエミッタが出力端子OUTと接続される。
The
下アーム7N(U〜W)は、対応する相の出力端子OUT(U、V、W)とN側電源ラインLNとの間に設けられ、IGBTであるN側半導体スイッチ8Nにより構成される。N側半導体スイッチ8Nのコレクタは出力端子OUT(U、V、W)と接続され、そのエミッタがN側電源ラインLNと接続される。
The lower arm 7N (U to W) is provided between the corresponding phase output terminal OUT (U, V, W) and the N-side power supply line LN, and includes an N-
図2は、図1のU相のアーム7Uとパワーモジュール10の関係を示す回路図である。U相のアーム7Uとして、パワーモジュール10が2個並列接続されている。V相、W相のアームも同様である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the relationship between the
パワーモジュール10は、1つまたは複数のIGBTである半導体スイッチ8P、8Nによって構成される。上アーム7Pを構成するP側半導体スイッチ8Pと、下アーム7Nを構成するN側半導体スイッチ8Nは、1個のパワーモジュール10に含まれる。パワーモジュール10は、P側電源ラインLPに接続されるべきP側直流端子12Pと、N側電源ラインLNに接続されるべきN側直流端子12Nと、負荷2に接続されるべき交流端子14を備える。
The
図3は、電力変換装置1の外観斜視図である。電力変換装置1は、整流ダイオード5、平滑コンデンサ6、各アーム7(U〜W)を構成するパワーモジュール群10(U〜W)、筐体70、複数のファン72、ヒートシンク74(U〜W)、75を備える。
FIG. 3 is an external perspective view of the
U相を構成するパワーモジュール10Ua、10Ubは、ヒートシンク74Uの上に第1の方向(x軸方向)に並置される。V相、W相を構成するパワーモジュール10V(a、b)、10W(a、b)も、U相と同様に、それぞれヒートシンク74(V、W)の上にx軸方向に並置される。各相(U〜W)を構成するパワーモジュール群10U、10V、10Wは、それぞれ第1の方向(x軸方向)に垂直な第2の方向(y軸方向)に並置される。
The power modules 10Ua and 10Ub constituting the U phase are juxtaposed in the first direction (x-axis direction) on the
複数の整流ダイオード5と、複数の平滑コンデンサ6は、図1の電源4を構成する。複数の整流ダイオード5は、ヒートシンク75の上に、y軸方向に並置される。複数の平滑コンデンサ6は、筐体70に設けられる取り付け孔76に挿入され、固定される。整流ダイオード5、平滑コンデンサ6、パワーモジュール10は、後述する電源ブスバーを介して電気的かつ機械的に接続される。
The plurality of
吸気ファン72aは、平滑コンデンサ6の近傍に設けられ、吸気ファン72aの吸気孔を形成する平面がx軸方向と垂直に配置される。吸気ファン72aは、平滑コンデンサ6およびヒートシンク74(U〜W)に対して、x軸方向に送風する。複数の排気ファン72bは、吸気ファン72aからx軸方向に離隔して、排気ファン72bの排気孔を形成する平面がx軸方向と垂直となるように配置される。吸気ファン72aが筐体70の外部から吸い込んだ空気は、平滑コンデンサ6、ヒートシンク74(U〜W)、ヒートシンク75を経て、排気ファン72bから排気される。
The
図4(a)は、電源ブスバー18と、整流ダイオード5、平滑コンデンサ6、パワーモジュール10の接続関係を示す模式図である。電源ブスバー18は、P側電源ブスバー18PおよびN側電源ブスバー18Nを備え、図1のP側電源ラインLP、N側電源ラインLNとして機能する。電源ブスバー18は、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等導電性に優れた金属板で構成される。後述するその他のブスバーについても同様である。
FIG. 4A is a schematic diagram showing a connection relationship between the power
図4(b)は、P側電源ブスバー18Pの接続関係を示す模式図である。P側電源ブスバー18Pは、P側メインブスバー20Pと、P側サブブスバー30Pを備える。P側サブブスバー30Pは、パワーモジュール10(a、b)のP側直流端子12Pに接続される。P側メインブスバー20Pは、P側サブブスバー30Pと、整流ダイオード5のP側端子に接続されるP側ダイオードブスバー66Pと、平滑コンデンサ6の正極端子に接続されるP側コンデンサブスバー68Pとを接続する。
FIG. 4B is a schematic diagram showing the connection relationship of the P-side
図4(c)は、N側電源ブスバー18Nの接続関係を示す模式図である。P側電源ブスバー18Pと同様に、N側電源ブスバー18Nは、N側メインブスバー20Nと、N側サブブスバー30Nを備える。N側サブブスバー30Nは、パワーモジュール10(a、b)のN側直流端子12Nに接続される。N側メインブスバー20Nは、N側サブブスバー30Nと、整流ダイオード5のN側端子に接続されるN側ダイオードブスバー66Nと、平滑コンデンサ6の負極端子に接続されるN側コンデンサブスバー68Nを接続する。
FIG. 4C is a schematic diagram showing the connection relationship of the N-side
図5は、図3の電力変換装置1に電源ブスバー18(P、N)を取り付けたときの外観斜視図である。図5の電力変換装置1には、コンデンサブスバー68(P、N)と、ダイオードブスバー66(P、N)も取り付けられている。電源ブスバー18(P、N)は、対応する相(U〜W)ごとに設けられたメインブスバー20(U〜W)と、サブブスバー30(U〜W)とを備える。
FIG. 5 is an external perspective view when the power bus bar 18 (P, N) is attached to the
平滑コンデンサ6は、それぞれ、その上面に正極端子6Pおよび負極端子6Nを備える。正極端子6Pは、P側コンデンサブスバー68Pと接続され、負極端子6Nは、N側コンデンサブスバー68Nと接続される。図4に図示されない整流ダイオード5は、ダイオードブスバー66(P、N)に接続される。
Each of the smoothing capacitors 6 includes a positive electrode terminal 6P and a
コンデンサブスバー68からは、U相、V相、W相それぞれのメインブスバー20(U〜W)が、x軸方向に延設される。U相のメインブスバー20Uは、互いに絶縁された状態で積層されるP側メインブスバー20PとN側メインブスバー20Nを含む。V相、W相についても同様である。W相に着目すると、メインブスバー20Wとパワーモジュール10Wのそれぞれの直流端子12の間は、サブブスバー30Wによって接続される。
From the capacitor bus bar 68, main bus bars 20 (U to W) of U phase, V phase, and W phase respectively extend in the x-axis direction. The U-phase
以下、電源ブスバー18が備えるメインブスバー20と、サブブスバー30の形状および機能について詳述する。N側電源ブスバー18Nについて説明するが、P側電源ブスバー18Pに対して適用してもよいし、P側電源ブスバー18PとN側電源ブスバー18Nの両方に適用してもよい。
Hereinafter, the shapes and functions of the
なお、「Aブスバーは、Bに接続される」というとき、「接続」とは、物理的かつ電気的に接続されること、具体的には、AブスバーとBとにそれぞれ設けられた穴を同一軸上でネジ止めする等により固定されることをいう。必要に応じ、ネジを外すことで各ブスバーに分解することができ、再度ネジを用いてブスバーを組み立てることができる。 In addition, when “A bus bar is connected to B”, “connection” means that physical and electrical connection is made, specifically, holes provided in A bus bar and B respectively. It is fixed by screwing on the same shaft. If necessary, the bus bars can be disassembled by removing the screws, and the bus bars can be assembled again using the screws.
図6(a)は、図5に示す電源ブスバー18を下から上の方向(−z方向)に向かって見た下面図、図6(b)は、側面図である。x軸方向に延設されるメインブスバー20は、サブブスバー30と連結される連結部22を有する。
FIG. 6A is a bottom view of the
サブブスバー30は、第1区間45、第2区間40、第3区間50(a、b)を有する。
第1区間45は、メインブスバー20の連結部22と連結される部位を有し、この連結部位から、メインブスバー20に対して垂直な第3の方向(+z方向)に延びる。第1区間45は、x軸方向に所定の幅を有し、例えば、その幅はメインブスバー20やサブブスバー30の厚みの数倍程度である。
The
The
第2区間40は、+z方向に延びた第1区間45の端部より、メインブスバー20と並走して延びる。第2区間40は、y軸方向にメインブスバー20と平行に延設される。なお、メインブスバー20と第2区間40との間に絶縁材料が設けられてよい。
The
第3区間50(a、b)は、第2区間40の端部である分岐部48から分岐して延設され、パワーモジュール10の直流端子12(a、b)に接続される。一方の第3区間50aは、同相のアームを構成する一方のパワーモジュール10aに接続され、他方の第3区間50bは、他方のパワーモジュール10bに接続される。
The third section 50 (a, b) extends from the
パワーモジュール10aの直流端子12aに接続される第3区間50aは、まず、分岐部48から+x方向に延び、直流端子12aと同じx座標の位置で直流端子12aに向けて+y方向に折れて延びる。第3区間50aは、端子部55aを有し、端子部55aにおいて直流端子12aと接続される。
一方、パワーモジュール10bの直流端子12bに接続される第3区間50bは、分岐部48から−x方向に延び、直流端子12bと同じx座標の位置で直流端子12bに向けて+y方向に折れて延びる。第3区間50bは、端子部55bを有し、端子部55bにおいて直流端子12bと接続される。
The
On the other hand, the
以上の構成により、サブブスバー30は、連結部を通る、x軸方向に垂直な面に対して実質的に面対称な形状を有する。「実質的に面対称」とは、ブスバーの形状が厳密に面対称である場合のみではなく、インピーダンスが均等となる程度に対称な形状である場合も含む。
With the above configuration, the
図7は、電源ブスバー18による電磁誘導の効果を模式的に示す図である。平板ブスバーであるメインブスバー20とサブブスバー30は、間隔dの距離で対向する。メインブスバー20の+x方向と−x方向のそれぞれの端部には、図4(c)に示したように、電源となる整流ダイオード5と平滑コンデンサ6が接続されている。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the effect of electromagnetic induction by the power
メインブスバー20には、x軸方向(+x方向または−x方向)に電流が流れる。直流成分にかかる電流は、整流ダイオード5から供給されやすく、高周波の交流成分にかかる電流は、平滑コンデンサ6から供給されやすい。実施の形態に係る電力変換装置は、負荷の稼働状況に応じて周波数を変化させて負荷に電力を供給する。そのため、負荷の稼働状況によって、整流ダイオード5から供給される電流と平滑コンデンサ6から供給される電流値の比率は随時変化する。
A current flows through the
x軸方向に電流が流れるメインブスバー20に対し、対向するサブブスバー30には、+y方向の電流I1が流れているとする。電磁誘導の法則により、サブブスバー30の周囲には電流I1に起因する磁界が生じ、その磁界により、メインブスバー20には誘導電流I2が生じる。その結果、サブブスバー30の近傍では、メインブスバー20にy軸方向の成分を有する電流I21、I22が流れる。本発明者は、この誘導電流を利用することにより、複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子に流入する電流を均等化できることを見出した。
respect to the
図8は、第2区間40を有しない電源ブスバー18を流れる電流を示す模式図である。まず、図8を用いて本発明が解決しようとする電流の不均一について説明し、図9以降を用いて本発明の実施形態について説明する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a current flowing through the power
サブブスバー30は、連結部22と接続される第1区間45と、端子部55(a、b)でパワーモジュール(不図示)の直流端子に接続される第3区間50(a、b)を有する。しかし、メインブスバー20と並走する第2区間を有しない。メインブスバー20には、図7と同様に電源(不図示)が接続されており、サブブスバー30に向けて電流I21、I22が流れている。メインブスバー20を流れる電流は、連結部22を介して、第1区間45を流れる電流I0となり、分岐部48で分かれて、第3区間50aを流れる電流I11と第3区間50bを流れるI12となる。
The
分岐部48で分かれた電流I11、I12は、周囲を流れる電流により発生する磁界の影響を受け、その電流値の比率が変化する。第3区間50aを流れる電流I11は、その下のメインブスバー20を−x方向に流れる電流I21の影響を受けて、+x方向に電流が流れやすくなる。同様に電流I12は電流I22の影響を受け、−x方向に電流が流れやすくなる。
The currents I 11 and I 12 separated by the branching
メインブスバー20に接続する電源の特性などにより、連結部22に流れ込む電流I21、I22の値が異なってしまう場合がある。そうすると、第3区間に発生する誘導電流は、+x方向と−x方向で異なる。電流I0は分岐部48において均等に分配されず、パワーモジュールの直流端子に流れ込むI11とI12の大きさに差が生じてしまう。
Depending on the characteristics of the power source connected to the
図9は、第1の実施形態に係る電源ブスバー18を流れる電流を示す模式図である。図8の場合と異なり、サブブスバー30は、メインブスバー20に並走する第2区間40を有し、第1区間S1、第2区間S2、第3区間S3を有する。メインブスバー20を流れる電流I21、I22は、連結部22を介して、第1区間45を流れる電流I0となり、電流I0はメインブスバー20と並走する第2区間40を流れる。電流I0は分岐部48で分かれて、第3区間50aを流れる電流I11と第3区間50bを流れるI12となる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a current flowing through the power
第2区間40は、メインブスバー20と近接して並走し、メインブスバー20の第2区間40の下に位置する領域には、電流I0による誘導電流が大きく生じる。電流I0は+y方向に流れるため、誘導電流は−y方向に生じる。この誘導電流により、電源(不図示)からx軸方向に流れてくる電流は、連結部22に向かってy軸方向に曲げられることとなる。連結部22に流れ込む電流I21、I22の電流の絶対値が図8の場合と同じであれば、電流I21、I22のy成分が増加することで、そのx成分は図8の場合と比較して小さくなる。その結果、第3区間50a、bに生じるx軸方向の誘導電流は相対的に小さくなり、電流I21とI22の絶対値に差がある場合でも、分岐部48における電流の流れやすさは、x軸方向に関して差が生じにくくなる。これにより、電流I11とI12の差が小さくなり、パワーモジュールの直流端子に流れ込む電流が均等化される。
The
また、サブブスバー30が第2区間40を有することにより、メインブスバー20と第3区間50との距離をとるができる。図8のように、メインブスバー20と第3区間50とが近接している場合と比較して、電流I21、I22により第3区間50(a、b)に発生する誘導電流の値は小さくなり、電流I21とI22の絶対値が異なる場合であっても、電流I11とI12との差をさらに低減することができる。
Further, since the
図10(a)は、第1の実施形態の変形例に係る電源ブスバー18の下面図、図10(b)は、同側面図である。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
FIG. 10A is a bottom view of a
図10(b)に示すように、メインブスバー20は、L字形状の断面を有しており、xy平面に設けられる第1メインブスバー26と、xz平面に設けられる第2メインブスバー27とを備える。連結部22は、第1メインブスバー26に設けられる。
As shown in FIG. 10B, the
サブブスバー30の第2区間40は、第2メインブスバー27と平行に延設される。第3区間50は、第2区間40の端部である分岐部48から分岐して延設され、パワーモジュール10の直流端子12に接続される。
The
図11(a)、(b)は、図10(a)、(b)の電源ブスバー18を流れる電流を示す模式図である。図11(a)は、第2メインブスバー27の一部を切り取っている。第1の実施形態と同様、第2区間40に流れる電流I0により、第2区間40と近接する第2メインブスバー27には、誘導電流I20が生じる。誘導電流I20により、連結部22に流れ込む電流I21、I22は、−z方向に曲げられることとなる。その結果、電流I21、I22のx成分は小さくなり、分岐部48における電流の流れやすさは、x軸方向に関して差が生じにくくなる。これにより、第3区間を介してパワーモジュールの直流端子に流れこむ電流I11、I12を均等化することができる。
FIGS. 11A and 11B are schematic diagrams showing the current flowing through the power
(第2の実施形態)
図12(a)は、第2の実施形態に係る電源ブスバーの下面図であり、図12(b)は、同側面図である。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 12A is a bottom view of the power bus bar according to the second embodiment, and FIG. 12B is a side view thereof. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.
この電源ブスバー18は、サブブスバー30として、一組のサイドブスバー31、32を有する。メインブスバー20は、連結部23、24を有する。連結部23は一方のサイドブスバー31と連結され、連結部24は他方のサイドブスバー32と連結される。
The
サイドブスバー31は、第1区間46と、第2区間41と、第3区間51とを有する。サイドブスバー31は、第1の実施形態と異なり、一方のパワーモジュール10aの直流端子12aと接続される。第3区間51は、第2区間41の端部から+x方向に延び、直流端子12aと同じx座標の位置で直流端子12aに向けて+y方向に折れて延びる。第3区間51は、端子部56において直流端子12aと接続される。
The
他方のサイドブスバー32は、同様に、第1区間47と、第2区間42と、第3区間52とを有し、他方のパワーモジュール10bの直流端子12bと接続される。第3区間52は、第2区間42の端部から−x方向に延び、直流端子12bと同じx座標の位置で直流端子12bに向けて+y方向に折れて延びる。第3区間52は、端子部57において直流端子12bと接続される。
Similarly, the other
以上の構成により、サブブスバー30が含むサイドブスバー31と32とは、連結部23、24の中心を通る、第1の方向(x軸方向)に垂直な面に対して実質的に面対称な形状を有する。
With the above configuration, the side bus bars 31 and 32 included in the
図13は、第2の実施形態に係る電源ブスバー18における電流の流れを示す模式図である。第1の実施形態と同様、第2区間41、42には、電流I01、I02が+y方向に流れる。電流I01、I02により、メインブスバー20には−y方向の誘導電流が発生する。誘導電流により、連結部23、24に流れ込む電流I21、I22は、−y方向に曲げられる。その結果、電流I21、I22のx成分は小さくなり、サイドブスバー31、32の間で電流の流れやすさに差が生じにくくなる。これにより、サイドブスバー31、32を介してそれぞれのパワーモジュールの直流端子に流れこむ電流I11と電流I12を均等化することができる。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a current flow in the power
図14(a)は、第2の実施形態の変形例に係る電源ブスバーの下面図であり、図14(b)は、同側面図である。以下、第2の実施形態との相違点を中心に説明する。 FIG. 14A is a bottom view of a power bus bar according to a modification of the second embodiment, and FIG. 14B is a side view thereof. Hereinafter, the difference from the second embodiment will be mainly described.
第1の実施形態の変形例と同様、メインブスバー20は、L字形状の断面を有しており、xy平面に設けられる第1メインブスバー26と、xz平面に設けられる第2メインブスバー27とを備える。連結部23、24は、第1メインブスバー26に設けられている。
Similar to the modification of the first embodiment, the
サイドブスバー31、32の第2区間41、42は、第2メインブスバー27と平行に延設される。一方の第3区間51は、第2区間41の端部から+x方向に延び、直流端子12aと同じx座標の位置で直流端子12aに向けて+y方向に折れて延びる。他方の第3区間52は、第2区間42の端部から−x方向に延び、直流端子12bと同じx座標の位置で直流端子12bに向けて+y方向に折れて延びる。
The
図15(a)、(b)は、第2の実施形態の変形例に係る電源ブスバーにおける電流の流れを示す模式図である。第2区間41、42に流れる電流I01、I02により、第2区間41、42と近接する第2メインブスバー27には、誘導電流I20が生じる。誘導電流I20により、連結部23、24に流れ込む電流I21、I22は、−z方向に曲げられることとなる。その結果、電流I21、I22のx成分は小さくなり、サイドブスバー31、32の間で電流の流れやすさに差が生じにくくなる。これにより、サイドブスバー31、32を介してそれぞれのパワーモジュールの直流端子に流れこむ電流I11、I12の大きさを均等化することができる。
FIGS. 15A and 15B are schematic diagrams illustrating the flow of current in a power bus bar according to a modification of the second embodiment. Due to the currents I 01 and I 02 flowing in the
以上、本発明を実施形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。 In the above, this invention was demonstrated based on embodiment. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way. Hereinafter, such modifications will be described.
実施形態では、各相に対応するアーム7(U〜W)として、2個のパワーモジュール10が並列接続されていることとしたが、各相のアームとして用いるパワーモジュール10の個数は2個に限られない。
図16は、パワーモジュールを3個並列接続する場合の電源ブスバー18を示す模式図である。サブブスバー30は、分岐部48からx方向に延びる両端の第3区間50a、bに加え、中央の第3区間50cをさらに備える。
In the embodiment, the two
FIG. 16 is a schematic diagram showing the
中央の第3区間50cは、接続部60a、bを有し、接続部60a、bは、分岐部48からx方向の距離が互いに等しい位置でそれぞれ両端の第3区間50a、bに接続される。一方の接続部60aから+y方向に延び−x方向に折れて延びる部位62aと、他方の接続部60bから+y方向に延び+x方向に折れて延びる部位62bは、分岐部48とx座標が同じ位置に設けられる合流部61にて合流する。合流部61から+y方向に延びた先に端子部55cが設けられ、端子部55cにパワーモジュールの直流端子が接続される。以上の構成により、図16に示すサブブスバー30は、分岐部48を通るx軸方向に垂直な面に対して実質的に面対称な形状を有する。
The central
図17は、図16に示すサブブスバー30を流れる電流を示す模式図である。第2区間S2を流れてきた電流I0は、両端の第3区間50a、bに分配された電流I01、I02となり、x方向に流れてそれぞれ接続部60a、bに達する。電流I01、I02の一部は、接続部60a、bで+y方向に分岐して流れる電流I31、I32となり、合流部61にて合流した電流I13となって中央の端子部55cに流れ込む。電流I01、I02の残りは、電流I11、I12となって、それぞれ両端の端子部55a、bに流れ込む。
FIG. 17 is a schematic diagram showing a current flowing through the
このとき、分岐部48で分配される電流I01、I02は、第1の実施形態と同様、サブブスバー30が第2区間S2を有することにより均等化され、x方向に流れて接続部60a、bに達する。接続部60a、bに達した電流I01、I02は、接続部60a、bをそのままx方向に流れようとするため、+y方向に分岐する電流I31、I32のそれぞれは、x方向に流れて両端の端子部55a、bに達する電流I11、I12のそれぞれと比較して小さくなる。しかし、中央の端子部55cに流れる電流I13は、+y方向に分岐した電流I31、I32の合計値であるため、両端の端子部55a、bに流れる電流I11、I12とを近い値とすることができる。したがって、図16、17に示すサブブスバー30を用いることにより、並列接続する3個のパワーモジュールのそれぞれの直流端子に流れ込む電流を均等化することができる。
At this time, the currents I 01 and I 02 distributed by the branching
なお、図16に示す中央の第3区間50cは、第2の実施形態に係る両端の第3区間50a、bに接続することにより、並列接続する3個のパワーモジュールに電力を供給する電源ブスバーとして用いてもよい。同様に、第1、第2の実施形態の変形例に係る第3区間51、52に中央の第3区間50cを接続して用いてもよい。
The central
図18は、パワーモジュールを4個並列接続する場合のサブブスバー30を示す模式図である。第2区間S2からの延びる第3区間S3aに、2つの第3区間S3b、S3cをそれぞれさらに設ける。このとき、第1の実施形態と同様に、x軸方向に対する電流の流れやすさに差が生じにくくなるため、並列接続した4個のパワーモジュールに流れ込む電流を均等化できる。また、図18の2つの第3区間S3b、S3cの先に第3区間を繰り返し設けることで、2のべき乗個のパワーモジュールを並列接続させた電力変換装置に用いることもできる。
FIG. 18 is a schematic diagram showing the
さらに、図16に示すサブブスバー30と、図18の第3区間S3bを組み合わせることにより、その他の個数のパワーモジュールを並列接続させた電力変換装置に用いることもできる。例えば、図16の端子部55a〜cに、図18の第3区間S3bをそれぞれ設けることで、6個のパワーモジュールを並列接続させたり、図16の端子部55a〜cに、図16の第3区間をそれぞれ設けることで、9個のパワーモジュールを並列接続させたりすることができる。なお、電源ブスバーとして用いる第3区間の組合せや繰り返しの回数はこれらに限られず、並列接続させるパワーモジュールの個数に応じて適宜変更できることは、当業者に理解されるところである。
Furthermore, by combining the
また、実施形態では図2に示すように上アーム7Pを構成するP側半導体スイッチ8Pと、下アーム7Nを構成するN側半導体スイッチ8Nとが1個のパワーモジュール10に含まれる場合について説明したが、P側半導体スイッチ8PとN側半導体スイッチ8Nとが別個のパワーモジュール10に含まれる場合に対しても適用が可能である。
In the embodiment, as shown in FIG. 2, the case where the P-
実施形態では、パワーモジュール10に含まれる半導体スイッチ8としてIGBTを用いたものを紹介したが、その他、電界効果トランジスタ(FET)、バイポーラトランジスタ、サイリスタなどその他の半導体スイッチおよびそれらを組み合わせたものに対しても適用することが可能である。
In the embodiment, the semiconductor switch 8 included in the
実施形態では電源ブスバーを電力変換装置に用いる場合について説明したが、本発明に係る電源ブスバーの用途は、これに限られない。電気機器が備える電子部品等に対し、電源からの電流を均等に分配するための電源ブスバーとして用いることもできる。 In the embodiment, the case where the power bus bar is used in the power conversion device has been described. However, the application of the power bus bar according to the present invention is not limited thereto. It can also be used as a power bus bar for evenly distributing the current from the power source to the electronic components and the like provided in the electrical equipment.
1…電力変換装置、4…電源、5…整流ダイオード、6…平滑コンデンサ、7…アーム、10…パワーモジュール、12…直流端子、18…電源ブスバー、20…メインブスバー、30…サブブスバー、40…第2区間、45…第1区間、50…第3区間。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
当該電源ブスバーは、
連結部を有し、前記複数のパワーモジュールと対向して前記第1の方向に延設されるメインブスバーと、
前記連結部と、前記複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子とを接続するサブブスバーと、
を備え、
前記サブブスバーは、
前記連結部を介して、前記メインブスバーからの電力を伝達する第1区間と、
前記メインブスバーと並走し、前記第1区間からの電力を伝達する第2区間と、
前記複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子に対し、前記第2区間からの電力を分けて伝達する第3区間と、
を有することを特徴とする電源ブスバー。 A power bus bar connected to an arm of a power converter, wherein the arm includes a plurality of power modules to be juxtaposed in a first direction and electrically connected in parallel;
The power bus bar is
A main bus bar having a connecting portion and extending in the first direction to face the plurality of power modules;
A sub bus bar for connecting the connecting portion and each DC terminal of the plurality of power modules;
With
The sub bus bar is
A first section for transmitting power from the main bus bar through the connecting portion;
A second section that runs parallel to the main bus bar and transmits power from the first section;
A third section for separately transmitting power from the second section to the DC terminals of the plurality of power modules;
A power bus bar characterized by comprising:
前記第2区間は、前記第1の方向と垂直な方向に延設されることを特徴とする請求項1に記載の電源ブスバー。 The sub bus bar has a shape substantially plane-symmetric with a plane passing through the connecting portion and perpendicular to the first direction,
The power bus bar according to claim 1, wherein the second section extends in a direction perpendicular to the first direction.
一方のサイドブスバーは、当該サイドブスバーの第2区間から対応するパワーモジュールの直流端子に対して電力を伝達する第3区間を有し、
他方のサイドブスバーは、当該サイドブスバーの第2区間から前記対応するパワーモジュールとは異なるパワーモジュールの直流端子に対して電力を伝達する第3区間を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電源ブスバー。 The sub bus bar includes a set of side bus bars each having the first section and the second section;
One side bus bar has a third section for transmitting power from the second section of the side bus bar to the DC terminal of the corresponding power module,
The other side bus bar has a third section for transmitting electric power from a second section of the side bus bar to a DC terminal of a power module different from the corresponding power module. The power bus bar according to any one of the above.
前記上アームに接続される上側電源ブスバーと、
前記下アームに接続される下側電源ブスバーと、
を備え、
前記上アームと前記下アームの少なくとも一方は、第1の方向に並置され電気的に並列接続されるべき複数のパワーモジュールを含み、
前記上側電源ブスバーと前記下側電源ブスバーの少なくとも一方が請求項1から4のいずれかに記載の前記電源ブスバーであることを特徴とする電力変換装置。 An upper arm and a lower arm,
An upper power bus bar connected to the upper arm;
A lower power bus bar connected to the lower arm;
With
At least one of the upper arm and the lower arm includes a plurality of power modules that are juxtaposed in a first direction and are to be electrically connected in parallel.
5. The power converter according to claim 1, wherein at least one of the upper power bus bar and the lower power bus bar is the power bus bar according to claim 1.
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