本發(fā)明涉及使用功率半導體開關元件的功率轉換裝置和電梯。

背景技術：

目前，對于電梯等可變速驅動，一般采用經由逆變器等轉換器將直流轉換成可變頻的交流，來進行電動機驅動的方法。近年來，逆變器的功率半導體開關元件中，隨著開關速度的高速化、低損耗化發(fā)展,通過使功率模塊變得低損耗，從而能夠實現轉換器的冷卻器等周邊設備的小型化。

主電路電壓在進行開關時的突增即突增電壓ΔV由ΔV＝Ldi/dt來確定，因此存在隨著開關速度即di/dt提高，突增電壓ΔV也會增加的權衡關系。因此，為了將突增電壓ΔV抑制得較小，隨著開關的高速化，同時還要求降低主電路電感分量(L)。

此處，為了減小突增電壓ΔV，還可以采用為了減小di/dt即降低速度，而增大電容分量的對策然而，由于近年來低損耗設備的普及導致實現冷卻器的小型化，其結果是在功率轉換裝置的體積中，連接至轉換器的直流側的平滑電容器占據較大的比例，需要通過優(yōu)化平滑電容器的容量來實現小型化，難以增大電容器分量。此外，根據通過開關高速化能實現低損耗以及小型化的觀點，還需要開關速度不變，使主電路電感降低。

因此，為了降低突增電壓，實施例如如專利文獻1那樣，通過在開關模塊的附近、P-N間使用緩沖電路來吸收突增電壓的對策。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2010－98846號公報

技術實現要素：

發(fā)明所要解決的技術問題

然而，即使設置緩沖電路，由于轉換器的直流側的平滑電容器、緩沖電路中的緩沖電容器、和連接兩者間的導體導致存在電流環(huán)路。而且，在導體中存在電感分量，因此會發(fā)生該電流環(huán)路成為LC諧振路徑，主電路PN間電壓波動的問題。緩沖電路的緩沖電容器越小，則上述問題變得越顯著

本發(fā)明的目的是在將直流轉換成交流的功率轉換裝置和使用該功率轉換裝置的電梯中，抑制在連接至直流的平滑電容器和緩沖電路的緩沖電容器之間形成的LC諧振路徑所引起的電壓波動。

解決技術問題的技術方案

本發(fā)明的功率轉換裝置包括：例如連接在直流的高電壓側和低電壓側之間的第一電容器、與所述第一電容器并聯連接的功率半導體模塊、與所述功率半導體模塊并聯連接并且容量比所述第一電容器更小的第二電容器、以及將所述功率半導體模塊和所述第一電容器之間連接的導體，其特征在于，具有在所述功率半導體模塊的端子、所述導體的端子和所述第二電容器的端子重疊的狀態(tài)下進行固定的螺釘，并且在從所述第二電容器經由所述導體流向所述第一電容器的電流路徑上，流過所述第二電容器的端子的電流的方向與流過所述導體的端子的電流的方向相對。

此外，本發(fā)明的電梯具有例如所述功率轉換裝置、以從所述功率轉換裝置輸出的交流電壓驅動的電動機、以及由所述電動機驅動并且在升降通道內升降的轎廂。

發(fā)明效果

根據本發(fā)明，在緩沖電容器端子和布線導體端子部產生互感，從而能降低LC諧振路徑的阻抗，因此能抑制由LC諧振路徑引起的電壓波動。

附圖說明

圖1是第1實施例的功率轉換裝置的簡要結構。

圖2是第1實施例的功率轉換裝置的功率半導體模塊端子部的簡要結構。

圖3是第1實施例的功率轉換裝置的電路圖。

圖4是比較例的功率轉換裝置的簡要結構。

圖5是比較例的功率轉換裝置的功率半導體模塊端子部的簡要結構。

圖6是比較例的功率轉換裝置的電路圖。

圖7是第2實施例的功率轉換裝置的簡要結構。

圖8是第2實施例的功率轉換裝置的電路圖。

圖9是第3實施例的功率轉換裝置的簡要結構。

圖10是第3實施例的功率轉換裝置的電路圖。

具體實施方式

對于本發(fā)明的實施例，參照附圖進行說明。此外，在各圖和各實施例中，在相同或者類似的結構要素上標注相同的標號，省略說明。

實施例1

圖1是第1實施例的功率轉換裝置的簡要結構。圖1(b)是俯視圖，圖1(a)是從上方觀察圖1(b)的側視圖，圖1(c)是從下方觀察圖1(b)的側視圖。圖3是第1實施例的功率轉換裝置的電路圖。

如圖1、圖3所示，第1實施例的功率轉換裝置包括例如，連接在直流的高電壓側(P側)和低電壓側(N)側之間的平滑電容器131(第一電容器)、與平滑電容器131并聯連接的功率半導體模塊101、與功率半導體模塊101并聯連接的容量比濾波器電容器131更小的緩沖電容器141(第二電容器)、以及將功率半導體模塊101和平滑電容器131之間連接的導體(P側布線導體111和N側布線導體121)。

功率半導體模塊101中，雖然示出了使用MOSFET元件作為功率半導體開關元件的示例，但只要是高速、低損耗開關，則也可采用在MOSFET元件的漏極－源極間連接二極管的結構、使用IGBT和二極管的結構等。此外，也可以使用其他的功率半導體設備。

此處，如圖1、圖3所示，功率半導體模塊101包括功率半導體開關元件、連接至直流的高電壓側的端子即P端子104、連接至直流的低電壓側的端子即N端子102、以及連接至交流側的端子即輸出端子103。平滑電容器131具有連接至直流的高電壓側的端子即平滑電容器端子134、和連接至直流的低電壓側的端子即平滑電容器端子132。P側布線導體111具有P側布線導體端子114作為其端子。P側布線導體111具有P側布線導體端子114作為其端子。緩沖電容器141具有緩沖電路的作用，并且具有緩沖電容器端子144和142作為其端子。此外，還設置對功率半導體模塊101進行冷卻的冷卻器106。

在功率半導體模塊101上，在P端子104和緩沖電容器端子144之間夾有P側布線導體端子114，并使用螺釘154來連接并固定緩沖電容器141和P側布線導體111。并且，通過將平滑電容器端子134和P側布線導體111連接，從而平滑電容器131經由P側布線導體111與功率半導體模塊101的P端子104連接。相同地，在功率半導體模塊101上，在N端子102和緩沖電容器端子142之間夾有N側布線導體端子122，并使用螺釘152來連接并固定緩沖電容器141和N側布線導體121。并且，通過將平滑電容器端子132和N側布線導體121連接，從而平滑電容器131經由N側布線導體121與功率半導體模塊101的N端子102連接。此外，在P側布線導體111和N側布線導體121之間用絕緣體161絕緣。

圖2是第1實施例的功率轉換裝置的功率半導體模塊端子部的簡要結構。圖2(a)示出與圖1(a)對應的端子部的安裝結構，圖2(b)和圖2(c)示出與圖1(c)對應的端子部的安裝結構。

如圖2(a)所示，在第1實施例中，功率半導體模塊101的P端子104和P側布線導體111的P側布線導體端子114和緩沖電容器141的緩沖電容器端子144在重疊的狀態(tài)下被螺釘固定，并且該配置是在從緩沖電容器141經由P側布線導體111流向平滑電容器131的電流路徑上，流過緩沖電容器端子144的電流方向與流過P側布線導體端子114的電流方向相對的配置。在圖2(b)和圖2(c)中，僅P側與N側不同，呈與圖2(a)基本相同的結構，是在從緩沖電容器141經由N側布線導體121流向平滑電容器131的電流路徑上，流過緩沖電容器端子142的電流方向與流過N側布線導體端子122的電流方向相對的配置。

接著，對于第1實施例的結構和效果使用比較例進行說明。圖4是比較例的功率轉換裝置的簡要結構，是與圖1對應的圖。圖5是比較例的功率轉換裝置的功率半導體模塊端子部的簡要結構，是與圖2(b)對應的圖。圖4是比較例的功率轉換裝置的電路圖，是與圖3對應的圖。

如圖4至圖6所示，在比較例中與第1實施例不同的部分是緩沖電容器141設置在與功率半導體模塊101重疊的位置，如圖5所示，在從緩沖電容器141經由N側布線導體121流向平滑電容器131的電流路徑上，呈流過緩沖電容器端子142的電流方向與流過N側布線導體端子122的電流方向不相對的配置。此外，雖然未圖示，但是從緩沖電容器141經由P側布線導體111流向平滑電容器131的電流路徑上，也呈流過緩沖電容器端子144的電流方向與流過P側布線導體端子114的電流方向不相對的配置。

如圖3、圖6所示，第1實施例的情況與比較例的情況都在平滑電容器131和緩沖電容器141之間形成經由具有電感111a的P側布線導體111、具有電感114a的P側布線導體端子114、具有電感144a的緩沖電容器端子144、具有電感142a的緩沖電容器端子142、具有電感122a的N側布線導體端子122、以及具有電感121a的N側布線導體121流過的電流環(huán)路所產生的LC諧振路徑。

此時，在第1實施例中，如圖2(b)和圖3所示，在從緩沖電容器141經由N側布線導體121流向平滑電容器131的電流路徑上，呈流過緩沖電容器端子142的電流方向與流過N側布線導體端子122的電流方向相對的配置，即在端子部分具有電流折返路徑，因此能獲得互感的效果，從而能抑制LC諧振路徑的阻抗。由此，能抑制功率半導體101的PN間電壓VPN的電壓波動。此外，雖然此處對于圖2(b)的N側進行了說明，但是圖2(a)的P側也相同。

特別是如圖2所示，在用螺釘152、154固定緩沖電容器端子142、144與N側布線導體端子122以及P側布線導體端子114的情況下，在緩沖電容器端子142、144與N側布線導體端子122以及P側布線導體端子114的接觸面產生間隙。由此，在先前說明的端子部分形成電流折返路徑。

并且，在第1實施例中，如圖2(c)所示，通過將緩沖電容器141配置在N側布線導體121上，從而流過緩沖電容器141內的電流方向與流過N側布線導體121的電流方向相對，即使在緩沖電容器141和N側布線導體121之間與端子部相同地也能獲得互感效果，能抑制LC諧振路徑的阻抗，能抑制功率半導體101的PN間電壓VPN的電壓波動。

此外，在第1實施例中，緩沖電容器141配置成與N側布線導體121和P側布線導體111重疊，并且在平滑電容器131和緩沖電容器141之間夾有N側布線導體121和P側布線導體111。由此，不需要如圖4那樣，將緩沖電容器141重疊在功率半導體模塊101上來安裝。

此外，能將功率半導體模塊101的驅動電路安裝在功率半導體模塊101上，在該情況下，能獲得抑制在高速驅動時成為問題的由驅動電路布線引起的誤動作、小型化等效果。

此外，在第1實施例中，雖然對在功率半導體模塊101的端子(N端子102、P端子104)和緩沖電容器141的端子(緩沖電容器端子142、144)之間夾有導體端子(N側布線導體端子122、P側布線導體端子114)的狀態(tài)下利用螺釘154、152固定的示例進行了說明，但是不限于該順序，也可以用功率半導體模塊101的端子(N端子102、P端子104)與導體的端子(N側布線導體端子122、P側布線導體端子114)夾住緩沖電容器141的端子(緩沖電容器端子142、144)，從而在端子部分形成電流折返路徑來獲得互感效果。

實施方式2

圖7是第2實施例的功率轉換裝置的簡要結構，是與圖1對應的圖。圖8是第2實施例的功率轉換裝置的電路圖，是與圖3對應的圖。

第2實施例中，第1實施例的功率半導體模塊101夾著平滑電容器131進行并聯，從而與一方構成將直流轉換成交流的逆變器，另一方構成將交流轉換成直流的整流器的情況相當。在該情況下，將P側布線導體111與N側布線導體121進行共用。即使在該情況下，也能獲得與第1實施例相同的效果。

此外，在如第2實施例那樣并聯的情況下，雖然LC諧振路徑也形成在流過平滑電容器131和緩沖電容器441之間的電流環(huán)路，但是與第1實施例相同地即使在上述的路徑上，也通過與第1實施例相同地構成來獲得互感效果，從而獲得與第1實施例相同的效果。

在圖7和圖8中，功率半導體模塊401、N端子402、輸出端子403、P端子404、冷卻器406、P側布線導體111和其電感111b、P側布線導體端子414和其電感414a、N側布線導體121和其電感121b、N側布線導體端子422和其電感422a、緩沖電容器441、緩沖電容器端子442和其電感442a、緩沖電容器端子444和其電感444a、螺釘452、454與第1實施例基本相同，因此省略說明。

實施方式3

圖9是第3實施例的功率轉換裝置的簡要結構，是與圖1對應的圖。圖10是第3實施例的功率轉換裝置的電路圖，是與圖3對應的圖。

第3實施例是將第2實施例設為三相逆變器、整流器的結構，并且能獲得與第1實施例和第2實施例相同的效果。此外，在第3實施例中，雖然將平滑電容器131、231、331并聯連接，但是平滑電容器也可以是串聯連接，此外，也可以是組合并聯和串聯的結構。此外，并聯和串聯的個數不進行特別限制。

在第3實施例中，與第2實施例相同，雖然存在多個LC諧振路徑，但是能獲得與第1實施例和第2實施例相同的效果。

在圖9和圖10中，功率半導體模塊101、201、301、401、501、601；N端子102、202、302、402、502、602；輸出端子103、203、303、403、503、603；P端子104、204、304、404、504、604；冷卻器106、206、306、406、506、606；P側布線導體111和其電感111a、111b；P側布線導體端子114、214、314、414、514、614和其電感114a、214a、314a、414a、514a、614a；N側布線導體121和其電感121a、121b；N側布線導體端子122、222、322、422、522、622和其電感122a、222a、322a、422a、522a、622a；平滑電容器131、231、331；平滑電容器端子132、134、232、234、332、334；緩沖電容器141、241、341、441、541、641；緩沖電容器端子142、144、242、244、342、344、442、444、542、544、642、644和其電感142a、144a、242a、244a、342a、344a、442a、444a、542a、544a、642a、644a；螺釘152、154、252、254、352、354、452、454、552、554、652、654與第1實施例和第2實施例基本相同，因此省略說明。

實施方式4

第4實施例是將從第1實施例到第3實施例中的任意一個說明的功率轉換裝置適用于電梯的實施例。第4實施例的電梯具有從第1實施例至第3實施例中的任意一個說明的功率轉換裝置、以從該功率轉換裝置輸出的交流電壓驅動的電動機、以及由該電動機驅動并且在升降通道內升降的轎廂。除此以外，也可以具有經由轎廂和主曳引繩連接的對重、由電動機驅動且卷繞主曳引繩的曳引機等。在第4實施例說明的結構與一般的電梯基本相同，因此省略詳細的說明。

以上，雖然對本發(fā)明的實施例進行了說明，但至此為止的各實施例所說明的結構最多只是一個示例，本發(fā)明能在不脫離技術思想的范圍內進行適當變更。此外，對于各個實施例中所說明的結構只要不相互矛盾，就能進行組合來使用。

標號說明

100、200、300、400、500、600…功率轉換電路

101、201、301、401、501、601…功率半導體模塊

102、202、302、402、502、602…N端子

103、203、303、403、503、603…輸出端子

104、204、304、404、504、604…P端子

106、206、306、406、506、606…冷卻器

111…P側布線導體

114、214、314、414、514、614…P側布線導體端子

121…N側布線導體

122、222、322、422、522、622…N側布線導體端子

131、231、331…平滑電容器

132、134、232、234、332、334…平滑電容器端子

141、241、341、441、541、641…緩沖電容器

142、144、242、244、342、344、442、444、542、544、642、644···緩沖電容器端子

152、154、252、254、352、354、452、454、552、554、652、654···螺釘

161…絕緣體

111a、111b、114a、121a、121b、122a、142a、144a、214a、222a、242a、244a、314a、322a、342a、344a、414a、422a、442a、444a、514a、522a、542a、544a、614a、622a、642a、644a…電感