(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の電力変換ユニットと複数のトランスとを有し、電力変換ユニットと電力変換ユニットとの間の熱干渉や複数の電力変換ユニットと複数のトランスとの間の熱干渉を低減し、冷却フィンを小型化する電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、１次側電力変換ユニット１０１ａ、１０１ｂと、高周波トランス１５ａ、１５ｂと、２次側電力変換ユニット１０２ａ、１０２ｂと、を有する複数のコンバータセルを接続する。１次側電力変換ユニット１０１ａ、１０１ｂ、高周波トランス１５ａ、１５ｂ、２次側電力変換ユニット１０２ａ、１０２ｂは、この順に、冷却媒体の入口部から冷却媒体の出口部に向かって、一方向に設置される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側電力変換ユニットと、高周波トランスと、２次側電力変換ユニットと、を有する複数のコンバータセルを接続する電力変換装置であって、
前記１次側電力変換ユニット、前記高周波トランス、前記２次側電力変換ユニットは、この順に、冷却媒体の入口部から冷却媒体の出口部に向かって、一方向に設置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記冷却媒体が、冷却風であり、
高さ方向に隣り合う２つのコンバータセルの間には、前記１次側電力変換ユニットを冷却する冷却風と前記２次側電力変換ユニットを冷却する冷却風とを分流する風向板を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記１次側電力変換ユニットの配線は、電力変換装置の前面スペースに設置され、前記２次側電力変換ユニットの配線は、電力変換装置の後面スペースに設置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記１次側電力変換ユニットは、冷却フィンとコンデンサとを有し、前記２次側電力変換ユニットは、冷却フィンとコンデンサとを有し、
前記１次側電力変換ユニットでは、下方にコンデンサ、上方に冷却フィンが、それぞれ設置され、前記２次側電力変換ユニットでは、上方にコンデンサ、下方に冷却フィンが、それぞれ設置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記１次側電力変換ユニットは、ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子とＤＣ／ＡＣパワー半導体素子とを有し、前記ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンと前記ＤＣ／ＡＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンとを有し、
前記ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンの表面積は、前記ＤＣ／ＡＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンの表面積よりも、小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記２次側電力変換ユニットは、ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子とＤＣ／ＡＣパワー半導体素子とを有し、前記ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンと前記ＤＣ／ＡＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンとを有し、
前記ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンの表面積は、前記ＤＣ／ＡＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンの表面積よりも、小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項５に記載の電力変換装置であって、
前記ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンの外形寸法は、前記ＤＣ／ＡＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンの外形寸法よりも、小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項６に記載の電力変換装置であって、
前記ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンの外形寸法は、前記ＤＣ／ＡＣパワー半導体素子を冷却する冷却フィンの外形寸法よりも、小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記冷却媒体が、冷却風であり、
前面と後面とに、冷却風が流通する開口部を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記冷却媒体が、冷却風であり、
前面と後面とには、冷却風が流通する吸気口となる開口部を有し、上部には前記冷却風を排気する開口部を有することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電力変換装置は、その主要部品であるパワー半導体素子の技術革新により、より高速なスイッチング（ＳＷ（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ））動作を実現し、このパワー半導体素子が発する損失（ＳＷ損失）を低減させる。これにより、特に、パワー半導体素子に隣接して設置される冷却器（冷却フィン）を小型化することができ、その結果、電力変換装置を小型化することができる。また、ＳＷ損失を低減することにより、電力変換装置の効率を、向上させることができる。
【０００３】
例えば、ＳｉＣやＧａＮなどのワイドバンドギャップデバイス（パワー半導体素子）では、電子飽和速度が、Ｓｉに対して、約２倍以上、速いことから、より高速なＳＷ動作を実現し、ＳＷ損失を低減させ、更に、高周波インバータＳＷ動作を実現することができる。
【０００４】
また、特に、産業向けの電力変換装置は、システムを高効率化するため、システム電圧を高耐圧化する。システム電圧を高耐圧化することにより、同一電力における電流・同通損失を低減することができ、システムを高効率化することができる。
【０００５】
ただし、パワー半導体素子の耐圧には制限があることから、電力変換装置は、パワー半導体素子を有する電力変換ユニットを、複数、直列に接続し、システム電圧を高耐圧化する。
【０００６】
こうした本技術分野の背景技術として、国際公開番号ＷＯ２０１８／１７３３７９号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、第１の主回路基板が収容される第１の区画と、冷却風が通風する通風径路を有する第２の区画と、第２の主回路基板が収容される第３の区画と、を形成する筐体を有し、第１のキャパシタの電気端子と、第１の半導体素子の電気端子とが、第１の区画に収納され、第１のキャパシタの少なくとも一部と第１のヒートシンクの少なくとも一部とが、第２の区画に露出し、第２のキャパシタの電気端子と、第２の半導体素子の電気端子とが、第３の区画に収納され、第２のキャパシタの少なくとも一部と第２のヒートシンクの少なくとも一部とが、第２の区画に露出する電力変換装置が記載されている（要約参照）。
【０００７】
また、特許文献１には、各電力変換装置の後方に排気路が形成され、冷却風は各電力変換装置の前面から吸入されることが記載されている（００４１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２０１８／１７３３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、複数の電力変換ユニットを有する電力変換装置を小型化するためには、電力変換ユニットと電力変換ユニットとの間の熱干渉を低減し、各電力変換ユニットに設置される冷却フィンを小型化する必要がある。また、複数のトランスを有する電力変換装置成では、冷却フィンを小型化するためには、複数の電力変換ユニットと複数のトランスとの間の熱干渉を低減する必要がある。
【００１０】
一方、特許文献１には、冷却風を使用して、電力変換装置を前面から後方に冷却することが記載されている。しかし、特許文献１には、こうした電力変換ユニットと電力変換ユニットとの間の熱干渉の低減や複数の電力変換ユニットと複数のトランスとの間の熱干渉の低減については、記載されていない。
【００１１】
そこで、本発明は、複数の電力変換ユニットと複数のトランスとを有し、電力変換ユニットと電力変換ユニットとの間の熱干渉や複数の電力変換ユニットと複数のトランスとの間の熱干渉を低減し、冷却フィンを小型化する電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記する課題を解決するため、本発明の電力変換装置は、１次側電力変換ユニットと、高周波トランスと、２次側電力変換ユニットと、を有する複数のコンバータセルを接続する電力変換装置であって、１次側電力変換ユニット、高周波トランス、２次側電力変換ユニットは、この順に、冷却媒体（例えば、冷却風）の入口部から冷却媒体（例えば、冷却風）の出口部に向かって、一方向に設置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の電力変換ユニットと複数のトランスとを有し、電力変換ユニットと電力変換ユニットとの間の熱干渉や複数の電力変換ユニットと複数のトランスとの間の熱干渉を低減し、冷却フィンを小型化する電力変換装置を提供することができる。
【００１４】
なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、下記する実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１に記載する電力変換装置１を説明する説明図である。
【図２】実施例１に記載するコンバータセル２０を説明する説明図である。
【図３】実施例１に記載する１次側系統電圧ＶＳ１及び２次側系統電圧ＶＳ２の電圧波形を説明する説明図である。
【図４】実施例１に記載する電力変換装置１の設置構造を説明する説明図である。
【図５】実施例１に記載する電力変換装置１の設置構造の側面を説明する説明図である。
【図６】実施例１に記載するコンバータセル２０を前面から斜視的に説明する説明図である。
【図７】実施例１に記載するコンバータセル２０を後面から斜視的に説明する説明図である。
【図８】実施例２に記載する電力変換装置１の設置構造を説明する説明図である。
【図９】実施例２に記載する電力変換装置１の設置構造の側面を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を使用して、本発明の実施例を説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合は、その説明を省略する場合がある。
【実施例１】
【００１７】
まず、実施例１に記載する電力変換装置１を説明する。
【００１８】
図１は、実施例１に記載する電力変換装置１を説明する説明図（ブロック図）である。
【００１９】
実施例１に記載する電力変換装置１は、Ｎ台のコンバータセル２０−１〜２０−Ｎを有する。そして、各々のコンバータセル２０−ｋ（但し、ｋは段数番号であり、１≦ｋ≦Ｎ）は、一対の１次側端子２５と２６、一対の２次側端子２７と２８を有する。
【００２０】
そして、各々のコンバータセル２０−ｋは、交直変換器（パワー半導体素子）１１、交直変換器（パワー半導体素子）１２、交直変換器（パワー半導体素子）１３、交直変換器（パワー半導体素子）１４、を有する。
【００２１】
交直変換器（パワー半導体素子）１１は、１次側電源系統３１から交流電圧（１次側系統電圧ＶＳ１）を供給し、この交流電圧を直流電圧に変換する第１の交直変換器（１次側変換器）である。
【００２２】
交直変換器（パワー半導体素子）１２は、第１の交直変換器により変換された直流電圧を交流電圧に変換する第２の交直変換器（１次側変換器）である。
【００２３】
交直変換器（パワー半導体素子）１３は、第２の交直変換器により変換された交流電圧を直流電圧に変換する第３の交直変換器（２次側変換器）である。
【００２４】
交直変換器（パワー半導体素子）１４は、第３の交直変換器により変換された直流電圧を交流電圧（２次側系統電圧ＶＳ２）に変換し、この交流電圧を２次側電源系統３２に供給する第４の交直変換器（２次側変換器）である。
【００２５】
更に、各々のコンバータセル２０−ｋは、高周波トランス１５（絶縁トランス）と、コンデンサ１７（第１のコンデンサ）と、コンデンサ１８（第２のコンデンサ）と、を有する。
【００２６】
高周波トランス１５（トランス）は、交直変換器１２と交直変換器１３との間に接続され、コンデンサ１７は、交直変換器１１と交直変換器１２との間に接続され、コンデンサ１８は、交直変換器１３と交直変換器１４との間に接続される。
【００２７】
そして、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの１次側端子２５と２６とは、順次、互いに直列に接続され、これら直列回路に、１次側電源系統３１が接続される。同様に、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの２次側端子２７と２８とは、順次、互いに直列に接続され、これら直列回路に、２次側電源系統３２が接続される。
【００２８】
コンバータセル２０−１〜２０−Ｎは、１次側端子２５と２６及び２次側端子２７と２８の間で、双方向又は一方向に電力を伝送する。
【００２９】
１次側電源系統３１及び２次側電源系統３２は、誘導性インピーダンスやフィルタリアクトルを有する。また、１次側電源系統３１及び２次側電源系統３２は、例えば、商用電源系統や太陽光発電系統などの様々な発電設備の系統、及び、モータなどの様々な受電設備の系統である。
【００３０】
１次側電源系統３１の電圧を１次側系統電圧ＶＳ１とし、２次側電源系統３２の電圧を２次側系統電圧ＶＳ２とする。１次側系統電圧ＶＳ１及び２次側系統電圧ＶＳ２は、振幅及び周波数が相互に独立している。電力変換装置１は、１次側電源系統３１と２次側電源系統３２との間で、双方向又は一方向に電力を伝送する。
【００３１】
１次側電源系統３１の一対の端子のうち、一方を１次側基準端子３３と、他方を端子３５とし、２次側電源系統３２の一対の端子のうち、一方を２次側基準端子３４と、他方を端子３６とする。１次側基準端子３３は、１次側基準電位が現れる端子であり、２次側基準端子３４は、２次側基準電位が現れる端子である。
【００３２】
実施例１では、１次側基準電位及び２次側基準電位は、例えば、接地電位であるが、１次側基準電位及び２次側基準電位は、必ずしも接地電位でなくてもよい。
【００３３】
そして、１次側基準端子３３は、コンバータセル２０−１の１次側端子２５に接続され、端子３５は、コンバータセル２０−Ｎの２次側端子２６に接続される。また、２次側基準端子３４は、コンバータセル２０−Ｎの２次側端子２８に接続され、端子３６は、コンバータセル２０−１の２次側端子２７に接続される。
【００３４】
次に、実施例１に記載するコンバータセル２０を説明する。
【００３５】
図２は、実施例１に記載するコンバータセル２０を説明する説明図（回路図）である。
【００３６】
交直変換器１１、交直変換器１２、交直変換器１３、交直変換器１４は、各々、Ｈブリッジ状に接続された４個のスイッチング素子と、これら４個のスイッチング素子に、各々、逆並列に接続されたＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）と、を有する（共に、符号なし）。なお、実施例１では、これら４個のスイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
【００３７】
コンデンサ１７の両端の間に現れる電圧を、１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１（１次側直流電圧）とし、１次側端子２５と２６との間に現れる電圧を、１次側ＡＣ端子間電圧ＶＵ１ｋとする。
【００３８】
コンデンサ１８の両端の間に現れる電圧を、２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２（２次側直流電圧）とし、２次側端子２７と２８との間に現れる電圧を、２次側ＡＣ端子間電圧ＶＵ２ｋとする。
【００３９】
交直変換器１１は、１次側ＡＣ端子間電圧ＶＵ１ｋと１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１とを、双方向又は一方向に変換しつつ、電力を伝送する。
【００４０】
交直変換器１２は、１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１と高周波トランス１５の１次巻線１５ａに現れる電圧とを、双方向又は一方向に変換しつつ、電力を伝送する。
【００４１】
交直変換器１３は、２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２と高周波トランス１５の２次巻線１５ｂに現れる電圧とを、双方向又は一方向に変換しつつ、電力を伝送する。
【００４２】
交直変換器１４は、２次側ＡＣ端子間電圧ＶＵ２ｋと２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２とを、双方向又は一方向に変換しつつ、電力を伝送する。
【００４３】
高周波トランス１５は、１次巻線１５ａと２次巻線１５ｂとを有し、１次巻線１５ａと２次巻線１５ｂとの間で、所定の周波数で、双方向又は一方向に電力を伝送する。
【００４４】
交直変換器１２及び交直変換器１３が、高周波トランス１５との間で入出力する電流は高周波である。ここで、高周波とは、例えば、１００Ｈｚ以上の周波数であるが、１ｋＨｚ以上の周波数を使用することが好ましく、更に、１０ｋＨｚ以上の周波数を使用することが好ましい。
【００４５】
図１において、１次側系統電圧ＶＳ１の振幅値をＶｍａｘとし、各コンバータセル２０−ｋの１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１が振幅値Ｖｍａｘの１／Ｎであると仮定すると、図２に示す１次側ＡＣ端子間電圧ＶＵ１ｋは、±Ｖｍａｘ／Ｎ又は０のいずれかの電圧となる。
【００４６】
図１において、２次側系統電圧ＶＳ２の振幅値をＶｍａｘとし、各コンバータセル２０−ｋの２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２が振幅値Ｖｍａｘの１／Ｎであると仮定すると、図２に示す２次側ＡＣ端子間電圧ＶＵ２ｋは、±Ｖｍａｘ／Ｎ又は０のいずれかの電圧となる。
【００４７】
また、図２において、交直変換器１１と、コンデンサ１７と、交直変換器１２とを含む電力変換器部を１次側電力変換ユニット１０１とし、交直変換器１３と、コンデンサ１８と、交直変換器１４とを含む電力変換器部を２次側電力変換ユニット１０２とする。
【００４８】
実施例１に記載する電力変換装置１は、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎにより構成され、１次側三相電源系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子をＵ１、Ｖ１、Ｗ１とし、２次側三相電源系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子をＵ２、Ｖ２、Ｗ２とし、これらの中性点をＮ１、Ｎ２とする。
【００４９】
このような三相交流の電力変換装置１（三相交流システム：単相電力変換ユニットを直並列接続する三相電力変換装置）では、中性点Ｎ１及び中性点Ｎ２が、１次側及び２次側の基準端子となる。１次側の端子Ｕ１と中性点Ｎ１との間には、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの１次側端子２５と２６（図１及び図２参照）が、順次、直列に接続される。また、２次側の端子Ｕ２と中性点Ｎ２との間には、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの２次側端子２７と２８（図１及び図２参照）が、順次、直列に接続される。なお、Ｖ相及びＷ相についても、Ｕ相と同様に、電力変換装置１に接続される。
【００５０】
次に、実施例１に記載する１次側系統電圧ＶＳ１及び２次側系統電圧ＶＳ２の電圧波形を説明する。
【００５１】
図３は、実施例１に記載する１次側系統電圧ＶＳ１及び２次側系統電圧ＶＳ２の電圧波形を説明する説明図である。
【００５２】
直列に接続されるコンバータセル２０−１〜２０−Ｎを制御することにより、図３に示すように、例えば、１次側端子２５と２６の１次側系統電圧ＶＳ１（例えば、入力電圧）を、２次側端子２７と２８の２次側系統電圧ＶＳ２（例えば、出力電圧）に、変換することができる。
【００５３】
次に、実施例１に記載する電力変換装置１の設置構造を説明する。
【００５４】
図４は、実施例１に記載する電力変換装置１の設置構造を説明する説明図である。
【００５５】
実施例１に記載する電力変換装置１は、複数のコンバータセル２０を有し、このコンバータセル２０には、１次側電力変換ユニット１０１、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２が、設置される。そして、コンバータセル２０に設置される１次側電力変換ユニット１０１、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２は、冷却風が流通する方向に対して、一方向に設置される。つまり、冷却風は、１次側電力変換ユニット１０１、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２の順に、流通し、これらを冷却する。
【００５６】
なお、この冷却風は、冷却ファン（図示なし）によって、強制的に供給される。つまり、実施例１に記載する電力変換装置１は、強制冷却構造を有する。
【００５７】
つまり、実施例１に記載される電力変換装置１は、前面と後面とに冷却風を流通する開口部を有する。
【００５８】
また、実施例１では、冷却媒体として、冷却風（空気（気体））を使用する。しかし、冷却媒体としては冷却風に限定されるものではなく、冷却油（液体）などを使用することもできる。冷却媒体として、冷却油などを使用する場合には、１次側電力変換ユニット１０１に使用されるパワー半導体素子、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２に使用されるパワー半導体素子を、それぞれ熱伝導性の高い、例えば、金属などで覆い、冷却油などと、隔離して使用する。
【００５９】
このように、実施例１に記載する電力変換装置１は、１次側電力変換ユニット１０１、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２の順に設置される複数のコンバータセル２０を、同じ方向に向けて設置する。これにより、電力変換装置１の前面には、１次側電力変換ユニット１０１が、電力変換装置１の後面には、２次側電力変換ユニット１０２が、設置される。
【００６０】
実施例１に記載する電力変換装置１は、縦方向（実施例１では３つ）及び横方向（実施例１では９つ）に、コンバータセル２０が、同じ方向に向けて設置される。
【００６１】
そして、１次側電力変換ユニット１０１間の配線は、電力変換装置１の前面スペースに設置され、２次側電力変換ユニット１０２間の配線は、電力変換装置１の後面スペースに設置される。
【００６２】
これにより、実施例１に記載する電力変換装置１は、１次側電力変換ユニット１０１と高周波トランス１５との間の配線距離、及び、２次側電力変換ユニット１０２と高周波トランス１５との間の配線距離を、短くすることができ、配線の引き回しによる絶縁デットスペースも小さくすることができ、電力変換装置１を小型化することができる。
【００６３】
また、実施例１に記載する電力変換装置１は、配線を、前面スペース及び後面スペースに、設置することにより、組み立て性やメンテナンス性が向上する。
【００６４】
なお、実施例１に記載する電力変換装置１は、複数のコンバータセル２０の横に、制御装置を有する。
【００６５】
このように、実施例１に記載する電力変換装置１は、１次側電力変換ユニット１０１と、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２とを順に設置する複数のコンバータセル２０を有し、電力変換ユニットと電力変換ユニットとの間の熱干渉、及び、電力変換ユニットと高周波トランスとの間の熱干渉を低減し、冷却フィンを小型化する。
【００６６】
次に、実施例１に記載する電力変換装置１の設置構造の側面を説明する。
【００６７】
図５は、実施例１に記載する電力変換装置１の設置構造の側面を説明する説明図である。なお、図５に記載する電力変換装置１は、図４に記載する電力変換装置１を側面から見たものであり、説明の都合上、２つ（上段及び下段）のコンバータセル２０を示す。
【００６８】
実施例１に記載する電力変換器装置１は、前面に１次側電力変換ユニット１０１（上段１０１ａ及び下段１０１ｂ）、後面に２次側電力変換ユニット１０２（上段１０２ａ及び下段１０２ｂ）が設置され、１次側電力変換ユニット１０１と２次側電力変換ユニット１０２との間に高周波トランス１５（上段１５ａ及び下段１５ｂ）が設置される。
【００６９】
そして、冷却風は、１次側電力変換ユニット１０１、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２の順に、流通する。
【００７０】
また、１次側電力変換ユニット１０１には、下方にコンデンサ１７（上段１７ａ及び下段１７ｂ）が、上方に冷却フィン１０４（上段１０４ａ及び下段１０４ｂ）が、それぞれ設置される。
【００７１】
また、２次側電力変換ユニット１０２には、上方にコンデンサ１８（上段１８ａ及び下段１８ｂ）が、下方に冷却フィン１０５（上段１０５ａ及び下段１０５ｂ）が、それぞれ設置される。
【００７２】
つまり、１次側電力変換ユニット１０１では、冷却フィン１０４がコンデンサ１７よりも高さ方向に上方に設置され、２次側電力変換ユニット１０２では、冷却フィン１０５がコンデンサ１８よりも高さ方向に下方に設置される。
【００７３】
また、この関係は、これに限定されるものではなく、１次側電力変換ユニット１０１では、冷却フィン１０４がコンデンサ１７よりも高さ方向に下方に設置され、２次側電力変換ユニット１０２では、冷却フィン１０５がコンデンサ１８よりも高さ方向に上方に設置されてもよい。
【００７４】
この場合、１つの冷却風は、１次側電力変換ユニット１０１の上方のコンデンサ１７の上方から流入し、２次側電力変換ユニット１０２の冷却フィン１０５を流通し、２次側電力変換ユニット１０２の後面開口部から流出する。
【００７５】
そして、他の１つの冷却風は、１次側電力変換ユニット１０１の下方の冷却フィン１０４を流通し、２次側電力変換ユニット１０２の下方のコンデンサ１８の下方の後面開口部から流出する。
【００７６】
また、１次側電力変換ユニット１０１には、その下部を覆うフレーム１０７（上段１０７ａ及び下段１０７ｂ）が設置される。
【００７７】
また、２次側電力変換ユニット１０２には、その上部を覆うフレーム１０８（上段１０８ａ及び下段１０８ｂ）が設置される。
【００７８】
また、上段のコンバータセル２０には、上部に形成されるフレーム１０９が設置される。
【００７９】
また、下段のコンバータセル２０には、下部に形成されるフレーム１２０が設置される。
【００８０】
また、上段のコンバータセル２０と下段のコンバータセル２０との間には、前面側で下段のコンバータセル２０の１次側電力変換ユニット１０１ｂの上部に形成され、後面側で上段のコンバータセル２０の２次側電力変換ユニット１０２ａの下部に形成されるフレーム１２１が設置される。
【００８１】
なお、これらフレームは、絶縁性を有する。
【００８２】
特に、高さ方向に隣り合う２つのコンバータセル２０の間には、絶縁性を確保するため、空間（絶縁空間スペース）が必要となる。また、コンバータセル２０を冷却する冷却風は、前面方向から流入し、後面方向から流出する。
【００８３】
このように、これらフレームを設置することにより、特に、この絶縁空間スペースにフレーム１２１を設置することにより、１次側電力変換ユニット１０１を冷却する冷却風と２次側電力変換ユニット１０２を冷却する冷却風とを分流することができる。なお、このフレーム１２１は、風向板としての機能を有する。
【００８４】
なお、この風向板は、フレーム１２１の一部であってもよく、１次側電力変換ユニット１０１のフレームと２次側電力変換ユニット１０２のフレームとに連結して形成されていてもよい。
【００８５】
つまり、１つの冷却風（第１冷却風１３１（上段１３１ａ及び下段１３１ｂ））は、１次側電力変換ユニット１０１の上方の前面開口部（吸気口）から流入し、１次側電力変換ユニット１０１のパワー半導体素子を冷却する冷却フィン１０４ａ（及び冷却フィン１０４ｂ）を流通し、２次側電力変換ユニット１０２の上方の後面開口部（排気口）から流出する。
【００８６】
そして、他の１つの冷却風（第２冷却風１３２（上段１３２ａ及び下段１３２ｂ））は、１次側電力変換ユニット１０１の下方の前面開口部（吸気口）から流入し、２次側電力変換ユニット１０２のパワー半導体素子を冷却する冷却フィン１０５ａ（及び冷却フィン１０５ｂ）を流通し、２次側電力変換ユニット１０２の下方の後面開口部（排気口）から流出する。
【００８７】
なお、冷却媒体が気体でない場合には、吸気口は入口部であり、排気口は出口部である。
【００８８】
このように、実施例１に記載する電力変換器装置１によれば、１次側電力変換ユニット１０１を冷却する冷却風と２次側電力変換ユニット１０２を冷却する冷却風とを分流することができる。これにより、１次側電力変換ユニット１０１と２次側電力変換ユニット１０２との間の熱干渉を低減することができ、１次側電力変換ユニット１０１と２次側電力変換ユニット１０２とのそれぞれの冷却フィンを小型化することができる。
【００８９】
そして、上段のコンバータセル２０と下段のコンバータセル２０との高さ方向に隣り合う２つのコンバータセル２０の間の絶縁空間スペースに、冷却風を分流する風向板（フレーム１２１）を、設置することにより、冷却風の流路のデットスペースを小さくすることができる。
【００９０】
このように、実施例１に記載する電力変換装置１は、１次側電力変換ユニット１０１と、高周波トランス１５と、２次側電力変換ユニット１０２とを順に設置する複数のコンバータセル２０を有し、これら１次側電力変換ユニット１０１、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２は、吸気口から排気口に向かって（冷却風が流通する方向に対して）、一方向に設置される。
【００９１】
これにより、電力変換ユニットと電力変換ユニットとの間の熱干渉、及び、電力変換ユニットと高周波トランスとの間の熱干渉を低減し、冷却フィンを小型化することができる。
【００９２】
次に、実施例１に記載するコンバータセル２０を前面及び後面から斜視的に説明する。
【００９３】
図６は、実施例１に記載するコンバータセル２０を前面から斜視的に説明する説明図である。
【００９４】
図７は、実施例１に記載するコンバータセル２０を後面から斜視的に説明する説明図である。
【００９５】
実施例１に記載するコンバータセル２０は、１次側電力変換ユニット１０１の冷却フィン（２０１及び２０２）は、１次側電力変換ユニット１０１のコンデンサ１７よりも高さ方向で上方に設置され、２次側電力変換ユニット１０２の冷却フィン（２０３及び２０４）は、２次側電力変換ユニット１０２のコンデンサ１８よりも高さ方向で下方に設置される。
【００９６】
そして、１次側電力変換ユニット１０１と２次側電力変換ユニット１０２との間には、高周波トランス１５が設置される。
【００９７】
このように、実施例１に記載するコンバータセル２０は、１次側電力変換ユニット１０１の冷却フィン（２０１及び２０２）と、２次側電力変換ユニット１０２の冷却フィン（２０３及び２０４）とを、高さ方向に互い違いに設置する。そして、実施例１に記載する電力変換装置１は、このようなコンバータセル２０を、高さ方向に複数段重ねて設置する。そして、高さ方向に複数段重ねて設置されるコンバータセル２０とコンバータセル２０との間には、風向板（フレーム１２１）が設置される。
【００９８】
そして、１つの冷却風（第１冷却風１３１）は、１次側電力変換ユニット１０１の冷却フィン（２０１及び２０２）を流通し、高周波トランス１５及び２次側電力変換ユニット１０２のコンデンサ１８の上方を流通する。
【００９９】
更に、他の１つの冷却風（第２冷却風１３２）は、１次側電力変換ユニット１０１のコンデンサ１７及び高周波トランス１５の下方を流通し、２次側電力変換ユニット１０２の冷却フィン（２０３及び２０４）を流通する。
【０１００】
このように、１次側電力変換ユニット１０１を冷却する冷却風と２次側電力変換ユニット１０２を冷却する冷却風とを分流することができ、１次側電力変換ユニット１０１と２次側電力変換ユニット１０２との間の熱干渉を低減することができ、１次側電力変換ユニット１０１と２次側電力変換ユニット１０２とのそれぞれの冷却フィンを小型化することができる。
【０１０１】
更に、第１冷却風の吸気口から排気口までの距離及び第２冷却風の吸気口から排気口までの距離を、短くすることができ、冷却風の流路の曲折を低減し、冷却風の圧力損失を低減することができる。そして、冷却ファンに要求される冷却風の許容圧力損失特性を低減することができる。
【０１０２】
なお、冷却フィン（２０１、２０２、２０３、２０４）は、フィンベース２０７に設置される。また、交直変換器（１１、１２、１３、１４）は、バスバー２０５に電気的に接続される。
【０１０３】
また、交直変換器（１１、１２、１３、１４）は、それぞれ個別に、冷却フィン（２０１、２０２、２０３、２０４）を有する。つまり、交直変換器１１は冷却フィン２０１を有し、交直変換器１２は冷却フィン２０２を有し、交直変換器１３は冷却フィン２０３を有し、交直変換器１４は冷却フィン２０４を有する。
【０１０４】
本実施例では、特に、冷却フィン２０１よりも冷却フィン２０２が大きく、冷却フィン２０３よりも冷却フィン２０４が大きく、形成される。つまり、冷却フィン２０１の表面積が、冷却フィン２０２の表面積よりも小さく設定され、冷却フィン２０３の表面積が、冷却フィン２０４の表面積よりも小さく設定される。
【０１０５】
冷却フィン２０１の表面積を冷却フィン２０２の表面積よりも小さく設定することにより、１次側電力変換ユニット１０１を流通する冷却風の流路の圧力損失を低減することができる。また、冷却フィン２０３の表面積を冷却フィン２０４の表面積よりも小さく設定することにより、２次側電力変換ユニット１０２を流通する冷却風の流路の圧力損失を低減することができる。
【０１０６】
これは、交直変換器（ＡＣ／ＤＣ変換を実行するパワー半導体素子）１１の発熱量が、交直変換器（ＤＣ／ＡＣ変換を実行するパワー半導体素子）１２の発熱量よりも小さいためであり、交直変換器（ＡＣ／ＤＣ変換を実行するパワー半導体素子）１３の発熱量が、交直変換器（ＤＣ／ＡＣ変換を実行するパワー半導体素子）１４の発熱量よりも小さいためである。
【０１０７】
つまり、１次側電力変換ユニット１０１は、ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子（１１）とＤＣ／ＡＣパワー半導体素子（１２）とを有し、ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子（１１）を冷却する冷却フィン２０１とＤＣ／ＡＣパワー半導体素子（１２）を冷却する冷却フィン２０２とを有し、ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子（１１）を冷却する冷却フィン２０１の表面積は、ＤＣ／ＡＣパワー半導体素子（１２）を冷却する冷却フィン２０２の表面積よりも小さい。
【０１０８】
また、２次側電力変換ユニット１０２は、ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子（１３）とＤＣ／ＡＣパワー半導体素子（１４）とを有し、ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子（１３）を冷却する冷却フィン２０３とＤＣ／ＡＣパワー半導体素子（１４）を冷却する冷却フィン２０４とを有し、ＡＣ／ＤＣパワー半導体素子（１３）を冷却する冷却フィン２０３の表面積は、ＤＣ／ＡＣパワー半導体素子（１４）を冷却する冷却フィン２０４の表面積よりも小さい。
【０１０９】
また、本実施例では、特に、冷却フィン２０１の外形寸法が、冷却フィン２０２の外形寸法よりも小さく設定され、冷却フィン２０３の外形寸法が、冷却フィン２０４の外形寸法よりも小さく設定される。
【０１１０】
これは、交直変換器１１の発熱量が、交直変換器１２の発熱量よりも小さいためであり、交直変換器１３の発熱量が、交直変換器１４の発熱量よりも小さいためである
つまり、ＡＣ／ＤＣ変換を実行するパワー半導体素子（交直変換器１１）の冷却フィン２０１に対して、風下側に設置されるＤＣ／ＡＣ変換を実行するパワー半導体素子（交直変換器１２）の冷却フィン２０２には、交直変換器１１の冷却フィン２０１を流通した温度上昇した冷却風と直接風との両方の風が流入されるため、交直変換器１２の冷却フィン２０２に流入する冷却風の温度上昇を低減することができ、交直変換器１１の冷却フィン２０１の体積を、交直変換器１２の冷却フィン２０２の体積に比較して、小さくすることができる。
【０１１１】
また、同様に、ＡＣ／ＤＣ変換を実行するパワー半導体素子（交直変換器１３）の冷却フィン２０３に対して、風下側に設置されるＤＣ／ＡＣ変換を実行するパワー半導体素子（交直変換器１４）の冷却フィン２０４には、交直変換器１３の冷却フィン２０３を流通した温度上昇した冷却風と直接風との両方の風が流入されるため、交直変換器１４の冷却フィン２０４に流入する冷却風の温度上昇を低減することができ、交直変換器１３の冷却フィン２０３の体積を、交直変換器１４の冷却フィン２０４の体積に比較して、小さくすることができる。
【実施例２】
【０１１２】
次に、実施例２に記載する電力変換装置１の設置構造を説明する。
【０１１３】
図８は、実施例２に記載する電力変換装置１の設置構造を説明する説明図である。
【０１１４】
実施例２に記載する電力変換装置１は、実施例１に記載する電力変換装置１と同様に、複数のコンバータセル２０を有し、このコンバータセル２０には、１次側電力変換ユニット１０１、高周波トランス１５、２次側電力変換ユニット１０２が、一方向に、設置される。
【０１１５】
そして、実施例２に記載する電力変換装置１は、実施例１に記載する電力変換装置１と相違して、冷却風は、１次側電力変換ユニット１０１、高周波トランス１５の順に流通する流路と、２次側電力変換ユニット１０２、高周波トランス１５の順に流通する流路と、を流通し、上方に排気される。
【０１１６】
つまり、実施例２に記載される電力変換装置１は、前面（吸気口）と後面（吸気口）と上面（排気口）とに冷却風を流通する開口部を有する。
【０１１７】
次に、実施例２に記載する電力変換装置１の設置構造の側面を説明する。
【０１１８】
図９は、実施例２に記載する電力変換装置１の設置構造の側面を説明する説明図である。
【０１１９】
実施例２に記載する電力変換装置１は、実施例１に記載する電力変換装置１と比較して、１次側電力変換ユニット１０１には、下方にコンデンサ１７が、上方に冷却フィン１０４が、それぞれ設置され、２次側電力変換ユニット１０２にも、下方にコンデンサ１８が、上方に冷却フィン１０５が、それぞれ設置される。
【０１２０】
また、１次側電力変換ユニット１０１には、その下部を覆うフレーム１０７及びその上部に形成されるフレーム１０７０が設置され、２次側電力変換ユニット１０２にも、その下部を覆うフレーム１０８及びその上部に形成されるフレーム１０８０が設置される。
【０１２１】
そして、実施例２に記載する電力変換装置１は、フレーム１０７０ｂとフレーム１０７ａとを接続し、フレーム１０８０ｂとフレーム１０８ａとを接続し、高周波トランス１５が設置される領域に冷却風の流路を形成する風向板１０３が設置される。
【０１２２】
これにより、冷却風は、１次側電力変換ユニット１０１の冷却フィン１０４、高周波トランス１５の順に流通する流路と、２次側電力変換ユニット１０２の冷却フィン１０５、高周波トランス１５の順に流通する流路と、を流通し、高周波トランス１５の上方に排気される。
【０１２３】
このように、実施例２によれば、１次側電力変換ユニット１０１の冷却風と２次側電力変換ユニット１０２の冷却風とを分流することができ、１次側電力変換ユニット１０１と２次側電力変換ユニット１０２との間の熱干渉を低減することができ、各電力変換ユニットの冷却フィンを小型化することができる。
【０１２４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されない。また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の一部を、追加、削除、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１・・・電力変換装置、１１、１２、１３、１４・・・交直変換器、１５・・・高周波トランス、１７、１８・・・コンデンサ、２０、２０−１〜２０−Ｋ〜２０−Ｎ・・・コンバータセル、２５、２６・・・１次側端子、２７、２８・・・２次側端子、３１・・・１次側電源系統、３２・・・２次側電源系統、１０１・・・１次側電力変換ユニット、１０２・・・２次側電力変換ユニット、１０３・・・風向板、１０４、１０５、２０１、２０２、２０３、２０４・・・冷却フィン、１０９、１２０、１２１・・・フレーム、２０５・・・バスバー、２０７・・・フィンベース。
【図１】
2020205656.tif 000003
【図２】
2020205656.tif 000004
【図３】
2020205656.tif 000005
【図４】
2020205656.tif 000006
【図５】
2020205656.tif 000007
【図６】
2020205656.tif 000008
【図７】
2020205656.tif 000009
【図８】
2020205656.tif 000010
【図９】
2020205656.tif 000011