(57)【要約】  電力変換装置を小型で高密度実装することで、バスバと駆動回路基板の距離が近くなる場合にバスバの熱のあおりを駆動回路基板が受け、また、駆動回路基板直近の上部にコンデンサを搭載することで駆動回路基板の自己発熱による熱のこもりが発生し、駆動回路基板の誤動作や短寿命となる問題がある。そこで、２ｉｎ１パワーモジュールを冷却する冷却器に対して、２ｉｎ１パワーモジュールを当該２ｉｎ１パワーモジュールの長手方向である鉛直方向に複数個並べて配置し、２ｉｎ１パワーモジュールに接続するバスバを２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の一方側に配置し、２ｉｎ１パワーモジュールに接続する制御信号線を、当該制御信号線に制御信号を送る駆動回路基板と共に、２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の前記一方側の逆側に配置する。
2019026339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ｉｎ１パワーモジュールと当該２ｉｎ１パワーモジュールを冷却する冷却器とを備える電力変換装置であって、
前記冷却器に対して前記２ｉｎ１パワーモジュールを当該２ｉｎ１パワーモジュールの長手方向である鉛直方向に複数個並べて配置し、
前記２ｉｎ１パワーモジュールに接続するバスバを前記２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の一方側に配置し、
前記２ｉｎ１パワーモジュールに接続する制御信号線を、当該制御信号線に制御信号を送る駆動回路基板と共に、前記２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の前記一方側の逆側に配置する
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２ｉｎ１パワーモジュールは、前記長手方向である鉛直方向に沿って、正極端子、負極端子および交流端子を当該記載の順または当該記載の逆順に設置し、前記負極端子と前記交流端子との間の空間に前記制御信号線の接続端子を設置し、
コンデンサを前記２ｉｎ１パワーモジュールと向かい合う配置で設け、
前記バスバの内の正極バスバを構成する導体板で前記正極端子と前記コンデンサとを接続し、
前記バスバの内の負極バスバを構成する導体板で前記負極端子と前記コンデンサとを接続し、
前記正極バスバと前記負極バスバとが互いに平行平板状に隣接する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記コンデンサの重力方向中心線は、前記駆動回路基板の重力方向中心線よりも上側に位置する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電力変換装置であって、
前記バスバの内の交流バスバは、前記交流端子から前記２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向に突出し、複数の前記２ｉｎ１パワーモジュールの上部に設けたコアおよび電流センサを貫通して、当該電力変換装置の上部から取り出される
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記駆動回路基板を配置する側に制御回路基板を設置する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記バスバを配置する側に遮断器を設置する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記駆動回路基板を前記長手方向である鉛直方向に並べて設置し、当該駆動回路基板の間に仕切り板を設ける
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
当該電力変換装置は、前記２ｉｎ１パワーモジュールを３相交流の各相に適用して構成したインバータ回路である
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
当該電力変換装置を車両に搭載するに際し、前記２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向を当該車両の進行方向とする
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力変換装置を搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、電気鉄道車両等の車両を駆動する電動機を制御するためのもので、車両の床下等に設置されている。車両の床下には、他にも、例えば空調用電源等多くの部品を搭載する必要があるため、電力変換装置は小型化が要求される。小型で高密度の実装となると、大電流により、強磁場が発生し自己発熱するバスバなどの発熱部品と、電磁ノイズや熱に弱い弱電系の制御回路や駆動回路に搭載される電子部品との距離が小さくなるため、電子部品の誤動作や熱疲労による寿命低減が問題となる。【０００３】
特許文献１は、半導体素子の下側よりも下に配置された台によりフィルタコンデンサとゲート回路を隔離することで、電力変換器内の部品相互間の温度上昇の影響を低減し、特にゲート回路の温度上昇を防ぎ、ゲート回路の誤動作や寿命が短くなるなどの問題を解決している。【０００４】
特許文献２は、略長方形のパワーモジュールの長手方向を冷却器の冷却フィンの間を通過する冷却風と直交する方向を向いて配置させ、放熱性と小型化を両立させている。またバスバの主回路電流配線を冷却風と直交する方向、ゲート信号配線を冷却風と平行にすることで、互いに干渉することなくゲート信号にノイズがのりにくい構成にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８３４７６４号号公報
【特許文献２】特開２０１６−２１３９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の方法では、コンデンサがゲート回路基板の上部にあるため、ゲート回路基板上の電子機器部品の自己発熱による放熱に対しては、上部にあるコンデンサの形状が大きい場合、暖められた空気が上部に移動できず、かえって熱がこもってしまうことで、ゲート回路基板上の部品温度が上昇してしまう課題がある。また、導体Ｐ、導体Ｎ、導体Ｕなどのバスバも主要な発熱部品であり、ゲート回路とは距離を離す必要があり、特許文献１に示されるように、コンデンサ上部に配置することが望ましい。しかし、例えば地下鉄などトンネル径が小さい路線向けの電気鉄道車両の場合は、低床用電力変換装置が要求され、バスバがコンデンサの上部に配置できるほど高さ方向のスペースの余裕がない場合もある。仮に、バスバがコンデンサの上部でなく側面や下部に配置した設計をした場合は、コンデンサの下部に配置されたゲート回路基板とバスバとの間の距離を十分に確保できず、バスバからの熱のあおりにより、ゲート回路基板上の搭載部品の温度上昇が懸念される。【０００７】
特許文献２に記載の方法は、バスバの主回路電流配線を冷却風と直交する構成にしているが、特許文献２に示されるようにコンデンサ上部にバスバとの接続点を設けることが望ましい。しかし、上述のとおり低床用電力変換装置が要求される場合には、バスバがコンデンサの上部に配置できるほど高さ方向のスペースの余裕がない場合もある。また、小型化したい冷却器の冷却フィンの間を通過する冷却風の方向（進行方向サイズ）と、バスバの主回路電流経路の幅方向が同一になるような構成としているため、バスバの主回路電流経路が細長くなってしまい、バスバやコンデンサ内部の主回路インダクタンスが大きくなってしまう問題がある。その結果、跳ね上がり電圧が大きくなってしまい、素子を損傷してしまうことが懸念される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電力変換装置は、２ｉｎ１パワーモジュールと当該２ｉｎ１パワーモジュールを冷却する冷却器とを備え、冷却器に対して２ｉｎ１パワーモジュールを当該２ｉｎ１パワーモジュールの長手方向である鉛直方向に複数個並べて配置し、２ｉｎ１パワーモジュールに接続するバスバを２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の一方側に配置し、２ｉｎ１パワーモジュールに接続する制御信号線を、当該制御信号線に制御信号を送る駆動回路基板と共に、２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の前記一方側の逆側に配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
ア  バスバと駆動回路基板の距離を離すことで、バスバの熱のあおりを駆動回路基板が受けることなく、また、駆動回路基板の直近の上部に障害物を設けないことで、駆動回路基板の自己発熱による熱のこもりもなく、総じて小型高密度の実装を実現できる。
イ  バスバと駆動回路基板の距離を離すことで、強電系が作る磁場の影響により信号配線などの弱電系配線に電流を誘導させることを最小限にできるため、ノイズ低減に有効である。
ウ  バスバの主回路電流経路幅方向がパワーモジュールの長手方向と同一になるような構成としているため、バスバの主回路電流経路幅を十分に確保でき、主回路インダクタンスを小さくできることから、跳ね上がり電圧を抑制しつつ、熱やノイズによる誤動作、寿命が短くなるなどの問題を解決することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係るパワーユニットを分解した際の斜視図である。
【図２】実施例１に係る電力変換装置の斜視図である。
【図３】実施例１に係る電力変換装置の回路ブロック構成およびそれを搭載した電気鉄道車両を示す図である。
【図４】実施例１に係る２ｉｎ１パワーモジュールの外観斜視図である。
【図５】実施例１に係るノイズ対策用コアおよび電流センサの配置を示す図である。
【図６】実施例２に係る１並列のパワーモジュール構成を示す図である。
【図７】実施例３に係るパワーユニットの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための形態として、実施例１〜３について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１に係るパワーユニット１１０を分解した際の斜視図である。
パワーユニット１１０は、冷却器１５０、複数の２ｉｎ１パワーモジュール１、コンデンサ１２０、正極バスバ４０、負極バスバ５０、制御信号線３、駆動回路基板１３０および交流バスバ６０から構成されている。【００１３】
複数の２ｉｎ１パワーモジュール１は、冷却器１５０の上に搭載され、冷却器１５０に対して、２ｉｎ１パワーモジュール１を、上下方向に３つ並べて、各２ｉｎ１パワーモジュール１からの電力系端子（正極バスバ４０、負極バスバ５０および交流バスバ６０）を一方側に配置し、制御信号線３を逆側に配置する。また、２ｉｎ１パワーモジュール１を挟んで冷却器１５０の向かい側にコンデンサ１２０を配置し、制御信号線３にゲートドライブ回路を有する駆動回路基板１３０を配置する。【００１４】
ここで、２ｉｎ１パワーモジュール１は、後述する図４に示すように、略直方体形状であり、モジュール正極端子６ａおよびモジュール負極端子６ｂと、モジュール交流端子６ｃとが、モジュールの長手方向４に沿って短辺側に設けられ、モジュール負極端子６ｂとモジュール交流端子６ｃとの間の空間から制御信号線３が取り出せることを特徴としている。また、２ｉｎ１パワーモジュール１は、モジュールの短手方向５を電気鉄道車両９００の進行方向とし、モジュールの長手方向４を上下方向とすることで、進行方向に対するパワーユニット１１０の長さを短くすることを可能とし、走行風により冷却する冷却器１５０の圧力損失を低減させる効果がある。【００１５】
各２ｉｎ１パワーモジュール１からの電力系端子（正極バスバ４０、負極バスバ５０および交流バスバ６０）を一方側に配置し、制御信号線３を逆側に配置することで、磁場を発生する強電系のバスバと弱電系の制御信号線３とを離すことが可能となり、電磁ノイズにより制御信号線３に誘導電流が発生するなどの誤動作を抑制できる。【００１６】
更に、バスバに大電流が流れることで、ジュール熱の形態で自己発熱し自然対流により周辺空気を温める。そのために、バスバから極力離れた位置に、熱に弱い制御信号線３や駆動回路基板１３０に搭載する電子部品（例えば、電解コンデンサ、トランスおよび光フォルダなど）を配置することで、誤動作の発生、寿命が短くなるなどの問題の解決を図っている。正極バスバ４０と負極バスバ５０とは互いに隣接し、逆方向の電流が流れる際、互いが発生する磁場を相殺する構成を採り、相互インダクタンスが小さくなるようにしている。【００１７】
また、２ｉｎ１パワーモジュール１も同様に、内部でモジュール正極端子６ａとモジュール負極端子６ｂとが隣接し、低インダクタンスの構成を採っている。故に、コンデンサ１２０から正極バスバ４０、正極バスバ４０からモジュール正極端子６ａ、モジュール正極端子６ａからモジュール負極端子６ｂ、モジュール負極端子６ｂから負極バスバ５０、負極バスバ５０からコンデンサ１２０に至る主回路ループのインダクタンスを低減することが可能となり、跳ね上がり電圧を抑制する効果もある。【００１８】
図２は、本発明の実施例１に係る電力変換装置１００の斜視図である。
電力変換装置１００は、図１に示すパワーユニット１１０、制御回路基板１４０および遮断機２００から構成される。制御回路基板１４０は、パワーユニット１１０の中の駆動回路基板１３０にスイッチング指令を出し、駆動回路基板１３０から電圧、電流および温度などの制御信号を受け取り、この制御信号から制御回路は状態判断をし、スイッチングを継続するか否かを決める。遮断器２００は、非常時（異常時）に電力を遮断することにより、パワーユニット１１０延いては変電所の破壊を防止する機能を奏する。【００１９】
ここで、強電系である遮断器２００は、パワーユニット１１０の中の正極バスバ４０、負極バスバ５０および交流バスバ６０側に配置し、弱電系である制御回路基板１４０は、パワーユニット１１０の中の駆動回路基板１３０側に配置する。このような構成にすることで、熱や電磁ノイズに弱い電子部品を搭載した制御回路基板１４０における誤動作の発生、寿命が短くなるなどの問題の解決を図っている。【００２０】
図２に示すパワーユニット１１０は、図１に示す分解図を組み立てた構成である。コンデンサ１２０の重力方向中心線１２１（一点鎖線）は、中央の駆動回路基板１３０の重力方向中心線１３３（一点鎖線）よりも上側に位置し、両中心線間の距離Ａは正の有限の値としている。このように構成することで、各部からの受熱により温まり電力変換装置１００の筐体上部に溜まった空気に、駆動回路基板１３０上の電子部品を接触させないことが可能となることで、制御回路基板１３０の誤動作の発生、寿命が短くなるなどの問題の解決を図っている。【００２１】
なお、図２では遮断器２００が電力変換装置１００の一部となる場合を説明したが、遮断器２００を切り離して別置きにしても構わない。【００２２】
図３は、実施例１に係る電力変換装置１００の回路ブロック構成およびそれを搭載した電気鉄道車両９００を示す図である。図３に示すように、移動体である電気鉄道車両９００は、遮断器２００、インバータ回路を構成する電力変換装置１００および４台の電動機５００を備えている。これら誘導電動機５００は、電気鉄道車両９００の４つの車輪に接続されている。【００２３】
電力変換装置１００は、架線３００とレールや車体などの接地部４００との間に接続され、誘導電動機５００に交流電力を供給してそれを駆動する。図３では、架線３００は、直流電力を供給する例を示すが、これに限定されるものではなく、交流電力を供給してもよい。架線３００が交流電力を供給する場合は、電気鉄道車両９００は、コンデンサ１２０の前段に交流を直流に変換するコンバータモジュールを備え、この直流電力が電力変換装置１００に供給されることになる。【００２４】
電力変換装置１００は、異常時の緊急停止用の遮断器２００、直流電流から所定の周波数の交流電流を生成するパワーユニット１１０およびパワーユニット１１０から状態に応じて制御信号を供給する制御回路基板１４０を含んで構成される。【００２５】
パワーユニット１１０は、供給される直流電流を安定化し平滑化するコンデンサ１２０、半導体素子２を搭載した２ｉｎ１パワーモジュール１（１ｕ、１ｖ、１ｗ）およびこの２ｉｎ１パワーモジュール１を制御回路基板１４０からの制御指令に応じて駆動制御するドライバ回路を搭載した駆動回路基板１３０を含んで構成される。【００２６】
また、パワーユニット１１０は、Ｕ相の上下アーム直列回路を搭載した２ｉｎ１パワーモジュール１ｕ、Ｖ相の上下アーム直列回路を搭載した２ｉｎ１パワーモジュール１ｖおよびＷ相の上下アーム直列回路を搭載した２ｉｎ１パワーモジュール１ｗから構成される３相ブリッジ回路である。以下、各相の２ｉｎ１パワーモジュール１ｕ、１ｖおよび１ｗについて、特に区別しないときには、単にパワーモジュール１と記載する。【００２７】
各パワーモジュール１ｕ、１ｖおよび１ｗは、半導体素子２であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とダイオードとの並列接続回路である上アーム側の電流スイッチ回路およびＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴとダイオードとの並列接続回路である下アーム側の電流スイッチ回路が直列に配置されて構成される。【００２８】
パワーモジュール１の正極バスバ４０側のインターフェースはモジュール正極端子６ａであり、負極バスバ５０側のインターフェースはモジュール負極端子６ｂである。モジュール正極端子６ａは、パワーユニット１１０内で正極バスバ４０を介してコンデンサ１２０の正極に接続される。同様に、モジュール負極端子６ｂは、負極バスバ５０を介してコンデンサ１２０の負極に接続される。そして、正極バスバ４０および負極バスバ５０は、図１および図２に示すように、跳ね上がり電圧抑制を目的としてインダクタンス低減を実現するために、互いに隣接して実装されている。【００２９】
パワーモジュール１の上アーム側の電流スイッチ回路と下アーム側の電流スイッチ回路との接続部分は、モジュール交流端子６ｃである。パワーモジュール１ｕのモジュール交流端子６ｃからは、Ｕ相の交流電流Ｕが、パワーモジュール１ｖのモジュール交流端子６ｃからは、Ｖ相の交流電流Ｖが、パワーモジュール１ｗのモジュール交流端子６ｃからは、Ｗ相の交流電流Ｗが、それぞれ出力される。出力された３相の交流電流Ｕ、ＶおよびＷは、電動機５００へ供給される。【００３０】
ドライバ回路を搭載した駆動回路基板１３０からパワーモジュール１（１ｕ、１ｖ、１ｗ）に対して出力される上アームゲート信号は、上アームゲート信号端子３ａを介して、各相の上アームの半導体素子２に供給される。駆動回路基板１３０からパワーモジュール１（１ｕ、１ｖ、１ｗ）に対して出力される下アームゲート信号は、下アームゲート信号端子３ｃを介して、各相の下アームの半導体素子２に供給される。上アームゲート信号および下アームゲート信号により、交流電流Ｕ、ＶおよびＷの振幅や位相などを制御する。【００３１】
上アームソース信号は、各相の上アームの半導体素子２のソース信号線から、上アームソース信号端子３ｂを介して、駆動回路基板１３０へ供給される。同様に、下アームソース信号は、各相の下アームの半導体素子２のソース信号線から、下アームソース信号端子３ｄを介して、駆動回路基板１３０へ供給される。【００３２】
上アームゲート信号端子３ａおよび上アームソース信号端子３ｂは、上アームの半導体素子２をスイッチング駆動させる制御信号線である。同様に、下アームゲート信号端子３ｃおよび下アームソース信号端子３ｄは、下アームの半導体素子２をスイッチング駆動させる制御信号線である。以下、これらを総称して制御信号線３と記載する場合がある。【００３３】
制御回路基板１４０は、上アームおよび下アームの各半導体素子２のスイッチングタイミングを演算処理するマイクロコンピュータを備え、駆動回路基板１３０を介して各半導体素子２にスイッチング動作の指令を出す。【００３４】
駆動回路基板１３０は、各半導体素子２のソース電極における過電流検知を行い、過電流が検知された半導体素子２については、そのスイッチング動作を停止させて過電流から保護する。さらに、制御回路基板１４０には、パワーモジュール１に設けた温度センサ（図示せず）や、半導体素子２のドレインとソース間の両端に印加される直流電圧を検出する検出回路（図示せず）などから検出した制御信号３が入力される。制御回路基板１４０は、それらの制御信号３に基づき、過温度、過電流および過電圧などの異常を検知し、これらの異常を検知した場合には、全ての半導体素子２のスイッチング動作を停止させ、パワーモジュール１をこれらの異常から保護する。【００３５】
実施例１に係るパワーユニット１１０は、上下アーム２組の半導体素子２で直列回路を構成する１相分の２ｉｎ１パワーモジュールを３相分に組み合わせたものであるが、３相上下アーム分を単一パワーモジュールにした６ｉｎ１パワーモジュールや１アームのみで構成された１ｉｎ１パワーモジュールを６個備える構成により代用してもよい。さらに、電動機側のトルクに応じて要求される出力電流が、パワーモジュール１あたりの許容出力電流よりも大きい場合には、パワーモジュール１の個数を増やして並列接続してもよい。さらに、電力変換装置１００は、図３に示した回路構成に加え、電池に充放電する機能を有する装置構成であってもよい。【００３６】
交流バスバ６０は、コア７０を介し、電流センサ８０を介した後に、電動機５００に接続されている。ここで、コア７０は、例えばフェライトなどの材料で構成され、コア７０の穴の中に交流バスバ６０を貫通させることによって、バスバとフェライトコアがコイル（高周波になるほど高いインピーダンスを持つインダクタ）を構成し、高周波ノイズを減衰させることが可能となる。【００３７】
また、コア７０に交流バスバ６０による誘導電流が流れると、磁束が発生し電流のエネルギが磁気エネルギに変換され、電流変化により再度電流エネルギに変換される際、一部はノイズと共に磁気損失として失われるため、ノイズ除去の効果がある。例えば、電動機５００のアース線にもコア（図示せず）および接地抵抗を介してパワーモジュール１１０に接続することで、放射ノイズを抑えることも可能となる。【００３８】
電流センサ８０は、例えば磁気コアのようにリング状となっており、交流バスバ６０を貫通させることでこの磁気コア内の発生磁束を打ち消すように２次側の巻線に巻数に応じた誘導電流が発生する。この２次側の電流経路にシャント抵抗を設け、このシャント抵抗両端の電圧を検知することで、交流バスバ６０に流れる電流を換算して求めることができる。【００３９】
このように、パワーモジュール１１０の出力側の交流バスバ６０に電流センサ８０を設け、得られた電流値信号を制御回路基板１４０に送り、制御回路は、電動機５００のトルク負荷やバスバ許容温度に応じて適切な出力電流値を判断し、駆動回路基板１３０を介してゲート信号（３ａ、３ｃ）を半導体素子２に与える。これにより、フィードバック制御が可能となる。【００４０】
図４は、実施例１に係る２ｉｎ１パワーモジュール１の外観斜視図である。
２ｉｎ１パワーモジュール１は、図３に示すように、上下アーム直列回路の１相分１ｕ、１ｖおよび１ｗに相当し、その内部には、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴおよびダイオードなどの半導体素子２（図示せず）が搭載されている。パワーモジュール１の形状は、略直方体であり、モジュール正極端子６ａ、モジュール負極端子６ｂおよびモジュール交流端子６ｃが、モジュール長手方向４に沿って短辺側に設けられている。【００４１】
モジュール正極端子６ａおよびモジュール負極端子６ｂは、大電流が流れるモジュール電力端子６であるため、互いに隣接配置し、電流の向きが反対の端子を近づけることで相互インダクタンスを小さくする効果がある。一方で、モジュール交流端子６ｃは、モジュール正極端子６ａおよびモジュール負極端子６ｂの対に対して離れた位置に配置されている。【００４２】
また、モジュール負極端子６ｂとモジュール交流端子６ｃとの間の空間には、弱電系の制御信号線３である、上アームゲート信号端子３ａ、上アームソース信号端子３ｂ、下アームゲート信号端子３ｃおよび下アームソース信号端子３ｄ、並びに、図示していない温度検知信号端子およびドレイン信号端子、が設けられている。【００４３】
このように、制御信号線３を全て纏めて、パワーモジュール１の中央部である、モジュール正極端子６ａおよびモジュール負極端子６ｂの対とモジュール交流端子６ｃとの間に配置することで、モジュール正極端子６ａおよびモジュール負極端子６ｂの対に生じる磁場の影響を最小限にすることが可能となり、信号ノイズを低減できる。
駆動回路基板１３０は、パワーモジュール１に直付けすることもできるが、複数の信号線を束にした導体バスバやツイスト線を用いて、パワーモジュール１から離れた場所に電気的に接続することも可能である。【００４４】
以上のように、複数の２ｉｎ１モジュールは、この２ｉｎ１モジュールの長手方向側に沿って、正極端子、負極端子および交流端子をこの記載順に配置しているが、順序を反転させ、交流端子、負極端子および正極端子の順に配置してもよい。【００４５】
図５は、実施例１に係るノイズ対策用コア７０および電流センサ８０の配置を示す図である。図５では、コア７０の数が２つ、電流センサ８０の数が１つの場合を示しているが、個数や配置はこれに限定されるものではない。【００４６】
交流バスバ６０は、Ｕ相交流バスバ６０ａ、Ｖ相交流バスバ６０ｂおよびＷ相交流バスバ６０ｃから構成されるが、これらは、パワーユニット１１０の側面に設けられたパワーユニット交流出力端子１１５から、パワーユニット１１０の上部に設けられたコア７０を介し、さらに電流センサ８０を介した後に（図５では、Ｕ相のみ）、電力変換装置交流出力端子１０５に接続されている。【００４７】
コア７０は、前述したように、コア７０の穴の中に３相の交流バスバ６０を貫通させる構造であり、また、電流センサ８０も、前述したように、例えば磁気コアのようにリング状にして、交流バスバ６０を貫通させる構造である。
【実施例２】
【００４８】
図６は、本発明の実施例２に係る１並列のパワーモジュール構成を示す図である。
先の図１〜図５では、４台の電動機５００（Ｍ：Ｍｏｔｏｒ）を１台の制御回路基板１４０により制御（Ｃ：Ｃｏｎｔｒｏｌ）する１Ｃ４Ｍの構成であるため、電力変換装置１００に要求される４台分のモータ電流を出力するために２ｉｎ１パワーモジュール１は２並列にして出力電流を大きくしている。【００４９】
一方で、１Ｃ２Ｍ構成の場合、すなわち、電気鉄道車両９００の台車に２台の電動機５００が搭載され駆動される場合には、１Ｃ４Ｍに対して半分のモータ電流にできるため、２ｉｎ１パワーモジュール１の並列数を半分の１並列にすることが可能とる。その場合を示したのが図６であり、電力変換装置の更なる小型化を実現できる。また、図６では、前述したように、２ｉｎ１パワーモジュール１の正極端子、負極端子および交流端子の配置（並び順）に関して、Ｗ相（１ｗ）をＵ相（１ｕ）およびＶ相（１ｖ）とは逆順にした配置を示している。
【実施例３】
【００５０】
図７は、本発明の実施例３に係るパワーユニット１１０の構造を示す図で、実施例３は、駆動回路基板仕切板１３２を設けた点を特徴とする。
先の図１および図２で示した駆動回路基板１３０は、２ｉｎ１パワーモジュール１に合わせ、相毎に結線した２ｉｎ１回路の基板を３相分の３枚設けた構成としている。複数の基板となるため、基板上における部品のレイアウト次第で、下部に位置する基板の発熱部品によって温められた空気が軽くなって上昇することで、上部に位置する基板が有する熱に弱い部品に対して熱のあおりの影響が出る場合がある。
そこで、本実施例では、駆動回路基板固定板１３１に鉛直方向の駆動回路基板仕切板１３２を各基板間に設けることにより、下部に位置する基板によって上部に位置する基板を温めないように遮熱する効果を奏する。
【符号の説明】
【００５１】
１…２ｉｎ１パワーモジュール、１ｕ…Ｕ相２ｉｎ１パワーモジュール、
１ｖ…Ｖ相２ｉｎ１パワーモジュール、
１ｗ…Ｗ相２ｉｎ１パワーモジュール、２…半導体素子、
３…制御信号線、３ａ…上アームゲート信号端子、
３ｂ…上アームソース信号端子、３ｃ…下アームゲート信号端子、
３ｄ…下アームソース信号端子、４…モジュール長手方向、
５…モジュール短手方向、６…モジュール電力端子、
６ａ…モジュール正極端子、６ｂ…モジュール負極端子、
６ｃ…モジュール交流端子、４０…正極バスバ、５０…負極バスバ、
６０…交流バスバ、６０ａ…Ｕ相交流バスバ、６０ｂ…Ｖ相交流バスバ、
６０ｃ…Ｗ相交流バスバ、７０…コア、８０…電流センサ、
１００…電力変換装置、１０５…電力変換装置交流出力端子、
１１０…パワーユニット、１１５…パワーユニット交流出力端子、
１２０…コンデンサ、１２１…コンデンサの重力方向中心線、
１３０…駆動回路基板、１３１…駆動回路基板固定板、
１３２…駆動回路基板仕切板、１３３…駆動回路基板の重力方向中心線、
１４０…制御回路基板、１５０…冷却器、２００…遮断器、
３００…架線、４００…接地部、５００…電動機、６００…リアクトル、
９００…電気鉄道車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年2月22日(2019.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ｉｎ１パワーモジュールと当該２ｉｎ１パワーモジュールを冷却する冷却器とを備える電力変換装置であって、
前記冷却器に対して、前記２ｉｎ１パワーモジュールが、当該２ｉｎ１パワーモジュールの長手方向である鉛直方向に複数個並べて配置され、
前記２ｉｎ１パワーモジュールに接続される、正極バスバ、負極バスバおよび交流バスバが、前記２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の一方側に配置され、
前記２ｉｎ１パワーモジュールに接続される制御信号線が、当該制御信号線に制御信号を送る駆動回路基板と共に、前記２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の前記一方側の逆側に配置される
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２ｉｎ１パワーモジュールは、前記長手方向である鉛直方向に沿って、正極端子、負極端子および交流端子が当該記載の順または当該記載の逆順に設置され、前記負極端子と前記交流端子との間の空間に前記制御信号線の接続端子が設置され、
コンデンサが前記２ｉｎ１パワーモジュールと向かい合う配置で設けられ、
前記正極バスバを構成する導体板で前記正極端子と前記コンデンサとが接続され、
前記負極バスバを構成する導体板で前記負極端子と前記コンデンサとが接続され、
前記正極バスバと前記負極バスバとが互いに平行平板状に隣接する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記コンデンサの重力方向中心線は、前記駆動回路基板の重力方向中心線よりも上側に位置する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電力変換装置であって、
前記交流バスバは、前記交流端子から前記２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向の前記一方側に突出し、複数の前記２ｉｎ１パワーモジュールの上部に設けたコアおよび電流センサを貫通して、当該電力変換装置の上部から取り出される
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記駆動回路基板が配置される側に制御回路基板が設置される
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記正極バスバ、前記負極バスバおよび前記交流バスバが配置される側に遮断器が設置される
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記駆動回路基板が前記長手方向である鉛直方向に並べて設置され、当該駆動回路基板の間に仕切り板が設けられる
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
当該電力変換装置は、前記２ｉｎ１パワーモジュールを３相交流の各相に適用して構成したインバータ回路である
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
車両に搭載される当該電力変換装置は、前記２ｉｎ１パワーモジュールの短手方向を当該車両の進行方向とする
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力変換装置を搭載した車両。
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月9日(2020.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図２は、本発明の実施例１に係る電力変換装置１００の斜視図である。
電力変換装置１００は、図１に示すパワーユニット１１０、制御回路基板１４０および遮断器２００から構成される。制御回路基板１４０は、パワーユニット１１０の中の駆動回路基板１３０にスイッチング指令を出し、駆動回路基板１３０から電圧、電流および温度などの制御信号を受け取り、この制御信号から制御回路は状態判断をし、スイッチングを継続するか否かを決める。遮断器２００は、非常時（異常時）に電力を遮断することにより、パワーユニット１１０延いては変電所の破壊を防止する機能を奏する。
【国際調査報告】
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