(57)【要約】  複数台の交流電動機を個別に駆動する電力変換装置のサイズまたは質量を低減するために、所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子２５、この半導体素子２５を冷却する冷却装置２６及びモジュール外と接続するモジュール端子２８を有し並べて配置される複数の半導体素子モジュール２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄと、コンデンサ３０Ｐ、３０Ｎとモジュール端子２８を有し半導体素子モジュール２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄと並べて配置されるコンデンサモジュール３０と、所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子２８が接続される複数の接続導体ＵＳ、ＶＳ、Ｐ、Ｎ、Ｃ、Ｕ、Ｖ、Ｗとを備えた。
2009040933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却装置、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、
コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、
所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体とを備えた電力変換装置。
【請求項２】
前記コンデンサモジュールと何れかの前記半導体素子モジュールとの間のインダクタンスの最大値が所定値以下であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記コンデンサモジュールを１個にすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記の所定の電力変換回路が、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路であり、
前記接続導体として、交流電源と接続する電源接続導体、前記コンデンサモジュールが接続する直流接続導体、及び前記インバータ回路の交流側に接続される出力接続導体を有し、
前記コンバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるコンバータモジュールが、前記電源接続導体及び前記直流接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有し、
前記インバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるインバータモジュールが、前記直流接続導体及び前記出力接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記の所定の電力変換回路が、直流電源からの直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路であり、
前記接続導体として、前記コンデンサモジュールが接続する直流接続導体、及び前記インバータ回路の交流側に接続される出力接続導体を有し、
前記インバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるインバータモジュールが、前記直流接続導体及び前記出力接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記出力接続導体を互いに交差しないように配置することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
複数の前記半導体素子モジュールの発熱量がほぼ同じになるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
複数の前記コンバータモジュールの発熱量がほぼ同じになるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項９】
複数の前記インバータモジュールの発熱量がほぼ同じになるようにしたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記半導体素子モジュールを複数のグループに分け、各グループに属する前記半導体素子の発熱量の合計がほぼ同じになるようにし、グループごとに送風ファンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記半導体素子モジュールを複数のグループに分け、グループごとに同じ容量の送風ファンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記半導体素子モジュールが有する前記半導体素子の搭載面積がほぼ同じになることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記半導体素子モジュールの前記冷却器の大きさをほぼ同じにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記コンバータモジュールが有する前記モジュール端子は前記電源接続導体または前記直流接続導体に接続するものだけであることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記インバータモジュールが有する前記モジュール端子は前記直流接続導体または前記出力接続導体に接続するものだけであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記コンバータ回路が単相３レベルコンバータ回路であり、
前記コンバータモジュールは、単相３レベルコンバータ回路のＵ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相上アーム、及びＶ相下アームの何れかを構成するものであることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記インバータ回路が複数の三相２レベルインバータ回路であり、
前記インバータモジュールは、三相２レベルインバータ回路の何れかを構成するものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項１８】
前記インバータ回路が４個の三相２レベルインバータ回路であり、
前記インバータモジュールは、三相２レベルインバータ回路の何れかを構成するものであることを特徴とする請求項１６に記載の電力変換装置。
【請求項１９】
前記コンデンサモジュールを中心として、その片側に１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、もう一方の側には１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、さらにその外側に前記インバータモジュールを２個づつ配置することを特徴とする請求項１８に記載の電力変換装置。
【請求項２０】
前記コンデンサモジュールを中心として、その片側に４個の前記コンバータモジュールを配置し、もう一方の側に４個の前記インバータモジュールを配置することを特徴とする請求項１８に記載の電力変換装置。
【請求項２１】
前記コンデンサモジュールを挟んで１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、その外側の片側に３個の前記インバータモジュールを配置し、もう一方の側に１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、さらにその外側に１個の前記インバータモジュールを配置することを特徴とする請求項１８に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気車駆動用の交流電動機、特に永久磁石同期電動機を個別に駆動するのに好適な電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気車の電力変換装置は、電動車の各台車に搭載された車軸に直結された複数の誘導電動機を、電力変換装置内の１つのインバータ回路で並列一括駆動する構成となっているものが一般的である。通常は、電動車の両端に配置された台車に内蔵された合計４本の車軸をそれぞれ駆動する誘導電動機４台を、１つのインバータ回路で並列一括制御するように構成した例が多い。（例えば、特許文献１参照）【０００３】
近年、産業機器や家電分野、自動車分野等の交流電動機応用分野において、従来からの誘導電動機に替わって永久磁石同期電動機を適用する事例が増えてきている。永久磁石同期電動機は、誘導電動機と比較して、永久磁石による磁束が確立しているので励磁電流が不要であることや、回転子に電流が流れないため、二次銅損が発生しないことなどから高効率な電動機として知られており、近年、電気車駆動用の電力変換装置への適用も検討されている。【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０１４４８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気車の駆動用途に永久磁石同期電動機を適用する上で課題となるのが、複数台の永久磁石同期電動機を駆動する電力変換装置をどのように構成するかである。つまり、永久磁石同期電動機は、既に知られているとおり、インバータ周波数とロータ周波数が同期して動作するものであるから、従来例の誘導電動機のように、複数の永久磁石同期電動機を一台のインバータで並列一括駆動することはできない。なぜなら、電気車への適用においては、車輪径の違いや空転等により運転中の各車輪の回転数及び位相は異なるため、各車輪を駆動する各電動機の回転数や位相が一致しないからである。
したがって、永久磁石同期電動機一台ごとに個別に駆動用インバータ回路を設ける必要がある。複数台の並列一括駆動が可能な従来の誘導電動機を使用したシステムと比較して、必要となるインバータ回路の数が増加し、さらに個々のインバータ回路から永久磁石同期電動機へ独立した配線や対応した出力端子台を設ける必要があるため、部品点数の増加により電力変換装置のサイズ、質量、コストが増加する傾向にある。また電力変換装置内の部品配置も複雑化してメンテナンス性も悪化する。永久磁石同期電動機でなくても複数の電動機を個別に駆動する場合には、同様である。【０００６】
本発明は、上記問題を解決するために考案されたものであり、複数台の電動機を個別に駆動する電力変換装置に好適な内部構成を提供することで電力変換装置のサイズまたは質量の少なくともどちらかを低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却装置、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却装置、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体とを備えたものなので、電力変換装置のサイズまたは質量の少なくともどちらかを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるコンバータ回路の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるコンデンサモジュールの構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるインバータ回路の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における半導体素子モジュールの構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における電力変換装置の構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における電力変換装置の冷却構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２における電力変換装置の構成例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３における電力変換装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００１０】
１：架線、                                      ２：集電装置
３：車輪、                                      ４：レール
６：変圧器、                                    ８：交流入力端子台
１０：入力開閉器、                            ２０：コンバータ回路
２０ａ：Ｕ相上アーム用コンバータモジュール
２０ｂ：Ｕ相下アーム用コンバータモジュール
２０ｃ：Ｖ相上アーム用コンバータモジュール
２０ｄ：Ｖ相下アーム用コンバータモジュール
２２：接続導体、                              ２５：半導体素子
２６：冷却器、                                ２７：内部導体
２８：モジュール端子、                        ３０：コンデンサモジュール
３０Ｐ、３０Ｎ：コンデンサ、                  ＵＳ、ＶＳ：交流入力導体
Ｐ、Ｎ、Ｃ：直流接続導体、                    Ｕ、Ｖ、Ｗ：交流出力導体
４０：インバータ回路                        
４０ａ〜４０ｄ：インバータモジュール
４５、４５ａ〜４５ｄ：交流出力端子台、        ５０ａ〜５０ｄ：モータ開放開閉器
５７：分岐箱、                                ６０、６０ａ〜６０ｄ：交流電動機
７０ａ、７０ｂ：冷却ファン、                  ８０：台車
１００、１００Ａ、１００Ｂ：電力変換装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力変換装置の構成例を示す図である。図１は、交流電源を入力として、４台の交流電動機をそれぞれ別のインバータにより駆動する場合の構成例を示している。交流電動機は、永久磁石同期電動機であるが、他の種類の電動機でもよい。【００１２】
図１に示すように、変電所（図示せず）より送電された電力を架線１に接触させた集電装置２により受電し、変圧器６の一次側へ入力する構成である。変圧器６からの負側の配線は車輪３を経由してレール４へ接続され、変電所（図示せず）へ戻る。【００１３】
変圧器６の二次側は電力変換装置１００へ接続されており、変圧器６の二次側と電力変換装置１００の間には、電力変換装置１００を変圧器６から切り離す入力開閉器１０がある。入力開閉器１０は、電力変換装置１００を停止させる場合や、異常が発生した場合にオフし、通常の運転中にはオンしておく開閉器であり、数百Ａ以上の電流を開閉できる能力を有するものである。【００１４】
入力開閉器１０の図における右側には、交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ回路２０が設けられる。コンバータ回路２０と入力開閉器１０の間は、電源接続導体である交流入力導体ＵＳ、ＶＳにより接続される。交流入力導体ＵＳ、ＶＳは板状であり、数百Ａ以上の電流容量を持ち、銅を主体に構成される。コンバータ回路２０は単相３レベルコンバータであり、その直流側は、直流接続導体Ｐ、Ｃ、Ｎによりコンデンサモジュール３０に接続される。なお、直流接続導体Ｐは正電位、Ｃは中間電位、Ｎは負電位を意味する。
コンデンサモジュール３０の図における右側には、４個のインバータモジュール４０ａ〜４０ｄが接続する。それぞれのインバータモジュール４０ａ〜４０ｄが１つの三相２レベルインバータ回路を構成し、その交流側にそれぞれ１個の交流電動機が接続される。インバータモジュール４０ａ〜４０ｄの直流側は、直流接続導体Ｐ、Ｎに接続する。４個のインバータモジュール４０ａ〜４０ｄをまとめて、インバータ回路４０と呼ぶ。【００１５】
図２にコンバータ回路２０として、現在電気車で応用例の多い電圧形単相３レベルコンバータを適用した場合の構成例を示す。１６個のＩＧＢＴと８個のダイオードの半導体素子でブリッジ回路を構成し、各半導体素子をＰＷＭ動作させる構成である。その構成と動作は公知であることから説明は省略する。なお、図２に示す各素子は、電流容量を確保するために、２個を並列接続している。例えば、Ｕ相上アームのＩＧＢＴは、ＵＰＣ１ＡとＵＰＣ１Ｂというように２個を並列に接続している。【００１６】
図２に示すとおり、コンバータ回路２０は、以下の４個のモジュールから構成される。コンバータモジュール２０ａがＵ相上アーム、コンバータモジュール２０ｂがＵ相下アーム、コンバータモジュール２０ｃがＶ相上アーム、コンバータモジュール２０ｄがＶ相下アームを構成する。このようにコンバータ回路２０を４つのコンバータモジュールに分割することが、電力変換装置全体のサイズを低減する上で重要である。その点に関しては、後で説明する。なお、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄまたはインバータモジュール４０ａ〜４０ｄを総称して半導体素子モジュールと呼ぶ。【００１７】
図３に、コンバータ回路２０の直流側に配置されるコンデンサモジュール３０の概念構成図を示す。コンデンサモジュール３０は、正側のコンデンサ３０Ｐ及び負側のコンデンサ３０Ｎと、正側のコンデンサ３０Ｐの一端を直流接続導体Ｐに接続するモジュール端子ＸＰ（図示せず）と、正側のコンデンサ３０Ｐのもう一端と負側のコンデンサ３０Ｎの一端とが接続する箇所を直列接続導体Ｃに接続するモジュール端子ＸＣ（図示せず）と、負側のコンデンサ３０Ｎのもう一端を直列接続導体Ｎに接続するモジュール端子ＸＮ（図示せず）とを有する。なお、正側のコンデンサ３０Ｐの容量と負側のコンデンサ３０Ｎの容量は同じである。コンデンサモジュール３０は、直流電力を蓄積するエネルギーバッファとして機能し、またコンバータ回路２０あるいはインバータ回路４０の半導体素子のスイッチング動作により発生するサージ電圧や高周波のリプル電流成分を吸収する。
コンデンサ３０Ｐ、３０Ｎは、それぞれが必要な耐圧を確保できるようにフィルムコンデンサ等を直列に接続したものを、必要な容量になるように並列に接続して構成する。コンデンサ３０Ｐ、３０Ｎを、をそれぞれ１個のコンデンサで構成してもよい。また、必要な耐圧が確保できれば、複数のコンデンサを直列に接続しなくてもよい。【００１８】
このコンデンサモジュール３０は、上記の通り直流接続導体Ｐ、Ｃ、Ｎにより各コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄと接続されているが、この間のインダクタンス成分が大きいと半導体素子がスイッチング動作をしたタイミングでサージ電圧やノイズの発生が大きくなる。したがってこのインダクタンスは極力小さくするよう配慮されるべきであることは当業者には周知である。このため、直流接続導体Ｐ、Ｃ、Ｎはお互いに絶縁を確保しながら互いに極力近接させた形で構成する。銅の薄板で導体を構成し、導体間を絶縁フィルムで絶縁したラミネートブスバーを用いるのが好ましい。また、コンデンサモジュール３０のモジュール端子の接続位置と各コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄまたはインバータモジュール４０ａ〜４０ｄのモジュール端子の接続位置との間の距離の最大値をできるだけ小さくして、これらのモジュール間のインダクタンスの最大値が少なくとも所定値以下でありできるだけ小さくなるようにする。【００１９】
図４にインバータ回路４０として電圧形三相２レベルインバータを適用した場合の構成例を示す。ＩＧＢＴまたはダイオードの半導体素子でブリッジ回路を構成し、各半導体素子をＰＷＭ動作させる構成である。その構成と動作は公知であることから説明は省略する。三相２レベルインバータに替えて、三相３レベルインバータを適用することも可能である。ただし、三相３レベルインバータでは三相２レベルインバータと比較して、必要な半導体素子数が２倍以上になり、１個のインバータモジュールが有する半導体素子数を同等にすると、インバータモジュール数が２倍以上になる。【００２０】
インバータモジュール４０ａ〜４０ｄの出力側は、それぞれ独立した出力接続導体である交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗにより交流出力端子台４５ａ〜４５ｄへ接続される。交流出力端子台４５ａ〜４５ｄは、電力変換装置１００の外への配線を中継するためのものである。交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗは数百Ａ以上の電流容量を持ち、銅を主体に構成される。交流出力端子台４５ａ〜４５ｄには、モータ開放開閉器５０ａ〜５０ｄを介してそれぞれ交流電動機６０ａ〜６０ｄに接続されている。【００２１】
（半導体素子モジュールの構成について）
次に、半導体素子モジュールの構成に関する要点について説明する。図５は、本発明の実施の形態１における半導体素子モジュールの構成例を示す図である。
図５に示すとおり、半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）は類似の構成であり、冷却器２６の素子取り付け面（図の右側）に半導体素子２５を配置し、半導体素子モジュール外の配線との接続箇所としてモジュール端子２８を設ける。また半導体素子２５同士の接続あるいは半導体素子２５とモジュール端子２８の接続のために内部導体２７を設けている。冷却器２６は素子取り付け面とフィンからなり、フィンの間の空間に冷却風を通過させて半導体素子２５からフィンに伝わってきた熱を冷却する構成である。モジュール端子２８はフィンを遮らないように配置された別の導体を介して、各半導体素子モジュールの下に配置された接続導体に接続される。なお図５は、半導体素子２５が冷却器２６に６個搭載された状態を示しているが、これは一例であり６個に限定されるわけではない。【００２２】
図２、図４に示すとおり、電力変換装置１００に内蔵されるコンバータ回路２０あるいはインバータ回路４０を構成する半導体素子２５の数は多く、全ての半導体素子２５を１つの冷却器２６の上に搭載すると、冷却器２６が大型で重量物となり、電力変換装置１００への収納が困難になったり、取り付け取り外しに支障が生じたり、組み立て作業が困難になる等の問題が生じ好ましくない。
このためコンバータ回路２０あるいはインバータ回路４０が有する半導体素子を複数のグループに分割し、グループごとに１つの冷却器２６を備えたモジュールとして構成する。以下に電気車駆動用の交流電動機、特に永久磁石同期電動機の制御に好適な電力変換装置における分割方法を示す。【００２３】
まず、各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）に設けるモジュール外と接続するためのモジュール端子２８は、必要最小限にする。なお、モジュールの外部とは、直流接続導体Ｐ、Ｃ、Ｎ、あるいは交流入力導体ＵＳ、ＶＳ、あるいは交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗのことである。つまり、各半導体素子モジュールから外部への接続が必要な箇所以外は、半導体素子モジュールの外部へ出さないように構成することが肝要である。【００２４】
このように構成する理由は、各半導体素子モジュールを共通に使用される導体に接続することで、各半導体素子モジュール間を接続するために専用の導体を設けることが不要になり、電力変換装置１００の内部構造を簡素化、部品点数を最小限とできるためである。これにより電力変換装置１００の小型軽量化、低コスト化の効果を得られる。なお、必要があれば、各半導体素子モジュール間を接続するために専用の導体を設けてもよい。【００２５】
上記のとおりに構成しない場合、たとえば、図２において、ＵＰＣ１Ａ+ＵＰＣ１Ｂ+ＵＰＣ２Ａ+ＵＰＣ２Ｂの半導体素子のグループと、ＵＤ１Ａ+ＵＤ１Ｂ+ＵＤ２Ａ+ＵＤ２Ｂのグループの間で分割してそれぞれのグループを別々の半導体素子モジュールとして構成した場合を例に説明すると、この場合、接続導体２２を新たに設けて半導体素子モジュール間を接続する必要が発生する。この接続導体２２は半導体素子モジュール間の接続のみに使用され、外部への接続が不要なものである。接続導体２２の追加に起因する半導体素子モジュール構造の複雑化、部品数の増加により、電力変換装置１００の質量増、コスト増を招く場合がある。【００２６】
次に考慮すべき点としては、各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）が発生する損失熱量すなわち発熱量をほぼ同じにすることである。これは、後述のとおり、各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）を冷却する冷却手段の構成を容易にする効果がある。
複数のコンバータモジュール（２０ａ〜２０ｄ）と複数のインバータモジュール（４０ａ〜４０ｄ）の発熱量をほぼ同じに揃えることが好ましいが、複数のコンバータモジュール（２０ａ〜２０ｄ）の間、あるいは複数のインバータモジュール（４０ａ〜４０ｄ）の間でそれぞれ発熱量をほぼ同じに揃えることでもよい。
うまく半導体素子をグループ分けして達成する方法のほか、各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）の発熱量が同じとなるように半導体素子２５のスイッチング周波数や半導体素子２５の並列接続数を調整して対処することも可能である。【００２７】
各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）の発熱量をほぼ同じにすることにより冷却器２６のサイズをほぼ同じにすることが可能となり、各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）に使用する冷却器２６を共通品とでき、量産効果による低コスト化、製造コストの低減が可能となるメリットがある。【００２８】
さらに考慮すべき点としては、各半導体素子モジュールに搭載する半導体素子２５の数あるいは搭載面積をほぼ同じにすることである。これにより、冷却器２６を含めた各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）の大きさをほぼ同じにすることが可能となる。冷却器２６を含めた各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）の大きさをそろえることにより、後述のとおり、電力変換装置１００と各交流電動機（６０ａ〜６０ｄ）との間の位置関係に応じて、各半導体素子モジュール（２０ａ〜２０ｄ、４０ａ〜４０ｄ）の配置を変更する自由度が大きくなる。【００２９】
さらに具体的構造に関しては、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄの電力変換装置１００の筐体への取り付け方法（ボルト位置、ボルトピッチ）の統一、モジュール端子２８の位置やサイズの統一等を図ることが好ましい。【００３０】
図１、図２、図４に示した構成は、一般的な電気車用の電力変換装置において、以上の各要点を含んでコンバータ回路２０、インバータ回路４０を分割してコンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄを構成したものである。すなわちコンバータ回路が単相３レベルコンバータ回路であり、各アームは半導体素子が２並列接続されて構成される場合に適用する場合、コンバータ回路は、Ｕ相上アームを構成する６個の半導体素子を搭載したＵ相上アーム用コンバータモジュール２０ａと、Ｕ相下アームを構成する６個の半導体素子を搭載したＵ相下アーム用コンバータモジュール２０ｂと、Ｖ相上アームを構成する６個の半導体素子を搭載したＶ相上アーム用コンバータモジュール２０ｃと、Ｖ相下アームを構成する６個の半導体素子を搭載したＶ相下アーム用コンバータモジュール２０ｄとに分割して構成することが適当である。【００３１】
さらに、上記コンバータ回路に組み合わされるインバータ回路が三相２レベルインバータ回路である場合において、インバータ回路は、１組のブリッジ回路で１つのインバータモジュールを構成し、４個のインバータモジュール４０ａ〜４０ｄとして構成するのが適当である。【００３２】
なお、ここで想定している電力変換装置１００の容量は１ＭＷ程度であり、直流接続端子ＰＮ間の電圧は１．５ＫＶ〜３ＫＶ程度である。【００３３】
（半導体素子モジュールの配置について）
次に、以上のように構成された電力変換装置１００において、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄとその周辺部位の最適構成について説明する。【００３４】
図６は、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、コンデンサモジュール３０、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄとその周辺部位の構成例を示す図である。図６は、電力変換装置１００が電気車の車両床下中央付近に搭載され、電力変換装置１００から同一車両の両端に配置された台車８０の方向にそれぞれ交流電動機２台分の交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗを敷設した形態を示している。この形態は一般的な電気車に好適な形態である。図６では、図１で示したモータ開放開閉器５０ａ〜５０ｄは図の煩雑を避けるために省略している。【００３５】
図６に示すように、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、コンデンサモジュール３０、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄは、コンデンサモジュール３０を中心としてコンデンサモジュール３０の外側に隣接してＵ相上アーム用コンバータモジュール２０ａとＶ相上アーム用コンバータモジュール２０ｃとが配置し、さらにその外側に隣接してＵ相下アーム用コンバータモジュール２０ｂとＶ相下アーム用コンバータモジュール２０ｄとを配置し、さらにその外側に隣接して交流電動機６０ｂを駆動するインバータモジュール４０ｂと交流電動機６０ｄを駆動するインバータモジュール４０ｄとを配置し、さらにその外側に隣接して交流電動機６０ａを駆動するインバータモジュール４０ａと交流電動機６０ｃを駆動するインバータモジュール４０ｃとを配置する。
コンデンサモジュール３０を１個にしているので、コンデンサモジュールを複数にした場合にコンデンサモジュール間のインダクタンスによるＬＣ共振が問題になることは無く、回路の設計が容易になる。なお、ＬＣ共振が発生しないような対策を取れば、コンデンサモジュールを複数にしてもよい。コンデンサモジュールが複数の方が、コンデンサモジュールから半導体素子モジュールの間のインダクタンスの最大値を小さくする上では有利である。
コンデンサの容量が大きくてコンデンサモジュールを１個にするとサイズまたは重量の点でメンテナンスに影響が出る場合には、複数のコンデンサモジュールを互いに隣接するように配置してもよい。【００３６】
交流入力端子台８と入力開閉器１０を介して入力された交流入力導体ＵＳ、ＶＳはそれぞれＵ相上アーム用コンバータモジュール２０ａとＵ相下アーム用コンバータモジュール２０ｂ、Ｖ相上アーム用コンバータモジュール２０ｃとＶ相下アーム用コンバータモジュール２０ｄに接続する。【００３７】
インバータモジュール４０ａ、４０ｂからは、それぞれ独立した交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗにより交流電動機６０ａ、６０ｂの側に設けた交流出力端子台４５ａ、４５ｂまで配線する。インバータモジュール４０ｃ、４０ｄからは、それぞれ交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗにより交流電動機６０ｃ、６０ｄの側に設けた交流出力端子台４５ｃ、４５ｄまで配線する。なお、交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗは三相であるので３本の導体で構成されているが、図６では図の煩雑を避けるために１本にまとめて表記してある。交流出力導体を表現する線の近くには「×３」と書いて、実際は３本の線であることを示している。【００３８】
図６の構成によれば、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄの交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗが互いに交差せず、また交流入力導体ＵＳ、ＶＳとも交差せずに配線でき、配線に要するスペースを必要最小限にできることが分かる。また、ほぼ同じ大きさのモジュールを並べて配置するので、空間の利用効率が向上し、全体のサイズを低減できる。モジュール同士及びモジュールと外部を接続導体により接続し、接続に要する導体を必要最小限にできるので重量も低減できる。電力変換装置に要求される仕様によっては、サイズまたは重量のどちらかしか低減できない場合もありえるが、本方式によれば、モジュール化しない従来方式と比較して、電力変換装置のサイズまたは重量の少なくともどちらかを低減できる。【００３９】
このように構成した電力変換装置１００は、車両の長手方向（図の左右方向）で３０００ｍｍ程度、車両の幅方向（図の上下方向）で２０００ｍｍ前後、高さ方向が６００ｍｍ前後の直方体の箱で構成できる。【００４０】
以上のように構成することで、各インバータモジュール４０ａ〜４０ｄから交流出力端子台４５ａ〜４５ｄまでの交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗ（三相）の長さを最短にできるため、電力変換装置１００の軽量化、コスト低減が可能となり、また電力変換装置１００内に占める交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗが占有するスペースが最小限度で済むため、電力変換装置１００内部に空間がより多く確保でき、メンテナンス性も向上するという効果がある。【００４１】
またコンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄは、コンデンサモジュール３０を中心に配置することで、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄまたはインバータモジュール４０ａ〜４０ｄの何れか１個からコンデンサモジュール３０までの最長距離を小さくすることができ、少なくとも回路上で問題が発生しない所定値以下にでき、半導体素子２５のスイッチング動作によるサージ電圧やノイズ等を最小限にできる。【００４２】
なお、Ｕ相上アーム用〜Ｖ相下アーム用コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄは互いに位置を入れ替えても構わない。またインバータモジュール４０ａ、４０ｂあるいはインバータモジュール４０ｃ、４０ｄは互いに位置を入れ替えても構わない。【００４３】
次に、以上のように構成したコンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄの冷却に関する構成について説明する。図７に実施の形態１における半導体素子モジュールの冷却構成を示す。
上述のとおり、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄはそれぞれ発熱量がほぼ等しくなるようにコンバータ回路２０を分割して構成し、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄについても、それぞれ発熱量が等しくなるよう同一の回路で分割構成してある。【００４４】
理想的にはコンバータモジュール２０ａ〜２０ｄとインバータモジュール４０ａ〜４０ｄとでも発熱量をほぼ等しくできれば、冷却構成が容易になるが、現実には困難である場合が多い。このようなケースを考慮し、コンバータ回路２０とインバータ回路４０の発熱量が異なる場合を考える。コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄを組として、またインバータモジュール４０ａ〜４０ｄを組として、それぞれの組を冷却ファン７０ａ、７０ｂで冷却する構成とした場合、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄとインバータモジュール４０ａ〜４０ｄとで発熱量が異なるため、冷却ファン７０ａ、７０ｂはそれぞれに見合った別々の性能のものを選定する必要が生じる。
この場合、例えば発熱量が大きい方には大型の冷却ファン、発熱量が小さいほうには小型の冷却ファンが適当となるが、電力変換装置１００内部へのファン７０ａ、７０ｂの配置を考えると、大型の冷却ファンに合わせて電力変換装置１００の大きさが決まってしまい、電力変換装置１００内部のスペースの有効利用ができなくなる。結果として電力変換装置１００の大型化、質量増加を招く。さらに別々の冷却ファンを使用するので、冷却ファン故障時に備えて保有しておく冷却ファンの予備が二種類必要となり、また別々の冷却ファンを調達することによるコスト増加を招く。【００４５】
そこで、図７に示すように、任意のコンバータモジュール２台と、任意のインバータモジュール２台を組として、それぞれの組を冷却ファン７０ａ、７０ｂで冷却する構成とすることで、それぞれの組の発熱量は等しいので、コンバータモジュールおよびインバータモジュールの平均発熱量を冷却できる程度の能力を有した同一の冷却ファン７０ａ、７０ｂを使用することができる。これにより、電力変換装置１００内のスペースの有効利用が可能となる。結果として電力変換装置１００の小型軽量化が可能となる。また同一冷却ファンを使用できるので、冷却ファン故障時に備えて保有しておく冷却ファンの予備が一種類で良く、また同一冷却ファンを多数発注できるので調達コストの低減が可能となり、ひいては電力変換装置１００のコスト低減が可能となる。【００４６】
なお上述した工夫により、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄの配置順序は任意の順序で配置することが可能であり、後述する種々の搭載形態(電力変換装置と交流電動機との搭載位置関係)に適用が可能である。
以上のことは、以下の実施の形態でもあてはまる。【００４７】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２における電力変換装置の構成例を示す図である。図８において、実施の形態１と同様の部分は実施の形態１と同記号を付して説明は省略する。ここでは、実施の形態１と異なる部分のみ説明をする。【００４８】
図８は、電力変換装置１００Ａと交流電動機６０ａ〜６０ｄが搭載された台車８０が別の車両に搭載されたケースを示している。電気車の場合、種々の装置が車両の床下に搭載されることから、電動機が存在する車両にはスペースが無くて電力変換装置の搭載が困難な場合がある。この場合は図８のように、例えば床下のスペースに余裕がある隣接車両の床下に電力変換装置１００Ａを搭載するケースが存在する。【００４９】
この場合、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、コンデンサモジュール３０、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄの配置と、電力変換装置１００Ａと交流電動機６０ａ〜６０ｄの位置関係が実施の形態１の場合と異なる。
Ｕ相上アーム用〜Ｖ相下アーム用コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄは順次コンデンサモジュール３０の左側に隣接配置し、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄは順次コンデンサモジュール３０の右側に隣接配置する。なお、Ｕ相上アーム用〜Ｖ相下アーム用コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄは互いに位置を入れ替えても構わない。【００５０】
交流入力端子台８と入力開閉器１０を介して入力された交流入力導体ＵＳ、ＶＳはそれぞれＵ相上アーム用コンバータモジュール２０ａとＵ相下アーム用コンバータモジュール２０ｂ、Ｖ相上アーム用コンバータモジュール２０ｃとＶ相下アーム用コンバータモジュール２０ｄに接続する。【００５１】
インバータモジュール４０ａ〜４０ｄから、それぞれ個別の交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗにより、交流電動機６０ａ〜６０ｄの方向に配置された交流出力端子台４５ａ〜４５ｄまで配線する。【００５２】
以上のように構成することで、各インバータモジュールから交流出力端子台までの交流出力導体（三相）を短くできるため、電力変換装置の軽量化、コスト低減が可能となり、また電力変換装置内に占める交流出力導体が占有するスペースが最小限度で済むため、電力変換装置内部に空間がより多く確保でき、メンテナンス性も向上するという効果がある。【００５３】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３における電力変換装置の構成例を示す図である。図９において、実施の形態１と同様の部分は実施の形態１と同記号を付して説明は省略する。ここでは、実施の形態１と異なる部分のみ説明をする。【００５４】
図９は、電力変換装置１００Ｂを挟んで左側に交流電動機６０ｄが１台搭載され、右側に交流電動機６０ｂ〜６０ｄの３台が搭載されたケースを示している。このケースは、各台車８０が有する２軸のうち１軸が電動軸であり、隣接する２両の４個の電動軸にそれぞれ１個が配置された交流電動機を駆動する場合に適用が可能な構成であり、応用例として路面電車や郊外電車が想定される。【００５５】
この場合、コンバータモジュール２０ａ〜２０ｄ、コンデンサモジュール３０、インバータモジュール４０ａ〜４０ｄの配置と、電力変換装置１００Ｂと交流電動機６０ａ〜６０ｄの位置関係が実施の形態１の場合と異なる。コンデンサモジュール３０を中心に、左へＵ相上アーム用コンバータモジュール２０ａ、Ｖ相上アーム用コンバータモジュール２０ｃ、Ｖ相下アーム用コンバータモジュール２０ｄとインバータモジュール４０ｄとを順次隣接配置し、コンデンサモジュール３０の右側へＵ相下アーム用コンバータモジュール２０ｂとインバータモジュール４０ｃ、４０ｂ、４０ａを順次隣接配置する。なお、Ｕ相上アーム用コンバータモジュール２０ａとＵ相下アーム用コンバータモジュール２０ｂ、Ｖ相上アーム用コンバータモジュール２０ｃとＶ相下アーム用コンバータモジュール２０ｄは互いに位置を入れ替えても構わない。【００５６】
交流入力端子台８と入力開閉器１０を介して入力された交流入力導体ＵＳ、ＶＳはそれぞれＵ相上アーム用コンバータモジュール２０ａとＵ相下アーム用コンバータモジュール２０ｂ、Ｖ相上アーム用コンバータモジュール２０ｃとＶ相下アーム用コンバータモジュール２０ｄに接続する。【００５７】
インバータモジュール４０ａ〜４０ｄから、それぞれ個別の交流出力導体Ｕ、Ｖ、Ｗにより、交流電動機６０ａ〜６０ｄの方向に配置された交流出力端子台４５ａ〜４５ｄまで配線する。この実施の形態３では、３個の交流出力端子台４５ａ〜４５ｃが図における右側に向き、１個の交流出力端子台４５ｄが左を向いている。コンバータ回路２０を４個のコンバータ２０ａ〜２０ｄに分割しているので、コンデンサモジュール３０を中心に配置し両側に４個ずつの半導体素子モジュールを配置しながら、インバータモジュールの数を左右で変えることができる。【００５８】
以上のように構成することで、各インバータモジュールから交流出力端子台までの交流出力導体（三相）を短くできるため、電力変換装置の軽量化、コスト低減が可能となり、また電力変換装置内に占める交流出力導体が占有するスペースが最小限度で済むため、電力変換装置内部に空間がより多く確保でき、メンテナンス性も向上するという効果がある。【００５９】
以上、主としてコンバータ回路２０が電圧形３レベルコンバータ、インバータ回路４０が電圧形２レベルインバータで４台の交流電動機を駆動する形態を例に発明の内容を説明した。本発明の内容はこれ以外の構成、例えばコンバータ回路が電圧形２レベルコンバータ、インバータ回路が電圧形３レベルインバータでも良いし、半導体素子の並列接続数も必要な電力変換容量に応じて任意に決定して構わない。また一台の電力変換装置により駆動される交流電動機の数は４以外でも本発明の内容を容易に拡張できる。【００６０】
また、以上の説明では交流電力を受電してコンバータ回路を介して直流電力に変換してインバータ回路に供給する構成の電力変換装置を例として説明したが、一般に周知されているとおり、直流架線から直接直流電力を受電してインバータ回路に供給する構成としても良く、この場合は主として変圧器、コンバータ回路が不要となり、架線から受電した直流電力をＬＣフィルタ（図示せず）を介してコンデンサモジュールとインバータ回路へ入力する構成とすれば良い。この場合でも本発明の内容を適用できる。【００６１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。さらに、本明細書では、電気車の電力変換装置への適用を考慮して発明内容の説明を実施しているが、適用分野はこれに限られるものではなく、電気自動車、エレベータ等の種々の関連分野への応用が可能であることも言うまでもない。
【図１】
2009040933.tif 000003
【図２】
2009040933.tif 000004
【図３】
2009040933.tif 000005
【図４】
2009040933.tif 000006
【図５】
2009040933.tif 000007
【図６】
2009040933.tif 000008
【図７】
2009040933.tif 000009
【図８】
2009040933.tif 000010
【図９】
2009040933.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月17日(2008.6.17)
【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】
所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却装置、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、
コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、
所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体と、
前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の入力端子と、
前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の出力端子とを備え、
前記出力端子と所定の前記モジュール端子を接続する前記接続導体である複数の出力接続導体、及び前記入力端子と所定の前記モジュール端子を接続する前記接続導体である複数の電源接続導体を互いに交差しないように配置することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記コンデンサモジュールと何れかの前記半導体素子モジュールとの間のインダクタンスの最大値が所定値以下であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記コンデンサモジュールを１個にすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記の所定の電力変換回路が、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路であり、
前記接続導体として、前記出力接続導体、前記電源接続導体、及び前記コンデンサモジュールが接続する直流接続導体を有し、
前記コンバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるコンバータモジュールが、前記電源接続導体及び前記直流接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有し、
前記インバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるインバータモジュールが、前記直流接続導体及び前記出力接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記の所定の電力変換回路が、直流電源からの直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路であり、
前記接続導体として、前記出力接続導体、前記電源接続導体、及び前記コンデンサモジュールが接続する直流接続導体を有し、
前記直流接続導体が前記電源接続導体を兼ねるものであり、
前記インバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるインバータモジュールが、前記直流接続導体及び前記出力接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
複数の前記半導体素子モジュールの発熱量がほぼ同じになるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
複数の前記コンバータモジュールの発熱量がほぼ同じになるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項８】
複数の前記インバータモジュールの発熱量がほぼ同じになるようにしたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記半導体素子モジュールを複数のグループに分け、各グループに属する前記半導体素子の発熱量の合計がほぼ同じになるようにし、グループごとに送風ファンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記半導体素子モジュールを複数のグループに分け、グループごとに同じ容量の送風ファンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記半導体素子モジュールが有する前記半導体素子の搭載面積がほぼ同じになることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記半導体素子モジュールの前記冷却器の大きさをほぼ同じにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記コンバータモジュールが有する前記モジュール端子は前記電源接続導体または前記直流接続導体に接続するものだけであることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記インバータモジュールが有する前記モジュール端子は前記直流接続導体または前記出力接続導体に接続するものだけであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記コンバータ回路が単相３レベルコンバータ回路であり、
前記コンバータモジュールは、単相３レベルコンバータ回路のＵ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相上アーム、及びＶ相下アームの何れかを構成するものであることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記インバータ回路が複数の三相２レベルインバータ回路であり、
前記インバータモジュールは、三相２レベルインバータ回路の何れかを構成するものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記インバータ回路が４個の三相２レベルインバータ回路であり、
前記インバータモジュールは、三相２レベルインバータ回路の何れかを構成するものであることを特徴とする請求項１５に記載の電力変換装置。
【請求項１８】
前記コンデンサモジュールを中心として、その片側に１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、もう一方の側には１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、さらにその外側に前記インバータモジュールを２個づつ配置することを特徴とする請求項１７に記載の電力変換装置。
【請求項１９】
前記コンデンサモジュールを中心として、その片側に４個の前記コンバータモジュールを配置し、もう一方の側に４個の前記インバータモジュールを配置することを特徴とする請求項１７に記載の電力変換装置。
【請求項２０】
前記コンデンサモジュールを挟んで１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、その外側の片側に３個の前記インバータモジュールを配置し、もう一方の側に１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、さらにその外側に１個の前記インバータモジュールを配置することを特徴とする請求項１７に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却装置、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体と、前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の入力端子と、前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の出力端子とを備え、前記出力端子と所定の前記モジュール端子を接続する前記接続導体である複数の出力接続導体、及び前記入力端子と所定の前記モジュール端子を接続する前記接続導体である複数の電源接続導体を互いに交差しないように配置することを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却装置、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体と、前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の入力端子と、前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の出力端子とを備え、前記出力端子と所定の前記モジュール端子を接続する前記接続導体である複数の出力接続導体、及び前記入力端子と所定の前記モジュール端子を接続する前記接続導体である複数の電源接続導体を互いに交差しないように配置することを特徴とするものなので、電力変換装置のサイズまたは質量の少なくともどちらかを低減できる。
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月27日(2008.10.27)
【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】
所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却器、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、
コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、
所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体と、
前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の入力端子と、
前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の出力端子とを備え、
前記各半導体素子モジュールの前記冷却器のサイズをほぼ同じとして、前記半導体素子モジュールを複数のグループに分け、各グループに属する前記半導体素子の発熱量の合計がほぼ同じになるようにし、グループごとに同じ容量で同じ大きさの冷却ファンを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記の所定の電力変換回路が、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路であり、
前記接続導体として、前記出力端子と所定の前記モジュール端子を接続する複数の出力接続導体、前記入力端子と所定の前記モジュール端子を接続する複数の電源接続導体、及び前記コンデンサモジュールが接続する直流接続導体を有し、
前記コンバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるコンバータモジュールが、前記電源接続導体及び前記直流接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有し、
前記インバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるインバータモジュールが、前記直流接続導体及び前記出力接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有し、
前記インバータ回路が複数の三相２レベルインバータ回路であり、
前記インバータモジュールは、三相２レベルインバータ回路の何れかを構成するものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記の所定の電力変換回路が、直流電源からの直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路であり、
前記接続導体として、前記出力端子と所定の前記モジュール端子を接続する複数の出力接続導体、及び前記入力端子と所定の前記モジュール端子を接続し、かつ前記コンデンサモジュールが接続する複数の直流接続導体を有し、
前記インバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるインバータモジュールが、前記直流接続導体及び前記出力接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有し、
前記インバータ回路が複数の三相２レベルインバータ回路であり、
前記インバータモジュールは、三相２レベルインバータ回路の何れかを構成するものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記の所定の電力変換回路が、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路であり、
前記接続導体として、前記出力端子と所定の前記モジュール端子を接続する複数の出力接続導体、前記入力端子と所定の前記モジュール端子を接続する複数の電源接続導体、及び前記コンデンサモジュールが接続する直流接続導体を有し、
前記コンバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるコンバータモジュールが、前記電源接続導体及び前記直流接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有し、
前記インバータ回路を構成する前記半導体素子モジュールであるインバータモジュールが、前記直流接続導体及び前記出力接続導体の中の所定のものに接続する少なくとも２個の前記モジュール端子を有し、
前記コンバータ回路が単相３レベルコンバータ回路であり、
前記コンバータモジュールは、単相３レベルコンバータ回路のＵ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相上アーム、及びＶ相下アームの何れかを構成し、
前記インバータ回路が４個の三相２レベルインバータ回路であり、
前記インバータモジュールは、三相２レベルインバータ回路の何れかを構成するものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記コンデンサモジュールを中心として、その片側に１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、もう一方の側には１個のアームを構成する２個の前記コンバータモジュールを配置し、さらにその外側に前記インバータモジュールを２個づつ配置することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却器、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体と、前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の入力端子と、前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の出力端子とを備え、前記各半導体素子モジュールの前記冷却器のサイズをほぼ同じとして、前記半導体素子モジュールを複数のグループに分け、各グループに属する前記半導体素子の発熱量の合計がほぼ同じになるようにし、グループごとに同じ容量で同じ大きさの冷却ファンを備えたことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、所定の電力変換回路の少なくとも一部を構成するように接続された半導体素子、この半導体素子を冷却する冷却器、及びモジュール外と接続するモジュール端子を有し、並べて配置される複数の半導体素子モジュールと、コンデンサと前記モジュール端子を有し、前記半導体素子モジュールと並べて配置されるコンデンサモジュールと、所定の電力変換回路を構成するように前記モジュール端子が接続される複数の接続導体と、前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の入力端子と、前記所定の電力変換回路を含む電力変換装置の出力端子とを備え、前記各半導体素子モジュールの前記冷却器のサイズをほぼ同じとして、前記半導体素子モジュールを複数のグループに分け、各グループに属する前記半導体素子の発熱量の合計がほぼ同じになるようにし、グループごとに同じ容量で同じ大きさの冷却ファンを備えたことを特徴とするものなので、電力変換装置のサイズまたは質量の少なくともどちらかを低減でき、かつ冷却ファン故障時に備えて保有する冷却ファンの種類を一種類にできる。
【国際調査報告】
2009040933.tif 000012
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