(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支える軸受けを冷却する冷却風を発生させるファンを備え、車輪を駆動するモータと、複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより直流電力から変換した交流電力を前記モータに供給する電力変換装置と、を有する車両用駆動装置において、
前記スイッチング素子を内部に備えた半導体モジュールから発生した熱を放熱する放熱器の一部を前記軸受けよりも風上側の吸気流路上に配置し、前記放熱器の他の一部を前記軸受けよりも風下側の排気流路上に配置することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用駆動装置において、
前記半導体モジュール及び前記放熱器は、前記モータの一方の回転軸方向に配置され、
前記ファンにより発生される冷却風は、前記モータの一方の回転軸方向から吸気され、前記モータの一方の回転軸方向へ排気されることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用駆動装置において、
前記モータの回転軸は、前記半導体モジュールが配置された回転軸方向とは、反対の回転軸方向で、駆動対象のギア又は車輪と接続されることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用駆動装置において、
前記半導体モジュールの一方側に備えられた前記放熱器は、前記冷却風の吸気流路上に配置され、
前記半導体モジュールの他方側に備えられた前記放熱器は、前記冷却風の排気流路上に配置されることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用駆動装置において、
前記ファンは、前記回転軸と固定されており、前記回転軸が回転することにより回転内周側に配置された前記吸気流路から回転外周側に配置された排気流路へ流れる冷却風を発生させ、
前記半導体モジュールは、前記吸気流路と前記排気流路の間に配置されることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用駆動装置において、
前記半導体モジュールは、前記吸気流路上及び前記排気流路上に配置された前記放熱器よりも回転外周側に配置されることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の車両用駆動装置において、
前記半導体モジュールは、第一のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子に逆並列接続された第一のダイオードと、第二のスイッチング素子と、前記第二のスイッチング素子に逆並列接続された第二のダイオードをそれぞれ備え、前記第一のスイッチング素子の低電位端子と前記第二のスイッチング素子の高電位端子が接続されて構成され、
前記第一のスイッチング素子の低電位端子と前記第二のスイッチング素子の高電位端子の接続点がモータに接続され、
前記半導体モジュールにより、３相変換回路の１相分を構成することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用駆動装置において、
１相分の変換回路は、並列接続された複数の前記半導体モジュールで構成されることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の車両用駆動装置において、
前記半導体モジュールは、第一のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子に逆並列接続された第一のダイオードと、第二のスイッチング素子と、前記第二のスイッチング素子に逆並列接続された第二のダイオードをそれぞれ備え、前記第一のスイッチング素子の低電位端子と前記第二のスイッチング素子の高電位端子が接続されて構成され、
前記半導体モジュールの前記第二のスイッチング素子の低電位端子と他の前記半導体モジュールの前記第一のスイッチング素子の高電位端子との接続点がモータに接続され、
互いに接続された前記２つの半導体モジュールにより、３相変換回路の１相分を構成することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の車両用駆動装置において、
前記スイッチング素子はＩＧＢＴもしくはＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の車両用駆動装置において、
前記スイッチング素子乃至前記ダイオードはシリコン又はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材とすることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の車両用駆動装置を台車に備え、集電装置を介して架線又は導電レールから電力を得て前記車両用駆動装置へ電力を供給することを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置を用いた車両用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を交流電力に変換するインバータや交流電力を直流電力に変換するコンバータに代表される電力変換装置は、損失を低減するためにスイッチング素子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｃｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を搭載した半導体モジュールが適用されている。
【０００３】
スイッチング素子を構成する半導体チップはＳｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ）を中心に発展してきたが、さらなる損失の低減に向けて、近年ではＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）やＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）などのワイドバンドギャップ半導体の適用が検討されている。例えば、ＳｉＣはＳｉに比べて絶縁破壊電圧が高いため、半導体チップを薄くすることができ、導通損失を低減できる。さらに、ＳｉＣはＳｉに比べてスイッチング速度を高速化することができ、スイッチング損失を低減することで電力変換装置の小型化に寄与することができる。
【０００４】
また、鉄道や自動車などに搭載されたモータ駆動用の電力変換装置は、モータと電力変換装置を一体構成とした機電一体により、様々な利点がある。例えば、モータと電力変換装置を別々に備える鉄道車両の駆動装置において、従来の駆動装置では、電力変換装置の出力する電力がモータケーブルを介してモータに送電されている。ここで、鉄道用のモータケーブルは１０ｍから２０ｍと長いため、艤装の簡略化や低コスト化の弊害となっていた。これに対して機電一体はモータケーブルを最短にできるため、部品点数の削減による低コスト化や省メンテナンス性を実現できる。さらにはモータケーブルから放射される電磁ノイズを発生しないため、車両走行の安全性を確保するための信号機器へのノイズの影響が無くなる。
【０００５】
一方、機電一体構成を実現するためにはモータと電力変換装置を小型化する必要があり、両者の冷却系を簡素化した上で冷却性能を向上することが課題となる。例えば、鉄道車両の駆動装置であるモータや電力変換装置は車両の走行風を用いて冷却する方法があるが、機電一体とした場合には高密度な実装となるため走行風を十分に得ることができず、駆動装置の焼損や故障の原因となる。
【０００６】
本技術分野の背景技術として特開２００８−２７１７３０号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、「電動機は密閉されたケースとケースに軸受けを介して回転自在に支持さされているとともに、ケースの外側に突出した端部を有する回転軸と、ケース内で回転軸に設けられたロータと、ケース内に設けられたステータとを有する電動機本体と、ケースの外方で回転軸の端部に取り付けられ、回転軸と一体に回転可能な冷却ファンと、冷却ファンを覆ってケースに取り付けられたファンカバーであって、冷却ファンに対向して設けられた誘導口とケースの外周側に位置した吐出口とを有し、誘導口から吸い込まれた空気を吐出口から吹き出しケースの外周に導くファンカバーと、冷却ファンの回転数に応じて吐出口の開口面積を変化させる風量調整機構とを備えている」及び「ファンカバーに分配して取り付けられた複数のインバータを備えている」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２７１７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようにモータと電力変換装置を効率よく冷却する方法として、上記の特許文献１のように、密閉されたモータケースの外部でモータの回転軸に外扇ファンを設けて、モータの回転により外扇ファン回転させてモータケースの外周表面と電力変換装置に送風し、モータと電力変換装置を冷却する構成が提案されている。しかしながら、このような機電一体の駆動装置を鉄道車両や自動車や産業用等の大容量の用途に利用する場合、電力変換装置の冷却性能を更に向上させることが求められる。
本発明は、モータと電力変換装置を一体構成とした機電一体において、冷却性能の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転軸を支える軸受けを冷却する冷却風を発生させるファンを備え、車輪を駆動するモータと、複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより直流電力から変換した交流電力をモータに供給する電力変換装置と、を有する車両用駆動装置において、スイッチング素子を内部に備えた半導体モジュールから発生した熱を放熱する放熱器の一部を軸受けよりも風上側の吸気流路上に配置し、放熱器の他の一部を軸受けよりも風下側の排気流路上に配置することを特徴とする車両用駆動装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、モータと電力変換装置を一体化した機電一体構成の冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に記載の適用例である鉄道車両の駆動装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例１に記載の適用例である鉄道車両の駆動装置の上面図である。
【図３】本発明の実施例１に記載の駆動装置の回路図である。
【図４】本発明の実施例１に記載の駆動装置の正面断面図である。
【図５】本発明の実施例１に記載の駆動装置の側面図である。
【図６】本発明の実施例２に記載の駆動装置の正面断面図である。
【図７】本発明の実施例３に記載の駆動装置の正面断面図である。
【図８】本発明の実施例４に記載の駆動装置の回路図の一例である。
【図９】本発明の実施例４に記載の駆動装置の回路図の他の一例である。
【図１０】本発明の実施例４に記載の駆動装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて実施例を説明する。なお、図面及び実施例ではスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを取り上げるが、本発明はＩＧＢＴにも適用可能である。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明を鉄道車両に適用した場合の鉄道車両の駆動装置の概略図である。電力は電力源である架線１又は導電レールから集電装置７を介して車両８の駆動装置に供給される。供給された電力は電力変換装置を介してモータ５で消費され、モータにより車輪３が駆動されることで車体８が前進または後進する。なお、電気的なグランドとして、電力変換装置の負電圧側は車輪３を介してレール２に接続されている。ここで、架線１の電圧は直流および交流のどちらでも良いが、以下では一例として直流１５００Ｖの架線１を電源とした実施例を説明する。また、モータ５は台車４に搭載されており、台車４は車体８を支えている。
【００１４】
図２は本発明の実施例１に示す駆動装置の上面図である。台車４に駆動装置が搭載されており、モータ５は電力変換装置６から供給された電力を元に車輪３を駆動し、車体８を前進または更新する。ここで，機電一体構成はモータ５の直近に電力変換装置６が配置されているため、モータケーブルを最短にでき、艤装の簡略化によって低コスト化を実現できる。
【００１５】
図３は本発明の実施例１に示す駆動装置の回路図である。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を備える電力変換装置６は、架線１等の直流電源１０１を平滑するコンデンサ１０２ａ〜１０２ｃと、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備え、スイッチング素子Ｑ１とＱ２は直列接続されてＵ相を、Ｑ３とＱ４は直列接続されてＶ相、Ｑ５とＱ６は直列接続されてＷ相をそれぞれ構成する。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、通流方向が逆方向となる向きにダイオードＤ１〜Ｄ６が並列接続される。ここで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がＩＧＢＴである場合にはダイオードＤ１〜Ｄ６を接続する必要があるが、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がＭＯＳＦＥＴである場合には、ダイオードＤ１〜Ｄ６を接続せずにＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを利用することができる。また、各相を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の直列接続点は、モータ５と接続されて、モータに交流電力を供給する。
【００１６】
また、電力変換装置６の上下アームのスイッチング素子、例えばＵ相のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が同一のパッケージに格納された２ｉｎ１の半導体モジュールを使用した場合、電力変換装置６は半導体モジュール１０３〜１０５で構成することができる。なお、キャパシタ１０２ａ〜１０２ｃは電解コンデンサ、フィルムキャパシタのどちらでもよく、複数のキャパシタが一つのパッケージに格納されていても良い。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲート端子にゲート駆動回路１０７ａ〜１０７ｃからオン信号およびオフ信号に応じたゲート電圧が印加されることで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はスイッチング動作する。オン信号およびオフ信号は例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって制御される。なお、Ｑ１〜Ｑ６は、それぞれ一つのスイッチング素子で構成されても良いが、並列接続された複数のスイッチング素子で構成されてもよい。
【００１７】
図４は本発明の実施例１に記載の駆動装置の正面断面図である。モータ５はモータフレーム２０５の中に密閉室を備え、また回転軸２０４と回転軸２０４を支える軸受け２０３を備える。この回転軸２０４の周囲にはロータ２１０が形成されており、ロータ２１０の外周部にはエアギャップを介してステータ２１１が設けられている。ここで、ステータ２１１にはステータコイル２０２が設けられており、ステータコイル２０２に電流を流すことで磁界を発生し、ロータ２１０に回転する力が生じる。また、モータは誘導モータもしくは永久磁石モータのどちらでもよく、永久磁石モータの場合にはロータ２１０に永久磁石が用いられる。
【００１８】
ロータ２１０とステータ２１１はそれぞれ密閉室内に設けられ、ロータ２１０とステータ２１１には渦電流に起因する損失が発生し、ロータ２１０とステータ２１１は熱を帯びるため、冷却する必要がある。そこで、ロータ２１０には通気用のロータダクト２０１が設けられており、密閉室内に設けられ回転軸２０４に固定されて回転軸２０４と共に回転するファン２０６によって空気がモータの密閉室内を循環し、フレームダクト２１２でモータフレーム２０５を介して外気と熱交換する。
【００１９】
また、回転軸２０４が回転することで摩擦熱により軸受け２０３が発熱する。この軸受け２０３はモータ５のギアや駆動対象である車輪が接続される駆動側とその反対面の反駆動側にそれぞれ設けられ、駆動側と反駆動側にそれぞれ設けられた補助ファン２０９を用いて冷却される。図４では左側が駆動側、右側が反駆動側となっている。補助ファン２０９はモータケース２０５の駆動側及び反駆動側にそれぞれ設けられた吸気孔２１３から外気をそれぞれ吸気して軸受け２０３を冷却し、駆動側及び反駆動側に設けられた排気孔２１４から排気される。ここで、吸気孔２１３と排気孔２１４は同一面に設けられている。また、モータ機内に粉塵が入り込むことを防ぐため、吸気孔２１３と排気孔２１４には通気性のシールが設けられている。ここで、ファン２０６および補助ファン２０９は吸気した冷気の方向を変えるため、ラジアルファンやシロッコファンを用いる。
【００２０】
モータ５を駆動する電力変換装置６は半導体モジュールがスイッチング動作することで電力を直流から交流に変換している。スイッチング時に半導体モジュールにはスイッチング損失や導通損失が発生するため、半導体モジュールと固定される冷却ブロックと、冷却ブロックの熱を大気に放熱する冷却フィンを備える放熱器２０７で冷却する必要がある。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６やダイオードＤ１〜Ｄ６にＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることで、半導体モジュールの損失を低減することができ、冷却器の小型化を実現することができる。
【００２１】
本実施形態では、モータ５と電力変換装置６の冷却系を簡素化し冷却性能を向上するために、冷却風をモータケース内に取り込む吸気を反駆動側から行い、軸受けから熱を奪った後の冷却風をモータケースから反駆動側へ排出し、放熱器２０７の冷却フィンをモータケースの反駆動側の吸気と排気の両方の流路状に配置し、電力変換装置６を冷却することを特徴とする。モータ５の反駆動側の軸受け２０３を冷却する流路上であって軸受け２０３の上流側（吸気側）及び上流側（排気側）に放熱器２０７の冷却フィンを配置することで、モータ５と共に補助ファン２０９が回転するときにモータ５の吸気と排気を用いて電力変換装置６を冷却できるため、電力変換装置６は冷却性能を向上させることができる。
【００２２】
本発明は、半導体モジュールの一方側に冷却ブロックと冷却フィンを備え、冷却フィンの一部分を吸気の流路上に配置し、冷却フィンの他の一部分を排気の流路上に配置して、吸気と排気の双方を利用して電力変換装置６を冷却することも可能であるが、図４に示すように半導体モジュールの両面に冷却フィンを設けた両面冷却半導体モジュールを利用する場合、吸気を用いて半導体モジュールの片面を冷却し、排気を用いて半導体モジュールの反対の面を冷却することで、吸気のみや排気のみによる半導体モジュールの一方向の冷却に比べて電力変換装置６の冷却性能を向上することができる。ここで、さらに冷却性能を高めるために、吸気流路と排気流路の間に配置されて吸気と排気の流路を隔てるガイド２０８と、排気流路の側面を覆う排気流路カバー２１５と、吸気流路の側面を覆う吸気流路カバー２１６を備えている。ガイド２０８により吸気と排気が混ざって軸受け２０３を冷やす冷却風の流量が低下することを防止し、排気流路カバー２１５と吸気流路カバー２１６を備えることにより各流路から冷却風が冷却フィンの間から外側に漏れて冷却性能が低下することを防止する。また、図４で示した実施形態では、半導体モジュールよりも内周側（回転軸２０４側）に吸気孔２１３を、外周側に排気孔２１４を設ける構成としているが、吸気孔２１３と排気孔２１４を設ける場所は逆でもよく、また冷却風の流れる方向を逆方向としても良い。
【００２３】
図５は本発明の実施例１に記載の駆動装置における図３のＡ方向から見た側面図である。図５では一例として、電力変換装置６が図３に示す三相電力変換装置の場合を説明する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相はそれぞれキャパシタ１０２ａ〜１０２ｃと半導体モジュール１０３〜１０５で構成されている。また各相において、キャパシタ１０２ａ〜１０２ｃと半導体モジュール１０３〜１０５は主回路バスバー１０６ａ〜１０６ｃを用いて電気的かつ構造的に接続される。
【００２４】
モータケース２０５の吸気孔２１３と排気孔２１４の流路上に各半導体モジュール１０３〜１０５の放熱器の冷却フィンを配置し、キャパシタ１０２ａ〜１０２ｃやゲート駆動回路１０７ａ〜１０７ｃは吸気孔２１３と排気孔２１４の無いスペースに実装される。誘導モータを用いた鉄道車両の駆動システムでは、一般的に電力変換装置１台に対して複数台、例えば４台の誘導モータが接続され、１台の電力変換装置の交流出力電力により４台のモータが駆動される。一方、モータと電力変換装置を一体構成とした機電一体の場合には、電力変換装置１台に対してモータ１台が接続され、１台の電力変換装置の交流出力電力により１台のモータが駆動される。すなわち、機電一体とした電力変換装置は複数台のモータを駆動する電力変換装置と比較して、半導体モジュール１０３〜１０５の電流容量を小さくできるため小型化できる。同様の理由でキャパシタ１０２ａ〜１０２ｃは複数台のモータを駆動する電力変換装置よりも小さくなるため、電力変換装置を小型化でき、本発明のモータ側面に電力変換装置を実装することが可能である。
【００２５】
このようにして本発明の実施例１は、モータ５の吸気と排気の双方を用いて電力変換装置６を冷却することによって冷却性能を高めることができる。または、より小型の冷却器により同等の冷却性能を確保して、電力変換装置６を小型化することができる。
【実施例２】
【００２６】
図６は本発明における実施例２の駆動装置の正面断面図である。電力変換装置６を構成する半導体モジュール１０３の上面はカバー２１５に構造的に接続され、下面は放熱器２０７の受熱ブロックに接続される。放熱器２０７の冷却フィンは実施例１と同様に、吸気孔２１３近傍の吸気流路上および排気孔２１４近傍の排気流路上に配置される。また、吸気流路と排気流路の間には吸気と排気の流路を隔てるガイド２０８が配置されて、吸気と排気が混ざって軸受け２０３を冷やす冷却風の流量が低下することを防止する。
【００２７】
半導体モジュール１０３に接続された放熱器２０７は、半導体モジュール１０３から遠い部分の冷却フィンがモータ５の吸気を用いて冷却され、半導体モジュール１０３に近い部分の冷却フィンがモータ５の排気を用いて冷却される。すなわち、実施例１と同様に、吸気と排気の双方を用いることで、電力変換装置の冷却性能を向上することができる。また、片面冷却の構成であるため、汎用の半導体モジュールを使用することがで、低コストに電力変換装置を構成できる。それ以外の構成は実施例１と同様である。また、本実施例２では、半導体モジュールを回転軸２０４から遠い外周側に配置し、内周側に放熱器２０７を構成した例を示した。しかし、内周側に半導体モジュールを配置し、外周側に冷却器２０７を配置する構造としても良い。この場合、冷却フィンの半導体モジュールに近い部分が吸気流路上に配置されるため、電力変換装置の冷却性能を向上させることができる。
【実施例３】
【００２８】
図７は本発明における実施例３の駆動装置の正面断面図である。電力変換装置６を構成する半導体モジュール１０３はカバー２１５の外側に配置され、半導体モジュール１０３の上面は外気と接しており、下面はカバー２１５と一体化した放熱器２０７に接続されている。放熱器２０７は実施例１と同様に、モータ５の吸気孔２１３近傍の吸気流路上および排気孔２１４近傍の排気流路上に配置される。また、吸気流路と排気流路の間には吸気と排気の流路を隔てるガイド２０８が配置されて、吸気と排気が混ざって軸受け２０３を冷やす冷却風の流量が低下することを防止する。
【００２９】
半導体モジュール１０３の放熱器２０７は、モータ５の吸気を用いて半導体モジュール１０３から遠いガイド２０８の内周側の部分が冷却され、モータ５の排気を用いて半導体モジュール１０３に近いガイド２０８の外周側の部分が冷却される。すなわち、実施例２と同様に、モータ５の吸気と排気の双方を用いることで、電力変換装置の冷却性能を高めることができ、低コストに電力変換装置を構成できるまた、片面冷却の構成であるため、汎用の半導体モジュールを使用することができ、低コストに電力変換装置を構成できる。それ以外の構成は実施例１と同様である。
【実施例４】
【００３０】
図８は本発明における実施例４の駆動装置の回路図である。本実施例では、直列接続された２つのスイッチング素子、及び各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード素子が同一のパッケージに格納された２ｉｎ１の半導体モジュールを複数個使用して電力変換装置が構成されており、複数の半導体モジュールが並列接続されて１相分の上下アームが構成される。Ｕ相を例に挙げると、半導体モジュール１０３ａ、１０３ｂが互いに並列接続されてＵ相を構成している。なお、並列接続された二つの半導体モジュールは共通の放熱器に接続してもよい。ここで、並列接続されたスイッチング素子Ｑ１ａとＱ１ｂは、二つのスイッチング素子でＵ相の上アーム素子を構成するため、ゲート駆動回路１０７ａから与えられる共通の信号により制御されて同一のスイッチング動作を行う。また同様に、並列接続されたスイッチング素子Ｑ２ａとＱ２ｂは、二つのスイッチング素子でＵ相の下アーム素子を構成するため、ゲート駆動回路１０７ａから与えられる共通の信号により制御されて同一のスイッチング動作を行う。このように、複数のスイッチング素子を並列接続して１相分の上又は下側アーム素子を構成することにより、電力変換装置の許容電流を高めて、電流の大容量化が可能となる。例えば、図８においては６００Ａ定格の半導体モジュールを二つ並列接続することで１２００Ａ定格の電力変換装置６を構成できる。
【００３１】
図９は実施例４の駆動装置における他の回路構成例を示す回路図である。本回路構成においても図８と同様に、直列接続された２つのスイッチング素子、及び各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード素子が同一のパッケージに格納された２ｉｎ１の半導体モジュールを複数個使用して電力変換装置が構成されている。本実施例では実施例４と異なり、二つの半導体モジュールが直列接続されて１相分の上下アームを構成している。Ｕ相を例に挙げると、半導体モジュール１０３ａ、１０３ｂが互いに直列接続されてＵ相を構成し、半導体モジュール１０３ａと半導体モジュール１０３ｂの接続点がＵ相の交流出力となる。ここで、直列接続されたスイッチング素子Ｑ１ａとＱ１ｂは、二つのスイッチング素子でＵ相の上アーム素子を構成するため、ゲート駆動回路１０７ａから与えられる共通の信号により制御されて同一のスイッチング動作を行う。また同様に、直列接続されたスイッチング素子Ｑ２ａとＱ２ｂは、二つのスイッチング素子でＵ相の下アーム素子を構成するため、ゲート駆動回路１０７ａから与えられる共通の信号により制御されて同一のスイッチング動作を行う。このように、複数のスイッチング素子を直列接続して１相分の上又は下側アーム素子を構成することにより、電力変換装置の許容電圧を高めて、電圧の大容量化が可能となる。例えば、直流１５００Ｖ架線対応の鉄道車両の駆動装置を構成する場合には、半導体モジュールは１アームで３．３ｋＶの耐圧が必要となるが、図９に示すように半導体モジュールを直列接続することによって、１．７ｋＶ耐圧の２ｉｎ１の素子を使用することができる。なお、半導体モジュールの並列数および直列数は二つのみならず、三つ以上でよい。
【００３２】
図１０は実施例４における駆動装置の側面図である。図１０に示すように、図８や図９の回路図に示した半導体モジュール１０３ａ、１０３ｂを冷却する放熱器２０７を物理的に分離して配置する。この構成により、熱源となる半導体モジュールが分離して配置されるため、放熱作用を大きくし放熱器を小型化することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  架線
２  レール
３  車輪
４  台車
５  モータ
６  電力変換装置
７  集電装置
８  車体
１０１  直流電源
１０２ａ〜１０２ｃ  キャパシタ
１０３〜１０５、１０３ａ〜１０５ａ、１０３ｂ〜１０５ｂ  半導体モジュール
１０６ａ〜１０６ｃ  主回路バスバー
１０７ａ〜１０７ｃ  ゲート駆動回路
Ｑ１〜Ｑ６、Ｑ１ａ〜Ｑ６ａ、Ｑ１ｂ〜Ｑ６ｂ  スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６、Ｄ１ａ〜Ｄ６ａ、Ｄ１ｂ〜Ｄ６ｂ  ダイオード
２０１  ロータダクト
２０２  ステータコイル
２０３  軸受け
２０４  回転軸
２０５  モータフレーム
２０６  ファン
２０７  放熱器
２０８  ガイド
２０９  補助ファン
２１０  ロータ
２１１  ステータ
２１２  フレームダクト
２１３  吸気孔
２１４  排気孔
２１５  排気流路カバー
２１６  吸気流路カバー
【図１】
0006457884.tif 000002
【図２】
0006457884.tif 000003
【図３】
0006457884.tif 000004
【図４】
0006457884.tif 000005
【図５】
0006457884.tif 000006
【図６】
0006457884.tif 000007
【図７】
0006457884.tif 000008
【図８】
0006457884.tif 000009
【図９】
0006457884.tif 000010
【図１０】
0006457884.tif 000011