(57)【要約】【課題】半導体スイッチ素子を収納した複数のモジュールで３レベル電力変換装置を構成するとともに、この装置内の直流一巡電流経路の配線インダクタンスを小さくした配線構造を提供する。【解決手段】３レベル電力変換回路の上下アームと中間アームをそれぞれ第１モジュールと第２のモジュールに収容し、この第１モジュールと第２モジュールを隣り合わせに並べて近接配置し、前記第１モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出される高電位接続導体となる接続端子板および低電位接続導体となる接続端子板と、前記第２モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出される中間電位接続導体となる接続端子板を設け、これらの接続端子板を互いに平行に近接して重ね合わせて配置し、前記各接続端子板の上端に形成した外部接続端部間に直流コンデンサを接続配置する。【選択図】図４
2016031295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３レベル電力変換回路を構成する上下アームを収容した第１モジュールと、
３レベル電力変換回路を構成する中間アームを収容し、前記第１モジュールと隣り合わせに並べて近接配置される第２モジュールと、
前記第１モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出され、その上端に外部接続端部が形成される平板状の高電位接続端子板と、
前記第１モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出され、その上端に外部接続端部が形成される平板状の低電位接続端子板と、
前記第２モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出され、その上端に外部接続端部が形成される平板状の中間電位接続端子板と、
を備え、
前記高電位接続端子板、前記低電位接続端子板、前記中間電位接続端子板が互いに平行に近接して重ね合わせられ、それぞれの外部接続端部に直流コンデンサの端子が接続されることを特徴とする３レベル電力変換装置。
【請求項２】
前記各モジュールの上面の接続端子に接続される端子接続部と前記外部接続端部とが、前記接続端子板上で対角となる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項３】
前記第１モジュールと前記第２モジュールの上面の接続端子は、ピン状の端子であって、各モジュールの上面で同じ配列に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項４】
前記第１モジュールと前記第２モジュールとからなる複数のモジュール対が、第１モジュールと第２モジュールとが交互に隣接するように配置され、
前記高電位接続端子板、前記低電位接続端子板および前記中間電位接続端子板が、前記複数のモジュール対の全モジュールに跨って形成され、
前記複数のモジュール対が、前記高電位接続端子板、前記低電位接続端子板および前記中間電位接続端子板で並列接続されることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項５】
前記第１モジュールに含まれる半導体スイッチ素子がワイドバンドギャップの半導体で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体スイッチモジュールを使用した３レベル電力変換装置、特にコンデンサとモジュールの配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な３レベルの単相インバータまたは多相インバータの１相分の回路は、図１１に示すように構成されている。ここで、インバータは、直流電力を交流電力に変換する回路であるが、よく知られているように、交流電力を直流電力に変換する動作もする。【０００３】
図１１において、１は直流電源であり、その電圧をコンデンサ２、３により分割し、Ｐ、Ｍ、Ｎの３つの電位を形成する。４〜７は、順方向の電流を断続制御することが可能で、かつ逆方向電流に対して常に導通状態となる半導体スイッチ素子である。この半導体スイッチ素子は、ここでは、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）とそれに逆並列接続されたダイオードとで示されている。半導体スイッチ素子６と７は、逆方向に直列接続されており、これにより、順、逆両方向の電流の断続制御が可能な、いわゆる双方向スイッチを構成する。半導体スイッチ素子４、５は、直列接続して１相分の上下アーム１１を構成する。この上下アーム１１に対して、半導体スイッチ素子６、７を直列接続して構成した双方向スイッチは、中間アーム１２と称する。【０００４】
図１１において、交流出力端Ｕの電位は、上下アーム１１の半導体スイッチ素子４がオンしたときは、直流電源１の高電位端Ｐの電位と等しく、半導体スイッチ素子５がオンしたときは、直流電源１の低電位端Ｎの電位と等しくなる。また、中間アームの半導体スイッチ素子６または７がオンしたとき、交流出力端Ｕの電位は２つのコンデンサ２、３の中間点Ｍの電位、すなわち直流電源１の中間電位と等しくなる。【０００５】
すなわち、この図１１の回路は、各半導体スイッチ素子のオン状態によって交流出力端Ｕの電位を３つの電圧レベルで選択できる３レベルインバータを構成する。【０００６】
このような３レベルの出力を発生する３レベルインバ‐タ回路は、中間アーム１２を構成する半導体スイッチ素子６、７の耐圧が上下アーム１１の半導体スイッチ素子４、５の１／２でよい特徴がある。また、動作条件（力率と変調率）によって上下アームと中間アームの各半導体スイッチ素子で発生する導通損失や、スイッチング損失が異なる。このため、この回路の適用される装置の運転条件によって、上下アームと中間アームを構成する半導体スイッチ素子は、耐圧やスイッチング特性等のそれぞれに適した仕様が変わるようになる。【０００７】
また、一般に半導体スイッチ素子を用いた回路では、スイッチング動作時の電流変化率（di/dt)と回路上に存在する寄生インダクタンスによりサ―ジ電圧が生じ、半導体スイッチ素子の過電圧の原因となり、これがしばしば問題となる。上記の３レベルインバータ回路においてもこの問題は同様に生じるため、直流一巡電流経路の寄生インダクタンスを最小にする必要がある。【０００８】
このような要求に対して、特許文献１には、高電位点Ｐに接続する接続導体、中間電位点Ｍに接続する接続導体および低電位点Ｎに接続する接続導体の３つの接続導体を平板導体とし、これらの平板導体を、絶縁物を介して近接配置したラミネ―ト構造とすることにより、配線のインダクタンスを低減する技術が開示されている。【０００９】
図１２に、前記特許文献１に記載されている配線構造を示す。図１２は三相３レベルインバータの配線構造であり、Ｃｄ１〜Ｃｄ４は直流コンデンサ、１８，１９，２０は図１１に示し半導体スイッチ素子を収納した相モジュール、２９は平板状のＰ電位接続導体バー、３０は平板状のＭ電位接続導体バー、３１は平板状のＮ電位接続導体バーである。直流コンデンサＣｄ１〜Ｃｄ４は相モジュール１８、１９、２０の水平方向である図示のＹ方向に配置し、平板状接続導体バー２９、３０、３１を、間に絶縁シート３２、３３を介して積層したラミネート構造の接続導体バーで構成する。ラミネート構造の接続導体バーは一般に知られているとおり、導体を流れる往復電流による磁束の打ち消しあいによって、導体部の寄生インダクタンスを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０‐２８８４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記したように、従来技術では直流一巡電流経路の接続導体バーを近接配置した構造とすることで配線の寄生インダクタンスの低減を図っているが、特許文献１では３レベルインバータの１相分を構成する上下アーム、および中間アームの各半導体スイッチ素子を１つのモジュールとして同一のパッケージに収納した構成を前提にしている。このため、上下アームおよび中間アームを別々のモジュールで構成し、これらを組み合わせて３レベルインバータ回路を構成した場合の配線構造については、特許文献１には何も開示がない。
また、近年、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体で形成された、例えばＳｉＣ‐ＭＯＳＦＥＴ等のような、高速半導体スイッチ素子が出現している。このようなワイドバンドギャップ半導体で構成した高速半導体スイッチ素子を適用した電力変換装置は、より高速で、高周波のスイッチング動作をさせるため、配線の寄生インダクタンスのさらなる低減が必要となる。【００１２】
半導体スイッチ素子を収容したモジュールの内部、およびその端子間のインダクタンスも同様であり、モジュールは、小形で、かつ端子間距離を短くしたものとなってきている。【００１３】
このため、ワイドバンドギャップ半導体で構成した高速半導体スイッチ素子による電力変換装置においては、特許文献１に示された配線構造、またはそれと類似の配線構造を採ったとしても次のような問題が生じる。
１）半導体スイッチ素子モジュールと直流コンデンサ間の距離は、短縮することができない。
２）端子の周囲は絶縁距離確保のため、異電位の配線バーは穴をあけるなどして逃げる必要があり、端子間が近接しているモジュールでは、水平方向にバーを重ねるとこの逃げによってモジュール直上では重なり部分がほとんどなくなってしまい、往復電流による磁束の打消し効果が減じられる。【００１４】
このため、電力変換装置の配線の寄生インダクタンスのさらなる低減が困難となる。【００１５】
このような問題点を解決するため、この発明の課題は、半導体スイッチ素子を収容した複数のモジュールで３レベル電力変換装置を構成するとともに、この装置内の直流一巡電流経路の配線インダクタンスを極小とした配線構造を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の課題を解決するため、この発明は、
３レベル電力変換回路を構成する上下アームを収容した第１モジュールと、
３レベル電力変換回路を構成する中間アームを収容し、前記第１モジュールと隣り合わせに並べて近接配置される第２モジュールと、
前記第１モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出され、その上端に外部接続端部が形成される平板状の高電位接続端子板と、
前記第１モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出され、その上端に外部接続端部が形成される平板状の低電位接続端子板と、
前記第２モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出され、その上端に外部接続端部が形成される平板状の中間電位接続端子板と、
を備え、
前記高電位接続端子板、前記低電位接続端子板、前記中間電位接続端子板が互いに平行に近接して重ね合わせられ、それぞれの外部接続端部に直流コンデンサの端子が接続されることを特徴とする。【００１７】
また、この発明においては、前記各モジュールの上面の接続端子に接続される端子接続部と前記外部接続端部とを、前記接続端子板上で対角となる位置に配置するのがよい。【００１８】
さらに、前記第１モジュールと前記第２モジュールの上面の接続端子は、ピン状の端子であって、各モジュールの上面で同じ配列に配置することができ、また、各端子は２個のピン端子で構成する。【００１９】
さらにまた、前記第１モジュールと前記第２モジュールとからなる複数のモジュール対が、第１モジュールと第２モジュールとが交互に隣接するように配置され、
前記高電位接続端子板、前記低電位接続端子板および前記中間電位接続端子板が、前記複数のモジュール対の全モジュールに跨って形成され、
前記複数のモジュール対を、前記高電位接続端子板、前記低電位接続端子板および前記中間電位接続端子板で並列接続することができる。【００２０】
さらに、前記第１モジュールに含まれる半導体スイッチ素子はワイドバンドギャップの半導体で形成するのがよい。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、３レベルインバータを構成する上下アームを収容した第１モジュールと中間アームを収容して第２モジュールを各別とすることにより、それぞれに装置仕様に応じて最適な半導体スイッチを適用できる。また、各モジュールから引き出す接続端子板を、相互に絶縁板を介して平行に近接配置するので、３レベルインバータにおける直流一巡電流経路の配線インダクタンスを極小にできる。装置容量を増大させるために半導体スイッチを並列接続した場合は、各接続端子板が共通に延長されるだけであるので、各直流一巡経路の配線インダクタスを小さく、かつほぼ均等にし、電流分担のアンバランスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施例を示す３レベルインバータの単相分の回路構成図。
【図２】この発明に使用する上下アームを収容した第１モジュールと中間アームを収容した第２モジュールの外観を示す斜視図。
【図３】この発明の第１の実施例を示すもので、３レベルインバータのモジュール組体の外観を示す斜視図。
【図４】この発明の第１の実施例を示すもので、図３に示すモジュール組体を分解して示す斜視図。
【図５】この発明の第１の実施例を示すもので、モジュール組体の組み立て手順を示す工程図。
【図６】この発明の第１の実施例を示すもので、（ａ）コンデンサの外観を示す斜視図、（ｂ）３レベルインバータの単相ユニットの外観を示す斜視図。
【図７】この発明の第１の実施例を示すもので、３レベルインバータの単相ユニットの構成を示す側面図。
【図８】この発明の動作を説明するための電流の流れを示す図。
【図９】この発明の第２の実施例を示すもので、２並列モジュール組体の外観を示す斜視図。
【図１０】この発明の第３の実施例を示すもので、３並列モジュール組体の外観を示す斜視図。
【図１１】一般的な３レベルインバータの単相分の構成を示す回路構成図。
【図１２】従来の３レベルインバータの配線構造を示すもので、（ａ）平面図、（ｂ）側面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、この発明の第１の実施例を示すもので、３レベルインバータの１相分の回路構成図である。【００２５】
図１において、３レベルインバータの上下アームとなる、ＭＯＳＦＥＴで構成された半導体スイッチ４、５を直列接続した回路は、第１モジュール２０に収容される。３レベルインバータの中間アームとなる双方向スイッチは、ダイオード１０、１１とＩＧＢＴ１２、１３で構成され、これらは第２モジュール３０に収容される。上下アーム、中間アームに適用する半導体スイッチは図１の例に限らず、例えば近年実用化されつつあるＳｉＣ（炭化珪素）等のワイドバンドギャップ半導体材料とした高速スイッチ素子など、装置仕様により種々の半導体スイッチを用いることができる。【００２６】
上下アームを構成するモジュール２０からは、直流電源の高電位端子Ｐに接続する高電位接続端子２０Ｐ、低電位端子Ｎ接続する低電位接続端子２０Ｎ、交流出力を取り出す出力端子２０Ｕ、および半導体スイッチ４、５のゲート接続端子２０Ｇ４、２０Ｇ５、補助ソース端子２０Ｓ４、２０Ｓ５が引き出されている。【００２７】
また、中間アームを構成するモジュール３０からは、直流電源の中間電位端子Ｍに接続する中間電位接続端子３０Ｍ，上下アームの出力端子２０Ｕに接続する接続端子３０Ｕ、および半導体スイッチ１２、１３のゲート接続端子３０Ｇ１２、３０Ｇ１３、補助エミッタ端子３０Ｅ１２，３０Ｅ１３が引き出される。【００２８】
直流電源１の高電位端子Ｐおよび低電位端子Ｎと中間電位端子Ｍとの間に、それぞれ直流コンデンサ２および３を接続する。コンデンサ２の接続された高電位端子Ｐと上下アームモジュール２０の高電位接続端子２０Ｐとは高電位接続導体４０Ｐで接続する。コンデンサ３の接続された低電位端子Ｎと上下アームモジュール２０の低電位接続端子２０Ｎとは低電位接続導体４０Ｎで接続する。さらに、中間アームモジュール３０の中間電位接続端子３０Ｍと中間電位端子Ｍとを中間電位接続導体４０Ｍで接続する。そして、上下アームモジュール２０の出力端子２０Ｕと中間アーム３０の出力端接続端子３０Ｕとは出力接続導体４０Ｕで接続する。これらの接続導体４０Ｐ、４０Ｎ、４０Ｍ、４０Ｕはインバータ回路における直流一巡電流経路となる。【００２９】
図２に、図１の上下アームを構成するモジュール２０および中間アームを構成するモジュール３０の外観示す。各モジュールは、半導体スイッチ素子類を収容した絶縁樹脂ブロックで気密的にパッケージされている。ブロックの上面には複数の接続端子が配置され、両端には、モジュールを放熱基板等に締め付け結合するための取付ねじを挿通する取付孔２０ｅ、３０ｅが設けられている。【００３０】
両モジュール２０および３０に設けられた各接続端子はそれぞれ１対のピン電極で構成され、両モジュールでほぼ同じ配列としている。
上下アームモジュール２０の接続端子２０Ｐ、２０Ｎおよび２０Ｕは、図１の上下アームモジュール２０の高電位接続端子２０Ｐ、低電位接続端子２０Ｎおよび出力接続端子２０Ｕである。モジュール２０の接続端子２０Ｇ４および２０Ｇ５は、図１の上下アーム２０の半導体スイッチ４および５のゲート端子、２０Ｓ４および２０Ｓ５は、補助ソース端子である。【００３１】
また、中間アームモジュール３０の接続端子３０Ｍおよび３０Ｕは、図１の中間アームモジュール３０の中間電位接続端子３０Ｍおよび出力端子３０Ｕである。中間モジュール３０の接続端子３０Ｇ１２および３０Ｇ１３は、図１の中間アーム３０の半導体スイッチ１２および１３のゲート端子、３０Ｅ１２，３０Ｅ１３は、補助エミッタ端子である。中間アームモジュール３０の端子３０Ｂは、中間アームモジュール３０の端子配列を、上下アームモジュール２０の端子配列と同じ配列とするために設けられた電気的接続には用いられない空き端子である。【００３２】
次に、図３、図４を参照して、この発明の３レベルインバータの組立体について説明する。【００３３】
図３は、この発明による接続端子板組体４０を図２に示した２つのモジュール２０、３０に結合配置した３レベルインバータの１相ユニットの組み立て構成図である。【００３４】
モジュール２０、３０は、放熱体で構成された冷却基板７０上に、近接して平行に配置し、取付ねじ４０ｃにより取り付け固定されている。この平行に配置された２つのモジュール２０、３０上に跨って垂直に接続端子板組体４０が固定配置される。【００３５】
この接続端子板組体４０は、垂直に立った複数の端子板と絶縁板を重ね合わせて構成されているため、図３においては詳細が見難いので、図４に分解して示す。以下の説明においてはこの図４を参照する。【００３６】
出力端子板４１は、両モジュールの出力端子２０Ｕと３０Ｕの間を接続する接続導体４０Ｕ（図１）となる接続端子板であり、平板状導電材により形成されている。その図４における左端側に、その全幅に亘って直角に折り曲げ形成した接続端部４１ａを有する。この接続端部４１ａには、両モジュールのピン状の接続端子２０Ｕ、３０Ｕを挿入、嵌合するための、嵌合孔４１ｅが設けられている。さらに、端子板４１の右端側には、端子板４１を冷却基板７０上に固定支持するための固定ねじ４１ｃおよび絶縁材製のスペーサ４１ｄが結合されている。また、端子板４１は、モジュール２０と３０に結合したとき、モジュールの取付孔２０ｅ、３０ｅと対向する位置に、取付ねじを挿通するためのねじ挿通孔４１ｆを備えている。【００３７】
接続端子板４４および４８は、それぞれ、図１における低電位接続導体４０Ｎおよび高電位導体４０Ｐとなる端子板であり、平板状導電材で形成されている。接続端子板４４および４８には、それぞれ、図４において先端側（モジュール２０側）の下端に、モジュール２０の接続端子２０Ｎおよび２０Ｐに接続するための端子接続部４４ａおよび４８ａが直角に折り曲げ形成されている。そして、接続端子板４４および４８のこれらと対角をなす手前側（モジュール３０側）の上端に、外部との接続を行うためのねじ端子で構成された外部接続端部４４ｂおよび４８ｂを直角に折り曲げ形成している。外部接続端部４４ｂと４８ｂは、互いに反対方向に張り出している。端子接続部４４ａおよび４８ａには、それぞれモジュール２０のピン状の接続端子２０Ｎおよび２０Ｐを挿入、嵌合するための、嵌合孔４４ｅおよび４８ｅが設けられている。【００３８】
接続端子板４６は、図１における中間電位接続導体４０Ｍとなる端子板であり、平板状導電材で形成されている。その先端側（モジュール３０側）の下端にモジュール３０の接続端子３０Ｍに接続するための端子接続部４６ａを直角に折り曲げ形成する。そして、接続端子板４６のこれと対角をなす奥側（モジュール２０側）の上端に、外部との接続を行うためのねじ端子で構成された外部接続端部４６ｂが直角に折り曲げ形成されている。この接続端子板４６には、外部接続端部４６ｂに結合してこれを左右両側に張出させる補助端子板４６ｓが付属する。【００３９】
絶縁板４２および４３は、出力端子板４１と低電位接続端子板４４との間に挿入される絶縁板である。最外側の絶縁板４２の下端側は、絶縁沿面距離を拡大するために外側へ折り曲げられ、上端には、接続端子板４４の外部接続端部４４ｂを通すための凹部４２ｇおよび、接続端子板４６の外部接続部４６ｂおよび補助端子板４６ｓを通すための凹部４２ｈが形成されている。【００４０】
絶縁板４５は、接続端子板４４と４６との間に挿入される絶縁板であり、上端の先端側に接続端子板４６の補助端子板４６ｓを通すための凹部４５ｇを有する。【００４１】
絶縁板４７は、接続端子板４６と４８との間に挿入される絶縁板であり、上端の奥側（モジュール２０側）に接続端子板４６の補助端子板４６ｓを通すための凹部４７ｇを有する。【００４２】
絶縁板４９は、接続端子板４８と、その外側に配置されるゲート回路板５０との間に挿入される絶縁板である。【００４３】
ゲート回路板５０は、図示しない、各モジュールの半導体スイッチのゲート駆動回路を備えたプリント回路板で構成されており、モジュール２０および３０のゲート接続端子２０Ｇおよび３０Ｇ、補助ソース端子２０Ｓ、補助エミッタ端子３０Ｅに接続するためのゲート端子接続孔５０ｅを備える。また、ゲート回路板５０は、モジュール２０、３０に結合したとき、モジュールの取付孔２０ｅ、３０ｅと対向する位置に、取付ねじ４０ｃを挿通するためのねじ挿通孔５０ｆを備える。【００４４】
全ての接続端子板や絶縁板は、図４に示すように、近接して平行に配列した２個のモジュール２０および３０の全幅Ｗｍに亘るようにするため、その幅Ｗ４０を、モジュールの全幅Ｗｍとほぼ等しい幅とするが、絶縁板はその機能上、その幅Ｗ４０をモジュールの全幅Ｗｍよりわずかに大きくしてモジュールの側端から少しはみ出すようにするのがよい。【００４５】
このような上下アームモジュール２０、中間アームモジュール３０、接続端子板組体４０およびゲート回路板５０を備えた３レベルインバータの組み立て手順を図５に示すので、以下にこの図にしたがって説明する。【００４６】
まず、図５（ａ）に示すように、３レベルインバータを構成する上下アームを収容したモジュール２０と中間アームを収容したモジュール３０をそれぞれゲート端子２０Ｇ、３０Ｇ側を左手前にして平行に並べて近接して配置する。このとき、各モジュールの各列の接続端子が同一の列に並ぶようにモジュールの左手前端と右後端を揃える。【００４７】
次いで、図５（ｂ）に示すように、出力接続端子板４１をモジュール２０、３０の右後端側に両方に跨って水平に載置し、その各嵌合孔４１ｅに各モジュールの出力接続端子２０Ｕ，３０Ｕを挿入し嵌合する。嵌合孔４１ｅに挿入された接続端子２０Ｕ、３０Ｕを溶接またはろう付けするか、あるいはカシメ（圧潰）をすることにより接続端子２０Ｕ、３０Ｕと接続端子板４１とを電気的および機械的に結合し、接続端子板４１を固定する。【００４８】
モジュール２０、３０上に接続端子板４１が固定されたところで、その手前に図５（ｃ）および（ｄ）に示すように絶縁板４２および４３を垂直に順次配置する。【００４９】
これに続き、絶縁板４３の手前に、図５（ｅ）に示すように低電位接続端子板４４を垂直に配置する。このとき、端子板４４の接続端部４４ａの嵌合孔４４ｅにモジュール２０の接続端子２０Ｎを挿入、嵌合し、適宜の手段で接続端子板４４と接続端子２０Ｎとを電気的および機械的に結合して、接続端子板４４を固定する。【００５０】
引き続き、図５（ｆ）に示すように、接続端子板４４の手前に、絶縁板４５を垂直に配置する。【００５１】
そして、この絶縁板４５の手前に図５（ｇ）に示すように、中間電位接続端子板４６を垂直に配置する。この接続端子板４６のここには図示されない接続端部４６ａの嵌合孔４６ｅにモジュール３０の中間電位接続端子３０Ｍを挿入、嵌合する。そして、接続端子板４６と接続端子３０Ｍとを適宜の手段より電気的および機械的に結合し、接続端子板４６を固定する。接続端子板４６の上端部のねじ接続端子部４６ｂは、各絶縁板の凹部を通して右側に張り出させる。【００５２】
次いで、図５（ｈ）に示すように、接続端子板４６の手前に絶縁板４７を垂直に配置する。これに引き続き、図５（ｉ）示すように高電位接続端子板４８を垂直に配置する。この接続端子板４８の下端の接続端部４８ａの嵌合孔４８ｅにモジュール２０の高電位接続端子２０Ｐを挿入、嵌合し、接続端子板４８と接続端子とを電気的および機械的に結合して、接続端子板４８を固定する。【００５３】
そして、図５（ｊ）に示すように、接続端子板４８の手前に絶縁板４９を垂直に配置するとともにゲート回路板５０を水平に配置する。ゲート回路板５０の嵌合孔５０ｅにそれぞれ、モジュール２０のゲート接続端子２０Ｇ４、２０Ｇ５、補助ソース端子２０Ｓ４、２０Ｓ５およびモジュール３０のゲート接続端子３０Ｇ１２、３０Ｇ１３、補助エミッタ端子３０Ｅ１２、３０Ｅ１３を挿入、嵌合する。そして、ゲート回路板５０をゲート端子、補助ソース端子および補助エミッタ端子に電気的、機械的に結合して固定する。【００５４】
さらに、中間電位接続端子板４６の外部接続端部４６ｂ上に補助端子板４６ｓを載置し、電気、機械的に結合して、ねじ接続端子部を左右に張り出すようにする。【００５５】
これにより、モジュールと接続端子類の組体とを結合したモジュール組体の組み立てが完了する。この後、モジュール組体の接続端子部４４ｂと補助端子板４６ｓとの間、および接続端子部４８ｂと補助端子板４６ｓとの間に、直流電圧を分圧して３レベル（高電位、中間電位、低電位レベル）の直流電圧を形成するための直流コンデンサを接続して、３レベルインバータの１相ユニットが完成する。【００５６】
図６に完成した３レベルインバータの１相ユニットの外観を示し、図7に側面図を示す。図６（ａ）は直流コンデンサ６０を示す。直流コンデンサ６０には、２個の接続端子６１、６２が設けられており、これらの端子が、外部接続端部４４ｂと補助端子板４６、および接続端子部４４ｂと補助端子板４６に接続される。【００５７】
図６（ｂ）および図7に、モジュール組体に２個の直流コンデンサ６０‐１、６０‐２を結合した３レベルインバータの１相ユニットの構成を示す。この図６（ｂ）では、モジュール組体の外部接続端部（４４ｂ、４６ｓ、４８ｂ）とコンデンサの端子（６１‐１、６２‐１、６１‐２、６２‐２）との接続状態が明確になるように、コンデンサ６０‐１、６０‐２は、透明化して示している。【００５８】
コンデンサ６０‐１と６０‐２は、それぞれモジュール組体の高電位接続端子板４８の外部接続端部４８ｂと、中間電位接続端子板４６の外部接続端部４６ｂに結合された補助端子板４６ｓとの間、および低電位接続端子板４４の外部接続端部４４ｂと、中間電位接続端子板４６の外部接続端部４６ｂに結合された補助端子板４６ｓとの間に渡して結合されている。これによって、図１に示す回路構成を有する３レベルインバータの１相ユニットが構成される。【００５９】
このように構成すると、直流一巡電流経路を形成する高電位接続端子板４８、中間電位接続端子板４６および低電位接続端子板４４が互いに平行に近接して重なり合う。これにより、これらの導体に対向して流れる電流による磁束が互いに打ち消し合うため、３レベルインバータの１相ユニットにおける直流一巡電流経路の配線インダクタンスを小さくすることができる。【００６０】
そして、この発明では、各接続端子板（４４、４６、４８）のモジュールの接続端子との接続を行う端子接続部（４４ａ、４６ａ、４８ａ）と外部接続端部（４４ｂ、４６ｂ、４８ｂ）が端子板の上下辺の対角となる位置に設けられているため、各接続端子板の配線インダクタンスをより小さくすることができる。【００６１】
この点については、図８を参照して説明する。【００６２】
図８（ａ）は、この発明にしたがって接続端子板の上下辺の対角となる位置に接続端部を設けた各接続端子板における電流の流れを示す図である。図８（ｂ）は、この発明と比較するために、接続端子板の上下辺の接続端部を正対する位置に設けた接続端子板における電流の流れを示す図である。【００６３】
この発明にしたがえば、図８（ａ）に示すように、高電位接続端子板４８の下端のモジュールの接続端子に接続するための端子接続部４８ａは、モジュール２０の直上に位置するように左側に寄せて設けられ、上端の外部接続端部４８ｂは、モジュール３０の直上に位置するように右側に寄せて設けられている。このため、この接続端子板４８の端子接続部４８ａと外部接続端部４８ｂは、接続端子板４８の上下辺の対角となる位置に置かれる。これにより、接続端子板４８には、実線矢印Ａで示すように外部接続端部４８ｂから端子接続部４８ａへ斜めに電流が流れる。【００６４】
そして、この接続端子板４８と対向配置された中間電位接続導体となる接続端子板４６では、下端の端子接続部４６ａがモジュール３０の直上に位置するように右側に寄せて設けられ、上端の外部接続端部４６ｂが、モジュール２０の直上に位置するように左端に寄せて設けられる。このため、端子接続部４６ａと外部接続端部４６ｂも、接続端子板４６の上下辺の対角となる位置に置かれる。この結果、接続端子板４６には、点線矢印Ｂで示すように端子接続部４６ａから外部接続端部４６ｂへ矢印Ａとは反対に傾斜する方向に電流が流れる。【００６５】
接続端子板４８および４６おける矢印Ａの電流と矢印Ｂで電流は交差するため、これらの電流で囲まれる部分の面積は、ハッチングして示す２つの３角形となるため小さくなる。【００６６】
これに対して、接続端子板４６、４８の上下端に、それぞれ正対して端子接続部４６ａ、４８ａと外部接続端部４６ｂ、４８ｂを設けた場合は、それぞれの接続端子板には、矢印Ｃ、Ｄで示すように垂直方向に平行して電流が流れるようになる。このため、電流Ｃ、Ｄで囲まれる部分の面積はハッチングで示す４角形となり、この発明の場合より大きくなる。【００６７】
この発明によれば、このような電流の流れ方の違いによっても、直流一巡電流経路の配線インダクタンスをより低減することができる。
【実施例２】
【００６８】
図９にこの発明の第２の実施例を示す。この実施例は、上下アームを収容するモジュール２０と中間アームを収容するモジュール３０を２組並列接続して構成した例である。図９では、接続端子板組体から絶縁板を省いて、接続端子板組体の構成を簡素化して示している。【００６９】
図９に示すように２組の上下アームを収容したモジュール２０‐１、２０‐２と、中間アームを収容したモジュール３０‐１、３０‐２は、各モジュールを交互に平行に配列している。【００７０】
この２組の平行に配置されたモジュールに共通に接続端子板４４Ａ、４６Ａおよび４８Ａとゲート回路板５０Ａが設けられており、これらは、２組のモジュール２０‐１、２０‐２および３０‐１、３０‐２に跨って配置される。【００７１】
高電位接続端子板４８Ａには、上下アームを収容したモジュール２０‐1および２０‐２の接続端子に接続するために端子接続部が２個（４８ａ‐１、４８ａ‐２）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が２個（４８ｂ‐１、４８ｂ‐２）設けられている。【００７２】
低電位接続端子板４４Ａには、上下アームを収容したモジュール２０‐１および２０‐２の接続端子に接続するために端子接続部が２個（不図示）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が２個（４４ｂ‐１、４４ｂ‐２）設けられている。【００７３】
中間電位接続端子板４６Ａには、中間アームを収容したモジュール３０‐１および３０‐２の接続端子に接続するために端子接続部が２個（４６ａ‐１、４６ａ‐２）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が２個（４６ｂ‐１、４６ｂ‐２）設けられている。【００７４】
コンデンサは、ここには図示していないが、各接続端子板の上部の外部接続端部４８ｂ‐1と４６ｂ‐１との間、４４ｂ‐1と４６ｂ‐１との間、４８ｂ‐２と４６ｂ‐２との間および４４ｂ‐２と４６ｂ‐２との間にそれぞれ接続し、モジュールの上部に配置する。【００７５】
また各接続端子板の端子接続部と外部接続端子部は、各組のモジュールごとに対角となる位置に置かれている。例えば、接続端子板４８Ａにおいては、端子接続部４８ａ‐１は、モジュール２０‐１の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐１は、モジュール２０‐１と対となるモジュール３０‐１の直上に置かれる。そして、もう一つの端子接続部４８ａ‐２は、もう一方の組のモジュール２０‐２の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐２は、モジュール２０‐２と対となるモジュール３０‐２の直上に置かれるのである。【００７６】
これにより、この実施例２においても、各接続端子板相互間に対向して流れる電流の磁束の打ち消し合い作用により、各接続端子板の配線インダクタンスを低減できる。そして、各接続端子板の端子接続部と外部接続端部とが各端子板の対角となる位置に設けられるため、第１の実施例と同様に各接続端子板の配線インダクタンスをより小さくなるように抑えることができる。
【実施例３】
【００７７】
図１０にこの発明の第３の実施例を示す。この実施例は、３組の上下アームを収容するモジュールと中間アームを収容するモジュールを並列接続して構成した例である。図１０は、実施例２の場合と同様に、接続端子板組体から絶縁板を省いて、接続端子板組体の構成を簡素化して示している。【００７８】
図１０に示すように３組の上下アームを収容したモジュール２０‐1、２０‐２、２０‐３と、中間アームを収容したモジュール３０‐１、３０‐２、３０‐３は、各モジュールが交互に平行に配列される。【００７９】
この３組の平行に配置されたモジュールに共通に接続端子板４４Ｂ、４６Ｂおよび４８Ｂとゲート回路板５０Ｂが設けられており、これらは、４個のモジュール２０‐１、２０‐２、２０−３、３０‐１、３０−２および３０‐３に跨って配置される。【００８０】
高電位接続端子板４８Ｂには、上下アームを収容したモジュール２０‐１、２０‐２および２０‐３の接続端子に接続するために端子接続部が３個（４８ａ‐１、４８ａ‐２、４８ａ‐３）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が３個（４８ｂ‐１、４８ｂ‐２、４８ｂ‐３）設けられている。【００８１】
低電位接続端子板４４Ｂには、上下アームを収容したモジュール２０‐1、２０‐２および２０‐３の接続端子に接続するために端子接続部が３個（不図示）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が３個（４４ｂ‐１、４４ｂ‐２、４４ｂ‐３）設けられている。【００８２】
中間電位接続端子板４６Ｂには、中間アームを収容したモジュール３０‐1、３０‐２および３０‐３の接続端子に接続するために端子接続部が３個（４６ａ‐１、４６ａ‐２、４６ａ‐３）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が３個（４６ｂ‐１、４６ｂ‐２、４６ｂ‐３）設けられている。【００８３】
コンデンサは、ここには図示していないが、各接続端子板の上部の外部接続端部４８ｂ‐1と４６ｂ‐１との間、４４ｂ‐1と４６ｂ‐１との間、４８ｂ‐２と４６ｂ‐２との間、４４ｂ‐２と４６ｂ‐２との間、４８ｂ‐３と４６ｂ‐３との間、および４４ｂ‐３と４６ｂ‐３との間にそれぞれ接続し、モジュールの上部に配置する。【００８４】
また各接続端子板の端子接続部と外部接続端子部は、各組のモジュールごとに対角となる位置に置かれている。例えば、接続端子板４８Ｂにおいては、端子接続部４８ａ‐１は、モジュール２０‐１の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐１は、モジュール２０‐１と対となるモジュール３０‐１の直上に置かれる。そして、端子接続部４８ａ‐２は、他の組のモジュール２０‐２の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐２は、モジュール２０‐２と対となるモジュール３０‐２の直上に置かれる。そして、他の１つの端子接続部４８ａ‐１は、他の組のモジュール２０‐３の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐１は、このモジュール２０‐３と対となるモジュール３０‐３の直上に置かれるのである。【００８５】
これにより、この実施例３においても、各接続端子板相互間に対向して流れる電流により形成される磁束の打ち消し合い作用により、各接続端子板の配線インダクタンスを低減できる。そして、各接続端子板の端子接続部と外部接続端部とが各端子板の対角となる位置に設けられるため、第１の実施例および第２の実施例と同様に各接続端子板の配線インダクタンスをより小さくなるように抑えることができる。【００８６】
この発明によれば、前記のとおり３レベルインバータにおける直流電流一巡電流経路における配線インダクタンスをより小さくすることができるので、特に、上下アームを収容したモジュールに含まれる半導体スイッチを、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体で構成した高速の半導体スイッチを使用しても、サージ電圧を抑えることができるので、３レベルインバータの性能、安全性を高めることができる。
【符号の説明】
【００８７】
２０、２０‐１、２０‐２、２０‐３：上下アームを収容したモジュール３０、３０‐１、３０‐２、３０‐３：中間アームを収容したモジュール４０：接続端子板組体４１：出力接続導体となる接続端子板４１ａ：端子接続部４２、４３、４５、４７、４９：絶縁板４４：低電位接続導体となる接続端子板４４ａ、４４ａ‐１、４４ａ‐２、４４ａ‐３：端子接続部４４ｂ、４４ｂ‐１、４４ｂ‐２、４４ｂ‐３：外部接続端部４６：中間電位接続導体となる接続端子板４６ａ、４６ａ‐１、４６ａ‐２、４６ａ‐３：端子接続部４４ｂ、４６ｂ‐１、４６ｂ‐２、４６ｂ‐３：外部接続端部４８：高電位接続導体となる接続端子板４８ａ、４８ａ‐１、４８ａ‐２、４８ａ‐３：端子接続部４８ｂ、４８ｂ‐１、４８ｂ‐２、４８ｂ‐３：外部接続端部５０：ゲート回路板
【図１】
2016031295.tif 000003
【図２】
2016031295.tif 000004
【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】
2016031295.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016031295.tif 000012
【図１１】
2016031295.tif 000013
【図１２】
2016031295.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月6日(2015.11.6)
【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】
３レベル電力変換回路を構成する上下アームと中間アームをそれぞれ第１モジュールと第２モジュールに収容し、この第１モジュールと第２モジュールを隣り合わせに並べて近接配置し、前記第１モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出される平板状の高電位接続導体となる接続端子板および低電位接続導体となる接続端子板と、前記第２モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出される平板状の中間電位接続導体となる接続端子板を設け、これらの接続端子板を互いに平行に近接して重ね合わせ、その横幅を前記第１および第２モジュールに跨る幅とし、前記高電位接続導体となる接続端子板および低電位接続導体となる接続端子板の上端であって前記第２モジュールの上方に前記高電位導体および低電位導体の外部接続端部を形成し、前記中間電位接続導体となる接続端子板の上端であって前記第１モジュールの上方に前記中間電位接続導体の外部接続端部を形成し、これらの外部接続端部間に直流コンデンサを接続配置することを特徴とする３レベル電力変換装置。
【請求項２】
前記各接続端子板の下端のモジュールの接続端子に接続される端子接続部と上端に形成された前記外部接続端部とを前記各接続端子板の対角となる位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項３】
前記第１モジュールと第２モジュールに設ける接続端子はピン状の端子として前記第１のモジュールと第２モジュールで同じ配列に配置することを特徴とする請求項１または２に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項４】
前記第１モジュールおよび第２モジュールを複数対設け、これらのモジュールを並列接続する場合は、前記第１モジュールと第２モジュールとを交互に配置し、前記高電位接続導体となる接続端子板、低電位接続導体となる接続端子板および中間電位接続導体となる接続端子板をこれらの全モジュールに跨って形成し、これらの接続端子板により前記複数対のモジュールを並列接続することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項５】
少なくとも前記第１モジュールに含まれる半導体スイッチを、ワイドバンドギャップの半導体で形成した半導体スイッチ素子とすることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月16日(2016.8.16)
【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】
３レベル電力変換回路を構成する上下アームと中間アームをそれぞれ第１モジュールと第２モジュールに収容し、この第１モジュールと第２モジュールを隣り合わせに並べて近接配置し、前記第１モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出される平板状の高電位接続導体となる接続端子板および低電位接続導体となる接続端子板と、前記第２モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出される平板状の中間電位接続導体となる接続端子板を設け、これらの接続端子板を互いに平行に近接して重ね合わせ、その横幅を前記第１および第２モジュールに跨る幅とし、前記高電位接続導体となる接続端子板および低電位接続導体となる接続端子板の上端であって前記第２モジュールの上方に前記高電位導体および低電位導体の外部接続端部を形成し、前記中間電位接続導体となる接続端子板の上端であって前記第１モジュールの上方に前記中間電位接続導体の外部接続端部を形成し、これらの外部接続端部間に直流コンデンサを接続配置することを特徴とする３レベル電力変換装置。
【請求項２】
前記各接続端子板の下端のモジュールの接続端子に接続される端子接続部と上端に形成された前記外部接続端部とを前記各接続端子板の対角となる位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項３】
前記第１モジュールと第２モジュールに設ける接続端子はピン状の端子として前記第１のモジュールと第２モジュールで同じ配列に配置することを特徴とする請求項１または２に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項４】
前記第１モジュールおよび第２モジュールを複数対設け、これらのモジュールを並列接続する場合は、前記第１モジュールと第２モジュールとを交互に配置し、前記高電位接続導体となる接続端子板、低電位接続導体となる接続端子板および中間電位接続導体となる接続端子板をこれらの全モジュールに跨って形成し、これらの接続端子板により前記複数対のモジュールを並列接続することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項５】
少なくとも前記第１モジュールに含まれる半導体スイッチを、ワイドバンドギャップの半導体で形成した半導体スイッチ素子とすることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体スイッチモジュールを使用した３レベル電力変換装置、特にコンデンサとモジュールの配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な３レベルの単相インバータまたは多相インバータの１相分の回路は、図１１に示すように構成されている。ここで、インバータは、直流電力を交流電力に変換する回路であるが、よく知られているように、交流電力を直流電力に変換する動作もする。
【０００３】
図１１において、１は直流電源であり、その電圧をコンデンサ２、３により分割し、Ｐ、Ｍ、Ｎの３つの電位を形成する。４〜７は、順方向の電流を断続制御することが可能で、かつ逆方向電流に対して常に導通状態となる半導体スイッチ素子である。この半導体スイッチ素子は、ここでは、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）とそれに逆並列接続されたダイオードとで示されている。半導体スイッチ素子６と７は、逆方向に直列接続されており、これにより、順、逆両方向の電流の断続制御が可能な、いわゆる双方向スイッチを構成する。半導体スイッチ素子４、５は、直列接続して１相分の上下アーム１１を構成する。この上下アーム１１に対して、半導体スイッチ素子６、７を直列接続して構成した双方向スイッチは、中間アーム１２と称する。
【０００４】
図１１において、交流出力端Ｕの電位は、上下アーム１１の半導体スイッチ素子４がオンしたときは、直流電源１の高電位端Ｐの電位と等しく、半導体スイッチ素子５がオンしたときは、直流電源１の低電位端Ｎの電位と等しくなる。また、中間アームの半導体スイッチ素子６または７がオンしたとき、交流出力端Ｕの電位は２つのコンデンサ２、３の中間点Ｍの電位、すなわち直流電源１の中間電位と等しくなる。
【０００５】
すなわち、この図１１の回路は、各半導体スイッチ素子のオン状態によって交流出力端Ｕの電位を３つの電圧レベルで選択できる３レベルインバータを構成する。
【０００６】
このような３レベルの出力を発生する３レベルインバータ回路は、中間アーム１２を構成する半導体スイッチ素子６、７の耐圧が上下アーム１１の半導体スイッチ素子４、５の１／２でよい特徴がある。また、動作条件（力率と変調率）によって上下アームと中間アームの各半導体スイッチ素子で発生する導通損失や、スイッチング損失が異なる。このため、この回路の適用される装置の運転条件によって、上下アームと中間アームを構成する半導体スイッチ素子は、耐圧やスイッチング特性等のそれぞれに適した仕様が変わるようになる。
【０００７】
また、一般に半導体スイッチ素子を用いた回路では、スイッチング動作時の電流変化率（di/dt)と回路上に存在する寄生インダクタンスによりサージ電圧が生じ、半導体スイッチ素子の過電圧の原因となり、これがしばしば問題となる。上記の３レベルインバータ回路においてもこの問題は同様に生じるため、直流一巡電流経路の寄生インダクタンスを最小にする必要がある。
【０００８】
このような要求に対して、特許文献１には、高電位点Ｐに接続する接続導体、中間電位点Ｍに接続する接続導体および低電位点Ｎに接続する接続導体の３つの接続導体を平板導体とし、これらの平板導体を、絶縁物を介して近接配置したラミネート構造とすることにより、配線のインダクタンスを低減する技術が開示されている。
【０００９】
図１２に、前記特許文献１に記載されている配線構造を示す。図１２は三相３レベルインバータの配線構造であり、Ｃｄ１〜Ｃｄ４は直流コンデンサ、１８、１９、２０は図１１に示し半導体スイッチ素子を収納した相モジュール、２９は平板状のＰ電位接続導体バー、３０は平板状のＭ電位接続導体バー、３１は平板状のＮ電位接続導体バーである。直流コンデンサＣｄ１〜Ｃｄ４は相モジュール１８、１９、２０の水平方向である図示のＹ方向に配置し、平板状接続導体バー２９、３０、３１を、間に絶縁シート３２、３３を介して積層したラミネート構造の接続導体バーで構成する。ラミネート構造の接続導体バーは一般に知られているとおり、導体を流れる往復電流による磁束の打ち消しあいによって、導体部の寄生インダクタンスを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０‐２８８４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記したように、従来技術では直流一巡電流経路の接続導体バーを近接配置した構造とすることで配線の寄生インダクタンスの低減を図っているが、特許文献１では３レベルインバータの１相分を構成する上下アーム、および中間アームの各半導体スイッチ素子を１つのモジュールとして同一のパッケージに収納した構成を前提にしている。このため、上下アームおよび中間アームを別々のモジュールで構成し、これらを組み合わせて３レベルインバータ回路を構成した場合の配線構造については、特許文献１には何も開示がない。
また、近年、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体で形成された、例えばＳｉＣ‐ＭＯＳＦＥＴ等のような、高速半導体スイッチ素子が出現している。このようなワイドバンドギャップ半導体で構成した高速半導体スイッチ素子を適用した電力変換装置は、より高速で、高周波のスイッチング動作をさせるため、配線の寄生インダクタンスのさらなる低減が必要となる。
【００１２】
半導体スイッチ素子を収容したモジュールの内部、およびその端子間のインダクタンスも同様であり、モジュールは、小形で、かつ端子間距離を短くしたものとなってきている。
【００１３】
このため、ワイドバンドギャップ半導体で構成した高速半導体スイッチ素子による電力変換装置においては、特許文献１に示された配線構造、またはそれと類似の配線構造を採ったとしても次のような問題が生じる。
１）半導体スイッチ素子モジュールと直流コンデンサ間の距離は、短縮することができない。
２）端子の周囲は絶縁距離確保のため、異電位の配線バーは穴をあけるなどして逃げる必要があり、端子間が近接しているモジュールでは、水平方向にバーを重ねるとこの逃げによってモジュール直上では重なり部分がほとんどなくなってしまい、往復電流による磁束の打消し効果が減じられる。
【００１４】
このため、電力変換装置の配線の寄生インダクタンスのさらなる低減が困難となる。
【００１５】
このような問題点を解決するため、この発明の課題は、半導体スイッチ素子を収容した複数のモジュールで３レベル電力変換装置を構成するとともに、この装置内の直流一巡電流経路の配線インダクタンスを極小とした配線構造を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の課題を解決するため、この発明は、３レベル電力変換回路を構成する上下アームと中間アームをそれぞれ第１モジュールと第２モジュールに収容し、この第１モジュールと第２モジュールを隣り合わせに並べて近接配置し、前記第１モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出される平板状の高電位接続導体となる接続端子板および低電位接続導体となる接続端子板と、前記第２モジュールの上面の接続端子に下端を接続して垂直方向に引き出される平板状の中間電位接続導体となる接続端子板を設け、これらの接続端子板を互いに平行に近接して重ね合わせ、その横幅を前記第１および第２モジュールに跨る幅とし、前記高電位接続導体となる接続端子板および低電位接続導体となる接続端子板の上端であって前記第２モジュールの上方に前記高電位導体および低電位導体の外部接続端部を形成し、前記中間電位接続導体となる接続端子板の上端であって前記第１モジュールの上方に前記中間電位接続導体の外部接続端部を形成し、これらの外部接続端部間に直流コンデンサを接続配置することを特徴とする。
【００１７】
また、この発明においては、前記各接続端子板の下端のモジュールの接続端子に接続される端子接続部と上端に形成された前記外部接続端部とを前記各接続端子板の対角となる位置に配置するのがよい。
【００１８】
さらに、前記第１モジュールと第２モジュールに設ける接続端子はピン状の端子として前記第１のモジュールと第２モジュールで同じ配列に配置することができ、また、各端子は２個のピン端子で構成する。
【００１９】
さらにまた、前記第１モジュールおよび第２モジュールを複数対設け、これらのモジュールを並列接続する場合は、前記第１モジュールと第２モジュールとを交互に配置し、前記高電位接続導体となる接続端子板、低電位接続導体となる接続端子板および中間電位接続導体となる接続端子板をこれらの全モジュールに跨って形成し、これらの接続端子板により前記複数対のモジュールを並列接続することができる。
【００２０】
さらに、少なくとも前記第１モジュールに含まれる半導体スイッチを、ワイドバンドギャップの半導体で形成した半導体スイッチ素子とするのがよい。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、３レベルインバータを構成する上下アームを収容した第１モジュールと中間アームを収容して第２モジュールを各別とすることにより、それぞれに装置仕様に応じて最適な半導体スイッチを適用できる。また、各モジュールから引き出す接続端子板を、相互に絶縁板を介して平行に近接配置するので、３レベルインバータにおける直流一巡電流経路の配線インダクタンスを極小にできる。装置容量を増大させるために半導体スイッチを並列接続した場合は、各接続端子板が共通に延長されるだけであるので、各直流一巡電流経路の配線インダクタスを小さく、かつほぼ均等にし、電流分担のアンバランスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１の実施例を示す３レベルインバータの単相分の回路構成図。
【図２】この発明に使用する上下アームを収容した第１モジュールと中間アームを収容した第２モジュールの外観を示す斜視図。
【図３】この発明の第１の実施例を示すもので、３レベルインバータのモジュール組体の外観を示す斜視図。
【図４】この発明の第１の実施例を示すもので、図３に示すモジュール組体を分解して示す斜視図。
【図５】この発明の第１の実施例を示すもので、モジュール組体の組み立て手順を示す工程図。
【図６】この発明の第１の実施例を示すもので、（ａ）コンデンサの外観を示す斜視図、（ｂ）３レベルインバータの単相ユニットの外観を示す斜視図。
【図７】この発明の第１の実施例を示すもので、３レベルインバータの単相ユニットの構成を示す側面図。
【図８】この発明の動作を説明するための電流の流れを示す図。
【図９】この発明の第２の実施例を示すもので、２並列モジュール組体の外観を示す斜視図。
【図１０】この発明の第３の実施例を示すもので、３並列モジュール組体の外観を示す斜視図。
【図１１】一般的な３レベルインバータの単相分の構成を示す回路構成図。
【図１２】従来の３レベルインバータの配線構造を示すもので、（ａ）平面図、（ｂ）側面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、この発明の第１の実施例を示すもので、３レベルインバータの１相分の回路構成図である。
【００２５】
図１において、３レベルインバータの上下アームとなる、ＭＯＳＦＥＴで構成された半導体スイッチ４、５を直列接続した回路は、第１モジュール２０に収容される。３レベルインバータの中間アームとなる双方向スイッチは、ダイオード１０、１１とＩＧＢＴ１２、１３で構成され、これらは第２モジュール３０に収容される。上下アーム、中間アームに適用する半導体スイッチは図１の例に限らず、例えば近年実用化されつつあるＳｉＣ（炭化珪素）等のワイドバンドギャップ半導体材料とした高速スイッチ素子など、装置仕様により種々の半導体スイッチを用いることができる。
【００２６】
上下アームを構成するモジュール２０からは、直流電源の高電位端子Ｐに接続する高電位接続端子２０Ｐ、低電位端子Ｎ接続する低電位接続端子２０Ｎ、交流出力を取り出す出力端子２０Ｕ、および半導体スイッチ４、５のゲート接続端子２０Ｇ４、２０Ｇ５、補助ソース端子２０Ｓ４、２０Ｓ５が引き出されている。
【００２７】
また、中間アームを構成するモジュール３０からは、直流電源の中間電位端子Ｍに接続する中間電位接続端子３０Ｍ，上下アームの出力端子２０Ｕに接続する接続端子３０Ｕ、および半導体スイッチ１２、１３のゲート接続端子３０Ｇ１２、３０Ｇ１３、補助エミッタ端子３０Ｅ１２，３０Ｅ１３が引き出される。
【００２８】
直流電源１の高電位端子Ｐおよび低電位端子Ｎと中間電位端子Ｍとの間に、それぞれ直流コンデンサ２および３を接続する。コンデンサ２の接続された高電位端子Ｐと上下アームモジュール２０の高電位接続端子２０Ｐとは高電位接続導体４０Ｐで接続する。コンデンサ３の接続された低電位端子Ｎと上下アームモジュール２０の低電位接続端子２０Ｎとは低電位接続導体４０Ｎで接続する。さらに、中間アームモジュール３０の中間電位接続端子３０Ｍと中間電位端子Ｍとを中間電位接続導体４０Ｍで接続する。そして、上下アームモジュール２０の出力端子２０Ｕと中間アーム３０の出力端接続端子３０Ｕとは出力接続導体４０Ｕで接続する。これらの接続導体４０Ｐ、４０Ｎ、４０Ｍ、４０Ｕはインバータ回路における直流一巡電流経路となる。
【００２９】
図２に、図１の上下アームを構成するモジュール２０および中間アームを構成するモジュール３０の外観を示す。各モジュールは、半導体スイッチ素子類を収容した絶縁樹脂ブロックで気密的にパッケージされている。ブロックの上面には複数の接続端子が配置され、両端には、モジュールを放熱基板等に締め付け結合するための取付ねじを挿通する取付孔２０ｅ、３０ｅが設けられている。
【００３０】
両モジュール２０および３０に設けられた各接続端子はそれぞれ１対のピン電極で構成され、両モジュールでほぼ同じ配列としている。
上下アームモジュール２０の接続端子２０Ｐ、２０Ｎおよび２０Ｕは、図１の上下アームモジュール２０の高電位接続端子２０Ｐ、低電位接続端子２０Ｎおよび出力接続端子２０Ｕである。モジュール２０の接続端子２０Ｇ４および２０Ｇ５は、図１の上下アームモジュール２０の半導体スイッチ４および５のゲート端子、２０Ｓ４および２０Ｓ５は、補助ソース端子である。
【００３１】
また、中間アームモジュール３０の接続端子３０Ｍおよび３０Ｕは、図１の中間アームモジュール３０の中間電位接続端子３０Ｍおよび出力端子３０Ｕである。中間アームモジュール３０の接続端子３０Ｇ１２および３０Ｇ１３は、図１の中間アームモジュール３０の半導体スイッチ１２および１３のゲート端子、３０Ｅ１２，３０Ｅ１３は、補助エミッタ端子である。中間アームモジュール３０の端子３０Ｂは、中間アームモジュール３０の端子配列を、上下アームモジュール２０の端子配列と同じ配列とするために設けられた電気的接続には用いられない空き端子である。
【００３２】
次に、図３、図４を参照して、この発明の３レベルインバータの組立体について説明する。
【００３３】
図３は、この発明による接続端子板組体４０を図２に示した２つのモジュール２０、３０に結合配置した３レベルインバータの１相ユニットの組み立て構成図である。
【００３４】
モジュール２０、３０は、放熱体で構成された冷却基板７０上に、近接して平行に配置し、取付ねじ４０ｃにより取り付け固定されている。この平行に配置された２つのモジュール２０、３０上に跨って垂直に接続端子板組体４０が固定配置される。
【００３５】
この接続端子板組体４０は、垂直に立った複数の端子板と絶縁板を重ね合わせて構成されているため、図３においては詳細が見難いので、図４に分解して示す。以下の説明においてはこの図４を参照する。
【００３６】
出力端子板４１は、両モジュールの出力端子２０Ｕと３０Ｕの間を接続する接続導体４０Ｕ（図１）となる接続端子板であり、平板状導電材により形成されている。その図４における左端側に、その全幅に亘って直角に折り曲げ形成した接続端部４１ａを有する。この接続端部４１ａには、両モジュールのピン状の接続端子２０Ｕ、３０Ｕを挿入、嵌合するための、嵌合孔４１ｅが設けられている。さらに、端子板４１の右端側には、端子板４１を冷却基板７０上に固定支持するための固定ねじ４１ｃおよび絶縁材製のスペーサ４１ｄが結合されている。また、端子板４１は、モジュール２０と３０に結合したとき、モジュールの取付孔２０ｅ、３０ｅと対向する位置に、取付ねじを挿通するためのねじ挿通孔４１ｆを備えている。
【００３７】
接続端子板４４および４８は、それぞれ、図１における低電位接続導体４０Ｎおよび高電位接続導体４０Ｐとなる端子板であり、平板状導電材で形成されている。接続端子板４４および４８には、それぞれ、図４において先端側（モジュール２０側）の下端に、モジュール２０の接続端子２０Ｎおよび２０Ｐに接続するための端子接続部４４ａおよび４８ａが直角に折り曲げ形成されている。そして、接続端子板４４および４８のこれらと対角をなす手前側（モジュール３０側）の上端に、外部との接続を行うためのねじ端子で構成された外部接続端部４４ｂおよび４８ｂを直角に折り曲げ形成している。外部接続端部４４ｂと４８ｂは、互いに反対方向に張り出している。端子接続部４４ａおよび４８ａには、それぞれモジュール２０のピン状の接続端子２０Ｎおよび２０Ｐを挿入、嵌合するための、嵌合孔４４ｅおよび４８ｅが設けられている。
【００３８】
接続端子板４６は、図１における中間電位接続導体４０Ｍとなる端子板であり、平板状導電材で形成されている。その先端側（モジュール３０側）の下端にモジュール３０の接続端子３０Ｍに接続するための端子接続部４６ａを直角に折り曲げ形成する。そして、接続端子板４６のこれと対角をなす奥側（モジュール２０側）の上端に、外部との接続を行うためのねじ端子で構成された外部接続端部４６ｂが直角に折り曲げ形成されている。この接続端子板４６には、外部接続端部４６ｂに結合してこれを左右両側に張出させる補助端子板４６ｓが付属する。
【００３９】
絶縁板４２および４３は、出力端子板４１と低電位接続端子板４４との間に挿入される絶縁板である。最外側の絶縁板４２の下端側は、絶縁沿面距離を拡大するために外側へ折り曲げられ、上端には、接続端子板４４の外部接続端部４４ｂを通すための凹部４２ｇおよび、接続端子板４６の外部接続端部４６ｂおよび補助端子板４６ｓを通すための凹部４２ｈが形成されている。
【００４０】
絶縁板４５は、接続端子板４４と４６との間に挿入される絶縁板であり、上端の先端側に接続端子板４６の補助端子板４６ｓを通すための凹部４５ｇを有する。
【００４１】
絶縁板４７は、接続端子板４６と４８との間に挿入される絶縁板であり、上端の奥側（モジュール２０側）に接続端子板４６の補助端子板４６ｓを通すための凹部４７ｇを有する。
【００４２】
絶縁板４９は、接続端子板４８と、その外側に配置されるゲート回路板５０との間に挿入される絶縁板である。
【００４３】
ゲート回路板５０は、図示しない、各モジュールの半導体スイッチのゲート駆動回路を備えたプリント回路板で構成されており、モジュール２０および３０のゲート接続端子２０Ｇおよび３０Ｇ、補助ソース端子２０Ｓ、補助エミッタ端子３０Ｅに接続するためのゲート端子接続孔５０ｅを備える。また、ゲート回路板５０は、モジュール２０、３０に結合したとき、モジュールの取付孔２０ｅ、３０ｅと対向する位置に、取付ねじ４０ｃを挿通するためのねじ挿通孔５０ｆを備える。
【００４４】
全ての接続端子板や絶縁板は、図４に示すように、近接して平行に配列した２個のモジュール２０および３０の全幅Ｗｍに亘るようにするため、その幅Ｗ４０を、モジュールの全幅Ｗｍとほぼ等しい幅とするが、絶縁板はその機能上、その幅Ｗ４０をモジュールの全幅Ｗｍよりわずかに大きくしてモジュールの側端から少しはみ出すようにするのがよい。
【００４５】
このような上下アームモジュール２０、中間アームモジュール３０、接続端子板組体４０およびゲート回路板５０を備えた３レベルインバータの組み立て手順を図５に示すので、以下にこの図にしたがって説明する。
【００４６】
まず、図５（ａ）に示すように、３レベルインバータを構成する上下アームを収容したモジュール２０と中間アームを収容したモジュール３０をそれぞれゲート端子２０Ｇ、３０Ｇ側を左手前にして平行に並べて近接して配置する。このとき、各モジュールの各列の接続端子が同一の列に並ぶようにモジュールの左手前端と右後端を揃える。
【００４７】
次いで、図５（ｂ）に示すように、出力接続端子板４１をモジュール２０、３０の右後端側に両方に跨って水平に載置し、その各嵌合孔４１ｅに各モジュールの出力接続端子２０Ｕ，３０Ｕを挿入し嵌合する。嵌合孔４１ｅに挿入された接続端子２０Ｕ、３０Ｕを溶接またはろう付けするか、あるいはカシメ（圧潰）をすることにより接続端子２０Ｕ、３０Ｕと接続端子板４１とを電気的および機械的に結合し、接続端子板４１を固定する。
【００４８】
モジュール２０、３０上に接続端子板４１が固定されたところで、その手前に図５（ｃ）および（ｄ）に示すように絶縁板４２および４３を垂直に順次配置する。
【００４９】
これに続き、絶縁板４３の手前に、図５（ｅ）に示すように低電位接続端子板４４を垂直に配置する。このとき、端子板４４の端子接続部４４ａの嵌合孔４４ｅにモジュール２０の接続端子２０Ｎを挿入、嵌合し、適宜の手段で接続端子板４４と接続端子２０Ｎとを電気的および機械的に結合して、接続端子板４４を固定する。
【００５０】
引き続き、図５（ｆ）に示すように、接続端子板４４の手前に、絶縁板４５を垂直に配置する。
【００５１】
そして、この絶縁板４５の手前に図５（ｇ）に示すように、中間電位接続端子板４６を垂直に配置する。この接続端子板４６のここには図示されない接続端部４６ａの嵌合孔４６ｅにモジュール３０の中間電位接続端子３０Ｍを挿入、嵌合する。そして、接続端子板４６と接続端子３０Ｍとを適宜の手段より電気的および機械的に結合し、接続端子板４６を固定する。接続端子板４６の上端部の外部接続端部４６ｂは、各絶縁板の凹部を通して右側に張り出させる。
【００５２】
次いで、図５（ｈ）に示すように、接続端子板４６の手前に絶縁板４７を垂直に配置する。これに引き続き、図５（ｉ）示すように高電位接続端子板４８を垂直に配置する。この接続端子板４８の下端の接続端部４８ａの嵌合孔４８ｅにモジュール２０の高電位接続端子２０Ｐを挿入、嵌合し、接続端子板４８と接続端子とを電気的および機械的に結合して、接続端子板４８を固定する。
【００５３】
そして、図５（ｊ）に示すように、接続端子板４８の手前に絶縁板４９を垂直に配置するとともにゲート回路板５０を水平に配置する。ゲート回路板５０のゲート端子接続孔５０ｅにそれぞれ、モジュール２０のゲート接続端子２０Ｇ４、２０Ｇ５、補助ソース端子２０Ｓ４、２０Ｓ５およびモジュール３０のゲート接続端子３０Ｇ１２、３０Ｇ１３、補助エミッタ端子３０Ｅ１２、３０Ｅ１３を挿入、嵌合する。そして、ゲート回路板５０をゲート端子、補助ソース端子および補助エミッタ端子に電気的、機械的に結合して固定する。
【００５４】
さらに、中間電位接続端子板４６の外部接続端部４６ｂ上に補助端子板４６ｓを載置し、電気、機械的に結合して、外部接続端部４６ｂを左右に張り出すようにする。
【００５５】
これにより、モジュールと接続端子類の組体とを結合したモジュール組体の組み立てが完了する。この後、モジュール組体の外部接続端子部４４ｂと補助端子板４６ｓとの間、および外部接続端子部４８ｂと補助端子板４６ｓとの間に、直流電圧を分圧して３レベル（高電位、中間電位、低電位レベル）の直流電圧を形成するための直流コンデンサを接続して、３レベルインバータの１相ユニットが完成する。
【００５６】
図６に完成した３レベルインバータの１相ユニットの外観を示し、図7に側面図を示す。図６（ａ）は直流コンデンサ６０を示す。直流コンデンサ６０には、２個の接続端子６１、６２が設けられており、これらの端子が、外部接続端部４４ｂと補助端子板４６に接続される。
【００５７】
図６（ｂ）および図7に、モジュール組体に２個の直流コンデンサ６０‐１、６０‐２を結合した３レベルインバータの１相ユニットの構成を示す。この図６（ｂ）では、モジュール組体の外部接続端部（４４ｂ、４６ｓ、４８ｂ）とコンデンサの端子（６１‐１、６２‐１、６１‐２、６２‐２）との接続状態が明確になるように、コンデンサ６０‐１、６０‐２は、透明化して示している。
【００５８】
コンデンサ６０‐１と６０‐２は、それぞれモジュール組体の高電位接続端子板４８の外部接続端部４８ｂと、中間電位接続端子板４６の外部接続端部４６ｂに結合された補助端子板４６ｓとの間、および低電位接続端子板４４の外部接続端部４４ｂと、中間電位接続端子板４６の外部接続端部４６ｂに結合された補助端子板４６ｓとの間に渡して結合されている。これによって、図１に示す回路構成を有する３レベルインバータの１相ユニットが構成される。
【００５９】
このように構成すると、直流一巡電流経路を形成する高電位接続端子板４８、中間電位接続端子板４６および低電位接続端子板４４が互いに平行に近接して重なり合う。これにより、これらの導体に対向して流れる電流による磁束が互いに打ち消し合うため、３レベルインバータの１相ユニットにおける直流一巡電流経路の配線インダクタンスを小さくすることができる。
【００６０】
そして、この発明では、各接続端子板（４４、４６、４８）のモジュールの接続端子との接続を行う端子接続部（４４ａ、４６ａ、４８ａ）と外部接続端部（４４ｂ、４６ｂ、４８ｂ）が端子板の上下辺の対角となる位置に設けられているため、各接続端子板の配線インダクタンスをより小さくすることができる。
【００６１】
この点については、図８を参照して説明する。
【００６２】
図８（ａ）は、この発明にしたがって接続端子板の上下辺の対角となる位置に接続端部を設けた各接続端子板における電流の流れを示す図である。図８（ｂ）は、この発明と比較するために、接続端子板の上下辺の接続端部を正対する位置に設けた接続端子板における電流の流れを示す図である。
【００６３】
この発明にしたがえば、図８（ａ）に示すように、高電位接続端子板４８の下端のモジュールの接続端子に接続するための端子接続部４８ａは、モジュール２０の直上に位置するように左側に寄せて設けられ、上端の外部接続端部４８ｂは、モジュール３０の直上に位置するように右側に寄せて設けられている。このため、この接続端子板４８の端子接続部４８ａと外部接続端部４８ｂは、接続端子板４８の上下辺の対角となる位置に置かれる。これにより、接続端子板４８には、実線矢印Ａで示すように外部接続端部４８ｂから端子接続部４８ａへ斜めに電流が流れる。
【００６４】
そして、この接続端子板４８と対向配置された中間電位接続導体となる接続端子板４６では、下端の端子接続部４６ａがモジュール３０の直上に位置するように右側に寄せて設けられ、上端の外部接続端部４６ｂが、モジュール２０の直上に位置するように左端に寄せて設けられる。このため、端子接続部４６ａと外部接続端部４６ｂも、接続端子板４６の上下辺の対角となる位置に置かれる。この結果、接続端子板４６には、点線矢印Ｂで示すように端子接続部４６ａから外部接続端部４６ｂへ矢印Ａとは反対に傾斜する方向に電流が流れる。
【００６５】
接続端子板４８および４６における矢印Ａの電流と矢印Ｂで電流は交差するため、これらの電流で囲まれる部分の面積は、ハッチングして示す２つの３角形となるため小さくなる。
【００６６】
これに対して、接続端子板４６、４８の上下端に、それぞれ正対して端子接続部４６ａ、４８ａと外部接続端部４６ｂ、４８ｂを設けた場合は、それぞれの接続端子板には、矢印Ｃ、Ｄで示すように垂直方向に平行して電流が流れるようになる。このため、電流Ｃ、Ｄで囲まれる部分の面積はハッチングで示す４角形となり、この発明の場合より大きくなる。
【００６７】
この発明によれば、このような電流の流れ方の違いによっても、直流一巡電流経路の配線インダクタンスをより低減することができる。
【実施例２】
【００６８】
図９にこの発明の第２の実施例を示す。この実施例は、上下アームを収容するモジュール２０と中間アームを収容するモジュール３０を２組並列接続して構成した例である。図９では、接続端子板組体から絶縁板を省いて、接続端子板組体の構成を簡素化して示している。
【００６９】
図９に示すように２組の上下アームを収容したモジュール２０‐１、２０‐２と、中間アームを収容したモジュール３０‐１、３０‐２は、各モジュールを交互に平行に配列している。
【００７０】
この２組の平行に配置されたモジュールに共通に接続端子板４４Ａ、４６Ａおよび４８Ａとゲート回路板５０Ａが設けられており、これらは、２組のモジュール２０‐１、２０‐２および３０‐１、３０‐２に跨って配置される。
【００７１】
高電位接続端子板４８Ａには、上下アームを収容したモジュール２０‐1および２０‐２の接続端子に接続するために端子接続部が２個（４８ａ‐１、４８ａ‐２）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が２個（４８ｂ‐１、４８ｂ‐２）設けられている。
【００７２】
低電位接続端子板４４Ａには、上下アームを収容したモジュール２０‐１および２０‐２の接続端子に接続するために端子接続部が２個（不図示）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が２個（４４ｂ‐１、４４ｂ‐２）設けられている。
【００７３】
中間電位接続端子板４６Ａには、中間アームを収容したモジュール３０‐１および３０‐２の接続端子に接続するために端子接続部が２個（４６ａ‐１、４６ａ‐２）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が２個（４６ｂ‐１、４６ｂ‐２）設けられている。
【００７４】
コンデンサは、ここには図示していないが、各接続端子板の上部の外部接続端部４８ｂ‐１と４６ｂ‐１との間、４４ｂ‐１と４６ｂ‐１との間、４８ｂ‐２と４６ｂ‐２との間および４４ｂ‐２と４６ｂ‐２との間にそれぞれ接続し、モジュールの上部に配置する。
【００７５】
また各接続端子板の端子接続部と外部接続端子部は、各組のモジュールごとに対角となる位置に置かれている。例えば、接続端子板４８Ａにおいては、端子接続部４８ａ‐１は、モジュール２０‐１の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐１は、モジュール２０‐１と対となるモジュール３０‐１の直上に置かれる。そして、もう一つの端子接続部４８ａ‐２は、もう一方の組のモジュール２０‐２の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐２は、モジュール２０‐２と対となるモジュール３０‐２の直上に置かれるのである。
【００７６】
これにより、この実施例２においても、各接続端子板相互間に対向して流れる電流の磁束の打ち消し合い作用により、各接続端子板の配線インダクタンスを低減できる。そして、各接続端子板の端子接続部と外部接続端部とが各端子板の対角となる位置に設けられるため、第１の実施例と同様に各接続端子板の配線インダクタンスをより小さくなるように抑えることができる。
【実施例３】
【００７７】
図１０にこの発明の第３の実施例を示す。この実施例は、３組の上下アームを収容するモジュールと中間アームを収容するモジュールを並列接続して構成した例である。図１０は、実施例２の場合と同様に、接続端子板組体から絶縁板を省いて、接続端子板組体の構成を簡素化して示している。
【００７８】
図１０に示すように３組の上下アームを収容したモジュール２０‐1、２０‐２、２０‐３と、中間アームを収容したモジュール３０‐１、３０‐２、３０‐３は、各モジュールが交互に平行に配列される。
【００７９】
この３組の平行に配置されたモジュールに共通に接続端子板４４Ｂ、４６Ｂおよび４８Ｂとゲート回路板５０Ｂが設けられており、これらは、６個のモジュール２０‐１、２０‐２、２０−３、３０‐１、３０−２および３０‐３に跨って配置される。
【００８０】
高電位接続端子板４８Ｂには、上下アームを収容したモジュール２０‐１、２０‐２および２０‐３の接続端子に接続するために端子接続部が３個（４８ａ‐１、４８ａ‐２、４８ａ‐３）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が３個（４８ｂ‐１、４８ｂ‐２、４８ｂ‐３）設けられている。
【００８１】
低電位接続端子板４４Ｂには、上下アームを収容したモジュール２０‐1、２０‐２および２０‐３の接続端子に接続するために端子接続部が３個（不図示）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が３個（４４ｂ‐１、４４ｂ‐２、４４ｂ‐３）設けられている。
【００８２】
中間電位接続端子板４６Ｂには、中間アームを収容したモジュール３０‐1、３０‐２および３０‐３の接続端子に接続するために端子接続部が３個（４６ａ‐１、４６ａ‐２、４６ａ‐３）設けられ、またコンデンサ等を接続するための外部接続端部が３個（４６ｂ‐１、４６ｂ‐２、４６ｂ‐３）設けられている。
【００８３】
コンデンサは、ここには図示していないが、各接続端子板の上部の外部接続端部４８ｂ‐1と４６ｂ‐１との間、４４ｂ‐1と４６ｂ‐１との間、４８ｂ‐２と４６ｂ‐２との間、４４ｂ‐２と４６ｂ‐２との間、４８ｂ‐３と４６ｂ‐３との間、および４４ｂ‐３と４６ｂ‐３との間にそれぞれ接続し、モジュールの上部に配置する。
【００８４】
また各接続端子板の端子接続部と外部接続端子部は、各組のモジュールごとに対角となる位置に置かれている。例えば、接続端子板４８Ｂにおいては、端子接続部４８ａ‐１は、モジュール２０‐１の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐１は、モジュール２０‐１と対となるモジュール３０‐１の直上に置かれる。そして、端子接続部４８ａ‐２は、他の組のモジュール２０‐２の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐２は、モジュール２０‐２と対となるモジュール３０‐２の直上に置かれる。そして、他の１つの端子接続部４８ａ‐３は、他の組のモジュール２０‐３の直上に置かれ、外部接続端部４８ｂ‐３は、このモジュール２０‐３と対となるモジュール３０‐３の直上に置かれるのである。
【００８５】
これにより、この実施例３においても、各接続端子板相互間に対向して流れる電流により形成される磁束の打ち消し合い作用により、各接続端子板の配線インダクタンスを低減できる。そして、各接続端子板の端子接続部と外部接続端部とが各端子板の対角となる位置に設けられるため、第１の実施例および第２の実施例と同様に各接続端子板の配線インダクタンスをより小さくなるように抑えることができる。
【００８６】
この発明によれば、前記のとおり３レベルインバータにおける直流一巡電流経路における配線インダクタンスをより小さくすることができるので、特に、上下アームを収容したモジュールに含まれる半導体スイッチを、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体で構成した高速の半導体スイッチを使用しても、サージ電圧を抑えることができるので、３レベルインバータの性能、安全性を高めることができる。
【符号の説明】
【００８７】
２０、２０‐１、２０‐２、２０‐３：上下アームを収容したモジュール
３０、３０‐１、３０‐２、３０‐３：中間アームを収容したモジュール
４０：接続端子板組体
４１：出力接続導体となる接続端子板
４１ａ：端子接続部
４２、４３、４５、４７、４９：絶縁板
４４：低電位接続導体となる接続端子板
４４ａ、４４ａ‐１、４４ａ‐２、４４ａ‐３：端子接続部
４４ｂ、４４ｂ‐１、４４ｂ‐２、４４ｂ‐３：外部接続端部
４６：中間電位接続導体となる接続端子板
４６ａ、４６ａ‐１、４６ａ‐２、４６ａ‐３：端子接続部
４６ｂ、４６ｂ‐１、４６ｂ‐２、４６ｂ‐３：外部接続端部
４８：高電位接続導体となる接続端子板
４８ａ、４８ａ‐１、４８ａ‐２、４８ａ‐３：端子接続部
４８ｂ、４８ｂ‐１、４８ｂ‐２、４８ｂ‐３：外部接続端部
５０：ゲート回路板
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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【国際調査報告】
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