(57)【要約】  実施形態の車両用電力変換装置（１００）は、スイッチング動作をするスイッチング素子（１０１）と、還流電流を流す還流ダイオード（１０２）とにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、１台の永久磁石式同期電動機を駆動させる３相の交流出力を行う回路として、還流ダイオードをスイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する半導体素子モジュール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）と、４つの半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニット（１）と、を備える。
2014136271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、１台の永久磁石式同期電動機を駆動させる３相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する半導体素子モジュールと、
４つの前記半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、
を備える車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するコンバータ用の半導体素子モジュールと、
４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを冷却するための、前記冷却ユニットとは別の冷却ユニットと、を備え、
入力される単相交流から直流出力を得るための、４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを用いた３レベルの単相コンバータを有する請求項１に記載の車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々は、前記冷却ユニットが冷却を行う同一の冷却面に並べて設置され、
前記冷却面に並べて配置された前記インバータ用の半導体素子モジュール上において、当該インバータ用の半導体素子モジュールの各々と略平行に配置され、前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々と接続ブッシュを介して接続される、正極側及び負極側の２つの導体板と、前記スイッチング素子のゲート電圧を制御するゲートドライバ回路とを備える、
請求項１に記載の車両用電力変換装置。
【請求項４】
前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体を更に備え、
前記導体は、前記半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直とする方向に延在する、
請求項３に記載の車両用電力変換装置。
【請求項５】
前記正極側及び負極側の２つの導体板と、前記ゲートドライバ回路とは、前記導体の出力側の端部を除き樹脂封止される、
請求項４に記載の車両用電力変換装置。
【請求項６】
スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、並列に接続された４台の誘導電動機を駆動させるための１相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するインバータ用の半導体素子モジュールと、
前記４台の誘導電動機を駆動させる３相の交流出力を行うための３つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、
を備える車両用電力変換装置。
【請求項７】
前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するコンバータ用の半導体素子モジュールと、
４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを冷却するための、前記冷却ユニットとは別の冷却ユニットと、を備え、
入力される単相交流から直流出力を得るための、４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを用いた３レベルの単相コンバータを有する請求項５に記載の車両用電力変換装置。
【請求項８】
前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々は、前記冷却ユニットが冷却を行う同一の冷却面に並べて設置され、
前記冷却面に並べて配置された前記インバータ用の半導体素子モジュール上において、当該インバータ用の半導体素子モジュールの各々と略平行に配置され、前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々と接続ブッシュを介して接続される、正極側及び負極側の２つの導体板と、前記スイッチング素子のゲート電圧を制御するゲートドライバ回路とを備える、
請求項５に記載の車両用電力変換装置。
【請求項９】
前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体を更に備え、
前記導体は、前記半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直とする方向に延在する、
請求項７に記載の車両用電力変換装置。
【請求項１０】
前記正極側及び負極側の２つの導体板と、前記ゲートドライバ回路とは、前記導体の出力側の端部を除き樹脂封止される、
請求項８に記載の車両用電力変換装置。
【請求項１１】
スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、誘導電動機の駆動にかかる３相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有するインバータ用の半導体素子モジュールと、
２つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、を備え、
並列に接続された４台の誘導電動機を駆動させる３相の交流出力を、２つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを並列に接続した中性点から行う車両用電力変換装置。
【請求項１２】
前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するコンバータ用の半導体素子モジュールと、
４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを冷却するための、前記冷却ユニットとは別の冷却ユニットと、を備え、
入力される単相交流から直流出力を得るための、４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを用いた３レベルの単相コンバータを有する請求項１０に記載の車両用電力変換装置。
【請求項１３】
前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々は、前記冷却ユニットが冷却を行う同一の冷却面に並べて設置され、
前記冷却面に並べて配置された前記インバータ用の半導体素子モジュール上において、当該インバータ用の半導体素子モジュールの各々と略平行に配置され、前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々と接続ブッシュを介して接続される、正極側及び負極側の２つの導体板と、前記スイッチング素子のゲート電圧を制御するゲートドライバ回路とを備える、
請求項１０に記載の車両用電力変換装置。
【請求項１４】
前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体を更に備え、
前記導体は、前記半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直とする方向に延在する、
請求項１２に記載の車両用電力変換装置。
【請求項１５】
前記正極側及び負極側の２つの導体板と、前記ゲートドライバ回路とは、前記導体の出力側の端部を除き樹脂封止される、
請求項１３に記載の車両用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両用ＶＶＶＦ（Variable  Voltage  Variable  Frequency）インバータ等の車両用電力変換装置においては、１５００Ａ用のＳｉのＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）モジュールが実用化されている。ＳｉのＩＧＢＴモジュール（素子モジュール）を用いて１５００Ａ用にインバータを構成する場合、素子モジュールの電流定格は３．３ｋＶ用では一つの素子モジュールあたり１５００Ａ程度であるため、鉄道車両で一般的に用いられている誘導電動機（ＩＭ：Induction  Motor）を４台並列に駆動するインバータに対しては、素子モジュールを６個搭載して、３相のインバータを構成している。また、近年実用化されているＰＭＳＭ（Permanent  Magnet  Synchronous  Motor）駆動用のインバータに対しては、ＰＭＳＭはモータ１台に１台ずつ３相インバータが必要である。このため、４台のモータを駆動するためにはインバータが４台必要であるが、１台当たりのインバータの電流定格は５００Ａ程度と小さくて済む。このため、１個の素子モジュールに２つのＩＧＢＴとダイオードを搭載した２ｉｎ１の素子モジュールを構成し、その素子モジュールを３個用いて１台のインバータを構成し、さらにそれを４台分、合計１２個の２ｉｎ１素子モジュールを一つの冷却器に平面的に取り付けて４ｉｎ１のインバータを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５９４４７７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２９３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術におけるＩＭ用のインバータ、ＰＭＳＭ用のインバータのどちらについても、素子モジュールは冷却器に平面的に取り付けられることから、インバータの外形の大きさは、素子モジュールが占める面積の大小に大きく左右されることとなる。したがって、ＳｉのＩＧＢＴモジュールを用いている現状の構成では、小型化に限界があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の車両用電力変換装置は、スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、１台の永久磁石式同期電動機を駆動させる３相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する半導体素子モジュールと、４つの前記半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、を備える。【０００６】
また、実施形態の車両用電力変換装置は、スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、並列に接続された４台の誘導電動機を駆動させるための１相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するインバータ用の半導体素子モジュールと、前記４台の誘導電動機を駆動させる３相の交流出力を行うための３つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、を備える。【０００７】
また、実施形態の車両用電力変換装置は、スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、誘導電動機の駆動にかかる３相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有するインバータ用の半導体素子モジュールと、２つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、を備え、並列に接続された４台の誘導電動機を駆動させる３相の交流出力を、２つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを並列に接続した中性点から行う。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態にかかる車両用電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、冷却ユニットへの半導体素子モジュールの設置を例示する図である。
【図３】図３は、冷却ユニットへの半導体素子モジュールを設置した場合の側面を例示する図である。
【図４】図４は、第２の実施形態にかかる車両用電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、冷却ユニットへの半導体素子モジュールの設置を例示する図である。
【図６】図６は、図５におけるＩＶ−ＩＶの断面図である。
【図７】図７は、第３の実施形態にかかる車両用電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。
【図８】図８は、冷却ユニットへの半導体素子モジュールの設置を例示する図である。
【図９】図９は、図８におけるＶ−Ｖの断面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態にかかる車両用電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、変形例１にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。
【図１２】図１２は、図１１におけるＶＩａ−ＶＩａの断面図である。
【図１３】図１３は、図１１におけるＶＩｂ−ＶＩｂの断面図である。
【図１４】図１４は、図１１におけるＶＩｃ−ＶＩｃの断面図である。
【図１５】図１５は、端子ユニットへの接続を例示する概念図である。
【図１６】図１６は、図１５におけるＣ方向からの側面図である。
【図１７】図１７は、図１５におけるＶＩＩ−ＶＩＩの断面図である。
【図１８】図１８は、変形例２にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。
【図１９】図１９は、モールド樹脂で樹脂封止された場合の、図１８におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの断面図である。
【図２０】図２０は、変形例３にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。
【図２１】図２１は、図２０におけるＩＸａ−ＩＸａの断面図である。
【図２２】図２２は、図２０におけるＩＸｂ−ＩＸｂの断面図である。
【図２３】図２３は、導体受け部への接続を例示する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態にかかる車両用電力変換装置を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態及びその変形例において、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１０】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかる車両用電力変換装置１００の回路構成の一例を示す図である。図１に示すように、車両用電力変換装置１００は、直流架電（図示しない）からの電力で永久磁石式同期電動機２ａ〜２ｄを独立に駆動させる３相の交流出力を行う回路構成であり、いわゆる４つの電動機を駆動させる１Ｃ４Ｍ（Ｃ：Controller、Ｍ：Motor）の構成である。
【００１１】
車両用電力変換装置１００の主回路構成は、パンタグラフ４、高速度遮断器５、充電抵抗短絡用接触器６、開放接触器８、フィルタリアクトル９、フィルタコンデンサ１４、フィルタコンデンサ電圧検出器１５、フィルタコンデンサ放電ユニット１６（フィルタコンデンサ放電抵抗１０、放電用スイッチング素子１１で構成）、６ｉｎ１の半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、それら半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニット１、車輪１２、永久磁石式同期電動機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、電動機開放接触器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、電流検出器１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈにより構成される。
【００１２】
具体的には、直流架電から集電するパンタグラフ４が高速度遮断器５と接続され、高速度遮断器５は充電抵抗短絡用接触器６と接続される。充電抵抗短絡用接触器６は、充電抵抗７と並列に接続され、開放接触器８と接続される。開放接触器８は、フィルタリアクトル９と接続される。フィルタリアクトル９は、車両用電力変換装置１００における半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの一端と接続され、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのもう一端は車輪１２と接続される。
【００１３】
フィルタコンデンサ放電ユニット１６は、一方の端子側がフィルタリアクトル９と、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとの間に接続され、もう一方の端子側は車輪１２と、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとの間に接続される。フィルタコンデンサ１４は、両端がフィルタコンデンサ放電ユニット１６と半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとの間に接続される。
【００１４】
半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから出力される３相の交流出力側では、電流検出器１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈが設けられ、電動機開放接触器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介して永久磁石式同期電動機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが接続されている。
【００１５】
半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ（図２、３を参照）によりゲートに印加される電圧に基づいてスイッチング動作をするスイッチング素子１０１と、還流電流を流す還流ダイオード１０２とを備える。具体的には、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する。すなわち、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの各々は、１台の永久磁石式同期電動機（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）を駆動させる３相の交流出力を行う回路を有し、６つのスイッチング素子１０１を１つの回路モジュールに組み入れた６ｉｎ１の構成となっている。この６ｉｎ１の構成の半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、冷却ユニット１に取り付けられている。
【００１６】
冷却ユニット１は、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが発する熱を冷媒などを介して放熱部１ａ（図１１参照）より放熱することで、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを冷却する。
【００１７】
ここで、スイッチング素子１０１と、還流ダイオード１０２とには、Ｓｉではなく、ＳｉＣ（炭化珪素）を適用している。ＳｉＣは、従来のＳｉよりも半導体特性が優れ、特に絶縁破壊強度の高さからからＳｉに比べ半導体接合部の厚みの薄い素子、すなわち導通損失の小さい素子が実現可能である。
【００１８】
また、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２を電力変換で使用する際には、発熱量が大きいことから、冷却する必要がある。Ｓｉを適用した半導体の許容温度は１２５℃〜１５０℃であるところ、ＳｉＣを適用した半導体は、許容温度が２００℃〜２５０℃であり、より高い温度で素子を使用することが可能である。したがって、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２にＳｉＣを適用することで、Ｓｉを適用した場合と比較して、冷却ユニット１を簡素化することが可能となる。
【００１９】
また、スイッチング素子１０１にＳｉＣを適用した場合、スイッチングするときに生じるスイッチング損失を低減させることが可能である。また、還流ダイオード１０２にＳｉＣを適用した場合、従来のＳｉのようなターンオフ時の逆回復が少なくなり、ダイオードリカバリ損失がほぼ無視できる。したがって、車両用電力変換装置１００の電力損失が低減し、装置の高効率化・小型化を実現できるメリットがある。
【００２０】
例えば、１５００Ａ用のＳｉのＩＧＢＴモジュールと比較した場合、ウエハー材料がＳｉ→ＳｉＣ化されると、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの内部のチップ接合部の厚さを１桁以上薄くできるので、単位面積あたりのオン抵抗が低減できる。逆に言うと、電流密度を上げられる。実用的には、ＳｉＣはＳｉの２倍以上に電流密度を上げることが可能である。したがって、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２にＳｉＣを用いることで、チップの大きさが同じでもより大きな電流定格のチップを製作することができる。その結果、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとしても、ＳｉのＩＧＢＴと大きさが同じであっても、より大きな電流定格のモジュールを製作することができる。
【００２１】
このため、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２にＳｉＣを適用することで、Ｓｉを適用した場合と比較すると、電流密度を２倍程度まで上げることができ、単純には同じ電流定格のインバータでも、冷却ユニット１に取り付けた半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの占める面積を半分にすることができる。
【００２２】
また、Ｓｉによる１５００Ａ定格の素子モジュールが実用化されており、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２をＳｉＣとすることにより、電流密度が２倍となることから、Ｓｉによる１５００Ａ定格の素子モジュールと同じ素子モジュールの外形でＳｉＣとした場合には、３０００Ａ定格の素子モジュールを構成することができる。ＰＭＳＭ駆動のように１台のモータを駆動するための素子定格が５００Ａ程度であれば、電流定格が５００Ａの素子を素子モジュール一つに６個まで入れることが可能となる。したがって、３相のインバータは各相の正極側と負極側にそれぞれスイッチング素子１０１が配されることから、６つのスイッチング素子１０１を１モジュールにパッケージすることにより、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの中の１つで、永久磁石式同期電動機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの中の１台を駆動させるインバータを構成することができ、インバータの小型化を実現できる。
【００２３】
図２は、冷却ユニット１への半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの設置を例示する図である。図３は、冷却ユニット１への半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを設置した場合の側面（図２の下方向から見た場合）を例示する図である。
【００２４】
図２、図３に示すように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、冷却ユニット１が冷却を行う同一の冷却面（図示例における冷却ユニット１の上面）に並べて設置される。また、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ上には、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、正極側ラミネート導体２１と、負極側ラミネート導体２２とが、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと略平行に配置されている。半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄとは接続ブッシュを介して接続されている。
【００２５】
具体的には、図３に示すように、半導体素子モジュール１３ｂとゲートドライバ回路基板２０ｂとは接続ブッシュ６０ｂを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｂと負極側ラミネート導体２２とは接続ブッシュ６１ｂを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｂと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ６２ｂを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｂと交流側出力端子導体２３ｂとは接続ブッシュ６３ｂを介して接続される。同様に、半導体素子モジュール１３ｄとゲートドライバ回路基板２０ｄ、半導体素子モジュール１３ｄと負極側ラミネート導体２２、半導体素子モジュール１３ｄと正極側ラミネート導体２１、半導体素子モジュール１３ｄと交流側出力端子導体２３ｄは、接続ブッシュ６０ｄ、６１ｄ、６２ｄ、６３ｄを介してそれぞれ接続される。なお、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｃについても同様に接続ブッシュを介して接続されることは言うまでもないことである。
【００２６】
なお、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、永久磁石式同期電動機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに３相分の交流出力を行う導体である。交流側出力端子導体２３ａは、永久磁石式同期電動機２ａに対して（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）の３相の交流出力を行う。交流側出力端子導体２３ｂは、永久磁石式同期電動機２ｂに対して（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）の３相の交流出力を行う。交流側出力端子導体２３ｃは、永久磁石式同期電動機２ｃに対して（Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３）の３相の交流出力を行う。交流側出力端子導体２３ｄは、永久磁石式同期電動機２ｄに対して（Ｕ４、Ｖ４、Ｗ４）の３相の交流出力を行う。
【００２７】
このように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接続ブッシュを介してゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを直付けすることで、ゲート制御配線を少なくし、ゲート制御の応答性を向上させることができる。また、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を接続し、４つの素子モジュールで正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を共用することで、フィルタコンデンサ１４との間のインダクタンスを低減し、スイッチング素子１０１における遮断特性を向上させることができる。
【００２８】
このとき、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｃのゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｃは、冷却ユニット１の一端部に並置されている。また、半導体素子モジュール１３ｂ、１３ｄのゲートドライバ回路基板２０ｂ、２０ｄは、上記の一端部の反対側端部に並置されている。このように構成することで、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと接続する端子は、冷却ユニット１の中央部分に集合する。各交流側出力端子導体２３と各半導体素子モジュールの接続部分を近接とすることで、導体の長さが同程度となり、導体の長さと比例するインダクタンスも同程度となることから、インダクタンスの差異により引き起こされる制御上の誤動作を軽減することが可能である。
【００２９】
またこのとき、交流側出力端子導体２３ａは、略Ｌ字の形状を有し、半導体素子モジュール１３ａの図２の左側から延出している。交流側出力端子導体２３ｃは、略Ｌ字の形状を有し、半導体素子モジュール１３ｃの図２の左側から延出している。交流側出力端子導体２３ｂは、略Ｌ字と左右対称となる形状を有し、半導体素子モジュール１３ａの図２の右側から延出している。交流側出力端子導体２３ｄは、略Ｌ字と左右対称となる形状を有し、半導体素子モジュール１３ｃの図２の右側から延出している。
【００３０】
このような構成とすることで、交流側出力端子導体２３ａに対して交流側出力端子導体２３ｂは斜め上部側に位置し、交流側出力端子導体２３ｂに対して交流側出力端子導体２３ｃは下部側に位置し、交流側出力端子導体２３ｃに対して交流側出力端子導体２３ｄは斜め上部側に位置することになる。そのため、各交流側出力端子導体２３間のインダクタンス差を僅差にしながら、なるべく多くの絶縁距離を確保することが可能となる。以上のことから本実施形態の構成を有する車両用電力変換装置は、小型化と省エネを図ることが可能となる。
【００３１】
［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態にかかる車両用電力変換装置１００ａの回路構成の一例を示す図である。図４に示すように、車両用電力変換装置１００ａは、直流架電（図示しない）からの電力で３相の交流出力を行う回路構成であり、車両用電力変換装置１００ａに対して並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる１Ｃ４Ｍの構成である。
【００３２】
車両用電力変換装置１００ａの主回路構成は、パンタグラフ４、高速度遮断器５、充電抵抗短絡用接触器６、開放接触器８、フィルタリアクトル９、フィルタコンデンサ１４、フィルタコンデンサ電圧検出器１５、フィルタコンデンサ放電ユニット１６（フィルタコンデンサ放電抵抗１０、放電用スイッチング素子１１で構成）、２ｉｎ１の半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、それら半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニット２７、車輪１２、誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、電流検出器２４ａ、２４ｂにより構成される。
【００３３】
冷却ユニット２７は、冷却ユニット１と同様、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃが発する熱を冷媒などを介して放熱部より放熱することで、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃを冷却する。
【００３４】
半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（図５、６を参照）によりゲートに印加される電圧に基づいてスイッチング動作をするスイッチング素子１０１と、還流電流を流す還流ダイオード１０２とを備える。具体的には、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を有し、２つのスイッチング素子１０１を１つの回路モジュールに組み入れた２ｉｎ１の構成となっている。車両用電力変換装置１００ａでは、この２ｉｎ１構成の半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃにより、並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる３相の交流出力を行う。この２ｉｎ１構成の半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、冷却ユニット２７に取り付けられている。
【００３５】
また、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃのスイッチング素子１０１と、還流ダイオード１０２とには、Ｓｉではなく、ＳｉＣ（炭化珪素）を適用している。したがって、前述した車両用電力変換装置１００と同様の理由により、誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを４台、並列に駆動する車両用電力変換装置１００ａにおいては、電流定格が１５００Ａのスイッチング素子１０１を半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃの一つに２個まで入れることが可能となり、インバータの小型化を実現できる。
【００３６】
図５は、冷却ユニット２７への半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃの設置を例示する図である。図６は、図５におけるＩＶ−ＩＶの断面図である。
【００３７】
図５、図６に示すように、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、冷却ユニット２７が冷却を行う同一の冷却面（図示例における冷却ユニット２７の上面）に並べて設置される。また、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ上には、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、正極側ラミネート導体２１と、負極側ラミネート導体２２とが、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃと略平行に配置されている。半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃとは接続ブッシュを介して接続されている。
【００３８】
具体的には、図６に示すように、半導体素子モジュール１８ａとゲートドライバ回路基板２０ａとは接続ブッシュ６０ａを介して接続される。また、半導体素子モジュール１８ａと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ６２ａを介して接続される。また、半導体素子モジュール１８ａと交流側出力端子導体２３ａとは接続ブッシュ６３ａを介して接続される。同様に、半導体素子モジュール１８ｂとゲートドライバ回路基板２０ｂ、半導体素子モジュール１８ｂと正極側ラミネート導体２１、半導体素子モジュール１８ｂと交流側出力端子導体２３ｂは、接続ブッシュ６０ｂ、６２ｂ、６３ｂを介してそれぞれ接続される。また、半導体素子モジュール１８ｃとゲートドライバ回路基板２０ｃ、半導体素子モジュール１８ｃと正極側ラミネート導体２１、半導体素子モジュール１８ｃと交流側出力端子導体２３ｃは、接続ブッシュ６０ｃ、６２ｃ、６３ｃを介してそれぞれ接続される。
【００３９】
このように、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃに接続ブッシュを介してゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃを直付けすることで、ゲート制御配線を少なくし、ゲート制御の応答性を向上させることができる。また、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃに接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を接続し、３つの素子モジュールで正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を共用することで、フィルタコンデンサ１４との間のインダクタンスを低減し、スイッチング素子１０１における遮断特性を向上させることができる。
【００４０】
このとき、各交流側出力端子導体２３は同等の長さを有している。そのため、導体長さと比例するインダクタンスも同程度であるため、制御上の対応が容易となる。また、各半導体素子モジュール１８上のゲートドライバ回路基板２０が、各半導体素子モジュール１８の各交流側出力端子導体２３が延出している端部とは反対側の端部に位置している。このように各交流側出力端子導体２３とゲートドライバ回路基板２０間に距離が確保できているため、各交流側出力端子導体２３から発生するノイズがゲートドライバ回路基板２０に影響することを低減することが可能となる。以上のことから本実施形態の構成を有する車両用電力変換装置は、小型化と省エネを図ることが可能となる。
【００４１】
［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態にかかる車両用電力変換装置１００ｂの回路構成の一例を示す図である。図７に示すように、車両用電力変換装置１００ｂは、直流架電（図示しない）からの電力で３相の交流出力を行う回路構成であり、車両用電力変換装置１００ｂに対して並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる１Ｃ４Ｍの構成である。
【００４２】
車両用電力変換装置１００ｂの主回路構成は、パンタグラフ４、高速度遮断器５、充電抵抗短絡用接触器６、開放接触器８、フィルタリアクトル９、フィルタコンデンサ１４、フィルタコンデンサ電圧検出器１５、フィルタコンデンサ放電ユニット１６（フィルタコンデンサ放電抵抗１０、放電用スイッチング素子１１で構成）、６ｉｎ１の半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆ、それら半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニット３１、車輪１２、誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、電流検出器２４ａ、２４ｂにより構成される。
【００４３】
冷却ユニット３１は、冷却ユニット１と同様、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆが発する熱を冷媒などを介して放熱部より放熱することで、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆを冷却する。
【００４４】
半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆは、ゲートドライバ回路基板２０ｅ、２０ｆ（図８、９を参照）によりゲートに印加される電圧に基づいてスイッチング動作をするスイッチング素子１０１と、還流電流を流す還流ダイオード１０２とを備える。具体的には、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆは、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する。すなわち、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆは、６つのスイッチング素子１０１を１つの回路モジュールに組み入れた６ｉｎ１の構成となっている。そして、半導体素子モジュール１３ｅと、半導体素子モジュール１３ｆとは、並列に接続されており、その中性点から並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる３相の交流出力を行う。
【００４５】
６ｉｎ１構成の半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆの電流定格は５００Ａ程度であることから、半導体素子モジュール１３ｅと半導体素子モジュール１３ｆとを並列に接続して１０００Ａ定格相当に構成することで、並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動できる。また、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆのスイッチング素子１０１と、還流ダイオード１０２とには、Ｓｉではなく、ＳｉＣを適用している。したがって、前述した車両用電力変換装置１００と同様の理由により、インバータの小型化を実現できる。
【００４６】
図８は、冷却ユニット３１への半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆの設置を例示する図である。図９は、図８におけるＶ−Ｖの断面図である。
【００４７】
図８、図９に示すように、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆは、冷却ユニット３１が冷却を行う同一の冷却面（図示例における冷却ユニット３１の上面）に並べて設置される。また、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆ上には、ゲートドライバ回路基板２０ｅ、２０ｆと、正極側ラミネート導体２１と、負極側ラミネート導体２２とが、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆと略平行に配置されている。半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆと、ゲートドライバ回路基板２０ｅ、２０ｆ、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃとは接続ブッシュを介して接続されている。
【００４８】
具体的には、図９に示すように、半導体素子モジュール１３ｅとゲートドライバ回路基板２０ｅとは接続ブッシュ６０ｅを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｅと負極側ラミネート導体２２とは接続ブッシュ６１ｅを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｅと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ６２ｅを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｅと交流側出力端子導体２３ｃとは接続ブッシュ６３ｅを介して接続される。同様に、半導体素子モジュール１３ｆとゲートドライバ回路基板２０ｆ、半導体素子モジュール１３ｆと負極側ラミネート導体２２、半導体素子モジュール１３ｆと正極側ラミネート導体２１、半導体素子モジュール１３ｆと交流側出力端子導体２３ｃは、接続ブッシュ６０ｆ、６１ｆ、６２ｆ、６３ｆを介してそれぞれ接続される。なお、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂについても同様に接続ブッシュを介して接続されることは言うまでもないことである。
【００４９】
このように、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆに接続ブッシュを介してゲートドライバ回路基板２０ｅ、２０ｆを直付けすることで、ゲート制御配線を少なくし、ゲート制御の応答性を向上させることができる。また、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆに接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を接続し、２つの素子モジュールで正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を共用することで、フィルタコンデンサ１４との間のインダクタンスを低減し、スイッチング素子１０１における遮断特性を向上させることができる。
【００５０】
［第４の実施形態］
図１０は、第４の実施形態にかかる車両用電力変換装置１００ｃの回路構成の一例を示す図である。図１０に示すように、車両用電力変換装置１００ｃは、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するコンバータ用の半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを備え、その半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを用いて、入力される単相交流から直流出力を得る３レベルの単相コンバータを有する構成である。
【００５１】
車両用電力変換装置１００ｃの主回路構成は、パンタグラフ４、高速度遮断器３４、主変圧器３５、充電抵抗３８、充電抵抗短絡用接触器３７、開放接触器３６、正極側フィルタコンデンサ３９ａ、３９ｂ、負極側フィルタコンデンサ４０ａ、４０ｂ、正極側フィルタコンデンサ電圧検出器４１、負極側フィルタコンデンサ電圧検出器４２、フィルタコンデンサ放電ユニット１６（フィルタコンデンサ放電抵抗１０、放電用スイッチング素子１１で構成）、２ｉｎ１のコンバータ用の半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、中性点クランプ用ダイオード４６ａ、４６ｂ、それら半導体素子モジュールと中性点クランプ用ダイオードとを冷却する１つの冷却ユニット４４、２ｉｎ１のインバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、中性点クランプ用ダイオード４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ、それら半導体素子モジュールと中性点クランプ用ダイオードとを冷却する１つの冷却ユニット４５、車輪１２、誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、電流検出器２４ａ、２４ｂ、コンバータ入力電流検出器４３により構成される。
【００５２】
具体的には、交流架電（図示しない）から集電するパンタグラフ４が高速度遮断器３４と主変圧器３５とを介して車輪１２に接続される。主変圧器３５の二次コイルからの出力は、開放接触器３６と、充電抵抗短絡用接触器３７、充電抵抗３８、コンバータ入力電流検出器４３を介して、半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを用いた３レベルの単相コンバータへ入力される。半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを用いた３レベルの単相コンバータの出力は、正極側フィルタコンデンサ３９ａ、負極側フィルタコンデンサ４０ａ、フィルタコンデンサ放電ユニット１６、正極側フィルタコンデンサ電圧検出器４１、負極側フィルタコンデンサ電圧検出器４２、正極側フィルタコンデンサ３９ｂ、負極側フィルタコンデンサ４０ｂなどの中間直流回路を経て、インバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍへ入力される。インバータ部では、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するインバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍを用いて３レベルの３相インバータを構成している。このインバータ部から並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる３相の交流出力を行う。
【００５３】
車両用電力変換装置１００ｃが起動する際には、高速度遮断器３４が投入され、開放接触器３６を投入後、充電抵抗３８と半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇの還流ダイオード１０２を介して交流架電から正極側フィルタコンデンサ３９ａ、３９ｂ、負極側フィルタコンデンサ４０ａ、４０ｂに充電が行われる。これら正極側フィルタコンデンサ３９ａ、３９ｂ、負極側フィルタコンデンサ４０ａ、４０ｂへの充電が完了すると、充電抵抗短絡用接触器３７が投入され、コンバータ用の半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇへゲート信号（ゲート電圧）が出力されて単相コンバータが動作を開始する。一方、インバータ部も同様に、インバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍへゲート信号が出力されて動作を開始する。
【００５４】
コンバータ用の半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇのスイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２、中性点をクランプする中性点クランプ用ダイオード４６ａ、４６ｂには、Ｓｉではなく、ＳｉＣを適用している。したがって、前述した車両用電力変換装置１００と同様の理由により、車両用電力変換装置１００ｃにおけるコンバータ部分の小型化を実現できる。同様に、インバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍのスイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２、中性点をクランプする中性点クランプ用ダイオード４６ｃ、４６ｄ、４６ｅには、Ｓｉではなく、ＳｉＣを適用している。したがって、前述した車両用電力変換装置１００と同様の理由により、コンバータ部分の小型化を実現できる。また、中性点をクランプする中性点クランプ用ダイオード４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅにもＳｉＣを適用して発生損失を抑えている。
【００５５】
［変形例１］
次に、上述した第１〜第４の実施形態の変形例を説明する。上述した実施形態では、半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体（図２、図５、図８の交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄなど）が半導体素子モジュールが並ぶ面と平行に延在する構成であった。これに対し、変形例１では、半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体が半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直に延在する構成を、第１の実施形態の変形例として例示する。
【００５６】
図１１は、変形例１にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。図１２は、図１１におけるＶＩａ−ＶＩａの断面図である。図１３は、図１１におけるＶＩｂ−ＶＩｂの断面図である。図１４は、図１１におけるＶＩｃ−ＶＩｃの断面図である。
【００５７】
図１１、図１４に示すように、変形例１では、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからの３相の交流出力が、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を突き抜けて、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが並ぶ面と略垂直に延在する交流側出力端子導体５１ａ、５１ｂ、５１ｃにより行われる。
【００５８】
なお、図１２に示すように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｃと負極側ラミネート導体２２とは接続ブッシュ４９ａ、４９ｂ、４９ｃを介して接続される。また、図１３に示すように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｃと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して接続される。なお、半導体素子モジュール１３ｂ、１３ｄについても同様に接続ブッシュを介して接続されることは言うまでも無いことである。
【００５９】
図１５は、端子ユニット５２への接続を例示する概念図である。図１６は、図１５におけるＣ方向からの側面図である。図１７は、図１５におけるＶＩＩ−ＶＩＩの断面図である。図１５〜図１７に示すように、変形例１では、交流側出力端子導体５１ａ、５１ｂ、５１ｃの端部側を支持板５２ａに設置された端子ユニット５２の導体受け部５２ｂに差し込むことで、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからの３相の交流出力が配線５３ａを介して出力コネクタ５３より行われる。ここで、配線５３ａを介した３相の交流出力は、支持板５２ａにより遮蔽されていることから、半導体素子モジュール側に影響しないものとする。
【００６０】
以上のように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからの３相の交流出力が、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが並ぶ面と略垂直に延在する交流側出力端子導体５１ａ、５１ｂ、５１ｃにより端子ユニット５２に直付けされて行われることから、３相の交流出力によるノイズが半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに及ぼす影響を抑えることができる。例えば、図２の場合と比較しても明らかなとおり、３相の交流出力によるノイズがゲートドライバ回路基板に及ぼす影響を低減できる。以上のことから本実施形態の構成を有する車両用電力変換装置は、小型化と省エネを図ることが可能となる。
【００６１】
［変形例２］
図１８は、変形例２にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。図１８に示すように、変形例２では、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを互いに独立させる構成としている点が変形例１と異なっている。
【００６２】
具体的には、半導体素子モジュール１３ａは、接続ブッシュ４９ａ、４９ｂ、４９ｃを介して負極側ラミネート導体２２ａと接続し、接続ブッシュ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して正極側ラミネート導体２１ａと接続する。同様に、半導体素子モジュール１３ｂは接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１ｂ、負極側ラミネート導体２２ｂと接続する。また、半導体素子モジュール１３ｃは接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１ｃ、負極側ラミネート導体２２ｃと接続する。また、半導体素子モジュール１３ｄは接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１ｄ、負極側ラミネート導体２２ｄと接続する。このように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを互いに独立させる構成では、いずれかの半導体素子モジュールで破損などが生じた場合であっても、他の半導体素子モジュールへの影響を抑え、冗長性を高めることができる。
【００６３】
図１９は、モールド樹脂で樹脂封止された場合の、図１８におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの断面図である。図１９に示すように、半導体素子モジュール１３ａ上に配置されたゲートドライバ回路基板２０ａ、負極側ラミネート導体２２ａ、正極側ラミネート導体２１ａは、交流側出力端子導体５１ａの出力側の端部を除き、モールド樹脂７０ａにより樹脂封止される一体構成としてよい。半導体素子モジュール１３ｂ上に配置されたゲートドライバ回路基板２０ｂ、負極側ラミネート導体２２ｂ、正極側ラミネート導体２１ｂも同様、交流側出力端子導体５１ａの出力側の端部を除き、モールド樹脂７０ｂにより樹脂封止される一体構成としてよい。なお、半導体素子モジュール１３ｃ、１３ｄも同様に樹脂封止されることは言うまでも無いことである。なお、モールド樹脂７０ａには、エポキシなどの絶縁性の熱硬化性樹脂が用いられる。
【００６４】
このように、ゲートドライバ回路基板、負極側ラミネート導体、正極側ラミネート導体を、絶縁性の樹脂で樹脂封止することで、ゲートドライバ回路基板の低圧部と、負極側ラミネート導体、正極側ラミネート導体が絶縁物で隔てられることから、高圧部と低圧部の絶縁耐圧を確保するとともに、低圧部へ高圧部からのノイズ等の影響を受けにくくすることができる。以上のことから本実施形態の構成を有する車両用電力変換装置は、小型化と省エネを図ることが可能となる。
【００６５】
［変形例３］
変形例３では、半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体が半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直に延在する構成を、第２の実施形態の変形例として例示する。
【００６６】
図２０は、変形例３にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。図２１は、図２０におけるＩＸａ−ＩＸａの断面図である。図２２は、図２０におけるＩＸｂ−ＩＸｂの断面図である。
【００６７】
図２０〜図２２に示すように、変形例３では、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃからの３相の交流出力が、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を突き抜けて、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃが並ぶ面と略垂直に延在する交流側出力端子導体４８ａ、４８ｂ、４８ｃにより行われる。
【００６８】
なお、図２２に示すように、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃと負極側ラミネート導体２２とは接続ブッシュ４９ａ、４９ｂ、４９ｃを介して接続される。また、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して接続される。なお、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃについても同様に接続ブッシュを介して接続されることは言うまでも無いことである。
【００６９】
図２３は、導体受け部５２ｃへの接続を例示する概念図である。図２３に示すように、変形例３では、交流側出力端子導体４８ａ、４８ｂ、４８ｃの端部側を支持板５２ａに設置された導体受け部４９ａ、４９ｂ、４９ｃの穴にネジ止めすることで、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃからの３相の交流出力が行われる構成である。
【００７０】
以上のように、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃが並ぶ面と略垂直に延在する交流側出力端子導体４８ａ、４８ｂ、４８ｃが、導体受け部４９ａ、４９ｂ、４９ｃにネジ止めされることで、３相の交流出力が行われる構成であってもよい。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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