(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電位が印加される第１の主端子と、前記第１の電位とは異なる第２の電位が印加される第２の主端子とを有する複数の半導体素子モジュールのうちの第１の半導体素子モジュールの第１の主端子と、前記第１の半導体素子モジュールとは異なる第２の半導体素子モジュールの第１の主端子とを電気的に接続し、前記第１の半導体素子モジュールの第２の主端子と、前記第２の半導体素子モジュールの第２の主端子とを電気的に接続する配線部材であって、
前記第１の半導体素子モジュールの前記第１の主端子と、前記第２の半導体素子モジュールの前記第２の主端子とは向かい合わせとなるように配置され、
前記第１の半導体素子モジュールの前記第１の主端子と、前記第２の半導体素子モジュールの前記第２の主端子との間の見通し線を遮るように、前記配線部材に起立形成される絶縁隔壁を備えることを特徴とする配線部材。
【請求項２】
前記絶縁隔壁の数が複数であることを特徴とする請求項１に記載の配線部材。
【請求項３】
前記第１の半導体素子モジュールの前記第１の主端子は正極直流端子であり、前記第２の半導体素子モジュールの前記第２の主端子は交流端子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線部材。
【請求項４】
前記第１の半導体素子モジュールの前記第１の主端子は正極直流端子であり、前記第２の半導体素子モジュールの前記第２の主端子は負極直流端子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線部材。
【請求項５】
前記第１の半導体素子モジュールの前記第１の主端子は交流端子であり、前記第２の半導体素子モジュールの前記第２の主端子は負極直流端子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線部材。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の配線部材を用いて構成されたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子モジュール同士を電気的に接続するための配線部材、及び当該配線部材を使用した電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、半導体素子モジュール同士がブスバーにて電気的に接続される構成の電力変換装置が開示されている。【０００３】
また、下記特許文献２には、複数組の半導体スイッチング素子をモールドケースに内蔵したパッケージ構造の半導体素子モジュールにおいて、当該モールドケースの側縁に形成された制御端子を配置した端子台部に対して、各組の半導体スイッチング素子に対応する制御端子のグループ相互間にリブ状の絶縁隔壁を起立形成した上で、絶縁隔壁の高さ、厚さ寸法を、下記非特許文献１の国際規格（以下、適宜「ＩＥＣ６００７７−１」と表記）で規定されている空間距離に準拠して設定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１０８０４８号
【特許文献２】特開２０１２−５３０１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＩＥＣ６００７７−１「鉄道分野−鉄道車両用電気品  第１部：一般使用条件及び一般規則」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献２に示される技術は、半導体素子モジュール自体の小型化には有効であるが、半導体素子モジュール同士における主端子間の距離の短縮化に寄与するものではない。複数の半導体素子モジュールを用いて電力変換装置を構成する場合、半導体素子モジュール同士間においては、主端子に印加され得る電圧に応じた空間距離である絶縁距離を確保する必要がある。このため、半導体素子モジュール同士における主端子間の絶縁距離が電力変換装置のサイズを決めるボトルネックとなっていた。その結果、半導体素子モジュール同士間の距離を絶縁距離よりも小さくすることはできず、電力変換装置の小型化の制約となっていた。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体素子モジュール同士における主端子間の距離を絶縁距離よりも小さく構成することを実現できる配線部材を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の電位が印加される第１の主端子と、前記第１の電位とは異なる第２の電位が印加される第２の主端子とを有する複数の半導体素子モジュールのうちの第１の半導体素子モジュールの第１の主端子と、前記第１の半導体素子モジュールとは異なる第２の半導体素子モジュールの第１の主端子とを電気的に接続し、前記第１の半導体素子モジュールの第２の主端子と、前記第２の半導体素子モジュールの第２の主端子とを電気的に接続する配線部材である。前記第１の半導体素子モジュールの前記第１の主端子と、前記第２の半導体素子モジュールの前記第２の主端子とは向かい合わせとなるように配置され、前記第１の半導体素子モジュールの前記第１の主端子と、前記第２の半導体素子モジュールの前記第２の主端子との間の見通し線を遮るように、前記配線部材に起立形成される絶縁隔壁を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体素子モジュール同士における主端子間の距離を絶縁距離よりも小さくできるので、電力変換装置の小型化が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す回路図
【図２】実施の形態１に係る電力変換装置の他の構成例を示す回路図
【図３】実施の形態１に係る電力変換装置に用いる半導体素子モジュールにおける各端子の配置を示す平面図
【図４】図３に示した半導体素子モジュールを図１に示したインバータ回路に適用した回路図
【図５】実施の形態１の電力変換装置における２つの半導体素子モジュールの配置例を模式的に示す平面図
【図６】実施の形態１に係る配線部材と半導体素子モジュールとの接続状態を模式的に示す図５のＶＩ−ＶＩ線断面図
【図７】図６における矢視Ａ方向から視認したときの平面図
【図８】実施の形態１に係る配線部材による効果の説明に供する図
【図９】図６とは異なる配線部材による効果の説明に供する図
【図１０】実施の形態２に係る配線部材による効果の説明に供する図
【図１１】図１０とは異なる配線部材による効果の説明に供する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る配線部材及び電力変換装置について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態では、鉄道車両駆動用の電力変換装置を例示して説明するが、他の用途への適用を除外する趣旨ではない。また、添付図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。図２は、実施の形態１に係る電力変換装置の他の構成例を示す回路図である。
【００１３】
図１において、実施の形態１に係る電力変換装置は、少なくともスイッチ、フィルタコンデンサ、フィルタリアクトルを含む入力回路２と、スイッチング素子４ａ１，４ａ２，５ａ１，５ａ２，６ａ１，６ａ２，４ｂ１，４ｂ２，５ｂ１，５ｂ２，６ｂ１，６ｂ２を具備し、少なくとも１台のモータ８を接続してなるインバータ回路３と、スイッチング素子４ａ１，４ａ２，５ａ１，５ａ２，６ａ１，６ａ２，４ｂ１，４ｂ２，５ｂ１，５ｂ２，６ｂ１，６ｂ２を制御するためのパルス幅変調（Pulse  Width  Modulation：以下「ＰＷＭ」と表記）信号を生成して出力する制御部７を備える。インバータ回路３に接続されるモータ８の一例は、誘導電動機又は同期電動機である。
【００１４】
入力回路２の一端は集電装置５１を介して架線５０に接続され、他端は車輪５３を介して大地電位を与えるレール５２に接続されている。架線５０から供給される直流電力又は交流電力は、集電装置５１を介して入力回路２の入力端に供給されると共に、入力回路２の出力端に生じた電力がインバータ回路３に供給される。
【００１５】
インバータ回路３において、正側スイッチング素子であるスイッチング素子４ａ１と、負側スイッチング素子であるスイッチング素子４ｂ１とは直列に接続されてＵ相の第１レグを構成し、正側スイッチング素子であるスイッチング素子４ａ２と、負側スイッチング素子であるスイッチング素子４ｂ２とは直列に接続されてＵ相の第２レグを構成する。正側スイッチング素子は正側アーム又は上側アームとも称され、負側スイッチング素子は負側アーム又は下側アームとも称される。また、Ｕ相の第１レグをＵ１で表し、Ｕ相の第２レグをＵ２で表す。
【００１６】
Ｖ相及びＷ相のレグも同様である。以下同様に説明すると、スイッチング素子５ａ１とスイッチング素子５ｂ１とが直列に接続されてＶ相の第１レグを構成し、スイッチング素子５ａ２とスイッチング素子５ｂ２とが直列に接続されてＶ相の第２レグを構成する。また、スイッチング素子６ａ１とスイッチング素子６ｂ１とが直列に接続されてＷ相の第１レグを構成し、スイッチング素子６ａ２とスイッチング素子６ｂ２とが直列に接続されてＷ相の第２レグを構成する。なお、Ｕ相と同様に、Ｖ相の第１レグをＶ１で表し、Ｖ相の第２レグをＶ２で表し、Ｗ相の第１レグをＷ１で表し、Ｗ相の第２レグをＷ２で表す。
【００１７】
このようにして、インバータ回路３は、各相におけるそれぞれの第１レグ及び第２レグが並列に接続された３相インバータ回路を構成する。なお、スイッチング素子４ａ１，４ａ２，５ａ１，５ａ２，６ａ１，６ａ２，４ｂ１，４ｂ２，５ｂ１，５ｂ２，６ｂ１，６ｂ２には、逆並列ダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）が好適である。
【００１８】
制御部７は、ＰＷＭ信号によってインバータ回路３のスイッチング素子４ａ１，４ａ２，５ａ１，５ａ２，６ａ１，６ａ２，４ｂ１，４ｂ２，５ｂ１，５ｂ２，６ｂ１，６ｂ２をＰＷＭ制御する。制御部７のＰＷＭ制御により、インバータ回路３は、入力回路２から印加された直流電圧を任意周波数及び任意電圧の交流電圧に変換してモータ８に印加し、モータ８を駆動する。
【００１９】
ところで、スイッチング素子をチップとして実装する場合、チップ面積を大きくすると歩留りが悪化する。一方、チップ面積を小さくすると、ウェハから取り出す際の歩留まりを向上させることができる。特に、炭化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ：ＳｉＣ）を用いて形成されるスイッチング素子（以下「ＳｉＣ素子」と呼ぶ）を使用する場合には、ウェハが高価であることから、チップの低価格化のためにはチップ面積を小さくすることが望ましいとされる。このため、ＳｉＣ素子を用いる場合には、相ごとに単一のレグを有する図２のインバータ回路３Ａよりも、各相のレグを２並列で構成している図１のインバータ回路３の方が低価格化には好都合である。すなわち、鉄道車両駆動用の電力変換装置のような大容量のアプリケーションにおいては、図１のように各相のレグを並列化することにより、電力変換装置の低価格化を実現することが可能となる。
【００２０】
なお、ＳｉＣは、珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ：Ｓｉ）よりもバンドギャップが大きいという特性を有するワイドバンドギャップ半導体の一例である。ワイドバンドギャップ半導体の他の例である窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドを用いて形成される半導体の特性もＳｉＣに類似した点が多い。このため、各相のレグを並列化する構成は、ＳｉＣ以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる場合にも、大容量化及び低価格化の両立には効果的である。
【００２１】
図３は、実施の形態１に係る電力変換装置に用いる半導体素子モジュール１２における各端子の配置を示す平面図である。図４は、図３に示した半導体素子モジュール１２を図１に示したインバータ回路３に適用した回路図である。
【００２２】
実施の形態１に係る電力変換装置に用いる半導体素子モジュール１２は、図３では図示していないが、モジュール筐体であるパッケージ３０の内部に、直列接続された一対の半導体スイッチング素子を具備している。
【００２３】
図３では、左手系の座標軸において、パッケージ３０の長手方向をＸ軸方向とし、パッケージ３０の短手方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向とＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向とする。図３に示すように、パッケージ３０には、パッケージ３０のＸ軸方向における一方の端面寄りに、第１端子Ｍ１及び第２端子Ｍ２が設けられ、他方の端面寄りに第３端子Ｍ３が設けられている。第１端子Ｍ１は半導体素子モジュール１２における主端子の一つである正極直流端子Ｐを構成し、第２端子Ｍ２は半導体素子モジュール１２における主端子の他の一つである負極直流端子Ｎを構成し、第３端子Ｍ３は、半導体素子モジュール１２における主端子の他の一つである交流端子ＡＣを構成する。
【００２４】
図４において、Ｕ１相に適用される半導体素子モジュール１２Ｕ１は、トランジスタ素子の例示であるＭＯＳＦＥＴ４ａ１ｓと、いわゆるフライホイールダイオード（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）として動作するダイオード（以下「ＦＷＤ」と表記）４ａ１ｄとが逆並列に接続されたスイッチング素子４ａ１と、ＭＯＳＦＥＴ４ｂ１ｓとＦＷＤ４ｂ１ｄとが逆並列に接続されたスイッチング素子４ｂ１とを有する。スイッチング素子４ａ１とスイッチング素子４ｂ１とは直列に接続され、モジュール筐体であるパッケージ３０内に収容され、半導体素子モジュール１２Ｕ１におけるスイッチング素子対を構成している。Ｕ２相に適用される半導体素子モジュール１２Ｕ２も、半導体素子モジュール１２Ｕ１と同様に構成される。また、Ｖ１相及びＶ２相、並びにＷ１相及びＷ２相のそれぞれに適用される半導体素子モジュール１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｗ１，１２Ｗ２も、半導体素子モジュール１２Ｕ１と同様に構成される。このように、半導体素子モジュール１２Ｕ１，１２Ｕ２，１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｗ１，１２Ｗ２のそれぞれは、直列接続された２つのスイッチング素子が収容された２ｉｎ１モジュールである。
【００２５】
また、ＭＯＳＦＥＴ４ａ１ｓの正極であるドレインは第１端子Ｍ１に電気的に接続され、ＭＯＳＦＥＴ４ｂ１ｓの負極であるソースは第２端子Ｍ２に電気的に接続され、ＭＯＳＦＥＴ４ａ１ｓの負極であるソース及びＭＯＳＦＥＴ４ｂ１ｓの正極であるドレインは第３端子Ｍ３に電気的に接続される。半導体素子モジュール１２Ｕ１，１２Ｕ２，１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｗ１，１２Ｗ２の第１端子Ｍ１は、フィルタコンデンサ１０の正極直流端子Ｐから引き出された正極側母線１１Ｐに電気的に接続され、半導体素子モジュール１２Ｕ１，１２Ｕ２，１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｗ１，１２Ｗ２の第２端子Ｍ２は、フィルタコンデンサ１０の負極直流端子Ｎから引き出された負極側母線１１Ｎに電気的に接続される。なお、フィルタコンデンサ１０は、電力変換に必要な直流電力を蓄積するコンデンサであり、電力変換装置における電力供給源である。
【００２６】
また、半導体素子モジュール１２Ｕ１の第３端子Ｍ３と半導体素子モジュール１２Ｕ２の第３端子Ｍ３とは電気的に接続されてＵ相交流端子を構成し、モータ８のＵ相に電気的に接続される。半導体素子モジュール１２Ｖ１の第３端子Ｍ３と半導体素子モジュール１２Ｖ２の第３端子Ｍ３とは電気的に接続されてＶ相交流端子を構成し、モータ８のＶ相に電気的に接続される。半導体素子モジュール１２Ｗ１の第３端子Ｍ３と半導体素子モジュール１２Ｗ２の第３端子Ｍ３とは電気的に接続されてＷ相交流端子を構成し、モータ８のＷ相に電気的に接続される。
【００２７】
上述の通り、半導体素子モジュール１２Ｕ１，１２Ｕ２，１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｗ１，１２Ｗ２は、インバータ回路３に搭載されて動作する。インバータ回路３が動作するとき、各半導体素子モジュールにおける第１端子Ｍ１には、フィルタコンデンサ１０の正極直流端子Ｐが出力する電位が印加され、各半導体素子モジュールにおける第２端子Ｍ２には、フィルタコンデンサ１０の負極直流端子Ｎが出力する電位が印加される。また、各半導体素子モジュールにおける第３端子Ｍ３には、スイッチング素子のスイッチング動作に従い、オン動作したスイッチング素子を介して、フィルタコンデンサ１０の正極直流端子Ｐが出力する電位又はフィルタコンデンサ１０の負極直流端子Ｎが出力する電位の何れかが印加される。
【００２８】
なお、図４では、半導体素子モジュール１２Ｕ１に搭載されるスイッチング素子４ａ１，４ｂ１として、ＭＯＳＦＥＴを例示しているが、ＭＯＳＦＥＴ以外であってもよい。ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子としは、ＩＧＢＴ又はＩＰＭ（Intelligent  Power  Module）が例示される。
【００２９】
図３に戻り、半導体素子モジュール１２における各端子の構成について説明する。半導体素子モジュール１２のパッケージ３０は、横長形状に形成されている。第１端子Ｍ１には、２つの電極３５が設けられ、それぞれの電極３５には締結点３２Ｐが設けられている。第２端子Ｍ２には、２つの電極４０が設けられ、それぞれの電極４０には締結点３２Ｎが設けられている。第３端子Ｍ３には、３つの電極３７が設けられ、それぞれの電極３７には、締結点３２ＡＣが設けられている。このように、第１端子Ｍ１、第２端子Ｍ２及び第３端子Ｍ３の各電極には、複数の締結点が設けられているので、モジュール内でのチップ間の分流がよくなり、モジュール内での発熱の偏りを小さくできるという利点がある。なお、図３では、第１端子Ｍ１の電極３５における締結点３２Ｐの数、及び第２端子Ｍ２における電極４０の締結点３２Ｎの数を２とし、第３端子Ｍ３の電極３７における締結点３２ＡＣの数を３としているが、これらの締結点の数は電流容量に応じて変更してもよい。すなわち、第１端子Ｍ１における締結点３２Ｐ及び第２端子Ｍ２における締結点３２Ｎの数は、それぞれが３以上であってもよい。また、第３端子Ｍ３における締結点３２ＡＣの数は、２であってもよいし、４以上であってもよい。
【００３０】
第１端子Ｍ１における２つの電極３５は、パッケージ３０におけるＸ軸方向の一方側の短辺部３３において、パッケージ３０のＹ軸方向に並び且つ離間して配列されている。第２端子Ｍ２における２つの電極４０は、第１端子Ｍ１における２つの電極３５の並びと平行で、且つ、第１端子Ｍ１よりもパッケージ３０の内方側すなわち中央部側に配列されている。第３端子Ｍ３における３つの電極３７は、パッケージ３０におけるＸ軸方向の他方側の短辺部３４において、パッケージ３０のＹ軸方向に並び且つ離間して配列されている。これらの配列により、第１端子Ｍ１、第２端子Ｍ２及び第３端子Ｍ３における各電極は、パッケージ３０の短辺部３３のＹ軸方向の中心と、パッケージ３０の短辺部３４のＹ軸方向の中心とを結ぶ中心線Ｋ１に対して、線対称の位置に配置される。
【００３１】
第１端子Ｍ１における１つの電極３５と、第２端子Ｍ２における１つの電極４０とは、Ｘ軸方向に距離ｄだけ離間して配置されている。距離ｄは、絶縁に必要な距離すなわち絶縁距離である。距離ｄは、第１端子Ｍ１に印加される電圧と第２端子Ｍ２に印加される電圧との差すなわち第１端子Ｍ１と第２端子Ｍ２との間の電位差に応じたＩＥＣ６００７７−１に準拠した値に設定する。
【００３２】
第１端子Ｍ１における２つの締結点３２Ｐは、締結点３２Ｐにおける外方側の一辺３５ａが、パッケージ３０の一方側の短辺部３３における一辺３３ａに沿うように寄せられて配置されている。さらに、パッケージ３０の他方側の短辺部３４では、第３端子Ｍ３における３つの締結点３２ＡＣを搭載するための台座部３６が設けられている。第３端子Ｍ３における３つの締結点３２ＡＣは、締結点３２ＡＣにおける外方側の一辺３７ａが、台座部３６における長手方向の一辺３６ａに沿うように寄せられて配置されている。
【００３３】
第１端子Ｍ１における２つの電極３５及び第３端子Ｍ３における３つの電極３７を上記のように構成することにより、半導体素子モジュール１２の筐体であるパッケージ３０が大きくなるのが抑制され、また、パッケージ３０内に収容する半導体素子の搭載面積を確保することが可能となる。
【００３４】
なお、図３では、第１端子Ｍ１をパッケージ３０の外方側に配置し、第２端子Ｍ２をパッケージ３０の内方側に配置しているが、これらの関係を逆にしてもよい。すなわち、第２端子Ｍ２をパッケージ３０の外方側に配置し、第１端子Ｍ１をパッケージ３０の内方側に配置してもよい。
【００３５】
次に、実施の形態１に係る配線部材及び電力変換装置における要部の構成について、図５から図９の図面を参照して説明する。図５は、実施の形態１の電力変換装置における２つの半導体素子モジュールの配置例を模式的に示す平面図である。図６は、実施の形態１に係る配線部材であるラミネートブスバーと半導体素子モジュールとの接続状態を模式的に示す図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。図７は、図６における矢視Ａ方向から視認したときの平面図である。図８は、実施の形態１に係る配線部材による効果の説明に供する図である。図９は、図６とは異なる配線部材による効果の説明に供する図である。
【００３６】
図５では、Ｗ１相を構成する半導体素子モジュール１２Ｗ１と、Ｗ２相を構成する半導体素子モジュール１２Ｗとを示している。また、図５では、半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２における正極直流端子を成す第１端子Ｍ１を“Ｐ”と表記し、負極直流端子を成す第２端子Ｍ２を“Ｎ”と表記し、交流端子を成す第３端子Ｍ３を“ＡＣ”と表記している。
【００３７】
図５において、半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２は、半導体素子モジュール１２Ｗ１における正極直流端子Ｐと、半導体素子モジュール１２Ｗ２における交流端子ＡＣとが向かい合わせとなるように配置されている。ここで、半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２は、同一相の半導体素子モジュールである。すなわち、同一相の半導体素子モジュールを構成する２つの半導体素子モジュールにおける正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとが向かい合うように配置されている。図５では、Ｕ相及びＶ相の半導体素子モジュールの図示は省略しているが、Ｗ相の半導体素子モジュールと同様に配置される。一例を挙げると、Ｗ相の半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２をＷ相半導体素子モジュール群とするとき、Ｕ相半導体素子モジュール群及びＶ相半導体素子モジュール群においては、各半導体素子モジュール群内における２つの半導体素子モジュールの配列方向は半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２と同方向であるＸ軸方向とし、且つ、半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２の配列方向に直交するＹ軸方向にＵ相半導体素子モジュール群及びＶ相半導体素子モジュール群を配列することが考えられる。
【００３８】
図６には、半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２における正極直流端子Ｐ同士、負極直流端子Ｎ同士、及び交流端子ＡＣ同士が、配線部材４４によって電気的に接続される様子が模式的に示されている。配線部材４４は、平板形状を成している。配線部材４４の一例は、ラミネートブスバーである。配線部材４４には、配線部材４４の延在方向に対して直交する方向に絶縁隔壁４５が起立形成されている。絶縁隔壁４５は、平板形状を成している。絶縁隔壁４５は、図６及び図７に示されるように、半導体素子モジュール１２Ｗ１における正極直流端子Ｐと、半導体素子モジュール１２Ｗ２における交流端子ＡＣとの間に介在し、これらの端子間の見通し線を遮るように配置されている。絶縁隔壁４５の材質は、絶縁体であれば、どのような材質のものを用いてもよい。なお、配線部材４４にラミネートブスバーを用いる場合、絶縁隔壁４５の材質がラミネート材であれば、絶縁隔壁４５を配線部材４４と共に一体形成することが可能である。また、絶縁隔壁４５は、図示の平板形状には限らず、どのような形状のものを用いてもよい。
【００３９】
図６において、配線部材４４のＸ軸方向における絶縁隔壁４５が配置される位置は任意である。すなわち、半導体素子モジュール１２Ｗ１と半導体素子モジュール１２Ｗ２との間であれば、絶縁隔壁４５を何れの位置に配置してもよい。また、絶縁隔壁４５のＺ軸方向における長さＬ１は、正極直流端子ＰのＺ軸方向の厚み及び交流端子ＡＣのＺ軸方向の厚みよりも大きければよい。絶縁隔壁４５が起立形成される方向は、配線部材４４の延在方向に対して９０度でなくてもよく、傾いて形成されていてもよい。また、図７において、絶縁隔壁４５の奥行方向の長さ、すなわち半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２における短辺方向に沿う長さＬ２は、正極直流端子Ｐ及び交流端子ＡＣが相互に見通せないように遮蔽できる長さを有していればよい。
【００４０】
鉄道車両駆動のアプリケーションにおいて、半導体素子モジュール１２Ｗ１における正極直流端子Ｐは、フィルタコンデンサ１０が出力する第１の電位である正極電位が印加される主端子である。これに対して、半導体素子モジュール１２Ｗ２における交流端子ＡＣは、スイッチング素子対を構成する一方及び他方のスイッチング素子のオン又はオフに応じて、フィルタコンデンサ１０の正極電位と、フィルタコンデンサ１０が出力する第２の電位である負極電位とが適宜に印加される主端子である。従って、正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間には、高電圧の電位差が発生し得る端子同士であるという関係がある。以降の説明において、高電圧の電位差が発生し得る端子同士を「高電圧異電位端子」と呼び、高電圧異電位端子の一方を「第１の主端子」と呼び、高電圧異電位端子の他方を「第２の主端子」と呼ぶ場合がある。また、半導体素子モジュール１２Ｗ１に相当する一方の半導体素子モジュールを「第１の半導体素子モジュール」と呼び、半導体素子モジュール１２Ｗ２に相当する他方の半導体素子モジュールを「第２の半導体素子モジュール」と呼ぶ場合がある。なお、負極直流端子Ｎと交流端子ＡＣとの関係も高電圧異電位端子同士であり、正極直流端子Ｐと負極直流端子Ｎとの関係も高電圧異電位端子同士である。
【００４１】
次に、実施の形態１に係る配線部材によって半導体素子モジュール同士間の距離を絶縁距離よりも小さくできることについて、図８を参照して説明する。図８では、正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の部位を横方向に拡大して示している。また、図８における記号の意味は、以下の通りである。
【００４２】
ａ１：半導体素子モジュール１２Ｗ１の正極直流端子Ｐと絶縁隔壁４５の頂部との間の距離
ａ２：半導体素子モジュール１２Ｗ２の交流端子ＡＣと絶縁隔壁４５の頂部との間の距離
ｂ：半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２の主面から測った絶縁隔壁４５の高さ
ｃ１：配線部材４４における正極直流端子Ｐの端部と絶縁隔壁４５の基部との間の距離
ｃ２：配線部材４４における交流端子ＡＣの端部と絶縁隔壁４５の基部との間の距離
ｅ１：半導体素子モジュール１２Ｗ１と半導体素子モジュール１２Ｗ２との間の距離
【００４３】
上記の説明について補足する。半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２の主面とは、半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２の電極搭載面である。絶縁隔壁４５の基部とは、配線部材４４における絶縁隔壁４５の取り付け部である。図６に示すように、絶縁隔壁４５を形成すると、“ａ１＋ａ２”が、半導体素子モジュール１２Ｗ１における正極直流端子Ｐと、半導体素子モジュール１２Ｗ２における交流端子ＡＣとの間の最短距離となる。よって、“ａ１＋ａ２”の値をＩＥＣ６００７７−１に規定される絶縁距離以上に設定することで、ＩＥＣ６００７７−１に準拠した絶縁の確保が可能となる。また、距離ｅ１，ｃ１，ｃ２との間には、“ｅ１＝ｃ１＋ｃ２”の関係がある。距離ｅ１を、ここでは「モジュール間距離」と呼ぶ。
【００４４】
図８から理解できるように、図６で定義した絶縁隔壁４５の長さＬ１が、正極直流端子Ｐの厚み及び交流端子ＡＣの厚みよりも大きければ、“ａ１＋ａ２＞ｃ１＋ｃ２”の関係が生じる。これにより、モジュール間距離ｅ１を絶縁距離ａ１＋ａ２よりも小さくすることができる。なお、「絶縁隔壁４５の長さＬ１が正極直流端子Ｐの厚み及び交流端子ＡＣの厚みよりも大きい」という関係は、図８で定義した絶縁隔壁４５の高さｂが“ｂ＞０”であると言い換えてもよい。
【００４５】
次に、具体的な例について説明する。なお、以下の例では、“ａ１＋ａ２”の値を絶縁距離に設定した場合の計算値である。
【００４６】
＜設定例１＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋ａ２：４０ｍｍ
・絶縁隔壁４５の高さｂ：１０ｍｍ
・絶縁隔壁４５の位置：正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の中央
（計算値）
・モジュール間距離ｅ１：３４．６ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．８７
【００４７】
＜設定例２＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋ａ２：４０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ１の長さ：２５ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ２の長さ：１５ｍｍ
・絶縁隔壁４５の高さｂ：１０ｍｍ
（計算値）
・モジュール間距離ｅ１：３４．１ｍｍ
・モジュール間距離のうちのｃ１の長さ：２２．９ｍｍ
・モジュール間距離のうちのｃ２の長さ：１１．２ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．８５
【００４８】
上記の計算値における短縮率ｋ１とは、ｋ＝ｅ１／（ａ１＋ａ２）の式で計算した値である。短縮率ｋ１は、絶縁距離に対してモジュール間距離をどれだけ縮められるかの尺度を示す指標である。短縮率ｋ１の値が小さい程、短縮効果があることを意味する。
【００４９】
上記の設定例１，２の計算結果から、絶縁隔壁４５を正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の中央に配置するよりも、中央からずらして配置した方が、短縮効果があることが理解できる。
【００５０】
次に、図９のように、絶縁隔壁４５を半導体素子モジュール１２Ｗ１の側部３３ｂに接するように寄せて配置した場合についての計算結果を以下に示す。
【００５１】
＜設定例３＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋ａ２：４０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ１の長さ：１０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ２の長さ：３０ｍｍ
・絶縁隔壁４５の高さｂ：１０ｍｍ
・絶縁隔壁４５の位置：正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の左端
（計算値）
・モジュール間距離ｅ２：２８．３ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．７１
【００５２】
設定例１から３の計算結果によれば、絶縁隔壁４５を半導体素子モジュール１２Ｗ１の側部３３ｂ側又は半導体素子モジュール１２Ｗ２の側部３３ｃ側に寄せて配置するようにすれば、短縮率ｋ１の値が小さくなって行くことが分かる。但し、現実的には、絶縁隔壁４５を製造する際の寸法精度、絶縁隔壁４５とモジュール筐体との間に介在する空気による絶縁効果、といった要素を考慮する必要がある。また、設定例１から３の何れの場合も、絶縁距離に対するモジュール間距離の短縮化の効果が得られる。このため、絶縁隔壁４５を製造する際の寸法精度、必要とされる絶縁距離といった要素を踏まえた上で、絶縁隔壁４５の位置を決定することが好ましい実施の形態であると言える。
【００５３】
また、絶縁隔壁４５の高さｂを設定例１から３よりも高くした場合の計算値を示す。以下の計算例では、上記設定例１から３の条件において、絶縁隔壁４５の高さｂを“１０ｍｍ”から“１２ｍｍ”に変更している。
【００５４】
＜設定例４＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋ａ２：４０ｍｍ
・絶縁隔壁４５の高さｂ：１２ｍｍ
・絶縁隔壁４５の位置：正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の中央
（計算値）
・モジュール間距離ｅ１：３２．０ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．８０
【００５５】
＜設定例５＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋ａ２：４０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ１の長さ：２５ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ２の長さ：１５ｍｍ
・絶縁隔壁４５の高さｂ：１２ｍｍ
（計算値）
・モジュール間距離ｅ１：３０．９ｍｍ
・モジュール間距離のうちのｃ１の長さ：２１．９ｍｍ
・モジュール間距離のうちのｃ２の長さ：９．０ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．７７
【００５６】
＜設定例６＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋ａ２：４０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ１の長さ：１２ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ２の長さ：２８ｍｍ
・絶縁隔壁４５の高さｂ：１２ｍｍ
・絶縁隔壁４５の位置：正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の左端
（計算値）
・モジュール間距離ｅ２：２５．３ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．６３
【００５７】
ここで、設定例１から６の計算結果を基に、絶縁隔壁４５の高さｂを“１０ｍｍ”から“１２ｍｍ”に変更したときの、同一条件下における短縮率ｋ２を計算すると、以下の通りの結果が得られる。
【００５８】
・設定例１と設定例４との比較：ｋ２＝０．８０／０．８７≒０．９２
・設定例２と設定例５との比較：ｋ２＝０．７７／０．８５≒０．９１
・設定例３と設定例６との比較：ｋ２＝０．６３／０．７１≒０．８９
【００５９】
上記の結果によれば、絶縁隔壁４５の高さｂを２ｍｍ増やすだけでも、約１０％の低減効果が得られる。このため、絶縁隔壁４５の高さｂを増やすことは、モジュール間距離の短縮化に効果的であると言える。なお、上記設定例は例示であり、絶縁隔壁４５の高さは、当該設定例のものに限らない。
【００６０】
以上説明したように、実施の形態１に係る配線部材を用いれば、半導体素子モジュール同士における主端子間の距離を絶縁距離よりも小さくできるので、電力変換装置の小型化が可能となる。
【００６１】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る配線部材における要部の構成について、図１０及び図１１の図面を参照して説明する。図１０は、実施の形態２に係る配線部材による効果の説明に供する図である。図１１は、図１０とは異なる配線部材による効果の説明に供する図である。
【００６２】
実施の形態１では、配線部材４４の延在方向に直交する方向に１つの絶縁隔壁４５を形成していたが、実施の形態２では、図１０に示すように、２つの絶縁隔壁４５Ａ，４５Ｂを形成している点が構造的な相違点である。また、図１１では、絶縁隔壁４５Ａを半導体素子モジュール１２Ｗ１の側部３３ｂに沿って配置し、絶縁隔壁４５Ｂを半導体素子モジュール１２Ｗ２の側部３３ｃに沿って配置している。
【００６３】
図１０及び図１１における記号の意味は、以下の通りである。なお、計算の簡略化のため、図１０では、半導体素子モジュール１２Ｗ１と半導体素子モジュール１２Ｗ２との間に引いた中心線Ｋ２に対して、絶縁隔壁４５Ａ，４５Ｂを線対称の位置に配置した場合を例示している。
【００６４】
ａ１：絶縁隔壁４５Ａの頂部と絶縁隔壁４５Ｂの頂部との間の距離
ａ２：半導体素子モジュール１２Ｗ１の正極直流端子Ｐと絶縁隔壁４５Ａの頂部との間の距離、及び半導体素子モジュール１２Ｗ２の交流端子ＡＣと絶縁隔壁４５Ｂの頂部との間の距離
ｂ：半導体素子モジュール１２Ｗ１，１２Ｗ２の主面から測った絶縁隔壁４５Ａ，４５Ｂの高さ
ｃ：配線部材４４における正極直流端子Ｐの端部と絶縁隔壁４５Ａの基部との間の距離、及び配線部材４４における交流端子ＡＣの端部と絶縁隔壁４５Ｂの基部との間の距離
ｅ３：モジュール間距離
なお、モジュール間距離ｅ３と、距離ａ，ｃ１との間には、“ｅ３＝ａ１＋２×ｃ”の関係がある。
【００６５】
次に、“ａ１＋２×ａ２”の値を絶縁距離に設定した場合の具体的な計算値を以下に示す。なお、以下に示す短縮率ｋ１は、ｋ＝ｅ３／（ａ１＋２×ａ２）の式で計算した値である。
【００６６】
＜設定例７＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋２×ａ２：４０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ１の長さ：１０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ２の長さ：１５ｍｍ
・絶縁隔壁４５Ａ，４５Ｂの高さｂ：５ｍｍ
（計算値）
・モジュール間距離ｅ３：３８．３ｍｍ
・モジュール間距離のうちのｃの長さ：１４．１５ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．８４
【００６７】
＜設定例８＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋２×ａ２：４０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ１の長さ：１０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ２の長さ：１５ｍｍ
・絶縁隔壁４５Ａ，４５Ｂの高さｂ：１０ｍｍ
（計算値）
・モジュール間距離ｅ３：３２．４ｍｍ
・モジュール間距離のうちのｃの長さ：１１．２ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．８１
【００６８】
＜設定例９＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋２×ａ２：４０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ１の長さ：３０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ２の長さ：５ｍｍ
・絶縁隔壁４５Ａ，４５Ｂの高さｂ：５ｍｍ
・絶縁隔壁４５Ａの位置：正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の左端
・絶縁隔壁４５Ｂの位置：正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の右端
（計算値）
・モジュール間距離ｅ４：３０．０ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．７５
【００６９】
＜設定例１０＞
（条件）
・絶縁距離ａ１＋２×ａ２：４０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ１の長さ：１０ｍｍ
・絶縁距離のうちのａ２の長さ：１５ｍｍ
・絶縁隔壁４５Ａ，４５Ｂの高さｂ：１０ｍｍ
・絶縁隔壁４５Ａの位置：正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の左端
・絶縁隔壁４５Ｂの位置：正極直流端子Ｐと交流端子ＡＣとの間の右端
（計算値）
・モジュール間距離ｅ４：２０．０ｍｍ
・短縮率ｋ１：０．５
【００７０】
上記の設定例７，８及び設定例９，１０の計算結果によれば、絶縁隔壁４５Ａ，４５Ｂの高さｂを高くした方が、短縮効果があることが示されている。また、設定例７，９及び設定例８，１０の計算結果によれば、絶縁隔壁４５Ａを半導体素子モジュール１２Ｗ１の側部３３ｂに近づけて配置し、また、絶縁隔壁４５Ｂを半導体素子モジュール１２Ｗ２の側部３３ｃに近づけて配置するようにすれば、短縮効果が高くなることが示されている。これらの効果は、実施の形態１の場合と同様である。
【００７１】
また、実施の形態１における設定例１の計算結果と実施の形態２における設定例８の計算結果との比較、及び、実施の形態１における設定例３の計算結果と実施の形態２における設定例１０の計算結果との比較から、絶縁隔壁の数を増やすことにより、短縮効果が高められることが理解できる。
【００７２】
なお、上述した実施の形態１，２では、図１又は図２に示すような３相のインバータ回路に用いられる半導体素子モジュール１２への適用について説明したが、これに限定されるものではない。少なくとも２つの半導体素子モジュールを使用する電力変換装置への適用が可能である。このような電力変換装置の例として、ハーフブリッジのインバータ回路、単相のインバータ回路、チョッパ回路、単相のコンバータ回路、３相のコンバータ回路を挙げることができる。
【００７３】
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、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、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７４】
２  入力回路、３，３Ａ  インバータ回路、４ａ１，４ａ２，４ｂ１，４ｂ２，５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５ｂ２，６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２  スイッチング素子、７  制御部、８  モータ、１０  フィルタコンデンサ、１１Ｐ  正極側母線、１１Ｎ  負極側母線、１２，１２Ｕ１，１２Ｕ２，１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｗ１，１２Ｗ２  半導体素子モジュール、３０  パッケージ、３２Ｐ，３２Ｎ，３２ＡＣ  締結点、３３，３４  短辺部、３３ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａ  一辺、３３ｂ，３３ｃ  側部、３５，３７，４０  電極、３６  台座部、４４  配線部材、４５，４５Ａ，４５Ｂ  絶縁隔壁、５０  架線、５１  集電装置、５２  レール、５３  車輪、ＡＣ  交流端子、Ｎ  負極直流端子、Ｐ  正極直流端子。
【要約】
半導体素子モジュール（１２Ｗ１）に形成され、正極電位が印加される正極直流端子（Ｐ）と、半導体素子モジュール（１２Ｗ２）に形成され、正極電位と負極電位とが適宜に印加される交流端子（ＡＣ）との間を電気的に接続する配線部材（４４）であって、正極直流端子（Ｐ）と交流端子（ＡＣ）との間の見通し線を遮るように、配線部材（４４）に起立形成される絶縁隔壁（４５）を備える。【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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