(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）を有するマルチレベルコンバータであって、各サブモジュール（ＳＭ）が、それぞれ少なくとも２つのスイッチ（１０，２０，３０，４０，２１０，２２０，４１０，４２０）と、１つのコンデンサ（Ｃ）と、２つの外部通電用モジュール端子（Ａ１，Ａ２）とを有するマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも１つのサブモジュールが、外側にある冷却体を少なくとも１つ有しており、その冷却体が、外部通電用モジュール端子として用いられており、
少なくとも１つのサブモジュール（ＳＭ）が、第１の直列回路（５０）と、第２の直列回路（７０）と、それら両直列回路（５０，７０）に対して並列接続されているコンデンサ（Ｃ）とを有しており、ここに、第１の直列回路（５０）および第２の直列回路（７０）は、それぞれ２つの電気的に直列接続されたスイッチ（１０，２０，３０，４０）を含んでおり、
第１の直列回路（５０）が、サブモジュール（ＳＭ）の第１の冷却体（６０）に取り付けられており、第２の直列回路（７０）が、サブモジュール（ＳＭ）の第２の冷却体（８０）に取り付けられており、
第１の冷却体（６０）が、第１の直列回路（５０）の中間接続点（５１）に電気的に接続されて、サブモジュール（ＳＭ）の第１の外部通電用モジュール端子（Ａ１）を成しており、かつ
第２の冷却体（８０）が、第２の直列回路（７０）の中間接続点（７１）に電気的に接続されて、サブモジュール（ＳＭ）の第２の外部通電用モジュール端子（Ａ２）を成している
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項２】
請求項１記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
外側にある冷却体（６０，８０，３００，４００）が、サブモジュール（ＳＭ）の１つの外壁（６１，８１，３０２）を成しており、
冷却体（６０，８０，３００，４００）の内面（６２，８２，３０１）に、各サブモジュール（ＳＭ）のスイッチ（１０，２０，３０，４０，２１０，２２０，４１０，４２０）の少なくとも１つが、冷却のために取り付けられており、かつ、そのスイッチの１つのスイッチ端子が、冷却体（６０，８０，３００，４００）に電気的に接続されている
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも２つの隣接するサブモジュール（ＳＭ）が、それぞれ少なくとも１つの冷却体（６０，８０）を有しており、その冷却体が、各サブモジュールの外部通電用モジュール端子（Ａ１，Ａ２）の１つを成しており、かつ、それら冷却体の内
面に、各モジュール（ＳＭ）のスイッチ（１０，２０，３０，４０）の少なくとも１つが、冷却のために取り付けられており、かつ
少なくとも２つの隣接するサブモジュール（ＳＭ）の冷却体（６０，８０）同士が、その冷却体（６０，８０）の外面で互いに当接しており、以てそれら冷却体（６０，８０）即ちそれら冷却体（６０，８０）によって構成されている外部通電用モジュール端子（Ａ１，Ａ２）同士が、電気的に互いに接続されている
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項４】
請求項１から３の１つに記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）が、それぞれ第１および第２の外側にある冷却体（６０，８０）を有し、それらの冷却体のうち、第１の冷却体（６０）が、第１の外部通電用モジュール端子（Ａ１）として用いられ、第２の冷却体（８０）が、第２の外部通電用モジュール端子（Ａ２）として用いられており、かつ
少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）のうちの１つのサブモジュールの、第１の外部通電用モジュール（Ａ１）が、少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）のうちの他の１つのサブモジュールの、第２の外部通電用モジュール端子（Ａ２）と電気的に接続されており、その電気的な接続が、少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）のうちの１つのサブモジュールの第１の冷却体（６０）と、少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）のうちの他の１つのサブモジュールの第２の冷却体（８０）との間の、機械的接触によって成されている
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項５】
請求項１から４の１つに記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
２つ以上のサブモジュール（ＳＭ）がそれぞれ、２つの直列接続されたスイッチ（１０，２０，３０，４０）を各々有する第１の直列回路（５０）および第２の直列回路（７０）と、それら両直列回路（５０，７０）のそれぞれに対して並列接続関係にあるコンデンサ（Ｃ）とを有し、
各サブモジュール（ＳＭ）の第１の冷却体（６０）に、第１の直列回路（５０）が取り付けられており、かつ、各サブモジュール（ＳＭ）の第２の冷却体（８０）に、第２の直列回路（７０）が取り付けられており、
各サブモジュール（ＳＭ）の第１の冷却体（６０）が、第１の直列回路（５０）の中間接続点（５１）にそれぞれ電気的に接続されて、各サブモジュール（ＳＭ）の第１の外部通電用モジュール端子（Ａ１）を成しており、
各サブモジュール（ＳＭ）の第２の冷却体（８０）が、第２の直列回路（７０）の中間接続点（７１）にそれぞれ電気的に接続されて、各サブモジュール（ＳＭ）の第２の外部通電用モジュール端子（Ａ２）を成しており、かつ
１つのサブモジュールにおける第１の冷却体（６０）が、それに隣接する１つのサブモジュール（ＳＭ）における第２の冷却体（８０）と接して、その第２の冷却体に熱的かつ電気的に導通接続されるように、対を成す各サブモジュール（ＳＭ）同士が互いに当接して設けられている
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項６】
請求項１から４の１つに記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも１つのサブモジュール（ＳＭ）が、第１のスイッチ（２１０，４１０）および第２のスイッチ（２２０，４２０）を有するハーフブリッジモジュールであり、ここに、第１のスイッチ（２１０，４１０）が、ハーフブリッジモジュールのコンデンサ（Ｃ）に電気的に直列接続されており、その第１のスイッチ（２１０，４１０）とコンデンサ（Ｃ）の直列回路に第２のスイッチ（２２０，４２０）が並列接続されており、かつ
第１のスイッチ（２１０，４１０）の両スイッチ端子のうちの一方が、ハーフブリッジモジュールの１つの冷却体又は複数の冷却体のうちの１つ（６０，８０，４００）に接続されて、２つの外部通電用モジュール端子（Ａ１，Ａ２）の１つを成している
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項７】
請求項６記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
当該マルチレベルコンバータ（５）が、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールを有し、
その少なくとも２つのハーフブリッジモジュールの第１のスイッチ（２１０）が、各ハーフブリッジモジュールの第１の冷却体（６０）に結合され、かつ、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールの第２のスイッチ（２２０）が、各ハーフブリッジモジュールの第２の冷却体（８０）に結合されており、
少なくとも２つのハーフブリッジモジュールの第１のスイッチ（２１０）の両スイッチ端子の一方が、各ハーフブリッジモジュールの第１の冷却体（６０）に電気的に接続されて、当該第１の冷却体（６０）が各ハーフブリッジモジュールの第１の外部通電用モジュール端子（Ａ１）を成しており、
少なくとも２つのハーフブリッジモジュールの第１のスイッチ（２１０）の両スイッチ端子の他方が、各ハーフブリッジモジュールの第２の冷却体（８０）に電気的に接続されて、当該第２の冷却体（８０）が各ハーフブリッジモジュールの第２の外部通電用モジュール端子（Ａ２）を成しており、かつ
少なくとも２つのハーフブリッジモジュールのうちの１つのハーフブリッジモジュールの第１の冷却体（６０）が、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールのうちの他の１つのハーフブリッジモジュールの第２の冷却体（８０）に接して、その第２の冷却体に電気的に接続さるように、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールが対を成して互いに当接している
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項８】
請求項１から７の１つに記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）の第１および第２の冷却体（６０，８０）が、互いに平行に配置されて、外部通電用モジュール端子板を成しており、かつ
各サブモジュール（ＳＭ）の少なくとも２つのスイッチ（１０，２０，３０，４０，２１０，２２０）が、空間的に各サブモジュール（ＳＭ）の２つの外部通電用モジュール端子板同士の間の領域内に位置している
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項９】
請求項１から８の１つに記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも１つのサブモジュール（ＳＭ）における第１の冷却体（６０）を、それに隣接する１つのサブモジュール（ＳＭ）における第２の冷却体（８０）に向けて押圧する締付装置（１００）が設けられている
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項１０】
請求項１または２記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも１つのサブモジュール（ＳＭ）が、１つの冷却体を有し、その冷却体に、各サブモジュールのスイッチが取り付けられて、その冷却体がサブモジュールの第１の外部通電用モジュール端子を成しており、かつ
サブモジュールが、１つの電極板を有し、その電極板がサブモジュールの冷却体に対して間隔をおいて配置されて、サブモジュールの第２の外部通電用モジュール端子を成している
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項１１】
請求項１０記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）がそれぞれ、１つの冷却体（３００，４００）を有し、その冷却体に各サブモジュールのスイッチ（１０，２０，３０，４０，４１０，４２０）が取り付けられて、その冷却体（３００，４００）が各サブモジュール（ＳＭ）の第１の外部通電用モジュール端子（Ａ１）を成しており、
少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）がそれぞれ、１つの電極板（３１０，４５０）を有し、その電極板が各サブモジュール（ＳＭ）の冷却体（３００，４００）に対して間隔をおいて配置されて、各サブモジュール（ＳＭ）の第２の外部通電用モジュール端子（Ａ２）を成しており、かつ
少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）のうちの１つのサブモジュールの第１の外部通電用モジュール端子（Ａ１）が、少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）のうちの他の１つのサブモジュールの第２の外部通電用モジュール端子（Ａ２）に電気的に接続されており、その電気的な接続が、少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）うちの１つのサブモジュールの冷却体（３００，４００）と、少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）のうちの他の１つのサブモジュールの電極板（３１０，４５０）との間の、機械的接触によって成されている
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項１２】
請求項１１記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）における冷却体（３００，４００）および電極板（３１０，４５０）が、それぞれ互いに平行に配置されて、各サブモジュール（ＳＭ）の外部通電用モジュール端子板を成しており、かつ
少なくとも２つのサブモジュール（ＳＭ）のそれぞれの少なくとも２つのスイッチ（１０，２０，３０，４０，４１０，４２０）が、空間的に、両外部通電用モジュール端子板同士の間の領域内にある
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項１３】
請求項１１記載のマルチレベルコンバータ（５）において、
少なくとも１つのサブモジュール（ＳＭ）の冷却体（３００，４００）をそれに隣接する１つのサブモジュール（ＳＭ）の電極板（３１０，４５０）に向けて押圧する締付装置（１００）が設けられている
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ。
【請求項１４】
請求項１から１３の１つに記載のマルチレベルコンバータ（５）用のサブモジュール（ＳＭ）であって、少なくとも２つのスイッチ（１０，２０，３０，４０，４１０，４２０）と、１つのコンデンサ（Ｃ）と、２つの外部通電用モジュール端子（Ａ１，Ａ２）とを有しているものにおいて、
サブモジュール（ＳＭ）の外面に設けられた少なくとも１つの冷却体（６０，８０，３００，４００）が、外部通電用モジュール端子（Ａ１，Ａ２）として用いられている
ことを特徴とするマルチレベルコンバータ用のサブモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの直列接続されたサブモジュールを有するマルチレベルコンバータであって、各サブモジュールがそれぞれ少なくとも２つのスイッチと１つのコンデンサと２つの外部通電用モジュール端子とを有するマルチレベルコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のマルチレベルコンバータは、例えば非特許文献１から公知である。この公知のマルチレベルコンバータは、並列接続された少なくとも２つの直列回路を含む所謂マルクワルトコンバータ装置である。各並列接続された直列回路は、それぞれ少なくとも２つの直列接続されたサブモジュールを含み、それらのサブモジュールはそれぞれ少なくとも２つのスイッチと１つのコンデンサとを含む。スイッチの適切な制御によって、マルチレベルコンバータの出力の電圧レベルを的確に調整することができる。
【０００３】
モジュール型マルチレベルコンバータでは、現在、個々のサブモジュールが互いに電気的に絶縁されて配置されている。その電気的絶縁に基づいて、サブモジュールの動作時に発生する電流力が、少なからぬ機械的な振動を引き起こし、この振動がサブモジュール自体およびそれらのサブモジュールに結合された部品に負担をかけ、予定よりも早い経年変化をもたらし得る。発生する振動の問題を抑制するために、マルチレベルコンバータの場合、今日では付加的な機械的減衰装置が使用される。しかしながら、これらの減衰装置は、著しい追加重量をもたらし、場合によっては絶縁耐力を損ね得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】A.Lesnicarおよび R.Marquardt共著、“Innovative Modular Multilevel Converter Topology Suitable for Wide Power Range”（「広い電力範囲に適した革新的なモジュール型マルチレベルコンバータトポロジー」），2003 IEEE Bologna Power Tech Conference, 23.-26. Juni 2003, Bologna, Italien.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、上述の振動問題が従来よりも良好に解決されるマルチレベルコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明によれば、請求項１記載の特徴的構成要件を有するマルチレベルコンバータによって解決される。本発明によるマルチレベルコンバータの有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
それに基づき、本発明によれば、少なくとも１つのサブモジュールが、少なくとも１つの外側にある冷却体を有しており、その冷却体は、外部通電用モジュール端子として用いられる。
【０００８】
本発明によるサブモジュールの主要な利点は、サブモジュールの構成要素の冷却のために使用される少なくとも１つの冷却体が、同時に、外部通電用モジュール端子としての機能も果たす、ということにある。これは、例えば、隣り合ったサブモジュールの冷却体同士が隣接して配置されてそれらが互いに接触することとなるように、サブモジュール同士を互いに結合することによって、可能となる。冷却体を介してサブモジュール同士を互いに隣接配置すると同時に、それらの冷却体を外部通電用モジュール端子として使用することによって、振動なしに又は少なくとも振動が少なくなるように、それらのサブモジュールを固定することが可能となり、それによって、サブモジュールの動作中もしくはマルチレベルコンバータの動作中における、過大な機械的振動の危険性が低減される。
【０００９】
マルチレベルコンバータの格別に好ましい実施形態によれば、外側にある冷却体は、サブモジュールの１つの外壁を成しており、その冷却体の内面には、各サブモジュールのスイッチの少なくとも１つが冷却のために取り付けられている、そしてそのスイッチの１つのスイッチ端子が、冷却体に電気的に接続されている。
【００１０】
少なくとも２つの隣接するサブモジュールがそれぞれ、少なくとも１つの冷却体を有し、その冷却体が、各サブモジュールの外部通電用モジュール端子の１つを成し、その冷却体の内面に、各サブモジュールのスイッチの少なくとも１つが、冷却のために取り付けられており、冷却体同士が電気的に互いに接続されるように、従って冷却体によって構成されている外部通電用モジュール端子が電気的に互いに接続されるように、少なくとも２つの隣接するサブモジュールの冷却体同士がその外面で互いに当接していると、格別に有利である。
【００１１】
例えば、サブモジュールは、それぞれ２つの冷却体を有するとよい。この場合、少なくとも２つのサブモジュールがそれぞれ、外側にある第１および第２の冷却体を有し、それらの冷却体のうち、第１の冷却体が、各サブモジュールの第１の外部通電用モジュール端子として使用され、第２の冷却体が、各サブモジュールの第２の外部通電用モジュール端子として使用され、少なくとも２つのサブモジュールのうちの１つのサブモジュールの第１の外部通電用モジュール端子が、少なくとも２つのサブモジュールのうちの他の１つのサブモジュールの第２の外部通電用モジュール端子に電気的に接続され、しかも、その電気的な接続が、少なくとも２つのサブモジュールのうちの１つのサブモジュールの第１の冷却体と、少なくとも２つのサブモジュールのうちの他の１つのサブモジュールの第２の冷却体との間の、機械的接触によって行われると、有利である。
【００１２】
サブモジュールのスイッチが、電気的に例えば所謂Ｈブリッジ回路を構成しているとよい。それに応じて、少なくとも１つのサブモジュールが、第１の直列回路と、第２の直列回路と、両直列回路に並列接続されているコンデンサとを有し、第１の直列回路および第２の直列回路が、それぞれ２つの電気的に直列接続されたスイッチを含んでおり、第１の直列回路が、サブモジュールの第１の冷却体に取り付けられており、第２の直列回路が、サブモジュールの第２の冷却体に取り付けられており、第１の直列回路の中間接続点が、電気的に第１の冷却体に接続されて、サブモジュールの第１の通電用モジュール端子を成しており、第２の直列回路の中間接続点が、電気的に第２の冷却体に接続されて、サブモジュールの第２の通電用モジュール端子を成しているようにすると有利である。
【００１３】
２つ以上のサブモジュールがそれぞれ、直列接続された２つのスイッチを各々有する第１および第２の直列回路と、両直列回路のそれぞれに対して並列接続関係にあるコンデンサとを有し、第１の直列回路が、各サブモジュールの第１の冷却体に取り付けられており、第２の直列回路が、各サブモジュールの第１の冷却体に取り付けられており、第１の直列回路の中間接続点が、それぞれ電気的に各サブモジュールの第１の冷却体に接続されて、各サブモジュールの第１の通電用モジュール端子を成しており、第２の直列回路の中間接続点が、それぞれ電気的に各サブモジュールの第２の冷却体に接続されて、各サブモジュールの第２の通電用モジュール端子を成しており、２つ以上のサブモジュールのうちの１つのサブモジュールの第１の冷却体が、隣接する１つのサブモジュールの第２の冷却体に接して、その第２の冷却体に熱的かつ電気的に導通接続されるように、２つ以上のサブモジュールが対を成して互いに当接しているようにすると、格別に有利である。
【００１４】
サブモジュールのトランジスタが、電気的なＨブリッジの代わりに、電気的に所謂ハーフブリッジを構成しているようにしてもよい。それに応じて、異なる実施形態に従って、少なくとも１つのサブモジュールが、第１のスイッチおよび第２のスイッチを有するハーフブリッジモジュールであり、第２のスイッチが、そのハーフブリッジモジュールのコンデンサに電気的に直列接続されており、この直列回路に、第１のスイッチが並列接続されており、第１のスイッチの両スイッチ端子のうちの一方が、ハーフブリッジモジュールの１つの冷却体又は複数の冷却体のうちの１つに接続されて、２つの外部通電用モジュール端子の１つを成していると有利である。
【００１５】
Ｈブリッジサブモジュールの場合には、マルチレベルコンバータが、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールを有し、その少なくとも２つのハーフブリッジモジュールの第１のスイッチが、各ハーフブリッジモジュールの第１の冷却体に接続され、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールの第２のスイッチが、各ハーフブリッジモジュールの第２の冷却体に接続されており、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールの第１のスイッチの両スイッチ端子の一方が、電気的に各ハーフブリッジモジュールの第１の冷却体に接続されて、各ハーフブリッジモジュールの第１の通の電用モジュール端子を成しており、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールの第１のスイッチの両スイッチ端子の他方が、電気的に各ハーフブリッジモジュールの第２の冷却体に接続されて、各ハーフブリッジモジュールの第２の通電用モジュール端子を成しており、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールのうちの１つのハーフブリッジモジュールの第１の冷却体が、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールのうちの他の１つのハーフブリッジモジュールの第２の冷却体に接して、この第２の冷却体に電気的に接続されるように、少なくとも２つのハーフブリッジモジュールが対を成して互いに当接しているようにすると、格別に有利である。
【００１６】
サブモジュール同士を簡単に隣接配置するためには、少なくとも２つのサブモジュールの第１および第２の冷却体が互いに平行に配置されて外部通電用モジュール端子板を成し、各サブモジュールの少なくとも２つのスイッチが空間的に各サブモジュールの２つのモジュール端子板の間の領域内にあるようにすると、有利である。
【００１７】
隣接するサブモジュール同士を強固に接続するためには、少なくとも１つサブモジュールの第１の冷却体を１つの隣接するサブモジュールに向けて押圧する締付装置が設けられているようにすると、有利である。
【００１８】
１つのサブモジュールが１つだけの冷却体を有する場合には、そのサブモジュールの他方の外部通電用モジュール端子が、電極板からなるものであるようにするとよい。これに応じて、少なくとも１つのサブモジュールが１つの冷却体を有し、その冷却体には、各サブモジュールのスイッチが取り付けられて、その冷却体が当該サブモジュールの第１の外部通電用モジュール端子を成しており、かつ、当該サブモジュールが１つの電極板を有し、その電極板が当該サブモジュールの冷却体に対して間隔をおいて配置されて、当該サブモジュールの第２の外部通電用モジュール端子を成していると有利である。
【００１９】
例えば、次のように構成されているとよい。即ち、少なくとも２つのサブモジュールがそれぞれ１つの冷却体を有し、その冷却体に各サブモジュールのスイッチが取り付けられて、その冷却体が各サブモジュールの第１の外部通電用モジュール端子を成しており、少なくとも２つのサブモジュールがそれぞれ１つの電極板を有し、その電極板が各サブモジュールの冷却体に対して間隔をおいて配置されて、各サブモジュールの第２の外部通電用モジュール端子を成しており、少なくとも２つのサブモジュールのうちの１つのサブモジュールの第１の外部通電用モジュール端子が、少なくとも２つのサブモジュールのうちの他の１つのサブモジュールの第２の外部通電用モジュール端子に電気的に接続されており、その電気的な接続が、少なくとも２つのサブモジュールうちの１つサブモジュールの冷却体と、少なくとも２つのサブモジュールうちの他の１つのサブモジュールの電極板との間の機械的接触によって行われるようにするとよい。
【００２０】
少なくとも２つのサブモジュールにおける冷却体および電極板のそれぞれが互いに平行に配置されて、各サブモジュールの外部通電用モジュール端子板を成しており、少なくとも２つのサブモジュールのそれぞれの少なくとも２つのスイッチが各々、空間的に外部両通電用モジュール端子板の間の領域内にあるようにすると有利である。
【００２１】
少なくとも１つのサブモジュールの冷却体を隣接する１つのサブモジュールの電極板に向けて押圧する締付装置が設けられているようにすることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明は、上述のマルチレベルコンバータ用のサブモジュールに関する。本発明によれば、このようなサブモジュールに関して、そのサブモジュールの少なくとも１つの外側にある冷却体が、外部通電用モジュール端子として使用される。
【００２３】
マルチレベルコンバータの利点は、サブモジュールの利点と殆ど対応するので、本発明によるサブモジュールの利点に関しては、本発明によるマルチレベルコンバータに関する上記の説明を参照されたい。
【００２４】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】多数のサブモジュールを有する３相マルチレベルコンバータの実施例を示す図である。
【図２】図１によるマルチレベルコンバータ又は他のマルチレベルコンバータにおいて使用でき、かつ２つの通電用の冷却体を有する、サブモジュールの実施例を示す図である。
【図３】図２によるサブモジュールの機械的構造を斜視図で示す図である。
【図４】図２および図３による複数のサブモジュールを有する１つのサブモジュール群の構成例を、上面図で以て示す図である。
【図５】図４によるサブモジュール群を側面図で以て示す図である。
【図６】図１によるマルチレベルコンバータ又は他のマルチレベルコンバータにおいて使用でき、かつ２つの通電用の冷却体を有するサブモジュールの、他の実施例を示す図である。
【図７】図１によるマルチレベルコンバータ又は他のマルチレベルコンバータにおいて使用でき、かつ一方の外部通電用モジュール端子がサブモジュールの１つの冷却体によって構成され、他方の外部通電用モジュール端子が１つの電極板によって構成されているサブモジュールの、他の実施例を示す図である。
【図８】図７によるサブモジュールの機械的構造を斜視図で以て示す図である。
【図９】図７および図８による複数のサブモジュールを有する１つのサブモジュール群の構成例を、上面図で以て示す図である。
【図１０】図９によるサブモジュール群を側面図で以て示す図である。
【図１１】図１によるマルチレベルコンバータ又は他のマルチレベルコンバータにおいて使用でき、かつ、１つの外部通電用モジュール端子がサブモジュールの１つの冷却体によって構成されると共に他の１つの外部通電用モジュール端子が１つの電極板によって構成されているサブモジュールの、他の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
これらの図において、図を分かりやすくするために、同一又は同様の構成要素には常に同一の参照符号が使用されている。
【００２７】
図１には３相マルチレベルコンバータ５の実施例が示されている。このマルチレベルコンバータ５は、交流電流の引込み又は引出しのための交流電圧端子Ｗ５と、２つの直流電圧端子Ｇ５ａおよびＧ５ｂとを有し、これらの直流電圧端子において直流電流又は時間的に変化し得る直流電流の引込み又は引出しをすることができる。エネルギの流れ方向および出力電圧の時間的経過は、交流電圧端子Ｗ５においても直流電圧端子Ｇ５ａ，Ｇ５ｂにおいても、直列回路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に直列接続されているサブモジュールＳＭの制御に依存する。このような制御は、図１では簡明化のために図示省略されている中央制御装置によって、行われる。
【００２８】
図１による実施例では、３つの直列回路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のそれぞれは、各々８個の直列接続されたサブモジュールＳＭと、２つのインダクタンスＬとを有する。それら各２つのインダクタンスＬ同士の間には、１つの中間接続点Ｚがそれぞれ存在し、それらの中間接続点Ｚは、電位的には、図１における上側の４つの部分モジュールと図１における下側の４つの部分モジュールとの中間にあって、マルチレベルコンバータ５の交流電圧端子Ｗ５の１つを成している。
【００２９】
４つのサブモジュールのそれぞれは、図１のマルチレベルコンバータ５において、それぞれ１つのサブモジュール群ＳＧを成していて、それら各サブモジュール群では、サブモジュールＳＭ同士が互いに機械的に接続されており、さらに好ましくは締付装置によって互いに圧接されている。
【００３０】
図２は、図１によるマルチレベルコンバータ５又はその他のマルチレベルコンバータにおいて使用可能なサブモジュールＳＭの実施例を示す。そのサブモジュールＳＭは、４つのスイッチ１０，２０，３０，４０を有し、各スイッチは、スイッチング動作をする例えばトランジスタ等の半導体素子１１と、並列接続されたダイオード１２とによって、構成されている。
【００３１】
図２において左側に配置されている両スイッチ１０および２０は、電気的に直列接続されて直列回路５０を構成し、その直列回路５０はサブモジュールＳＭの第１の冷却体６０上に配置されている。従って、その直列回路５０のスイッチ１０および２０は、第１の冷却体６０によって冷却される。
【００３２】
第１の冷却体６０は、サブモジュールＳＭにおいてさらに別の機能、即ちサブモジュールＳＭの通電用モジュール端子Ａ１の機能を持っている。このために、直列回路５０の中間接続点５１が、電気的に第１の冷却体６０に接続されており、その中間接続点５１は、両スイッチ１０および２０のスイッチ端子の各一方に接続されている。従って、直列回路５０の中間接続点５１の接触、もしくはスイッチ１０および２０の電気的接触は、第１の冷却体６０の電気的接触によって行うことができる。
【００３３】
両スイッチ３０および４０も同様に、１つの直列回路を成しており、その直列回路は、図２に参照符号７０を付して示されている。その直列回路７０、もしくはスイッチ３０および４０は、第２の冷却体８０上に配置されており、この第２の冷却体８０は、サブモジュールＳＭの動作中に両スイッチ３０および４０を冷却する。第２の冷却体８０のさらに別の機能は、サブモジュールＳＭの通電用モジュール端子Ａ２を成していることにある。この目的のために、直列回路７０の中間接続点７１が、その冷却体８０に電気的に接続されている。
【００３４】
両直列回路５０および７０に電気的に並列接続されているコンデンサＣは、両冷却体６０および８０から電気的に絶縁されている。
【００３５】
図３は、図２によるサブモジュールＳＭの機械的構造を斜視図で示す。その両外側には、冷却体６０および８０が明示されており、これらの冷却体は、モジュール端子板の形で、外部通電用モジュール端子Ａ１およびＡ２を成している。複数のサブモジュールＳＭの隣接配置を可能にするためには、冷却体６０および８０の外壁が平らでかつ平行であるとよく、そのようにすることで、複数のサブモジュールＳＭの隣接配置により１つのサブモジュール群を構成することができる。両冷却体６０および８０の、両方の主たる外面、特に互いに平行に配置された外壁が、図３において符号６１および８１を付して示されている。
【００３６】
サブモジュールＳＭにおけるスイッチ１０，２０，３０，４０を有する直列回路５０および７０（図２参照）は、両冷却体６０および８０の内面６２および８２に配置されていることが好ましい。図２および図３による実施例では、スイッチ１０および２０を有する直列回路５０が冷却体６０の内面６２に取り付けられており、スイッチ３０および４０を有する直列回路７０が冷却体８０の内面８２に取り付けられている。コンデンサＣは、例えば冷却体の範囲外にある。
【００３７】
図２および図３によるサブモジュールＳＭを用い、その外側に冷却体６０もしくは８０を有するサブモジュールＳＭを隣接配置することによって、極めて簡易な方法で以てサブモジュール群ＳＧを構成することができる。このことを、図４が例示している。
【００３８】
サブモジュールＳＭの低抵抗の接触を保証し、かつサブモジュールＳＭの動作中に発生する電流力に起因する機械的振動を回避又は少なくともできる限り低減するためには、締付装置１００によって、サブモジュール群ＳＧのサブモジュールＳＭを互いに圧接すると有利である。締付装置１００は、サブモジュールＳＭの短絡を避けるために、非導電性材料からなるものとするとよい。締付装置１００は、例えば枠部１１０と、例えばボルト１２１の形での押棒１２０と、押圧板１２２とによって、構成するとよい。
【００３９】
図５は、電気絶縁性の締付装置１００を有するサブモジュール群ＳＧを、さらに側面図で示す。締付装置１００によって、サブモジュール群ＳＧのサブモジュールＳＭが、互いに強固に圧接されることが示されている。
【００４０】
図６は、図１によるマルチレベルコンバータ５又はその他のマルチレベルコンバータにおいて使用可能なサブモジュールＳＭの、他の実施例を示す。サブモジュールＳＭは、２つのスイッチ２１０、２２０を有しており、それらの一つ一つがそれぞれサブモジュールＳＭの冷却体６０、８０に取り付けられている。さらに、それら両冷却体６０および８０は、サブモジュールＳＭの通電用モジュール端子Ａ１およびＡ２の機能を果たす。そのために、両スイッチ２１０、２２０のスイッチ端子の一つ一つがそれぞれ、その各スイッチが取り付けられている各冷却体６０、８０に接続されている。
【００４１】
図４および図５との関連で例示した如く冷却体６０および８０を隣接配置することによって、図６によるサブモジュールＳＭを用いてサブモジュール群ＳＧを構成することができる。従って、図４および図５に基づく先の説明は、このサブモジュールＳＭに相応に当てはまる。
【００４２】
図７は、４つのスイッチ１０，２０，３０，４０とコンデンサＣとを備えたサブモジュールＳＭの実施例を示す。両スイッチ１０および２０は電気的に直列接続されて直列回路５０を構成している。両スイッチ３０および４０は電気的に同様に直列接続されて直列回路７０を構成している。
【００４３】
この図７による実施例の場合には、図２および図３による実施例とは異なり、唯一の冷却体３００だけが設けられていて、その唯一の冷却体３００が、４つの全てのスイッチ１０，２０，３０，４０の冷却に使用される。直列回路７０の中間接続点７１が、電気的に冷却体３００に接続されており、その接続に基づいて、冷却体３００がサブモジュールＳＭの一方の通電用モジュール端子Ａ１を成している。サブモジュールＳＭの他方の通電用モジュール端子Ａ２は、１つの電極板３１０によって構成されており、その電極板３１０は、直列回路５０の中間接続点５１に接続されている。
【００４４】
図８は、図７によるサブモジュールＳＭの機械的構造を斜視図で示す。冷却体３００が明示されており、その冷却体３００の内面３０１には、スイッチ１０，２０，３０，４０が取り付けられている。冷却体３００の外壁３０２は、サブモジュールＳＭの通電用モジュール端子Ａ１を成している。
【００４５】
さらに、図８には電極板３１０が明示されており、その電極板３１０は、電気的に直列回路５０の中間接続点５１に接続されている。その電極板３１０は、平らに形成されて、冷却体３００の外壁３０２に対して平行に配置されていることが明示されている。冷却体３００の外壁３０２の平らな形状および電極板３１０の平らな形状のおかげて、サブモジュール同士をカスケードに隣り合わせに配置して互いに圧接することによって、サブモジュールＳＭを同様の複数のサブモジュールと直列に接続することができる。
【００４６】
図９は、図７および図８による複数のサブモジュールＳＭを隣接配置することによってサブモジュール群ＳＧを構成した例を示す。内部に位置する各サブモジュールＳＭの電極板３１０が、それに隣接する１つのサブモジュールＳＭの冷却体３００と接し、かつ、前述の内部に位置する各サブモジュールＳＭの冷却体３００が、それに隣接するまた別の１つのサブモジュールＳＭの電極板３１０と接するように、それら複数のサブモジュールＳＭが隣接配置されている。
【００４７】
サブモジュールＳＭの動作時に発生する電流力に起因する機械的振動を回避又は大幅に低減するために、複数のサブモジュールＳＭは、図４および図５との関連で既に説明した如く、電気絶縁材料からなる締付装置１００によって圧接されるようにすることが好ましい。その締付装置１００は、例えば枠部１１０および押棒１２０によって構成されているとよい。
【００４８】
図１０は、図９によるサブモジュール群ＳＧの構造を側面図で示す。前述の内部に位置する各サブモジュールの電極板が、１つの隣接するサブモジュールの冷却体に接し、前述の内部に位置する各サブモジュールの冷却体が、それに隣接するまた別の１つのサブモジュールＳＭの電極板に接するように、複数のサブモジュールＳＭが隣接配置されている。
【００４９】
図１１は、図１によるマルチレベルコンバータ５又はその他のマルチレベルコンバータにおいて使用可能であるサブモジュールＳＭの、他の実施例を示す。
【００５０】
サブモジュールＳＭは、サブモジュールＳＭの両スイッチ４１０および４２０を冷却するのに適した冷却体４００を有する。さらに、その冷却体４００は、サブモジュールＳＭの通電用モジュール端子Ａ１として使用されている。このために、冷却体４００は、両スイッチ４１０および４２０によって構成されている直列回路４４０の中間接続点４３０に電気的に接続されている。
【００５１】
サブモジュールＳＭの他の外部通電用モジュール端子Ａ２が、電極板４５０によって構成されており、その電極板４５０は、コンデンサＣとサブモジュールＳＭのスイッチ４２０とに接続されている。
【００５２】
図１１によるサブモジュールＳＭの機械的構造は、図８によるサブモジュールＳＭの機械的構造に対応しているので、ここでも相応に当てはまり得る上記説明を参照されたい。例えば、図９および図１０との関連で説明したように、１つのサブモジュール群ＳＧを構成するために、図１１によるサブモジュールＳＭを使用することができる。
【００５３】
以上、好ましい実施例によって、本発明をその細部まで詳しく図解および説明してきたが、本発明は、それら開示した実施例に限定されるものではなく、本発明の保護範囲を逸脱することなしに、その他の変形が当業者によって導き出されることも可能である。
【符号の説明】
【００５４】
５          マルチレベルコンバータ
１０        スイッチ
１１        半導体スイッチ素子
１２        ダイオード
２０        スイッチ
３０        スイッチ
４０        スイッチ
５０        直列回路
５１        中間接続点
６０        冷却体
６１        外壁
６２        内面
７０        直列回路
７１        中間接続点
８０        冷却体
８１        外壁
８２        内面
１００      締付装置
１２０      枠部
１２１      押棒
１２２      ボルト
２１０      押圧板
２２０      スイッチ
３００      冷却体
３０１      内面
３０２      外壁
３１０      電極板
４００      冷却体
４１０      スイッチ
４２０      スイッチ
４３０      中間接続点
４４０      直列回路
４５０      電極板
Ａ１        外部通電用モジュール端子
Ａ２        外部通電用モジュール端子
Ｃ          コンデンサ
Ｇ５ａ      直流電圧端子
Ｇ５ｂ      直流電圧端子
Ｌ          インダクタンス
ＳＧ        サブモジュール群
ＳＭ        サブモジュール
Ｗ５        交流電圧端子
Ｚ          中間接続点
【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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