(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタセルを複数格納したキャパシタユニットと、スイッチング素子を備えた半導体モジュールと、前記キャパシタユニットと前記半導体モジュールを接続する配線を有する電力変換装置において、
前記キャパシタユニットは、前記キャパシタユニットの第一の面に配置された第一の正極端子及び第一の負極端子を、前記第一の面と異なる第二の面に配置された第二の正極端子及び第二の負極端子を備え、
前記複数のキャパシタセルの一部は、一方側の端面に正極、他方側の端面に負極を有し、他の前記キャパシタセルは、一方側の端面に負極、他方側の端面に正極を有し、
前記キャパシタセルの一方側の端面の正極と前記第一の正極端子は、第一の正極配線で接続され、
前記キャパシタセルの一方側の端面の負極と前記第一の負極端子は第一の負極配線で接続され、
前記キャパシタセルの他方側の端面の正極と前記第二の正極端子は第二の正極配線で接続され、
前記キャパシタセルの他方側の端面の負極と第二の負極端子は第二の負極配線で接続され、
前記第一の正極配線及び前記第一の負極配線は、互いに並行な平板で構成され、かつ、第二の正極配線及び第二の負極配線は、互いに並行な平板で構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記半導体モジュールは、モジュール正極端子とモジュール負極端子を有し、
前記キャパシタユニットの第一の正極端子と第二の正極端子と前記モジュール正極端子は第三の正極配線で接続され、前記キャパシタユニットの第一の負極端子と第二の負極端子と前記モジュール負極端子は第三の負極配線で接続されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記第三の正極配線と第三の負極配線とは、互いに並行な平板で構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記第一の正極端子及び前記第一の負極端子が設けられた前記第一の面は、前記第二の正極端子及び前記第二の負極端子が設けられた前記第二の面の反対側の面であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記第一の正極端子と前記第二の正極端子は対角線上に配置され、かつ、前記第一の負極端子と前記第二の負極端子は対角線上に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記電力変換装置は、前記半導体モジュールを３つ備えた三相電力変換装置であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記キャパシタユニットを複数個有し、
前記複数のキャパシタユニットの前記第一の正極端子と前記第一の負極端子が前記第一の面において千鳥状に配置され、かつ、前記複数のキャパシタユニットの前記第二の正極端子と前記第二の負極端子が前記第二の面において千鳥状に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記スイッチング素子はＩＧＢＴもしくはＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記スイッチング素子は、シリコン又はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材とすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の電力変換装置と、前記電力変換装置により駆動されるモータを備えた鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、直流電源から供給された電力を回転機などの交流電気負荷に供給するための交流電力に変換する機能、あるいは回転機により発電された交流電力を直流電力に変換する機能を備えている。この電力変換装置は複数の半導体素子を有し、この半導体素子が導通動作や遮断動作を繰り返すことにより電力を効率良く変換する。このため、ハイブリッド自動車や鉄道車両システムなどに適用され、特に鉄道車両システムの多くは架線から得られた電力のみで駆動用のモータを動作するため、電力変換装置の高効率化が重要になる。また鉄道車両システムでは車両を駆動するためのモータだけでなく、車両内の照明や空調設備へ電力を供給するためにも用いられ、多くの電力変換装置が搭載されている。
【０００３】
電力変換装置の高効率化には前述のように半導体素子により構成されることから、半導体の低損失化が重要である。半導体素子を電力変換装置に適用した場合には、導通動作時に発生する導通損失（順方向導通損失、逆方向導通損失）、遮断動作時に発生するスイッチング損失（ターンオン損失、ターンオフ損失、リカバリ損失）があり、低損失化にはそれぞれの低減が必要となる。特に鉄道車両用システムの駆動用モータに用いられる電力変換装置では全損失の内、スイッチング損失の占める割合が、7割以上になる動作モードを有し、スイッチング損失低減が重要である。
【０００４】
スイッチング損失を低減するにはスイッチング速度の高速化が有効である。電力変換回路の回路部はキャパシタセルが複数個内蔵されたキャパシタユニットと半導体素子が複数実装された半導体モジュールと前記キャパシタユニットと半導体モジュールを電気的に接続する直流配線から構成される。高速化した場合には、電流の変化率(di/dt)と、前述のキャパシタユニットと半導体モジュール、直流配線の寄生インダクタンスLsに起因する跳ね上がり電圧Vpが上昇し、半導体素子の耐圧以上になった場合には半導体素子の破壊を招く恐れがある。
【０００５】
そこで、寄生インダクタンス低減の技術としては、特開2011-258848(特許文献1)がある。特許文献1には、キャパシタセルのケース内のキャパシタの電極方向を互い違いにすることで、配線インダクタンスを低減する方法が記載されている。しかし特許文献1内の図1に記載の配線構造では各キャパシタセルとケースの正極極端子及び負極端子までの配線長が異なる。これにより、各キャパシタセルとケースの端子間のインピーダンスにばらつきが生じ、電流アンバランスが発生するため、電流が集中するキャパシタセルで発熱、劣化の恐れがある。
【０００６】
インピーダンスばらつきを低減する手法としては、特開2004-165309(特許文献2)がある。インピーダンスばらつきを低減する手法として、特許文献２内の図10、図11が紹介されている。図10では各キャパシタセルと正極側外部端子及び負極側外部端子の配線長は近い値になるが、キャパシタセル数が更に多い場合には各キャパシタセルと正極側外部端子及び負極側外部端子の配線長のばらつきが大きくなる。また図11の構成では図10に比べばらつきが大きくなる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2011-258848号公報
【特許文献２】特開2004-165309号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のようにスイッチング速度を高速化した場合に課題となる寄生インダクタンスの低減と、各キャパシタセルの電流アンバランスの低減を両立する技術は未だ発明されていない。そこで、本発明では上記二つの課題を解決するキャパシタ配線構造を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、インダクタンスの低減と電流アンバランスの低減を実現する配線構造を提案する。 
具体的には、キャパシタセルを複数格納したキャパシタユニットと、スイッチング素子を備えた半導体モジュールと、キャパシタユニットと半導体モジュールを接続する配線を有する電力変換装置において、キャパシタユニットは、キャパシタユニットの第一の面に配置された第一の正極端子及び第一の負極端子を、第一の面と異なる第二の面に配置された第二の正極端子及び第二の負極端子を備え、複数のキャパシタセルの一部は、一方側の端面に正極、他方側の端面に負極を有し、他の前記キャパシタセルは、一方側の端面に負極、他方側の端面に正極を有し、キャパシタセルの一方側の端面の正極と第一の正極端子は、第一の正極配線で接続され、キャパシタセルの一方側の端面の負極と前記第一の負極端子は第一の負極配線で接続され、キャパシタセルの他方側の端面の正極と第二の正極端子は第二の正極配線で接続され、キャパシタセルの他方側の端面の負極と第二の負極端子は第二の負極配線で接続され、第一の正極配線及び第一の負極配線は、互いに並行な平板で構成され、かつ、第二の正極配線及び第二の負極配線は、互いに並行な平板で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
キャパシタのインダクタンス低減と、各キャパシタセル間の電流アンバランス低減を両立する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の適用例となる鉄道車両概略図である。
【図２】鉄道車両の駆動装置の回路図の一例である。
【図３】図２に記載の回路図の動作波形の一例である。
【図４】実施例1におけるキャパシタユニットの構成図である。
【図５】実施例２におけるキャパシタユニットの構成図である。
【図６】実施例３における電力変換装置の分解傾斜図である。
【図７】実施例３における電力変換装置の傾斜図である。
【図８】実施例４における電力変換装置の分解傾斜図である。
【図９】実施例４における電力変換装置の傾斜図である。
【図１０】実施例５における駆動装置の回路図の一例である。
【図１１】実施例５における電力変換装置の分解傾斜図である。
【図１２】実施例５における電力変換装置の傾斜図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図1から図3を用いて本発明が対象とするシステムとその回路動作を説明する。なお、各図面及び各実施例では半導体モジュールとしてＭＯＳＦＥＴを例に説明するが、ＩＧＢＴにも適用可能である。また、スイッチング素子及び前記ダイオードのいずれかの母材として、シリコン又はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を利用することができる。
【００１３】
図１は本発明の適用先の一例となる鉄道車両の電力変換装置の一つであるモータ駆動装置の概略図である。鉄道車両のモータ駆動装置には架線２から電力が供給され、電力変換装置１は可変電圧可変周波数の交流電圧を出力することによりモータ１１１を駆動する。モータ１１１は、鉄道車両の車軸と機械的に連結されており、鉄道車両の車軸を駆動する。電気的なグランドはレール３を介して接続されている。ここで、架線２の電圧は直流および交流のどちらでもよいが、以下では架線２の電圧が直流電圧１５００Ｖであるものとして説明する。
【００１４】
図２は単相電力変換装置４の回路図である。ここでは電力変換装置１の一例として単相電力変換装置を示しているが、三相電力変換装置でも良い。また単相電力変換装置に用いられるインダクタンス記号は配線の寄生インダクタンスを示している。
【００１５】
単相電力変換装置４は、直流電源１０１により電力変換装置に印加される直流電圧を平滑するキャパシタセル１０２a、１０２bとキャパシタセル１０２aと１０２bをユニット化したキャパシタユニット１０３と、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４で構成されている。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点はモータ１１１への交流出力点となる。同様に、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４は直列に接続され、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点はモータ１１１への交流出力点となる。
【００１６】
ここで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がＩＧＢＴである場合には、ダイオードＤ１〜Ｄ４をスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４にそれぞれ逆並列接続する必要があり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がＭＯＳＦＥＴである場合には、ダイオードＤ１〜Ｄ４としてＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを利用することができる。ここで、キャパシタユニット１０３は、キャパシタセルを二つ並列接続した回路で構成されているが、並列数は２つ以上でも構わない。
【００１７】
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２およびＱ３、Ｑ４がそれぞれ同一のパッケージである２ｉｎ１パッケージを適用する場合、単相電力変換装置４は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２（とダイオードＤ１、Ｄ２）を備える半導体モジュール１０８、及びスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４（とダイオードＤ３、Ｄ４）を備える半導体モジュール１０９で構成される。なお、キャパシタセル１０２a、１０２bは電解コンデンサ、フィルムコンデンサのどちらでも良い。また、スイッチング素子Ｑ１のドレイン電極をＤ、ゲート電極をＧ、ソース電極をＳで記載している。
【００１８】
また単相電力変換装置４内の寄生インダクタンスは、キャパシタユニット１０３の内部の各キャパシタセルの配線寄生インダクタンス１０４a、１０４bと、キャパシタユニット１０３と半導体モジュール１０８、１０９間の配線の寄生インダクタンス１０５と、半導体モジュール１０８、１０９の内部配線の寄生インダクタンス１０６a、１０６bが存在する。
【００１９】
ここで、架線２の電圧が交流である場合には、電力変換装置１と架線２の間に交流を直流に変換するコンバータ装置が接続され、コンバータ装置が直流電源１０１となる。
【００２０】
図３は本発明の実施例１の動作波形である。単相電力変換装置４の動作としては、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がスイッチング動作することで、直流電源１０１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータ１１１を駆動する。以下ではスイッチング素子Ｑ１を例にして具体的な動作を説明する。
【００２１】
ｔ＝ｔ０において、スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳは０Ｖである。このときスイッチング素子Ｑ１はオフ状態であるため、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳは直流電源１０１の１５００Ｖが印加されており、ドレイン電流ＩＤは流れていない。
【００２２】
ｔ＝ｔ１において、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳがスイッチング素子Ｑ１のターンオンのしきい値電圧以上の電圧、例えば１５Ｖが印加されると、スイッチング素子Ｑ１はオン状態となりドレイン電流ＩＤが流れ始める。スイッチング素子Ｑ１のオン時間はモータ１１１に流れる電流によって制御され、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される。
【００２３】
ｔ＝ｔ２において、スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳが０Ｖとなり、オフ状態へ移行する。このとき、ドレイン電流ＩＤは電流変化率ｄｉ／ｄｔに伴って電流が０Ａへ減少するため、配線の寄生インダクタンス１０４、１０５、１０６には誘導起電力が発生する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳは瞬間的なサージ電圧１１が発生し、スイッチング素子Ｑ１の最大定格電圧を超過すると単相電力変換装置４が故障する。
【００２４】
ｔ＝ｔ３〜ｔ８の期間もスイッチング素子Ｑ１のゲート電圧ＶＧＳがターンオンしきい値電圧から０Ｖとなりオン状態からオフ状態へ移行するタイミング（ｔ＝ｔ４，ｔ６，ｔ８）で、ｔ＝ｔ２と同様に、サージ電圧１１が発生する。
【００２５】
このサージ電圧は電流変化率ｄｉ/ｄｔと各寄生インダクタンス（１０４、１０５、１０６）の加算値である寄生インダクタンス１１０の乗算で計算される。そのため、スイッチング損失を低減するためにスイッチング速度を高速化、すなわち電流変化率ｄｉ／ｄｔを大きくすると、寄生インダクタンス１１０に生じる誘導起電力が大きくなるため、サージ電圧が大きくなり、単相電力変換装置４が故障する原因となることから、寄生インダクタンスを低減する必要がある。
【００２６】
またスイッチング時の電流波形は図３に示すように急峻な電流変化を伴うため、高周波成分を含む。一般的に鉄道用インバータの電流変化時間dtは数百μsであり、数MHzの周波数を含む電流となり、この高周波電流がキャパシタセル１０２に流れる。各キャパシタセルまでの配線の寄生インダクタンスが異なると各キャパシタセルに流れる電流にも偏りが生じるため、キャパシタセルの発熱、低寿命化を引き起こす。
【００２７】
本発明は上記課題を解決するために生まれた発明であり、以下実施例を用いて本発明を説明する。
【実施例１】
【００２８】
図４は前述の図２内のキャパシタユニット１０３の内部構造を示している。キャパシタユニット１０３は複数のキャパシタセル１０２a、１０２bが内蔵される。キャパシタセル１０２aには、キャパシタセル正端子１１２aが一方側の端面に設けられ、他方側の端面にはキャパシタセル負端子１１３aが設けられる。キャパシタセル１０２bには、キャパシタセル正端子１１２bが他方側の端面に設けられ、一方側の端面にはキャパシタセル負端子１１３bが設けられている。つまり、キャパシタセル１０２aとキャパシタセル１０２bは、極の向きが反対方向となるように配置されている。
【００２９】
またキャパシタユニット１０３の第一の面２０１には正極端子１１４と負極端子１１８、第一の面とは反対側の第二の面２０２には正極端子１１５と負極端子１１９が設けられ、各面の各端子１１４、１１５、１１８、１１９は、極が対になるように配置されている。つまり、キャパシタユニットの正極端子１１４，１１５、及び負極端子１１８，１１９をそれぞれ対角線上に配置することにより、各キャパシタセル間の総配線長を更に均一化させることが可能となる。
【００３０】
前記キャパシタセル正端子１１２aと正極端子１１４は正極配線１２０で接続され、前記キャパシタセル正端子１１２bと正極端子１１５は正極配線１２１で接続され、前記キャパシタセル負端子１１３aと負極端子１１９は負極配線１２２で接続され、前記キャパシタセル負端子１１３bと負極端子１１８は負極配線１２３で接続される。
【００３１】
図４のように、一方の正極端子を一方端面のキャパシタセル正端子に接続した場合には、他方の正極端子を他方端面のキャパシタセル正端子に接続し、同様に、一方の負極端子を一方端面のキャパシタセル負端子に接続した場合には、他方の負極端子を他方端面のキャパシタセル負端子に接続する。このような構造にすることで、キャパシタユニット１０３の正極端子からキャパシタセル正端子までの配線長と、キャパシタユニット１０３の負極端子からキャパシタセル負端子までの配線長を合計したキャパシタユニット内の総配線長を各キャパシタセル間で同一にする（総配線長のばらつきを抑える）ことが可能となり、各キャパシタセルにおける配線の寄生インダクタンスはほぼ同じになるため、キャパシタセル間の電流アンバランスを低減できる。
【００３２】
また、図４に矢印で示している通り、正極配線１２０と負極配線１２３、正極配線１２１と負極配線１２２同士は電流の向きが逆方向になる。そのため、正極配線１２０と負極配線１２３、正極配線１２１と負極配線１２２をそれぞれ互いに並行な平板で構成することで、キャパシタユニット内部配線の低インダクタンス化が可能となる。
【００３３】
なお、図４において、各キャパシタセルの端子方向とキャパシタユニットの端子方向が略直交している例を示したが、本発明はこれに限られるものでは無く、各キャパシタセルの端子方向とキャパシタユニットの端子方向は、略同一方向でも良く、どのような関係であっても上記した本発明の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００３４】
図５は図４のキャパシタセル個数を多数個に増やした場合の配線構造の例である。図５では、キャパシタセルを８個備える例を示している。図４と同様に、４つのキャパシタセル１０２aは上側にキャパシタセル正端子１１２aが、下側にキャパシタセル負端子１１３aが設けられ、他の４つのキャパシタセル１０２ｂは、下側にキャパシタセル正端子１１２ｂが、上側にキャパシタセル負端子１１３ｂが設けられる。また、キャパシタユニット１０３の左側の面には一対の端子（正極端子１１４と負極端子１１８）が設けられ、右側の面にも一対の端子（正極端子１１５と負極端子１１９）が設けられる。
【００３５】
さらに、正極配線１２０は、上側の４つのキャパシタセル正端子１１２aとキャパシタユニットの左側面の正極端子１１４を接続する。また、負極配線１２３は、上側の４つのキャパシタセル負端子１１３ｂとキャパシタユニットの左側面の負極端子１１８を接続する。更に、正極配線１２１は、下側の４つのキャパシタセル正端子１１２ｂとキャパシタユニットの右側面の正極端子１１５を接続する。また、負極配線１２２は、下側の４つのキャパシタセル負端子１１３aとキャパシタユニットの右側面の負極端子１１９を接続する。
【００３６】
このような構造にすることで、キャパシタユニット１０３の正極端子からキャパシタセル正端子までの配線長と、キャパシタユニット１０３の負極端子からキャパシタセル負端子までの配線長を合計したキャパシタユニット内の総配線長を各キャパシタセル間で同一にする（総配線長のばらつきを抑える）ことが可能となり、各キャパシタセルにおける配線の寄生インダクタンスはほぼ同じになるため、キャパシタセル間の電流アンバランスを低減できる。
【００３７】
また、キャパシタユニットの正極端子１１４，１１５、及び負極端子１１８，１１９をそれぞれ対角線上に配置することにより、各キャパシタセル間の総配線長を更に均一化させることが可能となる。
【００３８】
また、図４に矢印で示した電流の流れと同様に、正極配線１２０と負極配線１２３、正極配線１２１と負極配線１２２はそれぞれ電流の向きが逆方向になる。そのため、正極配線１２０と負極配線１２３、正極配線１２１と負極配線１２２をそれぞれ互いに並行な平板で構成することで、キャパシタユニット内部配線の低インダクタンス化が可能となる。ここで、左右端部に極が逆方向となるキャパシタセル１０２a、１０２ｂを配置することにより、正極配線と負極配線の重なり合う面積が増加するため、インダクタンスの低減効果が増加する。
【実施例３】
【００３９】
図６は第３の実施形態における単相電力変換装置４の分解傾斜図、図７は単相電力変換装置４の傾斜図である。
【００４０】
図６及び図７では、図４及び図５に示すキャパシタユニット１０３と半導体モジュール１０８、１０９をＰ側配線１２４とＮ側配線１２５で接続し、単相電力変換装置４を構成した場合の実施例である。
【００４１】
キャパシタユニット１０３の両端の正極端子１１４，１１５と半導体モジュール１０８，１０９のＰ側端子１２６、１２７はＰ側配線１２４で接続され、キャパシタユニット１０３の両端の負極端子１１８，１１９と半導体モジュール１０８，１０９のＮ側端子１２８と１２９はＮ側配線１２５で接続される。このように、キャパシタユニットの両端の正極端子同士及び負極端子同士が配線で接続され、当該配線に半導体モジュールが接続される構成としたため、半導体モジュールのＰ側端子からキャパシタセルを介して半導体モジュールのＮ側端子に戻る電流経路の配線長が、各キャパシタセル間で均等となるため、各キャパシタセルにおける配線の寄生インダクタンスはほぼ同じになり、キャパシタセル間の電流アンバランスを低減できる。
【００４２】
本実施例では、キャパシタユニットの左右方向に正極端子１１４，１１５と負極端子１１８，１１９を設け、キャパシタユニットの下側に半導体モジュールを配置する構成としたが、半導体モジュールの接続位置に関わらず上記した効果が得られるため、半導体モジュールはキャパシタユニットの下側以外の位置に配置しても良い。
【００４３】
ここで、Ｐ側端子１２７からＰ側配線１２４を介して正極端子１１５に流れ込む電流は、キャパシタユニット１０３内を流れて、負極端子１１８からＮ側配線１２５を介してＮ側端子１２９に戻る。また、Ｐ側端子１２７からＰ側配線１２４を介して正極端子１１４に流れ込む電流は、キャパシタユニット１０３内を流れて、負極端子１１９からＮ側配線１２５を介してＮ側端子１２９に戻る。このように、Ｐ側配線１２４とＮ側配線１２５に流れる電流は逆向きとなる。そのため、Ｐ側配線１２４とＮ側配線１２５を互いに並行な平板構造にすることで、寄生インダクタンス１０５を低減可能である。
【実施例４】
【００４４】
図８は第４の実施形態における単相電力変換装置４の分解傾斜図、図９は単相電力変換装置４の傾斜図である。
【００４５】
図８では図４及び図５に示すキャパシタユニット１０３を複数個並列に接続した場合の実施例である。
【００４６】
本実施例においても、実施例３と同様に、半導体モジュールのＰ側端子からキャパシタセルを介して半導体モジュールのＮ側端子に戻る電流経路の配線長が、各キャパシタセル間で均等となるため、各キャパシタセルにおける配線の寄生インダクタンスはほぼ同じになり、キャパシタセル間の電流アンバランスを低減できる。また、Ｐ側配線１２４とＮ側配線１２５を互いに並行な平板で構成することで、寄生インダクタンス１０５を低減可能である。キャパシタユニットを複数個使用する場合にはキャパシタユニット１０３aとキャパシタユニット１０３bの正極端子と負極端子が千鳥状になるようにキャパシタユニットを配置することで、Ｐ側配線１２４とＮ側配線１２５の全体を電流が流れるため、寄生インダクタンス１０５を低減する効果が向上する。
【実施例５】
【００４７】
図１０〜図１２に、第５の実施形態を示す。図１０は、鉄道車両の駆動装置として三相電力変換装置及び三相モータ１３０を適用した場合の回路図を示している。説明しない部分の構成は、図２と同じ構成である。三相電力変換装置は、キャパシタユニット１０３と、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で構成されている。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点は三相モータ１３０への交流出力点となる。同様に、スイッチング素子Ｑ３とＱ４、スイッチング素子Ｑ５とＱ６、はそれぞれ直列に接続され、スイッチング素子の接続点は三相モータ１３０への交流出力点となる。
【００４８】
ここで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がＩＧＢＴである場合には、ダイオードＤ１〜Ｄ６をスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にそれぞれ逆並列接続する必要があり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がＭＯＳＦＥＴである場合には、ダイオードＤ１〜Ｄ６としてＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを利用することができる。
【００４９】
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２およびＱ３、Ｑ４及びＱ５、Ｑ６がそれぞれ同一のパッケージである２ｉｎ１パッケージを適用する場合、三相電力変換装置は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２（とダイオードＤ１、Ｄ２）を備える半導体モジュール１０８、及びスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４（とダイオードＤ３、Ｄ４）を備える半導体モジュール１０９、及びスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６（とダイオードＤ５、Ｄ６）を備える半導体モジュール１１０で構成される。
【００５０】
また三相電力変換装置内の寄生インダクタンスは、キャパシタユニット１０３の内部の各キャパシタセルの配線寄生インダクタンス１０４a、１０４bと、キャパシタユニット１０３と半導体モジュール１０８、１０９間の配線の寄生インダクタンス１０５と、半導体モジュール１０８、１０９、１１０の内部配線の寄生インダクタンス１０６a、１０６b、１０６cが存在する。
【００５１】
図１１は第５の実施形態における三相電力変換装置の分解傾斜図、図１２は三相電力変換装置の傾斜図である。言及しない部分の構成は、図６及び図７と同様の構成である。
【００５２】
図１１と図１２は、図４及び図５に示したキャパシタユニット１０３と半導体モジュール１０８、１０９、１１０をＰ側配線１２４とＮ側配線１２５で接続し、三相電力変換装置を構成した例を示している。
【００５３】
本実施例のように、三相電力変換装置を構成する３つの半導体モジュールをＰ側配線１２４とＮ側配線１２５に接続した場合であっても、半導体モジュールのＰ側端子１２６，１２７，１３１から、キャパシタユニットを介して半導体モジュールのＮ側端子１２８，１２９，１３２へ戻る電流経路の配線長は、各キャパシタセルの間でほぼ均一となるため、各キャパシタセルにおける配線の寄生インダクタンスはほぼ同じになり、キャパシタセル間の電流アンバランスを低減できる。
【００５４】
また、図６，７に示した実施例３と同様に、Ｐ側配線１２４とＮ側配線１２５に流れる電流は逆向きとなるため、Ｐ側配線１２４とＮ側配線１２５を互いに並行な平板で構成することで、寄生インダクタンス１０５を低減可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  電力変換装置
２  架線
３  レール
１１  サージ電圧
Ｑ１〜Ｑ６  スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード
１０１  直流電源
１０２  キャパシタセル
１０２a  キャパシタセル
１０２b  キャパシタセル
１０３  キャパシタユニット
１０３a  キャパシタユニット
１０３b  キャパシタユニット
１０４a  寄生インダクタンス
１０４b  寄生インダクタンス
１０５  寄生インダクタンス
１０６a  寄生インダクタンス
１０６b  寄生インダクタンス
１０８〜１１０  半導体モジュール
１１１  単相モータ
１１２a  キャパシタセル正端子
１１２b  キャパシタセル正端子
１１３a  キャパシタセル負端子
１１３b  キャパシタセル負端子
１１４〜１１５  正極端子
１１８〜１１９  負極端子
１２０〜１２３  配線
１２４  Ｐ側配線
１２５  Ｎ側配線
１２６，１２７，１３１  Ｐ側端子
１２８，１２９，１３２  Ｎ側端子
１３０  三相モータ
【図１】
0006368634.tif 000002
【図２】
0006368634.tif 000003
【図３】
0006368634.tif 000004
【図４】
0006368634.tif 000005
【図５】
0006368634.tif 000006
【図６】
0006368634.tif 000007
【図７】
0006368634.tif 000008
【図８】
0006368634.tif 000009
【図９】
0006368634.tif 000010
【図１０】
0006368634.tif 000011
【図１１】
0006368634.tif 000012
【図１２】
0006368634.tif 000013