(57)【要約】直流電源の正負端子間にスイッチング半導体素子（１）（２）の直列回路を接続し、該直列回路の直列接続点より交流出力端子を導出し、該直列回路を電力変換装置の１相分とし、すべてのスイッチング半導体素子を冷却器（１１）の同一平面上に配置し、冷却器の冷却部を複数のフィンで構成し、フィンの間を流れる冷媒によってスイッチング半導体素子を冷却する車両用の電力変換装置において、冷媒の流れる方向に対して、スイッチング半導体素子の長手方向が垂直になるようにスイッチング半導体素子を冷却器上に配設した。冷却効率が高く、小型、低コストの電力変換装置を得ることができる。
2008001413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源の正電位側と負電位側との間に、スイッチング半導体素子から成る正側半導体スイッチングアームと負側半導体スイッチングアームの直列回路を接続し、上記２組の半導体スイッチングアームの直列接続点より出力端子を導出し、上記正側半導体スイッチングアームの陽極を直流電圧源の正電位側に接続し、上記負側半導体スイッチングアームの陰極を直流電圧源の負電位側に接続し、上記２組の半導体スイッチングアームの直列回路を電力変換装置の１相分とし、上記半導体スイッチングアームを構成する全てのスイッチング半導体素子は冷却器の同一平面上に配置され、冷却器の冷却部は複数のフィンで構成され、フィンの間を流れる冷媒によってスイッチング半導体素子が冷却されるようにした車両用の電力変換装置であって、冷媒の流れる方向に対して上記半導体スイッチングアームの長手方向が垂直になるように、上記スイッチング半導体素子を冷却器の同一平面上に配設したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
直流電圧源の正電位側と負電位側との間に、スイッチング半導体素子から成る正側半導体スイッチングアームと、整流半導体素子から成る負側半導体整流アームの直列回路を接続し、上記半導体スイッチングアームと上記半導体整流アームの直列接続点より出力端子を導出し、上記半導体スイッチングアームの陽極を直流電圧源の正電位側に接続し、上記半導体整流アームの陽極を直流電圧源の負電位側に接続し、上記直列回路を電力変換装置の１相分とし、上記半導体スイッチングアームおよび上記半導体整流アームを構成するすべての半導体素子は冷却器の同一平面上に配置され、冷却器の冷却部は複数のフィンで構成され、フィンの間を流れる冷媒によって半導体素子が冷却されるようにした車両用の電力変換装置であって、冷媒の流れる方向に対して上記半導体スイッチングアームおよび半導体整流アームの長手方向が垂直になるように、上記半導体素子を冷却器の同一平面上に配設したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
直流電圧源の正電位側と負電位側との間に、整流半導体素子から成る正側半導体整流アームとスイッチング半導体素子から成る負側半導体スイッチングアームの直列回路を接続し、上記半導体整流アームと上記半導体スイッチングアームの直列接続点より出力端子を導出し、上記半導体整流アームの陰極を直流電圧源の正電位側に接続し、上記半導体スイッチングアームの陰極を直流電圧源の負電位側に接続し、上記直列回路を電力変換装置の１相分とし、上記半導体整流アームおよび上記半導体スイッチングアームを構成するすべての半導体素子は冷却器の同一平面上に配置され、冷却器の冷却部は複数のフィンで構成され、フィンの間を流れる冷媒によって上記半導体素子が冷却される車両用の電力変換装置であって、冷媒の流れる方向に対して上記半導体整流アームおよび半導体スイッチングアームの長手方向が垂直になるように、上記半導体素子を冷却器の同一平面上に配設したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
一方（正側）の半導体スイッチングアームを構成するスイッチング半導体素子の陽極と直流電圧源の正電位側を結ぶ配線は、電力変換装置を構成するすべての相に対し共通の１枚の第１の平板導体を用い、他方（負側）の半導体スイッチングアームを構成するスイッチング半導体素子の陰極と直流電圧源の負電位側を結ぶ配線は、電力変換装置を構成するすべての相に対し共通の１枚の第２の平板導体を用い、直列回路を形成する上記一方（正側）のスイッチング半導体素子の陰極と他方（負側）のスイッチング半導体素子の陽極を接続する配線には、各相ごとに第３の平板導体を用い、上記第１〜第３の平板導体は積層した平行平板とし、上記第３の平板導体は、上記陰極側が出力端子と接続された一方（正側）のスイッチング半導体素子の陽極をまたいで、また陽極側が出力端子と接続された他方（負側）のスイッチング半導体素子の陰極をまたいで出力端子に接続されるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
一方（正側）の半導体スイッチングアームを構成するスイッチング半導体素子の陽極と直流電圧源の正電位側を結ぶ配線は、電力変換装置を構成するすべての相に対し共通の１枚の第１の平板導体を用い、他方（負側）の半導体整流アームを構成する整流半導体素子の陽極と直流電圧源の負電位側を結ぶ配線は、電力変換装置を構成するすべての相に対し共通の１枚の第２の平板導体を用い、直列回路を形成する上記スイッチング半導体素子の陰極と整流半導体素子の陰極を接続する配線には、各相ごとに第３の平板導体を用い、上記第１〜第３の平板導体は積層した平行平板とし、上記第３の平板導体は、上記陰極側が出力端子と接続されたスイッチング半導体素子の陽極をまたいで、また陰極側が出力端子と接続された上記整流半導体素子の陽極をまたいで出力端子に接続されるように配置したことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
一方（正側）の半導体整流アームを構成する整流半導体素子の陰極と直流電圧源の正電位側を結ぶ配線は、電力変換装置を構成するすべての相に対し共通の１枚の第１の平板導体を用い、他方（負側）の半導体スイッチングアームを構成するスイッチング半導体素子の陰極と直流電圧源の負電位側を結ぶ配線は、電力変換装置を構成するすべての相に対し共通の１枚の第２の平板導体を用い、直列回路を形成する上記整流半導体素子の陽極と上記スイッチング半導体素子の陽極を接続する配線には、各相ごとに第３の平板導体を用い、
上記第１〜第３の平板導体は積層した平行平板とし、上記第３の平板導体は、陽極側が出力端子と接続された上記整流半導体素子の陰極をまたいで、また陽極側が出力端子と接続された上記スイッチング半導体素子の陰極をまたいで出力端子に接続されるように配置したことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道等の車両用の電力変換装置に関し、特に、電力変換装置の各相アームを構成する半導体素子を冷却器の同一平面上に配置して、半導体素子の冷却効率を高めると共に、配線インダクタンスを低減するようにした電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用電力変換装置としては、例えば、特開２００１−２３８４６８号公報（特許文献１という。）に示されるように、一つのヒートブロックに、電気車走行方向にわたり、各相ごとにユニット化した複数の半導体ユニットを取付けねじにより取り付け、冷却効率の向上と回路インダクタンスの低減を図ったものがある。
また、電力変換器の主回路配線におけるインダクタンスの低減、絶縁の信頼性の向上、取り扱い性の向上を図ったものとして、特開２００１−８６７３１号公報（特許文献２という。）に示されるものがある。【０００３】
このような特許文献１、２に示される車両用電力変換装置においては、電力変換装置の正側アームおよび負側アームを構成するＩＧＢＴモジュールは、車両走行方向に対してＩＧＢＴモジュールの短辺が垂直になるように冷却器上に配置されており、車両が走行し、移動することにより冷却器の放熱部へ風が流れ、その風が冷却風となって放熱部にあたり冷却器が冷やされる構成となっている。【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３８４６８号公報（図１）
【特許文献２】特開２００１−８６７３１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらこのような従来の電力変換装置においては、正側および負側アームを構成するＩＧＢＴモジュールの短辺が、冷却風の流れ（すなわち車両の走行方向）と垂直の関係に配置されているため、冷却風に対し風上から風下までの長さが長く、風上のＩＧＢＴモジュールと風下のＩＧＢＴモジュールの温度差が大きくなる。また、各ＩＧＢＴモジュールの冷却風にあたる面積も小さいため、冷却の効率が悪い。このため、車両の走行により発生する風を冷却風として有効に使うことができず、風下のＩＧＢＴモジュールを十分に冷却するためには、冷却性能を高く設定しなければならず、放熱部の大きな、あるいは効率の高い冷却器が必要となり、装置の大型化を招くとともに、装置の高コスト化を招くという問題点があった。【０００６】
この発明は、このような従来装置の問題点を解決するためになされたもので、正側アームおよび負側アームを構成する半導体素子モジュールの冷却風を受ける面積を大きく確保するとともに、風上側と風下側の半導体素子モジュールの温度差を小さくすることができ、
冷却器の放熱部を小さくすることができて、装置の小型化や、低コスト化を可能にした電力変換装置を提供することを目的とする。【０００７】
また、半導体素子モジュールの配置状態に適した配線構造により、回路のインダクタンスを低減し、装置の小型化や、低コスト化ができるようにした電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる電力変換装置は、直流電圧源の正電位側と負電位側との間に、スイッチング半導体素子から成る正側半導体スイッチングアームと負側半導体スイッチングアームの直列回路を接続し、上記２組の半導体スイッチングアームの直列接続点より出力端子を導出し、正側半導体スイッチングアームの陽極を直流電圧源の正電位側に接続し、負側半導体スイッチングアームの陰極を直流電圧源の負電位側に接続し、上記２組の半導体スイッチングアームの直列回路を電力変換装置の１相分とし、半導体スイッチングアームを構成する全てのスイッチング半導体素子は冷却器の同一平面上に配置され、冷却器の冷却部は複数のフィンで構成され、フィンの間を流れる冷媒によってスイッチング半導体素子が冷却されるようにした車両用の電力変換装置であって、冷媒の流れる方向に対して半導体スイッチングアームの長手方向が垂直になるように、上記スイッチング半導体素子を冷却器の同一平面上に配設したものである。【０００９】
また、上記のように構成された電力変換装置において、一方（正側）の半導体スイッチングアームを構成するスイッチング半導体素子の陽極と直流電圧源の正電位側を結ぶ配線は、電力変換装置を構成するすべての相に対し共通の１枚の第１の平板導体を用い、他方（負側）の半導体スイッチングアームを構成するスイッチング半導体素子の陰極と直流電圧源の負電位側を結ぶ配線は、電力変換装置を構成するすべての相に対し共通の１枚の第２の平板導体を用い、直列回路を形成する一方（正側）のスイッチング半導体素子の陰極と他方（負側）のスイッチング半導体素子の陽極を接続する配線には、各相ごとに第３の平板導体を用い、第１〜第３の平板導体は積層した平行平板とし、第３の平板導体は、陰極側が出力端子と接続された一方（正側）のスイッチング半導体素子の陽極をまたいで、また陽極側が出力端子と接続された他方（負側）のスイッチング半導体素子の陰極をまたいで出力端子に接続されるように配置したものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の電力変換装置によれば、冷却器の放熱部を小型にでき、冷却器の価格を低く抑えることができる。
また、回路のインダクタンスを小さくできることから、スナバ回路が不要となり、部品を削減でき、装置の信頼性を高くするとともに装置の小型化ができ、かつ部品が少ないことによって装置の価格を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１における電力変換装置の概略回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるスイッチング半導体素子の冷却器上における配置構成を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２における電力変換装置の概略回路構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２における半導体素子の冷却器上における配置構成を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３における電力変換装置の概略回路構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３における半導体素子の冷却器上における配置構成を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１の電力変換装置における冷却器の変形例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４の電力変換装置における正側・負側アームの半導体素子の配列図および平板導体による配線回路図である。
【図９】この発明の実施の形態４の電力変換装置における正側半導体素子と負側半導体素子とを接続する平板導体の配線構造図である。
【図１０】この発明の実施の形態４の電力変換装置における正側半導体素子と電源の正電位側との配線構造図である。
【図１１】この発明の実施の形態４の電力変換装置における負側半導体素子と電源の負電位側との配線構造図である。
【図１２】この発明の実施の形態４の電力変換装置における平板導体の積層構造を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４の電力変換装置における電流経路と配線インダクタンスの関係を説明する図である。
【図１４】従来装置における配線経路と配線インダクタンスの説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態４の電力変換装置における配線経路と配線インダクタンスの説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態５の電力変換装置における正側半導体素子と負側半導体素子とを接続する平板導体の配線構造図および配線回路図である。
【図１７】この発明の実施の形態６の電力変換装置における正側半導体素子と負側半導体素子とを接続する平板導体の配線構造図および配線回路図である。
【符号の説明】
【００１２】
１、２、３、４、５、６はＩＧＢＴモジュール、７、８、９は交流出力端子、１０は直流電圧源、Ｐは直流電圧源の正極端子、Ｎは直流電圧源の負極端子、１１、１５、１９、２０は冷却器、１２はＩＧＢＴモジュール、１３はダイオードモジュール、１４、１８は交流出力端子、２１、２２、２３は第３の平板導体、２４は第１の平板導体、２５は第２の平板導体、２６、２７は第３の平板導体、２８は第１の平板導体、２９は第２の平板導体、ＣはＩＧＢＴモジュールのコレクタ端子、ＥはＩＧＢＴモジュールのエミッタ端子、Ａはダイオードモジュールの陽極端子、Ｋはダイオードモジュールの陰極端子、ＡＣは交流出力端子である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１の電力変換装置について、図１、図２を参照して説明する。
図１は、３相電力変換装置の主回路構成図であり、図において、１〜６は、例えばＩＧＢＴモジュールのような半導体スイッチング素子モジュール（以下単にスイッチング半導体素子ともいう。）であり、ＩＧＢＴモジュール１、３、５は電力変換装置の正側半導体スイッチングアームを構成し、ＩＧＢＴモジュール２、４、６は負側半導体スイッチングアームを構成している。
すなわち、ＩＧＢＴ１、３、５の各コレクタ端子Ｃが直流電源（フィルタコンデンサともいう。）１０の正極端子Ｐに接続され、ＩＧＢＴモジュール２、４、６の各エミッタ端子Ｅが直流電源１０の負極端子Ｎに接続され、ＩＧＢＴ１のエミッタ端子ＥとＩＧＢＴ２のコレクタ端子Ｃが直列接続され、この直列接続点から交流出力端子７を取り出している。
同様に、ＩＧＢＴ３のエミッタ端子ＥとＩＧＢＴ４のコレクタ端子Ｃが直列接続され、また、ＩＧＢＴ５のエミッタ端子ＥとＩＧＢＴ６のコレクタ端子Ｃが直列接続され、夫々の直列接続点から、交流出力端子８、９を取り出している。
なお、鉄道車両用のような大容量の電力変換装置においては、通常１つのスイッチング半導体素子（ＩＧＢＴモジュール）内には、例えば、３つのＩＧＢＴが並列接続されており、１つのスイッチング半導体素子（ＩＧＢＴモジュール）は、３組のコレクタ端子とエミッタ端子を有している。【００１４】
図２は、図１のＩＧＢＴモジュール１〜６を冷却器１１の同一平面上に配設した状態を示す配置構成図で、図２（ａ）はＩＧＢＴモジュール搭載面から見た図、図２（ｂ）は冷却器の側面からみた図である。
図２に示すように、実施の形態１の電力変換装置においては、正側および負側の半導体スイッチングアームを構成する全てのＩＧＢＴモジュール１〜６を冷却器１１の同一平面上に配設する場合に、冷却風の方向Ｘ（即ち、車両の進行方向）に対して、ＩＧＢＴモジュール１〜６の長辺側が垂直になるように配置したものである。【００１５】
このように、配置構成された実施の形態１の電力変換装置によれば、ＩＧＢＴモジュール１〜６の長辺側が冷却風の方向（矢印Ｘ）に対し垂直に配置されているため、各ＩＧＢＴモジュール１〜６の冷却風を受ける面積が大きくでき、かつ、風上から風下の方向はＩＧＢＴモジュールの短辺側になっているので、風上から風下までの距離が短くでき、風上側と風下側のＩＧＢＴモジュールの温度差を小さくすることができ、効率よくＩＧＢＴモジュールを冷却することが可能となる。したがって、冷却器１１の放熱部を小さくすることができ、冷却器の小型化が実現でき、冷却器が小さくなる分、コスト低減が可能となる。【００１６】
なお、図７は、冷却器として格子型のフィンを用いたヒートシンク型の冷却器２０を用いた場合のＩＧＢＴモジュール１〜６の配置構成を示すもので、このような冷却器２０を使用しても上記と同様の効果が達成されることは言うまでも無い。すなわち、冷却器は複数のフィンを有し、冷却風の方向に対してＩＧＢＴモジュールの長辺側を垂直に配置するものであれば、どのようなものでもよい。【００１７】
実施の形態２
図３、図４はこの発明の実施の形態２の電力変換装置を示すもので、図３は電力変換装置の主回路構成図、図４は図３の半導体素子モジュールを冷却器に配設した状態を示す配置構成図で、図４（ａ）は半導体素子モジュール搭載面から見た図、図４（ｂ）は冷却器の側面からみた図である。
図３、図４において、１２は実施の形態１と同様のＩＧＢＴモジュールで、電力変換装置の正側半導体スイッチングアームを構成し、コレクタ端子Ｃが直流電源１０の正極端子Ｐに接続されている。１３はダイオードモジュール（整流半導体素子ともいう。）で、電力変換装置の負側半導体整流アームを構成し、陽極端子Ａが直流電源１０の負極端子Ｎに接続され、ＩＧＢＴモジュール１２のエミッタ端子Ｅとダイオードモジュール１３の陰極端子Ｋが直列接続され、この直列接続点から出力端子１４を取り出している。【００１８】
図４に示されるように、ＩＧＢＴモジュール１２およびダイオードモジュール１３は、冷却器１５の同一平面上に、ＩＧＢＴモジュール１２およびダイオードモジュール１３の長辺側が冷却風の方向（即ち、車両の進行方向）に対して、垂直になるように配置されている。
即ち、この実施の形態２において上記実施の形態１と異なる点は、電力変換装置の主回路構成が異なるのみであり、このような実施の形態２の主回路構成であっても、冷却器１５の同一平面上に、冷却風の方向に対し、ＩＧＢＴモジュール１２の長辺側およびダイオードモジュール１３の長辺側が垂直になるように配置することによって、実施の形態１と同様の効果を得る事ができるものである。【００１９】
すなわち、冷却風の方向に対し、ＩＧＢＴモジュール１２の長辺側およびダイオードモジュール１３の長辺側が垂直に配置されているため、ＩＧＢＴモジュール１２とダイオードモジュール１３の冷却風を受ける面積が大きくでき、かつ、風上から風下の方向はＩＧＢＴモジュールおよびダイオードモジュールの短辺側になっているので、風上から風下までの距離が短くでき、効率よく冷却することが可能となる。したがって、冷却器の放熱部を小さくすることができ、冷却器の小型化が実現でき、冷却器が小さくなる分、コスト低減が可能となる。【００２０】
実施の形態３．
図５、図６はこの発明の実施の形態３の電力変換装置を示すもので、図５は電力変換装置の主回路構成図、図６は図５の半導体素子モジュールを冷却器に配設した状態を示す配置構成図で、図６（ａ）は半導体素子モジュール搭載面から見た図、図６（ｂ）は冷却器の側面からみた図である。
図５、図６において、１２は実施の形態２と同様のＩＧＢＴモジュールで、電力変換装置の負側半導体スイッチングアームを構成し、エミッタ端子Ｅが直流電源１０の負極端子Ｎに接続されている。１３はダイオードモジュール（整流半導体素子ともいう。）で、電力変換装置の正側半導体整流アームを構成し、陰極端子Ｋが直流電源１０の正極端子Ｐに接続され、ＩＧＢＴモジュール１２のコレクタ端子Ｃとダイオードモジュール１３の陽極端子Ａが直列接続され、この直列接続点ＡＣから出力端子１８を取り出している。【００２１】
図６に示されるように、ＩＧＢＴモジュール１２およびダイオードモジュール１３は、冷却器１９の同一平面上に、ＩＧＢＴモジュールおよびダイオードモジュールの長辺側が
冷却風の方向（即ち、車両の進行方向）に対して、垂直になるように配置されている。
即ち、この実施の形態３が実施の形態２と異なるところは、ＩＧＢＴモジュール１２と
ダイオードモジュール１３の接続関係が、上下反対の関係、すなわち、ダイオードモジュール１３が正側半導体整流アームとなり、ＩＧＢＴモジュール１２が負側半導体スイッチングアームとなっただけであり、このような実施の形態３によっても実施の形態２と全く同一の効果が得られるものである。【００２２】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４について、図８〜図１５を参照して説明する。なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
この実施の形態４の発明は、上述した実施の形態１の電力変換装置に用いられる配線構造に関わるものであり、回路の配線インダクタンスの低減を図ったものである。【００２３】
図８は、実施の形態４の電力変換装置における正側および負側のＩＧＢＴモジュールの配列図（図８（ａ））、および平板導体による配線回路図（図８（ｂ））を示すものである。
図８において、ＩＧＢＴモジュール１〜６は、それぞれ３つのコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅを有するＩＧＢＴモジュール（スイッチング半導体素子ともいう。）であり、図８（ｂ）に示すように、ＩＧＢＴモジュール１、３、５は電力変換装置の正側半導体スイッチングアームを構成し、ＩＧＢＴモジュール２、４、６が負側半導体スイッチングアームを構成する。後述するように、ＩＧＢＴモジュール１、３、５はそれぞれのコレクタ端子Ｃが各相共通の１枚の第１の平板ブスバー（第１の平板導体ともいう）２４によって直流電圧源となるフィルタコンデンサ１０の正極端子Ｐに接続され、同様に、ＩＧＢＴモジュール２、４、６のエミッタ端子Ｅが各相共通の１枚の第２の平板ブスバー（第２の平板導体ともいう）２５によってフィルタコンデンサ１０の負極端子Ｎに接続される。【００２４】
また、ＩＧＢＴモジュール１のエミッタ端子ＥとＩＧＢＴモジュール２のコレクタ端子Ｃとは第３の平板ブスバー（第３の平板導体ともいう）２１によって接続され、この第３の平板ブスバー２１はＵ相の交流出力端子７に接続される。また、ＩＧＢＴモジュール３のエミッタ端子ＥとＩＧＢＴモジュール４のコレクタ端子Ｃとは第３の平板ブスバー２２によって接続され、この第３の平板ブスバー２２はＶ相の交流出力端子８に接続される。同様に、ＩＧＢＴモジュール５のエミッタ端子ＥとＩＧＢＴモジュール６のコレクタ端子Ｃとは第３の平板ブスバー２３によって接続され、この第３の平板ブスバー２３はＷ相の交流出力端子９に接続される。【００２５】
図９は、上述のＩＧＢＴモジュール１〜６と第３の平板ブスバー２１、２２、２３との接続構造を示す図であり、第３の平板ブスバー２１は、ＩＧＢＴモジュール１の３つのエミッタ端子ＥとＩＧＢＴモジュール２の３つのコレクタ端子Ｃに接続され、ＩＧＢＴモジュール１のコレクタ端子Ｃ、およびＩＧＢＴモジュール２のエミッタ端子Ｅの部分とは
接触しないように、穴をあけ空間を作った構造としている。
すなわち、第３の平板ブスバー２１は、ＩＧＢＴモジュール１のＥ端子とＩＧＢＴモジュール２のＣ端子とを接続し、ＩＧＢＴモジュール１のＣ端子およびＩＧＢＴモジュール２のＥ端子とは接続されないよう、これらＣ端子、Ｅ端子をまたいだ状態で出力端子７と接続されるように配設されている。【００２６】
同様に、第３の平板ブスバー２２はＩＧＢＴモジュール３の３つのエミッタ端子ＥとＩＧＢＴモジュール４の３つのコレクタ端子Ｃに接続され、ＩＧＢＴモジュール３のコレクタ端子Ｃ、およびＩＧＢＴモジュール４のエミッタ端子Ｅの部分と接触しないように、穴をあけ空間を作った構造としている。
すなわち、第３の平板ブスバー２２は、ＩＧＢＴモジュール３のＥ端子とＩＧＢＴモジュール４のＣ端子とを接続し、ＩＧＢＴモジュール３のＣ端子およびＩＧＢＴモジュール４のＥ端子とは接続されないよう、これらＣ端子、Ｅ端子をまたいだ状態で出力端子８と接続されるように配設されている。【００２７】
第３の平板ブスバー２３もまた、ＩＧＢＴモジュール５の３つのエミッタ端子ＥとＩＧＢＴモジュール６の３つのコレクタ端子Ｃに接続され、ＩＧＢＴモジュール５のコレクタ端子Ｃ、およびＩＧＢＴモジュール６のエミッタ端子Ｅの部分と接触しないように穴をあけ空間を作った構造としている。
すなわち、第３の平板ブスバー２３は、ＩＧＢＴモジュール５のＥ端子とＩＧＢＴモジュール６のＣ端子とを接続し、ＩＧＢＴモジュール５のＣ端子およびＩＧＢＴモジュール６のＥ端子とは接続されないよう、これらＣ端子、Ｅ端子をまたいだ状態で出力端子８と接続されるように配設されている。【００２８】
図１０は、図８（ｂ）に示される、直流電圧源であるフィルタコンデンサ１０の正極端子Ｐと、ＩＧＢＴモジュール１、３、５それぞれのコレクタ端子Ｃとを接続する第１の平板ブスバー２４の配線構造図である。
図１０に示されるように、第１の平板ブスバー２４は、ＩＧＢＴモジュール１、３、５それぞれの３つのコレクタ端子Ｃをすべて共通に接続し、フィルタコンデンサ１０の正極端子Ｐへ接続するように構成している。
また、ＩＧＢＴモジュール１、３、５のそれぞれのエミッタ端子Ｅと第１の平板ブスバー２４とが接触しないように、穴をあけ空間を作った構造としている。【００２９】
図１１は、図８（ｂ）に示される、フィルタコンデンサ１０の負極端子Ｎと、ＩＧＢＴモジュール２、４、６それぞれのエミッタ端子Ｅとを接続する第２の平板ブスバー２５の配線構造を示す図であり、第２の平板ブスバー２５は、ＩＧＢＴモジュール２、４、６それぞれの３つのエミッタ端子Ｅをすべて共通に接続し、フィルタコンデンサ１０の負極端子Ｎへ接続するように構成している。
また、ＩＧＢＴモジュール２、４、６それぞれのコレクタ端子Ｃと第２の平板ブスバー２５とが接触しないように、穴をあけ空間を作った構造としている。【００３０】
なお、上述の第３の平板ブスバー２１（あるいは２２、２３）と第１の平板ブスバー２４および第２の平板ブスバー２５の配置関係は、図１２に示すように、それぞれ互いに重ね合わせた積層構造の平行平板となるように配設されている。
ＩＧＢＴの端子に、例えばねじ止めして、第１〜第３の平板導体を接続する。平板導体と端子との接続にあたっては、必要であれば、平板導体を折り曲げる、出っ張りをつける、カラーをつける等の処置を行う。ＩＧＢＴの端子といずれかの平板導体の接続箇所付近では、他の平板導体と端子とが接続しないように、前述したように他の平板導体に穴を設ける。図１２では、間隔をおいて平板導体を配置したが、絶縁材を挟んで平板導体を積層したものを使用してもよい。また、ＩＧＢＴモジュール１〜６から近い側から、第２の平板導体２５、第１の平板導体２４、第３の平板導体２１〜２３としたが、平板導体の順番を入れ替えてもよい。【００３１】
次に、この実施の形態４の特徴である主回路配線インダクタンスの低減作用について、図１３を用いて説明する。
主回路配線インダクタンスの大きさは、配線の長さ、及び、電流が流れ右ねじの法則によって発生する磁界の大きさによって影響される。したがって、主回路配線インダクタンスを小さくするためには、（１）配線長さを短くする、（２）電流が流れることによって発生する磁界を小さくする、ことが必要となる。【００３２】
図１３（ａ）は、電流方向と発生磁界の関係について説明するものである。
図１３（ａ）において、電流Iが流れるループにおいて電流Ｉ１と電流Ｉ２を往復させるように配置した場合、電流Ｉ１により発生する磁界ΦＩ１の方向と、電流Ｉ２により発生する磁界ΦＩ２の方向とは反対の関係となる。したがって、互いに磁界を打ち消しあうことにより、インダクタンスは減少する。【００３３】
図１３（ｃ）は、たとえばＵ相の電流経路を説明する図であり、フィルタコンデンサ１０の正極端子Ｐから出力される電流は、Ｐ端子→第１の平板ブスバー２４→電流Ｉ１→正側アームＩＧＢＴモジュール１のＣ端子→Ｅ端子→第３の平板ブスバー２１→電流Ｉ２→Ｕ端子を経由して流れる。また、Ｕ端子から戻る電流は、Ｕ端子→第３の平板ブスバー２１→電流Ｉ３→負側アームのＩＧＢＴモジュール２のＣ端子→Ｅ端子→電流Ｉ４→第２の平板ブスバー２５→フィルタコンデンサ１０の負極端子Ｎを経由して流れる。【００３４】
図１３（ｂ）は図９〜図１１に示す平板ブスバー２１、２４、２５の接続経路の状態を図示したもので、上記の電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の電流の経路を示したものである。
図１３（ｂ）から明らかなように、電流Ｉ１とＩ２、また電流Ｉ３とＩ４はそれぞれ往復するように流れる。すなわち、図９〜図１１に示すように平板ブスバーを構成することによって、流れる電流を往復させることができ、これによって図１３（ａ）で説明したように、配線のインダクタンスを低減することができるものである。【００３５】
さらに、この発明の実施の形態４の電力変換装置と従来装置との配線インダクタンスの比較を図１４、図１５によって説明する。
図１４は従来装置における配線経路と配線のインダクタンスを図示したものである。
従来装置においては、フィルタコンデンサ１０とＵ相、フィルタコンデンサ１０とＶ相、フィルタコンデンサ１０とＷ相が、それぞれ各相ごとに分割されて接続されるように構成されている。このため、フィルタコンデンサ１０のＰ（正側）端子からＵ相上側（正側）アームのＩＧＢＴのＣ端子、フィルタコンデンサ１０のＰ端子からＶ相上側アームのＩＧＢＴのＣ端子、フィルタコンデンサ１０のＰ端子からＷ相上側アームのＩＧＢＴのＣ端子の間のそれぞれの配線にインダクタンスＬｐが存在する。
また、フィルタコンデンサ１０のＮ（負側）端子からＵ相下側（負側）アームのＩＧＢＴのＥ端子、フィルタコンデンサ１０のＮ端子からＶ相下側アームのＩＧＢＴのＥ端子、フィルタコンデンサ１０のＮ端子からＷ相下側アームのＩＧＢＴのＥ端子の間のそれぞれの配線にインダクタンスＬｎが存在する。
このとき、ＩＧＢＴのスイッチング時に発生するスイッチングサージ電圧は、（Ｌｐ＋Ｌｎ）×ＩＧＢＴのスイッチングｄｉ／ｄｔの関係で表される。【００３６】
一方、実施の形態４における配線の状態は、図１５に示されるように、フィルタコンデンサ１０のＰ（正側）端子から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各上側（正側）アームのＩＧＢＴモジュールのＣ端子を一まとめにして接続し、フィルタコンデンサ１０のＮ（負側）端子から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各下側（負側）アームのＩＧＢＴモジュールのＥ端子を一まとめにして接続しているため、フィルタコンデンサのＰ端子から上側アームのＩＧＢＴモジュールのＣ端子間の配線のインダクタンスは、Ｕ相とＶ相とＷ相の配線インダクタンスが並列に接続された形となり、図１４の従来例と比較し、そのインダクタンスは従来例のインダクタンスＬｐの１／３となる。フィルタコンデンサのＮ側端子とＵ、Ｖ、Ｗ各相間の配線のインダクタンスについても同様、従来例のインダクタンスＬｎの１／３となる。【００３７】
以上のように、この発明の実施の形態４の電力変換装置によれば、配線のインダクタンスを小さく構成でき、通常必要となるＩＧＢＴのスイッチングサージ電圧を抑制するスナバ回路が不要となり、部品数が削減され、装置の小型化はもとより低コスト化を図ることができる。【００３８】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５を図１６に示す。この実施の形態５の発明は、上述した実施の形態２の電力変換装置に用いられる配線構造に関わるものであり、回路の配線インダクタンスの低減を図ったものである。
図１６（ａ）は電力変換装置における正側および負側半導体素子の配列と配線構造を示す図、図１６（ｂ）は平板ブスバーによる配線回路図を示す。
図１６において、１２は、３つのコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅを有するＩＧＢＴモジュールで、電力変換装置の正側半導体スイッチングアームを構成し、コレクタ端子Ｃが直流電源１０の正極端子Ｐに接続される。
１３は、陽極端子Ａと陰極端子Ｋを有するダイオードモジュール（整流半導体素子ともいう。）で、電力変換装置の負側半導体整流アームを構成し、陽極端子Ａが直流電源１０の負極端子Ｎに接続され、ＩＧＢＴモジュール１２のエミッタ端子Ｅとダイオードモジュール１３の陰極端子Ｋが直列接続され、この直列接続点から出力端子１４を取り出している。
なお、図１６は電力変換装置の１相分の出力アームの構成を示すものであって、例えば、３相電力変換装置の場合は、３つの出力アームが直流電源１０の正負端子間に接続されることはいうまでもない。【００３９】
ここで、前述の実施の形態４と同様に、ＩＧＢＴモジュール１２は、コレクタ端子Ｃが１枚の第１の平板ブスバー（第１の平板導体ともいう）２８によって直流電源１０の正極端子Ｐに接続され、ダイオードモジュール１３の陽極端子Ａが１枚の第２の平板ブスバー（第２の平板導体ともいう）２９によって直流電源１０の負極端子Ｎに接続される。
また、ＩＧＢＴモジュール１２のエミッタ端子Ｅとダイオードモジュール１３の陰極端子Ｋが、第３の平板ブスバー（第３の平板導体ともいう）２６によって接続され、この第３の平板ブスバー２６は出力端子１４に接続される。【００４０】
図１６（ａ）に示すように、第３の平板ブスバー２６は、ＩＧＢＴモジュール１２の３つのエミッタ端子Ｅとダイオードモジュール１３の２つの陰極端子Ｋに接続され、ＩＧＢＴモジュール１２のコレクタ端子Ｃ、およびダイオードモジュール１３の陽極端子Ａの部分と接触しないように、穴をあけ空間を作った構造としている。
すなわち、第３の平板ブスバー２６は、ＩＧＢＴモジュール１２のＥ端子とダイオードモジュール１３の陰極端子Ｋとを接続し、ＩＧＢＴモジュール１２のＣ端子およびダイオードモジュール１３の陽極端子Ａとは接続されないよう、これらＣ端子、Ａ端子をまたいだ状態で出力端子１４と接続されるように配設されている。【００４１】
すなわち、この実施の形態５において実施の形態４と相違するところは、電力変換装置の主回路構成が異なるのみであり、このような実施の形態５の主回路構成であっても、上記のように、実施の形態４と同様の平板導体による配線構造とすることによって、実施の形態４と同一の効果を得る事ができるものである。【００４２】
実施の形態６．
図１７はこの発明の実施の形態６を示すもので、図１７（ａ）は電力変換装置における正側および負側半導体素子の配列と配線構造を示す図、図１７（ｂ）は平板ブスバーによる配線回路図を示す。
この実施の形態６の発明は、上述した実施の形態３の電力変換装置に用いられる配線構造に関わるものであり、この実施の形態６が実施の形態５と異なるところは、ＩＧＢＴモジュール１２とダイオードモジュール１３の接続関係が、上下（正負）反対の関係、すなわち、ダイオードモジュール１３が正側半導体整流アームとなり、ＩＧＢＴモジュール１２が負側半導体スイッチングアームとなっただけであり、その他の構成は実施の形態５と全く同一のものである。【００４３】
すなわち、ダイオードモジュール１３の陰極端子Ｋが１枚の第１の平板ブスバー２８によって直流電源１０の正極端子Ｐに接続され、ＩＧＢＴモジュール１２のエミッタ端子Ｅが１枚の第２の平板ブスバー２９によって直流電源１０の負極端子Ｎに接続される。
また、ダイオードモジュール１３の陽極端子ＡとＩＧＢＴモジュール１２のコレクタ端子Ｃとが第３の平板ブスバー２７によって接続され、この第３の平板ブスバー２７は出力端子１８に接続される。【００４４】
図１７（ａ）に示すように、第３の平板ブスバー２７は、ダイオードモジュール１３の２つの陽極端子ＡとＩＧＢＴモジュール１２の３つのコレクタ端子Ｃとを接続し、ダイオードモジュール１３の陰極端子Ｋ、およびＩＧＢＴモジュール１２のエミッタ端子Ｅの部分と接触しないように、穴をあけ空間を作った構造とされている。【００４５】
このような実施の形態６の主回路構成であっても、実施の形態４と同様の平板導体による配線構造とすることによって、実施の形態４と同一の効果を得る事ができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
この発明は、鉄道など車両に搭載される電力変換装置に利用することができる。
【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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【国際調査報告】
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