(57)【要約】【課題】作業時の取り扱いが容易な電力変換装置を実現できる半導体ユニットを得る。【解決手段】スイッチング素子（以下素子と略称）１ａ〜１ｆのコレクタ、素子２ａ〜２ｆのエミッタを陽極側及び陰極側のブスバー１７，１８に接続し、素子１ａ〜１ｃのエミッタＥ及び素子２ａ〜２ｃのコレクタを交流導体１３に接続して素子１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃをおのおの並列に接続すると共に交流導体１３を介して直列に接続し、素子１ｄ〜１ｆのエミッタ及び素子２ｄ〜２ｆのコレクタを交流導体１４に接続して素子１ｄ〜１ｆ，２ｄ〜２ｆをおのおの並列に接続すると共に交流導体１４を介して直列に接続し、電力変換装置の１ブリッジを構成する半導体ユニットとし、ブスバー１７，１８の左右方向両側に端子１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを設けた導体ユニットを３ユニット並べて配置してこれら端子を接続して取り扱い容易な電力変換装置を構成できるようにした。【選択図】図１
2012165611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層積層体とスイッチング素子群と平滑コンデンサとを有する半導体ユニットであって、
上記多層積層体は、板状絶縁部材と一対の板状導体とを有し、上記板状導体は所定方向の両側の各端部にそれぞれ導体接続部を有し、上記一対の板状導体が上記板状絶縁部材を介して対向配置されたものであり、
上記スイッチング素子群は、スイッチング素子が直列接続部を介して直列接続された直列開閉回路を複数有し、
上記一対の板状導体に上記平滑コンデンサが接続され、
上記複数の直列開閉回路の各一端が上記一対の板状導体の他方及び上記板状絶縁部材を貫通する接続導体によって上記板状導体の一方に接続され、上記複数の直列開閉回路の各他端が上記板状導体の他方に接続され、
上記導体接続部は、上記半導体ユニットが上記所定方向に複数ユニット配設された場合に隣接するもの同士の接続が可能とされたものである
半導体ユニット。
【請求項２】
交流接続導体を有するものであって、
上記スイッチング素子群は、複数の半導体モジュールを有し、上記半導体モジュールは上記直列開閉回路及び第１、第２、第３の端子を有し、上記直列開閉回路の両端が上記第１及び第２の端子にそれぞれ接続され、上記直列接続部が上記第３の端子に接続されたものであり、
上記複数の半導体モジュールの上記各第１の端子が上記一対の板状導体の他方及び上記板状絶縁部材を貫通する接続導体によって上記板状導体の一方に接続され、上記複数の半導体モジュールの上記各第２の端子が上記板状導体の他方に接続され、上記第３の端子が上記交流接続導体に接続されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項３】
交流接続導体を有するものであって、
上記交流接続導体は、板状の第１及び第２の交流導体を有するものであり、
上記多層積層体は、上記板状絶縁部材とは別の第２の板状絶縁部材を有するものであり、
上記第１及び第２の交流導体が上記第２の板状絶縁部材を介して上記板状導体と対向するようにして上記多層積層体に一体に組み込まれたものであり、
上記複数の直列開閉回路が第１及び第２の群に分けられるとともに、上記第１の交流導体が上記第１の群に属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記第１の交流導体を介して直列に接続され、上記第２の交流導体が上記第２の群に属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記第２の交流導体を介して直列に接続されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項４】
交流接続導体を有するものであって、
上記交流接続導体は、板状の複数の交流入力側導体及び上記交流入力側導体と同数の板状の交流出力側導体を有するものであり、
上記多層積層体は、上記板状絶縁部材とは別の第３の板状絶縁部材を有するものであり、
上記交流入力側導体及び上記交流出力側導体が上記第３の板状絶縁部材を介して上記板状導体と対向するようにして上記多層積層体に一体に組み込まれたものであり、
上記複数の直列開閉回路が上記複数の交流入力側導体の数と同数の交流入力側グループと上記交流出力側導体の数と同数の交流出力側グループとに分けられるとともに、上記複数の交流入力側導体がそれぞれ上記交流入力側グループに属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記複数の交流入力側導体を介して直列に接続され、上記複数の交流出力側導体がそれぞれ上記交流出力側グループに属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記複数の交流出力側導体を介して直列に接続されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項５】
上記導体接続部は、上記所定方向と交差する方向に複数個設けられたものであって、上記半導体ユニットが上記所定方向に隣接して複数ユニット配設された場合に隣接するもの同士の接続が可能とされたものである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体ユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体ユニットが上記所定方向に３ユニット並べて配設され、隣接する上記半導体ユニットの上記導体接続部同士が接続されたものである
電力変換装置。
【請求項７】
請求項４に記載の半導体ユニットにおいて、
上記交流入力側導体は第１、第２、第３の交流入力側導体で構成され、上記交流出力側導体は第１、第２、第３の交流出力側導体で構成されたものであり、
上記第１、第２、第３の交流入力側導体及び上記第１、第２、第３の交流出力側導体が上記第３の板状絶縁部材を介して上記板状導体と対向するようにして上記多層積層体に一体に組み込まれたものであり、
上記複数の直列開閉回路が上記第１、第２、第３の交流入力側導体に対応して第１、第２、第３の交流入力側グループと上記第１、第２、第３の交流出力側導体に対応して第１、第２、第３の交流出力側グループとに分けられるとともに、上記第１、第２、第３の交流入力側導体がそれぞれ上記第１、第２、第３の交流入力側グループに属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記第１、第２、第３の交流入力側導体を介して直列に接続され、上記第１、第２、第３の交流出力側導体がそれぞれ上記第１、第２、第３の交流出力側グループに属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記第１、第２、第３の交流出力側導体を介して直列に接続されたものであり、
上記半導体ユニットが、上記所定方向に３ユニット並べて配設され、隣接する上記半導体ユニットの上記導体接続部同士が接続されたものである
電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ユニット及びこの半導体ユニットを用いた電力変換装置に係り、スイッチング素子群を有する半導体ユニット及びこの半導体ユニットを用いた電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電力変換装置には、高速のスイッチング素子が用いられると共に、高周波パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式が広く採用され、さらに、装置の大容量化に伴って大容量スイッチング素子を並列接続したものが用いられている。また、高周波パルス幅変調制御方式では、スイッチング素子間のリアクタンスに起因してスイッチング時にサージ電圧が発生しやすく、リアクタンスを減少させるために高速のスイッチング素子を互いに近接せしめると共に、接続回路長が短くなる位置に平滑コンデンサを配置している。
【０００３】
以下、具体的に従来の半導体ユニットを説明する。図２１は、電力変換装置の一種である無停電電源装置の構成を示す回路図である。同図において、交流入力端子９１には、三相（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相）交流電圧を入力し、入力フィルタ９２を介して、コンバータ９３の入力端が接続されている。コンバータ９３は高速のスイッチング素子が三相ブリッジ接続されており、力率が１になるように各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって、交流を直流に変換する。コンバータ９３の出力端には、直流のリップルを除去するための平滑コンデンサ１０４と、停電時のバックアップとしての蓄電池１０５とが接続されている。また、コンバータ９３の出力端には、インバータ１０６の入力端が接続され、インバータ１０６の出力端は、出力フィルタ１０７を介して、交流出力端子１０８に接続されている。インバータ１０６は図示を省略しているが高速のスイッチング素子が三相ブリッジ接続され、これらのスイッチング素子をオン、オフ制御することによって、直流を交流に変換する。従って、交流出力端子１０８に三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）正弦波交流電圧が発生する。
【０００４】
図２２は上述した図２１の電力変換装置の一つのブリッジ（１相分）の回路図であり、ここに示された一つのブリッジが半導体ユニット８００（後述、図２３）として組立てられる。この回路は、直列開閉回路２１〜２６を有する。直列開閉回路２１は、トランジスタでなる正極側のスイッチング素子１ａのエミッタＥと負極側のスイッチング素子２ａのコレクタＣとが直列接続部ＡＣにて接続されたものである。以下同様に、各直列開閉回路２２〜２６は、各正極側のスイッチング素子１ｂ〜１ｆのエミッタＥと各スイッチング素子２ｂ〜２ｆのコレクタＣとが各直列接続部ＡＣにて接続されたものである。直列開閉回路２１〜２６の各正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｆのコレクタＣは、正極側のブスバー１０に共通に接続され、負極側のスイッチング素子２ａ〜２ｆのエミッタＥは負極側のブスバー１１に共通に接続されている。また、各直列開閉回路２１〜２３の各直列接続部ＡＣが交流導体１３に共通に接続され、各直列開閉回路２４〜２６の各直列接続部ＡＣが交流導体１４に共通に接続されている。また、平滑コンデンサ３ａ，３ｂが、ブスバー１０とブスバー１１とに接続されている。なお、ブスバー１０，１１はそれぞれ正極側端子１０ａ、負極側端子１１ａを有し、交流導体１３，１４はそれぞれ交流入力端子１３ａ、交流出力端子１４ａを有する。
【０００５】
以上により、直列開閉回路２１〜２３がブスバー１０及びブスバー１１により並列に接続され、さらに直列接続部ＡＣも交流導体１３により並列に接続され、直列開閉回路２４〜２６がブスバー１０及びブスバー１１により並列に接続され、さらに直列接続部ＡＣも交流導体１４により並列に接続され一つの１ブリッジである半導体ユニットが構成されている。このような半導体ユニットを三相に適用する場合、３相分の半導体ユニットを、各相のブスバー１０及びブスバー１１が共通に接続され、直列開閉回路２１〜２３の並列接続回路が上記コンバータ９３の１相分の構成要素とされ、直列開閉回路２４〜２６の並列接続回路が上記インバータ１０６の１相分の構成要素とされる。そして、平滑コンデンサ３ａ，３ｂがブスバー１０及びブスバー１１を介して並列接続されて、上記平滑コンデンサ１０４を構成している。さらに、各半導体ユニットの端子１３ａが商用電源に接続され、各端子１４ａが交流負荷に接続され、図２１の電力変換装置が構成されている。
【０００６】
さて、上述のような一つのブリッジは、具体的には図２３の半導体ユニットの構成図及び図２４の複合積層体の要部を示す分解斜視図に示されるように構成されている。図２３において、上記図２２の回路を具体的に実現する半導体ユニット８００は、複合積層体８８を有する。複合積層体８８は、図２３（ｂ）及び図２４に示されるように、板状４枚の長方形の絶縁板１２ａ〜１２ｄ及びブスバー１０，１１を有する。また、図２３（ｂ）における上下方向、すなわち図２４の左右方向における寸法がブスバー１０，１１の半分よりも所定寸法短い交流導体１３，１４を有する。交流導体１３，１４の幅（図２４における上下方向の寸法）は、ブスバー１０，１１と同じ寸法である。そして、絶縁板１２ａと絶縁板１２ｂとの間に板状のブスバー１０が配置され、絶縁板１２ｂと絶縁板１２ｃとの間に交流導体１３，１４が図２４の左右方向に間隔を設けて同じ平面上にあるようにして配置され、絶縁板１２ｃと絶縁板１２ｄとの間にブスバー１１が配置され、これらが積層され固定用絶縁ボルト１６によって平面上の４か所において、一括して締付けられ、一体に構成されている。なお、絶縁板１２ａ〜１２ｄ、ブスバー１０，１１、交流導体１３，１４には、後述のスイッチング素子１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆや平滑コンデンサ３ａ，３ｂを接続するための接続導体が貫通する貫通孔形成部等が設けられているが、図示を省略している。
【０００７】
そして、この複合積層体８８の一方側である図２３（ｂ）における右側に、冷却装置４ａ上に取付けられコンバータを構成する正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｃ及び負極側のスイッチング素子２ａ〜２ｃが配置されている。また、同様に複合積層体８８の右側に冷却装置４ｂ上に取付けられインバータを構成するスイッチング素子１ｄ〜１ｆ及び負極側のスイッチング素子２ｄ〜２ｆが配置されている。冷却装置４ａ，４ｂの中間に平滑コンデンサ３ａ，３ｂが配置されている。これにより、正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｆが、図２３（ａ）における上下方向に１列に配置され、負極側のスイッチング素子２ａ〜２ｆが図２３（ａ）における上下方向に１列に配置され、かつスイッチング素子１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆ及び平滑コンデンサ３ａ，３ｂの各端子は略同一平面上に位置するようにされている。そして、詳細は図示しないが接続導体により、以下に説明するように接続されている。
【０００８】
直列開閉回路２１〜２６の正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｆのコレクタＣが、絶縁板１２ｂ〜１２ｄ、交流導体１３，１４及びブスバー１１を適宜貫通する図示しない接続導体によりブスバー１０に共通に接続されている。スイッチング素子２ａ〜２ｆのエミッタＥが絶縁板１２ｄを貫通する図示しない接続導体によりブスバー１１に共通に接続されている。スイッチング素子１ａ〜１ｃのエミッタＥが、絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１１を貫通する図示しない接続導体により交流導体１３に共通に接続されている。スイッチング素子１ｄ〜１ｆのエミッタＥが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１１を貫通する図示しない接続導体により交流導体１４に共通に接続されている。負極側のスイッチング素子２ａ〜２ｃのコレクタＣが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１１を貫通する図示しない接続導体により交流導体１３に共通に接続され、スイッチング素子２ｄ〜２ｆのコレクタＣが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１１を貫通する図示しない接続導体により交流導体１４に共通に接続されている。これにより、直列開閉回路２１〜２６の両端部がブスバー１０，１１に接続され、直列開閉回路２１〜２３の各直列接続部ＡＣが交流導体１３に共通に接続され、直列開閉回路２４〜２６の各直列接続部ＡＣが交流導体１４に共通に接続されることになる。また、平滑コンデンサ３ａ，３ｂの正極側及び負極側がそれぞれブスバー１０，１１に接続されている。そして、ブスバー１０，１１に蓄電池１０５（図２１）の正極側及び負極側端子がそれぞれ接続される。半導体ユニット８００は以上のように構成されている。
【０００９】
図２５は上述した図２３の半導体ユニット８００を３台、半導体ユニット８０１〜８０３として配置して、図２１に示された３相の電力変換装置（無停電電源装置）を構成した電力変換装置の平面図である。各半導体ユニット８０１〜８０３のブスバー１０同士を接続導体８１１により共通に接続し、各半導体ユニット８００〜８０３のブスバー１１同士を接続導体８１２により共通に接続する。また、半導体ユニット８０１の交流入力端子１３ａはＲ相、半導体ユニット８０２の交流入力端子１３ａはＳ相、半導体ユニット８０３の交流入力端子１３ａはＴ相、半導体ユニット８０１の交流出力端子１４ａはＵ相、半導体ユニット８０２の交流出力端子１４ａはＶ相、半導体ユニット８０３の交流出力端子１４ａはＷ相とすることにより、上述した図２１に示す電力変換装置が形成されることになる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２４５９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の半導体ユニットは以上のように構成され、複数の半導体ユニット８００を接続するためには、接続導体８１１、８１２を設けなければならず、またこれら接続導体を配置するためのスペースを要する。このため、コンパクトにできないという問題点があった。また、三相分を一体化した場合、三相分が幅を広げたブスバー１０，１１にて一体化されてしまうため、サイズ及び重量が３倍になってしまい、電力変換装置の筐体への組み込み作業や素子、平滑コンデンサ等の部品故障時の交換作業などの取り扱いが困難になるという問題点が生じる。
この発明は、上記のような問題点を解決して作業時の取り扱いが容易な電力変換装置を実現できる半導体ユニット及び作業時の取り扱いが容易な電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る半導体ユニットにおいては、多層積層体とスイッチング素子群と平滑コンデンサとを有する半導体ユニットであって、
上記多層積層体は、板状絶縁部材と一対の板状導体とを有し、上記板状導体は所定方向の両側の各端部にそれぞれ導体接続部を有し、上記一対の板状導体が上記板状絶縁部材を介して対向配置されたものであり、
上記スイッチング素子群は、スイッチング素子が直列接続部を介して直列接続された直列開閉回路を複数有し、
上記一対の板状導体に上記平滑コンデンサが接続され、
上記複数の直列開閉回路の各一端が上記一対の板状導体の他方及び上記板状絶縁部材を貫通する接続導体によって上記板状導体の一方に接続され、上記複数の直列開閉回路の各他端が上記板状導体の他方に接続され、
上記導体接続部は、上記半導体ユニットが上記所定方向に複数ユニット配設された場合に隣接するもの同士の接続が可能とされたものである。
【００１３】
また、この発明に係る電力変換装置においては、この発明の半導体ユニットが上記所定方向に３ユニット並べて配設され、隣接する上記半導体ユニットの上記導体接続部同士が接続されたものである。
【００１４】
また、この発明に係る電力変換装置においては、半導体ユニットが
上記交流入力側導体は第１、第２、第３の交流入力側導体で構成され、上記交流出力側導体は第１、第２、第３の交流出力側導体で構成されたものであり、
上記第１、第２、第３の交流入力側導体及び上記第１、第２、第３の交流出力側導体が上記第３の板状絶縁部材を介して上記板状導体と対向するようにして上記多層積層体に一体に組み込まれたものであり、
上記複数の直列開閉回路が上記第１、第２、第３の交流入力側導体に対応して第１、第２、第３の交流入力側グループと上記第１、第２、第３の交流出力側導体に対応して第１、第２、第３の交流出力側グループとに分けられるとともに、上記第１、第２、第３の交流入力側導体がそれぞれ上記第１、第２、第３の交流入力側グループに属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記第１、第２、第３の交流入力側導体を介して直列に接続され、上記第１、第２、第３の交流出力側導体がそれぞれ上記第１、第２、第３の交流出力側グループに属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記第１、第２、第３の交流出力側導体を介して直列に接続されたものであり、
上記半導体ユニットが、上記所定方向に３ユニット並べて配設され、隣接する上記半導体ユニットの上記導体接続部同士が接続されたものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係る半導体ユニットにおいては、多層積層体とスイッチング素子群と平滑コンデンサとを有する半導体ユニットであって、
上記多層積層体は、板状絶縁部材と一対の板状導体とを有し、上記板状導体は所定方向の両側の各端部にそれぞれ導体接続部を有し、上記一対の板状導体が上記板状絶縁部材を介して対向配置されたものであり、
上記スイッチング素子群は、スイッチング素子が直列接続部を介して直列接続された直列開閉回路を複数有し、
上記一対の板状導体に上記平滑コンデンサが接続され、
上記複数の直列開閉回路の各一端が上記一対の板状導体の他方及び上記板状絶縁部材を貫通する接続導体によって上記板状導体の一方に接続され、上記複数の直列開閉回路の各他端が上記板状導体の他方に接続され、
上記導体接続部は、上記半導体ユニットが上記所定方向に複数ユニット配設された場合に隣接するもの同士の接続が可能とされたものであるので、
作業時の取り扱いが容易な電力変換装置を実現できる半導体ユニットを得ることができる。
【００１６】
また、この発明に係る電力変換装置においては、この発明の半導体ユニットが上記所定方向に３ユニット並べて配設され、隣接する上記半導体ユニットの上記導体接続部同士が接続されたものであるので、
作業時の取り扱いが容易な電力変換装置を得ることができる。
【００１７】
また、この発明に係る電力変換装置においては、
半導体ユニットは
上記交流入力側導体は第１、第２、第３の交流入力側導体で構成され、上記交流出力側導体は第１、第２、第３の交流出力側導体で構成されたものであり、
上記第１、第２、第３の交流入力側導体及び上記第１、第２、第３の交流出力側導体が上記第３の板状絶縁部材を介して上記板状導体と対向するようにして上記多層積層体に一体に組み込まれたものであり、
上記複数の直列開閉回路が上記第１、第２、第３の交流入力側導体に対応して第１、第２、第３の交流入力側グループと上記第１、第２、第３の交流出力側導体に対応して第１、第２、第３の交流出力側グループとに分けられるとともに、上記第１、第２、第３の交流入力側導体がそれぞれ上記第１、第２、第３の交流入力側グループに属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記第１、第２、第３の交流入力側導体を介して直列に接続され、上記第１、第２、第３の交流出力側導体がそれぞれ上記第１、第２、第３の交流出力側グループに属する上記直列開閉回路の上記直列接続部となるように上記スイッチング素子が上記第１、第２、第３の交流出力側導体を介して直列に接続されたものであり、
上記半導体ユニットが、上記所定方向に３ユニット並べて配設され、隣接する上記半導体ユニットの上記導体接続部同士が接続されたものであるので、
作業時の取り扱いが容易な電力変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１である半導体ユニットの構成図である。
【図２】複合積層体の要部を示す分解斜視図である。
【図３】半導体ユニットの接続部を示す断面図である。
【図４】半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図である。
【図５】図４の要部を示す要部断面図である。
【図６】図１の複合積層体の変形例の要部を示す斜視図である。
【図７】図１の半導体ユニットの回路図である。
【図８】この発明の実施の形態２である半導体ユニットの構成図である。
【図９】交流導体の平面図である。
【図１０】半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図である。
【図１１】図８の半導体ユニットの変形例を示す構成図である。
【図１２】図８の半導体ユニットの回路図である。
【図１３】この発明の実施の形態３である半導体ユニットの構成図である。
【図１４】半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図である。
【図１５】半導体モジュールの斜視図である。
【図１６】電力変換装置の一つのブリッジ分の回路図である。
【図１７】この発明の実施の形態４である半導体ユニットの構成図である。
【図１８】半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図である。
【図１９】この発明の実施の形態５である半導体ユニットの構成図である。
【図２０】半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図である。
【図２１】電力変換装置の一種である無停電電源装置の構成を示す回路図である。
【図２２】電力変換装置の一つのブリッジ（１相分）の回路図である。
【図２３】従来の半導体ユニットの構成図である。
【図２４】従来の複合積層体の要部を示す分解斜視図である。
【図２５】従来の電力変換装置の平面図である。
【図２６】別の電力変換装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１〜図７は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は半導体ユニットの構成を示すものであり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の切断面Ａ−Ａにおける要部断面図、図２は複合積層体の要部を示す分解斜視図、図３は半導体ユニットの接続部を示す断面図、図４は半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図、図５は図４の要部を示す要部断面図、図６は図１の複合積層体の変形例の要部を示す斜視図、図７は図１の半導体ユニットの回路図である。図７は上述した図２１の電力変換装置の一つのブリッジ分の回路図であり、ここに示された一つのブリッジ分が、図１における半導体ユニット１００として組立てられる。図７において、半導体ユニット１００は、直列開閉回路２１〜２６を有する。直列開閉回路２１は、トランジスタでなる正極側のスイッチング素子１ａのエミッタＥと負極側のスイッチング素子２ａのコレクタＣとが直列接続部ＡＣにて接続されたものである。以下同様に、各直列開閉回路２２〜２６は、各正極側のスイッチング素子１ｂ〜１ｆのエミッタＥと各スイッチング素子２ｂ〜２ｆのコレクタＣとが各直列接続部ＡＣにて接続されたものである。直列開閉回路２１〜２６の各正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｆのコレクタＣは、正極側のブスバー１７に共通に接続され、負極側のスイッチング素子２ａ〜２ｆのエミッタＥは負極側のブスバー１８に共通に接続されている。
【００２０】
各直列開閉回路２１〜２３の各直列接続部ＡＣが交流導体１３に共通に接続され、各直列開閉回路２４〜２６の各直列接続部ＡＣが交流導体１４に共通に接続されている。また、平滑コンデンサ３ａ，３ｂが、ブスバー１７とブスバー１８とに接続されている。なお、交流導体１３、１４は、それぞれ板状の長方形の交流入力端子１３ａ、交流出力端子１４ａを有する。ブスバー１７，１８は、それぞれ板状の２個の（後述の図１及び図２も参照）正極側の端子１７ａ，１７ｂ及び負極側の端子１８ａ，１８ｂを有する。以上により、直列開閉回路２１〜２３がブスバー１７及びブスバー１８により並列に接続され、さらに直列接続部ＡＣも交流導体１３により並列に接続され、直列開閉回路２４〜２６がブスバー１７及びブスバー１８により並列に接続されさらに直列接続部ＡＣも交流導体１４により並列に接続された形になっている。半導体ユニット１００の回路は、以上のように構成されている。
【００２１】
さて、上述のような半導体ユニット１００は、具体的には図１〜図３に示されるように形成されている。図１において、半導体ユニット１００は、複合積層体８１を有する。複合積層体８１は、図１（ｂ）及び図２に示されるように、４枚の長方形の絶縁板１２ａ〜１２ｄ及び絶縁板１２ａ〜１２ｄよりも一周り縦横の寸法が共に小さい長方形の板状導体としてのブスバー１７，１８を有する。正極側のブスバー１７及び負極側のブスバー１８は、それぞれ２個の板状の正極側の端子１７ａ，１７ｂ及び負極側の端子１８ａ，１８ｂを有する。また、ブスバー１８は、接続導体としての導体カラー１９の径よりも絶縁に必要な寸法だけ大きくされた貫通孔を形成する貫通孔形成部１８ｇ（図３）を有し、上記貫通孔形成部１８ｇを導体カラー１９が貫通する。交流導体１３は、導体カラー１９の径よりも絶縁に必要な寸法だけ大きくされた貫通孔を形成する貫通孔形成部１３ｇを有し、上記貫通孔形成部１３ｇを導体カラー１９が貫通する。絶縁板１２ｂ〜１２ｄも同様に貫通孔形成部を有するが、図３においては符号を付するのを省略している。
【００２２】
また、図１（ｂ）における上下方向、すなわち図２の左右方向における寸法がブスバー１７，１８の半分よりも所定寸法短い板状の交流導体１３，１４を有する。交流導体１３，１４は、それぞれ板状の交流入力端子１３ａ、交流出力端子１４ａを有する。交流導体１３，１４の幅（図２における奥行き方向の寸法）は、ブスバー１７，１８と同じ寸法である。そして、絶縁板１２ａと絶縁板１２ｂとの間にブスバー１７が配置され、絶縁板１２ｂと絶縁板１２ｃとの間に交流導体１３，１４が図２の左右方向に所定の間隔を設けて同じ平面上にあるようにして配置され、絶縁板１２ｃと絶縁板１２ｄとの間にブスバー１８が配置され、これらが積層され固定用絶縁ボルト１６によって平面上の４か所において、一括して締付けられている。なお、絶縁板１２ａ〜１２ｄ、ブスバー１７，１８、交流導体１３，１４には、後述のスイッチング素子１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆや平滑コンデンサ３ａ，３ｂを接続するための接続導体が貫通する貫通孔形成部が設けられているが、図２においては図示を省略している。
【００２３】
なお、交流導体１３，１４、ブスバー１７，１８、交流入力端子１３ａ、交流出力端子１４ａ、各端子１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの板厚は同じである。正極側の一方（左方）の端子１７ａは、図１（ｃ）に示されるようにブスバー１７と段違いに端子１７ａの板厚だけブスバー１７よりも下方に下げて設けられている。正極側の他方（右方）の端子１７ｂは、図１（ｃ）に示されるようにブスバー１７と同じ平面上にあるようにしてすなわち面一に設けられている。負極側の一方の端子１８ａは、図１（ｃ）に示されるようにブスバー１８と面一に設けられている。負極側の他方（右方）の端子１８ｂは、図１（ｃ）に示されるようにブスバー１８と段違いに端子１８ｂの板厚だけブスバー１８よりも上方に上げて設けられている。
【００２４】
そして、この複合積層体８１の一方側である図１（ｂ）における右側に、冷却装置４ａ上に取付けられコンバータを構成する正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｃ及び負極側のスイッチング素子２ａ〜２ｃが配置されている。また、同様に複合積層体８１の右側に冷却装置４ｂ上に取付けられインバータを構成するスイッチング素子１ｄ〜１ｆ及び負極側のスイッチング素子２ｄ〜２ｆが配置されている。冷却装置４ａ，４ｂの中間に平滑コンデンサ３ａ，３ｂが配置されている。これにより、正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｆが、図１（ａ）における上下方向に１列に配置され、負極側のスイッチング素子２ａ〜２ｆが図１（ａ）の上下方向に１列に配置され、かつスイッチング素子１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆ及び平滑コンデンサ３ａ，３ｂの各端子が略同一平面上に位置するようにされている。そして、詳細は図示しないが接続導体により、以下に説明するように接続されている。
【００２５】
直列開閉回路２１〜２６の正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｆのコレクタＣが、絶縁板１２ｂ〜１２ｄ、交流導体１３，１４及びブスバー１８を適宜その貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体によりブスバー１７に共通に接続されている。ここで、正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｆ及び平滑コンデンサ３ａ，３ｂの各端子に対応する位置には、図３に示されるように、それぞれブスバー１７に溶接された導体カラー１９が設けられている。特に、図３は、ブスバー１７を介して、正極側のスイッチング素子１ａ〜１ｆのコレクタＣ及び平滑コンデンサ３ａ，３ｂの正極側を互いに接続する場合を示している。導体カラー１９は、貫通孔形成部１８ｇ及び絶縁板１２ｂ〜１２ｄを貫通して設けられ、ブスバー１８とは絶縁されている。そして、端子接続ボルト１５によって導体カラー１９を例えばスイッチング素子１ａのコレクタＣに締付けることにより、ブスバー１７とスイッチング素子１ａのコレクタＣとを接続する。なお、導体カラー１９及び端子接続ボルト１５が本発明の接続導体を構成しており、以下に説明する接続導体も同様の構成のものである。また、スイッチング素子２ａ〜２ｆのエミッタＥが絶縁板１２ｄをその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体によりブスバー１８に共通に接続されている。
【００２６】
図１において、スイッチング素子１ａ〜１ｃのエミッタＥが、絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１８をその貫通孔形成部において貫通する図示しない上記と同様の接続導体により交流導体１３に共通に接続されている。スイッチング素子１ｄ〜１ｆのエミッタＥが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１８をその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体により交流導体１４に共通に接続されている。負極側のスイッチング素子２ａ〜２ｃのコレクタＣが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１８をその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体により交流導体１３に共通に接続され、スイッチング素子２ｄ〜２ｆのコレクタＣが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１８をその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体により交流導体１４に共通に接続されている。
【００２７】
これにより、直列開閉回路２１〜２６の両端部がブスバー１７，１８に接続され、直列開閉回路２１〜２３の各直列接続部ＡＣが交流導体１３に共通に接続され、直列開閉回路２４〜２６の各直列接続部ＡＣが交流導体１４に共通に接続されることになる。また、平滑コンデンサ３ａ，３ｂの正極側及び負極側がそれぞれブスバー１７，１８に接続されている。そして、図示しないがブスバー１７，１８に端子１７ａ，１８ａが蓄電池１０５（図２１）の正極側及び負極側端子がそれぞれ接続される。複合積層体８１は以上のように構成されている。
なお、スイッチング素子１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆがこの発明におけるスイッチング素子群であり、交流導体１３，１４が交流接続導体並びに第１及び第２の交流導体であり、ブスバー１７，１８が一対の板状導体であり、端子１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが導体接続部である。また、絶縁板１２ｂがこの発明の板状絶縁部材であるとすれば絶縁板１２ｃが第２の板状絶縁部材であり、絶縁板１２ｃがこの発明の板状絶縁部材であるとすれば絶縁板１２ｂが第２の板状絶縁部材である。なお、直列開閉回路２１〜２６は、第１の群としての直列開閉回路２１〜２３と第２の群としての直列開閉回路２４〜２６とに分けられている。
さらに、上記では交流導体１３，１４が絶縁板１２ｃを介してブスバー１８と対向するとともに絶縁板１２ｂを介してブスバー１７と対向するものを示したが、例えば図６に示すように、図２における交流導体１３，１４の位置とブスバー１７の位置とを入れ換えて、交流導体１３，１４、絶縁板１２ｂ、ブスバー１７、絶縁板１２ｃの順に積層して複合積層体１８１を構成することもできる。この場合は、絶縁板１２ｃがこの発明の板状絶縁部材であり、絶縁板１２ｂが第２の板状絶縁部材である。また、図２における交流導体１３，１４の位置とブスバー１８の位置とを入れ換えた形にしてもよい。なお、いずれの場合においても、一番外側の絶縁板１２ａ，１２ｄは必要に応じて設ければよく、不可欠のものではない。
【００２８】
図４は、図１の半導体ユニット１００を３台、半導体ユニット１０１〜１０３として配置して、図２１に示された３相の電力変換装置（無停電電源装置）を構成したものである。各半導体ユニット１０１〜１０３を、隣接する端子１７ａと端子１７ｂとが図５の上下方向に重なるようにして、かつ隣接する端子１８ａと端子１８ｂとが図５の上下方向に重なるようにして、スイッチング素子１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆの配列方向と交差する方向に並べて配置し、互いに隣接し重なった半導体ユニット１０１の端子１７ｂと半導体ユニット１０２の端子１７ａ、半導体ユニット１０１の端子１８ｂと半導体ユニット１０２の端子１８ａ、半導体ユニット１０２の端子１７ｂと半導体ユニット１０３の端子１７ａ、半導体ユニット１０２の端子１８ｂと半導体ユニット１０３の端子１８ａとを図示しないボルトにて締め付け、接続したものである。なお、半導体ユニット１０１の端子１７ａ，１８ａには外部の例えば図２１に示す蓄電池１０５等が接続される。また、半導体ユニット１０１の交流入力端子１３ａはＲ相、半導体ユニット１０２の交流入力端子１３ａはＳ相、半導体ユニット１０３の交流入力端子１３ａはＴ相の交流入力端子とされ、半導体ユニット１０１の交流出力端子１４ａはＵ相、半導体ユニット１０２の交流出力端子１４ａはＶ相、半導体ユニット１０３の交流出力端子１４ａはＷ相の交流出力端子とされることにより、電力変換装置が構成されている。
【００２９】
この実施の形態によれば、半導体ユニット１００は以上のように構成されているので、一つの半導体ユニットのサイズや重量を同じままで三相や単相など任意の相数の電力変換装置を構成することができ、電力変換装置の組み立てや故障時の取り外しなどの際にも、半導体ユニット単体で扱うことができるので、取り扱いが容易である。また、ある半導体ユニットが故障した場合に、当該半導体ユニットを容易に交換可能である。また、ブスバー１７，１８を隣接させ接続することによりブスバー１７，１８の配線インダクタンスの増加を防ぐことができる。
【００３０】
なお、図２６は別の電力変換装置の平面図であるが、図２６に示されるように半導体ユニットにおいて正極側及び負極側のブスバー１０，１１の図２３の左右方向の寸法を３倍にしたブスバー９１０，９１１を設け、直列開閉回路２１〜２６を３相分左右方向に並べてブスバー９１０，９１１に接続することにより、ブスバー９１０，９１１を介して三相分を一体化すれば上記と同様の電力変換装置をコンパクトに構成できる。しかし、三相分が幅を広げたブスバー１０，１１にて一体化されてしまうため、サイズ及び重量が３倍になってしまい、電力変換装置の筐体への組み込み作業や素子、平滑コンデンサ等の部品故障時の交換作業などの取り扱いが困難になるという問題点が生じる。この実施の形態によれば、このような問題点を解決できる。
【００３１】
実施の形態２．
図８〜図１２は、実施の形態２を示すものであり、図８は半導体ユニットの構成を示すものであり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図、図９は交流導体の平面図、図１０は半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図、図１１は図８の半導体ユニットの変形例を示す構成図、図１２は図８の半導体ユニットの回路図である。図８において、半導体ユニット２００は、図１２に示される回路の三相の電力変換装置を、１個の半導体ユニットとして組立てたものである。そして、このような半導体ユニット２００を３ユニット並列接続することにより、大容量の電力変換装置が実現される（詳細、後述）。図８において、半導体ユニット２００は複合積層体８２を有する。複合積層体８２は、板状の長方形の交流導体３１〜３６（図９参照）を有し、交流導体３１〜３３が実施の形態１である図１及び図２の交流導体１３の代わりに絶縁板１２ｂと絶縁板１２ｃとの間にスイッチング素子１ａ〜１ｃの配列方向に絶縁のために相互に間隔を設けて配置され、交流導体３４〜３６が図１及び図２の交流導体１４の代わりに絶縁板１２ｂと絶縁板１２ｃとの間にスイッチング素子１ｄ〜１ｆの配列方向に絶縁のために相互に間隔を設けて配置されている。
【００３２】
これら交流導体３１〜３６は、図８（ａ）における左右方向の幅及びその板厚は図１における交流導体１３，１４と同じであるが、上下方向の寸法が交流導体１３，１４の寸法の１／３から相互の絶縁に要する距離を差し引いた寸法にされている。交流導体３１〜３３は、交流入力側導体接続部としての交流入力端子３１ａ〜３３ａ，３１ｂ〜３３ｂを有する。交流入力端子３１ａ〜３３ａは、同じ形状の長方形で、交流導体３１〜３３の図８（ａ）及び図９における左側に段違いに当該端子の板厚だけ交流導体３１〜３３よりも下方に下げて設けられている。交流入力端子３１ｂ〜３３ｂは、交流入力端子３１ａと同じ大きさの長方形で、交流導体３１〜３３の図８（ａ）及び図９における右側に交流導体３１〜３３と面一に設けられている。交流導体３４〜３６は、交流出力側導体接続部としての交流出力端子３４ａ〜３６ａ，３４ｂ〜３６ｂを有する。交流出力端子３４ａ〜３６ａは、交流入力端子３１ａと同じ大きさの長方形で、交流導体３４〜３６の図８（ａ）及び図９における左側に交流導体３４〜３６と面一に設けられている。交流出力端子３４ｂ〜３６ｂは、交流入力端子３１ａと同じ大きさの長方形で、交流導体３４〜３６の図８（ａ）及び図９における右側に段違いに当該端子の板厚だけ交流導体３４〜３６よりも上方に上げて設けられている。その他の構成については、図１〜図７に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
なお、交流導体３１〜３３がこの発明における第１〜第３の交流入力側導体であり、交流導体３４〜３６が第１〜第３の交流出力側導体である。また、絶縁板１２ｂがこの発明の板状絶縁部材であるとすれば絶縁板１２ｃが第２の板状絶縁部材であり、絶縁板１２ｃがこの発明の板状絶縁部材であるとすれば絶縁板１２ｂが第２の板状絶縁部材である。さらに、直列開閉回路２１〜２６は、第１〜第３の交流入力側グループとしての直列開閉回路２１〜２３と第１〜第３の交流出力側グループとしての直列開閉回路２４〜２６とに分けられている。
さらに、上記では交流導体３１〜３６が絶縁板１２ｃを介してブスバー１８と対向するとともに絶縁板１２ｂを介してブスバー１７と対向するものを示したが、例えば図１１に示すように図８における交流導体３１〜３６の位置とブスバー１７の位置とを入れ換えて、交流導体３１〜３６、絶縁板１２ｂ、ブスバー１７、絶縁板１２ｃの順に積層して複合積層体１８２を構成することもできる。この場合は、絶縁板１２ｃがこの発明における板状絶縁部材であり、絶縁板１２ｂが第２の板状絶縁部材である。また、図８における交流導体３１〜３６の位置とブスバー１８の位置とを入れ換えた形にしてもよい。なお、いずれの場合においても、一番外側の絶縁板１２ａ，１２ｄは必要に応じて設ければよく、不可欠のものではない。
【００３３】
図８において、スイッチング素子１ａ〜１ｆ及びスイッチング素子２ａ〜２ｆ並びに平滑コンデンサ３ａ，３ｂが複合積層体８２の右方に配置されている。そして、スイッチング素子１ａ〜１ｃのエミッタＥが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１８をその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体により交流導体３１〜３３にそれぞれ個別に接続されている。スイッチング素子１ｄ〜１ｆのエミッタＥが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１８をその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体により交流導体３４〜３６にそれぞれ個別に接続されている。スイッチング素子２ａ〜２ｃのコレクタＣが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１８をその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体により交流導体３１〜３３にそれぞれ個別に接続されている。
【００３４】
スイッチング素子２ｄ〜２ｆのコレクタＣが絶縁板１２ｃ，１２ｄ及びブスバー１８をその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体により交流導体３４〜３６にそれぞれ個別に接続されている。これにより、直列開閉回路２１〜２３の両端部がブスバー１７，１８に接続され、直列開閉回路２１〜２３の各直列接続部ＡＣが交流導体３１〜３３に接続され、直列開閉回路２４〜２６の各直列接続部ＡＣが交流導体３４〜３６に個別に接続されることになる。そして、ブスバー１７，１８に端子１７ａ，１８ａが蓄電池１０５（図２１）の正極側及び負極側端子にそれぞれ接続される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。半導体ユニット２００は以上のように構成されている。
【００３５】
図１０は、図８の半導体ユニット２００を３台、半導体ユニット２０１〜２０３として配置して、図１２に示された電力変換装置を３回路分並列に接続して構成した大電力の電力変換装置を示す平面図である。半導体ユニット２０１〜２０３は、図１０における左右方向すなわちスイッチング素子１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆの配列方向と交差する方向に並べて配置されている。そして、半導体ユニット２０１の交流入力端子３１ｂ〜３３ｂ、正極側のブスバー１７の端子１７ｂ及び負極側のブスバー１８の端子１８ｂ、交流出力端子３４ｂ〜３６ｂが、隣接する半導体ユニット２０２の交流入力端子３１ａ〜３３ａ、正極側のブスバー１７の端子１７ａ及び負極側のブスバー１８の端子１８ａ、交流出力端子３４ａ〜３６ａに、図１０の紙面に垂直な方向にそれぞれ重なるようにして配置され、それぞれ図示しないボルトにて締め付け、接続されたものである。半導体ユニット２０２と半導体ユニット２０３の接続についても同様である。そして、例えば半導体ユニット２０１の交流入力端子３１ａ，３２ａ，３３ａがそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の交流電源に接続され、半導体ユニット２０３の交流出力端子３４ｂ，３５ｂ，３６ｂがそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流出力端子とされる。
【００３６】
この実施の形態によれば、半導体ユニット２００は以上のように構成されているので、一つの半導体ユニットのサイズや重量を同じままで任意の並列数すなわち容量の電力変換装置を構成することができ、この実施の形態では３並列で出力容量が３倍大きい三相電力変換装置を構成することが可能になる。そして、電力変換装置の組み立てや故障時の取り外しなどの際にも、半導体ユニット２００単体で扱うことができるので、取り扱いが容易である。また、ある半導体ユニットが故障した場合に、当該半導体ユニットを容易に交換可能である。また、ブスバー１７，１８を隣接させ接続することによりブスバー１７，１８の配線インダクタンスの増加を防ぐことができる。一つの半導体ユニットのサイズや重量が同じままで三相電力変換装置の出力容量が容易に増設可能となる。
【００３７】
なお、上記実施の形態２においては、半導体ユニット２００は三相である場合を示したが、これに限られるものではなく、半導体ユニットが単相等である場合も同様の効果を奏する。
【００３８】
実施の形態３．
図１３〜図１６は、実施の形態３を示すものであり、図１３は半導体ユニットの構成を示すものであり、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は側面図、図１４は半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図、図１５は半導体モジュールの斜視図、図１６は電力変換装置の一つのブリッジ分の回路図である。図１３において、半導体ユニット３００は、図１６に示される一つのブリッジ分を、一つの半導体ユニットとして組立てたものである。そして、このような半導体ユニット３００を３ユニット接続することにより、三相の電力変換装置が実現される（詳細、後述）。図１３において、半導体ユニット３００は多層積層体としての複合積層体８３を有する。複合積層体８３は、同じ大きさ及び厚さの長方形の絶縁板３９ａ〜３９ｃと、この絶縁板３９ａ〜３９ｃよりも一周り縦横の寸法が共に小さい長方形の板状のブスバー４０，４１を有し、絶縁板３９ａ、ブスバー４０、絶縁板３９ｂ、ブスバー４１、絶縁板３９ｃの順に積層されて一体化されている。
【００３９】
正極側のブスバー４０は、図１３の左右方向の両側に板状の長方形の正極側の端子４０ａ、４０ｂを有し、負極側のブスバー４１は、図１３の左右方向の両側に端子４０ａ、４０ｂと同じ寸法の負極側の端子４１ａ、４１ｂを有する。ブスバー４０，４１及び各端子４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂの板厚は同じである。正極側の一方（左方）の端子４０ａは、図１（ｃ）に示された端子１７ａと同様にブスバー４０と段違いに端子４０ａの板厚だけブスバー４０よりも下方に下げて設けられている。正極側の他方（右方）の端子４０ｂは、図１（ｃ）に示された端子１７ｂと同様にブスバー４０と面一に設けられている。負極側の一方の端子４１ａは、図１（ｃ）に示された端子１８ａと同様にブスバー４１と面一に設けられている。負極側の他方（右方）の端子４１ｂは、図１（ｃ）に示された端子１８ａと同様にブスバー４１と段違いに端子４１ｂの板厚だけブスバー４１よりも上方に上げて設けられている。長方形の板状の交流導体４２，４３は、それぞれ端部の中央部が交流入力端子部４２ａ及び交流出力端子部４３ａとされている。なお、ブスバー４０，４１がこの発明における一対の板状導体であり、交流導体４２，４３が交流接続導体並びに第１及び第２の交流導体であり、端子４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂが導体接続部である。
【００４０】
さて、この実施の形態においては、直列開閉回路としての半導体モジュール６１〜６６を有する。半導体モジュール６１は、正極側のスイッチング素子１ａ、同じく負極側のスイッチング素子２ａ、第１、第２、第３の端子である端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有し、これらが樹脂で一体にモールドされ半導体モジュールとされたものである。そして、スイッチング素子１ａのエミッタＥとスイッチング素子２ａのコレクタＣとが直列接続部ＡＣにて接続され直列開閉回路を構成するとともに端子Ｔ３に接続され、スイッチング素子１ａのコレクタＣが端子Ｔ１に接続され、スイッチング素子２ａのエミッタＥが端子Ｔ２に接続されている。以下同様に、各半導体モジュール６２〜６６は、それぞれ正極側のスイッチング素子１ｂ〜１ｆ、同じく負極側のスイッチング素子２ｂ〜２ｆ、及び端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有し、これらが樹脂で一体にモールドされたものである。そして、各スイッチング素子１ｂ〜１ｆのエミッタＥとスイッチング素子２ｂ〜２ｆのコレクタＣとがそれぞれ直列接続部ＡＣにて接続されるとともに端子Ｔ３に接続され、スイッチング素子１ｂ〜１ｆのコレクタＣが端子Ｔ１に接続され、スイッチング素子２ｂ〜２ｆのエミッタＥが端子Ｔ２にそれぞれ接続されている。
【００４１】
図１３（ｂ）において、上記のような半導体モジュール６１〜６６が複合積層体８３の右方に配置されている。そして、半導体モジュール６１〜６６の各端子Ｔ１が絶縁板３９ｂ，３９ｃ及びブスバー４１をその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体によりブスバー４０に共通に接続されている。半導体モジュール６１〜６６の各端子Ｔ２が絶縁板３９ｃをその貫通孔形成部において貫通する図示しない接続導体によりブスバー４１に共通に接続されている。半導体モジュール６１〜６３の各端子Ｔ３が交流導体４２に共通に接続され、半導体モジュール６４〜６６の各端子Ｔ３が交流導体４３に共通に接続されている。また、平滑コンデンサ３ａ，３ｂが、ブスバー４０とブスバー４１とに接続されている。その他の構成については、図１〜図７に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。そして、図示しないがブスバー４０，４１の端子４０ａ，４１ａに蓄電池１０５（図２１）の正極側及び負極側端子がそれぞれ接続される。これにより、半導体モジュール６１〜６３の両端部がブスバー４０，４１に接続され、半導体モジュール６１〜６３の各直列接続部ＡＣが端子Ｔ３を介して交流導体４２に共通に接続され、半導体モジュール６４〜６６の各直列接続部ＡＣが端子Ｔ３を介して交流導体４３に共通に接続されることになる。また、平滑コンデンサ３ａ，３ｂの正極側及び負極側がそれぞれブスバー４０，４１に接続されている。半導体ユニット３００は以上のように構成されている。なお、ブスバー４０，４１がこの発明における一対の板状導体であり、端子４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂが導体接続部であり、交流導体４２，４３が交流接続導体である。
【００４２】
図１４は、図１３の半導体ユニット３００を３台、半導体ユニット３０１〜３０３として配置して、図２１に示された３相の電力変換装置を構成したものである。各半導体ユニット３０１〜３０３を、隣接する端子４０ａと端子４０ｂとが図５の上下方向に重なるようにして、かつ隣接する端子４１ａと端子４１ｂとが図５の上下方向に重なるようにして、半導体モジュール６１〜６６の配列方向に並べて配置し、互いに隣接し重なった端子４０ｂと端子４０ａ及び端子４１ｂと端子４１ａとを図示しないボルトにて締め付け、接続したものである。なお、半導体ユニット３０１の端子４０ａ，４１ａには外部の例えば図２１に示す蓄電池１０５等が接続される。また、半導体ユニット３０１の交流入力端子部４２ａはＲ相、半導体ユニット３０２の交流入力端子部４２ａはＳ相、半導体ユニット３０３の交流入力端子部４２ａはＴ相の交流入力端子とされ、半導体ユニット３０１の交流出力端子部４３ａはＵ相、半導体ユニット３０２の交流出力端子部４３ａはＶ相、半導体ユニット３０３の交流出力端子部４３ａはＷ相の交流出力端子とされることにより、電力変換装置が構成されている。
【００４３】
この実施の形態によれば、半導体ユニット３００は以上のように構成されているので、スイッチング素子が直列接続されモジュール化された半導体モジュールを有する半導体ユニットのサイズや重量を同じままで三相や単相など任意の相数の電力変換装置を構成することができ、電力変換装置の組み立てや故障時の取り外しなどの際にも、半導体ユニット単体で扱うことができるので、取り扱いが容易である。また、ある半導体ユニットが故障した場合に、当該半導体ユニットを容易に交換可能である。また、ブスバー４０，４１を隣接させ接続することによりブスバー４０，４１の配線インダクタンスの増加を防ぐことができる。
【００４４】
実施の形態４．
図１７、図１８は、実施の形態４を示すものであり、図１７は半導体ユニットの構成を示すものであり、図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は側面図、図１８は半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図である。図１７において、多層積層体としての複合積層体８４はブスバー５０，５１を有する。ブスバー５０，５１は実施の形態３の図１３に示されたブスバー４０，４１と同様のものであるが、ブスバー５０の図１７（ａ）における左側に正極側の板状の長方形の端子５０ａ，５０ｃが上下方向に所定の間隔を設けて配設され、ブスバー５０の右側に正極側の板状の長方形の端子５０ｂ，５０ｄが上下方向に所定の間隔を設けて配設されている。また、ブスバー５１の図１７（ａ）における左側に負極側の板状の長方形の端子５１ａ，５１ｃが上記端子５０ａ，５０ｃと交互に位置するようにして配設され、ブスバー５１の右側に負極側の板状の長方形の端子５１ｂ，５１ｄが上記端子５０ｂ，５０ｄと交互に位置するようにして配設されている。左方の端子５０ａ，５１ａ，５０ｃ，５１ｃは、複合積層体８４を図１７（ａ）の紙面に垂直な方向から見たとき一定の間隔を置いて等間隔に配置されている。右方の端子５０ｂ，５１ｂ，５０ｄ，５１ｄは、複合積層体８４を図１７（ａ）の紙面に垂直な方向から見たとき一定の間隔を置いて等間隔に配置されている。
【００４５】
なお、ブスバー５０，５１及び端子５０ａ〜５０ｄ，５１ａ〜５１ｄの板厚は同じである。一方（左方）側の端子５０ａ，５０ｃ，５１ａ，５１ｃは、図１（ｃ）に示される端子１７ａと同様に端子の板厚だけブスバー５０あるいはブスバー５１よりも下方に下げて設けられている。他方（右方）側の端子５０ｂ，５０ｄ，５１ｂ，５１ｄは、図１（ｃ）に示される端子１７ｂと同様にブスバー５０あるいはブスバー５１と面一に設けられている。以上の絶縁板３９ａ、ブスバー５０、絶縁板３９ｂ、ブスバー５１、絶縁板３９ｃがこの順に積層されて一体化されている。その他の構成については、図１３に示した実施の形態３と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。半導体ユニット４００は以上のように構成されている。なお、ブスバー５０，５１がこの発明における一対の板状導体であり、端子５０ａ〜５０ｄ，５１ａ〜５１ｄが導体接続部である。
【００４６】
図１８は、図１７の半導体ユニット４００を３台、半導体ユニット４０１〜４０３として配置して、図２１に示された３相の電力変換装置を構成したものである。各半導体ユニット４０１〜４０３を、隣接する端子５０ｂと端子５０ａ、端子５１ｂと端子５１ａ、端子５０ｄと端子５０ｃ、端子５１ｄと端子５１ｃ、が図１８の紙面に垂直な方向から見て重なるようにして半導体モジュール６１〜６６の配列方向と交差する方向に並べて配置し、互いに隣接し重なった端子同士を図示しないボルトにて締め付け、接続したものである。なお、半導体ユニット４０１の端子５０ａ，５１ａには外部の例えば図２１に示す蓄電池１０５等が接続される。また、半導体ユニット４０１の交流入力端子部４２ａはＲ相、半導体ユニット４０２の交流入力端子部４２ａはＳ相、半導体ユニット４０３の交流入力端子部４２ａはＴ相の交流入力端子とされ、半導体ユニット４０１の交流出力端子部４３ａはＵ相、半導体ユニット４０２の交流出力端子部４３ａはＶ相、半導体ユニット４０３の交流出力端子部４３ａはＷ相の交流出力端子とされることにより、電力変換装置が構成されている。
【００４７】
各半導体ユニット４０１〜４０３の正極側のブスバー５０間を流れる電流が半導体ユニット４０１の端子５０ｂ、半導体ユニット４０２の端子５０ａ、半導体ユニット４０２の端子５０ｂ、半導体ユニット４０３の端子５０ａの正極側の第１の電流経路を通るとともに、半導体ユニット４０１の端子５０ｄ、半導体ユニット４０２の端子５０ｃ、半導体ユニット４０２の端子５０ｄ、半導体ユニット４０３の端子５０ｃの正極側の第２の電流経路を通る。また、各半導体ユニット４０１〜４０３の負極側のブスバー５１間を流れる電流が半導体ユニット４０１の端子５１ｂ、半導体ユニット４０２の端子５１ａ、半導体ユニット４０２の端子５１ｂ、半導体ユニット４０３の端子５１ａの負極側の第１の電流経路を通るとともに、半導体ユニット４０１の端子５１ｄ、半導体ユニット４０２の端子５１ｃ、半導体ユニット４０２の端子５１ｄ、半導体ユニット４０３の端子５１ｃの負極側の第２の電流経路を通る。
【００４８】
正極側の第１の電流経路、負極側の第１の電流経路、正極側の第２の電流経路、負極側の第２の電流経路が、交互に形成され電流が反対方向に流れるため、上記各端子間での配線インダクタンスを低減することができ、また図１３に示した半導体ユニット３００での端子４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂの数に比し端子の数が２倍あり、互いに接続された正極側及び負極側のブスバー５０，５１を流れる電流がそれぞれ正極側及び負極側の各第１及び第２の電流経路に分かれて流れるため、配線インダクタンスをより一層低減できる。なお、ここでは正極側及び負極側の第１の電流経路と、正極側及び負極側の第２の電流経路と、合わせて２組設けた例を示したが、３組以上設けてもよい。同様に、図１，７，１１に示した半導体ユニットにおいても、導体接続部としての正極側の端子及び負極側の端子を各取り付け辺において間隔を置いて２組以上設けて、半導体ユニット間の配線インダクタンスを低減することも可能である。
【００４９】
この実施の形態における電力変換装置によれば、半導体ユニットを複数ユニット接続したとき、ブスバー５０、５１同士を接続する端子部における配線インダクタンスを低減することができる。
【００５０】
実施の形態５．
図１９、図２０は、実施の形態５を示すものであり、図１９は半導体ユニットの構成を示すものであり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は側面図、図２０は半導体ユニットを三相構成に配置した電力変換装置の平面図である。図１９において、半導体ユニット５００は、図１２の回路図に示される三相の電力変換装置を、１個の半導体ユニットとして組立てたものである。そして、このような半導体ユニット５００を３ユニット並列に接続することにより、大容量の三相の電力変換装置が実現される（詳細、後述）。図１９において、半導体ユニット５００は図１３に示された半導体ユニット３００から、交流導体４２，４３を取り去って、半導体モジュール６１〜６３の各端子Ｔ３を交流入力端子とし、半導体モジュール６４〜６６の各端子Ｔ３を交流出力端子としたものである。その他の構成については、図１３に示した実施の形態３と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。半導体ユニット５００は以上のように構成されている。
【００５１】
図２０は、図１９の半導体ユニット５００を３台、半導体ユニット５０１〜５０３として配置して、図１２に示された電力変換装置を３回路分並列に接続して構成した大電力の三相の電力変換装置を示す平面図である。半導体ユニット５０１〜５０３は、半導体モジュール６１〜６３の配列方向に並べて配置されている。各半導体ユニット５０１〜５０３を、隣接する端子４０ａと端子４０ｂとが図５の上下方向に重なるようにして、かつ隣接する端子４１ａと端子４１ｂとが図５の上下方向に重なるようにして、半導体モジュール６１〜６３の配列方向に並べて配置し、互いに隣接し重なった端子４０ｂと端子４０ａ及び端子４１ｂと端子４１ａとを図示しないボルトにて締め付け、接続したものである。なお、半導体ユニット５０１の端子４０ａ，４１ａには外部の例えば図２１に示す蓄電池１０５等が接続される。また、半導体ユニット５０１〜５０３の各半導体モジュール６１〜６３の各端子Ｔ３は接続線５１１〜５１３にて共通に接続され、それぞれＲ，Ｓ，Ｔ相の交流入力端子とされる。また、半導体ユニット５０１〜５０３の各半導体モジュール６４〜６６の各端子Ｔ３は接続線５１４〜５１６にて共通に接続され、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の交流出力端子とされることにより、容量が３倍の大電力の三相の電力変換装置が構成される。
【００５２】
上記した各実施の形態は、いずれも各相３並列の２レベル変換装置の場合を示した。当然のことながら、一般の多相、多並列、多レベル変換装置にも同様の構成を適用可能である。また、使用するスイッチング素子は、シリコンやシリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いたＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなど種類を問わず使用でき、同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態１の図１の複合積層体８１におけるブスバー１７、交流導体１３及び１４、ブスバー１８の積層順序や実施の形態２の図８における複合積層体８２におけるブスバー１７、交流導体３１〜３６、ブスバー１８の積層順序は任意に選定することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ〜１ｆ，２ａ〜２ｆ  スイッチング素子、３ａ，３ｂ  平滑コンデンサ、
１２ａ〜１２ｄ  絶縁板、１３，１４  交流導体、１７，１８  ブスバー、
１７ａ〜１７ｄ，１８ａ〜１８ｄ  端子、２１〜２６  直列開閉回路、
３１〜３６  交流導体、３９ｃ  絶縁板、４０，４１  ブスバー、
４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ  端子、４２，４３  交流導体、
５０，５１  ブスバー、５０ａ〜５０ｄ，５１ａ〜５１ｄ  端子、
６１〜６６  半導体モジュール、
８１，８２，８３，８４，１８１，１８２  複合積層体、
１００，１０１，１０２，１０３  半導体ユニット、
２００，２０１，２０２，２０３  半導体ユニット、
３００，３０１，３０２，３０３  半導体ユニット、
４００，４０１，４０２，４０３  半導体ユニット、
５００，５０１，５０２，５０３  半導体ユニット。
【図１】
2012165611.tif 000003
【図２】
2012165611.tif 000004
【図３】
2012165611.tif 000005
【図４】
2012165611.tif 000006
【図５】
2012165611.tif 000007
【図６】
2012165611.tif 000008
【図７】
2012165611.tif 000009
【図８】
2012165611.tif 000010
【図９】
2012165611.tif 000011
【図１０】
2012165611.tif 000012
【図１１】
2012165611.tif 000013
【図１２】
2012165611.tif 000014
【図１３】
2012165611.tif 000015
【図１４】
2012165611.tif 000016
【図１５】
2012165611.tif 000017
【図１６】
2012165611.tif 000018
【図１７】
2012165611.tif 000019
【図１８】
2012165611.tif 000020
【図１９】
2012165611.tif 000021
【図２０】
2012165611.tif 000022
【図２１】
2012165611.tif 000023
【図２２】
2012165611.tif 000024
【図２３】
2012165611.tif 000025
【図２４】
2012165611.tif 000026
【図２５】
2012165611.tif 000027
【図２６】
2012165611.tif 000028