(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子とその素子のコレクタ端子およびエミッタ端子を同一方向側面から取り出して一体成型した半導体モジュールを１相分として少なくとも２個備えた電力変換器であって、前記一方の半導体モジュールのコレクタ端子（ＰＣ）と直流電源の正極を接続する正側導体と、その他方の半導体モジュールのエミッタ端子（ＮＥ）と前記直流電源の負極を接続する負側導体と、前記一方の半導体モジュールのエミッタ端子（ＰＥ）および前記他方の半導体モジュールのコレクタ端子（ＮＣ）を交流側に接続する交流側導体からなり、前記各導体をそれぞれ平板形状とするとともに、階層状に平行に形成する電力変換器の主回路構造において、
前記２個の半導体モジュールの端子の順をＰＣ、ＰＥ、ＮＣ、ＮＥの一列になるように配置し、前記半導体モジュールに近い方から正側導体、交流側導体、負側導体の順に設置することを特徴とする電力変換器の主回路構造。
【請求項２】
請求項１において、正側導体、交流側導体、負側導体の前記各導体よりの出力端子をそれぞれ同一方向に形成し、前記出力端子のうち、正側導体と負側導体の出力端子を前記半導体モジュールの端子上面から見て隣同士に配置することを特徴とする電力変換器の主回路構造。
【請求項３】
半導体素子とその素子のコレクタ端子およびエミッタ端子を同一方向側面から取り出して一体成型した半導体モジュールを１相分として少なくとも２個備えた電力変換器であって、前記一方の半導体モジュールのコレクタ端子（ＰＣ）と直流電源の正極を接続する正側導体と、その他方の半導体モジュールのエミッタ端子（ＮＥ）と前記直流電源の負極を接続する負側導体と、前記一方の半導体モジュールのエミッタ端子（ＰＥ）および前記他方の半導体モジュールのコレクタ端子（ＮＣ）を交流側に接続する交流側導体からなり、前記各導体をそれぞれ平板形状とするとともに、階層状に平行に形成する電力変換器の主回路構造において、
前記２個の半導体モジュールの端子の順を２列のＰＣ、ＰＥとＮＣ、ＮＥ、または、２列のＰＣ、ＰＥとＮＥ、ＮＣになるように配置し、前記半導体モジュールに近い最下層に正側導体と交流側導体を設置し、その上層に負側導体を設置することを特徴とする電力変換器の主回路構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用の電力変換器など電力変換器一般の実装構造に係り、特に、電力変換器の主回路構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力変換器の配線は、特開平１−１６０３７３号公報に示すような細長い導体バーや電線が使用されていた。このような構成では、配線のインダクタンスが大きいため、ＩＧＢＴモジュールをオン、オフした際の電流や電圧の跳ね上がりが大きい、という問題がある。また、ＩＧＢＴモジュールを保護するため、大きな容量のスナバ回路等を接続する必要があり、装置の小型化の障害となっていた。
ところで、インダクタンスを低減するには、電流の経路である導体をできるだけ平たい形状とし、かつ、往路と復路の導体をできるだけ近接して設置する、いわゆる平行平板状にすれば良いことが知られている。これは、往路と復路が作る磁束の変化が互いに相殺し、見かけ上磁束の変化が殆どなくなるからである。
このような原理を使用した配線方法としては、特開平７−１３１９８１号公報、特開平９−４７０３６号公報、特開平６−３２７２６６号公報、特開平７−２４５９５１号公報、特開平６−３８５０７号公報および特開平９ー７０１８４号公報などに記載の技術があげられる。これらはいずれも上述のように絶縁層などを挾んで平板状導体を近接配置した平行平板状の配線を用いており、インダクタンス低減を実現している。
しかしながら、導体とＩＧＢＴモジュールを固定するボルトなどの固定具の取付けのため、導体や絶縁層などに貫通穴をあける必要がある。この貫通穴における絶縁距離を確保するため、穴を大きくとる必要があり、このため導体の面積が狭くなった部分に電流が集中し、所定のインピーダンス目標を満足できないことがあり得る。貫通穴のまわりを絶縁物で覆えば、導体の穴自体を小さくできるが、導体断面を絶縁するために、導体および絶縁物の構造が複雑になりがちである。また、一方で導体間の間隔が狭いほどインダクタンスは低減するものの、その低減効果は飽和していく。例えば、導体間隔を１０ｃｍから１ｃｍに低減した場合は、大幅なインダクタンス低減が得られるが、１ｃｍから１ｍｍに低減する場合には、さほどインダクタンスは低減しないことが知られている。従って、必ずしも導体間隔を極限まで（例えば、絶縁板板厚程度まで）狭くしなくても、インダクタンスを低減することは可能である。
また、特開平４ー１３３６６９号公報および特開平６ー２２５５４５号公報には、平板状導体を用いながら、貫通穴のない構造が記載され、上述のような貫通穴における複雑な絶縁構造をとる必要はない。しかしながら、いずれも導体を曲げるなどの加工が必要な構成である上、半導体の並列化や、３レベル変換器への適用に関しては考慮がされていない。さらに、特開平６ー２２５５４５号公報には、導体間に誘電体セラミックスを設けることが記載されているため、使用する材料が限定される。
また、半導体モジュールを複数接続した場合（１つの半導体モジュールに複数組の端子がある場合も含む。）、これらの間の電流がアンバランスになると、電流の多く流れる素子（もしくは端子）に合わせて最大電流を決めなくてはいけない。これらの相互間の電流をバランス化させることが半導体モジュールの能力を最大限に利用するために重要であるが、一般には低インダクタンス化と電流バランス化は相矛盾する場合が多く、これらを両立させることが難しかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、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を図り、かつ、簡単な構成で実現することにあり、さらに、半導体モジュールが複数接続される場合は、端子電流のバランス化を図ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、半導体素子とその素子のコレクタ端子およびエミッタ端子を同一方向側面から取り出して一体成型した半導体モジュールを１相分として少なくとも２個備えた電力変換器であって、一方の半導体モジュールのコレクタ端子（ＰＣ）と直流電源の正極を接続する正側導体と、その他方の半導体モジュールのエミッタ端子（ＮＥ）と直流電源の負極を接続する負側導体と、一方の半導体モジュールのエミッタ端子（ＰＥ）および他方の半導体モジュールのコレクタ端子（ＮＣ）を交流側に接続する交流側導体からなり、各導体をそれぞれ平板形状とするとともに、階層状に平行に形成する電力変換器の主回路構造において、２個の半導体モジュールの端子の順をＰＣ、ＰＥ、ＮＣ、ＮＥの一列になるように配置し、半導体モジュールに近い方から正側導体、交流側導体、負側導体の順に設置する。
ここで、正側導体、交流側導体、負側導体の前記各導体よりの出力端子をそれぞれ同一方向に形成し、前記出力端子のうち、正側導体と負側導体の出力端子を前記半導体モジュールの端子上面から見て隣同士に配置する。
また、２個の半導体モジュールの端子の順を２列のＰＣ、ＰＥとＮＣ、ＮＥ、または、２列のＰＣ、ＰＥとＮＥ、ＮＣになるように配置し、半導体モジュールに近い最下層に正側導体と交流側導体を設置し、その上層に負側導体を設置する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電力変換器の主回路構造を示し、電力変換器の１相分における側面図である。本実施形態は、１相分である正負側の２個のＩＧＢＴモジュールにおいて、各ＩＧＢＴモジュールのコレクタ端子とエミッタ端子が一列に配置された場合の導体の構成例である。
１はＩＧＢＴモジュール（正側）、２はＩＧＢＴモジュール（負側）であり、いわゆるモジュール型と呼ばれる外形をしている。以下では半導体モジュールとしてＩＧＢＴモジュールを例に説明するが、ＭＯＳトランジスタモジュール、バイポーラトランジスタモジュールなど、他のモジュールの型半導体モジュールでも同様の構成となることは言うまでもない。３は正側導体、４は交流側導体、５は負側導体、６〜９はボルト、１０〜１３は端子スペーサである。ＩＧＢＴモジュール１のコレクタ端子をＰＣ、エミッタ端子をＰＥと称する。同様にＩＧＢＴモジュール２のコレクタ端子、エミッタ端子をそれぞれＮＣ、ＮＥと称する。
【０００６】
図２は、第１の実施形態に対応する回路図である。図２に示すように、正側導体３は図示しない直流電源の正極とＩＧＢＴ１の端子ＰＣを、交流側導体４は図示しない交流出力端子とＩＧＢＴ１の端子ＰＥとＩＧＢＴ２の端子ＮＣを、負側導体５は図示しない直流電源の負極とＩＧＢＴ２の端子ＮＥを接続する。
【０００７】
図１において、便宜上、ＩＧＢＴモジュール１および２に近い方の導体を下層、遠い方を上層と称することにする。図１では、最下層に正側導体３を配し、ボルト６と端子スペーサ１０を介してＩＧＢＴモジュール１の端子ＰＣに接続する。本実施形態では、ボルト６と端子スペーサ１０は導体でできており、端子ＰＣと正側導体３を電気的に接続すると共に、正側導体３を機械的に支持する役目を果たす。
正側導体３のすぐ上層に交流側導体４を配置する。この場合、正側導体３と交流側導体４の両者の間隔はボルト６の頭の高さよりも大きい。これにより、交流側導体４にはボルト６の頭を貫通させるための穴をあける必要がない。交流側導体４は、ボルト７および端子スペーサ１１を介してＩＧＢＴモジュール１の端子ＰＥに、また、ボルト８と端子スペーサ１２を介してＩＧＢＴモジュール２の端子ＮＣに、それぞれ電気的および機械的に接続する。
交流側導体４より上層に、ボルト７および８の頭の高さより離れたところに負側導体５を配置し、同様にボルト９と端子スペーサ１３を介してＩＧＢＴモジュール２の端子ＮＥに電気的および機械的に接続する。これにより、負側導体５にはボルト７および８の頭を貫通させるための穴をあける必要がない。
なお、図１の実施形態では、導体が下層から順に正側導体３、交流側導体４、負側導体５と配されている。これを全く逆に、下層から負側導体５、交流側導体４、正側導体３と配置しても全く同様のインダクタンス低減効果が実現できる。しかしながら、最上層に電位の高い正側導体３を配置することにより、異物が侵入した際の短絡事故が起こりやすくなる。このような観点から、最上層には負側導体５を配置するのが最も良い。
【０００８】
図１の正側導体３、交流側導体４、負側側導体５の形状を図３に示す。正側導体３、交流側導体４、負側側導体５は、平板状の形状であり、それぞれＩＧＢＴモジュール１、２に接続するボルトのためのＩＧＢＴ端子ボルト穴３２、４２、４３、５２を設ける。また、上部には図示しない外部回路との接続用に正側導体３には出力端子３０、交流側導体４には出力端子４０、負側導体５には出力端子５０を設け、それぞれ同一方向に形成する。この場合、半導体モジュール１、２の端子上面から見て、出力端子３０を正側導体３の中央に、出力端子４０を交流側導体４の右側に、出力端子５０を負側導体５の左側に設け、図１のように下層から順に正側導体３、交流側導体４、負側導体５を配置する場合、正側導体３と負側導体４の出力端子３０、５０が隣同士になるように配する。なお、それぞれの出力端子３０、４０、５０にはボルト接続用の穴を開ける。
【０００９】
このような構成により、本実施形態では、正側側導体３、交流側導体４、負側側導体５の各導体を平板状としてしかも平行に配置しているため、従来の細長い配線を用いた場合に比べると、主回路のインダクタンスを大幅に低減できる。また、交流側導体４、負側側導体５には、ボルト（固定具）６、７、８の頭を貫通させるための穴が不要な構成であるので、この穴の部分の導体断面の絶縁が不要である。さらに、各導体３、４、５はいずれも平板状の導体を切って穴を開けただけの簡単な構成であるため、加工や組立が容易である。
また、本実施形態では、平板状の各導体３、４、５の出力端子３０、４０、５０をいずれもＩＧＢＴモジュール１、２の上部側に配置するため、図１の構成を横方向にいくつか並べて多相の電力変換器を構成した場合にも、横方向に隙間なく配置でき、全体の大きさを小さくすることができる。
なお、図１の構成では、各導体の平板間の間隔は、スペーサ１０〜１２の高さを調整して電気絶縁が得られる所要の寸法とするが、平板間の間隙に絶縁物を介在させてもよい。この場合も、導体間隔をより近接させることができ、小型化することができる。
【００１０】
図４は、本発明の第２の実施形態を示す。図４では、側面図の他に交流側導体４の形状を示す。ここで、図示していない正側導体３および負側導体５の形状は、図３に示すものと同様である。図４に示すように、本実施形態では、正側導体３と交流側導体４を同じ層に並べて配置し、その上層に負側導体５を配置する。このため、正側導体３と負側導体５を図１の実施形態に比べてより近接させることができ、一層インダクタンスを低減することができる。また、装置の高さもその分低くできるという利点がある。しかしながら、交流側導体４の出力端子４０は装置の右側（あるいは、図４とは反対に左側）に出さざるを得ない。他の正側導体３と負側導体５は上側に出しているのに対し、交流側導体４のみ側方に設置しなければならず、図４の構成を複数並べて多相の電力変換器を構成する場合、この端子の部分にはＩＧＢＴモジュールをつめて配置できないので、装置の横寸法が大きくなる。よしんば交流側導体４の端子を正側導体３、負側導体５と同様に上側に配置しても、交流側導体４と正側導体３、負側導体５間の絶縁距離を確保する必要から、横方向の寸法が大きくなることは同じである。従って、本実施形態は、装置の横方向の寸法が大きいため、設定場所に余裕があり、かつ、たて寸法の低減やインダクタンスの一層の低減が必要な場合に有効な構造である。また、本実施形態においても、導体５の下層に絶縁板を設置すれば、導体間の間隔を一層狭くすることができ、小型化することができる。
【００１１】
図５は、本発明の第３の実施形態を示す。図１および図２の実施形態ではＩＧＢＴモジュール１、２をたて方向に、即ち両者のコレクタ端子、エミッタ端子が略１直線状に並ぶように配置したが、本実施形態では、ＩＧＢＴモジュール１のコレクタを図面の右、エミッタを図面の左に配し、その図面の下にＩＧＢＴモジュール２をコレクタが左、エミッタが右になるように配置する（この説明で、左右、上下が逆になっても、同様の構成が可能である。）。正側導体３と交流側導体４は同じ層にあり、その上層に負側導体５を配置する。このように構成してもインダクタンスの低減が可能である。図１に示した実施形態に比べ、横方向は寸法が大きくなるが、たて方向は小さくできるという利点がある。
【００１２】
図６は、本発明の第４の実施形態であり、３相２レベル電力変換器への適用例を示す。（ａ）は２レベル電力変換器の主回路構造の上面図、（ｂ）、（ｃ）はその側面図である。同図には、、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分のＩＧＢＴモジュールをヒートブロック１０１に配置し、フィルタコンデンサ１０２を含む変換器の主回路全体の構成を示し、さらに、各相は図２に示すＩＧＢＴの回路を３並列有するモジュール構造をなす。すなわち、ＩＧＢＴモジュール１、２はいずれも１つのモジュールに３組のコレクタ・エミッタ端子を有する構成であり、電気的にはＩＧＢＴモジュールを３並列に接続のと等価になる。また、各導体の接続状況がよく解できるように、一部の部品を透過あるいは省略し、便宜上、上面図（ａ）のＵ相部は負側導体５と交流側導体４を取り除いた正側導体３とその接続状況を、Ｖ相部は負側導体５を取り除いた交流側導体４とその接続状況を、Ｗ相部は負側導体５とその接続状況を示す。また、（ｃ）に示すように、フィルタコンデンサ１０２を負側導体５のサイドに配置し、そのコンデンサ１０２の正負端子を正側導体３、負側導体５とフィルタコンデンサ側正導体１０３、負導体１０５により接続する。なお、同図では、フィルタコンデンサ側正導体１０３と負導体１０５の間に絶縁板１０４を介在させる。また、ヒートブロック１０１によってＩＧＢＴモジュール１、２が発生した熱を冷却し、ＩＧＢＴモジュール１、２が過熱しないようにする。
【００１３】
ここで、正側導体３、交流側導体４、負側導体５の外形を図７に示す。正側導体３の端部には、所定の深さのスリット３ＳとＩＧＢＴモジュール１と接続するＩＧＢＴ端子部３５を設ける。また、出力端子３０は正側導体３の中央に配置する。交流側導体４の端部には、所定の深さのスリット４ｓとＩＧＢＴモジュール１、２と接続するＩＧＢＴ端子部４８ａ、４８ｂを設ける。また、出力端子４０は交流側導体４の右に配置する。負側導体５の端部には所定の深さのスリット５ｓとＩＧＢＴモジュール２と接続するＩＧＢＴ端子部５５を設ける。また、出力端子５０は負側導体５の左に配置する。
正側導体３は、スリット３Ｓを設けた端部を折り曲げることにより、脚３ｆを形成し、ＩＧＢＴ端子部３５を脚３ｆの先に設ける。そして、この端子部３５はボルト６ａ〜ｃによりＩＧＢＴモジュール１のコレクタ端子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と電気的及び機械的に接続する。
交流側導体４は、スリット４ｓを設けた端部を折り曲げることにより、脚４ｆを形成し、ＩＧＢＴ端子部４８ａ、４８ｂを脚４ｆの先に設ける。そして、ＩＧＢＴ端子部４８ａはボルト７ａ〜ｃによりＩＧＢＴモジュール１のエミッタ端子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３と電気的及び機械的に接続し、ＩＧＢＴ端子部４８ｂはボルト８ａ〜ｃによりＩＧＢＴモジュール２のコレクタ端子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と電気的及び機械的に接続する。脚４ｆの高さは正側導体３の脚３ｆよりも高く設定する。このため、交流側導体４は正側導体３よりも上層に適当な間隔をおいて設置されることになる。正側導体３と交流側導体４の間には絶縁板１４を設置する。
負側導体５は、スリット５Ｓを設けた端部を折り曲げることにより、脚５ｆを形成し、ＩＧＢＴ端子部５５を脚５ｆの先に設ける。そして、この端子部５５はボルト９ａ〜ｃによりＩＧＢＴモジュール２のエミッタ端子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３と電気的及び機械的に接続する。脚５ｆの高さは交流側導体４の脚４ｆより高く設定する。このため、負側導体５は交流側導体４よりも上層に適当な間隔をおいて設置されることになる。交流側導体４と負側導体５の間には絶縁板１５を設置する。
【００１４】
本実施形態は、第１、第２、第３の実施形態に比べ、次の点の特徴を有する。
（１）正側導体３、交流側導体４、負側導体５の各導体の端部に所定の深さのスリット（３ｓ〜５ｓ）を設け、これを折り曲げることにより所定の長さの脚（３ｆ〜５ｆ）を形成する。なお、脚の先には、ＩＧＢＴモジュールの端子とボルトによって接続するための端子部を設ける。
（２）正側導体３、交流側導体４、負側導体５の各導体の間隔は、折り曲げられた脚（３ｆ〜５ｆ）の高さで調整し、最下層に正側導体３、中層に交流側導体４、最上層に負側導体５を配置する。この構造では、正側導体３が一番下層になるので、その長さは最も短い。逆に最上層の負側導体５が最も長い。
（３）正側導体３の出力端子は中央に、交流側導体４の出力端子は右に、負側導体５の出力端子は左にそれぞれ配置する。
（４）正側導体３と交流側導体４の間および交流側導体４と負側導体５の間にそれぞれ絶縁板１４、１５を介在する。
【００１５】
本実施形態では、上記（１）（２）により、図１の実施形態に比べ、導体を折り曲げる必要があるが、端子スペーサを必要としないために部品数を低減することかでき、構成を単純化し、省スペース化することが可能になる。
また、正側導体３、交流側導体４、負側導体５の各導体のＩＧＢＴ端子部間には、スリット３ｓ、４ｓ、５ｓをそれぞれ設けるが、これはＩＧＢＴ端子電流のバランスを保つために有用である。ＩＧＢＴモジュールを並列接続した場合（図６のように、複数端子を持つＩＧＢＴモジュールを用いた場合も同じである。）、各端子の電流をバランス化することが重要である。各端子からみたインダクタンスのアンバランスがあると、端子電流アンバランスが発生する。正側導体３を例にとると、ＩＧＢＴモジュール１内の配線と、導体３によりできるループを横流電流が流れることになる。例えば、内部配線３ｆ→３→３ｆ→１に横流電流が流れる。スリット３ｓを設けることにより、この横流電流の流れるループの長さを延ばすことができ、ループのインダクタンスが増大し、横流電流が減るので、端子電流のバランス化が可能となる。交流側導体４、負側導体５についても同様である。
また、上記（２）（３）により、正側導体３が一番下層にあるので、その長さは最も短い。逆に最上層の負側導体５が最も長くなる。最下層の正側導体３では、出力端子３０とＩＧＢＴ端子部３５の距離が近いので、それぞれの電流経路長に差が出やすく、電流がバランスしづらくなる。このため、出力端子３０を中央に配することにより、並列素子間の電流バランスを改善できる。さらに、正側導体３の出力端子３０と負側導体５の出力端子５０が隣り合わせで近接しているため、ＩＧＢＴモジュール１もしくは２のスイッチング時の転流インダクタンスを最小化できる。
なお、中層の交流側導体４と最上層の負側導体５の出力端子４０、５０の左右が入れ替わっても効果は同じである。また、負側導体５が最下層、正側導体３が最上層のように導体順が入れ替わっても、最下層の導体の出力端子を中央に配することの利点は同じである。
一方、中層の交流側導体４および最上層の負側導体５では、正側導体３に比べて導体長が長く、端子電流がバランスしやすいため、それぞれの出力端子４０および５０を左または右に配しても、端子電流バランスに与える悪影響は比較的小さい。
また、上記（４）により、第１、第２の実施形態のように、各導体間を端子接続のためのボルト（６ａ〜９ｃ）の高さ以上の間隔を持たせる必要がなくなるので、導体間を狭くすることでインダクタンスの低減を図ることができる。
【００１６】
図９は、本発明の第５の実施形態であり、３レベルインバータへの適用例を示す。図９では、理解を容易にするために、フィルタコンデンサ等、発明に直接関与しない部分は省いてある。図８に、３レベルインバータの１相分の等価回路を示す。３レベルインバータは、図示しない直流電源に並列接続された分圧コンデンサ２１０、２１１の正、負および中間電位（Ｐ、Ｎ、Ｃ）から３レベル電位の交流に変換またはその逆変換をする電力変換器である（但し、図８では１相分がＩＧＢＴの３並列を示す。）。
【００１７】
３レベルの主回路の結線について図８により説明する。正側フィルタコンデンサ２１０と負側フィルタコンデンサ２１１が直列に接続される。フィルタコンデンサ２１０の正側のＰ点から見て、順にＩＧＢＴモジュール２０１、２０２、２０３、２０４が直列に接続される。２０１〜２０４は、いずれも図６同様、１モジュールにコレクタ端子とエミッタ端子が３組ある構成である。さらに、フィルタコンデンサ２１０、２１１間の中性点Ｃから、正側クランプダイオード２０５がＩＧＢＴモジュール２０１と２０２の間に、負側クランプダイオード２０６がＩＧＢＴモジュール２０３と２０４の間にそれぞれ接続される。
正側導体３はＰ点とＩＧＢＴモジュール２０１のコレクタ端子ＰＣ１を、交流側導体４はＩＧＢＴモジュール２０２のエミッタ端子ＰＥ２、ＩＧＢＴモジュール２０３のコレクタ端子ＮＣ３と図示しない負荷とを、負側導体５はＩＧＢＴモジュール２０４のエミッタ端子ＮＥ４とＮ点とをそれぞれ接続する。
中間電位導体２０７はＩＧＢＴモジュール２０１のエミッタ端子ＰＥ１、ＩＧＢＴモジュール２０２のコレクタ端子ＰＣ２と正側クランプダイオード２０５のカソード端子ＰＤＫを、中間電位導体２０８はＩＧＢＴモジュール２０３のエミッタ端子ＮＥ３、ＩＧＢＴモジュール２０４のコレクタ端子ＮＣ４と負側クランプダイオード２０６のアノード端子ＮＤＡを、中間電位導体２０９はＣ点とクランプダイオード２０５のアノード端子ＰＤＡ、クランプダイオード２０６のカソード端子ＮＤＫとをそれぞれ接続する。
【００１８】
図９において、（ａ）は３レベルインバータの主回路構造の上面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はＩＧＢＴモジュール２０１、２０２に関する側面図である。
半導体モジュール２０１〜２０４は、（ａ）のように、同一面上に配置し、正側導体３、負側導体５、中間電位導体２０９、交流側導体４の各出力端子をそれぞれ同一方向に形成する。なお、この場合、少なくとも正側導体３、負側導体５、交流側導体４の各出力端子をそれぞれ同一方向に形成するようにする。
交流側導体４は、（ａ）のように最上層に配し、ＩＧＢＴモジュール２０２に接続するＩＧＢＴ端子と、ＩＧＢＴモジュール２０３に接続するＩＧＢＴ端子の間に大きなスリット４９ｅを設ける。また、この大きなスリット４９ｅによって分けられた各ＩＧＢＴ端子の先端にはＩＧＢＴモジュール２０２、２０３にボルト９ａ〜ｆを介して接続するＩＧＢＴ端子部を設け、このＩＧＢＴ端子部相互間に、図６の実施形態と同様に、スリット４ｓを設ける。また、出力端子を４０ａと４０ｂの２つに分割してそれぞれ正側導体３、負側導体５の各出力端子の左右に配する。
正側導体３、負側導体５、中間電位導体２０７、中間電位導体２０８は、（ｂ）のように、半導体モジュール２０２、２０３に最も近い最下層に配し、その上に順に中間電位導体２０９、交流側導体４を階層して配置する。（ｃ）には、最下層に正側導体３、最上層に交流側導体４、中層に中間電位導体２０９を配置した様子を示す。
ここで、図９では、最上層の交流側導体４の形状は分かり易いが、これより下層の各導体の形状が分かりにくい。このため、図１０に、最下層に配される正側導体３、中間電位導体２０７、２０８、負側導体５の概形と配置を示す。また、図１１に、中層に配される中間電位導体２０９の概形を示す。
図１０において、正側導体３、中間電位導体２０７、２０８、負側導体５には、ＩＧＢＴモジュールと接続するＩＧＢＴ端子部相互間に、図６の実施形態と同様に、スリット３ｓ、５ｓ、２０７ｓ、２０８ｓを設ける。正側導体３の出力端子３０と負側導体５の出力端子５０は、ＩＧＢＴモジュール２０１および２０４の端子から見て中央に配する。また、中間電位導体２０７、２０８には、導体２０９のダイオード端子２０９１、２０９２と導体２０７、２０８が接触して短絡を起こさないように、穴２０７０、２０８０をあける。この場合、穴に代えてスリットを採用してもよい。
図１１において、中間電位導体２０９には、クランプダイオード２０５、２０６とそれぞれ接続するためのクランプダイオード端子２０９１、２０９２を設け、また、正側導体３の出力端子３０と隣接させるように、また、負側導体の出力端子５０と同じく隣接させるように出力端子２０９０を配する。
【００１９】
本実施形態では、各導体においてＩＧＢＴモジュール２０１〜２０４と接続するＩＧＢＴ端子部相互間にスリットを設けることによって、図６の実施形態と同様、ＩＧＢＴ端子電流のバランスを向上させることができる。さらに、交流側導体４に大きなスリット４９ｅを設けることにより、ＩＧＢＴモジュール２０２と２０３の間を流れる電流経路長はやや長くなり、インダクタンスが若干増加するものの、ＩＧＢＴモジュール２０２および２０３の端子電流のバランス化を図ることができる。
また、最下層にあり、電流経路長の短い正側導体３の出力端子３０と負側導体５の出力端子５０をＩＧＢＴモジュール２０１および２０４の端子から見て中央に配することにより、図６の実施形態と同様に、ＩＧＢＴ端子電流のバランスを図ることができる。
また、３レベルインバータ主回路の転流インダクタンス低減には、正側導体３の出力端子３０と中間電位導体２０９の出力端子２０９０を、また、負側導体の出力端子５０と同じく中間電位導体２０９の出力端子２０９０を隣接させることが有効である。このため、上述のように出力端子３０と５０をそれぞれ各導体の中央に配した上で、中間電位導体２０９の出力端子２０９０を出力端子３０と５０の間に配することにより、上述の電流バランスの他に転流インダクタンス低減を実現できる。
また、交流側導体４では、出力端子を４０ａと４０ｂの２つに分割して、それぞれ正側導体３、負側導体５の左右に配したので、導体に流れる電流バランスが良くなる。
以上のようにして、３レベル構成においても、低インダクタンス化と電流バランス化を図る主回路構造を比較的簡単な構成で実現することができる。
なお、上記とは逆に、交流側導体４の出力端子を一つに纏めて正側導体３と負側導体５の間に配し、中間電位導体２０９の出力端子を２つに分割して左右両端に配しても、略同様の効果が得られる。
【００２０】
図６および図９の実施形態では、３組のコレクタ・エミッタ端子を有する構成のＩＧＢＴモジュールを例に述べたが、２組、６組など３組以外の端子数のＩＧＢＴモジュールを使用した場合にも、同様の構成が可能である。また、１組しか端子のないＩＧＢＴモジュールを複数個接続した場合にも同様である。
また、本発明の実施形態では、導体がいずれも平板状であるために、特に電車などの交通機関に搭載されて使用される場合、車体などの振動が原因で騒音を発したり、部品同士がぶつかりあって破損したりする心配がある。各導体厚さを振動が生じない程厚くすれば、このような振動や騒音問題は防止できるが、全体の重量が重くなる。このような場合には、各導体に溝（リブ）を形成したり、導体間を絶縁支持物で支持したり、導体端部を折り曲げたりすることにより、各導体の厚さをそれほど厚くしなくとも、振動を防止することができ、騒音や部品の破損を防止できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力変換器の主回路を構成する各導体を平板状とし、しかも平行に配置するので、従来の細長い配線を用いた場合に比べ、主回路のインダクタンスを大幅に低減でき、これにより、素子スイッチング時の跳ね上がり電圧を抑制し、素子の能力を最大限に利用することができる。
また、各導体には、ボルト（固定具）の頭を貫通させるための穴が不要であるので、この穴の部分の導体断面の絶縁が不要となり、このため、絶縁が容易になり、装置全体の信頼性を向上させることができる。
また、半導体素子を並列接続して電力変換器を構成する場合にも、導体端子間にスリットを設けることにより、各半導体素子に流れる電流を均等化できるので、各半導体素子の能力を最大限に利用することができ、結果として電力変換器全体を小型化することができる。
また、各導体は、いずれも平板状の導体を切ってボルト（固定具）用の穴を開けただけの簡単な構成であるので、加工や組立が容易である。
また、各導体を折り曲げることにより、端子スペーサを必要としないため、部品数を低減することかでき、構成を単純化し、省スペース化することが可能になる。
また、３レベルインバータ主回路において、その転流インダクタンスを低減するため、正側クランプダイオードと負側クランプダイオードを接続する中間電位導体の出力端子を正側導体の出力端子と負側導体の各出力端子の間または隣接して配することにより、電流バランスの他に転流インダクタンスの低減を図ることができる。
また、３レベルインバータ主回路の交流側導体の出力端子を分割し、または、正側クランプダイオードと負側クランプダイオードを接続する中間電位導体の出力端子を分割し、それぞれ正側導体、負側導体の左右に配することにより、導体に流れる電流バランスを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による電力変換器の主回路構造図
【図２】図１の実施形態の電気的な接続を示す回路図
【図３】図１の実施形態の正側導体、交流側導体および負側導体の形状を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態
【図５】本発明の第３の実施形態
【図６】本発明の第４の実施形態であり、３相２レベル電力変換器への適用例を示す図
【図７】図６の実施形態の正側導体、交流側導体および負側導体の形状を示す図
【図８】３レベル電力変換器の電気的な接続を示す回路図
【図９】本発明の第５の実施形態であり、３レベル電力変換器への適用例を示す図
【図１０】図９の実施形態の最下層の導体の形状と配置を示す図
【図１１】図９の実施形態の中層の導体の形状と配置を示す図
【符号の説明】
１〜２、２０１〜２０４…ＩＧＢＴモジュール、３…正側導体、３ｆ、４ｆ、５ｆ…導体の脚、３ｓ、４ｓ、５ｓ、２０７ｓ、２０８ｓ…スリット、４…交流側導体、４０ａ、４０ｂ出力端子、５…負荷導体、６〜９ボルト、１０〜１３…端子スペーサ、１４〜１５…絶縁板、３１…正側導体、３２、４２、４３、５２…ＩＧＢＴ端子ボルト穴、６ａ〜ｆ、７ａ〜ｆ、８ａ〜ｆ、９ａ〜ｆ…ボルト、３０、４０、５０…出力端子、３５、４８ａ〜ｂ、５５…ＩＧＢＴ端子部、１０１…ヒートブロック、１０２…フィルタコンデンサ、１０３…フィルタコンデンサ側正導体、１０４…絶縁板、１０５…フィルタコンデンサ側負導体、１０６ａ〜ｄ…ボルト、２０５〜２０６…クランプダイオード、２０７〜２０９…中間電位導体、２１０、２１１…フィルタコンデンサ、２０７０、２０８０…導体の穴、２０９０…出力端子、２０９１〜２０９２…クランプダイオード端子
【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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