JP2002125381A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組み立て性、メンテナンス性に優れ、電力変
換装置の回路構成が変わっても構造の変更が不要な電力
変換装置を提供する。 【解決手段】 複数のＩＧＢＴモジュール１ａ、１ｂ
と、各モジュール１ａ、１ｂの端子間を配線すると共
に、正極端子１６、負極端子１７、交流端子１８を有す
る素子間配線板１２と、ＩＧＢＴモジュール１ａ、１ｂ
を搭載すると共にＩＧＢＴモジュール１ａ、１ｂを冷却
するドライパネル１０とからなるサブユニット１１、並
びに直流回路と接続する直流配線板１９を備え、複数の
サブユニット１１を配列し、複数のサブユニット１１の
素子間配線板１２における正極端子１６間および負極端
子１７間を、直流配線板１９によって、各々並列に接続
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３に従来の電気車用の電力変換装置
を示す。図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は側面図
である。また、回路構成を図１４に示す。このような電
力変換装置の例は、例えば三菱電機技報・Ｖｏｌ．７２
・Ｎｏ．６・１９９８に示されている。図において、１
ａ、１ｂはＩＧＢＴモジュールで構成された半導体素子
であり、１ａは正極側ＩＧＢＴモジュール、１ｂは負極
側ＩＧＢＴモジュールである。正極側ＩＧＢＴモジュー
ル１ａと負極側ＩＧＢＴモジュール１ｂとが直列に接続
された構成が３相分配置され、電力変換装置を構成す
る。正極側ＩＧＢＴモジュール１ａのコレクタ端子３１
には正極板２が接続され、負極側ＩＧＢＴモジュール１
ｂのエミッタ端子３２には負極板３が接続される。ま
た、正極側ＩＧＢＴモジュール１ａのエミッタ端子３２
と負極側ＩＧＢＴモジュール１ｂのコレクタ端子３１に
は交流板４が接続される。正極板２および負極板３は各
相のＩＧＢＴモジュール端子を並列に接続し、交流板４
は各相で絶縁されている。正極板２と負極板３と交流板
４とは、これらを電気的に絶縁するための絶縁層を介し
て積層され、主回路配線板５を構成する。主回路配線板
５には正極端子６、負極端子７、および交流端子８が、
それぞれ正極板２、負極板３、および交流板４に設けて
あり、正極端子６と負極端子７にはコンデンサ９等の直
流回路が接続される。交流端子８にはモータ等の交流回
路が接続される。このようにして、図１４に示すような
３相の電力変換回路が構成される。各ＩＧＢＴモジュー
ルはドライパネル１０上に取り付けられる。また、ドラ
イパネル１０は車両走行風によって冷却される。

【０００３】従来の電力変換装置は以上のような構成と
なっており、交流から直流、または直流から交流に変換
する回路が構成される。ここで述べた電力変換装置は主
回路の配線に、積層された主回路配線板５を使用してお
り、低インダクタンス配線が可能であり、高速スイッチ
ング動作においてもスイッチング時のサージ電圧を抑制
することができるので、半導体素子での発生損失を小さ
くできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電力変
換装置では１個のドライパネル１０上に３相分の半導体
素子が搭載されるために、コンデンサ９を除いても相当
な重量となるので、装置の取り外しが容易でなく、ま
た、主回路配線板５は３相を一括して配線するものであ
り、例えば１個の半導体素子を取り替えるためには、主
回路配線板５と半導体素子を接続する全ての取り付けね
じをはずす必要があり、組み立て性、メンテナンス性に
問題があった。また、主回路配線板５の形状は、半導体
素子内部の並列チップ間の分流特性や、制御回路との電
磁干渉に大きく影響するため、その設計には十分な注意
が必要である。そのため、回路構成が上述のような３相
インバータではなく、例えば単相のコンバータとなった
場合には、新たな主回路配線板の設計ならびに評価試験
を行う必要があり、開発コストがかかるという問題があ
った。

【０００５】本発明はこのような従来の電力変換装置の
問題点を解消するためになされたものであり、組み立て
性、メンテナンス性に優れ、また、電力変換装置の回路
構成が変わっても構造の変更をほとんど不要とし、かつ
十分な性能が得られる電力変換装置を提供することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成によ
る電力変換装置は、複数の半導体素子と、上記各半導体
素子の端子間を配線すると共に、正極端子、負極端子、
および交流端子を有する素子間配線板と、上記半導体素
子を搭載すると共に上記半導体素子を冷却するドライパ
ネルとからなるサブユニット、並びに直流回路と接続す
る直流配線板を備え、複数の上記サブユニットを配列
し、上記複数のサブユニットの素子間配線板における正
極端子間および負極端子間を、上記直流配線板によっ
て、各々並列に接続するものである。

【０００７】また、本発明の第２の構成による電力変換
装置は、第１の構成において、複数のサブユニットを、
ドライパネルを冷却する冷却気流の流れる方向に対して
ほぼ垂直な方向に配列したものである。

【０００８】また、本発明の第３の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、半導体素子が
複数の並列端子を有し、上記並列端子が配列される方向
が、ドライパネルを冷却する冷却気流の流れる方向に対
してほぼ垂直になるように上記半導体素子を配置したも
のである。

【０００９】また、本発明の第４の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、サブユニット
の素子間配線板の幅広面がドライパネルの半導体素子取
り付け面に対してほぼ垂直になるように設置されている
ものである。

【００１０】また、本発明の第５の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、半導体素子が
複数の並列端子を有し、上記並列端子が配列される方向
と、複数の半導体素子の配列方向とが平行となるように
配置され、素子間配線板はその幅広面がドライパネルの
半導体素子取り付け面に対してほぼ垂直になるように設
置されると共に、上記素子間配線板を構成する正極板と
負極板と交流板とがドライパネルの半導体素子取り付け
面と平行方向に積層され、かつ上記正極板、上記負極
板、および上記交流板のいずれかの、半導体素子側に位
置する端面に切欠き部を設け、複数の半導体素子におい
て隣接する半導体素子に最も近い並列端子に達する電流
経路が切欠き部を設けない場合よりも長くなるようにし
たものである。

【００１１】また、本発明の第６の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、半導体素子が
複数の並列端子を有し、上記並列端子が配列される方向
と、複数の半導体素子の配列方向とが平行となるように
配置され、素子間配線板はその幅広面がドライパネルの
半導体素子取り付け面に対してほぼ垂直になるように設
置されると共に、上記素子間配線板を構成する正極板と
負極板と交流板とがドライパネルの半導体素子取り付け
面と平行方向に積層され、かつ上記正極板、上記負極
板、および上記交流板のいずれかの、半導体素子の並列
端子との取り付け部間に位置する端面にスリットを設け
たものである。

【００１２】また、本発明の第７の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、複数のサブユ
ニットにおける各交流端子間を並列に接続し、１相分の
回路を構成するものである。

【００１３】また、本発明の第８の構成による電力変換
装置は、第７の構成において、複数のサブユニットにお
ける各正極側半導体素子の制御端子間を並列接続する配
線を、素子間配線板を構成する交流板、および複数のサ
ブユニットにおける各交流端子間を並列接続する並列接
続用交流配線板に沿って配置し、複数のサブユニットに
おける各負極側半導体素子の制御端子間を並列接続する
配線を、素子間配線板を構成する負極板、および直流配
線板に沿って配置したものである。

【００１４】また、本発明の第９の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、サブユニット
内の複数の半導体素子が素子間配線板によって並列に接
続されているものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明を各実施の形態に
従って説明する。なお、以下の例では半導体素子とし
て、ＩＧＢＴと、このＩＧＢＴに対し逆並列に接続され
たダイオードとを内蔵するＩＧＢＴモジュールについて
説明するが、これに限定されるものではない。

【００１６】実施の形態１．図１は本発明の実施の形態
１による電力変換装置であり、図１（ａ）は平面図図１
（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は別方向から見た側面図、
図１（ｄ）はＩＧＢＴモジュールの概略図である。ま
た、図１の電力変換装置の回路構成図を図２に示す。図
１および図２において、１ａは正極側ＩＧＢＴモジュー
ル、１ｂは負極側ＩＧＢＴモジュール、、６は正極端
子、７は負極端子、１０はドライパネル、１０ａはドラ
イパネル１０に設けられた冷却フィン、１１はサブユニ
ット、１２はＩＧＢＴモジュール間を配線する素子間配
線板（主回路配線板）、１３は正極板、１４は負極板、
１５は交流板、１６は正極端子、１７は負極端子、１８
は交流端子、１９は直流配線板、２０はサブユニット取
り付け穴、３１はコレクタ端子、３２はエミッタ端子で
ある。なお、図１においてゲート端子等の制御端子は省
略している。

【００１７】図１（ｄ）に示すように、各ＩＧＢＴモジ
ュール１ａ、１ｂにはコレクタ端子３１およびエミッタ
端子３２が各３個備えられ、それらは各々並列に接続さ
れる。また、図１、図２に示すように、正極側ＩＧＢＴ
モジュール１ａと負極側ＩＧＢＴモジュール１ｂとが直
列に接続された構成が３相分配置され、電力変換装置を
構成する。サブユニット１１は、ドライパネル１０と、
ドライパネル１０の受熱面に取り付けられた正極側ＩＧ
ＢＴモジュール１ａおよび負極側ＩＧＢＴモジュール１
ｂと、素子間配線板１２とからなり、ハーフブリッジ回
路を構成する。素子間配線板１２は、正極端子１６を有
する正極板１３、負極端子１７を有する負極板１４、交
流端子１８を有する交流板１５が絶縁層を介して積層さ
れた積層配線板構造となっている。なお、絶縁層は絶縁
板であってもよいし、空気層であってもよい。素子間配
線板１２は、例えば正極板１３と負極板１４と交流板１
５と、これら間に配置される絶縁板とが密着され、一体
化された構造でもよいし、また、正極板１３と負極板１
４と絶縁板１５が一体化され、交流板１５は所定の空隙
を保持して配置される構造でもよい。サブユニット１１
内で正極側ＩＧＢＴモジュール１ａは負極側ＩＧＢＴモ
ジュール１ｂと直列に接続され、正極側ＩＧＢＴモジュ
ール１ａのコレクタ端子３１には正極板１３が接続さ
れ、負極側ＩＧＢＴモジュール１ｂのエミッタ端子３２
には負極板１４が接続される。正極側ＩＧＢＴモジュー
ルのエミッタ端子と負極側ＩＧＢＴモジュールのコレク
タ端子には交流板１５が接続される。図に示す例では、
上記構成の３個のサブユニット１１が配置され、各サブ
ユニット１１の素子間配線板１２は直流配線板１９と各
々の正極端子１６および負極端子１７で接続され、また
各サブユニット１１の素子間配線板１２の正極板１３お
よび負極板１４は各々並列に接続される。直流配線板１
９には正極端子６および負極端子７が備えてあり、コン
デンサ９等の直流回路と接続される。直流配線板１９は
低配線インダクタンス化のため、素子間配線板１２と同
様に積層された配線板が望ましい。各素子間配線板１２
の交流端子１８は、それぞれモータ等の交流回路と接続
される。このようにして３相インバータが構成できる。
各サブユニット１１は取り付け穴２０によってインバー
タ箱枠に取り付けられる。

【００１８】本発明の実施の形態１による電力変換装置
は以上のような構成となっており、各サブユニット毎の
取り外しが可能な構成となっている。このため、従来の
３相一体型のドライパネルや３相一括主回路配線板を使
用した電力変換装置に比べ、メンテナンス時等に取り扱
う部材の重量が大幅に軽減し、また、取り外し作業を行
うねじ止め部の数が大幅に低減できるので、組み立て
性、メンテナンス性が飛躍的に向上する。

【００１９】また、本実施の形態１を電気車の車両推進
用の電力変換装置に適用する場合、図１に示すように、
各相を構成する各サブユニット１１は、各サブユニット
が配列する方向に垂直な方向に走行風が流れるように配
置され、ドライパネル１０の冷却フィン１０ａの構造も
それにあわせた形状とする。通常、走行風で冷却するド
ライパネルでは、風上側の冷却能力が高く、風下側の冷
却能力が低くなる傾向がある。３相一体型のドライパネ
ルでは、ＩＧＢＴモジュールを取り付ける受熱部が１枚
の金属板からなっており、風下側での冷却能力が相対的
に低くても、受熱部の金属板内での熱伝導により比較的
均一に冷却できる。一方、本実施の形態１による電力変
換装置では、ドライパネルを各相に分割するため、サブ
ユニット１１の配列方向と平行に風を流すと、各相間で
の熱伝達が十分でないために、風下側に配置された相の
冷却能力が著しく悪化する。このことは、実験および解
析により確認している。本実施の形態１による電力変換
装置では、サブユニット１１の配列方向と垂直な方向に
風を流せる構造となっており、各相間での冷却能力の差
はない。各相内で、正極側と負極側のＩＧＢＴモジュー
ルの冷却能力に若干差があるが、同一受熱部上に配置さ
れているので大きな問題はない。このように、本実施の
形態１の電力変換装置では、ドライパネルを各相毎に分
割してサブユニット化しても十分な冷却能力を得ること
ができる。

【００２０】また、サブユニット１１が構成するハーフ
ブリッジ回路は電力変換回路の基本的な回路構成であ
り、同じサブユニットを用いて他の電力変換装置を構成
することが可能である。電力変換装置で重要な構造とし
て主回路配線構造と冷却器構造がある。上記主回路配線
構造は、半導体素子内部の並列チップ間の分流特性や制
御回路との電磁干渉に大きく影響するため、その設計に
は十分な注意が必要である。図１に示す電力変換装置に
おいて、上述のような理由で配線形状設計が重要となる
のはサブユニット１１の素子間配線板１２であり、直流
配線板１９は積層配線板構造を採用するなどして、十分
に低配線インダクタンスであれば、半導体素子動作に及
ぼす影響はほとんど無視できる。また、上記冷却器構造
については、上述のように各サブユニット１１の配列方
向を走行風方向と垂直に配列することにより、その冷却
器の能力は他相の影響をほとんど受けず、サブユニット
単体で評価できる。このように本実施の形態１の電力変
換装置では、電力変換装置の重要な構成要素をサブユニ
ット１１内に含んでおり、サブユニット構造が最適化さ
れていれば、サブユニット１１の組み合わせで構成でき
る種々の電力変換装置の開発スピードを飛躍的の向上す
ることができる。例えば、単相コンバータを構成するに
は、図３のようにサブユニット２つを走行風方向にほぼ
垂直に配列し、２個のサブユニット１１を接続する直流
配線板１９を新たに設計するのみでよい。

【００２１】このように、本実施の形態１によれば、組
み立て性、メンテナンス性に優れ、十分な冷却能力を有
する電力変換装置を得ることができる。また、サブユニ
ットの組み合わせにより多種の電力変換装置を構成で
き、開発スピードを飛躍的に向上できる効果がある。

【００２２】実施の形態２．電気車用の電力変換装置に
用いられるＩＧＢＴモジュールは大容量のものが用いら
れ、そのようなＩＧＢＴモジュールでは内部で半導体チ
ップが複数個並列に接続され、さらに並列に接続される
並列端子が複数個備えられる場合がある。この場合、各
並列接続されたチップおよび並列端子に流れる電流が均
一になるように電力変換装置が構成される必要がある。
並列チップ間分流に影響を与える要因のひとつとして、
チップの温度バラツキがあり、冷却構造が影響する。図
４に本発明の実施の形態２による電力変換装置の平面図
を示す。本実施の形態２による電力変換装置では、走行
風の方向を、ＩＧＢＴモジュール１ａ、１ｂの並列端子
の配列方向に対して垂直になるように構成されている。
このようにすることで、ＩＧＢＴモジュール内部のチッ
プ温度のバラツキを抑制することができる。

【００２３】このように、本実施の形態２によれば、実
施の形態１と同様、組み立て性、メンテナンス性に優
れ、十分な冷却能力を有する電力変換装置を得ることが
でき、また、サブユニットの組み合わせにより多種の電
力変換装置を構成でき、開発スピード飛躍的に向上でき
る。さらに、ＩＧＢＴモジュール内部のチップ温度のバ
ラツキも抑制することができ、高性能の電力変換装置が
得られる効果がある。

【００２４】実施の形態３．本発明の実施の形態３によ
る電力変換装置の例を図５に示す。電気車用の電力変換
装置では、図６に示すように、ドライパネル１０の放熱
フィン１０ａ設けられた面を電気車の床下側面に配置す
る必要がある場合がある。図６において、３５はインバ
ータの箱枠、３６は車体である。この場合、走行風に垂
直方向の電力変換装置の幅Ｗが制限され、例えば図１に
示す電力変換装置のサブユニット１１の幅（正極側ＩＧ
ＢＴモジュール１ａと負極側ＩＧＢＴモジュール１ｂの
並ぶ方向に垂直な方向の幅）Ｗ１が非常に狭くなって、
素子間配線板１２の幅を十分にとることができないため
に電流密度が高くなり、電流容量を確保できない場合が
ある。本実施の形態３はそのような場合のためになされ
たものであり、素子間配線板１２の幅広面が、ドライパ
ネルの、ＩＧＢＴモジュール１ａ、１ｂの取り付け面に
対して垂直になるように配置し、素子間配線板１２の幅
を十分に確保できるようにしている。これにより、素子
間配線板１２を流れる電流密度が最適化され、電流容量
が確保でき、高性能の電力変換装置が得られるようにな
る。

【００２５】このように、本実施の形態３によれば、ド
ライパネル１０の放熱面を電気車の床下側面に配置する
場合であっても、高性能で、かつ組み立て性、メンテナ
ンス性に優れ、十分な冷却能力を有する電力変換装置を
得ることができる。また、サブユニットの組み合わせに
より多種の電力変換装置を構成でき、開発スピード飛躍
的に向上できる。

【００２６】実施の形態４．大容量のＩＧＢＴモジュー
ルでは内部で半導体チップが複数個並列に接続され、さ
らに並列に接続される外部端子が複数個備えられる場合
がある。この場合、各並列接続されたチップおよび並列
端子に流れる電流が均一になるように、電力変換装置が
構成される必要がある。並列チップ間分流に影響を与え
る要因のひとつとして、前述のチップの温度バラツキの
他、主回路配線形状がある。図１に示すように、正極側
ＩＧＢＴモジュール１ａと負極側ＩＧＢＴモジュール１
ｂの配列方向が、各ＩＧＢＴモジュール１ａ、１ｂの並
列端子（複数のコレクタ端子３１、または複数のエミッ
タ端子３２）の配列方向と平行になる場合は、図４に示
すような、垂直になる場合と比較して、分流アンバラン
スが生じ易い。従って、主回路配線形状に工夫をする必
要がある。

【００２７】図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に本実施の形態４
による電力変換装置の例を示す。図７では、１つのサブ
ユニット１１のＩＧＢＴモジュール１ａ、１ｂと、素子
間配線板１２の正極板１３、負極板１４、交流板１５の
みを示しており、図７（ａ）では説明のため、それぞれ
分離して示している。また、図には太い点線で電流経路
も示している。

【００２８】図７において、正極側ＩＧＢＴモジュール
１ａと負極側ＩＧＢＴモジュール１ｂは、各ＩＧＢＴモ
ジュール１ａ、１ｂの配列方向と、各ＩＧＢＴモジュー
ル１ａ、１ｂのコレクタ端子３１およびエミッタ端子３
２の配列方向とが平行になるように配置されている。ま
た、正極板１３、負極板１４、及び交流板１５のＩＧＢ
Ｔモジュール端子取り付け部２１以外の幅広面が、ドラ
イパネル１０へのモジュール取り付け面２２に対して垂
直に配置されている。交流板１５には切欠き部２３が２
箇所設けられている。切欠き部２３は、交流板１５の電
流経路に沿った、ＩＧＢＴモジュール側の側面（図７
（ａ）のＡ）に配置されている。切欠き部の形状はこれ
に限定されるものではなく、相手側のモジュールに最も
近い並列端子間に位置する交流板１５の端面より、相手
側のモジュールに最も近い並列端子を覆う形状、例えば
図８（ａ）や図８（ｂ）、図８（ｃ）に示すような形状
の切欠き部２３を設けてもよい。また、切欠き部２３は
正極板１３または負極板１４に設けてもよい。

【００２９】図１や図７のようなＩＧＢＴモジュールの
配置では、スイッチング時において相手側のモジュール
に最も近い並列端子のインピーダンスが低くなる場合が
多い。そのため、正極板、負極板、交流板のいずれか
の、半導体素子側に位置する端面に切欠き部を設け、相
手側のモジュールに最も近い並列端子に達する電流経路
が長くなるようにすることができ、各並列端子を含む回
路のインピーダンスを均等化し、分流の均一化が可能と
なる。

【００３０】このように、本実施の形態によれば、ＩＧ
ＢＴモジュールの各並列端子および並列チップ間の分流
を均一化でき、高性能で、かつ組み立て性、メンテナン
ス性に優れ、十分な冷却能力を有する電力変換装置を得
ることができる。

【００３１】実施の形態５．図９は本発明の実施の形態
５による電力変換装置を示す図である。ＩＧＢＴモジュ
ールの並列端子間の分流特性を良くするためには、図９
のように、素子間配線板のモジュール端子取り付け部２
１の間にスリット２５を設ける方法も有効である。図９
では実施の形態４で述べた切欠き部２３と上記スリット
２５との両方を設けた例を示している。また、図９にお
いては、スリット２５を正極板１３、負極板１４、交流
板１５の全てに設けているが、交流板１５のみでも良い
し、正極板１３と負極板１４、あるいは正極板１３と交
流板１５に設けても良い。

【００３２】このように、本実施の形態５によれば、Ｉ
ＧＢＴモジュールの各並列端子および並列チップ間の分
流を均一化でき、高性能で、かつ組み立て性、メンテナ
ンス性に優れ、十分な冷却能力を有する電力変換装置を
得ることができる。

【００３３】実施の形態６．図１０（ａ）（ｂ）は本発
明の実施の形態６による電力変換装置を示す図である。
図において、２５はゲート・エミッタ配線、２６は並列
接続用交流板、８は並列接続用交流板２６の交流端子、
３３は正極側ＩＧＢＴモジュールのゲート端子、３４は
正極側ＩＧＢＴモジュールのエミッタ端子である。図１
０では直流配線板１９は省略している。大容量の電力変
換装置では大きな出力電流を得るために、ＩＧＢＴモジ
ュールを並列に接続して使用する場合がある。本実施の
形態６による電力変換装置では、２つのサブユニット１
１における交流板１５上の交流端子１８を並列接続用交
流板２６を介して並列に接続することにより、ＩＧＢＴ
モジュールが並列接続された大容量の電力変換装置を構
成する。なお、２つのサブユニット１１における正極板
１３上の正極端子１６、および負極板１４上の負極端子
１７は各々直流配線板１９により並列に接続される。図
１０はサブユニット２つを並列に接続した１相分の電力
変換ユニットを示している。図では２並列であるが、３
並列以上も可能である。このようにすることにより、Ｉ
ＧＢＴモジュールを並列接続しない電力変換装置と同じ
サブユニットを用いて、ＩＧＢＴモジュールが並列接続
された大容量電力変換装置を構成できる。

【００３４】本実施の形態６において、複数のサブユニ
ット１１を素子間配線板１２上の正極端子１６、負極端
子１７、交流端子１８により並列に接続する場合、ＩＧ
ＢＴモジュールのゲート・エミッタ配線形状に注意が必
要である。図１１に示すように、ＩＧＢＴモジュールを
並列に接続する場合、制御用のゲート・エミッタ配線２
５と主回路とにより矢印で示されるようなループが形成
される。このようなループが形成されると、ゲート・エ
ミッタ配線２５を流れる誘導電流によって並列ＩＧＢＴ
モジュール間のゲート電圧に差が発生し、分流アンバラ
ンスが生じる場合がある。

【００３５】図１０には正極側ＩＧＢＴモジュール１ａ
のゲート・エミッタ配線２５の形状を示している。ゲー
トドライバやゲート・エミッタ配線への給電線は省略し
ている。ＩＧＢＴモジュールのゲート端子３３、制御用
エミッタ端子３４に接続される配線２５は、図のように
素子間配線板１２および並列接続用交流板２６に沿って
配置されている。ゲート・エミッタ配線２５はツイスト
線や積層配線板が望ましく、また、素子間配線板１２や
並列接続用交流板２６と密着して配置されることが望ま
しい。図示していないが、負極側ＩＧＢＴモジュール１
ｂのゲート・エミッタ配線も同様に、素子間配線板１２
および直流配線板１９に沿って配置する。このようにす
ると、ゲート・エミッタ配線長が長くなるが、本実施の
形態６のようにサブユニット１１を並列に接続する場
合、並列ＩＧＢＴモジュールのゲート端子間、及び制御
用エミッタ端子間を最短で配線する場合と比較して、制
御用ゲート・エミッタ配線２５を流れる誘導電流が非常
に小さく、並列ＩＧＢＴモジュール間のゲート電圧のば
らつきも無視でき、良好な分流特性が得られることを実
験および解析で確認している。このようにすることによ
って、制御用ゲート・エミッタ配線２５と主回路からな
るループ面積を非常に小さくすることができ、並列接続
時においても、良好な分流特性を得ることができる。

【００３６】このように、本実施の形態によれば、ＩＧ
ＢＴモジュールを並列接続しない電力変換装置と同じサ
ブユニットを用いて、ＩＧＢＴモジュールが並列接続さ
れた大容量の電力変換装置を容易に構成でき、良好な並
列ＩＧＢＴモジュール間の分流特性が得られる電力変換
装置を得ることができる。

【００３７】実施の形態７．図１２は本発明の実施の形
態７による電力変換装置を示す図である。本実施の形態
による電力変換装置では、各相を構成するサブユニット
１１内で複数の正極側ＩＧＢＴモジュール１ａおよび複
数の負極側ＩＧＢＴモジュール１ｂが各々並列に接続さ
れている。このようにすることにより、並列接続に最適
な主回路配線構造およびゲート配線構造を有する電力変
換装置を得ることができる。しかも、組み立て性、メン
テナンス性に優れ、十分な冷却能力を有する大容量の電
力変換装置を得ることができる。また、サブユニットの
組み合わせにより多種の電力変換装置を構成でき、開発
スピード飛躍的に向上できる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、この発明の第１の構成に
よる電力変換装置は、複数の半導体素子と、上記各半導
体素子の端子間を配線すると共に、正極端子、負極端
子、および交流端子を有する素子間配線板と、上記半導
体素子を搭載すると共に上記半導体素子を冷却するドラ
イパネルとからなるサブユニット、並びに直流回路と接
続する直流配線板を備え、複数の上記サブユニットを配
列し、上記複数のサブユニットの素子間配線板における
正極端子間および負極端子間を、上記直流配線板によっ
て、各々並列に接続するので、組み立て性、メンテナン
ス性に優れた電力変換装置を得ることができる。また、
サブユニットの組み合わせにより多種の電力変換装置を
構成でき、開発スピードを飛躍的に向上できる効果があ
る。

【００３９】また、本発明の第２の構成による電力変換
装置は、第１の構成において、複数のサブユニットを、
ドライパネルを冷却する冷却気流の流れる方向に対して
ほぼ垂直な方向に配列したので、組み立て性、メンテナ
ンス性に優れ、かつ十分な冷却能力を有する電力変換装
置を得ることができる。

【００４０】また、本発明の第３の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、半導体素子が
複数の並列端子を有し、上記並列端子が配列される方向
が、ドライパネルを冷却する冷却気流の流れる方向に対
してほぼ垂直になるように上記半導体素子を配置したの
で、高性能の電力変換装置が得られる効果がある。

【００４１】また、本発明の第４の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、サブユニット
の素子間配線板の幅広面がドライパネルの半導体素子取
り付け面に対してほぼ垂直になるように設置されている
ので、高性能の電力変換装置が得られる効果がある。

【００４２】また、本発明の第５の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、半導体素子が
複数の並列端子を有し、上記並列端子が配列される方向
と、複数の半導体素子の配列方向とが平行となるように
配置され、素子間配線板はその幅広面がドライパネルの
半導体素子取り付け面に対してほぼ垂直になるように設
置されると共に、上記素子間配線板を構成する正極板と
負極板と交流板とがドライパネルの半導体素子取り付け
面と平行方向に積層され、かつ上記正極板、上記負極
板、および上記交流板のいずれかの、半導体素子側に位
置する端面に切欠き部を設け、複数の半導体素子におい
て隣接する半導体素子に最も近い並列端子に達する電流
経路が切欠き部を設けない場合よりも長くなるようにし
たので、高性能の電力変換装置が得られる効果がある。

【００４３】また、本発明の第６の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、半導体素子が
複数の並列端子を有し、上記並列端子が配列される方向
と、複数の半導体素子の配列方向とが平行となるように
配置され、素子間配線板はその幅広面がドライパネルの
半導体素子取り付け面に対してほぼ垂直になるように設
置されると共に、上記素子間配線板を構成する正極板と
負極板と交流板とがドライパネルの半導体素子取り付け
面と平行方向に積層され、かつ上記正極板、上記負極
板、および上記交流板のいずれかの、半導体素子の並列
端子との取り付け部間に位置する端面にスリットを設け
たので、高性能の電力変換装置が得られる効果がある。

【００４４】また、本発明の第７の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、複数のサブユ
ニットにおける各交流端子間を並列に接続し、１相分の
回路を構成するので、容易に大容量の電力変換装置を構
成できる効果がある。

【００４５】また、本発明の第８の構成による電力変換
装置は、第７の構成において、複数のサブユニットにお
ける各正極側半導体素子の制御端子間を並列接続する配
線を、素子間配線板を構成する交流板、および複数のサ
ブユニットにおける各交流端子間を並列接続する並列接
続用交流配線板に沿って配置し、複数のサブユニットに
おける各負極側半導体素子の制御端子間を並列接続する
配線を、素子間配線板を構成する負極板、および直流配
線板に沿って配置したので、高性能の大容量電力変換装
置が得られる効果がある。

【００４６】また、本発明の第９の構成による電力変換
装置は、第１または第２の構成において、サブユニット
内の複数の半導体素子が素子間配線板によって並列に接
続されているので、高性能の大容量電力変換装置が得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による電力変換装置
を示す平面図、側面図、および電力変換装置に使用され
る半導体素子の平面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による電力変換装置
を示す回路構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による別の電力変換
装置を示す平面図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による電力変換装置
を示す平面図である。

【図５】 この発明の実施の形態３による電力変換装置
を示す側面図である。

【図６】 この発明の実施の形態３による電力変換装置
を示す配置図である。

【図７】 この発明の実施の形態４による電力変換装置
の主要部を示す側面図、および平面図である。

【図８】 この発明の実施の形態４による別の電力変換
装置の交流板を示す側面図である。

【図９】 この発明の実施の形態５による電力変換装置
の主要部を示す側面図である。

【図１０】 この発明の実施の形態６による電力変換装
置を示す平面図、および側面図である。

【図１１】 この発明の実施の形態６による電力変換装
置の動作を示す説明図である。

【図１２】 この発明の実施の形態７による電力変換装
置を示す平面図である。

【図１３】 従来の電力変換装置を示す平面図、および
側面図である。

【図１４】 従来の電力変換装置を示す回路構成図であ
る。

【符号の説明】

１ａ 正極側ＩＧＢＴモジュール、１ｂ 負極側ＩＧＢ
Ｔモジュール、２，１３ 正極板、３，１４ 負極板、
４，１５ 交流板、５ 主回路配線板、６，１６ 正極
端子、７，１７ 負極端子、８，１８ 交流端子、９
コンデンサ、１０ ドライパネル、１０ａ 冷却フィ
ン、１１ サブユニット、１２ 素子間配線板、１９
直流配線板、２０ サブユニット取り付け穴、２１ モ
ジュール端子取り付け部、２２ モジュール取り付け
面、２３ 切欠き部、２４ スリット、２５ ゲート・
エミッタ配線、２６ 並列接続用交流板、３１ コレク
タ端子３２、エミッタ端子、３３ ゲート端子、３４
制御用エミッタ端子、３５ 箱枠、３６ 車体。

フロントページの続き (72)発明者 石田 達美 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 濱田 慎悟 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H007 BB06 CA01 CB05 CC07 FA01 HA03 HA04 5H740 BA11 BA18 BB05 BB07 BB08 MM01 MM10 PP02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の半導体素子と、上記各半導体素子
   の端子間を配線すると共に、正極端子、負極端子、およ
   び交流端子を有する素子間配線板と、上記半導体素子を
   搭載すると共に上記半導体素子を冷却するドライパネル
   とからなるサブユニット、並びに直流回路と接続する直
   流配線板を備え、複数の上記サブユニットを配列し、上
   記複数のサブユニットの素子間配線板における正極端子
   間および負極端子間を、上記直流配線板によって、各々
   並列に接続することを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 複数のサブユニットを、ドライパネルを
   冷却する冷却気流の流れる方向に対してほぼ垂直な方向
   に配列したことを特徴とする請求項１記載の電力変換装
   置。
3. 【請求項３】 半導体素子は複数の並列端子を有し、上
   記並列端子が配列される方向が、ドライパネルを冷却す
   る冷却気流の流れる方向に対してほぼ垂直になるように
   上記半導体素子を配置したことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 サブユニットの素子間配線板は、その幅
   広面がドライパネルの半導体素子取り付け面に対してほ
   ぼ垂直になるように設置されていることを特徴とする請
   求項１または２記載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 半導体素子は複数の並列端子を有し、上
   記並列端子が配列される方向と、複数の半導体素子の配
   列方向とが平行となるように配置され、素子間配線板は
   その幅広面がドライパネルの半導体素子取り付け面に対
   してほぼ垂直になるように設置されると共に、上記素子
   間配線板を構成する正極板と負極板と交流板とがドライ
   パネルの半導体素子取り付け面と平行方向に積層され、
   かつ上記正極板、上記負極板、および上記交流板のいず
   れかの、半導体素子側に位置する端面に切欠き部を設
   け、複数の半導体素子において隣接する半導体素子に最
   も近い並列端子に達する電流経路が切欠き部を設けない
   場合よりも長くなるようにしたことを特徴とする請求項
   １または２記載の電力変換装置。
6. 【請求項６】 半導体素子は複数の並列端子を有し、上
   記並列端子が配列される方向と、複数の半導体素子の配
   列方向とが平行となるように配置され、素子間配線板は
   その幅広面がドライパネルの半導体素子取り付け面に対
   してほぼ垂直になるように設置されると共に、上記素子
   間配線板を構成する正極板と負極板と交流板とがドライ
   パネルの半導体素子取り付け面と平行方向に積層され、
   かつ上記正極板、上記負極板、および上記交流板のいず
   れかの、半導体素子の並列端子との取り付け部間に位置
   する端面にスリットを設けたことを特徴とする請求項１
   または２記載の電力変換装置。
7. 【請求項７】 複数のサブユニットにおける各交流端子
   間を並列に接続し、１相分の回路を構成することを特徴
   とする請求項１また２記載の電力変換装置。
8. 【請求項８】 複数のサブユニットにおける各正極側半
   導体素子の制御端子間を並列接続する配線を、素子間配
   線板を構成する交流板、および複数のサブユニットにお
   ける各交流端子間を並列接続する並列接続用交流配線板
   に沿って配置し、複数のサブユニットにおける各負極側
   半導体素子の制御端子間を並列接続する配線を、素子間
   配線板を構成する負極板、および直流配線板に沿って配
   置したことを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
9. 【請求項９】 サブユニット内の複数の半導体素子は、
   素子間配線板によって並列に接続されていることを特徴
   とする請求項１または２記載の電力変換装置。