CN105580503B - 电力变换单元、电力变换装置、以及电力变换装置的制造方法 - Google Patents

电力变换单元、电力变换装置、以及电力变换装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

使对电力变换装置(2a)内的电力变换单元(101)的接触性提升。电力变换装置(2a)具有：电路连接部(151)，其包括正极导体(152)、负极导体(153)、以及交流导体(154)；功率半导体模块(111、112)，其相对于电路连接部(151)位于特定方向，并与正极导体(152)、负极导体(153)以及交流导体(154)连接；以及电容器(121、122)，其相对于电路连接部(151)位于特定方向，并与正极导体(152)以及负极导体(153)连接。正极导体(152)经由相对于电路连接部(151)位于特定方向的反方向的单元连接部(161)而与其他电力变换单元的正极导体连接。负极导体(153)经由单元连接部(161)而与其他电力变换单元的负极导体连接。

Description

电力变换单元、电力变换装置、以及电力变换装置的制造方法
技术领域
本发明涉及用于电力变换的电路。
背景技术
在电力变换装置中，因作为其主要部件的功率半导体模块所使用的功率半导体的技术革新，使得开关动作高速化，功率半导体中的损失降低。由此，能够使用于冷却功率半导体模块的冷却器小型化，其结果为，实现了电力变换装置的小型化。特别是，具有电力变换装置的UPS(Uninterruptible Power Supply，无停电电源装置)面向数据中心而铺设于地价高的都市近郊，因此，希望设置面积减小。并且，为了有效利用铺设区域，UPS内的各电力变换装置设置成如下状态：侧面相互接近，背面接近墙壁。因此，考虑到维护时的作业性，希望能够从装置的前表面接触到搭载于装置内的设备或者部件类。
已知有使作业性提升的电力变换装置。在专利文献1中，在具有冷却翅片等冷却器的冷却块搭载了多个半导体元件的功率模块单元、与电容器单元分别收纳于在电力变换装置的壳体内设置的两个划分区中。由此，使作业性得以提升。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-294266号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1所记载的电力变换装置中，由于功率模块单元与电容器单元收纳于相互不同的划分区，因此连接功率模块单元与电容器单元的母线(bus bar)的电感变大。由此，伴有共振的脉冲电流变大，因此，为了允许脉冲电流而需要大容量的电容器，从而造成电力变换装置大型化。并且，连接各单元的作业性得到了提升，但是没有考虑针对单元内的功率模块以及电容器的接触性。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，作为本发明的一方式的电力变换装置具有：电路连接部，其包括正极导体、负极导体以及交流导体；功率半导体模块，其相对于电路连接部位于特定方向，并与正极导体、负极导体以及交流导体连接；以及电容器，其相对于电路连接部位于特定方向，并与正极导体以及负极导体连接。正极导体经由相对于电路连接部位于特定方向的反方向的单元连接部而与其他电力变换单元的正极导体连接。负极导体经由单元连接部而与其他电力变换单元的负极导体连接。
发明效果
根据本发明的一方式，能够使对电力变换装置内的电力变换单元的接触性得以提升。
附图说明
图1表示实施例的UPS的结构。
图2表示整流器11的电路结构。
图3表示逆变器12的电路结构。
图4表示升压斩波器13的电路结构。
图5表示电力变换单元101的结构。
图6是表示电力变换部2a的结构的立体图。
图7是表示电力变换部2a的结构的分解立体图。
图8是表示电力变换部2a的结构的正视图。
图9是表示电力变换单元101的结构的右侧视图。
图10是表示电力变换单元101的结构的立体图。
图11是表示电力变换单元101的前表面的结构的分解立体图。
图12是表示电力变换单元101的背面的结构的分解立体图。
图13是表示主电路母线组件151的前表面的结构的立体图。
图14是表示主电路母线组件151的背面的结构的立体图。
图15是表示主电路母线组件151的前表面的结构的分解立体图。
图16是表示主电路母线组件151的背面的结构的分解立体图。
图17是表示单元连结母线组件161的前表面的结构的立体图。
图18是表示单元连结母线组件161的背面的结构的立体图。
图19是表示单元连结母线组件161的前表面的结构的分解立体图。
图20是表示单元连结母线组件161的背面的结构的分解立体图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。
作为实施例，对UPS(Uninterruptible Power Supply，无停电电源装置)进行说明。
图1表示实施例的UPS的结构。
该UPS2使用在停电时能够以无中断的方式继续供给电力的始终逆变供电方式。另外，本发明不限于始终逆变供电方式，还能够应用于平常商用供电方式等其他方式。
三相交流的商用电源3在通常运用时，经由整流器11与逆变器12而向负载4供电。这里，整流器11将三相交流的商用电源3变换为直流电压5供给至逆变器12。逆变器12将直流电压5变换为三相交流电力6。由此，即使在商用电源3产生了瞬时电压降低等电压变动时，通过由整流器11与逆变器12进行控制，也能够将与通常的商用电源相同的电力稳定地供给至负载4。
另一方面，在停电时，在逆变器12起动的状态下，从蓄电池14经由逆变器12向负载4供电。由此，UPS2能够以无中断的方式向负载4供电。在本实施例中，为了使UPS2的体积小型化，蓄电池14的总电压与外加到逆变器12的直流电压相比足够小。因此，本实施例的UPS2搭载了升压斩波器13，所述升压斩波器13使通过蓄电池14的放电而输出的低压的直流电压升压至所希望的直流电压5并输出给逆变器12。另外，UPS2在没有体积的限制时，能够省去升压斩波器13，应用到具有高压蓄电池14的UPS2，所述高压蓄电池14能够供给所希望的直流电压。
在以下的说明中，将整流器11、逆变器12、以及升压斩波器13统称为电力变换部2a。
UPS2还可以具有对电力变换部2a进行空气冷却的冷却机构。
旁路电路17对根据指示而绕过电力变换部2a，直接连接商用电源3和负载4。保养旁路电路16为了保养电力变换部2a以及旁路电路17，而根据指示绕过电力变换部2a以及旁路电路17，直接连接商用电源3与负载4。
图2表示整流器11的电路结构。
来自商用电源3的三相交流电力被供给到整流器11的交流端子R、S、T，在R、S、T各相中，通过上臂的开关元件21以及整流元件23、下臂的开关元件22以及整流元件24、和电容器组120而被整流，并输出到直流端子P、N。在本实施例中，使用了IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)作为开关元件21、22，使用了二极管作为整流元件23、24，但是不限于此，也能够应用其他种类的元件。
图3表示逆变器12的电路结构。
通过整流器11或者升压斩波器13变换而得的直流电压5被供给到逆变器12的直流端子P、N，在U、V、W各相中，通过上臂的开关元件21以及整流元件23、下臂的开关元件22以及整流元件24、和电容器组120而被变换为交流电力6，并输出到交流端子U、V、W。从交流端子U、V、W输出的三相交流被供给到负载4。
图4表示升压斩波器13的电路结构。
蓄电池14的输出被供给到输入端子Bat。在下臂的开关元件22接通期间，能量蓄积于连接在输入端子Bat与交流端子C之间的电抗器15中。接下来，在下臂的开关元件22断开时，通过电抗器15产生的逆起电压，上臂的整流元件23接通。由此，从蓄电池14输出的直流电压与电抗器15的逆起电压的加合电压出现于升压斩波器13的输出端子P、N，升压后的直流电压被输出。
如上所述，搭载于本实施例的UPS2的整流器11、逆变器12、以及升压斩波器13都至少具有一个基本电路，所述基本电路包括：作为二电平半桥电路的功率半导体模块组110，该二电平半桥电路由上臂的开关元件21以及整流元件23、与下臂的开关元件22以及整流元件24串联而成；电容器组120；正极侧的保险丝131、和负极侧的保险丝132。另外，也可以代替二电平半桥电路而使用三电平以上的变换电路。
在本实施例中，通过电力变换单元101来实现基本电路，通过电力变换单元101的组合来实现整流器11、逆变器12、和升压斩波器13。由此，用于电力变换部2a的部件的种类共通化，并且容易进行电力变换部2a的组装以及维护。
图5表示电力变换单元101的结构。
在电力变换单元101中，通过并联连接分别构成上臂的二合一式的第一功率半导体模块111与第二功率半导体模块112，从而实现功率半导体模块组110。并且，通过并联连接第一电容器121与第二电容器122，从而实现电容器组120。由此，使用多个功率半导体模块以及多个电容器，能够实现对应于电力变换单元101所要求的电力的功率半导体模块组110以及电容器组120。
并且，在电力变换单元101中，相对于功率半导体模块组110与电容器组120，在正极侧串联连接有保险丝131，在负极侧串联连接有保险丝132。正极侧的保险丝131的第二端子131b对应于整流器11、逆变器12、升压斩波器13中的P端子。负极侧的保险丝132的第二端子132b对应于整流器11、逆变器12、升压斩波器13中的N端子。电力变换单元101具有保险丝131、132，由此，能够使短路故障时的电力变换单元101的可靠性提升。另外，在电力变换单元101通过阻断器而被切断时等，也可以省去保险丝131、132中的某一个或者双方。
功率半导体模块111、112分别具有上臂的开关元件21以及整流元件23和下臂的开关元件22以及整流元件24。功率半导体模块111、112各自中的上臂与下臂之间同外部交流端子154T连接。功率半导体模块111、112各自的上臂的开关元件21的栅极端子与栅极端子111g连接。功率半导体模块111、112各自的下臂的开关元件22的栅极端子与栅极端子112g连接。
图6是表示电力变换部2a的结构的立体图。
以后，将UPS2的坐标规定为X轴、Y轴、Z轴。另外，Y轴方向表示UPS2的前向，Z轴方向表示UPS2的上方，X轴方向表示UPS2的左方。这里，电力变换部2a设置于UPS2的壳体(未图示)内，在电力变换部2a的Y轴方向即UPS2的壳体的前表面具有在UPS2的维护时开启的开闭门(未图示)。通过开启该开闭门，能够容易地接触电力变换部2a的前表面。
电力变换部2a包括排列于X轴方向的多个电力变换单元101。在整流器11中，包括分别对应于商用电源的三相的三个电力变换单元101。逆变器12也同样地，包括分别对应于三相的三个电力变换单元101。
升压斩波器13包括并联连接的两个电力变换单元101。另外，升压斩波器13也可以是一个电力变换单元101。在升压斩波器13所要求的电力超过电力变换单元101具有的功率半导体模块组110的额定电力时，通过并联连接N个电力变换单元101，使能够容许的电力N倍化。另外，也可以出于同样的目的，使整流器11以及逆变器12分别根据需要，每一相具有多个并联连接的电力变换单元101。
电力变换部2a中的多个电力变换单元101经由单元连结母线组件161而并联连接。多个电力变换单元101各自的长度方向是Z方向，多个电力变换单元101在X方向排列。单元连结母线组件161的长度方向是X方向，单元连结母线组件161配置于多个电力变换单元101的+Y方向。即，多个电力变换单元101各自的长度方向与单元连结母线组件161的长度方向交叉。由此，多个电力变换单元101能够高效地配置于有限的体积内。
图7是表示电力变换部2a的结构的分解立体图。
在各电力变换单元101下部的前表面所具有的正极侧的保险丝131的第二端子131b、与负极侧的保险丝132的第二端子132b上，使用安装螺丝169而组装有单元连结母线组件161。
图8是表示电力变换部2a的结构的正视图。
设置于多个电力变换单元101的上端的外部交流端子154T分别对应于整流器11的R、S、T端子、逆变器12的U、V、W端子、升压斩波器13的C、C端子(共通)。设置于单元连结母线组件161的左端的两个端子中的、上端子对应于整流器11、逆变器12、升压斩波器13中的P端子，下端子对应于整流器11、逆变器12、升压斩波器13中的N端子。
图9是表示电力变换单元101的结构的右侧视图。
电力变换单元101具有：功率半导体模块组110、电容器组120、保险丝131以及132、和电连接上述部分的主电路母线组件151。另外，空气冷却翅片113设置于功率半导体模块组110的背面(-Y方向)，对功率半导体模块组110进行冷却。并且，它们向下(-Z)方向以功率半导体模块组110、电容器组120、保险丝131以及132的顺序进行配置。另外，在主电路母线组件151的背面侧设置壳体，并设置有冷却机构，以便使用于冷却空气冷却翅片113的风向上(+Z)方向流动。以这样的方式进行配置的理由是：通过使空气冷却翅片113相对于电容器组120位于风路的下风侧，即上(+Z)侧，电容器组120等不受来自空气冷却翅片113的冲击热。在本实施例中，空气冷却翅片113设置于-Y方向，但是例如在风路是-Y方向时，将空气冷却翅片113设置于+Z方向等，空气冷却翅片113的设置方向根据风路而决定。并且，通过使功率半导体模块组110与电容器组120相邻，能够降低在连接功率半导体模块组110与电容器组120的主电路母线组件151上所产生的寄生电感，能够降低在开关时产生的电泳电压，且像后述那样，能够使从自身的电力变换单元101内的功率半导体模块组110到相邻的电力变换单元101内的电容器组120的阻抗最小，因此，不只是自身的电力变换单元101的电容器组120，其他电力变换单元101的电容器组120也能够有效利用，因此，其结果为能够降低每一个电力变换单元101所使用的电容器组的容量，还能够降低电力变换单元101的体积。
具有向前(+Y)方向突出的端子的功率半导体模块组110与电容器组120相对于主电路母线组件151配置于后(-Y)方向。通过该配置，功率半导体模块组110与电容器组120的端子全部位于前表面，维护时的端子部的点检、或者安装以及拆下等作业变得容易。
图10是表示电力变换单元101的结构的立体图。
分别在保险丝131以及132上，在后(-Y)方向设置一端子，在前(+Y)方向设置另一端子。并且，保险丝131以及132相对于主电路母线组件151配置于前(+Y)方向。即，正极侧的保险丝131的第一端子131a与负极侧的保险丝132的第一端子132a朝向后(-Y)方向，并通过安装螺丝139而与主电路母线组件151连接。另一方面，正极侧的保险丝131的第二端子131b与负极侧的保险丝132的第二端子132b朝向前(+Y)方向。通过设成该配置，成为用于将自身的电力变换单元101与其他电力变换单元101连结的端子的、正极侧的保险丝131的第二端子131b、和负极侧的保险丝132的第二端子132b位于UPS2的前表面，由此，组装时以及维护时的前表面接触性良好，作业性得以提升。这里，作为电力变换单元101具有的外部端子，如上所述，存在与单元连结母线组件161连接的正极侧的保险丝131的第二端子131b、负极侧的保险丝132的第二端子132b、以及设置于主电路母线组件151的外部交流端子154T合计三个端子，所述单元连结母线组件161用于与其他电力变换单元101连接。
图11是表示电力变换单元101的前表面的结构的分解立体图，图12是表示电力变换单元101的背面的结构的分解立体图。
在本实施例中，在功率半导体模块组110中以并联连接的状态搭载有分别是二电平半桥电路(二合一)的功率半导体模块111以及112。另外，电力变换单元101内的功率半导体模块的并联数也可以以使用电力变换单元101的UPS2或其他电力变换装置的门类中成为最小电力的机种为基准，设定为能够允许其电力的所需最小限度的并联数。之所以这样是因为，相对于要求更大电力的机种，通过使电力电环单元101并联化，能够满足所希望的电力量。在本实施例中，考虑到上述方面，将功率半导体模块的并联数设为2。
在功率半导体模块111以及112中分别具有：正极端子111p以及112p、负极端子111n以及112n、交流端子111ac以及112ac、和控制端子组111d以及112d。在控制端子组111d以及112d分别包括栅极端子111g以及112g。
功率半导体模块组110中的正极端子111p以及112p分别与主电路母线组件151中的正极的连接端子152p连接。功率半导体模块组110中的负极端子111n以及112n分别与主电路母线组件151中的负极的连接端子153n连接。功率半导体模块组110中的交流端子111ac以及112ac分别连接于与外部交流端子154T连接的连接端子154ac。这些正极端子111p以及112p、负极端子111n以及112n、交流端子111ac以及112ac分别使用焊接等接合方式与主电路母线组件151连接。另外，它们也可以通过螺丝或者夹子等来连接。
另外，为了抑制从电容器组120到功率半导体模块111的正极端子111p以及负极端子111n为止的距离、与从电容器组120到功率半导体模块112的正极端子112p以及负极端子112n为止的距离的差，相对于在一方功率半导体模块111的X轴方向排列的正极端子111p以及负极端子111n的配置，使另一方功率半导体模块112的正极端子112p以及负极端子112n的配置反转。并且，使功率半导体模块111中的正极端子111p以及负极端子111n接近而面对面，使功率半导体模块112中的正极端子112p以及负极端子112n接近而面对面。通过所述的配置，降低了在功率半导体模块111以及112与电容器121以及122之间产生的阻抗的差，由此，使流过功率半导体模块111与功率半导体模块112的电流的均衡提升。
电容器121具有的正极端子121p以及负极端子121n使用电容器安装螺丝129而安装于电容器连接部位156，所述电容器连接部位156设置于主电路母线组件151。同样地，电容器122具有的正极端子122p以及负极端子122n使用电容器安装螺丝129而安装于电容器连接部位157，所述电容器连接部位157设置于主电路母线组件151。
图13是表示主电路母线组件151的前表面的结构的立体图，图14是表示主电路母线组件151的背面的结构的立体图。
在电容器连接部位156的背面设置有电容器连接部156p、156n，在电容器连接部位157的背面设置有电容器连接部157p、157n。相对于主电路母线组件151，在电容器连接部156p、156n的相反侧分别设置有电容器安装螺丝连接部156pf、156nf，相对于主电路母线组件151，在电容器连接部157p、157n的相反侧分别设置有电容器安装螺丝连接部157pf、157nf。电容器121的正极端子121p以及负极端子121n分别使用电容器连接部位156的前表面的电容器安装螺丝129而被固定于电容器连接部位156的背面。由此，电容器121的正极端子121p以及负极端子121n分别与电容器连接部156p、156n接触，各电容器安装螺丝129分别与电容器安装螺丝连接部156pf、156nf接触。并且，电容器122的正极端子122p以及负极端子122n分别使用电容器连接部位157的前表面的电容器安装螺丝129而被固定于电容器连接部位157的背面。由此，电容器122的正极端子122p以及负极端子122n分别与电容器连接部157p、157n接触，各电容器安装螺丝129分别与电容器安装螺丝连接部157pf、157nf接触。
在主电路母线组件151的前表面设置有保险丝连接部158、159，相对于主电路母线组件151，在保险丝连接部158、159的相反侧分别设置有保险丝安装螺丝连接部158b以及159b。正极侧的保险丝131的第一端子131a使用保险丝安装螺丝连接部158b背面的保险丝安装螺丝139而被固定于保险丝连接部158的前表面。由此，正极侧的保险丝131的第一端子131a与保险丝连接部158接触，保险丝安装螺丝139与保险丝安装螺丝连接部158b接触。并且，负极侧的保险丝132的第一端子132a使用保险丝安装螺丝连接部159b背面的保险丝安装螺丝139而被固定于保险丝连接部159的前表面。由此，负极侧的保险丝132的第一端子132a与保险丝连接部159接触，保险丝安装螺丝139与保险丝安装螺丝连接部159b接触。
图15是表示主电路母线组件151的前表面的结构的分解立体图，图16是表示主电路母线组件151的背面的结构的分解立体图。
主电路母线组件151具有：正极导体152、负极导体153、交流导体154、以及绝缘体155。正极导体152、负极导体153、交流导体154是平板状。为了降低在功率半导体模块组110与电容器组120之间出现的寄生电感，正极导体152以及负极导体153以相互对置的面平行地接近的方式隔着绝缘体155而层叠。由此，能够降低主电路母线组件151中的电流脉冲以及阻抗，能够降低开关时产生的电泳电压。并且，绝缘体155以层叠配置的正极导体152、负极导体153、交流导体154保持预定的绝缘距离的方式，覆盖这些导体的大部分。这里，为了改善散热性，在保持预定的绝缘距离的范围内也可以使主电路母线组件151的前表面以及背面的导体面露出。绝缘体155使用流动性好的绝缘性的树脂等。
另外，在本实施例中，向后(-Y)方向，以交流导体154、正极导体152、负极导体153的顺序进行配置，但是只要这些导体中的正极导体152与负极导体153配置成最接近，则即使变更这些导体的配置顺序，寄生电感也不受影响。这些导体使用铜或者铝等导电率高的材质，通过从一块导体板进行切割或者弯曲等加工而形成。列举正极导体152为例进行说明。关于其形成法，以一块导体板为基础，在导体板的面内留下成为与正极端子111p以及112p连接用的连接端子152p的部分，并且切除用于使功率半导体模块111以及112的全部端子111p、111n、111ac、111d、112p、112n、112ac、112d贯通的开口部152h。然后，通过向前(+Y)方向使残留于导体板的面内的成为连接端子152p的部分弯曲90度从而形成连接端子152p。以上的形成法对于负极导体153和交流导体154也是相同的。
正极导体152包括分别与功率半导体模块组110的正极端子111p以及112p连接的两个连接端子152p。负极导体153包括分别与功率半导体模块组110的负极端子111n以及112n连接的两个连接端子153n。交流导体154包括分别与功率半导体模块组110的交流端子111ac以及112ac连接的两个连接端子154ac、以及与外部连接的外部交流端子154T。
在电容器连接部位156以及157中，电容器121以及122的负极端子121n以及122n与设置于负极导体153的背面的电容器连接部156n以及157n抵接。并且，以电容器121以及122的正极端子121p以及122p在与负极导体153的背面相同的假想平面同导体抵接的方式，设置有从正极导体152向后(-Y)方向突出的电容器连接部156p以及157p。电容器连接部156p以及157p与正极导体152是分开的，通过铜焊或者锡焊或者铆接等手段而与正极导体152连接。并且，通过以从一块导体板以突出的状态留下电容器连接部156p以及157p的方式进行切削的手段、或者压铸等铸造手段也能够制造出电容器连接部156p以及157p。在电容器连接部156p以及157p上设置有用于穿过电容器安装螺丝129的孔。并且，为了避免突出的正极的电容器连接部156p以及157p与负极导体153接触，在负极导体153中设置有开口部156h以及157h。
并且，在电容器连接部位156以及157处，分别固定电容器121的正极端子121p以及电容器122的正极端子122p的电容器安装螺丝129与设置于正极导体152的前表面的电容器连接部156pf以及157pf抵接。并且，以分别固定电容器121的负极端子121n以及电容器122的负极端子122n的电容器安装螺丝129在与正极导体152的前表面相同的假想平面上同导体抵接的方式，设置有从负极导体153向前(+Y)方向突出的电容器连接部156nf以及157nf。电容器连接部156nf以及157nf与负极导体153是分开的，通过与电容器连接部156p以及157p同样的手段而与负极导体153连接。在电容器连接部156nf以及157nf上设置有用于穿过电容器安装螺丝129的孔。并且，为了避免突出的负极的电容器连接部156nf以及157nf与正极导体152接触，在正极导体152上设置有开口部156h以及157h。
在主电路母线组件151与保险丝131、132的连接部位，正极侧的保险丝131的第一端子131a与设置于正极导体152的前表面的保险丝连接部158抵接。并且，以负极侧的保险丝132的第一端子132a在与正极导体152的前表面相同的假想平面(第二假想平面)上同导体抵接的方式，设置有从负极导体153向前(+Y)方向突出的保险丝连接部159。保险丝连接部159与负极导体153是分开的，通过与电容器连接部156p以及157p同样的手段而与负极导体153连接。在保险丝连接部159上设置有用于穿过保险丝安装螺丝139的孔。然后，为了避免突出的负极的保险丝连接部159与正极导体152接触，在正极导体152设置有开口部159h。
正极侧的保险丝131的第一端子131a与负极侧的保险丝132的第一端子132a在相同的假想平面内与主电路母线组件151抵接，由此，保险丝131、132的安装变得容易，并且主电路母线组件151的处理变得容易。
并且，在主电路母线组件151与保险丝131、132的连接部位，固定负极侧的保险丝132的第一端子132a的保险丝安装螺丝139与设置于负极导体153的后表面的保险丝连接部158抵接。并且，以固定正极侧的保险丝131的第一端子131a的保险丝安装螺丝139在与负极导体153的后表面相同的假想平面内与导体抵接的方式，设置有从负极导体153向后(-Y)方向突出的保险丝连接部158b。保险丝连接部158b与正极导体152是分开的，通过与电容器连接部156p以及157p同样的手段而与正极导体152连接。在保险丝连接部158b上，设置有用于穿过保险丝安装螺丝139的孔。并且，为了避免突出的正极的保险丝连接部158b与负极导体153接触，在负极导体153设置有开口部158h。
图17是表示单元连结母线组件161的前表面的结构的立体图，图18是表示单元连结母线组件161的背面的结构的立体图，图19是表示单元连结母线组件161的前表面的结构的分解立体图，图20是表示单元连结母线组件161的背面的结构的分解立体图。
单元连结母线组件161具有正极导体162、负极导体163、以及绝缘体164。正极导体162与负极导体163是平板状。在正极导体162以及负极导体163的左端分别设置有与电力变换部2a的外部连接的外部正极端子162T以及外部负极端子163T。外部正极端子162T以及外部负极端子163T分别对应于P端子以及N端子。为了降低从自身的电力变换单元101的保险丝到相邻的电力变换单元101的保险丝之间出现的寄生电感，正极导体162与负极导体163以相互对置的面平行地接近的方式隔着绝缘体164而层叠。由此，能够降低单元连结母线组件161中的电流脉冲以及阻抗，能够使从自身的电力变换单元101的功率半导体模块组110到相邻的电力变换单元101具有的电容器组120为止的阻抗最小，不仅是自身的电力变换单元101的电容器组120，其他的电力变换单元101的电容器组120也能够有效利用。由此，其结果为能够降低每一个电力变换单元101的电容器组120的容量，电力变换单元101的体积也能够减小。绝缘体164以层叠配置的正极导体162与负极导体163保持预定的绝缘距离的方式对这些导体的大部分进行覆盖。这里，为了改善散热性，在保持预定的绝缘距离的范围内，也可以使单元连结母线组件161的前表面以及背面的导体面露出。绝缘体164使用流动性好的绝缘性的树脂等。
另外，在本实施例中，向后(-Y)方向以负极导体163、正极导体162的顺序进行配置，但是只要配置成正极导体162与负极导体163最接近，则即使变更这些导体的配置顺序，寄生电感也不受影响。这些导体使用铜或者铝等导电率高的材质，通过从一块导体板进行切割等加工而形成。
在单元连结母线组件161与保险丝131、132的连接部位，正极侧的保险丝131的第二端子131b与设置于正极导体162背面的连接部165抵接。并且，以负极侧的保险丝132的第二端子132b在与正极导体162的背面相同的假想平面(第一假想平面)内同负极导体抵接的方式，设置有从负极导体163向后(-Y)方向突出的连接部166。连接部166与负极导体163是分开的，通过与主电路母线组件151中的电容器连接部156p以及157p同样的手段而与负极导体163连接。在连接部166上，设置有用于穿过安装螺丝169的孔。并且，为了避免突出的负极的连接部166与正极导体162接触，在正极导体162上设置有开口部166h。
正极侧的保险丝131的第二端子131b与负极侧的保险丝132的第二端子132b在相同的假想平面内与单元连结母线组件161抵接，由此，保险丝131、132的安装变得容易，并且单元连结母线组件161的处理变得容易。
并且，在单元连结母线组件161与保险丝131、132的连接部位，固定负极侧的保险丝132的第二端子132b的安装螺丝169与设置于负极导体163的前表面的连接部166f抵接。并且，以固定正极侧的保险丝131的第二端子131b的安装螺丝169在与负极导体163的前表面相同的假想平面内同正极导体抵接的方式，设置有从正极导体162向前(+Y)方向突出的连接部165f。连接部165f与正极导体162是分开的，通过与主电路母线组件151中的电容器连接部156p以及157p同样的手段而与正极导体162连接。在连接部165f上设置有用于穿过安装螺丝169的孔。并且，为了避免突出的正极的连接部165f与负极导体163接触，在负极导体163上设置有开口部165h。
通过形成以上实施例那样的结构，通过对应于所希望的电力量以及相数来并联连接适当数量的电力变换单元101，能够任意地构成整流器11、逆变器12、以及升压斩波器13等各种各样的电力变换装置。并且，通过制造电力变换单元101作为最小结构单位，能够针对多品种的电力变换装置实现部件的共通化，能够削减成本。并且，通过使用共通化的电力变换单元101，成为在并联配置时整齐的布局，单元间连接配线的容易性以及全体组装性得以提升。并且，电力变换单元101所包括的功率半导体模块的端子组、电容器端子、保险丝端子和连接电力变换单元101彼此的单元连结母线组件161存在于电力变换装置的前表面，因此，组装时以及维护时的前表面的接触性良好，作业性得以提升。
对电力变换部2a的制造方法进行说明。首先，制造者在+X方向排列多个电力变换单元101，相对于多个电力变换单元101，在+Y方向配置单元连结母线组件161。然后，制造者经由单元连结母线组件161所包括的正极导体162而连接分别包含在多个电力变换单元101中的多个正极导体152，经由单元连结母线组件161所包括的负极导体163连接分别包括于多个电力变换单元101的多个负极导体153。由此，能够制造出电力变换部2a。并且，使用多个电力变换单元101能够制造出整流器11、逆变器12和升压斩波器13等。并且，制造者通过将蓄电池14、保养旁路电路16和旁路电路17等与分别包括于多个电力变换单元101的多个交流端子154T连接，能够制造出UPS2。
对用语进行说明。电力变换单元对应于电力变换单元101等。正极导体对应于正极导体152等。负极导体对应于负极导体153等。交流导体对应于交流导体154等。电路连接部对应于主电路母线组件151等。功率半导体模块对应于功率半导体模块组110等。电容器对应于电容器组120等。单元连接部对应于单元连结母线组件161等。正极连接导体对应于正极导体162等。负极连接导体对应于负极导体163等。两个二电平半桥电路对应于功率半导体模块111、112等。两个电容器对应于电容器121、122等。正极保险丝对应于保险丝131等。负极保险丝对应于保险丝132等。电力变换装置对应于整流器11、逆变器12、升压斩波器13、电力变换部2a、UPS2等。单元对应于电力变换单元101等。正极连接端子对应于第二端子131b等。负极连接端子对应于第二端子132b等。层叠母线板对应于单元连结母线组件161等。层叠板对应于主电路母线组件151等。第一功率半导体模块的一方侧端子对应于正极端子111p等。第一功率半导体模块的另一方侧端子对应于交流端子111ac等。第二功率半导体模块的一方侧端子对应于交流端子112ac等。第二功率半导体模块的另一方侧端子对应于负极端子112n等。
本发明并非限定于以上的实施例，在不脱离其主旨的范围内可以变更为其他各种各样的形式。
符号说明
1：电力变换装置；2：UPS(Uninterruptible Power Supply，无停电电源装置)；11：整流器；12：逆变器；13：升压斩波器；101：电力变换单元；110：功率半导体模块组；111、112：功率半导体模块；113：空气冷却翅片；120：电容器组；121、122：电容器；131、132：保险丝；151：主电路母线组件；152：正极导体；153：负极导体；154：交流导体；154T：外部交流端子；155：绝缘体；161：单元连结母线组件；162：正极导体；162T：外部正极端子；163：负极导体；163T：外部负极端子；164：绝缘体。

Claims (14)

1.一种电力变换单元，其特征在于，
所述电力变换单元具有：
电路连接部，其包括正极导体、负极导体以及交流导体，其中，所述电路连接部为具有前表面和后表面的平板结构；
功率半导体模块，其在所述电路连接部的后表面与所述正极导体、所述负极导体以及所述交流导体连接；以及
电容器，其在所述电路连接部的后表面与所述正极导体和所述负极导体连接，
其中，所述功率半导体模块与所述电容器相邻，所述正极导体经由单元连接部而在所述电路连接部的前表面与其他电力变换单元的正极导体连接，
所述负极导体经由所述单元连接部而在所述电路连接部的前表面与其他电力变换单元的负极导体连接。
2.根据权利要求1所述的电力变换单元，其特征在于，
所述正极导体、所述负极导体和所述交流导体通过绝缘体而相互绝缘。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换单元，其特征在于，
所述电路连接部的长度方向与所述单元连接部的长度方向相交。
4.根据权利要求1所述的电力变换单元，其特征在于，
所述电力变换单元还具有：
正极端子，其与所述正极导体连接；以及
负极端子，其与所述负极导体连接，
所述正极端子和所述其他电力变换单元的正极端子在与所述电路连接部对应的平面垂直的第一假想平面内与所述单元连接部抵接，所述负极端子和所述其他电力变换单元的负极端子在所述第一假想平面内与所述单元连接部抵接。
5.根据权利要求4所述的电力变换单元，其特征在于，
所述功率半导体模块包括二电平半桥电路。
6.根据权利要求5所述的电力变换单元，其特征在于，
所述功率半导体模块包括相互并联连接的两个二电平半桥电路，
所述电容器包括相互并联连接的两个电容器。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的电力变换单元，其特征在于，
所述电力变换单元还具有：
正极保险丝，其是连接在所述正极导体以及所述正极端子之间的保险丝；以及
负极保险丝，其是连接在所述负极导体以及所述负极端子之间的保险丝。
8.根据权利要求5或6所述的电力变换单元，其特征在于，
所述单元连接部包括：
正极连接导体，其是与所述正极导体连接的导体；以及
负极连接导体，其是与所述负极导体连接的导体，
所述正极连接导体与所述负极连接导体通过绝缘体而相互绝缘。
9.根据权利要求8所述的电力变换单元，其特征在于，
对于所述正极连接导体以及所述负极连接导体中的位于所述电路连接部的后表面的第一连接导体，所述正极端子以及所述负极端子中的与所述第一连接导体连接的第一端子在所述第一假想平面内与所述第一连接导体抵接，
所述第一连接导体包括在所述电路连接部的后表面贯通的多个开口部，
所述单元连接部包括：单元连接导体，其是从所述正极连接导体以及所述负极连接导体中的位于所述电路连接部的前表面的第二连接导体穿过所述第一连接导体的开口部内并向所述电路连接部的后表面延伸的导体，
所述正极端子以及所述负极端子中的与所述第二连接导体连接的第二端子在所述第一假想平面内与所述单元连接导体抵接。
10.根据权利要求1所述的电力变换单元，其特征在于，
所述正极导体、所述负极导体以及所述交流导体构成层叠板，所述层叠板以所述正极导体作为一层、以所述负极导体作为一层、并以所述交流导体作为一层，
所述正极导体与第一功率半导体模块的一方侧端子连接，
所述交流导体与所述第一功率半导体模块的另一方侧端子连接，并且与第二功率半导体模块的一方侧端子连接，
所述负极导体与所述第二功率半导体模块的另一方侧端子连接。
11.一种电力变换装置，其特征在于，
所述电力变换装置具有：
多个电力变换单元；以及
单元连接部，其连接所述多个电力变换单元，
所述多个电力变换单元分别包括：
电路连接部，其包括正极导体、负极导体以及交流导体，其中，所述电路连接部为具有前表面和后表面的平板结构；
功率半导体模块，其在所述电路连接部的后表面与所述正极导体、所述负极导体以及所述交流导体连接；以及
与所述功率半导体模块相邻的电容器，其在所述电路连接部的后表面与所述正极导体和所述负极导体连接，
所述单元连接部相对于所述电路连接部位于所述电路连接部的前表面，对所述多个电力变换单元分别包括的多个正极导体之间进行连接，并对所述多个电力变换单元分别包括的多个负极导体之间进行连接。
12.根据权利要求11所述的电力变换装置，其特征在于，
通过所述多个电力变换单元中的至少两个电力变换单元来构成逆变器，通过所述多个电力变换单元中的至少两个电力变换单元来构成整流器，
所述电力变换单元在与所述电力变换单元的长度方向交叉的方向上排列，
每一个所述电力变换单元的所述正极导体的正极连接端子和每一个所述电力变换单元的所述负极导体的负极连接端子相对于所述电力变换单元均位于相同侧的侧面。
13.根据权利要求11所述的电力变换装置，其特征在于，
所述正极导体、所述负极导体以及所述交流导体构成层叠板。
14.一种电力变换装置的制造方法，其特征在于，
多个电力变换单元分别包括：电路连接部，其包括正极导体、负极导体以及交流导体，其中，所述电路连接部为具有前表面和后表面的平板结构；功率半导体模块，其在所述电路连接部的后表面与所述正极导体、所述负极导体以及所述交流导体连接；以及与所述功率半导体模块相邻的电容器，其在所述电路连接部的后表面与所述正极导体和所述负极导体连接，将所述多个电力变换单元排列于与所述电路连接部的后表面垂直的方向，
经由所述多个电力变换单元的单元连接部来在所述电路连接部的前表面连接所述多个电力变换单元分别包括的多个正极导体，并经由所述单元连接部来在所述电路连接部的前表面连接所述多个电力变换单元分别包括的多个负极导体。
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