JP2012165611A - Semiconductor unit and power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a semiconductor unit and a power conversion device using the semiconductor unit, and more particularly to a semiconductor unit having a switching element group and a power conversion device using the semiconductor unit.
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。 In recent power converters, high-speed switching elements are used, and a high-frequency pulse width modulation (PWM) control method is widely adopted. Further, as the capacity of the apparatus is increased, large-capacity switching elements are connected in parallel. Is used. In the high-frequency pulse width modulation control method, surge voltage is likely to occur during switching due to reactance between switching elements, and high-speed switching elements are brought close to each other to reduce reactance, and the connection circuit length is shortened. A smoothing capacitor is placed at the position.
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。
Hereinafter, a conventional semiconductor unit will be specifically described. FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply device which is a kind of power conversion device. In the figure, an
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。
FIG. 22 is a circuit diagram of one bridge (for one phase) of the power conversion apparatus of FIG. 21 described above, and one bridge shown here is assembled as a semiconductor unit 800 (described later, FIG. 23). This circuit has
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。
As described above, the
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。
One bridge as described above is specifically configured as shown in the configuration diagram of the semiconductor unit in FIG. 23 and the exploded perspective view showing the main part of the composite laminate in FIG. In FIG. 23, a
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。
Then, on the right side in FIG. 23 (b), which is one side of the
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。
The collectors C of the
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)。
FIG. 25 shows the power conversion device in which the three
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。
The conventional semiconductor unit is configured as described above. In order to connect a plurality of
An object of this invention is to obtain the semiconductor unit which can implement | achieve the power converter device which solves the above problems and is easy to handle at the time of work, and the power converter device which is easy to handle at the time of work.
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。
In the semiconductor unit according to the present invention, a semiconductor unit having a multilayer laminate, a switching element group, and a smoothing capacitor,
The multilayer laminate has a plate-like insulating member and a pair of plate-like conductors, and the plate-like conductor has a conductor connecting portion at each end on both sides in a predetermined direction, and the pair of plate-like conductors It is arranged oppositely through the plate-like insulating member,
The switching element group includes a plurality of series open / close circuits in which switching elements are connected in series via a series connection portion.
The smoothing capacitor is connected to the pair of plate conductors,
One end of each of the plurality of series switching circuits is connected to the other of the pair of plate conductors and one of the plate conductors by a connection conductor penetrating the plate-like insulating member, and each other end of the plurality of series switching circuits Is connected to the other of the plate conductors,
The conductor connecting portion is configured such that adjacent ones can be connected when a plurality of the semiconductor units are arranged in the predetermined direction.
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。 In the power conversion device according to the present invention, three semiconductor units of the present invention are arranged in the predetermined direction, and the conductor connection portions of the adjacent semiconductor units are connected to each other.
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。
Further, in the power conversion device according to the present invention, the semiconductor unit is configured such that the AC input-side conductor is composed of first, second, and third AC input-side conductors, and the AC output-side conductor is the first, second, It is composed of a third AC output side conductor,
The first, second, and third AC input-side conductors and the first, second, and third AC output-side conductors are opposed to the plate-like conductor via the third plate-like insulating member. Integrated into the multilayer laminate,
The plurality of series switching circuits correspond to the first, second, and third AC input side conductors, and the first, second, and third AC input side groups and the first, second, and third AC The output side conductors are divided into first, second, and third AC output side groups, and the first, second, and third AC input side conductors are the first, second, and second, respectively. The switching elements are connected in series via the first, second, and third AC input side conductors so as to be the series connection portions of the series switching circuits belonging to three AC input side groups, , The second and third AC output-side conductors are the first and second switching elements of the series switching circuits belonging to the first, second, and third AC output-side groups, respectively. Are connected in series via the second and third AC output side conductors,
The semiconductor units are arranged in three units in the predetermined direction, and the conductor connection portions of the adjacent semiconductor units are connected to each other.
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。
In the semiconductor unit according to the present invention, a semiconductor unit having a multilayer laminate, a switching element group, and a smoothing capacitor,
The multilayer laminate has a plate-like insulating member and a pair of plate-like conductors, and the plate-like conductor has a conductor connecting portion at each end on both sides in a predetermined direction, and the pair of plate-like conductors It is arranged oppositely through the plate-like insulating member,
The switching element group includes a plurality of series open / close circuits in which switching elements are connected in series via a series connection portion.
The smoothing capacitor is connected to the pair of plate conductors,
One end of each of the plurality of series switching circuits is connected to the other of the pair of plate conductors and one of the plate conductors by a connection conductor penetrating the plate-like insulating member, and each other end of the plurality of series switching circuits Is connected to the other of the plate conductors,
Since the conductor connecting portion is one in which a plurality of the semiconductor units are arranged in the predetermined direction, it is possible to connect adjacent ones,
A semiconductor unit capable of realizing a power conversion device that can be easily handled during work can be obtained.
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。
Further, in the power conversion device according to the present invention, three units of the semiconductor unit of the present invention are arranged side by side in the predetermined direction, and the conductor connection portions of the adjacent semiconductor units are connected to each other.
A power conversion device that can be easily handled during work can be obtained.
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。
In the power converter according to the present invention,
In the semiconductor unit, the AC input side conductor is composed of first, second and third AC input side conductors, and the AC output side conductor is composed of first, second and third AC output side conductors. And
The first, second, and third AC input-side conductors and the first, second, and third AC output-side conductors are opposed to the plate-like conductor via the third plate-like insulating member. Integrated into the multilayer laminate,
The plurality of series switching circuits correspond to the first, second, and third AC input side conductors, and the first, second, and third AC input side groups and the first, second, and third AC The output side conductors are divided into first, second, and third AC output side groups, and the first, second, and third AC input side conductors are the first, second, and second, respectively. The switching elements are connected in series via the first, second, and third AC input side conductors so as to be the series connection portions of the series switching circuits belonging to three AC input side groups, , The second and third AC output-side conductors are the first and second switching elements of the series switching circuits belonging to the first, second, and third AC output-side groups, respectively. Are connected in series via the second and third AC output side conductors,
Since the semiconductor unit is arranged by arranging three units in the predetermined direction, and the conductor connecting portions of the adjacent semiconductor units are connected,
A power conversion device that can be easily handled during work can be obtained.
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。
1 to 7
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。
Each series connection part AC of each series switching circuit 21-23 is connected in common to the
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。
Now, the
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。
1B has plate-
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。
The
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。
Then, on the right side in FIG. 1B, which is one side of the
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。
The collector C of the
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。
In FIG. 1, the emitters E of the
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。
Thereby, both ends of the
The
Further, in the above description, the
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。
FIG. 4 shows the three-phase power conversion device (uninterruptible power supply device) shown in FIG. 21 by arranging three
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。
According to this embodiment, since the
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。
FIG. 26 is a plan view of another power converter. As shown in FIG. 26, the dimensions of the bus bars 10 and 11 on the positive electrode side and the negative electrode side in the semiconductor unit in FIG. If bus bars 910 and 911 are provided, and
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。
8 to 12 show the second embodiment. FIG. 8 shows the structure of the semiconductor unit. FIG. 8A is a plan view, FIG. 8B is a side view, and FIG. Is a plan view of an AC conductor, FIG. 10 is a plan view of a power conversion device in which semiconductor units are arranged in a three-phase configuration, FIG. 11 is a configuration diagram showing a modification of the semiconductor unit of FIG. 8, and FIG. FIG. In FIG. 8, a
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。
The
The
Further, in the above description, the
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。
In FIG. 8, switching
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。
The collectors C of the
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。
FIG. 10 shows a high-power power converter configured by arranging the three
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。
According to this embodiment, since the
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。
In the second embodiment, the case where the
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。
13 to 16 show the third embodiment. FIG. 13 shows the configuration of the semiconductor unit. FIG. 13A is a plan view, FIG. 13B is a side view, and FIG. FIG. 15 is a plan view of a power conversion device in which semiconductor units are arranged in a three-phase configuration, FIG. 15 is a perspective view of a semiconductor module, and FIG. 16 is a circuit diagram for one bridge of the power conversion device. In FIG. 13, a
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。
The positive-
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。
In this embodiment, the
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。
In FIG. 13B, the
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。
FIG. 14 shows the three-phase power conversion apparatus shown in FIG. 21 by arranging three
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。
According to this embodiment, since the
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。
Embodiment 4 FIG.
17 and 18 show the fourth embodiment. FIG. 17 shows the structure of the semiconductor unit. FIG. 17A is a plan view, FIG. 17B is a side view, and FIG. FIG. 3 is a plan view of a power conversion device in which semiconductor units are arranged in a three-phase configuration. In FIG. 17, a
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。
The bus bars 50 and 51 and the
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。
FIG. 18 shows a configuration of the three-phase power conversion device shown in FIG. 21 by arranging three
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。
The current flowing between the bus bars 50 on the positive side of the
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。
Since the first current path on the positive electrode side, the first current path on the negative electrode side, the second current path on the positive electrode side, and the second current path on the negative electrode side are alternately formed and the current flows in the opposite direction, Wiring inductance between the terminals can be reduced, and the number of terminals is twice that of the
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。 According to the power conversion device in this embodiment, when a plurality of semiconductor units are connected, the wiring inductance at the terminal portion connecting the bus bars 50 and 51 can be reduced.
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。
Embodiment 5 FIG.
19 and 20 show the fifth embodiment. FIG. 19 shows the configuration of the semiconductor unit. FIG. 19A is a plan view, FIG. 19B is a side view, and FIG. FIG. 3 is a plan view of a power conversion device in which semiconductor units are arranged in a three-phase configuration. In FIG. 19, a
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。
20 includes three
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。
Each of the above-described embodiments has shown the case of a 2-level conversion device in which each phase is 3 in parallel. Of course, the same configuration can be applied to general multi-phase, multi-parallel, and multi-level conversion devices. Moreover, the switching element to be used can be used regardless of kind, such as MOSFET and IGBT using silicon or silicon carbide (SiC), and has the same effect.
Further, the
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。
1a-1f, 2a-2f switching element, 3a, 3b smoothing capacitor,
12a to 12d insulating plate, 13, 14 AC conductor, 17, 18 bus bar,
17a-17d, 18a-18d terminal, 21-26 series switching circuit,
31-36 AC conductor, 39c Insulating plate, 40, 41 Busbar,
40a, 40b, 41a, 41b terminal, 42, 43 AC conductor,
50, 51 busbar, 50a-50d, 51a-51d terminals,
61-66 semiconductor module,
81, 82, 83, 84, 181, 182 composite laminate,
100, 101, 102, 103 semiconductor unit,
200, 201, 202, 203 semiconductor unit,
300, 301, 302, 303 Semiconductor unit,
400, 401, 402, 403 semiconductor unit,
500, 501, 502, 503 Semiconductor unit.
Claims (7)
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。 A semiconductor unit having a multilayer laminate, a switching element group, and a smoothing capacitor,
The multilayer laminate has a plate-like insulating member and a pair of plate-like conductors, and the plate-like conductor has a conductor connecting portion at each end on both sides in a predetermined direction, and the pair of plate-like conductors It is arranged oppositely through the plate-like insulating member,
The switching element group includes a plurality of series open / close circuits in which switching elements are connected in series via a series connection portion.
The smoothing capacitor is connected to the pair of plate conductors,
One end of each of the plurality of series switching circuits is connected to the other of the pair of plate conductors and one of the plate conductors by a connection conductor penetrating the plate-like insulating member, and each other end of the plurality of series switching circuits Is connected to the other of the plate conductors,
The conductor connection portion is a semiconductor unit in which adjacent ones can be connected when a plurality of the semiconductor units are arranged in the predetermined direction.
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。 Having an AC connecting conductor,
The switching element group includes a plurality of semiconductor modules, and the semiconductor module includes the series switching circuit and first, second, and third terminals, and both ends of the series switching circuit are the first and second terminals. Are connected to the third terminal, and the series connection portion is connected to the third terminal,
Each of the first terminals of the plurality of semiconductor modules is connected to one of the plate-like conductors by a connection conductor penetrating the other of the pair of plate-like conductors and the plate-like insulating member. 2. The semiconductor unit according to claim 1, wherein each second terminal is connected to the other of the plate-like conductors, and the third terminal is connected to the AC connection conductor.
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。 Having an AC connecting conductor,
The AC connection conductor has plate-like first and second AC conductors,
The multi-layer laminate has a second plate-like insulating member different from the plate-like insulating member,
The first and second AC conductors are integrated into the multilayer laminate so as to face the plate-like conductor via the second plate-like insulating member,
The plurality of series switching circuits are divided into a first group and a second group, and the switching element is configured so that the first AC conductor becomes the series connection portion of the series switching circuit belonging to the first group. The switching element is connected in series via the first AC conductor, and the switching element is connected to the second AC so that the second AC conductor becomes the series connection portion of the series switching circuit belonging to the second group. 2. The semiconductor unit according to claim 1, wherein the semiconductor unit is connected in series via a conductor.
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。 Having an AC connecting conductor,
The AC connection conductor has a plurality of plate-like AC input side conductors and the same number of plate-like AC output side conductors as the AC input side conductors,
The multi-layer laminate has a third plate-like insulating member different from the plate-like insulating member,
The AC input side conductor and the AC output side conductor are integrated into the multilayer laminate so as to face the plate conductor via the third plate insulating member,
The plurality of series switching circuits are divided into the same number of alternating current input side groups as the number of the plurality of alternating current input side conductors and the same number of alternating current output side groups as the number of the alternating current output side conductors. The switching elements are connected in series via the plurality of AC input side conductors so that the conductors are the series connection portions of the series switching circuits belonging to the AC input side group, and the plurality of AC output side conductors are The switching elements are connected in series via the plurality of AC output side conductors so as to be the series connection portions of the series switching circuits belonging to the AC output side group, respectively. 2. The semiconductor unit according to 1.
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。 A plurality of the conductor connection portions are provided in a direction crossing the predetermined direction, and when a plurality of the semiconductor units are disposed adjacent to the predetermined direction, adjacent conductors are connected to each other. The semiconductor unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor unit is made possible.
電力変換装置。 A power conversion device in which three semiconductor units according to any one of claims 1 to 5 are arranged side by side in the predetermined direction and the conductor connection portions of the adjacent semiconductor units are connected to each other.
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。 The semiconductor unit according to claim 4,
The AC input side conductor is composed of first, second, and third AC input side conductors, and the AC output side conductor is composed of first, second, and third AC output side conductors,
The first, second, and third AC input-side conductors and the first, second, and third AC output-side conductors are opposed to the plate-like conductor via the third plate-like insulating member. Integrated into the multilayer laminate,
The plurality of series switching circuits correspond to the first, second, and third AC input side conductors, and the first, second, and third AC input side groups and the first, second, and third AC The output side conductors are divided into first, second, and third AC output side groups, and the first, second, and third AC input side conductors are the first, second, and second, respectively. The switching elements are connected in series via the first, second, and third AC input side conductors so as to be the series connection portions of the series switching circuits belonging to three AC input side groups, , The second and third AC output-side conductors are the first and second switching elements of the series switching circuits belonging to the first, second, and third AC output-side groups, respectively. Are connected in series via the second and third AC output side conductors,
A power conversion device in which the semiconductor units are arranged in three units in the predetermined direction, and the conductor connection portions of the adjacent semiconductor units are connected to each other.
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