JP2016144333A - 相ユニット及びこれを用いた３レベル電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半導体モジュールで構成される３レベル電力変換装置において、配線インダクタンスの極小化と、各モジュールの電流分担をバランスする配線構造を実現する。
【解決手段】３レベル電力変換回路の上下アームと中間アームをそれぞれ第１モジュール２０-1〜２０-３と第２モジュール３０-１〜３０-３に収容し、この各モジュールを１個ずつ並行に近接配置して、単位相モジュール組体を構成し、前記の近接配置した各単位相モジュール組体の第１モジュールの上面から引き出される高電位接続端子および低電位接続端子の間をそれぞれ共通の高電位接続端子板４４および低電位接続端子板４２により結合し、前記各単位相モジュール組体の第２モジュールの上面から引き出された中間電位接続端子間を共通の中間電位接続端子板４３を結合し、前記の高電位接続端子板、低電位接続端子板および中間電位接続端子板を互いに近接配置する。
【選択図】図６

Description

この発明は、半導体スイッチモジュールを使用した３レベルの相ユニットおよびこれを用いた電力変換装置、特に半導体スイッチモジュールを複数個並列接続する際の配線構造に関する。

一般的な３レベルの単相インバータまたは多相インバータの１相分の回路は、図８に示すように構成されている。ここで、インバータは、直流電力を交流電力に変換する回路であるが、よく知られているように交流電力を直流電力に変換する動作もする。

図８において、１は直流電源であり、その電圧をコンデンサ２、３により分割することにより、高電位Ｐ、中間電位Ｍ、低電位Ｎの３つの電位を形成する。４〜７は、順方向電流の導通／非導通を制御することが可能で、かつ逆方向電流に対して常に導通状態となる半導体スイッチ素子である。この半導体スイッチ素子は、ここでは、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）とそれに逆並列接続されたダイオードとで示されている。半導体スイッチ素子６と７は、逆方向に直列接続されており、これにより、順、逆両方向電流の導通／非導通制御が可能な、いわゆる双方向スイッチを構成する。半導体スイッチ素子４、５は、直列接続して１相分の上下アーム１１を構成する。この上下アーム１１に対して、半導体スイッチ素子６、７を直列接続して構成した双方向スイッチは、中間アーム１２と称する。

図８において、交流出力端Ｕの電位は、上下アーム１１の半導体スイッチ素子４がオンしたときは、直流電源１の高電位端Ｐの電位と等しく、半導体スイッチ素子５がオンしたときは、直流電源１の低電位端Ｎの電位と等しくなる。また、中間アームの半導体スイッチ素子６または７がオンしたとき、交流出力端Ｕの電位は２つのコンデンサ２、３の中間点Ｍの電位、すなわち直流電源１の中間電位と等しくなる。

すなわち、この図８の回路は、各半導体スイッチ素子のオン状態によって交流出力端Ｕの電位を３つの電圧レベルで選択できる３レベルインバータを構成する。

このような３レベルの出力を発生する３レベルインバータ回路は、中間アーム１２を構成する半導体スイッチ素子６、７の耐圧が上下アーム１１の半導体スイッチ素子４、５の１／２でよいという特徴がある。また、動作条件（力率と変調率）によって上下アームと中間アームの各半導体スイッチ素子で発生する導通損失や、スイッチング損失が異なる。このため、上下アームと中間アームを構成する半導体スイッチ素子は、装置それぞれに適した耐圧やスイッチング特性等を備える素子が選定される。
また、一般に半導体スイッチ素子を用いた回路では、スイッチング動作時の電流変化率（di/dt)と回路上に存在する寄生インダクタンスによりサ―ジ電圧が生じ、半導体スイッチ素子の過電圧の原因となり、しばしば問題となる。上記の３レベルインバータ回路においてもこの問題は同様に生じるため、半導体スイッチ素子がスイッチング動作をするときの電流経路（以下、「直流一巡電流経路」という。）の寄生インダクタンスを最小にする必要がある。

このような要求に対して、特許文献１では、高電位点Ｐに接続する接続導体、中間電位点Ｍに接続する接続導体および低電位点Ｎに接続する接続導体の３つの平板接続導体を絶縁物を介して積層配置したラミネ―ト構造とし、これにより配線のインダクタンスを低減する技術が開示されている。

図９は、前記特許文献１に記載されている三相３レベルインバータの配線構造を示すものである。この図９において、Ｃｄ１〜Ｃｄ４は直流コンデンサ、１８、１９、２０は図８に示す半導体スイッチ素子４〜７により構成された上下アーム１１および中間アーム１２を収納した相モジュール、Ｂ１は平板状のＰ（高）電位接続導体、Ｂ２は平板状のＭ（中間）電位接続導体、Ｂ３は平板状のＮ（低）電位接続導体である。直流コンデンサＣｄ１〜Ｃｄ４は相モジュール１８、１９、２０の水平方向である図示のＹ方向に配置し、平板状接続導体Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、間に絶縁シートＩＳ１、ＩＳ２を介して積層して、ラミネート構造とする。ラミネート構造の接続導体は一般に知られているとおり、導体を流れる往復電流による磁束の打ち消し合いによって、導体部の寄生インダクタンスを低減させることができる。

特開２０１０‐２８８４１５号公報

前記したように、従来技術では、直流一巡電流経路の接続導体を近接配置してラミネート構造とすることにより、配線の寄生インダクタンスの低減を図っているが、特許文献１では３レベルインバータの１相分の上下アームおよび中間アームの各半導体スイッチ素子を１つのモジュールとして同一のパッケージに収納した構成を前提にしている。

このため、複数のモジュールを並列接続して大容量の３レベルインバータを構成する場合、特許文献１に示された配線構造を適用することができず、配線の寄生インダクタンスの低減が困難になるという問題がある。また、モジュール間で電流のアンバランスが生じ、最悪の場合、過電流によって半導体スイッチ素子が破壊に至る、という問題がある。

このような問題点を解決するため、この発明は、半導体スイッチ素子を収容した複数のモジュールで３レベル電力変換装置を構成するとともに、この装置内の直流一巡電流経路の配線インダクタンスを極小とし、かつ、各モジュールの電流分担がバランスする配線構造を実現することを課題とする。

前記の課題を解決するため、この発明は、３レベル電源の電圧を変換するための３レベル電力変換回路の相ユニットであって、この相ユニットが、上下アーム用半導体スイッチが収容されている第１モジュールと中間アーム用半導体スイッチが収容されている第２モジュールとを並行に近接配置して構成される複数個の単位相モジュール組体と、半導体スイッチのスイッチング動作時に単位相モジュール組体と３レベル電源との間を流れる電流の往復経路が交差するように構成されている積層導体と、各単位相モジュール組体それぞれに接続される交流出力導体とで構成されていることを特徴とする。

そして、積層導体は、単位相モジュール組体と３レベル電源それぞれの高電位端子間を流れる電流の第１経路と、単位相モジュール組体と３レベル電源それぞれの低電位端子間を流れる電流の第２経路と、単位相モジュール組体と前記３レベル電源それぞれの中間電位端子間を流れる電流の第３経路と、を備え、単位相モジュール組体ごとに、第１経路と第２経路とが並行になり、第３経路が第１経路および第２経路と交差するように構成されているのがよい。

この発明によれば、３レベルインバータが上下アームを収容した第１モジュールと中間アームを収容した第２モジュールとで構成される。そして、各モジュールから引き出す接続端子板を、相互に絶縁板を介して平行に近接配置し、かつ、３レベルインバータにおける直流一巡電流経路を高電位接続端子板と中間電位接続端子板それぞれの平面上、および低電位接続端子板と中間電位接続端子板それぞれの平面上で交差させるので、配線インダクタンスを極小にできる。装置容量を増大させるために半導体スイッチを並列接続した場合は、各単位相モジュール組体ごとに交流出力接続端子板が設けられることにより、各直流一巡経路の配線インダクタスを小さくし、かつ各モジュールの電流分担を均等化することができる。

この発明を適用する３レベルインバータの単相分の回路構成図である。 この発明に使用する上下アームを構成する第１モジュールおよび中間アームを構成する第２モジュールの各端子を説明するための回路構成図である。 この発明に使用する上下アームを収容した第１モジュールと中間アームを収容した第２モジュールの外観を示す斜視図である。 この発明に使用する３レベルインバータの単位相モジュール組体の例を示す斜視図である。 この発明の第１の実施例を示すもので、単位相モジュール組体を複数個並列接続して構成した相ユニットを分解して示す斜視図である。 この発明の第１の実施例を示すもので、単位相モジュール組体を複数個並列接続して構成した相ユニットの外観を示す斜視図である。 この発明の動作説明に使用する図であり、（ａ）はこの発明の動作説明図、（ｂ）は比較装置の動作説明図である。 一般的な３レベルインバータの単相分の構成を示す回路構成図である。 従来の３レベルインバータの配線構造を示すもので、（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。

この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

図１は、この発明の実施例を示すもので、上下アームモジュールおよび中間アームモジュールをそれぞれ３個並列接続して構成した３レベルインバータの１相分の回路構成図である。

図１において、２０‐１〜２０‐３は、図２（ａ）に示すように３レベルインバータの上下アームとなるＭＯＳＦＥＴとダイオードとで構成された半導体スイッチ４、５を直列接続した回路を収容した上下アームモジュール（第１モジュール）２０であり、３個並列接続されている。３０‐１〜３０‐３は、図２（ｂ）に示すようにダイオード１０、１１とＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）１２、１３で構成された３レベルインバータの中間アームとなる双方向スイッチを収容した中間アームモジュール(第２モジュール)３０であり、３個並列接続されている。

図２（ａ）に示すように、上下アームを構成する第１モジュール２０からは、直流電源の高電位端子Ｐに接続する高電位接続端子２０Ｐ、低電位端子Ｎに接続する低電位接続端子２０Ｎ、交流出力を取り出す交流出力端子２０Ｕ、および半導体スイッチ４、５のゲート接続端子２０Ｇ４、２０Ｇ５、補助ソース接続端子２０Ｓ４、２０Ｓ５が引き出される。

また、中間アームを構成する第２モジュール３０からは、図２（ｂ）に示すように、直流電源の中間電位端子Ｍに接続する中間電位接続端子３０Ｍ、上下アームの交流出力端子２０Ｕに接続する交流出力接続端子３０Ｕ、および半導体スイッチ１２、１３のゲート接続端子３０Ｇ１２、３０Ｇ１３、補助エミッタ接続端子３０Ｅ１２、３０Ｅ１３が引き出されている。

図１にもどって、直流電源１の高電位端子Ｐと低電位端子Ｎとの間に、直流コンデンサ２および３を直列接続し、その中間接続点に直流電源１の中間電位端子Ｍを設ける。直流コンデンサ２と３とは、３レベル電源を構成する。コンデンサ２の接続された高電位端子Ｐと上下アームモジュール（第１モジュール）２０（２０‐１〜２０‐３）の高電位接続端子２０Ｐ（２０Ｐ‐１〜２０Ｐ‐３）とを共通の高電位接続導体４０Ｐで接続する。コンデンサ３の接続された低電位端子Ｎと上下アームモジュール（第１モジュール）２０（２０‐１〜２０‐３）の低電位接続端子２０Ｎ（２０Ｎ‐１〜２０Ｎ‐３）とを共通の低電位接続導体４０Ｎで接続する。さらに、中間アームモジュール（第２モジュール）３０（３０‐１〜３０‐３）の中間電位接続端子３０Ｍ（３０Ｍ‐１〜３０Ｍ‐３）と中間電位端子Ｍとを共通の中間電位接続導体４０Ｍで接続する。そして、上下アームモジュール２０（２０‐１〜２０‐３）の交流出力端子２０Ｕ（２０Ｕ‐１〜２０Ｕ‐３）と中間アーム３０（３０‐１〜３０‐３）の交流出力接続端子３０Ｕ（３０Ｕ‐１〜３０Ｕ‐３）とをそれぞれ個別の交流出力接続導体４０Ｕ（４０Ｕ‐１〜４０Ｕ‐３）で接続する。これらの接続導体４０Ｐ、４０Ｎ、および４０Ｍはインバータ回路における直流一巡電流経路となる。

次に、図３、図４を参照して、この発明の３レベルインバータに使用する単位相モジュール組体について説明する。

図３は、図２に示した上下アーム（第１)モジュール２０と中間アーム（第２）モジュール３０の外観を示すもので、上下アームモジュール２０と中間アームモジュール３０を１個ずつ互に並行に近接配置して３レベルインバータの１相分のユニットとなる単位相モジュール組体を構成する。

上下アーム（第１）モジュール２０の上面に突出して設けられた接続端子２０Ｐ、２０Ｎ、２０Ｕは、それぞれ１対のピン端子で形成されており、図２（ａ）に示した上下アームモジュール２０の高電位接続端子、低電位接続端子、交流出力端子を構成する端子である。２０Ｇ４、２０Ｇ５は同様に半導体スイッチ４、５のゲート接続端子であり、２０Ｓ４‐２０Ｓ５は同様に半導体スイッチ４、５の補助ソース接続端子である。

また、中間アーム（第２）モジュール３０の上面に突出して設けられた接続端子３０Ｍおよび３０Ｕは、図２（ｂ）に示した中間アームモジュール３０の中間電位接続端子、交流出力接続端子を構成する端子であり、それぞれ１対のピン端子で形成されている。３０Ｇ１２、３０Ｇ１３は同様に半導体スイッチ１２、１３のゲート接続端子であり、３０Ｅ１２、３０Ｅ１３は、同様に半導体スイッチ１２、１３の補助エミッタ接続端子である。そして、中間アームモジュール３０には電気的接続には用いられない空き端子３０Ｂを設け、その端子配列を上下アームモジュール２０の端子配列と同じにして、モジュール２０と３０のモジュールケースの共通化を図っている。

なお、各モジュール２０、３０に設けられている２０ｅ、３０ｅは、モジュールを基台となる冷却体等に取付け固定するための取付孔であり、取付けを行うときはこれに固定ねじを挿通して基台にねじ込み固定する。

このように並行配置された１対の上下アームモジュール２０と中間アームモジュール３０とに、図４に示すように、水平に引き出された平板状の個別の交流出力接続端子板４１を両モジュールの交流出力端子２０Ｕおよび３０Ｕに跨って結合固定し、ユニット化した３レベルインバータの単位相モジュール組体５０を構成する。この交流出力接続端子板４１は、両モジュールの交流出力端子２０Ｕおよび３０Ｕを電気的に接続するものであり、図１に示した交流出力端子接続導体４０Ｕとなる。

３レベルインバータ回路の出力容量を増やす際は、このように構成された単位相モジュール組体５０を複数個並列接続して用いる。

単位相モジュール組体５０を３個数並列接続して構成した相ユニットの実施例を図５および図６に示す。

まず、図５は、３レベルインバータの１相を構成する相ユニットを分解して示すものであり、並列接続する３個の単位相モジュール組体５０‐１〜５０‐３は、各組体の上下アーム（第１）モジュール２０と中間アーム（第２）モジュール３０が交互に配列されるように近接して並行配置される。

３個の単位相モジュール組体５０‐１〜５０‐３には、図１の交流出力接続導体４０Ｕ（４０Ｕ−1〜４０Ｕ-３）となる交流出力接続端子板４１（４１−１〜４１‐３）が各組体毎に個別に設けられているが、図１の低電位接続導体４０Ｎとなる低電位接続端子板４２、中間電位接続導体４０Ｍとなる中間電位接続端子板４３および高電位接続導体４０Ｐとなる高電位接続端子板４４は、３個の単位相モジュール組体５０‐１〜５０‐３に共通に設けられている。これらの接続端子板４２、４３および４４の幅は、並行に近接配置された３個の単位相モジュール組体５０‐１〜５０‐３の全体の幅とほぼ等しい幅にしている。

低電位接続端子板４２は、単位相モジュール組体５０‐１〜５０‐３の上面に対して垂直に引き出された平板状導体で構成され、下端には、３個の単位相モジュール組体５０‐１〜５０‐３の上下アームモジュール２０‐１〜２０‐３の低電位接続端子２０Ｎ‐１〜２０Ｎ−３にそれぞれ接続するために、３個の端子接続部４２ａ‐１〜４２ａ−３が設けられている。上端には、外部との接続を行うために直角に折り曲げて形成されたねじ端子で構成された３個の外部接続端部４２ｂ‐１〜４２ｂ‐３が設けられている。端子接続端部４２ａ‐１〜４２ａ‐３と外部接続端部４２ｂ‐１〜４２ｂ‐３とは、それぞれ対角となるように互いに位置がずらされている。

低電位接続端子板４２は、端子接続部４２ａに設けた嵌合孔を、各モジュール２０‐１〜２０−３のピン状の接続端子２０Ｎ‐１〜２０Ｎ‐３に挿入、嵌合してモジュール２０に取付け固定される。これにより３個のモジュール２０−１〜２０−３がこの低電位接続端子板４２により連結される。

中間電位接続端子板４３は、図１における中間電位接続導体４０Ｍとなる端子板であり、平板状導体で形成されている。垂直に引き出された中間電位接続端子板４３の下端には、モジュール３０-1〜３０‐３の接続端子３０Ｍ１‐１〜３０Ｍ‐３に接続するための３個の端子接続部４３ａ‐１〜４３ａ‐３が設けられている。そして、中間電位接続端子板４３の上端には、外部との接続を行うために直角に折り曲げて形成されたねじ端子で構成された３個の外部接続端部４３ｂ‐１〜４３ｂ‐３が設けられ、左右の両端には、両側へ張出した補助端子部４３ｓ−１，４３ｓ−２が設けられる。

中間電位接続端子板４３は、端子接続部４３ａに設けた嵌合孔を、各モジュール３０‐１〜３０−３のピン状の接続端子３０Ｍ‐１〜３０Ｍ‐３に挿入、嵌合してモジュール３０に取付け固定される。これにより３個のモジュール３０−１〜３０−３は、中間電位接続端子板４３により連結される。

さらに、高電位接続端子板４４は、図１の高電位接続導体４０Ｐとなる端子板であり、平板状導体で形成されている。垂直に引き出された高電位接続端子板４４の下端には、モジュール２０-1〜２０‐３の接続端子２０Ｐ−１〜２０Ｐ−３に接続するための３個の端子接続部４４ａ‐１〜４４ａ−３が直角に折り曲げて形成される。そして、上端には、外部との接続を行うために、低電位接続端子板４２とは反対側に直角に折り曲げて形成されたねじ端子で構成された３個の外部接続端部４４ｂ‐１〜４４ｂ‐３が設けられる。

高電位接続端子板４４は、各端子接続部４４ａに設けた嵌合孔を、各モジュール２０‐１〜２０‐３の１対のピン状の接続端子２０Ｐ‐１〜２０Ｐ‐３に挿入、嵌合してモジュール２０に取付け固定される。これにより３個のモジュール２０‐１〜２０‐３がこの高電位接続端子板４４により連結される。

このようにして３個の単位相モジュール組体に電位接続端子板４２〜４４を結合することにより、図６に示すような３レベルインバータの３個の単位相モジュール組体を並列接続して１相分の回路を構成する相ユニットが形成される。

また、各電位接続端子板４２、４３、４４の上部に図１に示す直流コンデンサ２、３が配置され、各電位接続端子板に設けた外部接続端部４２ｂ、４３ｂ、４４ｂに接続される。

このように構成すると、上部に配置した直流コンデンサと各モジュールの間を、短い距離で配線でき、また、直流一巡電流経路を形成する高電位接続端子板４４、中間電位接続端子板４３、および低電位接続端子板４２を互いに平行に近接して重ね合わせることができる。これにより、これらの端子板に対向して流れる電流により形成される磁束が、互いに打ち消し合うため、３レベルインバータの相ユニットにおける直流一巡電流経路の配線インダクタンスを小さくすることができる。

なお、各電位接続端子板は、より密接に配置した方がインダクタンスの低減効果が大きくなるので、各電位接続端子板の間に絶縁シートなどを挟んで積層し、ラミネート構造にするのが好適である。

この発明によれば、直流一巡電流経路のインダクタンスが低減されるため、上下アーム、中間アームに使用する半導体スイッチに、図２の例に限らず、例えば近年実用化されつつあるＳｉＣ（炭化珪素）等のワイドバンドギャップ半導体材料で構成した高速半導体スイッチ素子を適用することができる。また、この発明では、上下アームモジュール２０と中間アームモジュール３０とを一対とし、これを複数個交互に隣り合うように並べて配置した上で、交流出力接続端子板４１を、このモジュール２０と３０の一対毎に分割して設けているため、並列接続した各モジュールの電流アンバランスを抑制することができる。

この点について、図７を参照して説明する。

図７（ａ）は、この発明にしたがって交流出力接続端子板４１を分割した配線構造における電流の流れを示す図（図６の斜視図を上からみた図）であり、説明に必要な交流出力接続端子板４１‐１、４１‐２、４１‐３と、各モジュールのみを示し、他の接続端子板等は省略している。

図７（ｂ）は、この発明と比較するために、交流出力接続端子板４１を分割せずに全モジュールに共通に接続した場合の電流の流れを示す図である。

この発明に従えば、図７（ａ）に示すように、ここには図示しない外部との接続用配線材（図１の１００）から交流出力接端子板４１‐１、４１‐２、４１‐３の接続部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３にそれぞれ流入する電流（仮にその電流値をＩとする）は、矢印のように、各中間アームモジュール３０‐１、３０‐２、３０‐３の交流出力端子３０Ｕ（３０Ｕ‐１、３０Ｕ‐２、３０Ｕ‐３）に個別に流れ込むので、各電流はＩとなる。

これに対して、交流出力接続端子板４１を分割せずに全モジュールに共通に接続した場合は、図７（ｂ）に示すように、交流出力接続端子板４１の接続部Ｕ３に流入した電流は、矢印のようにモジュール３０−３と３０−２に分流し、接続部Ｕ２に流入した電流も同様に、モジュール３０−２と３０−１に分流する。また、接続部Ｕ１に流入した電流は、モジュール３０−１だけに流入する。

この結果、モジュール３０−３に流れ込む電流は接続部Ｕ１に流入した電流Ｉよりも小さくなる。例えばモジュール３０−３と３０−２に均等に分流したとすれば、モジュール３０‐３に流入する電流は、接続部Ｕ１に流入した電流Ｉの０．５倍の０．５Ｉとなる。

また、モジュール３０−２に流入する電流は、接続部Ｕ１とＵ２から０．５Ｉの電流が流入するため、結果的に接続部Ｕ２に流入する電流Ｉと等しくなる。

そして、モジュール３０−１の流入する電流値は、接続部Ｕ１に流入する電流Ｉよりも大きくなる。例えば接続部Ｕ２に流入した電流がモジュール３０−２と３０−１に均等に分流したとすれば、モジュール３０‐１に流入する電流は、接続部Ｕ３に流入する電流Ｉの１．５倍の１．５Ｉとなる。

このように、交流出力接続端子板４１を分割せずに全モジュールに共通に接続した場合は、３個のモジュールに交流出力接続端子板４１から流入する電流は、０．５Ｉ〜１．５Ｉの範囲で変化し、大きなアンバランスが発生する。

つまり、図１に示した接続用配線材１００（ケーブル等を使用）を、図１の結合部１００Ｃから同じ配線長にして交流出力接続導体４０Ｕ‐１、４０Ｕ−２、４０Ｕ−３の接続部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３に接続し、これにより各接続部に電流が均等に流入するようにしても、図７（ｂ）のように交流出力接続端子板４１を分割せずに全モジュールに共通に接続した場合は、各モジュールに流れる電流に大きなアンバランスが生じることになる。なお、接続部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３から、上下アームモジュール２０−１、２０−２、２０−３の出力端子２０Ｕに流れる電流も、この説明と同様に、出力接続端子板４０Ｕを分割せずに全モジュールに共通に接続した場合には、各モジュールに流れる電流に大きなアンバランスが生じる。

この発明によれば、交流出力接続端子板４１を分割して、各モジュールごと個別に接続することにより、前記のような電流の流れ方の違いによって、各モジュールに流れる電流を均等にすることができ、アンバランスを抑制することができる。

２０−１〜２０−３：上下アーム（第１）モジュール
３０‐１〜３０‐３：中間アーム（第２）モジュール
４１−１〜４１−３：交流出力接続端子板
４２：低電位接続端子板
４３：中間電位接続端子板
４４：高電位接続端子板
５０−１〜５０‐３：単位相モジュール

Claims (10)

1. ３レベル電力変換回路の上下アーム用半導体スイッチが収容されている第１モジュールと中間アーム用半導体スイッチが収容されている第２モジュールとを並行に近接配置して構成される複数個の単位相モジュール組体と、
   前記半導体スイッチのスイッチング動作時に前記単位相モジュール組体と３レベル電源との間を流れる電流の往復経路が交差するように構成されている積層導体と、
   前記単位相モジュール組体ごとに接続される交流出力導体と、
   からなることを特徴とする相ユニット。
2. 前記積層導体は、
   前記単位相モジュール組体と前記３レベル電源それぞれの高電位端子間を流れる電流の第１経路と、
   前記単位相モジュール組体と前記３レベル電源それぞれの低電位端子間を流れる電流の第２経路と、
   前記単位相モジュール組体と前記３レベル電源それぞれの中間電位端子間を流れる電流の第３経路と、を備え、
   前記単位相モジュール組体ごとに、前記第１経路と前記第２経路とが並行になり、前記第３経路が前記第１経路および前記第２経路と交差するように構成されていることを特徴とする相ユニット。
3. 前記積層導体は、
   前記複数の単位相モジュール組体の高電位端子と前記３レベル電源の高電位端子とが接続される高電位接続端子板と、
   前記複数の単位相モジュール組体の低電位端子と前記３レベル電源の低電位端子とが接続される低電位接続端子板と、
   前記複数の単位相モジュール組体の中間電位端子と前記３レベル電源の中間電位端子とが接続される中間電位接続端子板と、で構成されており、
   前記高電位接続端子板は、前記単位相モジュール組体ごとに前記第１経路を備え、
   前記低電位接続端子板は、前記単位相モジュール組体ごとに前記第２経路を備え、
   前記中間電位接続端子板は、前記単位相モジュール組体ごとに前記第３経路を備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の相ユニット。
4. 前記高電位接続端子板は、前記単位相モジュール組体ごとにそれぞれの前記高電位端子と接続される高電位端子接続部を一方の辺に備え、この辺と対向する辺に前記３レベル電源の高電位端子と接続される外部高電位接続部を備え、
   前記低電位接続端子板は、前記単位相モジュール組体ごとにそれぞれの前記低電位端子と接続される低電位端子接続部を一方の辺に備え、この辺と対向する辺に前記３レベル電源の低電位端子と接続される外部低電位接続部を備え、
   前記中間電位接続端子板は、前記単位相モジュール組体ごとにそれぞれの前記中間電位接続端子と接続される中間電位端子接続部を一方の辺に備え、この辺と対向する辺に前記３レベル電源の中間電位端子と接続される外部中間電位接続部を備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の相ユニット。
5. 前記高電位接続端子板の前記外部高電位接続部と前記外部低電位接続部とは、対応する前記単位相モジュール組体の前記中間電位接続端子の位置と対向する位置に設けられ、
   前記中間電位接続端子板の前記外部中間電位接続部は、対応する前記単位相モジュール組体の前記高電位接続端子および前記低電位接続端子の位置と対向する位置に設けられている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の相ユニット。
6. 前記高電位接続端子板の前記外部高電位接続部と前記低電位接続端子板の前記外部低電位接続部は、それぞれの端子板の垂直面に対して直角かつ反対方向に折り曲げて形成されており、前記中間電位接続端子板の前記外部中間電位接続部は前記高電位接続端子板の前記外部高電位接続部と前記低電位接続端子板の前記外部低電位接続部とに隣接する位置で直角に折り曲げて形成されていることを特徴とする請求項５に記載の相ユニット。
7. 前記高電位接続端子板、前記低電位接続端子板および前記中間電位接続端子板は、絶縁物を挟んで積層配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の相ユニット。
8. 前記高電位接続端子板、前記低電位接続端子板および前記中間電位接続端子板は、前記並行配置されている全部の単位相モジュール組体に跨って形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の相ユニット。
9. 前記半導体スイッチがワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の相ユニット。
10. 前記相ユニットを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。

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