JP3834764B2 - 電力変換器の主回路構造 - Google Patents

Description

【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、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、電力変換器内の機器の配置は、特別な配慮なしに決定されることが多かった。このため、ある部品の発熱により、別の部品の温度が過度に上昇することがあった。特に、ゲート回路は、比較的小さく、軽い部品であるため、余ったスペースに配置されがちで、電力変換器の上部におかれることが多かった。このような場合、電力変換器内上部は温度上昇が大きいため、ゲート回路は、温度上昇のために誤動作を起こしたり、寿命が短くなるなどの問題があった。
【０００３】
特開平9−233847 号公報記載のように、回路素子にヒートパイプを取り付けることで、このような問題を解決することができるが、ヒートパイプが新たに必要になるために、部品数が増え、コストが上昇する上、実装上の制約にもなる。
【０００４】
また、別の問題として、ゲート回路は余ったスペースに配置されがちで手が届きにくいため、保守の面で問題となることが多かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な構成で電力変換器内の部品相互間の温度上昇の影響を低減すること、特にゲート回路の温度上昇を防ぎ、パワーユニットの誤動作や寿命が短くなるなどの問題を解決すること、また、ゲート回路に手が届くように配置することで保守を容易にすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、鉄道車両用の電力変換器であって、該変換器が少なくとも竪型ヒートブロックとその片面に取り付けられる複数の半導体素子と該素子を駆動するゲート回路と半導体素子側面近傍にフィルタコンデンサとを備え、これらが同一の箱に収納されてなる電力変換器の主回路構造において、フィルタコンデンサは下面が開口した台に取り付けられ、該台は半導体素子の下側より下に配置され、台内部の開口側にゲート回路を配置し、該ゲート回路を前記台によって前記半導体素子および前記フィルタコンデンサから隔離することにより、解決される。
【０００７】
上記手段を用いることにより、特別な部品を追加することなく電力変換器内の部品相互間の温度上昇の影響を低減し、特にゲート回路の温度上昇を防ぎ、ゲート回路の誤動作，寿命が短くなるなどの問題を解決することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態を側面から見た図を示す。
【００１０】
１はＩＧＢＴ素子（正側）、２はＩＧＢＴ素子（負側）、３は正側導体（以下、導体Ｐと称する）、４は交流側導体（以下、導体Ｕと称する）、５は負側導体（以下、導体Ｎと称する）、６〜１２，６ａ，６ｂ，６ｃ，７ａ，７ｂ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃ，９ａ，９ｂ，９ｃ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ,１１ａ,１１ｂはボルト、１３はフィルタコンデンサ（以下ＦＣと称する）、１４はＦＣと正側導体をつなぐ正側コンデンサ接続導体（以下導体ＣＰと称する）、１５はＦＣと負側導体をつなぐ負側コンデンサ接続導体（以下導体ＣＮと称する）、１６は
ＩＧＢＴ素子駆動用のゲート回路、１７はヒートブロック、１８〜２０は絶縁板である。ＩＧＢＴ素子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素子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。
【００１１】
図１において、ＩＧＢＴ１，２とフィルタコンデンサ１３は正側導体３，交流側導体４，負側導体５，正側コンデンサ接続導体１１，負側コンデンサ接続導体１２によって接続されており、ゲート回路１６はフィルタコンデンサ１３の下部に配置され、フィルタコンデンサの下に台２１が配置される。
【００１２】
電力変換器は、一般に図示しない箱に収めれており、半導体素子などの発熱により箱内の空気があたためられ、箱内温度が上昇する。あたためられた空気は、箱の上の方に移動するため、上部の方ほど温度上昇が大きい。したがって、温度上昇の小さい電力変換器内下部にゲート回路を配置することにより、ゲート回路の温度上昇を防ぐことができる。
【００１３】
本図で、ＩＧＢＴ１，２，導体３〜５は、いずれも上下方向に並んでおり、１つの部品の熱が他の部品に影響することはほとんどない。また、上部には導体
１４，１５などが配置されているが、これらは、温度が多少上昇しても、動作にはほとんど支障しない。
【００１４】
図２は、図１でヒートブロック１７が上部に配置され、フィルタコンデンサに足２２を付加したときの実施例である。導体５の上に４，４の上に３，３の上にＩＧＢＴ１，２が配されており、下の部品の熱がそれよりも上の部品に影響しやすいという欠点のある構成だが、実装の都合上、ヒートブロック１７を上に配する必要がある場合など、このような構成をとることがある。この場合も、ゲート回路１６をフィルタコンデンサ１３の下部に配置することにより、同様な効果が得られる。
【００１５】
なお、この例ではフィルタコンデンサ本体に足２２を取り付けているが、図１のような台２１を使用してももちろん同様な効果が得られる。
【００１６】
ここでは一例として、３端子のＩＧＢＴを示したが、２端子のＩＧＢＴ、またはＩＧＢＴを２並列，３並列にして用いても本発明の効果は変わらない。
【００１７】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ゲート回路を電力変換器内下部に配置することにより、特別な部品追加なく、部品相互間の温度上昇の影響を防止でき、特に従来のものよりもゲート回路の温度上昇を防ぐことができ、ゲート回路の誤動作や寿命が短くなるなどの問題を解決することができる。これにより、ゲート回路単体だけでなく電力変換器全体としての信頼性も向上することができる上、コスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施形態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１，２…ＩＧＢＴ素子、３…導体Ｐ、４…導体Ｕ、５…導体Ｎ、６〜１２，６ａ，６ｂ，６ｃ，７ａ，７ｂ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃ，９ａ，９ｂ，９ｃ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１１ａ，１１ｂ…ボルト、１３…フィルタコンデンサ、１４…導体ＣＰ、１５…導体ＣＮ、１６…ゲート回路、１７…ヒートブロック、１８〜２０…絶縁板、２１…台、２２…フィルタコンデンサの足。

Claims (1)

1. 鉄道車両用の電力変換器であって、該変換器が少なくとも竪型ヒートブロックとその片面に取り付けられる複数の半導体素子と該素子を駆動するゲート回路と前記半導体素子側面近傍にフィルタコンデンサとを備え、これらが同一の箱に収納されてなる電力変換器の主回路構造において、
   前記フィルタコンデンサは下面が開口した台に取り付けられ、該台は前記半導体素子の下側より下に配置され、前記台内部の開口側に前記ゲート回路を配置し、該ゲート回路を前記台によって前記半導体素子および前記フィルタコンデンサから隔離することを特徴とする電力変換器の主回路構造。

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