JP5073530B2 - 電力変換器の主回路構造 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換器の主回路構造に関し、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。

電力変換器において，半導体素子を接続する平板状の導体にコンデンサも接続することにより、コンデンサ接続部分を含む主回路配線のインダクタンス全体を低減できることが、例えば特許文献１に記載されている。この場合，半導体素子とコンデンサが一体となるので、特に容量の大きな装置の場合、全体の質量が大きくなり組立や保守等の場合の取り扱いが困難になるという問題がある。主回路が対向して２相配置される場合，前記の困難さから一つの主回路に対してそれが抱える一つのコンデンサの容量分しか寄与させることが出来ないという問題があった。
特開２００７−４９８４８号公報

本発明の目的は、電力変換器の主回路配線の半導体素子を接続する導体と、直流電圧を平滑するコンデンサからなる主回路構造が対向して２相ある場合に，互いの相のコンデンサと半導体素子，それらを繋ぐ導体のインダクタンスをトータルで低減し、互いの相のコンデンサを共用しあうことで自相のコンデンサの容量を多くすることと同じ効果が得られる電力変換器の主回路構造を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、一相分の半導体素子側の正側導体および負側導体を、導体の幅を広く確保しながらできるだけ近接して配置するいわゆる平行平板状にしたまま他相側にも延ばし、自相と他相両方のコンデンサと接続可能な構造としている。これにより、配線インダクタンスが増加することなく相手側のコンデンサの容量も自らの主回路の平滑用として利用することができ、半導体素子のスイッチング時に問題となる転流インダクタンスを回路全体として低減できる。

すなわち、本発明は、少なくとも２個の半導体素子と、直流電圧を平滑するコンデンサと、前記半導体素子の端子と前記コンデンサの端子間を接続する平板形状の正側導体および負側導体と、半導体素子の端子を交流側に接続する平板形状の交流側導体から構成される電力変換器の主回路構造において、対向して２相設けた主回路構造とし、２つの正側導体を接続する正側接続導体は２つの負側導体を接続する負側接続導体と平行で、かつ、近接して配置される電力変換器の主回路構造である。

また、本発明は、前記正側接続導体、前記負側接続導体、前記正側導体及び前記負側導体は、それぞれ、ほぼ同じ広幅の形状である電力変換器の主回路構造である。

そして、本発明は、前記正側導体および負側導体は、９０度曲がった部分を有し、かつ、前記コンデンサに接続される電力変換器の主回路構造である。

本発明によれば、電力変換器の主回路配線の半導体素子を接続する導体とコンデンサからなる主回路構造が対向して２相ある場合でも，互いのコンデンサを共有することで，より少ないコンデンサ容量で自相のコンデンサの容量を増加させるのと同じ効果が得られる電力変換器の主回路構造を提供できる。さらに，コンデンサ端子と導体の接続部を外向きに接続できることで，電力変換装置からのコンデンサの取付け、取外しが容易になり、取り扱いの便を向上させることができる。

本発明が適用される電力変換器の主回路の構成を、図２を用いて説明する。図２は、２レベルの電力変換器の平滑コンデンサとインバータ２相分のスイッチ回路の構成を説明する図である。電力変換器の主回路は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート２極トランジスタ、正側）１Ｐ，２Ｐと、ＩＧＢＴ（負側）１Ｎ，２Ｎと、直流電圧を平滑するコンデンサ３と、正側導体４と、負側導体５と、正側接続導体６と，負側接続導体７と、交流側導体８とを有して構成される。ＩＧＢＴ（正側）１Ｐ，２ＰのコレクタＰＣは、正側導体４を介して、コンデンサ３の正側端子ＣＰに接続される。ＩＧＢＴ（負側）１Ｎ，２ＮのエミッタＮＥは、負側導体５を介してコンデンサ３の負側端子ＣＮに接続される。ＩＧＢＴ１Ｐ，２ＰのエミッタＰＥとＩＧＢＴ１Ｎ，２ＮのコレクタＮＣは交流側導体８に接続される。ＩＧＢＴ（正側）１ＰのコレクタＰＣは，正側接続導体６を介して、ＩＧＢＴ（正側）２ＰのコレクタＰＣに接続される。ＩＧＢＴ（負側）１ＮのエミッタＮＥは，負側接続導体７を介して、ＩＧＢＴ（負側）２ＮのエミッタＮＥに接続される。

以下、本発明の一実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は、本発明に係る電力変換器の主回路構造を示した側面図である。本発明に係る電力変換器の主回路の構造は、ＩＧＢＴ素子（正側）１Ｐ，２ＰとＩＧＢＴ素子（負側）１Ｎ，２Ｎとコンデンサ３とを、半導体素子接続部の正側導体４、半導体素子接続部の負側導体５、正側接続導体６，負側接続導体７，半導体素子接続部の平板形状の交流側導体８を用いて接続して構成される。

ＩＧＢＴ素子（正側）１Ｐ，２ＰのエミッタＰＥは、端子スペーサ１２Ｐを介してボルト８２により交流側導体８に接続される。ＩＧＢＴ素子（正側）１Ｐ，２ＰのコレクタＰＣは、端子スペーサ１１Ｐを介してボルト８１により半導体素子接続部の正側導体４に接続される。ＩＧＢＴ（負側）１Ｎ，２ＮのコレクタＮＣは、端子スペーサ１２Ｎを介してボルト８３により交流側導体８に接続される。ＩＧＢＴ（負側）１Ｎ，２ＮのエミッタＮＥは、端子スペーサ１１Ｎを介してボルト８４により半導体素子接続部の負側導体５に接続される。コンデンサ３の正側端子ＣＰは、端子スペーサ２１を介してボルト８６により正側導体４に接続される。コンデンサ３の負側端子ＣＮは、端子スペーサ２２を介してボルト８７により負側導体５に接続される。

ＩＧＢＴ素子（正側）１ＰのコレクタＰＣと，ＩＧＢＴ素子（正側）２ＰのコレクタＰＣは、端子スペーサ１１Ｐ，ボルト８１により正側接続導体６にも接続される。ＩＧＢＴ素子（負側）１ＮのエミッタＮＥと，ＩＧＢＴ素子（負側）２ＮのエミッタＮＥは、端子スペーサ１１Ｎ，ボルト８４により負側接続導体７にも接続される。

正側導体４と負側導体５，正側接続導体６と負側導体５，および正側接続導体６と負側接続導体７は、それぞれ互いに平行に配置され、それぞれの導体の間隔は接近して配置される。

正側導体４には、隣接する導体との絶縁をとるための絶縁材４９が施される。負側導体５には、隣接する導体との絶縁をとるための絶縁材５９が施される。同様に、正側接続導体６には、隣接する導体との絶縁をとるための絶縁材６９が施される。

正側接続導体６と負側接続導体７は、端子台７１およびボルト８５により、互いに接続される。

ここで、半導体素子接続部の正側導体４は９０°曲げし、コンデンサ３の正側端子ＣＰとボルト８６で接続される。さらに、半導体素子接続部の負側導体５は９０°曲げし、コンデンサ３の負側端子ＣＮとボルト８７で接続される。ＩＧＢＴ素子１Ｐ，２Ｐ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１Ｎ，２Ｎのコレクタ端子、エミッタ端子をそれぞれＮＣ、ＮＥと称する。また、コンデンサ３の正側端子をＣＰ、負側端子をＣＮと称する。

図１の実施形態における電力変換器の構成、導体の順番、端子部の形状等はいずれも一例であり、本発明は、この一例のみに縛られるものではない。また、図１の実施形態は、２レベル電力変換器の２相分に相当するが、同じような構成を多レベルあるいは多相の電力変換装置に適用可能であるのは自明である。

本発明に係る電力変換器の主回路構造を説明する側面図。 図１の電力変換器の主回路を説明する回路図。

符号の説明

１Ｐ，２Ｐ，１Ｎ，２Ｎ…ＩＧＢＴ素子、３…コンデンサ、４…半導体素子接続部の正側導体、５…半導体素子接続部の負側導体、６…正側接続導体、７…負側接続導体、１１Ｐ、１１Ｎ、１２Ｐ、１２Ｎ…端子スペーサ、２１、２２…端子スペーサ、４９、５９、６９…絶縁材、７１…絶縁端子台、８１〜８７…ボルト。

Claims (3)

1. 少なくとも２個の半導体素子と、直流電圧を平滑するコンデンサと、前記半導体素子の端子と前記コンデンサの端子間を接続する平板形状の正側導体および負側導体と、半導体素子の端子を交流側に接続する平板形状の交流側導体と、を備え、前記正側導体および前記負側導体が互いに平行で近接して配置された１相の主回路構造を、対向して２相設けた電力変換装置の主回路構造であって、
   前記２相の主回路構造における２つの正側導体と２つの正側コレクタ端子を介して接続する正側接続導体と、
   前記２相の主回路構造における２つの負側導体と２つの負側エミッタ端子を介して接続する負側接続導体と、を備え、
   前記正側接続導体は、前記負側接続導体と絶縁端子台により絶縁して接続されて、互いに平行で、かつ、近接して配置されることを特徴とする電力変換器の主回路構造。
2. 前記正側接続導体、前記負側接続導体、前記正側導体及び前記負側導体は、それぞれ、ほぼ同じ広幅の形状である請求項１記載の電力変換器の主回路構造。
3. 前記正側導体および負側導体は、９０度曲がった部分を有し、かつ、前記コンデンサに接続される請求項１または２に記載の電力変換器の主回路構造。

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