JP5407275B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子にかかるサージ電圧を低減でき、低背化が可能な電力変換装置に関する。

従来から、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が知られている。例えば下記特許文献１には、半導体モジュール（ＩＧＢＴ）と、冷却器と、コンデンサとをこの順に積み重ねた電力変換モジュールを備え、該電力変換モジュールの側面に直流入力端子を設けて、半導体モジュールとコンデンサとを最短距離で接続した電力変換装置が開示されている。

また、下記特許文献２には、半導体モジュールと平滑コンデンサとを有する２組の電力変換器をヒートシンクの両面に配置し、一方の電力変換器のコンデンサを排除して共有する電力変換装置が開示されている。

特許３６４６０４９号公報 特許３６８９０８７号公報

しかしながら、従来の電力変換装置は、半導体モジュールと、冷却器と、コンデンサとを積み重ねた構造を採用していたため、全体の厚さが厚くなっていた。そのため、低背化が可能な電力変換装置が望まれていた。

また、従来の電力変換装置は、複数個の半導体モジュールによって電力変換をしており、この複数個の半導体モジュールとコンデンサとを共通配線（バスバー）で接続している。そのため、共通配線に流れる電流が多く、発熱量が大きいという問題があった。
また、配線を共通にすると長くなるため、配線の寄生インダクタンスが大きくなる。配線に流れる電流が増え、寄生インダクタンスが大きくなると、サージ電圧が増加することになる。その結果、耐圧の高い半導体モジュールを使用する必要が生じる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、半導体モジュールに加わるサージ電圧を低減でき、低背化が可能な電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
直流電圧を平滑化するコンデンサと、
上記コンデンサによって平滑化された直流電圧が印加される直流端子と、該直流電圧をスイッチング動作によって交流電圧に変換する半導体素子と、該交流電圧を出力する交流端子と、を備える複数個の半導体モジュールと、
を備え、上記直流端子と上記交流端子とは、上記半導体素子を収納するパッケージから突出しており、
上記コンデンサは、上記半導体モジュールとは別部材であり、
上記複数個の半導体モジュールは、予め定められた方向に配列され、その配列方向に交差する方向に各々の上記直流端子が向く第一列と、該第一列とは反対方向に上記直流端子が向くように配列された第二列と、に区分され、上記第一列の上記直流端子と、上記第二列の上記直流端子とが互いに内側を向くように２列に配置されるとともに、該２列に配置された上記半導体モジュールの、上記直流端子が突出する方向における間に上記コンデンサが設けられ、
上記第一列を構成する上記半導体モジュールと、上記第二列を構成する上記半導体モジュールとは、それぞれ共通の上記コンデンサに接続しており、
上記コンデンサには、複数個の電極端子が、上記複数個の上記直流端子に各々対応する位置に突出形成され、該複数個の電極端子と上記直流端子とがそれぞれ個別に電気接続され、
上記コンデンサは、互いに並列接続した複数個のコンデンサセルを一体化した一つの構造体を構成しており、個々の上記コンデンサセルから上記電極端子が引き出され、上記コンデンサセルと上記半導体モジュールとが個別に電気接続しており、
上記直流端子は、上記パッケージから上記コンデンサセルに向って突出し、上記電極端子は、上記コンデンサセルから上記パッケージに向って突出していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記構造を採用すると、コンデンサと半導体モジュールとの接続距離が短くなるので、寄生インダクタンスを小さくすることが可能になる。また、従来のように共通配線で接続するのではなく、それぞれの半導体モジュールを個別にコンデンサに接続しているため、電流を分散して流すことが可能になる。これにより、個々の半導体モジュールとコンデンサとの間に流れる電流を少なくすることが可能となる。
このように、寄生インダクタンスを小さくでき、かつ電流を少なくすることができるため、サージ電圧を低減することが可能となる。そのため、耐圧が低い半導体モジュールを使用して電力変換装置を構成することができる。

また、半導体モジュールは四辺形板状のパッケージ内に上記半導体素子が収納された構造をしており、そのパッケージの側面から直流端子が突出する形状をしている。そのため、上述のように半導体モジュールを配列することにより、電力変換装置全体の厚さを薄くすることができ、低背化が可能となる。

以上のごとく、本発明によれば、半導体モジュールに加わるサージ電圧を低減でき、低背化が可能な電力変換装置を提供することができる。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明（請求項１）において、上記半導体モジュールと上記コンデンサとの間隔が、全ての上記半導体モジュールにおいて均等になるように、上記複数個の半導体モジュールと上記コンデンサとが配置されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、半導体モジュールとコンデンサとの間に生じる寄生インダクタンスを均等化することができる。そのため、半導体モジュールに加わるサージ電圧を均等化することができる。

また、上記複数個の半導体モジュールと上記コンデンサとに接触し、該半導体モジュールと該コンデンサとを冷却する冷却器を備えることが好ましい（請求項３）。
この場合には、半導体モジュールとコンデンサとを両方とも冷却することが可能となる。

また、上記複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールの周辺に配置された発熱部品とに接触し、上記半導体モジュールと上記発熱部品とを冷却する冷却器が設けられていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、半導体モジュール以外の発熱部品を冷却することができる。ここで発熱部品とは、例えばリアクトルやバスバーである。この構造にすることにより、電力変換装置全体の冷却効率を高めることができる。

また、上記半導体素子の上記スイッチング動作を制御する制御回路基板を備え、上記半導体モジュールおよび上記コンデンサと、上記制御回路基板との間に上記冷却器が配置されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、半導体モジュールおよびコンデンサから放射される電磁ノイズを冷却器で遮断できるので、制御回路基板の誤動作を防止できる。
すなわち、半導体モジュールおよびコンデンサは大電流が流れるので、比較的大きな電磁ノイズが放射される。それに対して、制御回路基板は小さな電流で動作する。また、制御回路基板は半導体モジュールの近傍に配置されている。そのため、半導体モジュールおよびコンデンサから放射される電磁ノイズにより制御回路基板が誤動作しやすいが、上述のように、半導体モジュールおよびコンデンサと、制御回路基板との間に冷却器を配置することにより、電磁ノイズを冷却器で遮断することが可能となる。これにより、制御回路基板の誤動作を防止できる。

また、２列に配列された上記複数個の半導体モジュールを冷却する冷却器と、該冷却器と上記コンデンサとを固定する金属製の固定板を備えることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記固定板によって半導体モジュールと冷却器とを固定できるとともに、固定板が熱伝導率の高い金属製であるため、コンデンサから発生する熱を効率よく冷却器に伝達することができる。

また、上記半導体素子の上記スイッチング動作の制御をする制御回路基板を備え、上記半導体モジュールおよびコンデンサと、上記制御回路基板との間に上記固定板が配置されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、半導体素子から発生する電磁ノイズを、固定板にて遮断できるため、制御回路基板の誤動作を防止できる。

また、上記半導体モジュールの上記直流端子と上記コンデンサの上記電極端子とが、絶縁体を介して上記冷却器に固定されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、直流端子と電極端子とから発生する熱をも、冷却器によって冷却することが可能となる。

また、上記半導体素子は四辺形板状のパッケージ内に収納され、そのパッケージの板厚方向へ、上記複数個の半導体モジュールが積み重ねられていることが好ましい（請求項９）。
この場合には、半導体モジュールの数が多い場合でも、電力変換装置の大きさを小型化することが可能となる。

また、上記半導体モジュールは、上記コンデンサにより平滑化された直流電源の正極側に接続される正極側半導体素子と、負極側に接続される負極側半導体素子との２個の半導体素子が１個のパッケージ内に収納されており、上記正極側半導体素子に接続された正極側直流端子と、上記負極側半導体素子に接続された負極側直流端子とが上記パッケージから同一方向に突出する形に形成されるとともに、上記正極側半導体素子と上記負極側半導体素子との双方に接続された上記交流端子が、上記正極側直流端子および上記負極側直流端子に対して上記パッケージの反対方向に突出形成され、上記正極側直流端子と上記負極側直流端子とが各々上記コンデンサに接続されていることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、２列に配列された半導体モジュールから、交流端子がそれぞれ外側に突出するため、交流電力で駆動する部品（例えば交流モータ）と、上記交流端子とを接続しやすくなる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図４を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例は直流電力を交流電力に変換する電力変換装置１である。同図から知られるように、本例の電力変換装置１は、直流電圧を平滑化するコンデンサ２を備える。また、コンデンサ２によって平滑化された直流電圧が印加される直流端子３０と、直流電圧をスイッチング動作によって交流電圧に変換する半導体素子３２と、交流電圧を出力する交流端子３１と、を備える複数個の半導体モジュール３を備える。
複数個の半導体モジュール３は、予め定められた方向に配列され、その配列方向に交差する方向に各々の直流端子３０が向く第一列Ａ１と、その第一列Ａ１とは反対方向に直流端子３０が向くように配列された第二列Ａ２と、に区分され、第一列Ａ１の直流端子３０と、第二列Ａ２の直流端子３０とが互いに内側を向くように２列に配置されるとともに、その２列に配置された半導体モジュール３の間にコンデンサ２が設けられている。
そして、コンデンサ２には、複数個の電極端子２０が、複数個の直流端子３０に各々対応する位置に突出形成され、複数個の電極端子２０と直流端子３０とがそれぞれ個別に電気接続されている。

また、図１に示すごとく、半導体モジュール３とコンデンサ２との間隔が、全ての半導体モジュール３において均等になるように、複数個の半導体モジュール３とコンデンサ２とが配置されている。

より詳しくは、図３、図４に示すごとく、半導体モジュール３は四辺形板状のパッケージ３３を備え、該パッケージ３３の一方の側面３４ａから２個の直流端子３０が突出形成されている。また、反対側の側面３４ｂから交流端子３１が突出形成されている。そして、図４に示すごとく、パッケージ３３の主面３５ａ，３５ｂには、金属製の放熱部３６が形成されている。この放熱部３６は、半導体素子３２から発生した熱を放熱するためのものである。さらに、パッケージ３３の側面３４ｂから、制御端子３６が突出している。

図１に示すごとく、この半導体モジュール３の主面３５ａ，３５ｂが面一となり、かつ側面３４ａ，３４ｂが面一となるように、複数個の半導体モジュール３を２列に配列している。また、Ｕ字状に形成された２個の冷却器４が、半導体モジュール３を板厚方向に挟むように配置されている。この冷却器４は、パッケージ３３の主面３５ａ，３５ｂに形成された放熱部３６に接触しており、これにより、半導体素子３２から発生した熱を放熱している。

本例の電力変換装置１は、例えばハイブリッドカーや電気自動車等の車両用のインバータとして使用される。図２に示すごとく、車両には直流電源１２と、昇圧器１１と、電力変換装置１と、三相交流モータ１３とが搭載されている。直流電源１２の電圧は、例えば３００Ｖ程度である。これを昇圧器１１により６００Ｖ程度まで昇圧し、コンデンサ２により平滑化する。この平滑化した直流電圧が、上述した半導体モジュール３の直流端子３０ａ，３０ｂに印加される。半導体モジュール３のスイッチング動作により直流電力が交流電力に変換される。本例では、この交流電力により三相交流モータ１３を駆動して、車両を走行させている。

半導体素子３２はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が使用される。本例の半導体モジュール３は、２個のＩＧＢＴが１個のパッケージに収納されている。すなわち、図２、図３に示すごとく、半導体モジュール３は、コンデンサ２により平滑化された直流電源の正極側に接続される正極側半導体素子３２ａと、負極側に接続される負極側半導体素子３２ｂとの２個の半導体素子３２が１個のパッケージ３３内に収納されている。そして、正極側半導体素子３２ａに接続された正極側直流端子３０ａと、負極側半導体素子３２ｂに接続された負極側直流端子３０ｂとがパッケージ３３から同一方向に突出する形に形成されている（図３参照）。また、正極側半導体素子３２ａと負極側半導体素子３２ｂとの双方に接続された交流端子３１が、正極側直流端子３０ａおよび負極側直流端子３０ｂに対してパッケージ３３の反対方向に突出形成されている（図２、図３参照）。そして、正極側直流端子３０ａと負極側直流端子３０ｂとが各々コンデンサ２に接続されている（図１参照）。

図２に示すごとく、正極側直流端子３０ａは、正極側半導体素子３２ａをなすＩＧＢＴのコレクタ端子であり、負極側直流端子３０ｂは、負極側半導体素子３２ｂをなすＩＧＢＴのエミッタ端子である。各々の半導体素子３２には、フライホイールダイオード３７が接続されている。また、本例では、６個の半導体モジュール３を用いてインバータ１４を構成している。

また、図１に示すごとく、コンデンサ２内には複数個のコンデンサセル２１が設けられている。各々のコンデンサセル２１から電極端子２０が引き出されている。そして、コンデンサ２の正極側電極端子２０ａは半導体モジュール３の正極側直流端子３０ａに接続され、負極側電極端子２０ｂは半導体モジュール３の負極側直流端子３０ｂに接続されている。また、複数個の正極側電極端子２０ａはコンデンサ２内で導通しており、複数個の負極側電極端子２０ｂもコンデンサ２内で導通している。

なお、本例では図１に示すごとく、半導体モジュール３ａ，３ｂ，３ｃが一列に並べられており、これら３個の半導体モジュール３ａ，３ｂ，３ｃにより１個のインバータ（図２参照）が構成されている。
本例では図１に示すごとく、昇圧器１１に用いるリアクトル５が、コンデンサ２の近傍に配置されている。
また、本例の電力変換装置１には、昇圧器１１に用いる半導体モジュール３ｄが設けられており、これら半導体モジュール３ａ〜３ｄが一列に配列されている。なお、本例では昇圧器１１とインバータ１４（図２参照）とを一体に構成しているが、昇圧器１１を分離して、別の部品にしてもよい。

図５（Ａ）は本例に係る電力変換装置１の横断面図であり、図５（Ｂ）は縦断面図である。図５（Ｂ）に示すごとく、本例の電力変換装置１は、半導体モジュール３の直流端子３０ａ，３０ｂと、コンデンサ２の電極端子２０とが最短距離で接続されている。
さらに、半導体モジュール３の主面３５ａ，３５ｂに各々接触するように、２個の冷却器４が取り付けられている。この冷却器４は内部が空洞になっており、水等の冷媒を内部に流通させることにより半導体モジュール３を冷却する。

次に、本例の電力変換装置１の作用効果につき説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、複数個の半導体モジュール３を、直流端子３０が内側を向くように２列に配列し、その間にコンデンサ２を設けている。コンデンサ２には複数個の電極端子２０が突出形成され、半導体モジュール３の直流端子３０と個別に接続されている。
この構造を採用すると、コンデンサ２と半導体モジュール３との接続距離が短くなるので、寄生インダクタンスを小さくすることが可能になる。また、従来のように共通配線で接続するのではなく、それぞれの半導体モジュール３を個別にコンデンサ２に接続しているため、電流を分散して流すことが可能になる。これにより、個々の半導体モジュール３とコンデンサ２との間に流れる電流を少なくすることが可能となる。
このように、寄生インダクタンスを小さくでき、かつ電流を少なくすることができるため、サージ電圧を低減することが可能となる。そのため、耐圧が低い半導体モジュール３を使用して電力変換装置１を構成することができる。

また、図１に示すごとく、半導体モジュール３は四辺形板状のパッケージ３３内に半導体素子３２が収納された構造をしており、そのパッケージ３３の側面３４ａから直流端子３０が突出する形状をしている。各々のパッケージ３３の主面３５ａ，３５ｂが面一となるように半導体モジュール３を配列している。これにより、電力変換装置１全体の厚さを薄くすることができ、低背化が可能となる。

さらに、図５に示すごとく、半導体モジュール３とコンデンサ２との距離が、全ての半導体モジュール３において均等にされている。
この場合には、半導体モジュール３とコンデンサ２との間に生じる寄生インダクタンスを均等化することができる。そのため、半導体モジュール３に加わるサージ電圧を均等化することができる。

また、本例では、図２に示すごとく、２個の半導体素子３２ａ，３２ｂを１個のパッケージ３３（図３参照）に収納した構造をしている。そして、パッケージ３３の一方の側面３４ａから正極側直流端子３０ａと負極側直流端子３０ｂとが突出し、反対側の側面３４ｂから交流端子３１が突出している。
この構造により、図１に示すごとく複数個の半導体モジュール３を配列した場合に、交流端子３１が外側に突出するようになる。これにより、上述した三相交流モータ等の交流駆動部品と、電力変換装置１の交流端子３１とを接続しやすくなる。
すなわち、仮に交流端子が内側を向いていると、その交流端子に対して配線接続するのは困難となるが、図１のように外側を向くようにすることにより、交流端子３１の接続が容易になる。

以上のごとく、本発明によれば、半導体モジュール３に加わるサージ電圧を低減でき、低背化が可能な電力変換装置１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、冷却器４の構成を変えた例である。図６に示すごとく、一方の冷却器４排除し、その代わりに、半導体モジュール３に放熱フィン３７を設けることができる。
さらに、図７に示すごとく、発熱量が少ない場合は、冷却器４を１個のみにしてもよい。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

実施例２の作用効果につき説明する。
上記構成にすると、冷却器４の数を減らすことができる。これにより、電力変換装置１の構成を簡素化することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、冷却器４の構造を変更した例である。図８に示すごとく、本例では、複数個の半導体モジュール３とコンデンサ２とに接触し、半導体モジュール３とコンデンサ２とを冷却する冷却器４を備えている。
より詳しくは、本例では、図９に示すごとく、Ｕ字状冷却器４ａと、平板状冷却器４ｂとを備え、この平面状冷却器４ｂが半導体モジュール３とコンデンサ２との主面に接触して、冷却する構成になっている。

また、図１０の構成にしてもよい。本例では、半導体素子３２のスイッチング動作を制御する制御回路基板６を備え、半導体モジュール３およびコンデンサ２と、制御回路基板６との間に冷却器４が配置されている。
より詳しくは、この制御回路基板６は、半導体素子３２を構成するＩＧＢＴのゲート電極（制御端子３６）に接続されている。冷却器４は、図９に示すＵ字状冷却器４ａと、平面状冷却器４ｂとの２種類から構成される。そして、半導体モジュール３およびコンデンサ２と、制御回路基板６との間に平面状冷却器４ｂが配置され、平面状冷却器４ｂが半導体モジュール３およびコンデンサ２に接触して冷却している。

また、図１１の構成にすることもできる。本例では、２枚の平面状冷却器４ｂを備え、半導体モジュール３とコンデンサ２とを厚さ方向に挟むように、２枚の平面状冷却器４ｂが配置されている。

さらに、図１２、図１３の構成にすることもできる。図１３は図１２（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。本例では、半導体モジュール３とコンデンサ２とを厚さ方向に挟むように２枚の平面状冷却器４ｂが配置されるとともに、この２枚の平面状冷却器４ｂが発熱部品であるリアクトル５をも挟み込んでいる。そして、平面状冷却器４ｂは、半導体モジュール３と、コンデンサ２と、リアクトル５とをそれぞれ冷却している。

また、図１４の構成にすることもできる。本例では、半導体モジュール３とコンデンサ２の一方の主面に平面状冷却器４ｂが接触配置され、半導体モジュール３の反対側の主面に放熱フィン３７が取り付けられている。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

実施例３の作用効果につき説明する。
本例では、図８に示すごとく、半導体モジュール３とコンデンサ２とに接触し、これら半導体モジュール３とコンデンサ２とを冷却する冷却器４を備えている。
この場合には、半導体モジュール３とコンデンサ２とを両方とも冷却することが可能となる。

また、図１０に示すごとく、半導体モジュール３およびコンデンサ２と、制御回路基板６との間に冷却器４を配置することにより、半導体モジュール３等から放射される電磁ノイズを冷却器４で遮断できるので、制御回路基板６の誤動作を防止できる。
すなわち、半導体モジュール３は大電流が流れるので、比較的大きな電磁ノイズが放射される。それに対して、制御回路基板６は小さな電流で動作する。また、制御回路基板６は半導体モジュール３の近傍に配置されている。そのため、半導体モジュール３から放射される電磁ノイズにより制御回路基板６が誤動作しやすいが、上述のように半導体モジュール３と制御回路基板６との間に冷却器４を配置することにより、電磁ノイズを冷却器４にて遮断することが可能となる。これにより、制御回路基板６の誤動作を防止できる。

また、図１１に示すごとく、２枚の平面状冷却器４ｂを使ってコンデンサ２を冷却すれば、コンデンサ２の冷却効率を向上させることができる。

さらに、図１２、図１３に示すごとく、平面状冷却器４ｂが、半導体モジュール３と、コンデンサ２と、他の発熱部品（リアクトル５）とに接触する構成にすることができる。
この場合には、半導体モジュール３とコンデンサ２以外の発熱部品（リアクトル５）を冷却することができる。これにより、電力変換装置１全体の冷却効率を高めることができる。

また、図１４に示すごとく、片方の冷却器４を排除し、その代わりに放熱フィン３７を半導体モジュール３に取り付けることができる。
この場合には、片面冷却ですむので、電力変換装置１の構造を簡易なものとすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１５に示すごとく、半導体モジュール３と、コンデンサ２とを固定する固定板７を設けた例である。この固定板７は金属製である。また、２個のＵ字状冷却器４ａを備え、この２個のＵ字状冷却器４ａで半導体モジュール３を厚さ方向に挟んでいる。そして、冷却器４ａとコンデンサ２とが固定板７により固定されている。
また、本例では、コンデンサ２と制御回路基板６との間に固定板７が配置されている。

また、図１６に示すごとく、固定板７が設けられている側と反対側の冷却器４を、平板状冷却部材４ｂとすることができる。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

実施例４の作用効果につき説明する。
本例では、図１５に示すごとく、金属製の固定板７を使ってコンデンサ２と冷却器４ａとを固定している。
この場合には、コンデンサ２から発生する熱が、固定板７を介して冷却器４に伝わるため、コンデンサ２を効果的に冷却することが可能となる。
また、コンデンサ２と制御回路基板６との間に固定板７が設けられているため、コンデンサ２から放射される電磁ノイズを、固定板７にて遮断することができる。これにより、制御回路基板６の誤動作を防止することができる。

また、図１６に示すごとく、一方の冷却器４を平板状冷却器４ｂとし、この平板状冷却器４ｂと上記固定板７とでコンデンサ２を挟む構造にすることにより、コンデンサ２の冷却効率を向上させることが可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を奏する。

（実施例５）
本例は、図１７に示すごとく、半導体モジュール３の直流端子３０とコンデンサ２の電極端子２０とが、絶縁体１６を介して冷却器４に固定されている。より詳しくは、直流端子３０と電極端子２０とは、銅板を打ち抜いて形成したバスバーからなる。そして、この直流端子３０と電極端子２０とを、締結部材５（雄螺子）を使って冷却器４に固定している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

この場合には、直流端子３０および電極端子（バスバー）２０から発生する熱を、冷却器４を使って冷却することが可能となる。なお、絶縁体１６を介しているのは、他の半導体モジュール３との短絡を防止するためである。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。

（実施例６）
本例は、半導体モジュール３を多層化した例である。半導体素子３２は四辺形板状のパッケージ３３内に収納され（図３参照）、図１８に示すごとく、そのパッケージ３３の厚さ方向へ、複数個の半導体モジュール３を積み重ねている。

また、図１９に示すごとく、第１の平板状冷却器４ｂ’と、半導体モジュール３の第１段３０１と、Ｕ字状冷却器４ａと、半導体モジュール３の第２段３０２と、第２の平板状冷却器４ｂ’’とを、この順に積層した構造にすることができる。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

図１８の構成にした場合には、半導体モジュール３の数が多い場合でも、電力変換装置１の大きさを小型化することが可能となる。
また、図１９の構成にした場合には、冷却器４ａ，４ｂと、半導体モジュール３とを交互に積層しているため、半導体モジュール３を効果的に冷却できる。また、平板状冷却器４ｂにてコンデンサ２を挟んでいるため、コンデンサ２を効果的に冷却することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。

実施例１における、電力変換装置の分解斜視図。 実施例１における、電力変換装置の回路図。 実施例１における、半導体モジュールの斜視図 実施例１における、半導体モジュールの（Ａ）表面図（Ｂ）裏面図（Ｃ）図４（Ａ）のａ−ａ矢視断面図（Ｄ）図４（Ｂ）のｂ−ｂ矢視断面図。 実施例１における、電力変換装置の（Ａ）図５（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図５（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例２における、電力変換装置の（Ａ）図６（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図６（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例２における、電力変換装置の（Ａ）図７（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図７（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例３における、電力変換装置の（Ａ）図８（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図８（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例３における、図８の（Ａ）Ｕ字状冷却器の正面図（Ｂ）平板状冷却器の正面図 実施例３における、電力変換装置の（Ａ）図１０（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図１０（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例３における、電力変換装置の（Ａ）図１１（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図１１（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例３における、電力変換装置の（Ａ）図１２（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図１２（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 図１２（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図。 実施例３における、電力変換装置の（Ａ）図１４（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図１４（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例４における、電力変換装置の（Ａ）図１５（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図１５（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例４における、電力変換装置の（Ａ）図１６（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図１６（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例５における、電力変換装置の部分拡大図。 実施例６における、電力変換装置の（Ａ）図１８（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図１８（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。 実施例６における、電力変換装置の（Ａ）図１９（Ｂ）のｂ−ｂ矢視図（Ｂ）図１９（Ａ）のａ−ａ矢視断面図。

符号の説明

１ 電力変換装置
２ コンデンサ
２０ 電極端子
３ 半導体モジュール
３０ 直流端子
３１ 交流端子
３２ 半導体素子
４ 冷却器
５ リアクトル（発熱部品）
６ 制御回路基板
７ 固定板
８ 絶縁体

Claims (10)

1. 直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
   直流電圧を平滑化するコンデンサと、
   上記コンデンサによって平滑化された直流電圧が印加される直流端子と、該直流電圧をスイッチング動作によって交流電圧に変換する半導体素子と、該交流電圧を出力する交流端子と、を備える複数個の半導体モジュールと、
   を備え、上記直流端子と上記交流端子とは、上記半導体素子を収納するパッケージから突出しており、
   上記コンデンサは、上記半導体モジュールとは別部材であり、
   上記複数個の半導体モジュールは、予め定められた方向に配列され、その配列方向に交差する方向に各々の上記直流端子が向く第一列と、該第一列とは反対方向に上記直流端子が向くように配列された第二列と、に区分され、上記第一列の上記直流端子と、上記第二列の上記直流端子とが互いに内側を向くように２列に配置されるとともに、該２列に配置された上記半導体モジュールの、上記直流端子が突出する方向における間に上記コンデンサが設けられ、
   上記第一列を構成する上記半導体モジュールと、上記第二列を構成する上記半導体モジュールとは、それぞれ共通の上記コンデンサに接続しており、
   上記コンデンサには、複数個の電極端子が、上記複数個の上記直流端子に各々対応する位置に突出形成され、該複数個の電極端子と上記直流端子とがそれぞれ個別に電気接続され、
   上記コンデンサは、互いに並列接続した複数個のコンデンサセルを一体化した一つの構造体を構成しており、個々の上記コンデンサセルから上記電極端子が引き出され、上記コンデンサセルと上記半導体モジュールとが個別に電気接続しており、
   上記直流端子は、上記パッケージから上記コンデンサセルに向って突出し、上記電極端子は、上記コンデンサセルから上記パッケージに向って突出していることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、上記半導体モジュールと上記コンデンサとの間隔が、全ての上記半導体モジュールにおいて均等になるように、上記複数個の半導体モジュールと上記コンデンサとが配置されていることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または請求項２において、上記複数個の半導体モジュールと上記コンデンサとに接触し、該半導体モジュールと該コンデンサとを冷却する冷却器を備えることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１または請求項２において、上記複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールの周辺に配置された発熱部品とに接触し、上記半導体モジュールと上記発熱部品とを冷却する冷却器が設けられていることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項３または請求項４において、上記半導体素子の上記スイッチング動作を制御する制御回路基板を備え、上記半導体モジュールおよび上記コンデンサと、上記制御回路基板との間に上記冷却器が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１または請求項２において、２列に配列された上記複数個の半導体モジュールを冷却する冷却器と、該冷却器と上記コンデンサとを固定する金属製の固定板を備えることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項６において、上記半導体素子の上記スイッチング動作の制御をする制御回路基板を備え、上記半導体モジュールおよびコンデンサと、上記制御回路基板との間に上記固定板が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項３〜請求項７のいずれか１項において、上記半導体モジュールの上記直流端子と上記コンデンサの上記電極端子とが、絶縁体を介して上記冷却器に固定されていることを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項１または請求項２において、上記半導体素子は四辺形板状のパッケージ内に収納され、そのパッケージの板厚方向へ、上記複数個の半導体モジュールが積み重ねられていることを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項において、上記半導体モジュールは、上記コンデンサにより平滑化された直流電源の正極側に接続される正極側半導体素子と、負極側に接続される負極側半導体素子との２個の半導体素子が１個のパッケージ内に収納されており、上記正極側半導体素子に接続された正極側直流端子と、上記負極側半導体素子に接続された負極側直流端子とが上記パッケージから同一方向に突出する形に形成されるとともに、上記正極側半導体素子と上記負極側半導体素子との双方に接続された上記交流端子が、上記正極側直流端子および上記負極側直流端子に対して上記パッケージの反対方向に突出形成され、上記正極側直流端子と上記負極側直流端子とが各々上記コンデンサに接続されていることを特徴とする電力変換装置。

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