JP5550572B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

例えば、鉄道車両用の電力変換装置は、直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、３相インバータを構成する３相ブリッジ接続された半導体素子とを備えた回路によって、鉄道架線から直流端子に入力される直流電力を半導体素子のスイッチングにより交流電力に変換している。具体的な構成としては、例えば、半導体のスイッチングによって直流から交流へ、あるいは、交流から直流へ変換する回路を有するスイッチング素子部と、このスイッチング素子部の発熱部に結合されてそれを冷却する放熱部とでスタックを形成し、車両に取付けられた箱体にスタックを着脱自在に支持され、発熱部が箱体内側の密閉部に収納され、放熱部が車側の開放部に保持されて構成されている。（例えば、特許文献１）

特開２００３−２３５１１２号公報

上記従来技術では、ＩＧＢＴ、ダイオードなどの半導体素子や平滑コンデンサ等は、電力変換装置の内部に冷却ユニットとして構成される。この冷却ユニットは、半導体素子、冷却器、平滑コンデンサや各部品を電気的に接続する電線や導体バー、電力変換装置内の他のユニットや部品との電気的接続を行うための端子台、および、ねじ等の締結部材といった多数の部品により構成されており、小型軽量化や低コスト化を図ることが難しい、という問題があった。また、各構成部品の組立や加工に時間がかかる、という問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却ユニットの小型軽量化および低コスト化を実現すると共に、組立や加工に要する時間を削減可能とする電力変換装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力変換装置は、半導体素子をスイッチング駆動することにより交直流変換を行う電力変換装置であって、前記半導体素子と、前記半導体素子への直流印加電圧を平滑するコンデンサ素子を内部に備えた平滑コンデンサと、前記半導体素子を冷却する冷却器とを内部に含む冷却ユニットが構成され、前記平滑コンデンサは、前記コンデンサ素子に電気的に接続される端子、および前記コンデンサ素子には電気的に接続されない端子を含み、前記半導体素子の各電極に直接接続される複数の内部接続端子と、前記各内部接続端子に対応して設けられ、前記各内部接続端子に前記平滑コンデンサの内部で電気的に接続されると共に、前記冷却ユニットの外部接続に用いられる複数の外部接続端子と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、冷却ユニットの小型軽量化および低コスト化を実現すると共に、組立や加工に要する時間を削減することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の回路図の一例である。 図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置の車体への組み付け例を示す図である。 図３は、実施の形態１にかかる冷却ユニットの側面透視図の一例である。 図４は、図３に示す冷却ユニットの正面透視図である。 図５は、図３に示す冷却ユニットの上面透視図である。 図６は、図３に示す冷却ユニットの斜視図である。 図７は、実施の形態１にかかる平滑コンデンサのＵ相半導体素子用ゲートアンプ側を見た斜視図の一例である。 図８は、図７に示す平滑コンデンサのＵ相半導体素子側を見た斜視図である。 図９は、３相分の冷却ユニットを１つの冷却ユニットとして構成した場合における冷却ユニットの正面透視図の一例である。 図１０は、図９に示す冷却ユニットの上面透視図である。 図１１は、図９に示す冷却ユニットの斜視図である。 図１２は、実施の形態２にかかる冷却ユニットの側面透視図の一例である。 図１３は、図１２に示す冷却ユニットの正面透視図である。 図１４は、図１２に示す冷却ユニットの上面透視図である。 図１５は、図１２に示す冷却ユニットの斜視図である。 図１６は、実施の形態２にかかる平滑コンデンサのＵ相半導体素子用ゲートアンプ側を見た斜視図の一例である。 図１７は、図１６に示す平滑コンデンサのＵ相半導体素子側を見た斜視図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の回路図の一例である。図１に示すように、実施の形態１にかかる電力変換装置１は、Ｕ相回路４、Ｖ相回路５、およびＷ相回路６を備えている。Ｕ相回路４は、直流端子Ｐ，Ｎ間に、例えばＩＧＢＴ、ダイオードなどにより構成される上アーム側半導体素子１１ａと下アーム側半導体素子１１ｂとが直列接続され、その上アーム側半導体素子１１ａと下アーム側半導体素子１１ｂとで構成される直列回路に平滑コンデンサ１３ａが並列接続され構成されている。Ｖ相回路５は、直流端子Ｐ，Ｎ間に上アーム側半導体素子１１ｃと下アーム側半導体素子１１ｄとが直列接続され、その上アーム側半導体素子１１ｃと下アーム側半導体素子１１ｄとで構成される直列回路に平滑コンデンサ１３ｂが並列接続され構成されている。Ｗ相回路６は、直流端子Ｐ，Ｎ間に上アーム側半導体素子１１ｅと下アーム側半導体素子１１ｆとが直列接続され、その上アーム側半導体素子１１ｅと下アーム側半導体素子１１ｆとで構成される直列回路に平滑コンデンサ１３ｃが並列接続され構成されている。

電力変換装置１は、各半導体素子１１，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆがスイッチング駆動されることにより、直流端子Ｐ，Ｎ間に印加される直流電力を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる三相交流電力に変換して出力する。

図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置の車体への組み付け例を示す図である。図２に示すように、実施の形態１にかかる電力変換装置１は、車体５１の下部に備えられた筐体３に冷却ユニット２が組み付けられ構成される。なお、以下の説明では、図２中に示す矢印Ａの方向を見た面を側面とし、矢印Ｂの方向を見た面を正面とし、矢印Ｃの方向を見た面を上面として説明する。

ここでは、まず、各相毎に冷却ユニットを備える例について、図３〜図８を参照して説明する。なお、ここでは、以下の説明を容易にするため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の冷却ユニットの各構成のうち、一例としてＵ相の冷却ユニットの構成について説明する。

図３は、実施の形態１にかかる冷却ユニットの側面透視図の一例である。図４は、図３に示す冷却ユニットの正面透視図である。図５は、図３に示す冷却ユニットの上面透視図である。図６は、図３に示す冷却ユニットの斜視図である。

図３〜図６に示すように、実施の形態１にかかる冷却ユニット２ａは、ユニットフレーム１７ａの内部に、Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂ、Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂへの直流印加電圧を平滑する平滑コンデンサ１３ａ、Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂを駆動するＵ相半導体素子用ゲートアンプ１４ａ、および、Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂのスイッチングにより発生する損失熱を冷却する冷却器１２ａを備え構成されている。Ｕ相半導体素子用ゲートアンプ１４ａは、Ｕ相ゲートアンプ取付フレーム１８ａに固定され、ユニットフレーム１７ａ内に支持されている。

図７は、実施の形態１にかかる平滑コンデンサのＵ相半導体素子用ゲートアンプ側を見た斜視図の一例である。図８は、図７に示す平滑コンデンサのＵ相半導体素子側を見た斜視図である。

平滑コンデンサ１３ａは、例えばモールド樹脂の内部にコンデンサ素子が封止され成型された乾式タイプのコンデンサであり、図８に示すように、Ｕ相半導体素子側の面に、Ｕ相半導体素子１１ａのＰ電極に接続されるＵ相内部接続Ｐ端子２１ａ、Ｕ相半導体素子１１ｂのＮ電極に接続されるＵ相内部接続Ｎ端子２２ａ、および、Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂの各Ｕ電極に接続されるＵ相内部接続ＡＣ端子２３を備えている。これらＵ相内部接続Ｐ端子２１ａ、Ｕ相内部接続Ｎ端子２２ａ、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３をまとめて表記する場合は、以下「各内部接続端子」という。

これら各内部接続端子２１ａ，２２ａ，２３のうち、Ｕ相内部接続Ｐ端子２１ａは、コンデンサ素子の正極（Ｐ極）に対応して設けられた端子であり、Ｕ相内部接続Ｎ端子２２ａは、コンデンサ素子の負極（Ｎ極）に対応して設けられた端子である。また、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３は、平滑コンデンサ１３ａ内部のコンデンサ素子と電気的に接続されない端子である。

また、平滑コンデンサ１３ａは、図７に示すように、Ｕ相半導体素子用ゲートアンプ側の面に、Ｕ相内部接続Ｐ端子２１ａに対応するＵ相外部接続Ｐ端子２６ａ、Ｕ相内部接続Ｎ端子２２ａに対応するＵ相外部接続Ｎ端子２７ａ、および、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３に対応するＵ相外部接続ＡＣ端子２８を備えている。これらＵ相外部接続Ｐ端子２６ａ、Ｕ相外部接続Ｎ端子２７ａ、およびＵ相外部接続ＡＣ端子２８をまとめて表記する場合は、以下「各外部接続端子」という。

これら各外部接続端子２６ａ，２７ａ，２８は、他相の冷却ユニット、あるいは電力変換装置１内の他の部品等との外部接続に用いられる端子である。

一般に、電力変換装置に用いられる平滑コンデンサには、内部のコンデンサ素子の正極に対応するＰ端子、および内部のコンデンサ素子の負極に対応するＮ端子がそれぞれ１つずつ設けられ、コンデンサ素子と電気的に接続されない端子（例えば、半導体素子のＵ電極と接続する端子等）は設けていない。このため、半導体素子の各Ｐ，Ｎ電極と平滑コンデンサの各Ｐ，Ｎ端子と電力変換装置内の他ユニットや部品等の各構成要素との間の接続や、半導体素子のＵ電極とこれら各構成要素との間の接続を行うための端子台が必要となり、半導体素子と平滑コンデンサと端子台との間、あるいは半導体素子と端子台との間は、平滑コンデンサの外部に設けられた導体バー等により電気的に接続する必要がある。

また、ＩＧＢＴ、ダイオードなどの半導体素子は、使用最大電圧が規定され、半導体素子の動作時における跳ね上がり電圧を含めた印加電圧を使用最大電圧以下に抑えるため、半導体素子とコンデンサとの間の配線インダクタンスを予め設定された仕様値以下に抑える必要がある。この配線インダクタンスは、例えば、半導体素子と平滑コンデンサとの間を接続する各導体バーを平行平板に配置する等により低減するのが一般的である。

一方、実施の形態１にかかる平滑コンデンサ１３ａは、Ｕ相内部接続Ｐ端子２１ａとＵ相半導体素子１１ａのＰ電極とが直接接続され、Ｕ相内部接続Ｎ端子２２ａとＵ相半導体素子１１ｂのＮ電極とが直接接続される。したがって、別途平滑コンデンサ１３ａの外部に導体バーを設ける場合よりも、各半導体素子１１ａ，１１ｂの各電極とコンデンサ素子の各極との距離が短くなるため、配線インダクタンスをより低減することができる。

さらに、実施の形態１にかかる平滑コンデンサ１３ａは、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３と各Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂのＵ電極とが直接接続され、コンデンサ素子の正極を挟むＵ相内部接続Ｐ端子２１ａとＵ相外部接続Ｐ端子２６ａとの間、コンデンサ素子の負極を挟むＵ相内部接続Ｎ端子２２ａとＵ相外部接続Ｎ端子２７ａとの間、および、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３とＵ相外部接続ＡＣ端子２８との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、その各導体バーがコンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止されている。このような構造とすることにより、別途平滑コンデンサ１３ａの外部に端子台や導体バーを設ける必要がなくなり、端子台や導体バーを固定するための部品等も不要となる。

なお、Ｕ相内部接続Ｐ端子２１ａを挟むコンデンサ素子の正極とＵ相外部接続Ｐ端子２６ａとの間、Ｕ相内部接続Ｎ端子２２ａを挟むコンデンサ素子の負極とＵ相外部接続Ｎ端子２７ａとの間、および、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３とＵ相外部接続ＡＣ端子２８との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、その各導体バーがコンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止されるようにしてもよいし、あるいは、Ｕ相外部接続Ｐ端子２６ａを挟むコンデンサ素子の正極とＵ相内部接続Ｐ端子２１ａとの間、Ｕ相外部接続Ｎ端子２７ａを挟むコンデンサ素子の負極とＵ相内部接続Ｎ端子２２ａとの間、および、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３とＵ相外部接続ＡＣ端子２８との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、その各導体バーがコンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止されるようにしてもよい。

また、ここではＵ相の冷却ユニット２ａの構成について説明したが、Ｖ相およびＷ相の冷却ユニットの構成もＵ相の冷却ユニット２ａと同様の構成とすればよい。

つぎに、３相分の冷却ユニットを１つの冷却ユニットとして構成する例について、図９〜図１１を参照して説明する。

図９は、３相分の冷却ユニットを１つの冷却ユニットとして構成した場合における冷却ユニットの正面透視図の一例である。図１０は、図９に示す冷却ユニットの上面透視図である。図１１は、図９に示す冷却ユニットの斜視図である。

図９〜図１１に示すように、冷却ユニット２は、ユニットフレーム１７の内部に、Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂ、Ｖ相半導体素子１１ｃ，１１ｄ、Ｖ相半導体素子１１ｅ，１１ｆ、平滑コンデンサ１３、Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂを駆動するＵ相半導体素子用ゲートアンプ１４ａ、Ｖ相半導体素子１１ｃ，１１ｄを駆動するＶ相半導体素子用ゲートアンプ１４ｂ、Ｗ相半導体素子１１ｅ，１１ｆを駆動するＷ相半導体素子用ゲートアンプ１４ｃ、および、各相半導体素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆのスイッチングにより発生する損失熱を冷却する冷却器１２を備え構成されている。各相半導体素子用ゲートアンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、各相ゲートアンプ取付フレーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃにそれぞれ固定され、ユニットフレーム１７内に支持されている。

平滑コンデンサ１３は、例えばモールド樹脂の内部に、各相毎のコンデンサ素子が封止され成型されている。この平滑コンデンサ１３は、半導体素子側の面に、Ｕ相半導体素子１１ａのＰ電極に接続されるＵ相内部接続Ｐ端子２１ａ、Ｖ相半導体素子１１ｃのＰ電極に接続されるＶ相内部接続Ｐ端子２１ｂ、Ｗ相半導体素子１１ｅのＰ電極に接続されるＷ相内部接続Ｐ端子２１ｃ、Ｕ相半導体素子１１ｂのＮ電極に接続されるＵ相内部接続Ｎ端子２２ａ、Ｖ相半導体素子１１ｄのＮ電極に接続されるＶ相内部接続Ｎ端子２２ｂ、Ｗ相半導体素子１１ｆのＮ電極に接続されるＷ相内部接続Ｎ端子２２ｃ、Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂの各Ｕ電極に接続されるＵ相内部接続ＡＣ端子２３、Ｖ相半導体素子１１ｃ，１１ｄの各Ｖ電極に接続されるＶ相内部接続ＡＣ端子２４、Ｗ相半導体素子１１ｅ，１１ｆの各Ｗ電極に接続されるＷ相内部接続ＡＣ端子２５を備えている。

また、平滑コンデンサ１３は、半導体素子用ゲートアンプ側の面に、Ｕ相内部接続Ｐ端子２１ａに対応するＵ相外部接続Ｐ端子２６ａ、Ｖ相内部接続Ｐ端子２１ｂに対応するＶ相外部接続Ｐ端子２６ｂ、Ｗ相内部接続Ｐ端子２１ｃに対応するＷ相外部接続Ｐ端子２６ｃ、Ｕ相内部接続Ｎ端子２２ａに対応するＵ相外部接続Ｎ端子２７ａ、Ｖ相内部接続Ｎ端子２２ｂに対応するＶ相外部接続Ｎ端子２７ｂ、Ｗ相内部接続Ｎ端子２２ｃに対応するＷ相外部接続Ｎ端子２７ｃ、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３に対応するＵ相外部接続ＡＣ端子２８、Ｖ相内部接続ＡＣ端子２４に対応するＶ相外部接続ＡＣ端子２９、および、Ｗ相内部接続ＡＣ端子２５に対応するＷ相外部接続ＡＣ端子３０を備えている。

図９〜図１１に示すように、３相分の冷却ユニットを１つの冷却ユニット２として構成した場合も、各相毎に冷却ユニットを備えた場合と同様に、Ｕ相内部接続Ｐ端子２１ａとＵ相半導体素子１１ａのＰ電極とが直接接続され、Ｕ相内部接続Ｎ端子２２ａとＵ相半導体素子１１ｂのＮ電極とが直接接続される。また、同様に、Ｖ相内部接続Ｐ端子２１ｂとＶ相半導体素子１１ｃのＰ電極とが直接接続され、Ｖ相内部接続Ｎ端子２２ｂとＶ相半導体素子１１ｄのＮ電極とが直接接続される。また、同様に、Ｗ相内部接続Ｐ端子２１ｃとＷ相半導体素子１１ｅのＰ電極とが直接接続され、Ｗ相内部接続Ｎ端子２２ｃとＷ相半導体素子１１ｆのＮ電極とが直接接続される。したがって、別途平滑コンデンサ１３の外部に導体バーを設ける場合よりも、各半導体素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの各電極と各相コンデンサ素子の各極との距離が短くなるため、配線インダクタンスをより低減することができる。

さらに、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３と各Ｕ相半導体素子１１ａ，１１ｂのＵ電極とが直接接続され、Ｕ相コンデンサ素子の正極を挟むＵ相内部接続Ｐ端子２１ａとＵ相外部接続Ｐ端子２６ａとの間、Ｕ相コンデンサ素子の負極を挟むＵ相内部接続Ｎ端子２２ａとＵ相外部接続Ｎ端子２７ａとの間、および、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３とＵ相外部接続ＡＣ端子２８との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、その各導体バーがコンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止されている。

また、同様に、Ｖ相内部接続ＡＣ端子２４と各Ｖ相半導体素子１１ｃ，１１ｄのＶ電極とが直接接続され、Ｖ相コンデンサ素子の正極を挟むＶ相内部接続Ｐ端子２１ｂとＶ相外部接続Ｐ端子２６ｂとの間、Ｖ相コンデンサ素子の負極を挟むＶ相内部接続Ｎ端子２２ｂとＶ相外部接続Ｎ端子２７ｂとの間、および、Ｖ相内部接続ＡＣ端子２４とＶ相外部接続ＡＣ端子２９との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、その各導体バーがコンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止されている。

また、同様に、Ｗ相内部接続ＡＣ端子２５と各Ｗ相半導体素子１１ｅ，１１ｆのＷ電極とが直接接続され、Ｗ相コンデンサ素子の正極を挟むＷ相内部接続Ｐ端子２１ｃとＷ相外部接続Ｐ端子２６ｃとの間、Ｗ相コンデンサ素子の負極を挟むＷ相内部接続Ｎ端子２２ｃとＷ相外部接続Ｎ端子２７ｃとの間、および、Ｗ相内部接続ＡＣ端子２５とＷ相外部接続ＡＣ端子３０との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、その各導体バーがコンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止されている。

このような構造とすることにより、３相分の冷却ユニットを１つの冷却ユニット２として構成した場合も、各相毎に冷却ユニットを備えた場合と同様に、別途平滑コンデンサ１３の外部に端子台や導体バーを設ける必要がなくなり、端子台や導体バーを固定するための部品等も不要となる。

なお、各相毎に冷却ユニットを備えた場合と同様に、Ｕ相内部接続Ｐ端子２１ａを挟むＵ相コンデンサ素子の正極とＵ相外部接続Ｐ端子２６ａとの間、Ｕ相内部接続Ｎ端子２２ａを挟むＵ相コンデンサ素子の負極とＵ相外部接続Ｎ端子２７ａとの間、および、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３とＵ相外部接続ＡＣ端子２８との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、その各導体バーがコンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止されるようにしてもよいし、あるいは、Ｕ相外部接続Ｐ端子２６ａを挟むＵ相コンデンサ素子の正極とＵ相内部接続Ｐ端子２１ａとの間、Ｕ相外部接続Ｎ端子２７ａを挟むＵ相コンデンサ素子の負極とＵ相内部接続Ｎ端子２２ａとの間、および、Ｕ相内部接続ＡＣ端子２３とＵ相外部接続ＡＣ端子２８との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、その各導体バーがコンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止されるようにしてもよい。なお、Ｖ相およびＷ相についても同様であるので、ここでは説明を省略する。

さらに、各相毎に冷却ユニットを構成した場合には、各相の冷却ユニット毎に、平滑コンデンサ、ユニットフレーム、および冷却器が必要となるが、３相分の冷却ユニットを１つの冷却ユニット２として構成した場合には、平滑コンデンサ、ユニットフレーム、および冷却器がそれぞれ１つとなり、電力変換装置１を構成する部品点数を削減できる。

以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置によれば、冷却ユニットを構成する構成要素の一つであり、半導体素子への直流印加電圧を平滑するコンデンサ素子がモールド樹脂の内部に封止された平滑コンデンサにおいて、各半導体素子の各電極に接続される内部接続端子として、コンデンサ素子の正極に対応する内部接続Ｐ端子、コンデンサ素子の負極に対応する内部接続Ｎ端子、および、コンデンサ素子と電気的に接続されない内部接続ＡＣ端子を備え、冷却ユニットの外部接続に用いられる外部接続端子として、内部接続Ｐ端子に対応する外部接続Ｐ端子、内部接続Ｎ端子に対応する外部接続Ｎ端子、および、内部接続ＡＣ端子に対応する外部接続ＡＣ端子を備え、コンデンサ素子の正極と内部接続Ｐ端子と外部接続Ｐ端子との間、コンデンサ素子の負極と内部接続Ｎ端子と外部接続Ｎ端子との間、および、内部接続ＡＣ端子と外部接続ＡＣ端子との間を、それぞれモールド樹脂の内部で電気的に接続するようにしたので、別途平滑コンデンサの外部に端子台や導体バーを設ける必要がなくなり、これら端子台や導体バーを固定するための部品等も不要となるため、冷却ユニットの小型軽量化および低コスト化を実現すると共に、組立や加工に要する時間を削減することができる。

また、コンデンサ素子の正極を挟む内部接続Ｐ端子と外部接続Ｐ端子との間、コンデンサ素子の負極を挟む内部接続Ｎ端子と外部接続Ｎ端子との間、および、内部接続ＡＣ端子と外部接続ＡＣ端子との間を、それぞれ平行平板に配置され、コンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止された各導体バーにより接続するようにしたので、別途平滑コンデンサの外部に導体バーを設ける場合よりも各半導体素子の各電極とコンデンサ素子の各極との距離が短くなるため、配線インダクタンスをより低減することができる。

なお、内部接続Ｐ端子を挟むコンデンサ素子の正極と外部接続Ｐ端子との間、内部接続Ｎ端子を挟むコンデンサ素子の負極と外部接続Ｎ端子との間、および、内部接続ＡＣ端子と外部接続ＡＣ端子との間を、それぞれ平行平板に配置され、コンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止された各導体バーにより接続するようにしても、同様の効果が得られる。

また、外部接続Ｐ端子を挟むコンデンサ素子の正極と内部接続Ｐ端子との間、外部接続Ｎ端子を挟むコンデンサ素子の負極と内部接続Ｎ端子との間、および、内部接続ＡＣ端子と外部接続ＡＣ端子との間を、それぞれ平行平板に配置され、コンデンサ素子と共にモールド樹脂の内部に封止された各導体バーにより接続するようにしても、同様の効果が得られる。

さらに、各半導体素子の各電極と平滑コンデンサの各内部接続端子とを直接接続するようにしたので、各半導体素子の各電極とコンデンサ素子の各極との距離がさらに短くなるため、配線インダクタンスをさらに低減することができる。

さらに、３相分の冷却ユニットを１つの冷却ユニットとして構成した場合には、平滑コンデンサ、ユニットフレーム、および冷却器がそれぞれ１つとなり、電力変換装置を構成する部品点数を削減できるため、冷却ユニットのさらなる小型軽量化および低コスト化が可能となり、組立や加工に要する時間をさらに削減することができる。

また、上述した実施の形態１では、半導体素子側の面の反対面である半導体素子用ゲートアンプ側の面に各外部接続端子を設けるものとして説明したが、各外部接続端子を設ける面あるいは位置は、これに限られるものではない。

さらに、上アーム側半導体素子と下アーム側半導体素子とがそれぞれ別の構成要素であるものとして説明したが、上アーム側半導体素子と下アーム側半導体素子とが同一のパッケージ内で直列接続された構成であってもよい。

また、各内部接続端子および各外部接続端子は、それぞれ各端子の配列順序を入れ替えても同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態２．
図１２は、実施の形態２にかかる冷却ユニットの側面透視図の一例である。図１３は、図１２に示す冷却ユニットの正面透視図である。図１４は、図１２に示す冷却ユニットの上面透視図である。図１５は、図１２に示す冷却ユニットの斜視図である。また、図１６は、実施の形態２にかかる平滑コンデンサのＵ相半導体素子用ゲートアンプ側を見た斜視図の一例である。図１７は、図１６に示す平滑コンデンサのＵ相半導体素子側を見た斜視図である。なお、実施の形態１と同一あるいは同等の構成部には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、ここでは、実施の形態１と同様に、以下の説明を容易にするため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各構成のうち、一例としてＵ相の構成について説明する。

図１２〜図１７に示すように、実施の形態２にかかる平滑コンデンサ１３ａは、冷却ユニット内の回路および部品等の構成要素を取り付けるねじ座３１等の取付部をさらに備えている。このねじ座３１には、例えば、図１２〜図１７に示すように、冷却ユニット内の構成要素の一つであるＵ相半導体素子用ゲートアンプ１４ａを取り付け、ユニットフレーム１７ａ内に支持することができる。つまり、実施の形態２にかかる冷却ユニット２ａでは、ゲートアンプ等のユニットフレーム１７ａ内に支持する必要のある冷却ユニット内の構成要素（ここでは、Ｕ相半導体素子用ゲートアンプ１４ａ）を取り付けるためのフレーム（例えば、実施の形態１において説明したＵ相ゲートアンプ取付フレーム１８ａ）等の部品が不要となり、更なる冷却ユニットの小型軽量化および低コスト化が可能となり、組立や加工に要する時間の削減が可能となる。

なお、ここではＵ相の冷却ユニット２ａの構成について説明したが、実施の形態１と同様に、Ｖ相およびＷ相の冷却ユニットもＵ相の冷却ユニット２ａと同様の構成とすればよい。また、実施の形態１と同様に、３相分の冷却ユニットを１つの冷却ユニットとして構成することも可能である。

また、図１２〜図１７に示す例では、取付部であるねじ座３１に冷却ユニット内の構成要素の一つであるＵ相半導体素子用ゲートアンプ１４ａを取り付ける例について説明したが、冷却ユニット内の他の構成要素を取り付けるようにすることも可能である。

以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置によれば、平滑コンデンサに装置内構成要素を取り付けるねじ座等の取付部を設けるようにしたので、ユニットフレーム内に支持する必要のある冷却ユニット内の構成要素を取り付けるためのフレーム等の部品が不要となり、実施の形態１よりもさらに冷却ユニットを小型軽量化および低コスト化することができ、組立や加工に要する時間をさらに削減することができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

１ 電力変換装置
２，２ａ 冷却ユニット
３ 筐体
４ Ｕ相回路
５ Ｖ相回路
６ Ｗ相回路
１１ａ,１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ 半導体素子
１２，１２ａ 冷却器
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 平滑コンデンサ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 半導体素子用ゲートアンプ
１７，１７ａ ユニットフレーム
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ ゲートアンプ取付フレーム
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 各相内部接続Ｐ端子
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 各相内部接続Ｎ端子
２３ Ｕ相内部接続ＡＣ端子
２４ Ｖ相内部接続ＡＣ端子
２５ Ｗ相内部接続ＡＣ端子
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 各相外部接続Ｐ端子
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ 各相外部接続Ｎ端子
２８ Ｕ相外部接続ＡＣ端子
２９ Ｖ相外部接続ＡＣ端子
３０ Ｗ相外部接続ＡＣ端子
３１ ねじ座（取付部）
５１ 車体

Claims (7)

1. 半導体素子をスイッチング駆動することにより交直流変換を行う電力変換装置であって、
   前記半導体素子と、前記半導体素子への直流印加電圧を平滑するコンデンサ素子を内部に備えた平滑コンデンサと、前記半導体素子を冷却する冷却器とを内部に含む冷却ユニットが構成され、
   前記平滑コンデンサは、
   前記コンデンサ素子に電気的に接続される端子、および前記コンデンサ素子には電気的に接続されない端子を含み、前記半導体素子の各電極に直接接続される複数の内部接続端子と、
   前記各内部接続端子に対応して設けられ、前記各内部接続端子に前記平滑コンデンサの内部で電気的に接続されると共に、前記冷却ユニットの外部接続に用いられる複数の外部接続端子と、
   を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記内部接続端子は、前記コンデンサ素子の正極（Ｐ極）に対応する内部接続Ｐ端子、前記コンデンサ素子の負極（Ｎ極）に対応する内部接続Ｎ端子、および、前記コンデンサ素子と電気的に接続されない内部接続ＡＣ端子を含み、
   前記外部接続端子は、前記内部接続Ｐ端子に対応する外部接続Ｐ端子、前記内部接続Ｎ端子に対応する外部接続Ｎ端子、および、前記内部接続ＡＣ端子に対応する外部接続ＡＣ端子を含み、
   前記平滑コンデンサは、前記コンデンサ素子の正極と前記内部接続Ｐ端子と前記外部接続Ｐ端子との間、前記コンデンサ素子の負極と前記内部接続Ｎ端子と前記外部接続Ｎ端子との間、および、前記内部接続ＡＣ端子と前記外部接続ＡＣ端子との間が、それぞれ内部で電気的に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記平滑コンデンサは、前記コンデンサ素子の正極を挟む前記内部接続Ｐ端子と前記外部接続Ｐ端子との間、前記コンデンサ素子の負極を挟む前記内部接続Ｎ端子と前記外部接続Ｎ端子との間、および、前記内部接続ＡＣ端子と前記外部接続ＡＣ端子との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、前記コンデンサ素子と共に、前記各導体バーを内部に備えたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記平滑コンデンサは、前記内部接続Ｐ端子を挟む前記コンデンサ素子の正極と前記外部接続Ｐ端子との間、前記内部接続Ｎ端子を挟む前記コンデンサ素子の負極と前記外部接続Ｎ端子との間、および、前記内部接続ＡＣ端子と前記外部接続ＡＣ端子との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、前記コンデンサ素子と共に、前記各導体バーを内部に備えたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記平滑コンデンサは、前記外部接続Ｐ端子を挟む前記コンデンサ素子の正極と前記内部接続Ｐ端子との間、前記外部接続Ｎ端子を挟む前記コンデンサ素子の負極と前記内部接続Ｎ端子との間、および、前記内部接続ＡＣ端子と前記外部接続ＡＣ端子との間が、それぞれ平行平板に配置された各導体バーにより接続され、前記コンデンサ素子と共に、前記各導体バーを内部に備えたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
6. 前記平滑コンデンサは、交流の複数相分の前記コンデンサ素子を内部に備え、各相毎に、前記各内部接続端子および前記各外部接続端子を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記平滑コンデンサは、前記冷却ユニット内の構成要素を取り付ける取付部を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。

Images