JP6429720B2 - Power converter and railway vehicle - Google Patents
Power converter and railway vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- JP6429720B2 JP6429720B2 JP2015094814A JP2015094814A JP6429720B2 JP 6429720 B2 JP6429720 B2 JP 6429720B2 JP 2015094814 A JP2015094814 A JP 2015094814A JP 2015094814 A JP2015094814 A JP 2015094814A JP 6429720 B2 JP6429720 B2 JP 6429720B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bus bar
- heat receiving
- receiving block
- modules
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
Description
本発明は、電力変換装置に係り、特に2in1半導体スイッチング素子を用いて構成する電力変換装置及び鉄道車両に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device and a railway vehicle configured using a 2 in 1 semiconductor switching element.
近年のインバータやコンバータに代表される電力変換装置では、損失を低減するためにIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxcide Semiconductor Field Effect Transistor)などを複数搭載した半導体モジュールが搭載されている。 In recent years, power converters typified by inverters and converters are equipped with a plurality of semiconductor modules including IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
半導体モジュールを構成する材料はSi(Silicon)を中心に発展してきたが、さらなる損失の低減に向けてSiC(Silicon Carbide)やGaN(Gallium Nitride)などのワイドギャップ半導体の適用が検討されている。SiCはSiに比べてスイッチング動作を高速化することができ、スイッチング損失を低減することができる。 The material constituting the semiconductor module has been developed centering on Si (Silicon), but application of wide gap semiconductors such as SiC (Silicon Carbide) and GaN (Gallium Nitride) has been studied for further reduction of loss. SiC can speed up the switching operation compared with Si, and can reduce switching loss.
他方、複数の半導体スイッチング素子で構成される電力変換装置を筐体内にコンパクトに収納してスタックを構成するためには、半導体スイッチング素子が小型であることが望まれる。小型化のための技術として、2つの半導体スイッチング素子を直列接続して構成したレグを1つの単位とした2素子入りモジュール(2in1半導体スイッチング素子モジュール)とすることが知られている。 On the other hand, in order to form a stack by compactly storing a power conversion device including a plurality of semiconductor switching elements in a housing, it is desired that the semiconductor switching elements be small. As a technique for miniaturization, it is known to provide a module with two elements (a 2-in-1 semiconductor switching element module) in which a leg formed by connecting two semiconductor switching elements in series is used as one unit.
特許文献1は、2素子入りモジュールを用いて構成した電力変換装置のスタック構造に関するものである。具体的には「多相の交流出力または入力を行なう電力変換回路の1相当り複数個並列接続される電力用半導体素子と、これらの電力用半導体素子を冷却するための放熱器と、放熱器冷却用のファンとで構成される電力変換装置のスタック構造において、電力用半導体素子を前記放熱器上に配置するにあたり、前記放熱器冷却用ファンの通風方向に対して相ごとに並行になるように配置することを特徴とする電力変換装置のスタック構造」としたものである。
2素子入りモジュールを用いて構成した特許文献1に係る電力変換装置のスタック構造によれば、小型化が実現可能であるが、半導体スイッチング素子の冷却という観点からは十分なものではない。詳細な理由は本発明の実施例の中で明らかにするが、2素子入りモジュールとすることで長方形状に構成されたモジュールの長手方向と、スタックに取り付ける冷却フィンの通風方向が最適化されていないことにその理由がある。
According to the stack structure of the power conversion device according to
以上のことから本発明においては、小型かつ冷却性能の向上に配慮されたスタック構造の電力変換装置及び鉄道車両を提供することを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a stack-type power conversion device and a railway vehicle that are compact and take into consideration the improvement in cooling performance.
以上のことから本発明においては、受熱ブロックの一方面に、該一方面に沿う第一の方向に冷却風が流れるようにされ、前記受熱ブロックの他方面に直流電流、交流電流を切り替える電力変換回路を構成する2in1スイッチング素子のモジュールを複数配置し、バスバーを介して平滑用のコンデンサを前記モジュールに接続する電力変換装置であって、
前記受熱ブロックの他方面について、前記モジュールをその長手方向を前記第一の方向に直交する第二の方向に配置し、かつ交流各相の複数の前記モジュールを前記第二の方向に沿って直列に配置するとともに、交流各相を構成する複数の並列モジュールを当該相の前記モジュールの前記第一の方向に配列し、前記受熱ブロックの他方面の前記第二の方向の端部に配置した前記ゲートドライブ装置から各相の複数の前記モジュールに点弧信号を与え、
前記受熱ブロックの複数の前記モジュールを配置した前記他方面の上面側に、大小2つのコ字状の正負のバスバーを、一方のバスバー内に他方のバスバーを配置するとともに前記他方のバスバーにより形成される内部空間内に平滑用の前記コンデンサを配置し、
前記複数のモジュールおよび平滑用の前記コンデンサに形成した電極を前記バスバーに圧着させることにより電気的に接続することを特徴とする電力変換装置である。
From the above, in the present invention, the cooling air flows in one direction along the one surface of the heat receiving block in the present invention , and the power conversion that switches the direct current and the alternating current to the other surface of the heat receiving block. A power conversion device in which a plurality of modules of 2-in-1 switching elements constituting a circuit are arranged, and a smoothing capacitor is connected to the module via a bus bar,
About the other side of the heat receiving block, the module is arranged in a second direction whose longitudinal direction is orthogonal to the first direction, and a plurality of the modules of each AC phase are arranged in series along the second direction. And arranged in the first direction of the module of the phase, and arranged at the end of the second side of the other surface of the heat receiving block. Giving an ignition signal from the gate drive device to the plurality of modules in each phase;
Two upper and lower U-shaped positive and negative bus bars are arranged on the upper surface side of the other surface where the plurality of modules of the heat receiving block are arranged, and the other bus bar is arranged in one bus bar and the other bus bar. Placing the capacitor for smoothing in the internal space
The power conversion device is characterized in that the electrodes formed on the plurality of modules and the smoothing capacitor are electrically connected to each other by pressure bonding to the bus bar .
小型かつ冷却性能の向上に配慮されたスタック構造の電力変換装置及び鉄道車両を提供することができる。 It is possible to provide a power conversion device and a railway vehicle having a stack structure that is compact and takes cooling performance into consideration.
以下本発明の実施例について、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、一般的な電力変換装置の回路構成について図2を用いて説明する。 First, a circuit configuration of a general power conversion device will be described with reference to FIG.
図2において、電力変換装置5は直流電源101を平滑するコンデンサ102、103と、スイッチング素子Q1〜Q6で構成されている。なおこの図は、3相回路を例示しているがこれは単相、あるいは3相以上の多相のものであってもよい。スイッチング素子Q1、Q2およびQ3、Q4、並びにQ5、Q6がそれぞれ同一のモジュールである2in1モジュールを使用した場合、電力変換装置5はスイッチング素子Q1、Q2を有する半導体モジュール108と、スイッチング素子Q3、Q4を有する半導体モジュール109と、スイッチング素子Q1、Q2を有する半導体モジュール1110で構成される。
In FIG. 2, the power converter 5 includes
コンデンサ102、103は電解コンデンサ、フィルムコンデンサのどちらでもよく、コンデンサ102、103を大容量化するために、その内部で小容量のコンデンサセルを多数並列接続して構成しても良い。ここで、スイッチング素子Q1〜Q6がIGBTである場合には、IGBTとは逆向きにダイオードD1〜D6をそれぞれ並列接続する必要があり、スイッチング素子Q1〜Q6がMOSFETである場合にはダイオードD1〜D6としてMOSFETの寄生ダイオードを利用することができる。また、スイッチング素子Q1のドレイン電極をD、ゲート電極をG、ソース電極をSで記載している。
The
半導体モジュール108は、スイッチング素子Q1とQ2が直列に接続されて構成され、スイッチング素子Q1とQ2の接続点は、モータ111へのU相交流出力点となる。同様に、半導体モジュール109は、スイッチング素子Q3とQ4が直列に接続されて構成され、スイッチング素子Q3とQ4の接続点は、モータ111へのV相交流出力点となる。半導体モジュール110は、スイッチング素子Q5とQ6が直列に接続されて構成され、スイッチング素子Q5とQ6の接続点は、モータ111へのW相交流出力点となる。
The
コンデンサ102、103と半導体モジュール108、109、110を電気的に接続するために配線が用いられる。この配線には寄生インダクタンス104、105、106が存在し、その値は配線の材料、長さや形状に依存している。
Wiring is used to electrically connect the
この寄生インダクタンス104、105、106を低減し、かつ均一とすることを主たる目的として、スタック構造とするときには、図2の電気回路の配線部分をバスバーにより構成している。図2の電気回路において、具体的なバスバー構成部分は、コンデンサ102、103の正側電極と半導体モジュール108〜110の正側電極間の配線をバスバー201とし、コンデンサ102、103の負側電極と半導体モジュール108〜110の負側電極間の配線をバスバー202とする。また半導体モジュール108〜110の直列スイッチング素子の接続点と負荷であるモータ311の間を、相ごとにバスバー203で構成するのがよい。
For the main purpose of reducing and making the
図3は、コンデンサ102、103と、半導体モジュール108〜110と、正負のバスバー201、202との間の接続関係を示した斜視図である。大小2つのコ字状の銅板で正負のバスバー201、202を形成し、例えば負のバスバー202内に正のバスバー201を配置する。大小2つのコ字状の銅板201、202の内部空間にコンデンサ102、103を配置している。大小2つのコ字状の銅板で形成した正負のバスバー201、202とコンデンサ102、103の間は、例えばコンデンサ102、103側に予め固定設置した正負の電極301、302をバスバー201、202に対して圧着させるとともに、バスバー201、202側から電極301、302をねじ止めして電気的に接続している。
FIG. 3 is a perspective view showing a connection relationship among the
コンデンサ102、103と正負のバスバー201、202との間の接続は、コ字状のバスバー201、202の両側板部を用いて行われ、半導体モジュール108〜110と正負のバスバー201、202との間の接続は、コ字状の銅板201、202の底板部を用いて行われる。なお、図示には明確に示していないが、負のバスバー202内に正のバスバー201を配置するに際し、両バスバー間の絶縁は確保されているものとする。また、負の電極302が負のバスバー202に接続されるには、正のバスバー201に開けられた孔部を通す必要があるが、この場合の絶縁も確保されているものとする。
Connection between the
次に図3において、半導体モジュール108〜110と、正負のバスバー201、202との間の接続関係を説明する。なお図示の例では半導体モジュール108〜110の夫々は、大電流とするために3モジュールを並列接続している場合を示している。図に示すように、大小2つのコ字状の銅板で形成した正負のバスバー201、202と、相ごとに3モジュール並列接続とした半導体モジュール108〜110の各モジュールの間は、例えば各モジュール108〜110側に予め固定設置した正負の電極401、402をバスバー201、202に対して圧着させるとともに、バスバー201、202側から電極401、402をねじ止めして電気的に接続している。
Next, referring to FIG. 3, the connection relationship between the
図1は、半導体モジュール108〜110の各モジュールと、当該モジュールを支持、搭載する受熱ブロック7および冷却フィン4の位置関係を示す図である。受熱ブロック7は、一方面に半導体モジュール108〜110の各モジュール(108a、108b、108c、109a、109b、109c、110a、110b、110c)とゲートドライブ装置G/Dを配置し、他方面に冷却フィン4を複数配置している。なお、図1では各モジュールと他の部分の接続のための電極の表示を割愛しているが、接続関係については別途図4を用いて説明する。
FIG. 1 is a diagram showing a positional relationship between each of the
この図1は、大電流とするために3モジュールを並列接続している場合を示しており、2in1モジュール108a、108b、108cは交流のU相に接続され、2in1モジュール109a、109b、109cは交流のV相に接続され、2in1モジュール110a、110b、110cは交流のW相に接続される関係にある。
This FIG. 1 shows a case where three modules are connected in parallel in order to obtain a large current. The 2 in 1
図1に表示されるように、本発明の場合2in1モジュール(108a、108b、108c、109a、109b、109c、110a、110b、110c)は、長方形状であり、長手方向を図示の上下方向30に配置している。これに対し、冷却フィン4を通過する冷却風の方向は、図示の左右方向40であり、方向30と40は直交関係にある。またこの図において、108がU相、109がV相、110がW相であることから、相別モジュールの方向もまた、長手方向30に配置されている。
As shown in FIG. 1, in the case of the present invention, the 2-in-1 module (108a, 108b, 108c, 109a, 109b, 109c, 110a, 110b, 110c) has a rectangular shape, and the longitudinal direction is the
図1によれば、冷却器の冷却風の流れる方向の長さが、冷却風と直交する方向の長さよりも短いことが明らかである。 According to FIG. 1, it is clear that the length of the cooler in the direction in which the cooling air flows is shorter than the length in the direction orthogonal to the cooling air.
本発明は、長方形状の2in1モジュールの長手方向を、冷却フィン4を通過する冷却風の方向と直交する方向に配置した点に特徴がある。この理由は、2in1モジュールを縦置きとすることで、冷却風流れ方向の2in1モジュール設置寸法を低減することができ、この結果冷却フィン4間の通風抵抗が低減でき、冷却フィン4間に冷却風がよく流れるようになって冷却効率が向上する、従って冷却フィン4を小型化できるということで説明される。 The present invention is characterized in that the longitudinal direction of the rectangular 2 in 1 module is arranged in a direction orthogonal to the direction of the cooling air passing through the cooling fins 4. This is because the installation size of the 2 in 1 module in the cooling air flow direction can be reduced by setting the 2 in 1 module vertically, and as a result, the ventilation resistance between the cooling fins 4 can be reduced, and the cooling air between the cooling fins 4 can be reduced. This is explained by the fact that the cooling efficiency is improved and the cooling efficiency is improved, so that the cooling fins 4 can be miniaturized.
図4は、図1、図3の配置、接続関係を示す図であり、図4の左側が図3のコンデンサ側、図4の右側が冷却フィン4側である。ここで、電力変換装置5は、図4に示す向きで鉄道車両の床下に搭載されている。つまり、図4に示す上側には鉄道車両の床材、下側には軌道がある。また、冷却風40の向きが鉄道車両の走行方向と一致する向きに搭載される。また、受熱ブロック7から左側の半導体モジュール及びコンデンサが筐体内に納められ、受熱ブロック7から右側の冷却フィン4が鉄道車両の床下空間に露出して、鉄道車両の走行時に発生する冷却風40が冷却フィン4の間を通過する。
4 is a diagram showing the arrangement and connection relationship of FIGS. 1 and 3, where the left side of FIG. 4 is the capacitor side of FIG. 3 and the right side of FIG. 4 is the cooling fin 4 side. Here, the power converter 5 is mounted under the floor of the railway vehicle in the direction shown in FIG. That is, there is a railroad car floor on the upper side and a track on the lower side shown in FIG. The cooling
この図において、大小2つのコ字状の銅板で形成された正負のバスバー201、202は、コ字状の形状が図示に表れており、負のバスバー202の内部に正のバスバー201のコ字状の形状が見えている。コンデンサ102、103が高さ方向に二段積みされており、コンデンサ102、103と負のバスバー202の間が電極302で接続されている。同様にコンデンサ102、103と正のバスバー201の間が電極301で接続されている。
In this figure, the positive and
高さ方向に三段積みされた2in1モジュール108、109、110のそれぞれからは、3種類のバスバーに向けて電極が配置されている。そのうちの2つは、正負のバスバー201、202との接続のための電極401、402である。第3の電極は、図2の交流出力を得るためのバスバー203に向けたものである。交流のU、V、W相用の3つのバスバー203U、203V、203Wは、L字状に形成された板状部材であり、図示されていないが折れ曲がった部分(点線で示す)において、電極403により、各相用の2in1モジュール108、109、110の夫々に共通に接続されている。またバスバー203U、203V、203Wは、モータ311へ接続される。
From each of the 2-in-1
図4を左側から見て明らかなように、この配置では平滑用のフィルタコンデンサ102、103を冷却器の受熱ブロック7の投影面上に配置し、フィルタコンデンサ102、103の端子301、302を冷却風の流れる方向40に対し直交する方向(鉛直上下方向)の両側に配置している。
As is apparent from the left side of FIG. 4, in this arrangement, the smoothing
図5は、受熱ブロック7上に配置された2in1モジュールの配置と電極の位置関係を示した図である。図4のA−A断面を示す図である。この図によれば、受熱ブロック7上の下段から上段に向けて交流のU相、V相、W相を形成し、各相(各段)は大電流化のために3モジュール並列配置した構成である。従って、より大電流化を図る場合には、横方向(つまり、鉄道車両の進行方向)に並列モジュール数を増やしてやればよく、制約の厳しい床下の上下方向の寸法を増加させる必要がないため、大電流が求められる製品に適用することも可能である。 FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the 2-in-1 modules arranged on the heat receiving block 7 and the positional relationship of the electrodes. It is a figure which shows the AA cross section of FIG. According to this figure, the U phase, V phase, and W phase of alternating current are formed from the lower stage to the upper stage on the heat receiving block 7, and each phase (each stage) is arranged in three modules in parallel to increase the current. It is. Therefore, in order to increase the current, it is only necessary to increase the number of parallel modules in the lateral direction (that is, the traveling direction of the railway vehicle), and it is not necessary to increase the vertical dimension under the floor where there are severe restrictions. It can also be applied to products that require a large current.
各モジュールにおいて、上の2つの丸が正の電極401、次の2つの丸が負の電極402、最下段の2つの丸が交流端子に至る電極403である。図5は図4のA−A断面を示しているために、この図上に交流出力用のバスバー203U、203V、203Wは表れていないが、便宜的に記載するならば、点線で示したとおりである。
In each module, the upper two circles are the
また図5の配置によれば、左側位置に2in1モジュールの各半導体素子に正負の点弧信号を与えるゲートドライブ装置G/Dが、1相分を構成する2in1モジュールの各半導体素子に隣接する位置に置かれている。この構成では、並列接続されて1相分を構成する複数モジュールに横方向から一括して信号線33U、33V、33Wを介して点弧信号を送信可能であり、モジュール数の増加があっても他の部位との混触などを考慮することなく自由な拡張が可能である。 Further, according to the arrangement of FIG. 5, the gate drive device G / D that gives positive and negative firing signals to the respective semiconductor elements of the 2-in-1 module on the left side position is adjacent to the respective semiconductor elements of the 2-in-1 module constituting one phase. Is placed in. In this configuration, it is possible to transmit ignition signals to a plurality of modules connected in parallel and constituting one phase from the lateral direction through the signal lines 33U, 33V, and 33W, even if the number of modules increases. Free expansion is possible without considering the contact with other parts.
本発明の特徴がよく表れている図1、図5によれば、モジュール縦置き、モジュールの長手方向が通風方向と直交するようにされている。また2in1スイッチング素子で構成する複数の相が冷却風と直交する方向に配置されている。これにより本発明では、モジュール並列数が増えても断面構造が共通であり、設計上の拡張が極めて容易である。 According to FIG. 1 and FIG. 5 in which the features of the present invention are clearly shown, the module is vertically placed so that the longitudinal direction of the module is orthogonal to the ventilation direction. Moreover, the several phase comprised by a 2 in 1 switching element is arrange | positioned in the direction orthogonal to cooling air. As a result, in the present invention, the cross-sectional structure is common even if the number of modules in parallel increases, and design expansion is extremely easy.
スタックを車両搭載する場合を想定すると、モータ311の制御容量に応じてパワーユニットのレール方向を最適な寸法で構成できる。因みに車両搭載の場面では図5の上部を車両下部に固定して取り付け配置することになる。制御容量が大きいと、箱長手方向が大きくなり、制御容量が小さいと箱長手方向が小さくなるという関係にある。
Assuming that the stack is mounted on a vehicle, the rail direction of the power unit can be configured with an optimal dimension according to the control capacity of the
また特許文献に比較して先に述べた理由により、冷却を効率よく行うことができる。なお、上記説明は3相負荷に給電する場合について例示したが、これは単相負荷であってもよい。また2レベルばかりでなく、3レベルの回路構成でもよく、インバータ、コンバータを問わない。また冷却器はフィン冷却に限定されない。冷却風は走行風ばかりでなく、ファンによるものであってもよい。 Moreover, cooling can be performed efficiently for the reason described above in comparison with the patent literature. In addition, although the said description illustrated about the case where it electrically feeds to a three-phase load, this may be a single phase load. Further, not only a two-level circuit but also a three-level circuit configuration may be used, regardless of an inverter or a converter. The cooler is not limited to fin cooling. The cooling air may be not only traveling air but also a fan.
以上説明した本発明の実施例によれば、「直流電流、交流電流を切り替える電力変換回路と、電力変換回路を構成する2in1スイッチング素子と2in1スイッチング素子を冷却するための冷却器と平滑用のフィルタコンデンサとスイッチング素子に信号を送るゲートドライブ装置を備え、2in1スイッチング素子の長手方向が冷却風と直交する方向を向いて配置され、かつ、2in1スイッチング素子で構成する複数の相が冷却風と直交する方向に配置されることを特徴とする電力変換装置」とすることで、モジュールの長手方向が冷却風と垂直となり、冷却性能が向上するという効果が得られる。 According to the embodiments of the present invention described above, “a power conversion circuit that switches between direct current and alternating current, a 2 in 1 switching element that constitutes the power conversion circuit, a cooler for cooling the 2 in 1 switching element, and a smoothing filter” A gate drive device that sends signals to the capacitor and the switching element is provided, and the longitudinal direction of the 2 in 1 switching element is arranged in a direction orthogonal to the cooling air, and a plurality of phases that are configured by the 2 in 1 switching element are orthogonal to the cooling air By adopting the “power conversion device characterized by being arranged in the direction”, the effect that the longitudinal direction of the module is perpendicular to the cooling air and the cooling performance is improved is obtained.
また、ゲートドライブ装置G/Dが2in1素子の隣接した位置に配置されることで、ゲートドライブ装置G/Dからモジュールへの信号線をシンプル化(配線長を短く、配線が重ならずに配線容易)することができる。高さ制約の中でゲートドライブ装置G/Dを配置でき、小型化に貢献することができる。 In addition, the gate drive device G / D is arranged at a position adjacent to the 2 in 1 element, thereby simplifying the signal line from the gate drive device G / D to the module (the wiring length is short and the wiring is not overlapped). Easy). The gate drive device G / D can be arranged within the height restriction, which can contribute to downsizing.
また、2in1スイッチング素子は制御容量に応じて並列数を変えて設置され、並列接続された前記2in1スイッチング素子は、各々が冷却風の流れる方向に並ぶように設置されることでゲートドライブ装置G/Dからモジュールへの信号線をシンプル化できる。 The 2 in 1 switching elements are installed in different numbers depending on the control capacity, and the 2 in 1 switching elements connected in parallel are arranged so that each of them is arranged in the direction in which the cooling air flows. The signal line from D to the module can be simplified.
平滑用のフィルタコンデンサを冷却器の受熱ブロックの投影面状に配置し、フィルタコンデンサの端子を冷却風の流れる方向に対し直交する方向の両側に配置したことで、主回路電流が上下方向に流れ、ゲートドライブ装置G/Dのゲート信号が左右方向に流れるため、互いに干渉せず、ゲート信号にノイズが乗りにくいという効果がある。本実施例では、フィルタコンデンサの端子を冷却風の流れる方向に対し直交する方向の両側に配置する構成としたが、冷却風の流れる方向に対し直交する方向の片側に配置する構成としても良く、この構成においても主回路電流が上下方向に流れるため、ゲート信号にノイズが乗りにくいという効果がある。 The smoothing filter capacitor is arranged on the projection surface of the heat receiving block of the cooler, and the terminals of the filter capacitor are arranged on both sides of the direction perpendicular to the direction of the cooling air flow, so that the main circuit current flows in the vertical direction. Since the gate signals of the gate drive device G / D flow in the left-right direction, there is an effect that the gate signals do not interfere with each other and noise is not easily applied to the gate signals. In this embodiment, the filter capacitor terminals are arranged on both sides in the direction orthogonal to the direction in which the cooling air flows, but may be arranged on one side in the direction orthogonal to the direction in which the cooling air flows. Even in this configuration, since the main circuit current flows in the vertical direction, there is an effect that noise is hardly applied to the gate signal.
平滑用のフィルタコンデンサを冷却器の受熱ブロックの投影面上に配置し、フィルタコンデンサの端子を冷却風の流れる方向に対し直交する方向の片側1箇所に配置したことでも同等の効果が得られる。 The same effect can be obtained by arranging the smoothing filter capacitor on the projection surface of the heat receiving block of the cooler and arranging the terminals of the filter capacitor at one place on one side in the direction orthogonal to the direction in which the cooling air flows.
4:冷却フィン
5:三相電力変換装置
7:、受熱ブロック
101:直流電源
102、103:コンデンサ
104、105、106:寄生インダクタンス
108、109、110:半導体モジュール
201、202、203:バスバー
301、302、401、402、403:電極
311:モータ
Q1〜Q6:スイッチング素子
D1〜D6:ダイオード
D:ドレイン電極
G:ゲート電極
S:ソース電極
G/D:ゲートドライブ
4: Cooling fin 5: Three-phase power converter 7: Heat receiving block 101:
Claims (6)
前記受熱ブロックの他方面について、前記モジュールをその長手方向を前記第一の方向に直交する第二の方向に配置し、かつ交流各相の複数の前記モジュールを前記第二の方向に沿って直列に配置するとともに、交流各相を構成する複数の並列モジュールを当該相の前記モジュールの前記第一の方向に配列し、前記受熱ブロックの他方面の前記第二の方向の端部に配置したゲートドライブ装置から各相の複数の前記モジュールに点弧信号を与え、
前記受熱ブロックの複数の前記モジュールを配置した前記他方面の上面側に、大小2つのコ字状の正負のバスバーを、一方のバスバー内に他方のバスバーを配置するとともに前記他方のバスバーにより形成される内部空間内に平滑用の前記コンデンサを配置し、
前記複数のモジュールおよび平滑用の前記コンデンサに形成した電極を前記バスバーに圧着させることにより電気的に接続することを特徴とする電力変換装置。 A module of a 2-in-1 switching element that constitutes a power conversion circuit that switches a direct current and an alternating current on one surface of the heat receiving block so that cooling air flows in a first direction along the one surface and switches the direct current and the alternating current on the other surface of the heat receiving block. Is a power converter for connecting a smoothing capacitor to the module via a bus bar,
About the other side of the heat receiving block, the module is arranged in a second direction whose longitudinal direction is orthogonal to the first direction, and a plurality of the modules of each AC phase are arranged in series along the second direction. And a plurality of parallel modules constituting each AC phase arranged in the first direction of the module of the phase, and arranged at the end of the other side of the heat receiving block in the second direction. Giving firing signals to the plurality of modules of each phase from the drive device;
Two upper and lower U-shaped positive and negative bus bars are arranged on the upper surface side of the other surface where the plurality of modules of the heat receiving block are arranged, and the other bus bar is arranged in one bus bar and the other bus bar. Placing the capacitor for smoothing in the internal space
An electric power converter characterized in that electrodes formed on the plurality of modules and the smoothing capacitor are electrically connected to each other by pressure bonding to the bus bar.
底辺部と底辺部の両側の側部とで構成されるコ字状の前記バスバーについて、前記バスバーの前記底辺部を前記受熱ブロックの前記他方面の上面側に位置づけ、前記バスバーの前記側部は、前記底辺部に対して前記受熱ブロックの方向と反対の方向に前記底辺部から延伸されていることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
For the U-shaped bus bar composed of a bottom portion and side portions on both sides of the bottom portion, the bottom portion of the bus bar is positioned on the upper surface side of the other surface of the heat receiving block, and the side portion of the bus bar is The power converter is extended from the bottom side in a direction opposite to the direction of the heat receiving block with respect to the bottom side .
前記バスバーの前記側部は、前記第二の方向に沿って配置されていることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2,
The said side part of the said bus-bar is arrange | positioned along said 2nd direction, The power converter device characterized by the above-mentioned.
平滑用の前記コンデンサに形成した電極は前記バスバーの前記側部の一方または両方と圧着させることにより電気的に接続することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2 or 3, wherein
An electrode formed on the smoothing capacitor is electrically connected by being crimped to one or both of the side portions of the bus bar.
前記電力変換装置は、前記受熱ブロックの他方面の前記第二の方向の端部に配置した前記ゲートドライブ装置を重力方向下側に位置付けて配置することを特徴とする鉄道車両。 The railway vehicle according to claim 5,
The railroad vehicle, wherein the power conversion device is arranged such that the gate drive device arranged at an end portion in the second direction on the other surface of the heat receiving block is positioned on the lower side in the gravity direction.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015094814A JP6429720B2 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Power converter and railway vehicle |
GB1606818.1A GB2541966B (en) | 2015-05-07 | 2016-04-19 | Power converter and railway vehicle |
CN201610268453.1A CN106130363B (en) | 2015-05-07 | 2016-04-27 | Power-converting device and rail truck |
DE102016207639.6A DE102016207639A1 (en) | 2015-05-07 | 2016-05-03 | Power converter and railway vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015094814A JP6429720B2 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Power converter and railway vehicle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016213945A JP2016213945A (en) | 2016-12-15 |
JP6429720B2 true JP6429720B2 (en) | 2018-11-28 |
Family
ID=57179142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015094814A Active JP6429720B2 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Power converter and railway vehicle |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6429720B2 (en) |
CN (1) | CN106130363B (en) |
DE (1) | DE102016207639A1 (en) |
GB (1) | GB2541966B (en) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7188867B2 (en) * | 2017-02-07 | 2022-12-13 | Sbエナジー株式会社 | Power supply system and power supply method by remote group control of multiple storage batteries |
WO2018163606A1 (en) * | 2017-03-07 | 2018-09-13 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device |
CN110800204B (en) * | 2017-08-03 | 2022-05-10 | 株式会社日立制作所 | Power conversion device and vehicle equipped with power conversion device |
EP3667892A4 (en) * | 2017-08-09 | 2021-04-07 | Hitachi, Ltd. | Power conversion device and cooling method therefor |
CN108075619A (en) * | 2017-12-25 | 2018-05-25 | 北京天诚同创电气有限公司 | A kind of single-phase power module |
WO2019146179A1 (en) * | 2018-01-26 | 2019-08-01 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device and electric railroad vehicle equipped with power conversion device |
JP6390807B1 (en) | 2018-03-02 | 2018-09-19 | 富士電機株式会社 | Power converter |
JP6999048B2 (en) | 2018-10-22 | 2022-01-18 | 株式会社日立製作所 | Power converter |
JP7283143B2 (en) * | 2019-03-12 | 2023-05-30 | 富士電機株式会社 | power converter |
JP7118276B2 (en) * | 2019-12-05 | 2022-08-15 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | element module |
JP2022068579A (en) * | 2020-10-22 | 2022-05-10 | 株式会社東芝 | Power conversion device |
JP7074175B2 (en) | 2020-10-23 | 2022-05-24 | 富士電機株式会社 | Power converter |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10341512A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-04-14 | Bombardier Transportation Gmbh | Converter arrangement |
JP2006042406A (en) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | Stack structure of power converter |
JP2006294784A (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Heat dissipation fin |
JP4600159B2 (en) * | 2005-06-01 | 2010-12-15 | 三菱電機株式会社 | 3-level power converter |
JP4452952B2 (en) * | 2007-06-20 | 2010-04-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Power converter |
JP2009212136A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Nissan Motor Co Ltd | Cooler of heating element |
CN101847940B (en) * | 2009-03-24 | 2012-07-18 | 深圳市英威腾电气股份有限公司 | Assembly structure of inverter power unit and modular power unit using same |
JP5269259B2 (en) * | 2011-02-10 | 2013-08-21 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
WO2012147189A1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
CN102594177A (en) * | 2012-02-17 | 2012-07-18 | 朱建国 | Power module for photovoltaic grid-connected inverter and photovoltaic grid-connected inverter |
JP5930835B2 (en) * | 2012-05-09 | 2016-06-08 | 住友重機械工業株式会社 | Power converter |
JP6182021B2 (en) * | 2013-08-28 | 2017-08-16 | 株式会社日立製作所 | Power converter |
-
2015
- 2015-05-07 JP JP2015094814A patent/JP6429720B2/en active Active
-
2016
- 2016-04-19 GB GB1606818.1A patent/GB2541966B/en active Active
- 2016-04-27 CN CN201610268453.1A patent/CN106130363B/en active Active
- 2016-05-03 DE DE102016207639.6A patent/DE102016207639A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2541966A (en) | 2017-03-08 |
JP2016213945A (en) | 2016-12-15 |
GB2541966B (en) | 2019-09-18 |
CN106130363A (en) | 2016-11-16 |
DE102016207639A1 (en) | 2016-11-10 |
CN106130363B (en) | 2019-05-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6429720B2 (en) | Power converter and railway vehicle | |
JP6429721B2 (en) | Power converter and railway vehicle | |
JP4920677B2 (en) | Power conversion device and assembly method thereof | |
JP6296888B2 (en) | Power converter | |
JP6836201B2 (en) | Power converter | |
JP5407275B2 (en) | Power converter | |
JP3173512U (en) | Semiconductor device | |
US8493762B2 (en) | Power semiconductor module and semiconductor power converter provided with the same | |
JP5440634B2 (en) | Power converter | |
CN110710094B (en) | Power conversion device | |
JP6498370B2 (en) | Power converter | |
JP6526361B2 (en) | Power converter | |
JP5100535B2 (en) | Power semiconductor module and semiconductor power conversion device including the same | |
WO2019146179A1 (en) | Power conversion device and electric railroad vehicle equipped with power conversion device | |
WO2018229929A1 (en) | Power conversion device | |
JP6123722B2 (en) | Semiconductor device | |
WO2023210045A1 (en) | Power conversion device | |
JP2013099214A (en) | Inverter device | |
WO2023058381A1 (en) | Power conversion device | |
JP7074028B2 (en) | Power converter | |
TW202234798A (en) | Power conversion device, motor module and vehicle a semiconductor module having a first terminal of a positive electrode and a second terminal of a negative electrode | |
CN117639435A (en) | Inverter structure for operating an inverter of a power electronics module of an electric drive of a motor vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170804 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180530 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180605 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180802 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180821 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181009 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181030 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6429720 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |