JP6735708B2 - セルユニット - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、大容量インバータを構成する主回路に、セルバイパスユニット部を備えたセルユニットに関する。

大容量インバータは、セルユニットと呼ばれる単相インバータを複数直列接続して構成されることがある。こうした大容量インバータに使用されるセルユニット内には複数のＩＧＢＴがスイッチング素子として使用される。

あるセルユニットを構成するＩＧＢＴの直流短絡等による故障の際に、大容量インバータを構成する故障したセルユニットの出力を何らかの短絡手段で短絡させ、故障したセルユニットをバイパスすることにより、大容量インバータの連続運転することが要求されることがある。こうした短絡手段のユニットはセルバイパスユニットと呼ばれる。セルバイパスユニットはＩＧＢＴで構成されることがある。

図５は、大容量インバータを構成する従来型セルユニット３００（以下、セルユニット３００と称する。）の一例である。図示したセルユニット３００は、整流ダイオード部１１０、平滑コンデンサ部１２０、ＩＧＢＴユニット部１３０、ヒートシンク１４０Ｂ及びセルバイパスユニット部２００などを有して構成される。

ＩＧＢＴユニット部１３０は、第1のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１、第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ４からなる４個のＩＧＢＴモジュールで構成される。各ＩＧＢＴモジュールは２個のＩＧＢＴが直列接続され、その接続点を当該ＩＧＢＴモジュールの出力としており、さらにそれぞれのＩＧＢＴと逆並列に接続されたダイオードを備えた、いわゆる２ＩＮ１モジュールである。尚、以降は当該ダイオードの説明を省略する。

第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１と第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２は、並列に接続されてセルユニット３００の単相出力の第１相を構成し、通風方向（図示「風向」の方向）下流側に配置され、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３と第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４は、並列に接続されてセルユニット３００の単相出力の第２相を構成し、通風方向上流側に配置される。

セルバイパスユニット部２００は、第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及び第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２からなる２個のセルバイパス用ＩＧＢＴモジュールで構成される。尚、第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及び第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２はいわゆる１ＩＮ１モジュールでそれぞれのパッケージ内にＩＧＢＴと逆並列に接続されたダイオードを備えているが以降はその説明は省略する。

第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及び第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２は両者のエミッタが接続される。第１のバイパス用ＩＢＧＴモジュールＩＧＢＴ１のコレクタはセルユニット３００の単相出力の第１相出力、即ち、第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１の出力と第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２の出力に接続さる。第２のバイパス用ＩＢＧＴモジュールＩＧＢＴ２のコレクタはセルユニット３００の単相出力の第２相出力、即ち、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３の出力と第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４の出力に接続される。通風方向下流側に配置された第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２のさらに通風方向下流側に第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１と第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２は配置される。

ヒートシンク１４０Ｂには、整流ダイオード部１１０、ＩＧＢＴユニット部１３０及びセルバイパスユニット部２００が密着固定される。

なお、電力変換装置が複数の可変周波数変換ユニット（インバータ）で構成されている場合に当該インバータが故障した場合には、残存ユニットで運転条件の最適化を図る方法（例えば、特許文献１参照。）や、１台の電力変換器を２台の制御装置で制御する場合に、一方の制御装置が異常を検出した場合に他方の制御装置で切り替えて連続運転を継続する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特開平９−２７５６９９号公報 特開２０１１−４１４０４号公報

こうしたヒートシンク１４０Ｂにおいては整流ダイオード部１１０、ＩＧＢＴユニット部１３０及びセルバイパスユニット部２００は発熱源であり、発熱源が密集している場合は発熱源間の煽りの影響で等価的に整流ダイオード部１１０、ＩＧＢＴユニット部１３０等を構成する半導体に対する熱抵抗が上昇してしまうという問題がある。そこで、従来のセルユニット３００では、ＩＧＢＴユニット部１３０を２分割して第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２と、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４との間には、発熱源の集中を避けるため所定の間隙を設けていた。そしてセルバイパスユニット部１００を設ける場合は、常時は発熱の無い第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１と第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２を通風方向最下流に配置していた。当該バイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２個の追加による素子冷却やセルバイパス用ＩＧＢＴへの配線ルート（インダクタンス増大）が課題であった。また、セルバイパスユニット部２００の無いセルユニットに比較し、ヒートシンク１４０Ｂの形状が大きくなるという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、ＩＧＢＴユニット部１３０とセルバイパスユニット部２００間の配線を短くすることにより、インダクタンスを低減することが可能になり、さらにセルバイパスユニットが存在してもセルバイパスユニットが存在しないセルユニットと同程度のサイズのヒートシングが適用可能な、セルユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のセルユニットは、大容量インバータを構成する単相出力のセルユニットであって、第１相を構成するＩＧＢＴユニットと、
第２相を構成するＩＧＢＴユニットと、前記セルユニットの出力を短絡するセルバイパスユニットと、を有し、一つの風冷ヒートシンク上に前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットを構成するＩＧＢＴモジュールと、前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットを構成するＩＧＢＴモジュールと、前記セルバイパスユニットを構成するＩＧＢＴモジュールとが密着固定され、前記セルバイパスユニットは、前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットと前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットとの間に配置され、前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットの出力端子と前記セルバイパスユニットの第１の端子が向かい合うように配置し、前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットの出力端子と前記セルバイパスユニットの第２の端子が向かい合うように配置し、前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットの出力端子と前記セルバイパスユニットの第１の端子をブスバーにて接続し、前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットの出力端子と前記セルバイパスユニットの第２の端子をブスバーにて接続したことを特徴とする。

この発明によれば、第１相を構成するＩＧＢＴユニットおよび第２相を構成するＩＧＢＴユニットとセルバイパス用ＩＧＢＴ間の配線を短くすることができ、インダクタンスを低減することが可能になり、さらに、セルバイパスユニットが存在してもセルバイパスユニットが存在しないセルユニットと同程度の小型のヒートシングが適用可能なセルユニットを提供することができる。

実施例１に係る大容量インバータを構成するセルユニット１００の配置図の一例。 図１に係るセルユニット１００の回路図。 実施例１に係る本発明実施前のセルユニット１００の斜視図及び正面図。 実施例１に係るセルユニット１００にセルバイパスユニット部２００を用いた場合の斜視図及び正面図。 大容量インバータを構成する従来型セルユニット３００Ｂの一例。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る大容量インバータを構成する単相出力のセルユニット１００の配置図の一例である。尚、第５図の各部と同一の部分は同一の符号を示し説明は省略する。

図示したセルユニット１００は、下部を底面とする箱状の立体で、前面から後面に向かって図示矢印で示す風向きが、図示しない通風手段によって形成されている。

セルユニット１００は、ヒートシンク１４０、整流ダイオード部１１０、ＩＧＢＴユニット部１３０、セルバイパスユニット部２００及び平滑コンデンサ部１２０などを有して構成される。

ヒートシンク１４０には、整流ダイオード部１１０、ＩＧＢＴユニット部１３０、セルバイパスユニット部２００を構成する半導体モジュールが密着して接合される。ヒートシンク１４０は、上記素子が発生した熱を吸収し、セルユニット１００内空気中に放熱する。放熱された熱は、上述した図示矢印方向に流れる風によって冷却される。すなわちヒートシンク１４０は風冷ヒートシンクである。ヒートシンク１４０は平らな半導体取り付け面を有しており、この部分にヒートシンク１４０には、整流ダイオード部１１０、ＩＧＢＴユニット部１３０、セルバイパスユニット部２００を構成する半導体モジュールが密着して接合される。ヒートシンク１４０の半導体取り付け面と向かい合う面は冷却フィンが構成されており、この部分に風が流れ、ヒートシンクが効率的に冷却される。

図示した整流ダイオード部１１０は、例えば、図２に示すＲ相、Ｓ相、Ｔ相から供給される３相交流電圧を、直流電圧を生成するための整流ダイオードＤＲ、ＤＳ、ＤＴで構成される。生成された直流電圧は、本実施例に係るセルユニット１００に供給される。

ＩＧＢＴユニット部１３０は、通風方向（図示「風向」の方向）下流側に配置されたセルユニット１００の単相出力の第１相を構成する第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２と、通風方向上流側に配置されたセルユニット１００の単相出力の第２相を構成する第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４で構成され、所定の間隔を有して配置される。この配置は第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２と、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４が互いに熱の影響を受けないための距離で、図５に示すセルユニット３００における第１から第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１〜ＩＧＢＴＵ４の配置位置と同様である。

なお、ＩＧＢＴユニット部１３０の構成は、インバータの容量、用途によりＩＧＢＴユニット部１３０を構成するＩＧＢＴモジュールの構成は異なる場合がある。

セルバイパスユニット部２００は、第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１と第２のイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２で構成され、セルユニット１００の単相出力の第１相を構成する第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２と、セルユニット１００の単相出力の第２相を構成する第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４の間に配置される。

平滑コンデンサ部１２０は、セルユニット１００に配置されたヒートシンク１４０の下部に設けられており、１０個の平滑コンデンサで構成される。

図２は、図１に係るセルユニット１００の回路図である。以下、図１も参照しながら当該セルユニット１００の回路構成を簡単に説明する。

図示した例では、３相交流電圧が端子Ｒ（Ｒ相）、端子Ｓ（Ｓ相）、端子Ｔ（Ｔ相）に供給される。供給された３相電圧は、それぞれダイオード部１１０の整流ダイオードＤＲ、ＤＳ、ＤＴで整流された直流電圧がＰ相、Ｎ相に供給される。

このようにしてＰ相、Ｎ相に供給された直流電圧は、平滑コンデンサ部１２０に配置されたコンデンサＣＦ１〜ＣＦ１０によって平滑されＩＧＢＴユニット部１３０に供給される。

第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１は、内部で２個のＩＧＢＴが直列に接続され、その接続点を出力として当該ＩＧＢＴＵ１の出力端子Ｐ１とする。また、ＩＧＢＴＵ１のコレクタＣとエミッタＥ間にはダイオードが逆方向に接続される。即ち、ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１は逆並列ダイオードを内蔵したいわゆる２ＩＮ１モジュールである。以降は当該ダイオードの説明を以降は省略する。他の第２から第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２〜ＩＧＢＴ４も同様である。

第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２は、並列に接続されてセルユニット１００の単相出力の第１相を構成し、即ち、第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２は第１相を構成するＩＧＢＴユニットである。

第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４は、並列に接続されてセルユニット１００の単相出力の第２相を構成し、即ち、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４は第２相を構成するＩＧＢＴユニットである。

第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１の出力端子Ｐ１と第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２の出力端子Ｐ２は並列に接続されてさらにセルユニット１００の出力端子Ａに接続される。第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３の出力端子Ｐ３と第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４の出力端子Ｐ４は並列に接続されてセルユニット１００の出力端子Ｂに接続される。

このように構成された第１から第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１〜ＩＧＢＴＵ４の各ゲート端子Ｇは、図示しない制御部に接続され、当該制御部によりオン／オフ制御され、交流電圧が生成され、出力端子Ａ、Ｂに出力される。

セルバイパスユニット部２００を構成する第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１および第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２のコレクタＣとエミッタＥ間には各々ダイオードが内蔵され逆方向に接続される、いわゆる１ＩＮ１モジュールが使用される。当該ダイオードの説明を以降は省略する。

電気的には出力端子Ａは、セルバイパスユニット部２００を構成する第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１の入力端子（コレクタＣ）Ｐ５に接続され、出力端子Ｂは、セルバイパスユニット部２００を構成する第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２の入力端子（コレクタＣ）Ｐ６に接続される。また、ＩＧＢＴ１のエミッタＥは、ＩＧＢＴ２のエミッタＥに接続されており、バイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１とバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２はいわゆる逆極性で直列接続されている。

上述した構成により、上述したＩＧＢＴユニット部１３０を構成する第１から第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１〜ＩＧＢＴＵ４を含むセルユニット１００に障害が発生した場合には、当該セルユニット１００を構成する第１から第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１〜ＩＧＢＴＵ４のゲートＧをオフし、出力端子Ａ又は出力端子Ｂに接続されたセルバイパスユニット部２００を構成する第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及び第２の、バイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２のゲートＧをオンすることにより故障が発生したセルユニット１００の出力を短絡することができる。

上述した処理は、上記図示されない制御部の制御によって行われ、セルユニット１００を、セルバイパスユニット部２００を構成するバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２をオンすることによりバイパスすることができる。

物理配置的には、セルユニット１００の単相出力の第１相を構成する第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２と、セルユニット１００の単相出力の第２相を構成する第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４の間にバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１とバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２を配置する。さらに、第1のＩＧＢＴモジュールの出力端子（Ｐ１）と第２のＩＧＢＴモジュールの出力端子（Ｐ２）を同一方向に向け、かつ第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１の入力端子Ｐ５（ＩＧＢＴ１のコレクタＣ）と向い合わせになる様に配置し、さらに第３のＩＧＢＴモジュールの出力端子（Ｐ３）と第４のＩＧＢＴモジュールの出力端子（Ｐ４）を同一方向に向け、かつ第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２の入力端子Ｐ６（ＩＧＢＴ２のコレクタＣ）と向い合わせになる様に配置される。

図３は、実施例１に係るセルバイパスユニット部２００の無い本発明実施前のセルユニット１００の斜視図及び正面図で、図３（１）はセルユニット１００の斜視図で、図３（２）はセルユニット１００の正面図である。図３に示すセルユニット１００には、セルバイパスユニット部２００を取り除いた状態を示す。以下、セルユニット１００内の主要な接続状態を図１、図２を参照して説明する。

尚、本発明に直接関係しない整流器ダイオード部１１０、平滑コンデンサ部１２０、ＩＧＢＴユニット部等の接続は省略して記載している。

（１）第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１を構成する２つのＩＧＢＴのエミッタＥ及びコレクタＣは、接続点Ｐ１（図２参照）で接続される。同様に、第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３、第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４を構成するそれぞれ２つのＩＧＢＴのエミッタＥ及びコネクタＣは、接続点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で接続される。

（２）セルユニット１００の単相出力の第１相を構成する第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１のＰ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２のＰ２は接続され、さらに、バスバー１５１によってセルユニット１００の出力端子Ａに接続される。

（３）セルユニット１００の単相出力の第２相を構成する第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３のＰ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４のＰ４は接続され、さらに、バスバー１５２によってセルユニット１００の出力端子Ｂに接続される。

図４は、実施例１に係るセルユニット１００にセルバイパスユニット部２００を搭載した場合の斜視図及び正面図で、図４（１）はセルユニット１００の斜視図で、図４（２）はセルユニット１００の正面図である。尚、本発明に直接関係しない整流器ダイオード部１１０、平滑コンデンサ部１２０、ＩＧＢＴユニット部等の接続は省略して記載している。

以下、セルバイパスユニット部２００が搭載された状態でのセルユニット１００内の主要な接続状態を図１〜図３も参照して説明する。

（４）第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１を構成する２つのＩＧＢＴのエミッタ及びコレクタは、接続点Ｐ１（図２参照）で接続される。同様に、第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３、第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４を構成するそれぞれ２つのＩＧＢＴのエミッタ及びコレクタは、接続点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で接続される。

（５）セルユニット１００の単相出力の第１相を構成する第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１のＰ１（ＩＧＢＴユニットの出力端子）及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２のＰ２（ＩＧＢＴユニットの出力端子）は接続され、さらに、バスバー１５１によってセルユニット１００の出力端子Ａに接続され、かつ、バスバー２０１によってセルバイパスユニット部２００の第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１のコレクタＣ（セルバイパスユニットの第１の端子、Ｐ５）に接続される。

（６）セルユニット１００の単相出力の第２相を構成する第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３のＰ３（ＩＧＢＴユニットの出力端子）及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４のＰ４（ＩＧＢＴユニットの出力端子）は接続され、さらに、バスバー１５２によってセルユニット１００の出力端子Ｂに接続され、かつ、バスバー２０２によってセルバイパスユニット部２００の第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２のコレクタＣ（セルバイパスユニットの第１の端子、Ｐ６）に接続される。

（７）上述したセルユニット１００の出力端子Ａ及び出力端子Ｂの出力電圧は、第１から第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１〜ＩＧＢＴＵ４の出力電圧であり、上述した（４）〜（６）の接続態様により、第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２の出力（Ｐ１、Ｐ２）とバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１の入力（ＩＧＢＴ１のコレクタＣ、Ｐ５）が向い合せになるように配置され、バスバー２０１で接続される。同様に、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３のＰ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４の出力（Ｐ３、Ｐ４）と第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２の入力（ＩＧＢＴ２のコレクタＣ、Ｐ６）が向い合せになるように配置され、バスバー２０２で接続される。

本実施例の特徴は、第１及び第２のＩＧＢＴモジュール（ＩＧＢＴＵ１及びＩＧＢＴＵ２）の出力（Ｐ１、Ｐ２）と第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１の入力（ＩＧＢＴ１のコレクタＣ）を向い合せになるように配置し、第３及び第４のＩＧＢＴモジュール（ＩＧＢＴＵ３及びＩＧＢＴＵ４）の出力と第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２の入力（ＩＧＢＴ２のコレクタＣ）を向い合せになるように配置したことにより、バスバー２０１及びバスバー２０２の配線長を短くでき、当該配線長によるインダクタンス増大の課題を解決できる。

（８）次に、上記（４）〜（７）記載のセルユニット１００において、通常運転時と、ＩＧＢＴユニット部１３０を構成するＩＧＢＴ等の短絡による故障時とで、第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及び第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２の使用モードを、切替手段によって切り替えてセルユニット１００を運転する方法を説明する。

制御部（図示しない）は、使用モードを次のモードａとモードｂに切り替える切替手段を有する。

モードａ切替手段は、通常運転時、２個のセルバイパス用ＩＧＢＴをオフ状態に制御することにより当該セルバイパス用ＩＧＢＴをオフし、ＩＧＢＴユニット部１３０をＰＷＭ制御することにより当該ＩＧＢＴユニット部１３０の出力電圧を当該セルユニット１００の出力電圧とする。この状態では第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及び第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２はオフ状態であり、損失はほとんど無いので、ＩＧＢＴユニット部１３０は、その発熱の影響を受けない。

モードｂ切替手段は、セルユニット１００においてＩＧＢＴの直流短絡等による故障時、故障したセルユニット１００のＩＧＢＴユニット部１３０を構成するすべてのＩＧＢＴのゲートＧをオフ制御することにより第１から第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１〜ＩＧＢＴＵ４をオフし、さらに故障したセルユニット１００のセルバイパスユニット部２００の第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及び第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２のゲートＧをオン状態に制御することによりセルバイパスユニット部を通電状態として、故障したセルユニット１００の出力を短絡する。以上の処理を行うことにより、モードｂにおいてＩＧＢＴユニット部１３０はオフ状態であり、熱損失がほとんど無いため、セ第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１及び第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２はその発熱の影響を受けない。

以上の様に正常時で発熱する部位と故障時で発熱する部位が異なるので、発熱源の集中がなく、ヒートシンクの冷却性能を低下させることがない（ヒートシンク１４０の性能（冷却性能）を確保できる。）。

また、第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１及び第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２の出力（Ｐ１、Ｐ２）と第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ１の入力（ＩＧＢＴ１のコレクタＣ）を向い合せになるように配置し、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３及び第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４の出力と第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴ２の入力（ＩＧＢＴ２のコレクタＣ）を向い合せになるように配置したことにより、ＩＧＢＴユニット部１３０とセルバイパスユニット部間のブス接続長を短くするこが可能になるため、当該配線長によるインダクタンス低減が可能になるセルユニット１００を提供することができる。尚、本実施例では第１のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ１と第２のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ２が並列接続され、第３のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ３と第４のＩＧＢＴモジュールＩＧＢＴＵ４が並列接続された例で説明したが、並列接続の無い構成としてもよい。

以上説明したように、本発明によればＩＧＢＴユニットとセルバイパス用ＩＧＢＴ間を最短配線することによるインダクタンス低減が可能になるとともに、ヒートシンクの小型化が可能な、セルユニットを提供することができる。

ＤＲ、ＤＳ、ＤＴ 整流ダイオード
ＣＦ１〜ＣＦ１０ 平滑コンデンサ
ＩＧＢＴＵ１ 第１のＩＧＢＴモジュール
ＩＧＢＴＵ２ 第２のＩＧＢＴモジュール
ＩＧＢＴＵ３ 第３のＩＧＢＴモジュール
ＩＧＢＴＵ４ 第４のＩＧＢＴモジュール
Ａ、Ｂ 出力端子
１００ セルユニット
１１０ 整流ダイオード部
１２０ 平滑コンデンサ部
１３０ ＩＧＢＴユニット部
１３１、１３２、１３４、１３５ バスバー
１５１、１５２ バスバー
１４０、１４０Ｂ ヒートシンク
２００ セルバイパスユニット
ＩＧＢＴ１ 第１のバイパス用ＩＧＢＴモジュール
ＩＧＢＴ２ 第２のバイパス用ＩＧＢＴモジュール
２０１、２０２ バスバー
３００ 従来型セルユニット

Claims (4)

1. 大容量インバータを構成する単相出力のセルユニットであって、
   第１相を構成するＩＧＢＴユニットと、
   第２相を構成するＩＧＢＴユニットと、
   前記セルユニットの出力を短絡するセルバイパスユニットと、を有し、
   一つの風冷ヒートシンク上に前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットを構成するＩＧＢＴモジュールと、前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットを構成するＩＧＢＴモジュールと、前記セルバイパスユニットを構成するＩＧＢＴモジュールとが密着固定され、
   前記セルバイパスユニットは、
   前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットと前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットとの間に配置され、
   前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットの出力端子と前記セルバイパスユニットの第１の端子が向かい合うように配置し、
   前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットの出力端子と前記セルバイパスユニットの第２の端子が向かい合うように配置し、
   前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットの出力端子と前記セルバイパスユニットの第１の端子をブスバーにて接続し、
   前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットの出力端子と前記セルバイパスユニットの第２の端子をブスバーにて接続したことを特徴とするセルユニット。
2. 一つの風冷ヒートシンク上に前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットと前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットと前記セルバイパスユニットが密着固定され、
   前記セルユニットの通常運転時と、前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットまたは前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットの故障時とで、前記セルバイパスユニットを構成するセルバイパス用ＩＧＢＴの使用モードを切り替える切替手段を備え、
   前記切替手段は、
   通常運転時、前記セルバイパスユニットを構成するセルバイパス用ＩＧＢＴのゲートをオフ状態とすることにより、前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットおよび前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットの出力電圧を当該セルユニットの出力電圧とし、
   前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットまたは前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットの故障時は、前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットおよび前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットのすべてのゲートをオフ状態し、前記セルバイパスユニットを構成するセルバイパス用ＩＧＢＴのゲートをオン状態とすることにより、前記セルユニットの出力を短絡状態とすることを特徴とする請求項1記載のセルユニット。
3. 通風方向上流方向から下流方向に向かって順に
   前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットを配置し、
   前記セルバイパスユニットを配置し、
   前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットを配置することを特徴とする請求項1又は請求項２記載のセルユニット。
4. 一つの風冷ヒートシンク上に
   前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットを構成するＩＧＢＴモジュールと、
   前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットを構成するＩＧＢＴモジュールと、
   前記セルバイパスユニットを構成するＩＧＢＴモジュールと、
   整流ダイオード部を構成するダイオードモジュールが密着固定され、通風方向上流方向から下流方向に向かって、順に、前記整流ダイオード部を配置し、
   前記第２相を構成するＩＧＢＴユニットを配置し、
   前記セルバイパスユニットを配置し、
   前記第１相を構成するＩＧＢＴユニットを配置することを特徴とする請求項1又は請求項２記載のセルユニット。