JP7107043B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
半導体素子(20)を内蔵した複数の半導体モジュール(2)と、
該半導体モジュールを冷却する複数の冷却管(3)と、
上記半導体素子を内蔵していない複数のダミーモジュール(5)と、
直流電源(8)と個々の上記半導体モジュールとの間の電流経路をなす一対の直流バスバー(4)とを備え、
上記半導体モジュール又は上記ダミーモジュールと、上記冷却管とを交互に積層して積層体(10)を形成してあり、
上記複数の半導体モジュールによって、上記直流電源から供給される直流電力を、互いに位相が異なる複数系統の交流出力を組み合わせた多相交流電力に変換するインバータ回路(11)を構成してあり、
複数の上記半導体モジュールを同時にスイッチング動作させて一つの上記交流出力を発生するよう構成され、該一つの上記交流出力を発生する複数の上記半導体モジュールによって半導体モジュール群(29,29 U ,29 V と,29 W )を構成してあり、該半導体モジュール群に含まれる個々の上記半導体モジュールは、上記冷却管を介して互いに隣り合うよう配され、
上記ダミーモジュールは、上記積層体の積層方向(X)について互いに隣り合い且つ上記交流出力の位相が互いに異なる2つの上記半導体モジュール群の間に介在しており、
上記ダミーモジュールは、上記半導体モジュール群において互いに隣り合う2つの上記半導体モジュールの間に介在していない、電力変換装置(1)にある。
そのため、半導体素子に加わる重畳サージを低減できる。すなわち、上記ダミーモジュールを介在させると、交流出力の位相が互いに異なる2個の半導体モジュールの間隔を広げることができる。そのため、上記重畳サージが直流バスバーを伝播する距離が長くなり、この直流バスバーに寄生するインダクタンスにより、重畳サージを低減させることができる。したがって、個々の半導体素子に、他の半導体素子から大きな重畳サージが加わることを抑制できる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
上記電力変換装置に係る実施形態について、図1~図6を参照して説明する。図1、図2に示すごとく、本形態の電力変換装置1は、半導体素子20(図5参照)を内蔵した複数の半導体モジュール2と、複数の冷却管3と、半導体素子20を内蔵していない複数のダミーモジュール5と、一対の直流バスバー4(4P,4N)とを備える。冷却管3は、半導体モジュール2を冷却するために設けられている。直流バスバー4は、直流電源8と個々の半導体モジュール2との間の電流経路をなしている。
そのため、個々の半導体素子20に、大きな重畳サージVS2が加わることを抑制できる。すなわち、ダミーモジュール5を介在させると、交流出力の位相が互いに異なる2個の半導体モジュール2の間隔を広げることができる。そのため、図3に示すごとく、重畳サージVS2が直流バスバー4を伝播する距離が長くなり、この直流バスバー4に寄生する相間インダクタンスLBによって、重畳サージVS2を低減させることができる。したがって、個々の半導体素子20に、他の半導体素子20から大きな重畳サージVS2が加わることを抑制できる。
これに対して、本発明は、図1に示すごとく、互いに位相が異なる2個の半導体モジュール2の間にダミーモジュール5を介在させているため、これらの半導体モジュール2の間隔を長くすることができる。そのため、重畳サージVS2が直流バスバー4を伝播する距離が長くなり、直流バスバー4のインダクタンス(相間インダクタンスLB)によって、重畳サージVS2を減衰しやすい。したがって、図6に示すごとく、個々の半導体素子20に、他の半導体素子20から大きな重畳サージVS2が加わることを抑制できる。
このようにすると、複数の半導体モジュール2を同時にスイッチング動作させるため、個々の半導体モジュール2に流れる電流は小さくても、電力変換装置1全体として大きな電流を流すことができる。
また、大きな電流を流す場合は、スイッチング動作させたときに大きなサージが発生しやすいが、本形態ではダミーモジュール5を挿入してあるため、上述したように、個々の半導体素子20に大きな重畳サージVS2が加わることを抑制できる。そのため、サージVSを低減しつつ、大きな電流を流すことができる。
このようにすると、重畳サージVS2が他の半導体モジュール2へ伝播する際に、ダミー用切欠部42を迂回するため、重畳サージVS2の伝播距離を特に長くすることができる。そのため、相間インダクタンスLBを大きくすることができ、重畳サージVS2を低減しやすい。
そのため、ダミーモジュール5の挿入位置を容易に変更することができる。後述するように、交流負荷81の消費電力によっては、半導体モジュール2の数を変更し(図13参照)、これに伴ってダミーモジュール5の挿入位置を変更することがある。本形態では、ダミーモジュール5と、半導体モジュール2の本体部21との、大きさ及び形状を実質的に等しくしてあるため、これらの位置を容易に入れ替えることができる。
本形態は、介在させるダミーモジュール5の数を変更した例である。図7に示すごとく、本形態では、2個の半導体モジュール群29(29F,29M)の間に、2個のダミーモジュール5を介在させてある。そのため、図8に示すごとく、重畳サージVS2が直流バスバー4を伝播する距離を、より長くすることができ、直流バスバー4に寄生する相間インダクタンスLBを大きくすることができる。そのため、これらの半導体モジュール群29(29F,29M)に加わる重畳サージVS2を、より低減できる。
このようにすると、重畳サージVS2が2個のダミー用切欠部42を迂回するため、重畳サージVS2の伝播距離をさらに長くすることができる。したがって、重畳サージVS2をより減衰しやすい。
その他、実施形態1と同様の構成および作用効果を備える。
本形態は、ダミーモジュール5の数を変更した例である。本形態では図11に示すごとく、端部冷却管3aに最も近い位置に配された最近半導体モジュール群29N(本形態ではU相用半導体モジュール群29U)と、中間半導体モジュール群29Mとの間に2個のダミーモジュール5を介在させてある。また、実施形態2と同様に、中間半導体モジュール群29Mと最遠半導体モジュール群29Fとの間にも2個のダミーモジュール5を介在させてある。
このようにすると、これら2つの半導体モジュール群29N,29Mの間において、重畳サージVS2が2個のダミー用切欠部42を迂回することになる。そのため、これらの半導体モジュール群29N,29M間における、重畳サージVS2の伝播距離をさらに長くすることができ、重畳サージVS2をより効果的に低減できる。
その他、実施形態1と同様の構成および作用効果を備える。
本形態は、半導体モジュール群29を構成する半導体モジュール2の数を変更した例である。図13、図14に示すごとく、本形態では、2個の半導体モジュール2を用いて、半導体モジュール群29(29U,29V,29W)を構成してある。交流負荷81の消費電力が低い場合は、このように、2個の半導体モジュール2を用いて、半導体モジュール群29を構成することができる。また、個々の半導体モジュール群29の間には、1個のダミーモジュール5が介在している。
その他、実施形態1と同様の構成および作用効果を備える。
本形態は、半導体モジュール2の数を変更した例である。図15に示すごとく、本形態の電力変換装置1は、3個の半導体モジュール2を備える。個々の半導体モジュール2の間に、ダミーモジュール5が介在している。上記3個の半導体モジュール2によって、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路11を構成してある。
その他、実施形態1と同様の構成および作用効果を備える。
10 積層体
11 インバータ回路
2 半導体モジュール
20 半導体素子
3 冷却管
4 直流バスバー
5 ダミーモジュール
Claims (3)
- 半導体素子(20)を内蔵した複数の半導体モジュール(2)と、
該半導体モジュールを冷却する複数の冷却管(3)と、
上記半導体素子を内蔵していない複数のダミーモジュール(5)と、
直流電源(8)と個々の上記半導体モジュールとの間の電流経路をなす一対の直流バスバー(4)とを備え、
上記半導体モジュール又は上記ダミーモジュールと、上記冷却管とを交互に積層して積層体(10)を形成してあり、
上記複数の半導体モジュールによって、上記直流電源から供給される直流電力を、互いに位相が異なる複数系統の交流出力を組み合わせた多相交流電力に変換するインバータ回路(11)を構成してあり、
複数の上記半導体モジュールを同時にスイッチング動作させて一つの上記交流出力を発生するよう構成され、該一つの上記交流出力を発生する複数の上記半導体モジュールによって半導体モジュール群(29,29 U ,29 V と,29 W )を構成してあり、該半導体モジュール群に含まれる個々の上記半導体モジュールは、上記冷却管を介して互いに隣り合うよう配され、
上記ダミーモジュールは、上記積層体の積層方向(X)について互いに隣り合い且つ上記交流出力の位相が互いに異なる2つの上記半導体モジュール群の間に介在しており、
上記ダミーモジュールは、上記半導体モジュール群において互いに隣り合う2つの上記半導体モジュールの間に介在していない、電力変換装置(1)。 - 上記2つの上記半導体モジュール群の間に、複数個の上記ダミーモジュールを介在させてある、請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記半導体モジュールは、上記半導体素子を内蔵した本体部(21)と、該本体部から突出しそれぞれ上記直流バスバーに接続した一対の直流端子(22)とを備え、上記直流バスバーには、上記直流端子を挿通して接続するための端子用切欠部(41)を形成してあると共に、上記直流端子の突出方向(Z)から見たときに上記ダミーモジュールを視認可能なダミー用切欠部(42)を形成してあり、該ダミー用切欠部は、上記積層体の積層方向において2個の上記端子用切欠部の間に形成されている、請求項1または2に記載の電力変換装置。
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