JPWO2019026339A1 - 電力変換装置および電力変換装置を搭載した車両 - Google Patents
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Abstract
Description
ア バスバと駆動回路基板の距離を離すことで、バスバの熱のあおりを駆動回路基板が受けることなく、また、駆動回路基板の直近の上部に障害物を設けないことで、駆動回路基板の自己発熱による熱のこもりもなく、総じて小型高密度の実装を実現できる。
イ バスバと駆動回路基板の距離を離すことで、強電系が作る磁場の影響により信号配線などの弱電系配線に電流を誘導させることを最小限にできるため、ノイズ低減に有効である。
ウ バスバの主回路電流経路幅方向がパワーモジュールの長手方向と同一になるような構成としているため、バスバの主回路電流経路幅を十分に確保でき、主回路インダクタンスを小さくできることから、跳ね上がり電圧を抑制しつつ、熱やノイズによる誤動作、寿命が短くなるなどの問題を解決することが可能となる。
パワーユニット110は、冷却器150、複数の2in1パワーモジュール1、コンデンサ120、正極バスバ40、負極バスバ50、制御信号線3、駆動回路基板130および交流バスバ60から構成されている。
電力変換装置100は、図1に示すパワーユニット110、制御回路基板140および遮断機200から構成される。制御回路基板140は、パワーユニット110の中の駆動回路基板130にスイッチング指令を出し、駆動回路基板130から電圧、電流および温度などの制御信号を受け取り、この制御信号から制御回路は状態判断をし、スイッチングを継続するか否かを決める。遮断器200は、非常時(異常時)に電力を遮断することにより、パワーユニット110延いては変電所の破壊を防止する機能を奏する。
2in1パワーモジュール1は、図3に示すように、上下アーム直列回路の1相分1u、1vおよび1wに相当し、その内部には、IGBTやMOSFETおよびダイオードなどの半導体素子2(図示せず)が搭載されている。パワーモジュール1の形状は、略直方体であり、モジュール正極端子6a、モジュール負極端子6bおよびモジュール交流端子6cが、モジュール長手方向4に沿って短辺側に設けられている。
駆動回路基板130は、パワーモジュール1に直付けすることもできるが、複数の信号線を束にした導体バスバやツイスト線を用いて、パワーモジュール1から離れた場所に電気的に接続することも可能である。
先の図1〜図5では、4台の電動機500(M:Motor)を1台の制御回路基板140により制御(C:Control)する1C4Mの構成であるため、電力変換装置100に要求される4台分のモータ電流を出力するために2in1パワーモジュール1は2並列にして出力電流を大きくしている。
先の図1および図2で示した駆動回路基板130は、2in1パワーモジュール1に合わせ、相毎に結線した2in1回路の基板を3相分の3枚設けた構成としている。複数の基板となるため、基板上における部品のレイアウト次第で、下部に位置する基板の発熱部品によって温められた空気が軽くなって上昇することで、上部に位置する基板が有する熱に弱い部品に対して熱のあおりの影響が出る場合がある。
そこで、本実施例では、駆動回路基板固定板131に鉛直方向の駆動回路基板仕切板132を各基板間に設けることにより、下部に位置する基板によって上部に位置する基板を温めないように遮熱する効果を奏する。
1v…V相2in1パワーモジュール、
1w…W相2in1パワーモジュール、2…半導体素子、
3…制御信号線、3a…上アームゲート信号端子、
3b…上アームソース信号端子、3c…下アームゲート信号端子、
3d…下アームソース信号端子、4…モジュール長手方向、
5…モジュール短手方向、6…モジュール電力端子、
6a…モジュール正極端子、6b…モジュール負極端子、
6c…モジュール交流端子、40…正極バスバ、50…負極バスバ、
60…交流バスバ、60a…U相交流バスバ、60b…V相交流バスバ、
60c…W相交流バスバ、70…コア、80…電流センサ、
100…電力変換装置、105…電力変換装置交流出力端子、
110…パワーユニット、115…パワーユニット交流出力端子、
120…コンデンサ、121…コンデンサの重力方向中心線、
130…駆動回路基板、131…駆動回路基板固定板、
132…駆動回路基板仕切板、133…駆動回路基板の重力方向中心線、
140…制御回路基板、150…冷却器、200…遮断器、
300…架線、400…接地部、500…電動機、600…リアクトル、
900…電気鉄道車両
電力変換装置100は、図1に示すパワーユニット110、制御回路基板140および遮断器200から構成される。制御回路基板140は、パワーユニット110の中の駆動回路基板130にスイッチング指令を出し、駆動回路基板130から電圧、電流および温度などの制御信号を受け取り、この制御信号から制御回路は状態判断をし、スイッチングを継続するか否かを決める。遮断器200は、非常時(異常時)に電力を遮断することにより、パワーユニット110延いては変電所の破壊を防止する機能を奏する。
Claims (10)
- 2in1パワーモジュールと当該2in1パワーモジュールを冷却する冷却器とを備える電力変換装置であって、
前記冷却器に対して前記2in1パワーモジュールを当該2in1パワーモジュールの長手方向である鉛直方向に複数個並べて配置し、
前記2in1パワーモジュールに接続するバスバを前記2in1パワーモジュールの短手方向の一方側に配置し、
前記2in1パワーモジュールに接続する制御信号線を、当該制御信号線に制御信号を送る駆動回路基板と共に、前記2in1パワーモジュールの短手方向の前記一方側の逆側に配置する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記2in1パワーモジュールは、前記長手方向である鉛直方向に沿って、正極端子、負極端子および交流端子を当該記載の順または当該記載の逆順に設置し、前記負極端子と前記交流端子との間の空間に前記制御信号線の接続端子を設置し、
コンデンサを前記2in1パワーモジュールと向かい合う配置で設け、
前記バスバの内の正極バスバを構成する導体板で前記正極端子と前記コンデンサとを接続し、
前記バスバの内の負極バスバを構成する導体板で前記負極端子と前記コンデンサとを接続し、
前記正極バスバと前記負極バスバとが互いに平行平板状に隣接する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項2に記載の電力変換装置であって、
前記コンデンサの重力方向中心線は、前記駆動回路基板の重力方向中心線よりも上側に位置する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項2または3に記載の電力変換装置であって、
前記バスバの内の交流バスバは、前記交流端子から前記2in1パワーモジュールの短手方向に突出し、複数の前記2in1パワーモジュールの上部に設けたコアおよび電流センサを貫通して、当該電力変換装置の上部から取り出される
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
前記駆動回路基板を配置する側に制御回路基板を設置する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
前記バスバを配置する側に遮断器を設置する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
前記駆動回路基板を前記長手方向である鉛直方向に並べて設置し、当該駆動回路基板の間に仕切り板を設ける
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
当該電力変換装置は、前記2in1パワーモジュールを3相交流の各相に適用して構成したインバータ回路である
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
当該電力変換装置を車両に搭載するに際し、前記2in1パワーモジュールの短手方向を当該車両の進行方向とする
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置を搭載した車両。
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