WO2016157532A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2016157532A1
WO2016157532A1 PCT/JP2015/060656 JP2015060656W WO2016157532A1 WO 2016157532 A1 WO2016157532 A1 WO 2016157532A1 JP 2015060656 W JP2015060656 W JP 2015060656W WO 2016157532 A1 WO2016157532 A1 WO 2016157532A1
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WO
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switching element
power
transistors
switching
wiring
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/060656
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English (en)
French (fr)
Inventor
浩昭 尾谷
牧野　友由
裕一 寺田
Original Assignee
株式会社 東芝
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters

Definitions

  • Embodiments according to the present invention relate to a power conversion device.
  • a power converter is used to operate a drive system such as a main motor (motor) of an electric car.
  • the power conversion device converts the power obtained from the overhead line into the power required for the drive system in order to rotate the wheels of the electric vehicle.
  • Such a power conversion device includes a converter or inverter composed of a plurality of switching elements (for example, GTO (Gate Turn Off Off Thyristor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), etc.), and generates loss (heat) by switching. To do. For this reason, it is necessary to cool a power converter using a cooler.
  • GTO Gate Turn Off Off Thyristor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the cooler for example, radiating fins or blowers are used.
  • the heat dissipating fins release the heat of the switching element into the air by the driving wind of the vehicle or the forced air of the blower.
  • the power conversion device generates power to be supplied to the load of the electric vehicle.
  • the first switching element and the second switching element are connected in series between the positive electrode wiring for DC power and the first phase wiring for AC power.
  • the third switching element and the fourth switching element are connected in series between the first phase wiring of AC power and the negative wiring of DC power.
  • the first switching element and the fourth switching element are arranged so as to be aligned in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the electric vehicle.
  • the second switching element and the third switching element are arranged so as to be arranged in parallel with the arrangement of the first switching element and the fourth switching element.
  • the distance between the first switching element and the fourth switching element and the distance between the second switching element and the third switching element are the same as the first or fourth switching element and the first or fourth switching element. It is wider than the distance between adjacent second or third switching elements.
  • FIG. 3 Schematic which shows an example of a structure of the power converter device 100 mounted in electric vehicles, such as a railway.
  • 3 is an equivalent circuit diagram illustrating an example of a configuration of a switching unit 41.
  • FIG. FIG. 4 is a schematic layout diagram showing the arrangement of switching units 41 to 43 in the inverter 40 and the arrangement of first to fourth switching elements Q1 to Q4.
  • the equivalent circuit diagram which shows an example of a structure of the switching part 41 according to 2nd Embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic layout diagram showing an arrangement of first to fourth transistors Q1-1 to Q4-2.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a power conversion device 100 mounted on an electric vehicle.
  • An electric vehicle is, for example, a vehicle that travels with electric power on a railway line.
  • the power converter 100 receives AC power from the overhead line 13 via the pantograph 12, converts the AC power into three-phase AC power, and supplies the three-phase AC power to an electric motor (for example, a three-phase AC motor) 11. To do.
  • the power converter 100 includes a control unit 10, a transformer 20, a converter 30, an inverter 40, a circuit breaker 50, charging resistors 61 and 62, contactors 71 to 74, and voltage dividing capacitors 81 and 82.
  • the current detector 90 is provided. Note that the transformer 20 and the circuit breaker 50 may be separate from the power converter 100.
  • the transformer 20 receives the AC power from the overhead line 13 via the pantograph 12 by the primary coil, transforms the AC power, and supplies the AC power from the secondary coil to the converter 30.
  • the transformer 20 supplies U-phase and V-phase single-phase AC power to the converter 30 from the secondary coil.
  • Two wires (U-phase wire and V-phase wire) are provided between transformer 20 and converter 30, and these wires transmit single-phase AC power to converter 30.
  • Converter 30 receives AC power from the secondary coil of transformer 20 and converts the AC power into DC power.
  • the converter 30 includes, for example, a U-phase switching unit 31 and a V-phase switching unit 32.
  • the U-phase switching unit 31 converts the U-phase power into DC power by switching the U-phase of the single-phase AC power.
  • the V-phase switching unit 32 converts the V-phase power into DC power by switching the V-phase of the single-phase AC power.
  • Three wires (positive wire P, negative wire N and neutral point wire C) are provided between converter 30 and inverter 40, and these wires transmit DC power to inverter 40.
  • the internal configuration of the switching units 31 and 32 will be described later.
  • the inverter 40 receives DC power from the converter 30 and converts the DC power into three-phase AC power.
  • the inverter 40 includes, for example, a U-phase switching unit 41, a V-phase switching unit 42, and a W-phase switching unit 43.
  • the U-phase switching unit 41 receives DC power and outputs U-phase AC power among the three-phase AC power.
  • the V-phase switching unit 42 receives DC power and outputs V-phase AC power among the three-phase AC power.
  • the W-phase switching unit 43 receives DC power and outputs W-phase AC power among the three-phase AC power.
  • Three wirings (U-phase wiring, V-phase wiring, and W-phase wiring) are provided between the inverter 40 and the electric motor 11, and these wirings transmit three-phase AC power to the electric motor 11. Three-phase AC power is used to drive the electric motor 11.
  • the internal configuration of the switching units 41 to 43 will be described later.
  • the circuit breaker 50 is a main power switch provided between the pantograph 12 and the transformer 20, and is, for example, a VCB (Vacuum Circuit Breaker).
  • Contactor 72 and contactor 74 are provided in the U-phase wiring and V-phase wiring between the secondary coil of transformer 20 and converter 30, respectively.
  • the contactor 72 and the contactor 74 are, for example, high-speed circuit breakers that cut off power when a serious failure occurs.
  • the contactor 71 and the charging resistor 61 are connected in series and are connected in parallel to the contactor 72.
  • the contactor 73 and the charging resistor 62 are also connected in series and connected in parallel to the contactor 74.
  • the contactors 71 and 72 and the charging resistors 61 and 62 are used for slowly charging the voltage dividing capacitors 81 and 82 when the power converter 100 is activated.
  • the voltage dividing capacitor 81 is connected between the positive electrode wiring P and the neutral point wiring C.
  • the voltage dividing capacitor 82 is connected between the neutral point wiring C and the negative electrode wiring N. Due to the voltage dividing capacitors 81 and 82, the neutral point wiring C becomes a voltage (for example, intermediate voltage) between the positive wiring P and the negative wiring N.
  • the current detector 90 is connected to the neutral point wiring C, the ground, and the control unit 10, detects a current flowing through the neutral point wiring C or a current flowing in the opposite direction, and measures a current measurement value thereof. Is output to the control unit 10.
  • the control unit 10 controls each component of the power conversion device such as the converter 30, the inverter 40, the circuit breakers 50, 71 to 74, and the like.
  • the control unit 10 controls the switching state (on state or off state) of the switching elements constituting the converter 30 and the inverter 40.
  • the electric motor 11 as a load is driven by receiving the three-phase AC power from the power converter 100.
  • the electric motor 11 rotates the wheels of the electric vehicle, the electric vehicle can travel on a railroad track or the like.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the arrangement of each component of the power conversion apparatus 100.
  • FIG. The components of the power conversion device 100 are accommodated in the housing 200.
  • An arrow X indicates the traveling direction of the electric vehicle (longitudinal direction of the electric vehicle).
  • An arrow Y indicates a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the electric vehicle.
  • the converter unit 201 is a part including the converter 30.
  • the inverter unit 202 is a part including the inverter 40.
  • the control unit 203 is a part including the control unit 10.
  • the switch / sensor unit 204 is a part including the contactors 71 to 74 and the current detector 90.
  • the converter unit 201, the inverter unit 202, the control unit 203, and the switch / sensor unit 204 are a group of devices that are installed relatively close to each other according to characteristics such as wiring and heat resistance, and are unitized. It does not indicate that.
  • the power converter device 100 can be comprised at least by the converter part 201, the inverter part 202, and the radiation fin 300. FIG.
  • the converter unit 201 and the inverter unit 202 are arranged side by side in the traveling direction X of the electric vehicle. Further, by placing the converter unit 201 and the inverter unit 202 close to one side surface of the electric vehicle, the converter unit 201 and the inverter unit 202 can be easily opened from the opening of the power conversion device 100 provided on the side surface side of the electric vehicle. Can be accessed. Thereby, taking in and out of the converter part 201 and the inverter part 202 becomes easy. Furthermore, since there are many operations such as inspections performed on the side surface of the electric vehicle, the operation can be made more efficient by continuously performing the operation on the side surface of the electric vehicle.
  • switching units 31 and 32 in converter unit 201 are attached to a heat receiving plate (see 350 in FIG. 4B), and are thermally applied to radiating fins 300 extending from the heat receiving plate to the outside of housing 200. It is connected.
  • the switching units 41 to 43 in the inverter unit 202 are also attached to the heat receiving plate and are thermally connected to the radiating fins 300 extending from the heat receiving plate to the outside of the housing 200.
  • the heat generated in the switching units 31, 32, 41 to 43 is conducted to the heat radiating fin 300 through the heat receiving plate and is radiated from the heat radiating fin 300.
  • the heat receiving plate of the converter unit 201 and the heat receiving plate of the inverter unit 202 may be separate from each other or may be integrated.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing an example of the configuration of the switching unit 41.
  • the switching units 31, 32, 41 to 43 are connected to AC power wiring (U phase wiring, V phase wiring, W phase wiring) and DC power wiring (positive wiring P, negative wiring N, neutral point wiring C). Although they are different in connection relation, each has the same configuration.
  • the switching unit 41 will be described, and description of the other switching units 31, 32, 42, and 43 will be omitted.
  • the switching unit 41 includes a first switching element Q1, a second switching element Q2, a third switching element Q3, a fourth switching element Q4, a first clamp element CD1, and a second clamp element CD2. .
  • the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are connected in series between the positive electrode wiring P for DC power and the U-phase wiring (first phase wiring) for AC power.
  • the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are connected in series between the U-phase wiring of AC power and the negative wiring N of DC power.
  • the first to fourth switching elements Q1 to Q4 are connected in series from the positive electrode wiring P to the negative electrode wiring N in the order of Q1, Q2, Q3, and Q4.
  • a node between second switching element Q2 and third switching element Q3 is connected to the U-phase wiring.
  • the switching elements Q1 to Q4 are each configured by a power semiconductor transistor such as GTO or IGBT, for example.
  • the first clamp element CD1 is connected between the first node N1 between the first switching element Q1 and the second switching element Q2 and the neutral point wiring C of the DC power.
  • the second clamp element CD2 is connected between the second node N2 between the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 and the neutral point wiring C of the DC power.
  • the first and second clamp elements CD1 and CD2 are connected in series between the first node N1 and the second node N2.
  • a node between the first clamp element CD1 and the second clamp element CD2 is connected to the neutral point wiring C.
  • the clamp elements CD1 and CD2 are constituted by clamp diodes, for example.
  • the anode of the first clamp element CD1 is connected to the neutral point wiring C, and the cathode is connected to the node N1.
  • the anode of the second clamp element CD2 is connected to the node N2, and the cathode is connected to the neutral point wiring C.
  • the switching unit 41 having such a configuration receives DC power from the positive wiring P, the negative wiring N, and the neutral wiring C, and generates a U-phase power sine wave of three-phase AC power.
  • the U-phase wiring is connected to the neutral point wiring C via the first and second clamp elements CD1 and CD2 and is in the middle Receive voltage (voltage between positive and negative voltage).
  • the first switching element Q1 is The first on period in the on state and the third on period in which the third switching element Q3 is in the on state are changed as follows.
  • the third switching element Q3 is almost continuously turned on. At this time, the voltage of the U-phase wiring is almost equal to the voltage of the neutral point wiring C of the DC power.
  • the third on-period in which the third switching element Q3 is in the on-state is gradually shortened, and conversely, the first on-period in which the first switching element Q3 is in the on-state is gradually lengthened.
  • the voltage of the U-phase wiring gradually approaches the voltage of the positive electrode wiring P from the voltage of the neutral point wiring C.
  • the first on-period becomes gradually longer than the third on-period, and the first switching element Q1 is almost continuously turned on. Thereby, the voltage of the U-phase wiring becomes substantially equal to the voltage of the positive electrode wiring P of DC power.
  • the third on-period becomes gradually longer than the first on-period, and the third switching element Q3 is almost continuously turned on.
  • the voltage of the U-phase wiring returns to the voltage of the neutral point wiring C.
  • the voltage of the U-phase wiring temporarily rises from the voltage of the neutral point wiring C to the voltage of the positive wiring P and changes so as to return to the voltage of the neutral point wiring C.
  • the voltage of the U-phase wiring changes in a sine wave shape between the voltage of the neutral point wiring C and the voltage of the positive wiring P. That is, the voltage of the U-phase wiring is a positive side sine wave (curved curve).
  • the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4 perform a switching operation in a complementary and alternating manner. . That is, the second switching element Q2 repeats an on state and an off state, and the fourth switching element Q4 repeats an off state and an on state, contrary to the second switching element Q2.
  • the U-phase wiring is connected to the neutral point wiring C via the first and second clamp elements CD1 and CD2, and is in the middle Receive voltage (voltage between positive and negative voltage).
  • the fourth switching element Q4 is on and the second switching element Q2 is off, the U-phase wiring is connected to the negative wiring N and receives a negative voltage.
  • the second switching element Q2 is turned on in order to make the voltage of the U-phase wiring a sine wave.
  • the second on-period that is in the state and the fourth on-period in which the fourth switching element Q4 is in the on state are changed as follows.
  • the second and third switching elements Q2, Q3 are in the on state, and the first and fourth switching elements Q1, Q4 are in the on state.
  • the voltage of the U-phase wiring is almost equal to the voltage of the neutral point wiring C of the DC power.
  • the second on-period in which the second switching element Q2 is in the on-state is gradually shortened, and conversely, the fourth on-period in which the fourth switching element Q4 is in the on-state is gradually lengthened.
  • the voltage of the U-phase wiring gradually approaches the voltage of the negative electrode wiring N from the voltage of the neutral point wiring C.
  • the fourth on-period becomes gradually longer than the second on-period, and the fourth switching element Q4 is almost continuously turned on.
  • the voltage of the U-phase wiring becomes substantially equal to the voltage of the negative electrode wiring N of DC power.
  • the second on-period becomes gradually longer than the fourth on-period, and the second switching element Q2 is almost continuously turned on.
  • the voltage of the U-phase wiring returns to the voltage of the neutral point wiring C.
  • the voltage of the U-phase wiring temporarily decreases from the voltage of the neutral point wiring C to the voltage of the negative wiring N and changes so as to return to the voltage of the neutral point wiring C.
  • the voltage of the U-phase wiring changes in a sine wave shape between the voltage of the neutral point wiring C and the voltage of the negative wiring N. That is, the voltage of the U-phase wiring is a negative sine wave (valley-shaped curve).
  • the switching unit 41 can make the U-phase voltage a sine wave by repeatedly generating the positive-side sine wave and the negative-side sine wave.
  • the switching units 42 and 43 can operate in the same manner as the switching unit 41 to make the V-phase and W-phase voltages sine waves, respectively. However, the switching units 41 to 43 each generate a sine wave by shifting the phase by about 120 degrees. Thereby, the inverter 40 including the switching units 41 to 43 can convert DC power into three-phase AC power.
  • the switching units 31 and 32 can basically convert the single-phase AC power from the transformer 20 into DC power by operating in the same manner as the switching unit 41.
  • the switching unit 31 receives the U phase of the single-phase AC power at a node between the second switching element Q2 and the third switching element Q3 in FIG.
  • the switching elements Q1 to Q4 of the switching unit 31 perform a switching operation so that a positive voltage is output from the positive electrode wiring P and a negative voltage is output from the negative electrode wiring N in FIG.
  • the switching part 31 can convert the U phase of single phase alternating current power into direct current power.
  • the switching unit 32 operates in the same manner as the switching unit 31 and converts the V phase of the single-phase AC power into DC power.
  • the switching units 31 and 32 execute the switching operation at timings suitable for the U phase and the V phase, respectively. Thereby, converter 30 including switching units 31 and 32 can convert single-phase AC power into DC power.
  • FIG. 4A is a schematic layout diagram showing the arrangement of the switching units 41 to 43 in the inverter 40.
  • the switching units 41 to 43 are arranged in a direction Y substantially perpendicular to the traveling direction X of the electric vehicle.
  • the width of the inverter 40 in the Y direction (the width direction of the electric vehicle) is widened, the heat dissipating fins below the inverter 40 are easily subjected to traveling wind, and heat dissipating efficiency is improved.
  • the length of the inverter 40 in the X direction (longitudinal direction of the electric vehicle) is shortened.
  • the length of the X direction of the power converter device 100 becomes short, even if the distance between the wheels of an electric vehicle is short, it becomes easy to arrange
  • the switching units 31 and 32 of the converter 30 are also arranged in a substantially vertical direction Y with respect to the traveling direction X of the electric vehicle. Accordingly, the same can be said for the converter 30 as for the inverter 40.
  • FIG. 4B is a schematic layout diagram showing the arrangement of the first to fourth switching elements Q1 to Q4.
  • the first to fourth switching elements Q1 to Q4 shown in FIG. 4B may be any of the switching elements 31, 32, and 41 to 43.
  • the switching elements of all the switching units 31, 32, 41 to 43 may be arranged in the layout shown in FIG. 4B.
  • FIG. 4B shows the arrangement of the switching elements Q1 to Q4 and the clamp elements CD1 and CD2 on the heat receiving plate 350.
  • FIG. In FIG. 4B illustration of the metal wiring plate for connecting the terminals of the switching elements Q1 to Q4 and the terminals of the clamp elements CD1 and CD2 is omitted.
  • the metal wiring plate is provided on the terminals of the switching elements Q1 to Q4 and the terminals of the clamp elements CD1 and CD2, so that the switching elements Q1 to Q4 and the clamp elements CD1 and CD2 are electrically connected as in the equivalent circuit shown in FIG. Connect to.
  • the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 are arranged so as to be aligned in a direction Y substantially perpendicular to the traveling direction X of the electric vehicle.
  • the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are also arranged in the direction Y in parallel with the arrangement of the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4.
  • the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are arranged adjacent to the traveling direction X of the electric vehicle.
  • the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are also arranged adjacent to the direction X.
  • the distance D1 between the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 and the distance D2 between the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are adjacent to the first switching element Q1.
  • the distance D3 between the second switching element Q2 and the distance D4 between the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3 adjacent thereto are wider.
  • 1st clamp part CD1 is arrange
  • the second clamp part CD2 is disposed between the second switching element Q2 and the third switching element Q3.
  • the first and fourth switching elements Q1 and Q4 repeat the same operation periodically, although they differ in timing. It may be said that the first and fourth switching elements Q1, Q4 repeat symmetrical operations. It can be seen that the second and third switching elements Q2 and Q3 also repeat the same operation periodically, although differing in timing. It may be said that the second and third switching elements Q2, Q3 repeat symmetrical operations.
  • the operations of the first and fourth switching elements Q1, Q4 are basically different from the operations of the second and third switching elements Q2, Q3. That is, the operations of the first and fourth switching elements Q1, Q4 are not symmetrical with the operations of the second and third switching elements Q2, Q3.
  • the first and fourth switching elements Q1, Q4 cause substantially equal heat loss (switching loss), and the second and third switching elements Q2, Q3 are approximately equal heat loss (switching). Loss). That is, during the traveling of the electric vehicle, the first and fourth switching elements Q1, Q4 have substantially the same heat generation amount, and the second and third switching elements Q2, Q3 have substantially the same heat generation amount.
  • the heat receiving plate 350 and the heat radiating fins 300 can efficiently release heat.
  • the heat dissipating fins 300 do not need to be locally large and can be made substantially uniform and uniform as a result of the heat dispersion. This leads to miniaturization of the power conversion device 100.
  • the first clamp element CD1 is provided between the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4.
  • interval D1 can be enlarged, without wasting the space between the 1st switching element Q1 and the 4th switching element Q4.
  • a second clamp element CD2 is provided between the second switching element Q2 and the third switching element Q3.
  • interval D2 can be enlarged, without wasting the space between the 2nd switching element Q2 and the 3rd switching element Q3.
  • the interval D3 is relatively narrow, the first and second switching elements Q1 and Q2 repeat the asymmetric operation as described above, and thus the heat loss is different from each other.
  • the interval D4 is also relatively narrow like D3, but the third and fourth switching elements Q3 and Q4 also repeat asymmetric operation as described above, and thus the heat loss is different from each other. Therefore, the intervals D3 and D4 may be narrower than the intervals D1 and D2.
  • the switching element Q1, the clamp element CD1, and the switching element Q4 are disposed adjacent to each other in the X direction with respect to the switching element Q2, the clamp element CD2, and the switching element Q3.
  • the wiring plate can be made small. Thereby, the inductance of a metal wiring plate can be reduced. By reducing the inductance of the metal wiring plate, the surge voltage in the switching operation of the switching elements Q1 to Q4 can be reduced.
  • the positions of the first clamp element CD1 and the second clamp element CD2 may be interchanged. Further, the positions of the first switching element Q1 and the second switching element Q2 may be interchanged.
  • the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are arranged so that the distance between the second switching element Q2 and the third switching element Q3 does not become long. It is preferable to replace the positions with each other.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing an example of the configuration of the switching unit 41 according to the second embodiment.
  • the switching units 31, 32, 41 to 43 have the same configuration, although they are different in connection relation.
  • the switching unit 41 will be described, and description of the other switching units 31, 32, 42, and 43 will be omitted.
  • the first to fourth switching elements Q1 to Q4 are each composed of a plurality of transistors connected in parallel. Further, the first and second clamp elements CD1 and CD2 are each composed of a plurality of clamp diodes connected in parallel.
  • the first switching element Q1 includes a plurality of first transistors Q1-1 and Q1-2 connected in parallel to each other.
  • the second switching element Q2 includes a plurality of second transistors Q2-1 and Q2-2 connected in parallel to each other.
  • the third switching element Q3 includes a plurality of third transistors Q3-1 and Q3-2 connected in parallel to each other.
  • the fourth switching element Q4 includes a plurality of fourth transistors Q4-1 and Q4-2 connected in parallel to each other.
  • the first clamp element CD1 includes a plurality of first clamp diodes CD1-1 and CD1-2 connected in parallel to each other.
  • the first clamp diodes CD1-1 and CD1-2 are arranged so as to be aligned in the traveling direction X of the electric vehicle, and are connected in parallel to each other.
  • the second clamp element CD2 includes a plurality of second clamp diodes CD2-1 and CD2-2 connected in parallel to each other.
  • the second clamp diodes CD2-1 and CD2-2 are also arranged in parallel in the traveling direction X of the electric vehicle in parallel with the arrangement of the first clamp diodes CD1-1 and CD1-2, and are connected in parallel to each other. .
  • the power conversion device 100 according to the second embodiment can flow a relatively large current.
  • Other configurations of the second embodiment may be the same as the corresponding configurations of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic layout diagram showing the arrangement of the first to fourth transistors Q1-1 to Q4-2.
  • the first to fourth transistors Q1-1 to Q4-2 shown in FIG. 6 may be used for any switching element of the switching units 31, 32, and 41 to 43.
  • the switching elements of all the switching units 31, 32, 41 to 43 may be arranged in the layout shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the arrangement of the first to fourth transistors Q1-1 to Q4-2 and the clamp diodes CD1-1 to CD2-2 on the heat receiving plate 350.
  • the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 are arranged so as to be aligned in a direction Y substantially perpendicular to the traveling direction X of the electric vehicle.
  • the plurality of first transistors Q1-1 and Q1-2 are arranged in the direction Y.
  • the plurality of fourth transistors Q4-1 and Q4-2 are arranged in the direction Y.
  • the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are also arranged in the direction Y.
  • the plurality of second transistors Q2-1 and Q2-2 are arranged in the direction Y in parallel with the arrangement of the plurality of first transistors Q1-1 and Q1-2.
  • the plurality of third transistors Q3-1 and Q3-2 are arranged in the direction Y in parallel with the arrangement of the plurality of fourth transistors Q4-1 and Q4-2. .
  • the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are arranged adjacent to the traveling direction X of the electric vehicle.
  • the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are arranged adjacent to the traveling direction X of the electric vehicle.
  • the distance D13 and the distance D14 between the fourth transistors Q4-1 and Q4-2 are equal to the distance D21 between the first transistor Q1-1 and the second transistor Q2-1 adjacent to each other in the X direction.
  • the distance D24 is larger than the distance D24 between the third transistor Q3-2 and the fourth transistor Q4-2 adjacent to each other in the X direction.
  • the first clamp diode CD1-1 is disposed between the first transistors Q1-1 and Q1-2.
  • the first clamp diode CD1-2 is disposed between the second transistors Q2-1 and Q2-2.
  • the second clamp diode CD2-1 is disposed between the third transistors Q3-1 and Q3-2.
  • the second clamp diode CD2-2 is disposed between the fourth transistors Q4-1 and Q4-2.
  • the first transistors Q1-1 and Q1-2 are included in the first switching element Q1 and operate similarly at the same timing. Therefore, the first transistors Q1-1 and Q1-2 cause almost equal heat loss.
  • the second transistors Q2-1 and Q2-2 are included in the second switching element Q2 and operate similarly at the same timing. Accordingly, the second transistors Q2-1 and Q2-2 also generate substantially equal heat loss.
  • the third transistors Q3-1 and Q3-2 are included in the third switching element Q3 and operate similarly at the same timing. Accordingly, the third transistors Q3-1 and Q3-2 also generate substantially equal heat loss.
  • the fourth transistors Q4-1 and Q4-2 are included in the fourth switching element Q4 and operate similarly at the same timing. Accordingly, the fourth transistors Q4-1 and Q4-2 also generate almost equal heat loss.
  • the heat receiving plate 350 and the heat radiation fins 300 can efficiently release heat.
  • the heat dissipating fins 300 do not need to be locally large and can be made substantially uniform and uniform as a result of the heat dispersion. This leads to miniaturization of the power conversion device 100.
  • the first clamp diode CD1-1 is provided between the first transistors Q1-1 and Q1-2, and the first clamp diode CD1 is provided between the second transistors Q2-1 and Q2-2.
  • -2 is provided, the second clamp diode CD2-1 is provided between the third transistors Q3-1 and Q3-2, and the second clamp diode CD2-2 is provided between the fourth transistors Q4-1 and Q4-2. Is provided.
  • the intervals D11 to D14 can be widened without wasting the space between the fourth transistors Q4-1 and Q4-2.
  • the first and second switching elements Q1 and Q2 repeat the asymmetric operation as described above, and thus the heat loss is different from each other.
  • the 3rd and 4th switching elements Q3 and Q4 also repeat asymmetric operation
  • the intervals D21 to D24 may be narrower than the intervals D11 to D14.
  • the switching element Q1, the clamp element CD1, and the switching element Q4 are arranged adjacent to the switching element Q2, the clamp element CD2, and the switching element Q3 in the X direction, respectively.
  • a metal wiring plate becomes small and the inductance of wiring can be reduced.
  • the surge voltage in the switching operation of switching elements Q1 to Q4 can be reduced.

Abstract

　第１スイッチング素子（Ｑ１）および第４スイッチング素子（Ｑ４）は、電気車の進行方向（Ｘ）に対して略垂直方向（Ｙ）に並ぶように配置されている。第２スイッチング素子（Ｑ２）および第３スイッチング素子（Ｑ３）は、第１スイッチング素子（Ｑ１）と第４スイッチング素子（Ｑ４）の並びと並行して並ぶように配置されている。第１スイッチング素子と第４スイッチング素子との間の間隔（Ｄ１）および第２スイッチング素子と第３スイッチング素子との間の間隔（Ｄ２）は、第１または第４スイッチング素子と該第１または第４スイッチング素子に隣接する第２または第３スイッチング素子との間の間隔（Ｄ３，Ｄ４）よりも広い。

Description

電力変換装置
　本発明による実施形態は、電力変換装置に関する。
　従来から電気車の主電動機（モータ）等の駆動システムを動作させるために電力変換装置が用いられている。電力変換装置は、電気車の車輪を回転させるために、架線から得た電力を駆動システムに必要な電力に変換する。
　このような電力変換装置は、複数のスイッチング素子（例えば、ＧＴＯ(Gate Turn Off Thyristor)、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等）により構成されたコンバータやインバータを含み、スイッチングにより損失（熱）を発生する。このため、電力変換装置は、冷却器を用いて冷却する必要がある。
　冷却器としては、例えば、放熱フィンやブロアが用いられている。放熱フィンは、スイッチング素子の熱を車両の走行風またはブロアの強制風によって空中へ放出する。
　しかし、発熱量の大きなスイッチング素子が局所的に偏って配置されている場合、受熱板や放熱フィンの温度はそのスイッチング素子の位置において局所的に高くなる。従って、放熱フィンを局所的または全体的に大きくする必要がある。この場合、電力変換装置のサイズが大きくなってしまう。
特開２０００－０９２８１９号公報
　スイッチング素子から生じる熱を効率良く放出することができ、小型化された電力変換装置を提供する。
　本実施形態による電力変換装置は、電気車の負荷に供給する電力を生成する。第１スイッチング素子および第２スイッチング素子は、直流電力の正極配線と交流電力の第１相配線との間に直列に接続されている。第３スイッチング素子および第４スイッチング素子は、交流電力の第１相配線と直流電力の負極配線との間に直列に接続されている。第１スイッチング素子および第４スイッチング素子は、電気車の進行方向に対して略垂直方向に並ぶように配置されている。第２スイッチング素子および第３スイッチング素子は、第１スイッチング素子と第４スイッチング素子の並びと並行して並ぶように配置されている。第１スイッチング素子と第４スイッチング素子との間の間隔、および、第２スイッチング素子と第３スイッチング素子との間の間隔は、第１または第４スイッチング素子と該第１または第４スイッチング素子に隣接する第２または第３スイッチング素子との間の間隔よりも広い。
鉄道等の電気車に搭載される電力変換装置１００の構成の一例を示す概略図。 電力変換装置１００の各構成要素の配置の一例を示す斜視図。 スイッチング部４１の構成の一例を示す等価回路図。 インバータ４０内のスイッチング部４１～４３の配置および第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の配置を示す概略的なレイアウト図。 第２の実施形態に従ったスイッチング部４１の構成の一例を示す等価回路図。 第１～第４トランジスタＱ１－１～Ｑ４－２の配置を示す概略的なレイアウト図。
実施形態
　以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
（第１の実施形態）
　図１は、電気車に搭載される電力変換装置１００の構成の一例を示す概略図である。電気車は、例えば、鉄道等の線路上を電力で走行する車両である。電力変換装置１００は、架線１３からパンタグラフ１２を介して交流電力を受け、該交流電力を三相交流電力に変換して、該三相交流電力を電動機（例えば、三相交流モータ）１１に供給する。
　電力変換装置１００は、制御部１０と、変圧器２０と、コンバータ３０と、インバータ４０と、遮断器５０と、充電抵抗６１、６２と、接触器７１～７４と、分圧コンデンサ８１、８２と、電流検出器９０とを備えている。尚、変圧器２０および遮断器５０は、電力変換装置１００とは別体であってもよい。
　変圧器２０は、パンタグラフ１２を介して架線１３からの交流電力を１次コイルで受け、その交流電力を変圧して２次コイルからコンバータ３０へ供給する。例えば、変圧器２０は、２次コイルからＵ相およびＶ相の単相交流電力をコンバータ３０へ供給する。変圧器２０とコンバータ３０との間には、２本の配線（Ｕ相配線およびＶ相配線）が設けられており、これらの配線が単相交流電力をコンバータ３０へ伝達する。
　コンバータ３０は、変圧器２０の２次コイルから交流電力を受けて、その交流電力を直流電力へ変換する。コンバータ３０は、例えば、Ｕ相のスイッチング部３１と、Ｖ相のスイッチング部３２とを備えている。Ｕ相のスイッチング部３１は、単相交流電力のうちＵ相をスイッチングすることによって該Ｕ相の電力を直流電力へ変換する。Ｖ相のスイッチング部３２は、単相交流電力のうちＶ相をスイッチングすることによって該Ｖ相の電力を直流電力へ変換する。コンバータ３０とインバータ４０との間には、３本の配線（正極配線Ｐ、負極配線Ｎおよび中性点配線Ｃ）が設けられており、これらの配線が直流電力をインバータ４０へ伝達する。スイッチング部３１、３２の内部構成については後で説明する。
　インバータ４０は、コンバータ３０からの直流電力を受けて、その直流電力を三相交流電力へ変換する。インバータ４０は、例えば、Ｕ相のスイッチング部４１と、Ｖ相のスイッチング部４２と、Ｗ相のスイッチング部４３とを備えている。Ｕ相のスイッチング部４１は、直流電力を受けて三相交流電力のうちＵ相の交流電力を出力する。Ｖ相のスイッチング部４２は、直流電力を受けて三相交流電力のうちＶ相の交流電力を出力する。Ｗ相のスイッチング部４３は、直流電力を受けて三相交流電力のうちＷ相の交流電力を出力する。インバータ４０と電動機１１との間には、３本の配線（Ｕ相配線、Ｖ相配線およびＷ相配線）が設けられており、これらの配線が三相交流電力を電動機１１へ伝達する。三相交流電力は、電動機１１を駆動するために用いられる。スイッチング部４１～４３の内部構成については後で説明する。
　遮断器５０は、パンタグラフ１２と変圧器２０との間に設けられた主電源スイッチであり、例えば、ＶＣＢ（Vacuum Circuit Breaker）である。接触器７２および接触器７４は、変圧器２０の２次コイルとコンバータ３０との間のＵ相配線およびＶ相配線にそれぞれ設けられている。接触器７２および接触器７４は、例えば、重大な故障が生じたときに電力を遮断する高速度遮断器である。接触器７１および充電抵抗６１は、直列に接続され、接触器７２に対して並列に接続されている。接触器７３および充電抵抗６２も、直列に接続され、接触器７４に対して並列に接続されている。接触器７１、７２および充電抵抗６１、６２は、電力変換装置１００の起動時に分圧コンデンサ８１、８２をゆっくり充電するために用いられる。
　分圧コンデンサ８１は、正極配線Ｐと中性点配線Ｃとの間に接続されている。分圧コンデンサ８２は、中性点配線Ｃと負極配線Ｎとの間に接続されている。分圧コンデンサ８１、８２によって、中性点配線Ｃは、正極配線Ｐと負極配線Ｎとの間の電圧（例えば、中間電圧）になる。
　電流検出器９０は、中性点配線Ｃ、グランドおよび制御部１０に接続されており、中性点配線Ｃを介してグランドに流れる電流あるいはその逆方向に流れる電流を検出し、その電流測定値を制御部１０へ出力する。
　制御部１０は、コンバータ３０、インバータ４０、遮断器５０、７１～７４等の電力変換装置の各構成要素を制御する。例えば、制御部１０は、コンバータ３０およびインバータ４０を構成するスイッチング素子のスイッチング状態（オン状態またはオフ状態）を制御する。
　負荷としての電動機１１は、電力変換装置１００からの三相交流電力を受けて駆動する。電動機１１が電気車の車輪を回転させることにより、電気車は、鉄道等の線路上を走行することができる。
　図２は、電力変換装置１００の各構成要素の配置の一例を示す斜視図である。電力変換装置１００の構成要素は、筐体２００の内部に収容されている。矢印Ｘは、電気車の進行方向（電気車の長手方向）を示す。矢印Ｙは電気車の進行方向に対して略垂直方向を示す。
　コンバータ部２０１は、コンバータ３０を含む部分である。インバータ部２０２は、インバータ４０を含む部分である。コントロール部２０３は、制御部１０を含む部分である。スイッチ・センサ部２０４は、接触器７１～７４および電流検出器９０を含む部分である。
　なお、コンバータ部２０１、インバータ部２０２、コントロール部２０３、およびスイッチ・センサ部２０４は、配線や熱耐性などの特性によって比較的近傍に設置される機器をグループ化したもので、ユニット化されていることを示すものではない。また、電力変換装置１００は、少なくともコンバータ部２０１、インバータ部２０２および放熱フィン３００によって構成され得る。
　また、電力変換装置１００内において、コンバータ部２０１およびインバータ部２０２は、電気車の進行方向Ｘに並べて配置されている。また、コンバータ部２０１とインバータ部２０２を電気車の片方の側面に寄せて配置することによって、電気車の側面側に設けられた電力変換装置１００の開口部からコンバータ部２０１およびインバータ部２０２へ容易にアクセスすることができる。これにより、コンバータ部２０１およびインバータ部２０２の出し入れが容易になる。さらに電気車の側面において行う検査等の作業は多いので、電気車の側面において継続的に作業を行うことによって、作業を効率化することができる。
　さらに、コンバータ部２０１内のスイッチング部３１、３２は、受熱板（図４（Ｂ）の３５０参照）に取り付けられており、受熱板から筐体２００の外部へ延伸する放熱フィン３００に熱的に接続されている。インバータ部２０２内のスイッチング部４１～４３も、受熱板に取り付けられており、受熱板から筐体２００の外部へ延伸する放熱フィン３００に熱的に接続されている。これにより、スイッチング部３１、３２、４１～４３において発生する熱は、受熱板を介して放熱フィン３００に伝導し、放熱フィン３００から放熱される。尚、コンバータ部２０１の受熱板とインバータ部２０２の受熱板は、それぞれ別体でもよく、あるいは、一体であってもよい。
　図３は、スイッチング部４１の構成の一例を示す等価回路図である。スイッチング部３１、３２、４１～４３は、交流電力の配線（Ｕ相配線、Ｖ相配線、Ｗ相配線）および直流電力の配線（正極配線Ｐ、負極配線Ｎ、中性点配線Ｃ）との接続関係において異なるものの、それぞれ同様の構成を有する。以下、スイッチング部４１について説明し、他のスイッチング部３１、３２、４２、４３についての説明は省略する。
　スイッチング部４１は、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２と、第３スイッチング素子Ｑ３と、第４スイッチング素子Ｑ４と、第１クランプ素子ＣＤ１と、第２クランプ素子ＣＤ２とを備えている。
　第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２は、直流電力の正極配線Ｐと交流電力のＵ相配線（第１相配線）との間に直列に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３および第４スイッチング素子Ｑ４は、交流電力のＵ相配線と直流電力の負極配線Ｎとの間に直列に接続されている。換言すると、等価回路において、第１から第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の順番で正極配線Ｐから負極配線Ｎまで直列に接続されている。第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３との間のノードがＵ相配線に接続されている。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、それぞれ、例えば、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等のパワー半導体トランジスタにより構成されている。
　第１クランプ素子ＣＤ１は、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との間の第１ノードＮ１と直流電力の中性点配線Ｃとの間に接続されている。第２クランプ素子ＣＤ２は、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４との間の第２ノードＮ２と直流電力の中性点配線Ｃとの間に接続されている。換言すると、第１および第２クランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２は、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との間に直列に接続されている。第１クランプ素子ＣＤ１と第２クランプ素子ＣＤ２との間のノードは、中性点配線Ｃに接続されている。クランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２は、例えば、クランプ用ダイオードで構成されている。第１クランプ素子ＣＤ１のアノードは、中性点配線Ｃに接続され、カソードは、ノードＮ１に接続されている。第２クランプ素子ＣＤ２のアノードはノードＮ２に接続されており、カソードは中性点配線Ｃに接続されている。
　このような構成を有するスイッチング部４１は、正極配線Ｐ、負極配線Ｎおよび中性点配線Ｃから直流電力を受けて、三相交流電力のＵ相電力の正弦波を生成する。
（正極側の正弦波の生成）
　例えば、まず、第２スイッチング素子Ｑ２が継続的にオン状態であり、第４スイッチング素子Ｑ４がオフ状態であるときに、第１スイッチング素子Ｑ１および第３スイッチング素子Ｑ３が相補的かつ交互にスイッチング動作する。即ち、第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態とオフ状態とを繰り返し、第３スイッチング素子Ｑ３が第１スイッチング素子Ｑ１とは逆にオフ状態とオン状態とを繰り返す。第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態であり、第３スイッチング素子Ｑ３がオフ状態のときに、Ｕ相配線は、正極配線Ｐに接続され正電圧を受ける。第３スイッチング素子Ｑ３がオン状態であり、第１スイッチング素子Ｑ１がオフ状態のときに、Ｕ相配線は、第１および第２クランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２を介して中性点配線Ｃに接続され中間電圧（正電圧と負電圧との間の電圧）を受ける。
　第２スイッチング素子Ｑ２が継続的にオン状態であり、第４スイッチング素子Ｑ４が継続的にオフ状態である期間において、Ｕ相配線の電圧を正弦波にするためには、第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態である第１オン期間と第３スイッチング素子Ｑ３がオン状態である第３オン期間とを以下のように変更する。
　例えば、当初、第３スイッチング素子Ｑ３がほとんど継続的にオン状態となっている。このとき、Ｕ相配線の電圧は、直流電力の中性点配線Ｃの電圧にほぼ等しい。
　この状態から第３スイッチング素子Ｑ３がオン状態である第３オン期間が次第に短くなり、逆に、第１スイッチング素子Ｑ３がオン状態である第１オン期間が次第に長くなっていく。これにより、Ｕ相配線の電圧は、中性点配線Ｃの電圧から次第に正極配線Ｐの電圧に近づいていく。
　その後、第１オン期間が第３オン期間より次第に長くなり、第１スイッチング素子Ｑ１がほとんど継続的にオン状態になる。これにより、Ｕ相配線の電圧は、直流電力の正極配線Ｐの電圧にほぼ等しくなる。
　さらにその後、第３オン期間が第１オン期間より次第に長くなり、第３スイッチング素子Ｑ３がほとんど継続的にオン状態になる。これにより、Ｕ相配線の電圧は、中性点配線Ｃの電圧に戻る。このように、Ｕ相配線の電圧は、中性点配線Ｃの電圧から正極配線Ｐの電圧へ一旦上昇し、中性点配線Ｃの電圧へ戻るように変化する。その結果、Ｕ相配線の電圧は、中性点配線Ｃの電圧と正極配線Ｐの電圧との間で正弦波状に変化する。即ち、Ｕ相配線の電圧は、正極側の正弦波（山成りの曲線）となる。
（負極側の正弦波の生成）
　次に、第３スイッチング素子Ｑ３が継続的にオン状態であり、第１スイッチング素子Ｑ１がオフ状態であるときに、第２スイッチング素子Ｑ２および第４スイッチング素子Ｑ４が相補的かつ交互にスイッチング動作する。即ち、第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態とオフ状態とを繰り返し、第４スイッチング素子Ｑ４が第２スイッチング素子Ｑ２とは逆にオフ状態とオン状態とを繰り返す。第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態であり、第４スイッチング素子Ｑ４がオフ状態のときに、Ｕ相配線は、第１および第２クランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２を介して中性点配線Ｃに接続され中間電圧（正電圧と負電圧との間の電圧）を受ける。第４スイッチング素子Ｑ４がオン状態であり、第２スイッチング素子Ｑ２がオフ状態のときに、Ｕ相配線は、負極配線Ｎに接続され負電圧を受ける。
　第３スイッチング素子Ｑ３が継続的にオン状態であり、第１スイッチング素子Ｑ１が継続的にオフ状態である期間において、Ｕ相配線の電圧を正弦波にするために、第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態である第２オン期間と第４スイッチング素子Ｑ４がオン状態である第４オン期間とを以下のように変更する。
　例えば、正側の正弦波の生成後、第２および第３スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３は、オン状態となっており、第１および第４スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４はオン状態となっている。このとき、Ｕ相配線の電圧は、直流電力の中性点配線Ｃの電圧にほぼ等しい。
　この状態から第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態である第２オン期間が次第に短くなり、逆に、第４スイッチング素子Ｑ４がオン状態である第４オン期間が次第に長くなっていく。これにより、Ｕ相配線の電圧は、中性点配線Ｃの電圧から次第に負極配線Ｎの電圧に近づいていく。
　その後、第４オン期間が第２オン期間より次第に長くなり、第４スイッチング素子Ｑ４がほとんど継続的にオン状態になる。これにより、Ｕ相配線の電圧は、直流電力の負極配線Ｎの電圧にほぼ等しくなる。
　さらにその後、第２オン期間が第４オン期間より次第に長くなり、第２スイッチング素子Ｑ２がほとんど継続的にオン状態になる。これにより、Ｕ相配線の電圧は、中性点配線Ｃの電圧に戻る。これにより、Ｕ相配線の電圧は、中性点配線Ｃの電圧から負極配線Ｎの電圧へ一旦低下し、中性点配線Ｃの電圧へ戻るように変化する。これにより、Ｕ相配線の電圧は、中性点配線Ｃの電圧と負極配線Ｎの電圧との間で正弦波状に変化する。即ち、Ｕ相配線の電圧は、負側の正弦波（谷型の曲線）となる。
　スイッチング部４１は、上記正極側の正弦波の生成と負極側の正弦波の生成とを繰り返し実行することによって、Ｕ相の電圧を正弦波にすることができる。
　スイッチング部４２、４３は、スイッチング部４１と同様に動作することによって、それぞれＶ相およびＷ相の電圧を正弦波にすることができる。ただし、スイッチング部４１～４３は、それぞれ位相を約１２０度ずつずらして正弦波を生成する。これにより、スイッチング部４１～４３を含むインバータ４０は、直流電力を三相交流電力へ変換することができる。
　また、スイッチング部３１、３２も、基本的にスイッチング部４１と同様に動作することによって、変圧器２０からの単相交流電力を直流電力へ変換することができる。例えば、スイッチング部３１は、単相交流電力のＵ相を図３の第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３との間のノードで受ける。そして、スイッチング部３１のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、図３の正極配線Ｐから正電圧を出力し、負極配線Ｎから負電圧を出力するようにスイッチング動作する。これにより、スイッチング部３１は、単相交流電力のＵ相を直流電力へ変換することができる。スイッチング部３２は、スイッチング部３１と同様に動作し、単相交流電力のＶ相を直流電力へ変換する。ただし、Ｕ相およびＶ相の各位相は、１８０度ずれているので、スイッチング部３１、３２は、それぞれＵ相およびＶ相に適合したタイミングでスイッチング動作を実行する。これにより、スイッチング部３１、３２を含むコンバータ３０は、単相交流電力を直流電力へ変換することができる。
　次に、スイッチング部４１～４３、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の配置について説明する。
　図４（Ａ）は、インバータ４０内のスイッチング部４１～４３の配置を示す概略的なレイアウト図である。スイッチング部４１～４３は、電気車の進行方向Ｘに対して略垂直方向Ｙに配列されている。これにより、インバータ４０のＹ方向（電気車の幅方向）の幅が広くなるので、インバータ４０の下方にある放熱フィンが走行風を受けやすくなり、放熱効率が向上する。また、インバータ４０のＸ方向（電気車の長手方向）の長さが短くなる。これにより、電力変換装置１００のＸ方向の長さが短くなるので、電気車の車輪間の距離が短くても、電力変換装置１００が配置し易くなる。
　尚、コンバータ３０のスイッチング部３１、３２も、電気車の進行方向Ｘに対して略垂直方向Ｙに配列されている。従って、コンバータ３０についてもインバータ４０と同様のことが言える。
　図４（Ｂ）は、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の配置を示す概略的なレイアウト図である。尚、図４（Ｂ）に示す第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、スイッチング部３１、３２、４１～４３のいずれのスイッチング素子であってもよい。勿論、全てのスイッチング部３１、３２、４１～４３のスイッチング素子が図４（Ｂ）に示すレイアウトで配置されていてもよい。また、図４（Ｂ）は、受熱板３５０上におけるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４およびクランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２の配置を示す。図４（Ｂ）では、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の端子およびクランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２の端子を接続する金属配線プレートの図示を省略している。金属配線プレートは、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の端子およびクランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２の端子上に設けられることによって、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４およびクランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２を図３に示す等価回路と同様に電気的に接続する。
　第１スイッチング素子Ｑ１および第４スイッチング素子Ｑ４は、電気車の進行方向Ｘに対して略垂直方向Ｙに並ぶように配置されている。第２スイッチング素子Ｑ２および第３スイッチング素子Ｑ３も、第１スイッチング素子Ｑ１および第４スイッチング素子Ｑ４の並びと並行して、方向Ｙに並ぶように配置されている。また、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２は、電気車の進行方向Ｘに隣接して配列されている。第３スイッチング素子Ｑ３および第４スイッチング素子Ｑ４も、方向Ｘに隣接して配列されている。
　さらに、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４との間の間隔Ｄ１、および、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３との間の間隔Ｄ２は、第１スイッチング素子Ｑ１とそれに隣接する第２スイッチング素子Ｑ２との間の間隔Ｄ３、および、第４スイッチング素子Ｑ４とそれに隣接する第３スイッチング素子Ｑ３との間の間隔Ｄ４よりも広い。
　第１クランプ部ＣＤ１は、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４との間に配置されている。第２クランプ部ＣＤ２は、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３との間に配置されている。
　ここで、上述の正弦波の生成動作を参照すると、第１および第４スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４は、タイミングにおいて異なるが、周期的に同様の動作を繰り返すことがわかる。第１および第４スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４は、互いに対称的な動作を繰り返すと言ってもよい。第２および第３スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３も、タイミングにおいて異なるが、周期的に同様の動作を繰り返すことがわかる。第２および第３スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３は、互いに対称的な動作を繰り返すと言ってもよい。一方、第１および第４スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４の動作は、第２および第３スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の動作と基本的に異なる。即ち、第１および第４スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４の動作は、第２および第３スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の動作と対称的でない。従って、電気車の走行中において、第１および第４スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４は、ほぼ等しい熱損失（スイッチング損失）を生じ、第２および第３スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３は、ほぼ等しい熱損失（スイッチング損失）を生じる。即ち、電気車の走行中において、第１および第４スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４の発熱量はほぼ等しく、第２および第３スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の発熱量はほぼ等しい。
　このように、熱損失のほぼ等しいスイッチング素子同士の間隔Ｄ１、Ｄ２を広くすることによって、熱が受熱板３５０および放熱フィン３００に局所的に集中することを抑制することができる。これにより、受熱板３５０および放熱フィン３００が効率的に熱を放出することができる。また、熱が分散することによって、放熱フィン３００は、局所的に大きく形成する必要が無く、かつ、全体的にほぼ均一に小さくすることができる。これは、電力変換装置１００の小型化に繋がる。
　本実施形態では、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４との間に第１クランプ素子ＣＤ１を設けている。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４との間のスペースを無駄にすること無く、間隔Ｄ１を広くすることができる。また、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３との間に第２クランプ素子ＣＤ２を設けている。これにより、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３との間のスペースを無駄にすること無く、間隔Ｄ２を広くすることができる。
　間隔Ｄ３は比較的狭いが、第１および第２スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、上述の通り、非対称的な動作を繰り返すため、熱損失が互いに相違する。間隔Ｄ４もＤ３と同様に比較的狭いが、第３および第４スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４も、上述の通り、非対称的な動作を繰り返すため、熱損失が互いに相違する。従って、間隔Ｄ３、Ｄ４は、間隔Ｄ１、Ｄ２と比較して狭くても構わない。間隔Ｄ３、Ｄ４を狭くすることによって、電気車の進行方向Ｘにおけるスイッチング部３１、３２、４１～４３の長さが短くなる。これにより、電気車の前輪と後輪との間の距離が短くても、電力変換装置１００が配置し易くなる。
　また、図４（Ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１、クランプ素子ＣＤ１、スイッチング素子Ｑ４を、それぞれスイッチング素子Ｑ２、クランプ素子ＣＤ２、スイッチング素子Ｑ３に対してＸ方向に隣接配置することによって、金属配線プレートを小さくすることができる。これにより、金属配線プレートのインダクタンスを低下させることができる。金属配線プレートのインダクタンスを低下させることによって、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作におけるサージ電圧を低下させることができる。
　尚、図４（Ｂ）に示すレイアウトにおいて、第１クランプ素子ＣＤ１と第２クランプ素子ＣＤ２の位置は互いに入れ替えてもよい。また、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の位置も互いに入れ替えてもよい。第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の位置を入れ替えた場合、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３との距離が長くならないように、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４の位置も互いに入れ替えることが好ましい。
（第２の実施形態）
　図５は、第２の実施形態に従ったスイッチング部４１の構成の一例を示す等価回路図である。スイッチング部３１、３２、４１～４３は、接続関係において異なるものの、それぞれ同様の構成を有する。以下、スイッチング部４１について説明し、他のスイッチング部３１、３２、４２、４３についての説明は省略する。
　第２の実施形態では、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４が、それぞれ並列接続された複数のトランジスタで構成されている。また、第１および第２クランプ素子ＣＤ１、ＣＤ２が、それぞれ並列接続された複数のクランプダイオードで構成されている。
　より詳細には、第１スイッチング素子Ｑ１は、互いに並列接続された複数の第１トランジスタＱ１－１、Ｑ１－２を含む。第２スイッチング素子Ｑ２は、互いに並列接続された複数の第２トランジスタＱ２－１、Ｑ２－２を含む。第３スイッチング素子Ｑ３は、互いに並列接続された複数の第３トランジスタＱ３－１、Ｑ３－２を含む。第４スイッチング素子Ｑ４は、互いに並列接続された複数の第４トランジスタＱ４－１、Ｑ４－２を含む。
　第１クランプ素子ＣＤ１は、互いに並列接続された複数の第１クランプダイオードＣＤ１－１、ＣＤ１－２を含む。第１クランプダイオードＣＤ１－１およびＣＤ１－２は、電気車の進行方向Ｘに並ぶように配置され、互いに並列接続されている。第２クランプ素子ＣＤ２は、互いに並列接続された複数の第２クランプダイオードＣＤ２－１、ＣＤ２－２を含む。第２クランプダイオードＣＤ２－１およびＣＤ２－２も、第１クランプダイオードＣＤ１－１およびＣＤ１－２の並びと並行して、電気車の進行方向Ｘに並ぶように配置され、互いに並列接続されている。
　これにより、第２の実施形態による電力変換装置１００は、比較的大きな電流を流すことができる。第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態の対応する構成と同様でよい。
　図６は、第１～第４トランジスタＱ１－１～Ｑ４－２の配置を示す概略的なレイアウト図である。尚、図６に示す第１～第４トランジスタＱ１－１～Ｑ４－２は、スイッチング部３１、３２、４１～４３のいずれのスイッチング素子に用いられてもよい。勿論、全てのスイッチング部３１、３２、４１～４３のスイッチング素子が図６に示すレイアウトで配置されていてもよい。また、図６は、受熱板３５０上における第１～第４トランジスタＱ１－１～Ｑ４－２およびクランプダイオードＣＤ１－１～ＣＤ２－２の配置を示す。
　第１スイッチング素子Ｑ１および第４スイッチング素子Ｑ４は、電気車の進行方向Ｘに対して略垂直方向Ｙに並ぶように配置されている。第１スイッチング素子Ｑ１において、複数の第１トランジスタＱ１－１、Ｑ１－２は、方向Ｙに並ぶように配置されている。第４スイッチング素子Ｑ４において、複数の第４トランジスタＱ４－１、Ｑ４－２は、方向Ｙに並ぶように配置されている。
　第２スイッチング素子Ｑ２および第３スイッチング素子Ｑ３も、同様に方向Ｙに並ぶように配置されている。第２スイッチング素子Ｑ２において、複数の第２トランジスタＱ２－１、Ｑ２－２は、複数の第１トランジスタＱ１－１、Ｑ１－２の並びと並行して、方向Ｙに並ぶように配置されている。第３スイッチング素子Ｑ３において、複数の第３トランジスタＱ３－１、Ｑ３－２は、複数の第４トランジスタＱ４－１、Ｑ４－２の並びと並行して、方向Ｙに並ぶように配置されている。
　第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２は、電気車の進行方向Ｘに隣接して配列されている。第３スイッチング素子Ｑ３および第４スイッチング素子Ｑ４は、電気車の進行方向Ｘに隣接して配列されている。
　さらに、第１トランジスタＱ１－１とＱ１－２との間の間隔Ｄ１１、第２トランジスタＱ２－１とＱ２－２との間の間隔Ｄ１２、第３トランジスタＱ３－１とＱ３－２との間の間隔Ｄ１３、および、第４トランジスタＱ４－１とＱ４－２との間の間隔Ｄ１４は、互いにＸ方向に隣接する第１トランジスタＱ１－１と第２トランジスタＱ２－１との間の間隔Ｄ２１、互いにＸ方向に隣接する第１トランジスタＱ１－２と第２トランジスタＱ２－２との間の間隔Ｄ２２、互いにＸ方向に隣接する第３トランジスタＱ３－１と第４トランジスタＱ４－１との間の間隔Ｄ２３、並びに、互いにＸ方向に隣接する第３トランジスタＱ３－２と第４トランジスタＱ４－２との間の間隔Ｄ２４よりも広い。
　第１クランプダイオードＣＤ１－１は、第１トランジスタＱ１－１とＱ１－２との間に配置されている。第１クランプダイオードＣＤ１－２は、第２トランジスタＱ２－１とＱ２－２との間に配置されている。第２クランプダイオードＣＤ２－１は、第３トランジスタＱ３－１とＱ３－２との間に配置されている。第２クランプダイオードＣＤ２－２は、第４トランジスタＱ４－１とＱ４－２との間に配置されている。
　ここで、第１トランジスタＱ１－１、Ｑ１－２は、第１スイッチング素子Ｑ１に含まれ同じタイミングで同様に動作する。従って、第１トランジスタＱ１－１、Ｑ１－２は、ほぼ等しい熱損失を生じる。第２トランジスタＱ２－１、Ｑ２－２は、第２スイッチング素子Ｑ２に含まれ同じタイミングで同様に動作する。従って、第２トランジスタＱ２－１、Ｑ２－２も、ほぼ等しい熱損失を生じる。第３トランジスタＱ３－１、Ｑ３－２は、第３スイッチング素子Ｑ３に含まれ同じタイミングで同様に動作する。従って、第３トランジスタＱ３－１、Ｑ３－２も、ほぼ等しい熱損失を生じる。第４トランジスタＱ４－１、Ｑ４－２は、第４スイッチング素子Ｑ４に含まれ同じタイミングで同様に動作する。従って、第４トランジスタＱ４－１、Ｑ４－２も、ほぼ等しい熱損失を生じる。
　このように、熱損失のほぼ等しいスイッチング素子同士の間隔Ｄ１１～Ｄ１４を広くすることによって、熱が受熱板３５０および放熱フィン３００に局所的に集中することを抑制することができる。これにより、受熱板３５０および放熱フィン３００が効率的に熱を放出することができる。また、熱が分散することによって、放熱フィン３００は、局所的に大きく形成する必要が無く、かつ、全体的にほぼ均一に小さくすることができる。これは、電力変換装置１００の小型化に繋がる。
　第２の実施形態では、第１トランジスタＱ１－１とＱ１－２との間に第１クランプダイオードＣＤ１－１を設け、第２トランジスタＱ２－１とＱ２－２との間に第１クランプダイオードＣＤ１－２を設け、第３トランジスタＱ３－１とＱ３－２との間に第２クランプダイオードＣＤ２－１を設け、第４トランジスタＱ４－１とＱ４－２との間に第２クランプダイオードＣＤ２－２を設けている。これにより、第１トランジスタＱ１－１とＱ１－２との間のスペース、第２トランジスタＱ２－１とＱ２－２との間のスペース、第３トランジスタＱ３－１とＱ３－２との間のスペース、第４トランジスタＱ４－１とＱ４－２との間のスペースを無駄にすること無く、間隔Ｄ１１～Ｄ１４を広くすることができる。
　間隔Ｄ２１～２４は比較的狭いが、第１および第２スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、上述の通り、非対称的な動作を繰り返すため、熱損失が互いに相違する。また、第３および第４スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４も、上述の通り、非対称的な動作を繰り返すため、熱損失が互いに相違する。従って、間隔Ｄ２１～２４は、間隔Ｄ１１～Ｄ１４と比較して狭くても構わない。間隔Ｄ２１～２４を狭くすることによって、電気車の進行方向Ｘにおけるスイッチング部３１、３２、４１～４３の長さが短くなる。これにより、電気車の前輪と後輪との間の距離が短くても、電力変換装置１００が配置し易くなる。
　また、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、スイッチング素子Ｑ１、クランプ素子ＣＤ１、スイッチング素子Ｑ４が、それぞれスイッチング素子Ｑ２、クランプ素子ＣＤ２、スイッチング素子Ｑ３とＸ方向に隣接配置される。これにより、金属配線プレートが小さくなり、配線のインダクタンスを低下させることができる。これにより、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作におけるサージ電圧を低下させることができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (12)

  1. 　電気車の負荷に供給する電力を生成する電力変換装置であって、
    　直流電力の正極配線と交流電力の第１相配線との間に直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、
    　前記交流電力の前記第１相配線と前記直流電力の負極配線との間に直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子とを備え、
    　前記第１スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は、前記電気車の進行方向に対して略垂直方向に並ぶように配置され、
    　前記第２スイッチング素子および前記第３スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の並びと並行して並ぶように配置され、
    　前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間の間隔、および、前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との間の間隔は、前記第１または第４スイッチング素子と該第１または第４スイッチング素子に隣接する前記第２または第３スイッチング素子との間の間隔よりも広い、電力変換装置。
  2. 　前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間の第１ノードと前記直流電力の中性点との間に接続された第１クランプ素子と、
    　前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間の第２ノードと前記直流電力の中性点との間に接続された第２クランプ素子とをさらに備え、
    　前記第１または第２クランプ部の一方が前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間に配置され、
    　前記第１または第２クランプ部の他方が前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との間に配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　等価回路において、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、前記第４スイッチング素子は、この順番で前記直流電力の正極配線から前記負極配線まで直列に接続されている、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記電気車の進行方向に隣接して配列され、
    　前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は、前記電気車の進行方向に隣接して配列されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記第２スイッチング素子がオン状態であり、かつ、前記第４スイッチング素子がオフ状態であるときに、前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とが相補的かつ交互にスイッチング動作し、
    　前記第３スイッチング素子がオン状態であり、かつ、前記第１スイッチング素子がオフ状態であるときに、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチングトランジスタとが相補的かつ交互にスイッチング動作する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 　電気車の負荷に供給する電力を生成する電力変換装置であって、
    　直流電力の正極配線と交流電力の第１相配線との間に直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、
    　前記交流電力の前記第１相配線と前記直流電力の負極配線との間に直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子とを備え、
    　前記第１スイッチング素子は、前記電気車の進行方向に対して略垂直方向に並ぶように配置され、互いに並列接続された複数の第１トランジスタを含み、
    　前記第２スイッチング素子は、前記複数の第１トランジスタの並びと並行して並ぶように配置され、互いに並列接続された複数の第２トランジスタを含み、
    　前記第３スイッチング素子は、前記電気車の進行方向に対して略垂直方向に並ぶように配置され、互いに並列接続された複数の第３トランジスタを含み、
    　前記第４スイッチング素子は、前記複数の第３トランジスタの並びと並行して並ぶように配置され、互いに並列接続された複数の第４トランジスタを含み、
    　前記複数の第１トランジスタ間の間隔、前記複数の第２トランジスタ間の間隔、前記複数の第３トランジスタ間の間隔および前記複数の第４トランジスタ間の間隔は、前記第１または第４トランジスタと該第１または第４トランジスタに隣接する前記第２または第３トランジスタとの間の間隔よりも広い、電力変換装置。
  7. 　前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間の第１ノードと　前記直流電力の中性点との間に接続された第１クランプ素子と、
    　前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間の第２ノードと前記直流電力の中性点との間に接続された第２クランプ素子とをさらに備え、
    　前記第１または第２クランプ部の一方が前記複数の第１トランジスタ間および前記複数の第２トランジスタ間に配置され、
    　前記第１または第２クランプ部の他方が前記複数の第３トランジスタ間および前記複数の第４トランジスタ間に配置されている、請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 　前記第１クランプ素子は、前記電気車の進行方向に並ぶように配置され、互いに並列接続された複数の第１クランプダイオードを含み、
    　前記第２クランプ素子は、前記複数の第１クランプダイオードの並びと並行して並ぶように配置され、互いに並列接続された複数の第２クランプダイオードを含む、請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 　等価回路において、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、前記第４スイッチング素子は、この順番で前記直流電力の正極配線から前記負極配線まで直列に接続されている、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記複数の第１トランジスタおよび前記複数の第２トランジスタは、前記電気車の進行方向に隣接して配列され、
    　前記複数の第３トランジスタおよび前記複数の第４トランジスタは、前記電気車の進行方向に隣接して配列されている、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  11. 　前記第２スイッチング素子がオン状態であり、かつ、前記第４スイッチング素子がオフ状態であるときに、前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とが相補的かつ交互にスイッチング動作し、
    　前記第３スイッチング素子がオン状態であり、かつ、前記第１スイッチング素子がオフ状態であるときに、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチングトランジスタとが相補的かつ交互にスイッチング動作する、請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  12. 　前記電気車の走行中において、前記複数の第１トランジスタは同時に動作し、前記複数の第２トランジスタは同時に動作し、前記複数の第３トランジスタは同時に動作し、並びに、前記複数の第４トランジスタは同時に動作する、請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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