WO2019102896A1

WO2019102896A1 - 減流装置

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Publication number: WO2019102896A1
Application number: PCT/JP2018/041883
Authority: WO
Inventors: 正登安東; 秋山　悟; 航成木
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2019-05-31
Also published as: JP6906431B2; JP2019097298A; EP3716463A1; EP3716463B1; EP3716463A4

Abstract

直流架線から電力変換装置に供給される電力を遮断する断流器と電力変換装置との間に配置されて、そのオン動作時に断流器からの電力を電力変換装置に供給するスイッチング素子と、スイッチング素子に複数の配線を介して並列に接続される抵抗器と、を有し、複数の配線は、スイッチング素子の高電位側の電極と抵抗器の一端とを接続する第一の配線と、スイッチング素子の低電位側の電極と抵抗器の他端とを接続する第二の配線とから構成され、第一の配線と第二の配線は、相対向して配置されて積層され、第一の配線と第二の配線には、スイッチング素子がオンからオフに移行した際に互いに逆方向の電流が流れる。

Description

減流装置

　本発明は、断流器と電力変換装置との間に配置される減流装置に関する。

　鉄道車両の床下は駆動電気品である電力変換装置やフィルタリアクトル、さらに信号機器が搭載されている。近年では、車両のメンテナンス性を向上するために、車両機器や設備の劣化・故障を把握するためのモニタリング装置の搭載が検討されている。鉄道車両の床下スペースは有限であることから、これらのモニタリング装置を車両に新しく搭載するためには、駆動電気品を小型化する必要がある。電力変換装置では、電圧駆動型のパワー半導体であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が適用されている。ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴをはじめとするパワー半導体は高速なスイッチング動作によりスイッチング損失を低減でき、発生損失を低減できることから電力変換装置の冷却器を小型化することができる。

　フィルタリアクトルを小型化するためにはそのインダクタンス値を低減することが有効である。しかし、インダクタンス値を低減すると、電力変換装置が故障、もしくは地絡が生じたときに架線から流入する単位時間当たりの電流が増大する。通常、この大電流は高速度遮断器など機械式の装置で遮断していたが、インダクタンス値を低減すると単位時間当たりの電流が増大するため、機械式の遮断器の遮断速度では変電所の許容電流を超過することが懸念される。そこで、半導体式の減流器と機械式の遮断器を組み合わせることで、機械式の遮断器単体に比べて遮断速度を高速化し、フィルタリアクトルのインダクタンス値の低減と遮断電流の低減を両立することが検討されている。

　本技術分野の背景技術として特開２００４－９６８７７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「架線から電力を供給されるパンタグラフと、前記パンタグラフと接続され前記パンタグラフから供給される架線電力を遮断する接触器と、前記接触器を介して供給された架線電力を三相交流電力に変換するインバータと、前記接触器と直列接続された第一の抵抗と、前記第一の抵抗と直列に接続され、前記第一の抵抗よりも抵抗値の高い第二の抵抗と、前記第一の抵抗と前記第二の抵抗からなる直列回路に並列に接続された第一のスイッチング素子と、前記第二の抵抗と並列接続された第二のスイッチング素子とを備えることを特徴とする電気車用電源装置」と記載されている（要約参照）。

特開２００４－９６８７７号公報

　先行技術文献において、インバータがアーム短絡事故を起こした場合はスイッチング素子をオフし抵抗で過電流を減流した後に接触器を開き、事故電流を遮断する。ここで、スイッチング素子をオフするときに、スイッチング素子と抵抗を接続する配線の寄生インダクタンスによりサージ電圧が生じる。このサージ電圧がスイッチング素子の定格電圧を超過するとスイッチング素子が破壊する。サージ電圧の原因となる寄生インダクタンスの低減には配線を短くすることが有効である。一方、抵抗の動作温度は２００℃以上であるのに対してスイッチング素子の動作温度は１２５℃程度であるため、断熱のためには抵抗とスイッチング素子の距離を離すことが望ましい。

　本発明の課題は、スイッチング素子と抵抗器とを結ぶ配線の寄生インダクタンスによるサージ電圧を低減することにある。

　前記課題を解決するために、本発明は、直流架線から電力変換装置に供給される電力を遮断する断流器と前記電力変換装置との間に配置されて、そのオン動作時に前記断流器からの電力を前記電力変換装置に供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に複数の配線を介して並列に接続される抵抗器と、を有し、前記複数の配線は、前記スイッチング素子の高電位側の電極と前記抵抗器の一端とを接続する第一の配線と、前記スイッチング素子の低電位側の電極と前記抵抗器の他端とを接続する第二の配線とから構成され、前記第一の配線と前記第二の配線は、相対向して配置されて積層され、前記第一の配線と前記第二の配線には、前記スイッチング素子がオンからオフに移行した際に互いに逆方向の電流が流れることを特徴とする。

　本発明によれば、スイッチング素子と抵抗器とを結ぶ配線の寄生インダクタンスによるサージ電圧を低減することができる。

本発明の実施例１における電気車の概略図である。本発明の実施例１における駆動装置の全体構成を示す回路構成図である。本発明の実施例１における駆動装置の全体構成と半導体減流装置の等価回路を含む回路構成図である。本発明の実施例１における半導体減流装置の実装構造を示す斜視図である。本発明の実施例２における半導体減流装置の実装構造を示す斜視図である。本発明の実施例３における半導体減流装置の実装構造を示す斜視図である。

　以下、図面を用いて実施例を説明する。なお、図面及び実施例ではスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを取り上げるが、本発明はＩＧＢＴにも適用可能である。

　図１は、本発明の実施例１における電気車の概略図である。図１において、電気車を加速するための力行動作では、電力源である架線（直流架線）１から集電装置７を介して車両８に電力が供給される。車両８に供給された電力は、接触器１１と半導体減流装置１０とフィルタリアクトル９と電力変換装置６を介して直流－交流電力変換され、変換された交流電力により電動機５が駆動される。電動機５の駆動により、車輪３が回転することで車両８が前進する。電動機５は誘導電動機または永久磁石同期電動機のどちらでもよい。また、電気車を減速するための回生動作では、力行動作と電力の流れが逆になる。すなわち、電動機５が発電機として動作し、電力変換装置６により交流－直流電力変換された後にフィルタリアクトル９と集電装置７を介して架線１に電力が回生される。なお、電気的なグランドとして、電力変換装置６の負電圧側は、車輪３を介してレール２に接続されている。ここで、架線１の電圧は一例として直流１５００Ｖを電源とした実施例を説明する。また、電動機５は台車４に搭載されており、台車４は車両８を支えている。

　図２は、本発明の実施例１における駆動装置の全体構成を示す回路構成図である。図２において、電動機５を駆動するための駆動装置は、電力変換装置６を備えている。電力変換装置６は、直流－交流電力変換器として、キャパシタ１０３とスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を備えており、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、直列接続されてＵ相、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は、直列接続されてＶ相、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６は、直列接続されてＷ相をそれぞれ構成する。各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６には、通流方向が逆方向となるようにダイオードＤ１～Ｄ６が並列接続される。ここで、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＩＧＢＴの場合にはダイオードＤ１～Ｄ６を接続する必要があるが、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＭＯＳＦＥＴなどボディダイオードを有する素子である場合には、ダイオードＤ１～Ｄ６を接続せずにＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用することができる。また、直列接続されたスイッチング素子もしくはダイオードが同一のパッケージに搭載された２ｉｎ１素子を用いても良い。

　電力変換装置６は、架線１から得た直流電力を平滑化し、ノイズを除去するためのキャパシタ１０３を備えている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、例えば、スイッチング制御器（図示せず）からのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号に応答してスイッチング動作することにより、キャパシタ１０３の直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を電動機５に供給する。

　また、電力変換装置６は、フィルタリアクトル９を介して半導体減流装置１０に接続されている。半導体減流装置１０はスイッチング素子Ｑ７とその逆並列ダイオードＤ７および減流抵抗１０４で構成されている。スイッチング素子Ｑ７は、エミッタ（電極）がフィルタリアクトル９を介して電力変換装置６に接続され、コレクタ（電極）が電流センサ１２と接触器１１と集電装置７を介して架線１に接続され、ゲート（電極）が制御回路１３に接続される。この制御回路１３は、電流センサ１２と接触器１１に接続されており、電流センサ１２が地絡電流を検出した場合、スイッチング素子Ｑ７をオンからオフに制御し、その後、接触器１１を遮断する構成になっている。なお、スイッチング素子Ｑ７がＭＯＳＦＥＴの場合には逆並列ダイオードは搭載しなくてもよい。また、スイッチング素子Ｑ７には冷却器（図示せず）が接続されており、スイッチング素子Ｑ７は、冷却器により冷却される。

　ここで、例えば、架線１から見てフィルタリアクトル９の後段で地絡が生じた場合、架線１からフィルタリアクトル９を介して地絡電流が生じる。この地絡電流が時間とともに増加する傾きは、リアクトルや他配線の抵抗成分を無視すると、架線１の電圧とフィルタリアクトル９のインダクタンス値の除算で算出される。すなわち、フィルタリアクトル９のインダクタンス値が小さいほど、地絡電流が増加する傾きは急峻となる。この際、フィルタリアクトル９のインダクタンス値を大きくすれば、地絡電流が増加する傾きが急峻となるのを抑制することはできるが、フィルタリアクトル９が大型になる。このため、フィルタリアクトル９としてインダクタンス値が小さいものが用いられている。

　次に、半導体減流装置１０を用いてこの地絡電流を遮断する動作を説明する。スイッチング素子Ｑ７のオンオフ状態は電流センサ１２の検出値（接触器１１の電流値）を基に制御回路１３によって制御される。例えば、スイッチング素子Ｑ７をオフにするための設定値が２０００Ａ以上に設定されている場合、制御回路１３は、電流センサ１２の検出値が２０００Ａ未満の場合、スイッチング素子Ｑ７をオン状態に保持し、電流センサ１２の検出値である地絡電流が２０００Ａ以上の場合、スイッチング素子Ｑ７をオンからオフに移行させる制御を実行する。

　スイッチング素子Ｑ７がオフ状態になると、地絡電流は、スイッチング素子Ｑ７に並列接続された減流抵抗１０４に流れる。この地絡電流は減流抵抗１０４により減流される。たとえば、架線１の電圧が１５００Ｖ、減流抵抗１０４の抵抗値が３Ωとすると、減流後の電流は５００Ａである。この結果、地絡電流は地絡が発生した直後の電流である２０００Ａから５００Ａまで減流するため、制御回路１３は、接触器１１を遮断するための制御を実行し、変電所を保護する。この際、接触器１１は、架線１から電力変換装置６に供給される電力を遮断する断流器又は遮断器として機能する。

　スイッチング素子Ｑ１～Ｑ７はＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの電圧制御型スイッチング素子や、サイリスタなどの電流制御型スイッチング素子でよい。ダイオードＤ１～Ｄ７はＰＮダイオードやＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）などでよい。また、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ７はＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなど複数種類のスイッチング素子が混載していてよく、半導体材料の母材はＳｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ：シリコン）やＳｉよりもバンドギャップが広い半導体であるＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ：炭化ケイ素）やＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ　Ｎｉｔｒｉｄｅ：窒化ガリウム）でもよい。

　図３は、本発明の実施例１における駆動装置の全体構成と半導体減流装置の等価回路を含む回路構成図である。図３において、半導体減流装置１０のスイッチング素子Ｑ７に、抵抗器としての減流抵抗１０４を並列接続するに際して、スイッチング素子Ｑ７と減流抵抗１０４とを複数の配線を用いて電気的に接続する必要がある。ここで、各配線には寄生インダクタンス１０５ａ、１０５ｂが存在し、これらの寄生インダクタンス１０５ａ、１０５ｂには、電流変化に伴い誘導起電力が生じる。

　次に、半導体減流装置１０における寄生インダクタンス１０５ａ、１０５ｂの影響を検討する。電力変換装置６とレール２とを結ぶ回路で地絡が発生し、スイッチング素子Ｑ７がオン状態からオフ状態へ移行するときに、大電流がスイッチング素子Ｑ７から減流抵抗１０４に転流する。この電流変化に伴い、寄生インダクタンス１０５ａ、１０５ｂには誘導起電力が生じる。また、減流抵抗１０４には電流と抵抗値の積である電圧が生じる。これらの誘導起電力と減流抵抗１０４による電圧の和がスイッチング素子Ｑ７のコレクタ－エミッタ間に印加される。誘導起電力は転流する電流が大きいほど増大するため、スイッチング素子Ｑ７の破壊を防ぐためには、寄生インダクタンス１０５ａ、１０５ｂを低減する必要がある。

　図４は、本発明の実施例１における半導体減流装置の実装構造を示す斜視図である。図４において、冷却器１０８上に配置されたスイッチング素子Ｑ７と、減流抵抗１０４が一定の間隔を保って相対向して配置されている。この際、スイッチング素子Ｑ７と減流抵抗１０４との間の空間が、スイッチング素子Ｑ７と減流抵抗１０４とを互いに離すための風路１１０として形成されている。スイッチング素子Ｑ７と減流抵抗１０４の上方には、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７が、相対向して、互いに離れて配置されている。正側バスバー１０６と負側バスバー１０７は、銅製の板材を用いて略平板状に形成され、スイッチング素子Ｑ７と減流抵抗１０４とを接続する配線として構成されている。

　すなわち、スイッチング素子Ｑ７と減流抵抗１０４は複数の配線を用いて電気的に接続されている。この際、複数の配線は、スイッチング素子Ｑ７の高電位側（車両８の力行時における高電位側）の電極（コレクタ）と減流抵抗１０４の一端とを接続する第一の配線である正側バスバー（第一のバスバー）１０６と、スイッチング素子Ｑ７の低電位側（車両８の力行時における低電位側）の電極（エミッタ）と減流抵抗１０４の他端とを接続する第二の配線である負側バスバー（第二のバスバー）１０７とから構成され、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７が、相対向して配置されて積層されている。正側バスバー１０６と負側バスバー１０７には、スイッチング素子Ｑ７がオンからオフに移行した際に互いに逆方向の電流が流れるようになっている。

　具体的には、正側バスバー１０６の裏面側には、スイッチング素子Ｑ７のコレクタ（電極）に接続された接続端子１０６ａが固着されていると共に、減流抵抗１０４の一端（高電位側）に接続された接続端子１０６ｂが固着されている。一方、負側バスバー１０７の裏面側には、減流抵抗１０４の他端（低電位側）に接続された接続端子１０７ａが、正側バスバー１０６の貫通孔（図示せず）を通って固着されていると共に、スイッチング素子Ｑ７のエミッタ（電極）に接続された接続端子１０７ｂが、正側バスバー１０６の貫通孔（図示せず）を通って固着されている。この際、正側バスバー１０６の両側（長手方向両端側）は、接続端子１０６ａを介してスイッチング素子Ｑ７の高電位側の電極（コレクタ）、又は接続端子１０６ｂを介して減流抵抗１０４の一端にそれぞれ接続され、負側バスバー１０７の両側（長手方向両端側）は、接続端子１０７ｂを介してスイッチング素子Ｑ７の低電位側の電極（エミッタ）、又は接続端子１０７ａを介して減流抵抗１０４の他端にそれぞれ接続される。

　ここで、スイッチング素子Ｑ７がオンからオフに移行すると、接続端子１０６ａから、正側バスバー１０６を介して接続端子１０６ｂに電流が流れ、この電流は、減流抵抗１０４を介して、接続端子１０７ａから、負側バスバー１０７を介して接続端子１０７ｂに流れる。この場合、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７は、相対向して、互いに離れて積層されているので、正側バスバー１０６を流れる電流と負側バスバー１０７を流れる電流の方向は互いに逆になる。このため、正側バスバー１０６を流れる電流による磁束と負側バスバー１０７を流れる電流による磁束が互いに相殺され、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の寄生インダクタンスの値を小さくすることができる。すなわち、互いに逆向きの電流が流れる正側バスバー１０６と負側バスバー１０７とを近接配置することで、発生する磁界を低減し、配線の寄生インダクタンスを低減することができる。なお、図中の矢印は、電流の流れる向きを示す。

　本構造は、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の配線長が長くなっても、互いに逆向きの電流が流れるので、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の寄生インダクタンスを低減することができ、結果として、配線の寄生インダクタンスによるサージ電圧を低減することができる。

　一方、前記のように２０００Ａ程度の大電流が減流抵抗１０４に流れると発熱が生じる。減流抵抗１０４は２００℃以上で動作可能であるのに対して、スイッチング素子Ｑ７の動作温度は１２５℃程度である。すなわち、減流抵抗１０４とスイッチング素子Ｑ７とを断熱する必要がある。このため、実施例１では、減流抵抗１０４とスイッチング素子Ｑ７との間の空間を、空気が流れる風路１１０とすることで、風路１１０を流れる空気によって、減流抵抗１０４を冷却することができると共に、スイッチング素子Ｑ７と正側バスバー１０６および負側バスバー１０７を冷却することができる。すなわち、減流抵抗１０４とスイッチング素子Ｑ７との距離を離すことで断熱（減流抵抗１０４の熱がスイッチング素子Ｑ７に伝わるのを抑制）しつつ、誘導起電力によるスイッチング素子Ｑ７の破壊を防ぐことができる。

　スイッチング素子Ｑ７にＳｉよりもバンドギャップが広い半導体材料（例えば、ＳｉＣ）を用いた場合、スイッチング素子Ｑ７に搭載されたチップの厚さを薄くすることができる。すなわち、導通損失を低減することができることから、スイッチング素子Ｑ７の冷却器１０８を小型化することができる。

　また、スイッチング素子Ｑ７にＭＯＳＦＥＴを用いた場合、ＩＧＢＴのようなビルトイン電圧が生じないため、低電流における導通損失をＩＧＢＴに比べて低減できる。この結果、スイッチング素子Ｑ７を冷却するための冷却器１０８を小型化することが可能となる。

　本実施例によれば、スイッチング素子Ｑ７と減流抵抗１０４とを結ぶ配線の寄生インダクタンスによるサージ電圧を低減することができると共に、減流抵抗１０４とスイッチング素子Ｑ７との距離を離して断熱効果を高めることができる。

　図５は、本発明の実施例２における半導体減流装置の実装構造を示す斜視図である。図５において、実施例２の半導体減流装置１０の動作は実施例１と同様のため、その説明は省略する。

　減流抵抗１０４とスイッチング素子Ｑ７とを接続するための正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の電流分布は均一であるほど、寄生インダクタンスを低減することができる。特に、減流抵抗１０４を正側バスバー１０６と負側バスバー１０７にそれぞれ接続するための接続端子付近の電流分布を均一化することが有効である。

　本実施例では、減流抵抗１０４を正側バスバー１０６と負側バスバー１０７にそれぞれ接続するための接続端子１０６ｂ、１０６ｃと接続端子１０７ａ、１０７ｃを千鳥状に配置している。すなわち、接続先（正側バスバー１０６又は負側バスバー１０７）が異なる接続端子をそれぞれ互い違いに配置している。この際、接続端子１０６ｂ、１０６ｃは、正側バスバー１０６の裏面側に固着され、減流抵抗１０４の一端（高電位側）に接続される。接続端子１０７ａ、１０７ｃは、負側バスバー１０７の裏面側に、正側バスバー１０６の貫通孔（図示せず）を通って固着され、減流抵抗１０４の他端（低電位側）に接続される。

　接続端子１０６ｂ、１０６ｃと接続端子１０７ａ、１０７ｃを千鳥状に配置することで、これらの接続端子付近における正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の電流分布を均一化することができ、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の寄生インダクタンスをより低減する効果がある。なお、スイッチング素子Ｑ７を正側バスバー１０６と負側バスバー１０７にそれぞれ接続するための複数の接続端子（接続端子１０６ａ、１０７ｂを含む接続端子）を千鳥状に配置することもできる。この場合、接続端子１０６ａ、１０７ｂを含む接続端子付近における正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の電流分布を均一化することができ、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の寄生インダクタンスをより低減することができる。

　本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、千鳥状に配置された接続端子付近における正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の電流分布を均一化することができ、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の寄生インダクタンスを実施例１よりも低減することができる。

　図６は、本発明の実施例２における半導体減流装置の実装構造を示す斜視図である。図６において、実施例３の正側バスバー１０６と負側バスバー１０７は、平板状の導電性バスバー（実施例１の正側又は負側バスバーと同等のバスバー）をその長手方向の略中心で略直角に折り曲げ、Ｌ字型に形成したものであり、他の構成と半導体減流装置１０の動作は実施例１と同様であるため、それらの説明は省略する。

　減流抵抗１０４とスイッチング素子Ｑ７とを接続するための正側バスバー１０６と負側バスバー１０７は積層されており、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７には、互いに逆方向の電流が流れるので、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７の寄生インダクタンスを低減することができる。このため、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７は直線状（平板状）ではなく折れ曲がっていてもよい。また、折れ曲がりは１回だけでなく２回折れ曲がっていてもよい。また、正側バスバー１０６と負側バスバー１０７が折れ曲がっているので、スイッチング素子Ｑ７と、減流抵抗１０４と、正側バスバー１０６及び負側バスバー１０７を纏めて箱や枠体内に収納し、箱や枠体を車両８の本体となる車体の内側に配置し、冷却器１０８を車体の外側に配置することができるので、実施例１よりも、半導体減流装置１０を車体に実装することが容易になる。なお、本実施例においても、減流抵抗１０４とスイッチング素子Ｑ７との間の空間に、風路１１０を形成することも可能である。

　本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、実施例１よりも半導体減流装置１０の実装が容易になる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、電流センサ１２と制御回路１３を半導体減流装置１０に配置することもできる。また、電流センサ１２と制御回路１３とを一体化した制御回路を構成することができる。この場合、制御回路は、例えば、接触器１１を流れる電流を基にスイッチング素子Ｑ７をオンオフ制御（電流が設定値未満でオン、電流が設定値以上でオフ）することになり、接触器１１による遮断の遅延時間を短縮し、遮断電流の低電流化を図ることが可能になる。さらに、遮断装置として、直流架線と電力変換装置との間に配置されて、前記直流架線から前記電力変換装置に供給される電力を遮断する断流器と、前記断流器を流れる電流を検出する電流センサと、前記断流器と前記電力変換装置との間に配置されて、そのオン動作時に前記断流器からの電力を前記電力変換装置に供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に複数の配線を介して並列に接続される抵抗器と、前記電流センサの検出電流が設定値以上の場合、前記スイッチング素子をオンからオフに制御し、その後、前記断流器を遮断する制御を行う制御回路と、を有し、前記複数の配線は、前記スイッチング素子の高電位側の電極と前記抵抗器の一端とを接続する第一の配線と、前記スイッチング素子の低電位側の電極と前記抵抗器の他端とを接続する第二の配線とから構成され、前記第一の配線と前記第二の配線は、相対向して配置されて積層され、前記第一の配線と前記第二の配線には、前記スイッチング素子がオンからオフに移行する際に互いに逆方向の電流が流れるものを構成することができる。

　また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　１　架線、２　レール、３　車輪、４　台車、５　電動機、６　電力変換装置、７　集電装置、８　車両、９　フィルタリアクトル、１０　半導体減流装置、１１　接触器、１２　電流センサ、１３　制御回路、Ｑ１～Ｑ７　スイッチング素子、Ｄ１～Ｄ７　ダイオード、１０３　キャパシタ、１０４　減流抵抗、１０５ａ、１０５ｂ　寄生インダクタンス、１０６　正側バスバー、１０７　負側バスバー、１０８　冷却器、１１０　風路

Claims

　直流架線から電力変換装置に供給される電力を遮断する断流器と前記電力変換装置との間に配置されて、そのオン動作時に前記断流器からの電力を前記電力変換装置に供給するスイッチング素子と、
　前記スイッチング素子に複数の配線を介して並列に接続される抵抗器と、を有し、
　前記複数の配線は、
　前記スイッチング素子の高電位側の電極と前記抵抗器の一端とを接続する第一の配線と、前記スイッチング素子の低電位側の電極と前記抵抗器の他端とを接続する第二の配線とから構成され、
　前記第一の配線と前記第二の配線は、相対向して配置されて積層され、
　前記第一の配線と前記第二の配線には、前記スイッチング素子がオンからオフに移行した際に互いに逆方向の電流が流れることを特徴とする減流装置。
　請求項１に記載の減流装置において、
　前記スイッチング素子と前記抵抗器は互いに離れて配置され、前記スイッチング素子と前記抵抗器との間には、空気が流れる風路が形成されていることを特徴とする減流装置。
　請求項１又は２に記載の減流装置において、
　前記第一の配線は、
　第一のバスバーを有し、前記第一のバスバーの両側は、１又は２以上の接続端子を介して前記スイッチング素子の高電位側の電極又は前記抵抗器の一端にそれぞれ接続され、
　前記第二の配線は、
　第二のバスバーを有し、前記第二のバスバーの両側は、１又は２以上の接続端子を介して前記スイッチング素子の低電位側の電極又は前記抵抗器の他端にそれぞれ接続され、
　前記スイッチング素子の高電位側の電極又は前記抵抗器の一端にそれぞれ接続される前記２以上の接続端子、或いは前記スイッチング素子の低電位側の電極又は前記抵抗器の他端にそれぞれ接続される前記２以上の接続端子のうち少なくとも一方は、千鳥状に配置されていることを特徴とする減流装置。
　請求項１又は２に記載の減流装置において、
　前記第一の配線は、
　平板状のバスバーの少なくとも一部を折り曲げて形成された第一のバスバーを有し、前記第一のバスバーの両側は、１又は２以上の接続端子を介して前記スイッチング素子の高電位側の電極又は前記抵抗器の一端にそれぞれ接続され、
　前記第二の配線は、
　前記平板状のバスバーの少なくとも一部を折り曲げて形成された第二のバスバーを有し、前記第二のバスバーの両側は、１又は２以上の接続端子を介して前記スイッチング素子の低電位側の電極又は前記抵抗器の他端にそれぞれ接続されていることを特徴とする減流装置。
　請求項４に記載の減流装置において、
　前記スイッチング素子の高電位側の電極又は前記抵抗器の一端にそれぞれ接続される前記２以上の接続端子、或いは前記スイッチング素子の低電位側の電極又は前記抵抗器の他端にそれぞれ接続される前記２以上の接続端子のうち少なくとも一方は、千鳥状に配置されていることを特徴とする減流装置。
　請求項１～５のうちいずれか１項に記載の減流装置において、
　前記スイッチング素子は、
　シリコン又はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材として構成されていることを特徴とする減流装置。
　請求項１～６のうちいずれか１項に記載の減流装置において、
　前記スイッチング素子は、
　ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴの電圧駆動型素子であることを特徴とする減流装置。
　請求項１～７のうちいずれか１項に記載の減流装置において、
　前記断流器の電流を基に前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路を更に有することを特徴とする減流装置。