WO2014136271A1 - 車両用電力変換装置 - Google Patents

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育雄 安岡
春彦 藤戸
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a vehicle power conversion device.
  • a 1500 A Si IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) module has been put into practical use.
  • the current rating of the element module is about 1500 A per element module for 3.3 kV, so it is generally used in railway vehicles.
  • IM induction motors
  • PMSM Permanent Magnet Synchronous Motor
  • the element module is mounted in a planar manner on the cooler, so that the size of the outer shape of the inverter is the size of the area occupied by the element module It will be greatly influenced by. Therefore, there is a limit to miniaturization in the current configuration using the Si IGBT module.
  • the power converter for a vehicle applies a SiC (silicon carbide) to a switching element that performs a switching operation and a reflux diode that flows a reflux current, and drives a single permanent magnet type synchronous motor.
  • a semiconductor element module having three phases of a circuit for one-phase AC output in which an arm in which the reflux diode is connected in antiparallel with the switching element is connected in series, and the four semiconductor element modules are cooled And a single cooling unit.
  • the vehicle power converter according to the embodiment applies SiC (silicon carbide) to a switching element that performs a switching operation and a reflux diode that flows a reflux current, and drives four induction motors connected in parallel.
  • SiC silicon carbide
  • an inverter semiconductor element module having a circuit in which an arm in which the reflux diode is connected in antiparallel with the switching element is connected in series, and the four induction motors are driven.
  • the vehicular power conversion device applies SiC (silicon carbide) to a switching element that performs a switching operation and a reflux diode that flows a reflux current, and performs three-phase AC output for driving the induction motor.
  • SiC silicon carbide
  • a semiconductor element module for an inverter having three phases of a circuit for one-phase AC output in which an arm in which the reflux diode is connected in antiparallel with the switching element is connected in series, and two semiconductor elements for the inverter A neutral unit comprising a cooling unit for cooling the module, a three-phase AC output for driving four induction motors connected in parallel, and two semiconductor element modules for the inverter connected in parallel To do.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a vehicle power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the installation of the semiconductor element module in the cooling unit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a side surface when the semiconductor element module is installed in the cooling unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the vehicle power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the installation of the semiconductor element module in the cooling unit. 6 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the vehicle power converter according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the installation of the semiconductor element module in the cooling unit.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the vehicle power converter according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the appearance of the vehicular power converter according to the first modification.
  • 12 is a cross-sectional view taken along line VIa-VIa in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line VIb-VIb in FIG. 14 is a sectional view taken along line VIc-VIc in FIG.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating connection to a terminal unit.
  • FIG. 16 is a side view from the direction C in FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. FIG.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the appearance of the vehicular power converter according to the second modification.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 18 when resin-sealed with mold resin.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating the appearance of the vehicular power converter according to the third modification.
  • 21 is a cross-sectional view taken along the line IXa-IXa in FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the line IXb-IXb in FIG.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram illustrating the connection to the conductor receiving portion.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a vehicle power conversion device 100 according to the first embodiment.
  • a vehicular power conversion device 100 has a circuit configuration that performs three-phase AC output for independently driving permanent magnet type synchronous motors 2a to 2d with power from a DC overhead (not shown).
  • 1C4M C: Controller, M: Motor
  • the main circuit configuration of the vehicular power converter 100 includes a pantograph 4, a high-speed circuit breaker 5, a charging resistor short-circuit contactor 6, an open contactor 8, a filter reactor 9, a filter capacitor 14, a filter capacitor voltage detector 15, a filter Capacitor discharge unit 16 (comprising filter capacitor discharge resistor 10 and discharge switching element 11), 6in1 semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, 13d, one cooling unit 1 for cooling these semiconductor element modules, wheels 12, and permanent
  • the magnetic synchronous motors 2a, 2b, 2c, and 2d, motor open contactors 3a, 3b, 3c, and 3d, and current detectors 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f, 17g, and 17h are included.
  • the pantograph 4 that collects current from the DC overhead is connected to the high-speed circuit breaker 5, and the high-speed circuit breaker 5 is connected to the contactor 6 for charging resistance short circuit.
  • the charging resistor short-circuit contactor 6 is connected in parallel with the charging resistor 7 and is connected to the open contactor 8.
  • the open contactor 8 is connected to the filter reactor 9.
  • the filter reactor 9 is connected to one end of the semiconductor element modules 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d in the vehicle power conversion device 100, and the other end of the semiconductor element modules 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d is connected to the wheel 12.
  • the filter capacitor discharge unit 16 has one terminal side connected between the filter reactor 9 and the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d, and the other terminal side connected to the wheel 12 and the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c and 13d. Both ends of the filter capacitor 14 are connected between the filter capacitor discharge unit 16 and the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d.
  • the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d include a switching element 101 that performs a switching operation based on a voltage applied to a gate by gate driver circuit boards 20a, 20b, 20c, and 20d (see FIGS. 2 and 3), And a reflux diode 102 for flowing a reflux current.
  • the semiconductor element modules 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d have three phases of circuits related to a one-phase AC output in which an arm in which the free wheel diode 102 is connected in antiparallel with the switching element 101 is connected in series.
  • each of the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d has a circuit that performs three-phase AC output for driving one permanent magnet type synchronous motor (2a, 2b, 2c, and 2d),
  • the switching element 101 has a 6 in 1 configuration in which one circuit module is incorporated.
  • the semiconductor element modules 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d having the 6 in 1 configuration are attached to the cooling unit 1.
  • the cooling unit 1 cools the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d by dissipating the heat generated by the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d from the heat radiating unit 1a (see FIG. 11) via a refrigerant or the like. To do.
  • SiC silicon carbide
  • the switching element 101 and the free wheeling diode 102 when used for power conversion, they need to be cooled because they generate a large amount of heat.
  • the allowable temperature of a semiconductor to which Si is applied is 125 ° C. to 150 ° C.
  • the allowable temperature of a semiconductor to which SiC is applied is 200 ° C. to 250 ° C., and the device can be used at a higher temperature. Therefore, by applying SiC to the switching element 101 and the freewheeling diode 102, the cooling unit 1 can be simplified as compared with the case where Si is applied.
  • the thickness of the chip junction inside the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d can be reduced by one digit or more. Therefore, the on-resistance per unit area can be reduced. Conversely, the current density can be increased. Practically, SiC can increase the current density to more than twice that of Si. Therefore, by using SiC for the switching element 101 and the freewheeling diode 102, a chip with a larger current rating can be manufactured even if the chip size is the same. As a result, even if the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d are the same size as the Si IGBT, a module with a larger current rating can be manufactured.
  • the current density can be increased to about twice as compared with the case where Si is applied.
  • the area occupied by the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d attached to the unit 1 can be halved.
  • an element module rated at 1500 A by Si has been put into practical use, and the current density is doubled by making the switching element 101 and the reflux diode 102 SiC, so that the same element as the element module rated at 1500 A by Si is used.
  • the module is made of SiC, an element module rated at 3000A can be formed. If the element rating for driving one motor is about 500 A as in PMSM driving, it is possible to put up to six elements with a current rating of 500 A in one element module.
  • the switching elements 101 are arranged on the positive side and the negative side of each phase in the three-phase inverter, by packaging the six switching elements 101 in one module, the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, An inverter that drives one of the permanent magnet type synchronous motors 2a, 2b, 2c, and 2d can be configured by one of 13d, and downsizing of the inverter can be realized.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the installation of the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d in the cooling unit 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a side surface (when viewed from below in FIG. 2) when the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d are installed in the cooling unit 1.
  • the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d are installed side by side on the same cooling surface (the upper surface of the cooling unit 1 in the illustrated example) on which the cooling unit 1 performs cooling.
  • the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d gate driver circuit boards 20a, 20b, 20c, and 20d, a positive-side laminated conductor 21, and a negative-side laminated conductor 22 are provided on the semiconductor element modules 13a, 13b. , 13c, and 13d.
  • the semiconductor element module 13b and the gate driver circuit board 20b are connected through a connection bush 60b.
  • the semiconductor element module 13b and the negative electrode side laminated conductor 22 are connected via the connection bush 61b.
  • the semiconductor element module 13b and the positive electrode side laminated conductor 21 are connected via the connection bush 62b.
  • the semiconductor element module 13b and the AC output terminal conductor 23b are connected via a connection bush 63b.
  • the semiconductor element module 13d and the gate driver circuit board 20d, the semiconductor element module 13d and the negative side laminated conductor 22, the semiconductor element module 13d and the positive side laminated conductor 21, the semiconductor element module 13d and the AC side output terminal conductor 23d are connected.
  • the bushes 60d, 61d, 62d, and 63d are connected to each other. It goes without saying that the semiconductor element modules 13a and 13c are similarly connected via the connection bush.
  • the AC side output terminal conductors 23a, 23b, 23c, and 23d are conductors that perform AC output for three phases to the permanent magnet synchronous motors 2a, 2b, 2c, and 2d.
  • the AC side output terminal conductor 23a performs three-phase AC output of (U1, V1, W1) to the permanent magnet type synchronous motor 2a.
  • the AC side output terminal conductor 23b performs three-phase AC output of (U2, V2, W2) to the permanent magnet type synchronous motor 2b.
  • the AC side output terminal conductor 23c performs three-phase AC output of (U3, V3, W3) to the permanent magnet type synchronous motor 2c.
  • the AC side output terminal conductor 23d performs a three-phase AC output of (U4, V4, W4) to the permanent magnet type synchronous motor 2d.
  • the gate control wiring is reduced, and the gate control response is reduced.
  • the positive-side laminated conductor 21 and the negative-side laminated conductor 22 are connected to the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d via connection bushes, and the positive-side laminated conductor 21 and the negative-side laminated conductor 22 are connected by four element modules.
  • the gate driver circuit boards 20a and 20c of the semiconductor element modules 13a and 13c are juxtaposed at one end of the cooling unit 1.
  • the gate driver circuit boards 20b and 20d of the semiconductor element modules 13b and 13d are juxtaposed at the end opposite to the one end.
  • the AC output terminal conductor 23a has a substantially L-shape and extends from the left side of the semiconductor element module 13a in FIG.
  • the AC output terminal conductor 23c has a substantially L shape, and extends from the left side of the semiconductor element module 13c in FIG.
  • the AC-side output terminal conductor 23b has a shape that is substantially symmetrical with the L shape, and extends from the right side of the semiconductor element module 13a in FIG.
  • the AC-side output terminal conductor 23d has a shape that is substantially symmetrical with the L shape, and extends from the right side of the semiconductor element module 13c in FIG.
  • the AC side output terminal conductor 23b is positioned obliquely on the upper side with respect to the AC side output terminal conductor 23a, and the AC side output terminal conductor 23c is on the lower side with respect to the AC side output terminal conductor 23b.
  • the AC side output terminal conductor 23d is positioned obliquely above the AC side output terminal conductor 23c. Therefore, it is possible to secure as much insulation distance as possible while making the difference in inductance between the AC output terminal conductors 23 small. From the above, the vehicular power conversion device having the configuration of the present embodiment can achieve downsizing and energy saving.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the vehicle power conversion device 100a according to the second embodiment.
  • the vehicle power conversion device 100 a has a circuit configuration that performs three-phase AC output with power from a DC overhead (not shown), and is connected in parallel to the vehicle power conversion device 100 a.
  • 1C4M is configured to drive the induction motors 19a, 19b, 19c, and 19d.
  • the main circuit configuration of the vehicular power conversion device 100a includes a pantograph 4, a high-speed circuit breaker 5, a charging resistor short-circuit contactor 6, an open contactor 8, a filter reactor 9, a filter capacitor 14, a filter capacitor voltage detector 15, and a filter.
  • Capacitor discharge unit 16 (comprising filter capacitor discharge resistor 10 and discharge switching element 11), 2 in 1 semiconductor element modules 18a, 18b, 18c, one cooling unit 27 for cooling these semiconductor element modules, wheels 12, induction motor 19a , 19b, 19c, 19d and current detectors 24a, 24b.
  • the cooling unit 27 cools the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c by radiating heat generated by the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c from the heat radiating portion via a refrigerant or the like.
  • each of the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c flows a reflux current with the switching element 101 that performs a switching operation based on the voltage applied to the gate by the gate driver circuit boards 20a, 20b, and 20c (see FIGS. 5 and 6). And a free-wheeling diode 102.
  • each of the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c includes a circuit for a one-phase AC output in which an arm in which the freewheeling diode 102 is connected in antiparallel with the switching element 101 is connected in series. Is in a 2-in-1 configuration in which one circuit module is incorporated.
  • the 2-in-1 semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c perform three-phase AC output that drives the induction motors 19a, 19b, 19c, and 19d connected in parallel.
  • the semiconductor element modules 18 a, 18 b, and 18 c having the 2-in-1 configuration are attached to the cooling unit 27.
  • SiC silicon carbide
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the installation of the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c in the cooling unit 27.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c are installed side by side on the same cooling surface (the upper surface of the cooling unit 27 in the illustrated example) on which the cooling unit 27 performs cooling.
  • gate driver circuit boards 20a, 20b, 20c, a positive side laminate conductor 21, and a negative side laminate conductor 22 are abbreviated as semiconductor element modules 18a, 18b, 18c. They are arranged in parallel.
  • the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c are connected to the gate driver circuit boards 20a, 20b, and 20c, the positive side laminate conductor 21, the negative side laminate conductor 22, and the AC side output terminal conductors 23a, 23b, and 23c via connection bushes. Has been.
  • the semiconductor element module 18a and the gate driver circuit board 20a are connected through a connection bush 60a.
  • the semiconductor element module 18a and the positive electrode side laminated conductor 21 are connected via the connection bush 62a.
  • the semiconductor element module 18a and the AC side output terminal conductor 23a are connected via a connection bush 63a.
  • the semiconductor element module 18b and the gate driver circuit board 20b, the semiconductor element module 18b and the positive side laminate conductor 21, and the semiconductor element module 18b and the AC side output terminal conductor 23b are connected through connection bushes 60b, 62b, and 63b, respectively. Is done.
  • the semiconductor element module 18c and the gate driver circuit board 20c, the semiconductor element module 18c and the positive side laminated conductor 21, and the semiconductor element module 18c and the AC side output terminal conductor 23c are connected via connection bushes 60c, 62c, and 63c, respectively.
  • the gate control wiring can be reduced and the gate control responsiveness can be improved.
  • the positive electrode side laminate conductor 21 and the negative electrode side laminate conductor 22 are connected to the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c via connection bushes, and the positive electrode side laminate conductor 21 and the negative electrode side laminate conductor 22 are shared by the three element modules.
  • the inductance with the filter capacitor 14 can be reduced, and the cutoff characteristics of the switching element 101 can be improved.
  • each AC side output terminal conductor 23 has an equivalent length. Therefore, since the inductance proportional to the conductor length is about the same, it is easy to cope with the control. Further, the gate driver circuit board 20 on each semiconductor element module 18 is located at the end opposite to the end from which each AC output terminal conductor 23 of each semiconductor element module 18 extends. As described above, since the distance is ensured between each AC side output terminal conductor 23 and the gate driver circuit board 20, it is possible to reduce the influence of noise generated from each AC side output terminal conductor 23 on the gate driver circuit board 20. It becomes possible. From the above, the vehicular power conversion device having the configuration of the present embodiment can achieve downsizing and energy saving.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the vehicle power converter 100b according to the third embodiment.
  • the vehicle power conversion device 100 b has a circuit configuration that performs three-phase AC output with power from a DC overhead (not shown), and is connected in parallel to the vehicle power conversion device 100 b.
  • 1C4M is configured to drive the induction motors 19a, 19b, 19c, and 19d.
  • the main circuit configuration of the vehicular power converter 100b includes a pantograph 4, a high-speed circuit breaker 5, a charging resistor short-circuit contactor 6, an open contactor 8, a filter reactor 9, a filter capacitor 14, a filter capacitor voltage detector 15, and a filter.
  • Capacitor discharge unit 16 (comprising filter capacitor discharge resistor 10 and discharge switching element 11), 6in1 semiconductor element modules 13e and 13f, one cooling unit 31 for cooling these semiconductor element modules, wheels 12, induction motors 19a and 19b , 19c, 19d and current detectors 24a, 24b.
  • the cooling unit 31 cools the semiconductor element modules 13e and 13f by dissipating the heat generated by the semiconductor element modules 13e and 13f from the heat radiating section through a refrigerant or the like, like the cooling unit 1.
  • the semiconductor element modules 13e and 13f include a switching element 101 that performs a switching operation based on a voltage applied to a gate by gate driver circuit boards 20e and 20f (see FIGS. 8 and 9), and a free-wheeling diode 102 that flows a free-current.
  • each of the semiconductor element modules 13e and 13f has a circuit for three phases that is related to a one-phase AC output in which an arm in which the reflux diode 102 is connected in antiparallel with the switching element 101 is connected in series. That is, the semiconductor element modules 13e and 13f have a 6in1 configuration in which the six switching elements 101 are incorporated into one circuit module.
  • the semiconductor element module 13e and the semiconductor element module 13f are connected in parallel, and from the neutral point, the three-phase AC output that drives the induction motors 19a, 19b, 19c, and 19d connected in parallel is output. Do.
  • the semiconductor element module 13e and the semiconductor element module 13f are connected in parallel and configured to correspond to the 1000A rating, thereby being connected in parallel.
  • the induction motors 19a, 19b, 19c, 19d can be driven.
  • SiC is applied to the switching elements 101 and the free-wheeling diodes 102 of the semiconductor element modules 13e and 13f. Therefore, the inverter can be downsized for the same reason as that of the above-described vehicle power converter 100.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the installation of the semiconductor element modules 13e and 13f in the cooling unit 31.
  • 9 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
  • the semiconductor element modules 13e and 13f are installed side by side on the same cooling surface (the upper surface of the cooling unit 31 in the illustrated example) on which the cooling unit 31 performs cooling.
  • gate driver circuit boards 20e and 20f, a positive side laminate conductor 21, and a negative side laminate conductor 22 are arranged substantially parallel to the semiconductor element modules 13e and 13f. .
  • the semiconductor element modules 13e and 13f, the gate driver circuit boards 20e and 20f, the positive side laminate conductor 21, the negative side laminate conductor 22, and the AC side output terminal conductors 23a, 23b, and 23c are connected via a connection bush.
  • the semiconductor element module 13e and the gate driver circuit board 20e are connected through a connection bush 60e. Moreover, the semiconductor element module 13e and the negative electrode side laminated conductor 22 are connected via the connection bush 61e. Moreover, the semiconductor element module 13e and the positive electrode side laminated conductor 21 are connected via the connection bush 62e. The semiconductor element module 13e and the AC side output terminal conductor 23c are connected via a connection bush 63e. Similarly, the semiconductor element module 13f and the gate driver circuit board 20f, the semiconductor element module 13f and the negative side laminated conductor 22, the semiconductor element module 13f and the positive side laminated conductor 21, the semiconductor element module 13f and the AC side output terminal conductor 23c are connected. The bushes 60f, 61f, 62f, and 63f are connected to each other. Needless to say, the AC output terminal conductors 23a and 23b are similarly connected via the connection bushing.
  • the gate control wiring can be reduced and the gate control responsiveness can be improved.
  • the positive electrode side laminate conductor 21 and the negative electrode side laminate conductor 22 are connected to the semiconductor element modules 13e and 13f via the connection bush, and the positive electrode side laminate conductor 21 and the negative electrode side laminate conductor 22 are shared by the two element modules.
  • the inductance with the filter capacitor 14 can be reduced, and the cutoff characteristics of the switching element 101 can be improved.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a vehicle power converter 100c according to the fourth embodiment.
  • the vehicular power converter 100c includes converter semiconductor element modules 18d, 18e, 18f, and 18g each having a circuit in which an arm in which a freewheeling diode 102 is connected in antiparallel with a switching element 101 is connected in series. And having a three-level single-phase converter that uses the semiconductor element modules 18d, 18e, 18f, and 18g to obtain a DC output from the input single-phase AC.
  • the main circuit configuration of the vehicular power converter 100c includes a pantograph 4, a high-speed circuit breaker 34, a main transformer 35, a charging resistor 38, a charging resistor short-circuit contactor 37, an open contactor 36, and positive side filter capacitors 39a and 39b.
  • Negative side filter capacitors 40a and 40b Negative side filter capacitors 40a and 40b, positive side filter capacitor voltage detector 41, negative side filter capacitor voltage detector 42, filter capacitor discharge unit 16 (consisting of filter capacitor discharge resistor 10 and discharge switching element 11), 2 in 1 Semiconductor element modules 18d, 18e, 18f, 18g for converters, neutral point clamping diodes 46a, 46b, one cooling unit 44 for cooling these semiconductor element modules and neutral point clamping diodes, and a 2-in-1 inverter Semiconductor element module 1 h, 18i, 18j, 18k, 18l, 18m, neutral point clamping diodes 46c, 46d, 46e, one cooling unit 45 for cooling these semiconductor element modules and neutral point clamping diodes, wheels 12, induction motor 19a, 19b, 19c, 19d, current detectors 24a, 24b, and converter input current detector 43.
  • the pantograph 4 that collects current from an AC overhead (not shown) is connected to the wheel 12 via a high-speed circuit breaker 34 and a main transformer 35.
  • the output from the secondary coil of the main transformer 35 is supplied to the semiconductor element modules 18d, 18e, 18f, via the open contactor 36, the charging resistor short circuit contactor 37, the charging resistor 38, and the converter input current detector 43. It is input to a three-level single-phase converter using 18 g.
  • the outputs of the three-level single-phase converter using the semiconductor element modules 18d, 18e, 18f, and 18g are the positive side filter capacitor 39a, the negative side filter capacitor 40a, the filter capacitor discharge unit 16, the positive side filter capacitor voltage detector 41,
  • the signals are input to the inverter semiconductor element modules 18h, 18i, 18j, 18k, 18l, and 18m through intermediate DC circuits such as the negative filter capacitor voltage detector 42, the positive filter capacitor 39b, and the negative filter capacitor 40b.
  • inverter unit three levels of three phases are formed by using semiconductor element modules 18h, 18i, 18j, 18k, 18l, and 18m for inverters having a circuit in which an arm in which the freewheeling diode 102 is connected in reverse parallel to the switching element 101 is connected in series. It constitutes an inverter. Three-phase AC output for driving the induction motors 19a, 19b, 19c, and 19d connected in parallel from the inverter unit is performed.
  • the high-speed circuit breaker 34 When the vehicle power converter 100c is activated, the high-speed circuit breaker 34 is turned on, and after the open contactor 36 is turned on, the charging resistor 38 and the semiconductor element modules 18d, 18e, 18f, and 18g are connected via the freewheeling diode 102. Thus, the positive side filter capacitors 39a and 39b and the negative side filter capacitors 40a and 40b are charged from the AC overhead.
  • the charging resistor short-circuit contactor 37 When the charging of the positive side filter capacitors 39a and 39b and the negative side filter capacitors 40a and 40b is completed, the charging resistor short-circuit contactor 37 is turned on, and a gate signal is sent to the semiconductor element modules 18d, 18e, 18f, and 18g for converters. (Gate voltage) is output and the single-phase converter starts operating.
  • the inverter unit similarly starts operating when a gate signal is output to the semiconductor element modules 18h, 18i, 18j, 18k, 18l, and 18m for the in
  • the semiconductor element modules 18d, 18e, 18f, and 18g for the converter use SiC instead of Si for the switching element 101, the freewheeling diode 102, and the neutral point clamping diodes 46a and 46b that clamp the neutral point. . Therefore, for the same reason as the above-described vehicle power conversion device 100, it is possible to reduce the size of the converter portion in the vehicle power conversion device 100c.
  • the switching element 101 of the semiconductor element modules 18h, 18i, 18j, 18k, 18l, and 18m for the inverter, the freewheeling diode 102, and the neutral point clamping diodes 46c, 46d, and 46e for clamping the neutral point include Si. Instead, SiC is applied.
  • the converter portion can be downsized for the same reason as the above-described vehicle power conversion device 100. Further, SiC is also applied to the neutral point clamping diodes 46a, 46b, 46c, 46d, and 46e for clamping the neutral point, thereby suppressing generation loss.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the appearance of the vehicle power converter according to the first modification.
  • 12 is a cross-sectional view taken along line VIa-VIa in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line VIb-VIb in FIG. 14 is a sectional view taken along line VIc-VIc in FIG.
  • the three-phase AC output from the semiconductor element modules 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d penetrates the positive laminate conductor 21 and the negative laminate conductor 22, and the semiconductor This is performed by AC-side output terminal conductors 51a, 51b, 51c extending substantially perpendicular to the surface on which the element modules 13a, 13b, 13c, 13d are arranged.
  • the semiconductor element modules 13a and 13c and the negative electrode side laminate conductor 22 are connected via connection bushes 49a, 49b, and 49c.
  • the semiconductor element modules 13a and 13c and the positive laminate conductor 21 are connected via connection bushes 50a, 50b, and 50c. It goes without saying that the semiconductor element modules 13b and 13d are similarly connected via the connection bushing.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating connection to the terminal unit 52.
  • FIG. 16 is a side view from the direction C in FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG.
  • FIGS. 15 to 17 in the first modification, by inserting the end portions of the AC side output terminal conductors 51a, 51b, 51c into the conductor receiving portion 52b of the terminal unit 52 installed on the support plate 52a, Three-phase AC output from the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d is performed from the output connector 53 via the wiring 53a.
  • the three-phase AC output via the wiring 53a is shielded by the support plate 52a, it does not affect the semiconductor element module side.
  • 51b and 51c are directly attached to the terminal unit 52, so that the influence of noise caused by the three-phase AC output on the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c and 13d can be suppressed.
  • the vehicular power conversion device having the configuration of the present embodiment can achieve downsizing and energy saving.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the appearance of the vehicular power converter according to the second modification. As shown in FIG. 18, the second modification is different from the first modification in that the semiconductor element modules 13a, 13b, 13c, and 13d are configured to be independent from each other.
  • the semiconductor element module 13a is connected to the negative laminate conductor 22a via the connection bushes 49a, 49b, 49c, and is connected to the positive laminate conductor 21a via the connection bushes 50a, 50b, 50c.
  • the semiconductor element module 13b is connected to the positive side laminate conductor 21b and the negative side laminate conductor 22b via a connection bush.
  • the semiconductor element module 13c is connected to the positive side laminated conductor 21c and the negative side laminated conductor 22c through a connection bush.
  • the semiconductor element module 13d is connected to the positive side laminated conductor 21d and the negative side laminated conductor 22d through a connection bush.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 18 when the resin is sealed with mold resin.
  • the gate driver circuit board 20a, the negative side laminate conductor 22a, and the positive side laminate conductor 21a arranged on the semiconductor element module 13a, except for the output side end of the AC side output terminal conductor 51a It is good also as an integral structure resin-sealed by the mold resin 70a.
  • the gate driver circuit board 20b, the negative side laminated conductor 22b, and the positive side laminated conductor 21b arranged on the semiconductor element module 13b are sealed with a mold resin 70b except for the output side end of the AC side output terminal conductor 51a. It is good also as an integral structure stopped.
  • the semiconductor element modules 13c and 13d are similarly resin-sealed. Note that an insulating thermosetting resin such as epoxy is used for the mold resin 70a.
  • the gate driver circuit board, the negative electrode side laminated conductor, and the positive electrode side laminated conductor are resin-sealed with an insulating resin so that the low voltage portion of the gate driver circuit board, the negative electrode side laminated conductor, and the positive electrode side laminated conductor are sealed. Is separated by an insulator, it is possible to ensure the withstand voltage of the high-voltage part and the low-voltage part and to make the low-voltage part less susceptible to noise and the like from the high-pressure part. From the above, the vehicular power conversion device having the configuration of the present embodiment can achieve downsizing and energy saving.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating the appearance of the vehicle power converter according to the third modification.
  • 21 is a cross-sectional view taken along the line IXa-IXa in FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the line IXb-IXb in FIG.
  • the three-phase AC output from the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c penetrates the positive side laminate conductor 21 and the negative side laminate conductor 22, and the semiconductor element module This is done by AC side output terminal conductors 48a, 48b, 48c extending substantially perpendicular to the surface on which 18a, 18b, 18c are arranged.
  • the semiconductor element modules 18a, 18b, 18c and the negative electrode side laminated conductor 22 are connected via connection bushes 49a, 49b, 49c.
  • the semiconductor element modules 18a, 18b, 18c and the positive laminate conductor 21 are connected via connection bushes 50a, 50b, 50c.
  • the gate driver circuit boards 20a, 20b, and 20c are similarly connected through the connection bushing.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram illustrating the connection to the conductor receiving portion 52c. As shown in FIG. 23, in the third modification, the end portions of the AC side output terminal conductors 48a, 48b, 48c are screwed into the holes of the conductor receiving portions 49a, 49b, 49c installed on the support plate 52a. The three-phase AC output from the semiconductor element modules 18a, 18b, and 18c is performed.
  • the AC side output terminal conductors 48a, 48b, 48c extending substantially perpendicular to the surface on which the semiconductor element modules 18a, 18b, 18c are arranged are screwed to the conductor receiving portions 49a, 49b, 49c.
  • a configuration in which three-phase AC output is performed may be employed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

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Abstract

　実施形態の車両用電力変換装置（１００）は、スイッチング動作をするスイッチング素子（１０１）と、還流電流を流す還流ダイオード（１０２）とにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、１台の永久磁石式同期電動機を駆動させる３相の交流出力を行う回路として、還流ダイオードをスイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する半導体素子モジュール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）と、４つの半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニット（１）と、を備える。

Description

車両用電力変換装置
　本発明の実施形態は、車両用電力変換装置に関する。
　従来、鉄道車両用ＶＶＶＦ（Variable　Voltage　Variable　Frequency）インバータ等の車両用電力変換装置においては、１５００Ａ用のＳｉのＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）モジュールが実用化されている。ＳｉのＩＧＢＴモジュール（素子モジュール）を用いて１５００Ａ用にインバータを構成する場合、素子モジュールの電流定格は３．３ｋＶ用では一つの素子モジュールあたり１５００Ａ程度であるため、鉄道車両で一般的に用いられている誘導電動機（ＩＭ：Induction　Motor）を４台並列に駆動するインバータに対しては、素子モジュールを６個搭載して、３相のインバータを構成している。また、近年実用化されているＰＭＳＭ（Permanent　Magnet　Synchronous　Motor）駆動用のインバータに対しては、ＰＭＳＭはモータ１台に１台ずつ３相インバータが必要である。このため、４台のモータを駆動するためにはインバータが４台必要であるが、１台当たりのインバータの電流定格は５００Ａ程度と小さくて済む。このため、１個の素子モジュールに２つのＩＧＢＴとダイオードを搭載した２ｉｎ１の素子モジュールを構成し、その素子モジュールを３個用いて１台のインバータを構成し、さらにそれを４台分、合計１２個の２ｉｎ１素子モジュールを一つの冷却器に平面的に取り付けて４ｉｎ１のインバータを構成している。
特許第４５９４４７７号公報 特開２０１１－２２９３７２号公報
　しかしながら、上述した従来技術におけるＩＭ用のインバータ、ＰＭＳＭ用のインバータのどちらについても、素子モジュールは冷却器に平面的に取り付けられることから、インバータの外形の大きさは、素子モジュールが占める面積の大小に大きく左右されることとなる。したがって、ＳｉのＩＧＢＴモジュールを用いている現状の構成では、小型化に限界があった。
　実施形態の車両用電力変換装置は、スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、１台の永久磁石式同期電動機を駆動させる３相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する半導体素子モジュールと、４つの前記半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、を備える。
　また、実施形態の車両用電力変換装置は、スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、並列に接続された４台の誘導電動機を駆動させるための１相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するインバータ用の半導体素子モジュールと、前記４台の誘導電動機を駆動させる３相の交流出力を行うための３つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、を備える。
　また、実施形態の車両用電力変換装置は、スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、誘導電動機の駆動にかかる３相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有するインバータ用の半導体素子モジュールと、２つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、を備え、並列に接続された４台の誘導電動機を駆動させる３相の交流出力を、２つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを並列に接続した中性点から行う。
図１は、第１の実施形態にかかる車両用電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。 図２は、冷却ユニットへの半導体素子モジュールの設置を例示する図である。 図３は、冷却ユニットへの半導体素子モジュールを設置した場合の側面を例示する図である。 図４は、第２の実施形態にかかる車両用電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。 図５は、冷却ユニットへの半導体素子モジュールの設置を例示する図である。 図６は、図５におけるＩＶ－ＩＶの断面図である。 図７は、第３の実施形態にかかる車両用電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。 図８は、冷却ユニットへの半導体素子モジュールの設置を例示する図である。 図９は、図８におけるＶ－Ｖの断面図である。 図１０は、第４の実施形態にかかる車両用電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。 図１１は、変形例１にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。 図１２は、図１１におけるＶＩａ－ＶＩａの断面図である。 図１３は、図１１におけるＶＩｂ－ＶＩｂの断面図である。 図１４は、図１１におけるＶＩｃ－ＶＩｃの断面図である。 図１５は、端子ユニットへの接続を例示する概念図である。 図１６は、図１５におけるＣ方向からの側面図である。 図１７は、図１５におけるＶＩＩ－ＶＩＩの断面図である。 図１８は、変形例２にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。 図１９は、モールド樹脂で樹脂封止された場合の、図１８におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの断面図である。 図２０は、変形例３にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。 図２１は、図２０におけるＩＸａ－ＩＸａの断面図である。 図２２は、図２０におけるＩＸｂ－ＩＸｂの断面図である。 図２３は、導体受け部への接続を例示する概念図である。
　以下、添付図面を参照して実施形態にかかる車両用電力変換装置を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態及びその変形例において、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］
　図１は、第１の実施形態にかかる車両用電力変換装置１００の回路構成の一例を示す図である。図１に示すように、車両用電力変換装置１００は、直流架電（図示しない）からの電力で永久磁石式同期電動機２ａ～２ｄを独立に駆動させる３相の交流出力を行う回路構成であり、いわゆる４つの電動機を駆動させる１Ｃ４Ｍ（Ｃ：Controller、Ｍ：Motor）の構成である。
　車両用電力変換装置１００の主回路構成は、パンタグラフ４、高速度遮断器５、充電抵抗短絡用接触器６、開放接触器８、フィルタリアクトル９、フィルタコンデンサ１４、フィルタコンデンサ電圧検出器１５、フィルタコンデンサ放電ユニット１６（フィルタコンデンサ放電抵抗１０、放電用スイッチング素子１１で構成）、６ｉｎ１の半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、それら半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニット１、車輪１２、永久磁石式同期電動機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、電動機開放接触器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、電流検出器１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈにより構成される。
　具体的には、直流架電から集電するパンタグラフ４が高速度遮断器５と接続され、高速度遮断器５は充電抵抗短絡用接触器６と接続される。充電抵抗短絡用接触器６は、充電抵抗７と並列に接続され、開放接触器８と接続される。開放接触器８は、フィルタリアクトル９と接続される。フィルタリアクトル９は、車両用電力変換装置１００における半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの一端と接続され、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのもう一端は車輪１２と接続される。
　フィルタコンデンサ放電ユニット１６は、一方の端子側がフィルタリアクトル９と、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとの間に接続され、もう一方の端子側は車輪１２と、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとの間に接続される。フィルタコンデンサ１４は、両端がフィルタコンデンサ放電ユニット１６と半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとの間に接続される。
　半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから出力される３相の交流出力側では、電流検出器１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈが設けられ、電動機開放接触器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介して永久磁石式同期電動機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが接続されている。
　半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ（図２、３を参照）によりゲートに印加される電圧に基づいてスイッチング動作をするスイッチング素子１０１と、還流電流を流す還流ダイオード１０２とを備える。具体的には、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する。すなわち、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの各々は、１台の永久磁石式同期電動機（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）を駆動させる３相の交流出力を行う回路を有し、６つのスイッチング素子１０１を１つの回路モジュールに組み入れた６ｉｎ１の構成となっている。この６ｉｎ１の構成の半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、冷却ユニット１に取り付けられている。
　冷却ユニット１は、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが発する熱を冷媒などを介して放熱部１ａ（図１１参照）より放熱することで、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを冷却する。
　ここで、スイッチング素子１０１と、還流ダイオード１０２とには、Ｓｉではなく、ＳｉＣ（炭化珪素）を適用している。ＳｉＣは、従来のＳｉよりも半導体特性が優れ、特に絶縁破壊強度の高さからからＳｉに比べ半導体接合部の厚みの薄い素子、すなわち導通損失の小さい素子が実現可能である。
　また、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２を電力変換で使用する際には、発熱量が大きいことから、冷却する必要がある。Ｓｉを適用した半導体の許容温度は１２５℃～１５０℃であるところ、ＳｉＣを適用した半導体は、許容温度が２００℃～２５０℃であり、より高い温度で素子を使用することが可能である。したがって、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２にＳｉＣを適用することで、Ｓｉを適用した場合と比較して、冷却ユニット１を簡素化することが可能となる。
　また、スイッチング素子１０１にＳｉＣを適用した場合、スイッチングするときに生じるスイッチング損失を低減させることが可能である。また、還流ダイオード１０２にＳｉＣを適用した場合、従来のＳｉのようなターンオフ時の逆回復が少なくなり、ダイオードリカバリ損失がほぼ無視できる。したがって、車両用電力変換装置１００の電力損失が低減し、装置の高効率化・小型化を実現できるメリットがある。
　例えば、１５００Ａ用のＳｉのＩＧＢＴモジュールと比較した場合、ウエハー材料がＳｉ→ＳｉＣ化されると、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの内部のチップ接合部の厚さを１桁以上薄くできるので、単位面積あたりのオン抵抗が低減できる。逆に言うと、電流密度を上げられる。実用的には、ＳｉＣはＳｉの２倍以上に電流密度を上げることが可能である。したがって、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２にＳｉＣを用いることで、チップの大きさが同じでもより大きな電流定格のチップを製作することができる。その結果、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとしても、ＳｉのＩＧＢＴと大きさが同じであっても、より大きな電流定格のモジュールを製作することができる。
　このため、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２にＳｉＣを適用することで、Ｓｉを適用した場合と比較すると、電流密度を２倍程度まで上げることができ、単純には同じ電流定格のインバータでも、冷却ユニット１に取り付けた半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの占める面積を半分にすることができる。
　また、Ｓｉによる１５００Ａ定格の素子モジュールが実用化されており、スイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２をＳｉＣとすることにより、電流密度が２倍となることから、Ｓｉによる１５００Ａ定格の素子モジュールと同じ素子モジュールの外形でＳｉＣとした場合には、３０００Ａ定格の素子モジュールを構成することができる。ＰＭＳＭ駆動のように１台のモータを駆動するための素子定格が５００Ａ程度であれば、電流定格が５００Ａの素子を素子モジュール一つに６個まで入れることが可能となる。したがって、３相のインバータは各相の正極側と負極側にそれぞれスイッチング素子１０１が配されることから、６つのスイッチング素子１０１を１モジュールにパッケージすることにより、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの中の１つで、永久磁石式同期電動機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの中の１台を駆動させるインバータを構成することができ、インバータの小型化を実現できる。
　図２は、冷却ユニット１への半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの設置を例示する図である。図３は、冷却ユニット１への半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを設置した場合の側面（図２の下方向から見た場合）を例示する図である。
　図２、図３に示すように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、冷却ユニット１が冷却を行う同一の冷却面（図示例における冷却ユニット１の上面）に並べて設置される。また、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ上には、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、正極側ラミネート導体２１と、負極側ラミネート導体２２とが、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと略平行に配置されている。半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄとは接続ブッシュを介して接続されている。
　具体的には、図３に示すように、半導体素子モジュール１３ｂとゲートドライバ回路基板２０ｂとは接続ブッシュ６０ｂを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｂと負極側ラミネート導体２２とは接続ブッシュ６１ｂを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｂと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ６２ｂを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｂと交流側出力端子導体２３ｂとは接続ブッシュ６３ｂを介して接続される。同様に、半導体素子モジュール１３ｄとゲートドライバ回路基板２０ｄ、半導体素子モジュール１３ｄと負極側ラミネート導体２２、半導体素子モジュール１３ｄと正極側ラミネート導体２１、半導体素子モジュール１３ｄと交流側出力端子導体２３ｄは、接続ブッシュ６０ｄ、６１ｄ、６２ｄ、６３ｄを介してそれぞれ接続される。なお、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｃについても同様に接続ブッシュを介して接続されることは言うまでもないことである。
　なお、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、永久磁石式同期電動機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに３相分の交流出力を行う導体である。交流側出力端子導体２３ａは、永久磁石式同期電動機２ａに対して（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）の３相の交流出力を行う。交流側出力端子導体２３ｂは、永久磁石式同期電動機２ｂに対して（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）の３相の交流出力を行う。交流側出力端子導体２３ｃは、永久磁石式同期電動機２ｃに対して（Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３）の３相の交流出力を行う。交流側出力端子導体２３ｄは、永久磁石式同期電動機２ｄに対して（Ｕ４、Ｖ４、Ｗ４）の３相の交流出力を行う。
　このように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接続ブッシュを介してゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを直付けすることで、ゲート制御配線を少なくし、ゲート制御の応答性を向上させることができる。また、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を接続し、４つの素子モジュールで正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を共用することで、フィルタコンデンサ１４との間のインダクタンスを低減し、スイッチング素子１０１における遮断特性を向上させることができる。
　このとき、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｃのゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｃは、冷却ユニット１の一端部に並置されている。また、半導体素子モジュール１３ｂ、１３ｄのゲートドライバ回路基板２０ｂ、２０ｄは、上記の一端部の反対側端部に並置されている。このように構成することで、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと接続する端子は、冷却ユニット１の中央部分に集合する。各交流側出力端子導体２３と各半導体素子モジュールの接続部分を近接とすることで、導体の長さが同程度となり、導体の長さと比例するインダクタンスも同程度となることから、インダクタンスの差異により引き起こされる制御上の誤動作を軽減することが可能である。
　またこのとき、交流側出力端子導体２３ａは、略Ｌ字の形状を有し、半導体素子モジュール１３ａの図２の左側から延出している。交流側出力端子導体２３ｃは、略Ｌ字の形状を有し、半導体素子モジュール１３ｃの図２の左側から延出している。交流側出力端子導体２３ｂは、略Ｌ字と左右対称となる形状を有し、半導体素子モジュール１３ａの図２の右側から延出している。交流側出力端子導体２３ｄは、略Ｌ字と左右対称となる形状を有し、半導体素子モジュール１３ｃの図２の右側から延出している。
　このような構成とすることで、交流側出力端子導体２３ａに対して交流側出力端子導体２３ｂは斜め上部側に位置し、交流側出力端子導体２３ｂに対して交流側出力端子導体２３ｃは下部側に位置し、交流側出力端子導体２３ｃに対して交流側出力端子導体２３ｄは斜め上部側に位置することになる。そのため、各交流側出力端子導体２３間のインダクタンス差を僅差にしながら、なるべく多くの絶縁距離を確保することが可能となる。以上のことから本実施形態の構成を有する車両用電力変換装置は、小型化と省エネを図ることが可能となる。
［第２の実施形態］
　図４は、第２の実施形態にかかる車両用電力変換装置１００ａの回路構成の一例を示す図である。図４に示すように、車両用電力変換装置１００ａは、直流架電（図示しない）からの電力で３相の交流出力を行う回路構成であり、車両用電力変換装置１００ａに対して並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる１Ｃ４Ｍの構成である。
　車両用電力変換装置１００ａの主回路構成は、パンタグラフ４、高速度遮断器５、充電抵抗短絡用接触器６、開放接触器８、フィルタリアクトル９、フィルタコンデンサ１４、フィルタコンデンサ電圧検出器１５、フィルタコンデンサ放電ユニット１６（フィルタコンデンサ放電抵抗１０、放電用スイッチング素子１１で構成）、２ｉｎ１の半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、それら半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニット２７、車輪１２、誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、電流検出器２４ａ、２４ｂにより構成される。
　冷却ユニット２７は、冷却ユニット１と同様、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃが発する熱を冷媒などを介して放熱部より放熱することで、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃを冷却する。
　半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（図５、６を参照）によりゲートに印加される電圧に基づいてスイッチング動作をするスイッチング素子１０１と、還流電流を流す還流ダイオード１０２とを備える。具体的には、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を有し、２つのスイッチング素子１０１を１つの回路モジュールに組み入れた２ｉｎ１の構成となっている。車両用電力変換装置１００ａでは、この２ｉｎ１構成の半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃにより、並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる３相の交流出力を行う。この２ｉｎ１構成の半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、冷却ユニット２７に取り付けられている。
　また、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃのスイッチング素子１０１と、還流ダイオード１０２とには、Ｓｉではなく、ＳｉＣ（炭化珪素）を適用している。したがって、前述した車両用電力変換装置１００と同様の理由により、誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを４台、並列に駆動する車両用電力変換装置１００ａにおいては、電流定格が１５００Ａのスイッチング素子１０１を半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃの一つに２個まで入れることが可能となり、インバータの小型化を実現できる。
　図５は、冷却ユニット２７への半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃの設置を例示する図である。図６は、図５におけるＩＶ－ＩＶの断面図である。
　図５、図６に示すように、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、冷却ユニット２７が冷却を行う同一の冷却面（図示例における冷却ユニット２７の上面）に並べて設置される。また、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ上には、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、正極側ラミネート導体２１と、負極側ラミネート導体２２とが、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃと略平行に配置されている。半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃとは接続ブッシュを介して接続されている。
　具体的には、図６に示すように、半導体素子モジュール１８ａとゲートドライバ回路基板２０ａとは接続ブッシュ６０ａを介して接続される。また、半導体素子モジュール１８ａと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ６２ａを介して接続される。また、半導体素子モジュール１８ａと交流側出力端子導体２３ａとは接続ブッシュ６３ａを介して接続される。同様に、半導体素子モジュール１８ｂとゲートドライバ回路基板２０ｂ、半導体素子モジュール１８ｂと正極側ラミネート導体２１、半導体素子モジュール１８ｂと交流側出力端子導体２３ｂは、接続ブッシュ６０ｂ、６２ｂ、６３ｂを介してそれぞれ接続される。また、半導体素子モジュール１８ｃとゲートドライバ回路基板２０ｃ、半導体素子モジュール１８ｃと正極側ラミネート導体２１、半導体素子モジュール１８ｃと交流側出力端子導体２３ｃは、接続ブッシュ６０ｃ、６２ｃ、６３ｃを介してそれぞれ接続される。
　このように、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃに接続ブッシュを介してゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃを直付けすることで、ゲート制御配線を少なくし、ゲート制御の応答性を向上させることができる。また、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃに接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を接続し、３つの素子モジュールで正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を共用することで、フィルタコンデンサ１４との間のインダクタンスを低減し、スイッチング素子１０１における遮断特性を向上させることができる。
　このとき、各交流側出力端子導体２３は同等の長さを有している。そのため、導体長さと比例するインダクタンスも同程度であるため、制御上の対応が容易となる。また、各半導体素子モジュール１８上のゲートドライバ回路基板２０が、各半導体素子モジュール１８の各交流側出力端子導体２３が延出している端部とは反対側の端部に位置している。このように各交流側出力端子導体２３とゲートドライバ回路基板２０間に距離が確保できているため、各交流側出力端子導体２３から発生するノイズがゲートドライバ回路基板２０に影響することを低減することが可能となる。以上のことから本実施形態の構成を有する車両用電力変換装置は、小型化と省エネを図ることが可能となる。
［第３の実施形態］
　図７は、第３の実施形態にかかる車両用電力変換装置１００ｂの回路構成の一例を示す図である。図７に示すように、車両用電力変換装置１００ｂは、直流架電（図示しない）からの電力で３相の交流出力を行う回路構成であり、車両用電力変換装置１００ｂに対して並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる１Ｃ４Ｍの構成である。
　車両用電力変換装置１００ｂの主回路構成は、パンタグラフ４、高速度遮断器５、充電抵抗短絡用接触器６、開放接触器８、フィルタリアクトル９、フィルタコンデンサ１４、フィルタコンデンサ電圧検出器１５、フィルタコンデンサ放電ユニット１６（フィルタコンデンサ放電抵抗１０、放電用スイッチング素子１１で構成）、６ｉｎ１の半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆ、それら半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニット３１、車輪１２、誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、電流検出器２４ａ、２４ｂにより構成される。
　冷却ユニット３１は、冷却ユニット１と同様、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆが発する熱を冷媒などを介して放熱部より放熱することで、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆを冷却する。
　半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆは、ゲートドライバ回路基板２０ｅ、２０ｆ（図８、９を参照）によりゲートに印加される電圧に基づいてスイッチング動作をするスイッチング素子１０１と、還流電流を流す還流ダイオード１０２とを備える。具体的には、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆは、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する。すなわち、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆは、６つのスイッチング素子１０１を１つの回路モジュールに組み入れた６ｉｎ１の構成となっている。そして、半導体素子モジュール１３ｅと、半導体素子モジュール１３ｆとは、並列に接続されており、その中性点から並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる３相の交流出力を行う。
　６ｉｎ１構成の半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆの電流定格は５００Ａ程度であることから、半導体素子モジュール１３ｅと半導体素子モジュール１３ｆとを並列に接続して１０００Ａ定格相当に構成することで、並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動できる。また、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆのスイッチング素子１０１と、還流ダイオード１０２とには、Ｓｉではなく、ＳｉＣを適用している。したがって、前述した車両用電力変換装置１００と同様の理由により、インバータの小型化を実現できる。
　図８は、冷却ユニット３１への半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆの設置を例示する図である。図９は、図８におけるＶ－Ｖの断面図である。
　図８、図９に示すように、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆは、冷却ユニット３１が冷却を行う同一の冷却面（図示例における冷却ユニット３１の上面）に並べて設置される。また、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆ上には、ゲートドライバ回路基板２０ｅ、２０ｆと、正極側ラミネート導体２１と、負極側ラミネート導体２２とが、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆと略平行に配置されている。半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆと、ゲートドライバ回路基板２０ｅ、２０ｆ、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃとは接続ブッシュを介して接続されている。
　具体的には、図９に示すように、半導体素子モジュール１３ｅとゲートドライバ回路基板２０ｅとは接続ブッシュ６０ｅを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｅと負極側ラミネート導体２２とは接続ブッシュ６１ｅを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｅと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ６２ｅを介して接続される。また、半導体素子モジュール１３ｅと交流側出力端子導体２３ｃとは接続ブッシュ６３ｅを介して接続される。同様に、半導体素子モジュール１３ｆとゲートドライバ回路基板２０ｆ、半導体素子モジュール１３ｆと負極側ラミネート導体２２、半導体素子モジュール１３ｆと正極側ラミネート導体２１、半導体素子モジュール１３ｆと交流側出力端子導体２３ｃは、接続ブッシュ６０ｆ、６１ｆ、６２ｆ、６３ｆを介してそれぞれ接続される。なお、交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂについても同様に接続ブッシュを介して接続されることは言うまでもないことである。
　このように、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆに接続ブッシュを介してゲートドライバ回路基板２０ｅ、２０ｆを直付けすることで、ゲート制御配線を少なくし、ゲート制御の応答性を向上させることができる。また、半導体素子モジュール１３ｅ、１３ｆに接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を接続し、２つの素子モジュールで正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を共用することで、フィルタコンデンサ１４との間のインダクタンスを低減し、スイッチング素子１０１における遮断特性を向上させることができる。
［第４の実施形態］
　図１０は、第４の実施形態にかかる車両用電力変換装置１００ｃの回路構成の一例を示す図である。図１０に示すように、車両用電力変換装置１００ｃは、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するコンバータ用の半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを備え、その半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを用いて、入力される単相交流から直流出力を得る３レベルの単相コンバータを有する構成である。
　車両用電力変換装置１００ｃの主回路構成は、パンタグラフ４、高速度遮断器３４、主変圧器３５、充電抵抗３８、充電抵抗短絡用接触器３７、開放接触器３６、正極側フィルタコンデンサ３９ａ、３９ｂ、負極側フィルタコンデンサ４０ａ、４０ｂ、正極側フィルタコンデンサ電圧検出器４１、負極側フィルタコンデンサ電圧検出器４２、フィルタコンデンサ放電ユニット１６（フィルタコンデンサ放電抵抗１０、放電用スイッチング素子１１で構成）、２ｉｎ１のコンバータ用の半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、中性点クランプ用ダイオード４６ａ、４６ｂ、それら半導体素子モジュールと中性点クランプ用ダイオードとを冷却する１つの冷却ユニット４４、２ｉｎ１のインバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、中性点クランプ用ダイオード４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ、それら半導体素子モジュールと中性点クランプ用ダイオードとを冷却する１つの冷却ユニット４５、車輪１２、誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、電流検出器２４ａ、２４ｂ、コンバータ入力電流検出器４３により構成される。
　具体的には、交流架電（図示しない）から集電するパンタグラフ４が高速度遮断器３４と主変圧器３５とを介して車輪１２に接続される。主変圧器３５の二次コイルからの出力は、開放接触器３６と、充電抵抗短絡用接触器３７、充電抵抗３８、コンバータ入力電流検出器４３を介して、半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを用いた３レベルの単相コンバータへ入力される。半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを用いた３レベルの単相コンバータの出力は、正極側フィルタコンデンサ３９ａ、負極側フィルタコンデンサ４０ａ、フィルタコンデンサ放電ユニット１６、正極側フィルタコンデンサ電圧検出器４１、負極側フィルタコンデンサ電圧検出器４２、正極側フィルタコンデンサ３９ｂ、負極側フィルタコンデンサ４０ｂなどの中間直流回路を経て、インバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍへ入力される。インバータ部では、還流ダイオード１０２をスイッチング素子１０１と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するインバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍを用いて３レベルの３相インバータを構成している。このインバータ部から並列に接続された誘導電動機１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを駆動させる３相の交流出力を行う。
　車両用電力変換装置１００ｃが起動する際には、高速度遮断器３４が投入され、開放接触器３６を投入後、充電抵抗３８と半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇの還流ダイオード１０２を介して交流架電から正極側フィルタコンデンサ３９ａ、３９ｂ、負極側フィルタコンデンサ４０ａ、４０ｂに充電が行われる。これら正極側フィルタコンデンサ３９ａ、３９ｂ、負極側フィルタコンデンサ４０ａ、４０ｂへの充電が完了すると、充電抵抗短絡用接触器３７が投入され、コンバータ用の半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇへゲート信号（ゲート電圧）が出力されて単相コンバータが動作を開始する。一方、インバータ部も同様に、インバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍへゲート信号が出力されて動作を開始する。
　コンバータ用の半導体素子モジュール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇのスイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２、中性点をクランプする中性点クランプ用ダイオード４６ａ、４６ｂには、Ｓｉではなく、ＳｉＣを適用している。したがって、前述した車両用電力変換装置１００と同様の理由により、車両用電力変換装置１００ｃにおけるコンバータ部分の小型化を実現できる。同様に、インバータ用の半導体素子モジュール１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍのスイッチング素子１０１、還流ダイオード１０２、中性点をクランプする中性点クランプ用ダイオード４６ｃ、４６ｄ、４６ｅには、Ｓｉではなく、ＳｉＣを適用している。したがって、前述した車両用電力変換装置１００と同様の理由により、コンバータ部分の小型化を実現できる。また、中性点をクランプする中性点クランプ用ダイオード４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅにもＳｉＣを適用して発生損失を抑えている。
［変形例１］
　次に、上述した第１～第４の実施形態の変形例を説明する。上述した実施形態では、半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体（図２、図５、図８の交流側出力端子導体２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄなど）が半導体素子モジュールが並ぶ面と平行に延在する構成であった。これに対し、変形例１では、半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体が半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直に延在する構成を、第１の実施形態の変形例として例示する。
　図１１は、変形例１にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。図１２は、図１１におけるＶＩａ－ＶＩａの断面図である。図１３は、図１１におけるＶＩｂ－ＶＩｂの断面図である。図１４は、図１１におけるＶＩｃ－ＶＩｃの断面図である。
　図１１、図１４に示すように、変形例１では、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからの３相の交流出力が、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を突き抜けて、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが並ぶ面と略垂直に延在する交流側出力端子導体５１ａ、５１ｂ、５１ｃにより行われる。
　なお、図１２に示すように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｃと負極側ラミネート導体２２とは接続ブッシュ４９ａ、４９ｂ、４９ｃを介して接続される。また、図１３に示すように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｃと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して接続される。なお、半導体素子モジュール１３ｂ、１３ｄについても同様に接続ブッシュを介して接続されることは言うまでも無いことである。
　図１５は、端子ユニット５２への接続を例示する概念図である。図１６は、図１５におけるＣ方向からの側面図である。図１７は、図１５におけるＶＩＩ－ＶＩＩの断面図である。図１５～図１７に示すように、変形例１では、交流側出力端子導体５１ａ、５１ｂ、５１ｃの端部側を支持板５２ａに設置された端子ユニット５２の導体受け部５２ｂに差し込むことで、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからの３相の交流出力が配線５３ａを介して出力コネクタ５３より行われる。ここで、配線５３ａを介した３相の交流出力は、支持板５２ａにより遮蔽されていることから、半導体素子モジュール側に影響しないものとする。
　以上のように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからの３相の交流出力が、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが並ぶ面と略垂直に延在する交流側出力端子導体５１ａ、５１ｂ、５１ｃにより端子ユニット５２に直付けされて行われることから、３相の交流出力によるノイズが半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに及ぼす影響を抑えることができる。例えば、図２の場合と比較しても明らかなとおり、３相の交流出力によるノイズがゲートドライバ回路基板に及ぼす影響を低減できる。以上のことから本実施形態の構成を有する車両用電力変換装置は、小型化と省エネを図ることが可能となる。
［変形例２］
　図１８は、変形例２にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。図１８に示すように、変形例２では、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを互いに独立させる構成としている点が変形例１と異なっている。
　具体的には、半導体素子モジュール１３ａは、接続ブッシュ４９ａ、４９ｂ、４９ｃを介して負極側ラミネート導体２２ａと接続し、接続ブッシュ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して正極側ラミネート導体２１ａと接続する。同様に、半導体素子モジュール１３ｂは接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１ｂ、負極側ラミネート導体２２ｂと接続する。また、半導体素子モジュール１３ｃは接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１ｃ、負極側ラミネート導体２２ｃと接続する。また、半導体素子モジュール１３ｄは接続ブッシュを介して正極側ラミネート導体２１ｄ、負極側ラミネート導体２２ｄと接続する。このように、半導体素子モジュール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを互いに独立させる構成では、いずれかの半導体素子モジュールで破損などが生じた場合であっても、他の半導体素子モジュールへの影響を抑え、冗長性を高めることができる。
　図１９は、モールド樹脂で樹脂封止された場合の、図１８におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの断面図である。図１９に示すように、半導体素子モジュール１３ａ上に配置されたゲートドライバ回路基板２０ａ、負極側ラミネート導体２２ａ、正極側ラミネート導体２１ａは、交流側出力端子導体５１ａの出力側の端部を除き、モールド樹脂７０ａにより樹脂封止される一体構成としてよい。半導体素子モジュール１３ｂ上に配置されたゲートドライバ回路基板２０ｂ、負極側ラミネート導体２２ｂ、正極側ラミネート導体２１ｂも同様、交流側出力端子導体５１ａの出力側の端部を除き、モールド樹脂７０ｂにより樹脂封止される一体構成としてよい。なお、半導体素子モジュール１３ｃ、１３ｄも同様に樹脂封止されることは言うまでも無いことである。なお、モールド樹脂７０ａには、エポキシなどの絶縁性の熱硬化性樹脂が用いられる。
　このように、ゲートドライバ回路基板、負極側ラミネート導体、正極側ラミネート導体を、絶縁性の樹脂で樹脂封止することで、ゲートドライバ回路基板の低圧部と、負極側ラミネート導体、正極側ラミネート導体が絶縁物で隔てられることから、高圧部と低圧部の絶縁耐圧を確保するとともに、低圧部へ高圧部からのノイズ等の影響を受けにくくすることができる。以上のことから本実施形態の構成を有する車両用電力変換装置は、小型化と省エネを図ることが可能となる。
［変形例３］
　変形例３では、半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体が半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直に延在する構成を、第２の実施形態の変形例として例示する。
　図２０は、変形例３にかかる車両用電力変換装置の外観を例示する図である。図２１は、図２０におけるＩＸａ－ＩＸａの断面図である。図２２は、図２０におけるＩＸｂ－ＩＸｂの断面図である。
　図２０～図２２に示すように、変形例３では、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃからの３相の交流出力が、正極側ラミネート導体２１、負極側ラミネート導体２２を突き抜けて、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃが並ぶ面と略垂直に延在する交流側出力端子導体４８ａ、４８ｂ、４８ｃにより行われる。
　なお、図２２に示すように、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃと負極側ラミネート導体２２とは接続ブッシュ４９ａ、４９ｂ、４９ｃを介して接続される。また、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃと正極側ラミネート導体２１とは接続ブッシュ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して接続される。なお、ゲートドライバ回路基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃについても同様に接続ブッシュを介して接続されることは言うまでも無いことである。
　図２３は、導体受け部５２ｃへの接続を例示する概念図である。図２３に示すように、変形例３では、交流側出力端子導体４８ａ、４８ｂ、４８ｃの端部側を支持板５２ａに設置された導体受け部４９ａ、４９ｂ、４９ｃの穴にネジ止めすることで、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃからの３相の交流出力が行われる構成である。
　以上のように、半導体素子モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃが並ぶ面と略垂直に延在する交流側出力端子導体４８ａ、４８ｂ、４８ｃが、導体受け部４９ａ、４９ｂ、４９ｃにネジ止めされることで、３相の交流出力が行われる構成であってもよい。
　なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
　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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

Claims (15)

  1. 　スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、１台の永久磁石式同期電動機を駆動させる３相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有する半導体素子モジュールと、
    　４つの前記半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、
    　を備える車両用電力変換装置。
  2. 　前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するコンバータ用の半導体素子モジュールと、
    　４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを冷却するための、前記冷却ユニットとは別の冷却ユニットと、を備え、
    　入力される単相交流から直流出力を得るための、４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを用いた３レベルの単相コンバータを有する請求項１に記載の車両用電力変換装置。
  3. 　前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々は、前記冷却ユニットが冷却を行う同一の冷却面に並べて設置され、
    　前記冷却面に並べて配置された前記インバータ用の半導体素子モジュール上において、当該インバータ用の半導体素子モジュールの各々と略平行に配置され、前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々と接続ブッシュを介して接続される、正極側及び負極側の２つの導体板と、前記スイッチング素子のゲート電圧を制御するゲートドライバ回路とを備える、
    　請求項１に記載の車両用電力変換装置。
  4. 　前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体を更に備え、
    　前記導体は、前記半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直とする方向に延在する、
    　請求項３に記載の車両用電力変換装置。
  5. 　前記正極側及び負極側の２つの導体板と、前記ゲートドライバ回路とは、前記導体の出力側の端部を除き樹脂封止される、
    　請求項４に記載の車両用電力変換装置。
  6. 　スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、並列に接続された４台の誘導電動機を駆動させるための１相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するインバータ用の半導体素子モジュールと、
    　前記４台の誘導電動機を駆動させる３相の交流出力を行うための３つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、
    　を備える車両用電力変換装置。
  7. 　前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するコンバータ用の半導体素子モジュールと、
    　４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを冷却するための、前記冷却ユニットとは別の冷却ユニットと、を備え、
    　入力される単相交流から直流出力を得るための、４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを用いた３レベルの単相コンバータを有する請求項５に記載の車両用電力変換装置。
  8. 　前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々は、前記冷却ユニットが冷却を行う同一の冷却面に並べて設置され、
    　前記冷却面に並べて配置された前記インバータ用の半導体素子モジュール上において、当該インバータ用の半導体素子モジュールの各々と略平行に配置され、前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々と接続ブッシュを介して接続される、正極側及び負極側の２つの導体板と、前記スイッチング素子のゲート電圧を制御するゲートドライバ回路とを備える、
    　請求項５に記載の車両用電力変換装置。
  9. 　前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体を更に備え、
    　前記導体は、前記半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直とする方向に延在する、
    　請求項７に記載の車両用電力変換装置。
  10. 　前記正極側及び負極側の２つの導体板と、前記ゲートドライバ回路とは、前記導体の出力側の端部を除き樹脂封止される、
    　請求項８に記載の車両用電力変換装置。
  11. 　スイッチング動作をするスイッチング素子と、還流電流を流す還流ダイオードとにＳｉＣ（炭化珪素）を適用し、誘導電動機の駆動にかかる３相の交流出力を行う回路として、前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した１相の交流出力にかかる回路を３相分有するインバータ用の半導体素子モジュールと、
    　２つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを冷却する１つの冷却ユニットと、を備え、
    　並列に接続された４台の誘導電動機を駆動させる３相の交流出力を、２つの前記インバータ用の半導体素子モジュールを並列に接続した中性点から行う車両用電力変換装置。
  12. 　前記還流ダイオードを前記スイッチング素子と逆並列に接続したアームを直列接続した回路を有するコンバータ用の半導体素子モジュールと、
    　４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを冷却するための、前記冷却ユニットとは別の冷却ユニットと、を備え、
    　入力される単相交流から直流出力を得るための、４つの前記コンバータ用の半導体素子モジュールを用いた３レベルの単相コンバータを有する請求項１０に記載の車両用電力変換装置。
  13. 　前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々は、前記冷却ユニットが冷却を行う同一の冷却面に並べて設置され、
    　前記冷却面に並べて配置された前記インバータ用の半導体素子モジュール上において、当該インバータ用の半導体素子モジュールの各々と略平行に配置され、前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々と接続ブッシュを介して接続される、正極側及び負極側の２つの導体板と、前記スイッチング素子のゲート電圧を制御するゲートドライバ回路とを備える、
    　請求項１０に記載の車両用電力変換装置。
  14. 　前記インバータ用の半導体素子モジュールの各々から交流出力を行う導体を更に備え、
    　前記導体は、前記半導体素子モジュールが並ぶ面と略垂直とする方向に延在する、
    　請求項１２に記載の車両用電力変換装置。
  15. 　前記正極側及び負極側の２つの導体板と、前記ゲートドライバ回路とは、前記導体の出力側の端部を除き樹脂封止される、
    　請求項１３に記載の車両用電力変換装置。
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