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JP2001238468A - Main circuit structure of power converter for electric vehicles - Google Patents

Main circuit structure of power converter for electric vehicles

Info

Publication number
JP2001238468A
JP2001238468A JP2000048951A JP2000048951A JP2001238468A JP 2001238468 A JP2001238468 A JP 2001238468A JP 2000048951 A JP2000048951 A JP 2000048951A JP 2000048951 A JP2000048951 A JP 2000048951A JP 2001238468 A JP2001238468 A JP 2001238468A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power converter
electric vehicle
semiconductor
heat block
main circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000048951A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Hisada
将一 久田
Kiyoshi Nakada
仲田  清
Satoshi Inarida
聡 稲荷田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2000048951A priority Critical patent/JP2001238468A/en
Publication of JP2001238468A publication Critical patent/JP2001238468A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気車用電力変換器において、組立作業と素
子破壊時の交換作業を容易にすると同時に、さらに冷却
効率の向上を図ることにある。 【解決手段】 定格電圧3000V以上、定格電流12
00A以上の半導体モジュールを複数用いて直流を交流
に変換し、または、その逆変換を行う電気車用電力変換
器において、一方面に放熱フィン1を取り付けた一つの
ヒートブロック2の他方面の電気車走行方向にわたり、
各相毎に上記変換機能を有する半導体ユニット3U,3
V,3Wを複数個取り付け、半導体ユニットは少なくと
もヒートブロックに取り付け手段を有した基板に正側・
負側アームの半導体モジュールが並べて配置されてなる
構造とする。
(57) [Problem] To provide a power converter for an electric vehicle that facilitates assembling work and replacement work when an element is destroyed, and further improves cooling efficiency. SOLUTION: Rated voltage 3000V or more, rated current 12
In a power converter for an electric vehicle, which converts a direct current into an alternating current using a plurality of semiconductor modules of 00 A or more, or performs the reverse conversion, an electric power on the other surface of one heat block 2 having a radiation fin 1 attached to one surface. Over the direction of travel,
Semiconductor units 3U, 3 having the conversion function for each phase
V, 3W, a plurality of semiconductor units are mounted on a substrate having at least a mounting means on a heat block.
The structure is such that the semiconductor modules of the negative arm are arranged side by side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体モジュール
を用いた電力変換器に係り、特に、電気車に適した電気
車用電力変換器の主回路構造に関する。
The present invention relates to a power converter using a semiconductor module, and more particularly to a main circuit structure of a power converter for an electric vehicle suitable for an electric vehicle.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体モジュールを用いた電力変
換器の主回路構造として、例えば特開平5−83957
号公報に記載の例がある。これは、半導体モジュール,
スナバ回路,交流電源側フィルタコンデンサ及び半導体
モジュールで発生する熱を放出する放熱フィンを各相毎
に一体配線して同一箱内に収納し、入出力端子を箱外に
引き出して実装するものである。これにより、配線作業
の効率化と配線インダクタンスの低減を図っている。ま
た、特開平11−8982号公報に記載の例では、電力
変換器の構成要素である受熱板、冷却装置に取り付けた
半導体モジュール,スナバ回路を一相分毎に配線してユ
ニット化し、保守の容易性を確保することを狙ってい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a main circuit structure of a power converter using a semiconductor module, for example, JP-A-5-83957.
There is an example described in Japanese Patent Publication No. This is a semiconductor module,
The snubber circuit, the filter capacitor on the AC power supply side, and the radiating fins that release the heat generated by the semiconductor module are integrally wired for each phase and housed in the same box, and the input / output terminals are pulled out of the box and mounted. . Thereby, the efficiency of the wiring work and the reduction of the wiring inductance are achieved. In the example described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-8982, a heat receiving plate, a semiconductor module attached to a cooling device, and a snubber circuit, which are components of a power converter, are wired for each phase to form a unit for maintenance. The aim is to ensure ease.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術により電気車用として装置を組んだ場合、一相
毎に個別に冷却器が分割してあるため、走行方向によっ
て風の当たり方が違うことにより、放熱のばらつきが生
じ、温度分布に差が出てしまうという課題が生じる。
However, when the device is assembled for an electric vehicle according to the above-mentioned prior art, since the coolers are individually divided for each phase, the way of hitting the wind differs depending on the traveling direction. As a result, there arises a problem that a variation in heat radiation occurs and a difference occurs in the temperature distribution.

【0004】本発明の課題は、電気車用電力変換器にお
いて、組立作業と素子破壊時の交換作業を容易にすると
同時に、さらに冷却効率の向上を図ることにある。
[0004] It is an object of the present invention to facilitate the assembling work and the replacing work when the element is destroyed in a power converter for electric vehicles, and to further improve the cooling efficiency.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、電気車用電力変換器において、良伝熱性の基板に一
相分の正側・負側アーム半導体モジュールを取り付け、
ブスバーで一体配線した半導体ユニットを一つのヒート
ブロックに電気車の走行方向にわたり、複数個取り付け
る構造とする。
In order to solve the above-mentioned problems, in a power converter for an electric vehicle, a positive-side / negative-side arm semiconductor module for one phase is mounted on a substrate having good heat conductivity.
A plurality of semiconductor units integrated with a bus bar are attached to one heat block in the traveling direction of the electric vehicle.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態を示す電
気車用の3相電力変換器の構成図である。図1におい
て、1は放熱フィン、2はヒートブロック、3U,3
V,3Wは半導体ユニット、4は半導体ユニット3U,
3V,3Wをヒートブロック2に取り付けるための取付
ネジである。一つのヒートブロック2には、一方面に放
熱フィン1を取り付け、また、他方面の電気車走行方向
にわたり、各相毎にユニット化したU,V,W相の半導
体ユニット3U,3V,3Wを取付ネジ4により取付け
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a three-phase power converter for an electric vehicle, showing one embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a radiation fin, 2 is a heat block, 3U, 3
V, 3W are semiconductor units, 4 is semiconductor unit 3U,
3 V, 3 W are mounting screws for mounting to the heat block 2. One heat block 2 is provided with radiating fins 1 on one surface, and U, V, W-phase semiconductor units 3U, 3V, 3W unitized for each phase over the electric vehicle traveling direction on the other surface. Attach with the mounting screw 4.

【0007】図2,図3は、図1で示した実施形態の一
相分の半導体ユニットを示し、図2はその斜視図を、図
3は側面図を示す。一相分の半導体ユニットは、ヒート
ブロック2に取付るための取付穴10を有した良伝熱性
の基板5に正側アーム半導体モジュール6aおよび負側
アーム半導体モジュール6bを取り付け、正側アーム半
導体モジュール6aのコレクタ端子11aと外部との接
続端子を有する平板状の正側導体7(以下、ブスバーP
と称する。)を接続し、正側アーム半導体モジュール6
aのエミッタ端子12aと負側アーム半導体モジュール
6bのコレクタ端子11bを外部との接続端子を有する
平板状の交流出力導体8(以下、ブスバーUと称す
る。)により接続し、負側アーム半導体モジュール6b
のエミッタ端子12bと外部との接続端子を有する平板
状の負側導体9(以下、ブスバーNと称する。)を接続
する。ここで、ブスバーP,ブスバーU,ブスバーNは
階層的に配置され、低インダクタンス化を図っている。
なお、図示していないが、ブスバーP7,ブスバーN8
には外部との接続端子を設け、この端子端に図示してい
ないが、直流源であるフィルタコンデンサが接続され、
ブスバーU8に設けられた外部接続端子には交流負荷が
接続される。
FIGS. 2 and 3 show a semiconductor unit for one phase of the embodiment shown in FIG. 1, FIG. 2 is a perspective view thereof, and FIG. 3 is a side view. In the semiconductor unit for one phase, the positive arm semiconductor module 6a and the negative arm semiconductor module 6b are mounted on a substrate 5 having good heat conductivity and having a mounting hole 10 for mounting on the heat block 2. A flat-side positive conductor 7 (hereinafter, referred to as a busbar P) having a collector terminal 11a and an external connection terminal.
Called. ) To connect the positive side arm semiconductor module 6
The emitter terminal 12a of the negative arm semiconductor module 6b is connected to the collector terminal 11b of the negative arm semiconductor module 6b by a flat AC output conductor 8 (hereinafter, referred to as a bus bar U) having a connection terminal with the outside.
And a flat negative conductor 9 (hereinafter, referred to as a bus bar N) having an emitter terminal 12b and a connection terminal to the outside. Here, the bus bar P, the bus bar U, and the bus bar N are arranged in a hierarchical manner to reduce the inductance.
Although not shown, bus bar P7, bus bar N8
Is provided with a connection terminal to the outside, and a filter capacitor which is a DC source is connected to this terminal end, not shown,
An AC load is connected to an external connection terminal provided on the bus bar U8.

【0008】ところで、本発明の電力変換器は、電気車
の駆動系への適用が対象であることから、変換器として
容量が大きいものである。半導体モジュールとしては自
己消弧形素子であるIGBTを使用し、その定格として
は電圧3000V以上、電流1200A以上のものが対
象となる。このような大容量器になると、半導体モジュ
ールを接続する配線のインダクタンスをできるだけ小さ
くする必要があるため、本実施形態では平板状のブスバ
ーを用い、かつ、相互インダクタンスをより小さくする
ためにブスバーを階層的構成とする。
The power converter of the present invention has a large capacity as a converter because it is applied to a drive system of an electric vehicle. As the semiconductor module, an IGBT which is a self-extinguishing element is used, and its rating is a voltage of 3000 V or more and a current of 1200 A or more. In such a large-capacitance device, it is necessary to reduce the inductance of the wiring connecting the semiconductor modules as much as possible. Therefore, in this embodiment, a flat bus bar is used, and the bus bars are hierarchically arranged to further reduce the mutual inductance. Configuration.

【0009】本実施形態では、一つのヒートブロックに
電気車走行方向にわたり、各相毎にユニット化した半導
体ユニットを複数個、取付ねじにより取り付ける構造と
するため、組立作業と素子破壊時の交換作業が容易であ
る。また、一つのヒートブロックに複数個の半導体ユニ
ットを取付けることにより、各相毎の放熱が均一とな
り、冷却効率の向上を図ることができる。
In the present embodiment, a plurality of semiconductor units, which are unitized for each phase, are mounted on one heat block in the direction of travel of the electric vehicle by mounting screws. Is easy. Further, by attaching a plurality of semiconductor units to one heat block, the heat radiation of each phase becomes uniform, and the cooling efficiency can be improved.

【0010】なお、上記実施形態で説明した電力変換器
は、直流を交流に変換するインバータや、交流を直流に
変換するコンバータを備えた各社電気車用電力変換器に
適用することにより、本発明の効果をいかんなく発揮す
ることができる。
The power converter described in the above embodiment is applied to a power converter for an electric vehicle of each company provided with an inverter for converting DC to AC or a converter for converting AC to DC. The effect of can be fully exhibited.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一つのヒートブロックに電気車走行方向にわたり、各相
毎にユニット化した半導体ユニットを複数個、取付ねじ
により取り付ける構造とするので、組立作業と素子破壊
時の交換作業が容易である。また、一つのヒートブロッ
クに複数個の半導体ユニットを取付けることにより、各
相毎の放熱が均一となり、冷却効率の向上を図ることが
できる。また、半導体モジュールを接続する配線に平板
状のブスバーを用い、かつ、ブスバーを階層的構成とし
たので、インダクタンスを小さくすることがき、かつ、
相互インダクタンスをより小さくすることができる。
As described above, according to the present invention,
A plurality of semiconductor units unitized for each phase are attached to one heat block in the direction of travel of the electric vehicle by mounting screws, so that an assembling operation and an exchanging operation when the element is destroyed are easy. Further, by attaching a plurality of semiconductor units to one heat block, the heat radiation of each phase becomes uniform, and the cooling efficiency can be improved. In addition, since a flat bus bar is used for the wiring connecting the semiconductor modules, and the bus bar has a hierarchical configuration, the inductance can be reduced, and
Mutual inductance can be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示す電気車用電力変換器
の構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of an electric vehicle power converter showing one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態を示す一相分の半導体ユニ
ットの斜視図
FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor unit for one phase showing one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態を示す一相分の半導体ユニ
ットの側面図
FIG. 3 is a side view of a semiconductor unit for one phase showing one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…放熱フィン、2…ヒートブロック、3U,3V,3
W…半導体ユニット、4…取付ネジ、5…基板、6a,
6b…半導体モジュール、7…正側導体、8…交流出力
導体、9…負側導体、10…取付穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat radiation fin, 2 ... Heat block, 3U, 3V, 3
W: semiconductor unit, 4: mounting screw, 5: substrate, 6a,
6b semiconductor module, 7 positive conductor, 8 AC output conductor, 9 negative conductor, 10 mounting hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲荷田 聡 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 Fターム(参考) 5H007 BB06 CC23 HA03 HA05 HA07 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued from the front page (72) Inventor Satoshi Inarida 1070 Ma, Hitachinaka-shi, Ibaraki F-term in Mito Works, Hitachi, Ltd. F-term (reference) 5H007 BB06 CC23 HA03 HA05 HA07

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 定格電圧が高く、定格電流が大きい大容
量の半導体モジュールを複数用いて直流を交流に変換
し、または、その逆変換を行う電気車用電力変換器にお
いて、一方面に放熱フィンを取り付けた一つのヒートブ
ロックの他方面の電気車走行方向にわたり、各相毎に上
記変換機能を有する半導体ユニットを複数個取り付け、
前記半導体ユニットは少なくとも前記ヒートブロックに
取り付け手段を有した基板に正側・負側アームの半導体
モジュールが並べて配置されてなることを特徴とする電
気車用電力変換器の主回路構造。
An electric vehicle power converter for converting DC to AC or vice versa by using a plurality of large-capacity semiconductor modules having a high rated voltage and a high rated current. Attaching a plurality of semiconductor units having the conversion function for each phase over the electric vehicle traveling direction on the other surface of one heat block with
The main circuit structure of a power converter for an electric vehicle, wherein the semiconductor unit is configured by arranging semiconductor modules of a positive side and a negative side side by side on a substrate having at least a mounting means on the heat block.
【請求項2】 請求項1において、前記各半導体モジュ
ールのコレクタ及びエミッタ端子を階層的に配置した外
部との接続端子部を有する平板状の複数枚のブスバーに
接続することを特徴とする電気車用電力変換器の主回路
構造。
2. The electric vehicle according to claim 1, wherein the collector and emitter terminals of each of the semiconductor modules are connected to a plurality of flat bus bars having connection terminals with the outside arranged hierarchically. Main circuit structure of power converter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008001413A1 (en) 2006-06-23 2008-01-03 Mitsubishi Electric Corporation Power converter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008001413A1 (en) 2006-06-23 2008-01-03 Mitsubishi Electric Corporation Power converter
JPWO2008001413A1 (en) * 2006-06-23 2009-11-19 三菱電機株式会社 Power converter

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