(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022160942
(43)【公開日】2022-10-20
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20221013BHJP
H02M 7/487 20070101ALI20221013BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 Z
H02M7/487
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021065480
(22)【出願日】2021-04-07
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104433
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 博一
(74)【代理人】
【識別番号】100202728
【弁理士】
【氏名又は名称】三森 智裕
(72)【発明者】
【氏名】高木 健吾
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770AA21
5H770BA03
5H770DA03
5H770DA22
5H770DA32
5H770DA41
5H770PA21
5H770PA26
5H770QA01
5H770QA06
5H770QA12
5H770QA22
(57)【要約】
【課題】スイッチング素子を有する３つ以上の複数の半導体モジュールを共通の冷却面に配置する場合にも、複数の半導体モジュールを効率よく冷却することが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】この電力変換装置１００は、各々、スイッチング素子を有する半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および、半導体モジュール１３を含む。半導体モジュール１１および半導体モジュール１３は、冷却面８１ａに互いに離間してα方向に並べて配置されている。そして、半導体モジュール１２は、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３に対して、α方向に交差するβ方向側に離間して、冷却面８１ａに配置されている。
【選択図】図８
【解決手段】この電力変換装置１００は、各々、スイッチング素子を有する半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および、半導体モジュール１３を含む。半導体モジュール１１および半導体モジュール１３は、冷却面８１ａに互いに離間してα方向に並べて配置されている。そして、半導体モジュール１２は、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３に対して、α方向に交差するβ方向側に離間して、冷却面８１ａに配置されている。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スイッチング素子を有する複数の半導体モジュールを含む電力変換部と、
前記複数の半導体モジュールの各々が配置される冷却面を有し、前記冷却面に配置された前記複数の半導体モジュールの各々を冷却する冷却体と、を備え、
前記複数の半導体モジュールは、各々、前記スイッチング素子を有する第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、および、第３半導体モジュールを含み、
前記第１半導体モジュールおよび前記第３半導体モジュールは、前記冷却体の前記冷却面に互いに離間して第１方向に並べて配置され、
前記第２半導体モジュールは、前記第１半導体モジュールおよび前記第３半導体モジュールに対して、前記第１方向に交差する第２方向側に離間して、前記冷却体の前記冷却面に配置されている、電力変換装置。
前記複数の半導体モジュールの各々が配置される冷却面を有し、前記冷却面に配置された前記複数の半導体モジュールの各々を冷却する冷却体と、を備え、
前記複数の半導体モジュールは、各々、前記スイッチング素子を有する第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、および、第３半導体モジュールを含み、
前記第１半導体モジュールおよび前記第３半導体モジュールは、前記冷却体の前記冷却面に互いに離間して第１方向に並べて配置され、
前記第２半導体モジュールは、前記第１半導体モジュールおよび前記第３半導体モジュールに対して、前記第１方向に交差する第２方向側に離間して、前記冷却体の前記冷却面に配置されている、電力変換装置。
【請求項2】
前記第１半導体モジュール、前記第２半導体モジュール、および、前記第３半導体モジュールの各々は、前記冷却体の前記冷却面と接する長方形の被冷却面を有する直方体形状を有し、
前記第１半導体モジュールおよび前記第３半導体モジュールは、前記被冷却面の短辺が前記第１方向に沿うように互いに離間して平行に並べて配置され、
前記第２半導体モジュールは、前記被冷却面の短辺が前記第１方向に直交する前記第２方向に沿うように配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
前記第１半導体モジュールおよび前記第３半導体モジュールは、前記被冷却面の短辺が前記第１方向に沿うように互いに離間して平行に並べて配置され、
前記第２半導体モジュールは、前記被冷却面の短辺が前記第１方向に直交する前記第２方向に沿うように配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
各々、前記電力変換部を含み、個別に電力を切り替えて出力するように構成されている第１電力変換群および第２電力変換群をさらに備え、
前記冷却体は、前記第１電力変換群に含まれる前記電力変換部の前記複数の半導体モジュールの各々が配置される前記冷却面である一方面と、前記第２電力変換群に含まれる前記電力変換部の前記複数の半導体モジュールの各々が配置される前記冷却面である他方面とを有する板状の冷却板部を含む、請求項１または２に記載の電力変換装置。
前記冷却体は、前記第１電力変換群に含まれる前記電力変換部の前記複数の半導体モジュールの各々が配置される前記冷却面である一方面と、前記第２電力変換群に含まれる前記電力変換部の前記複数の半導体モジュールの各々が配置される前記冷却面である他方面とを有する板状の冷却板部を含む、請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記冷却体は、前記冷却板部に対して熱交換可能に接続されており、前記第１電力変換群および前記第２電力変換群に対して共通して用いられる放熱部を含む、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記第１半導体モジュールおよび前記第３半導体モジュールの各々は、１つの前記スイッチング素子を有し、
前記第２半導体モジュールは、２つの前記スイッチング素子を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第２半導体モジュールは、２つの前記スイッチング素子を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記第１半導体モジュールと前記第２半導体モジュールとを電気的に接続する板状の第１接続導体と、
前記第２半導体モジュールと前記第３半導体モジュールとを電気的に接続する板状の第２接続導体と、をさらに備え、
前記第１接続導体および前記第２接続導体は、互いに絶縁された状態で積層されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第２半導体モジュールと前記第３半導体モジュールとを電気的に接続する板状の第２接続導体と、をさらに備え、
前記第１接続導体および前記第２接続導体は、互いに絶縁された状態で積層されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記電力変換部は、上位電位と中間電位と下位電位との３つのレベルの電位の電力を出力するように構成されており、
入力の正極側と負極側との間において互いに直列に接続されている正極側コンデンサおよび負極側コンデンサを含み、入力された電力を平滑する平滑コンデンサモジュールと、
前記正極側に設けられた前記第１半導体モジュールの正側端子と、前記正極側コンデンサの正側に接続する前記平滑コンデンサモジュールの正側端子とを電気的に接続する正側導体と、
前記正極側コンデンサの負側および前記負極側コンデンサの正側に接続する前記平滑コンデンサモジュールの中間端子と、前記正極側に設けられた前記第１半導体モジュールの負側端子と、前記負極側に設けられた前記第３半導体モジュールの正側端子とを電気的に接続する中間導体と、
前記負極側に設けられた前記第３半導体モジュールの負側端子と、前記負極側コンデンサの負側に接続する前記平滑コンデンサモジュールの負側端子とを電気的に接続する負側導体と、をさらに備え、
前記正側導体と、前記中間導体と、前記負側導体とは、この順に互いに絶縁された状態で積層されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
入力の正極側と負極側との間において互いに直列に接続されている正極側コンデンサおよび負極側コンデンサを含み、入力された電力を平滑する平滑コンデンサモジュールと、
前記正極側に設けられた前記第１半導体モジュールの正側端子と、前記正極側コンデンサの正側に接続する前記平滑コンデンサモジュールの正側端子とを電気的に接続する正側導体と、
前記正極側コンデンサの負側および前記負極側コンデンサの正側に接続する前記平滑コンデンサモジュールの中間端子と、前記正極側に設けられた前記第１半導体モジュールの負側端子と、前記負極側に設けられた前記第３半導体モジュールの正側端子とを電気的に接続する中間導体と、
前記負極側に設けられた前記第３半導体モジュールの負側端子と、前記負極側コンデンサの負側に接続する前記平滑コンデンサモジュールの負側端子とを電気的に接続する負側導体と、をさらに備え、
前記正側導体と、前記中間導体と、前記負側導体とは、この順に互いに絶縁された状態で積層されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記平滑コンデンサモジュールは、直方体形状を有し、前記複数の半導体モジュールの各々が配置される前記冷却体の前記冷却面と対向するように配置され、
前記平滑コンデンサモジュールの前記正側端子、前記負側端子、および、前記中間端子は、直方体形状を有する前記平滑コンデンサモジュールにおいて、前記冷却面と対向する面に対して前記第１方向側に隣り合う共通の端子配置面に配置されており、
前記正側導体、前記中間導体、および、前記負側導体は、前記冷却面に沿う方向から前記端子配置面に沿う方向に折り曲げられたＬ字状の板状である、請求項７に記載の電力変換装置。
前記平滑コンデンサモジュールの前記正側端子、前記負側端子、および、前記中間端子は、直方体形状を有する前記平滑コンデンサモジュールにおいて、前記冷却面と対向する面に対して前記第１方向側に隣り合う共通の端子配置面に配置されており、
前記正側導体、前記中間導体、および、前記負側導体は、前記冷却面に沿う方向から前記端子配置面に沿う方向に折り曲げられたＬ字状の板状である、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記平滑コンデンサモジュールの前記中間端子は、前記端子配置面において、前記冷却面と対向する面側の辺に沿って１列に４つ配置されており、
前記平滑コンデンサモジュールの前記正側端子は、隣り合って２つ配置されており、
前記平滑コンデンサモジュールの前記負側端子は、隣り合って２つ配置されており、
２つの前記正側端子および２つの前記負側端子の各々は、前記端子配置面において、１列に配置される４つの前記中間端子の各々と隣り合うように１列に配置されている、請求項８に記載の電力変換装置。
前記平滑コンデンサモジュールの前記正側端子は、隣り合って２つ配置されており、
前記平滑コンデンサモジュールの前記負側端子は、隣り合って２つ配置されており、
２つの前記正側端子および２つの前記負側端子の各々は、前記端子配置面において、１列に配置される４つの前記中間端子の各々と隣り合うように１列に配置されている、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項10】
各々、前記電力変換部を含み、三相の交流電力のうちの各々の相の交流電力をそれぞれ出力する第１相電力変換ユニット、第２相電力変換ユニット、および、第３相電力変換ユニットをさらに備え、
前記冷却体は、前記第１相電力変換ユニットに含まれる前記複数の半導体モジュールの各々を冷却する第１冷却体と、前記第２相電力変換ユニットに含まれる前記複数の半導体モジュールの各々を冷却する第２冷却体と、前記第３相電力変換ユニットに含まれる前記複数の半導体モジュールの各々を冷却する第３冷却体と、を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記冷却体は、前記第１相電力変換ユニットに含まれる前記複数の半導体モジュールの各々を冷却する第１冷却体と、前記第２相電力変換ユニットに含まれる前記複数の半導体モジュールの各々を冷却する第２冷却体と、前記第３相電力変換ユニットに含まれる前記複数の半導体モジュールの各々を冷却する第３冷却体と、を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項11】
前記電力変換部は、鉄道車両に搭載され、前記鉄道車両に補助電源を供給するための補助電源ラインに対して交流電力を出力するように構成されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、電力変換装置に関し、特に、複数の半導体モジュールを含む電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複数の半導体モジュールを含む電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【0003】
上記特許文献１に記載の電力変換装置は、複数の半導体モジュールを備える。複数の半導体モジュールでは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である半導体素子とダイオードとの並列接続回路からなる電流スイッチ回路が２つ直列に配置されている。そして、上記特許文献１に記載の電力変換装置では、複数の半導体モジュールのうちの４つの半導体モジュールが、冷却器に接するように上下に並べて配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１９／１４６１７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献１に記載の電力変換装置では、スイッチング動作により熱源となる半導体素子（スイッチング素子）を含む４つの半導体モジュールが上下に並べられて冷却器に配置されているため、半導体モジュール同士の距離が比較的近くなる。このため、スイッチング素子を有する３つ以上の半導体モジュールを共通の冷却面（冷却器）に配置する場合に、半導体モジュールの冷却効率が低下するという問題点がある。
【0006】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、スイッチング素子を有する３つ以上の複数の半導体モジュールを共通の冷却面に配置する場合にも、複数の半導体モジュールを効率よく冷却することが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、スイッチング素子を有する複数の半導体モジュールを含む電力変換部と、複数の半導体モジュールの各々が配置される冷却面を有し、冷却面に配置された複数の半導体モジュールの各々を冷却する冷却体と、を備え、複数の半導体モジュールは、各々、スイッチング素子を有する第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、および、第３半導体モジュールを含み、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールは、冷却体の冷却面に互いに離間して第１方向に並べて配置され、第２半導体モジュールは、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールに対して、第１方向に交差する第２方向側に離間して、冷却体の冷却面に配置されている。
【0008】
この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールは、冷却体の冷却面に互いに離間して第１方向に並べて配置されている。そして、第２半導体モジュールは、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールに対して、第１方向に交差する第２方向側に離間して、冷却体の冷却面に配置されている。これにより、共通の冷却面において、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールが第１方向に並べて配置され、第１方向と交差する第２方向側に第２半導体モジュールが離間して配置されているため、第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、および、第３半導体モジュールが、同じ方向に並べられて共通の冷却面に配置されている場合に比べて、第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、および、第３半導体モジュール同士の冷却面上での互いの距離を大きくすることができる。そのため、第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、および、第３半導体モジュールの各々に含まれる熱源となる複数のスイッチング素子同士の距離を大きくすることができる。その結果、熱源同士の距離を大きくすることができるので、スイッチング素子を有する３つ以上の複数の半導体モジュールを共通の冷却面に配置する場合にも、複数の半導体モジュールを効率よく冷却することができる。
【0009】
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１半導体モジュール、第２半導体モジュール、および、第３半導体モジュールの各々は、冷却体の冷却面と接する長方形の被冷却面を有する直方体形状を有し、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールは、被冷却面の短辺が第１方向に沿うように互いに離間して平行に並べて配置され、第２半導体モジュールは、被冷却面の短辺が第１方向に直交する第２方向に沿うように配置されている。このように構成すれば、第２半導体モジュールの長方形の被冷却面と、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールの長方形の被冷却面とを、互いに直交する向きに配置することができる。そのため、冷却面において、平行に配置されている第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールに対して斜めに交差する向きに第２半導体モジュールを配置する場合と異なり、第２半導体モジュールから第１半導体モジュールまでの距離と、第２半導体モジュールから第３半導体モジュールまでの距離とを等しくすることができるため、第１半導体モジュール側と第３半導体モジュール側との間において、冷却効率に偏りが生まれることを抑制することができる。その結果、複数の半導体モジュールの冷却を均等に行うことができるので、半導体モジュールを効率よく冷却することができる。
【0010】
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、各々、電力変換部を含み、個別に電力を切り替えて出力するように構成されている第１電力変換群および第２電力変換群をさらに備え、冷却体は、第１電力変換群に含まれる電力変換部の複数の半導体モジュールの各々が配置される冷却面である一方面と、第２電力変換群に含まれる電力変換部の複数の半導体モジュールの各々が配置される冷却面である他方面とを有する板状の冷却板部を含む。このように構成すれば、個別に電力を切り替えて出力するように構成されている第１電力変換群および第２電力変換群を、共通の冷却板部の一方面および他方面に配置することによって冷却することができる。そのため、１つの冷却板部の同じ側の面に第１電力変換群および第２電力変換群を配置する場合に比べて、電力出力動作を切り替えながら共通の冷却板部を用いることによって、冷却板部の冷却面の面積を小さくすることができる。その結果、装置構成の小型化および部品点数の削減を図りながら、効率よく複数の半導体モジュールを冷却することができる。
【0011】
この場合、好ましくは、冷却体は、冷却板部に対して熱交換可能に接続されており、第１電力変換群および第２電力変換群に対して共通して用いられる放熱部を含む。このように構成すれば、第１電力変換群および第２電力変換群に対して共通して用いられる冷却板部に対して、共通して用いられる放熱部を熱交換可能に接続することによって、複数の半導体モジュールを冷却することができる。そのため、冷却板部に加えて放熱部をも共通とすることによって、装置構成の小型化および部品点数の削減をより図りながら、効率よく複数の半導体モジュールを冷却することができる。
【0012】
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールの各々は、１つのスイッチング素子を有し、第２半導体モジュールは、２つのスイッチング素子を有する。このように構成すれば、１つのスイッチング素子を有する第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールを第１方向に並べて配置するとともに、２つのスイッチング素子を有する第２半導体モジュールを、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールの並ぶ第１方向とは異なる第２方向側に離間して配置することができる。そのため、熱源の多い第２半導体モジュールのみを異なる方向である第２方向側に離間させて配置することによって、複数の熱源同士の距離が近づきすぎることを抑制するように複数の半導体モジュールを配置することができる。その結果、冷却体による各々の半導体モジュールの冷却効率に差が生じることを抑制することができるので、より効率よく複数の半導体モジュールを冷却することができる。
【0013】
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１半導体モジュールと第２半導体モジュールとを電気的に接続する板状の第１接続導体と、第２半導体モジュールと第３半導体モジュールとを電気的に接続する板状の第２接続導体と、をさらに備え、第１接続導体および第２接続導体は、互いに絶縁された状態で積層されている。このように構成すれば、第１接続導体と第２接続導体とが互いに絶縁された状態で積層されているので、第１半導体モジュールから第２半導体モジュールに向かって流れる電流と、第２半導体モジュールから第３半導体モジュールに向かって流れる電流とを隣接させた状態で対向させて流すことができる。そのため、第１接続導体と第２接続導体とにおいて電流が互いに対向して流れることによって、第１接続導体と第２接続導体とにおいて発生する寄生インダクタンスを低下させることができる。その結果、第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールを第１方向に並べて配置するとともに、第２半導体モジュールを第１方向と交差する第２方向側に離間して配置した状態において、それぞれを接続する第１接続導体および第２接続導体を互いに積層することによって、複数の半導体モジュールを効率よく冷却することができるとともに、寄生インダクタンスによる電力変換効率の低下を抑制することができる。
【0014】
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換部は、上位電位と中間電位と下位電位との３つのレベルの電位の電力を出力するように構成されており、入力の正極側と負極側との間において互いに直列に接続されている正極側コンデンサおよび負極側コンデンサを含み、入力された電力を平滑する平滑コンデンサモジュールと、正極側に設けられた第１半導体モジュールの正側端子と、正極側コンデンサの正側に接続する平滑コンデンサモジュールの正側端子とを電気的に接続する正側導体と、正極側コンデンサの負側および負極側コンデンサの正側に接続する平滑コンデンサモジュールの中間端子と、正極側に設けられた第１半導体モジュールの負側端子と、負極側に設けられた第３半導体モジュールの正側端子とを電気的に接続する中間導体と、負極側に設けられた第３半導体モジュールの負側端子と、負極側コンデンサの負側に接続する平滑コンデンサモジュールの負側端子とを電気的に接続する負側導体と、をさらに備え、正側導体と、中間導体と、負側導体とは、この順に互いに絶縁された状態で積層されている。このように構成すれば、３つのレベルの電位の電力を出力する３レベルインバータにおいて、正側導体と中間導体とを隣り合うように積層するとともに、負側導体と中間導体とを隣り合うように積層することができる。そのため、正側導体に流れる電流と中間導体に流れる電流とを対向させることによって正側導体と中間導体とに発生する寄生インダクタンスを小さくすることができるとともに、負側導体に流れる電流と中間導体に流れる電流とを対向させることによって負側導体と中間導体とに発生する寄生インダクタンスを小さくすることができる。その結果、正側導体と中間導体と負側導体とにおいて発生する寄生インダクタンスを低下させることができるので、３レベルインバータにおいて、複数の半導体モジュールを効率よく冷却することができるとともに、寄生インダクタンスによる電力変換効率の低下を抑制することができる。
【0015】
この場合、好ましくは、平滑コンデンサモジュールは、直方体形状を有し、複数の半導体モジュールの各々が配置される冷却体の冷却面と対向するように配置され、平滑コンデンサモジュールの正側端子、負側端子、および、中間端子は、直方体形状を有する平滑コンデンサモジュールにおいて、冷却面と対向する面に対して第１方向側に隣り合う共通の端子配置面に配置されており、正側導体、中間導体、および、負側導体は、冷却面に沿う方向から端子配置面に沿う方向に折り曲げられたＬ字状の板状である。このように構成すれば、正側導体、中間導体、および、負側導体が、冷却面に沿う方向から端子配置面に沿う方向に折り曲げられたＬ字状の板状であるため、複数の半導体モジュールと平滑コンデンサモジュールとの距離を近づけて配置した場合にも、冷却面と対向する面に隣り合う端子配置面において、正側導体、中間導体、および、負側導体と、平滑コンデンサモジュールとを容易に接続させることができる。そのため、複数の半導体モジュールと平滑コンデンサモジュールとの距離を近づけて配置した場合にも、端子を接続する組み立て作業を容易に行うことができる。その結果、複数の半導体モジュールと平滑コンデンサモジュールとを近づけることによって装置構成を小型化することができるとともに、組み立て作業の作業性を向上させることができる。
【0016】
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、平滑コンデンサモジュールの中間端子は、端子配置面において、冷却面と対向する面側の辺に沿って１列に４つ配置されており、平滑コンデンサモジュールの正側端子は、隣り合って２つ配置されており、平滑コンデンサモジュールの負側端子は、隣り合って２つ配置されており、２つの正側端子および２つの負側端子の各々は、端子配置面において、１列に配置される４つの中間端子の各々と隣り合うように１列に配置されている。このように構成すれば、正側端子および負側端子の各々が中間端子と隣合って配置されていない場合に比べて、正側導体および負側導体のそれぞれと、中間導体との重なり合う部分の距離をより大きくすることができる。そのため、正側導体および負側導体のそれぞれと、中間導体とにおいて、流れる電流が対向する部分の距離をより大きくすることができる。その結果、正側導体、中間導体、および、負側導体において発生するインダクタンスをより小さくすることができるので、電力変換効率の低下をより抑制することができる。
【0017】
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、各々、電力変換部を含み、三相の交流電力のうちの各々の相の交流電力をそれぞれ出力する第１相電力変換ユニット、第２相電力変換ユニット、および、第３相電力変換ユニットをさらに備え、冷却体は、第１相電力変換ユニットに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する第１冷却体と、第２相電力変換ユニットに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する第２冷却体と、第３相電力変換ユニットに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する第３冷却体と、を含む。このように構成すれば、第１相電力変換ユニット、第２相電力変換ユニット、および、第３相電力変換ユニットの各々に含まれる複数の半導体モジュールを、別個の冷却体によって冷却することができる。そのため、第１相電力変換ユニット、第２相電力変換ユニット、および、第３相電力変換ユニットの各々において、互いの距離を大きくするように複数の半導体モジュールを各々の冷却体に配置することができるので、スイッチング素子を有する複数の半導体モジュールを効率よく冷却することができる。そのため、三相の交流電力うちの各々の相の交流電力をそれぞれ別個に出力する場合にも、スイッチング素子を有する複数の半導体モジュールを効率よく冷却することができる。
【0018】
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換部は、鉄道車両に搭載され、鉄道車両に補助電源を供給するための補助電源ラインに対して交流電力を出力するように構成されている。このように構成すれば、鉄道車両に補助電源を供給するための補助電源ラインに対して交流電力を出力する場合にも、電力変換部におけるスイッチング素子を有する複数の半導体モジュールを効率よく冷却することができる。そのため、鉄道車両において、より安定した補助電源を供給することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、上記のように、スイッチング素子を有する３つ以上の複数の半導体モジュールを共通の冷却面に配置する場合にも、複数の半導体モジュールを効率よく冷却することが可能な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本実施形態による電力変換装置が搭載される鉄道車両を示した模式図である。
【図2】本実施形態による電力変換装置の構成を説明するための模式図である。
【図3】本実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図4】第１相電力変換ユニットにおける第１電力変換群の回路図である。
【図5】３つの半導体モジュールを示した図である。
【図6】平滑コンデンサモジュールと、３つの半導体モジュールとの接続を説明するための模式図である。
【図7】冷却体の構成を説明するための斜視図である。
【図8】冷却体の冷却面における半導体モジュールの配置を説明するための図である。
【図9】平滑コンデンサモジュールにおける端子の配置を示した図である。
【図10】接続導体を説明するための図である。
【図11】接続導体による半導体モジュールと平滑コンデンサモジュールとの接続を説明するための図である。
【図12】第１電力変換群および第２電力変換群の配置について説明するための図である。
【図13】本発明の変形例による平滑コンデンサモジュールの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
【0023】
（鉄道車両の構成）
図１に示すように、鉄道車両１０１は、直流電源としての架線１０２から供給される電力により、レール上を走行するように構成されている。以下の説明では、鉄道車両１０１の進行方向をＸ方向、鉄道車両１０１の左右方向をＹ方向、鉄道車両１０１の上下方向（鉛直方向）をＺ方向とする。
図１に示すように、鉄道車両１０１は、直流電源としての架線１０２から供給される電力により、レール上を走行するように構成されている。以下の説明では、鉄道車両１０１の進行方向をＸ方向、鉄道車両１０１の左右方向をＹ方向、鉄道車両１０１の上下方向（鉛直方向）をＺ方向とする。
【0024】
鉄道車両１０１は、パンタグラフ１０１ａ、遮断器１０１ｂ（図３参照）、補助電源ライン１０１ｃ、負荷１０１ｄ、および、電力変換装置１００を備えている。パンタグラフ１０１ａは、架線１０２に供給されている電力を受電（集電）する。遮断器１０１ｂは、過電流が発生した場合に電路を解放する。遮断器１０１ｂは、たとえば、高速度遮断器を含む。補助電源ライン１０１ｃは、鉄道車両１０１に補助電源を供給するための電源ラインである。具体的には、補助電源ライン１０１ｃは、後述する電力変換装置１００からの電力を負荷１０１ｄに供給するための電源ラインである。負荷１０１ｄは、鉄道車両１０１に搭載された空調機器や制御機器等を含む。負荷１０１ｄは、電力変換装置１００から補助電源ライン１０１ｃを介して供給される交流電力によって動作する。
【0025】
電力変換装置１００は、架線１０２からの直流電力を三相の交流電力に変換して、負荷１０１ｄに供給する補助電源装置である。また、電力変換装置１００は、鉄道車両１０１の車体の底部の下側（Ｚ２側）に取り付けられている。
【0026】
（電力変換装置の全体構成）
図２に示すように、本実施形態では、電力変換装置１００は、３つの電力変換ユニットを備える。具体的には、電力変換装置１００は、第１相電力変換ユニット１００ａ、第２相電力変換ユニット１００ｂ、および、第３相電力変換ユニット１００ｃを備える。第１相電力変換ユニット１００ａ、第２相電力変換ユニット１００ｂ、および、第３相電力変換ユニット１００ｃは、それぞれ三相の交流電力のうちの各々を出力するように構成されている。具体的には、第１相電力変換ユニット１００ａはＵ相の交流電力を出力するように構成されている。第２相電力変換ユニット１００ｂはＶ相の交流電力を出力するように構成されている。そして、第３相電力変換ユニット１００ｃはＷ相の交流電力を出力するように構成されている。
図２に示すように、本実施形態では、電力変換装置１００は、３つの電力変換ユニットを備える。具体的には、電力変換装置１００は、第１相電力変換ユニット１００ａ、第２相電力変換ユニット１００ｂ、および、第３相電力変換ユニット１００ｃを備える。第１相電力変換ユニット１００ａ、第２相電力変換ユニット１００ｂ、および、第３相電力変換ユニット１００ｃは、それぞれ三相の交流電力のうちの各々を出力するように構成されている。具体的には、第１相電力変換ユニット１００ａはＵ相の交流電力を出力するように構成されている。第２相電力変換ユニット１００ｂはＶ相の交流電力を出力するように構成されている。そして、第３相電力変換ユニット１００ｃはＷ相の交流電力を出力するように構成されている。
【0027】
図３に示すように、電力変換装置１００は、１群側と２群側との２つの電力変換動作を切り替えて実行可能に構成された待機冗長系の電力変換装置である。第１相電力変換ユニット１００ａは、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａを含む。また、第２相電力変換ユニット１００ｂは、第１電力変換群１ｂおよび第２電力変換群２ｂを含む。また、第３相電力変換ユニット１００ｃは、第１電力変換群１ｃおよび第２電力変換群２ｃを含む。
【0028】
本実施形態では、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａは、それぞれ、電力変換動作を行う電力変換部１０および２０を含む。そして、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａは、個別に電力を切り替えて出力するように構成されている。具体的には、Ｕ相の交流電力を出力する第１相電力変換ユニット１００ａは、Ｕ相を出力する第１電力変換群１ａと、Ｕ相を出力する第２電力変換群２ａとを含む。同様に、Ｖ相を出力する第２相電力変換ユニット１００ｂは、Ｖ相を出力する第１電力変換群１ｂと、Ｖ相を出力する第２電力変換群２ｂとを含む。また、Ｗ相を出力する第３相電力変換ユニット１００ｃも同様に、Ｗ相を出力する第１電力変換群１ｃと、Ｗ相を出力する第２電力変換群２ｃとを含む。そして、第１電力変換群１ａ、１ｂ、および、１ｃは、１群側を構成し、第２電力変換群２ａ、２ｂ、および、２ｃは、２群側を構成する。
【0029】
第１相電力変換ユニット１００ａは、通常時において、２群側の第２電力変換群２ａを動作させずに１群側の第１電力変換群１ａを動作させ、入力された直流電力を変換してＵ相の交流電力を出力する。そして、電力変換装置１００は、１群側の第１電力変換群１ａにおいて故障などの不具合が発生した場合には、第１電力変換群１ａからの出力を第２電力変換群２ａからの出力に切り替えるように構成されている。第２相電力変換ユニット１００ｂおよび第３相電力変換ユニット１００ｃも、同様に１群側に不具合が発生した場合に２群側に切り替えて電力変換動作を行うように構成されている。
【0030】
また、電力変換装置１００は、スイッチ３ａ、３ｂ、３ｃ、および、３ｄを備える。スイッチ３ａ～３ｄは、１群側からの出力と２群側からの出力を切り替えるために開閉するように構成されている。電力変換装置１００は、図示しない制御部からの制御信号に基づいて、１群側（第１電力変換群１ａ、１ｂ、および、１ｃ）を動作させる場合に、スイッチ３ａおよび３ｃを導通させる。そして、電力変換装置１００は、制御部からの制御信号に基づいて、２群側（第２電力変換群２ａ、２ｂ、および、２ｃ）を動作させる場合には、スイッチ３ｂおよび３ｄを導通させる。スイッチ３ａ～３ｄは、たとえば、電磁接触器を含む。
【0031】
（電力変換ユニット）
次に、図２～図１２を参照して、第１相電力変換ユニット１００ａの構成について説明する。なお、第２相電力変換ユニット１００ｂおよび第３相電力変換ユニット１００ｃは、第１相電力変換ユニット１００ａと構成が同様であるため、説明を省略する。
次に、図２～図１２を参照して、第１相電力変換ユニット１００ａの構成について説明する。なお、第２相電力変換ユニット１００ｂおよび第３相電力変換ユニット１００ｃは、第１相電力変換ユニット１００ａと構成が同様であるため、説明を省略する。
【0032】
図２～図４に示すように、第１相電力変換ユニット１００ａの１群側の第１電力変換群１ａは、電力変換部１０、平滑コンデンサモジュール３０、および、接続導体５０を備える。そして、第１相電力変換ユニット１００ａの２群側の第２電力変換群２ａは、電力変換部２０、平滑コンデンサモジュール４０、および、接続導体６０を備える。
【0033】
図３および図４に示すように、本実施形態では、電力変換部１０は、上位電位と中位電位と下位電位との３つのレベルの電位の電力を出力するように構成されている。具体的には、電力変換部１０は、パンタグラフ１０１ａからの直流電圧の入力である正極側と、接地されている負極側との入力に基づいて、電力変換動作を行い３つのレベルの電位を出力する３レベルインバータ回路を有する。本実施形態では、鉄道車両１０１に搭載される電力変換部１０および２０は、補助電源ライン１０１ｃに対して交流電力を出力するように構成されている。
【0034】
〈半導体モジュール〉
図５に示すように、第１電力変換群１ａの電力変換部１０は、３つの半導体モジュール（半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および半導体モジュール１３）を含む。半導体モジュール１１は、１つのスイッチング素子Ｑ１を有する。半導体モジュール１２は、２つのスイッチング素子Ｑ２およびＱ３を有する。そして、半導体モジュール１３は、１つのスイッチング素子Ｑ４を有する。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、たとえば、ＩＧＢＴである。なお、３つの半導体モジュール１１、１２、および、１３は、特許請求の範囲における「複数の半導体モジュール」の一例である。また、半導体モジュール１１、１２、および、１３は、それぞれ、特許請求の範囲における「第１半導体モジュール」、「第２半導体モジュール」、および、「第３半導体モジュール」の一例である。
図５に示すように、第１電力変換群１ａの電力変換部１０は、３つの半導体モジュール（半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および半導体モジュール１３）を含む。半導体モジュール１１は、１つのスイッチング素子Ｑ１を有する。半導体モジュール１２は、２つのスイッチング素子Ｑ２およびＱ３を有する。そして、半導体モジュール１３は、１つのスイッチング素子Ｑ４を有する。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、たとえば、ＩＧＢＴである。なお、３つの半導体モジュール１１、１２、および、１３は、特許請求の範囲における「複数の半導体モジュール」の一例である。また、半導体モジュール１１、１２、および、１３は、それぞれ、特許請求の範囲における「第１半導体モジュール」、「第２半導体モジュール」、および、「第３半導体モジュール」の一例である。
【0035】
本実施形態では、半導体モジュール１１は、正極側に設けられている。そして、半導体モジュール１１は、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１が並列に接続された正側に配置されるスイッチング回路と、負側に配置されるダイオードＤ２とを有する。半導体モジュール１１では、正側に配置されるスイッチング回路と負側に配置されるダイオードＤ２とが直列に接続されている。そして、半導体モジュール１１は、端子Ｐ１、端子Ｃ１、端子Ｎ１、および、端子Ｇ１を有する。端子Ｐ１は、半導体モジュール１１の正側に接続される。端子Ｎ１は、半導体モジュール１１の負側に接続される。端子Ｃ１は、半導体モジュール１１の正側に配置されるスイッチング回路と負側に配置されるダイオードＤ２との間に接続される。そして、端子Ｇ１は、後述するゲート基板７０からのゲート信号が入力されるスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続される。なお、端子Ｐ１および端子Ｎ１は、それぞれ、特許請求の範囲における「第１半導体モジュールの正側端子」および「第１半導体モジュールの負側端子」の一例である。
【0036】
また、本実施形態では、半導体モジュール１２は、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ３が並列に接続された正側に配置されるスイッチング回路と、スイッチング素子Ｑ３およびダイオードＤ４が並列に接続された負側に配置されるスイッチング回路との２つのスイッチング回路を有する。半導体モジュール１２では、２つのスイッチング回路が直列に接続されている。そして、半導体モジュール１２は、端子Ｐ２、端子Ｃ２、端子Ｎ２、端子Ｇ２、および、端子Ｇ３を有する。端子Ｐ２は、半導体モジュール１２の正側に接続される。端子Ｎ２は、半導体モジュール１２の負側に接続される。端子Ｃ２は、半導体モジュール１２の正側に配置されるスイッチング回路と負側に配置されるスイッチング回路との間に接続される。そして、端子Ｇ２は、後述するゲート基板７０からのゲート信号が入力されるスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に接続される。同様に、端子Ｇ３は、後述するゲート基板７０からのゲート信号が入力されるスイッチング素子Ｑ３のゲート端子に接続される。
【0037】
また、本実施形態では、半導体モジュール１３は、負極側に設けられている。そして、半導体モジュール１３は、正側に配置されるダイオードＤ５と、スイッチング素子Ｑ４およびダイオードＤ６が並列に接続された負側に配置されるスイッチング回路とを有する。半導体モジュール１３では、正側に配置されるダイオードＤ５と負側に配置されるスイッチング回路とが直列に接続されている。そして、半導体モジュール１３は、端子Ｐ３、端子Ｃ３、端子Ｎ３、および、端子Ｇ４を有する。端子Ｐ３は、半導体モジュール１３の正側に接続される。端子Ｎ３は、半導体モジュール１３の負側に接続される。端子Ｃ３は、半導体モジュール１３の正側に配置されるダイオードＤ５と、負側に配置されるスイッチング回路との間に接続される。そして、端子Ｇ４は、後述するゲート基板７０からのゲート信号が入力されるスイッチング素子Ｑ４のゲート端子に接続される。なお、端子Ｐ３および端子Ｎ３は、それぞれ、特許請求の範囲における「第３半導体モジュールの正側端子」および「第３半導体モジュールの負側端子」の一例である。
【0038】
図２および図４に示すように、第１相電力変換ユニット１００ａは、ゲート基板７０を含む。ゲート基板７０は、図示しない制御部からの制御信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作を制御するためのゲート信号を出力する。ゲート信号は、たとえば、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。なお、ゲート基板７０は、２群側の第２電力変換群２ａの電力変換部２０に対しても、同様にゲート信号を出力する。なお、ゲート基板７０は、第１相電力変換ユニット１００ａのＹ１方向側において、ＸＺ平面に沿うように配置されている。
【0039】
〈平滑コンデンサモジュール〉
図４に示すように、第１電力変換群１ａの平滑コンデンサモジュール３０は、コンデンサ３１およびコンデンサ３２を有する。本実施形態では、平滑コンデンサモジュール３０は、入力された電力を平滑する。コンデンサ３１およびコンデンサ３２は、第１電力変換群１ａにおいて入力の正極側と負極側との間において互いに直列に接続されるように構成されている。具体的には、平滑コンデンサモジュール３０は、正極側にコンデンサ３１、負極側にコンデンサ３２が接続されるように構成されている。コンデンサ３１および３２は、たとえば、フィルムコンデンサである。なお、コンデンサ３１は、特許請求の範囲における「正極側コンデンサ」の一例である。また、コンデンサ３２は、特許請求の範囲における「負極側コンデンサ」の一例である。
図４に示すように、第１電力変換群１ａの平滑コンデンサモジュール３０は、コンデンサ３１およびコンデンサ３２を有する。本実施形態では、平滑コンデンサモジュール３０は、入力された電力を平滑する。コンデンサ３１およびコンデンサ３２は、第１電力変換群１ａにおいて入力の正極側と負極側との間において互いに直列に接続されるように構成されている。具体的には、平滑コンデンサモジュール３０は、正極側にコンデンサ３１、負極側にコンデンサ３２が接続されるように構成されている。コンデンサ３１および３２は、たとえば、フィルムコンデンサである。なお、コンデンサ３１は、特許請求の範囲における「正極側コンデンサ」の一例である。また、コンデンサ３２は、特許請求の範囲における「負極側コンデンサ」の一例である。
【0040】
また、平滑コンデンサモジュール３０は、端子Ｐ４、端子Ｃ４、および、端子Ｎ４を有する。端子Ｐ４は、平滑コンデンサモジュール３０の正極側に接続される。すなわち、端子Ｐ４は、コンデンサ３１の正極側に接続される。端子Ｎ４は、平滑コンデンサモジュール３０の負極側に接続される。すなわち、端子Ｎ４は、コンデンサ３２の負極側に接続される。そして、端子Ｃ４は、平滑コンデンサモジュール３０の中間端子である。すなわち、端子Ｃ４は、コンデンサ３１とコンデンサ３２との間に接続される。具体的には、端子Ｃ４は、コンデンサ３１の負極側とコンデンサ３２の正極側とに接続される。
【0041】
〈半導体モジュールとコンデンサとの電気的な接続〉
図４および図６に示すように、接続導体５０は、電力変換部１０（半導体モジュール１１～１３）と、平滑コンデンサモジュール３０とを電気的に接続する。具体的には、接続導体５０は、導体５１、導体５２、導体５３、導体５４、および、導体５５を含む。なお、導体５１は、特許請求の範囲における「第１接続導体」の一例である。また、導体５２は、特許請求の範囲における「第２接続導体」の一例である。また、導体５３は、特許請求の範囲における「正側導体」の一例である。また、導体５４は、特許請求の範囲における「中間導体」の一例である。また、導体５５は、特許請求の範囲における「負側導体」の一例である。
図４および図６に示すように、接続導体５０は、電力変換部１０（半導体モジュール１１～１３）と、平滑コンデンサモジュール３０とを電気的に接続する。具体的には、接続導体５０は、導体５１、導体５２、導体５３、導体５４、および、導体５５を含む。なお、導体５１は、特許請求の範囲における「第１接続導体」の一例である。また、導体５２は、特許請求の範囲における「第２接続導体」の一例である。また、導体５３は、特許請求の範囲における「正側導体」の一例である。また、導体５４は、特許請求の範囲における「中間導体」の一例である。また、導体５５は、特許請求の範囲における「負側導体」の一例である。
【0042】
本実施形態では、導体５１は、半導体モジュール１１と半導体モジュール１２とを電気的に接続する。具体的には、導体５１は、半導体モジュール１１の端子Ｃ１と半導体モジュール１２の端子Ｐ２とを接続する。また、導体５２は、半導体モジュール１２と半導体モジュール１３とを電気的に接続する。具体的には、導体５２は、半導体モジュール１２の端子Ｎ２と半導体モジュール１３の端子Ｃ３とを接続する。
【0043】
また、本実施形態では、導体５３は、正極側に設けられた半導体モジュール１１の端子Ｐ１と平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｐ４とを電気的に接続する。また、導体５３は、入力の正極側と電気的に接続される。そして、導体５４は、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｃ４と、正極側に設けられた半導体モジュール１１の端子Ｎ１と、負極側に設けられた半導体モジュール１３の端子Ｐ３とを電気的に接続する。そして、導体５５は、負極側に設けられた半導体モジュール１３の端子Ｎ３と、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｎ４とを電気的に接続する。
【0044】
上記のようにして、第１電力変換群１ａは、電力変換部１０、平滑コンデンサモジュール３０、および、接続導体５０によって３レベルインバータ回路を構成している。なお、２群側の第２電力変換群２ａは、１群側の第１電力変換群１ａの構成と電気的に同様の構成によって、３レベルインバータ回路を構成している。すなわち、２群側の電力変換部２０、平滑コンデンサモジュール４０、および、接続導体６０は、それぞれ、電力変換部１０、平滑コンデンサモジュール３０、および、接続導体５０と電気的に同様の構成である。
【0045】
〈冷却体〉
また、図２に示すように、本実施形態では、電力変換装置１００は、冷却体８０を備える。冷却体８０は、複数の半導体モジュール（Ｕ相の半導体モジュール１１～１３、および、Ｖ相およびＷ相の複数の半導体モジュール）の各々を冷却する。また、冷却体８０は、冷却体８０ａ、冷却体８０ｂ、および、冷却体８０ｃを含む。冷却体８０ａは、第１相電力変換ユニット１００ａに含まれる複数の半導体モジュール（半導体モジュール１１～１３）の各々を冷却する。冷却体８０ｂは、第２相電力変換ユニット１００ｂに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する。そして、冷却体８０ｃは、第３相電力変換ユニット１００ｃに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する。なお、冷却体８０ａは、特許請求の範囲における「第１冷却体」の一例である。また、冷却体８０ｂは、特許請求の範囲における「第２冷却体」の一例である。冷却体８０ｃは、特許請求の範囲における「第３冷却体」の一例である。
また、図２に示すように、本実施形態では、電力変換装置１００は、冷却体８０を備える。冷却体８０は、複数の半導体モジュール（Ｕ相の半導体モジュール１１～１３、および、Ｖ相およびＷ相の複数の半導体モジュール）の各々を冷却する。また、冷却体８０は、冷却体８０ａ、冷却体８０ｂ、および、冷却体８０ｃを含む。冷却体８０ａは、第１相電力変換ユニット１００ａに含まれる複数の半導体モジュール（半導体モジュール１１～１３）の各々を冷却する。冷却体８０ｂは、第２相電力変換ユニット１００ｂに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する。そして、冷却体８０ｃは、第３相電力変換ユニット１００ｃに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する。なお、冷却体８０ａは、特許請求の範囲における「第１冷却体」の一例である。また、冷却体８０ｂは、特許請求の範囲における「第２冷却体」の一例である。冷却体８０ｃは、特許請求の範囲における「第３冷却体」の一例である。
【0046】
図７に示すように、本実施形態では、冷却体８０ａは、冷却板部８１、放熱部８２、および、冷媒配管８３を有する。本実施形態では、冷却体８０ａの冷却板部８１は、冷却面８１ａと冷却面８１ｂとを有する板状の部材である。冷却面８１ａおよび８１ｂは、複数の半導体モジュールの各々が配置される。冷却体８０ａは、冷却面８１ａおよび８１ｂに配置された複数の半導体モジュールの各々を冷却する。具体的には、冷却面８１ａには、第１電力変換群１ａ（１群側）に含まれる電力変換部１０の複数の半導体モジュール１１～１３が配置される。そして、冷却面８１ｂには、第２電力変換群２ａ（２群側）に含まれる電力変換部２０の複数の半導体モジュールが配置される。すなわち、冷却体８０ａの冷却板部８１は、１群側の第１電力変換群１ａと、２群側の第２電力変換群２ａとに対して共通して用いられる。なお、冷却面８１ａは、特許請求の範囲における「一方面」および「冷却面」の一例である。また、冷却面８１ｂは、特許請求の範囲における「他方面」および「冷却面」の一例である。
【0047】
また、放熱部８２は、冷却板部８１と同様に、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａに対して共通して用いられる。放熱部８２は、冷却板部８１に対して熱交換可能に構成されている。放熱部８２は、複数の板状のフィンを有する。放熱部８２は、複数の板状のフィンを介して、自然対流によって周囲の空気と熱交換を行うことによって、第１電力変換群１ａの電力変換部１０および第２電力変換群２ａの電力変換部２０を冷却するように構成されている。
【0048】
冷媒配管８３は、内部に冷媒である冷却水が流通する冷媒流路を有する。冷媒配管８３内の冷却水は、冷却板部８１側で加熱されて気化する。そして、加熱された冷却水は、放熱部８２側で冷却されて液体に戻る。これにより、冷却板部８１と放熱部８２との間で熱交換が行われる。なお、液体に戻った冷却水が冷却板部８１側に重力によって流れ込むように、冷却板部８１側が放熱部８２側より低くなるように冷却体８０ａは、水平面（ＸＹ平面）から７度傾けて（図７および図８参照）配置されている。
【0049】
なお、冷却体８０ｂおよび冷却体８０ｃは、それぞれ、冷却体８０ａと同様に、第２相電力変換ユニット１００ｂおよび第３相電力変換ユニット１００ｃの１群側および２群側を共通して冷却するように構成されている。
【0050】
〈電力変換ユニットの各部の配置〉
図７および図８に示すように、電力変換部１０の半導体モジュール１１～１３は、冷却体８０ａの冷却面８１ａに配置されている。本実施形態では、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３は、冷却体８０ａの冷却面８１ａに互いに離間してα方向（図８参照）に並べて配置されている。そして、半導体モジュール１２は、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３に対して、α方向に交差するβ方向（図８参照）側に離間して、冷却体８０ａの冷却面８１ａに配置されている。なお、α方向は、特許請求の範囲における「第１方向」の一例である。また、β方向は、特許請求の範囲における「第２方向」の一例である。
図７および図８に示すように、電力変換部１０の半導体モジュール１１～１３は、冷却体８０ａの冷却面８１ａに配置されている。本実施形態では、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３は、冷却体８０ａの冷却面８１ａに互いに離間してα方向（図８参照）に並べて配置されている。そして、半導体モジュール１２は、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３に対して、α方向に交差するβ方向（図８参照）側に離間して、冷却体８０ａの冷却面８１ａに配置されている。なお、α方向は、特許請求の範囲における「第１方向」の一例である。また、β方向は、特許請求の範囲における「第２方向」の一例である。
【0051】
具体的には、本実施形態では、半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および、半導体モジュール１３の各々は、直方体形状を有している。そして、半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および、半導体モジュール１３の各々は、冷却体８０ａの冷却面８１ａと接する長方形の被冷却面１１ａ、１２ａ、および１３ａ（図７参照）を有する。半導体モジュール１１～１３は、図示しないねじなどの締結部材によって冷却面８１ａに固定されている。また、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３は、被冷却面１１ａおよび１３ａの短辺１１ｂおよび１３ｂ（図８参照）がα方向に沿うように互いに離間して平行に並べて配置されている。そして、半導体モジュール１２は、被冷却面１２ａの短辺１２ｂ（図８参照）がα方向に直交するβ方向に沿うように配置されている。詳細には、半導体モジュール１１は、α方向の冷却体８０ａの放熱部８２側（Ｙ２方向側）に配置されている。半導体モジュール１３は、α方向のゲート基板７０側（Ｙ１方向側）に配置されている。そして、半導体モジュール１２は、鉛直上方向側（Ｚ１方向側）に配置されている。また、半導体モジュール１１の短辺１１ｂと、半導体モジュール１３の短辺１３ｂとは、α方向に沿って一直線上に並ぶように配置される。また、半導体モジュール１２の２つの短辺１２ｂは、それぞれ、半導体モジュール１１の長辺１１ｃ（図８参照）と、半導体モジュール１３の長辺１３ｃ（図８参照）とβ方向に沿って一直線上に並ぶように配置されている。これにより、半導体モジュール１１～１３は、半導体モジュール１１および１３の長辺１１ｃおよび１３ｃ側においてねじなどの締結部材が挿入される孔部と、半導体モジュール１２の短辺１２ｂ側においてねじなどの締結部材が挿入される孔部とが一直線上に並べて配置されることによって、組み立て作業を容易に行うことが可能に構成されている。
【0052】
なお、冷却板部８１（冷却体８０ａ）が、水平面から７度傾いて配置されているため、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３が並べて配置されるα方向は、Ｙ方向から７度傾いた方向となる。同様にβ方向は、Ｚ方向（鉛直方向）から７度傾いた方向となる。
【0053】
また、図８に示すように、半導体モジュール１１において、端子Ｎ１、端子Ｐ１、端子Ｎ１、端子Ｐ１、および、端子Ｃ１が、この順にβ方向に沿ってＺ１方向側（半導体モジュール１２側）からＺ２方向側に向かって１列に並んで配置されている。同様に、半導体モジュール１３において、端子Ｎ３、端子Ｐ３、端子Ｎ３、端子Ｐ３、および、端子Ｃ３が、この順にβ方向に沿ってＺ１方向側（半導体モジュール１２側）からＺ２方向側に向かって１列に並んで配置されている。そして、半導体モジュール１２において、端子Ｎ２、端子Ｐ２、端子Ｎ２、端子Ｐ２、および、端子Ｃ２が、この順にα方向に沿ってＹ１方向側からＹ２方向側（冷却体８０ａの放熱部８２側）に向かって１列に並んで配置されている。また、半導体モジュール１１の端子Ｇ１および半導体モジュール１３の端子Ｇ４は、Ｚ２方向側（半導体モジュール１２とは反対方向側）に配置されている。そして、半導体モジュール１２の端子Ｇ２および端子Ｇ３は、Ｙ２方向側（冷却体８０ａの放熱部８２側）に配置されている。
【0054】
また、図９に示すように、本実施形態では、平滑コンデンサモジュール３０は、直方体形状を有している。そして、平滑コンデンサモジュール３０は、複数の半導体モジュール１１～１３の各々が配置される冷却体８０ａの冷却面８１ａと対向するように配置される。具体的には、平滑コンデンサモジュール３０は、図９の面３０ａが冷却面８１ａと対向するように配置される。面３０ａは、長方形の形状を有しており、各辺がα方向とβ方向とに沿うように配置される。なお、面３０ａは、特許請求の範囲における「冷却面と対向する面」の一例である。
【0055】
また、平滑コンデンサモジュール３０は、面３０ａと隣り合う面３０ｂを有する。本実施形態では、面３０ｂは、直方体形状を有する平滑コンデンサモジュール３０において、面３０ａに対してα方向に隣り合う面である。具体的には、面３０ｂは、面３０ａに対して、α方向において冷却体８０ａの放熱部８２が配置される側の反対側（Ｙ１方向側）に配置される。なお、面３０ｂは、特許請求の範囲における「端子配置面」の一例である。
【0056】
そして、本実施形態では、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｐ４、端子Ｃ４、および、端子Ｎ４は、共通の面３０ｂに配置される。具体的には、端子Ｃ４は、面３０ｂにおいて、面３０ａ側の辺に沿って（β方向に沿って）１列に４つ配置されている。また、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｐ４は、隣合って２つ配置されている。そして、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｎ４は、同様に、隣り合って２つ配置されている。２つの端子Ｐ４および２つの端子Ｎ４の各々は、面３０ｂにおいて、１列に配置される４つの端子Ｃ４の各々と隣り合うように１列に配置されている。
【0057】
詳細には、面３０ｂのＸ２方向側の辺に沿って、４つの端子Ｃ４が１列に配置されている。そして、面３０ｂのＸ１方向側の辺に沿って、２つの端子Ｐ４および２つの端子Ｎ４が、この順に１列に配置されている。なお、４つの端子Ｃ４は、電気的に同電位（図４参照）であるが、平滑コンデンサモジュール３０の内部では、コンデンサ３１側の端子Ｃ４（Ｚ１方向側に配置されている２つの端子Ｃ４）と、コンデンサ３２側の端子Ｃ４（Ｚ２方向側に配置されている２つの端子Ｃ４）とは、電気的に接続されていない（絶縁された）状態である。そのため、１群側の平滑コンデンサモジュール３０と２群側の平滑コンデンサモジュール４０とを、配置する向きを変更することなく共通のモジュールを用いて構成することができる。
【0058】
図１０および１１に示すように、本実施形態では、導体５１および導体５２は、板状である。そして、導体５１および導体５２は、互いに絶縁された状態で積層されている。具体的には、導体５１および導体５２は、平滑コンデンサモジュール３０の面３０ａと冷却体８０ａの冷却板部８１における冷却面８１ａとの間において積層されている。また、導体５３、導体５４、導体５５は、平滑コンデンサモジュール３０の面３０ａに沿う方向から面３０ｂに沿う方向に折り曲げられたＬ字状の板状である。すなわち、導体５３～５５は、ＹＺ平面に沿う方向からＸ方向に沿って折り曲げられた板状である。また、導体５３、導体５４、および、導体５５は、この順に互いに絶縁された状態で積層されている。
【0059】
また、図１１に示すように、導体５１および５２と、導体５３、５４、および、５５とは、同様に、互いに絶縁された状態で積層されている。導体５１～５５は、たとえば、アルミなどの金属導体に絶縁フィルムシートを積層したラミネートブスバーである。導体５１は、図１１の点線Ｌ１の領域において、半導体モジュール１１の端子Ｃ１と接続し、図１１の点線Ｌ２の領域において、半導体モジュール１２の端子Ｐ２と接続する。導体５２は、図１１の点線Ｌ３の領域において、半導体モジュール１３の端子Ｃ３と接続し、図１１の点線Ｌ２の領域において、半導体モジュール１２の端子Ｎ２と接続する。また、導体５３は、図１１の点線Ｌ１の領域において、半導体モジュール１１の端子Ｐ１と接続し、図１１の点線Ｌ４の領域において、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｐ４と接続する。また、導体５４は、図１１の点線Ｌ１の領域において、半導体モジュール１１の端子Ｎ１と接続し、図１１の点線Ｌ３の領域において、半導体モジュール１３の端子Ｐ３と接続し、図１１の点線Ｌ４の領域において、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｃ４と接続する。また、導体５５は、図１１の点線Ｌ３の領域において、半導体モジュール１３の端子Ｎ３と接続し、図１１の点線Ｌ４の領域において、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｎ４と接続する。
【0060】
図１２に示すように、２群側の電力変換部２０、平滑コンデンサモジュール４０、および接続導体６０は、それぞれ、１群側の電力変換部１０、平滑コンデンサモジュール３０、および、接続導体５０と、左右対称となるように配置されている。また、第１相電力変換ユニット１００ａに対する入力および出力は、図示しない接続導体（ブスバー）によって接続されている。また、半導体モジュール１１～１３のゲート端子（端子Ｇ１～Ｇ４）とゲート基板７０とは、図示しない導線によって接続されている。
【0061】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0062】
本実施形態では、半導体モジュール１１（第１半導体モジュール）および半導体モジュール１３（第３半導体モジュール）は、冷却体８０ａの冷却面８１ａに互いに離間してα方向（第１方向）に並べて配置されている。そして、半導体モジュール１２（第２半導体モジュール）は、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３に対して、α方向に交差するβ方向（第２方向）側に離間して、冷却体８０ａの冷却面８１ａに配置されている。これにより、共通の冷却面８１ａにおいて、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３がα方向に並べて配置され、α方向と交差するβ方向側に半導体モジュール１２が離間して配置されているため、半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および、半導体モジュール１３が、同じ方向に並べられて共通の冷却面８１ａに配置されている場合に比べて、半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および、半導体モジュール１３同士の冷却面８１ａ上での互いの距離を大きくすることができる。そのため、半導体モジュール１１、半導体モジュール１２、および、半導体モジュール１３の各々に含まれる熱源となる複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４同士の距離を大きくすることができる。その結果、熱源同士の距離を大きくすることができるので、３つ以上の複数の半導体モジュール（半導体モジュール１１～１３）を共通の冷却面８１ａに配置する場合にも、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を有する３つ以上の複数の半導体モジュール（半導体モジュール１１～１３）を共通の冷却面８１ａに配置する場合にも、複数の半導体モジュール（半導体モジュール１１～１３）を効率よく冷却することができる。
【0063】
また、本実施形態では、半導体モジュール１１（第１半導体モジュール）、半導体モジュール１２（第２半導体モジュール）、および、半導体モジュール１３（第３半導体モジュール）の各々は、冷却体８０ａの冷却面８１ａと接する長方形の被冷却面１１ａ～１３ａを有する直方体形状を有し、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３は、被冷却面１１ａおよび１３ａの短辺１１ｂおよび１３ｂがα方向（第１方向）に沿うように互いに離間して平行に並べて配置され、半導体モジュール１２は、被冷却面１２ａの短辺１２ｂがα方向に直交するβ方向（第２方向）に沿うように配置されている。これにより、半導体モジュール１２の長方形の被冷却面１２ａと、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３の長方形の被冷却面１１ａおよび１３ａとを、互いに直交する向きに配置することができる。そのため、冷却面８１ａにおいて、平行に配置されている半導体モジュール１１および半導体モジュール１３に対して斜めに交差する向きに半導体モジュール１２を配置する場合と異なり、半導体モジュール１２から半導体モジュール１１までの距離と、半導体モジュール１２から半導体モジュール１３までの距離とを等しくすることができる。そのため、半導体モジュール１１側と半導体モジュール１３側との間において、冷却効率に偏りが生まれることを抑制することができる。その結果、複数の半導体モジュール１１～１３の冷却を均等に行うことができるので、半導体モジュール１１～１３を効率よく冷却することができる。
【0064】
また、本実施形態では、各々、電力変換部１０および２０を含み、個別に電力を切り替えて出力するように構成されている第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａをさらに備え、冷却体８０ａは、第１電力変換群１ａに含まれる電力変換部１０の複数の半導体モジュール１１～１３の各々が配置される冷却面８１ａ（一方面）と、第２電力変換群２ａに含まれる電力変換部２０の複数の半導体モジュールの各々が配置される冷却面８１ｂ（他方面）とを有する板状の冷却板部８１を含む。これにより、個別に電力を切り替えて出力するように構成されている第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａを、共通の冷却板部８１の冷却面８１ａおよび冷却面８１ｂに配置することによって冷却することができる。そのため、１つの冷却板部８１の同じ側の面に第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａを配置する場合に比べて、電力出力動作を切り替えながら共通の冷却板部８１を用いることによって、冷却板部８１の冷却面８１ａ（冷却面８１ｂ）の面積を小さくすることができる。その結果、装置構成の小型化および部品点数の削減を図りながら、効率よく複数の半導体モジュールを冷却することができる。
【0065】
また、本実施形態では、冷却体８０ａは、冷却板部８１に対して熱交換可能に接続されており、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａに対して共通して用いられる放熱部８２を含む。これにより、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａに対して共通して用いられる冷却板部８１に対して、共通して用いられる放熱部８２を熱交換可能に接続することによって、複数の半導体モジュールを冷却することができる。そのため、冷却板部８１に加えて放熱部８２をも共通とすることによって、装置構成の小型化および部品点数の削減をより図りながら、効率よく複数の半導体モジュールを冷却することができる。
【0066】
また、本実施形態では、半導体モジュール１１（第１半導体モジュール）および半導体モジュール１３（第３半導体モジュール）の各々は、１つのスイッチング素子Ｑ１（Ｑ４）を有し、半導体モジュール１２（第２半導体モジュール）は、２つのスイッチング素子Ｑ２およびＱ３を有する。これにより、１つのスイッチング素子Ｑ１（Ｑ４）を有する半導体モジュール１１および半導体モジュール１３をα方向（第１方向）に並べて配置するとともに、２つのスイッチング素子Ｑ２およびＱ３を有する半導体モジュール１２を、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３の並ぶα方向とは異なるβ方向（第２方向）側に離間して配置することができる。そのため、熱源の多い半導体モジュール１２のみを異なる方向であるβ方向側に離間させて配置することによって、複数の熱源同士の距離が近づきすぎることを抑制するように複数の半導体モジュール（半導体モジュール１１～１３）を配置することができる。その結果、冷却体８０ａによる各々の半導体モジュール１１～１３の冷却効率に差が生じることを抑制することができるので、より効率よく複数の半導体モジュール１１～１３を冷却することができる。
【0067】
また、本実施形態では、半導体モジュール１１（第１半導体モジュール）と半導体モジュール１２（第２半導体モジュール）とを電気的に接続する板状の導体５１（第１接続導体）と、半導体モジュール１２と半導体モジュール１３（第３半導体モジュール）とを電気的に接続する板状の導体５２（第２接続導体）と、をさらに備え、導体５１および導体５２は、互いに絶縁された状態で積層されている。これにより、導体５１と導体５２とが互いに絶縁された状態で積層されているので、半導体モジュール１１から半導体モジュール１２に向かって流れる電流と、半導体モジュール１２から半導体モジュール１３に向かって流れる電流とを隣接させた状態で対向させて流すことができる。そのため、導体５１と導体５２とにおいて電流が互いに対向して流れることによって、導体５１と導体５２とにおいて発生する寄生インダクタンスを低下させることができる。その結果、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３をα方向（第１方向）に並べて配置するとともに、半導体モジュール１２をα方向と交差するβ方向（第２方向）側に離間して配置した状態において、それぞれを接続する導体５１および導体５２を互いに積層することによって、複数の半導体モジュール１１～１３を効率よく冷却することができるとともに、寄生インダクタンスによる電力変換効率の低下を抑制することができる。
【0068】
また、本実施形態では、電力変換部１０および２０は、上位電位と中間電位と下位電位との３つのレベルの電位の電力を出力するように構成されており、入力の正極側と負極側との間において互いに直列に接続されているコンデンサ３１（正極側コンデンサ）およびコンデンサ３２（負極側コンデンサ）を含み、入力された電力を平滑する平滑コンデンサモジュール３０と、正極側に設けられた半導体モジュール１１（第１半導体モジュール）の端子Ｐ１（正側端子）と、コンデンサ３１の正側に接続する平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｐ４（正側端子）とを電気的に接続する導体５３（正側導体）と、コンデンサ３１の負側およびコンデンサ３２の正側に接続する平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｃ４（中間端子）と、正極側に設けられた半導体モジュール１１の端子Ｎ１（負側端子）と、負極側に設けられた半導体モジュール１３（第３半導体モジュール）の端子Ｐ３（正側端子）とを電気的に接続する導体５４（中間導体）と、負極側に設けられた半導体モジュール１３の端子Ｎ３（負側端子）と、コンデンサ３２の負側に接続する平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｎ４（負側端子）とを電気的に接続する導体５５（負側導体）と、をさらに備え、導体５３と、導体５４と、導体５５とは、この順に互いに絶縁された状態で積層されている。これにより、３つのレベルの電位の電力を出力する３レベルインバータにおいて、導体５３と導体５４とを隣り合うように積層するとともに、導体５５と導体５４とを隣り合うように積層することができる。そのため、導体５３に流れる電流と導体５４に流れる電流とを対向させることによって導体５３と導体５４とに発生する寄生インダクタンスを小さくすることができるとともに、導体５５に流れる電流と導体５４に流れる電流とを対向させることによって導体５５と導体５４とに発生する寄生インダクタンスを小さくすることができる。その結果、導体５３と導体５４と導体５５とにおいて発生する寄生インダクタンスを低下させることができるので、３レベルインバータにおいて、複数の半導体モジュール１１～１３を効率よく冷却することができるとともに、寄生インダクタンスによる電力変換効率の低下を抑制することができる。
【0069】
また、本実施形態では、平滑コンデンサモジュール３０は、直方体形状を有し、複数の半導体モジュール１１～１３の各々が配置される冷却体８０ａの冷却面８１ａと対向するように配置され、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｐ４（正側端子）、端子Ｎ４（負側端子）、および、端子Ｃ４（中間端子）は、直方体形状を有する平滑コンデンサモジュール３０において、面３０ａ（冷却面８１ａと対向する面）に対してα方向（第１方向）側に隣り合う共通の面３０ｂ（端子配置面）に配置されており、導体５３（正側導体）、導体５４（中間導体）、および、導体５５（負側導体）は、冷却面８１ａに沿う方向から面３０ｂに沿う方向に折り曲げられたＬ字状の板状である。これにより、導体５３、導体５４、および、導体５５が、冷却面８１ａに沿う方向から面３０ｂに沿う方向に折り曲げられたＬ字状の板状であるため、複数の半導体モジュール１１～１３と平滑コンデンサモジュール３０との距離を近づけて配置した場合にも、冷却面８１ａと対向する面３０ａに隣り合う面３０ｂにおいて、導体５３、導体５４、および、導体５５と、平滑コンデンサモジュール３０とを容易に接続させることができる。そのため、複数の半導体モジュール１１～１３と平滑コンデンサモジュール３０との距離を近づけて配置した場合にも、端子を接続する組み立て作業を容易に行うことができる。その結果、複数の半導体モジュール１１～１３と平滑コンデンサモジュール３０とを近づけることによって装置構成を小型化することができるとともに、組み立て作業の作業性を向上させることができる。
【0070】
また、本実施形態では、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｃ４（中間端子）は、面３０ｂ（端子配置面）において、面３０ａ（冷却面８１ａと対向する面）側の辺に沿って１列に４つ配置されており、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｐ４（正側端子）は、隣り合って２つ配置されており、平滑コンデンサモジュール３０の端子Ｎ４（負側端子）は、隣り合って２つ配置されており、２つの端子Ｐ４および２つの端子Ｎ４の各々は、面３０ｂにおいて、１列に配置される４つの端子Ｃ４の各々と隣り合うように１列に配置されている。これにより、端子Ｐ４および端子Ｎ４の各々が端子Ｃ４と隣合って配置されていない場合に比べて、導体５３（正側導体）および導体５５（負側導体）のそれぞれと、導体５４（中間導体）との重なり合う部分の距離をより大きくすることができる。そのため、導体５３および導体５５のそれぞれと、導体５４とにおいて、流れる電流が対向する部分の距離をより大きくすることができる。その結果、導体５３、導体５４、および、導体５５において発生するインダクタンスをより小さくすることができるので、電力変換効率の低下をより抑制することができる。
【0071】
また、本実施形態では、各々、電力変換部を含み、三相の交流電力のうちの各々の相の交流電力をそれぞれ出力する第１相電力変換ユニット１００ａ、第２相電力変換ユニット１００ｂ、および、第３相電力変換ユニット１００ｃをさらに備え、冷却体８０は、第１相電力変換ユニット１００ａに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する冷却体８０ａ（第１冷却体）と、第２相電力変換ユニット１００ｂに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する冷却体８０ｂ（第２冷却体）と、第３相電力変換ユニット１００ｃに含まれる複数の半導体モジュールの各々を冷却する冷却体８０ｃ（第３冷却体）と、を含む。これにより、第１相電力変換ユニット１００ａ、第２相電力変換ユニット１００ｂ、および、第３相電力変換ユニット１００ｃの各々に含まれる複数の半導体モジュールを、別個の冷却体８０（８０ａ～８０ｃ）によって冷却することができる。そのため、第１相電力変換ユニット１００ａ、第２相電力変換ユニット１００ｂ、および、第３相電力変換ユニット１００ｃの各々において、互いの距離を大きくするように複数の半導体モジュールを各々の冷却体８０ａ～８０ｃに配置することができるので、スイッチング素子を有する複数の半導体モジュールを効率よく冷却することができる。そのため、三相の交流電力うちの各々の相の交流電力をそれぞれ別個に出力する場合にも、スイッチング素子を有する複数の半導体モジュールを効率よく冷却することができる。
【0072】
また、本実施形態では、電力変換部１０は、鉄道車両１０１に搭載され、鉄道車両１０１に補助電源を供給するための補助電源ライン１０１ｃに対して交流電力を出力するように構成されている。このように構成すれば、鉄道車両１０１に補助電源を供給するための補助電源ライン１０１ｃに対して交流電力を出力する場合にも、電力変換部１０におけるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を有する複数の半導体モジュール１１～１３を効率よく冷却することができる。そのため、鉄道車両１０１において、より安定した補助電源を供給することができる。
【0073】
［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。
【0074】
たとえば、上記実施形態では、半導体モジュール１１（第１半導体モジュール）および半導体モジュール１３（第３半導体モジュール）は、被冷却面１１ａおよび１３ａの短辺１１ｂおよび１３ｂがα方向（第１方向）に沿うように互いに離間して平行に並べて配置され、半導体モジュール１２は、被冷却面１２ａの短辺１２ｂがα方向に直交するβ方向（第２方向）に沿うように配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明では、半導体モジュール１１および１３が並べて配置されるα方向と、半導体モジュール１２が離間して配置されるβ方向とが、直交していなくともよい。
【0075】
また、上記実施形態では、冷却体８０ａは、第１電力変換群１ａを冷却する冷却面８１ａ（一方面）と、第２電力変換群２ａを冷却する冷却面８１ｂ（他方面）とを有する板状の冷却板部８１を含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａを共通の冷却面において冷却するように構成してもよい。
【0076】
また、上記実施形態では、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａに対して共通して用いられる放熱部８２を含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１電力変換群１ａおよび第２電力変換群２ａのそれぞれに対して、別個に用いられる２つの放熱部を含んでもよい。
【0077】
また、上記実施形態では、放熱部８２は、空冷式の放熱フィンを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、放熱部８２は、水冷式であってもよい。
【0078】
また、上記実施形態では、半導体モジュール１１（第１半導体モジュール）および半導体モジュール１３（第３半導体モジュール）の各々は、１つのスイッチング素子Ｑ１（Ｑ４）を有し、半導体モジュール１２（第２半導体モジュール）は、２つのスイッチング素子Ｑ２およびＱ３を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１半導体モジュールが２つのスイッチング素子を有し、第２半導体モジュールおよび第３半導体モジュールが１つのスイッチング素子を有するように構成してもよい。また、第１半導体モジュール、第２半導体モジュールおよび第３半導体モジュールの各々が、２つのスイッチング素子を有するように構成してもよい。
【0079】
また、上記実施形態では、導体５１（第１接続導体）および導体５２（第２接続導体）は、互いに絶縁された状態で積層されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、導体５１および導体５２は、互いに平行に配置されていて、積層されていなくともよい。
【0080】
また、上記実施形態では、電力変換部１０は、上位電位と中間電位と下位電位との３つのレベルの電位の電力を出力する３レベルインバータ回路を構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換部を、２レベルの三相インバータ回路または２レベルの３相コンバータ回路を構成するようにしてもよい。その場合には、３つの半導体モジュールには、それぞれ、２つずつのスイッチング素子が含まれるように構成してもよい。また、その場合には、冷却体の冷却板部の２つの冷却面の各々に、１群側および２群側のそれぞれの２レベル三相インバータまたは２レベル三相コンバータを配置するように構成してもよい。また、１群側および２群側の２つの２レベル三相インバータまたは２レベル三相コンバータは、１つの負荷または電源に並列に接続されてもよいし、２つの異なる負荷または電源に接続されてもよい。
【0081】
また、上記実施形態では、平滑コンデンサモジュール３０の端子は、ゲート基板７０側（Ｙ１方向側）の面３０ｂ（端子配置面）に共通して配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、平滑コンデンサモジュールを、ゲート基板側とは反対の放熱部（放熱フィン）側の面に端子を配置するように構成してもよい。また、平滑コンデンサモジュールを、鉛直上方向側または鉛直下方向側の面に端子を配置するように構成してもよい。また、平滑コンデンサモジュールを、端子を共通の１つの面にまとめて配置せず、２つ以上の異なる面に分けて配置するように構成してもよい。
【0082】
また、上記実施形態では、平滑コンデンサモジュール３０の２つの端子Ｐ４（正側端子）および２つの端子Ｎ４（負側端子）の各々は、面３０ｂ（端子配置面）において、１列に配置される４つの端子Ｃ４（中間端子）の各々と隣り合うように１列に配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１３に示す変形例による平滑コンデンサモジュール２３０のように、正側端子Ｐ２０４と、中間端子Ｃ２０４と、負側端子Ｎ２０４とをこの順番に２列に並べて配置してもよい。なお、実施形態による平滑コンデンサモジュール３０のように端子を配置する方が、変形例による平滑コンデンサモジュール２３０に比べて、接続導体同士の重なりあう部分の長さを大きくすることができるため、接続導体の寄生インダクタンスをより低下させることができる。
【0083】
また、上記実施形態では、三相の交流電力のうちの各々の相の交流電力をそれぞれ出力する第１相電力変換ユニット１００ａ、第２相電力変換ユニット１００ｂ、および、第３相電力変換ユニット１００ｃを備える例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、１つの電力変換ユニットを備え、三相の交流電力を出力するように構成されていてもよい。
【0084】
また、上記実施形態では、電力変換部１０（２０）は、鉄道車両１０１に搭載され、鉄道車両１０１に補助電源を供給するための補助電源ライン１０１ｃに対して交流電力を出力するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、鉄道車両１０１の駆動用の電力を供給するように構成してもよい。また、鉄道車両では、なく電気自動車などの車両に搭載するように構成してもよい。また、車両ではなく、据え置き型の電動機（モータ）などに対して電力を供給するように構成してもよい。
【0085】
また、上記実施形態では、半導体モジュール１１（第１半導体モジュール）および半導体モジュール１３（第３半導体モジュール）に対して、半導体モジュール１２（第２半導体モジュール）が鉛直上方向側（Ｚ１方向側）に配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２半導体モジュールが第１半導体モジュールおよび第３半導体モジュールに対して鉛直下方向側に配置されるように構成してもよい。また、半導体モジュール１１および半導体モジュール１３を上下方向に沿って配置するとともに、半導体モジュール１２を水平方向に離間させるように配置してもよい。
【符号の説明】
【0086】
１ａ、１ｂ、１ｃ 第１電力変換群
２ａ、２ｂ、２ｃ 第２電力変換群
１０、２０ 電力変換部
１１ 半導体モジュール（第１半導体モジュール、複数の半導体モジュール）
１１ａ 被冷却面
１１ｂ 短辺
１２ 半導体モジュール（第２半導体モジュール、複数の半導体モジュール）
１２ａ 被冷却面
１２ｂ 短辺
１３ 半導体モジュール（第３半導体モジュール、複数の半導体モジュール）
１３ａ 被冷却面
１３ｂ 短辺
３０、４０、２３０ 平滑コンデンサモジュール
３０ａ 面（冷却面と対向する面）
３０ｂ 面（端子配置面）
３１ コンデンサ（正極側コンデンサ）
３２ コンデンサ（負極側コンデンサ）
５１ 導体（第１接続導体）
５２ 導体（第２接続導体）
５３ 導体（正側導体）
５４ 導体（中間導体）
５５ 導体（負側導体）
８０、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ 冷却体
８１ 冷却板部
８２ 放熱部
８１ａ 冷却面（一方面）
８１ｂ 冷却面（他方面）
１００ 電力変換装置
１００ａ 第１相電力変換ユニット
１００ｂ 第２相電力変換ユニット
１００ｃ 第３相電力変換ユニット
１０１ 鉄道車両
１０１ｃ 補助電源ライン
２ａ、２ｂ、２ｃ 第２電力変換群
１０、２０ 電力変換部
１１ 半導体モジュール（第１半導体モジュール、複数の半導体モジュール）
１１ａ 被冷却面
１１ｂ 短辺
１２ 半導体モジュール（第２半導体モジュール、複数の半導体モジュール）
１２ａ 被冷却面
１２ｂ 短辺
１３ 半導体モジュール（第３半導体モジュール、複数の半導体モジュール）
１３ａ 被冷却面
１３ｂ 短辺
３０、４０、２３０ 平滑コンデンサモジュール
３０ａ 面（冷却面と対向する面）
３０ｂ 面（端子配置面）
３１ コンデンサ（正極側コンデンサ）
３２ コンデンサ（負極側コンデンサ）
５１ 導体（第１接続導体）
５２ 導体（第２接続導体）
５３ 導体（正側導体）
５４ 導体（中間導体）
５５ 導体（負側導体）
８０、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ 冷却体
８１ 冷却板部
８２ 放熱部
８１ａ 冷却面（一方面）
８１ｂ 冷却面（他方面）
１００ 電力変換装置
１００ａ 第１相電力変換ユニット
１００ｂ 第２相電力変換ユニット
１００ｃ 第３相電力変換ユニット
１０１ 鉄道車両
１０１ｃ 補助電源ライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】