特許 7622907 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-20

(45)【発行日】2025-01-28

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20250121BHJP

   H02M 7/493 20070101ALI20250121BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H02M7/493

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024525878

(86)(22)【出願日】2022-10-31

(86)【国際出願番号】 JP2022040817

(87)【国際公開番号】W WO2024095348

(87)【国際公開日】2024-05-10

【審査請求日】2024-05-01

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】萩原 拓己

(72)【発明者】

【氏名】多和田 義大

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５２２８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３３８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１３８６８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／０１９０７３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ ７／４９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、前記筐体内にそれぞれ同一構造の第１の三相一括半導体ユニットと第２の三相一括半導体ユニットと、を備える電力変換装置であって、
前記第１の三相一括半導体ユニットと前記第２の三相一括半導体ユニットとは、
それぞれ冷却器と、半導体と、ゲートドライバ基板と、第１交流端子と、第２交流端子と、第３交流端子とを有し、
それぞれ前記筐体内の外側に前記冷却器が配され、前記筐体内の内側に前記半導体と、前記ゲートドライバ基板と、前記第１交流端子と、前記第２交流端子と、前記第３交流端子とが配されるように、前記筐体内で、前記第１交流端子と、前記第２交流端子と、前記第３交流端子とが向かい合わせに配置され、
前記第１の三相一括半導体ユニットは、前記電力変換装置が有する信号分配基板によって、前記第１交流端子にはＵ相の信号が送信され、前記第２交流端子にはＶ相の信号が送信され、前記第３交流端子にはＷ相の信号が送信されるよう構成され、
前記第２の三相一括半導体ユニットは、前記電力変換装置が有する前記信号分配基板によって、Ｕ相とＷ相とが反転するように配線が入れ替えられ、前記第１交流端子にはＷ相の信号が送信され、前記第２交流端子にはＶ相の信号が送信され、前記第３交流端子にはＵ相の信号が送信されるよう構成される
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記信号分配基板によって、それぞれ前記Ｕ相の信号が送信される前記第１の三相一括半導体ユニットの前記第１交流端子と、前記第２の三相一括半導体ユニットの前記第３交流端子とは、前記筐体内の内側で向かい合わせに正面で接続され、
前記信号分配基板によって、それぞれ前記Ｖ相の信号が送信される前記第１の三相一括半導体ユニットの前記第２交流端子と、前記第２の三相一括半導体ユニットの前記第２交流端子とは、前記筐体内の内側で向かい合わせに正面で接続され、
前記信号分配基板によって、それぞれ前記Ｗ相の信号が送信される前記第１の三相一括半導体ユニットの前記第３交流端子と、前記第２の三相一括半導体ユニットの前記第１交流端子とは、前記筐体内の内側で向かい合わせに正面で接続される
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記筐体は、
前記筐体内の外側の半導体冷却エリアを冷却する外気を取り入れる第１吸気口と、
前記筐体内の内側の電子部品エリアを冷却するクリーンな空気を、エアフィルタを介して取り入れる第２吸気口と、
冷却ファンと、
を備え、
前記半導体冷却エリアには前記第１吸気口から取り入れられた前記外気のみが流れ、前記電子部品エリアには前記エアフィルタを介して前記第２吸気口から取り入れられた前記クリーンな空気のみが流れるよう、前記半導体冷却エリアと前記電子部品エリアとは、前記筐体内で分離されており、
前記冷却ファンは、前記筐体内を別々に流れた後に合流した前記外気と前記クリーンな空気とを排気するよう構成される
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記筐体は、
前記筐体内の外側の半導体冷却エリアを冷却する外気を取り入れる第１吸気口と、
前記筐体内の内側の電子部品エリアを冷却する内気の熱を吸熱する熱交換器と、
冷却ファンと、
を備え、
前記半導体冷却エリアには前記第１吸気口から取り入れられた前記外気のみが流れ、前記電子部品エリアには前記熱交換器により吸熱されて冷却された前記内気のみが循環して流れるよう、前記半導体冷却エリアと前記電子部品エリアとは、前記筐体内で分離されており、
前記冷却ファンは、前記外気のみを排気するよう構成される
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項5】

請求項２に記載の電力変換装置において、
前記筐体内には、前記第１の三相一括半導体ユニットと前記第２の三相一括半導体ユニットとの組が上下方向に複数配置され、
前記筐体内の内側で向かい合わせに正面で接続された複数組の前記第１の三相一括半導体ユニットの前記第１交流端子と、前記第２の三相一括半導体ユニットの前記第３交流端子とは、上下方向でさらに接続され、
前記筐体内の内側で向かい合わせに正面で接続された複数組の前記第１の三相一括半導体ユニットの前記第２交流端子と、前記第２の三相一括半導体ユニットの前記第２交流端子とは、上下方向でさらに接続され、
前記筐体内の内側で向かい合わせに正面で接続された複数組の前記第１の三相一括半導体ユニットの前記第３交流端子と、前記第２の三相一括半導体ユニットの前記第１交流端子とは、上下方向でさらに接続される
ことを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力変換装置（ＰＣＳ：Power Conditioning System）では、盤（筐体）一つに対して一つの三相一括半導体ユニットが配置されていた（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

しかし、近年、例えば太陽光発電用や蓄電池用の電力変換装置では、インバータの容量拡大に伴い、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子の個数が増加傾向にある。このため、近年では、電力変換装置において、三相一括半導体ユニットが一つの盤に複数配置されることがある。

【0004】

ところで、三相一括半導体ユニットが盤に複数配置される場合、当該三相一括半導体ユニットは、製造性等の観点から同一構造であることが好ましい。例えば、三相一括半導体ユニットが盤に複数配置されている従来機種では、同一構造の複数の三相一括半導体ユニットがサーバーラックのように盤に多段積みとされている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】日本特開２０１７－２０４９０１号公報

【文献】国際公開第２０１９／２０７７２３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、近年の電力変換装置（インバータ）の容量増大に伴い、半導体素子の使用個数がさらに増加する傾向にあり、また、インバータの容量拡大に伴い、半導体素子一個当たりの発熱量も増加する傾向にある。これにより、冷却器の責務も増加し、冷却器のサイズも大きくなる傾向にある。そのため、従来よりも、三相一括半導体ユニットのサイズも大きくなる傾向にあり、冷却効率や交換性を考慮した場合、従来のように、複数の三相一括半導体ユニットを盤に多段積みするようなレイアウトが困難となってきている。

【0007】

また、三相一括半導体ユニットは、主に冷却器と半導体と制御基板とで構成されているが、半導体と制御基板とは、汚損のリスクがある外気からなるべく隔離する必要がある。しかし、複数の三相一括半導体ユニットを盤に多段積みするようなレイアウトでは、半導体と制御基板とを外気からなるべく隔離させようとする場合、冷却流路が複雑となり圧損が大きくなってしまう。あるいは、複数の三相一括半導体ユニットを均等に冷却させようとする場合、使用するファンの個数も多くなってしまう。

【0008】

そこで、本件開示は、電力変換装置の筐体に三相一括半導体ユニットを複数配置する場合において、従来よりも、耐環境性の向上、冷却性の担保、冷却流路の単純化、交換性の向上を図りつつ、導体使用量の削減、導体接続の簡易化、最適化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

一態様に係る電力変換装置は、筐体と、筐体内にそれぞれ同一構造の第１の三相一括半導体ユニットと第２の三相一括半導体ユニットと、を備える電力変換装置であって、第１の三相一括半導体ユニットと第２の三相一括半導体ユニットとは、それぞれ冷却器と、半導体と、ゲートドライバ基板と、第１交流端子と、第２交流端子と、第３交流端子とを有し、それぞれ筐体内の外側に冷却器が配され、筐体内の内側に半導体と、ゲートドライバ基板と、第１交流端子と、第２交流端子と、第３交流端子とが配されるように、筐体内で、第１交流端子と、第２交流端子と、第３交流端子とが向かい合わせに配置され、第１の三相一括半導体ユニットは、電力変換装置が有する信号分配基板によって、第１交流端子にはＵ相の信号が送信され、第２交流端子にはＶ相の信号が送信され、第３交流端子にはＷ相の信号が送信されるよう構成され、第２の三相一括半導体ユニットは、電力変換装置が有する信号分配基板によって、Ｕ相とＷ相とが反転するように配線が入れ替えられ、第１交流端子にはＷ相の信号が送信され、第２交流端子にはＶ相の信号が送信され、第３交流端子にはＵ相の信号が送信されるよう構成される。

【発明の効果】

【0010】

本件開示によれば、電力変換装置の筐体に三相一括半導体ユニットを複数配置する場合において、従来よりも、耐環境性の向上、冷却性の担保、冷却流路の単純化、交換性の向上を図りつつ、導体使用量の削減、導体接続の簡易化、最適化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図１に示すＩＧＢＴユニットの構成の一例を示す図である。

【図3】図１に示す電力変換装置の筐体内部における各構成の配置構造の一例を示す図である。

【図4】図３に示す電力変換装置の筐体内部の配置構造における半導体冷却エリアと電子部品エリアとの区分けの一例を示す側面図である。

【図5】図３に示す電力変換装置の筐体内部の配置構造における半導体冷却エリアと電子部品エリアとの区分けの一例を示す背面図である。

【図6】図１から図５に示す電力変換装置の制御構成の一例を示す図である。

【図7】図１から図５に示す電力変換装置の制御構成の一例を示す図である。

【図8】電力変換装置におけるＩＧＢＴユニットの配置構造及び従来の信号分配基板の制御構成の一例を示す図である。

【図9】第１実施形態に係る電力変換装置におけるＩＧＢＴユニットの配置構造及び信号分配基板の制御構成の一例を示す図である。

【図10】第２実施形態に係る電力変換装置における各構成の配置構造及び半導体冷却エリアと電子部品エリアとの区分けの一例を示す図である。

【図11】第３実施形態に係る電力変換装置におけるＩＧＢＴユニットの配置構造の一例を示す図である。

【図12】第１比較例に係る電力変換装置におけるＩＧＢＴユニットの配置構造の一例を示す図である。

【図13】第２比較例に係る電力変換装置におけるＩＧＢＴユニットの配置構造の一例を示す図である。

【図14】第３比較例に係る電力変換装置におけるＩＧＢＴユニットの配置構造の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本件開示に係る三相一括半導体ユニットの配置構造、三相一括半導体ユニット、及び電力変換装置の実施形態について、図面を用いて説明する。

【0013】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置１０の構成の一例を示す図である。なお、本実施形態では、電力変換装置１０が用いられる電力変換システムの一例として、直流電源が太陽光パネル２である太陽光発電システム１について説明する。しかし、これには限られず、本実施形態の電力変換装置１０が用いられる電力変換システムは、例えば、直流電源が、蓄電池であっても、太陽電池と蓄電池とが組み合わされたものであってもよい。

【0014】

図１に示すとおり、太陽光発電システム１は、太陽光パネル２と、変圧器３と、交流電力系統４と、電力変換装置１０と、直流母線５と、交流回路６とを有する。電力変換装置１０は、図１中左側の直流端（入力端）で直流母線５を介して太陽光パネル２と接続され、図１中右側の交流端（出力端）で交流回路６及び変圧器３を介して交流電力系統４と接続される。太陽光発電システム１において、太陽光パネル２で発電された直流電力は、電力変換装置１０を介して交流電力に変換され、変換された交流電力は、変圧器３を介して交流電力系統４に供給される。

【0015】

太陽光パネル（太陽電池パネル）２は、直流母線５を介して電力変換装置１０の直流端と接続される。太陽光パネル２は、太陽光によって発電を行い、発電された直流電力は、直流母線５を介して電力変換装置１０に供給される。以下、本明細書において、太陽光パネル２は、「ＰＶ（Photovoltaics）パネル２」とも称される。なお、ＰＶパネル２は、「直流電源」の一例であり、「直流電源」は、例えば、「蓄電池（ＥＳＳ：Energy Storage System）」であってもよい。

【0016】

変圧器３は、交流回路６を介して一端が電力変換装置１０の交流端（出力端）と接続され、他端が交流電力系統４と接続される。変圧器３は、電力変換装置１０から出力される交流電力を所定の電圧の高さに変圧して交流電力系統４に出力する。

【0017】

交流電力系統（系統）４は、変圧器３と接続され、変圧器３によって変圧された交流電力を需要家の受電設備に供給するための、発電・変電・送電・配電を統合したシステムであり、例えば、不特定の負荷が接続されている。以下、本明細書において、交流電力系統４は、「系統４」とも称される。

【0018】

直流母線５は、一端が太陽光パネル２と接続され、他端が後述の三相一括半導体ユニット３０の直流端（入力端）と接続される。直流母線５は、太陽光パネル２によって発電された直流電力を三相一括半導体ユニット３０に供給する。

【0019】

交流回路６は、一端が後述の三相一括半導体ユニット３０の交流端（出力端）と接続され、他端が変圧器３を介して系統４と接続される。交流回路６は、例えば、電流又は電圧の位相を互いにずらした３系統の単相交流を組み合わせた三相交流電力を３本の電線・ケーブル・導体を用いて供給する三相三線式の三相交流回路である。交流回路６は、三相一括半導体ユニット３０によって変換された交流電力を系統４側に供給する。

【0020】

電力変換装置（ＰＣＳ：Power Conditioning System）１０は、例えば、太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaics）用の電力変換装置（ＰＶ－ＰＣＳ：Photovoltaics-Power Conditioning System）である。電力変換装置（ＰＣＳ）１０は、太陽光パネル２から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を、変圧器３を介して系統４側に出力する。以下、本明細書において、電力変換装置１０は、「ＰＣＳ１０」とも称される。なお、ＰＣＳ１０は、蓄電池（ＥＳＳ）用の電力変換装置（ＥＳＳ－ＰＣＳ：Energy Storage System-Power Conditioning System）であってもよい。

【0021】

ＰＣＳ１０は、筐体（盤）１１を有し、筐体１１の内部において、直流スイッチ２１と、三相一括半導体ユニット３０と、交流フィルタ２４と、交流スイッチ２５と、制御装置４０とを有する。

【0022】

ＰＣＳ１０は、太陽光パネル２と接続される直流母線５において、太陽光パネル２側から三相一括半導体ユニット３０に向けて順に、直流スイッチ２１と、三相一括半導体ユニット３０とが配置される。太陽光パネル２と三相一括半導体ユニット３０との間には、各種センサが配置される。

【0023】

ＰＣＳ１０は、変圧器３を介して系統４と接続される交流回路６において、三相一括半導体ユニット３０から変圧器３（系統４）側に向けて順に、三相一括半導体ユニット３０と、交流フィルタ２４と、交流スイッチ２５とが配置される。交流フィルタ２４と変圧器３との間には、各種センサが配置される。

【0024】

なお、ＰＣＳ１０における筐体１１内部の具体的な配置構造は、後述する（図３～５等参照）。

【0025】

直流スイッチ（直流遮断器）２１は、直流母線５において、太陽光パネル２と三相一括半導体ユニット３０との間に直列に設けられる。以下、本明細書において、直流スイッチ２１は、「直流遮断器２１」又は「ＤＣ（Direct Current）スイッチ２１」とも称される。

【0026】

交流フィルタ２４は、ＡＣ（Alternating Current）フィルタとも称され、例えば、交流リアクトル２４ａと交流コンデンサ２４ｂとがＬ型に接続されたＬＣフィルタ回路（フィルタ回路）として構成される。以下、本明細書において、交流フィルタ２４は、「ＡＣフィルタ２４」とも称され、交流リアクトル２４ａは、「ＡＣリアクトル２４ａ」とも称され、交流コンデンサ２４ｂは、「ＡＣコンデンサ２４ｂ」とも称される。

【0027】

交流スイッチ（交流遮断器）２５は、交流回路６において、交流フィルタ２４と変圧器３との間に直列に設けられる。以下、本明細書において、交流スイッチ２５は、「交流遮断器２５」又は「ＡＣスイッチ２５」とも称される。

【0028】

三相一括半導体ユニット３０は、後述の直流コンデンサ２２と、冷却器３１と、半導体３２と、ゲートドライバ基板３３とを有する。三相一括半導体ユニット３０は、直流端である一端側が直流母線５を介してＤＣスイッチ２１と接続され、交流端である他端側が交流回路６を介して交流フィルタ２４と接続される。

【0029】

三相一括半導体ユニット３０は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の複数のスイッチング素子（半導体素子３２）を有する。三相一括半導体ユニット３０は、太陽光パネル２から供給される直流電力を直流端から取得し、パルス幅変調信号（ゲート信号）による制御に従い、取得した直流電力を交流電力に変換して、交流端から出力して交流回路６に供給する。以下、本明細書において、三相一括半導体ユニット３０は、「ＩＧＢＴユニット３０」とも称される。

【0030】

直流コンデンサ２２は、直流スイッチ２１と半導体３２との間に設けられ、太陽光パネル２からの直流電力により充電されて電圧が上昇し、ＤＣスイッチ２１が開放されているときは、例えば、不図示の放電回路や放電抵抗等により放電されて電圧が低下する。以下、本明細書において、直流コンデンサ２２は、「ＤＣコンデンサ２２」とも称される。

【0031】

なお、三相一括半導体ユニット（ＩＧＢＴユニット）３０のその他の具体的な構成及び配置構造は、後述する（図２等参照）。

【0032】

制御装置４０は、例えば、後述の制御基板４１等を有し、図中配線等は一部省略されているが、ＩＧＢＴユニット３０を始めとするＰＣＳ１０の各要素と、有線又は無線によって電気的に接続されている（図６等参照）。

【0033】

制御装置４０は、例えば、プログラムを実行することにより動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の不図示のプロセッサと不図示のメモリとを有する。制御装置４０は、例えば、不図示のメモリに記憶された所定のプログラムを実行することにより不図示のプロセッサを動作させてＰＣＳ１０の動作を統括的に制御する。なお、制御装置４０は、不図示の上位装置から受け付けた指示や、不図示のオペレータから不図示の操作部を介して受け付けた指示に従って、ＰＣＳ１０の動作を制御してもよい。

【0034】

制御装置４０は、例えば、三相の出力電圧指令信号と三角波状のキャリア信号とに基づいてスイッチング素子（半導体素子３２）のゲート駆動信号（ゲート信号）であるパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号を発生させる。制御装置４０は、発生させたゲート信号により、ＩＧＢＴユニット３０のスイッチング素子（半導体素子３２）を制御して、ＩＧＢＴユニット３０の動作を統括的に制御する。以下、本明細書において、パルス幅変調信号は、「ＰＷＭ信号」とも称され、パルス幅変調信号に基づく制御は、「ＰＷＭ制御」とも称される。

【0035】

図２は、図１に示すＩＧＢＴユニット３０の構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、ＩＧＢＴユニット３０の一部の構成の一例を示す側面図である。図２（ｂ）は、ＩＧＢＴユニット３０の一部の構成の一例を示す斜視図である。図２（ｃ）は、ＩＧＢＴユニット３０全体構成の一例を示す側面図である。図２（ｄ）は、ＩＧＢＴユニット３０の全体構成の一例を示す斜視図である。

【0036】

図２（ａ）、（ｂ）に示すとおり、ＩＧＢＴユニット３０は、複数のＤＣコンデンサ２２と、冷却器３１と、複数の半導体３２とを有する。

【0037】

冷却器３１は、図２（ａ）、（ｂ）中、上面に複数の半導体３２が当接して配置され、前面に複数のＤＣコンデンサ２２が隣接して配置される。冷却器３１は、例えば、冷媒の流れの中に配置された複数のフィンと、冷媒を循環させるファン等を有し、複数の半導体素子３２から放熱される熱を冷媒に伝達することで、当接する複数の半導体素子３２や、ＩＧＢＴユニット３０内のその他の要素を冷却する。

【0038】

複数の半導体（半導体素子）３２は、冷却器３１の一つの面に当接するように配置される。複数の半導体３２は、例えば、ＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子であり、後述のゲートドライバ基板３３を介した制御装置４０（制御基板４１）からのゲート信号による制御に従い、直流電力を交流電力に変換する。

【0039】

図２（ｃ）、（ｄ）に示すとおり、ＩＧＢＴユニット３０は、さらに、ゲートドライバ基板３３と、主回路導体３４と、支持部材３５と、直流端子３６と、交流端子３７とを有する。

【0040】

ゲートドライバ基板３３は、図２（ｃ）、（ｄ）中、複数の半導体３２の上面に配置された支持部材３５の上部に配置される。ゲートドライバ基板３３は、制御装置４０（制御基板４１）から出力されるゲート信号を、複数の半導体（半導体素子）３２のゲートに送信して半導体３２を制御する。

【0041】

主回路導体３４（積層ブスバー）は、図２（ｃ）、（ｄ）中、ＤＣコンデンサ２２及び半導体３２の上部に配置され、冷却器３１側に直流端子３６が設けられ、ＤＣコンデンサ２２側に交流端子３７が設けられる。主回路導体３４は、例えば、直流端子３６から交流端子３７に至るまでに、複数の導電層と絶縁層とが所定の配列で積層される積層ブスバーである。

【0042】

支持部材３５は、図２（ｃ）、（ｄ）中、冷却器３１に支持されて主回路導体３４の上部に配置され、支持部材３５の上部には、ゲートドライバ基板３３が配置される。

【0043】

直流端子３６は、図２（ｃ）、（ｄ）中、主回路導体３４の冷却器３１側に設けられ、ＩＧＢＴユニット３０の外部で直流母線５と接続される（図１等参照）。

【0044】

交流端子３７は、図２（ｃ）、（ｄ）中、主回路導体３４のＤＣコンデンサ２２側に設けられ、ＩＧＢＴユニット３０の外部で交流回路６と接続される（図１等参照）。交流端子３７は、後述のとおり、交流端子３７ａと、交流端子３７ｂと、交流端子３７ｃとの３つの端子を有する（図９等参照）。なお、交流端子３７ａは、「第１交流端子」の一例であり、交流端子３７ｂは、「第２交流端子」の一例であり、交流端子３７ｃは、「第３交流端子」の一例である。

【0045】

図３は、図１に示す電力変換装置１０の筐体１１内部における各構成の配置構造の一例を示す図である。図３（ａ）は、図１に示す電力変換装置１０の筐体１１内部における各構成の配置構造の一例を示す正面図である。図３（ｂ）は、図１に示す電力変換装置１０の筐体１１内部における各構成の配置構造の一例を示す側面図である。図３（ｃ）は、図１に示す電力変換装置１０の筐体１１内部における各構成の配置構造の一例を示す背面図である。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）の右側面図である。

【0046】

図３（ａ）に示すとおり、電力変換装置１０は、正面視において、筐体１１の内部に、上段に吸気口１２を有し、中段左側に直流遮断器２１を有し、中段右側に交流遮断器２５を有し、下段左側に直流入力部５ａを有し、下段右側に制御基板４１等を有する。

【0047】

また、図３（ｂ）に示すとおり、電力変換装置１０は、側面視において、正面側中段に交流遮断器２５を有し、正面側下段に制御基板４１等を有する。また、電力変換装置１０は、側面視において、中央部上段に吸気口１２を有し、中央部中段にＩＧＢＴユニット３０を有し、中央部下段に交流リアクトル２４ａを有する。また、電力変換装置１０は、側面視において、背面側下段にファン１３を有する。

【0048】

また、図３（ｃ）に示すとおり、電力変換装置１０は、背面視において、上段に吸気口１２を有し、中段の左右両側にそれぞれＩＧＢＴユニット３０を有し、下段の左右両側にそれぞれファン１３を有する。なお、左右両側にそれぞれ配置される２つのＩＧＢＴユニット３０は、製造性等の観点からそれぞれ同一構造である。

【0049】

なお、図３（ａ）～（ｃ）において、制御基板４１等は、後述のメイン制御基板４２と、信号分配基板４３とを実装する（図６等参照）。

【0050】

図４は、図３に示す電力変換装置１０の筐体１１内部の配置構造における半導体冷却エリアＡと電子部品エリアＢとの区分けの一例を示す側面図である。図４（ａ）は、図３に示す電力変換装置１０の筐体１１内部の配置構造における半導体冷却エリアＡの一例を示す側面図である。図４（ｂ）は、図３に示す電力変換装置１０の筐体１１内部の配置構造における電子部品エリアＢの一例を示す側面図である。なお、図４（ａ）、（ｂ）は、図３（ｂ）と同様に、図３（ａ）の右側面図である。

【0051】

図４（ａ）において、半導体冷却エリアＡは、例えば、正面視及び背面視におけるＩＧＢＴユニット３０と、交流リアクトル２４ａとの左右の外側のエリアであり、吸気口１２から外気が取り入れられ、ファン１３から外気が排出される（図５等参照）。

【0052】

吸気口１２は、例えば、パンチ加工された板金等で構成され、半導体３２を冷却するために（半導体３２を冷却する冷却器３１のために）積極的に外気を取り入れる。半導体冷却エリアＡは、外気による汚損のリスクの抑制よりも、冷却性能の向上の方が重視されるエリアである。半導体冷却エリアＡには、ＩＧＢＴユニット３０のうち、外気による汚損のリスクよりも、冷却性能の向上の方が重視される冷却器３１が配置される（図５等参照）。なお、吸気口１２は、「第１吸気口」の一例である。

【0053】

ファン（冷却ファン）１３は、筐体１１の下部の背面側に設けられる。図４（ａ）中、風の流れを示す矢印で示されるとおり、吸気口１２から取り入れられ、半導体冷却エリアＡを通った外気は、ファン（冷却ファン）１３から排気される。

【0054】

図４（ｂ）において、電子部品エリアＢは、例えば、正面視及び背面視における内側のエリアであり（図５等参照）、筐体１１の正面側に設けられる電子部品エリアＢ専用の吸気口１４から空気が取り入れられる。電子部品エリアＢは、半導体冷却エリアＡよりも風量は少ないものの、半導体冷却エリアＡよりもクリーンな空気が取り入れられる。

【0055】

吸気口１４は、例えば、エアフィルタ１４ａを有し、エアフィルタ１４ａを介してクリーンな空気を取り入れる。電子部品エリアＢは、冷却性能の向上よりも、外気による汚損のリスクの抑制の方が重視されるエリアである。電子部品エリアＢには、ＩＧＢＴユニット３０のうち、汚損のリスクのある外気から隔離する必要のある半導体３２とゲートドライバ基板３３とが向かい合わせに配置される（図５等参照）。なお、吸気口１４は、「第２吸気口」の一例である。

【0056】

なお、ＩＧＢＴユニット３０は、例えば、図２に示すとおり、半導体３２やゲートドライバ基板３３が外気に触れないよう、例えば、冷却器３１が有する隔壁や板金等により、エリアが物理的に分けられるように予め設計されている。また、半導体冷却エリアＡと電子部品エリアＢとは、吸気部分が吸気口１２と吸気口１４とで異なり、筐体１１の内部において、構造的に分離されるように設計されている。

【0057】

図４（ｂ）中、風の流れを示す矢印で示されるとおり、吸気口１４から取り入れられたクリーンな空気は、電子部品エリアＢを通って、ファン（冷却ファン）１３から排気される。すなわち、本実施形態では、排気部分は、半導体冷却エリアＡと電子部品エリアＢとで共通しており、半導体冷却エリアＡを流れた外気と電子部品エリアＢを流れたクリーンな空気とが合流して、同じファン１３から排気される。しかし、これには限られず、半導体冷却エリアＡを流れた外気と電子部品エリアＢを流れたクリーンな空気とが合流せずに、別々に排気されてもよい。

【0058】

図５は、図３に示す電力変換装置１０の筐体１１内部の配置構造における半導体冷却エリアＡと電子部品エリアＢとの区分けの一例を示す背面図である。

【0059】

図５において、図３（ｃ）で説明したとおり、電力変換装置１０の筐体（盤）１１は、背面視において、上段に吸気口１２を有し、中段の左右両側にそれぞれＩＧＢＴユニット３０を有し、下段の左右両側にそれぞれファン（冷却ファン）１３を有する。図５に示すとおり、左右の外側が半導体冷却エリアＡであり、内側が電子部品エリアＢである。なお、図３（ｃ）で説明したとおり、左右両側の２つのＩＧＢＴユニット３０は、製造性等の観点からそれぞれ同一構造である。

【0060】

半導体冷却エリアＡは、図４（ａ）で説明したとおり、吸気口１２から積極的に外気が取り入れられるエリアであり、ＩＧＢＴユニット３０のうち汚損のリスクのある外気から隔離する必要の少ない冷却器３１と、交流リアクトル２４ａとが配置される。これにより、ＩＧＢＴユニット３０の左右の外側に冷却器３１が配置される。

【0061】

一方、電子部品エリアＢは、図４（ｂ）で説明したとおり、筐体１１の正面側に設けられるエアフィルタ１４ａを有する電子部品エリアＢ専用の吸気口１４からクリーンな空気が取り入れられる。電子部品エリアＢは、半導体冷却エリアＡよりも風量は少ないものの、半導体冷却エリアＡよりもクリーンな空気が取り入れられるエリアである。電子部品エリアＢには、ＩＧＢＴユニット３０のうち汚損のリスクのある外気から隔離する必要のある半導体３２とゲートドライバ基板３３とが配置される。これにより、ＩＧＢＴユニット３０の内側に半導体３２とゲートドライバ基板３３とが向かい合わせに配置される。

【0062】

図５中、風の流れを示す矢印で示されるとおり、吸気口１２から取り入れられた外気は、半導体冷却エリアＡを通って、ファン（冷却ファン）１３から排気される。また、図５では図示されていないが、吸気口１４から取り入れられたクリーンな空気は、電子部品エリアＢを通って、外気と合流し、ファン（冷却ファン）１３から排気される（図４（ｂ）等参照）。

【0063】

上記の構成によれば、電力変換装置１０（筐体１１）におけるＩＧＢＴユニット３０及び交流リアクトル２４ａの外側を半導体冷却エリアＡ、内側を電子部品エリアＢとして区分けすることができる。これにより、汚損のリスクがあり外気から隔離する必要のある半導体３２とゲートドライバ基板３３とを電子部品エリアＢに向かい合わせに配置することで、耐環境性の向上を図ることができる。また、上記の構成によれば、ＩＧＢＴユニット３０に対しての冷却流路が単純になり、圧損の少ないレイアウトを可能にすることができる。

【0064】

図６及び図７は、図１から図５に示す電力変換装置１０の制御構成の一例を示す図である。

【0065】

図６及び図７に示すとおり、電力変換装置１０の筐体１１の内部において、制御装置４０における制御基板４１は、メイン制御基板４２と、信号分配基板４３とを有する。また、電力変換装置１０の筐体１１の正面視及び背面視において左右に配置された各ＩＧＢＴユニット３０は、それぞれゲートドライバ基板３３を有する。

【0066】

メイン制御基板４２は、実際に制御を行う基板であり、ＩＧＢＴユニット３０の半導体（半導体素子）３２のゲートをオンオフさせるゲート信号を生成して出力する。

【0067】

信号分配基板４３は、メイン制御基板４２から出力された信号を各ゲートドライバ基板３３に送信するために配線を入れ換える（分配する）基板である。信号分配基板４３は、メイン制御基板４２から出力された信号を分割（分配）して各ゲートドライバ基板３３に出力する。

【0068】

ゲートドライバ基板３３は、制御基板４１から出力された電気信号を、例えばフォトカプラ等で絶縁した上で複数の半導体（半導体素子）３２のゲートに送信して半導体３２を制御する基板である（図２等参照）。

【0069】

ＩＧＢＴユニット３０は、メイン制御基板４２から出力され、信号分配基板４３で各ゲートドライバ基板３３に分配されたゲート信号に基づいて、直流端子３６から供給された直流電力を交流電力に変換して、交流端子３７から出力する。このとき、図７に示すように、直流電力は、２つに分岐して２つのＩＧＢＴユニット３０に供給され、２つのＩＧＢＴユニット３０でそれぞれ変換されて出力された交流電力は、２つのＩＧＢＴユニット３０から出力された後で１つに合流する。

【0070】

図８は、電力変換装置１０におけるＩＧＢＴユニット３０の配置構造及び従来の信号分配基板４３’の制御構成の一例を示す図である。図８（ａ）は、電力変換装置１０におけるＩＧＢＴユニット３０の配置構造の一例を示す図である。図８（ｂ）は、電力変換装置１０における従来の信号分配基板４３’の制御構成の一例を示す図である。

【0071】

図１から図５で説明したとおり、本実施形態では、２つのＩＧＢＴユニット３０を筐体１１に配置する場合、半導体３２とゲートドライバ基板３３とが電子部品エリアＢに向かい合わせに配置される（図５等参照）。また、上述のとおり、左右両側の２つのＩＧＢＴユニット３０は、製造性等の観点からそれぞれ同一構造である。このため、図６及び図７で説明したとおり、２つのＩＧＢＴユニット３０から出力された交流電力を１つに合流させるためには、Ｕ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士が接続されなければならない。

【0072】

しかし、図８（ａ）に示すとおり、それぞれ同一構造である２つのＩＧＢＴユニット３０が単純に向かい合わせに配置されると、Ｕ相の交流端子３７ａとＷ相の交流端子３７ｃとが向かい合わせに配置される。このため、Ｕ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士が接続される場合、交流端子３７ａと交流端子３７ｃとが接続されなければならず、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の接続が交錯（交差）してしまう。

【0073】

これは、図８（ｂ）の中段に示すとおり、従来、信号分配基板４３’が２つのＩＧＢＴユニット３０に信号を分配する場合、２つのＩＧＢＴユニット３０それぞれの交流端子３７ａ～３７ｃにそれぞれ同一の信号を送っているためである。すなわち、信号分配基板４３’は、ゲートドライバ基板３３を介して、２つのＩＧＢＴユニット３０のそれぞれの交流端子３７ａにＵ相の信号を送り、それぞれの交流端子３７ｂにＶ相の信号を送り、それぞれの交流端子３７ｃにＷ相の信号を送っている。

【0074】

このため、図８（ｂ）の上段に示すとおり、Ｕ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士が接続されると、交流端子３７ａと交流端子３７ｃとが接続されなければならず、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の接続が交錯してしまう問題があった。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の接続が交錯してしまう場合、各導体の接続距離が長くなり、最短距離で接続するよりも導体の使用量が多くなってしまう。

【0075】

図９は、第１実施形態に係る電力変換装置１０におけるＩＧＢＴユニット３０の配置構造及び信号分配基板４３の制御構成の一例を示す図である。図９（ａ）は、第１実施形態に係る電力変換装置１０におけるＩＧＢＴユニット３０の配置構造の一例を示す図である。図９（ｂ）は、第１実施形態に係る電力変換装置１０における信号分配基板４３の制御構成の一例を示す図である。

【0076】

図９（ａ）に示すとおり、本実施形態では、一方のＩＧＢＴユニット３０は、交流端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃが順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相となっており、他方のＩＧＢＴユニット３０は、交流端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃが順にＷ相、Ｖ相、Ｕ相となっている。このため、図９（ａ）に示すとおり、製造性等の観点からそれぞれ同一構造である２つのＩＧＢＴユニット３０が向かい合わせに配置された場合であっても、Ｕ相の交流端子３７ａとＵ相の交流端子３７ｃとが向かい合わせに配置される。同様に、Ｖ相の交流端子３７ｂとＶ相の交流端子３７ｂとが向かい合わせに配置され、同様に、Ｗ相の交流端子３７ｃとＷ相の交流端子３７ａとが向かい合わせに配置される。これにより、Ｕ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士が接続された場合、接続が交錯（交差）せずに、Ｕ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士が最短距離で接続される。

【0077】

すなわち、図９（ｂ）の中段に示すとおり、本実施形態に係る信号分配基板４３は、２つのＩＧＢＴユニット３０に信号を分配する場合、一方のＩＧＢＴユニット３０には、交流端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃに順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の信号を送っている。一方、信号分配基板４３は、他方のＩＧＢＴユニット３０には、Ｕ相とＷ相との信号が反転するように配線を入れ替えて、交流端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃに順にＷ相、Ｖ相、Ｕ相の信号を送っている。

【0078】

これにより、図９（ｂ）の上段に示すとおり、Ｕ相同士が接続される場合、Ｕ相の交流端子３７ａと、当該Ｕ相の交流端子３７ａの正面に向かい合わせに対向して配置されるＵ相の交流端子３７ｃとが交錯せずに、最短距離で、対面で接続される。同様に、Ｖ相同士が接続される場合、Ｖ相の交流端子３７ｂと、当該Ｖ相の交流端子３７ｂの正面に向かい合わせに対向して配置されるＶ相の交流端子３７ｂとが交錯せずに、最短距離で、対面で接続される。同様に、Ｗ相同士が接続される場合、Ｗ相の交流端子３７ｃと、当該Ｗ相の交流端子３７ｃの正面に向かい合わせに対向して配置されるＷ相の交流端子３７ａとが交錯せずに、最短距離で、対面で接続される。

【0079】

このため、本実施形態によれば、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の接続が交錯してしまうことも、各導体の接続距離が長くなることもない。また、Ｕ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士が最短距離で接続されるため、従来よりも導体の使用量を削減することができ、導体の接続の簡易化、最適化を図ることができる。なお、一方のＩＧＢＴユニット３０は、「第１の三相一括半導体ユニット」の一例であり、他方のＩＧＢＴユニット３０は、「第２の三相一括半導体ユニット」の一例である。

【0080】

＜第１実施形態の作用効果＞
以上、図１～図７及び図９に示す第１実施形態によれば、電力変換装置１０（筐体１１）の外側を半導体冷却エリアＡ、内側を電子部品エリアＢとして区分けし、ＩＧＢＴユニット３０を向かい合わせに配置することとした。これにより、本実施形態によれば、２つの（複数の）ＩＧＢＴユニット３０が筐体１１内に配置された場合であっても、冷却流路が単純になり、圧損の少ないレイアウトを可能にすることができる。

【0081】

また、図１～図７及び図９に示す第１実施形態によれば、積極的に外気が取り入れられ、外気による汚損のリスクの抑制よりも冷却性能の向上の方が重視される半導体冷却エリアＡには、ＩＧＢＴユニット３０のうち、冷却器３１が配置される。これにより、本実施形態によれば、２つの（複数の）ＩＧＢＴユニット３０が筐体１１内に配置された場合であっても、半導体３２の冷却性が担保される。

【0082】

また、図１～図７及び図９に示す第１実施形態によれば、電子部品エリアＢには、２つの（複数の）ＩＧＢＴユニット３０のうち、汚損のリスクのある外気から隔離する必要のある半導体３２とゲートドライバ基板３３とが向かい合わせに配置される。これにより、汚損のリスクのある外気から隔離する必要のある半導体３２とゲートドライバ基板３３とが、半導体冷却エリアＡよりも風量は少ないもののクリーンな空気が取り入れられる電子部品エリアＢに配置されることになる。このため、本実施形態によれば、耐環境性を向上させることができる。

【0083】

また、図１～図７及び図９に示す第１実施形態によれば、信号分配基板４３は、２つの（複数の）ＩＧＢＴユニット３０に信号を分配する場合、一方のＩＧＢＴユニット３０には、交流端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃに順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の信号を送ることとした。その一方で、信号分配基板４３は、他方のＩＧＢＴユニット３０には、Ｕ相とＷ相との信号が反転するように配線を入れ替えて、交流端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃに順にＷ相、Ｖ相、Ｕ相の信号を送ることとした。これにより、本実施形態によれば、２つの（複数の）ＩＧＢＴユニット３０が筐体１１内に配置された場合であっても、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の接続が交錯（交差）して複雑となることがなく、各導体の接続距離が長くなることが抑制される。このため、本実施形態によれば、Ｕ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士が向かい合わせとなり、導体が最短距離で接続されるため、従来よりも導体の使用量を削減することができ、導体の接続の簡易化、最適化を図ることができる。

【0084】

また、図１～図７及び図９に示す第１実施形態によれば、信号分配基板４３の制御構成を変更し、向かい合わせの一方のＩＧＢＴユニット３０は配線を入れ替えず、他方のＩＧＢＴユニット３０のみＵ相とＷ相との信号が反転するように配線を入れ替えることとした。これにより、本実施形態によれば、２つの（複数の）ＩＧＢＴユニット３０が筐体１１内に配置された場合であっても、２つのＩＧＢＴユニット３０の構造は同一構造のままとすることができるため、製造性の向上や交換性の向上を図ることができる。

【0085】

＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ａにおける各構成の配置構造及び半導体冷却エリアＡと電子部品エリアＢとの区分けの一例を示す図である。図１０（ａ）は、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ａにおける各構成の配置構造及び半導体冷却エリアＡと電子部品エリアＢとの区分けの一例を示す側面図である。図１０（ｂ）は、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ａにおける各構成の配置構造及び半導体冷却エリアＡと電子部品エリアＢとの区分けの一例を示す背面図である。なお、図１０において、図１～図７及び図９に示す第１実施形態の構成と同一又は同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略又は簡略化する。

【0086】

上述のとおり、図１～図７及び図９に示す第１実施形態に係る電力変換装置１０では、筐体１１の正面側に、エアフィルタ１４ａを有する電子部品エリアＢ専用の吸気口１４が設けられていた（図４等参照）。そして、第１実施形態に係る電力変換装置１０では、吸気口１４からエアフィルタ１４ａを介して取り入れられたクリーンな空気は、電子部品エリアＢを通過した後、半導体冷却エリアＡの外気と合流し、共通のファン１３から排気されていた。

【0087】

一方、図１０に示すとおり、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ａでは、筐体１１Ａの正面側には、エアフィルタ１４ａの代わりに熱交換器１５が設けられ、電子部品エリアＢとファン１３との間には、例えば、隔壁１６等が配置されている。

【0088】

熱交換器１５は、電子部品エリアＢ内の半導体３２等の放熱により加熱されたクリーンな空気（内気）の熱を吸熱して冷却する。

【0089】

隔壁１６は、例えば、板金等であり、筐体（盤）１１Ａ内部にある電子部品エリアＢ側の排気部分（電子部品エリアＢとファン１３との間）を塞いでいる。なお、電子部品エリアＢ側の排気部分を塞ぐものは、隔壁１６には限られない。例えば、電力変換装置１０Ａ（筐体１１）は、元々電子部品エリアＢ側の排気部分が塞がれている構造を有するものであってもよい。

【0090】

図１０（ａ）中、風の流れを示す矢印で示されるとおり、電子部品エリアＢ内で加熱されたクリーンな空気（内気）は、熱交換器１５によって冷却される。そして、隔壁１６によって、筐体（盤）１１Ａ内部にある電子部品エリアＢ側の排気部分が塞がれていることにより、電子部品エリアＢの内気は、半導体冷却エリアＡの外気と合流することはなく、ファン１３からの外気の排気とは分離される。これにより、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ａでは、内気と外気とは完全に分離され、電子部品エリアＢには熱交換器１５により吸熱されて冷却された内気の冷却風のみが循環して流れる。そして、ファン１３からは外気のみが排気される。

【0091】

＜第２実施形態の作用効果＞
以上、図１０に示す第２実施形態では、図１～図７及び図９に示す第１実施形態と同様の効果を有する。

【0092】

また、図１０に示す第２実施形態によれば、内外気を完全に分離することができるため、第１実施形態よりも、電子部品エリアＢ内をよりクリーンに保つことができ、より耐環境性を向上させることができる。

【0093】

また、図１０に示す第２実施形態によれば、内外気を完全に分離することができるため、第１実施形態よりも、汚損のリスクを気にせず、より積極的に半導体冷却エリアＡ内に外気を取り入れることが可能である。これにより、本実施形態によれば、第１実施形態よりも、より冷却性能の向上や冷却性の担保を図ることができる。

【0094】

＜第３実施形態＞
図１１は、第３実施形態に係る電力変換装置１０ＢにおけるＩＧＢＴユニット３０の配置構造の一例を示す図である。なお、図１１において、図１～図７及び図９に示す第１実施形態の構成と同一又は同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略又は簡略化する。

【0095】

図１１に示すとおり、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｂでは、筐体１１Ｂ内部にＩＧＢＴユニット３０が４台配置されている。そして、図１～図７及び図９に示す第１実施形態と同様に、ＩＧＢＴユニット３０は、向かい合わせに配置され、向かい合わせに配置された２台のＩＧＢＴユニット３０の組が上下にそれぞれ配置されている。そして、第１実施形態と同様に、向かい合わせに配置されたＩＧＢＴユニット３０の組のＵ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士がそれぞれ対向する正面において最短距離で接続され、さらに上下のＵ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士がそれぞれ上下方向で接続される。

【0096】

すなわち、第３実施形態においても、信号分配基板４３は第１実施形態と同様の構成を有するため、信号分配基板４３の制御構成が変更されている。換言すれば、向かい合わせに配置された一方のＩＧＢＴユニット３０は、信号分配基板４３によって配線が入れ替えられておらず、他方のＩＧＢＴユニット３０は、信号分配基板４３によってＵ相とＷ相との信号が反転するように配線が入れ替えられている。このため、第３実施形態では、向かい合わせに配置されたＩＧＢＴユニット３０のＵ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士がそれぞれ対向する正面において最短距離で接続され、さらに上下のＵ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士がそれぞれ縦方向で接続することができる。

【0097】

なお、第３実施形態におけるＩＧＢＴユニット３０は、４台には限られず、例えば６台等、偶数台であれば、何台であってもよい。この場合、向かい合わせに配置された２台のＩＧＢＴユニット３０の組が上下方向（縦方向）に２台ずつ配置される。そして、上下方向に複数配置されたＩＧＢＴユニット３０のＵ相同士、Ｖ相同士、及びＷ相同士の導体が水平方向に対面で接続されさらにそれぞれ上下方向（垂直方向）で接続されていく。

【0098】

＜第３実施形態の作用効果＞
以上、図１１に示す第３実施形態では、ＩＧＢＴユニット３０が筐体１１Ｂ内に４台以上の偶数台配置された場合であっても、図１～図７及び図９に示す第１実施形態と同様の効果を有する。

【0099】

また、図１１に示す第３実施形態では、ＩＧＢＴユニット３０が２台配置された場合と同様に、片側のＩＧＢＴユニット３０のＵ相とW相とを反転させることで対面同士の各相の導体接続が容易になるとともに、上下の各相の導体接続も容易となる。

【0100】

＜第１比較例＞
図１２は、第１比較例に係る電力変換装置１１０におけるＩＧＢＴユニット１３０の配置構造の一例を示す図である。図１２（ａ）は、第１比較例に係る電力変換装置１１０におけるＩＧＢＴユニット１３０の配置構造の一例を示す斜視図である。図１２（ｂ）は、第１比較例に係る電力変換装置１１０におけるＩＧＢＴユニット１３０の配置構造の一例を示す側面図である。

【0101】

第１比較例に係る電力変換装置１１０は、例えば、列盤機種の屋外機等であり、図１２（ａ）、（ｂ）に示すとおり、一台の盤（筐体）１１１に対して、一台のＩＧＢＴユニット１３０が配置され、ＩＧＢＴユニット１３０の下部にはファン１１３が配置されている。近年、例えば、太陽光発電用や蓄電池用の電力変換装置１１０では、インバータの容量拡大に伴い、ＩＧＢＴ等の半導体素子の個数が増加傾向にあり、一台の盤１１１に対して、複数のＩＧＢＴユニット１３０を配置する必要性が生じている。しかし、図１２に示す第１比較例の構造では、一台の盤１１１に対して、複数のＩＧＢＴユニット１３０を配置することができない。

【0102】

一方、図１～図７及び図９～図１１に示す第１～第３実施形態によれば、複数のＩＧＢＴユニット３０を配置することができる。また、図１～図７及び図９～図１１に示す第１～第３実施形態によれば、第１比較例よりも、耐環境性の向上、冷却性の担保、冷却流路の単純化、交換性の向上を図りつつも、導体使用量の削減、導体接続の簡易化、最適化を図ることができる。

【0103】

＜第２比較例＞
図１３は、第２比較例に係る電力変換装置２１０におけるＩＧＢＴユニット２３０の配置構造の一例を示す図である。図１３（ａ）は、第２比較例に係る電力変換装置２１０におけるＩＧＢＴユニット２３０の配置構造の一例を示す斜視図である。図１３（ｂ）は、第２比較例に係る電力変換装置２１０におけるＩＧＢＴユニット２３０の配置構造の一例を示す側面図である。

【0104】

図１３（ａ）、（ｂ）に示すとおり、電力変換装置２１０は、例えば、屋内機等であり、一台の盤（筐体）２１１に対して、複数台のＩＧＢＴユニット２３０がサーバーラックのように盤２１１に多段積みで配置されている。この場合、一台の盤２１１において、ＩＧＢＴユニット２３０の台数に応じてＩＧＢＴユニット２３０と水平方向に、複数のファン２１３が配置されなければならない。これは、例えば、図１２に示す第１比較例のように、下部にファン２１３が配置された場合、サーバーラックのように多段積みされた上方のＩＧＢＴユニット２３０と、下方のＩＧＢＴユニット２３０とを均一に冷却することができないためである。このため、図１３に示す第２比較例の構造では、複数のＩＧＢＴユニット２３０を均等に冷却させようとする場合、使用するファン２１３の個数が多くなってしまう。

【0105】

一方、図１～図７及び図９～図１１に示す第１～第３実施形態によれば、複数のＩＧＢＴユニット３０を配置した場合であっても、図１３に示す第２比較例よりも、使用するファン１３の個数を少なくすることができる。さらに、図１～図７及び図９～図１１に示す第１～第３実施形態によれば、第２比較例よりも、耐環境性の向上、冷却性の担保、冷却流路の単純化、交換性の向上を図りつつも、導体使用量の削減、導体接続の簡易化、最適化を図ることができる。

【0106】

＜第３比較例＞
図１４は、第３比較例に係る電力変換装置３１０におけるＩＧＢＴユニット３３０の配置構造の一例を示す図である。

【0107】

図１４に示すとおり、電力変換装置３１０は、図１３に示す第２比較例のように、複数台のＩＧＢＴユニット３３０がサーバーラックのように盤（筐体）３１１に多段積みで配置されている。図１４において、ＩＧＢＴユニット３３０の上方が、例えば、半導体３２やゲートドライバ基板３３等が配置される電子部品エリアＢであり、下方が、例えば、冷却器３１等が配置される半導体冷却エリアＡである。

【0108】

例えば、図１４に示す第３比較例の構造において、エリアを区分けする場合、電子部品エリアＢは、半導体冷却エリアＡと比べて外気の汚損をできる限り抑えており風量が小さいため、できる限り単純な構造の方が、圧損が少なく冷却面で有利である。しかし、第３比較例のように、ＩＧＢＴユニット３３０が縦一列に多段積みされた場合において、エリアを区分け（内外気を分離）した場合、電子部品エリアＢは、ゲートドライバ基板３３等の精密機械が搭載されるため、構造が複雑になってしまう。また、そもそも、第３比較例のように、ＩＧＢＴユニット３３０が縦一列に多段積みされる配置構造では、ＩＧＢＴユニット３３０内で外気からの汚損を保護したいゲートドライバ基板３３等が配置される電子部品エリアＢと半導体冷却エリアＡとの区分けが難しい。

【0109】

一方、図１～図７及び図９～図１１に示す第１～第３実施形態によれば、ＩＧＢＴユニット３０が向い合わせの配置構造であるため、図１４に示す第３比較例の構造と比べて電子部品エリアＢの構造が単純であり、圧損が少なく、効率的な冷却をすることができる。そして、図１～図７及び図９～図１１に示す第１～第３実施形態によれば、第３比較例よりも、耐環境性の向上、冷却性の担保、冷却流路の単純化、交換性の向上を図りつつも、導体使用量の削減、導体接続の簡易化、最適化を図ることができる。

【0110】

＜実施形態の補足事項＞
以上、図１～図７及び図９～図１１に示す第１～第３実施形態によれば、図１～図７及び図９に示す第１実施形態と、図１０に示す第２実施形態と、図１１に示す第３実施形態とに分かれているが、これらの実施形態が直列に又は並列に組み合わされてもよい。組み合わされた実施形態もまた、組み合わされる前の各実施形態が奏する各作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

【0111】

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

【符号の説明】

【0112】

１…太陽光発電システム（電力変換システム）；２…太陽光パネル；３…変圧器；４…交流電力系統（系統）；５…直流母線；５ａ…直流入力部；６…交流回路；１０，１０Ａ，１０Ｂ…電力変換装置（ＰＣＳ）；１１，１１Ａ，１１Ｂ…筐体（盤）；１２…吸気口（第１吸気口）；１３…ファン（冷却ファン）；１４…吸気口（第２吸気口）；１４ａ…エアフィルタ；１５…熱交換器；１６…隔壁（板金）；２１…直流スイッチ（直流遮断器，ＤＣスイッチ）；２２…直流コンデンサ（ＤＣコンデンサ）；２４…交流フィルタ（ＡＣフィルタ）；２４ａ…交流リアクトル（ＡＣリアクトル）；２４ｂ…交流コンデンサ（ＡＣコンデンサ）；２５…交流スイッチ（交流遮断器，ＡＣスイッチ）；３０…三相一括半導体ユニット（ＩＧＢＴユニット，第１の三相一括半導体ユニット，第２の三相一括半導体ユニット）；３１…冷却器；３２…半導体（半導体素子，ＩＧＢＴ）；３３…ゲートドライバ基板；３４…主回路導体（積層ブスバー）；３５…支持部材；３６…直流端子；３７…交流端子；３７ａ…交流端子（第１交流端子）；３７ｂ…交流端子（第２交流端子）；３７ｃ…交流端子（第３交流端子）；４０…制御装置；４１…制御基板；４２…メイン制御基板；４３，４３’…信号分配基板；１１０…電力変換装置（ＰＣＳ）；１１１…筐体（盤）；１１３…ファン（冷却ファン）；１３０…三相一括半導体ユニット（ＩＧＢＴユニット）；２１０…電力変換装置（ＰＣＳ）；２１１…筐体（盤）；２１３…ファン（冷却ファン）；２３０…三相一括半導体ユニット（ＩＧＢＴユニット）；３１０…電力変換装置（ＰＣＳ）；３１１…筐体（盤）；３３０…三相一括半導体ユニット（ＩＧＢＴユニット）；Ａ…半導体冷却エリア；Ｂ…電子部品エリア

【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】

【図14】