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JP2007259672A - Power conversion apparatus - Google Patents

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JP2007259672A
JP2007259672A JP2006084387A JP2006084387A JP2007259672A JP 2007259672 A JP2007259672 A JP 2007259672A JP 2006084387 A JP2006084387 A JP 2006084387A JP 2006084387 A JP2006084387 A JP 2006084387A JP 2007259672 A JP2007259672 A JP 2007259672A
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Japan
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water
water flow
flow passages
semiconductor elements
series
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Application number
JP2006084387A
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Japanese (ja)
Inventor
Taichiro Tsuchiya
多一郎 土谷
Satoshi Sato
聡 佐藤
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.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion apparatus, in which the characteristic changes in semiconductor devices due to a temperature become equal and responsibilities of the semiconductor devices become equal. <P>SOLUTION: A first circulation route for cooling-water in circulation routes for cooling-water is a circulation route comprising a water supply system 7-71-112-311 to a water circulation path 31-312-102-512 to a water circulation path 51-511-120-84 to a drainage system 8. A second circulation route for cooling-water in the circulation routes for cooling-water is a circulation route, comprising water supply system 7-74-111-611 to a water circulation path 61-612-101-412 to a water circulation path 41-411-113-81 to the drainage system 8. The first/second circulation routes for cooling-water are constituted so that a water circulation direction becomes matually reverse. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、モジュール型半導体素子で構成される電力変換装置に係り、特に水冷構造を改良した電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device including module-type semiconductor elements, and more particularly to a power conversion device having an improved water cooling structure.

IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)に代表されるモジュール型半導体素子の高圧・大電流化によって、従来は圧接型半導体素子が適用されていた比較的大容量な電力変換装置にもその適用が拡大している。大容量の電力変換装置では回路動作に伴って発生する損失も大きくなるため、水冷方式が採用されている。   With the increase in the voltage and current of module type semiconductor elements represented by IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), its application has been expanded to relatively large capacity power converters to which pressure contact type semiconductor elements have been applied. Yes. In a large-capacity power conversion device, a loss caused by circuit operation increases, and therefore a water cooling method is adopted.

ところで、一般的な2レベル方式や3レベル方式のインバータ回路では、正側素子と負側素子は回路動作的に対称となり、素子特性が全く同じであれば発生損失も同じになる。   By the way, in a general two-level or three-level inverter circuit, the positive side element and the negative side element are symmetrical in terms of circuit operation, and the generated loss is the same if the element characteristics are exactly the same.

オン電圧やスイッチング損失などの半導体素子特性は、所定の仕様に対して一定の範囲でばらついている。当該素子を複数個適用する電力変換回路においても、特に意図しない限り回路動作的に対称な位置の素子特性が全く同じになる可能性は極めて低い。
特許3729117号公報(第6頁,第1図)
Semiconductor element characteristics such as on-voltage and switching loss vary within a certain range with respect to a predetermined specification. Even in a power conversion circuit to which a plurality of such elements are applied, there is a very low possibility that the element characteristics at positions symmetrical with respect to circuit operation will be exactly the same unless otherwise specified.
Japanese Patent No. 3729117 (page 6, FIG. 1)

特許文献1には、モジュール型半導体素子で構成される3レベルインバータの水冷方式が提案されている。これは、3 レベルインバータ( コンバータ)においては、中性点を対称にP側実装の電力変換素子とN側実装の電力変換素子が同じ電力損失を発生することに着目し、電力変換素子を冷却する水冷式ヒートシンクをP側実装の電力変換素子用とN 側実装の電力変換素子用の2つに分割し、分割したヒートシンクを個別の冷却系統により冷却するようにした構成が記載されている。   Patent Document 1 proposes a water-cooling method for a three-level inverter composed of modular semiconductor elements. In a three-level inverter (converter), focusing on the fact that the power conversion element mounted on the P side and the power conversion element mounted on the N side generate the same power loss with the neutral point symmetrical, the power conversion element is cooled. The structure is such that the water-cooled heat sink is divided into two for the P-side mounted power conversion element and for the N-side mounted power conversion element, and the divided heat sink is cooled by an individual cooling system.

具体的には、正側の3素子と負側の3素子は、2枚の水冷フィンにそれぞれ実装される。これは、例えばインバータのU相のヒートシンク構成は、P側実装の電力変換素子を冷却する第1のヒートシンクと、N側実装の電力変換素子を冷却する第2のヒートシンクと、それぞれを主配水管と接続する1組の入出力部より構成されている。   Specifically, the positive three elements and the negative three elements are mounted on two water-cooled fins, respectively. This is because, for example, the U-phase heat sink configuration of the inverter includes a first heat sink that cools the power conversion element mounted on the P side, a second heat sink that cools the power conversion element mounted on the N side, and the main water distribution pipe. It is comprised from 1 set of input-output parts connected to.

第1のヒートシンクには、P側のモジュール形の電力変換素子 とP側のモジュール形のクランプダイオードが実装されている。第2のヒートシンクには、N側のモジュール形の電力変換素子とN側のモジュール型のクランプダイオード が実装されている。P側実装の電力変換素子をひとつのグループと考え第1のヒートシンクで冷却する。N側実装の電力変換素子をひとつのグループを考え第2のヒートシンクで冷却するものである。   A P-side module-type power conversion element and a P-side module-type clamp diode are mounted on the first heat sink. An N-side module-type power conversion element and an N-side module-type clamp diode are mounted on the second heat sink. The P-side mounted power conversion elements are considered as one group and cooled by the first heat sink. The power conversion element mounted on the N side is cooled by a second heat sink in consideration of one group.

このため、従来のP側実装の電力変換素子と、N側実装の電力変換素子を分けずに、これらの素子を一体の水冷式ヒートシンクに搭載するものに比べ、ヒートシンクの冷却面の温度偏差を低減できるため、電力変換装置の小形化等を実現できる。   For this reason, the temperature deviation of the cooling surface of the heat sink is less than that of mounting a conventional P-side mounted power conversion element and N-side mounted power conversion element on an integrated water-cooled heat sink. Since it can reduce, size reduction of a power converter, etc. are realizable.

通常、正側素子と負側素子の発生損失は同じと仮定し、各水冷フィンの冷却水量は同じになるように設計される。ここで、正側または負側の3素子の合計損失をP(ワット)、各水冷フィンの冷却水流量をQ(リットル/分)、各水冷フィンの水出入口における水温差をΔT(ケルビン)とすると、ΔTは次式で表される。   Normally, the generated loss of the positive side element and the negative side element is assumed to be the same, and the cooling water amount of each water cooling fin is designed to be the same. Here, the total loss of the three elements on the positive side or the negative side is P (Watt), the cooling water flow rate of each water cooling fin is Q (L / min), and the water temperature difference at the water inlet / outlet of each water cooling fin is ΔT (Kelvin). Then, ΔT is expressed by the following equation.

ΔT=k×P/Q [kは定数]
前述したように、素子特性にはばらつきがあるため、正側および負側の3素子の合計損失Pが同じになる可能性は低く、結果として、正側ΔTと負側ΔTに差が生じることになる。この温度差が半導体素子の温度特性に影響し、正側と負側の損失差(温度差)が更に大きくなる可能がある。
ΔT = k × P / Q [k is a constant]
As described above, since the element characteristics vary, it is unlikely that the total loss P of the three elements on the positive side and the negative side is the same, and as a result, a difference occurs between the positive side ΔT and the negative side ΔT. become. This temperature difference affects the temperature characteristics of the semiconductor element, and the loss difference (temperature difference) between the positive side and the negative side may further increase.

特に、1枚の水冷フィンに複数の半導体素子が実装される場合、3個中2個の特性が正側と負側で揃っていたとしても、残る1個の特性差によって温度差が生じ、他の2素子へもその影響が波及する可能性がある。   In particular, when a plurality of semiconductor elements are mounted on one water-cooled fin, even if two of the three characteristics are aligned on the positive side and the negative side, a temperature difference occurs due to the remaining one characteristic difference, The influence may also spread to the other two elements.

なお、上記を回避するために意図的に素子特性を揃えることは、一般的にコストアップに繋がる。   Note that intentional alignment of element characteristics to avoid the above generally leads to an increase in cost.

このようことから、特許文献1の水路構造では温度勾配が生じることが考えられる。   From this, it is conceivable that a temperature gradient occurs in the water channel structure of Patent Document 1.

しかし、当該水路構造を適用した場合であっても、正側および負側の3素子のそれぞれの合計損失が異なれば、前述した問題は同様に発生するものと思われる。   However, even when the water channel structure is applied, the above-described problem is likely to occur similarly if the total losses of the positive and negative three elements are different.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、温度による半導体素子の特性変化が同じになり、半導体素子の責務が同じになる電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device in which the characteristics of semiconductor elements change with temperature and the duties of the semiconductor elements are the same.

前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、モジュール型半導体素子を2個直列接続したハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも1組とし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する電力変換器の主回路と、
前記各半導体素子を各々搭載するものであって各々に水を流通可能にする2系統の水流通路を有する複数の水冷フィンと、
前記主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された前記水冷フィンに有する水流通路の一端側同士を連結した接続路体と、
前記主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された前記水冷フィンに有する水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置である。
In order to achieve the object, the invention corresponding to claim 1 comprises a half bridge in which two module type semiconductor elements are connected in series, and at least one set of the half bridges controls the conduction of each semiconductor element. The main circuit of the power converter that converts power with
A plurality of water-cooling fins, each of which is mounted with each of the semiconductor elements, and has two water flow passages that allow water to flow therethrough;
A connecting path body that connects one end side of the water flow path to the water-cooling fins on which the semiconductor elements that are symmetrical in terms of circuit operation are mounted among the semiconductor elements of the main circuit;
Among the semiconductor elements of the main circuit, connected between the other end sides of the water flow passages in the water cooling fin on which the semiconductor elements that are symmetrical in terms of circuit operation are mounted so that the water flow directions are opposite to each other. A power conversion device comprising a water supply system and a drainage system.

前記目的を達成するため、請求項2に対応する発明は、モジュール型半導体素子を2個直列接続したハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも2組とし、この各ハーフブリッジを並列接続してフルブリッジとし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する電力変換器の主回路と、
前記各半導体素子を各々搭載するものであって各々に水を流通可能にする2系統の水流通路を有する複数の水冷フィンと、
前記主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された前記水冷フィンに有する水流通路の一端側同士を連結した接続路体と、
前記主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された前記水冷フィンに有する水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 2 comprises a half bridge in which two module type semiconductor elements are connected in series, at least two sets of the half bridges, and the half bridges are connected in parallel. A main circuit of a power converter that converts power by controlling conduction of each semiconductor element as a full bridge;
A plurality of water-cooling fins, each of which is mounted with each of the semiconductor elements, and has two water flow passages that allow water to flow therethrough;
A connecting path body that connects one end side of the water flow path to the water-cooling fins on which the semiconductor elements that are symmetrical in terms of circuit operation are mounted among the semiconductor elements of the main circuit;
Among the semiconductor elements of the main circuit, connected between the other end sides of the water flow passages in the water cooling fin on which the semiconductor elements that are symmetrical in terms of circuit operation are mounted so that the water flow directions are opposite to each other. A power conversion device comprising a water supply system and a drainage system.

前記目的を達成するため、請求項3に対応する発明は、モジュール型半導体素子を2個直列接続したハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも2組とし、この各ハーフブリッジを並列接続してフルブリッジとし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する電力変換器の主回路と、
前記各ハーフブリッジのうち上アーム側の半導体素子を全てその一枚に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した上アーム側水冷フィンと、
前記各ハーフブリッジのうち下アーム側の半導体素子を全てその一枚に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した下アーム側水冷フィンと、
前記上アーム側水冷フィン及び前記下アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路の一端側同士をそれぞれ連結した接続路体と、
前記上アーム側水冷フィン及び前記下アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 3 comprises a half bridge in which two module type semiconductor elements are connected in series, at least two sets of the half bridges, and the half bridges are connected in parallel. A main circuit of a power converter that converts power by controlling conduction of each semiconductor element as a full bridge;
A semiconductor device on the upper arm side of each half bridge is mounted on one of the half bridges, and has two water flow passages that allow water to flow corresponding to each semiconductor device. Upper arm side water cooling fins connecting adjacent water flow passages among the passages;
The semiconductor elements on the lower arm side of each of the half bridges are all mounted on one of the half bridges, and have two water flow passages that allow water to flow in correspondence with each semiconductor element. Lower arm side water cooling fins connecting adjacent water flow passages among the passages,
A connection path body that connects one end side of each of the two water flow passages of the upper arm side water cooling fin and the lower arm side water cooling fin;
A water supply system and a drainage system connected between the other end sides of the two water flow passages of the upper arm side water cooling fin and the lower arm side water cooling fin so that the water flow directions are opposite to each other. It is the power converter device characterized by the above.

前記目的を達成するため、請求項4に対応する発明は、モジュール型半導体素子を2個直列接続したハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも2組とし、この各ハーフブリッジを並列接続してフルブリッジとし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する電力変換器の主回路と、
前記各ハーフブリッジのうち上アーム側の半導体素子を全てその一枚に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した上アーム側水冷フィンと、
前記各ハーフブリッジのうち下アーム側の半導体素子を全てその一枚に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した下アーム側水冷フィンと、
前記上アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路の端部と、前記下アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路の端部同士を接続し、この各接続部に接続するものであって、水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 4 comprises a half bridge in which two module type semiconductor elements are connected in series, and at least two sets of the half bridges are connected in parallel. A main circuit of a power converter that converts power by controlling conduction of each semiconductor element as a full bridge;
A semiconductor device on the upper arm side of each half bridge is mounted on one of the half bridges, and has two water flow passages that allow water to flow corresponding to each semiconductor device. Upper arm side water cooling fins connecting adjacent water flow passages among the passages;
The semiconductor elements on the lower arm side of each of the half bridges are all mounted on one of the half bridges, and have two water flow passages that allow water to flow in correspondence with each semiconductor element. Lower arm side water cooling fins connecting adjacent water flow passages among the passages,
The ends of the two water flow passages included in the upper arm side water cooling fin and the ends of the two water flow passages included in the lower arm side water cooling fin are connected to each other and connected to the respective connection portions. A power conversion device comprising a water supply system and a drainage system connected so that the water flow directions are opposite to each other.

前記目的を達成するため、請求項7に対応する発明は、モジュール型半導体素子を2個直列接続した第1の素子直列回路を構成し、モジュール型半導体素子を2個直列接続した第2の素子直列回路を構成し、前記第1及び第2の素子直列回路を直列接続し、前記第1の素子直列回路の半導体素子の接続点と前記第2の素子直列回路の半導体素子の接続点間に第1及び第2のクランプダイオードを直列接続してハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも1組とし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する3レベルの電力変換器の主回路と、
前記第1の素子直列回路及び前記第1のクランプダイオードをその一枚に搭載するものであって、前記第1の素子直列回路の半導体素子及び前記第1のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した正側水冷フィンと、
前記第2の素子直列回路及び前記第2のクランプダイオードをその一枚に搭載するものであって、前記第2の素子直列回路の半導体素子及び前記第2のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した負側水冷フィンと、
前記正側水冷フィン及び前記負側水冷フィンに有する2系統の水流通路の一端側をそれぞれ連結した接続路体と、
前記正側水冷フィン及び前記負側水冷フィンに有する2系統の水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置である。
In order to achieve the object, the invention corresponding to claim 7 comprises a first element series circuit in which two module type semiconductor elements are connected in series, and a second element in which two module type semiconductor elements are connected in series. A series circuit is configured, the first and second element series circuits are connected in series, and between a connection point of the semiconductor elements of the first element series circuit and a connection point of the semiconductor elements of the second element series circuit A main circuit of a three-level power converter that performs power conversion by connecting the first and second clamp diodes in series to form a half bridge, making the half bridge at least one set, and controlling the conduction of each semiconductor element. When,
The first element series circuit and the first clamp diode are mounted on one sheet, and each of the semiconductor element of the first element series circuit and the first clamp diode corresponds to each of the water. A water-cooling fin on the positive side that has two water flow passages that allow the water to flow and that connects adjacent water flow passages among the water flow passages;
The second element series circuit and the second clamp diode are mounted on one sheet, and the water corresponding to each of the semiconductor element and the second clamp diode of the second element series circuit is mounted. A negative-side water-cooled fin that has two water flow passages that enable circulation, and that connects adjacent water flow passages among the water flow passages,
A connecting path body that connects one end side of each of the two water flow passages in the positive-side water-cooled fin and the negative-side water-cooled fin;
A water supply system and a drainage system connected between the other end sides of the two water flow passages of the positive side water cooling fin and the negative side water cooling fin and connected so that the water flow directions are opposite to each other. It is the power converter device characterized.

前記目的を達成するため、請求項8に対応する発明は、モジュール型半導体素子を2個直列接続した第1の素子直列回路を構成し、モジュール型半導体素子を2個直列接続した第2の素子直列回路を構成し、前記第1及び第2の素子直列回路を直列接続し、前記第1の素子直列回路の半導体素子の接続点と前記第2の素子直列回路の半導体素子の接続点間に第1及び第2のクランプダイオードを直列接続してハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも1組とし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する3レベルの電力変換器の主回路と、
前記第1の素子直列回路及び前記第1のクランプダイオードをその一枚に搭載するものであって、前記第1の素子直列回路の半導体素子及び前記第1のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した正側水冷フィンと、
前記第2の素子直列回路及び前記第2のクランプダイオードをその一枚に搭載するものであって、前記第2の素子直列回路の半導体素子及び前記第2のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した負側水冷フィンと、
前記正側水冷フィンに有する2系統の水流通路の端部と、前記負側水冷フィンに有する2系統の水流通路の端部同士を接続し、この各接続部に接続するものであって、水の流通方向が互いに逆となるようにした給水系及び排水系と
を具備したことを特徴と電力変換装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 8 comprises a first element series circuit in which two module type semiconductor elements are connected in series, and a second element in which two module type semiconductor elements are connected in series. A series circuit is configured, the first and second element series circuits are connected in series, and between a connection point of the semiconductor elements of the first element series circuit and a connection point of the semiconductor elements of the second element series circuit A main circuit of a three-level power converter that performs power conversion by connecting the first and second clamp diodes in series to form a half bridge, making the half bridge at least one set, and controlling the conduction of each semiconductor element. When,
The first element series circuit and the first clamp diode are mounted on one sheet, and each of the semiconductor element of the first element series circuit and the first clamp diode corresponds to each of the water. A water-cooling fin on the positive side that has two water flow passages that allow the water to flow and that connects adjacent water flow passages among the water flow passages;
The second element series circuit and the second clamp diode are mounted on one sheet, and the water corresponding to each of the semiconductor element and the second clamp diode of the second element series circuit is mounted. A negative-side water-cooled fin that has two water flow passages that enable circulation, and that connects adjacent water flow passages among the water flow passages,
The ends of the two water flow passages included in the positive side water cooling fin and the ends of the two water flow passages included in the negative side water cooling fin are connected to each other. The power conversion device is characterized in that it is provided with a water supply system and a drainage system in which the flow directions of the water are reversed.

本発明によれば、半導体素子の冷却条件を揃えることで、温度による半導体素子の特性変化が同じになり、半導体素子の責務が同じになる電力変換装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device by which the characteristic change of the semiconductor element by temperature becomes the same and the duty of a semiconductor element becomes the same by aligning the cooling conditions of a semiconductor element can be provided.

<第1の実施形態>
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、電力変換器例えば3相2レベルインバータの主回路を示す図であり、これは半導体素子本体と、これをパッケージ化した容器からなるモジュール型半導体素子(以下半導体素子と称する)を、6個次のようにしたものである。ここでは、半導体素子としてIGBTを使用した例を示している。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a main circuit of a power converter, for example, a three-phase two-level inverter. This is a module type semiconductor element (hereinafter referred to as a semiconductor element) composed of a semiconductor element body and a container in which the semiconductor element body is packaged. The 6th order is as follows. Here, an example in which an IGBT is used as a semiconductor element is shown.

6個の半導体素子U1、U2、V1、V2、W1、W2を、U1―U2、V1―V2、W1―W2というようにそれぞれを直列接続してハーフブリッジとしたもの(図1の破線で囲った部分の一つ)を、並列接続してフルブリッジとし、直流電源が接続される入力端子間に直流コンデンサCDを接続し、U1とU2、V1とV2、W1とW2の接続点を交流出力端子としたものである。なお、図1には、直流短絡保護用ヒューズなどは省略してあるが、実際の回路には設けることは言うまでもない。   Six semiconductor elements U1, U2, V1, V2, W1, and W2 are connected in series as U1-U2, V1-V2, and W1-W2 to form half bridges (enclosed by broken lines in FIG. 1). 1) is connected in parallel to form a full bridge, a DC capacitor CD is connected between the input terminals to which the DC power supply is connected, and the connection points of U1 and U2, V1 and V2, and W1 and W2 are AC output. It is a terminal. In FIG. 1, a DC short-circuit protection fuse or the like is omitted, but it goes without saying that it is provided in an actual circuit.

このような構成において、各半導体素子を図示しない制御回路により導通制御することで直流電力を交流電力に変換することが可能である。   In such a configuration, it is possible to convert DC power to AC power by controlling conduction of each semiconductor element by a control circuit (not shown).

図2は、本発明の第1の実施形態を説明するための概略構成図(模式図)であり、図1の半導体素子U1、U2、V1、V2、W1、W2を、それぞれ水冷フィンに搭載させ、各
水冷フィンに有する水流通路内に冷却水が流通できるように構成したものである。この場合、水冷フィンは、水冷フィン本体11と、水冷フィン本体11に例えば蛇腹状に形成した水流通路31、41を並設し、水流通路31、41の端部には接続具311、312、411、412を設けたものである。水冷フィン本体21に、例えば蛇腹状に形成した水流通路51、61を並設し、水流通路51、61の端部には接続具511、512、611、612を設けたものである。そして、接続具412と612の間、接続具312と512の間にそれぞれ接続路体101、102をそれぞれ接続したものである。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram (schematic diagram) for explaining the first embodiment of the present invention. The semiconductor elements U1, U2, V1, V2, W1, and W2 of FIG. 1 are mounted on water-cooled fins, respectively. The cooling water can be circulated in the water flow passage of each water cooling fin. In this case, the water-cooled fin includes a water-cooled fin main body 11 and water flow passages 31 and 41 formed in a bellows shape, for example, in the water-cooled fin main body 11, and connectors 311, 312, 411 and 412 are provided. For example, water flow passages 51 and 61 formed in a bellows shape are arranged in parallel in the water cooling fin main body 21, and connectors 511, 512, 611, and 612 are provided at the ends of the water flow passages 51 and 61. Then, connection path bodies 101 and 102 are connected between the connection tools 412 and 612 and between the connection tools 312 and 512, respectively.

また、このような水流通路31、41、51、61の内部に冷却水を流通させるために、給水系7例えば給水パイプ及び排水系8例えば排水パイプと、給水系7及び排水系8の端部に設けられている給水接続具71、74及び排水接続具81、84と、補助接続路体111、112、113、120を以下のように接続したものである。71と311の間、111と611の間、411と81の間、511と84の間に、それぞれ補助接続路体111、112、113、120を接続したものである。   Further, in order to circulate the cooling water inside the water flow passages 31, 41, 51, 61, the water supply system 7, for example, the water supply pipe and the drainage system 8, for example, the drainage pipe, and the ends of the water supply system 7 and the drainage system 8 are provided. The water supply connectors 71 and 74 and the drainage connectors 81 and 84 provided on the auxiliary connection path bodies 111, 112, 113, and 120 are connected as follows. Auxiliary connection path bodies 111, 112, 113, and 120 are connected between 71 and 311, between 111 and 611, between 411 and 81, and between 511 and 84, respectively.

以上述べた構成は、水流通路31―51の間、41―61の間の冷却水の流通経路であり、これにより半導体素子U1、U2が冷却可能となる。具体的には、冷却水の流通経路のうちの第1は7−71―112―311―31―312−102−512−51―511−120−84−8からなる流通経路である。冷却水の流通経路のうちの第2は、7−74―111―611―61―612−101−412−41―411−113−81−8からなる流通経路である。第1の冷却水の流通経路と、第2の冷却水の流通経路は、水の流通方向が互いに逆になるように構成されている。   The configuration described above is a flow path of the cooling water between the water flow passages 31-51 and 41-61, whereby the semiconductor elements U1, U2 can be cooled. Specifically, the first of the circulation paths of the cooling water is a circulation path composed of 7-71-112-311-31-312-102-512-511-120-84-8. The second of the cooling water flow paths is a flow path consisting of 7-74-111-611-61-612-41-412-41-411-113-81-8. The flow path of the first cooling water and the flow path of the second cooling water are configured such that the water flow directions are opposite to each other.

半導体素子V1、V2、W1、W2をそれぞれ冷却可能とする構成は、前述の半導体素子U1、U2を冷却可能とする構成と同様に構成されている。具体的には、水冷フィン本体12、13、22、23にも、水流通路32、42、33、43、52、62、53、63をそれぞれ並設したものである。各水流通路の端部には、それぞれ接続具321、322、421、422、331、332、431、432、521、522、621、622、531、532、631、632を設けたものである。給水系7に給水接続具72、73、75、76が設けられ、また排水系8に排水接続具82、83、85、86が設けられている。また、主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された水冷フィンに有する水流通路の一端側同士を連結する接続路体103、104、105、106と、補助接続路体111、112、113、114、115、116、117、118、119とを備え、これらは図2のように接続されている。   The configuration capable of cooling the semiconductor elements V1, V2, W1, and W2 is the same as the configuration capable of cooling the semiconductor elements U1 and U2. Specifically, water flow passages 32, 42, 33, 43, 52, 62, 53, 63 are also arranged in parallel on the water cooling fin bodies 12, 13, 22, 23. At the end of each water flow passage, connectors 321,322,421,422,331,332,431,432,521,522,621,622,531,532,631,632 are provided. Water supply connectors 72, 73, 75, and 76 are provided in the water supply system 7, and drainage connectors 82, 83, 85, and 86 are provided in the drainage system 8. In addition, connection path bodies 103, 104, 105, and 106 that connect one end sides of the water flow paths included in the water-cooling fins on which the semiconductor elements that are symmetrical in circuit operation are mounted among the semiconductor elements of the main circuit, and auxiliary connection Road bodies 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, and 119 are provided, and these are connected as shown in FIG.

この結果、水流通路32―52の間、42―62の間の冷却水の流通経路、及び水流通路33―53の間、43―63の間の冷却水の流通経路が構成され、これにより半導体素子V1とV2、W1とW2が冷却可能となる。このうち半導体素子V1とV2に対応する、冷却水の流通経路のうちの第1は7−72―115―321―32―322−104−522−52―521−121−85−8からなる流通経路である。また、冷却水の流通経路のうちの第2は、7−75―114―621―62―622−103−422−42―421−116−82−8からなる流通経路である。   As a result, a cooling water flow path between the water flow paths 32-52 and 42-62, and a cooling water flow path between the water flow paths 33-53 and 43-63 are formed. The elements V1 and V2 and W1 and W2 can be cooled. Of these, the first of the cooling water flow paths corresponding to the semiconductor elements V1 and V2 is a flow of 7-72-115-321-32-322-104-522-52-521-121-85-8. It is a route. The second of the circulation paths of the cooling water is a circulation path consisting of 7-75-114-621-62-622-103-422-42-421-116-82-8.

また、半導体素子W1とW2に対応する、冷却水の流通経路のうちの第1は7−73―118―331―33―332−106−532−53―531−122−86−8からなる流通経路である。また、冷却水の流通経路のうちの第2は、7−76―117―631―63―632−105−432−43―431−119−83−8からなる流通経路である。   The first of the cooling water flow paths corresponding to the semiconductor elements W1 and W2 is a flow made of 7-73-118-331-33-332-106-532-53-531-122-86-8. It is a route. The second of the cooling water flow paths is a flow path including 7-76-117-631-63-632-105-432-43-431-119-83-8.

以上述べたように、U1とU2、V1とV2、W1とW2にそれぞれ対応する第1の冷却水の流通経路と、第2の冷却水の流通経路は、水の流通方向が互いに逆になるように構成されている。この結果、各半導体素子の冷却条件が揃えられることで、温度による半導体素子の特性変化が同じになり、半導体素子の責務が同じになる電力変換装置を提供することができる。   As described above, the flow directions of the first cooling water and the second cooling water corresponding to U1 and U2, V1 and V2, and W1 and W2, respectively, are opposite to each other. It is configured as follows. As a result, it is possible to provide a power conversion device in which the characteristics of the semiconductor element change with temperature are the same and the duty of the semiconductor element is the same because the cooling conditions of each semiconductor element are made uniform.

この本発明の効果を、図3に示す従来技術による水冷方式との比較によって説明する。   The effect of the present invention will be described by comparison with the conventional water cooling system shown in FIG.

IGBTモジュールU1の損失をP1(ワット)、U2の損失をP2(ワット)とする。なお、1水路あたりの流量はQ(リットル/分)とする。 The loss of the IGBT module U1 is P1 (watt), and the loss of U2 is P2 (watt). The flow rate per water channel is Q (liters / minute).

図3に示す水冷方式の場合、U1側水冷フィンの水出入口における水温差ΔT1(ケルビン)とU2側の水温差ΔT2(ケルビン)はそれぞれ以下となる。   In the case of the water cooling method shown in FIG. 3, the water temperature difference ΔT1 (Kelvin) at the water inlet / outlet of the U1 side water cooling fin and the water temperature difference ΔT2 (Kelvin) on the U2 side are as follows.

ΔT1=k×P1/Q
ΔT2=k×P2/Q
つまり、損失差によって温度差が生じる。
ΔT1 = k × P1 / Q
ΔT2 = k × P2 / Q
That is, a temperature difference is caused by the loss difference.

これに対して、本発明の第1の実施形態を示す図2の水冷方式の場合、2水路合計2Q(リットル/分)で合計損失P1+P2(ワット)を、また1水路Q(リットル/分)あたり(P1+P2)/2(ワット)の損失を処理することになる。したがって、2つの水冷フィンとも、水出入口(母管との接続点)における水温差は以下となる。 On the other hand, in the case of the water cooling method of FIG. 2 showing the first embodiment of the present invention, the total loss P1 + P2 (Watt) is obtained with 2Q total 2Q (L / min), and 1 water channel Q (L / min). A loss of around (P1 + P2) / 2 (watts) will be handled. Accordingly, the water temperature difference at the water inlet / outlet (connection point with the mother pipe) is as follows for both water cooling fins.

ΔT1=ΔT2=k×(P1+P2)/2/Q
つまり、損失差が平均化され、温度差は生じない。
ΔT1 = ΔT2 = k × (P1 + P2) / 2 / Q
That is, the difference in loss is averaged and no temperature difference occurs.

<第2の実施形態>
図4は、図1に示す3相2レベルインバータの上アームの半導体素子U1、V1、W1と、下アームの半導体素子U2、V2、W2をそれぞれ水冷フィン本体10、20にそれぞれ実装し、水冷フィン本体10、20に、各半導体素子U1、V1、W1に対応して水を流通可能にする2系統の蛇腹状の水流通路30、40を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した上アーム側水冷フィンとした例である。
<Second Embodiment>
FIG. 4 shows that the upper-arm semiconductor elements U1, V1, W1 and the lower-arm semiconductor elements U2, V2, W2 shown in FIG. 1 are mounted on the water-cooled fin bodies 10, 20, respectively. The fin bodies 10, 20 have two systems of bellows-like water flow passages 30, 40 that allow water to flow in correspondence with the semiconductor elements U1, V1, W1, and adjacent water flow passages among these water flow passages. It is an example made into the upper arm side water cooling fin which connected mutually.

具体的にはハーフブリッジのうち上アーム側の半導体素子U1、V1、W1を全てその一枚の水冷フィン本体10に搭載するものであって、各半導体素子U1、V1、W1に対応して水を流通可能にする2系統の蛇腹状の水流通路30、40を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した上アーム側水冷フィンと、下アーム側の半導体素子U2、V2、W2を全てその一枚の水冷フィン本体20に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路50、60を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した下アーム側水冷フィンと、上アーム側水冷フィン及び下アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路30、40、50、60の一端側にそれぞれ有する接続具302と502の間、又は接続具402と602の間にそれぞれ連結した接続路体125、126と、上アーム側水冷フィン本体10及び下アーム側水冷フィン本体20に有する2系統の水流通路30、40、50、60の他端側(接続具402、602と接続路体125、126を有する側と反対側)間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系7及び排水系8とを具備したものである。   Specifically, the semiconductor elements U1, V1, and W1 on the upper arm side of the half bridge are all mounted on the single water-cooled fin body 10, and water corresponding to each semiconductor element U1, V1, and W1 is mounted. The upper arm side water cooling fins having two bellows-like water flow passages 30 and 40 that allow the water to flow and the adjacent water flow passages of the water flow passages are connected to each other, and the semiconductor elements U2 and V2 on the lower arm side , W2 is mounted on the single water-cooled fin body 20, and has two water flow passages 50, 60 that allow water to flow in correspondence with each semiconductor element. The lower arm side water cooling fin which connected adjacent water flow paths among them, and the connection tool which has in each one end side of two systems of water flow paths 30, 40, 50 and 60 which have in an upper arm side water cooling fin and a lower arm side water cooling fin 02, 502, or connecting passages 125, 126 respectively connected between the connectors 402, 602, and two water flow passages 30 in the upper arm side water cooling fin body 10 and the lower arm side water cooling fin body 20, A water supply system 7 connected between the other end sides of 40, 50, 60 (the side opposite to the side having the connection tools 402, 602 and the connection path bodies 125, 126) so that the water flow directions are opposite to each other. A drainage system 8 is provided.

具体的には、水流通路30、40、50、60の他端側にそれぞれ有する接続具301、401、501、601と、給水系7に有する接続具71、74及び排水系8に有する接続具81、84とを備え、給水系7の端部に設けられている給水接続具71、74及び排水系8の端部に設けられている排水接続具81、84と、接続具71―301の間、接続具74―601の間、接続具401−81の間、接続具501−84の間にそれぞれ接続する補助接続路体111、112、113、120を具備している。   Specifically, connectors 301, 401, 501, and 601 that are provided on the other end sides of the water flow passages 30, 40, 50, and 60, connectors 71 and 74 that are included in the water supply system 7, and connectors that are included in the drainage system 8. 81, 84, water supply connectors 71, 74 provided at the end of the water supply system 7, drainage connectors 81, 84 provided at the end of the drainage system 8, and connectors 71-301 Auxiliary connection path bodies 111, 112, 113, 120 connected between the connection tools 74-601, between the connection tools 401-81, and between the connection tools 501-84, respectively.

半導体素子U1、V1、W1、U2、V2、W2に対応する、冷却水の流通経路のうちの第1は7−71―301―30―302―126−502−50−501―120−84−8からなる流通経路である。また、半導体素子U1、V1、W1、U2、V2、W2に対応する、冷却水の流通経路のうちの第2は、7−74―111―601―602―125−402−40−401―113−81−8からなる流通経路である。   The first of the cooling water flow paths corresponding to the semiconductor elements U1, V1, W1, U2, V2, and W2 is 7-71-301-30-302-126-502-50-501-120-84-. 8 is a distribution channel. The second of the cooling water flow paths corresponding to the semiconductor elements U1, V1, W1, U2, V2, and W2 is 7-74-111-601-602-125-402-40-401-113. -81-8.

以上述べた第2の実施形態において、半導体素子U1、V1、W1、U2、V2、W2に対応する、第1の冷却水の流通経路と、第2の冷却水の流通経路は、水の流通方向が互いに逆になるように構成されている。この結果、各半導体素子の冷却条件が揃えられることで、温度による半導体素子の特性変化が同じになり、半導体素子の責務が同じになる電力変換装置を提供することができる。   In the second embodiment described above, the first cooling water flow path and the second cooling water flow path corresponding to the semiconductor elements U1, V1, W1, U2, V2, and W2 are water flow paths. The directions are configured to be opposite to each other. As a result, it is possible to provide a power conversion device in which the characteristics of the semiconductor element change with temperature are the same and the duty of the semiconductor element is the same because the cooling conditions of each semiconductor element are made uniform.

図4の場合、給水系7と排水系8の接続具71、74、81、84おける水温差は以下となる。   In the case of FIG. 4, the difference in water temperature between the connectors 71, 74, 81, and 84 between the water supply system 7 and the drainage system 8 is as follows.

ΔT1=ΔT2
=k×(Pu1+Pv1+Pw1+Pu2+Pv2+Pw2)/2/Q
つまり、損失差が平均化され、温度差は生じない。
ΔT1 = ΔT2
= K * (Pu1 + Pv1 + Pw1 + Pu2 + Pv2 + Pw2) / 2 / Q
That is, the difference in loss is averaged and no temperature difference occurs.

<第3の実施形態>
図5は、図1の各半導体素子U1及びU2を、各々例えばIGBTモジュール型半導体素子を複数個並列接続した半導体素子並列回路UA、UBとし、半導体素子並列回路UA、UBをそれぞれ水冷フィン本体10、20に搭載させたものである。
<Third Embodiment>
FIG. 5 shows the semiconductor elements U1 and U2 of FIG. 1 as, for example, semiconductor element parallel circuits UA and UB in which a plurality of IGBT module type semiconductor elements are connected in parallel, and the semiconductor element parallel circuits UA and UB are respectively water-cooled fin bodies 10. , 20.

U相上下アームをそれぞれ3個のIGBTモジュールの並列接続によって構成した例である。並列接続されるIGBTモジュールは、電気的にも熱的にも同一条件で動作させるべきである。これを満足させるために、図4の水冷方式を適用することによって、並列接続間および上下アーム間の熱的な条件が均等化される。   This is an example in which the U-phase upper and lower arms are each configured by parallel connection of three IGBT modules. The IGBT modules connected in parallel should be operated under the same conditions both electrically and thermally. In order to satisfy this, by applying the water cooling method of FIG. 4, the thermal conditions between the parallel connections and between the upper and lower arms are equalized.

図6は、ハーフブリッジの半導体素子の接続点に電気的及び又は磁気的に結合するための結合手段220を接続したものである。このように上下アーム単位での並列接続においても、図5と同様の効果が見込める。   In FIG. 6, a coupling means 220 for electrical and / or magnetic coupling is connected to a connection point of a half-bridge semiconductor element. Thus, the same effect as in FIG. 5 can also be expected in parallel connection in units of upper and lower arms.

<第4の実施形態>
図7は3レベルインバータの基本回路構成を示すもので、図の破線で囲まれている部分はハーフブリッジを示しており、図8は図7の構成を図4の構成した実施形態を示す概略構成図である。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 shows a basic circuit configuration of a three-level inverter. A portion surrounded by a broken line in the drawing shows a half bridge, and FIG. 8 is a schematic showing an embodiment in which the configuration of FIG. 7 is configured in FIG. It is a block diagram.

半導体素子Q1、Q2を2個直列接続した第1の素子直列回路を構成し、半導体素子Q3、Q4を2個直列接続した第2の素子直列回路を構成し、第1及び第2の素子直列回路を直列接続し、第1の素子直列回路の半導体素子の接続点と第2の素子直列回路の半導体素子の接続点間に第1及び第2のクランプダイオードD1、D2を直列接続してハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも1組とし、各半導体素子Q1、Q2、Q3、Q4を導通制御することで電力変換する3レベルの電力変換器の主回路と、第1の素子直列回路及び前記第1のクランプダイオードをその水冷フィン本体01の一枚に搭載するものであって、第1の素子直列回路の半導体素子及び第1のクランプダイオードD1の各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路03、04を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した正側水冷フィンと、第2の素子直列回路及び前記第2のクランプダイオードD2を水冷フィン本体02の一枚に搭載するものであって、第2の素子直列回路の半導体素子及び第2のクランプダイオードD2の各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路05、06を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した負側水冷フィンと、正側水冷フィン及び前記負側水冷フィンに有する2系統の水流通路の一端側をそれぞれ連結した接続路体07、08と、正側水冷フィン及び負側水冷フィンに有する2系統の水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系7及び排水系8とを具備したものである。   A first element series circuit in which two semiconductor elements Q1 and Q2 are connected in series is constituted, and a second element series circuit in which two semiconductor elements Q3 and Q4 are connected in series is constituted, and the first and second element series are constituted. The circuits are connected in series, and the first and second clamp diodes D1 and D2 are connected in series between the connection point of the semiconductor element of the first element series circuit and the connection point of the semiconductor element of the second element series circuit. A main circuit of a three-level power converter that constitutes a bridge and converts the semiconductor elements Q1, Q2, Q3, and Q4 by conducting conduction control with at least one set of the half bridges, and a first element series circuit The first clamp diode is mounted on one sheet of the water-cooled fin body 01, and water can be circulated corresponding to each of the semiconductor element of the first element series circuit and the first clamp diode D1. A positive-side water-cooled fin having two water-flow passages 03 and 04 connected to each other and adjacent water-flow passages connected to each other, a second element series circuit, and the second clamp diode D2 are connected to the water-cooling fin. Two water flow paths 05 and 06 that are mounted on one main body 02 and that allow water to flow in correspondence with each of the semiconductor element of the second element series circuit and the second clamp diode D2. A negative-side water-cooled fin that connects adjacent water-flow passages among the water-flow passages, and a connection path body that connects one end side of the two water-flow passages of the positive-side water-cooled fin and the negative-side water-cooled fin. 07, 08, and a water supply system 7 and a drainage system 8 connected between the other end sides of the two water flow passages of the positive water cooling fin and the negative water cooling fin and connected so that the water flow directions are opposite to each other. Equipped with Those were.

ここで、接続路体07、08が存在しない側の構成について説明する。水流通路03、04、05、06の他端側にそれぞれ有する接続具031、041、051、061と、給水系7に有する接続具71、74及び排水系8に有する接続具81、84とを備え、給水系7の端部に設けられている給水接続具71、74及び排水系8の端部に設けられている排水接続具81、84と、接続具71―031の間、接続具74―601の間、接続具401−81の間、接続具051−84の間にそれぞれ接続する補助接続路体071、072、081、082を具備している。   Here, the configuration on the side where the connection path bodies 07 and 08 do not exist will be described. Connection devices 031, 041, 051, 061 respectively provided on the other end side of the water flow passages 03, 04, 05, 06, connection devices 71, 74 included in the water supply system 7, and connection devices 81, 84 included in the drainage system 8. The drainage connection tools 71 and 74 provided at the end of the water supply system 7 and the drainage connection tools 81 and 84 provided at the end of the drainage system 8 and the connection tool 74 are connected between the connection tools 71-031. Auxiliary connection path bodies 071, 072, 081, and 082 are respectively connected between -601, between the connection tools 401-81, and between the connection tools 051-84.

半導体素子Q1、D1、Q2、Q3、D2、Q4に対応する、冷却水の流通経路のうちの第1は7−71―031―03―032―08−052−05−051―072−84−8からなる流通経路である。また、半導体素子Q1、D1、Q2、Q3、D2、Q4に対応する、冷却水の流通経路のうちの第2は、7−74―082―061―06―062−07−042−041―071−81−8からなる流通経路である。   The first of the cooling water flow paths corresponding to the semiconductor elements Q1, D1, Q2, Q3, D2, and Q4 is 7-71-031-03-032-08-052-05-051-072-84-. 8 is a distribution channel. The second of the circulation paths of the cooling water corresponding to the semiconductor elements Q1, D1, Q2, Q3, D2, and Q4 is 7-74-062-061-06-06-06-07-042-041-071. -81-8.

3レベルインバータにおいて回路動作的に対称となる素子の組は、Q1とQ4、D1とD2、Q2とQ3の3組である。   In the three-level inverter, there are three sets of elements that are symmetrical in terms of circuit operation: Q1 and Q4, D1 and D2, and Q2 and Q3.

図8は正側の3素子Q1、D1、Q2と、負側の3素子Q4、D2、Q3をそれぞれ水冷フィン本体01、02に実装した例である。発生損失が大きく、冷却能力が不足する場合は図2と同様に各モジュールを個別冷却しても良い。   FIG. 8 shows an example in which the positive three elements Q1, D1, and Q2 and the negative three elements Q4, D2, and Q3 are mounted on the water-cooled fin bodies 01 and 02, respectively. When the generation loss is large and the cooling capacity is insufficient, each module may be individually cooled as in FIG.

なお、冷却能力を向上する手段としては、図8のような結合を解除し、母管から冷却水を取り入れることが考えられる。   As a means for improving the cooling capacity, it can be considered that the coupling as shown in FIG. 8 is released and cooling water is taken from the mother pipe.

図9は、冷却能力を向上させるために、図8の給水系7と、排水系8と、水流通路03、04、05、06の関係を次の変更したものである。すなわち、第1の素子直列回路及び第1のクランプダイオードD1をその一枚に搭載するものであって、第1の素子直列回路の半導体素子及び前記第1のクランプダイオードD1の各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路03、04を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した正側水冷フィン本体01と、第2の素子直列回路及び第2のクランプダイオードD2をその一枚に搭載するものであって、前記第2の素子直列回路の半導体素子及び前記第2のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した負側水冷フィン本体02と、 正側水冷フィン本体01に有する2系統の水流通路03、04の端部と、前記負側水冷フィンに有する2系統の水流通路05、06の端部同士を接続し、この各接続部に接続するものであって、水の流通方向が互いに逆となるようにした給水系7及び排水系8と、補助接続路体081、082、083、084、071、072、073,074を備えたものである。   FIG. 9 is a diagram in which the relationship between the water supply system 7, the drainage system 8, and the water flow paths 03, 04, 05, 06 in FIG. That is, the first element series circuit and the first clamp diode D1 are mounted on one sheet, corresponding to each of the semiconductor element of the first element series circuit and the first clamp diode D1. A water cooling fin main body 01 having two water flow passages 03 and 04 that allow water to flow and connecting adjacent water flow passages among the water flow passages, a second element series circuit, and a second The clamp diode D2 is mounted on one of them, and there are two systems of water flow passages that allow water to flow in correspondence with each of the semiconductor element of the second element series circuit and the second clamp diode. A negative-side water-cooled fin body 02 having adjacent water-flow passages connected to each other among the water-flow passages, ends of two water-flow passages 03 and 04 in the positive-side water-cooled fin body 01, and the negative A water supply system 7 and a drainage system in which the ends of the two water flow passages 05 and 06 of the water cooling fin are connected to each other and connected to each of the connection parts, and the water flow directions are opposite to each other. 8 and auxiliary connecting road bodies 081, 082, 083, 084, 071, 072, 073, 074.

具体的には、7−71−081−031−03−032−084−83−8の経路と、
7−74−082−061−06−062−083−86−8の経路と、7−73−074−042−04−041−071−81−8の経路と、7−76−073−052−05−051−072−84−8の経路とが形成されるようにしたものである。
Specifically, the route 7-71-081-031-03-032-084-83-8,
7-74-072-061-06-062-083-86-8, 7-73-074-042-04-041-071-81-8, 7-76-073-052 The path of 05-051-072-84-8 is formed.

図8のようにした構成では結合時の合計流量は2Q(リットル/分)であったが、図9では4Q(リットル/分)になる。ただし、この方策では2つの水冷フィン間で温度差が生じることになる。   In the configuration shown in FIG. 8, the total flow rate at the time of coupling is 2Q (liter / minute), but in FIG. 9, it is 4Q (liter / minute). However, this measure causes a temperature difference between the two water-cooled fins.

<変形例>
前述した図4の実施形態では、水流通路40の接続具402と水流通路60の接続具602との間に接続路体125を接続し、また水流通路30の接続具302と水流通路50の接続具502との間に接続路体126を接続したが、これを図9のようにしてもよい。具体的には、図9の水流通路04の接続具042と給水系7の給水接続具73との間を補助接続路体074で接続し、給水系7の給水接続具76と水流通路05の接続具052との間に補助接続路体073で接続し、水流通路03の接続具032と排水系8の排水接続具83との間を補助接続路体084で接続し、水流通路06の接続具062と排水系8の排水接続具86との間を補助接続路体083で接続するようにしてもよい。これ以外の点は、図4と同じである。このようにすることにより、図9の実施形態と同様な効果が得られる。
<Modification>
In the embodiment of FIG. 4 described above, the connection path body 125 is connected between the connection tool 402 of the water flow path 40 and the connection tool 602 of the water flow path 60, and the connection tool 302 of the water flow path 30 is connected to the water flow path 50. The connection path body 126 is connected to the tool 502, but this may be as shown in FIG. Specifically, the auxiliary connector path body 074 connects between the connector 042 of the water flow passage 04 and the water supply connector 73 of the water supply system 7 in FIG. 9, and the water supply connector 76 of the water supply system 7 and the water flow passage 05 are connected. An auxiliary connection path body 073 is connected to the connection tool 052, and the connection tool 032 of the water flow path 03 and the drainage connection tool 83 of the drainage system 8 are connected by the auxiliary connection path body 084 to connect the water flow path 06. The auxiliary connection path body 083 may be connected between the tool 062 and the drainage connection tool 86 of the drainage system 8. The other points are the same as in FIG. By doing in this way, the effect similar to embodiment of FIG. 9 is acquired.

本発明が適用される3相2レベルインバータの主回路構成図。The main circuit block diagram of the 3 phase 2 level inverter to which this invention is applied. 本発明の第1の実施形態を説明するための概略構成図。The schematic block diagram for demonstrating the 1st Embodiment of this invention. 図2の作用効果を説明するための図。The figure for demonstrating the effect of FIG. 本発明の第2の実施形態を説明するための概略構成図。The schematic block diagram for demonstrating the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態を説明するための概略構成図。The schematic block diagram for demonstrating the 3rd Embodiment of this invention. 図5の第3の実施形態の変形例を説明するための概略構成図。The schematic block diagram for demonstrating the modification of 3rd Embodiment of FIG. 本発明が適用される3相3レベルインバータの主回路構成図。The main circuit block diagram of the 3 phase 3 level inverter to which this invention is applied. 本発明の第4の実施形態を説明するための概略構成図。The schematic block diagram for demonstrating the 4th Embodiment of this invention. 図8の第4の実施形態の変形例を説明するための概略構成図。The schematic block diagram for demonstrating the modification of 4th Embodiment of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

01…正側水冷フィン本体、02…負側水冷フィン本体、03、04、05、06…水流通路、07、08…接続路体、031、041…接続具、051、052、061、062…接続具、071、072、073、081、082、083…補助接続路体、7…給水系、8…排水系、10…上アーム側水冷フィン本体、11、12、13、21、22、23…水冷フィン本体、20…下アーム側水冷フィン本体、30、31、32、33、40、41、42、43、50、51、60、61…水流通路、71、72、73、74、75、76…給水接続具、81、82、83、84、85、86…排水接続具、101、102、103、104、105、106…接続路体、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120,121、122…補助接続路体、125、126…接続路体、220…結合手段、301、401…接続具、302…接続具、311、312、321、322、401…接続具、401、402、412、501、511、512…接続具。   01 ... Positive side water-cooled fin main body, 02 ... Negative side water-cooled fin main body, 03, 04, 05, 06 ... Water flow passage, 07, 08 ... Connection path body, 031, 041 ... Connection tool, 051, 052, 061, 062 ... Connector, 071, 072, 073, 081, 082, 083 ... auxiliary connection path, 7 ... water supply system, 8 ... drainage system, 10 ... upper arm side water cooling fin body, 11, 12, 13, 21, 22, 23 ... Water-cooled fin body, 20 ... Lower arm side water-cooled fin body, 30, 31, 32, 33, 40, 41, 42, 43, 50, 51, 60, 61 ... Water flow passage, 71, 72, 73, 74, 75 76, water supply connector, 81, 82, 83, 84, 85, 86 ... drainage connector, 101, 102, 103, 104, 105, 106 ... connection path body, 111, 112, 113, 114, 115, 116 117, 18, 119, 120, 121, 122 ... auxiliary connection path, 125, 126 ... connection path, 220 ... coupling means, 301, 401 ... connection tool, 302 ... connection tool, 311, 312, 321, 322, 401 ... Connector, 401, 402, 412, 501, 511, 512 ... connector.

Claims (8)

モジュール型半導体素子を2個直列接続したハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも1組とし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する電力変換器の主回路と、
前記各半導体素子を各々搭載するものであって各々に水を流通可能にする2系統の水流通路を有する複数の水冷フィンと、
前記主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された前記水冷フィンに有する水流通路の一端側同士を連結した接続路体と、
前記主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された前記水冷フィンに有する水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
A half bridge in which two module type semiconductor elements are connected in series is configured, and this half bridge is at least one set, and a main circuit of a power converter that converts power by controlling conduction of each semiconductor element;
A plurality of water-cooling fins, each of which is mounted with each of the semiconductor elements, and has two water flow passages that allow water to flow therethrough;
A connecting path body that connects one end side of the water flow path to the water-cooling fins on which the semiconductor elements that are symmetrical in terms of circuit operation are mounted among the semiconductor elements of the main circuit;
Among the semiconductor elements of the main circuit, connected between the other end sides of the water flow passages in the water cooling fin on which the semiconductor elements that are symmetrical in terms of circuit operation are mounted so that the water flow directions are opposite to each other. A power conversion device comprising a water supply system and a drainage system.
モジュール型半導体素子を2個直列接続したハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも2組とし、この各ハーフブリッジを並列接続してフルブリッジとし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する電力変換器の主回路と、
前記各半導体素子を各々搭載するものであって各々に水を流通可能にする2系統の水流通路を有する複数の水冷フィンと、
前記主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された前記水冷フィンに有する水流通路の一端側同士を連結した接続路体と、
前記主回路の半導体素子の中で回路動作的に対称となる半導体素子が搭載された前記水冷フィンに有する水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
Configure half bridges in which two module type semiconductor elements are connected in series, and at least two sets of these half bridges. Each half bridge is connected in parallel to form a full bridge, and power conversion is achieved by controlling the conduction of each semiconductor element. The main circuit of the power converter
A plurality of water-cooling fins, each of which is mounted with each of the semiconductor elements, and has two water flow passages that allow water to flow therethrough;
A connecting path body that connects one end side of the water flow path to the water-cooling fins on which the semiconductor elements that are symmetrical in terms of circuit operation are mounted among the semiconductor elements of the main circuit;
Among the semiconductor elements of the main circuit, connected between the other end sides of the water flow passages in the water cooling fin on which the semiconductor elements that are symmetrical in terms of circuit operation are mounted so that the water flow directions are opposite to each other. A power conversion device comprising a water supply system and a drainage system.
モジュール型半導体素子を2個直列接続したハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも2組とし、この各ハーフブリッジを並列接続してフルブリッジとし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する電力変換器の主回路と、
前記各ハーフブリッジのうち上アーム側の半導体素子を全てその一枚に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した上アーム側水冷フィンと、
前記各ハーフブリッジのうち下アーム側の半導体素子を全てその一枚に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した下アーム側水冷フィンと、
前記上アーム側水冷フィン及び前記下アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路の一端側同士をそれぞれ連結した接続路体と、
前記上アーム側水冷フィン及び前記下アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
Configure half bridges in which two module type semiconductor elements are connected in series, and at least two sets of these half bridges. Each half bridge is connected in parallel to form a full bridge, and power conversion is achieved by controlling the conduction of each semiconductor element. The main circuit of the power converter
A semiconductor device on the upper arm side of each half bridge is mounted on one of the half bridges, and has two water flow passages that allow water to flow corresponding to each semiconductor device. Upper arm side water cooling fins connecting adjacent water flow passages among the passages;
The semiconductor elements on the lower arm side of each of the half bridges are all mounted on one of the half bridges, and have two water flow passages that allow water to flow in correspondence with each semiconductor element. Lower arm side water cooling fins connecting adjacent water flow passages among the passages,
A connection path body that connects one end side of each of the two water flow passages of the upper arm side water cooling fin and the lower arm side water cooling fin;
A water supply system and a drainage system connected between the other end sides of the two water flow passages of the upper arm side water cooling fin and the lower arm side water cooling fin so that the water flow directions are opposite to each other. The power converter characterized by the above-mentioned.
モジュール型半導体素子を2個直列接続したハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも2組とし、この各ハーフブリッジを並列接続してフルブリッジとし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する電力変換器の主回路と、
前記各ハーフブリッジのうち上アーム側の半導体素子を全てその一枚に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した上アーム側水冷フィンと、
前記各ハーフブリッジのうち下アーム側の半導体素子を全てその一枚に搭載するものであって、各半導体素子に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した下アーム側水冷フィンと、
前記上アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路の端部と、前記下アーム側水冷フィンに有する2系統の水流通路の端部同士を接続し、この各接続部に接続するものであって、水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
Configure half bridges in which two module type semiconductor elements are connected in series, and at least two sets of these half bridges. Each half bridge is connected in parallel to form a full bridge, and power conversion is achieved by controlling the conduction of each semiconductor element. The main circuit of the power converter
A semiconductor device on the upper arm side of each half bridge is mounted on one of the half bridges, and has two water flow passages that allow water to flow corresponding to each semiconductor device. Upper arm side water cooling fins connecting adjacent water flow passages among the passages;
The semiconductor elements on the lower arm side of each of the half bridges are all mounted on one of the half bridges, and have two water flow passages that allow water to flow in correspondence with each semiconductor element. Lower arm side water cooling fins connecting adjacent water flow passages among the passages,
The ends of the two water flow passages included in the upper arm side water cooling fin and the ends of the two water flow passages included in the lower arm side water cooling fin are connected to each other and connected to the respective connection portions. A power conversion apparatus comprising: a water supply system and a drainage system connected so that water flow directions are opposite to each other.
前記各半導体素子は、モジュール型半導体素子を複数個並列接続した半導体素子並列回路としたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の電力変換装置。   5. The power conversion apparatus according to claim 1, wherein each of the semiconductor elements is a semiconductor element parallel circuit in which a plurality of module-type semiconductor elements are connected in parallel. 前記ハーフブリッジの半導体素子の接続点に電気的及び又は磁気的に結合するための結合手段を接続したことを特徴とする請求項3又は4に記載の電力変換装置。   5. The power converter according to claim 3, wherein coupling means for electrically and / or magnetically coupling is connected to a connection point of the semiconductor elements of the half bridge. モジュール型半導体素子を2個直列接続した第1の素子直列回路を構成し、モジュール型半導体素子を2個直列接続した第2の素子直列回路を構成し、前記第1及び第2の素子直列回路を直列接続し、前記第1の素子直列回路の半導体素子の接続点と前記第2の素子直列回路の半導体素子の接続点間に第1及び第2のクランプダイオードを直列接続してハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも1組とし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する3レベルの電力変換器の主回路と、
前記第1の素子直列回路及び前記第1のクランプダイオードをその一枚に搭載するものであって、前記第1の素子直列回路の半導体素子及び前記第1のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した正側水冷フィンと、
前記第2の素子直列回路及び前記第2のクランプダイオードをその一枚に搭載するものであって、前記第2の素子直列回路の半導体素子及び前記第2のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した負側水冷フィンと、
前記正側水冷フィン及び前記負側水冷フィンに有する2系統の水流通路の一端側をそれぞれ連結した接続路体と、
前記正側水冷フィン及び前記負側水冷フィンに有する2系統の水流通路の他端側間であって水の流通方向が互いに逆となるように接続した給水系及び排水系と
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
A first element series circuit in which two module type semiconductor elements are connected in series is configured, and a second element series circuit in which two module type semiconductor elements are connected in series is configured, and the first and second element series circuits are configured. Are connected in series, and a first bridge and a second clamp diode are connected in series between a connection point of the semiconductor element of the first element series circuit and a connection point of the semiconductor element of the second element series circuit to form a half bridge. And a main circuit of a three-level power converter that performs power conversion by controlling at least one set of the half bridges and controlling the conduction of each semiconductor element;
The first element series circuit and the first clamp diode are mounted on one sheet, and each of the semiconductor element of the first element series circuit and the first clamp diode corresponds to each of the water. A water-cooling fin on the positive side that has two water flow passages that allow the water to flow and that connects adjacent water flow passages among the water flow passages;
The second element series circuit and the second clamp diode are mounted on one sheet, and the water corresponding to each of the semiconductor element and the second clamp diode of the second element series circuit is mounted. A negative-side water-cooled fin that has two water flow passages that enable circulation, and that connects adjacent water flow passages among the water flow passages,
A connecting path body that connects one end side of each of the two water flow passages in the positive-side water-cooled fin and the negative-side water-cooled fin;
A water supply system and a drainage system connected between the other end sides of the two water flow passages of the positive side water cooling fin and the negative side water cooling fin and connected so that the water flow directions are opposite to each other. A power conversion device.
モジュール型半導体素子を2個直列接続した第1の素子直列回路を構成し、モジュール型半導体素子を2個直列接続した第2の素子直列回路を構成し、前記第1及び第2の素子直列回路を直列接続し、前記第1の素子直列回路の半導体素子の接続点と前記第2の素子直列回路の半導体素子の接続点間に第1及び第2のクランプダイオードを直列接続してハーフブリッジを構成し、このハーフブリッジを少なくとも1組とし、前記各半導体素子を導通制御することで電力変換する3レベルの電力変換器の主回路と、
前記第1の素子直列回路及び前記第1のクランプダイオードをその一枚に搭載するものであって、前記第1の素子直列回路の半導体素子及び前記第1のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した正側水冷フィンと、
前記第2の素子直列回路及び前記第2のクランプダイオードをその一枚に搭載するものであって、前記第2の素子直列回路の半導体素子及び前記第2のクランプダイオードの各々に対応して水を流通可能にする2系統の水流通路を有し、かつこの水流通路のうち隣接する水流通路同士を接続した負側水冷フィンと、
前記正側水冷フィンに有する2系統の水流通路の端部と、前記負側水冷フィンに有する2系統の水流通路の端部同士を接続し、この各接続部に接続するものであって、水の流通方向が互いに逆となるようにした給水系及び排水系と
を具備したことを特徴と電力変換装置。
A first element series circuit in which two module type semiconductor elements are connected in series is configured, and a second element series circuit in which two module type semiconductor elements are connected in series is configured, and the first and second element series circuits are configured. Are connected in series, and a first bridge and a second clamp diode are connected in series between a connection point of the semiconductor element of the first element series circuit and a connection point of the semiconductor element of the second element series circuit to form a half bridge. And a main circuit of a three-level power converter that performs power conversion by controlling at least one set of the half bridges and controlling the conduction of each semiconductor element;
The first element series circuit and the first clamp diode are mounted on one sheet, and each of the semiconductor element of the first element series circuit and the first clamp diode corresponds to each of the water. A water-cooling fin on the positive side that has two water flow passages that allow the water to flow and that connects adjacent water flow passages among the water flow passages;
The second element series circuit and the second clamp diode are mounted on one sheet, and the water corresponding to each of the semiconductor element and the second clamp diode of the second element series circuit is mounted. A negative-side water-cooled fin that has two water flow passages that enable circulation, and that connects adjacent water flow passages among the water flow passages,
The ends of the two water flow passages included in the positive side water cooling fin and the ends of the two water flow passages included in the negative side water cooling fin are connected to each other. A power converter characterized by comprising a water supply system and a drainage system in which the flow directions of the water supply are opposite to each other.
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