專利名稱：逆變裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變裝置，例如關(guān)于適用于電車或者電力機車等的逆變裝置。
作為驅(qū)動電車的動力系統(tǒng)，逆變裝置使可變速驅(qū)動感應(yīng)電動機的方式得以實用。
這樣的電車用逆變裝置，例如將電動機分設(shè)于多根車軸的電車中，因必須配裝在車輛地板下有限的空間中，所以要求做成盡量小的裝置。同樣，電力機車中因裝在1臺機車上的逆變裝置群的總?cè)萘吭谧兇螅拖Ｍ鱾€逆變裝置小型化。
為滿足這種要求，以往電車驅(qū)動用的逆變器主電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件，如日本實開平2-75738號公報或者《GTO-StromrichterfuerBahnenSIEMENS，SonderdruckausZEV-GlasersAnnalen113(1989)Nr.6/7juni/juli259-272頁》文獻(xiàn)等所記載的那樣，采用閘門電路斷開可控硅(GTO可控硅)。因為它較之雙極晶體管(BT)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等半導(dǎo)體開關(guān)元件，耐壓和容許電流都大，能使逆變器主電路部分小型化。
另一方面，為抑制輸出波形的高次諧波成分，如上述(GTO-StromrichterfuerBahnen)文獻(xiàn)所記載，提出了對3電平的直流電壓作開關(guān)而產(chǎn)生交流輸出的所謂3電平逆變器(亦稱中性點箝位逆變器)的方案。該3電平逆變器的1相逆變器主電路的結(jié)構(gòu)具有一對連接直流電源的直流輸入端子、連接直流電源中性點的中性點端子、接在一對直流輸入端子之間的第1至第4半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)電路、分別接在第1與第2半導(dǎo)體開關(guān)元件連接點和中性點端子之間以及第3與第4半導(dǎo)體開關(guān)元件連接點和中性點端子之間的箝位二極管，以及接于第2與第3半導(dǎo)體開關(guān)元件連接點的交流輸出端子。
此外，GTO可控硅的開關(guān)損耗大，為提高冷卻效率，如上述公報、文獻(xiàn)所述，將GTO可控硅做成圓盤形，以其圓盤的兩面為主電極，再將導(dǎo)電性冷卻部件分別壓焊在這些主電極上，該冷卻部件內(nèi)使用流通汽化性致冷劑結(jié)構(gòu)的冷卻器。為確保夾持GTO可控硅的兩側(cè)冷卻部件相互間以及致冷劑冷凝部與GTO可控硅之間的絕緣，采用具有絕緣性的致冷劑。對于滿足這種必要條件的致冷劑來說，以往主要采用具有優(yōu)良冷卻性能和絕緣性能的氟里昂。
然而，由于GTO可控硅的元件開關(guān)損耗大，而且用于抑制電路斷開時電壓上升的緩沖電容器和緩沖電阻器的值大，開關(guān)頻率做不高，以往實用的GTO可控硅最高只有500Hz。因此，用GTO可控硅構(gòu)成驅(qū)動電動機用的逆變器時，即使采用上述3電平逆變器，輸出波形高次諧波失真的減小也有限，從而電動機的電流脈動變大，存在電動機電磁噪聲大的問題。
于是，考慮應(yīng)用提高開關(guān)頻率的雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、MOS門控制的可控硅等可用高頻脈沖門信號驅(qū)動的半導(dǎo)體開關(guān)元件(以下統(tǒng)稱為高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件)。
然而，作為這些高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件付諸實用的元件，一般因耐壓程度低(例如通用的IGBT為1200V)，所以線路電壓為直流1500V的電車中要串聯(lián)使用多個元件。另外，已實用的高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件，一般電流值較小，若用于電車用大容量逆變裝置(例如用于驅(qū)動單機容量為200KW以上的電動機)，則要并聯(lián)使用多個元件。
因此，當(dāng)把IGBT等高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件應(yīng)用于電車用逆變裝置時，逆變器主電路部分有大型化傾向，所以要求對裝置結(jié)構(gòu)下工夫，使電車用逆變裝置整體上小型化。
還有，在希望IGBT等高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件的冷卻系統(tǒng)小型化的同時，從防止公害的觀點考慮，還希望采用替代氟利昂汽化冷卻方式的冷卻方式。
另外，若單純謀求小型性，則因構(gòu)件設(shè)置與有關(guān)布線錯綜復(fù)雜，存在檢查、修理等維修性能變壞的問題。尤其是電車用逆變裝置，因裝在電車地板下狹小場所，必須充分考慮維修性能。
本發(fā)明的第1目的在于提供能提高開關(guān)頻率，減小輸出電流脈動且使整個裝置小型化的逆變裝置。
本發(fā)明的第2目的在于提供除第1目的外再使冷卻器能小型化，同時可不用氟利昂致冷劑的逆變裝置。
本發(fā)明的第3目的在于提供除第1、第2目的外再確保易于維修的逆變裝置。
本實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征是用以下構(gòu)件構(gòu)成。
為實現(xiàn)1目的，本發(fā)明逆變裝置的第1特征在于構(gòu)成逆變器主電路的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件，用可比GTO可控硅更高頻率驅(qū)動的元件，讓形成該半導(dǎo)體開關(guān)元件的緩沖電路的緩沖電容器置與面對連接對象半導(dǎo)體開關(guān)元件安裝支承面而夾持該半導(dǎo)體開關(guān)的位置上。
為實現(xiàn)第2目的，本發(fā)明逆變裝置的第2特征在于讓形成3相逆變器主電路的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件分別通過絕緣構(gòu)件裝在導(dǎo)熱性底板上而形成半導(dǎo)體開關(guān)模塊，將多個這種半導(dǎo)體開關(guān)模塊按各個相劃分地裝在同一導(dǎo)電性吸熱板的一面。
此情況下，最好讓裝在吸熱板上的1個相的半導(dǎo)體開關(guān)模塊，按互相連接的順序排列。
還有，通過吸熱板冷卻半導(dǎo)體開關(guān)模塊的冷卻器，最好用以水為致冷劑的汽化冷卻型。
為實現(xiàn)上述第3目的，本發(fā)明逆變裝置的第3特征在于按各個相劃分3相逆變器主電路的構(gòu)件和門驅(qū)動器，且每1相裝入同一支承框體形成功率模塊，該功率模塊能裝卸地裝入共同框體。
此情況下，各相功率模塊最好包括逆變器主電路1個相的串聯(lián)的多個半導(dǎo)體開關(guān)模塊、形成各半導(dǎo)體開關(guān)模塊用緩沖電路的緩沖電容器和緩沖二極管、對包括半導(dǎo)體開關(guān)模塊的發(fā)熱體作冷卻的冷卻器以及與該功率模塊組成構(gòu)件之外的部分進(jìn)行有關(guān)布線的接線端子。而且，最好通過絕緣構(gòu)件分別將半導(dǎo)體開關(guān)元件裝在導(dǎo)熱性底板上而形成半導(dǎo)體開關(guān)模塊，同時通過該底板，裝在同一個導(dǎo)電性吸熱板的一面，該吸熱板的另一面導(dǎo)熱性連接冷卻器并使該冷卻器位于框體外側(cè)，讓吸熱板可裝卸地裝在該框體上。又最好讓緩沖電容器和緩沖二極管置于面對吸熱板而夾持半導(dǎo)體開關(guān)模塊的位置上，并將緩沖電容器和緩沖二極管的端子設(shè)在接近連接對象半導(dǎo)體開關(guān)模塊的主電極端子之處。
最好讓功率模塊的支承框體支承構(gòu)成緩沖電路的緩沖電阻器和構(gòu)成逆變器主電路的濾波電容器。
最好垂直地將吸熱板裝入框體，并使裝在該吸熱板上的1個相的半導(dǎo)體開關(guān)模塊按串聯(lián)順序沿垂直向排列。
最好將并聯(lián)在逆變器主電路的直流電源上的濾波電容器裝入各功率模塊，并置于面對半導(dǎo)體開模塊而夾持緩沖電容器的位置上。
通過如此構(gòu)成，若利用本發(fā)明，就會因以下作用而達(dá)到上述各目的。
從根本上說，本發(fā)明因采用能比GTO可控硅更高頻率驅(qū)動的半導(dǎo)體開關(guān)元件(以下簡稱為高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件)，可減小輸出電流的脈動，改善電磁噪聲。而且避開了因使用這種高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件而引起的裝置大型化，如下述那樣達(dá)到了使逆變裝置小型化的目的。
首先，作為高頻率半導(dǎo)體元件，已知有雙極晶體管、IGBT、MOS門所控制的可控硅等，這些高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件因開關(guān)損耗比GTO可控硅小，能高頻工作。例如IGBT情況下，可在500Hz-3KHz范圍內(nèi)選定開關(guān)頻率。而且，IGBT的開關(guān)損耗，在500Hz時為GTO的幾分之一，3KHz時為GTO的幾十分之一。
又因為高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件較之GTO可控硅，門驅(qū)動所要的功率不，能使門驅(qū)動器做得小，有助于整個裝置的小型化。
再由于高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件較之GTO可控硅，電路斷開時的安全工作區(qū)域?qū)?例如，因容許電壓增長率高)，能使緩沖電容器的容量小，從而緩沖電阻器上消耗的緩沖損耗也變小，例如，IGBT的情況下，較之GTO可控硅，緩沖電容器的電容可為其1/10以上。
不過，若單純減小緩沖電容器的電容，則因高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件電流截止速度比GTO可控硅快，存在電路斷開時元件上易加上大的峰值電壓和過沖電壓的問題。尤其在IGBT的情況下，因電流截止速度比GTO可控硅快1個數(shù)量級以上而成為問題。
該峰值電壓的發(fā)生是由于逆變器主電路的且主要是緩沖電路的布線電感積存了電磁能量。因此，為了在半導(dǎo)體開關(guān)元件的安全工作區(qū)域內(nèi)抑制峰值電壓，減小緩沖電路的布線電感顯得很重要。
于是，根據(jù)本發(fā)明的第1特征，讓緩沖電容器置于面對安裝連接對象半導(dǎo)體開關(guān)元件的支承面而夾持該半導(dǎo)體開關(guān)的位置上，能使其連接布線盡可能縮短。結(jié)果是減小布線電感，降低峰值電壓，從而能減小緩沖電容器的電容，促進(jìn)裝置小型化。
此情況下，最好把半導(dǎo)體開關(guān)元件裝在導(dǎo)熱性底板上，并將該元件主電極端子設(shè)于底板的對面，將緩沖電容器裝在該緩沖電容器端子接近連接對象半導(dǎo)體開關(guān)元件的主電極端子的位置上。由此能使緩沖電路的布線電感為最小。
還有，因?qū)雽?dǎo)體開關(guān)元件和緩沖電容器作立體式安裝，即不是裝在同一面上，而是裝成2層階梯結(jié)構(gòu)，所以促進(jìn)了整個裝置的小型化。
另一方面，逆變器主電路的1個相包括接直接電源的上臂和下臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件。由于這些半導(dǎo)體開關(guān)元件不會同時導(dǎo)通工作，所以這些元件的發(fā)熱周期不重疊。
因此，作為本發(fā)明的第二特征，若將半導(dǎo)體開關(guān)模塊按各個相劃分后裝在同一吸熱板的一面上，并將冷卻器導(dǎo)熱地接在該吸熱板的另一面，則能使冷卻器的熱負(fù)荷量均勻。結(jié)果是能使冷卻器小型化，從而促進(jìn)整個裝置小型化。
另外，當(dāng)把1個相的半導(dǎo)體開關(guān)元件裝在同一導(dǎo)電性吸熱板時，必須使各元件之間絕緣，而且吸熱板為接地電位時，必須使元件與吸熱板絕緣。關(guān)于這點，是做成各半導(dǎo)體開關(guān)元件各自通過絕緣構(gòu)件裝在導(dǎo)熱性底板上，確保元件間及對地間的絕緣。
這樣，因各個半導(dǎo)體開關(guān)元件分別構(gòu)成絕緣，即使用汽化致冷劑型的冷卻器，也無須過問其致冷劑絕緣性，所以可以使用無公害的水等致冷劑。
特別希望將裝在吸熱板上的1個相的半導(dǎo)體開關(guān)模塊按互相串聯(lián)順序進(jìn)行排列。由此能縮短主電路的布線，減小布線電感，從而能降低半導(dǎo)體開關(guān)元件于電路斷開時的過沖電壓，結(jié)果能促使緩沖電容器小型化。也就是說，半導(dǎo)體開關(guān)元件于電路斷開時產(chǎn)生的過沖電壓主要取決于從半導(dǎo)體開關(guān)元件看過去的逆變器主電路的布線電感中積存的電磁能量。
如上所述，例如當(dāng)做成將1個相的半導(dǎo)體開關(guān)元件裝在同一吸熱板上，同時把緩沖電容器裝成對半導(dǎo)體開關(guān)元件呈階梯狀，則檢查，修理等維修性能變壞。
這一點，根據(jù)本發(fā)明第3特征，按每1個相的逆變器主電路劃分做成功率模塊，該功率模塊可裝卸地裝入共同的框體中，所以維修時通過從框體卸下必要的功率模塊，就能方便地檢查各零件，提高維修性能。尤其是裝入門驅(qū)動器后，就能簡便地進(jìn)行半導(dǎo)體開關(guān)元件的工作測試。即若用測試用門驅(qū)動器進(jìn)行工作測試，必須預(yù)先準(zhǔn)備各種測試用門驅(qū)動器，使之對應(yīng)于半導(dǎo)體開關(guān)元件門特性和電容量等，而用本發(fā)明則不必那樣準(zhǔn)備各種測試用門驅(qū)動器。
還有，因以1相為單位模塊化，即使部分零件發(fā)生故障時，也只要調(diào)換故障模塊就能迅速修復(fù)。備件還可以不以逆變裝置為單位，而以功率模塊為單位作準(zhǔn)備。以1相為單位劃分的功率模塊又比較輕，能用簡單工具搬運。
上述半導(dǎo)體開關(guān)元件于電路斷開時的峰值電壓和過沖電壓也受到連接并聯(lián)在逆變器主電路直流電源上的濾波電容器和半導(dǎo)體開關(guān)元件的布線電感的影響。因此，通過將該濾波電容器按各個相分散裝入各功率模塊，使其置于面對半導(dǎo)體開關(guān)模塊而夾持緩沖電容器的位置上，就能進(jìn)一步降低峰值電壓，并使緩沖電容器電容減小。而且，這樣設(shè)置能提高立體狀結(jié)構(gòu)設(shè)置的空間利用率，使整個裝置小型化。結(jié)果使小型化達(dá)到能設(shè)置在電車等有限空間內(nèi)的程度。
以下根據(jù)圖示實施例說明本發(fā)明。
用

圖1至圖10說明本發(fā)明一實施例的電車用逆變裝置。圖1是電車用逆變裝置的一個相的主要部分結(jié)構(gòu)圖;圖2是圖1中箭頭Ⅱ-Ⅱ向所視的結(jié)構(gòu)圖;圖3是本實施例的電車用逆變裝置的整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;圖4是1個相的逆變器主電路的結(jié)構(gòu)圖;圖5是圖3所示電車用逆變裝置1的總體外觀后視圖;圖6是圖5箭頭Ⅵ-Ⅵ向所視的剖面圖;圖7表示將本實施例電車用逆變裝置配裝在電車地板下面的狀態(tài);圖8是將本實施例半導(dǎo)體開關(guān)模塊結(jié)構(gòu)部分剖開后展示的斜視圖;圖9是表示半導(dǎo)體開關(guān)模塊和箝位二極管在吸熱板上的設(shè)置及它們的電氣連接的放大圖;圖10表示半導(dǎo)體開關(guān)模塊和緩沖電容器階梯狀設(shè)置的重疊關(guān)系。
先參見圖3至圖7，說明本實施例電車用逆變裝置的總體結(jié)構(gòu)和逆變器主電路。
如圖3所示，本實施例電車用逆變裝置所用的電車驅(qū)動裝置由4臺感應(yīng)電動機M1、M2、M3、M4構(gòu)成。對應(yīng)這4臺感應(yīng)電動機設(shè)置2臺結(jié)構(gòu)相同的逆變裝置1A、1B，使逆變裝置1A驅(qū)動感應(yīng)電動機M1、M2，而逆變裝置1B驅(qū)動感應(yīng)電動機M3、M4。各逆變裝置1A、B的結(jié)構(gòu)各自包括將3相逆變器主電路按各相劃分而成的功率模塊PU1-PU3。各功率模塊PU1-PU3的一方直流輸入端(P)，經(jīng)斷路器3、釋放開關(guān)4A、B和濾波電抗線圈5A、B接至導(dǎo)電弓架2，而另一方直流輸入端(N)接地。
如圖4所示，各功率模塊PU1-PU3的主電路應(yīng)用“3電平逆變器電路”。圖4示出了逆變器1個相的主電路，一對直流輸入端子P、N中，P接至連接圖3導(dǎo)電弓架2的直流線路，N接地。2個濾波電容器CF1、CF2的串接電路接在這一對直流輸入端子P、N上，濾波電容器CF1和CF2的連接點為直流電源的中性點，與中性點端子O連接。4個半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM2的串聯(lián)電路接在一對直流輸入端子P、N之間。各半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4分別由IGBTQ1-Q4和旁路二極管DF1-DF4反向并聯(lián)而構(gòu)成。半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1和SM2的連接點以及半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM3和SM4的連接點分別通過箝位二極管DC1和DC2連接中性點端子O。而且，半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM2和SM3的連接點接交流輸出端子M。緩沖電路由緩沖電容器CS1、CS2、緩沖二極管DS1、DS2、緩沖電阻器RS1-RS3構(gòu)成。緩沖電容器CS1、CS2分別將3個電容器C11-C13、C21-C23連接成三角形而構(gòu)成，緩沖電容器CS1、CS2也可以分別將3個電容器連接成星形而等效構(gòu)成。此外，各半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4的各門，輸入經(jīng)門驅(qū)動器GD放大的門脈沖。
如圖5所示，本實施例電車用逆變裝置1的總體結(jié)構(gòu)為在共同框體6內(nèi)，以控制單元CU-A、B和附屬裝置AU-A、B為中心，將逆變裝置1A、B的功率模塊PU1-PU3對稱地設(shè)置在兩側(cè)。如圖6所示電車用逆變裝置1的剖面圖那樣，冷卻裝置53、54的一部分，被設(shè)置成突出在框體6正面的外部。如圖7所示，這樣構(gòu)成的電車用逆變裝置1，可通過使其長度方向與電車行駛方向一致，并讓設(shè)在框體6上部的多個起吊連鉤7吊掛在電車車輛8中央部的地板下進(jìn)行安裝。而且，將有冷卻器53、54的一面向著車輛8的外側(cè)安裝。
以下參見圖1和圖2說明功率模塊PU的具體結(jié)構(gòu)。圖1是從功率模塊的側(cè)面所見的主要部分結(jié)構(gòu)圖。圖2是從圖1的箭頭Ⅱ-Ⅱ向所視的結(jié)構(gòu)圖。
如這些圖所示，半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4分別由兩個半導(dǎo)體開關(guān)模塊并聯(lián)而成，并將這兩個開關(guān)模塊橫向并排。正臂的半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1和SM2縱向并排，安裝在第1吸熱板31的表面，負(fù)臂的半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM3和SM4縱向并排安裝在第2吸熱板32的表面。各吸熱板的表面裝有箝位二極管DC1和DC2。箝位二極管DC1、DC2也通過并聯(lián)2個二極管而構(gòu)成。
半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4為相同結(jié)構(gòu)，做成圖8中部分剖開后所示斜視圖那樣。也就是說，在用銅等良好導(dǎo)熱性材料制成的底板61上裝載氧化鋁等絕緣板62，該絕緣板62上裝載銅板等制成的導(dǎo)電性第1主電極63，該主電極63上裝載多塊鉬等制成的導(dǎo)電性熱應(yīng)力衰減板64，各熱應(yīng)力衰減板64上裝載IGBT元件65，并在第1主電極63上裝載銅板等制成的導(dǎo)電性第2主電極66，再用絕緣外殼67蓋罩全體而構(gòu)成。一對主電極端子68和門端子69設(shè)置成露出在絕緣外殼67的外面。還有圖中未示出的反向并聯(lián)在IGBT元件(Q)65上的旁路二極管DF也裝載在第1主電極63上。而且，通過設(shè)在底板61上的螺栓孔70使第1、第2吸熱板31、32緊貼安裝。如圖9所示，吸熱板31、32上配置半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM2和箝位二極管DC1、DC2，并按圖4電路結(jié)構(gòu)用導(dǎo)體11-16進(jìn)行連接。
第1和第2吸熱板31、32用鋁等導(dǎo)熱性良好的材料制成。各吸熱板用螺栓34緊固在做成矩形框狀的功率模塊支承框33上。
該功率模塊支承框33的周邊部位設(shè)置凸緣部35，并且在框體側(cè)面開口部的周邊部位形成框狀的安裝座37。再用螺栓38通過密封墊39將功率模塊支承框的凸緣部35緊固在安裝座37上，從而功率模塊支承框33裝在框體6上，即用吸熱板31、32以及功率模塊支承框33形成框體6的部分側(cè)面，利用密封墊39確保氣密。
零件支承構(gòu)件40置于面對吸熱板31、32而夾持半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4的位置上。該零件支承構(gòu)件40依靠臂板構(gòu)件41固定在功率模塊支承框33上。又使緩沖電容器CS1-CS2以及緩沖二極管DS1-DS2與半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4對置地裝在該零件支承構(gòu)件40上。如圖10所示，這些構(gòu)件設(shè)置的重疊關(guān)系定為要使連接對象的端子相互接近。因此，要使緩沖電路的布線能以最短距離作安裝。
該零件支承構(gòu)件40的對面位置上安裝由環(huán)氧樹脂等絕緣材料構(gòu)成的端子盤42-45，這些端子盤42-45支承著直流輸入端子P、N、中性端子O、交流輸入端子M。在端子盤42-45的旁邊，將變流器CT和門驅(qū)動器GD(GD1、GD2)裝在零件支承構(gòu)件40上。濾波電容器CF1、CF2設(shè)置在這些CT和GD的下側(cè)空間。另外，門驅(qū)動器GD1和GD2分別與半導(dǎo)體開關(guān)模塊的正、負(fù)方對應(yīng)。
分別由多根熱管51和裝在該熱管51上的散熱片52構(gòu)成的冷卻器53、54導(dǎo)熱地裝在吸熱板31、32上。用銅等導(dǎo)熱性和加工性良好的材料做成熱管51，管內(nèi)封入作為汽化致冷劑的水，并以負(fù)壓調(diào)整使低溫下易汽化，并達(dá)到不混入非冷凝性氣體。
本實施例的情況下，熱管51彎成L形，將一方的直管部分埋入吸熱板31、32中作導(dǎo)熱性連接后作為蒸發(fā)部51a，同時讓吸熱板支承熱管51。將另一方的直管部分設(shè)置成稍向上傾斜，在該部分上裝上多塊散熱片52后作為冷凝部51b。另外，用中心架55連接冷凝部51b的前端，并將該中心架固定在吸熱板31、32或者功率模塊支承框33上，讓熱管51的振動與逆變裝置主體為同一振動系統(tǒng)。
接著以本發(fā)明的特征部為中心說明這樣構(gòu)成的電車用逆變裝置的工作。
讓本實施例電車用逆變裝置用控制單元CU的未圖示的PWM控制裝置按眾所周知的3電平逆變器的基本工作產(chǎn)生驅(qū)動控制門脈沖〔參考文獻(xiàn)“一種新穎中性點箝位PWM逆變器”(ANew Neutral-Point-Clamped PWM Inverter，IEEE Transactions on industry applications vol.1A-17，No.5，September/October1981)〕。也就是說，3電平逆變器的基本工作按下述3種導(dǎo)通方式使半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4的Q1-Q4通、斷，并在交流輸出端子M處有選擇地輸出3電平電壓。在此假設(shè)直流全電壓為Ed v、中性點電壓為Ed/2 v。
Q1Q2Q3Q4輸出電壓第1導(dǎo)通方式通通斷斷Ed第2導(dǎo)通方式斷通通斷Ed/2第3導(dǎo)通方式斷斷通通0如圖11所示，利用這樣的3電平逆變器，較之通常的2電平逆變器，輸出電壓脈沖的電壓電平級數(shù)增加，顯然能提高開關(guān)頻率，從而能降低高次諧波。又因用IGBT作半導(dǎo)體開關(guān)元件，能使開關(guān)頻率范圍提高成500z-3KHz，這一點也有利于抑制高次諧波，能減小電磁噪聲。
接著，通過讓緩沖電容器CS1、CS2和緩沖二極管DS1-DS2分別置于同連接對象半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4接近且對置的位置上，減小緩沖電路的布線電感，降低峰值電壓，由此能使緩沖電容器小型化，進(jìn)而能使整個裝置小型化。
圖12表示圖4的半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1和部分緩沖電路。設(shè)半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1和緩沖電路中分別存在布線電感L1、L2。若IGBTQ1為導(dǎo)通狀態(tài)，電流I流入布線電感L1和IGBT Q1時使IGBT Q1截止，則電流移向由布線電感L2、緩沖二極管DS1、緩沖電容器C11組成的緩沖電路，并在緩沖電容器C11上積存電荷，從而斷開電流。
圖13示出一此時的IGBT Q1的電壓V、IGBT Q1的電流I1和緩沖電路電流I2的波形。圖中以VDP表示的電壓稱為峰值電壓，因此若不將此電壓調(diào)到根據(jù)IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)元件的安全工作區(qū)域而定的值以下，則會損壞IGBT。
該峰值電壓VDP取決于布線電感L1、L2內(nèi)為主的L2和IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)元件通斷時的電流變化率。由于IGBT等高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件通斷速度快，電流變化率變大，為了抑制峰值電壓VDP，減小布線電感L1、L2顯得很重要。
如圖1、2、10所示，本實施例使緩沖電容器CS1、CS2和緩沖二極管DS1、DS4同半半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4接近且對置，實現(xiàn)這些零件之間的連接布線距離最短，盡量減小布線電感L1、L2。結(jié)果是即便用小容量的緩沖電容器CS1、CS2也能壓低峰值電壓VDP，有利于裝置小型化。
本實施例還將構(gòu)成緩沖電容器CS1、CS2的三個電容器做成一體型，因此能進(jìn)一步減小布線電感，同時能使電容器小型化。
以下就本實施例的對半導(dǎo)體開關(guān)模塊進(jìn)行冷卻的冷卻系統(tǒng)的特征進(jìn)行說明。
PWM控制裝置根據(jù)上述3種導(dǎo)通方式以及所定的電車的設(shè)定速度和行駛方式產(chǎn)生門脈沖，并通過門脈沖對各半導(dǎo)體開關(guān)模塊作PWM控制，從而可變控制逆變裝置的輸出電壓和頻率，同時根據(jù)電車的行駛方式(加電力行駛、慣性行駛、制動)控制逆變裝置。
半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1、SM4因?qū)üぷ鲿r的損耗而發(fā)熱。本實施例用吸熱板31、32和冷卻器53、54所組成的冷卻系統(tǒng)對此散熱，以保持在所定允許溫度以下。即，半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4的熱量先通過底板21傳至吸熱板31、32，使吸熱板31、32的溫度上升。接著熱管51的蒸發(fā)部51a內(nèi)的水因吸熱板31、32升溫而汽化蒸發(fā)，利用該蒸發(fā)熱吸熱板得以冷卻。熱管51內(nèi)的汽化水被引至冷凝部51b，通過散熱片與電車的行駛風(fēng)(基本上與圖1圖紙面成垂直方向的風(fēng))進(jìn)行熱交換而冷凝。該冷凝后的水經(jīng)熱管51的內(nèi)壁回流至蒸發(fā)部51a，重復(fù)上述冷卻動作。
現(xiàn)已查明，形成3電平逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4的損耗(發(fā)熱量)，如圖14(a)、(b)所示的半導(dǎo)體元件發(fā)熱周期那樣，與電車的行駛方式(加電力行駛、慣性行駛、制動)有關(guān)。也就是說，半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1和SM4的損耗在加電力行駛時具有峰值，半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM2和SM3的損耗在制動時具有峰值。
鑒于這點，如圖1所示，本實施例將損耗峰值錯開的SM1和SM2配為一對裝在同一吸熱板31上，同樣將SM3和SM4配為一對裝在同一吸熱板32上。以此使加電力行駛時和制動時加到吸熱板的熱量均勻化，較之對半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM1-SM4逐一分別設(shè)置冷卻器的場合，冷卻器53、54的熱負(fù)荷量更均勻，因此能使冷卻器小型化。
如圖8所示，與GIBT相同的底板上還裝載旁路二極管而形成半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM，使發(fā)熱半導(dǎo)體元件與其冷卻系統(tǒng)集中一起，有助整個裝置的小型化。
這種情況下，緩沖二極管DS也能與半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM形成一體化，這樣就能進(jìn)一步減小上述布線電感，同時能使冷卻系統(tǒng)更密集而促進(jìn)裝置小型化。
同樣，由于在與半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM相同的吸熱板31、32上安裝箝位二極管DC1和DC2，能使發(fā)熱半導(dǎo)體元件及其冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步密集，促進(jìn)整個裝置小型化。還有，箝位二極管DC1、DC2的損耗對應(yīng)電車的行駛方式，如圖14(c)所示那樣地變化，因此較之各二極管分別設(shè)置冷卻器的場合，能使冷卻器的熱負(fù)荷量達(dá)到一定程度的均勻化。
另一方面，如圖8所示，通過絕緣板62將構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM的IGBT和旁路二極管DF裝在底板61上，構(gòu)成在模塊內(nèi)部確保半導(dǎo)體元件的對地絕緣，從而能使冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化，促進(jìn)整個裝置小型化，同時把吸熱板31、32和冷卻器34、35作為導(dǎo)熱連接的傳熱構(gòu)件，因此能應(yīng)用使用水等非絕緣性致冷劑的熱管。從而實現(xiàn)不損冷卻能力又不用有公害的氟利昂的冷卻系統(tǒng)。
再有，伴隨能使吸熱板為接地電位，吸熱板31、33也可直接裝在框體6上，因此，如圖1、圖2所示，本實施例將吸熱板31、32可裝卸地裝在形成于框體6垂直外壁處的開口部上，將半導(dǎo)體開關(guān)模塊SM可裝卸地裝在內(nèi)側(cè)，從而吸熱板31、32的一個面露出在框體6的外部。結(jié)果是，較之以往那樣把吸熱板全都設(shè)在框體內(nèi)，外露吸熱板的表面也有效地起著散熱面的作用，其散熱量能抑制框體內(nèi)的溫升，還可減小冷卻器的散熱容量，達(dá)到小型化。
上述實施例，舉出了應(yīng)用IGBT作逆變器主電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的例子，但不限于此，也可以應(yīng)用能比GTO更高頻率驅(qū)動的半導(dǎo)體開關(guān)元件，如用雙極晶體管、MOS門等控制的可控硅，也能取得同樣效果。
還有，上述實施例舉出了將吸熱板分為吸熱板31、32，再分別裝上冷卻器53、54的例子，但如果使吸熱板31、32為一體，上述效果也不變。不過，若考慮預(yù)先將冷卻器裝上吸熱板后再組裝，則還是將吸熱板分為兩塊更便于組裝時的操作。
也可以把吸熱板31、32分為半導(dǎo)體開關(guān)模塊方和冷卻器方等兩部分再接合成雙層結(jié)構(gòu)。這樣更便于制造和組裝。不過，有可能會因雙層吸熱板接合面的熱阻而降低冷卻效果。
上述實施例示出了讓熱管和散熱片組合后作冷卻器，但本發(fā)明不限于此，可以做成將散熱片導(dǎo)熱地直接接合在吸熱板31、32的外面或者將散熱片與吸熱板形成一體。
如上所述，當(dāng)讓一個相的半導(dǎo)體開關(guān)元件裝在同一吸熱板上，同時讓緩沖電容器、緩沖二極管等同半導(dǎo)體開關(guān)元件對置地構(gòu)成階梯狀，則檢查、修理等維修性能變壞。關(guān)于這一點，由于本實施例是按各個相逆變器主電路劃分功率模塊化，所以能改善檢查、修理等維修性能。
也就是說，因讓逆變器主電路各個相劃分功率模塊后再可裝卸地裝入共同的框體，所以維修時可以從框體取出必要的功率模塊從而容易檢查各零件，提高維修性能。
特別是裝入門驅(qū)動器GD后，能簡單地進(jìn)行半導(dǎo)體開關(guān)元件的工作測試。也就是說，若用測試用門驅(qū)動器來進(jìn)行工作測試，則必須配合半導(dǎo)體開關(guān)元件的門特性，電容量等，預(yù)先準(zhǔn)備各種測試用門驅(qū)動器，因此很煩瑣。對此，本實施例因能用適合半導(dǎo)體開關(guān)元件的所定門驅(qū)動器GD，所以能簡單又確切地進(jìn)行工作測試。
此外，因各相分開模塊化，即使部分零件發(fā)生故障，也只需調(diào)換故障的功率模塊就能迅速修復(fù)。而且，可以不以逆變裝置為單位，而以功率模塊為單位準(zhǔn)備備用件。再者，以1個相為單位劃分的功率模塊比較輕，能用簡單的工具進(jìn)行搬運。
還有，上述半導(dǎo)體開關(guān)元件電路斷開時的峰值電壓和過沖電壓也受布線電感影響，該電感取決于并聯(lián)在逆變器主電路直流電源上的濾波電容器CF和半導(dǎo)體開關(guān)元件之間的連接布線。如圖1所示，本實用新型讓其濾波電容器CF按各個相分散作為濾波器單元裝入，并置于面對半導(dǎo)體開關(guān)模塊而夾持緩沖電容器CS的位置上。因此，能進(jìn)一步降低峰值電壓，使緩沖電容器容量小。而且這樣設(shè)置能提高立體狀結(jié)構(gòu)設(shè)置的空間利用率，使整個裝置小型化。結(jié)果使小型化達(dá)到能裝在電車等的有限空間中。
還有，可以將濾波電容器CF裝在功率模塊支承框33上，與功率模塊PU構(gòu)成一體。
如上所述，本發(fā)明具有以下效果。
雖使用高頻半導(dǎo)體開關(guān)會使峰值電壓變高，但通過將緩沖電容器和緩沖二極管置于面對安裝連接對象半導(dǎo)體開關(guān)元件的支承面而夾持該半導(dǎo)體開關(guān)的位置上，能盡量縮短它們之間的布線。結(jié)果是布線電感減小，能降低峰值電壓，從而能減小緩沖電容器的電容，促進(jìn)裝置小型化。而且，通過將包括半導(dǎo)體開關(guān)元件和緩沖電容器的構(gòu)件設(shè)置成立體形階梯結(jié)構(gòu)，促使整個裝置小型化。
還有，高頻半導(dǎo)體開關(guān)元件較之GTO可控硅，門驅(qū)動所需的功率小，能使門驅(qū)動器做小，促進(jìn)整個裝置的小型化。
再有，因?qū)雽?dǎo)體開關(guān)模塊按每1個相劃分后裝在同一散熱板的一面上，并在該散熱板的另一面上導(dǎo)熱地連接冷卻器，所以冷卻器的熱負(fù)荷量可均勻化，結(jié)果能使冷卻器，進(jìn)而使整個裝置小型化。
另外，若將箝位二極管與半導(dǎo)體開關(guān)模塊裝在同一吸熱板上，能使發(fā)熱半導(dǎo)體元件及其冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步密集，從而促進(jìn)整個裝置的小型化。
還有，按各個半導(dǎo)體開關(guān)元件分開設(shè)吸熱板和絕緣的結(jié)構(gòu)，使吸熱板可為接地電位，因而無需過問冷卻器致冷劑的絕緣性，可用無公害的水等作致冷劑。
由于以每個相的逆變器主電路劃分而功率模塊，并將該功率模塊可裝卸地裝入共同的框體中，因此維修時，從框體取出必要的功率模塊，就能方便地檢查各零件，從而提高維修性能。
尤其是通過裝入門驅(qū)動器，能簡便地進(jìn)行半導(dǎo)體開關(guān)元件的工作測試。
還因以1相為單位做成模塊化，即使部分零件發(fā)生故障時，也只需調(diào)換故障的模塊，就能迅速修復(fù)。而且可以不以逆變裝置為單位，而以功率模塊為單位準(zhǔn)備備用件。
再有，若將濾波電容器按各個相分散裝入各功率模塊中，并置于面對半導(dǎo)體開關(guān)模塊而夾持緩沖電容器的位置上，則能進(jìn)一步降低半導(dǎo)體開關(guān)元件電路斷開時的峰值電壓，且能使緩沖電容器容量小。這樣設(shè)置還能提高立體狀結(jié)構(gòu)設(shè)置的空間利用率，使裝置的縱深或者寬度都縮小。結(jié)果使小型化達(dá)到能裝于電車等的有限空間中。
圖1是應(yīng)用本發(fā)明的一實施例電車用逆變裝置的主要部分結(jié)構(gòu)圖;
圖2是從箭頭Ⅱ-Ⅱ方向看圖1實施例的結(jié)構(gòu)圖;
圖3是電車的逆變裝置的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;
圖4是本發(fā)明3電平逆變器的1個相的主電路結(jié)構(gòu)圖;
圖5是裝入圖3所示的逆變裝置而構(gòu)成的電車用逆變裝置的整體外觀圖;
圖6是從圖5箭頭Ⅵ-Ⅵ方向所見的向視圖;
圖7表示將圖5的電車用逆變裝置配裝在電車地板下面的狀態(tài);
圖8是將本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體開關(guān)模塊的結(jié)構(gòu)部分剖開后展示的斜視圖;
圖9是表示吸熱板上的半導(dǎo)體開關(guān)模塊和箝位二極管的設(shè)置與連接關(guān)系的放大圖;
圖10表示緩沖電容器和緩沖二極管相對于半導(dǎo)體開關(guān)模塊的設(shè)置重疊關(guān)系;
圖11說明圖4的IGBT Q1-Q4的通、斷動作與輸出電壓的關(guān)系;
圖12是用于說明半導(dǎo)體開關(guān)元件電路斷開時產(chǎn)生的峰值電壓的主要部分電路圖;
圖13是用于說明半導(dǎo)體開關(guān)元件電路斷開時產(chǎn)生的峰值電壓的各部分電壓、電流波形圖;
圖14是對應(yīng)逆變器的運轉(zhuǎn)方式表示半導(dǎo)體開關(guān)模塊和箝位二極管的損耗的曲線圖。
以下說明有關(guān)符號含義，1A、B逆變裝置、6框體、11-23導(dǎo)體、31、32吸熱板、33功率模塊支承框、35凸緣部、37安裝座、39密封墊、40零件支承構(gòu)件、41臂板構(gòu)件、42-45端子盤、51熱管、52散熱片、53、54冷卻器、55中心架、61底板、62絕緣板、63主電極、64熱應(yīng)力衰減板、65IBGT元件、67絕緣外殼、68主電極端子、69門端子、PU1-PU3功率模塊、SM1-SM4半導(dǎo)體開關(guān)模塊、Q1-Q4IGBT、DF1-DF4旁路二極管、CS1-CS2緩沖電容器、DS1-DS4緩沖二極管、RS1-RS3緩沖電阻、DC1-DC2箝位二極管、CF1-CF2濾波電容器、CT變流器。
權(quán)利要求
1.一種逆變裝置，包括用多個半導(dǎo)體開關(guān)元件形成的逆變器主電路、連接上述各半導(dǎo)體開關(guān)元件的緩沖電路，并用能比GTO可控硅更高頻率驅(qū)動的元件作上述各半導(dǎo)體開關(guān)元件，其特征是將形成上述緩沖電路的緩沖電容器置于面對安裝連接對象半導(dǎo)體開關(guān)元件的支承面而夾持上述半導(dǎo)體開關(guān)元件的位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變裝置，其特征是將上述半導(dǎo)體開關(guān)元件裝在導(dǎo)熱性底板上，將各半導(dǎo)體開關(guān)元件的主電極端子設(shè)于該半導(dǎo)體開關(guān)元件底板的對面，再通過該底板安裝在上述支承面上，并將上述緩沖電容器置于該緩沖電容器的端子接近連接對象半導(dǎo)體開關(guān)元件的上述主電極端子的位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變裝置，其特征是用可高頻驅(qū)動的雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管或MOS門所控制的可控硅中任意一種形成上述半導(dǎo)體開關(guān)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變裝置，其特征是將形成上述緩沖電路的緩沖二極管置于接近連接對象半導(dǎo)體開關(guān)元件的位置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變裝置，其特征是上述半導(dǎo)體開關(guān)元件與反向并聯(lián)在該各半導(dǎo)體開關(guān)元件上的旁路二極管一起裝在同一底板上而形成一體化的半導(dǎo)體開關(guān)模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的逆變裝置，其特征是將構(gòu)成上述緩沖電路的緩沖二極管裝入上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊，形成一體。
7.一種逆變裝置，包括用多個半導(dǎo)體開關(guān)元件形成的逆變器主電路、連接上述各半導(dǎo)體開關(guān)元件的緩沖電路，并用能比GTO可控硅更高頻率驅(qū)動的元件作各半導(dǎo)體開關(guān)元件，其特征是上述半導(dǎo)體開關(guān)元件存放于一面為冷卻面并該冷卻面對面具有端子的模塊內(nèi)而形成半導(dǎo)體開關(guān)模塊，安裝該半導(dǎo)體開關(guān)模塊要使該半導(dǎo)體開關(guān)模塊的冷卻面搭接導(dǎo)電性吸熱板的一面，將該吸熱板裝在安裝上述逆變裝置的支承框體上，將支承構(gòu)件置于面對該吸熱板而夾持上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊的位置上，在該支承構(gòu)件的上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊一側(cè)安裝上述緩沖電路構(gòu)成要件緩沖電容器，將該緩沖電容器的端子和上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊的端子電氣連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的逆變裝置，其特征是接近上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊處設(shè)置上述緩沖電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的逆變裝置，其特征是用能高頻驅(qū)動的雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管或MOS門所控制的可控硅中任一種形成上述半導(dǎo)體開關(guān)元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的逆變裝置，其特征是接近連接對象半導(dǎo)體開關(guān)模塊處設(shè)置上述緩沖電路的構(gòu)成要件緩沖二極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的逆變裝置，其特征是上述半導(dǎo)體開關(guān)元件與反向并聯(lián)在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件上的旁路二極管一起裝在同一底板上而一體構(gòu)成上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的逆變裝置，其特征是將構(gòu)成上述緩沖電路的緩沖二極管裝入上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊，形成一體。
13.一種電車用逆變器，其特征是將形成3相逆變器主電路的至少半導(dǎo)體開關(guān)元件、緩沖電容器、門驅(qū)動器及有關(guān)布線按每1個相劃分，每1個相裝入1個支承框而形成功率模塊，再將3個相的功率模塊可裝卸地裝入共同的框體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電車用逆變裝置，其特征是上述各相的功率模塊包括逆變器主電路1個相的串聯(lián)的多個半導(dǎo)體開關(guān)模塊、形成該各半導(dǎo)體開關(guān)模塊用緩沖電路的緩沖電容器和緩沖二極管、將包括上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊的發(fā)熱體作冷卻的冷卻器、以及與該功率模塊組成構(gòu)件之外的部分進(jìn)行有關(guān)布線的接線端子;將上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊裝在吸熱板的一面，將上述冷卻器導(dǎo)熱地接在該吸熱板的另一面上，讓冷卻器位于上述框體的外側(cè)并讓上述支承框體可裝卸地裝入該框體，將上述緩沖電容器置于面對上述吸熱板而夾持上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊的位置上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電車用逆變裝置，其特征是上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊的主電極端子設(shè)在該半導(dǎo)體開關(guān)模塊的底板對面，將上述緩沖電容器置于該緩沖電容器的端子接近連接對象半導(dǎo)體開關(guān)模塊的上述主電極端子的位置上。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或者15所述的電車用逆變裝置，其特征是將裝在上述吸熱板上的1個相的上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊按串聯(lián)的順序排列。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電車用逆變裝置，其特征是上述功率模塊包括形成上述緩沖電路的緩沖電阻器，該緩沖電阻器裝在上述支承框體的冷卻器一側(cè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電車用逆變裝置，其特征是上述功率包括形成上述緩沖電路的緩沖電阻器，該緩沖電阻器裝在上述吸熱板的冷卻器一側(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電車用逆變裝置，其特征是讓上述形成上述逆變器主電路的濾波電容器由上述功率模塊的上述支承框體支承。
20.一種電車用逆變裝置，具有包含多個半導(dǎo)體開關(guān)元件和濾波電容器而形成的逆變器主電路、連接上述各半導(dǎo)體開關(guān)元件的緩沖電路，用能比GTO可控硅更高頻率驅(qū)動的元件作上述各半導(dǎo)體開關(guān)元件，其特征是將形成上述各緩沖電路的緩沖電容器置于面對安裝連接對象半導(dǎo)體開關(guān)元件的支承面而夾持上述半導(dǎo)體開關(guān)元件的位置上，將上述濾波器置于面對上述半導(dǎo)體開關(guān)元件而夾持上述緩沖電容器的位置上。
21.一種電車用逆變裝置，其特征是將3相逆變器的構(gòu)件按每1個相劃分后再各自裝入一個支承框體而形成功率模塊，在電車車輛的地板下沿車輛長度方向安裝框體，并沿該框體的長度方向?qū)?個相的上述功率模塊并排裝入該框體中;上述各相的功率模塊的構(gòu)件包括逆變器主電路1個相的串聯(lián)的多個半導(dǎo)體開關(guān)模塊、形成上述各半導(dǎo)體開關(guān)模塊用緩沖電路的緩沖電容器和緩沖二極管、檢出輸出電流的變流器、對上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊作導(dǎo)通、截止驅(qū)動的門驅(qū)動器、對包括上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊的發(fā)熱元件進(jìn)行冷卻的冷卻器、以及與構(gòu)成該功率模塊的構(gòu)件之外的部分進(jìn)行有關(guān)布線的接線端子;上述各半導(dǎo)體開關(guān)模塊通過絕緣構(gòu)件各自將半導(dǎo)體開關(guān)元件裝在導(dǎo)熱性底板上，并將主電極端子置于底板對面而構(gòu)成;上述緩沖二極管通過絕緣構(gòu)件將二極管元件裝在導(dǎo)熱性底板上而構(gòu)成;上述各半導(dǎo)體開關(guān)模塊和上述緩沖二極管各自通過上述底板裝在導(dǎo)電性吸熱板的一面;將該吸熱板裝在上述支承框體上的同時，將上述冷卻器導(dǎo)熱地接在該吸熱板的另一面;將支承構(gòu)件設(shè)在面對上述吸熱板而夾持上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊的位置上;將上述緩沖電容器裝在該支承構(gòu)件的上述半導(dǎo)體開關(guān)元件一側(cè);將上述濾波電容器置于面對上述半導(dǎo)體開關(guān)模塊而夾持上述緩沖電容器的位置上，且置于該緩沖電容器的端子接近連接對象半導(dǎo)體開關(guān)模塊的上述主電極端子的位置上;在該濾波電容器的上方，將上述變流器和上述門驅(qū)動器裝在上述支承框體上;將上述功率模塊裝在上述框體近車輛一側(cè)面形成的開口部上，并通過上述支承框可裝卸地安裝上述冷卻器，使其位于外側(cè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電車用逆變裝置，其特征是具有2組上述3個相的功率模塊群，并以該各功率模塊群的控制模塊為中心，沿上述框體的長度方向并排設(shè)置該2組功率模塊群。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電車用逆變裝置，其特征是讓上述支承框體支承上述濾波電容器。
全文摘要
一種采用能高頻驅(qū)動的半導(dǎo)體開關(guān)元件的逆變裝置，通過讓緩沖電容器和緩沖二極管呈階梯狀地與半導(dǎo)體開關(guān)模塊對置，減小它們間的布線電感和緩沖電容，并通過將半導(dǎo)體開關(guān)模塊成組裝在同一吸熱板，使吸熱板熱負(fù)荷均勻，從而冷卻器可做小，達(dá)到整個逆變裝置小型化。另外，按各個相逆變器主電路劃分成功率模塊，并可按需要從框體中取出，以確保維修方便。
文檔編號H01L23/427GK1091867SQ93120369
公開日1994年9月7日 申請日期1993年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月25日
發(fā)明者齊藤秀治, 坪井孝, 堀江哲, 安藤武, 豊田瑛一, 松井孝行, 高久敏彥, 中村清, 仲田清, 筒井義雄 申請人:株式會社日立制作所