专利名称：电力转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及设置在譬如铁路机车底盘下、采用半导体元件的电力转换装置。
背景技术：
一般，用半导体元件构成的电力转换装置中具有将直流电转换成交流的逆转换电路及将交流电转换成直流的顺转换电路等。逆转换电路中又有可变压变频(VVVF)逆转换电路，这种VVVF逆转换电路可控制使得交流输出的电压及频率可变，为电力转换装置所常用。
譬如，在铁路机车系统的直流电车上，一般是将VVVF逆转换电路当作电力转换装置使用，将直流转换成可变压变频的交流以控制交流感应电动机。另外，在交流电车上，是采用顺转换电路将交流电先转换为直流、又用逆转换电路把直流电转换成可变压变频的交流以驱动交流感应电动机。
在这类采用半导体元件的电力转换装置的转换电路部中，由于会从半导体元件散发发热损失引起的热量，所以要用冷却器向电力转换装置外部排热，以便将半导体元件的温度维持在容许值以下。电力转换装置所采用的冷却器的基本结构是包括供安装半导体元件的受热部、和进行向外面散热的散热部。然而，受热部和散热部却是分别安放在电力转换装置的封闭室部分和同外面大起气相通的开放室部分中。
关于安放散热部的开放室部分，有的是从电力转换装置的框架多少突出一些以便于向外散热，有的是靠电鼓风机强行吹入冷风的冷却风洞，另外，拿设置在铁路机车底盘下的电力转换装置来说，还有的是设在机车行驶中容易接受装置外表面相对流动的行驶风的部位上。在以下描述中是就采用电动鼓风机的交流电车的电力转换装置进行说明的。
图5是交流电车所采用的电力转换装置之结构图。交流电1被顺转换电路2转换成直流，继而又被逆转换电路3转换成可变压变频的交流。即，顺转换电路2输入交流电、把交流转换成直流；而逆转换电路3则把经顺转换电路2电力转换而成的直流电转换成可变压变频的交流，从而向驱动铁路机车的电动机4供电。
顺转换电路2具有两相(U与V)转换电路，各相部分分别装设在一个冷却器上。逆转换电路3具有三相(U、V及W)转换电路，各相部分分别装设在一个冷却器上。这是由于构成单一一相部分电路的半导体元件Q的外围电路元件的配置以及电连接结构容易实现，而且电力转换装置在机器配置上按功能划分、形成集按功能分的各转换电路于一体的结构。
图6是一种顺转换电路2中一个单相部分的电路图。顺转换电路由并列的a、b两个系统构成。首先，a系统是这样构成的在直流正端子P与直流负端子N之间串联第1半导体元件Q1a至第4半导体元件Q4a等4个半导体元件，同时还串联第1二极管Dd1a和第2二极管Dd2a。b系统是这样构成的也同样是在直流正端子P与直流负端子N之间串联第1半导体元件Q1b至第4半导体元件Q4b等4个半导体元件，同时还串联第1二极管Dd1b和第2二极管Dd2b。
在第1二极管Dd1a、Dd1b和第2二极管Dd2a、Dd2b的串联电路上，连接有电容CF1、CF2，还设有缓冲电路5。进而，在第2半导体元件Q2与第3半导体元件Q3的连接点处连接有交流端子M，在第1二极管Dd1与第2二极管Dd2的连接点处连接有中性点端子C。又，在直流正端子P与直流负端子N之间还连接有滤波电容FC。
图7是上述设置于交流电车底盘下的电力转换装置的外观示意图。其中，(a)是安装于冷却器上的电力转换装置的主视图，(b)是侧视图，(c)是仰视图。
电力转换装置的每一单相部分作为一个单元安装在冷却器上。即，顺转换电路冷却器6u、6v分别配属于顺转换电路2的一个单相部分即U相、V相部分，而逆转换电路冷却器7u、7v、7w则分别配属于逆转换电路3的一个单相部分即U相、V相、W相部分。这些冷却器6、7配置在风洞8中，从电动鼓风机9发出的强制风获得冷却风。冷却器6、7，在其受热部10上安装半导体元件Q，通过背面的散热部11散发半导体元件Q发出的热量。
图8是一种在一个冷却器上配置半导体元件Q以及二极管Dd的示意图。图8所示出的是顺转换电路中一个单相部分的电路。顺转换电路2为3级2列结构，其元件在冷却器上的配置如图8所示，是和电路图相吻合的。即，从冷却器的受热部10一端起配置第1半导体元件Q1至第4半导体元件Q4，而钳式二极管的配置是第1二极管Dd1放在第1半导体元件Q1与第2半导体元件Q2之间，第2二极管Dd2放在第3半导体元件Q3与第4半导体元件Q4之间，另外，在沿着风流F的方向上，a系统配置在风上游，b系统配置在风下游。
继而，a系统与b系统的第1半导体元件Q1a、Q1b以导体12A连接并引出直流正端子P；a系统与b系统的第4半导体元件Q4a、Q4b以导体12B连接并引出直流负端子N。另外，a系统与b系统的第2半导体元件Q2a、Q2b与第3半导体元件Q3a、Q3b以导体12C连接并引出交流端子M；a系统与b系统的第1二极管Dd1a、Dd1b与第2二极管Dd2a、Dd2b以导体12D连接并引出中性点端子C。
受热部10安放在电力转换装置的封闭室部分，散热部11则在风洞8内形成，通过利用电动鼓风机9的冷风向外部散热可以将半导体元件Q冷却，使之在容许温度以下工作。
关于最近的高耐化压半导体元件Q，半导体元件Q内芯片个数变多，半导体元件Q表面积呈大型化，有时即便在同一半导体元件Q中也会出现温度上升不均的现象。针对这种现象，采取了这样措施将发热损失大的IGBT芯片置于端部，让发热损失较小的FRD芯片靠近中央，以使半导体元件Q中温度分布均衡。故此，半导体元件Q本身发热损失造成的温度上升不均并不构成问题。
然而，这种已有的冷却器，由于是不使用冷媒的无冷媒冷却器，所以容易受周围发热损失余热及冷却风影响、以至有时不能进行正常的冷却。
譬如，若在周围配置发热损失大的元件，则有时会因受该元件发热的影响而致温度上升。在风上游配置发热损失大的半导体元件时也会受到同样影响。故，往往发热损失大的元件不能被充分冷却、超过容许温度。
为了避免这种来自周围的热影响，有必要采取拉大元件之间距离的措施。但是这样一来，势必造成冷却器大型化，构成阻碍电力转换装置小型轻量化的主要原因。
另外，从电力转换装置的三级电路中各元件的发热损失来看，半导体元件Q1、Q4的要比钳式二极管Dd的大，半导体元件Q2、Q3的要比半导体元件Q1、Q4的大，顺转换电路2中2列结构的a系统和b系统的损失相同。
又，顺转换电路2单从电路配置来看，半导体元件Q1一侧的直流正端子P处于端部，半导体元件Q2、Q3之间的中性点端子C处于中央，半导体元件Q4一侧的直流负端子N处于直流正端子P的相反端。
本来，为了抑制浪涌电压，有必要将直流正端子P与中性点端子C、中性点端子C与直流负端子N贴近，以尽量缩小闭合电路面积，从而降低电感。但是，如前所述，直流正端子P与中性点端子C、中性点端子C与直流负端子N却是处于冷却器一端和中央，故电感增大。
作为降低电感的方法，可将各端子间导体伸张的面积加大。但是，若将各端子连接的导体作成大面积的平板的话，就需要在导体之间形成绝缘板、和强化作为浪涌吸收电路的缓冲电路5。
无论怎样，为了降低电感都会造成零件数量增多、结构变复杂。还有，缓冲电路5制品大容量化所带来的部件大型化、并列结构造成的零件数量增多等，均构成了成本提高的主要原因。
发明内容
本发明目的就在于提供一种可以做到由各半导体元件发热损失引起的温度上升均衡化、和电感降低的电力转换装置。
本发明目的实现如下——(1)一种电力转换装置，构成电转换部的各相分别作为一个半导体元件单元构成的主电路是这样构成的——在直流正端子与直流负端子之间串联第1半导体元件至第4半导体元件，同时第1二极管和第2二极管串联并与所述第1半导体元件至第4半导体元件连接，在所述第2半导体元件与所述第3半导体元件的连接点处连接有交流端子，在所述第1二极管与所述第2二极管的连接点处连接有中性点端子，所述第1二极管的第1电极连接在所述第1半导体元件与所述第2半导体元件的连接点处，所述第2二极管的第2电极连接在所述第3半导体元件与所述第4半导体元件的连接点处；所述半导体元件是具有长边和短边的平面形状的元件，所述半导体元件单元设置在平面状的受热部上，通过使设置在所述受热部的背面的散热部通风的冷却风而散热；其特征在于构成所述半导体元件单元的各所述半导体元件的所述短边一侧朝向面对冷却风流的方向；将所述第1二极管和所述第2二极管配置在所述受热部的中央，将所述第2半导体元件配置在所述受热部的比所述第1二极管还靠近侧面的位置，将所述第3半导体元件配置在所述受热部的比所述第2二极管还靠近侧面的位置，将所述第1半导体元件配置在所述受热部的比所述第2半导体元件还靠近侧面的位置，将所述第4半导体元件配置在所述受热部的比所述第3半导体元件还靠近侧面的位置。
根据这种电力转换装置，在电力转换装置的元件配置上，使各半导体元件的短边一侧均朝向面对风流的方向，将发热损失小的第1二极管和第2二极管配置在受热部的中央，在其两侧配置发热损失大的第2半导体元件和第3半导体元件，将比其发热损失小的第1半导体元件和第4半导体元件配置在受热部两端，据此使受热部的温度分布均衡化。
(2)一种电力转换装置，构成电转换部的各相分别作为一个半导体元件单元构成的电路是这样构成的——在直流正端子与直流负端子之间串联第1半导体元件至第4半导体元件，同时第1二极管和第2二极管串联并与所述第1半导体元件至第4半导体元件连接，在所述第2半导体元件与所述第3半导体元件的连接点处连接有交流端子，在所述第1二极管与所述第2二极管的连接点处连接有中性点端子，所述第1二极管的第1电极连接在所述第1半导体元件与所述第2半导体元件的连接点处，所述第2二极管的第2电极连接在所述第3半导体元件与所述第4半导体元件的连接点处；所述半导体元件是具有长边和短边的平面形状的元件，所述半导体元件单元设置在平面状的受热部上，通过使设置在所述受热部的背面的散热部通风的冷却风而散热；其特征在于构成所述半导体元件单元的所述半导体元件的所述短边一侧朝向面对冷却风流的方向；将所述第2半导体元件和所述第3半导体元件配置在所述受热部的中央处风上游一侧，将所述第1二极管和所述第2二极管配置在所述受热部的中央处风下游一侧，将所述第1半导体元件配置在所述受热部的比所述第1二极管还靠近侧面的位置，将第4半导体元件配置在所述受热部的比所述第2二极管还靠近侧面的位置。
根据这种电力转换装置，在电力转换装置的元件配置上，使各元件的短边一侧均朝向面对冷却风流的方向，将发热损失大的第2半导体元件和第3半导体元件配置在受热部的中央处风上游一侧，将比其发热损失小的第1半导体元件和第4半导体元件分别配置在第2半导体元件和第3半导体元件端部一侧，将发热损失小的第1二极管和第2二极管分别配置在第2半导体元件和第3半导体元件的风下游一侧的中央，据此使受热部的温度分布均衡化。
(3)一种电力转换装置，构成电转换部的各相分别作为一个半导体元件单元构成的主电路是这样构成的——在直流正端子与直流负端子之间串联第1半导体元件至第4半导体元件，同时第1二极管和第2二极管串联并与所述第1半导体元件至第4半导体元件连接，在所述第2半导体元件与所述第3半导体元件的连接点处连接有交流端子，在所述第1二极管与所述第2二极管的连接点处连接有中性点端子，所述第1二极管的第1电极连接在所述第1半导体元件与所述第2半导体元件的连接点处，所述第2二极管的第2电极连接在所述第3半导体元件与所述第4半导体元件的连接点处；所述半导体元件是具有长边和短边的平面形状的元件，所述半导体元件单元设置在平面状的受热部上，通过使设置在所述受热部的背面的散热部通风的冷却风而散热；其特征在于构成所述半导体元件单元的所述半导体元件的所述短边一侧朝向面对冷却风流的方向；将所述第2半导体元件和所述第3半导体元件配置在所述受热部的中央处风上游一侧，将所述第1半导体元件配置在所述受热部的所述第2半导体元件的风下游一侧，将所述第4半导体元件配置在所述受热部的所述第3半导体元件的风下游一侧，将所述第1二极管配置在所述受热部的比所述第2半导体元件还靠近侧面的位置，将所述第2二极管配置在所述受热部的比所述第3半导体元件还靠近侧面的位置。
根据这种电力转换装置，在电力转换装置的元件配置上，使各元件的短边一侧均朝向面对冷却风流的方向，将发热损失大的第2半导体元件和第3半导体元件配置在受热部的中央处风上游一侧，将比其发热损失小的第1半导体元件和第4半导体元件分别配置在第2半导体元件和第3半导体元件的风下游一侧，将发热损失小的第1二极管和第2二极管分别配置在第2半导体元件和第3半导体元件的端部一侧，据此使受热部的温度分布均衡化。
(4)一种电力转换装置，构成电转换部的各相分别作为一个半导体元件单元构成的主电路是这样构成的——在直流正端子与直流负端子之间串联第1半导体元件至第4半导体元件，同时第1二极管和第2二极管串联并与所述第1半导体元件至第4半导体元件连接，在所述第2半导体元件与所述第3半导体元件的连接点处连接有交流端子，在所述第1二极管与所述第2二极管的连接点处连接有中性点端子，所述第1二极管的第1电极连接在所述第1半导体元件与所述第2半导体元件的连接点处，所述第2二极管的第2电极连接在所述第3半导体元件与所述第4半导体元件的连接点处；所述半导体元件是具有长边和短边的平面形状的元件，所述半导体元件单元设置在平面状的受热部上，通过使设置在所述受热部的背面的散热部通风的冷却风而散热；其特征在于构成所述半导体元件单元的所述半导体元件的所述长边一侧朝向面对冷却风流的方向；将所述第1半导体元件和所述第4半导体元件配置在所述受热部的中央处风上游一侧，将所述第2半导体元件配置在所述受热部的比所述第1半导体元件还靠近侧面的位置，将所述第3半导体元件配置在所述受热部的比所述第4半导体元件还靠近侧面的位置，将所述第1二极管配置在所述受热部的所述第1半导体元件和所述第2半导体元件的风下游一侧，将所述第2二极管配置在所述受热部的所述第3半导体元件和所述第4半导体元件的风下游一侧。
根据这种电力转换装置，在电力转换装置的元件配置上，使各元件的长边一侧均朝向面对冷却风流的方向，将发热损失大的第2半导体元件和第3半导体元件配置在受热部两端，将比其发热损失小的第1半导体元件和第4半导体元件分别配置在靠近第2半导体元件和第3半导体元件的中央，将发热损失小的第1二极管和第2二极管配置在受热部的风下游一侧，据此使受热部的温度分布均衡化。
(5)一种电力转换装置，构成电转换部的各相分别作为一个半导体元件单元构成的主电路是这样构成的——在直流正端子与直流负端子之间串联第1半导体元件至第4半导体元件，同时第1二极管和第2二极管串联并与所述第1半导体元件至第4半导体元件连接，在所述第2半导体元件与所述第3半导体元件的连接点处连接有交流端子，在所述第1二极管与所述第2二极管的连接点处连接有中性点端子，所述第1二极管的第1电极连接在所述第1半导体元件与所述第2半导体元件的连接点处，所述第2二极管的第2电极连接在所述第3半导体元件与所述第4半导体元件的连接点处；所述半导体元件是具有长边和短边的平面形状的元件，所述半导体元件单元设置在平面状的受热部上，通过使设置在所述受热部的背面的散热部通风的冷却风而散热；其特征在于构成所述半导体元件单元的所述半导体元件的所述长边一侧朝向面对冷却风流的方向；将所述第2半导体元件和所述第3半导体元件配置在所述受热部的风上游一侧，将所述第1二极管配置在所述受热部的所述第2半导体元件的风下游一侧，将所述第2二极管配置在所述受热部分所述第3半导体元件的风下游一侧，将所述第1半导体元件配置在所述受热部的所述第1二极管的风下游一侧，将所述第4半导体元件配置在所述受热部的所述第2二极管的风下游一侧。
根据这种电力转换装置，在电力转换装置的元件配置上，使各元件的长边一侧均朝向面对冷却风流的方向，将发热损失大的第2半导体元件和第3半导体元件配置在受热部的风最上游一侧，将比其发热损失小的第1半导体元件和第4半导体元件分别配置在风最下游一侧，将发热损失小的第1二极管和第2二极管分别配置在第2半导体元件和第3半导体元件的风下游一侧，据此使受热部的温度分布均衡化。
图1是根据本发明第1实施例的电力转换装置中在一个冷却器上的半导体元件及二极管配置图。
图2是根据本发明第2实施例的电力转换装置中在一个冷却器上的半导体元件及二极管配置图。
图3是根据本发明第3实施例的电力转换装置中在一个冷却器上的半导体元件及二极管配置图。
图4是根据本发明第4实施例的电力转换装置中在一个冷却器上的半导体元件及二极管配置图。
图5是已有的交流电车所采用的电力转换装置之结构图。
图6是一种已有的顺转换电路中一个单相部分的电路图。
图7是已有的设置于交流电车底盘下的电力转换装置的外观示意图，其中，(a)是安装于冷却器上的电力转换装置的主视图，(b)是侧视图，(c)是仰视图。
图8是一种已有的在一个冷却器上配置半导体元件以及二极管的示意图。
具体实施例方式
下面描述一下本发明实施例。图1是根据本发明第1实施例的电力转换装置中在一个冷却器上的半导体元件Q及二极管Dd配置图。在图1中，示出了具有a系统及b系统的2列结构的顺转换电路中一个单相部分的电路。
如图1所示，各半导体元件Q被安装在其短边一侧均面对风流F的方向上。发热损失小的第1二极管Dd1和第2二极管Dd2配置在受热部10的中央部，且其中，沿着风流F的方向将a系统一侧配置在风上游、b系统一侧配置在风下游。即，a系统的第1二极管Dd1a安装在风上游一侧、b系统的第1二极管Dd1b安装在风下游一侧，同时，a系统的第2二极管Dd2a安装在风上游一侧、b系统的第2二极管Dd2b安装在风下游一侧。继而，用导体12D将a系统及b系统的第1二极管Dd1a、Dd1b及第2二极管Dd2a、Dd2b连接起来并引出中性点端子C。
在发热损失小的第1二极管Dd1和第2二极管Dd2两侧附近，配置发热损失大的第2半导体元件Q2及第3半导体元件Q3。在此，也是沿着风流F的方向将a系统一侧配置在风上游、b系统一侧配置在风下游。继而，用导体12C将a系统及b系统的第2半导体元件Q2a、Q2b及第3半导体元件Q3a、Q3b连接起来并引出交流端子M。
进一步，发热损失小的第1半导体元件Q1和第4半导体元件Q4配置在受热部10的两端，且其中，沿着风流F的方向将a系统一侧配置在风上游、b系统一侧配置在风下游。继而，用导体12A将a系统及b系统的第1半导体元件Q1a、Q1b连接起来并引出直流正端子P，而用导体12B将a系统及b系统的第4Q4a、Q4b连接起来并引出直流负端子N。
若此，发热损失大的第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3不相邻，在两侧配置比其发热损失小的半导体元件Q1、Q4。故，可以抑制第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3的温度上升。
即，由于在与风流F垂直的方向上半导体元件Q按发热损失大小来一大一小地交错配置，所以受热部10的温度分布没有局部集中、而是被均衡化，故可以有效地进行冷却。据此，冷却器整体上可以高效地进行热传导、散热，可以对具有大容量发热损失的半导体元件Q进行冷却，就中小容量发热损失的半导体元件Q而言可以做到进一步小型化。
下面描述一下本发明第2实施例。图2是根据本发明第2实施例的电力转换装置中在一个冷却器上的半导体元件Q及二极管Dd配置图。在图2中，同图1一样，示出了具有a系统及b系统的2列结构的顺转换电路中一个单相部分的电路。
如图2所示，各半导体元件Q被安装在其短边一侧均面对风流F的方向上。发热损失大的第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3配置在受热部10的中央部，且其中a系统及b系统全部配置在风上游一侧。继而，用导体12C将a系统及b系统的第2半导体元件Q2a、Q2b及第3半导体元件Q3a、Q3b连接起来并引出交流端子M。
在第2半导体元件Q2及第3半导体元件Q3的风下游一侧，a系统和b系统的第1二极管Dd1和第2二极管Dd2一块配置，用导体12D将a系统及b系统的第1二极管Dd1a、Dd1b及第2二极管Dd2a、Dd2b连接起来并引出中性点端子C。
进一步，发热损失小的第1半导体元件Q1和第4半导体元件Q4配置在受热部10的两端，且其中，沿着风流F的方向将a系统一侧配置在风上游、b系统一侧配置在风下游。继而，用导体12A将a系统及b系统的第1半导体元件Q1a、Q1b连接起来并引出直流正端子P，而用导体12B将a系统及b系统的第4半导体Q4a、Q4b连接起来并引出直流负端子N。
若此，发热损失大的第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3配置在风上游，在受热部10两侧配置比其发热损失小的第1半导体元件Q1、第4半导体元件Q4。据此，可以抑制第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3的温度上升。
即，由于在受热部10中央沿风流F方向将发热损失大的半导体元件Q2和Q3配置在风上游一侧、发热损失小的二极管Dd配置在风下游一侧，发热损失小的半导体元件Q1及Q4配置在受热部10两端，所以在风上游一侧能够靠新鲜冷却风高效地进行冷却、抑制温度上升。另一方面，在风下游一侧，由于发热损失小、温度上升余地大，故即便受到风上游的余热影响也仍然可以将温度抑制在温度上升阈值内。
在上述说明中，虽说是在风上游一侧配置二极管Dd，但是如果将第1半导体元件Q1与第1二极管Dd1、第4半导体元件Q4与第2二极管Dd2相互置换也可达到同样效果。通过上述配置，冷却器整体上可以高效地进行热传导、散热，因此有利于冷却器小型化，进一步还有助于电力转换装置小型轻量化。
下面描述一下本发明第3实施例。图3是根据本发明第3实施例的电力转换装置中在一个冷却器上的半导体元件Q及二极管Dd配置图。在图3中，同图1一样，示出了具有a系统及b系统的2列结构的顺转换电路中一个单相部分的电路。
如图3所示，各半导体元件Q被安装在其长边一侧均面对风流F的方向上。发热损失小的第1半导体元件Q1和第4半导体元件Q4配置在受热部10的中央部，且其中，沿着风流F的方向将a系统一侧配置在风上游、b系统一侧配置在风下游。继而，用导体12A将a系统及b系统的第1半导体元件Q1a、Q1b连接起来并引出直流正端子P，而用导体12B将a系统及b系统的第4Q4a、Q4b连接起来并引出直流负端子N。
又，在受热部10两端配置发热损失大的第2半导体元件Q2及第3半导体元件Q3，且其中，沿着风流F的方向将a系统一侧配置在风上游、b系统一侧配置在风下游。继而，用导体12C将a系统及b系统的第2半导体元件Q2a、Q2b及第3半导体元件Q3a、Q3b连接起来并引出交流端子M。
进一步，将第1二极管Dd1配置在第1半导体元件Q1及第2半导体元件Q2的风上游一侧，而将第2二极管Dd2配置在第3半导体元件Q3及第4半导体元件Q4的风下游一侧。继而，用导体12D将a系统及b系统的第1二极管Dd1a、Dd1b及第2二极管Dd2a、Dd2b连接起来并引出中性点端子C。
若此，由于将半导体元件Q长边一侧在面对风流F的方向上配置，故形成这样的配置对于各半导体元件Q的单一部件中的各芯片来说，处在风下游的芯片不容易受余热影响。故可以抑制配置在受热部10两端的第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3的温度上升。
又，在电特性上，直流正端子P、中性点端子C、直流负端子N等端子都集中于中央并处风下游一侧，故形成对降低电感有效的配置。
即，通过将发热损失大的第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3配置在受热部10两端，可减轻来自周围的热影响、抑制温度上升。另外，通过将发热损失小的钳式二极管Dd配置在风最下游，受热部10的温度分布被均衡化，可以有效地进行冷却。
再者，通过将半导体元件Q安装在其长边一侧面对风流F的方向上，对于半导体元件Q来说风流向为短边方向，来自风上游的热影响小，可以抑制温度上升。
引出各端子的导体12A至导体12D的结构是使引出直流正端子P的电路和引出中性点端子C的电路相重合的结构，同样，也是使引出直流负端子N的电路和引出中性点端子C的电路相重合的结构。据此，在电特性上，可缩小闭合电路面积，故可以降低电感。
靠这种配置，在热特性上，冷却器整体上可以高效地进行热传导、散热，可以实现冷却器小型化。另外，在电特性上，可以实现缓冲电路5制品的小型化及削减，有助于电力转换装置小型轻量化。
下面描述一下本发明第4实施例。图4是根据本发明第4实施例的电力转换装置中在一个冷却器上的半导体元件Q及二极管Dd配置图。在图4中，同图1一样，示出了具有a系统及b系统的2列结构的顺转换电路中一个单相部分的电路。
如图4所示，各半导体元件Q被安装在其长边一侧均面对风流F的方向上。发热损失大的第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3配置在受热部10的风上游一侧，且其中a系统及b系统全部配置在风上游。继而，用导体12C将a系统及b系统的第2半导体元件Q2a、Q2b及第3半导体元件Q3a、Q3b连接起来并引出交流端子M。
在第2半导体元件Q2及第3半导体元件Q3的风下游配置第1二极管Dd1和第2二极管Dd2。继而，用导体12D将a系统及b系统的第1二极管Dd1a、Dd1b及第2二极管Dd2a、Dd2b连接起来并引出中性点端子C。
另外，将第1半导体元件Q1和第4半导体元件Q4配置在风最下游。继而，用导体12A将a系统及b系统的第1半导体元件Q1a、Q1b连接起来并引出直流正端子P，而用导体12B将a系统及b系统的第4半导体元件Q4a、Q4b连接起来并引出直流负端子N。
若此，由于将半导体元件Q长边一侧在面对风流F的方向上配置，故形成这样的配置拿各半导体元件Q的单一部件中的各芯片来说，处在风下游的半导体元件不容易受余热影响。由于在元件配置上，发热损失大的第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3配置在受热部10的风最上游一侧，故可以抑制第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3的温度上升。
又，在电特性上，直流正端子P、中性点端子C、直流负端子N等端子都集中于中央并处风下游一侧，故形成对降低电感有效的配置。
即，通过将发热损失大的第2半导体元件Q2和第3半导体元件Q3配置在风最上游，余热等热影响没有了，故可抑制温度上升。又，由于将发热损失小的钳式二极管Dd及第1半导体元件Q1和第4半导体元件Q4配置在风下游一侧，受热部10的温度分布被均衡化，可以有效地进行冷却。
再者，通过将半导体元件Q安装在其长边一侧面对风流F的方向上，风流向变成顺着半导体元件Q短边方向。因此，同风流向为顺着半导体元件Q长边方向的情况相比，就半导体元件Q内芯片配置引起的热影响而言，风上游的热影响减少，故可以抑制温度上升。
引出各端子的导体12A至导体12D的结构是使引出直流正端子P的电路和引出中性点端子C的电路相重合的结构，同样，也是使引出直流负端子N的电路和引出中性点端子C的电路相重合的结构。据此，在电特性上，可缩小闭合电路面积，故可以降低电感。
靠这种配置，在热特性上，冷却器整体上可以高效地进行热传导、散热，可以实现冷却器小型化。另外，在电特性上，可以实现缓冲电路5制品的小型化及削减，有助于电力转换装置小型轻量化。
综上所述，根据本发明，通过有效地在冷却器受热部上配置诸多半导体元件，实现受热部温度上升均衡化，可将发热损失大的半导体元件的温度上升抑制在容许温度内。因此，冷却器可以达到最低限度大小、效率优异，能形成在电特性上电感降低的结构，可以简化或去掉缓冲电路。可以从整体上实现电力转换装置的小型轻量化。
权利要求
1.一种电力转换装置，构成电转换部的各相分别作为一个半导体元件单元构成的主电路是这样构成的——在直流正端子与直流负端子之间串联第1半导体元件至第4半导体元件，同时第1二极管和第2二极管串联并与所述第1半导体元件至第4半导体元件联接，在所述第2半导体元件与所述第3半导体元件的联接点处联接有交流端子，在所述第1二极管与所述第2二极管的联接点处联接有中性点端子，所述第1二极管的第1电极联接在所述第1半导体元件与所述第2半导体元件的联接点处，所述第2二极管的第2电极联接在所述第3半导体元件与所述第4半导体元件的联接点处；所述半导体元件是具有长边和短边的平面形状的元件，所述半导体元件单元设置在平面状的受热部上，通过使设置在所述受热部的背面的散热部通风的冷却风而散热；其特征在于构成所述半导体元件单元的所述半导体元件的所述长边一侧朝向面对冷却风流的方向，将所述第1半导体元件和所述第4半导体元件配置在所述受热部的中心处风上游一侧，将所述第2半导体元件配置在所述受热部的比所述第1半导体元件还靠近侧面的位置，将所述第3半导体元件配置在所述受热部的比所述第4半导体元件还靠近侧面的位置，将所述第1二极管配置在所述受热部的所述第1半导体元件和所述第2半导体元件的风下游一侧，将所述第2二极管配置在所述受热部的所述第3半导体元件和所述第4半导体元件的风下游一侧。
2.一种电力转换装置，构成电转换部的各相分别作为一个半导体元件单元构成的主电路是这样构成的——在直流正端子与直流负端子之间串联第1半导体元件至第4半导体元件，同时第1二极管和第2二极管串联并与所述第1半导体元件至第4半导体元件联接，在所述第2半导体元件与所述第3半导体元件的联接点处联接有交流端子，在所述第1二极管与所述第2二极管的联接点处联接有中性点端子，所述第1二极管的第1电极联接在所述第1半导体元件与所述第2半导体元件的联接点处，所述第2二极管的第2电极联接在所述第3半导体元件与所述第4半导体元件的联接点处；所述半导体元件是具有长边和短边的平面形状的元件，所述半导体元件单元设置在平面状的受热部上，通过使设置在所述受热部的背面的散热部通风的冷却风而散热；其特征在于构成所述半导体元件单元的所述半导体元件的所述长边一侧朝向面对冷却风流的方向，将所述第2半导体元件和所述第3半导体元件配置在所述受热部的风上游一侧，将所述第1二极管配置在所述受热部的所述第2半导体元件的风下游一侧，将所述第2二极管配置在所述受热部的所述第3半导体元件的风下游一侧，将所述第1半导体元件配置在所述受热部的所述第1二极管的风下游一侧，将所述第4半导体元件配置在所述受热部的所述第2二极管的风下游一侧。
全文摘要
一种电力转换装置，使各半导体元件的短边一侧均朝向面对风流的方向，将发热损失小的第1二极管和第2二极管配置在受热部的中央，在其两侧配置发热损失大的第2半导体元件和第3半导体元件，将比其发热损失小的第1半导体元件和第4半导体元件配置在受热部两端，据此使受热部的温度分布均衡化。
文档编号H02M1/00GK1652445SQ20051005294
公开日2005年8月10日 申请日期2002年9月3日 优先权日2001年9月3日
发明者宫入正树, 桥本隆 申请人:株式会社东芝