JP7684285B2

JP7684285B2 - モジュラースイッチングセル

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Publication number: JP7684285B2
Application number: JP2022516324A
Authority: JP
Inventors: ブライアント・アンガス
Original assignee: マシイネンフアブリーク・ラインハウゼン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2025-05-27
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: EP3796539B1; KR102855016B1; KR20220061989A; JP2022548601A; US20240048063A1; US12003185B2; CN114342241A; WO2021052730A1; EP3796539A1

Description

本発明は、モジュラースイッチングセルに関する。様々な種類のセルモジュールを実現するため、特に、当該スイッチングセルは、このベースモジュールの複数の端子を、予め構成された複数の母線を介して接続することによって構成され得るベースモジュールを含む。さらに、本発明は、当該モジュラースイッチングセルとそれぞれの母線とを含むシステムに関する。最後に、本発明は、モジュラースイッチングセルを製造するための方法に関する。

モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）が、従来の技術から知られている。当該ＭＭＣは、電力変換器の産業の分野において、送電で使用するために高圧直流送電の変換器を実現するための標準的なアプローチである。当該モジュラーマルチレベル変換器は、広く採用されていて、自励式変換器のような配電の用途を含む中電圧（ＭＶ）の駆動用途でも使用される。

ＭＭＣ変換器は、相アームを構成するために、直列に接続された複数のセルから構成される。一般的なＭＭＣセルは、ハーフブリッジ又はフルブリッジである。ハーフブリッジセルは、電圧を一方向に遮断する一方で、フルブリッジセルは、電圧を双方向に遮断する。ＭＭＣセルは、大抵は絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む。

製造用の変換器の分野では、変換器の定格電流及び定格電圧は、広範囲の用途に適合させるために広範囲に及び得る。多数のセルが、要求される定格電圧を達成するために直列に設置されることで、様々な定格電圧が簡単に提供される。しかしながら、一般に、当該変換器の定格電流は、１つの単一セルの定格電流の範囲内にある。したがって、変換器の定格電流を生成するためには、様々な定格電流を有する様々なセルの構成が要求されるか、又は、低電流用の変換器の構成に対するセル定格電流は使用されない。その結果、単位ｋＷ当たりのコストが高くなる。

従来のＭＭＣセルの構成は、市販品として入手可能である。多くのＭＭＣセルの構成が、以下の刊行物に記載されている。

Ｋ．Ｓｈａｒｉｆａｂａｄｉ，Ｌ．Ｈａｒｎｅｆｏｒｓ，Ｈ－Ｐ．Ｎｅｅ，Ｓ．ＮｏｒｒｇａａｎｄＲ．Ｔｅｏｄｏｒｅｓｃｕ，"Ｄｅｓｉｇｎ，ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒｓｆｏｒＨＶＤＣＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，"ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ／ＩＥＥＰｒｅｓｓ，２０１６Ｍ．Ｍｅｒｌｉｎ，"ＨＶＤＣａｃｔｉｖｉｔｙａｔＩｍｐｅｒｉａｌＣｏｌｌｅｇｅ"２０１５，ｓｌｉｄｅｓ１６－１８ＡｌｓｔｏｍＧｒｉｄ／ＧＥｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ：Ｃ．Ｂａｒｋｅｒ，ＨＶＤＣＰｌｅｎａｒｙＳｅｓｓｉｏｎ，ＩＥＥＥＥＰＥＣ２０１１Ｃ．Ｂａｒｔｚｓｃｈ，Ｈ．Ｈｕａｎｇ，Ｔ．ＷｅｓｔｅｒｗｅｌｌｅｒａｎｄＭ．Ｄａｖｉｅｓ，"ＨＶＤＣＰＬＵＳａｎｄＳＶＣＰＬＵＳ：ＲｅｌｉａｂｌｅａｎｄＣｏｓｔ－ｅｆｆｅｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｏｌｕｔｉｏｎｓｗｉｔｈＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，"２０１１

上記の従来の技術による問題点は、セルの構成が特定の構成及び定格電流に対して高度に最適化されていることである。当該特定の定格電流に対する最適化は、例えばＩＧＢＴ／ダイオードモジュールの選択とセルコンデンサとバイパススイッチとに影響を及ぼす。多くの場合、当該定格電流は、予め設定された電流値の割り当てとして与えられる。例えば、全定格のセルは、予め設定された全ての電流を通電できる。半定格のセルは、予め設定された電流の半分だけを通電できる。半定格のセルの寸法が、理論的には半分になる一方で、例えばＩＧＢＴモジュールが、全定格のセルの定格電流だけに適合可能であるならば、当該構成要素は使用不可能である。半定格のセルの構成要素が入手可能であっても、それぞれの半定格のセルは、依然として、全定格のセルと同じ数量の制御構成要素、すなわち同じ数量のセル制御装置、電流／電圧センサ、セル電源等を必要とし、機械構成要素の同様なコスト及び容積を必要とする。複数のセル用のラック支持構造も異なり得る。何故なら、当該寸法が異なるからである。したがって、半定格のセルのコスト及び容積は、全定格のセルのコスト及び容積の半分よりも遥かに大きい。したがって、実際のＭＭＣ変換器はより高価であり（ユーロ／ｋＷ）、その電力密度はより低い（ｋＷ／ｍ^３）。さらに、当該半定格のセルは、関連するエンジニアリングコストを伴って独立した構成を必要とする。

フルブリッジセルが要求されるならば、適応性の欠如も明らかである。半定格のセルの構成要素が入手できない場合、半定格のフルブリッジセルが、同様に、関連するエンジニアリングコストを伴って独立した構成を必要とする。

したがって、本発明の課題は、安価であり、高い電力密度を有し、様々な構成及び定格電流に対して使用され得るスイッチングセルを提供することにある。

この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。従属請求項は、本発明の有益な実施の形態を含む。

特に、本発明は、共通のセル構成を示す。当該セル構成は、全定格の１つのセル又は半定格の直列の２つのセルに対して同じ基本機械構成を使用する。当該半定格の直列の２つのセルの単位電力及び単位電力密度当たりのコストは、当該全定格の１つのセルと同じである。これらのセルは、主に共通の構成を共有でき、当該構成を簡単にし、より低いコストのシステムを実現する。

本発明は、特に、ベースモジュールを有する高電圧直流電力変換のモジュラースイッチングセルによって解決される。当該ベースモジュールは、第１スイッチングユニットと第２スイッチングユニットと第１コンデンサと第２コンデンサとを有する。これらの構成要素：すなわち当該第１スイッチングユニットと当該第２スイッチングユニットと当該第１コンデンサと当該第２コンデンサとの全てが、筐体上に設置されている。こうして、当該ベースモジュールは、異なる構成に到達するために、これらの構成要素の異なる相互接続を可能にする。当該第１スイッチングユニット及び当該第２スイッチングユニットは、好ましくはＩＧＢＴを含む。

当該ベースモジュールが、少なくとも３つの異なる母線セットを受け容れるように適合されていて、それぞれの母線セットは、当該第１スイッチングユニットと当該第２スイッチングユニットと当該コンデンサと当該第２コンデンサとを相互接続するための複数の母線を含む。それぞれの母線セットが、当該ベースモジュールの異なる構成を可能にする。特に、これらの母線セットのうちの１つの母線セットが、第１セル端子と第２セル端子との間の２つの並列のハーフブリッジ回路を可能にする。さらに、これらの母線セットのうちの別の１つの母線セットが、当該第１セル端子と当該第２セル端子との間の２つの直列のハーフブリッジ回路を可能にする。さらに、これらの母線セットのうちの別の１つの母線セットが、当該第１セル端子と当該第２セル端子との間の１つのフルブリッジ回路を可能にする。したがって、それぞれの母線セットが、上記のベースモジュールの構成要素を多様に相互接続する。したがって、当該ベースモジュールは、様々なセルの種類に対して使用され得て、特に様々な定格電流及び構成に対して使用され得る。したがって、当該モジュラースイッチングセルは、安価であり、高い電力密度を可能にする。

したがって、本発明は、共通のセル構成を提供する。当該共通のセル構成は、全定格の１つのセル又は半定格の直列の２つのセルに対して、同じ基本機械構成、すなわちベースモジュールを使用する。当該半定格の直列の２つのセルの単位電力及び単位電力密度当たりのコストは、当該全定格の１つのセルと同じである。これらのセル方式は、主に共通の構成を共有でき、当該構成を簡単にし、より低いコストのシステムを実現する。

好ましくは、当該第１スイッチングユニットは、第１交流電圧端子と、第１直流負極端子と、第１直流正極端子と、当該第１交流電圧端子と当該第１直流負極端子との間の第１スイッチと、当該第１交流電圧端子と第１直流正極端子との間の第２スイッチとを有する。こうして、当該第１スイッチングユニットは、好ましくはハーフブリッジモジュールとして構成されている。さらに、当該第２スイッチングユニットは、好ましくは第２交流電圧端子と、第２直流負極端子と、第２直流正極端子と、当該第２交流電圧端子と当該第２直流負極端子との間の第３スイッチと、当該第２交流電圧端子と当該第２直流正極端子との間の第４スイッチとを有する。同様に、当該第２スイッチングユニットは、好ましくはハーフブリッジモジュールとして構成されている。当該それぞれの母線セットの当該複数の母線が、当該第１スイッチングユニットと当該第２スイッチングユニットと当該第１コンデンサと当該第２コンデンサとの全ての端子を相互接続するように、当該ベースモジュールは、それぞれの母線セットを受け容れるように適合されている。こうして、特に、当該第１交流電圧端子と当該第１直流負極端子と当該第１直流正極端子と当該第２交流電圧端子と当該第２直流負極端子と当該第２直流正極端子と当該第１コンデンサと当該第２コンデンサとが相互接続されている。これらの母線が、当該並列の２つのハーフブリッジ回路と当該直列の２つのハーフブリッジ回路と当該１つのフルブリッジ回路とのうちの１つのブリッジ回路を構成するように、これらの母線は設けられている。したがって、異なる回路が設けられる必要がある場合、これらの母線が異なるだけで済む。１つのベースモジュールが、様々な電力変換器を実装するために使用され得る。

好適な実施の形態では、少なくとも当該第１直流負極端子が、当該筐体に電気接続されている。当該筐体は、好ましくは筐体アースとして機能する。複数の母線セットによって規定されるセル構成に依存して、当該第２直流正極端子又は当該第２直流負極端子が、好ましくは当該筐体に接続されている。特に１つの筐体アース電位だけが、モジュラースイッチングセル内に存在するように、全てのスイッチングユニットが、同じ筐体アースを共有することが好ましい。

さらに好ましくは、当該第１スイッチングユニットの当該第１スイッチ及び当該第２スイッチ並びに当該第２スイッチングユニットの当該第３スイッチ及び当該第４スイッチの全てが、電子スイッチを含む。当該電子スイッチは、特に絶縁ゲートバイポーラトランジスタとダイオードとを有する。これらは、互いに並列に配線されている。ＩＧＢＴの代わりに、集積化ゲート転流型サイリスタ（ＩＧＣＴ）、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯサイリスタ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又はバイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）のようなその他の電子スイッチも使用され得る。様々なモジュラースイッチングセル、すなわち電力変換器を実現するため、これらの全ての構成要素は、様々な方法で、すなわち様々な母線セットを介して結合され得る。

当該モジュラースイッチングセルは、好ましくは個別の制御装置を含む。当該制御装置は、当該第１スイッチングユニットの当該第１スイッチ及び当該第２スイッチ並びに当該第２スイッチングユニットの当該第３スイッチ及び当該第４スイッチを切り替えるように適合されている。こうして、当該モジュラースイッチングセルへの電力入力が、最適な電力変換で実行され得る。当該変換された電力が出力される。したがって、全てのスイッチの全ての制御が、当該個別の制御装置によって有益に制御される。

さらに好ましくは、当該第１スイッチングユニットは、第１サブスイッチングユニット及び第２サブスイッチングユニットを含む。この場合、当該第１スイッチングユニット及び当該第２スイッチングユニットは、ハーフブリッジモジュール（例えば、ハーフブリッジＩＧＢＴ）ではなくて、個別のスイッチモジュール（例えば、ＩＧＢＴ）である。当該第１サブスイッチングユニットは、好ましくは当該第１交流電圧端子と当該第１直流負極端子と当該第１スイッチとを含む。当該第２サブスイッチングユニットは、好ましくは当該第１交流電圧端子と当該第１直流正極端子と当該第２スイッチとを含む。したがって、当該第１スイッチング要素の相互接続は、複数の母線セットを介して依然として可能である。この場合、当該２つのサブスイッチングユニットが、別々に接続される必要がある。こうして、当該第２スイッチングユニットは、好ましくは第３サブスイッチングユニットと第４サブスイッチングユニットとを含む。当該第３サブスイッチングユニットは、当該第２交流電圧端子と当該第２直流負極端子と当該第３スイッチとを含む。当該第４サブスイッチングユニットは、当該第２交流電圧端子と当該第２直流正極端子と当該第４スイッチとを含む。したがって、当該第２スイッチングユニットは、複数の母線セットを介して別々に接続される２つのサブスイッチングユニットも含む。

さらに好ましくは、ヒートシンクが設けられている。当該ヒートシンクは、特に１つよりも多いスイッチングユニットの熱を放散するために設けられている。好ましくは、共通のヒートシンクが、当該第１スイッチングユニットと当該第２スイッチングユニットと当該第１コンデンサと当該第２コンデンサとに装備されている。したがって、当該セルの電力密度が増大され、当該セルを設けるためのコストが減少される。

当該モジュラースイッチングセルは、当該第１セル端子と当該第２セル端子との間に設けられたバイパススイッチを有する。当該バイパススイッチは、当該第１セル端子と当該第２セル端子とをショートカットすることによって当該スイッチングセルをバイパスするように適合されている。変換器が、上記のように当該モジュラースイッチングセルに実装されている場合、例えばスイッチングセルの損傷時に、当該バイパススイッチは、それぞれのスイッチングセルを使用不可能にする。１つのスイッチングセルの故障が、当該変換器の全体の故障に導かない。別の実施の形態では、当該バイパススイッチは省略され、構成要素の故障時に、当該スイッチングセルの構成要素が、当該第１セル端子と当該第２セル端子とをショートカットするように適合されている。

別の好適な実施の形態では、当該第１スイッチングユニットと当該第２スイッチングユニットと当該第１コンデンサと当該第２コンデンサとの全てが、当該複数の母線セットを介して同じ側面から電気接続可能である。したがって、当該母線セットは、全ての構成要素を相互接続するためにベースモジュールの片面上に配置されるだけで済む。したがって、様々なセル構成、特に上記のセル構成が簡単に設けられ得る。

さらに、本発明は、上記のモジュラースイッチングセルと、第１母線セットと第２母線セットと第３母線セットとのうちの少なくとも２つの母線セットとを含むシステムに関する。したがって、当該システムは、様々なセル構成を設けるように構成され得る。変換器が、好ましくはこれらのシステムのうちの幾つかのシステムから実装され得る。当該システムでは、当該第１コンデンサは、第１コンデンサ端子と第２コンデンサ端子との間に設けられていて、当該第２コンデンサは、第３コンデンサ端子と第４コンデンサ端子との間に設けられている。これらの全てのコンデンサ端子は、複数のスイッチングユニットとこれらのコンデンサとを接続するために、当該母線セットの複数の母線を介して接続され得る。様々な構成が、当該異なる母線セットによって設けられ得る。次いで、これらの異なる母線セットを説明する。

当該第１母線セットは、第１母線と第２母線と第３母線とを含む。当該第１母線は、当該第１直流負極端子と当該第２直流負極端子と当該第２コンデンサ端子と当該第４コンデンサ端子とを電気接続する。当該第２母線は、当該第１直流正極端子と当該第２直流正極端子と当該第１コンデンサ端子と当該第３コンデンサ端子とを電気接続する。最後に、当該第１交流電圧端子と当該第２交流電圧端子とが、当該第３母線を介して電気接続されている。このセル構成では、当該第１母線は、当該第２セル端子であり、当該第３母線は、当該第１セル端子である。したがって、当該第１母線セットは、好ましくは全定格の１つのハーフブリッジセルを規定する。これは、複数のスイッチングユニットが、半定格であり、当該第１母線セットを介して並列に接続されていることを意味する。したがって、当該セル構成は、ハーフブリッジである一方で、それぞれのスイッチングユニットは、好ましくはそれぞれのセルに通電する電流の半分の電流を通電させる。

追加の又は代わりの実施の形態では、当該第２母線セットは、第４母線と第５母線と第６母線と第７母線と第８母線とを含む。当該第４母線は、当該第１交流電圧端子に電気接続されている。当該第５母線は、当該第１直流正極端子と当該第１コンデンサ端子とを電気接続する。当該第２直流負極端子と当該第４コンデンサ端子とが、当該第６母線を介して電気接続されている。当該第７母線は、当該第１直流負極端子と当該第２直流正極端子と当該第２コンデンサ端子と当該第３コンデンサ端子とを電気接続する。最後に、当該第８母線は、当該第２交流電圧端子に電気接続されている。このセル構成によれば、当該第４母線は、当該第１セル端子であり、当該第８母線は、当該第２セル端子である。このセル構成では、半定格の１つのデュアルセルが設けられている。これは、当該セルが半定格の２つのセルの機能を満たすように、２つのスイッチングユニットが直列に接続されていることを意味する。

別の追加の又は代わりの実施の形態では、当該第３母線セットが、上記の第２母線と上記の第４母線と上記の第８母線と第９母線とを含む。第９母線は、当該第１直流負極端子と当該第２直流負極端子と当該第２コンデンサ端子と当該第４コンデンサ端子とを電気接続する。このセル構成は、半定格の１つのフルブリッジを実現する。したがって、複数のスイッチングユニットが、１つのフルブリッジを構成するように、これらのスイッチングユニットは結合されている。特に、上記のように、それぞれのスイッチングユニットは、１つのハーフブリッジモジュールである。その結果、これらのハーフブリッジモジュールは、当該第３母線セットによって１つのフルブリッジに設定される。

したがって、同じベースモジュールから、すなわち同じスイッチングユニット及びコンデンサから、少なくとも３つの異なるセル構成が、当該第１母線セットと当該第２母線セットと当該第３母線セットとのうちの１つの母線セットに当該ベースモジュールを結合するだけで製造され得る。これは、様々なセルの種類及び／又は変換器の提供において向上された適応性を可能にする。

それぞれの母線セットの複数の母線は、好ましくは積層状の母線である。積層状の母線を提供することによって、スイッチングユニット及びコンデンサを相互接続するために必要とされるスペースが低減される。さらに、電気特性が向上され、例えば漂遊インダクタンスが減少される。

それぞれの母線セットは、当該スイッチングセルを当該電力変換器の他の構成要素、特に他のスイッチングセルに電気接続するために配置された当該第１セル端子と当該第２セル端子とを規定する複数の母線を含む。したがって、変換器を実装するため、それぞれのセルが、当該セル端子を構成するそれぞれの母線セットを介して接続されている。

また、本発明は、高電圧直流電力変換器に関する。当該変換器は、三相電圧入力部を含み、且つこの三相電圧入力部のそれぞれの相に対して、上記の複数のスイッチングセルを含む。当該複数のスイッチングセルは、直列に接続されている。

したがって、当該電力変換器は、上記の適応性があり、高価でないスイッチングセルを備え得る。この場合、当該スイッチングセルは、特に高いエネルギー密度を有する。

最後に、本発明は、モジュラースイッチングセルを製造する方法に関する。当該方法は、ベースモジュールが第１スイッチングユニットと第２スイッチングユニットと第１コンデンサと第２コンデンサとを筐体の片面上に取り付けることによって設けられるステップを有する。このベースモジュールは、様々なセル構成を実現するために様々な母線セットを受け容れるように適合されている。それ故に、少なくとも２つの異なる母線セットが設けられている。それぞれの母線セットは、当該第１スイッチングユニットと当該第２スイッチングユニットと当該第１コンデンサと当該第２コンデンサとを相互接続するために複数の母線を含む。それぞれの母線セットの当該複数の母線が、第１セル端子と第２セル端子との間の並列の２つのハーフブリッジ回路と、当該第１セル端子と当該第２セル端子との間の直列の２つのハーフブリッジ回路と、当該第１セル端子と当該第２セル端子との間の１つのフルブリッジ回路と、のうちの１つのブリッジ回路を構成するように適合されている。したがって、それぞれの母線セットは、当該ベースモジュールの複数の構成要素を様々に相互接続することによって別のセル構成を可能にする。最後のステップとして、当該複数の母線セットのうちの１つの母線セットが、当該ベース要素上に取り付けられる。当該それぞれの母線セットを当該ベース要素上に取り付けることによって、上記の列挙された複数の構成のうちの１つの構成を有するスイッチングセルが提供される。当該複数の母線セットのうちの任意の１つの母線セットが、当該ベースモジュール上に取り付けられ得るので、当該方法は、異なる種類のスイッチングセルを提供する簡単で且つ適応性のある方法である。

さらなる実施の形態及び利点は、以下の図面の説明から明らかになる。

本発明の実施の形態による高電圧直流電力変換器の概略図である。本発明の実施の形態による高電圧直流電力変換器の位相出力電圧の概略図である。本発明の実施の形態による高電圧直流電力変換器のハーフブリッジスイッチングセルの概略図である。本発明の実施の形態による高電圧直流電力変換器のフルブリッジスイッチングセルの概略図である。本発明の実施の形態によるスイッチングセルの概略図である。本発明の実施の形態によるスイッチングセルのベースモジュールの概略図である。本発明の実施の形態によるスイッチングセルの第１別形態の概略図である。本発明の実施の形態によるスイッチングセルの第１別形態の概略配線図である。本発明の実施の形態によるスイッチングセルの第２別形態の概略図である。本発明の実施の形態によるスイッチングセルの第２別形態の概略配線図である。本発明の実施の形態によるスイッチングセルの第３別形態の概略図である。本発明の実施の形態によるスイッチングセルの第３別形態の概略配線図である。本発明の別の実施の形態によるスイッチングセルの概略図である。さらにもう１つの別形態におけるスイッチングセルの概略配線図である。

図１は、特に送電で使用するための高電圧直流電力変換器２０の概略配線図である。高電圧直流電力変換器２０は、三相電圧入力部６００を有し、直流電圧を出力するように適合されている。三相電圧入力部６００のそれぞれの相に対して、複数のスイッチングセル１が直列に接続されている。したがって、図２に示されているように、１つの相の出力電圧３００が、複数の個別スイッチングセル１の複数のセル電圧４００に分割され得る。これらのスイッチングセル１をそれぞれスイッチングすることによって、位相出力電圧３００が、直流電圧に変換され得る。

図３及び４は、異なるセルの種類のスイッチングセル１を示す。全てのスイッチングセル１が、第１セル端子１００と第２セル端子２００との間で給電される。図３には、ハーフブリッジが示されている一方で、図４は、フルブリッジが示されている。当該ハーフブリッジは、電流を一方向だけで遮断できる一方で、当該フルブリッジは、電流を二方向で遮断できる。したがって、図３に示されたハーフブリッジの構成は、個別の１つの第１スイッチングユニット２だけを使用するスイッチングセル１である。他方で、図４に示されたフルブリッジの構成によるスイッチングセル１は、１つの第１スイッチングユニット２と１つの第２スイッチングユニット３とを有する。この実施の形態では、第１スイッチングユニット２及び第２スイッチングユニット３は、ハーフブリッジ要素である。したがって、第１スイッチングユニット２及び第２スイッチングユニット３の２つのハーフブリッジ要素が、図４の１つのフルブリッジを構成するために結合されている。

したがって、それぞれのスイッチングユニット２，３は、２つのＩＧＢＴ８０及び２つのダイオード９０を有する。１つのＩＧＢＴ８０及び１つのダイオード９０は、並列に接続されていて、二組の並列のＩＧＢＴ８０及びダイオード９０は、直列に接続されている。こうして、上記のハーフブリッジ要素が構成される。

それぞれのスイッチングセル１は、少なくとも１つの第１コンデンサ４をさらに有する。第１コンデンサ４は、スイッチングユニット２，３に対して並列に提供されている。したがって、複数のスイッチングセル１が、それぞれのスイッチングセル１の第１セル端子１００と第２セル端子２００との間の位相出力電圧３００を複数個のセル電圧に分割する。その結果、これらのスイッチングセル１は、位相出力電圧３００を直流電圧に変換するために使用され得る。

バイパススイッチ１９が、１つのセルの故障時にそのスイッチングセル１への通電をバイパスし、したがって変換器２０を稼働状態に保持することを可能にするために設けられてもよい。このバイパススイッチ１９は、サイリスタ、機械式の接触子又は速く動作する火工装置と組み合わせて使用することによって実現されてもよい。当該セルで使用される半導体スイッチが、短絡部を兼ねるならば、例えば特別に設計されたプレスパックＩＧＢＴ又は集積化ゲート転流型サイリスタ（ＩＧＣＴ）であるならば、バイパススイッチ１９は不要である。

図５は、本発明の実施の形態によるスイッチングセル１の概略図である。スイッチングセル１は、図３及び４に示されたような第１スイッチングユニット２及び第２スイッチングユニット３を有し、同様に第１コンデンサ４及び第２コンデンサ５を有する。図５は、共通の筐体１５上に取り付けられている第１スイッチングユニット２、第２スイッチングユニット３、第１コンデンサ４及び第２コンデンサ５を示す。スイッチングセル１が、流体を冷却するための個別の流入口１７ａ及び流出口１７ｂだけを有するように、２つのスイッチングユニット２，３は、同じヒートシンク１７も共有する。スイッチングセル１は、特にスイッチングユニット２，３のＩＧＢＴ８０を駆動させる共通の制御装置１６も有する。したがって、スイッチングセル１は、１つのスイッチングユニットだけを有する２つの個別セルと比べてより高いエネルギー密度を有する。さらに、全ての構成要素が、同じ筐体１５上に設けられているので、筐体１５は、共通の筐体アースとして機能する。

スイッチングセル１は、決まったセル構成をとらない。むしろ、スイッチングセル１は、様々なセル構成をとるように構成され得る。その結果、様々な要求に応える変換器２０が柔軟に提供される。様々なセル構成を可能にするため、スイッチングセル１は、第１スイッチングユニット２、第２スイッチングユニット３、第１コンデンサ４及び第２コンデンサ５を含むベースモジュール１８を有する。ベースモジュール１８は、異なる複数組の母線を収容するようにも適合されている。それぞれの母線セットが、様々なセル構成を実現するために様々な方式でベースモジュール１８の複数の構成要素を接続する。

好ましくは、複数の母線セットの複数の母線が、ベースモジュール１８の複数の構成要素を全ての側面から接触させる。したがって、これらの母線セットを取り付けることと、第１スイッチングユニット２と第２スイッチングユニット３と第１コンデンサ４と第２コンデンサ５とを電気接続することとが容易になる。

複数の母線セットによって電気接続されるようにするため、第１スイッチングユニット２は、第１交流電圧端子２１と第１直流負極端子２２と第１直流正極端子２３と有する。第１スイッチが、第１交流電圧端子２１と第１直流負極端子２２との間に設けられていて、第２スイッチが、第１交流電圧端子２１と第１直流正極端子２３との間に設けられている。この場合、これらの２つのスイッチは、上記の並列のＩＧＢＴ８０とダイオード９０とから構成される。

同様に、第２スイッチングユニット３は、第２交流電圧端子３１と第２直流負極端子３２と第２直流正極端子３３とを有する。第３スイッチが、第２交流電圧端子３１と第２直流負極端子３２との間に設けられていて、第４スイッチが、第２交流電圧端子３１と第２直流正極端子３３との間に設けられている。同様に、これらの２つのスイッチ、すなわち当該第３スイッチ及び当該第４スイッチは、上記の並列のＩＧＢＴ８０とダイオード９０とから構成される。

第１コンデンサ４は、第１コンデンサ端子４１と第２コンデンサ端子４２との間に設けられていて、第２コンデンサ５は、第３コンデンサ端子５１と第４コンデンサ端子５２との間に設けられている。スイッチングセル１が、片面から複数の母線セットを介して電気接続され得るように、上記の全ての端子が、好ましくはこのスイッチングセル１の同じ側面上にある。

このような基本構成から出発して、スイッチングセル１は、様々なセル構成に決定され得る。特に、２つのスイッチングユニット２，３が、定格電流を増大させるために又はフルブリッジを構成するために並列にされ得る。これらのスイッチングユニット２，３は、従来の２つのスイッチングセルから成るデュアルスイッチングセルを構成するために直列にされてもよい。以下に、３つの異なる構成を示す。これらの全ての構成は、同じベースモジュール１８を有する異なる複数の母線セットによって実現される。

図７及び８には、第１セル端子１００と第２セル端子２００との間の並列の２つのハーフブリッジ回路が示されている。図７は、スイッチングセル１の構成を概略的に示す一方で、図８は、概略的な回路を示す。図９及び１０には、第１セル端子１００と第２セル端子２００との間の直列の２つのハーフブリッジ回路が示されている。図９は、スイッチングセル１の構成を示す一方で、図１０は、概略的な回路を示す。最後に、第１セル端子と第２セル端子２００との間のフルブリッジ回路が、図１１及び１２に示されている。図１１は、スイッチングセル１の構成を概略的に示す一方で、図１２は、概略的な回路を示す。

図７及び８による構成では、第１交流電圧端子２１、第１直流負極端子２２、第１直流正極端子２３、第２交流電圧端子３１、第２直流負極端子３２、第２直流正極端子３３、第１コンデンサ端子４１、第２コンデンサ端子４２、第３コンデンサ端子５１及び第４コンデンサ端子５２を相互接続するため、第１母線６と第２母線７と第３母線８とを含む第１母線セットが使用される。第１直流負極端子２２と第２直流負極端子３２と第２コンデンサ端子４２と第４コンデンサ端子５２とが、第１母線６を介して電気接続されている。第１直流正極端子２３と第２直流正極端子３３と第１コンデンサ端子４１と第３コンデンサ端子５１とが、第２母線７を介して電気接続されている。第３母線８が、第１交流電圧端子２１と第２交流電圧端子３１とを電気接続する。この構成では、第１母線６は、第２セル端子２００であり、第３母線８は、第１セル端子１００である。

特に図８に示されているように、第１コンデンサ４及び第２コンデンサ５と同様に、第１スイッチングユニット２及び第２スイッチングユニット３が、互いに並列に接続されている。したがって、当該複数の構成要素の並列接続は、スイッチングセル１が通電できる電流を２倍にするので、このスイッチングセル１は、全定格のハーフブリッジである。共通の筐体アースが、この筐体１５を介して第１直流負極端子２２と第２負極端子２３とに設けられている。これらの負荷端子は、この構成では同一である。

同じベースモジュール１８が、半定格のデュアルセルを構成するために図９及び１０に示された異なる第２母線セットを用いて設けられ得る。当該第２母線セットは、第４母線９と第５母線１０と第６母線１１と第７母線１２と第８母線１３とを含む。これらの母線は、第１交流電圧端子２１と第１直流負極端子２２と第１直流正極端子２３と第２交流電圧端子３１と第２直流負極端子３２と第２直流正極端子３３と第１コンデンサ端子４１と第２コンデンサ端子４２と第３コンデンサ端子５１と第４コンデンサ端子５２とを相互接続する。

第１交流電圧端子２１が、第４母線９に電気接続されている。第１直流正極端子２３と第１コンデンサ端子４１とが、第５母線１０を介して電気接続されている。第２直流負極端子３２と第４コンデンサ端子５２とが、第６母線１１を介して電気接続されている。第７母線１２が、第１直流負極端子２２と第２直流正極端子３３と第２コンデンサ端子４２と第３コンデンサ端子５１とを電気接続する。最後に、第２直流電圧端子３１が、第８母線１３に電気接続されている。このセルの構成では、第４母線９は、第１セル端子１００であり、第８母線１３は、第２セル端子２００である。したがって、第１スイッチングユニット２と第１コンデンサ４とが、半定格のハーフブリッジを構成する。当該ハーフブリッジは、第２スイッチングユニット３と第２コンデンサ５とから構成された別の半定格のハーフブリッジに直列接続されている。これらの２つの半定格のハーフブリッジが、同じ電源及び制御装置を共有できるように、特にこれらの２つの半定格のハーフブリッジは、互いにミラー対称に構成されている。共通の筐体アースが、筐体１５によって第１直流負極端子２２と第２直流正極端子とに設けられている。これらの端子は、この構成では同一である。

図９及び１０の構成では、当該セルは、２倍のセル電圧５００を出力する。このセル電圧５００は、セル電圧４００の２倍である。したがって、１つの全定格のハーフブリッジ又は２つの半定格のハーフブリッジが、同じ構成要素を用いて設けられ得る。したがって、同じベースモジュール１８が、変換器２０のそれぞれの要求に基づいて異なるセルの形態として設けられ得る。

さらに、図９及び１０の構成では、２つのオプションが、バイパススイッチ１９に対して適用される。２つのバイパススイッチが直列に接続されていて、これらの２つのバイパススイッチ間の中心点が、これらの２つのハーフブリッジ間の中心点に接続されている場合に、１つのバイパススイッチが、２つのハーフブリッジのそれぞれに対して使用されてもよく、又は１つのバイパススイッチが、スイッチングセル１の全体に対して使用されてもよい。２つのバイパススイッチが使用される場合、それぞれのバイパススイッチは、個別のスイッチングセル１と同じ定格電圧を必要とする一方で、スイッチングセル１の全体に対して個別の１つのバイパススイッチを使用する場合は、セル電圧４００の２倍である２倍のセル電圧５００が、バイパススイッチ１９に印加される必要があるので、より高い定格電圧が必要とされる。

最後に、図１１及び１２は、半定格のフルブリッジの構成を示す。この構成では、ハーフブリッジモジュールとして構成されている２つのスイッチングユニット２，３が、結合されて１つのフルブリッジに構成されている。このような構成を実現するため、第３母線セットが、上記の第２母線７、上記の第４母線９、上記の第８母線１３、追加の第９母線１４を含む。第９母線１４が、第１直流負極端子２２と第２直流負極端子３２と第２コンデンサ端子４２と第４コンデンサ端子５２とを電気接続する。筐体１５が、共通の筐体アースを第１直流負極端子２２と第２直流負極端子３２とに設ける。

好ましくは、それぞれの母線セットの複数の母線は、積層状の母線である。当該母線セットは、スイッチングセル１の最適なスイッチングを保証するために、特にＩＧＢＴ８０とコンデンサ４，５との間の漂遊インダクタンスを減少させることに寄与する。

したがって、全定格のハーフブリッジ及び半定格のデュアルハーフブリッジに加えて、別の母線セットが、半定格のフルブリッジを構成するためにベースモジュール１８に設けられ得る。したがって、ただ１つのベースモジュール１８から提供され得る多様な様々なセルの選択肢がある。

図１３は、図７に示されたセルの構成と同じセルの構成を示す。この場合、異なる第１スイッチングユニット２及び第２スイッチングユニット３が使用される。上記の実施の形態では、第１スイッチングユニット２及び第２スイッチングユニット３は、ハーフブリッジモジュールとして示されている。図１３に示されているように、個別のスイッチングモジュールを使用する別の構成も採用され得る。

したがって、第１スイッチングユニット２は、第１サブスイッチングユニット２ａ及び第２サブスイッチングユニット２ｂを含む。第１サブスイッチングユニット２ａは、第１交流電圧端子２１と第１直流負極端子２２とこの第１交流電圧端子２１とこの第１直流負極端子２２との間に設けられた第１スイッチとを有する。また、第２サブスイッチングユニット２ｂは、第１交流電圧端子２１を有し、さらに第１直流正極端子２３とこの第１交流電圧端子２１とこの第１直流正極端子２３との間に設けられた第２スイッチとを含む。同様に、第２スイッチングユニット３は、第３サブスイッチングユニット３ａと第４サブスイッチングユニット３ｂとを含む。第３サブスイッチングユニット３ａは、第２交流電圧端子３１と第２直流負極端子３２とこの第２交流電圧端子３１とこの第２直流負極端子３２との間に設けられた第３スイッチとを有する。第４サブスイッチングユニット３ｂは、第２交流電圧端子３１と第２直流正極端子３３とこの第２交流電圧端子３１とこの第２直流正極端子３３との間に設けられている第４スイッチとを有する。サブスイッチングユニット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂは、第１母線６と第２母線７と第３母線８とを介して別々に接触される必要がある。この場合、セルの構成は、図７に示されたセルの構成と同じままである。スイッチングユニット２，３の構成、すなわちサブスイッチングユニット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの使用は、任意のその他のセルの構成、特に図９及び１１で示された構成に適用され得る。

最後に、図１４は、スイッチングユニット２，３のさらなる構成の選択肢を示す。この構成の選択肢では、スイッチングユニット２，３は、３つのレベルを有するマルチレベルのブリッジレグとして設けられている。このような構成を実現するため、追加のダイオード９０が、それぞれのスイッチングユニット２，３内に含まれている。

要約すると、上記のスイッチングセル１は、様々な目的に対して使用され得る一方で、全てのスイッチングセル１が、同じベース構成要素を共有する。したがって、常に同じハードウェアが、変換器２０用の様々なスイッチングセル１を提供するために採用され得る。ただ一組の制御構成要素、例えば制御装置１６及びヒートシンク１７が設けられるだけで済むので、スイッチングセル１は低コストである。スイッチングセル１では、最大限の構成要素の再利用及び構成の再利用が可能である。さらに、特に半定格の２つのハーフブリッジの場合は、コンパクトなセルの構成が提供される。構成要素の数と冷却材の量と電気接続部とが低減されるので、信頼性が向上する。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下の構成も包含し得る。
１．
・第１スイッチングユニット（２）と、
・第２スイッチングユニット（３）と、
・第１コンデンサ（４）と、
・第２コンデンサ（５）と、
を有するベースモジュール（１８）を備える高電圧直流電力変換器（２０）のモジュラースイッチングセル（１）であって、
前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とが、筐体（１５）上に設置されている当該モジュラースイッチングセル（１）において、
・第１セル端子（１００）と第２セル端子（２００）との間の２つの並列のハーフブリッジ回路と、
・前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間の２つの直列のハーフブリッジ回路と、
・前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間の１つのフルブリッジ回路と、
のうちの１つブリッジ回路を構成するため、ベースモジュール（１８）が、少なくとも３つの異なる母線セットを受け容れるように適合されていて、それぞれの母線セットは、前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とを相互接続するための複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）を含む当該モジュラースイッチングセル（１）。
２．
・前記第１スイッチングユニット（２）は、第１交流電圧端子（２１）と、第１直流負極端子（２２）と、第１直流正極端子（２３）と、前記第１交流電圧端子（２１）と前記第１直流負極端子（２２）との間の第１スイッチと、前記第１交流電圧端子（２１）と第１直流正極端子（２３）との間の第２スイッチとを有し、
・前記第２スイッチングユニット（３）は、第２交流電圧端子（３１）と、第２直流負極端子（３２）と、第２直流正極端子（３３）と、前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流負極端子（３２）との間の第３スイッチと、前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流正極端子（３３）との間の第４スイッチとを有し、
・前記２つの並列のハーフブリッジ回路と前記２つの直列のハーフブリッジ回路と前記１つのフルブリッジ回路とのうちの１つのブリッジ回路を構成するため、前記それぞれの母線セットの前記複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）が、前記第１交流電圧端子（２１）と前記第１直流負極端子（２２）と前記第１直流正極端子（２３）と前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流負極端子（３２）と前記第２直流正極端子（３３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とを相互接続するように、前記ベースモジュール（１８）は、それぞれの母線セットを受け容れるように適合されている上記１に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
３．
少なくとも前記第１直流負極端子（２２）が、前記筐体（１５）に電気接続されていて、
前記筐体（１５）は、筐体アースとして機能する上記２に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
４．
前記第１スイッチングユニット（２）の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチ並びに前記第２スイッチングユニット（３）の前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの全てが、互いに並列に配線されている電子スイッチ、特に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（８０）とダイオード（９０）とを含む上記２又は３に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
５．
前記第１スイッチングユニット（２）の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチ並びに前記第２スイッチングユニット（３）の前記第３スイッチ及び前記第４スイッチを切り替えるように適合された個別の制御装置（１６）を特徴とする上記２～４のいずれか１つに記載のモジュラースイッチングセル（１）。
６．
・前記第１スイッチングユニット（２）は、第１サブスイッチングユニット（２ａ）及び第２サブスイッチングユニット（２ｂ）を含み、
前記第１サブスイッチングユニット（２ａ）は、前記第１交流電圧端子（２１）と前記第１直流負極端子（２２）と前記第１スイッチとを含み、
前記第２サブスイッチングユニット（２ｂ）は、前記第１交流電圧端子（２１）と前記第１直流正極端子（２３）と前記第２スイッチとを含み、
・前記第２スイッチングユニット（３）は、第３サブスイッチングユニット（３ａ）と第４サブスイッチングユニット（３ｂ）とを含み、
前記第３サブスイッチングユニット（３ａ）は、前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流負極端子（３２）と前記第３スイッチとを含み、
前記第４サブスイッチングユニット（３ｂ）は、前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流正極端子（３３）と前記第４スイッチとを含む上記２～５のいずれか１つに記載のモジュラースイッチングセル（１）。
７．
共通のヒートシンク（１７）が、前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とに装備されている上記２～６のいずれか１つに記載のモジュラースイッチングセル（１）。
８．
バイパススイッチ（１９）が、前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間に設けられていて、
前記バイパススイッチ（１９）は、前記モジュラースイッチングセル（１）をバイパスするように適合されている上記２～７のいずれか１つに記載のモジュラースイッチングセル（１）。
９．
前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）との全てが、前記複数の母線セットを介して同じ側面から電気接続可能である上記２～８のいずれか１つに記載のモジュラースイッチングセル（１）。
１０．
請求項２～９のいずれか１つに記載のモジュラースイッチングセル（１）と、第１母線セットと第２母線セットと第３母線セットとのうちの少なくとも２つの母線セットとを含むシステムにおいて、
前記第１コンデンサ（４）は、第１コンデンサ端子（４１）と第２コンデンサ端子との間に設けられていて、前記第２コンデンサ（５）は、第３コンデンサ端子（５１）と第４コンデンサ端子（５２）との間に設けられていて、
・前記第１母線セットは、第１母線（６）と第２母線（７）と第３母線（８）とを含み、前記第１直流負極端子（２２）と前記第２直流負極端子（３２）と前記第２コンデンサ端子（４２）と前記第４コンデンサ端子（５２）とが、前記第１母線（６）を介して電気接続されていて、
前記第１直流正極端子（２３）と前記第２直流正極端子（３３）と前記第１コンデンサ端子（４１）と前記第３コンデンサ端子（５１）とが、前記第２母線（７）を介して電気接続されていて、
前記第１交流電圧端子（２１）と前記第２交流電圧端子（３１）とが、前記第３母線（８）を介して電気接続されていて、
前記第１母線（６）は、前記第２セル端子（２００）であり、前記第３母線（８）は、前記第１セル端子（１００）であること、及び／又は
・前記第２母線セットは、第４母線（９）と第５母線（１０）と第６母線（１１）と第７母線（１２）と第８母線（１３）とを含み、
前記第１交流電圧端子（２１）が、前記第４母線（９）に電気接続されていて、
前記第１直流正極端子（２３）と前記第１コンデンサ端子（４１）とが、前記第５母線（１０）を介して電気接続されていて、
前記第２直流負極端子（３２）と前記第４コンデンサ端子（５２）とが、前記第６母線（１１）を介して電気接続されていて、
前記第１直流負極端子（２２）と前記第２直流正極端子（３３）と前記第２コンデンサ端子（４２）と前記第３コンデンサ端子（５１）とが、前記第７母線（１２）を介して電気接続されていて、
前記第２交流電圧端子（３１）が、前記第８母線（１３）を介して電気接続されていて、
前記第４母線（９）は、前記第１セル端子（１００）であり、前記第８母線（１３）は、前記第２セル端子（２００）であること、及び／又は
・前記第３母線セットが、前記第２母線（７）と前記第４母線（９）と前記第８母線（１３）と第９母線（１４）とを含み、
前記第１直流負極端子（２２）と前記第２直流負極端子（３２）と前記第２コンデンサ端子（４２）と前記第４コンデンサ端子（５２）とが、第９母線（１４）を介して電気接続されている当該システム。
１１．
それぞれの母線セットの複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）は、積層状の母線である上記１０に記載のシステム。
１２．
それぞれの母線セットは、前記モジュラースイッチングセル（１）を前記高電圧直流電力変換器（２０）の他の構成要素、特に他のモジュラースイッチングセル（１）に電気接続するために配置された前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）とを規定する複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）を含む上記１０又は１１に記載のシステム。
１３．
三相電圧入力部（６００）を含み、且つこの三相電圧入力部（６００）のそれぞれの相に対して、請求項１～９のいずれか１つに記載の複数のモジュラースイッチングセル（１）を含む高電圧直流電力変換器（２０）であって、
複数の前記モジュラースイッチングセル（１）は、直列に接続されている当該高電圧直流電力変換器（２０）。
１４．
・第１スイッチングユニット（２）と第２スイッチングユニット（３）と第１コンデンサ（４）と第２コンデンサ（５）とを筐体（１５）上に取り付けることによってベースモジュール（１８）を設けるステップと、
・前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とを相互接続するための複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）をそれぞれ含む少なくとも２つの異なる母線セットを設けるステップであって、それぞれの母線セットの前記複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）が、
第１セル端子（１００）と第２セル端子（２００）との間の並列の２つのハーフブリッジ回路と、
前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間の直列の２つのハーフブリッジ回路と、
前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間の１つのフルブリッジ回路と、
のうちの１つのブリッジ回路を構成するように適合されているステップと、
・前記複数の母線セットのうちの１つの母線セットをベースモジュール（１８）上に取り付けるステップとを特徴とするモジュラースイッチングセル（１）を製造する方法。

１スイッチングセル
２第１スイッチングユニット
２１第１交流電圧端子
２２第１直流負極端子
２３第１直流正極端子
３第２スイッチングユニット
３１第２交流電圧端子
３２第２直流負極端子
３３第２直流正極端子
４第１コンデンサ
４１第１コンデンサ端子
４２第２コンデンサ端子
５第２コンデンサ
５１第３コンデンサ端子
５２第４コンデンサ端子
６第１母線
７第２母線
８第３母線
９第４母線
１０第５母線
１１第６母線
１２第７母線
１３第８母線
１４第９母線
１５筐体
１６制御装置
１７ヒートシンク
１７ａ流入口
１７ｂ流出口
１８ベースモジュール
１９バイパススイッチ
２０変換器
８０ＩＧＢＴ
９０ダイオード
１００第１セル端子
２００第２セル端子
３００位相出力電圧
４００セル電圧
５００ダブルセル電圧
６００三相電圧入力部

Claims

・第１スイッチングユニット（２）と、
・第２スイッチングユニット（３）と、
・第１コンデンサ（４）と、
・第２コンデンサ（５）と、
を有するベースモジュール（１８）を備える高電圧直流電力変換器（２０）のモジュラースイッチングセル（１）であって、
前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とが、筐体（１５）上に設置されている当該モジュラースイッチングセル（１）において、
・第１セル端子（１００）と第２セル端子（２００）との間の２つの並列のハーフブリッジ回路と、
・前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間の２つの直列のハーフブリッジ回路と、
・前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間の１つのフルブリッジ回路と、
のうちの１つブリッジ回路を構成するため、同じベースモジュール（１８）が、少なくとも３つの異なる母線セットを受け容れるように適合されていて、それぞれの母線セットは、前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とを相互接続するための複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）を含み、
少なくとも３つの異なるセル構成が、複数の前記母線セットに同じベースモジュールを結合することによって形成されることを特徴とするモジュラースイッチングセル（１）。
・前記第１スイッチングユニット（２）は、第１交流電圧端子（２１）と、第１直流負極端子（２２）と、第１直流正極端子（２３）と、前記第１交流電圧端子（２１）と前記第１直流負極端子（２２）との間の第１スイッチと、前記第１交流電圧端子（２１）と第１直流正極端子（２３）との間の第２スイッチとを有し、
・前記第２スイッチングユニット（３）は、第２交流電圧端子（３１）と、第２直流負極端子（３２）と、第２直流正極端子（３３）と、前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流負極端子（３２）との間の第３スイッチと、前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流正極端子（３３）との間の第４スイッチとを有し、
・前記２つの並列のハーフブリッジ回路と前記２つの直列のハーフブリッジ回路と前記１つのフルブリッジ回路とのうちの１つのブリッジ回路を構成するため、それぞれの母線セットの前記複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）が、前記第１交流電圧端子（２１）と前記第１直流負極端子（２２）と前記第１直流正極端子（２３）と前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流負極端子（３２）と前記第２直流正極端子（３３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とを相互接続するように、前記同じベースモジュール（１８）は、それぞれの母線セットを受け容れるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
少なくとも前記第１直流負極端子（２２）が、前記筐体（１５）に電気接続されていて、
前記筐体（１５）は、筐体アースとして機能することを特徴とする請求項２に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
前記第１スイッチングユニット（２）の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチ並びに前記第２スイッチングユニット（３）の前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの全てが、互いに並列に配線されている電子スイッチ、特に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（８０）とダイオード（９０）とを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
前記第１スイッチングユニット（２）の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチ並びに前記第２スイッチングユニット（３）の前記第３スイッチ及び前記第４スイッチを切り替えるように適合された個別の制御装置（１６）を特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
・前記第１スイッチングユニット（２）は、第１サブスイッチングユニット（２ａ）及び第２サブスイッチングユニット（２ｂ）を含み、
前記第１サブスイッチングユニット（２ａ）は、前記第１交流電圧端子（２１）と前記第１直流負極端子（２２）と前記第１スイッチとを含み、
前記第２サブスイッチングユニット（２ｂ）は、前記第１交流電圧端子（２１）と前記第１直流正極端子（２３）と前記第２スイッチとを含み、
・前記第２スイッチングユニット（３）は、第３サブスイッチングユニット（３ａ）と第４サブスイッチングユニット（３ｂ）とを含み、
前記第３サブスイッチングユニット（３ａ）は、前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流負極端子（３２）と前記第３スイッチとを含み、
前記第４サブスイッチングユニット（３ｂ）は、前記第２交流電圧端子（３１）と前記第２直流正極端子（３３）と前記第４スイッチとを含むことを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
共通のヒートシンク（１７）が、前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とに装備されていることを特徴とする請求項２～６のいずれか１項に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
バイパススイッチ（１９）が、前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間に設けられていて、
前記バイパススイッチ（１９）は、前記モジュラースイッチングセル（１）をバイパスするように適合されていることを特徴とする請求項２～７のいずれか１項に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）との全てが、複数の前記母線セットを介して同じ側面から電気接続可能であることを特徴とする請求項２～８のいずれか１項に記載のモジュラースイッチングセル（１）。
請求項２～９のいずれか１項に記載のモジュラースイッチングセル（１）と、第１母線セットと第２母線セットと第３母線セットとのうちの少なくとも２つの母線セットとを含むシステムにおいて、
前記第１コンデンサ（４）は、第１コンデンサ端子（４１）と第２コンデンサ端子との間に設けられていて、前記第２コンデンサ（５）は、第３コンデンサ端子（５１）と第４コンデンサ端子（５２）との間に設けられていて、
・前記第１母線セットは、第１母線（６）と第２母線（７）と第３母線（８）とを含み、前記第１直流負極端子（２２）と前記第２直流負極端子（３２）と前記第２コンデンサ端子（４２）と前記第４コンデンサ端子（５２）とが、前記第１母線（６）を介して電気接続されていて、
前記第１直流正極端子（２３）と前記第２直流正極端子（３３）と前記第１コンデンサ端子（４１）と前記第３コンデンサ端子（５１）とが、前記第２母線（７）を介して電気接続されていて、
前記第１交流電圧端子（２１）と前記第２交流電圧端子（３１）とが、前記第３母線（８）を介して電気接続されていて、
前記第１母線（６）は、前記第２セル端子（２００）であり、前記第３母線（８）は、前記第１セル端子（１００）であること、及び／又は
・前記第２母線セットは、第４母線（９）と第５母線（１０）と第６母線（１１）と第７母線（１２）と第８母線（１３）とを含み、
前記第１交流電圧端子（２１）が、前記第４母線（９）に電気接続されていて、
前記第１直流正極端子（２３）と前記第１コンデンサ端子（４１）とが、前記第５母線（１０）を介して電気接続されていて、
前記第２直流負極端子（３２）と前記第４コンデンサ端子（５２）とが、前記第６母線（１１）を介して電気接続されていて、
前記第１直流負極端子（２２）と前記第２直流正極端子（３３）と前記第２コンデンサ端子（４２）と前記第３コンデンサ端子（５１）とが、前記第７母線（１２）を介して電気接続されていて、
前記第２交流電圧端子（３１）が、前記第８母線（１３）を介して電気接続されていて、
前記第４母線（９）は、前記第１セル端子（１００）であり、前記第８母線（１３）は、前記第２セル端子（２００）であること、及び／又は
・前記第３母線セットが、前記第２母線（７）と前記第４母線（９）と前記第８母線（１３）と第９母線（１４）とを含み、
前記第１直流負極端子（２２）と前記第２直流負極端子（３２）と前記第２コンデンサ端子（４２）と前記第４コンデンサ端子（５２）とが、第９母線（１４）を介して電気接続されている当該システム。
それぞれの母線セットの複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）は、積層状の母線であることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
それぞれの母線セットは、前記モジュラースイッチングセル（１）を高電圧直流電力変換器（２０）の他の構成要素、特に他のモジュラースイッチングセル（１）に電気接続するために配置された前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）とを規定する複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のシステム。
三相電圧入力部（６００）を含み、且つこの三相電圧入力部（６００）のそれぞれの相に対して、請求項１～９のいずれか１項に記載の複数のモジュラースイッチングセル（１）を含む高電圧直流電力変換器（２０）であって、
複数の前記モジュラースイッチングセル（１）は、直列に接続されている当該高電圧直流電力変換器（２０）。
・第１スイッチングユニット（２）と第２スイッチングユニット（３）と第１コンデンサ（４）と第２コンデンサ（５）とを筐体（１５）上に取り付けることによってベースモジュール（１８）を設けるステップと、
・前記第１スイッチングユニット（２）と前記第２スイッチングユニット（３）と前記第１コンデンサ（４）と前記第２コンデンサ（５）とを相互接続するための複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）をそれぞれ含む少なくとも２つの異なる母線セットを設けるステップであって、それぞれの母線セットの前記複数の母線（６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４）が、
第１セル端子（１００）と第２セル端子（２００）との間の並列の２つのハーフブリッジ回路と、
前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間の直列の２つのハーフブリッジ回路と、
前記第１セル端子（１００）と前記第２セル端子（２００）との間の１つのフルブリッジ回路と、
のうちの１つのブリッジ回路を構成するように適合されているステップと、
・複数の母線セットのうちの１つの母線セットを同じベースモジュール（１８）上に取り付けるステップとであって、
少なくとも３つの異なるセル構成が、複数の前記母線セットに同じベースモジュールを結合することによって形成されることを特徴とするモジュラースイッチングセル（１）を製造する方法。