三菱電機、フルSiCパワーモジュールを適用した鉄道車両用インバーター装置を製品化

３．３kV／１５００A定格で大容量鉄道車両に適用可能
フルSiCパワーモジュール適用鉄道車両用インバーター装置を製品化


　三菱電機株式会社は、構成部品のトランジスタとダイオードをSiC（※１）化した新開発の３．３kV／１５００A定格の大容量フルSiCパワーモジュールを適用したDC１５００V架線対応の鉄道車両用インバーター装置を世界で初めて製品化しました。従来のIGBT（※２）パワーモジュールやダイオードをSiC化したパワーモジュール適用装置と比較して、大幅な発生損失低減と小型・軽量化を実現します。
　また、今回開発した大容量フルSiCパワーモジュールを適用することで、新幹線など大容量鉄道車両用装置の省エネ化・小型軽量化も実現します。

　※１：Silicon　Carbide（炭化ケイ素：炭素とケイ素の化合物）
　※２：Insulated　Gate　Bipolar　Transistor（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）

　＊製品画像と参考資料は添付の関連資料（１）を参照

＜新製品の特長＞
１．発生損失低減と回生電力量増加により省エネを実現
　・従来製品と比較して、発生損失を約５５％低減（※３）
　・全速度領域での電力回生ブレーキの実現により回生電力量が増加（機械ブレーキ損失なし）
　・電動機も含めた従来の車両システムと比較して約３０％の省エネを実現（※３）

　※３：IGBTパワーモジュールを適用した当社同等製品比

２．装置の大幅な小型・軽量化を実現
　・従来製品と比較して、体積・重量とも約６５％低減（※３）
　・ダイオードをSiC化したパワーモジュール適用装置と比較して、体積・重量とも約３０％低減

　＊参考資料は添付の関連資料（２）を参照

＜システム仕様概要＞
　入力電圧：直流１５００V
　主回路方式：２レベル方式電圧型PWMインバーター（電力回生ブレーキ付き）
　制御方式：１８０kW級モーター×４台並列制御
　冷却方式：走行風自冷方式

＜開発の背景＞
　SiCは、Si（ケイ素）と比較して絶縁耐圧が約１０倍高く、半導体素子を薄型化できることから、高耐圧・低導通損失を実現し、さらにSiよりも高温での利用が可能です。一方、高耐圧領域でもダイオードをSiC化する開発は広く進められていますが、トランジスタのSiC化は結晶作製が難しく、高温化による絶縁・パッケージ技術に高度な技術が要求されていました。
　当社は今回、パワー半導体の開発・製造部門を持つ強みを生かし、研究所・生産技術部門とも連携し、トランジスタにMOS−FET（※４）を適用した大容量フルSiCパワーモジュールの開発に成功し、それを適用した鉄道車両用インバーター装置を世界で初めて製品化しました。
　また、インバーター回路の１相分を１パッケージに集約することで部品点数を削減しています。

　※４：Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　Transistor（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）

　＊参考資料は添付の関連資料（３）を参照

　当社はこれまで、ダイオードをSiC化したパワーモジュールを適用した鉄道車両用インバーターを世界に先駆けて開発し、東京地下鉄株式会社の協力のもと、現車での実証実験で電力消費量３８．６％低減の大幅な省エネを実証し（ブレーキ方式の変更を含む）、現在では営業運転車両に使用されています。
　今回開発した大容量フルSiCパワーモジュールの適用により増加できる回生電力は、駅舎補助電源装置との組み合せによる駅舎への供給等で有効活用でき、鉄道システムトータルでの省エネに貢献します。
　なお、今回のパワーモジュール開発の一部は、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託研究として実施したものです。


＜製品担当＞
　三菱電機株式会社　伊丹製作所
　兵庫県尼崎市塚口本町八丁目１番１号


＜お客様からのお問い合わせ先＞
　三菱電機株式会社　交通事業部
　TEL：０３−３２１８−１２９３
　FAX：０３−３２１８−２６４１