CN102574532B - 车辆用电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能容易进行保养、检查时的作业并能应对小型化的车辆用电力变换装置。该装置在车辆的地板下面设置的壳体具备：电力变换器，由半导体开关电路构成；控制部，为了向负载供给必要的电力而控制所述电力变换器的输出；主电路布线，与所述电力变换器连接；电压检测器，检测施加到所述主电路布线的电压并向所述控制部输出；以及屏蔽部，屏蔽从所述主电路布线到所述电压检测器的辐射噪声，所述控制部配置在沿着车辆行进方向的所述壳体的第一侧面，所述电力变换器配置在沿着车辆行进方向的所述壳体的第二侧面，所述电压检测器配置在所述电力变换器与所述控制部之间。

Description

车辆用电力变换装置
技术领域
本发明涉及使用电力用半导体元件、特别是配置在铁路车辆的地板下面的车辆用电力变换装置。
背景技术
车辆用电力变换装置由使用电力用半导体元件的所谓转换器(converter)、换流器(inverter)等电力变换器和滤波电容器及控制部和其各种控制电源、传感器等构成。特别是高速铁路车辆的电力变换装置内高密度地配置有设备(参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2009－96318号公报
发明内容
特别是在铁路车辆用电力变换装置中，由于越来越向高速化、大容量化发展，但要设置在车辆的地板下面的有限的空间，所以要求小型化。此外，存在的课题是虽然在电力变换装置内部高密度地配置设备类，但必须容易完成保养、检查时的作业。
因此，本发明提供使保养、检查时的作业性容易并能满足小型化的车辆用电力变换装置。
本发明的车辆用电力变换装置，其特征在于，在车辆的地板下面设置的壳体中具备：电力变换器，由半导体开关电路构成；控制部，为了向负载供给必要的电力而控制电力变换器的输出；主电路布线，与电力变换器连接；电压检测器，检测施加于主电路布线的电压并向控制部输出；以及屏蔽部，屏蔽从主电路布线到电压检测器的辐射噪声，控制部配置在沿着车辆行进方向的壳体的第一侧面，电力变换器配置在沿着车辆的行进方向的壳体的第二侧面，电压检测器配置在电力变换器与控制部之间。
(发明效果)
依据本发明的车辆用电力变换装置，通过在电力变换装置壳体内的车辆的侧面侧配置保养、检查的频度高的设备，能够提供将装置小型化并且容易进行保养、检查的车辆用电力变换装置。
附图说明
图1是本发明实施方式1的车辆用电力变换装置的电路图。
图2是从上面观察本发明实施方式1的车辆用电力变换装置的壳体内部的设备配置图。
图3是表示本发明实施方式1的屏蔽部的构造的图。
图4是表示本发明实施方式1的屏蔽部的其它构造的图。
图5是从上面观察本发明实施方式1的车辆用电力变换装置的壳体内部的其它设备配置图。
图6是本发明实施方式2的车辆用电力变换装置的电路图。
图7是从上面观察本发明实施方式2的电力变换装置的壳体内部的设备配置图。
图8是本发明实施方式3的车辆用电力变换装置的电路图。
图9是从上面观察本发明实施方式3的电力变换装置的壳体内部的设备配置图。
(标号说明)
1电力变换装置；2转换器部；3换流器部；4接触器单元；5控制部；6直流环(link)部布线；7电机布线；8交流输入布线；9、9a、9b屏蔽部；10、10a、10b电压检测器；11箱框支撑梁；13a～13e检查口；20交流架线；21变压器；22电动机；30直流架线；31接触器单元；32输入滤波电抗器(filterreactor)单元；33输入滤波电容器单元；34直流母线布线；40、40a、40b滤波电容器；42转换器用电流检测器；43、43a、43b换流器用电流检测器；44交流电压检测器。
具体实施方式
以下，根据表示本发明的实施方式的附图，对本发明进行详细说明。
实施方式1
图1是本发明的实施方式1的车辆用电力变换装置的电路构成图。本实施方式示出行驶交流馈电区间的三电平换流器/转换器系统的电动车，从交流架线20经由导电弓架等而获得的交流电压，暂时输入到变压器21，变换为适于至电力变换装置1的输入的电压。这样变换的电压经由接触器单元4，输入到由半导体开关电路构成的电力变换器即转换器部2。接触器单元4上被插入电性切断转换器部2与变压器21的接触器，当电力变换装置不运行时或发生异常而切断交流电源的情况下，使该接触器断开。
在转换器部2中，将所输入的交流电压变换为中间直流电压，向滤波电容器40(40a、40b)输出。在三电平转换器的情况下，中间直流电压具有3个电位，电学上用2个滤波电容器40a、40b进行分压、平滑。该中间直流电压被输入到由半导体开关电路构成的电力变换器即换流器部3，将中间直流电压变换为可变电压可变频率的三相交流电压，并向电动机22输出，从而电动机22被驱动。
接着说明转换器部2中的电力变换动作。通过设于转换器部2的输入线的转换器用电流检测器42取得的电流信息，以及通过与变压器21的任意个线圈输出连接的交流电压检测器44取得的电压信息，输入到控制部5。同样地，通过在被施加中间直流电压的滤波电容器40a、40b的端子间连接的电压检测器10(10a、10b)取得的电压信息，也输入到控制部5，将根据这些信息运算的转换器门信号输出到转换器部2，由此控制从交流电压到中间直流电压的电力变换动作。
另一方面，换流器部3中的电力变换动作是这样进行的，即，将通过设于换流器部3的三相交流输出的换流器用电流检测器43a、43b取得的电流信息、通过电压检测器10a、10b取得的中间直流部的电压信息、以及根据从车辆的运转台等提供的转矩指令(未图示)运算的换流器门信号，输出到换流器部3，由此，进行从中间直流电压被控制成为可变电压可变频率的交流电压的电力变换动作。
如以上说明的那样，电力变换装置1中搭载有各式各样的设备，设备向大容量化发展，然而需要在车辆地板下面的有限空间设置，借助图2说明实现考虑到本实施方式的维护性的小型化的设备配置。
图2是从上面观察本发明中实施方式1的车辆用电力变换装置的壳体内部的设备配置图。在电力变换装置1的壳体内部，转换器部2和换流器部3配置在沿着车辆行进方向的一个侧面，接触器单元4和控制部5配置在沿着车辆行进方向的另一侧面。转换器部2、换流器部3、接触器单元4、及控制部5，由于需要频繁地进行保养、检查，分别在壳体具备检查口13a～13d，以从车辆的侧面方向容易进行保养、检查。
转换器用电流检测器42、换流器用电流检测器43a、43b、交流电压检测器44、以及电压检测器10a、10b等传感器类，往往被收纳于控制部5等之中。但是，这些传感器类的保养、检查频度低，因此通过在大容量化的控制部5之中配置保养、检查频度高的器件，能够将控制部5小型化。
特别是，考虑从电力变换器即转换器部2和换流器部3的开关电路发生的高频电力因起的辐射噪声的影响，需要将电压检测器10在与发生辐射噪声的主电路布线(在此直流环部布线6)或其它布线分开的位置(控制部内等)另外配置，其配置上没有自由度，因此难以使电力变换装置全体小型化。
但是在本申请中，通过将含有铝等金属的屏蔽部9配置在最易发生辐射噪声的直流环部布线6与电压检测器10(10a、10b)之间，抑制辐射噪声的影响，能在壳体内自由配置电压检测器10。
因而，在沿着车辆行进方向的两侧面配置的转换器部2和换流器部3、接触器单元4和控制部5之间所形成的壳体中央附近的空间，配置有转换器部2和换流器部3之间的直流环部布线6、电机布线7、交流输入布线8、和电压检测器10a、10b。该电压检测器10a、10b通过螺栓等固定在电力变换装置1的大致中央的箱框支撑梁11，从设于电力变换装置1的壳体底部的检查口(未图示)能够进行保养、检查。
图3、图4示出一例屏蔽部9。其由含金属的板构成，根据配置电压检测器10的场所，该板具备：具有能屏蔽来自直流环部布线6的辐射噪声的程度的面积的面、和通过螺栓等固定在箱框支撑梁11的面。
此外，一起考虑辐射噪声的影响抑制效果、装置内的固定容易度、或电压检测器10的周围温度制约规格等，屏蔽部9除了图3、图4的构造以外显然也可以是覆盖电压检测器10的整个周围的箱状，或者对一部分边进行切口等的构造。
如以上所述，本实施方式1的车辆用电力变换装置，构成为：转换器部2和换流器部3配置在沿着车辆行进方向的一个侧面，接触器单元4和控制部5配置在沿着车辆行进方向的另一侧面，在其中间部配置直流环部布线6和其它布线、电压检测器10a、10b，从而在保养、检查频度高的各设备中能从沿着车辆行进方向的侧面侧容易进行保养、检查。
而且，通过在电压检测器10a、10b与直流环部布线6之间设置屏蔽部9，电压检测器10a、10b无需考虑来自直流环部布线6的噪声影响而能够自由配置在壳体内，通过有效活用壳体内的空间，实现装置的小型化。
此外，本实施方式1的电压检测器10a、10b的配置并不限于图2，例如通过图5所示的配置，能谋求车宽方向的进一步小型化。
实施方式2
图6是本发明中实施方式2的车辆用电力变换装置的电路构成图。与实施方式1的不同点在于，适用于二电平换流器/转换器系统的电动车。中间直流电压的电位为两个，该部分的电压检测器10仅为一个。
图7是从上面观察本发明中实施方式2的车辆用电力变换装置的壳体内部的设备配置图。在电力变换装置1的壳体内部的沿着车辆行进方向的两侧面配置的转换器部2和换流器部3、接触器单元4和控制部5之间所形成的壳体中央附近的空间，配置有转换器部2和换流器部3之间的直流环部布线6、电机布线7、交流输入布线8、和电压检测器10。该电压检测器10通过螺栓等固定在电力变换装置1的大致中央的箱框支撑梁11，能够从设于电力变换装置1的壳体底部的检查口(未图示)进行保养、检查。
电压检测器10具有能屏蔽来自直流环部布线6的辐射噪声的L字型的屏蔽部9，抑制辐射噪声的影响。屏蔽部9的形状、电压检测器的配置并不限于此。
实施方式3
图8是本发明中实施方式3的车辆用电力变换装置的电路构成图。与实施方式1的不同点在于，适用于行驶直流馈电区间的二电平换流器系统的电动车。从直流架线30经由导电弓架等而得到的直流电压，经由接触器单元31连接到输入滤波电抗器单元32、输入滤波电容器单元33。
由此，使来自直流电源30的直流电压平滑后向换流器部3供给，并且抑制通过换流器部3的电力变换动作而产生的高频电流对直流电源30的影响。在换流器部3中，将平滑后的直流电压变换为可变电压可变频率的三相交流电压，向电动机22输出，使电动机22驱动。
图9是从上面观察本发明中实施方式3的车辆用电力变换装置的壳体内部的设备配置图。在电力变换装置1的壳体内部的沿着车辆行进方向的两侧面配置的换流器部3和输入滤波电容器单元33、控制部5之间所形成的壳体中央附近的空间，配置有输入滤波电容器单元33与控制部5之间的直流母线布线34和电机布线7、电压检测器10。该电压检测器10通过螺栓等固定在电力变换装置1的大致中央的箱框支撑梁11，能够从设于电力变换装置1的壳体底部的检查口(未图示)进行保养、检查。
换流器部3、输入滤波电容器单元33、及控制部5，需要频繁进行保养、检查，因此分别在壳体具备检查口13b、13d、13e，以能从车辆的侧面方向容易进行保养、检查。
电压检测器10具有能屏蔽来自直流母线布线34的辐射噪声的L字型的屏蔽部9，抑制来自主电路布线(在此为直流母线布线34)的辐射噪声的影响。此外，屏蔽部9的形状、电压检测器10的配置并不限于此。
如以上所述，在本申请的各实施方式中，构成为：保养、检查的频度高的转换器部2、换流器部3、接触器单元4、控制部5、及输入滤波电容器单元33配置在电力变换装置壳体内的沿着车辆行进方向的两侧面，在其间形成的壳体中央附近的空间配置各布线和电压检测器10，从而在各设备中能够容易从车辆侧面方向进行保养、检查。
而且，通过在电压检测器10与主电路布线之间设置屏蔽部9，抑制辐射噪声的影响，电压检测器10能够在电力变换装置壳体内自由配置，通过有效活用壳体内的空间，实现装置的小型化。
此外，以上说明的实施方式中，将电压检测器10配置在壳体中央部的空间，不过对于其它的传感器也能进行同样的配置，并且根据各式各样的设计要求谋求装置的小型化，因此起到能自由配置的效果。

Claims (11)

1.一种车辆用控制装置，其特征在于，
在车辆的地板下面设置的壳体具备：
电力变换器，由半导体开关电路构成；
控制部，为了向负载供给必要的电力而控制所述电力变换器的输出；
主电路布线，与所述电力变换器连接；
电压检测器，检测施加到所述主电路布线的电压并向所述控制部输出；以及
屏蔽部，屏蔽从所述主电路布线到所述电压检测器的辐射噪声，
所述控制部配置在沿着车辆行进方向的所述壳体的第一侧面，所述电力变换器配置在沿着车辆行进方向的所述壳体的第二侧面，所述电压检测器配置在所述电力变换器与所述控制部之间。
2.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
在所述壳体的第一侧面设有第一检查口，
在所述壳体的第二侧面设有第二检查口。
3.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
在所述壳体的第一侧面配置有具备第一检查口的所述控制部和具备第二检查口的接触器单元，
在所述壳体的第二侧面配置有具备第三检查口的所述电力变换器。
4.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
在所述壳体的第一侧面设有用于所述控制部的检查的第一检查口、用于接触器的检查的第二检查口，
在所述壳体的第二侧面设有用于所述电力变换器的检查的第三检查口。
5.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
在所述壳体的第一侧面配置有具备第一检查口的所述控制部和具备第二检查口的输入滤波电容器单元，
在所述壳体的第二侧面配置有具备第三检查口的所述电力变换器。
6.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
在所述壳体的第一侧面设有用于所述控制部的检查的第一检查口、用于输入滤波电容器单元的检查的第二检查口，
在所述壳体的第二侧面设有用于所述电力变换器的检查的第三检查口。
7.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述电力变换器由换流器部和转换器部构成，
在所述壳体的第一侧面配置有具备第一检查口的所述控制部和具备第二检查口的接触器单元，
在所述壳体的第二侧面配置有具备第三检查口的所述换流器部和具备第四检查口的所述转换器部。
8.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述电力变换器由换流器部和转换器部构成，
在所述壳体的第一侧面设有用于所述控制部的检查的第一检查口、用于接触器单元的检查的第二检查口，
在所述壳体的第二侧面设有用于所述换流器部的检查的第三检查口和用于所述转换器部的检查的第四检查口。
9.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
多个所述电压检测器分别具有所述屏蔽部，在与车辆行进方向呈直角的方向上并排配置。
10.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
多个所述电压检测器分别具有所述屏蔽部，在与车辆行进方向平行的方向上并排配置。
11.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述屏蔽部由含有金属的板构成，该板具备具有能屏蔽来自所述主电路布线的辐射噪声的程度的面积的面。
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