JP2003079164A

JP2003079164A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2003079164A
Application number: JP2001263806A
Authority: JP
Inventors: Masaki Miyairi; 正樹宮入; Takashi Hashimoto; 隆橋本
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Transport Engineering Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Transport Engineering Inc
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子を冷却する冷却器の放熱部を容易に
清掃することができ、保守性のよい鉄道車両屋根上設置
の電力変換装置を提供する。【解決手段】電力を変換する半導体スタックユニット９
を収容して鉄道車両の屋根１の上に取り付けられる筐体
２と、この筐体２の内部に画成され前記半導体スタック
ユニット９の半導体素子４を収容する密閉室２ａおよび
前記半導体素子４を冷却する冷却器５の放熱部６が設け
られた風洞３とを備え、前記風洞３は外部に面して着脱
可能に取り付けられた風洞カバー１１を備えた構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の屋根上
に設置され車両内照明用電力等を供給する電力変換装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の屋根上に設置される電力変換
装置では、装置が設置された状態で装置内部を点検保守
する際には装置筐体上面に設けられたカバー（蓋）を開
閉して行うのが一般的である。電力変換装置と隣り合う
機器との間に充分な間隔が設けられる場合は、この側面
部にもカバーを設けて開閉可能な構造にすることが可能
である。

【０００３】さて、半導体素子から発生する熱を電動送
風機等による強制通風により冷却する電力変換装置で
は、装置内にこの強制通風を行う風洞を構成する必要が
あるが、従来は、前記カバーの開閉によりアクセス可能
な部分には電気部品を優先して配置し、風洞は装置内の
アクセスしにくい奥まった部分に配置することが多かっ
た。

【０００４】図を使って従来の電力変換装置を説明す
る。図７の（ａ）は従来の電力変換装置の枕木方向の断
面図、（ｂ）は側面図である。このように、電力変換装
置は車両の屋根１上に設置され、電力変換装置の筐体２
の下部には風洞３が構成されている。

【０００５】複数の半導体素子４が冷却器５に取り付け
られ、冷却器５の放熱部６はこの風洞３に収納され、風
洞３には電動送風機７により強制通風が行われる。冷却
器５とこれに取り付けられた半導体素子４、その周辺回
路部品８および他の部品により半導体スタックユニット
９を構成しているが、組立てにあたっては、筐体２上方
より放熱部６を風洞３に収納しながら、この半導体スタ
ックユニット９が筐体２内に組み込まれる。

【０００６】このような構成においては、電力変換装置
の組立て、配線作業、調整試験等の際には筐体２の上面
に設けられた上面カバー１０を開いた状態で行うが、こ
の状態でアクセス可能な部分には電気部品が収納されて
いることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の電
力変換装置において、冷却器５の放熱部６が収納される
風洞３内は外気と通じており、雨水、塵埃がこの風洞３
の中に、電動送風機７により送り込まれる。

【０００８】これらの雨水や塵埃が冷却器５の放熱部６
の表面に付着することによって放熱部６の放熱性能が低
下するので、定期的な清掃、入風口へのフィルタ設置等
が必要とされる。

【０００９】入風口に設けるフィルタの目の粗さが細か
いほど、フィルタ効果は高まり、風洞３内の汚損は軽度
となるが、フィルタの交換周期が短くなる。また、フィ
ルタの目の細かさによって生じる圧力損失を考慮した電
動送風機７の特性が必要になり、電動送風機７が大形化
するという欠点がある。

【００１０】この点で、ある程度の目の粗さを許容した
フィルタの設置が現実的であり、冷却器５の放熱部６の
定期的な清掃が必要となる。ここで放熱部６の定期清掃
として気吹き、水洗い等があげられるが、筐体２への組
み込み状態では放熱部６の充分な清掃は不可能であり、
筐体２から半導体スタックユニット９を取り外してこれ
らの清掃を行うことになる。

【００１１】半導体スタックユニット９は一般的に重量
物であり、屋根上に設置された電力変換装置から半導体
スタックユニット９を取り外す作業は危険性を伴い作業
性が悪い。

【００１２】そこで本発明は、半導体素子を冷却する冷
却器の放熱部を容易に清掃することができ、保守性のよ
い鉄道車両屋根上設置の電力変換装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、電力を変換する半導体スタックユ
ニットを収容して鉄道車両の屋根の上に取り付けられる
筐体と、この筐体の内部に画成され前記半導体スタック
ユニットの半導体素子を収容する密閉室および前記半導
体素子を冷却する冷却器の放熱部が設けられた風洞とを
備え、前記風洞は外部に面して着脱可能に取り付けられ
た風洞カバーを備えた構成とする。本発明の電力変換装
置においては、風洞カバーを外部から取り外すことによ
って放熱部に容易にアクセスし放熱部の清掃を行うこと
ができる。

【００１４】請求項２の発明は、風洞は筐体の上部に設
けられ、風洞カバーは筐体の上面を形成した構成とす
る。本発明の電力変換装置においては、筐体の上面から
風洞カバーを取り外すことによって放熱部に容易にアク
セスし放熱部の清掃を行うことができる。

【００１５】請求項３の発明は、風洞は筐体の側部に設
けられ、風洞カバーは筐体の側面を形成した構成とす
る。本発明の電力変換装置においては、筐体の側面から
風洞カバーを取り外すことによって放熱部に容易にアク
セスし放熱部の清掃を行うことができる。

【００１６】請求項４の発明は、密閉室の底面に開口部
を有し、この開口部に対向する車両天井部に開閉可能な
天井カバーが設けられ、前記開口部と前記車両天井部は
水密的に接続された構成とする。

【００１７】本発明の電力変換装置においては、風洞カ
バーを外部から取り外すことによって放熱部に容易にア
クセスし放熱部の清掃を行うことができるとともに、車
両内から天井カバーを開くことによって密閉室内に収容
されている電気回路を点検することができる。

【００１８】請求項５の発明は、密閉室の底面に開閉可
能な密閉室カバーが設けられ、この密閉室カバーに対向
する車両天井部に前記密閉室カバーよりも面積の大きい
天井カバーが開閉可能に設けられた構成とする。

【００１９】本発明によれば、風洞カバーを外部から取
り外すことによって放熱部に容易にアクセスし放熱部の
清掃を行うことができるとともに、車両内から天井カバ
ーと密閉室カバーを開くことによって密閉室内に収容さ
れている電気回路を点検することができる。また、電力
変換装置単体での保管や試験が必要とされるときには便
利である。

【００２０】請求項６の発明は、風洞カバーは多数の開
口穴を有し、風洞内と外気とが前記開口穴により連通し
た構成とする。本発明によれば、放熱部の冷却に自然通
風を利用することができるとともに、風洞カバーを取り
外すことなく開口穴を通して放熱部の気吹き水洗い清掃
を行うことができる。

【００２１】請求項７の発明は、風洞カバーは、ヒンジ
によって回転開閉可能に取り付けられた構成とする。本
発明によれば、風洞カバーの開閉を少ない労力で短時間
に行い点検保守の作業性を向上することができる。

【００２２】請求項８の発明は、半導体スタックユニッ
トは所定の一辺を回転中心として風洞側へ回転可能に設
けられた構成とする。本発明によれば、半導体スタック
ユニットを筐体から取り外すことなく密閉室内の電気回
路にアクセスし点検調整を行うことができる。

【００２３】請求項９の発明は、半導体スタックユニッ
トの筐体内への取付け取外し動作と同時に、半導体スタ
ックユニットと他の部分との電気接続、開放を行うコネ
クタを備えた構成とする。

【００２４】本発明によれば、半導体スタックユニット
の筐体内への取付け取外しによって電気回路の接続遮断
も同時に行われるので、作業の安全と作業性の向上が得
られる。

【００２５】請求項１０の発明は、風洞は筐体の下部に
設けられ、前記筐体は支柱を介して鉄道車両の屋根の上
に取り付けられた構成とする。本発明によれば、放熱部
の清掃の際には、筐体と車体屋根との間の空間で風洞カ
バーを取り外し、気吹き水洗いを行うことができる。ま
た、筐体の天井から密閉室収納の電気部品類へアクセス
することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態の電力
変換装置を図１を参照して説明する。図１（ａ）は枕木
方向の断面図、図１（ｂ）は側面図である。電力変換装
置の筐体２は車両の屋根１上に設置され、電動送風機７
により強制通風を行う風洞３は筐体２内の上部にあり、
半導体スタックユニット９の冷却器５の放熱部６が、こ
の風洞３の中に収納される。

【００２７】半導体素子４は冷却器５の放熱部６と反対
側の面に取り付けられ、他の周辺回路部品とともに筐体
２内の密閉室２ａに収納される。風洞３の上面には全部
あるいは部分的に風洞カバー１１が設けられており、ネ
ジにより筐体２に取り付けられ開閉可能に構成されてい
る。

【００２８】筐体２の半導体スタックユニット９の下方
の底面は開口されており、この装置側開口部１２と、車
両の屋根に設けた車体側開口部１３とほぼ同じ大きさで
パッキン等により水密的に結合されている。車体側開口
部１３には車体客室内より操作可能な天井カバー１４が
開閉可能に取り付けられている。

【００２９】このように構成された電力変換装置におい
て、半導体素子４より発生する熱は冷却器５に伝熱され
放熱部６より風洞３内へ放熱される。通常使用時は風洞
３はもちろんその上面を風洞カバー１１で覆われてお
り、風洞３内を電動送風機７により送られる冷却風が強
制通風される。こうして、放熱部６の表面の放熱性能を
向上させ、熱排出を行う。

【００３０】風洞３内は外気と通じており、ここに強制
通風を行うことで、冷却器５の放熱部６には雨水がかか
り、塵埃が付着し、目詰まりが起き定期的な清掃が必要
になるが、風洞３の上面の風洞カバー１１を取り外すこ
とで、半導体スタックユニット９を筐体２に組み込んだ
状態のまま放熱部６の清掃を行うことができる。放熱部
６が図に示すような櫛形フィンであれば、その根元まで
容易に清掃することができる。

【００３１】また、密閉室２ａに収納された電気部品類
の点検の際には、車体客室内より天井カバー１４を開閉
することで、車体側開口部１３、装置側開口部１２を使
って、筐体２内を点検することができる。

【００３２】なお、装置側開口部１２を塞ぐ開閉式のカ
バーが筐体２側に設けられても同様の効果がある。この
ようにすると、車体客室内より筐体２の密閉室２ａ内へ
アクセスする際に取り扱うカバーが１枚増えるが、電力
変換装置単体での保管、試験等が必要とされるときは効
果がある。

【００３３】次に本発明の第２の実施の形態を図２を参
照して説明する。すなわち、風洞３は筐体２の側方に設
けられており、半導体スタックユニット９の冷却器５の
放熱部６が、この風洞３の中に収納されている。

【００３４】半導体素子４は冷却器５の放熱部６と反対
側の面に取り付けられ、他の周辺回路部品とともに筐体
２内の密閉室２ａに収納されている。風洞３の側面で筐
体２の外壁を構成する部分は、全部あるいは部分的に風
洞カバー１１が設けられており、ネジにより筐体２に取
り付けられ密閉可能に構成されている。

【００３５】このような構成の電力変換装置において、
半導体素子４より発生する熱は冷却器５に伝熱され放熱
部６より風洞３内へ放熱される。通常使用時は風洞３は
もちろんその側面を風洞カバー１１で覆われており、風
洞３内を電動送風機７により送られる冷却風が強制通風
される。このようにして、放熱部６の表面の放熱性能を
向上させ、熱排出を行う。

【００３６】この実施の形態の電力変換装置において
も、放熱部６の定期的な清掃の際には、風洞カバー１１
を取り外すだけで、半導体スタックユニット９を筐体２
に取り付けたままで清掃を行うことができる。また、密
閉室２ａに収納された電気部品類の点検は車両屋根１の
天井カバー１４を開閉することによって行うことができ
る。

【００３７】次に本発明の第３の実施の形態の電力変換
装置を図３を参照して説明する。図３（ａ）は枕木方向
の断面図、図３（ｂ）は半導体スタックユニット９を上
方へ回転させた状態を示す断面図である。

【００３８】本実施の形態は、前記第１の実施の形態に
おいて半導体スタックユニット９をヒンジ１５ｂを回転
中心にして上方に回転可能としている。また、ヒンジ１
５ｂの近くの密閉室２ａ内では、可とう性の高い平網導
体１６により、半導体スタックユニット９とそれ以外の
電気回路とが電気的に接続されている。

【００３９】また、風洞カバー１１もヒンジ１５ａによ
り上方へ回転する構造としている。この実施の形態の電
力変換装置においては、放熱部６の定期的な清掃は前記
第１の実施の形態と同様に行われ、もちろん同じ効果が
得られる。さらに、半導体スタックユニット９を上方に
回転させた状態でも、電気的に接続された状態であるの
で、この状態での電気通電調整、点検が可能であり、電
気的な点検を従来の方法を変更することなく行うことが
できる。

【００４０】次に本発明の第４の実施の形態を図４に示
す。この実施の形態は、前記第１の実施の形態において
半導体スタックユニット９とそれ以外の回路との電気接
続にコネクタ１７を用い、このコネクタ１７の抜き差し
は半導体スタックユニット９の取付け取外しと同時に行
えるよう、抜き差し方向を合わせた構成である。

【００４１】この実施の形態においては、半導体スタッ
クユニット９の本体への取付け取外しのみで電気接続も
行うことができ、作業時間を短縮するとともに安全な作
業を行うことができる。

【００４２】次に本発明の第５の実施の形態を図５に示
す。この実施の形態では、風洞３を構成する風洞カバー
１１に多数の開口穴１１ａが設けられており、風洞３内
と外気とがこの開口穴１１ａにより連通している。

【００４３】この実施の形態においては、風洞カバー１
１を開閉することなく、この開口穴１１ａから気吹き、
水洗いすることができる。また、強制通風冷却方式であ
るが、この開口穴１１ａを使って自然の冷却の能力もあ
り、電動送風機７の故障の際にも、半導体素子４の冷却
が可能であり、電力変換装置の機能をある程度維持する
ことができる。

【００４４】次に本発明の第６の実施の形態を図６を参
照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は車両
の屋根１の上に立てられた支柱１８の上に設けられる。
風洞３は筐体２の下部に設けられ、半導体スタックユニ
ット９の冷却器５の放熱部が、この風洞３の中に収納さ
れている。

【００４５】半導体素子４は冷却器５の放熱部６と反対
側の面に取り付けられ、他の周辺部品とともに筐体２内
の密閉室２ａへ収納されている。風洞３の下面には、全
部あるいは部分的に風洞カバー１１が設けられており、
ネジ、クランプ等により筐体２に取り付けられ開閉可能
に構成されている。

【００４６】筐体２の半導体スタックユニット９の上方
は、従来と同様の装置点検用の上面カバー１０が設けら
れ、ここから密閉室２ａ内に収納された電気部品類にア
クセス可能である。

【００４７】半導体素子４の冷却を、この筐体２下部の
風洞３内の強制通風によって行うが、定期的な放熱部６
の清掃の際には、筐体２と車体屋根１との間の空間で風
洞カバー１１を取り外し、気吹き、水洗いを行う。

【００４８】この実施の形態においては、筐体２の天井
から密閉室２ａ収納の電気部品類へアクセスすることが
できる。また、風洞３には雨水や塵埃が侵入するが、こ
の部分が筐体下部にあるので、その上部の密閉室２ａへ
雨水や塵埃が侵入することはない。

【００４９】以上の各実施の形態の電力変換装置におい
ては、冷却器５の放熱部６の清掃が筐体２から半導体ス
タックユニット９を取り外すことなく可能であり、保守
作業軽減することができる。

【００５０】また、従来の電力変換装置ではこの放熱部
６の定期清掃の周期を延ばすため、放熱部６が汚れにく
くする目的で強制通風の入風口にフィルタを設け、フィ
ルタ予備品を準備し、このフィルタを定期的に交換、あ
るいは清掃するようにしていたが、本発明の実施の形態
によれば、直接、冷却器５の放熱部６の清掃がユニット
９に組み込み状態のままできるので、フィルタを設ける
必要がない。

【００５１】さらに従来は、フィルタの交換周期を延ば
すため、フィルタを通過する風速を下げ目詰まりを軽減
することを考慮し、そのため強制通風の風速もある風速
以下としなければならなかったが、本発明の各実施の形
態によれば、風速をあげることも可能で、冷却器５の放
熱性能を高め、冷却器５の小形化、電力変換装置の小形
・軽量化を図ることができる。

【００５２】なお、これまで説明した実施の形態はすべ
て、風洞３に強制通風するための電動送風機７を備えて
いるが、車両の走行によって風洞３が通風される構成と
して電動送風機７を省いてもよい。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、半導体素子を冷却する
冷却器の放熱部を容易に清掃することができ、保守性の
よい鉄道車両屋根上設置の電力変換装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の電力変換装置を示
し、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の電力変換装置を示
す断面図。

【図３】本発明の第３の実施の形態の電力変換装置を示
し、（ａ）は運転時の断面図、（ｂ）は保守点検時の側
面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態の電力変換装置を示
す断面図。

【図５】本発明の第５の実施の形態の電力変換装置を示
す断面図。

【図６】本発明の第６の実施の形態の電力変換装置を示
す断面図。

【図７】従来の電力変換装置を示し、（ａ）は断面図、
（ｂ）は側面図。

【符号の説明】

１…屋根、２…筐体、２ａ…密閉室、３…風洞、４…半
導体素子、５…冷却器、６…放熱部、７…電動送風機、
８…周辺回路部品、９…半導体スタックユニット、１０
…上面カバー、１１…風洞カバー、１１ａ…開口穴、１
２…装置側開口部、１３…車体側開口部、１４…天井カ
バー、１５…ヒンジ、１６…平網導体、１７…コネク
タ、１８…支柱。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮入正樹東京都府中市晴見町２丁目24番地の１東芝トランスポートエンジニアリング株式会社内 (72)発明者橋本隆東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内Ｆターム(参考） 5H007 CC03 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力を変換する半導体スタックユニット
を収容して鉄道車両の屋根の上に取り付けられる筐体
と、この筐体の内部に画成され前記半導体スタックユニ
ットの半導体素子を収容する密閉室および前記半導体素
子を冷却する冷却器の放熱部が設けられた風洞とを備
え、前記風洞は外部に面して着脱可能に取り付けられた
風洞カバーを備えていることを特徴とする電力変換装
置。
【請求項２】風洞は筐体の上部に設けられ、風洞カバ
ーは筐体の上面を形成していることを特徴とする請求項
１記載の電力変換装置。
【請求項３】風洞は筐体の側部に設けられ、風洞カバ
ーは筐体の側面を形成していることを特徴とする請求項
１記載の電力変換装置。
【請求項４】密閉室の底面に開口部を有し、この開口
部に対向する車両天井部に開閉可能な天井カバーが設け
られ、前記開口部と前記車両天井部は水密的に接続され
ていることを特徴とする請求項２または３記載の電力変
換装置。
【請求項５】密閉室の底面に開閉可能な密閉室カバー
が設けられ、この密閉室カバーに対向する車両天井部に
前記密閉室カバーよりも面積の大きい天井カバーが開閉
可能に設けられていることを特徴とする請求項２または
３記載の電力変換装置。
【請求項６】風洞カバーは多数の開口穴を有し、風洞
内と外気とが前記開口穴により連通していることを特徴
とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】風洞カバーは、ヒンジによって回転開閉
可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記
載の電力変換装置。
【請求項８】半導体スタックユニットは所定の一辺を
回転中心として風洞側へ回転可能に設けられていること
を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】半導体スタックユニットの筐体内への取
付け取外し動作と同時に、半導体スタックユニットと他
の部分との電気接続、開放を行うコネクタを備えたこと
を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１０】風洞は筐体の下部に設けられ、前記筐
体は支柱を介して鉄道車両の屋根の上に取り付けられて
いることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。