JP2003235112A

JP2003235112A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2003235112A
Application number: JP2002329748A
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: 2001-12-07
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: JP3906141B2

Abstract

(57)【要約】【課題】組立てを分業化することができ、作業性やメン
テナンス性のよい車両用の電力変換装置を提供する。【解決手段】半導体素子１のスイッチングによって直流
から交流へあるいは交流から直流へ変換する回路を有す
る発熱部１０とこの発熱部１０に結合され前記発熱部１
０を冷却する放熱部１１とを備えたスタック１２と、車
両５の床下に取り付けられ前記スタック１２を着脱可能
に支持して前記発熱部１０を密閉部に収容し前記放熱部
１１を車側の開放部に保持する箱体６とを備えた構成と
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、鉄道等の車両の床
下に設置され車両駆動用電力を供給する電力変換装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両床下に設置される車両駆動用の
電力変換装置は、図１７に示すように、三相ブリッヂ接
続された半導体素子１と、各相のＡＫ間に接続された相
コンデンサ２と、直流端子ＰＮ間に接続されたフィルタ
コンデンサ３を備えた回路によって、鉄道架線から直流
端子ＰＮに入力される直流電力を半導体素子１のスイッ
チングにより交流電力に変換し、この交流電力を交流端
子ＵＶＷから出力して車両駆動用の電動機に供給する。
上記回路は、半導体素子１から発生する熱を効率よく除
去するために半導体素子冷却ユニット４内に設けられ
る。

【０００３】半導体素子冷却ユニット４は、図１８に示
すように、車体５の下に取り付けられた箱体６に取り付
けられ、半導体素子１、相コンデンサ２、フィルタコン
デンサ３、ゲートアンプ７等は箱体６の中の密閉部に配
置され、半導体素子冷却ユニット４と箱体６側との電気
的な接続もこの密閉部で双方の端子あるいは導体３０を
ボルト等で接続することで行われる。

【０００４】半導体素子１を取り付けた受熱ブロックに
取り付けられたヒートパイプ８およびこのヒートパイプ
８に取り付けられた放熱フィン９は箱体６の外の開放部
に配置されている。半導体素子１が発熱部１０を構成
し、ヒートパイプ８と放熱フィン９が放熱部１１を構成
し、発熱部１０と放熱部１１によってスタック１２が構
成されている。１３は装置仕切り板であり、１４は艤装
限界である。

【０００５】放熱部１１は、車両床下にその排熱がこも
り床下の配線、配管等を加熱することがないよう、車体
側方側に配置されている。ヒートパイプ８は、発熱部１
０側が下方となるよう傾けて設置され、ヒートパイプ８
内部に封入された冷媒は発熱部１０側で半導体素子１か
ら発生する熱により蒸発し、放熱フィン９側で凝縮して
大気へ熱放散を行なう。凝縮した冷媒はヒートパイプ８
内部を重力により発熱部１０側へ戻るサイクルを繰り返
す。放熱フィン９は自然冷却により大気へ熱放散を行な
うため、地面に対しほぼ垂直に設置され、放熱フィン９
の間を上昇気流が通りやすくなっている。

【０００６】半導体素子冷却ユニット４は、三相分のヒ
ートパイプ８が半導体素子冷却ユニットフレーム１５に
水密構造にて取り付けられ、つぎに半導体素子１、相コ
ンデンサ２等の各相の電気品がヒートパイプ８の受熱ブ
ロックや半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付
けられ、フィルタコンデンサ３やゲートアンプ７が半導
体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けられた構成
となっている。

【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は、ヒートパイプ８を半導体素子冷
却ユニットフレーム１５に取り付けた後に電気品やその
他の構成品を取り付けるため、組立ての分業化が困難で
あった。また、電気品及びその他の用品の取り付けは、
各相のヒートパイプ受熱ブロックの間の狭いスペースで
の作業のため、工具の取扱いなどの作業性やメンテナン
ス性が悪かった。

【０００８】すなわち、半導体素子冷却ユニット４の箱
体６からの着脱は車体側方側からの挿入、引き出しとな
るが、その方向には冷却器の放熱部１１がある。この着
脱作業の際は、半導体素子冷却ユニット４の箱体６との
機械的な固定つまり取り付け部分を解除するだけでな
く、もちろん電気的な接続を解除する必要がある。

【０００９】ここで電気的な接続は装置の車体中央側で
行われているため、車体中央側に入り込んでの作業が必
要になり、そのための作業スペースが電力変換装置の内
部に必要になってくる。あるいは車体中央側に電力変換
装置と隣接して配置される他の装置との間に作業スペー
スをとった車両床下機器配置とし、電力変換装置のこの
部位には開閉可能な蓋３１を設けることが必要となる。
また、この蓋３１を取り外した際に前記電気的な接続部
分へ直接アクセスすることができる構造としておくこと
は当然必要となる。

【００１０】このように従来の電力変換装置は、半導体
素子冷却ユニット４の着脱作業において作業性が問題に
なるうえ、その作業スペースが必要になり、車両床下と
いう限られたスペースを有効に使えないという問題があ
る。

【００１１】そこで本発明は、組立てを分業化すること
ができ、半導体素子冷却ユニットの着脱性がよく、スペ
ースを有効に活用し作業性やメンテナンス性のよい車両
用の電力変換装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半導
体素子のスイッチングによって直流から交流へあるいは
交流から直流へ変換する回路を有する発熱部とこの発熱
部に結合され前記発熱部を冷却する放熱部とを備えたス
タックと、車両の床下に取り付けられ前記スタックを着
脱可能に支持して前記発熱部を密閉部に収容し前記放熱
部を車側の開放部に保持する箱体とを備えた構成とす
る。

【００１３】この発明によれば、半導体素子冷却ユニッ
トフレームに対してスタックが着脱可能であるので、組
立てを分業化することができ、良好な作業性とメンテナ
ンス性を得ることができる。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、スタックは電力変換回路の１相ごとに構成され、前
記スタックの箱体への取付け部には水密性を保持する境
界板を備えている構成とする。この発明によれば、スタ
ックの取り扱い作業性が良く、発熱部に雨水等の侵入し
ない電力変換装置を提供することができる。

【００１５】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、放熱部は発熱部に結合されたヒートパイプとこのヒ
ートパイプに結合された放熱フィンとを備え、境界板は
発熱部に最も近い放熱フィンによって形成されている構
成とする。この発明によれば、簡潔な構造によって取り
扱い作業性と防水性のよい電力変換装置を提供すること
ができる。

【００１６】請求項４の発明は、請求項２の発明におい
て、境界板には電力変換回路用のゲートアンプおよびゲ
ートアンプ点検用カバーが設けられている構成とする。
この発明によれば、スタックにおける電気配線が少な
く、点検作業性のよい電力変換装置を提供することがで
きる。

【００１７】請求項５の発明は、請求項２の発明におい
て、放熱部は発熱部に結合されたヒートパイプとこのヒ
ートパイプに結合された放熱フィンとを備え、最も車側
寄りの放熱フィンを固定部に係止するようにした構成と
する。この発明によれば、箱体へのスタックの着脱の行
ないやすい電力変換装置を提供することができる。

【００１８】請求項６の発明は、請求項２の発明におい
て、スタックと箱体の密閉部に主回路を接離するワンタ
ッチコネクタを備えている構成とする。この発明によれ
ば、スタックと箱体とのあいだの電気的接続の着脱の行
ないやすい電力変換装置を提供することができる。

【００１９】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記ワンタッチコネクタは何れか一方が直線的に移
動することによって挿抜可能であり、前記ワンタッチコ
ネクタの着脱方向と前記スタックの挿抜方向が同一であ
る構成とする。

【００２０】この発明によれば、スタックの箱体への組
込み作業と同時にワンタッチコネクタが嵌合し電気的な
接続も同時に行われる。また、箱体からの取り外し作業
と同時にワンタッチコネクタも嵌合が解除され電気的接
続が切り離される。

【００２１】請求項８の発明は、請求項７の発明におい
て、前記ワンタッチコネクタの近傍に前記スタックの前
記箱体への取り付けの際に前記ワンタッチコネクタより
も先に嵌合し始める位置決めガイドが設けられている構
成とする。ワンタッチコネクタの嵌合には寸法精度が必
要であるが、この発明によれば、位置決めガイドにより
位置決めの精度が確保される。

【００２２】請求項９の発明は、請求項７の発明におい
て、前記ワンタッチコネクタは、板状の嵌合導体と、こ
の嵌合導体を両側からはさみこむＵ字状コネクタとから
成る構成とする。この発明によれば、スタックを直線的
に移動することによってワンタッチコネクタを簡単確実
に挿抜することができる。

【００２３】請求項１０の発明は、請求項７の発明にお
いて、前記ワンタッチコネクタは複数設けられ、前記ス
タックまたは前記箱体の何れか一方側で挿抜方向に変位
しており、挿着完了時のそれぞれの喰い込み寸法が異な
る構成とする。この発明によれば、ワンタッチコネクタ
の嵌合が同時でなく、一個ずつ順次に嵌合し始めるので
挿抜作業性が良い。

【００２４】請求項１１の発明は、請求項７の発明にお
いて、前記スタックの下面に開閉可能な蓋を設け、その
上方に、前記スタックの内部に実装されたゲートアンプ
への前記箱体側からの配線接続部又は前記半導体素子の
両端の電位を確認するチェック端子が設けられている構
成とする。

【００２５】この発明によれば、この蓋を開けて制御回
路配線の接続、切り離しが可能であり、また、半導体素
子故障時の電気的な導通確認がこの部分から行えるの
で、車体中央側での作業が不要となる。

【００２６】請求項１２の発明は、請求項７の発明にお
いて、前記スタック内に設けられる制御回路への電気的
接続を行なう制御回路コネクタを備え、この制御回路コ
ネクタは何れか一方が直線的に移動することによって挿
抜可能であり、前記ワンタッチコネクタの挿抜方向と同
一の挿抜方向を有する構成とする。この発明によれば、
スタックの着脱と同時に主回路、制御回路とも双方のコ
ネクタによる電気的接続、切り離しが可能となる。

【００２７】請求項１３の発明は、請求項７の発明にお
いて、前記スタックには電力変換回路１相分以上の半導
体素子および、３個以上のワンタッチコネクタが設けら
れている構成とする。

【００２８】この発明によれば、各相を構成する上下ア
ーム間の接続が１個のスタック内で行われインダクタン
スが小さくなり、主回路全ての接続をコネクタ化するこ
とでスタックの着脱作業性も良い。

【００２９】請求項１４の発明は、請求項７の発明にお
いて、前記スタックの最も車体中央側に前記ワンタッチ
コネクタの一方が設けられ、前記箱体側においては積層
導体に前記ワンタッチコネクタの他方が接続されている
構成とする。

【００３０】この発明によれば、積層導体によってイン
ダクタンスが低減される上に、スタックの最も車体中央
側にワンタッチコネクタがあることで、箱体側に設けた
積層導体はスタックと干渉することなく広い面積を確保
することが可能となり、より低インダクタンス化に有効
である。

【００３１】

【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１，２，３を参照して説明する。図１
（ａ）は半導体素子冷却ユニット４を車体５の下部に取
り付けた側面図、図１（ｂ）はスタック１２に境界板１
６を取り付けるイメージの側面図、図２はスタック１２
を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイ
メージの側面図、図３（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面
である半導体素子冷却ユニット４の平面図、図３（ｂ）
は図２のＢ矢視図であるスタックの発熱部側より見た正
面図、図３（ｃ）は図２のＣ矢視図であるスタック挿入
面より見た半導体素子冷却ユニットフレーム１５の図を
示す。

【００３２】これらの図に示されているように、半導体
素子冷却ユニット４は箱体６に取り付けられ、この箱体
６の一部を構成する半導体素子冷却ユニットフレーム１
５を境にして、内部側は密閉部、外部側は開放部とな
る。半導体素子冷却ユニットフレーム１５には３つの取
付窓１８が設けられており、取付窓１８にスタック１２
が取り付けられる。スタック１２は、半導体素子１が設
けられた発熱部１０と放熱フィン９が設けられた放熱部
１１とからなる。

【００３３】最も発熱部１０寄りのフィン９ａに、周状
に形成したパッキンガイド１９にパッキン１７を取り付
けた境界板１６が防水処理を施して固定される。半導体
素子１と相コンデンサ２からなる１相分の電気品および
それらを接続する導体などの用品をパッキン１７の周囲
内に収納するように取り付けた３個のスタック１２を半
導体冷却ユニットフレーム１５に設けられた取付窓１８
に車側側より挿入する形で矢印Ｋの方向から取り付け
る。こうして、１つのインバータ回路を有する半導体素
子冷却ユニット４が構成される。

【００３４】スタック１２を取り付ける際、スタック１
２の最も発熱部１０に近い側のフィン９ａに取り付けた
境界板１６の取付穴２０を利用してボルト止めすること
により、境界板１６に取り付けられたパッキン１７が押
圧され、半導体素子冷却ユニットフレーム１５とスタッ
ク１２との境界の水密性を保つ。以上の構成により、車
体５に対しては放熱部１１が車体側方側となるよう配置
され、艤装限界１４内におさまるように艤装される。

【００３５】この第１の実施の形態の電力変換装置にお
いては、１つの半導体素子冷却ユニット４に３つのスタ
ック１２を構成することにより、１つのインバータ回路
を構成する。スタック１２内のヒートパイプ８の最も発
熱部寄りのフィン９ａに取り付けた境界板１６のパッキ
ン１７の周囲内に半導体素子１と相コンデンサ２からな
る電気品及びその他の用品を取り付けた構成であるの
で、スタック１２は、半導体冷却ユニットフレーム１５
と着脱が可能である。

【００３６】したがって、この第１の実施の形態によれ
ば、インバータ回路がスタック単位であるので取扱性が
向上する。また、スタックの着脱が可能であるので、高
い組立作業性とメンテナンス性が得られる。

【００３７】つぎに本発明の第２の実施の形態の電力変
換装置を図４，５，６を参照して説明する。図４（ａ）
は半導体素子冷却ユニット４の側面図を、図４（ｂ）は
図４（ａ）のｂ−ｂ矢視平面図を、図５はスタック１２
を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイ
メージの側面図を、図６（ａ）はスタック１２の側面図
を、図６（ｂ）は図６（ａ）の左側から見た正面図を、
図６（ｃ）は図５のＤ矢視図であるスタック挿入面より
見た半導体素子冷却ユニットフレーム１５の図を示す。

【００３８】この第２の実施の形態では、スタック１２
を構成するヒートパイプ８の最も発熱部１０に近い側に
取り付けられたフィン９ａの４辺を発熱部１０側に折り
曲げ、折り曲げた４角の隙間を溶接又は防水シールなど
により埋め、水密性のある構造としている。半導体素子
冷却ユニットフレーム１５のスタック１２取付面には、
パッキンガイド１９およびパッキン１７が周状となるよ
うに取り付けられている。スタック１２の発熱部１０に
は、１相分の半導体素子１、相コンデンサ２等の電気品
がパッキン１７で囲まれた範囲内に取り付けられる。

【００３９】スタック１２を半導体素子冷却ユニットフ
レーム１５に取り付ける際、スタック１２の最も発熱部
１０側のフィン９ａに設けた取付穴２０を利用してボル
ト止めすることにより、フィン９ａの折り曲げ部がパッ
キン１７を押圧し、半導体素子冷却ユニットフレーム１
５とスタック１２との境界の水密性を保つ。

【００４０】この第２の実施の形態の電力変換装置にお
いては、スタック１２内のヒートパイプ８の最も発熱部
１０寄りに取り付けられたフィン９ａの形状が半導体冷
却ユニットフレーム１５のパッキン１７に食い込む構成
にすることにより、また、半導体冷却ユニットフレーム
１５に周状に構成されたパッキン１７の範囲内に電気品
及びその他の用品を構成することにより、スタック１２
が半導体素子冷却ユニットフレーム１５より着脱可能と
なり、水密性においては、第１の実施の形態における境
界板１６を設けることなく同様の効果を得ることができ
る。

【００４１】したがってこの第２の実施の形態によれ
ば、部品点数が削減されてスタック１２が軽量化され、
また、スタック１２の半導体素子冷却ユニットフレーム
１５との着脱時の作業性の向上と境界部の防水処理の削
減により水密構造の品質が向上する。

【００４２】つぎに本発明の第３の実施の形態の電力変
換装置を図７を参照して説明する。図７（ａ）は半導体
素子冷却ユニット４の側面図を、図７（ｂ）はスタック
１２を半導体冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイ
メージの側面図を示す。

【００４３】この実施の形態においては、スタック１２
内のヒートパイプ８の最も発熱部１０寄りに取り付けら
れたフィン９ａに水密性を保持するパッキンガイド１９
およびパッキン１７を周状となるように取り付けた構成
とする。スタック１２の発熱部１０には、１相分の半導
体素子１、相コンデンサ２等の電気品をパッキン１７の
周囲内に取り付ける。

【００４４】スタック１２を半導体素子冷却ユニットフ
レーム１５に取り付ける際、スタック１２の最も発熱部
よりのフィン９ａに設けた取付穴を利用してボルト止め
することにより、半導体素子冷却ユニットフレーム１５
に、前記フィン９ａのパッキン１７を押圧し、半導体冷
却ユニットフレーム１５とスタック１２との境界の水密
性を保つ。

【００４５】この第３の実施の形態の電力変換装置にお
いては、スタック１２内のヒートパイプ８の最も発熱部
寄りに取り付けられたフィン９ａの形状を第１の実施の
形態における境界板１６と同様の構成とすることによ
り、境界板１６を取り付けたのと同様に作用する。そし
て第２の実施の形態と同様、境界部の構造物の部品削
減、境界部に塗布する防水シール処理の削減が可能とな
る。また、境界部の構成において、第２の実施の形態と
は異なり、パッキン１７の取り付けが重力方向で上側と
なるので、塵埃、雨水などがパッキン１７に蓄積される
ことがない。

【００４６】したがってこの第３の実施の形態によれ
ば、パッキン１７の周囲内に用品を取り付けることによ
り、スタック１２の半導体素子冷却ユニットフレーム１
５からの着脱が可能な構成となり、部品点数削減による
スタック１２の軽量化により、スタック１２着脱時の作
業性が向上し、防水処理の削減による水密構造の品質向
上が可能となる。また、パッキン１７が重力方向で上側
に取り付けられることによりパッキン１７への塵埃、雨
水などの蓄積が低減され、パッキン１７の早期劣化を抑
える効果がある。

【００４７】つぎに本発明の第４の実施の形態の電力変
換装置を図８を参照して説明する。図８（ａ）は半導体
素子冷却ユニット４の側面図を、図４（ｂ）はスタック
１２を半導体冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイ
メージの側面図を示す。

【００４８】この第４の実施の形態は、スタック１２内
のヒートパイプ８の最も発熱部１０寄りに取り付けられ
たフィン９ａが、前記第３の実施の形態と同様の構成
で、かつ他のフィンより下方に大きい寸法とする。そし
て、ゲートアンプ７を発熱部１０の下部に配置し、最も
発熱部１０寄りのフィン９ａ下部にゲートアンプ７の点
検用のカバー２２が取り付けられた構成とする。フィン
９ａ上のパッキンガイド１９は、ゲートアンプ７より外
周となるように構成する。半導体素子１とゲートアンプ
７はゲート配線２１によって接続されている。

【００４９】この第４の実施の形態の電力変換装置にお
いては、ヒートパイプ８の最も発熱部１０寄りに取り付
けられた放熱フィン９ａの下部にゲートアンプ点検用カ
バー２２を設けたことにより、半導体素子冷却ユニット
４を車体に取り付けた状態で、車体中央側に潜りこむこ
となく、車側側より容易にゲートアンプ７の点検を行な
うことができる。また、ゲートアンプ７は発熱部１０の
下部に取り付け、半導体素子１の直下となるため、半導
体素子１とゲートアンプ７を接続するゲート配線２１を
短くすることができる。

【００５０】したがって、この第４の実施の形態によれ
ば、車側側からゲートアンプ７を点検することができる
ので、確認試験の操作性が向上し、メンテナンス性が向
上し、それらの作業時間を短縮することができる。ま
た、ゲート配線２１が短くなることにより、ノイズの影
響を受けにくくなり、信頼性が向上する。なおこの第４
の実施の形態における放熱フィン９ａは第１の実施の形
態におけるような別付けの境界板１６であってもよい。

【００５１】つぎに本発明の第５の実施の形態の電力変
換装置を図９を参照して説明する。図９（ａ）は半導体
素子冷却ユニット４のスタック１２を半導体素子冷却ユ
ニットフレーム１５に取り付けるイメージ図を、図９
（ｂ）はワンタッチコネクタ２３部の平面図を示す。

【００５２】この実施の形態は、半導体素子冷却ユニッ
ト４のスタック１２とフィルタコンデンサ３等との電気
的接続部の主回路側にワンタッチコネクタ２３を設け、
制御回路側に通常のコネクタ２４を取り付けた構成であ
る。主回路ワンタッチコネクタ２３は、固定側である半
導体素子冷却ユニットフレーム１５側の間口はテーパ状
に広がった形状とし、可動側であるスタック１２側の導
体は、先端が細くなるテーパ状としている。

【００５３】制御回路のコネクタ２４も、主回路と同様
に半導体素子冷却ユニットフレーム１５側に固定側コネ
クタを、スタック１２側に可動側コネクタを取り付け、
ガイド２５を設けて、勘合性をよくしている。そして、
スタック１２を取り付ける際、スタック１２の最も発熱
部１０寄りのフィン９ａの取付穴を利用してボルト止め
することにより、半導体素子冷却ユニットフレーム１５
とスタック１２との嵌合部の水密性を得るとともに電気
的接続を行なう構成である。

【００５４】この第５の実施の形態の電力変換装置にお
いては、主回路ワンタッチコネクタ２３を設けたことに
より、スタック１２の取り付けが、車側側からの作業で
可能となる。また、半導体素子冷却ユニット４内では、
スタック１２との接続のための締結作業エリアの確保が
不要となる。

【００５５】したがってこの第５の実施の形態によれ
ば、スタック１２の取り付けが車側側からのみの作業と
なるため、組立作業性とスタック交換作業性が向上し、
それらの各作業時間を短縮することができる。また、接
続部の締結作業エリアの削除、メンテナンス作業用の間
口の削除や、空間の有効利用により、半導体素子冷却ユ
ニット４、ひいては電力変換装置の小型・軽量化が可能
となる。なおこの第５の実施の形態における放熱フィン
９ａは第１の実施の形態におけるような別付けの境界板
１６であってもよい。

【００５６】つぎに本発明の第６の実施の形態の電力変
換装置を図１０を参照して説明する。図１０（ａ）は半
導体素子冷却ユニット４の側面図を、図９（ｂ）はスタ
ック１２の側面図を、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）の左
側から見た正面図を、図１０（ｄ）はスタック１２を半
導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイメー
ジ図を示す。

【００５７】この第６の実施の形態も、第２から第５の
実施の形態と同様にヒートパイプ８の最も発熱部１０寄
りに取り付けられたフィン９ａと半導体素子冷却ユニッ
トフレーム１５との間に水密性を保持する構成とする。
半導体素子冷却ユニットフレーム１５にスタック１２を
取り付ける際には、スタック１２の最も車側寄りのフィ
ン９ｂに設けた取付穴を利用して係止部材２６にボルト
止めすることにより、境界部のパッキン１７が押圧さ
れ、半導体素子冷却ユニットフレーム１５とスタック１
２の境界の水密性を保つ構造である。

【００５８】この第６の実施の形態によれば、半導体素
子冷却ユニットフレーム１５へのスタック１２の取付箇
所が、奥まった発熱部１０側でなく、手前側となる車側
側のフィン９ｂの取付穴を利用しての取り付けとなるた
め、取付け作業性が向上し、作業時間を短縮することが
できる。なおこの第６の実施の形態における放熱フィン
９ａは第１の実施の形態におけるような別付けの境界板
１６であってもよい。

【００５９】つぎに本発明の第７の実施の形態の電力変
換装置を図１１を用いて説明する。図１１（ａ）はスタ
ック１２を箱体６へ組み込む状態を示す平面図で、箱体
６側は部分的に断面を示している。図１１（ｂ）は同じ
状態の（車体断面方向となる）側面図で、図１１（ａ）
と同様に箱体６側は部分的に断面を示している。図１１
（ｃ）は図１１（ｂ）のＣ−Ｃ矢視図で電気的接続部分
のみを示す。

【００６０】この実施の形態では、直列に接続された半
導体素子１で構成される電力変換回路スイッチング部の
両端に接続されるフィルタコンデンサ３が箱体６側に設
置されており、スタック１２と電気的に接続されるが、
この主回路電気的接続部にワンタッチコネクタである大
電流コネクタを使用する。

【００６１】この大電流コネクタは主におす側コネクタ
とめす側コネクタの２個の要素から成っており、一方は
スタック１２側に設置され、もう一方は箱体６側に取り
付けられる。おす側コネクタは板ブレード状で嵌合され
る先端部がテーパ状に細くなった嵌合導体２９であり、
これが嵌合する相手となるめす側コネクタは嵌合される
先端部がテーパ状に広がったＵ字断面形状のコネクタ２
３ａである。

【００６２】本実施の形態では、スタック１２とフィル
タコンデンサ３との電気的接続部の箱体６側にＵ字状コ
ネクタ２３ａを複数個取り付けるが、フィルタコンデン
サ３とこのＵ字状コネクタ２３ａ間は積層導体３２で接
続される。他方、スタック１２側に嵌合導体２９が複数
個取り付けられる。これらＵ字状コネクタ２３ａと嵌合
導体２９の嵌合方向はスタック１２の箱体６への挿入方
向Ｋと合わせてある。

【００６３】この実施の形態の電力変換装置は、スタッ
ク１２を箱体６へ組み込む際、スタック１２を車体側方
側より挿入していくと、箱体６側に設置されたＵ字状コ
ネクタ２３ａへスタック１２側に設置された嵌合導体２
９が嵌合し始める。このとき双方の先端形状はテーパ状
になっているので、多少の寸法のずれは問題なく嵌合し
始めることができる。そのままスタック１２をさらに箱
体６側へ挿入していくと、Ｕ字状コネクタ２３ａと嵌合
導体２９とは完全に嵌合され電気的接続が完了するが、
同時にスタック１２は箱体６へ完全に組み込まれ、これ
を車体側方側よりボルト等で締め付けることでスタック
１２が箱体６へ取り付けられる。

【００６４】この第７の実施の形態の電力変換装置によ
れば、ワンタッチコネクタである大電流コネクタで主回
路電気的接続を行なうことにより、スタック１２の箱体
６への取付けが車体側方側からの作業で可能となる。ま
た、箱体６内に、スタック１２との電気的接続のための
締結作業エリアの確保が不要となる。

【００６５】さらに、スタック１２の取付けが車体側方
側からのみの作業となるため、組込み作業性、スタック
交換作業性が向上する。また、接続部の締結作業エリア
の削除、メンテナンス作業用のスペースの削除及び有効
利用により、半導体素子冷却ユニット、ひいては電力変
換装置の小形・軽量化が可能となる。

【００６６】つぎに本発明の第８の実施の形態を図１２
を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置
は、箱体６側とスタック１２側のそれぞれに位置決めと
なるガイド穴２８とガイドピン２７を設け、Ｕ字状コネ
クタ２３ａと嵌合導体２９からなる大電流コネクタの嵌
合方向と方向を合わせたもので、このガイド穴２８とガ
イドピン２７は、大電流コネクタが嵌合し始めるより先
に嵌合するようにしたものである。この実施の形態によ
れば、ガイド穴２８とガイドピン２７の機構により大電
流コネクタの嵌合精度を容易に得ることができる。

【００６７】つぎに本発明の第９の実施の形態を図１３
を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置
は、Ｕ字状コネクタ２３ａと嵌合導体２９より構成され
る複数個の大電流コネクタを一直線状に並べて配置し、
かつブレード方向も同一方向としたものである。この実
施の形態によれば、複数個の大電流コネクタの取付け位
置を精度良く、相互の寸法誤差を小さく構成することが
できる。

【００６８】つぎに本発明の第１０の実施の形態を図１
４を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置
は、箱体６側に設けた複数個のＵ字状コネクタ２３ａの
先端の位置が挿抜方向に変位しており段差が設けられた
構成となっている。スタック１２側に設けた複数個の嵌
合導体２９は挿抜方向に同位置に並べられた構成となっ
ており、その結果、嵌合完了時の大電流コネクタごとの
喰い込み寸法が異なる長さとなる。

【００６９】この実施の形態によれば、スタック１２の
箱体６への取り付け挿入をする際、複数個の大電流コネ
クタは１個ずつ順々に嵌合することになるので、初めに
嵌合する挿入数が少ないことにより押圧力が小さくな
り、かつそれぞれの大電流コネクタの位置決めが１個ず
つとなることからスタック挿入作業性が向上する。

【００７０】つぎに本発明の第１１の実施の形態を図１
５を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置
は、半導体素子１の取り付けられた冷却器冷却ブロック
の下方にスタック１２内に実装されたゲートアンプ７を
配置し、ゲートアンプ７の下方にゲートアンプ点検口７
ａを設け、通常は点検用カバー２２ａにて水密を保ち閉
じられた構成とする。ゲートアンプ７は、半導体素子１
の両端の電位を確認するためのチェック端子が設けられ
ており、半導体素子１とはゲート信号配線により接続さ
れている。また箱体６側の制御回路と電気的に接続する
ためにコネクタもしくは端子が設けられ、コネクタの嵌
合又は端子へのネジ止めにより接続される。

【００７１】この実施の形態の電力変換装置は、ゲート
アンプ点検口７ａと点検用カバー２２ａを設けたことに
より、スタック１２が箱体６に取り付けられた状態での
ゲート配線作業が容易であり、半導体素子１の両端の電
位を確認するなどの点検が可能となる。

【００７２】つぎに本発明の第１２の実施の形態を図１
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、制御配線接続も主回路接続用の大電流コネクタと同
様に、制御回路コネクタ２４の片側を箱体６側に、もう
片側をスタック１２側に設置し、スタック１２の箱体６
への取り付け取り外しにより、これら制御回路コネクタ
２４が挿抜可能なよう、スタックの挿入方向Ｋと同一方
向に動くことで挿抜できるよう構成する。この実施の形
態によれば、主回路のみならず制御回路も、スタック１
２の機械的な取り付け取り外し作業と同時に電気的な接
続及び切り離しが可能となる。

【００７３】以上に説明した各実施の形態によれば、ス
タック１２の取り付け取り外し作業性が著しく向上し、
故障時のスタック交換が容易で、車体中央側での作業が
不要となることから、作業場所の制約もなくなる。ま
た、車体中央側に作業スペースの確保が不要となるの
で、電力変換装置の小形軽量化にもつながり、車体床下
にこれと隣り合って設置される他の装置との間にも作業
スペースが不要となるので、車体床下という限られたス
ペースを有効に活用することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明の電力変換装置においては、装置
箱体あるいは半導体素子冷却ユニットフレームに対して
スタックを容易に着脱することができ、組立てを分業化
することができ、良好な作業性とメンテナンス性を得る
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）は半導体素子冷却ユニットを車体床下に艤装
した状態を示す側面図。（ｂ）はスタックに境界板を取
り付ける状況を示す図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の電力変換装置を示
し、スタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り
付ける状況を示す図。

【図３】本発明の第１の実施の形態の電力変換装置を示
し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う平面図、
（ｂ）は図２のＢ矢視図、（ｃ）は図２のＣ矢視図。

【図４】本発明の第２の実施の形態の電力変換装置を示
し、（ａ）は半導体素子冷却ユニットを車体床下に艤装
した状態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿
う平面図。

【図５】本発明の第２の実施の形態の電力変換装置を示
し、スタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り
付ける状況を示す図。

【図６】本発明の第２の実施の形態の電力変換装置を示
し、（ａ）はスタックの側面図、（ｂ）は（ａ）の左方
から見た正面図、（ｃ）は図５のＤ矢視図。

【図７】本発明の第３の実施の形態の電力変換装置を示
し、（ａ）は半導体素子冷却ユニットの側面図、（ｂ）
はスタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り付
ける状況を示す図。

【図８】本発明の第４の実施の形態の電力変換装置を示
し、（ａ）は半導体素子冷却ユニットの側面図、（ｂ）
はスタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り付
ける状況を示す図。

【図９】本発明の第５の実施の形態の電力変換装置を示
し、（ａ）はスタックを半導体素子冷却ユニットフレー
ムに取り付ける状況を示す図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ
矢視図。

【図１０】本発明の第６の実施の形態の電力変換装置を
示し、（ａ）は半導体素子冷却ユニットの側面図、
（ｂ）はスタックの側面図、（ｃ）は（ｂ）の左方から
見た正面図、（ｄ）ははスタックを半導体素子冷却ユニ
ットフレームに取り付ける状況を示す図。

【図１１】本発明の第７の実施の形態の電力変換装置を
示し、（ａ）はスタックを箱体へ組み込む状況を示す平
面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視
図。

【図１２】本発明の第８の実施の形態の電力変換装置を
示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す平面図。

【図１３】本発明の第９の実施の形態の電力変換装置を
示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す平面図。

【図１４】本発明の第１０の実施の形態の電力変換装置
を示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す平面図。

【図１５】本発明の第１１の実施の形態の電力変換装置
を示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す側面図。

【図１６】本発明の第１２の実施の形態の電力変換装置
を示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す側面図。

【図１７】電力変換装置の回路図。

【図１８】従来の電力変換装置を示し、（ａ）は側面
図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う半導体素子冷却ユ
ニットの平面図。

【符号の説明】

１…半導体素子、２…相コンデンサ、３…フィルタコン
デンサ、４…半導体素子冷却ユニット、５…車体、６…
箱体、７…ゲートアンプ、７ａ…ゲートアンプ点検口、
８…ヒートパイプ、９…放熱フィン、９ａ…発熱部寄り
フィン、９ｂ…車側寄りフィン、１０…発熱部、１１…
放熱部、１２…スタック、１３…装置仕切り板、１４…
艤装限界、１５…半導体素子冷却ユニットフレーム、１
６…境界板、１７…パッキン、１８…取付窓、１９…パ
ッキンガイド、２０…取付穴、２１…ゲート配線、２
２，２２ａ…ゲートアンプ点検用カバー、２３…主回路
ワンタッチコネクタ、２３ａ…Ｕ字状コネクタ、２４…
制御回路コネクタ、２５…制御回路コネクタガイド、２
６…係止部材、２７…ガイドピン、２８…ガイド穴、２
９…嵌合導体、３０…導体、３１…蓋、３２…積層導
体、Ｋ…取付け方向。

───────────────────────────────────────────────────── 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 AA00 BB00 HA03 HA05 HA07 5H115 PA00 PC02 PG01 PI01 PI29 PV09 UI28 UI31 UI34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子のスイッチングによって直流
から交流へあるいは交流から直流へ変換する回路を有す
る発熱部とこの発熱部に結合され前記発熱部を冷却する
放熱部とを備えたスタックと、車両の床下に取り付けら
れ前記スタックを着脱可能に支持して前記発熱部を密閉
部に収容し前記放熱部を車側の開放部に保持する箱体と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】スタックは電力変換回路の１相ごとに構
成され、前記スタックの箱体への取付け部には水密性を
保持する境界板を備え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】放熱部は発熱部に結合されたヒートパイ
プとこのヒートパイプに結合された放熱フィンとを備
え、境界板は発熱部に最も近い放熱フィンによって形成
されていることを特徴とする請求項２記載の電力変換装
置。
【請求項４】境界板には電力変換回路用のゲートアン
プおよびゲートアンプ点検用カバーが設けられているこ
とを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項５】放熱部は発熱部に結合されたヒートパイ
プとこのヒートパイプに結合された放熱フィンとを備
え、最も車側寄りの放熱フィンを固定部に係止するよう
にしたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項６】スタックと箱体の密閉部に主回路を接離
するワンタッチコネクタを備え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】前記ワンタッチコネクタは何れか一方が
直線的に移動することによって挿抜可能であり、前記ワ
ンタッチコネクタの着脱方向と前記スタックの挿抜方向
が同一であることを特徴とする請求項６記載の電力変換
装置。
【請求項８】前記ワンタッチコネクタの近傍に前記ス
タックの前記箱体への取り付けの際に前記ワンタッチコ
ネクタよりも先に嵌合し始める位置決めガイドが設けら
れていることを特徴とする請求項７記載の電力変換装
置。
【請求項９】前記ワンタッチコネクタは、板状の嵌合
導体と、この嵌合導体を両側からはさみこむＵ字状コネ
クタとから成ることを特徴とする請求項７記載の電力変
換装置。
【請求項１０】前記ワンタッチコネクタは複数設けら
れ、前記スタックまたは前記箱体の何れか一方側で挿抜
方向に変位しており、挿着完了時のそれぞれの喰い込み
寸法が異なることを特徴とする請求項７記載の電力変換
装置。
【請求項１１】前記スタックの下面に開閉可能な蓋を
設け、その上方に、前記スタックの内部に実装されたゲ
ートアンプへの前記箱体側からの配線接続部又は前記半
導体素子の両端の電位を確認するチェック端子が設けら
れていることを特徴とする請求項７記載の電力変換装
置。
【請求項１２】前記スタック内に設けられる制御回路
への電気的接続を行なう制御回路コネクタを備え、この
制御回路コネクタは何れか一方が直線的に移動すること
によって挿抜可能であり、前記ワンタッチコネクタの挿
抜方向と同一の挿抜方向を有することを特徴とする請求
項７記載の電力変換装置。
【請求項１３】前記スタックには電力変換回路１相分
以上の半導体素子および、３個以上のワンタッチコネク
タが設けられていることを特徴とする請求項７記載の電
力変換装置。
【請求項１４】前記スタックの最も車体中央側に前記
ワンタッチコネクタの一方が設けられ、前記箱体側にお
いては積層導体に前記ワンタッチコネクタの他方が接続
されていることを特徴とする請求項７記載の電力変換装
置。