JP2007131128A - 鉄道車両用電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転時には気密,水密性を確保し、パワーユニットの引き出し時には専用設備を必要とせず、人力のみで容易にパワーユニットの脱着ができるようにする。
【解決手段】受熱板1を挟んで通気室2と気密室3とを形成し、通気室2には放熱フィンを配置し気密室3には前記スイッチング素子とその周辺回路部品から構成されるコンバータ,インバータを含むパワーユニットを配置した鉄道車両用電力変換装置において、受熱板1に構造体フレーム41を取り付け、この構造体フレーム41には構造体フレームを貫通し車輪44と一体化された支柱42を設け、かつ、この支柱42にはばね43を貫通して構成する。
【選択図】図5
【解決手段】受熱板1を挟んで通気室2と気密室3とを形成し、通気室2には放熱フィンを配置し気密室3には前記スイッチング素子とその周辺回路部品から構成されるコンバータ,インバータを含むパワーユニットを配置した鉄道車両用電力変換装置において、受熱板1に構造体フレーム41を取り付け、この構造体フレーム41には構造体フレームを貫通し車輪44と一体化された支柱42を設け、かつ、この支柱42にはばね43を貫通して構成する。
【選択図】図5
Description
この発明は、鉄道車両の床下に設置される鉄道車両用電力変換装置に関する。
最近の一般的な鉄道交流車両としては、図8のCI(コンバータ・インバータ)システム構成図に示すように、主変圧器MTrの単相2次電圧を交流/直流変換器(AC/DC)により直流電圧に変換し、その直流電圧を直流/交流変換器(DC/AC)、例えばVVVFインバータにより3相交流電圧に変換し、電車の駆動電動機(誘導電動機:IM)に可変電圧可変周波数の電力を供給するものが採用されている。ここでは、AC/DCコンバータおよびVVVFインバータとして、高圧大電力変換回路である3レベル変換回路が適用されている。
コンバータおよびインバータに使用されるスイッチング素子は、逆並列ダイオードと一体となってモジュール化されたIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)モジュールが用いられている。コンバータ回路部およびインバータ回路部はIGBTモジュールとゲート回路、平滑コンデンサとともにそれぞれ1つのパワーユニットで構成される。
コンバータおよびインバータに使用されるスイッチング素子は、逆並列ダイオードと一体となってモジュール化されたIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)モジュールが用いられている。コンバータ回路部およびインバータ回路部はIGBTモジュールとゲート回路、平滑コンデンサとともにそれぞれ1つのパワーユニットで構成される。
そして、IGBT(31)やクランプダイオードなどの発熱素子は、例えば図9に示すように受熱板1の一方の面上に取り付けられ、フィルタコンデンサ32,ゲートドライブ装置33等とともに気密室3に置かれ、受熱板1の他方の面に取り付けられる放熱フィン21は通気室2において、電動送風機11からの通風により冷却されるように一体化されたユニット構造になっている。これらのパワーユニットは、例えば特許文献1に示すように車両の床下方向から実装され、気密室側より電力変換装置に設けられた仕切り板にパッキンを挟んでボルト締めされることにより、気密室と通気室との気密性と水密性が確保される。
このように、パワーユニットの脱着は車体の下側からであるので、脱着時にはユニットをレール間に降ろさなければならず、車両の床下に設置可能なリフターなどの専用設備が必要であった。さらに、脱着時には車両の床下に作業者が入る必要があり、レール下に設けた専用ピットが必要であった。また、専用ピットがあっても一般には車両の床下は狭く、脱着作業に多くの時間を要していた。そこで、図9に示すものは、このような問題に対処するため、パワーユニットの脱着を車両の側面方向から可能な構成としている。
図10に、図9でパワーユニットを取り外した状態を示す。
パワーユニット30の取り外しには、パワーユニットの固定部の図示されないボルトを外し、例えばフォークリフトの爪9をパワーユニット30に差し込み、持ち上げることによりパワーユニット30と仕切り板7を切り離し、パッキンの圧縮を開放した後に、車両側面方向(図10の左側方向)に引き出すようにしている。
パワーユニット30の取り外しには、パワーユニットの固定部の図示されないボルトを外し、例えばフォークリフトの爪9をパワーユニット30に差し込み、持ち上げることによりパワーユニット30と仕切り板7を切り離し、パッキンの圧縮を開放した後に、車両側面方向(図10の左側方向)に引き出すようにしている。
しかしながら、パワーユニットの質量はかなりの大きさであるだけでなく、パワーユニットはその固定部が仕切り板に面接触しているため、パワーユニットを車両の側面方向に引き出す場合でも大きな力が必要で、フォークリフトなどの専用設備が必要となる。また、上述のように気密性と水密性を持たせるためのパッキンを、圧縮させた状態で車両の側面方向に引き出すことは、パッキンを破損させるおそれがあって、困難である。
したがって、この発明の課題は、電力変換装置の運転時には密閉室に水や塵埃を含む空気を浸入させることがなく、かつ、パワーユニットのメンテナンス時には専用設備を必要とせず、1人または2人の作業者による人力で容易にパワーユニットの脱着ができるようにすることにある。
したがって、この発明の課題は、電力変換装置の運転時には密閉室に水や塵埃を含む空気を浸入させることがなく、かつ、パワーユニットのメンテナンス時には専用設備を必要とせず、1人または2人の作業者による人力で容易にパワーユニットの脱着ができるようにすることにある。
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、複数のスイッチング素子を取り付ける受熱板を挟んで通風室と気密室とを形成し、通風室には放熱フィンを配置し気密室には前記スイッチング素子とその周辺回路部品から構成されるコンバータまたはインバータを含むパワーユニットを配置した鉄道車両用電力変換装置であって、前記受熱板の下面から突出可能に車輪を設けることを特徴とする。
この請求項1の発明においては、前記車輪は前記受熱板の下面から突出する方向にばね付勢されるばね付き車輪であることができる(請求項2の発明)。また、この請求項2の発明においては、前記ばね付き車輪は、支柱と、支柱の一端側に設けられる車輪と、この車輪を前記受熱板の下面から突出する方向に付勢するばねと、前記受熱板に前記支柱を支持する構造体フレームとから構成することができる(請求項3の発明)。
この請求項1の発明においては、前記車輪は前記受熱板の下面から突出する方向にばね付勢されるばね付き車輪であることができる(請求項2の発明)。また、この請求項2の発明においては、前記ばね付き車輪は、支柱と、支柱の一端側に設けられる車輪と、この車輪を前記受熱板の下面から突出する方向に付勢するばねと、前記受熱板に前記支柱を支持する構造体フレームとから構成することができる(請求項3の発明)。
この発明によれば、電力変換装置の運転時には気密室に水や塵埃を含んだ空気を浸入させることがなく、またパワーユニットのメンテナンス時には専用設備を用いることなく、1人または2人の作業者が人力で容易にパワーユニットの脱着作業を行なうことが可能となる。
図1はこの発明の実施の形態を示す車両の断面図、図2はばね付き車輪の説明図、図3は図1のパワーユニットの引き出し時を説明する説明図、図4は図1のパワーユニット説明図、図5は図4の詳細構成図、図6は図4で放熱フィンの設置場所を変更した説明図、図7は図6の詳細構成図である。以下、これらを参照してこの発明の実施の形態について説明する。
IGBT(31)やクランプダイオードなどの発熱素子は、例えば図1に示すように受熱板1の一方の面上に取り付けられ、フィルタコンデンサ32,ゲートドライブ装置33等とともに気密室3に置かれ、受熱板1の他方の面に取り付けられる放熱フィン21は通気室2において、電動送風機11からの通風により冷却されるように一体化されたユニット構造になっている。パワーユニット30は、ユニット固定部が仕切り板7に面接触している。パワーユニッ30トはこれら主回路部品から構成されていて質量はきわめて大きく、また、単相コンバータの2相分または3相インバータの3相分の構成部品を、1つのパワーユニットにまとめて構成した場合の質量は更に大きくなる。これまでは図9の従来例と同じであり、異なる点はパワーユニットの受熱板1にばね付き車輪4が取り付けられている点にある。
図2はばね付き車輪の一例を示すものであり、図2(a)は正面図、図2(b)は平面図を示す。
図2(a),(b)において、構造体フレーム41には2個の穴部41aが設けられており、2本の支柱42がそれぞれの穴部41aを貫通している。支柱42の下端部側には球状の車輪44を支持する車輪支持部45が取り付けられ、構造体フレーム41と車輪支持部45との間には車輪44を下方に付勢するコイル状のばね43が設けられている。ここでは、コイル状のばね43に支柱42が貫通しているものを例として挙げているが、ばね43は車輪44を下方に付勢するものであればよく、その形状や取り付け方はこの例に限るものではない。また、支柱42の上端部側には車輪44の突出長さを規制するための鍔部42aが設けられている。なお、この例では、1つの構造体フレーム41に対して2本の支柱42,2個の車輪44を設けるようにしているが、1つの構造体フレーム41に対して1本の支柱42,1個の車輪44を設けるようにしてもよい。また、車輪44は球状に限るものではなく、円筒状の車輪としてもよい。
図2(a),(b)において、構造体フレーム41には2個の穴部41aが設けられており、2本の支柱42がそれぞれの穴部41aを貫通している。支柱42の下端部側には球状の車輪44を支持する車輪支持部45が取り付けられ、構造体フレーム41と車輪支持部45との間には車輪44を下方に付勢するコイル状のばね43が設けられている。ここでは、コイル状のばね43に支柱42が貫通しているものを例として挙げているが、ばね43は車輪44を下方に付勢するものであればよく、その形状や取り付け方はこの例に限るものではない。また、支柱42の上端部側には車輪44の突出長さを規制するための鍔部42aが設けられている。なお、この例では、1つの構造体フレーム41に対して2本の支柱42,2個の車輪44を設けるようにしているが、1つの構造体フレーム41に対して1本の支柱42,1個の車輪44を設けるようにしてもよい。また、車輪44は球状に限るものではなく、円筒状の車輪としてもよい。
一方、図2(c)は図2(a),(b)とは異なる例を示すものであり、構造体フレーム41cには2個の穴部41bが設けられており、2本の支柱42がそれぞれの穴部41bを貫通している。車輪支持部45cには円筒状の車輪44cが軸45dにより回転自在に軸支され、車輪支持部45cの両端が2本の支柱42の下端部側に取り付けられている。構造体フレーム41cと車輪支持部45cとの間には、車輪44cを下方に付勢するコイル状のばね43が設けられている。
パワーユニットを取り外す場合は、図3のようにカバー14を開いて図1に示す固定ボルト8を外すと、ばね付き車輪4のばねが伸びてパワーユニット30全体を持ち上げるので、パワーユニット30は仕切り板7に対して浮上し、車輪のみで仕切り板に接触する。パワーユニットの質量は車輪による点接触になるため、パワーユニットを車両側面方向に引き出すのに要する力は、面接触の場合と比べて著しく小さくて済むことになる。
また、受熱板1に取り付けられているパッキン6は、上記パワーユニット30の浮上により圧縮状態が開放され、さらにパッキンと仕切り板とは接触せずに隙間が空く。ここで、車両側面方向にパワーユニット受け台35を準備しておけば、浮上したパワーユニットを車輪によって仕切り板上を滑らせ、人力により車両側面方向に引き出して、パワーユニット受け台に載せることができる。このように、フォークリフトのような専用設備を用いることなく、1人または2人の作業者が人力だけで容易にパワーユニット脱着作業をすることが可能となる。
図4にパワーユニットのみを示す。図4(a)は平面図、図4(b)は図4(a)の正面図、図4(c)は左側面図である。ここでは、3が主回路部品が配置される気密室を示し、2が放熱フィンが配置される通気室、1が受熱板をそれぞれ示す。受熱板1には上述のばね付き車輪4の構造体フレーム41aがねじ止め又は溶接により受熱板1の上面に取り付けられ、受熱板1と仕切り板7との間にパッキン6を挟み、固定ボルト8により下方から取り付けられる。パワーユニットを抜き出すときは、図4(b)の左方向に引き出すので、仕切り板7はその一辺のみ取り外しができるように構成されている。なお、図に示すように、ばね付き車輪4は、受熱板1の両端部にパワーユニットを引き出す方向に複数個並べて取り付けられ、パッキン6はばね付き車輪4よりも内側に設けられており、固定ボルト8による締め付け状態時には、気密室3の気密性および水密性を確保するようにしている。
図5は図4(b)の拡大側面図で、図5(a)は固定ねじを締めた状態、同(b)は外した場合をそれぞれ示す。
図5(a)では、構造体フレーム41がパワーユニットの受熱板1に取り付けられ、受熱板1と仕切り板7との間にはパッキン6が挟まっており、締め付け雌ねじ部5と固定ボルト8により受熱板1は仕切り板7に取り付けられ、パワーユニットは固定される。パワーユニットは固定ボルト8による締め付け状態時には、支柱42内のばね43は圧縮される。この固定ボルト8による締め付け時には、ばね43は圧縮されてばね付き車輪4の車輪44がパッキン6の下面より上方に位置するように収納される。これにより、通気室側の水分や塵埃を含む空気は密閉室には浸入せず、気密性および水密性が確保される。
図5(a)では、構造体フレーム41がパワーユニットの受熱板1に取り付けられ、受熱板1と仕切り板7との間にはパッキン6が挟まっており、締め付け雌ねじ部5と固定ボルト8により受熱板1は仕切り板7に取り付けられ、パワーユニットは固定される。パワーユニットは固定ボルト8による締め付け状態時には、支柱42内のばね43は圧縮される。この固定ボルト8による締め付け時には、ばね43は圧縮されてばね付き車輪4の車輪44がパッキン6の下面より上方に位置するように収納される。これにより、通気室側の水分や塵埃を含む空気は密閉室には浸入せず、気密性および水密性が確保される。
一方、図5(b)のように固定ボルト8を取り外すとばね43の圧縮力は開放され、パッキン6と仕切り板7が接触しない位置までばね43が伸び、パワーユニットは仕切り板7に対して浮上する。パワーユニットの浮上量は、パワーユニットの重力アンバランスによる傾きがある場合や、ばね43のばね定数のばらつきがある場合でも、パッキン6と仕切り板7との間には隙間が存在するように設計されるのは言うまでもない。
図6に図4の変形例を示し、図7に図6(b)の拡大側面図を示す。
すなわち、図6は図4の放熱フィン2と主回路部品3との位置を入れ替えたものであり、図7より明らかなように受熱板1よりも上方が気密室3となり、下方が通気室2となるものである。図6および図7もこれに応じた変形がされているだけで図4,図5と基本的には同じなので、詳細は省略する。
すなわち、図6は図4の放熱フィン2と主回路部品3との位置を入れ替えたものであり、図7より明らかなように受熱板1よりも上方が気密室3となり、下方が通気室2となるものである。図6および図7もこれに応じた変形がされているだけで図4,図5と基本的には同じなので、詳細は省略する。
1…受熱板、2…通風室(放熱フィン)、3…気密室(主回路部品)、4…ばね付き車輪、41,41c…構造体フレーム、41a,41b…穴部、42…支柱、43…ばね、44,44c…車輪、45,45c…車輪支持部、45d…軸、5…締め付け雌ねじ部、6…パッキン、7…仕切り板、8…固定ボルト。
Claims (3)
- 複数のスイッチング素子を取り付ける受熱板を挟んで通風室と気密室とを形成し、通風室には放熱フィンを配置し気密室には前記スイッチング素子とその周辺回路部品から構成されるコンバータまたはインバータを含むパワーユニットを配置した鉄道車両用電力変換装置であって、
前記受熱板の下面から突出可能に車輪を設けることを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。 - 前記車輪は前記受熱板の下面から突出する方向にばね付勢されるばね付き車輪であることを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記ばね付き車輪は、支柱と、支柱の一端側に設けられる車輪と、この車輪を前記受熱板の下面から突出する方向に付勢するばねと、前記受熱板に前記支柱を支持する構造体フレームとから構成されることを特徴とする請求項2に記載の鉄道車両用電力変換装置。
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Legal Events
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