JP2008149885A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内に十分な機器搭載スペースを確保するとともに高速走行時にも低騒音で十分な量の冷却用空気を取り込むことのできる車両用制御装置を提供する。
【解決手段】直流電力を交流電力若しくは交流電力を直流電力に変換する電力変換回路および前記回路部品を冷却する電動送風機を筐体内に収容し鉄道車両の床下に設けられる車両用制御装置において、前記電動送風機の空気取込み口は前記筐体の底面に周囲の筐体底面よりも底上げされて設けられている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気鉄道車両の主電動機等からなる推進装置等を制御する車両用制御装置に関する。

電気鉄道車両の主電動機等からなる推進装置や蛍光灯、空調等の車内設備を制御する車両用制御装置は車両の床下に取り付けられている。車両用制御装置はスイッチング素子、コンデンサ、抵抗器等から構成され、発熱するので冷却する必要がある。

図１２は従来の車両用制御装置のレール方向から見た側面図である。図示のように、車体１６に懸架された制御装置筐体１の側面１ａに電動送風機２の空気取込み口３が設けられ、側面１ｂに排風口４が設けられている。冷却風９は筐体１の側面１ｃ（車両側面）から電動送風機入風口１８に取込まれ、他の側面１ｂに設けられた電動送風機排風口１９から排出される。冷却風９は冷却ダクト６内の整流素子冷却板等の被冷却体１３を冷却して、排気１５が反対側の排風口４から排出される。これは高速走行する鉄道車両の電動送風機を用いた一般的な制御装置であるが、大量の発熱を冷却するためには電動送風機は大型、高回転となる。このため筐体１の側面１ａ，１ｂからは電動送風機の風切音が発生し、電動送風機に隣接して設置されるフィルター１４の風切音も発生し、それらの騒音レベルは高い。

図１３は従来の車両用制御装置の上面図である。図１２において、矢印１０は車両が高速走行した場合の車両用制御装置周りを流れる走行風の流れを表している。高速走行時には筐体１内部の気圧が筐体１出口近傍の外部の気圧よりも高くなり、電動送風機２の空気取込み量が低下する。また空気取込み口３の外部で走行風１０が層流になっているので、空気を取り込みにくい。

図１４は電動送風機２の空気取込み口３が筐体底面５と同一面にある場合であるが、電動送風機２の投影面積以上の範囲を空気取込み口３にあてている。これは前述したように高速走行時の筐体１内外の気圧差により筐体１内部への空気取込み量が低下することを解消するためである。この結果空気取込み面積の増加分だけ筐体１内部の機器搭載スペースが減少する。
特開平０９−２１９９０４号公報

上述のように従来の床下搭載車両用制御装置における電動送風機の空気取込み口と排風口は車両側面に配置されることが多いために、電動送風機の風切音の騒音レベルは非常に高く、車両用制御装置が高出力になれば電動送風機はその分大型、高回転となり、近年の環境志向からくる騒音低減要求に対しては相反している。そのため空気取込み口と排風口から生じる騒音を低減するために、入排風口の適切な面積、位置を試験などで検証しなければならないが、組合せが多く全てを検証することは困難である。

車両が高速走行した場合の車両用制御装置周りで生じる筐体の内外気圧差はかなり大きく、電動送風機入風口から空気を取り込むことは筐体内外気圧差が電動送風機の静圧に加わるため、空気取込み量の低下を招くことになる。高速走行のためにはこの空気取込み量の低下分を考慮した電動送風機を設けなければならないため、最高速度が大きくなるほど電動送風機は大型、高回転化する。このため制御装置の冷却に必要な空気取込み量を確保するためには、空気取込み口での筐体内外の圧力差を緩和して電動送風機の空気取込み量の低下を防がなければならない。

図１４に示したように電動送風機の空気取込み口が筐体底面にある場合、高速走行時には筐体内外気圧差により筐体内部への空気取込み量が低下することを解消するため、電動送風機の投影面積以上の範囲を空気取込み口にあてる必要があり、この結果空気取込み口面積の増加分だけ筐体内部の機器搭載スペースが減少することになる。

そこで本発明は、筐体内に十分な機器搭載スペースを確保するとともに高速走行時にも低騒音で十分な量の冷却用空気を取り込むことのできる車両用制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、直流電力を交流電力若しくは交流電力を直流電力に変換する電力変換回路および前記回路部品を冷却する電動送風機を筐体内に収容し鉄道車両の床下に設けられる車両用制御装置において、前記電動送風機の空気取込み口は前記筐体の底面に周囲の筐体底面よりも底上げされて設けられている構成とする。

本発明によれば、筐体内に十分な機器搭載スペースを確保するとともに高速走行時にも低騒音で十分な量の冷却用空気を取り込むことのできる車両用制御装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の車両用制御装置は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）示すように、制御装置筐体１の電動送風機２への空気取込み口３を筐体底面５に設け、空気取込み口３部分が周囲の筐体底面５よりも車体１６の床下方向に底上げされて段差２０を有する構成とする。空気取込み口３の上部には電動送風機２が設置されているが、空気取込み口３と電動送風機設置面１７は異なる面であり、この２面の間は中空状態となっている。電動送風機設置面１７には空気を取込むための十分な面積の穴が開いており、冷却ダクト６内に設けられたスイッチング素子のヒートシンク等の被冷却体１３を冷却するための冷却風９を電動送風機入風口１８から取込み、電動送風機排風口１９から冷却ダクト６内へ冷却風を送る。電動送風機２は筐体底面５からのみ冷却風を取り込み、それ以外の箇所からの空気取込みは行わない。筐体底面５の空気取込み口３には外気からの塵埃を防ぐためのフィルター１４が設置され、電動送風機２への塵埃の進入を防ぐ。空気取込み口３と電動送風機設置面１７の間の中空部にフィルター１４の出っ張り部が収まり、空気取込み口３より外部に出っ張らないことで、空気取込み口３と筐体底面５との段差を確保する。

本実施の形態によれば、空気取込み口３が筐体底面５にあるため、筐体前面（車両側面）に入風口がある場合に比べて電動送風機入風口１８からの風切音などの騒音の直達を低減できる。そのため、制御装置筐体１から発生する騒音を小さくすることができる。また空気取込み口３が周囲の筐体底面５よりも底上げされていることにより、この箇所で車両が高速走行した場合の制御装置筐体１の表面で生じる空気の層流を剥離させることで、空気取込み口３での制御装置筐体１内外の圧力差を緩和し、電動送風機２の空気取込み量の低下を防ぐことができる。

なお、本実施の形態は、図２に示すように、筐体底面５の空気取込み口３の端部に傾斜をつけてもよい。このような構成によっても、走行風による空気の層流に剥離を生じさせ、冷却風を良好に取り込むことができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の車両用制御装置は、図３に示すように、筐体底面５と電動送風機２の空気取込み口３との段差２０が車両進行方向と直角、すなわち枕木方向に平行に存在し、この段差２０は車両の高速走行時に空気の層流を断ち切るのに十分な段差高さを有する構成とする。

本実施の形態によれば、車両が高速走行した場合に筐体１の表面で生じる空気の層流を筐体底面５と空気取込み口３との段差端を始点に断ち切ることができ、空気取込み口３での筐体１内外の圧力差を緩和することができるため、電動送風機２の空気取込み量の低下を防ぐことができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の車両用制御装置は、図４に示すように、電動送風機２用の空気取込み口３が、電動送風機２の設置されている位置の筐体底面５にほぼ電動送風機２の投影面積分を開けられている構成である。

本実施の形態によれば、空気取込み口３を電動送風機２の真下に同じ投影面積分を開けることで、筐体１の平面で見た場合の電動送風機２および空気取込み口３に必要なスペースを最小にすることができるため、筐体１内へのスイッチング素子、コンデンサ等の機器の搭載スペースを確保することができる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の車両用制御装置は、図５，６，７に示すように、制御装置筐体１の底面の電動送風機２の空気取込み口３と他の底面との段差２０の境界全周にわたり、空気取込み口３よりも深い溝７を設けて空気取込み口３側の溝側面８の枕木方向とレール方向奥側に溝側面空気取込み口２１を複数個設けた構成である。溝側面空気取込み口２１からの風の流入は車両走行風による空気の押し込み力ではなく、電動送風機２の吸い込みによる流入が支配的である。

本実施の形態によれば、筐体底面５の空気取込み口３の境に溝７を有し、その結果電動送風機２の空気取込み口には全周にわたり溝側面８ができるため、溝側面空気取込み口２１を追加することができ、電動送風機２底面の空気取込み口３と合わせて空気取込み風量を増やし冷却に必要な風量を確保することができるため、電動送風機２を小型、低回転化することができる。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態の車両用制御装置を図８に示す。本実施の形態は、制御装置筐体１の底面にレール方向に対して長い空気取込み口３を形成し、この空気取込み口３の両端および中央に筐体底面５の高さまでの仕切り板１１を枕木方向に平行に設けた構成である。

本実施の形態によれば、車両高速走行時に生じる制御装置筐体１の表面の空気層流を空気取込み口３の全長にわたって断ち切ることができ、空気取込み口３での筐体１内外の圧力差を緩和することができるため、電動送風機２の空気取込み量の低下を防ぐことができる。

（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態の車両用制御装置を図９、図１０に示す。本実施の形態は、図８に示すように、制御装置筐体１内に形成された冷却ダクト６内の被冷却体１３を冷却後の排気１５が筐体底面５から排出されるように排風口４を筐体底面５に設けた構成である。この排風口４は筐体底面５と同一面、もしくは図９のように筐体底面５よりも外部に突出している。

本実施の形態によれば、排風口４が筐体底面５に設置されていることで排風口４における圧力は車両側面に設置されている場合に比べて低いため、筐体１の内部からの排気がしやすい。また排風口４の位置が筐体底面５と同一面にあることで、車両高速走行時に生じる筐体１表面の層流により筐体１の圧力が低くなるため、筐体１内外の気圧差を利用して排風することができる。

また、本実施の形態の車両用制御装置は、排風口４が筐体底面に設置されているため、送風機２の駆動により生ずる風切音等の騒音は、筐体底面（車両の底面）から、車両の側面へ伝わり、車両の周辺に騒音が伝わる。そのため、排風口４が車両側面部に設けら、直接車両の側面から風切音等の騒音が直接車両の周囲に伝わってしまう車両用制御装置に比べ、本実施の形態の車両用制御装置は、低騒音化することが出来る。

（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態の車両用制御装置を図１１に示す。本実施の形態は、筐体底面５に電動送風機２の空気取込み口３を設け、電動送風機排風口１９が冷却ダクト６の入口となり、冷却ダクト６内の被冷却体１３を冷却後、筐体底面５の排風口４から排気されるようにした構成である。

本実施の形態によれば、レール方向、枕木方向の区別なく空気入排気口を設置することができ、入排風が周辺機器の影響を受けない車両用制御装置を提供できる。

本発明の第１の実施の形態の車両用制御装置の構成を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図。 本発明の第１の実施の形態の変形例の車両用制御装置の構成を示す断面図。 本発明の第２の実施の形態の車両用制御装置の構成を示す枕木方向から見た側面図。 本発明の第３の実施の形態の車両用制御装置の構成を示す底面図。 本発明の第４の実施の形態の車両用制御装置の構成を示す底面図。 図５のVI−VI線に沿う側面図。 図５のVII−VII線に沿う断面図。 本発明の第５の実施の形態の車両用制御装置を示す枕木方向から見た側面図。 本発明の第６の実施の形態の車両用制御装置の第１の実施例を示す断面図。 本発明の第６の実施の形態の車両用制御装置の第２の実施例を示す断面図。 本発明の第７の実施の形態の車両用制御装置の構成を示す断面図。 従来の車両用制御装置の構成を示す断面図。 従来の車両用制御装置の構成を示す上面図。 従来の車両用制御装置の構成を示す底面図。

符号の説明

１…制御装置筐体、１ａ，１ｂ…筐体側面、２…電動送風機、３…空気取込み口、４…排風口、５…筐体底面、５ａ…筐体上面、６…冷却ダクト、７…溝、８…溝側面、９…冷却風、１０…走行風、１１…仕切り板、１３…被冷却体、１４…フィルター、１５…排気、１６…車体、１７…電動送風機設置面、１８…電動送風機入風口、１９…電動送風機排風口、２０…段差、２１…溝側面空気取込み口、２２…レール。

Claims (6)

1. 直流電力を交流電力若しくは交流電力を直流電力に変換する電力変換回路および前記回路部品を冷却する電動送風機を筐体内に収容し鉄道車両の床下に設けられる車両用制御装置において、前記電動送風機の空気取込み口は前記筐体の底面に周囲の筐体底面よりも底上げされて設けられていることを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記空気取込み口は筐体底面との間に枕木方向に平行な段差を有することを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
3. 前記空気取込み口は前記電動送風機と同じ投影面積の開口を有することを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
4. 前記空気取込み口と周囲の筐体底面との境に溝が形成され、前記溝の側面にも前記電動送風機への空気取込み口を備えていることを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
5. 前記空気取込み口は枕木方向に平行で筐体底面位置までの高さを有する仕切り板を備えていることを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
6. 前記回路部品を冷却後の冷却風を排出する排風口が筐体底面に設けられ、前記排風口の位置が筐体底面と同一面もしくは筐体底面よりも突出していることを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。

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