JP2011018770A - 車両用リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】車両天井裏に２台縦型配置される車用リアクトルにおいて、巻線から発生する漏洩磁束が車室内へ入り込む事を軽減し、またリアクトルの局部温度上昇を抑制した車両用リアクトルを提供することにある。
【解決手段】車両天井裏部分に２台縦型配置される車用リアクトルにおいて、隣り合う前記巻線の極性を逆方向にして接続して運転する際、縦型配置される巻線の上端に上部カバー、下端に下部カバーを設け、その上部カバーには冷却用の穴を設け、さらに前記上部カバー及び下部カバーを締結する複数枚のタンク側板を巻線周囲に設け、前記側板同士の間に間隙部を設けると共に、２台の前記車両用リアクトルを接続するために、リアクトルの下部カバー同士を磁性材からなる下部連結板で磁気的に結合した。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両内の天井裏部分に巻線の端面を車室内側に向けて縦型配置して使用される車両用リアクトルに係り、特に磁気遮蔽及び冷却機能の改善を図った車両用リアクトルに関するものである。

最近のＩＧＢＴインバーター駆動方式を用いた鉄道車両では、空心の車両用リアクトルをインバーターへの直流入力回路に電気的に接続し、コンデンサとともに平滑回路を構成している。この車両用リアクトルは、一般的に車両の床下や車両の天井裏に配置されている。

このリアクトルから発生する磁束は、車室内で数ｍＴに達する場合もあり、車室内の電子機器、ペースメーカ等に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで車両メーカの要望でもある、乗客への磁束の影響を極力小さくするため、車室内で磁束を１ｍＴ以下に低減する何らかの対策が要求されるようになって来ている。

特許文献１では、横型配置の車両用リアクトルで、車両の床下に車両進行方向に巻線の端面を向けて２台を平行に配置し、更にリアクトル間に艤装配線も設けられた構造で、両方のリアクトル間を跨いで磁気遮蔽板を配置し磁束を吸引させて、車室内に入り込む磁束を低減するものが提案されている。

特開２００６−１２８８７号公報

特許文献１に記載されている、磁気遮蔽板を２台の車両用リアクトル（以下リアクトル）間に跨いで取り付けた構造は、車両の床下に配置してある艤装配線からの磁束を吸引して低減するのには有効である。

しかし、この構造をそのまま車室上部の天井裏部分に縦型配置しても、車室方向に向くリアクトル巻線（以後巻線）下端面から車室内に入り込む磁束を軽減する効果は小さい。リアクトルを天井裏に設ける場合は、冷却性を考慮して、巻線が縦方向に並行になるように配置されるので、天井板の上面に巻線の端面が接するようになり、このため巻線端面からの漏洩磁束が車室内に入り込むという虞がある。巻線端面から車室内に漏れる磁束を低減するため、図７に示すように、従来は、巻線の端面を完全に覆う形状の高導電性金属よりなる遮蔽板１４を配置して、車室に入り込む磁束７を遮蔽する必要があった。

また、天井裏は一般的に閉じられた構造であるため、床下に配置された場合とは異なり、リアクトルに走行風が当たりにくく、冷却効果が不十分になり易い環境であるのに加えて、遮蔽板１４を設けると更に、冷却性能が阻害されるという問題があった。巻線に発生した局部温度上昇を、ブロア等で強制的に冷却する構造が必要であり、ブロア分の重量が加算されて、重心が車両の上方向に移動して、重量バランスが悪化するのは言うまでも無い。

本発明は、隣り合う２つの巻線の極性を逆方向にして車両の天井裏に縦方向に並行配置されるリアクトルにおいて、巻線を磁性材料からなる上下カバーとの間に絶縁部材を挟んで配置し、巻線の周囲には、同様に磁性材料からなる複数枚のタンク側板をタンク側板同士及び巻線との間に間隙部を設けて配置し、このタンク側板の上下端と前記上下カバーがそれぞれ結合し、さらに２台のリアクトルは、巻線の下部に配置されているそれぞれの下部カバー同士が最も近接している部分で、巻線のほぼ直径と同等長さで平行に向かい合った形状をしており、その平行部分においても下部連結板で磁気的接続された構造としたことを特徴としている。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは２台縦置きされるリアクトルにおいて、巻線から発生する漏洩磁束が車室内へ入り込む事を軽減し、また巻線の局部温度上昇を抑制したリアクトルを提供することにある。

本発明のリアクトルによれば、巻線から発生した磁束は、上部カバー及び下部カバーと、上下部カバーを結合するタンク側板で効果的に吸引され、更にリアクトル間の下部連結板を介して隣接する他方のタンク側板へも流れる。このことにより、２台のリアクトルが向かい合った中心付近の磁束が、車室内に入り込む事を効果的に低減することが可能となる。また、タンク側板の間に設けられた複数の間隙部を通して、車両の屋根にあるルーバーから流入した外気が巻線自身を冷却し、効果的にリアクトルの局部的な温度上昇を抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施例であるリアクトルの平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施例であるリアクトルの平面図である。 本発明の第３の実施例であるリアクトルの平面図である。 本発明の磁界方向を示した代表図である。 図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 従来技術での磁界方向概略図。 左側のリアクトルが故障した場合の磁界方向を示した代表図である。 図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 本発明のリアクトルを車室天井裏に配置した概略配置斜視図である。 図９のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１０は、本発明のリアクトル１０を、車室天井裏部分３０に配置した実施例を斜視図で示したものである。

図１１は、図１０のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。リアクトル１０は、化粧板１００の上部にある天井裏部分３０の中にある天井板９０の上に配置されている。天井板９０は、リアクトルのような重量物が搭載されても、十分耐えられる構造となっている。リアクトル１０は、天井板９０のほぼ中央でバランスよく縦型配置されている。

図１０、図１１から分かるように、天井裏部分３０は閉じられた空間となる為、屋根５０には外気取り入れルーバー４０があり、ここから外気７０が出入りして、天井裏部分３０の中を循環しリアクトル１０を冷却する構造となっている。

次に図１、図２を使ってリアクトル１０の構造を詳しく説明する。本発明では、２台のリアクトルを使用しており、形状はほぼ左右対称である。よって、必要が無い限り片方の説明だけで、もう一方の説明は省略する。

本発明のリアクトル１０は大きく分けると、巻線１、上部カバー２、下部カバー３、タンク側板４及び下部連結板６で構成される。更に各部品を詳細に説明する。上部カバー２は、ほぼ円形をしており、その外径は、巻線１の外径よりも大きく設定されていてタンク側板４を取り付ける舌片が一体に形成されているとともに、後述の巻線固定部材１１が貫通する取り付け穴が形成されている。

一方下部カバー３もほぼ同形状であるが、左右のリアクトルを連結する場所として、それぞれ下部カバー連結部１６を設け、巻線１の直径とほぼ同程度長の直線部分を有している。

図１、図２に示すように、巻線１の巻線中には、巻線固定部材１１が円周方向に等間隔を保って複数本製造過程で巻き込まれている。巻線固定部材１１はロッド状で、金属製の中心軸を持ち、巻線１に巻き込まれている部分は、絶縁性の物質で金属製の軸を囲んでいる。巻線固定部材１１は、巻線１の端面から上方及び下方に一定寸法突出しており、その両端部に、ネジ部（図示しない）が形成されている。

９は、角柱状の絶縁部材であって、この絶縁部材９には、巻線固定部材１１が貫通する穴が設けてある。この絶縁部材は巻線と上下のカバーとの電気的な絶縁を保つために設けられるものであって、上下方向（図１）の厚みは、巻線に印加される電圧を考慮して定める。

巻線１と一体化された巻線固定部材１１に絶縁部材９を絶縁部材９にあけた穴を利用して上下から組み込み、更に上下のカバー２及び３を組み込んで、巻線固定部材１１の両端からに取り付けナット１２ａでこれらを一体に締め付けて固定する。次に上下のカバー２及び３の舌片にタンク側板４をボルト１２ｂで固定する。上下カバーの外径は、巻線の外形よりも大きいので、図１に見られるようにタンク側板と巻線外周との間に空間５が形成される。

上下カバーを橋絡するタンク側板４は、カバーの円周上に間隙を保って６本設けられていて、各タンク側板間の間隙は冷却風の取り入れ口としての機能を持っている。

また下部カバー３の下側には、リアクトル１０の重量により変形しない剛性のＬ字脚１３が、図面手前から奥のほうへ向かって巻線１の直径と同等の長さを有して、複数本取り付けられている。

磁性材料からなる下部連結板６は、図１、図２に示すように２台のリアクトルが互いに向かい合った下部カバー連結部１６の下側に、複数のボルト１２ｃで下部カバー連結部１６に接続される。下部連結板６の長手方向の長さは、巻線の直径とほぼ同等である。

本実施例による磁気シールド効果を確認するため、３次元磁界計算を行った。その結果の概略磁界方向を、図５、図６に示した。また比較の為に従来例を図７に示した。先ず図６で、左側に位置した巻線１から発生した磁束７は、矢印の如く上部カバー２、タンク側板４、下部カバー３を経由して再び巻線１へ流れこむ。同様に右側に位置した巻線１から発生した磁束７も、矢印の如く下部カバー３、タンク側板４、上部カバー２を経由して再び巻線１へ流れ込む。

また、向かい合った２台のリアクトルの最も近接するタンク側板４では、磁界方向は反対向きであり、それぞれの側板４を通って再び巻線１に戻って来る。この時、向かって右側に配置されている巻線１からの磁束７の一部は、下部連結板６を介して左側の下部カバー３へも流れる。このことにより、図７にあるようなタンク側板に吸収されなかった磁束７を、高導電性金属１４よりなる遮蔽板を配置しなくても、下部連結板６を配置することにより、車室内２０へ入り込む磁束７を１ｍＴ以下に低減する事が可能となった。

またリアクトル１０の局部温度上昇を低減する為に、タンク側面に６箇所及びタンク側板４と巻線１との間に冷却用間隙部を設けた。この事により外気取り入れルーバー４０からの外気７０が、冷却用間隙部の間を自然に流れ込み、巻線１を効率よく冷却し、リアクトル１０の局部温度上昇を抑制することができる。また従来のように局部温度上昇を強制冷却するブロアが不要となるため、ブロア分の容積が低減でき、リアクトル全体の重量も軽減できる。

タンク側板４巻に形成される６箇所の間隙部の面積は、タンク側板の仮想的な外周面積の３０％〜５０％とするのが好ましい。間隙部の面積が３０％以下の場合は、漏洩磁束の低減、機械的強度の増強という効果が得られるが、冷却効果が損なわれる。５０％以上の場合は、冷却効果は十分であるが、機械的強度、漏洩磁束の低減という効果が小さくなる。実用的な範囲としては、間隙部の面積は、仮想的な外周面積の３０％〜５０％が適当である。

またリアクトルで巻線１の上下端面に巻線固定部材１１との締結や、上部カバー２及び下部カバー３を配置し複数に分割したタンク側板４との締結は、強度が確保できれば溶接等の他の方法で、磁気的な結合を行っても構わない。

つまり本発明の構成として使用する主な部材は、上部カバー２、下部カバー３、タンク側板４、下部連結板６であって、それぞれの板厚は、磁気飽和しない板厚のものを使用する。このことにより、巻線１から発生した磁束７が車室内２０に入り込む事を効果的に低減することが可能となる。

なお、タンク側板４は、構造用炭素鋼が適用されるが、透磁率及び飽和磁束密度の大きい珪素鋼板などを積層して使用することにより磁束の吸収が高まり、更に車室内へ入り込む磁束７を低減することができる。

また本実施例で、仮に図中左側のリアクトルが故障した場合、２台縦型配置されたリアクトルの磁束分布例を図８、図９に示した。図９にしめしたように本発明では、右側リアクトル１０の巻線１から出る磁束７の一部は、矢印の如く右側の下部カバー３、下部連結板６を介して左側リアクトルの下部カバー３、タンク側板４、左側上部カバー２を経由し、右側上部カバー２を通り、再び右側のリアクトルの巻線１へ流れ込む。

本発明の場合、仮に一台のリアクトルが故障し一台の動作となっても、下部連結板６を具備している為、車室内２０への入り込む磁束７を許容値以下に低減できる。

図３は本発明の第２の実施例を示したものである。正面図は、実施例１と同じであるため省略する。構造的特徴は、上部カバー２の中央部に巻線１の空心部分と同等の大きさの冷却用穴部８ａを設けている事である。磁束は実施例１で示した図５とほぼ同様であり、上部カバー２の中央部に冷却用穴部８ａを設けても、巻線１からの磁束７は上部カバー２の中央部を境に左右方向へ流れるため、車室内２０へ入り込む磁束７はほとんど増加しない。

この実施例の特徴は、上部カバー２に冷却用穴部８ａを設けているため、実施例１の効果に加えて外気取り入れルーバー４０から流れ込んだ外気７０が、巻線１と絶縁部材９によって作られた間隙を通り、上部カバー２の冷却用穴部８ａに向けて流れ、また下方から流れてきた外気も流れるため、リアクトル１０をより効率良く冷却して局部温度上昇を抑制することができ、より熱損失を低減する事が可能となる。その他は、実施例１と同様なので省略する。

図４は本発明の第３の実施例を示したものである。正面図は、実施例１と同じであるため省略する。構造的特徴は、実施例２に加えて中心穴よりは小なる冷却用穴部８ｂを巻線押さえ部材１１を避けて複数個設けている事である。磁界計算結果によれば、上部カバー２の中央部に冷却用穴部８ａ、複数個の冷却用穴部８ｂを設けても、巻線１からの磁束７は、上部カバー２の中央部を境に左右方向へ流れるため、車室内２０へ入り込む磁束７はほとんど増加しない。

この実施例の特徴は、実施例２に加え上部カバー２に冷却用穴部８ｂを設けているため、外気取り入れルーバー４０から流れ込んだ外気７０が、巻線１と絶縁部材９によって作られた間隙を通り、上部カバー２の冷却用穴部８ｂに向けて流れるため、リアクトル１０を更に効率良く冷却して局部温度上昇を抑制することができる。その他は、実施例１と同様なので省略する。

なお本実施例２、３で、上部カバー２のみに冷却用穴部を設けているが、下部カバー３にも同様に冷却用穴部を設ければ、更に局部温度上昇を抑制できる。しかし、この場合車室内へ入り込む磁束の量に鑑みて、穴部の大きさを検討する必要がある。

１ 巻線
２ 上部カバー
３ 下部カバー
４ タンク側板
５ 空間部
６ 下部連結板
７ 磁束
８ａ、８ｂ 冷却用穴部
９ 絶縁部材
１０ リアクトル
１１ 巻線固定部材
１２ａ ナット
１２ｂ、ｃ ボルト
１３ Ｌ字脚
１４ 高導電性金属製遮蔽板
１５ 巻線引き出し端子
１６ 下部カバー連結部
２０ 車室内
３０ 車両天井裏部分
４０ 外気取り入れルーバー
５０ 屋根
６０ 車両正面
７０ 外気
８０ 座席
９０ 天井板
１００ 化粧板

Claims (4)

1. 車両天井裏部分に２台縦型配置され、隣り合う前記巻線の極性が逆方向になるように接続したリアクトルにおいて、前記巻線の上端に上部カバー、下端に下部カバーを設けて、さらに前記上部カバー及び下部カバーを連結する複数枚のタンク側板を設け、側板同士に間隙部を設け、２台の前記リアクトルを接続するために、リアクトルの下部カバー同士を磁性材料からなる下部連結板で磁気的に結合したことを特徴とする、車両用リアクトル。
2. 請求項１記載の車両リアクトルにおいて、前記タンク側板間に形成される間隙部の総面積が前記タンク側板の外周を包絡する仮想円周面積の３０％から５０％とした事を特徴とする車両用リアクトル。
3. 請求項1記載の車両用リアクトルにおいて、前記上部カバーの中心に巻線の空芯部分と同程度の冷却用穴部を設けた事を特徴とする車両用リアクトル。
4. 請求項1記載の車両用リアクトルにおいて、前記リアクトルは更に前記巻線の端面と前記上下カバーとの間に角柱状の絶縁部材を備え、前記上部カバーに複数個の冷却用穴部を、絶縁部材を避けて設けた事を特徴ととする車両用リアクトル。

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