JP2011019305A - 鉄道車両電動機駆動用インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷媒を封入した冷却タンクを埋め込んだ受熱ブロックに半導体スイッチング素子および冷却フィンを備えたヒートパイプを取付けてなるインバータユニット4を鉄道車両車体1の床下に垂直方向に、かつ互いが水平となるように複数台設置し、前記各インバータユニット4毎に前記半導体スイッチング素子をゲート制御して直流電力を交流電力に変換して駆動するように構成した鉄道車両駆動用インバータ装置において、前記各インバータユニット4の受熱ブロックは、垂直方向の上下面の片面または両面に対し、前記出力交流電力の相数に対応する個数分の前記半導体スイッチング素子を車両走行方向に取付けるとともに、車両走行方向に平行な側面に前記冷却フィンを備えたヒートパイプを複数本取付けた。
【選択図】図1
Description
図11において、インバータ装置3は、車両1の床下にフレーム6を介して取付けられ、インバータユニット4および、図示していない制御電源や制御ユニット、保護装置、フィルタ等を収納している。インバータユニット4は、発熱部であるIGBT素子7と、このIGBT素子7を冷却する冷却装置8と、IGBT素子7にゲート信号を送るゲートアンプ9等の機器から構成されている。
なお、各図を通じて同一部品には同一符号を付けることにより、重複する説明は適宜省略する。
本発明の実施形態1による鉄道車両駆動用インバータ装置について、図1乃至図6を参照して説明する。
図1は本実施形態1によるインバータ装置を車両床下に搭載した状態を示す模式図であり、図1(a)は鉄道車両車体を車両走行方向側面から見た図、図1(b)は図1(a)のb−b線矢視断面図である。
図2において、本実施形態1の鉄道車両駆動用インバータユニット4は、車両走行方向の左右の床下にそれぞれ、2台の鉄道車両駆動用インバータユニット4-1、4-2を垂直方向に2段構成にして取付けている。説明の便宜上、車両床面に近い方を第1のインバータユニット4-1と称し、遠い方(レールに近いほう)を第2のインバータユニット4-2と称する。
受熱ブロック8-1は、熱伝導性および機械的強度に優れた例えばアルミニュウム合金等の金属で製作され、奥行き(車両走行方向と直交する方向)の寸法(d)や厚み(車両の垂直方向)の寸法(h)に比べて幅(車両走行方向)の寸法(w)がh<d<wの関係にある厚板状のブロックに形成されている。そして、この受熱ブロック8-1には、厚み方向の上側面および下側面にそれぞれ四角いモジュール型のIGBT素子7が3個ずつ合計6個取付けられている。
車両床面から遠い方に位置する第2のインバータユニット4-2についても同様に構成されている。
図6において、受熱ブロック8-1の上面に取付けられたU1相のIGBT素子7および下面に取付けたX1相のIGBT素子7は、すでに説明した図2乃至図5に記載のU1相、X1相のIGBT素子7と同じものであり、2レベルのインバータ主回路を構成する。
次に、本発明の実施形態2について図7を参照して説明する。実施形態2における鉄道車両駆動用インバータユニット4の構成要素は実施形態1の場合と同一である。
次に、本発明の実施形態3について図8、図9を参照して説明する。
鉄道車両においては、1両の電動機付車両には、4つの車軸があり、それぞれに電動機がギヤを介して取り付けられるのが一般的であるため、インバータユニットとして4台の電動機を駆動制御できるものが要求されることが多い。
Claims (8)
- 冷媒を封入した冷却タンクを埋め込んだ受熱ブロックに半導体スイッチング素子および冷却フィンを備えたヒートパイプを取付けてなるインバータユニットを鉄道車両車体の床下に垂直方向に、かつ互いが水平となるように複数台設置し、前記各インバータユニット毎に前記半導体スイッチング素子をゲート制御して直流電力を交流電力に変換して出力し鉄道車両駆動用交流電動機を駆動するように構成した鉄道車両駆動用インバータ装置において、
前記各インバータユニットの受熱ブロックは、垂直方向の上下面の片面または両面に対し、前記出力交流電力の相数に対応する個数分の前記半導体スイッチング素子を車両走行方向に取付けるとともに、車両走行方向に平行な側面に前記冷却フィンを備えたヒートパイプを複数本取付けたことを特徴とする鉄道車両駆動用インバータ装置。 - 前記各インバータユニット毎に1台の鉄道車両駆動用交流電動機を駆動するようにしたことを特徴とする請求項1記載の鉄道車両駆動用インバータ装置。
- 前記受熱ブロックの両面に取付けた半導体スイッチング素子を、2レベル回路のインバータの正側アームの半導体スイッチング素子と負側アームの半導体スイッチング素子との関係となるように両者のエミッタ端子コレクタ端子間を接続導体によって接続しことを特徴とする請求項1記載の鉄道車両駆動用インバータ装置。
- 冷媒を封入した冷却タンクを埋め込んだ受熱ブロックに半導体スイッチング素子および冷却フィンを備えたヒートパイプを取付けてなるインバータユニットを鉄道車両車体の床下に垂直方向に複数台設置し、前記各インバータユニット毎に前記半導体スイッチング素子をゲート制御して直流電力を交流電力に変換して出力し鉄道車両駆動用交流電動機を駆動するようにした鉄道車両駆動用インバータ装置において、
前記鉄道車両車体の床下に垂直方向に設置されたインバータユニットの台数は3台であり、前記3台の各インバータユニット毎に三相ブリッジ回路の正側アームおよび負側アームによる対が車両走行方向に4対構成されるように、各受熱ブロックの垂直方向の上側面および下側面に前記半導体スイッチング素子を取付けるとともに、車両走行方向に平行な側面に前記冷却フィンを備えたヒートパイプを複数本取付けたことを特徴とする鉄道車両駆動用インバータ装置。 - 前記インバータユニット1台あたり三相ブリッジ回路の正側アームおよび負側アームの対を4組作り、3台のインバータユニットで4つのインバータ主回路を構成し、各インバータ主回路で個々に鉄道車両駆動用交流電動機を駆動することを特徴とする請求項4記載の鉄道車両駆動用インバータ装置。
- 前記インバータ主回路の正側アームの半導体スイッチング素子および負側アームの半導体スイッチング素子間を接続する接続導体を、厚みの薄い絶縁物を介して密着配置することにより低インダクタンス化を図ることを特徴とする請求項3または5記載の鉄道車両駆動用インバータ装置。
- 前記鉄道車両駆動用交流電動機は、永久磁石同期電動機であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の鉄道車両駆動用インバータ装置。
- 前記半導体スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の鉄道車両駆動用インバータ装置。
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