JP2013052837A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気部品のメンテナンスやパワーユニットの交換作業を容易に行うことが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、鉄道車両に設置された電力変換装置は、前記電力変換装置に対し前記鉄道車両の車側から着脱可能なように構成され、直流電源を交流電源に変換するパワーユニットを有する。さらに、前記装置は、前記パワーユニットが前記電力変換装置に装着された場合に、前記鉄道車両の車体中央側に位置するように、前記パワーユニット内に配置された冷却器を有する。さらに、前記装置は、前記パワーユニット内に配置された電気部品を有する。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

図１は、従来の鉄道車両１の床下部の構造を示す平面図である。図２は、床下部に設置された電力変換装置２の構造を示す断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。鉄道車両１の中心線Ｌ付近を車体中央側とし、中心線Ｌから離れた鉄道車両１の車体側面付近を車側とする。

電力変換装置２は、パンタグラフからの直流電源を、パワーユニット１１により交流電源に変換する。パワーユニット１１は、電力変換装置２から着脱可能な構成となっているが、従来の鉄道車両１では、電力変換装置２の車側に配置されている。

鉄道車両１の床下に電気機器や台車を設置可能な範囲は、地上設備との干渉を回避するため、艤装限界Ｓという境界線により決められている。艤装限界Ｓの水平線と垂直線との交点は、カーブでの車体傾斜を考慮して、斜めにカットされたラインとなっている。

電力変換装置２の形状は直方体であることから、電力変換装置２を車側の艤装限界Ｓのぎりぎりの地点に配置すると、電力変換装置２が、艤装限界Ｓの上記斜めのラインをオーバしてしまう。そのため、電力変換装置２は、その地点よりも車体中央寄りに配置されている。

特開２００５−５３３３０号公報

従来の電力変換装置２は、車側に空いたスペースに、パワーユニット１１の冷却器２３の放熱部を突出させた構成となっている。よって、鉄道車両１の車側の領域を進行方向に見た場合、放熱部が突出しているのみで、その他の領域はデッドスペースとなっているという問題がある。

また、パワーユニット１１では、冷却器２３が車側に配置されているため、半導体素子２１、ゲートアンプ２２、制御基板２４、ＡＶＲ２５などの電気部品は、冷却器２３よりも車体中央側寄りに配置されている。これらの電気部品は、破損の有無や、信号の入出力のチェックなど、日常のメンテナンスを必要とする。しかしながら、これらの電気部品にアクセスするためには、車体中央部に作業者が入り込める場所（ピット）に鉄道車両１を移動する必要があり、作業に多くの労力を費やさなければならないという問題があった。これは、パワーユニット１１の交換作業の場合にも同様である。

上記課題を解決するため、本発明は、電気部品のメンテナンスやパワーユニットの交換作業を容易に行うことが可能な電力変換装置を提供する。

一の実施形態によれば、鉄道車両に設置された電力変換装置は、前記電力変換装置に対し前記鉄道車両の車側から着脱可能なように構成され、直流電源を交流電源に変換するパワーユニットを有する。さらに、前記装置は、前記パワーユニットが前記電力変換装置に装着された場合に、前記鉄道車両の車体中央側に位置するように、前記パワーユニット内に配置された冷却器を有する。さらに、前記装置は、前記パワーユニット内に配置された電気部品を有する。

従来の鉄道車両の床下部の構造を示す平面図である。 従来の電力変換装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の鉄道車両の床下部の構造を示す平面図である。 第１実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。 第２実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図３は、第１実施形態の鉄道車両１の床下部の構造を示す平面図である。図４は、床下部に設置された電力変換装置２の構造を示す断面図である。図４は、図３に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。

電力変換装置２は、鉄道車両１の床下部に設置されており、パンタグラフからの直流電源を、パワーユニット１１により交流電源に変換する。本実施形態の電力変換装置２は、直流電源を空調、蛍光灯、運転台周りなどへの交流電源に変換するタイプのものでもよいし、直流電源を走行用の交流電動機への交流電源に変換するタイプのものでもよい。

パワーユニット１１は、電力変換用の半導体素子２１と、半導体素子２１にＯＮ／ＯＦＦの信号を発信するゲートアンプ２２と、ＯＮ／ＯＦＦや導通により半導体素子２１から発生した熱を冷却する冷却器２３と、ゲートアンプ２２にＯＮ／ＯＦＦの信号を発信する制御基板２４と、ゲートアンプ２２や制御基板２４に電源を供給するＡＶＲ（Automatic Voltage Regulator）２５とを有している。

曲線Ｓは、鉄道車両１の艤装限界を示す。艤装限界Ｓの水平線と垂直線との交点は、カーブでの車体傾斜を考慮して、斜めにカットされたラインとなっている。艤装限界Ｓの幅は、鉄道車両１の枕木方向の幅よりもやや小さく、艤装限界Ｓの高さは、例えば、線路面よりも約１００ｍｍ上方に設定されている。

本実施形態では、パワーユニット１１が、図４にて矢印で示すように、電力変換装置２に対し車側から着脱可能なように構成されており、電力変換装置２内で車体中央側に配置されている。

また、パワーユニット１１は、電力変換装置２に装着された場合に、冷却器２３が車体中央側となる位置に冷却器２３を有している。さらに、パワーユニット１１は、電力変換装置２に装着された場合に、半導体素子２１、ゲートアンプ２２、制御基板２４、ＡＶＲ２５などの電気部品が、冷却器２３よりも車側寄りとなる位置に、これらの電気部品を有している。

また、本実施形態では、電力変換装置２とパワーユニット１１との構造的な接続点となる固定ボルト３３は、車側から着脱可能となっている。固定ボルト３３は、本開示におけるボルトの一例である。本実施形態では、電力変換装置２とパワーユニット１１は、４本の固定ボルト３３により固定されている。

また、パワーユニット１１は、電力変換装置２とパワーユニット１１とを電気的に接続するための制御回路接続部３１と、パワーユニット１１の外部端子が設けられた主回路端子台３２とを有している。制御回路接続部３１と主回路端子台３２は、作業者が車側から操作可能な位置に配置されている。本実施形態では、パワーユニット１１を電力変換装置２に対し着脱する際には、固定ボルト３３と制御回路接続部３１の着脱を行う。

（第１実施形態の作用効果）
続いて、第１実施形態の作用効果について説明する。

以上のように、本実施形態では、パワーユニット１１が、電力変換装置２に対し車側から着脱可能なように構成されている。よって、半導体素子２１などの電気部品が故障し、パワーユニット１１を交換する場合に、パワーユニット１１に車側からアクセスすることが可能となる。よって、引き込み線や車庫の範囲であれば、場所を選ぶことなく交換作業を行うことが可能となる。

また、本実施形態において、冷却器２３は、パワーユニット１１が電力変換装置２に装着された場合に車体中央側に位置するように、パワーユニット１１内に配置されている。さらに、半導体素子２１、ゲートアンプ２２、制御基板２４、ＡＶＲ２５などの電気部品は、パワーユニット１１が電力変換装置２に装着された場合に、冷却器２３よりも車側寄りに位置するように、パワーユニット１１内に配置されている。よって、これらの電気部品は、車側から見て冷却器２３の手前にあるため、これらの電気部品のメンテナンスを車側から行うことが可能となる。同様の理由から、制御回路接続部３１や主回路端子台３２に対するメンテナンスその他の操作も、車側から行うことが可能となる。

また、本実施形態では、パワーユニット１１が、電力変換装置２に対し、車側から着脱可能な固定ボルト３３により装着される。よって、パワーユニット１１の着脱の際の固定ボルト３３の取り付け作業や取り外し作業を、車側から行うことが可能となる。

また、本実施形態によれば、パワーユニット１１の交換作業や電気部品のメンテナンス等を車側から行うことができるため、ピットなどの特別な場所に鉄道車両１を移動することなく、敏速でタイムリーな交換作業やメンテナンス等が可能となり、車両運用面でもメリットがある。

以上のように、本実施形態では、パワーユニット１１が、電力変換装置２に対し車側から着脱可能なように構成されている。また、本実施形態において、冷却器２３は、パワーユニット１１が電力変換装置２に装着された場合に車体中央側に位置するように、パワーユニット１１内に配置されている。よって、本実施形態によれば、電気部品のメンテナンスやパワーユニット１１の交換作業を、車側から容易に行うことが可能となる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の電力変換装置２の構造を示す断面図である。なお、図５の電力変換装置２の構造に関し、図４の電力変換装置２の構造との共通点については、説明を省略する。

本実施形態では、電力変換装置２の車側の下部コーナ部が、艤装限界Ｓに沿った形で斜めにカットされた形状となっている。図４では、この斜めカット部が、符号１２で示されている。斜めカット部１２は、艤装限界Ｓの斜めのラインと略平行となっている。また、図５に示す断面において、斜めカット部１２の長さは、艤装限界Ｓの斜めのラインよりも短く設定されている。

また、本実施形態では、パワーユニット１１と電力変換装置２とを電気的に接続するための主回路接続部が、主回路コネクタ３４となっており、パワーユニット１１の着脱と連動した主回路の自動的な接続、切り離しが可能となっている。主回路コネクタ３４は、本開示におけるコネクタの一例である。図５に示すように、電力変換装置２には、主回路コネクタ３４を挿入するための挿入口が設けられている。

（第２実施形態の作用効果）
続いて、第２実施形態の作用効果について説明する。

以上のように、本実施形態では、電力変換装置２の車側の下部コーナ部１２を、斜めにカットしている。よって、電力変換装置２を車側の艤装限界Ｓの近い地点に配置することができ、艤装限界Ｓ内で車側のスペースを有効に活用することが可能となる。さらには、電力変換装置２の枕木方向のサイズを大きくすることが可能となる。

また、２つの電力変換装置２を枕木方向に隣接して設置する場合において、これらの電力変換装置２間の車体中央部の点検スペースの確保が困難な場合には、これらの電力変換装置２をそれぞれ車側に寄せて配置することで、広い点検スペースを確保することが可能となる。

また、本実施形態では、パワーユニット１１と電力変換装置２とを電気的に接続するための主回路接続部として、固定ボルト３３等の締結具による締結が不要な主回路コネクタ３４を適用する。よって、本実施形態によれば、パワーユニット１１の着脱時に、固定ボルト３３等の締結具の締結点数が減少し、着脱作業時間を短縮することが可能となる。

以上のように、本実施形態では、電力変換装置２の車側の下部コーナ部１２が、艤装限界Ｓに沿った形で斜めにカットされた形状となっている。よって、本実施形態によれば、鉄道車両１の限られた床下スペースを有効に活用することが可能となる。また、本実施形態によれば、従来収納が困難であった電力変換装置２の電気部品の収納が可能となり、従来よりも好適な艤装配置が可能となる。

また、本実施形態において、パワーユニット１１は、パワーユニット１１と電力変換装置２とを電気的に接続するための主回路コネクタ３４を有している。よって、本実施形態によれば、パワーユニット１１の着脱時に、締結具の締結点数が減少し、着脱作業時間を短縮することが可能となる。

以上、第１及び第２実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施することができる。また、これらの実施形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことにより、様々な変形例を得ることもできる。これらの形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれており、特許請求の範囲及びこれに均等な範囲には、これらの形態や変形例が含まれる。

１：鉄道車両、２：電力変換装置、１１：パワーユニット、１２：斜めカット部、
２１：半導体素子、２２：ゲートアンプ、２３：冷却器、
２４：制御基板、２５：ＡＶＲ、
３１：制御回路接続部、３２：主回路端子台、
３３：固定ボルト、３４：主回路コネクタ、
Ｌ：軌道中心線、Ｓ：艤装限界

Claims (5)

1. 鉄道車両に設置された電力変換装置であって、
   前記電力変換装置に対し前記鉄道車両の車側から着脱可能なように構成され、直流電源を交流電源に変換するパワーユニットと、
   前記パワーユニットが前記電力変換装置に装着された場合に、前記鉄道車両の車体中央側に位置するように、前記パワーユニット内に配置された冷却器と、
   前記パワーユニット内に配置された電気部品と、
   を有する電力変換装置。
2. 前記電気部品は、前記パワーユニットが前記電力変換装置に装着された場合に、前記冷却器よりも前記車側寄りに位置するように、前記パワーユニット内に配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記パワーユニットは、前記電力変換装置に対し、前記鉄道車両の車側から着脱可能なボルトにより装着可能である、請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記電力変換装置の前記車側の下部コーナ部は、艤装限界に沿った形で斜めにカットされた形状を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記パワーユニットは、前記パワーユニットと前記電力変換装置とを電気的に接続するためのコネクタを有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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