JP2014121148A - 車両用電力変換装置及び鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体冷却ユニットの取り付け作業性を向上すること。
【解決手段】電力変換回路３１を有する発熱部３２と、放熱により発熱部を冷却する放熱機構３３と、電力変換回路に導通する第１コネクタ部４５と、を備えるユニット体３０と、第１コネクタ部に接続される第２コネクタ部１６を備え、発熱部を内部に収容しつつ放熱機構を外部に露出させた状態でユニット体を離脱自在に支持する箱体１０と、を備え、箱体は、発熱部を内部に収容させるための開口部１２が形成された該箱体の取付面１０ｂに設けられて、該箱体の外部に露出した箱体側係合部２５を備え、ユニット体は、箱体側係合部に対して係合及び分離可能なユニット側係合部４８を備え、箱体側係合部とユニット側係合部との係合状態を維持したまま、第１コネクタ部と第２コネクタ部とが接続及び分離可能とされている車両用電力変換装置３を提供する。
【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、車両用電力変換装置及び鉄道車両に関する。

一般的な鉄道車両には、該鉄道車両における駆動用電動機の制御等を行う装置として電力変換装置が車体床下に設けられている。
この電力変換装置は、半導体素子のスイッチング動作を利用して電力変換（例えば直流電力を交流電力に変換）を行う装置であり、上記半導体素子を有する電力変換回路を備えている。通常、この電力変換回路については、塵埃や水分等による影響を受け難くするために、車体床下に取り付けられた筐体の内部に密閉状態で収容されて保護されている。

ところが、電力変換時には、スイッチングによる電力損失に起因する熱（熱損失）が半導体素子から発生するので、この熱を放熱して半導体素子を冷却する必要がある。そこで、フィンが設けられた受熱板（受熱ブロック）に半導体素子を取り付け、受熱板及びフィンで構成される放熱部を筐体の外部に露出させる対策がなされている。

このような対策がなされている電力変換装置において、組み立て作業性やメンテナンス性を向上させるために、フィンが設けられた受熱板と、半導体素子を有する電力変換回路と、を一体化させてユニット化し、このユニット化された半導体冷却ユニット（ユニット体）を筐体に対して着脱可能としたものが知られている。
また、この場合には、筐体の内部に取り付けられた筐体側コネクタ部に対して、接続及び分離可能なユニット側コネクタ部を半導体冷却ユニットに設けている。これにより、半導体冷却ユニットの取り付けと同時に両コネクタ部を接続でき、電力変換回路の電気接続を行うことが可能とされる。

特開２００３−２３５１１２号公報

ところで、コネクタの接続を伴う半導体冷却ユニットの装着操作を行う場合、車体床下にて作業者が行うことが一般的であるが、鉄道車両用の電力変換装置では、その構成上、半導体冷却ユニットが重くなり易く、扱い難い場合がある。そのため、半導体冷却ユニットの取り付け作業性が低下する課題があった。

実施形態における車両用電力変換装置は、電力変換回路を有する発熱部と、放熱により前記発熱部を冷却する放熱機構と、前記電力変換回路に導通する第１コネクタ部と、を備えるユニット体と、前記第１コネクタ部に接続される第２コネクタ部を備え、前記発熱部を内部に収容しつつ前記放熱機構を外部に露出させた状態で前記ユニット体を離脱自在に支持する箱体と、を備え、前記箱体は、前記発熱部を内部に収容させるための開口部が形成された該箱体の取付面に設けられて、該箱体の外部に露出した箱体側係合部を備え、前記ユニット体は、前記箱体側係合部に対して係合及び分離可能なユニット側係合部を備え、前記箱体側係合部と前記ユニット側係合部との係合状態を維持したまま、前記第１コネクタ部と前記第２コネクタ部とが接続及び分離可能とされていることを特徴とする。

実施形態における鉄道車両は、上記車両用電力変換装置と、前記箱体が床下に取り付けられた車体と、を備えることを特徴とする。

第１の実施形態における鉄道車両を示す図である。 図１に示す車両用電力変換装置の構成図であって、鉄道車両の前方側から見た状態における縦断面図である。 図２に示す車両用電力変換装置を車体の床を通じて上方から見た図であり、箱体と半導体冷却ユニットとが分離された状態図である。 図３に示す矢印Ａ−Ａ断面図である。 図４に示す箱体を半導体冷却ユニット側から見た側面図である。 図４に示す半導体冷却ユニットを箱体側から見た側面図である。 図４に示す状態から、半導体冷却ユニット側の係合爪部と箱体側の係合突起とを係合させた状態を示す図である。 第２の実施形態における車両用電力変換装置を車体の床を通じて上方から見た図であり、箱体と半導体冷却ユニットとが分離された状態図である。 図８に示す矢印Ｂ−Ｂ断面図である。 図９に示す状態から、半導体冷却ユニット側の係合受け部と箱体側の係合突起とを係合させた状態を示す図である。 図１０に示す状態から、半導体冷却ユニットを回動操作して箱体に取り付けた状態を示す図である。 第３の実施形態における車両用電力変換装置を車体の床を通じて上方から見た図であり、箱体と半導体冷却ユニットとが分離された状態図である。 図１２に示す矢印Ｃ−Ｃ断面図である。 図１３に示す状態から、半導体冷却ユニット側の係合凸部と箱体側の係合受け部とを係合させた状態を示す図である。 図１４に示す状態から、半導体冷却ユニットを回動操作して箱体に取り付けた状態を示す図である。 第４の実施形態における車両用電力変換装置を車体の床を通じて上方から見た図であり、箱体と半導体冷却ユニットとが分離された状態図である。 図１６に示す矢印Ｄ−Ｄ断面図である。 図１７に示す状態から、半導体冷却ユニット側の係合凸部と箱体側のガイド台とを係合させた状態を鉄道車両の左側から見た図である。 第４の実施形態における変形例を示す図である。 第１の実施形態における変形例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
（鉄道車両の構成）
図１に示すように、第１の実施形態の鉄道車両１は、車体２と、この車体２の床下に設置された車両用電力変換装置３と、を備えている。
車両用電力変換装置３は、架線４からパンタグラフ５を介して供給された直流電力、又は図示しない電力供給源から供給された直流電力を交流電力に変換し、例えば車輪６が取り付けられた台車７の近傍に設けられた電動機８や、鉄道車両１における各電気装備品（空調機等）に交流電力を供給する装置とされている。

なお、本実施形態では、鉄道車両１の前方及び後方を結ぶ方向を「前後方向Ｌ１」といい、鉄道車両１の車幅方向を「左右方向Ｌ２」といい、鉄道車両１の高さ方向を「上下方向Ｌ３」という。

（車両用電力変換装置の構成）
上記車両用電力変換装置３について詳細に説明する。
図２に示すように、車両用電力変換装置３は、車体２の床下に垂下するように取り付けられた箱体１０と、この箱体１０に対して離脱自在に組み合わされて支持される半導体冷却ユニット（ユニット体）３０と、を備えている。

（車両用電力変換装置の箱体）
箱体１０は、図２〜図５に示すように、左右方向Ｌ２及び上下方向Ｌ３よりも前後方向Ｌ１に長い直方体状に形成された金属製ボックスであり、天板部１０ａに取り付けられた複数の取付け片１１を介して車体２の床下に取り付けられている。
具体的には、図２に示すように、箱体１０は鉄道車両１を前方から見たときに車体２の左側寄りの床下に、艤装限界Ｋ内に収まるように取り付けられている。また、取付け片１１は、図５に示すように側面視Ｃ形状に形成され、前後方向Ｌ１及び左右方向Ｌ２に間隔をあけながら並んだ状態で４つ設けられている。但し、箱体１０の取り付け位置や、取付け片１１の形状及び個数は、上記の場合に限定されるものではない。

図２〜図５に示すように、箱体１０における側板部のうち車体２の左右方向Ｌ２の外側に向く側板部１０ｂは、半導体冷却ユニット３０が装着される取付面とされている。この取付面とされた側板部１０ｂには、半導体冷却ユニット３０における後述する発熱部３２を内部に収容するための側面視矩形状の開口部１２が形成されている。また、側板部１０ｂの外面には、開口部１２に沿って環状のパッキン１３が取り付けられていると共に、４つのボス１４が開口部１２の四隅に対応する部分にそれぞれ立設されている。

箱体１０の内部には、半導体冷却ユニット３０側の後述する電力変換回路３１と協働しながら電力変換を行うために必要な各種の図示しない電気装備品等が内蔵されている。電気装備品としては、例えばフィルタコンデンサやゲートアンプ等が挙げられる。
また、箱体１０の内部には、これら電気装備品等に導通された複数のオス型コネクタ（第２コネクタ部）１６、及びレセプタクルコネクタ（第２コネクタ部）１７が配設されている。

オス型コネクタ１６はピンタイプとされ、金属板等の導体１８に固定されており、前後方向Ｌ１に間隔をあけながら同じ高さに並んだ状態で、開口部１２側を向くように配置されている。図示の例では、オス型コネクタ１６は５つ配置されている。
レセプタクルコネクタ１７は、配線ケーブル１９に接続された状態で板状ブラケット２０に固定されており、上記したオス型コネクタ１６に対して、前後方向Ｌ１に間隔をあけながら同じ高さに並んだ状態で、開口部１２側を向くように配置されている。

このように、５つのオス型コネクタ１６は導体１８を介して電気装備品等に導通され、レセプタクルコネクタ１７は配線ケーブル１９を介して電気装備品等に導通されている。なお、導体１８を介して導通がされるオス型コネクタ１６は高電圧用コネクタとされ、配線ケーブル１９を介して導通がされるレセプタクルコネクタ１７は低電圧用コネクタとされる。

また、箱体１０における側板部１０ｂの外面には、箱体１０の外部に露出した２つの係合突起（箱体側係合部）２５が取り付けられている。これら係合突起２５は、開口部１２の上側に位置しており、前後方向Ｌ１に間隔をあけながら同じ高さに並んでいる。
係合突起２５は、側板部１０ｂの外面から車体２の外側に突出し、前後方向Ｌ１に間隔をあけて対向する一対の突起片２６と、一対の突起片２６の間に配設されると共に前後方向Ｌ１に延在してこれら突起片２６に支持された回動軸部２７と、を備えている。

（車両用電力変換装置の半導体冷却ユニット）
半導体冷却ユニット３０は、図２〜図４及び図６に示すように、箱体１０の側板部１０ｂに対して車体２の外側から離脱自在に組み合わされるユニットであり、電力変換回路３１を有する発熱部３２と、放熱により発熱部３２を冷却する放熱機構３３とを備えている。

電力変換回路３１は、受熱板３５の内面（車体２の内側に向いた面）に固定された複数の半導体素子３６と、これら複数の半導体素子３６の端子部間に接続されて所定の回路パターンを形成させる導体３７と、を少なくとも備えている。

上記半導体素子３６は、箱体１０に内蔵されたゲートアンプのターンオン／ターンオフによってスイッチングされることで電力変換を行うものであり、図示の例では前後方向Ｌ１に間隔をあけて３つ並び、且つ上下方向Ｌ３に間隔をあけて２つ並んだ状態で受熱板３５の内面に合計６つ固定されている。この際、前後方向Ｌ１に並んだ３つの半導体素子３６は、例えば三相ブリッジ接続されている。
上記導体３７は、例えば金属製の接続板であり、積層された状態で受熱板３５の内面に突設された支持台３９の内部に入り込んでいる。この支持台３９は、前後方向Ｌ１に長く形成されている。

上記した複数の半導体素子３６及び導体３７を有する電力変換回路３１を具備する発熱部３２は、箱体１０の側板部１０ｂに形成された開口部１２を通じて箱体１０の内部に収容されている。

また、受熱板３５に突設された上記支持台３９には、箱体１０の内部に設けられたオス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７に対して、それぞれ接続されるメス型コネクタ（第１コネクタ部）４５及びプラグコネクタ（第１コネクタ部）４６が設けられている。
メス型コネクタ４５は、オス型コネクタ１６の数に対応して５つ設けられ、支持台３９における突出端面上に、前後方向Ｌ１に間隔をあけながら箱体１０の内側を向くように配置されている。プラグコネクタ４６も同様に、支持台３９における突出端面上に、メス型コネクタ４５に対して前後方向Ｌ１に間隔をあけながら箱体１０の内側を向くように配置されている。
なお、これらメス型コネクタ４５及びプラグコネクタ４６は、支持台３９の内部において電力変換回路３１における導体３７に対して導通されている。

上記したメス型コネクタ４５及びプラグコネクタ４６は、箱体１０に対する半導体冷却ユニット３０の取り付け及び取り外しに応じて、オス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７に対して接続及び分離可能とされている。

上記受熱板３５は、例えばアルミ等からなる熱導電性に優れた金属材であり、箱体１０側に設けられた４つのボス１４を車体２の外側から覆うことが可能なサイズで、側面視矩形状に形成されている。受熱板３５の四隅には、箱体１０側の４つボス１４に対応して取付孔３５ａが形成されている。
そして、図２に示すように半導体冷却ユニット３０は、この取付孔３５ａを通してボス１４に螺着された固定ねじ３８によって、箱体１０の側板部１０ｂに装着される。

受熱板３５の外面（車体２の外側に向いた面）には、複数の金属製のフィン４０が取り付けられていると共に、これら複数のフィン４０を覆う保護カバー４１が取り付けられている。
上記フィン４０は、例えば前後方向Ｌ１に長い上面視長方形状に形成され、複数のフィン４０が上下方向Ｌ３に隙間をあけて配置されている。なお、複数のフィン４０は、受熱板３５に対して加締め結合やろう付け結合等により取り付けられていても良いし、一体成型されていても良い。
上記保護カバー４１は、複数の孔部が形成された金属製のメッシュカバーであり、図示しない締結手段によって受熱板３５の外面に取り付けられている。

上記した受熱板３５、複数のフィン４０及び保護カバー４１は、上記放熱機構３３として機能し、箱体１０の外部に露出した状態とされている。従って、発熱部３２で発生した熱を受熱板３５及びフィン４０を通じて放熱し、保護カバー４１の孔部を通じて箱体１０の外部に拡散させることができ、発熱部３２の確実な冷却を行える。

ところで、受熱板３５の上端部には、箱体１０側の係合突起２５に対して係合及び分離可能な係合爪部（ユニット側係合部）４８が取り付けられている。係合爪部４８は、係合突起２５の数に対応して２つ設けられ、前後方向Ｌ１に間隔をあけて配置されている。
この係合爪部４８は、受熱板３５の上端部から該受熱板３５に対して平行に突出した後、箱体１０側に向けて半円状に湾曲して下方に開口し、係合突起２５における回動軸部２７に対して上方から係合可能な鉤状のフック部４８ａを備えている。このフック部４８ａは、前後方向Ｌ１に垂直な断面形状が略同一となるように形成されている。

よって、図７に示すように、フック部４８ａを回動軸部２７に対して係合させた状態を維持したまま、半導体冷却ユニット３０を回動軸部２７の回動軸Ｍ回りに回動操作することが可能とされている。また、この回動操作によって、箱体１０に対する半導体冷却ユニット３０の取り付け及び取り外しを行えると同時に、オス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７に対するメス型コネクタ４５及びプラグコネクタ４６の接続及び分離を行うことが可能とされている。

（作用効果）
次に、上述したように構成された車両用電力変換装置３において、取り外されている半導体冷却ユニット３０を箱体１０に装着する場合について説明する。

この場合には、図４に示すように、半導体冷却ユニット３０を持ち上げて車体２の床下に取り付けられている箱体１０に近づけた後、半導体冷却ユニット３０側の係合爪部４８におけるフック部４８ａを、箱体１０側の係合突起２５における回動軸部２７に対して上方から載置するように係合させる。
これにより、図７に示すように、箱体１０に対して半導体冷却ユニット３０をぶら下げるように、引っ掛けることができる。この際、係合突起２５における一対の突起片２６の間に係合爪部４８のフック部４８ａが配置されるので、箱体１０と半導体冷却ユニット３０との前後方向Ｌ１における相対位置が決まる。

次いで、このぶら下がった半導体冷却ユニット３０を、係合突起２５と係合爪部４８との係合状態を維持したまま回動軸Ｍ回りに回動操作して、受熱板３５を箱体１０の側板部１０ｂに対してパッキン１３を挟んで重ね合わせる。これにより、図２に示すように、発熱部３２を箱体１０の内部に収容し、且つ放熱機構３３を箱体１０の外部に露出させた状態で、半導体冷却ユニット３０を箱体１０に対して取り付けて装着することができる。

しかも、係合突起２５と係合爪部４８との係合状態を維持したまま半導体冷却ユニット３０を箱体１０に装着したと同時に、箱体１０側のオス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７と、半導体冷却ユニット３０側のメス型コネクタ４５及びプラグコネクタ４６とを接続することができる。従って、半導体冷却ユニット３０の機械的な取り付けと、各コネクタの電気的な接続とを、一連の動作で容易且つ確実に行える。

そして、最後に受熱板３５の取付孔３５ａを通じて固定ねじ３８をボス１４に螺着させることで、半導体冷却ユニット３０の取り付け作業が終了する。
なお、半導体冷却ユニット３０の取り外し作業は、上述した取り付け作業とは反対の手順で行うことができるので、説明を省略する。

特に、本実施形態では、箱体１０側の係合突起２５が、側板部１０ｂに設けられて該箱体１０の外部に露出しているので、この係合突起２５を目視により確認しながら係合爪部４８を確実に引っ掛けて係合することができる。従って、半導体冷却ユニット３０の取り付け作業性を向上することができ、作業者にかかる負担を軽減できるうえ、車両用電力変換装置３のメンテナンス作業等を行い易い。

しかも本実施形態では、係合突起２５と係合爪部４８との係合状態を維持したまま半導体冷却ユニット３０を回動軸Ｍ回りに回動操作するだけで、上記した機械的な取り付けと電気的な接続とを行えるので、半導体冷却ユニット３０の取り付け作業を簡便に行える。
さらに、係合爪部４８におけるフック部４８ａを回動軸部２７に対して上方から引っ掛けるように係合させて、箱体１０に対して半導体冷却ユニット３０をぶら下げることができるので、半導体冷却ユニット３０の重量を箱体１０側に負担させることができる。従って、重量を有する半導体冷却ユニット３０であっても、作業者にかかる負担を軽減しながら取り付け作業を行うことができる。

また、本実施形態では、箱体１０側に係合突起２５を設けると共に、半導体冷却ユニット３０側に係合爪部４８を設けるだけの簡便な構成で上記した作用効果を奏功することができるうえ、構成の簡略化及び部品コストの抑制による低コスト化を図り易い。

（第１の実施形態の変形例）
上述した第１の実施形態では、箱体１０側に回動軸部２７を有する係合突起２５を設け、半導体冷却ユニット３０側にフック部４８ａを有する係合爪部４８を設けたが、これとは逆に、箱体１０側に係合爪部４８を設けると共に半導体冷却ユニット３０側に係合突起２５を設けても構わない。この場合であっても同様の作用効果を奏功することができる。
なお、箱体１０側に係合爪部４８を設ける場合には、フック部４８ａの向きを上下逆向き、即ちフック部４８ａの開口方向を上下逆向きにすれば良い。

また、係合突起２５及び係合爪部４８の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上設けても構わないし１つだけも構わない。なお、係合突起２５及び係合爪部４８を１つだけ設ける場合には、それぞれを前後方向Ｌ１に沿って長尺に形成しても良い。これにより、半導体冷却ユニット３０の重量が分散されるので、車両用電力変換装置３の耐久性を向上させることができる。

また、箱体１０の内部に、高電圧用コネクタとして５つのオス型コネクタ１６を設け、低電圧用コネクタとして１つのレセプタクルコネクタ１７を設けた場合を例に挙げたが、コネクタの数はこの場合に限定されるものではないし、いずれか一方のコネクタだけを設けても構わない。

また、オス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７の位置は、箱体１０の内部において自由に設定して構わない。例えば、高電圧用コネクタであるオス型コネクタ１６を箱体１０内の上方側に配置し、低電圧用コネクタであるレセプタクルコネクタ１７を箱体１０内の下方側に配置して、離間させても良い。なお、オス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７の位置に対応して、半導体冷却ユニット３０側のメス型コネクタ４５及びプラグコネクタ４６の位置を調整すれば良い。
但し、オス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７を回動軸部２７に近い位置に配置した場合には、半導体冷却ユニット３０の回動操作によってコネクタ接続が確実に行われるように、箱体１０の内部において完全に固定した状態で支持するのではなく、若干の移動を許容（自由度を有するように）した状態で支持することが好ましい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では、箱体１０に対して半導体冷却ユニット３０の上部側をぶら下げるように係合させたが、第２の実施形態では箱体１０に対して半導体冷却ユニット３０の下部側を載置するように係合させる点である。
なお、この第２の実施形態においては、第１の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（車両用電力変換装置の構成）
図８〜図１０に示すように、本実施形態の車両用電力変換装置５０では、箱体１０側の係合突起２５が開口部１２の上方側ではなく下方側に配置されている。
これに対して、半導体冷却ユニット（ユニット体）５１における受熱板３５の下端部には、係合突起２５に対して係合及び分離可能な係合受け部（ユニット側係合部）５２が取り付けられている。係合受け部５２は、係合突起２５の数に対応して２つ設けられ、前後方向Ｌ１に間隔をあけて配置されている。

この係合受け部５２は、受熱板３５の下端部から下方に向けて突出する受け部本体５２ａと、この受け部本体５２ａの下端面に半円状に凹み形成されて下方に開口し、係合突起２５における回動軸部２７に対して上方から係合可能な係合溝５２ｂと、を備えている。
よって、係合溝５２ｂを回動軸部２７に対して係合させた状態を維持したまま、半導体冷却ユニット５１を回動軸部２７の回動軸Ｍ回りに回動操作することが可能とされている。

（作用効果）
本実施形態の車両用電力変換装置５０であっても、半導体冷却ユニット５１を取り付ける際、係合受け部５２における係合溝５２ｂを、箱体１０側の係合突起２５における回動軸部２７に対して上方から載置するように係合させることで、図１０に示すように、箱体１０に対して半導体冷却ユニット５１の下端部を載置させることができる。

次いで、半導体冷却ユニット５１を、係合突起２５と係合受け部５２との係合状態を維持したまま回動軸Ｍ回りに回動操作することで、図１１に示すように、発熱部３２を箱体１０の内部に収容し、且つ放熱機構３３を箱体１０の外部に露出させた状態で、半導体冷却ユニット５１を箱体１０に対して取り付けて装着することができる。また、これと同時に、箱体１０側のオス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７と、半導体冷却ユニット５１側のメス型コネクタ４５及びプラグコネクタ４６とを接続することができる。
従って、半導体冷却ユニット５１の機械的な取り付けと、各コネクタの電気的な接続とを、一連の動作で容易且つ確実に行える。

特に、本実施形態によれば、開口部１２の下側に設けられた回動軸部２７に対して係合溝５２ｂを載置させるので、第１の実施形態における開口部１２の上側に設けられた回動軸部２７に対してフック部４８ａを引っ掛ける場合よりも、半導体冷却ユニット５１を持ち上げる高さが低くなる。従って、より簡便に半導体冷却ユニット５１の取り付け作業を行うことができる。

（第２の実施形態の変形例）
上述した第２の実施形態では、箱体１０側に回動軸部２７を有する係合突起２５を設け、半導体冷却ユニット５１側に係合溝５２ｂを有する係合受け部５２を設けたが、これとは逆に、箱体１０側に係合受け部５２を設けると共に半導体冷却ユニット５１側に係合突起２５を設けても構わない。この場合であっても、同様の作用効果を奏功することができる。
なお、箱体１０側に係合受け部５２を設ける場合には、上端面に係合溝５２ｂが形成されるように受け部本体５２ａを設ければ良い。

また、係合突起２５及び係合受け部５２の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上設けても構わないし１つだけも構わない。なお、係合突起２５及び係合受け部５２を１つだけ設ける場合には、それぞれを前後方向Ｌ１に沿って長尺に形成しても良い。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。
第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では、箱体１０に対して半導体冷却ユニット３０の上部側をぶら下げるように係合させたが、第３の実施形態では箱体１０に対して半導体冷却ユニットの下部側を載置するように係合させる点である。
なお、この第３の実施形態においては、第１の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（車両用電力変換装置の構成）
図１２〜図１４に示すように、本実施形態の車両用電力変換装置６０では、箱体１０における側板部１０ｂのうち開口部１２の下側に位置する部分に２つの係合凹部（箱体側係合部）６２が設けられている。これら係合凹部６２は、前後方向Ｌ１に間隔をあけながら同じ高さに並んでいる。
係合凹部６２は、側板部１０ｂから車体２の外側に向けて突出したブロック状の凹部本体６２ａと、この凹部本体６２ａの上端面に半円状に凹み形成されて上方に開口する係合窪み部６２ｂと、を備えている。
なお、係合窪み部６２ｂは、凹部本体６２ａの中央部に形成されている。また、係合凹部６２は鍛造等により一体成型することができる。

これに対して、半導体冷却ユニット（ユニット体）６１における受熱板３５の下端部には、係合凹部６２に対して係合及び分離可能な係合凸部（ユニット側係合部）６３が取り付けられている。係合凸部６３は、係合凹部６２の数に対応して２つ設けられ、前後方向Ｌ１に間隔をあけて配置されている。
この係合凸部６３は、受熱板３５の下端部から下方に向けて突出していると共に、その下端部が回動軸Ｍを中心に半円状に丸みを帯びて形成され、係合凹部６２における係合窪み部６２ｂ内に上方から係合可能とされている。なお、係合凸部６３は、受熱板３５と一体成型することが可能である。
よって、係合凸部６３を係合窪み部６２ｂ内に対して係合させた状態を維持したまま、半導体冷却ユニット６１を回動軸Ｍ回りに回動操作することが可能とされている。

（作用効果）
本実施形態の車両用電力変換装置６０であっても、半導体冷却ユニット６１を取り付ける際、係合凸部６３を、箱体１０側の係合凹部６２における係合窪み部６２ｂ内に上方から載置するように係合させることで、図１４に示すように、箱体１０に対して半導体冷却ユニット６１の下端部を載置させることができる。
この際、凹部本体６２ａの中央部に形成された係合窪み部６２ｂ内に係合凸部６３を係合させるので、箱体１０と半導体冷却ユニット６１との前後方向Ｌ１における相対位置が決まる。

次いで、半導体冷却ユニット６１を、係合凸部６３と係合凹部６２との係合状態を維持したまま回動軸Ｍ回りに回動操作することで、図１５に示すように、発熱部３２を箱体１０の内部に収容し、且つ放熱機構３３を箱体１０の外部に露出させた状態で、半導体冷却ユニット６１を箱体１０に対して取り付けて装着することができる。また、これと同時に、箱体１０側のオス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７と、半導体冷却ユニット６１側のメス型コネクタ４５及びプラグコネクタ４６とを接続することができる。
従って、半導体冷却ユニット６１の機械的な取り付けと、各コネクタの電気的な接続とを、一連の動作で容易且つ確実に行える。

特に、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に半導体冷却ユニット６１を第１の実施形態の場合よりも持ち上げる必要がない。従って、より簡便に半導体冷却ユニット６１の取り付け作業を行うことができる。また、係合凹部６２及び係合凸部６３を低コストで形成することができる。

（第３の実施形態の変形例）
上述した第３の実施形態では、箱体１０側に係合窪み部６２ｂを有する係合凹部６２を設け、半導体冷却ユニット６１側に係合凸部６３を設けたが、これとは逆に、箱体１０側に係合凸部６３を設けると共に半導体冷却ユニット６１側に係合凹部６２を設けても構わない。この場合であっても、同様の作用効果を奏功することができる。
なお、半導体冷却ユニット６１側に係合凹部６２を設ける場合には、下端面に係合窪み部６２ｂが形成されるように凹部本体６２ａを設ければ良い。そして、この係合窪み部６２ｂ内に係合するように係合凸部６３を箱体１０側に設ければ良い。

また、係合凸部６３及び係合凹部６２の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上設けても構わないし１つだけも構わない。なお、係合凸部６３及び係合凹部６２を１つだけ設ける場合には、それぞれを前後方向Ｌ１に沿って長尺に形成しても良い。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る第４の実施形態について説明する。
第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では、係合状態を維持したまま半導体冷却ユニット３０を回動操作することで該半導体冷却ユニット３０の取り付け作業を行ったが、第４の実施形態では、係合状態を維持したまま半導体冷却ユニットをスライド移動操作することで、該半導体冷却ユニットの取り付け作業を行う点である。
なお、この第４の実施形態においては、第１の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（車両用電力変換装置の構成）
図１６〜図１８に示すように、本実施形態の車両用電力変換装置７０では、箱体１０における側板部１０ｂのうち開口部１２の下側に位置する部分に２つのガイド台（箱体側係合部）７２が設けられている。これらガイド台７２は、前後方向Ｌ１に間隔をあけながら同じ高さに並んでいる。
このガイド台７２は、側板部１０ｂから車体２の外側に向けて突出しており、その上面には左右方向Ｌ２に沿ってガイド溝７２ａが形成されている。なお、このガイド溝７２ａは、ガイド台７２における上面のうち、前後方向Ｌ１の中央部に形成されていると共に、ガイド台７２の突出端側に開放されている。

なお、図示の例では、上下に溝部が形成された断面Ｈ形状のガイド台７２としており、上側の溝部を上記ガイド溝７２ａとして利用している。この場合には、例えば公知のアルミ押出し形材（Ｈ型タイプ）を、ガイド台７２として利用できるので好ましい。

これに対して、半導体冷却ユニット（ユニット体）７１における受熱板３５の下端部には、ガイド台７２に対して係合及び分離可能な係合凸部（ユニット側係合部）７３が取り付けられている。係合凸部７３は、ガイド台７２の数に対応して２つ設けられ、前後方向Ｌ１に間隔をあけて配置されている。
この係合凸部７３は、受熱板３５の下端部から下方に向けて突出し、ガイド台７２におけるガイド溝７２ａ内に、該ガイド溝７２ａに沿ってスライド移動自在に係合可能とされている。即ち、前後方向Ｌ１に移動不能とされ、且つ左右方向Ｌ２にスライド移動可能に係合可能とされている。
よって、係合凸部７３をガイド溝７２ａ内に対して係合させた状態を維持したまま、半導体冷却ユニット７１をスライド移動操作することが可能とされている。

（作用効果）
本実施形態の車両用電力変換装置７０では、半導体冷却ユニット７１を取り付ける際、該半導体冷却ユニット７１をガイド台７２に対して上方から載置しながら、係合凸部７３をガイド溝７２ａに係合させる。これにより、図１８に示すように、ガイド台７２を利用して半導体冷却ユニット７１を支持することができる。
次いで、半導体冷却ユニット７１を、係合凸部７３とガイド溝７２ａとの係合状態を維持したまま箱体１０側にスライド移動操作することで、発熱部３２を箱体１０の内部に収容し、且つ放熱機構３３を箱体１０の外部に露出させた状態で、半導体冷却ユニット７１を箱体１０に対して取り付けて装着することができる。また、これと同時に、箱体１０側のオス型コネクタ１６及びレセプタクルコネクタ１７と、半導体冷却ユニット７１側のメス型コネクタ４５及びプラグコネクタ４６とを接続することができる。
従って、半導体冷却ユニット７１の機械的な取り付けと、各コネクタの電気的な接続とを、一連の動作で容易且つ確実に行える。

特に、本実施形態によれば、半導体冷却ユニット７１をガイド台７２上に載置できるので、半導体冷却ユニット７１の重量負担が作業者にかかり難い。しかも、ガイド台７２上に載置した後、係合凸部７３とガイド溝７２ａとの係合状態を維持したまま半導体冷却ユニット７１をスライド移動操作するだけであるので、簡便に半導体冷却ユニット７１の取り付け作業を行うことができる。

（第４の実施形態の変形例）
上述した第４の実施形態では、箱体１０側に設けられたガイド台７２にガイド溝７２ａを形成し、半導体冷却ユニット７１側に係合凸部７３を設けたが、これとは逆に、ガイド台７２の上面に係合凸部７３を左右方向Ｌ２に沿って長尺に形成し、半導体冷却ユニット７１側にガイド溝７２ａを設けても構わない。この場合であっても、同様の作用効果を奏功することができる。

また、図１９に示すように、例えば半導体冷却ユニット７１を持ち上げるリフター７５の昇降台７６に、箱体１０に取り付けられたガイド台７２と同様に形成された、ガイド溝７７ａを有するガイド台７７を設け、このリフター７５を利用して半導体冷却ユニット７１の取り付け作業を行うことも可能である。
この場合には、まず昇降台７６を下降させた状態で、該昇降台７６に設けられたガイド台７７上に半導体冷却ユニット７１を載置しておく。この際、係合凸部７３をガイド溝７７ａ内に係合させておく。

次いで、リフター７５を箱体１０の下方付近まで移動させた後、図１９に示すように、昇降台７６を上昇させて、昇降台７６側のガイド台７７と箱体１０側のガイド台７２とが同じ高さになるまで、半導体冷却ユニット７１を持ち上げる。これにより、半導体冷却ユニット７１を箱体１０側にスライド移動操作することで、昇降台７６側のガイド台７７から箱体１０側のガイド台７２に容易に受け渡すことができると共に、そのまま箱体１０への取り付け作業を行うことができる。
従って、リフター７５を利用して、より安全かつ容易に取り付け作業を行うことができ、作業者にかかる負担をさらに軽減することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、鉄道車両１における左側寄りの車体２の床下に箱体１０を取り付け、車体２の外側から半導体冷却ユニットを取り付けるように構成したが、この場合に限定されるものではない。車体２の床下に箱体１０が取り付けられていれば良く、半導体冷却ユニットをどの方向から取り付けても構わない。

また、箱体側係合部及びユニット側係合部の一例を上記各実施形態に示したが、これらの場合に限定されるものではなく、自由に設計して構わない。例えば、抜差蝶番を箱体側係合部及びユニット側係合部に採用しても構わない。
具体的に第１の実施形態を例に挙げて説明すると、図２０に示すように、係合ピン８１を有する第１蝶番（箱体側係合部）８０を箱体１０側に取り付け、係合ピン８１が挿通される係合筒８６を有する第２蝶番（ユニット側係合部）８５を半導体冷却ユニット３０側に取り付ける。
なお、図２０では、箱体１０及び半導体冷却ユニット３０を簡略化して図示している。

第１蝶番８０は、蝶番片８２を利用して箱体１０における側板部１０ｂに取り付けられている。係合ピン８１は、回動軸部として機能し、蝶番片８２に連設されている円柱状の台座部８３から前後方向Ｌ１に沿って突出している。これにより、係合ピン８１の回動軸Ｍは前後方向Ｌ１に延びている。
第２蝶番８５は、蝶番片８７を利用して半導体冷却ユニット３０における受熱板３５に取り付けられている。係合筒８６は、軸方向が上記回動軸Ｍに一致するように蝶番片８７に連設されている。

この場合には、箱体１０に対して半導体冷却ユニット３０を回動軸Ｍ方向に相対移動させることで、係合筒８６の内部に係合ピン８１を相対的に差し込んで両者を係合させることができる。そして、その係合状態を維持したまま、半導体冷却ユニット３０を回動軸Ｍ回りに回動操作することで、箱体１０に対する半導体冷却ユニット３０の機械的な取り付けと、各コネクタの電気的な接続を行うことができる。

特にこの場合には、半導体冷却ユニット３０の回動操作の方向と、係合筒８６と係合ピン８１とを係合させるときの方向とが異なるので、回動操作時に係合が解かれてしまう恐れがなく、重量を有する半導体冷却ユニット３０であっても、より安全に取り付け作業を行える。

また、この場合において、係合ピン８１の回動軸Ｍが上下方向Ｌ３に一致するように第１蝶番８０を箱体１０側に取り付け、それに対応して第２蝶番８５を半導体冷却ユニット３０側に取り付けても良い。このようにすることで、半導体冷却ユニット３０を上下方向Ｌ３に回動操作するのではなく、扉のように水平方向に回動操作しながら取り付け作業を行うことができる。
なお、第１蝶番８０を半導体冷却ユニット３０側に取り付け、第２蝶番８５を箱体１０側に取り付けても構わない。また、第１の実施形態を例に挙げて説明したが、第１蝶番８０及び第２蝶番８５を有する抜差蝶番を他の実施形態に適用することも可能である。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

Ｋ…艤装限界
Ｍ…回動軸部の回動軸
Ｌ１…前後方向
Ｌ２…左右方向
Ｌ３…上下方向
１…鉄道車両
２…車体
３…車両用電力変換装置
４…架線
５…パンタグラフ
６…車輪
７…台車
８…電動機
１０…箱体
１０ａ…天板部
１０ｂ…側板部
１１…取付け片
１２…開口部
１３…パッキン
１４…ボス
１６…オス型コネクタ（第２コネクタ部）
１７…レセプタクルコネクタ（第２コネクタ部）
１８…導体
１９…配線ケーブル
２０…板状ブラケット
２５…係合突起（箱体側係合部）
２６…突起片
２７…回動軸部
３０…半導体冷却ユニット（ユニット体）
３１…電力変換回路
３２…発熱部
３３…放熱機構
３５…受熱板
３５ａ…取付孔
３６…半導体素子
３７…導体
３８…固定ねじ
３９…支持台
４０…フィン
４１…保護カバー
４５…メス型コネクタ（第１コネクタ部）
４６…プラグコネクタ（第１コネクタ部）
４８…係合爪部（ユニット側係合部）
４８ａ…フック部
５０…車両用電力変換装置
５１…半導体冷却ユニット（ユニット体）
５２…係合受け部（ユニット側係合部）
５２ａ…受け部本体
５２ｂ…係合溝
６０…車両用電力変換装置
６１…半導体冷却ユニット（ユニット体）
６２…係合凹部（箱体側係合部）
６２ａ…凹部本体
６２ｂ…係合窪み部
６３…係合凸部（ユニット側係合部）
７０…車両用電力変換装置
７１…半導体冷却ユニット（ユニット体）
７２…ガイド台（箱体側係合部）
７２ａ…ガイド溝
７３…係合凸部（ユニット側係合部）
７５…リフター
７６…昇降台
７７…ガイド台
７７ａ…ガイド溝
８０…第１蝶番（箱体側係合部）
８１…係合ピン
８２…蝶番片
８３…台座部
８５…第２蝶番（ユニット側係合部）
８６…係合筒
８７…蝶番片

Claims (6)

1. 電力変換回路を有する発熱部と、放熱により前記発熱部を冷却する放熱機構と、前記電力変換回路に導通する第１コネクタ部と、を備えるユニット体と、
   前記第１コネクタ部に接続される第２コネクタ部を備え、前記発熱部を内部に収容しつつ前記放熱機構を外部に露出させた状態で前記ユニット体を離脱自在に支持する箱体と、を備え、
   前記箱体は、前記発熱部を内部に収容させるための開口部が形成された該箱体の取付面に設けられて、該箱体の外部に露出した箱体側係合部を備え、
   前記ユニット体は、前記箱体側係合部に対して係合及び分離可能なユニット側係合部を備え、
   前記箱体側係合部と前記ユニット側係合部との係合状態を維持したまま、前記第１コネクタ部と前記第２コネクタ部とが接続及び分離可能とされていることを特徴とする車両用電力変換装置。
2. 請求項１に記載の車両用電力変換装置において、
   前記ユニット側係合部は、前記箱体側係合部に対して上方から載置することで係合されることを特徴とする車両用電力変換装置。
3. 請求項２に記載の車両用電力変換装置において、
   前記箱体側係合部と前記ユニット側係合部との係合状態を維持したまま、前記ユニット体を回動軸回りに回動することにより、前記第１コネクタ部と前記第２コネクタ部とが接続及び分離可能とされていることを特徴とする車両用電力変換装置。
4. 請求項２に記載の車両用電力変換装置において、
   前記箱体側係合部と前記ユニット側係合部との係合状態を維持したまま、前記ユニット体をスライド移動することにより、前記第１コネクタ部と前記第２コネクタ部とが接続及び分離可能とされていることを特徴とする車両用電力変換装置。
5. 請求項１に記載の車両用電力変換装置において、
   前記箱体側係合部と前記ユニット側係合部との係合状態を維持したまま、前記ユニット体を回動軸回りに回動することにより、前記第１コネクタ部と前記第２コネクタ部とが接続及び分離可能とされ、
   前記箱体側係合部と前記ユニット側係合部とは、前記箱体に対して前記ユニット体を前記回動軸方向に相対移動させることにより、係合及び分離されることを特徴とする車両用電力変換装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置と、
   前記箱体が床下に取り付けられた車体と、を備えることを特徴とする鉄道車両。

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