JP2021044919A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主回路部を十分に冷却することが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、電力を変換する第１主回路部１０と、第１主回路部が載置される上部冷却部３０と、電力を変換する第２主回路部１１と、上部冷却部３０に対向するとともに、上部冷却部３０と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、第２主回路部が載置される下部冷却部４０と、上部冷却部３０に載置された第１主回路部を収納する上部筐体部１５０と、下部冷却部４０に載置された第２主回路部を収納する下部筐体部１６０と、上部筐体部１５０と下部筐体部１６０との間に設けられ、上部冷却部３０と下部冷却部４０とに対して冷却風を送風する送風部７０と、を備える。【選択図】図９

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、主回路部を備える電力変換装置に関する。

従来、主回路部を備える電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の電力変換装置は、メインハウジングと、メインハウジングの下方に設けられるサブハウジングとを備えている。メインハウジングは、上部ケースを含む。上部ケースには、主回路部が収容されている。なお、主回路部は、比較的発熱量の大きいスイッチング素子などを含む。また、メインハウジングは、上部ケースの下方に配置される下部ケースを含む。下部ケースには、上部ケースに収容された主回路部を冷却するための１つのヒートシンクが収容されている。また、下部ケースには、ファンが設けられている。ファンによって外部から導入される空気によってヒートシンクが冷却される。すなわち、ヒートシンク（主回路部）は、ファンによる強制循環方式によって冷却される。

また、上記特許文献１の電力変換装置では、サブハウジングには、サブ回路部が収容されている。なお、サブ回路部とは、比較的発熱量の少ない機器などにより構成されている。たとえば、サブ回路部は、ＤＣＲ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｌａｙ）などを含む。また、サブ回路部は、サブハウジングに設けられた通気口を介して流入する自然通気により冷却されるように構成されている。

また、上記特許文献１の電力変換装置では、メインハウジングとサブハウジングとの間には、開閉部が設けられている。また、サブハウジングには、温度センサが設けられている。そして、温度センサによって検出された温度が所定の温度よりも高くなった場合に、開閉部が開かれた状態になる。これにより、サブハウジング内の空気が、メインハウジングに設けられたファンによって強制的に流動される。その結果、サブハウジングに収容されたサブ回路部の冷却効率が向上する。

特許第６５１７４０６号

しかしながら、上記特許文献１に記載の電力変換装置では、比較的発熱量の大きい主回路部が、上部ケースに配置されるとともに、１つのヒートシンクによって冷却されている。このため、主回路部の発熱量が増大した際に、１つのヒートシンクによって主回路部を十分に冷却できない場合があるという問題点が考えらえる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、主回路部を十分に冷却することが可能な電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、電力を変換する第１主回路部と、第１主回路部が載置される第１冷却部と、電力を変換する第２主回路部と、第１冷却部に対向するとともに、第１冷却部と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、第２主回路部が載置される第２冷却部と、第１冷却部に載置された第１主回路部を収納する第１筐体部と、第２冷却部に載置された第２主回路部を収納する第２筐体部と、第１筐体部と第２筐体部との間において、第１冷却部と第２冷却部とに対して冷却風を送風する送風部とを備える。

この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、第１主回路部が載置される第１冷却部と、第１冷却部に対向するとともに、第１冷却部と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、第２主回路部が載置される第２冷却部とを備える。これにより、比較的発熱量の大きい、第１主回路部および第２主回路部が、各々、第１冷却部と第２冷却部とにより個別に冷却されるので、１つの冷却部によって主回路部（第１主回路部および第２主回路部）を冷却する場合と比べて、主回路部（第１主回路部および第２主回路部）を効率よく冷却することができる。その結果、主回路部を十分に冷却することができる。また、１つの冷却部に主回路部（第１主回路部および第２主回路部）が配置される場合と比べて、１つの冷却部の放熱面積を容易に大きくすることができる。また、第１冷却部と第２冷却部とが対向する方向に直交する方向から見て、第１冷却部と第２冷却部とが所定の間隔を隔てて離間しているので、第１冷却部と第２冷却部との間の隙間を冷却風がスムーズに移動することができる。これにより、冷却風の流速が大きくなるので、第１冷却部と第２冷却部との冷却効率を向上させることができる。

また、第１冷却部に載置された第１主回路部を収納する第１筐体部と、第２冷却部に載置された第２主回路部を収納する第２筐体部とを備えることによって、比較的発熱量の大きい、第１主回路部および第２主回路部が、それぞれ、第１筐体部と第２筐体部とに分離して配置されているので、１つの筐体に主回路部（第１主回路部および第２主回路部）が配置される場合と比べて、筐体内の温度を大幅に低下させることができる。なお、「主回路部」とは、半導体スイッチング素子やダイオードなど、比較的発熱量の大きい電子部品により構成された部分を意味する。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１筐体部は、第１主回路部を密閉し、第２筐体部は、第２主回路部を密閉するように構成されている。このように構成すれば、第１主回路部および第２主回路部を塵や水分から保護することができる。

この場合、好ましくは、第１筐体部は、第１主回路部を密閉するとともに、第２筐体部は、第２主回路部を密閉するように構成されており、電力変換装置は、鉄道車両に配置されるように構成されている。このように構成すれば、鉄道車両では、第１主回路部および第２主回路部に対する防塵性および防水性が要求されるので、第１主回路部および第２主回路部を密閉することは、電力変換装置が鉄道車両に設けられる点において特に有効である。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１冷却部は、第１主回路部が載置される第１冷却本体部と、第１冷却本体部に設けられる第１放熱フィンとを含み、第２冷却部は、第２主回路部が載置される第２冷却本体部と、第２冷却本体部に設けられる第２放熱フィンとを含み、第１放熱フィンと第２放熱フィンとが配置されるとともに、冷却風が流れる方向の一方端部側に送風部が配置され、他方端部側に冷却風が排出される排出口が配置される第３筐体部をさらに備える。このように構成すれば、送風部によって送風され第３筐体部の内部を通気する冷却風によって、第１放熱フィンと第２放熱フィンとを冷却する（つまり、第１主回路部と第２主回路部とを個別に冷却する）ことができるので、第１主回路部および第２主回路部を効率よく冷却することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１筐体部には、冷却風が流れる方向に略直交する方向に窪む凹部が設けられており、第２筐体部は、第１筐体部の凹部に対向するようにかつ、第２筐体部が配置される面から凹部に向かって凸状に配置されており、冷却風が、送風部から凸状の第２筐体部を乗り越えるとともに、第１冷却部および第２冷却部を介して、凸状の第２筐体部の冷却風が流れる方向における下流側に流れるように構成されている。このように構成すれば、第１筐体部の凹部側に、凸状の第２筐体部を寄せて配置することができるので、第１筐体部と第２筐体部とが積層される方向の電力変換装置の幅を小さくすることができる。

この場合、好ましくは、第１主回路部と第２主回路部との間において電圧を変換するトランスと、第２主回路部に接続されるリアクトルと、冷却風が排出される排出口とをさらに備え、リアクトルは、送風部と、凸状の第２筐体部との間の流路に配置され、トランスは、凸状の第２筐体部と、排出口との間の流路に配置されている。このように構成すれば、トランスの発熱量よりもリアクトルの発熱量の方が大きいので、送風部と凸状の第２筐体部との間の流路（冷却風の上流側）にリアクトルを配置することによって、リアクトルを効率的に冷却することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１主回路部は、直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子を含み、半導体スイッチング素子を制御する制御部をさらに備え、制御部は、第１主回路部とともに、第１筐体部に収容されている。このように構成すれば、半導体スイッチング素子と制御部とが別々の筐体に収容されている場合と比べて、半導体スイッチング素子と制御部とを接続する配線長を短縮することができる。

この場合、好ましくは、制御部と外部の配線とを電気的に接続するコネクタ部をさらに備え、コネクタ部は、第１筐体部の側面に設けられている。このように構成すれば、制御部とコネクタ部とが別々の筐体に設けられている場合と比べて、制御部とコネクタ部とを接続する配線長を短縮することができる。

上記制御部を備える電力変換装置において、好ましくは、第２主回路部は、交流電力を直流電力に整流するダイオードを含むとともに、制御部が収容される第１筐体部とは異なる第２筐体部に収容されている。このように構成すれば、ダイオードは、制御部によって制御されないので、制御部が収容されない第２筐体部にダイオードを収容しても、配線長が長くなることはない。その結果、半導体スイッチング素子とダイオードとを分離した状態で、半導体スイッチング素子とダイオードとを個別に効率よく冷却することができる。

本発明によれば、上記のように、主回路部を十分に冷却することができる。

第１実施形態による電力変換装置の回路図である。 第１実施形態による電力変換装置の斜視図である。 第１実施形態による電力変換装置の上面図である。 第１実施形態による電力変換装置の下面図である。 図３の４００−４００線に沿った断面図である。 図３の５００−５００線に沿った断面図である。 第２実施形態による電力変換装置の斜視図（１）である。 第２実施形態による電力変換装置の斜視図（２）である。 図７の６００−６００線に沿った断面図である。 変形例による電力変換装置の斜視図である。 図１０の７００−７００線に沿った断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１〜図６を参照して、第１実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。なお、第１実施形態では、電力変換装置１００は、鉄道車両１（図５参照）に配置されている。たとえば、電力変換装置１００は、鉄道車両１の客室の下方の空間１ａに配置されている。また、本願明細書において、Ｚ方向は、鉛直方向であり、Ｚ１方向は、上方向であり、Ｚ２方向は、下方向である。また、Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に沿った互いに直交する方向である。

まず、図１を参照して、電力変換装置１００の回路構成について説明する。

電力変換装置１００は、直流電源２から出力される直流電力を、交流電力に変換する第１主回路部１０（インバータ）を備えている。第１主回路部１０は、直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチング素子１０ａを含む。

また、電力変換装置１００は、トランス２０を備えている。トランス２０は、第１主回路部１０と、後述する第２主回路部１１との間において電圧を変換するように構成されている。

また、電力変換装置１００は、第２主回路部１１（整流部）を備えている。第２主回路部１１は、第１主回路部１０からの交流電力を整流する（直流に変換する）ように構成されている。第２主回路部１１は、交流電力を直流電力に整流する複数のダイオード１１ａを含む。また、第２主回路部１１には、複数のダイオード１１ａによって変換された直流電力を平滑するリアクトル２１が接続されている。また、リアクトル２１によって平滑された直流電力は、負荷３に供給される。また、リアクトル２１と負荷３との間には、コンデンサ２２が設けられている。なお、リアクトル２１とコンデンサ２２とによって平滑回路が構成されている。

次に、電力変換装置１００の構造について説明する。なお、図２〜図４では、電力変換装置１００の内部を図示するために、電力変換装置１００の上方および下方が開口しているように記載されている。一方、実際には、電力変換装置１００の上方および下方は、閉じられている。

図５および図６に示すように、電力変換装置１００は、第１主回路部１０が載置される上部冷却部３０を備えている。また、上部冷却部３０は、第１主回路部１０が載置される上部冷却本体部３１と、上部冷却本体部３１に設けられる上部放熱フィン３２とを含む。また、上部放熱フィン３２は、上部冷却本体部３１のＺ２方向側から、Ｚ２方向側に突出するように設けられている。また、上部放熱フィン３２は、複数設けられている。複数の上部放熱フィン３２は、Ｙ方向に沿って、略等間隔で互いに離間した状態で配置されている。また、図６に示すように、上部放熱フィン３２は、略長方形形状を有する。そして、略長方形形状を有する上部放熱フィン３２の長手方向が、Ｘ方向に沿うように、上部放熱フィン３２が配置されている。なお、上部冷却部３０、上部冷却本体部３１、および、上部放熱フィン３２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１冷却部」、「第１冷却本体部」、および、「第１放熱フィン」の一例である。

また、図５および図６に示すように、電力変換装置１００は、下部冷却部４０を備えている。第１実施形態では、下部冷却部４０は、上部冷却部３０に対向するとともに、上部冷却部３０と対向する方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ方向およびＹ方向）から見て、所定の間隔Ｄを隔てて離間するように設けられている。また、下部冷却部４０には、第２主回路部１１が載置されている。具体的には、Ｚ方向において、下部冷却部４０は、上部冷却部３０に対向する。また、第２主回路部１１は、下部冷却部４０のＺ２方向側に設けられている。また、下部冷却部４０は、第２主回路部１１が載置される下部冷却本体部４１と、下部冷却本体部４１に設けられる下部放熱フィン４２とを含む。また、下部放熱フィン４２は、下部冷却本体部４１のＺ１方向側から、Ｚ１方向側に突出するように設けられている。また、下部放熱フィン４２は、複数設けられている。複数の下部放熱フィン４２は、Ｙ方向に沿って、略等間隔で互いに離間した状態で配置されている。また、図６に示すように、下部放熱フィン４２は、略長方形形状を有する。そして、略長方形形状を有する下部放熱フィン４２の長手方向が、Ｘ方向に沿うように、下部放熱フィン４２が配置されている。なお、下部冷却部４０、下部冷却本体部４１、および、下部放熱フィン４２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第２冷却部」、「第２冷却本体部」、および、「第２放熱フィン」の一例である。

また、図５および図６に示すように、電力変換装置１００は、上部筐体部５０を備えている。上部筐体部５０は、上部冷却部３０に載置された第１主回路部１０を収納するように構成されている。具体的には、上部筐体部５０には、冷却風（矢印Ｃ）が流れる方向（Ｘ方向）に略直交する方向（Ｙ方向）に窪む凹部５１が設けられている。また、凹部５１は、上部筐体部５０のＺ２方向側に設けられている。また、上部筐体部５０は、たとえば、板金により構成されている。また、凹部５１は、上部筐体部５０のＺ２方向側の面５０ａにネジなどにより固定されている。なお、上部筐体部５０は、特許請求の範囲の「第１筐体部」の一例である。

また、上部冷却部３０は、凹部５１の底面５１ａに配置されている。また、図２および図３に示すように、凹部５１には、開口部５１ｂが設けられている。開口部５１ｂは、上部冷却本体部３１により塞がれている。また、開口部５１ｂから、上部冷却本体部３１の一部と、第１主回路部１０とが露出している。

そして、第１実施形態では、図５および図６に示すように、上部筐体部５０は、第１主回路部１０を密閉するように構成されている。具体的には、上部冷却本体部３１により開口部５１ｂが塞がれた状態の上部筐体部５０の内部は、密閉された空間ＳＰ１になっている。そして、この上部筐体部５０の内部（密閉された空間ＳＰ１）に第１主回路部１０が配置されている。また、第１主回路部１０の複数の半導体スイッチング素子１０ａは、Ｙ方向に沿って複数配置されている。なお、上部筐体部５０の内部には、第１主回路部１０以外の電気部品（図示せず）も配置されている。また、上部筐体部５０の内部には、後述する送風部７０からの冷却風は流れない。

また、図５および図６に示すように、電力変換装置１００は、下部筐体部６０を備えている。下部筐体部６０は、下部冷却部４０に載置された第２主回路部１１を収納するように構成されている。具体的には、下部筐体部６０は、上部筐体部５０の凹部５１に対向するようにかつ、下部筐体部６０が配置される面（後述する中間筐体部８０のＺ２方向側の面８０ａ）から凹部５１に向かって凸状に配置されている。また、下部筐体部６０は、たとえば、板金により構成されている。また、下部筐体部６０は、中間筐体部８０にネジなどにより固定されている。なお、下部筐体部６０は、特許請求の範囲の「第２筐体部」の一例である。

また、図４に示すように、下部筐体部６０のＺ１方向側の面６０ａには、開口部６０ｂが設けられている。開口部６０ｂは、下部冷却本体部４１により塞がれている。また、開口部６０ｂから、下部冷却本体部４１の一部と、第２主回路部１１とが露出している。

そして、第１実施形態では、図５および図６に示すように、下部筐体部６０は、第２主回路部１１を密閉するように構成されている。具体的には、下部冷却本体部４１により開口部６０ｂが塞がれた状態の下部筐体部６０の内部は、密閉された空間ＳＰ２になっている。そして、この下部筐体部６０の内部（密閉された空間ＳＰ２）に第２主回路部１１が配置されている。すなわち、ダイオード１１ａを含む第２主回路部１１は、後述する制御部９０が収容される上部筐体部５０とは異なる下部筐体部６０に収容されている。また、図５に示すように、第２主回路部１１の複数のダイオード１１ａは、Ｙ方向に沿って複数配置されている。なお、下部筐体部６０の内部には、第２主回路部１１以外の電気部品（図示せず）も配置されている。また、下部筐体部６０の内部には、後述する送風部７０からの冷却風は流れない。

また、図６に示すように、Ｘ方向における、下部筐体部６０の幅Ｗ１は、上部筐体部５０の幅Ｗ２（凹部５１の幅Ｗ３）よりも小さい。また、冷却風が流れる方向（Ｘ方向）において、上部放熱フィン３２の上流側の端部３２ａが、下部放熱フィン４２の上流側の端部４２ａに対して、Ｘ２方向側にずれているとともに、上部放熱フィン３２の下流側の端部３２ｂが、下部放熱フィン４２の下流側の端部４２ｂに対して、Ｘ２方向側にずれている。

また、図６に示すように、電力変換装置１００は、送風部７０を備えている。送風部７０は、上部筐体部５０と下部筐体部６０との間において、上部冷却部３０と下部冷却部４０とに対して冷却風を送風するように構成されている。

具体的には、第１実施形態では、図５および図６に示すように、電力変換装置１００は、中間筐体部８０を備えている。中間筐体部８０には、上部放熱フィン３２と下部放熱フィン４２とが配置される。また、中間筐体部８０の、冷却風が流れる方向の一方端部側（Ｘ１方向側）に送風部７０が配置されている。また、中間筐体部８０の他方端部側（Ｘ２方向側）に冷却風が排出される排出口８１が配置されている。具体的には、上部放熱フィン３２は、上部筐体部５０の凹部５１のＺ２方向側から下方に突出しており、上部放熱フィン３２の下端部が、中間筐体部８０の内部に配置されている。また、下部冷却部４０（下部冷却本体部４１、下部放熱フィン４２）は、下部筐体部６０のＺ１方向側に配置されており、下部冷却部４０の全体が、中間筐体部８０の内部に配置されている。また、排出口８１は、中間筐体部８０のＸ２方向側の側面８０ｂに設けられた複数の孔部により構成されている。そして、中間筐体部８０は、上部筐体部５０および下部筐体部６０と異なり、外気が導入される。つまり、中間筐体部８０は、密閉されていない。なお、中間筐体部８０は、特許請求の範囲の「第３筐体部」の一例である。

また、中間筐体部８０のＺ２方向側の面８０ａには、凸状の下部筐体部６０が設けられている。また、凸状の下部筐体部６０のＺ１方向側（上方）において、Ｚ１方向側に窪む上部筐体部５０の凹部５１が配置されている。これにより、中間筐体部８０と、中間筐体部８０に連通する凹部５１のＺ２方向側の空間ＳＰ３とによって、冷却風が流れる流路Ａが構成されている。流路Ａは、Ｙ方向から見て、ハット形状（段差形状）を有する。

また、第１実施形態では、リアクトル２１は、送風部７０と、凸状の下部筐体部６０との間の流路Ａに配置されている。また、トランス２０は、凸状の下部筐体部６０と、排出口８１との間の流路Ａに配置されている。具体的には、リアクトル２１は、送風部７０と下部筐体部６０との間に対応する、中間筐体部８０のＺ２方向側の面８０ａに載置されている。また、トランス２０は、下部筐体部６０と排出口８１との間に対応する、中間筐体部８０のＺ２方向側の面８０ａに載置されている。すなわち、リアクトル２１およびトランス２０は、比較的重量が大きいので、電力変換装置１００の下方側の部分に配置されている。

また、第１実施形態では、図６に示すように、電力変換装置１００は、半導体スイッチング素子１０ａ（第１主回路部１０）を制御する制御部９０を備えている。そして、制御部９０は、第１主回路部１０とともに、上部筐体部５０に収容されている。すなわち、制御部９０は、第１主回路部１０とともに、上部筐体部５０により密閉されている。

また、第１実施形態では、電力変換装置１００は、コネクタ部９１を備えている。コネクタ部９１は、制御部９０と外部の配線（図示せず）とを電気的に接続するように構成されている。そして、コネクタ部９１は、上部筐体部５０の側面（たとえば、Ｘ１方向側の側面５０ｂ）に設けられている。

そして、第１実施形態では、冷却風（図６の太い矢印Ｃ）が、送風部７０から凸状の下部筐体部６０を乗り越えるとともに、上部冷却部３０および下部冷却部４０を介して、凸状の下部筐体部６０の冷却風が流れる方向における下流側（Ｚ２方向側）に流れるように構成されている。

（冷却風の流れの詳細）
次に、図６を参照して、冷却風の流れの詳細について説明する。

まず、送風部７０から送風された冷却風は、Ｘ２方向側に沿って移動する。その後、冷却風は、下部筐体部６０のＸ１方向側の側面６０ｃに衝突することにより、斜め上方に移動する。その後、冷却風は、Ｘ方向に沿うように移動することにより、Ｘ１方向側から、隣り合う上部放熱フィン３２の間の隙間と、隣り合う下部放熱フィン４２の間の隙間とに流入する。さらに、冷却風は、下部放熱フィン４２のＺ１方向側からも、隣り合う下部放熱フィン４２の間の隙間に流入する。これにより、下部放熱フィン４２の間の隙間に流入する冷却風の流入量が増大するので、冷却風の流速が大きくなる。

また、冷却風は、上部放熱フィン３２から、Ｘ方向に沿って流出する。さらに、冷却風は、上部放熱フィン３２から、斜め下方に沿って流出する。これにより、上部放熱フィン３２から流出する冷却風の流出量が増大する（圧損が低減する）ので、冷却風がスムーズに流出する。また、冷却風は、下部放熱フィン４２から、Ｘ方向に沿って流出する。これらの結果、上部冷却部３０および下部冷却部４０の冷却性能が向上する。その後、冷却風は、排出口８１から中間筐体部８０の外部に流出する。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、第１主回路部１０が載置される上部冷却部３０と、上部冷却部３０に対向するとともに、上部冷却部３０と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔Ｄを隔てて離間するように設けられ、第２主回路部１１が載置される下部冷却部４０とを備える。これにより、比較的発熱量の大きい、第１主回路部１０および第２主回路部１１が、各々、上部冷却部３０と下部冷却部４０とにより個別に冷却されるので、１つの冷却部によって主回路部（第１主回路部１０および第２主回路部１１）を冷却する場合と比べて、主回路部（第１主回路部１０および第２主回路部１１）を効率よく冷却することができる。その結果、主回路部を十分に冷却することができる。また、１つの冷却部に主回路部（第１主回路部１０および第２主回路部１１）が配置される場合と比べて、１つの冷却部の放熱面積を容易に大きくすることができる。また、上部冷却部３０と下部冷却部４０とが対向する方向に直交する方向から見て、上部冷却部３０と下部冷却部４０とが所定の間隔Ｄを隔てて離間しているので、上部冷却部３０と下部冷却部４０との間の隙間を冷却風がスムーズに移動することができる。これにより、冷却風の流速が大きくなるので、上部冷却部３０と下部冷却部４０との冷却効率を向上させることができる。

また、上部冷却部３０に載置された第１主回路部１０を収納する上部筐体部５０と、下部冷却部４０に載置された第２主回路部１１を収納する下部筐体部６０とを備えることによって、比較的発熱量の大きい、第１主回路部１０および第２主回路部１１が、それぞれ、上部筐体部５０と下部筐体部６０とに分離して配置されているので、１つの筐体に主回路部（第１主回路部１０および第２主回路部１１）が配置される場合と比べて、筐体（上部筐体部５０、下部冷却部４０）内の温度を大幅に低下させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、上部筐体部５０は、第１主回路部１０を密閉し、下部筐体部６０は、第２主回路部１１を密閉するように構成されている。これにより、第１主回路部１０および第２主回路部１１を塵や水分から保護することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、鉄道車両１に配置されるように構成されている。これにより、鉄道車両１では、第１主回路部１０および第２主回路部１１に対する防塵性および防水性が要求されるので、第１主回路部１０および第２主回路部１１を密閉することは、電力変換装置１００が鉄道車両１に設けられる点において特に有効である。

また、第１実施形態では、上記のように、上部放熱フィン３２と下部放熱フィン４２とが配置されるとともに、冷却風が流れる方向の一方端部側に送風部７０が配置され、他方端部側に冷却風が排出される排出口８１が配置される中間筐体部８０が設けられている。これにより、送風部７０によって送風され中間筐体部８０の内部を通気する冷却風によって、上部放熱フィン３２と下部放熱フィン４２とを冷却する（つまり、第１主回路部１０と第２主回路部１１とを個別に冷却する）ことができるので、第１主回路部１０および第２主回路部１１を効率よく冷却することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、上部筐体部５０には、冷却風が流れる方向に略直交する方向に窪む凹部５１が設けられており、下部筐体部６０は、上部筐体部５０の凹部５１に対向するようにかつ、下部筐体部６０が配置される面８０ａから凹部５１に向かって凸状に配置されている。これにより、上部筐体部５０の凹部５１側に、凸状の下部筐体部６０を寄せて配置することができるので、上部筐体部５０と下部筐体部６０とが積層される方向の電力変換装置１００の幅を小さくすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、リアクトル２１は、送風部７０と、凸状の下部筐体部６０との間の流路Ａに配置され、トランス２０は、凸状の下部筐体部６０と、排出口８１との間の流路Ａに配置されている。これにより、トランス２０の発熱量よりもリアクトル２１の発熱量の方が大きいので、送風部７０と凸状の下部筐体部６０との間の流路Ａ（冷却風の上流側）にリアクトル２１を配置することによって、リアクトル２１を効率的に冷却することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、半導体スイッチング素子１０ａを制御する制御部９０は、第１主回路部１０とともに、上部筐体部５０に収容されている。これにより、半導体スイッチング素子１０ａと制御部９０とが別々の筐体に収容されている場合と比べて、半導体スイッチング素子１０ａと制御部９０とを接続する配線長を短縮することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９０と外部の配線とを電気的に接続するコネクタ部９１は、上部筐体部５０の側面５０ｂに設けられている。これにより、制御部９０とコネクタ部９１とが別々の筐体に設けられている場合と比べて、制御部９０とコネクタ部９１とを接続する配線長を短縮することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、第２主回路部１１は、交流電力を直流電力に整流するダイオード１１ａを含むとともに、制御部９０が収容される上部筐体部５０とは異なる下部筐体部６０に収容されている。これにより、ダイオード１１ａは、制御部９０によって制御されないので、制御部９０が収容されない下部筐体部６０にダイオード１１ａを収容しても、配線長が長くなることはない。その結果、半導体スイッチング素子１０ａとダイオード１１ａとを分離した状態で、半導体スイッチング素子１０ａとダイオード１１ａとを個別に効率よく冷却することができる。

［第２実施形態］
図７〜図９を参照して、第２実施形態による電力変換装置２００の構成について説明する。第２実施形態による電力変換装置２００は、冷却風が流れる流路Ａがハット形状（段差形状）を有する上記第１実施形態と異なり、冷却風が流れる流路Ｂが略直方体形状を有する。

電力変換装置２００では、上部筐体部１５０と、下部筐体部１６０と、中間筐体部１８０とは、共に、略直方体形状を有する。上部筐体部１５０には、上部冷却部３０に載置された第１主回路部１０が収納される。下部筐体部１６０には、下部冷却部４０に載置された第２主回路部１１が収納される。なお、上部放熱フィン３２の上流側の端部３２ａ（下流側の端部３２ｂ）と、下部放熱フィン４２の上流側の端部４２ａ（下流側の端部４２ｂ）とは、Ｘ方向においてずれていない。また、中間筐体部１８０には、冷却風が排出される排出口１８１が設けられている。なお、上部筐体部１５０、下部筐体部１６０、および、中間筐体部１８０は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１筐体部」、「第２筐体部」および「第３筐体部」の一例である。

また、中間筐体部１８０には、上部放熱フィン３２と下部放熱フィン４２とが配置される。そして、冷却風が流れる流路Ｂは、略直方体形状を有する中間筐体部１８０の内部の空間により構成されている。すなわち、流路Ｂは、略直方体形状を有する。また、冷却風は、Ｘ方向に沿って、略直線状に移動する。

なお、第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２施形態では、第１主回路部が上部筐体部により密閉され、第２主回路部が下部筐体部により密閉されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１主回路部が上部筐体部により密閉されていないとともに、第２主回路部が下部筐体部により密閉されていなくてもよい。

また、上記第１および第２施形態では、電力変換装置が鉄道車両に配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、鉄道車両に配置されていない電力変換装置に本発明を適用することも可能である。

また、上記第１および第２施形態では、上部筐体部と、下部筐体部と、中間筐体部とが設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１０および図１１に示す変形例による電力変換装置３００のように、断面がＵ字形状の上部筐体部２５０と、断面がＵ字形状の下部筐体部２６０とが積層されるとともに、上部筐体部２５０と下部筐体部２６０とにより囲まれた空間ＳＰ４に送風部７０が配置されていてもよい。すなわち、中間筐体部が設けられていなくてもよい。また、Ｕ字形状の上部筐体部２５０（Ｕ字形状の下部筐体部２６０）の脚に対応する部分２５１（２６１）に、電子機器を配置することが可能である。なお、上部筐体部２５０および下部筐体部２６０は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１筐体部」および「第２筐体部」の一例である。

また、上記第１および第２施形態では、中間筐体部にトランスとリアクトルとが配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、トランスとリアクトルとが、中間筐体部以外の部分（電力変換装置の外部など）に配置されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、上部筐体部がＺ１方向側に配置されるとともに、下部筐体部がＺ２方向側に配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上部筐体部がＺ２方向側に配置されるとともに、下部筐体部がＺ１方向側に配置されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、第１主回路部が半導体スイッチング素子を含むとともに、第２主回路部がダイオードを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１主回路部がダイオードを含むとともに、第２主回路部が半導体スイッチング素子を含んでいてもよい。

１ 鉄道車両
１０ 第１主回路部
１０ａ 半導体スイッチング素子
１１ 第２主回路部
１１ａ ダイオード
２０ トランス
２１ リアクトル
３０ 上部冷却部（第１冷却部）
３１ 上部冷却本体部（第１冷却本体部）
３２ 上部放熱フィン（第１放熱フィン）
４０ 下部冷却部（第２冷却部）
４１ 下部冷却本体部（第２冷却本体部）
４２ 下部放熱フィン（第２放熱フィン）
５０、１５０、２５０ 上部筐体部（第１筐体部）
５０ｂ 側面
５１ 凹部
６０、１６０、２６０ 下部筐体部（第２筐体部）
７０ 送風部
８０、１８０ 中間筐体部（第３筐体部）
８０ａ 面
８１、１８１ 排出口
９０ 制御部
９１ コネクタ部
１００、２００、３００ 電力変換装置
Ａ、Ｂ 流路

Claims (9)

1. 電力を変換する第１主回路部と、
   前記第１主回路部が載置される第１冷却部と、
   前記電力を変換する第２主回路部と、
   前記第１冷却部に対向するとともに、前記第１冷却部と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、前記第２主回路部が載置される第２冷却部と、
   前記第１冷却部に載置された前記第１主回路部を収納する第１筐体部と、
   前記第２冷却部に載置された前記第２主回路部を収納する第２筐体部と、
   前記第１筐体部と前記第２筐体部との間において、前記第１冷却部と前記第２冷却部とに対して冷却風を送風する送風部とを備える、電力変換装置。
2. 前記第１筐体部は、前記第１主回路部を密閉し、
   前記第２筐体部は、前記第２主回路部を密閉するように構成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１筐体部は、前記第１主回路部を密閉するとともに、前記第２筐体部は、前記第２主回路部を密閉するように構成されており、鉄道車両に配置されるように構成されている、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１冷却部は、前記第１主回路部が載置される第１冷却本体部と、前記第１冷却本体部に設けられる第１放熱フィンとを含み、
   前記第２冷却部は、前記第２主回路部が載置される第２冷却本体部と、前記第２冷却本体部に設けられる第２放熱フィンとを含み、
   前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとが配置されるとともに、前記冷却風が流れる方向の一方端部側に前記送風部が配置され、他方端部側に前記冷却風が排出される排出口が配置される第３筐体部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記第１筐体部には、前記冷却風が流れる方向に略直交する方向に窪む凹部が設けられており、
   前記第２筐体部は、前記第１筐体部の前記凹部に対向するようにかつ、前記第２筐体部が配置される面から前記凹部に向かって凸状に配置されており、
   前記冷却風が、前記送風部から前記凸状の第２筐体部を乗り越えるとともに、前記第１冷却部および前記第２冷却部を介して、前記凸状の第２筐体部の前記冷却風が流れる方向における下流側に流れるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１主回路部と前記第２主回路部との間において電圧を変換するトランスと、
   前記第２主回路部に接続されるリアクトルと、
   前記冷却風が排出される排出口とをさらに備え、
   前記リアクトルは、前記送風部と、前記凸状の第２筐体部との間の流路に配置され、
   前記トランスは、前記凸状の第２筐体部と、前記排出口との間の流路に配置されている、請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記第１主回路部は、直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子を含み、
   前記半導体スイッチング素子を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１主回路部とともに、前記第１筐体部に収容されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記制御部と外部の配線とを電気的に接続するコネクタ部をさらに備え、
   前記コネクタ部は、前記第１筐体部の側面に設けられている、請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記第２主回路部は、交流電力を直流電力に整流するダイオードを含むとともに、前記制御部が収容される前記第１筐体部とは異なる前記第２筐体部に収容されている、請求項７または８に記載の電力変換装置。

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