JP2022054164A - Main circuit system for railroad vehicle - Google Patents

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JP2022054164A JP2020161207A JP2020161207A JP2022054164A JP 2022054164 A JP2022054164 A JP 2022054164A JP 2020161207 A JP2020161207 A JP 2020161207A JP 2020161207 A JP2020161207 A JP 2020161207A JP 2022054164 A JP2022054164 A JP 2022054164A
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宏和 加藤
Hirokazu Kato
隆文 福島
Takafumi Fukushima
賢司 佐藤
Kenji Sato
拓紀 下山
Hiroki Shimoyama
雅之 上野
Masayuki Ueno
政嗣 古屋
Masatsugu Furuya
英允 田中
Hidemasa Tanaka
友由 牧野
Tomoyoshi Makino
浩昭 尾谷
Hiroaki Otani
寿幸 内田
Hisayuki Uchida
幸平 藤谷
Kohei Fujitani
佳史 味岡
Yoshifumi Ajioka
侑大 松本
Yuta Matsumoto
太郎 村上
Taro Murakami
昭裕 菱田
Akihiro Hishida
将光 滝沢
Masamitsu Takizawa
義郎 森
Yoshiro Mori
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Central Japan Railway Co
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Abstract

To provide a main circuit system for a railroad vehicle that can be miniaturized while occurrence of deviation of a heat generation portion is suppressed.SOLUTION: The present disclosure relates to a main circuit system for a railroad vehicle, including: a converter that converts single-phase AC power to output DC power; an inverter that converts the DC power output from the converter to output three-phase AC power; a six-pole electric motor that is driven by the three-phase AC power output from the inverter; and a radiator disposed under the vehicle floor and configured to cool the converter and the inverter by traveling wind. The converter and the inverter are configured such that the maximum energy loss of each phase of the converter and the maximum energy loss of each phase of the inverter are equal when the electric motor is driven.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、鉄道車両用主回路システムに関する。 The present disclosure relates to a main circuit system for railway vehicles.

架線から交流電流を集電して走行する鉄道車両では、電力変換装置(つまりコンバータ及びインバータ)によって交流電力を電力変換して電動機に供給する。このような電力変換装置及び電動機を含む主回路システムにおいて、電動機の構造を4極から6極に変えることで、小型化を図ることができる。 In a railroad vehicle that collects AC current from an overhead wire and travels, AC power is converted into electric power by a power conversion device (that is, a converter and an inverter) and supplied to an electric motor. In the main circuit system including such a power conversion device and an electric motor, the structure of the electric motor can be changed from 4 poles to 6 poles to reduce the size.

また、主回路システムの小型化を目的として、鉄道車両の走行風を放熱体に当てることによって電力変換装置を冷却し、冷却装置(つまりブロア)を省略する方法が公知である(特許文献1参照)。 Further, for the purpose of downsizing the main circuit system, there is known a method of cooling a power conversion device by applying a traveling wind of a railroad vehicle to a radiator and omitting a cooling device (that is, a blower) (see Patent Document 1). ).

特開2007-13223号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-13223

上述のように電動機を6極とすると、電力変換装置において発熱量が増加すると共に、発熱箇所の偏りが大きくなる。このような発熱箇所の偏りの発生を抑えるために、放熱体の面積を大きくすると、上述した小型化の目的が達成できない。 As described above, when the motor has 6 poles, the amount of heat generated in the power conversion device increases and the bias of the heat generation points increases. If the area of the radiator is increased in order to suppress the occurrence of such bias in the heat generating portion, the above-mentioned object of miniaturization cannot be achieved.

本開示の一局面は、発熱箇所の偏りの発生を抑制しつつ小型化が可能な鉄道車両用主回路システムを提供することを目的としている。 One aspect of the present disclosure is to provide a main circuit system for railway vehicles that can be miniaturized while suppressing the occurrence of bias in heat generation points.

本開示の一態様は、単相交流電力を変換して直流電力を出力するように構成されたコンバータと、コンバータが出力した直流電力を変換して三相交流電力を出力するように構成されたインバータと、インバータが出力した三相交流電力により駆動するように構成された6極の電動機と、車両床下に配置されると共に、走行風によってコンバータ及びインバータを冷却するように構成された放熱体と、を備える鉄道車両用主回路システムである。コンバータ及びインバータは、電動機の駆動時におけるコンバータの各相の最大エネルギー損失とインバータの各相の最大エネルギー損失とが等しくなるように構成される。 One aspect of the present disclosure is configured to convert a single-phase AC power and output DC power, and to convert the DC power output by the converter to output three-phase AC power. An inverter, a 6-pole electric power configured to be driven by the three-phase AC power output by the inverter, and a radiator configured to cool the converter and the inverter by running wind while being placed under the vehicle floor. , Is a main circuit system for railway vehicles. The converter and the inverter are configured so that the maximum energy loss of each phase of the converter and the maximum energy loss of each phase of the inverter when the motor is driven are equal to each other.

このような構成によれば、コンバータの各相の最大エネルギー損失とインバータの各相の最大エネルギー損失とが等しくされることで、電力変換装置における発熱箇所の偏りが小さくなる。そのため、6極の電動機と放熱体とによる小型化を図りつつ、電力変換装置における発熱箇所の偏りの発生を抑制できる。 According to such a configuration, the maximum energy loss of each phase of the converter and the maximum energy loss of each phase of the inverter are made equal to each other, so that the bias of the heat generating portion in the power conversion device is reduced. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of bias in the heat generating portion in the power conversion device while reducing the size by using the 6-pole motor and the radiator.

本開示の一態様は、コンバータ及びインバータは、それぞれ、SiC素子を含んでもよい。このような構成によれば、鉄道車両用主回路システムの小型化及び軽量化を促進できる。 In one aspect of the present disclosure, the converter and the inverter may each include a SiC element. With such a configuration, it is possible to promote miniaturization and weight reduction of the main circuit system for railway vehicles.

本開示の一態様は、コンバータ及びインバータの少なくとも一方におけるコンデンサの電荷を放電するように構成された抵抗器をさらに備えてもよい。抵抗器は、放熱体に取り付けられてもよい。このような構成によれば、放熱体によって抵抗器が冷却されるため、抵抗器の冷却装置が不要となる。その結果、主回路システムの小型化を促進できる。 One aspect of the present disclosure may further comprise a resistor configured to discharge the charge of the capacitor in at least one of the converter and the inverter. The resistor may be attached to the radiator. According to such a configuration, the resistor is cooled by the radiator, so that the resistor cooling device becomes unnecessary. As a result, the miniaturization of the main circuit system can be promoted.

図1は、実施形態における鉄道車両用主回路システムの搭載例を示す模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of mounting a main circuit system for a railway vehicle according to an embodiment. 図2は、図1のII-II線での模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 図3は、図1の鉄道車両用主回路システムの模式的な回路図である。FIG. 3 is a schematic circuit diagram of the main circuit system for railway vehicles of FIG. 図4は、図3の電動機の構造を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing the structure of the electric motor of FIG. 図5Aは、電動機における回転速度と電圧又は電流との関係の一例を示すグラフであり、図5Bは、電動機における回転速度とトルクとの関係の一例を示すグラフである。FIG. 5A is a graph showing an example of the relationship between the rotation speed and voltage or current in the motor, and FIG. 5B is a graph showing an example of the relationship between the rotation speed and torque in the motor. 図6A、図6B及び図6Cは、それぞれ、電力変換装置の各相におけるエネルギー損失を示す模式図である。6A, 6B and 6C are schematic views showing energy loss in each phase of the power conversion device, respectively.

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
[1.第1実施形態]
[1-1.構成]
図1に示す鉄道車両用主回路システム1(以下、単に「主回路システム1」ともいう。)は、架線から供給される電力によって鉄道車両10を走行させる。鉄道車両10は、例えば、180km/h以上の高速で走行する。
Hereinafter, embodiments to which the present disclosure has been applied will be described with reference to the drawings.
[1. First Embodiment]
[1-1. Constitution]
The railway vehicle main circuit system 1 (hereinafter, also simply referred to as “main circuit system 1”) shown in FIG. 1 drives a railway vehicle 10 by electric power supplied from an overhead wire. The railway vehicle 10 travels at a high speed of, for example, 180 km / h or more.

図2及び図3に示すように、主回路システム1は、電力変換装置2と、電動機3と、抵抗器4A,4B,4C,4Dと、外部電源5と、放熱体6とを備える。 As shown in FIGS. 2 and 3, the main circuit system 1 includes a power converter 2, an electric motor 3, resistors 4A, 4B, 4C, 4D, an external power supply 5, and a radiator 6.

<電力変換装置>
電力変換装置2は、鉄道車両10の床下において、鉄道車両10の走行方向(つまりレールR1,R2の延伸方向)における中央部分に配置されている。鉄道車両10は、コンバータ2Aと、インバータ2Bと、接続部材2Cとを有する。
<Power converter>
The power conversion device 2 is arranged under the floor of the railway vehicle 10 at a central portion in the traveling direction of the railway vehicle 10 (that is, the extending direction of the rails R1 and R2). The railroad vehicle 10 has a converter 2A, an inverter 2B, and a connecting member 2C.

(コンバータ)
コンバータ2Aは、パンタグラフを介して架線から入力される単相交流電力を変換して直流電力を出力するように構成されている。
(converter)
The converter 2A is configured to convert the single-phase AC power input from the overhead wire via the pantograph and output the DC power.

本実施形態のコンバータ2Aは、パワー半導体素子として、SiC素子(つまりシリコンカーバイトで構成された半導体層)を含んでいる。具体的には、コンバータ2Aのパワー半導体素子は全てSiC素子である。 The converter 2A of the present embodiment includes a SiC element (that is, a semiconductor layer made of silicon carbide) as a power semiconductor element. Specifically, all the power semiconductor elements of the converter 2A are SiC elements.

図3に示すように、コンバータ2Aは、U相回路と、V相回路とを有する。U相回路及びV相回路は、それぞれ、上アーム(つまり高電位側アーム)と、下アーム(つまり低電位側アーム)とを有する。 As shown in FIG. 3, the converter 2A has a U-phase circuit and a V-phase circuit. The U-phase circuit and the V-phase circuit each have an upper arm (that is, a high potential side arm) and a lower arm (that is, a low potential side arm).

U相回路及びV相回路それぞれの上アームは、2つのパワー半導体素子を有する。上アームの2つのパワー半導体素子の間には、中間電位端子2Fが接続されている。上アームと中間電位端子2Fとの間には、上アームへ向かう方向を順方向とするダイオードが配置されている。 The upper arms of each of the U-phase circuit and the V-phase circuit have two power semiconductor elements. An intermediate potential terminal 2F is connected between the two power semiconductor elements of the upper arm. A diode having a forward direction toward the upper arm is arranged between the upper arm and the intermediate potential terminal 2F.

U相回路及びV相回路それぞれの下アームは、2つのパワー半導体素子を有する。下アームの2つのパワー半導体素子の間には、中間電位端子2Fが接続されている。下アームと中間電位端子2Fとの間には、中間電位端子2Fへ向かう方向を順方向とするダイオードが配置されている。 The lower arms of each of the U-phase circuit and the V-phase circuit have two power semiconductor elements. An intermediate potential terminal 2F is connected between the two power semiconductor elements of the lower arm. A diode having a forward direction toward the intermediate potential terminal 2F is arranged between the lower arm and the intermediate potential terminal 2F.

U相回路及びV相回路それぞれの高電位側は、コンデンサを介して中間電位端子2Fに接続されている。U相回路及びV相回路それぞれの低電位側も、コンデンサを介して中間電位端子2Fに接続されている。 The high potential side of each of the U-phase circuit and the V-phase circuit is connected to the intermediate potential terminal 2F via a capacitor. The low potential side of each of the U-phase circuit and the V-phase circuit is also connected to the intermediate potential terminal 2F via a capacitor.

コンバータ2AのU相回路は、上アームと下アームとの間において、交流端子2Dを介して外部電源5に電気的に接続されている。コンバータ2AのV相回路も、上アームと下アームとの間において、交流端子2Eを介して外部電源5に電気的に接続されている。 The U-phase circuit of the converter 2A is electrically connected to the external power supply 5 via the AC terminal 2D between the upper arm and the lower arm. The V-phase circuit of the converter 2A is also electrically connected to the external power supply 5 via the AC terminal 2E between the upper arm and the lower arm.

外部電源5は、架線から入力される単相交流電圧を降圧する主変圧器を含む交流電源である。コンバータ2Aには、U相回路及びV相回路に接続された外部電源5を介して単相交流電圧が入力される。 The external power supply 5 is an AC power supply including a main transformer that steps down the single-phase AC voltage input from the overhead wire. A single-phase AC voltage is input to the converter 2A via an external power supply 5 connected to the U-phase circuit and the V-phase circuit.

(インバータ)
インバータ2Bは、コンバータ2Aが出力した直流電力を変換して三相交流電力を出力するように構成されている。本実施形態のインバータ2Bは、パワー半導体素子として、SiC素子を含んでいる。具体的には、インバータ2Bのパワー半導体素子は全てSiC素子である。
(Inverter)
The inverter 2B is configured to convert the DC power output by the converter 2A and output the three-phase AC power. The inverter 2B of the present embodiment includes a SiC element as a power semiconductor element. Specifically, all the power semiconductor elements of the inverter 2B are SiC elements.

インバータ2Bは、U相回路と、V相回路と、W相回路とを有する。U相回路、V相回路及びW相回路は、それぞれ、上アーム(つまり高電位側アーム)と、下アーム(つまり低電位側アーム)とを有する。 The inverter 2B has a U-phase circuit, a V-phase circuit, and a W-phase circuit. The U-phase circuit, the V-phase circuit, and the W-phase circuit each have an upper arm (that is, a high potential side arm) and a lower arm (that is, a low potential side arm).

U相回路、V相回路及びW相回路それぞれの上アームは、2つのパワー半導体素子を有する。上アームの2つのパワー半導体素子の間には、中間電位端子2Gが接続されている。上アームと中間電位端子2Gとの間には、上アームへ向かう方向を順方向とするダイオードが配置されている。 The upper arms of each of the U-phase circuit, the V-phase circuit, and the W-phase circuit have two power semiconductor elements. An intermediate potential terminal 2G is connected between the two power semiconductor elements of the upper arm. A diode having a forward direction toward the upper arm is arranged between the upper arm and the intermediate potential terminal 2G.

U相回路、V相回路及びW相回路それぞれの下アームは、2つのパワー半導体素子を有する。下アームの2つのパワー半導体素子の間には、中間電位端子2Gが接続されている。下アームと中間電位端子2Gとの間には、中間電位端子2Gへ向かう方向を順方向とするダイオードが配置されている。 The lower arms of each of the U-phase circuit, the V-phase circuit, and the W-phase circuit have two power semiconductor elements. An intermediate potential terminal 2G is connected between the two power semiconductor elements of the lower arm. A diode having a forward direction toward the intermediate potential terminal 2G is arranged between the lower arm and the intermediate potential terminal 2G.

U相回路、V相回路及びW相回路それぞれの高電位側は、コンデンサを介して中間電位端子2Gに接続されている。U相回路、V相回路及びW相回路それぞれの低電位側も、コンデンサを介して中間電位端子2Gに接続されている。 The high potential side of each of the U-phase circuit, the V-phase circuit, and the W-phase circuit is connected to the intermediate potential terminal 2G via a capacitor. The low potential side of each of the U-phase circuit, the V-phase circuit, and the W-phase circuit is also connected to the intermediate potential terminal 2G via a capacitor.

インバータ2BのU相回路、V相回路、及びW相回路は、それぞれ、上アームと下アームとの間において、交流端子2H,2I,2Jを介して電動機3に電気的に接続されている。 The U-phase circuit, V-phase circuit, and W-phase circuit of the inverter 2B are electrically connected to the motor 3 via the AC terminals 2H, 2I, and 2J between the upper arm and the lower arm, respectively.

(接続部材)
接続部材2Cは、コンバータ2Aとインバータ2Bとを電気的に接続している。接続部材2Cは、第1部21と、第2部22と、第3部23とを有する。
(Connecting member)
The connecting member 2C electrically connects the converter 2A and the inverter 2B. The connecting member 2C has a first part 21, a second part 22, and a third part 23.

第1部21は、コンバータ2Aの高電位側とインバータ2Bの高電位側とを接続している。第2部22は、コンバータ2Aの中間電位端子2Fとインバータ2Bの中間電位端子2Gとを接続している。第3部23は、コンバータ2Aの低電位側とインバータ2Bの低電位側とを接続している。 The first part 21 connects the high potential side of the converter 2A and the high potential side of the inverter 2B. The second part 22 connects the intermediate potential terminal 2F of the converter 2A and the intermediate potential terminal 2G of the inverter 2B. The third part 23 connects the low potential side of the converter 2A and the low potential side of the inverter 2B.

<電動機>
電動機3は、鉄道車両10の走行動力源であり、鉄道車両10の車輪(図示省略)を回転させる。電動機3は、インバータ2Bが出力した三相交流電力により駆動するように構成された誘導電動機であり、極数は6である。
<Motor>
The electric motor 3 is a traveling power source of the railway vehicle 10, and rotates the wheels (not shown) of the railway vehicle 10. The electric motor 3 is an induction motor configured to be driven by the three-phase AC power output by the inverter 2B, and has six poles.

図4に示すように、電動機3は、6つの固定子31A-31Fと、固定子31A-31Fの内側に配置された回転子32とを有する。6つの固定子31A-31Fは、電動機3の周方向(つまり回転方向)において互いに異なる極が隣接するように配置されている。 As shown in FIG. 4, the motor 3 has six stators 31A-31F and a rotor 32 arranged inside the stator 31A-31F. The six stators 31A-31F are arranged so that poles different from each other are adjacent to each other in the circumferential direction (that is, the rotation direction) of the electric motor 3.

6極の電動機は、例えば4極の電動機に比べて、固定子の径方向における幅を小さくすることができる。そのため、電動機3によって主回路システム1の小型化及び軽量化を図ることができる。 The 6-pole motor can have a smaller radial width of the stator than, for example, a 4-pole motor. Therefore, the motor 3 can reduce the size and weight of the main circuit system 1.

<抵抗器>
図3に示す第1抵抗器4A及び第2抵抗器4Bは、常時、コンバータ2A及びインバータ2Bにおけるコンデンサの電荷を放電するように構成されている。
<Resistor>
The first resistor 4A and the second resistor 4B shown in FIG. 3 are configured to always discharge the electric charge of the capacitor in the converter 2A and the inverter 2B.

第1抵抗器4Aは、接続部材2Cの第1部21と第2部22とを接続する回路に配置されている。つまり、第1抵抗器4Aは、コンバータ2A及びインバータ2Bの複数の上アームと並列に接続されている。 The first resistor 4A is arranged in a circuit connecting the first part 21 and the second part 22 of the connecting member 2C. That is, the first resistor 4A is connected in parallel with the plurality of upper arms of the converter 2A and the inverter 2B.

第2抵抗器4Bは、接続部材2Cの第3部23と第2部22とを接続する回路に配置されている。つまり、第2抵抗器4Bは、コンバータ2A及びインバータ2Bの複数の下アームと並列に接続されている。 The second resistor 4B is arranged in a circuit connecting the third part 23 and the second part 22 of the connecting member 2C. That is, the second resistor 4B is connected in parallel with the plurality of lower arms of the converter 2A and the inverter 2B.

第1抵抗器4A及び第2抵抗器4Bは、後述する放熱体6に取り付けられている。第1抵抗器4A及び第2抵抗器4Bは、放熱体6との熱交換によって、放電によって発生する熱を放出する。 The first resistor 4A and the second resistor 4B are attached to a radiator 6 described later. The first resistor 4A and the second resistor 4B release heat generated by electric discharge by heat exchange with the radiator 6.

第3抵抗器4C及び第4抵抗器4Dは、電力変換装置2において異常が発生した時に、コンバータ2A及びインバータ2Bにおけるコンデンサの電荷を放電するように構成されている。 The third resistor 4C and the fourth resistor 4D are configured to discharge the electric charge of the capacitor in the converter 2A and the inverter 2B when an abnormality occurs in the power conversion device 2.

第3抵抗器4Cは、スイッチング素子と共に、接続部材2Cの第1部21と第2部22とを接続する回路に接続されている。第4抵抗器4Dは、スイッチング素子と共に接続部材2Cの第3部23と第2部22とを接続する回路に接続されている。 The third resistor 4C is connected to a circuit connecting the first part 21 and the second part 22 of the connecting member 2C together with the switching element. The fourth resistor 4D is connected to a circuit connecting the third part 23 and the second part 22 of the connecting member 2C together with the switching element.

<放熱体>
図1に示す放熱体6は、鉄道車両10の床下に配置されると共に、走行風Wによってコンバータ2A及びインバータ2Bを冷却するように構成されている。放熱体6は、鉄道車両10の下方に露出している。
<Heat radiator>
The heat radiating body 6 shown in FIG. 1 is arranged under the floor of the railway vehicle 10 and is configured to cool the converter 2A and the inverter 2B by the traveling wind W. The heat radiating body 6 is exposed below the railroad vehicle 10.

放熱体6は、第1放熱部6Aと、第2放熱部6Bとを有する。第1放熱部6A及び第2放熱部6Bは、それぞれ、鉄道車両10の床面を構成する底壁から下方に突出する複数のフィンを有する。複数のフィンは、厚み方向が鉄道車両10の走行方向と直交する向きとなるように、互いに離れて配置されている。 The heat radiating body 6 has a first heat radiating unit 6A and a second heat radiating unit 6B. The first heat radiating unit 6A and the second heat radiating unit 6B each have a plurality of fins protruding downward from the bottom wall constituting the floor surface of the railway vehicle 10. The plurality of fins are arranged apart from each other so that the thickness direction is orthogonal to the traveling direction of the railway vehicle 10.

第1放熱部6Aは、コンバータ2Aの少なくとも一部(具体的にはパワー半導体素子)と接触しており、主にコンバータ2Aを冷却する。第2放熱部6Bは、インバータ2Bの少なくとも一部(具体的にはパワー半導体素子)と接触しており、主にインバータ2Bを冷却する。また、第1放熱部6A及び第2放熱部6Bの少なくとも一方は、第1抵抗器4A又は第2抵抗器4Bと接触している。 The first heat dissipation unit 6A is in contact with at least a part of the converter 2A (specifically, a power semiconductor element) and mainly cools the converter 2A. The second heat radiating unit 6B is in contact with at least a part (specifically, a power semiconductor element) of the inverter 2B, and mainly cools the inverter 2B. Further, at least one of the first heat radiation unit 6A and the second heat radiation unit 6B is in contact with the first resistor 4A or the second resistor 4B.

放熱体6は、コンバータ2A、インバータ2B、第1抵抗器4A及び第2抵抗器4Bが発生させる熱を複数のフィンを介して走行風Wに伝達する。つまり、放熱体6は、主回路システム1と大気との熱交換を行う。 The radiator 6 transfers the heat generated by the converter 2A, the inverter 2B, the first resistor 4A and the second resistor 4B to the traveling wind W via the plurality of fins. That is, the heat radiator 6 exchanges heat between the main circuit system 1 and the atmosphere.

<エネルギー損失>
図5Aは、4極の電動機における回転速度と出力電圧V1及び出力電流I1との関係と、6極の電動機における回転速度と出力電圧V2及び出力電流I2との関係とを示す一例である。また、図5Bは、電動機におけるトルク特性の一例である。
<Energy loss>
FIG. 5A is an example showing the relationship between the rotation speed and the output voltage V1 and the output current I1 in the 4-pole motor and the relationship between the rotation speed and the output voltage V2 and the output current I2 in the 6-pole motor. Further, FIG. 5B is an example of torque characteristics in an electric motor.

図5Aに示すように、4極の電動機に比べて、6極の電動機は低速域における出力電流が大きい。そのため、6極の電動機を用いた場合は、電力変換装置2におけるエネルギー損失が大きくなる。 As shown in FIG. 5A, the 6-pole motor has a larger output current in the low speed range than the 4-pole motor. Therefore, when a 6-pole motor is used, the energy loss in the power conversion device 2 becomes large.

そのため、図6Aに示すコンバータ2Aにおけるパワー半導体素子の損失がインバータ2Bよりも大きくなる設計、又は図6Bに示すコンバータ2Aにおけるパワー半導体素子の損失がインバータ2Bよりも大きくなる設計の場合、放熱体6の走行風を利用した冷却では、コンバータ2Aとインバータ2Bとの温度差が大きくなり、発熱箇所の偏りが発生する。なお、図6A、図6B及び図6Cの各相における黒四角の数は、エネルギー損失の大きさを模式的に表している。 Therefore, in the case of a design in which the loss of the power semiconductor element in the converter 2A shown in FIG. 6A is larger than that of the inverter 2B, or a design in which the loss of the power semiconductor element in the converter 2A shown in FIG. 6B is larger than that of the inverter 2B, the radiator 6 In the cooling using the running wind, the temperature difference between the converter 2A and the inverter 2B becomes large, and the heat generation portion is biased. The number of black squares in each phase of FIGS. 6A, 6B and 6C schematically represents the magnitude of energy loss.

これに対し、図6Cに示すように、コンバータ2A及びインバータ2Bが、電動機3の駆動時におけるコンバータ2Aの各相(つまり、U相及びV相)の最大エネルギー損失とインバータ2Bの各相(つまり、U相、V相及びW相)の最大エネルギー損失とが等しくなるように構成されることで、放熱体6の面積を抑制しつつ、発熱箇所の偏りの発生を抑制できる。 On the other hand, as shown in FIG. 6C, the converter 2A and the inverter 2B have the maximum energy loss of each phase of the converter 2A (that is, the U phase and the V phase) and each phase of the inverter 2B (that is, that is) when the motor 3 is driven. , U phase, V phase and W phase) are configured to be equal to each other, so that the area of the radiator 6 can be suppressed and the occurrence of bias in the heat generating portion can be suppressed.

本実施形態では、コンバータ2Aの各相においてパワー半導体素子及びダイオードが放熱体6の第1放熱部6Aと接触する面積と、インバータ2Bの各相においてパワー半導体素子及びダイオードが放熱体6の第2放熱部6Bと接触する面積とは等しい。 In the present embodiment, the area where the power semiconductor element and the diode come into contact with the first heat radiating portion 6A of the radiator 6 in each phase of the converter 2A, and the power semiconductor element and the diode in each phase of the inverter 2B are the second of the radiator 6. It is equal to the area in contact with the heat radiating portion 6B.

[1-2.効果]
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1a)コンバータ2Aの各相の最大エネルギー損失とインバータ2Bの各相の最大エネルギー損失とが等しくされることで、電力変換装置2における発熱箇所の偏りが小さくなる。そのため、6極の電動機3と放熱体6とによる小型化を図りつつ、電力変換装置2における発熱箇所の偏りの発生を抑制できる。
[1-2. effect]
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1a) By making the maximum energy loss of each phase of the converter 2A equal to the maximum energy loss of each phase of the inverter 2B, the bias of the heat generating portion in the power conversion device 2 becomes small. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of bias of the heat generating portion in the power conversion device 2 while reducing the size by the 6-pole electric motor 3 and the radiator body 6.

(1b)コンバータ2A及びインバータ2BがそれぞれSiC素子を含むことで、主回路システム1の小型化及び軽量化を促進できる。 (1b) Since the converter 2A and the inverter 2B each include a SiC element, it is possible to promote miniaturization and weight reduction of the main circuit system 1.

(1c)放熱体6によって第1抵抗器4A及び第2抵抗器4Bが冷却されるため、第1抵抗器4A及び第2抵抗器4Bの冷却装置が不要となる。その結果、主回路システム1の小型化を促進できる。 (1c) Since the first resistor 4A and the second resistor 4B are cooled by the radiator 6, the cooling device for the first resistor 4A and the second resistor 4B becomes unnecessary. As a result, the miniaturization of the main circuit system 1 can be promoted.

[2.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
[2. Other embodiments]
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, it is needless to say that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and can take various forms.

(2a)上記実施形態の鉄道車両用主回路システム1において、コンバータ2A及びインバータ2Bは、必ずしもSiC素子を含まなくてもよい。コンバータ2A及びインバータ2Bは、例えばSi素子で構成されてもよい。 (2a) In the main circuit system 1 for a railway vehicle of the above embodiment, the converter 2A and the inverter 2B do not necessarily have to include a SiC element. The converter 2A and the inverter 2B may be composed of, for example, a Si element.

(2b)上記実施形態の鉄道車両用主回路システム1において、第1抵抗器4A及び第2抵抗器4Bは、必ずしも放熱体6に取り付けられなくてもよい。
(2c)上記実施形態の鉄道車両用主回路システム1において、電力変換装置2(つまりコンバータ2A、インバータ2B及び接続部材2C)の回路構成は一例である。
(2b) In the main circuit system 1 for a railway vehicle of the above embodiment, the first resistor 4A and the second resistor 4B do not necessarily have to be attached to the radiator body 6.
(2c) In the main circuit system 1 for a railway vehicle of the above embodiment, the circuit configuration of the power conversion device 2 (that is, the converter 2A, the inverter 2B, and the connecting member 2C) is an example.

(2d)上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 (2d) The functions of one component in the above embodiment may be dispersed as a plurality of components, or the functions of the plurality of components may be integrated into one component. Further, a part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Further, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added or substituted with respect to the other configurations of the above embodiment. It should be noted that all aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.

1…鉄道車両用主回路システム、2…電力変換装置、2A…コンバータ、
2B…インバータ、2C…接続部材、2D,2E…交流端子、
2F,2G…中間電位端子、2H,2I,2J…交流端子、3…電動機、
4A…第1抵抗器、4B…第2抵抗器、4C…第3抵抗器、4D…第4抵抗器、
5…外部電源、6…放熱体、6A…第1放熱部、6B…第2放熱部、10…鉄道車両、
21…第1部、22…第2部、23…第3部、31A-31F…固定子、
32…回転子。
1 ... Main circuit system for railway vehicles, 2 ... Power converter, 2A ... Converter,
2B ... Inverter, 2C ... Connection member, 2D, 2E ... AC terminal,
2F, 2G ... Intermediate potential terminal, 2H, 2I, 2J ... AC terminal, 3 ... Motor,
4A ... 1st resistor, 4B ... 2nd resistor, 4C ... 3rd resistor, 4D ... 4th resistor,
5 ... External power supply, 6 ... Heat dissipation body, 6A ... First heat dissipation part, 6B ... Second heat dissipation part, 10 ... Railway vehicle,
21 ... Part 1, 22 ... Part 2, 23 ... Part 3, 31A-31F ... Stator,
32 ... Rotor.

Claims (3)

単相交流電力を変換して直流電力を出力するように構成されたコンバータと、
前記コンバータが出力した直流電力を変換して三相交流電力を出力するように構成されたインバータと、
前記インバータが出力した三相交流電力により駆動するように構成された6極の電動機と、
車両床下に配置されると共に、走行風によって前記コンバータ及び前記インバータを冷却するように構成された放熱体と、
を備え、
前記コンバータ及び前記インバータは、前記電動機の駆動時における前記コンバータの各相の最大エネルギー損失と前記インバータの各相の最大エネルギー損失とが等しくなるように構成される、鉄道車両用主回路システム。
A converter configured to convert single-phase AC power and output DC power,
An inverter configured to convert the DC power output by the converter and output three-phase AC power.
A 6-pole motor configured to be driven by the three-phase AC power output by the inverter, and
A radiator that is placed under the floor of the vehicle and is configured to cool the converter and the inverter by the running wind.
Equipped with
The converter and the inverter are main circuit systems for railway vehicles configured so that the maximum energy loss of each phase of the converter and the maximum energy loss of each phase of the inverter when the electric motor is driven are equal to each other.
請求項1に記載の鉄道車両用主回路システムであって、
前記コンバータ及び前記インバータは、それぞれ、SiC素子を含む、鉄道車両用主回路システム。
The main circuit system for a railway vehicle according to claim 1.
The converter and the inverter are main circuit systems for railway vehicles, each including a SiC element.
請求項1又は請求項2に記載の鉄道車両用主回路システムであって、
前記コンバータ及び前記インバータの少なくとも一方におけるコンデンサの電荷を放電するように構成された抵抗器をさらに備え、
前記抵抗器は、前記放熱体に取り付けられる、鉄道車両用主回路システム。
The main circuit system for a railway vehicle according to claim 1 or 2.
Further comprising a resistor configured to discharge the charge of the capacitor in at least one of the converter and the inverter.
The resistor is a main circuit system for a railway vehicle attached to the radiator.
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