JP3906141B2 - Power converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道等の車両の床下に設置され車両駆動用電力を供給する電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両床下に設置される車両駆動用の電力変換装置は、図17に示すように、三相ブリッヂ接続された半導体素子1と、各相のAK間に接続された相コンデンサ2と、直流端子PN間に接続されたフィルタコンデンサ3を備えた回路によって、鉄道架線から直流端子PNに入力される直流電力を半導体素子1のスイッチングにより交流電力に変換し、この交流電力を交流端子UVWから出力して車両駆動用の電動機に供給する。上記回路は、半導体素子1から発生する熱を効率よく除去するために半導体素子冷却ユニット4内に設けられる。
【0003】
半導体素子冷却ユニット4は、図18に示すように、車体5の下に取り付けられた箱体6に取り付けられ、半導体素子1、相コンデンサ2、フィルタコンデンサ3、ゲートアンプ7等は箱体6の中の密閉部に配置され、半導体素子冷却ユニット4と箱体6側との電気的な接続もこの密閉部で双方の端子あるいは導体30をボルト等で接続することで行われる。
【0004】
半導体素子1を取り付けた受熱ブロックに取り付けられたヒートパイプ8およびこのヒートパイプ8に取り付けられた放熱フィン9は箱体6の外の開放部に配置されている。半導体素子1が発熱部10を構成し、ヒートパイプ8と放熱フィン9が放熱部11を構成し、発熱部10と放熱部11によってスタック12が構成されている。13は装置仕切り板であり、14は艤装限界である。
【0005】
放熱部11は、車両床下にその排熱がこもり床下の配線、配管等を加熱することがないよう、車体側方側に配置されている。ヒートパイプ8は、発熱部10側が下方となるよう傾けて設置され、ヒートパイプ8内部に封入された冷媒は発熱部10側で半導体素子1から発生する熱により蒸発し、放熱フィン9側で凝縮して大気へ熱放散を行なう。凝縮した冷媒はヒートパイプ8内部を重力により発熱部10側へ戻るサイクルを繰り返す。放熱フィン9は自然冷却により大気へ熱放散を行なうため、地面に対しほぼ垂直に設置され、放熱フィン9の間を上昇気流が通りやすくなっている。
【0006】
半導体素子冷却ユニット4は、三相分のヒートパイプ8が半導体素子冷却ユニットフレーム15に水密構造にて取り付けられ、つぎに半導体素子1、相コンデンサ2等の各相の電気品がヒートパイプ8の受熱ブロックや半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付けられ、フィルタコンデンサ3やゲートアンプ7が半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付けられた構成となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の電力変換装置においては、ヒートパイプ8を半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付けた後に電気品やその他の構成品を取り付けるため、組立ての分業化が困難であった。また、電気品及びその他の用品の取り付けは、各相のヒートパイプ受熱ブロックの間の狭いスペースでの作業のため、工具の取扱いなどの作業性やメンテナンス性が悪かった。
【0008】
すなわち、半導体素子冷却ユニット4の箱体6からの着脱は車体側方側からの挿入、引き出しとなるが、その方向には冷却器の放熱部11がある。この着脱作業の際は、半導体素子冷却ユニット4の箱体6との機械的な固定つまり取り付け部分を解除するだけでなく、もちろん電気的な接続を解除する必要がある。
【0009】
ここで電気的な接続は装置の車体中央側で行われているため、車体中央側に入り込んでの作業が必要になり、そのための作業スペースが電力変換装置の内部に必要になってくる。あるいは車体中央側に電力変換装置と隣接して配置される他の装置との間に作業スペースをとった車両床下機器配置とし、電力変換装置のこの部位には開閉可能な蓋31を設けることが必要となる。また、この蓋31を取り外した際に前記電気的な接続部分へ直接アクセスすることができる構造としておくことは当然必要となる。
【0010】
このように従来の電力変換装置は、半導体素子冷却ユニット4の着脱作業において作業性が問題になるうえ、その作業スペースが必要になり、車両床下という限られたスペースを有効に使えないという問題がある。
【0011】
そこで本発明は、組立てを分業化することができ、半導体素子冷却ユニットの着脱性がよく、スペースを有効に活用し作業性やメンテナンス性のよい車両用の電力変換装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、半導体素子のスイッチングによって直流から交流へあるいは交流から直流へ変換する回路を有する発熱部とこの発熱部に結合され前記発熱部を冷却する放熱部とを備えたスタックと、車両の床下に取り付けられ前記スタックを着脱可能に支持して前記発熱部を密閉部に収容し前記放熱部を車側の開放部に保持する箱体とを備え、前記スタックの前記箱体への取付け部には水密性を保持する境界板を備え、前記放熱部は前記発熱部に結合されたヒートパイプとこのヒートパイプに結合された放熱フィンとを備え、前記境界板は前記発熱部に最も近い放熱フィンによって形成されている構成とする。
【0013】
この発明によれば、半導体素子冷却ユニットフレームに対してスタックが着脱可能であるので、組立てを分業化することができ、良好な作業性とメンテナンス性を得ることができ、スタックの取り扱い作業性が良く、発熱部に雨水等の侵入しない電力変換装置を提供することができ、簡潔な構造によって取り扱い作業性と防水性のよい電力変換装置を提供することができる。
【0017】
請求項2の発明は、半導体素子のスイッチングによって直流から交流へあるいは交流から直流へ変換する回路を有する発熱部とこの発熱部に結合され前記発熱部を冷却する放熱部とを備えたスタックと、車両の床下に取り付けられ前記スタックを着脱可能に支持して前記発熱部を密閉部に収容し前記放熱部を車側の開放部に保持する箱体とを備え、前記スタックの前記箱体への取付け部には水密性を保持する境界板を備え、前記放熱部は前記発熱部に結合されたヒートパイプとこのヒートパイプに結合された放熱フィンとを備え、最も車側寄りの放熱フィンを固定部に係止するようにした構成とする。
この発明によれば、半導体素子冷却ユニットフレームに対してスタックが着脱可能であるので、組立てを分業化することができ、良好な作業性とメンテナンス性を得ることができ、スタックの取り扱い作業性が良く、発熱部に雨水等の侵入しない電力変換装置を提供することができ、箱体へのスタックの着脱の行ないやすい電力変換装置を提供することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態の電力変換装置を図1,2,3を参照して説明する。図1(a)は半導体素子冷却ユニット4を車体5の下部に取り付けた側面図、図1(b)はスタック12に境界板16を取り付けるイメージの側面図、図2はスタック12を半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付けるイメージの側面図、図3(a)は図1(a)のA−A断面である半導体素子冷却ユニット4の平面図、図3(b)は図2のB矢視図であるスタックの発熱部側より見た正面図、図3(c)は図2のC矢視図であるスタック挿入面より見た半導体素子冷却ユニットフレーム15の図を示す。
【0032】
これらの図に示されているように、半導体素子冷却ユニット4は箱体6に取り付けられ、この箱体6の一部を構成する半導体素子冷却ユニットフレーム15を境にして、内部側は密閉部、外部側は開放部となる。半導体素子冷却ユニットフレーム15には3つの取付窓18が設けられており、取付窓18にスタック12が取り付けられる。スタック12は、半導体素子1が設けられた発熱部10と放熱フィン9が設けられた放熱部11とからなる。
【0033】
最も発熱部10寄りのフィン9aに、周状に形成したパッキンガイド19にパッキン17を取り付けた境界板16が防水処理を施して固定される。半導体素子1と相コンデンサ2からなる1相分の電気品およびそれらを接続する導体などの用品をパッキン17の周囲内に収納するように取り付けた3個のスタック12を半導体冷却ユニットフレーム15に設けられた取付窓18に車側側より挿入する形で矢印Kの方向から取り付ける。こうして、1つのインバータ回路を有する半導体素子冷却ユニット4が構成される。
【0034】
スタック12を取り付ける際、スタック12の最も発熱部10に近い側のフィン9aに取り付けた境界板16の取付穴20を利用してボルト止めすることにより、境界板16に取り付けられたパッキン17が押圧され、半導体素子冷却ユニットフレーム15とスタック12との境界の水密性を保つ。以上の構成により、車体5に対しては放熱部11が車体側方側となるよう配置され、艤装限界14内におさまるように艤装される。
【0035】
この第1の実施の形態の電力変換装置においては、1つの半導体素子冷却ユニット4に3つのスタック12を構成することにより、1つのインバータ回路を構成する。スタック12内のヒートパイプ8の最も発熱部寄りのフィン9aに取り付けた境界板16のパッキン17の周囲内に半導体素子1と相コンデンサ2からなる電気品及びその他の用品を取り付けた構成であるので、スタック12は、半導体冷却ユニットフレーム15と着脱が可能である。
【0036】
したがって、この第1の実施の形態によれば、インバータ回路がスタック単位であるので取扱性が向上する。また、スタックの着脱が可能であるので、高い組立作業性とメンテナンス性が得られる。
【0037】
つぎに本発明の第2の実施の形態の電力変換装置を図4,5,6を参照して説明する。図4(a)は半導体素子冷却ユニット4の側面図を、図4(b)は図4(a)のb−b矢視平面図を、図5はスタック12を半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付けるイメージの側面図を、図6(a)はスタック12の側面図を、図6(b)は図6(a)の左側から見た正面図を、図6(c)は図5のD矢視図であるスタック挿入面より見た半導体素子冷却ユニットフレーム15の図を示す。
【0038】
この第2の実施の形態では、スタック12を構成するヒートパイプ8の最も発熱部10に近い側に取り付けられたフィン9aの4辺を発熱部10側に折り曲げ、折り曲げた4角の隙間を溶接又は防水シールなどにより埋め、水密性のある構造としている。半導体素子冷却ユニットフレーム15のスタック12取付面には、パッキンガイド19およびパッキン17が周状となるように取り付けられている。スタック12の発熱部10には、1相分の半導体素子1、相コンデンサ2等の電気品がパッキン17で囲まれた範囲内に取り付けられる。
【0039】
スタック12を半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付ける際、スタック12の最も発熱部10側のフィン9aに設けた取付穴20を利用してボルト止めすることにより、フィン9aの折り曲げ部がパッキン17を押圧し、半導体素子冷却ユニットフレーム15とスタック12との境界の水密性を保つ。
【0040】
この第2の実施の形態の電力変換装置においては、スタック12内のヒートパイプ8の最も発熱部10寄りに取り付けられたフィン9aの形状が半導体冷却ユニットフレーム15のパッキン17に食い込む構成にすることにより、また、半導体冷却ユニットフレーム15に周状に構成されたパッキン17の範囲内に電気品及びその他の用品を構成することにより、スタック12が半導体素子冷却ユニットフレーム15より着脱可能となり、水密性においては、第1の実施の形態における境界板16を設けることなく同様の効果を得ることができる。
【0041】
したがってこの第2の実施の形態によれば、部品点数が削減されてスタック12が軽量化され、また、スタック12の半導体素子冷却ユニットフレーム15との着脱時の作業性の向上と境界部の防水処理の削減により水密構造の品質が向上する。
【0042】
つぎに本発明の第3の実施の形態の電力変換装置を図7を参照して説明する。図7(a)は半導体素子冷却ユニット4の側面図を、図7(b)はスタック12を半導体冷却ユニットフレーム15に取り付けるイメージの側面図を示す。
【0043】
この実施の形態においては、スタック12内のヒートパイプ8の最も発熱部10寄りに取り付けられたフィン9aに水密性を保持するパッキンガイド19およびパッキン17を周状となるように取り付けた構成とする。スタック12の発熱部10には、1相分の半導体素子1、相コンデンサ2等の電気品をパッキン17の周囲内に取り付ける。
【0044】
スタック12を半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付ける際、スタック12の最も発熱部よりのフィン9aに設けた取付穴を利用してボルト止めすることにより、半導体素子冷却ユニットフレーム15に、前記フィン9aのパッキン17を押圧し、半導体冷却ユニットフレーム15とスタック12との境界の水密性を保つ。
【0045】
この第3の実施の形態の電力変換装置においては、スタック12内のヒートパイプ8の最も発熱部寄りに取り付けられたフィン9aの形状を第1の実施の形態における境界板16と同様の構成とすることにより、境界板16を取り付けたのと同様に作用する。そして第2の実施の形態と同様、境界部の構造物の部品削減、境界部に塗布する防水シール処理の削減が可能となる。また、境界部の構成において、第2の実施の形態とは異なり、パッキン17の取り付けが重力方向で上側となるので、塵埃、雨水などがパッキン17に蓄積されることがない。
【0046】
したがってこの第3の実施の形態によれば、パッキン17の周囲内に用品を取り付けることにより、スタック12の半導体素子冷却ユニットフレーム15からの着脱が可能な構成となり、部品点数削減によるスタック12の軽量化により、スタック12着脱時の作業性が向上し、防水処理の削減による水密構造の品質向上が可能となる。また、パッキン17が重力方向で上側に取り付けられることによりパッキン17への塵埃、雨水などの蓄積が低減され、パッキン17の早期劣化を抑える効果がある。
【0047】
つぎに本発明の第4の実施の形態の電力変換装置を図8を参照して説明する。図8(a)は半導体素子冷却ユニット4の側面図を、図4(b)はスタック12を半導体冷却ユニットフレーム15に取り付けるイメージの側面図を示す。
【0048】
この第4の実施の形態は、スタック12内のヒートパイプ8の最も発熱部10寄りに取り付けられたフィン9aが、前記第3の実施の形態と同様の構成で、かつ他のフィンより下方に大きい寸法とする。そして、ゲートアンプ7を発熱部10の下部に配置し、最も発熱部10寄りのフィン9a下部にゲートアンプ7の点検用のカバー22が取り付けられた構成とする。フィン9a上のパッキンガイド19は、ゲートアンプ7より外周となるように構成する。半導体素子1とゲートアンプ7はゲート配線21によって接続されている。
【0049】
この第4の実施の形態の電力変換装置においては、ヒートパイプ8の最も発熱部10寄りに取り付けられた放熱フィン9aの下部にゲートアンプ点検用カバー22を設けたことにより、半導体素子冷却ユニット4を車体に取り付けた状態で、車体中央側に潜りこむことなく、車側側より容易にゲートアンプ7の点検を行なうことができる。また、ゲートアンプ7は発熱部10の下部に取り付け、半導体素子1の直下となるため、半導体素子1とゲートアンプ7を接続するゲート配線21を短くすることができる。
【0050】
したがって、この第4の実施の形態によれば、車側側からゲートアンプ7を点検することができるので、確認試験の操作性が向上し、メンテナンス性が向上し、それらの作業時間を短縮することができる。また、ゲート配線21が短くなることにより、ノイズの影響を受けにくくなり、信頼性が向上する。なおこの第4の実施の形態における放熱フィン9aは第1の実施の形態におけるような別付けの境界板16であってもよい。
【0051】
つぎに本発明の第5の実施の形態の電力変換装置を図9を参照して説明する。図9(a)は半導体素子冷却ユニット4のスタック12を半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付けるイメージ図を、図9(b)はワンタッチコネクタ23部の平面図を示す。
【0052】
この実施の形態は、半導体素子冷却ユニット4のスタック12とフィルタコンデンサ3等との電気的接続部の主回路側にワンタッチコネクタ23を設け、制御回路側に通常のコネクタ24を取り付けた構成である。主回路ワンタッチコネクタ23は、固定側である半導体素子冷却ユニットフレーム15側の間口はテーパ状に広がった形状とし、可動側であるスタック12側の導体は、先端が細くなるテーパ状としている。
【0053】
制御回路のコネクタ24も、主回路と同様に半導体素子冷却ユニットフレーム15側に固定側コネクタを、スタック12側に可動側コネクタを取り付け、ガイド25を設けて、勘合性をよくしている。そして、スタック12を取り付ける際、スタック12の最も発熱部10寄りのフィン9aの取付穴を利用してボルト止めすることにより、半導体素子冷却ユニットフレーム15とスタック12との嵌合部の水密性を得るとともに電気的接続を行なう構成である。
【0054】
この第5の実施の形態の電力変換装置においては、主回路ワンタッチコネクタ23を設けたことにより、スタック12の取り付けが、車側側からの作業で可能となる。また、半導体素子冷却ユニット4内では、スタック12との接続のための締結作業エリアの確保が不要となる。
【0055】
したがってこの第5の実施の形態によれば、スタック12の取り付けが車側側からのみの作業となるため、組立作業性とスタック交換作業性が向上し、それらの各作業時間を短縮することができる。また、接続部の締結作業エリアの削除、メンテナンス作業用の間口の削除や、空間の有効利用により、半導体素子冷却ユニット4、ひいては電力変換装置の小型・軽量化が可能となる。なおこの第5の実施の形態における放熱フィン9aは第1の実施の形態におけるような別付けの境界板16であってもよい。
【0056】
つぎに本発明の第6の実施の形態の電力変換装置を図10を参照して説明する。図10(a)は半導体素子冷却ユニット4の側面図を、図9(b)はスタック12の側面図を、図10(c)は図10(b)の左側から見た正面図を、図10(d)はスタック12を半導体素子冷却ユニットフレーム15に取り付けるイメージ図を示す。
【0057】
この第6の実施の形態も、第2から第5の実施の形態と同様にヒートパイプ8の最も発熱部10寄りに取り付けられたフィン9aと半導体素子冷却ユニットフレーム15との間に水密性を保持する構成とする。半導体素子冷却ユニットフレーム15にスタック12を取り付ける際には、スタック12の最も車側寄りのフィン9bに設けた取付穴を利用して係止部材26にボルト止めすることにより、境界部のパッキン17が押圧され、半導体素子冷却ユニットフレーム15とスタック12の境界の水密性を保つ構造である。
【0058】
この第6の実施の形態によれば、半導体素子冷却ユニットフレーム15へのスタック12の取付箇所が、奥まった発熱部10側でなく、手前側となる車側側のフィン9bの取付穴を利用しての取り付けとなるため、取付け作業性が向上し、作業時間を短縮することができる。なおこの第6の実施の形態における放熱フィン9aは第1の実施の形態におけるような別付けの境界板16であってもよい。
【0059】
つぎに本発明の第7の実施の形態の電力変換装置を図11を用いて説明する。図11(a)はスタック12を箱体6へ組み込む状態を示す平面図で、箱体6側は部分的に断面を示している。図11(b)は同じ状態の(車体断面方向となる)側面図で、図11(a)と同様に箱体6側は部分的に断面を示している。図11(c)は図11(b)のC−C矢視図で電気的接続部分のみを示す。
【0060】
この実施の形態では、直列に接続された半導体素子1で構成される電力変換回路スイッチング部の両端に接続されるフィルタコンデンサ3が箱体6側に設置されており、スタック12と電気的に接続されるが、この主回路電気的接続部にワンタッチコネクタである大電流コネクタを使用する。
【0061】
この大電流コネクタは主におす側コネクタとめす側コネクタの2個の要素から成っており、一方はスタック12側に設置され、もう一方は箱体6側に取り付けられる。おす側コネクタは板ブレード状で嵌合される先端部がテーパ状に細くなった嵌合導体29であり、これが嵌合する相手となるめす側コネクタは嵌合される先端部がテーパ状に広がったU字断面形状のコネクタ23aである。
【0062】
本実施の形態では、スタック12とフィルタコンデンサ3との電気的接続部の箱体6側にU字状コネクタ23aを複数個取り付けるが、フィルタコンデンサ3とこのU字状コネクタ23a間は積層導体32で接続される。他方、スタック12側に嵌合導体29が複数個取り付けられる。これらU字状コネクタ23aと嵌合導体29の嵌合方向はスタック12の箱体6への挿入方向Kと合わせてある。
【0063】
この実施の形態の電力変換装置は、スタック12を箱体6へ組み込む際、スタック12を車体側方側より挿入していくと、箱体6側に設置されたU字状コネクタ23aへスタック12側に設置された嵌合導体29が嵌合し始める。このとき双方の先端形状はテーパ状になっているので、多少の寸法のずれは問題なく嵌合し始めることができる。そのままスタック12をさらに箱体6側へ挿入していくと、U字状コネクタ23aと嵌合導体29とは完全に嵌合され電気的接続が完了するが、同時にスタック12は箱体6へ完全に組み込まれ、これを車体側方側よりボルト等で締め付けることでスタック12が箱体6へ取り付けられる。
【0064】
この第7の実施の形態の電力変換装置によれば、ワンタッチコネクタである大電流コネクタで主回路電気的接続を行なうことにより、スタック12の箱体6への取付けが車体側方側からの作業で可能となる。また、箱体6内に、スタック12との電気的接続のための締結作業エリアの確保が不要となる。
【0065】
さらに、スタック12の取付けが車体側方側からのみの作業となるため、組込み作業性、スタック交換作業性が向上する。また、接続部の締結作業エリアの削除、メンテナンス作業用のスペースの削除及び有効利用により、半導体素子冷却ユニット、ひいては電力変換装置の小形・軽量化が可能となる。
【0066】
つぎに本発明の第8の実施の形態を図12を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、箱体6側とスタック12側のそれぞれに位置決めとなるガイド穴28とガイドピン27を設け、U字状コネクタ23aと嵌合導体29からなる大電流コネクタの嵌合方向と方向を合わせたもので、このガイド穴28とガイドピン27は、大電流コネクタが嵌合し始めるより先に嵌合するようにしたものである。
この実施の形態によれば、ガイド穴28とガイドピン27の機構により大電流コネクタの嵌合精度を容易に得ることができる。
【0067】
つぎに本発明の第9の実施の形態を図13を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、U字状コネクタ23aと嵌合導体29より構成される複数個の大電流コネクタを一直線状に並べて配置し、かつブレード方向も同一方向としたものである。
この実施の形態によれば、複数個の大電流コネクタの取付け位置を精度良く、相互の寸法誤差を小さく構成することができる。
【0068】
つぎに本発明の第10の実施の形態を図14を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、箱体6側に設けた複数個のU字状コネクタ23aの先端の位置が挿抜方向に変位しており段差が設けられた構成となっている。スタック12側に設けた複数個の嵌合導体29は挿抜方向に同位置に並べられた構成となっており、その結果、嵌合完了時の大電流コネクタごとの喰い込み寸法が異なる長さとなる。
【0069】
この実施の形態によれば、スタック12の箱体6への取り付け挿入をする際、複数個の大電流コネクタは1個ずつ順々に嵌合することになるので、初めに嵌合する挿入数が少ないことにより押圧力が小さくなり、かつそれぞれの大電流コネクタの位置決めが1個ずつとなることからスタック挿入作業性が向上する。
【0070】
つぎに本発明の第11の実施の形態を図15を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、半導体素子1の取り付けられた冷却器冷却ブロックの下方にスタック12内に実装されたゲートアンプ7を配置し、ゲートアンプ7の下方にゲートアンプ点検口7aを設け、通常は点検用カバー22aにて水密を保ち閉じられた構成とする。ゲートアンプ7は、半導体素子1の両端の電位を確認するためのチェック端子が設けられており、半導体素子1とはゲート信号配線により接続されている。また箱体6側の制御回路と電気的に接続するためにコネクタもしくは端子が設けられ、コネクタの嵌合又は端子へのネジ止めにより接続される。
【0071】
この実施の形態の電力変換装置は、ゲートアンプ点検口7aと点検用カバー22aを設けたことにより、スタック12が箱体6に取り付けられた状態でのゲート配線作業が容易であり、半導体素子1の両端の電位を確認するなどの点検が可能となる。
【0072】
つぎに本発明の第12の実施の形態を図16を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、制御配線接続も主回路接続用の大電流コネクタと同様に、制御回路コネクタ24の片側を箱体6側に、もう片側をスタック12側に設置し、スタック12の箱体6への取り付け取り外しにより、これら制御回路コネクタ24が挿抜可能なよう、スタックの挿入方向Kと同一方向に動くことで挿抜できるよう構成する。
この実施の形態によれば、主回路のみならず制御回路も、スタック12の機械的な取り付け取り外し作業と同時に電気的な接続及び切り離しが可能となる。
【0073】
以上に説明した各実施の形態によれば、スタック12の取り付け取り外し作業性が著しく向上し、故障時のスタック交換が容易で、車体中央側での作業が不要となることから、作業場所の制約もなくなる。また、車体中央側に作業スペースの確保が不要となるので、電力変換装置の小形軽量化にもつながり、車体床下にこれと隣り合って設置される他の装置との間にも作業スペースが不要となるので、車体床下という限られたスペースを有効に活用することができる。
【0074】
【発明の効果】
本発明の電力変換装置においては、装置箱体あるいは半導体素子冷却ユニットフレームに対してスタックを容易に着脱することができ、組立てを分業化することができ、良好な作業性とメンテナンス性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)は半導体素子冷却ユニットを車体床下に艤装した状態を示す側面図。(b)はスタックに境界板を取り付ける状況を示す図。
【図2】本発明の第1の実施の形態の電力変換装置を示し、スタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り付ける状況を示す図。
【図3】本発明の第1の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)は図1(a)のA−A線に沿う平面図、(b)は図2のB矢視図、(c)は図2のC矢視図。
【図4】本発明の第2の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)は半導体素子冷却ユニットを車体床下に艤装した状態を示す側面図、(b)は(a)のb−b線に沿う平面図。
【図5】本発明の第2の実施の形態の電力変換装置を示し、スタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り付ける状況を示す図。
【図6】本発明の第2の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)はスタックの側面図、(b)は(a)の左方から見た正面図、(c)は図5のD矢視図。
【図7】本発明の第3の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)は半導体素子冷却ユニットの側面図、(b)はスタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り付ける状況を示す図。
【図8】本発明の第4の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)は半導体素子冷却ユニットの側面図、(b)はスタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り付ける状況を示す図。
【図9】本発明の第5の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)はスタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り付ける状況を示す図、(b)は(a)のb−b矢視図。
【図10】本発明の第6の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)は半導体素子冷却ユニットの側面図、(b)はスタックの側面図、(c)は(b)の左方から見た正面図、(d)ははスタックを半導体素子冷却ユニットフレームに取り付ける状況を示す図。
【図11】本発明の第7の実施の形態の電力変換装置を示し、(a)はスタックを箱体へ組み込む状況を示す平面図、(b)は同側面図、(c)は(b)のC−C矢視図。
【図12】本発明の第8の実施の形態の電力変換装置を示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す平面図。
【図13】本発明の第9の実施の形態の電力変換装置を示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す平面図。
【図14】本発明の第10の実施の形態の電力変換装置を示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す平面図。
【図15】本発明の第11の実施の形態の電力変換装置を示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す側面図。
【図16】本発明の第12の実施の形態の電力変換装置を示し、スタックを箱体に組み込む状況を示す側面図。
【図17】電力変換装置の回路図。
【図18】従来の電力変換装置を示し、(a)は側面図、(b)は(a)のb−b線に沿う半導体素子冷却ユニットの平面図。
【符号の説明】
1…半導体素子、2…相コンデンサ、3…フィルタコンデンサ、4…半導体素子冷却ユニット、5…車体、6…箱体、7…ゲートアンプ、7a…ゲートアンプ点検口、8…ヒートパイプ、9…放熱フィン、9a…発熱部寄りフィン、9b…車側寄りフィン、10…発熱部、11…放熱部、12…スタック、13…装置仕切り板、14…艤装限界、15…半導体素子冷却ユニットフレーム、16…境界板、17…パッキン、18…取付窓、19…パッキンガイド、20…取付穴、21…ゲート配線、22,22a…ゲートアンプ点検用カバー、23…主回路ワンタッチコネクタ、23a…U字状コネクタ、24…制御回路コネクタ、25…制御回路コネクタガイド、26…係止部材、27…ガイドピン、28…ガイド穴、29…嵌合導体、30…導体、31…蓋、32…積層導体、K…取付け方向。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device that is installed under a floor of a vehicle such as a railway and supplies vehicle driving power.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 17, a power conversion device for driving a vehicle installed under the floor of a railway vehicle includes a
[0003]
As shown in FIG. 18, the semiconductor
[0004]
The
[0005]
The
[0006]
In the semiconductor
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional power conversion apparatus as described above, since the electrical product and other components are attached after the
[0008]
In other words, the semiconductor
[0009]
Here, since the electrical connection is made on the center side of the vehicle body of the apparatus, it is necessary to enter the center side of the vehicle body, and a work space for that is required inside the power conversion device. Or it is set as the vehicle underfloor equipment arrangement | positioning which took the work space between the other apparatuses arrange | positioned adjacent to a power converter device in the vehicle body center side, and the lid |
[0010]
As described above, the conventional power conversion device has a problem that workability becomes a problem in the mounting and detaching work of the semiconductor
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a power conversion device for a vehicle that can divide the assembly, has good detachability of the semiconductor element cooling unit, effectively uses space, and has good workability and maintainability. To do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention of
[0013]
According to the present invention, since the stack can be attached to and detached from the semiconductor element cooling unit frame, the assembly can be divided into labor, good workability and maintainability can be obtained , and the stack handling workability can be improved. It is possible to provide a power converter that does not allow rainwater or the like to enter the heat generating portion, and to provide a power converter that is easy to handle and waterproof with a simple structure.
[0017]
The invention of
According to the present invention, since the stack can be attached to and detached from the semiconductor element cooling unit frame, the assembly can be divided into labor, good workability and maintainability can be obtained, and the stack handling workability can be improved. It is possible to provide a power conversion device that does not allow rainwater or the like to enter the heat generating portion, and to provide a power conversion device that easily attaches / detaches the stack to / from the box.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A power converter according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A is a side view of the semiconductor
[0032]
As shown in these drawings, the semiconductor
[0033]
A
[0034]
When the
[0035]
In the power conversion device of the first embodiment, one inverter circuit is configured by configuring three
[0036]
Therefore, according to the first embodiment, the handleability is improved because the inverter circuit is in units of stacks. Further, since the stack can be attached and detached, high assembly workability and maintainability can be obtained.
[0037]
Next, a power converter according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) is a side view of the semiconductor
[0038]
In the second embodiment, the four sides of the
[0039]
When the
[0040]
In the power conversion device of the second embodiment, the shape of the
[0041]
Therefore, according to the second embodiment, the number of parts is reduced, the
[0042]
Next, a power converter according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7A shows a side view of the semiconductor
[0043]
In this embodiment, a packing
[0044]
When the
[0045]
In the power conversion device of the third embodiment, the shape of the
[0046]
Therefore, according to the third embodiment, it is possible to attach and detach the
[0047]
Next, a power converter according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows a side view of the semiconductor
[0048]
In the fourth embodiment, the
[0049]
In the power converter of the fourth embodiment, the semiconductor
[0050]
Therefore, according to the fourth embodiment, since the
[0051]
Next, a power converter according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9A is an image diagram for attaching the
[0052]
In this embodiment, a one-
[0053]
Similarly to the main circuit, the
[0054]
In the power conversion device according to the fifth embodiment, by providing the main circuit one-
[0055]
Therefore, according to the fifth embodiment, since the
[0056]
Next, a power converter according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10 (a) is a side view of the semiconductor
[0057]
In the sixth embodiment, as in the second to fifth embodiments, watertightness is provided between the
[0058]
According to the sixth embodiment, the mounting location of the
[0059]
Next, a power converter according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a plan view showing a state in which the
[0060]
In this embodiment,
[0061]
This high-current connector is mainly composed of two elements, a male connector and a female connector. One is installed on the
[0062]
In the present embodiment, a plurality of
[0063]
In the power conversion device of this embodiment, when the
[0064]
According to the power conversion device of the seventh embodiment, the main circuit is electrically connected by a large current connector that is a one-touch connector, so that the
[0065]
Further, since the
[0066]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The power conversion device of this embodiment is provided with guide holes 28 and guide pins 27 for positioning on the
According to this embodiment, the fitting accuracy of the large current connector can be easily obtained by the mechanism of the
[0067]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the power conversion device of this embodiment, a plurality of large current connectors composed of a
According to this embodiment, the mounting positions of the plurality of large current connectors can be accurately configured, and the mutual dimensional error can be reduced.
[0068]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The power conversion device of this embodiment has a configuration in which the positions of the tips of a plurality of
[0069]
According to this embodiment, when attaching and inserting the
[0070]
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the power conversion device of this embodiment, the
[0071]
In the power conversion device of this embodiment, the gate wiring work in a state where the
[0072]
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the power conversion device of this embodiment, the control wiring connection is installed on the side of the
According to this embodiment, not only the main circuit but also the control circuit can be electrically connected and disconnected simultaneously with the mechanical attachment / detachment work of the
[0073]
According to each of the embodiments described above, workability in attaching and detaching the
[0074]
【The invention's effect】
In the power conversion device of the present invention, the stack can be easily attached to and detached from the device box or the semiconductor element cooling unit frame, the assembly can be divided, and good workability and maintainability can be obtained. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a power conversion device according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a side view showing a state in which a semiconductor element cooling unit is mounted under a vehicle body floor. (B) is a figure which shows the condition which attaches a boundary board to a stack.
FIG. 2 is a diagram showing a state where the stack is attached to the semiconductor element cooling unit frame, showing the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
3A and 3B show a power conversion device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a plan view taken along the line AA in FIG. 1A, and FIG. (C) is a C arrow view of FIG.
4A and 4B show a power converter according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a side view showing a state in which a semiconductor element cooling unit is mounted under a vehicle body floor, and FIG. The top view which follows b line.
FIG. 5 is a diagram showing a power conversion device according to a second embodiment of the present invention and showing a state in which a stack is attached to a semiconductor element cooling unit frame.
6A and 6B show a power conversion device according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a side view of a stack, FIG. 6B is a front view seen from the left side of FIG. FIG.
7A and 7B show a power conversion device according to a third embodiment of the present invention, in which FIG. 7A is a side view of a semiconductor element cooling unit, and FIG. 7B is a diagram showing a state in which a stack is attached to a semiconductor element cooling unit frame.
8A and 8B show a power conversion device according to a fourth embodiment of the present invention, in which FIG. 8A is a side view of a semiconductor element cooling unit, and FIG. 8B is a diagram showing a state in which a stack is attached to a semiconductor element cooling unit frame.
9A and 9B show a power conversion apparatus according to a fifth embodiment of the present invention, in which FIG. 9A is a diagram showing a state in which a stack is attached to a semiconductor element cooling unit frame, and FIG. 9B is a bb arrow in FIG. Visual view.
10A and 10B show a power conversion device according to a sixth embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is a side view of a semiconductor element cooling unit, FIG. 10B is a side view of a stack, and FIG. The front view seen from the direction, (d) is a diagram showing a state of attaching the stack to the semiconductor element cooling unit frame.
11A and 11B show a power converter according to a seventh embodiment of the present invention, in which FIG. 11A is a plan view showing a state in which a stack is assembled into a box, FIG. 11B is a side view thereof, and FIG. ) CC arrow view.
FIG. 12 is a plan view showing a power conversion device according to an eighth embodiment of the present invention and showing a state in which a stack is assembled in a box.
FIG. 13 is a plan view showing a power conversion apparatus according to a ninth embodiment of the present invention and showing a state in which a stack is assembled in a box.
FIG. 14 is a plan view showing a power conversion device according to a tenth embodiment of the present invention and showing a state in which a stack is assembled in a box.
FIG. 15 is a side view showing a power conversion apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention and showing a state in which a stack is assembled in a box.
FIG. 16 is a side view showing a power conversion apparatus according to a twelfth embodiment of the present invention and showing a state in which a stack is assembled in a box.
FIG. 17 is a circuit diagram of a power conversion device.
18A and 18B show a conventional power conversion device, in which FIG. 18A is a side view, and FIG. 18B is a plan view of a semiconductor element cooling unit taken along line bb in FIG.
[Explanation of symbols]
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