JP4020833B2 - Power converter for vehicle - Google Patents

Power converter for vehicle Download PDF

Info

Publication number
JP4020833B2
JP4020833B2 JP2003178383A JP2003178383A JP4020833B2 JP 4020833 B2 JP4020833 B2 JP 4020833B2 JP 2003178383 A JP2003178383 A JP 2003178383A JP 2003178383 A JP2003178383 A JP 2003178383A JP 4020833 B2 JP4020833 B2 JP 4020833B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor element
heat
component mounting
heat receiving
cooler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2003178383A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005019460A (en
JP2005019460A5 (en
Inventor
田 靖 之 稲
入 正 樹 宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2003178383A priority Critical patent/JP4020833B2/en
Publication of JP2005019460A publication Critical patent/JP2005019460A/en
Publication of JP2005019460A5 publication Critical patent/JP2005019460A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4020833B2 publication Critical patent/JP4020833B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の床下に設置される半導体装置を有する車両用電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両の床下に設置されて車両駆動電力を供給する電力変換器は、図9に示すように、3相ブリッジ接続された6個の半導体素子1と、各相の正極端子及び負極端子間に接続された3個の相コンデンサ2と、直流側の端子P、N間に接続されたフィルタコンデンサ3とを備え、図示省略の鉄道架線から直流側の端子P、N間に入力される直流電力を、半導体素子1を所定の順序でオン、オフ制御することにより交流電力に変換し、交流側の端子U、V、Wから出力して図示を省略した車両駆動用の電動機に供給する。この電力変換器は、半導体素子1から発生する熱を効率良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】
図10(a)は車体に取り付けられた箱体に半導体素子冷却ユニット4を装着し、箱体の一部を断面で表した側面図であり、図10(b)はそのB−B矢視断面図である。これら各図において、車体5の底部の側端に箱体6が取り付けられている。箱体6は半導体素子冷却ユニット4の一部を収納し、これを固定するために仕切り板7によって額縁状に囲まれた開口を備えている。
【0004】
半導体素子冷却ユニット4は、箱体6の開口に装入される密閉部11と、半導体素子1や相コンデンサ2等を内部に収容する半導体素子冷却フレームユニット12と、熱放散させるための開放部13とを備えている。
【0005】
このうち、密閉部11は、例えば、山形鋼で形成された枠体の底部に板が取り付けられ、その上にフィルタコンデンサ3及びゲートアンプ9が装着され、箱体6の内部に導入された導体8がフィルタコンデンサ3等に接続されている。半導体素子冷却フレームユニット12は開放部13側が稍上向きに傾斜し、その傾斜面に開口が形成された密閉可能な筐体でなり、その開口にスタック20を構成する境界板21の縁部が、例えば、ボルトによって締結され、内部が気密に保たれるようになっている。
【0006】
スタック20は境界板21の内側に取り付けられ、それぞれ半導体素子1が装着された3個の冷却器受熱ブロック23と、これらの冷却器受熱ブロック23の近傍に配置される3個の相コンデンサ2と、それぞれ基端部が冷却器受熱ブロック23に接合され、境界板21を貫通して開放部13に平行に突出する複数のヒートパイプ24と、これらのヒートパイプ24の長手方向に互いに間隔を空けて一体的に嵌着された複数の放熱フィン25とで構成されている。ここで、半導体素子1及び冷却器受熱ブロック23が発熱部となり、放熱フィン25が放熱部となっている。
【0007】
開放部13は車両の艤装限界内に形成された枠体でなり、前述したヒートパイプ24及び放熱フィン25を内在させ、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に、通風させて放熱を促進する機能を備えている。
【0008】
なお、半導体素子冷却フレームユニット12に収納される半導体素子1からスタック接続導体26が密閉部11側に導出され、フィルタコンデンサ3や導体8、あるいは、ゲートアンプ9にボルト等で接続される。
【0009】
ここで、ヒートパイプ24は、冷却器受熱ブロック23側が下方となるよう傾けて取り付けられ、ヒートパイプ24の内部に封入された冷媒は、冷却器受熱ブロック23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25側で凝縮して大気へ熱放散を行う。凝縮された冷媒はヒートパイプ24の内部を重力により冷却器受熱ブロック23側へ戻るようなサイクルを繰り返す。放熱フィン25は自然冷却により大気へ熱放散を行うため、地面に対してほぼ垂直に設置され、放熱フィン25間に上昇気流を生じさせるようになっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の車両用電力変換装置においては、3相ブリッジ接続された半導体素子の相毎に1つのスタック20を設ける構成になっていた。また、冷却器受熱ブロック23の一方の面に半導体素子1が装着され、他方の面に相コンデンサ2が装着されていた。しかるに、近年は配線を短縮したり、隣接して往復配線にしたりして、インダクタンス成分を低減する実装技術が進歩したことにより、半導体素子1に近接して接続された相コンデンサ2が不要となることから、半導体素子冷却ユニットフレーム15の片面側が空スペースとなることが多かった。
【0011】
また、1相につき1つのスタック20を設ける構成になっていたことから、集中制御システムでは3個のスタックで済むが、個別制御システムでは12個という数多いスタック20を設けなければならないため、組立作業やメンテナンスでの作業性が悪く、装置の小型、軽量化を図る上で不利であった。
【0012】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、スタックの集約化により着脱の作業性を向上させることができ、かつ、空スペースを有効に活用することによって装置の軽量化やメンテナンス性に優れた車両用電力変換装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、それぞれブリッジ接続された2群の半導体素子を有し、車両床下に設置される車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、第1の部品取付面に一方の群の1相分の半導体素子が装着され、第2の部品取付面に他方の群の1相分の半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
冷却器受熱ブロックの第3の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
前記ヒートパイプの基端部に固着され、周縁部にパッキンが取り付けられた境界板と、
前記ヒートパイプを収納し前記放熱フィンからの熱を放散するための開放部、及び前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックを内部に装入可能な開口部が形成された半導体素子冷却フレームユニットを有しており、この半導体素子冷却フレームユニットの開口部周縁に形成したパッキンガイドの内周面と前記パッキンの外周面とが当接した状態で前記境界板がネジ部材により前記半導体素子冷却フレームユニットに取り付けられている半導体素子冷却ユニットと、
を備えたことを特徴とする。
【0014】
請求項2に係る発明は、それぞれブリッジ接続された2群の半導体素子を有し、車両床下に設置される車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、第1又は第2の部品取付面のいずれか1つに一方の群の1相分の半導体素子と他方の群の1相分の半導体素子とが装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
冷却器受熱ブロックの第3の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
前記ヒートパイプの基端部に固着され、周縁部にパッキンが取り付けられた境界板と、
前記ヒートパイプを収納し前記放熱フィンからの熱を放散するための開放部、及び前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックを内部に装入可能な開口部が形成された半導体素子冷却フレームユニットを有しており、この半導体素子冷却フレームユニットの開口部周縁に形成したパッキンガイドの内周面と前記パッキンの外周面とが当接した状態で前記境界板がネジ部材により前記半導体素子冷却フレームユニットに取り付けられている半導体素子冷却ユニットと、
を備えたことを特徴とする。
【0015】
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の車両用電力変換装置において、1つの冷却器受熱ブロックに装着される一方の群の負電圧側アームの半導体素子の負極端子と、他方の群の負電圧側アームの半導体素子の負極端子とを相互に電気的に接続したことを特徴とする。
【0016】
請求項4に係る発明は、請求項1又は2に記載の車両用電力変換装置において、1つの冷却器受熱ブロックに装着される一方の群の負電圧側アームの半導体素子の負極端子と、他方の群の正電圧側アームの半導体素子の正極端子とを相互に電気的に接続したことを特徴とする。
【0017】
請求項5に係る発明は、インバータ回路を形成するようにブリッジ接続された複数の半導体素子と、インバータ回路の直流側端子間に抵抗器と直列に接続されてチョッパ回路を形成する半導体素子とを有し、車両床下に設置される車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、第1の部品取付面にインバータ回路を形成する1相分の半導体素子が装着され、第2の部品取付面にチョッパ回路を形成する半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
冷却器受熱ブロックの第3の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
前記ヒートパイプの基端部に固着され、周縁部にパッキンが取り付けられた境界板と、
前記ヒートパイプを収納し前記放熱フィンからの熱を放散するための開放部、及び前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックを内部に装入可能な開口部が形成された半導体素子冷却フレームユニットを有しており、この半導体素子冷却フレームユニットの開口部周縁に形成したパッキンガイドの内周面と前記パッキンの外周面とが当接した状態で前記境界板がネジ部材により前記半導体素子冷却フレームユニットに取り付けられている半導体素子冷却ユニットと、
を備えたことを特徴とする。
【0018】
請求項6に係る発明は、インバータ回路を形成するようにブリッジ接続された複数の半導体素子と、インバータ回路の直流側端子間に抵抗器と直列に接続されてチョッパ回路を形成する半導体素子とを有し、車両床下に設置される車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、第1又は第2の部品取付面にインバータ回路を形成する1相分の半導体素子とチョッパ回路を形成する半導体素子とが装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
冷却器受熱ブロックの第3の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
前記ヒートパイプの基端部に固着され、周縁部にパッキンが取り付けられた境界板と、
前記ヒートパイプを収納し前記放熱フィンからの熱を放散するための開放部、及び前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックを内部に装入可能な開口部が形成された半導体素子冷却フレームユニットを有しており、この半導体素子冷却フレームユニットの開口部周縁に形成したパッキンガイドの内周面と前記パッキンの外周面とが当接した状態で前記境界板がネジ部材により前記半導体素子冷却フレームユニットに取り付けられている半導体素子冷却ユニットと、
を備えたことを特徴とする。
【0019】
請求項7に係る発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の車両用電力変換装置において、冷却器受熱ブロック毎に複数本のヒートパイプが平行に突出され、放熱フインが複数本のヒートパイプに共通に結合され、かつ、その長手方向に複数個配設されたことを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る車両用電力変換装置の第1の実施形態の概略構成図であり、このうち、図1(a)は車体に取り付けられた箱体に半導体素子冷却ユニット4を装着し、箱体の一部を断面で表した側面図であり、図1(b)はそのA−A矢視断面図である。図中、従来装置を示す図10と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。これら各図において、車体5の底部の側端に箱体6が取り付けられている。箱体6は半導体素子冷却ユニット4の一部を収納し、これを固定するために仕切り板7によって額縁状に囲まれた開口を備えている。
【0021】
半導体素子冷却ユニット4は、箱体6の開口に装入される密閉部11と、半導体素子1及びゲートアンプ9を内部に収容する半導体素子冷却フレームユニット12と、熱放散させるための開放部13とを備えている。
【0022】
このうち、密閉部11は、例えば、山形鋼で形成された枠体の底部に板が取り付けられ、その上にフィルタコンデンサ3が装着され、箱体6の内部に導入された導体がフィルタコンデンサ3等に接続されている。半導体素子冷却フレームユニット12は開放部13側が稍上向きに傾斜し、その傾斜面に開口が形成された密閉可能な筐体でなり、その開口にスタック20を構成する境界板21の縁部が、例えば、ボルトによって締結され、内部が気密に保たれるようになっている。
【0023】
スタック20は境界板21の内側に取り付けられ、それぞれ表裏の関係に有る両面に半導体素子1が装着された3個の冷却器受熱ブロック23と、これらの冷却器受熱ブロック23の下方に配置される3個のゲートアンプ9と、それぞれ基端部が冷却器受熱ブロック23に接合され、境界板21を貫通して外側に平行に突出する複数のヒートパイプ24と、これらのヒートパイプ24の長手方向に互いに間隔を空けて一体的に嵌着された複数の放熱フィン25とで構成されている。
【0024】
開放部13は車両の艤装限界内に形成された枠体でなり、前述したヒートパイプ24及び放熱フィン25を内在させ、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に、そこに通風させて放熱を促進する機能を備えている。
【0025】
なお、半導体素子冷却フレームユニット12に収納される半導体素子1及びゲートアンプ9からスタック接続導体が密閉部11側に導出され、フィルタコンデンサ3や外部からの引き込み導体に接続されるが、図面の簡単化のために省略している。
【0026】
ここで、ヒートパイプ24は、冷却器受熱ブロック23側が下方となるよう傾けて取り付けられ、ヒートパイプ24の内部に封入された冷媒は、冷却器受熱ブロック23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25側で凝縮して大気へ熱放散を行う。凝縮された冷媒はヒートパイプ24の内部を重力により冷却器受熱ブロック23側へ戻るようなサイクルを繰り返す。放熱フィン25は自然冷却により大気へ熱放散を行うため、地面に対してほぼ垂直に設置され、放熱フィン25間に上昇気流を生じさせるようになっている。
【0027】
図2は半導体素子冷却ユニット4とスタック20の詳細な構成及びその組み付け状態を示したもので、図2(a)は半導体素子冷却ユニット4の側面図を、図2(b)はスタック20の側面図をそれぞれ示している。これら各図において、半導体素子冷却ユニット4は前述したように密閉部11、半導体素子冷却フレームユニット12及び開放部13とで構成されている。半導体素子冷却フレームユニット12の開口の縁部は開放部13側に突出し、これが矩形のパッキンガイド28を形成し、このパッキンガイド28の外側の4隅にはねじ穴が形成された固定部材29が設けられている。一方、スタック20を構成する境界板21の内側には全体が矩形をなすパッキン溝22が形成され、ここにパッキン27が嵌挿されている。そこで、スタック20を矢印K方向に移動させ、境界板21の内側に冷却器受熱ブロック23を介して装着された半導体素子1及びゲートアンプ9を半導体素子冷却フレームユニット12の開口を通して内部に装入し、パッキンガイド28の先端にパッキン27が当接する状態で、例えば、ボルトによって境界板21を固定部材29に締結することによって図1に示した状態に組み立てられる。なお、境界板21に近接する位置に半導体素子1とゲートアンプ9を接続するゲート配線10が設けられている。
【0028】
図3(a),(b),(c),(d)は境界板21を貫通して装着されるヒートパイプ24、放熱フィン25及び冷却器受熱ブロック23の結合状態と、冷却器受熱ブロック23に対する半導体素子1の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図である。ここで、冷却器受熱ブロック23は表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、第1の部品取付面に、1つのインバータを構成する半導体素子群の1相分(2個)の半導体素子1が装着され、第2の部品取付面にもう一つのインバータを構成する半導体素子群の1相分(2個)の半導体素子1が装着されている。そして、第3の部品取付面は縦に細長くなっており、その長手方向に複数(図面では5個)のヒートパイプ24の基端部が接合されると共に、互いに平行にして1列に突出している。また、これらのヒートパイプ24の長手方向に、他の相に対応して設けられたヒートパイプと併せて、複数の放熱フィン25が一体的に嵌着されている。
【0029】
このような構成によれば、1つの冷却器で2相分の半導体素子1を冷却することができ、冷却器の数を半分に減らすことができる。したがって、装置の軽量化、低コスト化が図られ、組立作業性、メンテナンス性が向上する等の利点が得られる。また、片群が運転されない時は、冷却器の放熱熱性能に余裕ができることから、残った片群の熱損失をさらに大きく設定することができる。
【0030】
なお、上記の実施形態では1つの冷却器受熱ブロック23に5個のヒートパイプ24を接合し、これらのヒートパイプ24に7個の放熱フィン25を嵌着したが、これらの個数は電力変換容量等に応じて適宜変更することも可能である。
【0031】
図4(a),(b),(c),(d)は本発明に係る車両用電力変換装置の第2の実施形態の構成を説明するために、境界板21を貫通して装着されるヒートパイプ24、放熱フィン25及び冷却器受熱ブロック23の結合状態と、冷却器受熱ブロック23に対する半導体素子1の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図であり、図中、第1の実施形態を示す図3と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は冷却器受熱ブロック23の第1の部品取付面にのみ、互いに異なる半導体素子群のそれぞれ1相分の半導体素子1を略均等な間隔で縦横に近接させて装着したものである。
【0032】
この構成によれば、第1の実施形態と同様に、2相分の半導体素子1より発生した熱が1つの冷却器受熱ブロック23を介して放熱フィン25から放熱されるので、従来装置と比較して冷却器の数を半分に減らすことができ、装置の軽量化、低コスト化が図られ、組立作業性、メンテナンス性が向上する等の利点が得られる。
【0033】
図5は本発明に係る車両用電力変換装置の第3の実施形態の構成を示す回路図であり、特に、第1及び第2の実施形態の半導体素子1の接続状態を示したものであり、図中、従来装置を示した図9と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0034】
この実施形態は、それぞれフィルタコンデンサ3及び3相ブリッジ接続された6個の半導体素子1を有し、それぞれ電動機31を駆動する2台のインバータ回路のそれぞれ1相分の半導体素子1のうち、同一の冷却器受熱ブロック23に装着される一方の半導体素子群の負電圧側アームの半導体素子1の負極端子と、他方の半導体素子群の負電圧側アームの半導体素子1の負極端子とを相互に電気的に接続したものである。この場合、半導体素子1として3.3kV定格のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用い、直流1500Vの架線電圧を、一方のインバータの直流側端子P1,N間に供給すると共に、他方のインバータの直流側端子P2,N間に供給する。
【0035】
この構成によれば、2台分のインバータ回路における負極端子の数が1個になり、箱体との接続箇所を削減することができ、組立作業性、メンテナンス性を一層向上させることができる。
【0036】
図6は本発明に係る車両用電力変換装置の第4の実施形態の構成を示す回路図であり、特に、第1及び第2の実施形態の半導体素子1の接続状態を示したものであり、図中、第3の実施形態を示した図5と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0037】
この実施形態は、それぞれフィルタコンデンサ3及び3相ブリッジ接続された6個の半導体素子1を有し、それぞれ電動機31を駆動する2台のインバータ回路のそれぞれ1相分の半導体素子1のうち、同一の冷却器受熱ブロック23に装着される一方の半導体素子群の負電圧側アームの半導体素子1の負極端子と、他方の半導体素子群の正電圧側アームの半導体素子1の正極端子とを相互に電気的に接続したものである。この場合、半導体素子1として3.3kVのIGBTを用い、直流1500Vの架線電圧を直流側の端子P,N間に供給し、直列接続された2個のフィルタコンデンサ3によって分圧し、1つの冷却器受熱ブロック23に装着される4個の半導体素子1に1.7kVの電圧が印加されるように構成されている。
【0038】
このように構成することによって、2群分のインバータ回路における一方の群の負極ともう一方の群の正極が共通となり、箱体との接続箇所を削減することができ、組立作業性、メンテナンス性を一層向上させることができる。
【0039】
図7(a),(b),(c),(d)は本発明に係る車両用電力変換装置の第5の実施形態の構成を説明するために、境界板21を貫通して装着されるヒートパイプ24、放熱フィン25及び冷却器受熱ブロック23の結合状態と、冷却器受熱ブロック23に対する半導体素子1の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図であり、図中、第1の実施形態を示す図3と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は冷却器受熱ブロック23の第1の部品取付面にインバータ回路を構成する1相分の半導体素子1Aを装着し、第2の取付面にブレーキチョッパ回路を構成する半導体素子1Bを装着したものである。これ以外は第1の実施形態を示す図3と同一に構成されている。
【0040】
この実施形態によれば、1つの冷却器で2種類の回路の半導体素子1A,1Bが装着されることとなり、それによって装置の軽量化、低コスト化が図られ、組立作業性、メンテナンス性が向上する等の利点が得られる。
【0041】
図8(a),(b),(c),(d)は本発明に係る車両用電力変換装置の第6の実施形態の構成を説明するために、境界板21を貫通して装着されるヒートパイプ24、放熱フィン25及び冷却器受熱ブロック23の結合状態と、冷却器受熱ブロック23に対する半導体素子1の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図であり、図中、第5の実施形態を示す図7と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は冷却器受熱ブロック23の第1の部品取付面のみにインバータ回路を構成する1相分の半導体素子1Aと、ブレーキチョッパ回路を構成する1相分の半導体素子1Bとを略均等な間隔で縦横に近接させて装着したものである。これ以外は第5の実施形態を示す図7と同一に構成されている。
【0042】
この実施形態によれば、1つの冷却器で2種類の回路要素を装着することが可能となり、装置の軽量化、低コスト化が図られ、組立作業性、メンテナンス性が向上する等の利点が得られる。
【0043】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、スタックの集約化により着脱の作業性を向上させることができ、かつ、空スペースを有効に活用することによって装置の軽量化やメンテナンス性に優れた車両用電力変換装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る車両用電力変換装置の第1の実施形態の概略構成を、その一部を断面で示した側面図及びそのA−A矢視断面図。
【図2】 図1に示した第1の実施形態を構成する半導体素子冷却ユニットとスタックの詳細な構成及びその組み付け状態を示した側面図。
【図3】 図1に示した第1の実施形態を構成する主要素の結合状態と半導体素子の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図。
【図4】 本発明に係る車両用電力変換装置の第2の実施形態を構成する主要素の結合状態と半導体素子の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図。
【図5】 本発明に係る車両用電力変換装置の第3の実施形態の構成を示す回路図。
【図6】 本発明に係る車両用電力変換装置の第4の実施形態の構成を示す回路図。
【図7】 本発明に係る車両用電力変換装置の第5の実施形態を構成する主要素の結合状態と半導体素子の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図。
【図8】 本発明に係る車両用電力変換装置の第6の実施形態を構成する主要素の結合状態と半導体素子の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図。
【図9】 鉄道車両の床下に設置されて車両駆動電力を供給する電力変換器の構成を示す回路図。
【図10】 従来の車両用電力変換装置の概略構成を、その一部を断面で示した側面図及びそのB−B矢視断面図。
【符号の説明】
1,1A,1B 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
11 密閉部
12 半導体素子冷却フレームユニット
13 開放部
20 スタック
21 境界板
23 冷却器受熱ブロック
24 ヒートパイプ
25 放熱フィン
26 スタック接続導体
31 電動機
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicular power conversion device having a semiconductor device installed under the floor of a railway vehicle.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 9, a power converter installed under the floor of a railway vehicle and supplying vehicle driving power includes six semiconductor elements 1 connected in a three-phase bridge, and a positive terminal and a negative terminal of each phase. DC power input between the DC-side terminals P and N from a railway overhead line (not shown) having three connected phase capacitors 2 and a filter capacitor 3 connected between DC-side terminals P and N Is converted into AC power by controlling the semiconductor element 1 to be turned on and off in a predetermined order, output from the terminals U, V and W on the AC side, and supplied to a motor for driving a vehicle (not shown). This power converter is provided in the semiconductor element cooling unit 4 in order to efficiently remove the heat generated from the semiconductor element 1.
[0003]
FIG. 10A is a side view in which the semiconductor element cooling unit 4 is mounted on a box attached to the vehicle body, and a part of the box is shown in cross section, and FIG. It is sectional drawing. In each of these drawings, a box 6 is attached to the side end of the bottom of the vehicle body 5. The box 6 accommodates a part of the semiconductor element cooling unit 4 and has an opening surrounded by a partition plate 7 in a frame shape in order to fix it.
[0004]
The semiconductor element cooling unit 4 includes a sealed part 11 inserted into the opening of the box 6, a semiconductor element cooling frame unit 12 that houses the semiconductor element 1, the phase capacitor 2, and the like, and an open part for dissipating heat. 13.
[0005]
Among these, the sealing part 11 is a conductor that is attached to the inside of the box 6 with a plate attached to the bottom of a frame formed of angle steel, for example, and the filter capacitor 3 and the gate amplifier 9 mounted thereon. 8 is connected to the filter capacitor 3 and the like. The semiconductor element cooling frame unit 12 is a sealable casing in which the opening 13 side is inclined upward and an opening is formed on the inclined surface, and the edge of the boundary plate 21 constituting the stack 20 is formed in the opening. For example, it is fastened by a bolt so that the inside is kept airtight.
[0006]
The stack 20 is attached to the inside of the boundary plate 21 and includes three cooler heat receiving blocks 23 each having the semiconductor element 1 mounted thereon, and three phase capacitors 2 disposed in the vicinity of these cooler heat receiving blocks 23. The base end portions are joined to the cooler heat receiving block 23, and a plurality of heat pipes 24 that pass through the boundary plate 21 and project parallel to the open portion 13 are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the heat pipes 24. And a plurality of heat radiation fins 25 fitted together. Here, the semiconductor element 1 and the cooler heat receiving block 23 are heat generating portions, and the heat radiating fins 25 are heat radiating portions.
[0007]
The open part 13 is a frame formed within the vehicle's outfitting limit, and the heat pipe 24 and the heat radiating fins 25 described above are incorporated, and the exhaust heat is accumulated under the vehicle floor to heat wiring, piping, etc. under the floor. It has a function to promote heat dissipation by ventilating.
[0008]
The stack connection conductor 26 is led out from the semiconductor element 1 housed in the semiconductor element cooling frame unit 12 to the sealed portion 11 side, and is connected to the filter capacitor 3, the conductor 8, or the gate amplifier 9 with a bolt or the like.
[0009]
Here, the heat pipe 24 is attached to be inclined so that the cooler heat receiving block 23 side is downward, and the refrigerant sealed inside the heat pipe 24 evaporates due to heat generated from the semiconductor element 1 in the cooler heat receiving block 23. Then, it condenses on the radiation fin 25 side and dissipates heat to the atmosphere. The condensed refrigerant repeats a cycle in which the inside of the heat pipe 24 returns to the cooler heat receiving block 23 side by gravity. Since the radiation fins 25 dissipate heat to the atmosphere by natural cooling, they are installed substantially perpendicular to the ground, and an upward airflow is generated between the radiation fins 25.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional vehicle power converter , one stack 20 is provided for each phase of the semiconductor elements connected in a three-phase bridge. Further, the semiconductor element 1 is mounted on one surface of the cooler heat receiving block 23, and the phase capacitor 2 is mounted on the other surface. In recent years, however, the phase capacitor 2 connected in the vicinity of the semiconductor element 1 is not required due to advances in mounting technology that reduces the inductance component by shortening the wiring or by making it adjacent to the reciprocating wiring. For this reason, one side of the semiconductor element cooling unit frame 15 often becomes an empty space.
[0011]
In addition, since one stack 20 is provided for each phase, three stacks are sufficient in the central control system, but as many stacks 20 as 12 are required in the individual control system, assembly work is required. In addition, workability in maintenance and maintenance is poor, which is disadvantageous in reducing the size and weight of the device.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to improve the workability of attachment / detachment by consolidating the stack, and to reduce the weight of the apparatus by effectively utilizing the empty space. It aims at providing the power converter for vehicles excellent in maintainability.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 has two groups of semiconductor elements each bridge-connected, and is a vehicle power converter installed under a vehicle floor .
There are first and second component mounting surfaces in a front-back relationship, and a third component mounting surface that hits a side end surface with respect to these component mounting surfaces, and one phase of one group on the first component mounting surface A plurality of cooler heat receiving blocks, each having a second semiconductor element mounted on the second component mounting surface,
A heat pipe that joins the base end portion so as to protrude from the third component mounting surface of the cooler heat receiving block, respectively, and transports the heat of the cooler heat receiving block to the tip portion;
Radiating fins fitted to the heat pipe;
A boundary plate fixed to the base end portion of the heat pipe and having a packing attached to the peripheral edge portion,
Semiconductor element cooling in which an opening for accommodating the heat pipe and dissipating heat from the heat radiating fins and an opening for inserting a plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements are mounted are formed. The semiconductor element has a frame unit, and the boundary plate is screwed by a screw member in a state where the inner peripheral surface of the packing guide formed at the periphery of the opening of the semiconductor element cooling frame unit is in contact with the outer peripheral surface of the packing A semiconductor element cooling unit attached to the cooling frame unit;
It is provided with.
[0014]
The invention according to claim 2 has two groups of semiconductor elements each bridge-connected, and in a vehicle power converter installed under a vehicle floor ,
There are first and second component mounting surfaces in a front-back relationship, and a third component mounting surface that hits a side end surface with respect to these component mounting surfaces, and one of the first and second component mounting surfaces A plurality of cooler heat receiving blocks in which one group of semiconductor elements of one group and one group of semiconductor elements of the other group are mounted;
A heat pipe that joins the base end portion so as to protrude from the third component mounting surface of the cooler heat receiving block, respectively, and transports the heat of the cooler heat receiving block to the tip portion;
Radiating fins fitted to the heat pipe;
A boundary plate fixed to the base end portion of the heat pipe and having a packing attached to the peripheral edge portion,
Semiconductor element cooling in which an opening for accommodating the heat pipe and dissipating heat from the heat radiating fins and an opening for inserting a plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements are mounted are formed. The semiconductor element has a frame unit, and the boundary plate is screwed by a screw member in a state where the inner peripheral surface of the packing guide formed at the periphery of the opening of the semiconductor element cooling frame unit is in contact with the outer peripheral surface of the packing A semiconductor element cooling unit attached to the cooling frame unit;
It is provided with.
[0015]
The invention according to claim 3 is the vehicle power converter according to claim 1 or 2, wherein the negative electrode terminal of the semiconductor element of the negative voltage side arm of one group attached to one cooler heat receiving block, and the other The negative electrode terminal of the semiconductor element of the negative voltage side arm of the group is electrically connected to each other.
[0016]
The invention according to claim 4 is the vehicle power converter according to claim 1 or 2, wherein the negative electrode terminal of the semiconductor element of the negative voltage side arm of one group mounted on one cooler heat receiving block and the other The positive electrode terminal of the semiconductor element of the positive voltage side arm of the group is electrically connected to each other.
[0017]
The invention according to claim 5 includes a plurality of semiconductor elements bridge-connected to form an inverter circuit, and a semiconductor element connected in series with a resistor between the DC side terminals of the inverter circuit to form a chopper circuit. In a vehicle power converter installed under a vehicle floor ,
The first and second component mounting surfaces that have a front and back relationship, and a third component mounting surface that contacts a side end surface with respect to these component mounting surfaces, and an inverter circuit is formed on the first component mounting surface A plurality of cooler heat receiving blocks each having a semiconductor element mounted thereon and mounted with a semiconductor element forming a chopper circuit on the second component mounting surface;
A heat pipe that joins the base end portion so as to protrude from the third component mounting surface of the cooler heat receiving block, respectively, and transports the heat of the cooler heat receiving block to the tip portion;
Radiating fins fitted to the heat pipe;
A boundary plate fixed to the base end portion of the heat pipe and having a packing attached to the peripheral edge portion,
Semiconductor element cooling in which an opening for accommodating the heat pipe and dissipating heat from the heat radiating fins and an opening for inserting a plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements are mounted are formed. The semiconductor element has a frame unit, and the boundary plate is screwed by a screw member in a state where the inner peripheral surface of the packing guide formed at the periphery of the opening of the semiconductor element cooling frame unit is in contact with the outer peripheral surface of the packing A semiconductor element cooling unit attached to the cooling frame unit;
It is provided with.
[0018]
The invention according to claim 6 includes a plurality of semiconductor elements bridge-connected so as to form an inverter circuit, and a semiconductor element connected in series with a resistor between the DC side terminals of the inverter circuit to form a chopper circuit. In a vehicle power converter installed under a vehicle floor ,
There are first and second component mounting surfaces in a front-back relationship, and a third component mounting surface that hits a side end surface with respect to these component mounting surfaces, and an inverter circuit is provided on the first or second component mounting surface. A plurality of cooler heat receiving blocks on which a semiconductor element for one phase to be formed and a semiconductor element for forming a chopper circuit are mounted;
A heat pipe that joins the base end portion so as to protrude from the third component mounting surface of the cooler heat receiving block, respectively, and transports the heat of the cooler heat receiving block to the tip portion;
Radiating fins fitted to the heat pipe;
A boundary plate fixed to the base end portion of the heat pipe and having a packing attached to the peripheral edge portion,
Semiconductor element cooling in which an opening for accommodating the heat pipe and dissipating heat from the heat radiating fins and an opening for inserting a plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements are mounted are formed. The semiconductor element has a frame unit, and the boundary plate is screwed by a screw member in a state where the inner peripheral surface of the packing guide formed at the periphery of the opening of the semiconductor element cooling frame unit is in contact with the outer peripheral surface of the packing A semiconductor element cooling unit attached to the cooling frame unit;
It is provided with.
[0019]
The invention according to claim 7 is the vehicle power conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of heat pipes are projected in parallel for each cooler heat receiving block, and a plurality of heat radiation fins are provided. The heat pipes are commonly connected to each other, and a plurality of heat pipes are arranged in the longitudinal direction.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a vehicular power converter according to the present invention. FIG. 1 (a) shows that a semiconductor element cooling unit 4 is mounted on a box attached to a vehicle body. FIG. 1B is a side view showing a part of the box in cross section, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 10 showing the conventional apparatus denote the same elements. In each of these drawings, a box 6 is attached to the side end of the bottom of the vehicle body 5. The box 6 accommodates a part of the semiconductor element cooling unit 4 and has an opening surrounded by a partition plate 7 in a frame shape in order to fix it.
[0021]
The semiconductor element cooling unit 4 includes a sealed part 11 inserted into the opening of the box 6, a semiconductor element cooling frame unit 12 that houses the semiconductor element 1 and the gate amplifier 9 therein, and an open part 13 for heat dissipation. And.
[0022]
Among these, the sealing part 11 has a plate attached to the bottom of a frame made of angle steel, for example, the filter capacitor 3 is mounted thereon, and the conductor introduced into the box 6 is the filter capacitor 3. Etc. are connected. The semiconductor element cooling frame unit 12 is a sealable casing in which the opening 13 side is inclined upward and an opening is formed on the inclined surface, and the edge of the boundary plate 21 constituting the stack 20 is formed in the opening. For example, it is fastened by a bolt so that the inside is kept airtight.
[0023]
The stack 20 is attached to the inside of the boundary plate 21, and is disposed below the three cooler heat receiving blocks 23, and the three cooler heat receiving blocks 23 each having the semiconductor element 1 mounted on both sides of the front and back sides. Three gate amplifiers 9, a plurality of heat pipes 24 each having a base end joined to the cooler heat receiving block 23, penetrating the boundary plate 21 and projecting outward in parallel, and longitudinal directions of these heat pipes 24 And a plurality of heat dissipating fins 25 that are integrally fitted at intervals.
[0024]
The open part 13 is a frame formed within the vestibule limit of the vehicle, and the heat pipe 24 and the heat radiating fin 25 described above are built in. In order to prevent heat dissipation, it has the function of ventilating it and promoting heat dissipation.
[0025]
The stack connection conductor is led out to the sealed portion 11 side from the semiconductor element 1 and the gate amplifier 9 housed in the semiconductor element cooling frame unit 12, and is connected to the filter capacitor 3 and the lead-in conductor from the outside. It is omitted for the sake of explanation.
[0026]
Here, the heat pipe 24 is attached to be inclined so that the cooler heat receiving block 23 side is downward, and the refrigerant sealed inside the heat pipe 24 evaporates due to heat generated from the semiconductor element 1 in the cooler heat receiving block 23. Then, it condenses on the radiation fin 25 side and dissipates heat to the atmosphere. The condensed refrigerant repeats a cycle in which the inside of the heat pipe 24 returns to the cooler heat receiving block 23 side by gravity. Since the radiation fins 25 dissipate heat to the atmosphere by natural cooling, they are installed substantially perpendicular to the ground, and an upward airflow is generated between the radiation fins 25.
[0027]
FIG. 2 shows a detailed configuration of the semiconductor element cooling unit 4 and the stack 20 and an assembled state thereof. FIG. 2A is a side view of the semiconductor element cooling unit 4, and FIG. Each side view is shown. In each of these drawings, the semiconductor element cooling unit 4 is composed of the sealing part 11, the semiconductor element cooling frame unit 12, and the open part 13 as described above. The edge of the opening of the semiconductor element cooling frame unit 12 protrudes toward the open portion 13, which forms a rectangular packing guide 28, and fixing members 29 having screw holes formed at four corners outside the packing guide 28. Is provided. On the other hand, a packing groove 22 having a rectangular shape as a whole is formed inside the boundary plate 21 constituting the stack 20, and a packing 27 is fitted therein. Therefore, the stack 20 is moved in the direction of the arrow K, and the semiconductor element 1 and the gate amplifier 9 mounted inside the boundary plate 21 via the cooler heat receiving block 23 are inserted into the inside through the opening of the semiconductor element cooling frame unit 12. Then, in a state where the packing 27 abuts on the tip of the packing guide 28, the boundary plate 21 is fastened to the fixing member 29 with a bolt, for example, and the state shown in FIG. A gate wiring 10 for connecting the semiconductor element 1 and the gate amplifier 9 is provided at a position close to the boundary plate 21.
[0028]
3A, 3B, 3C, and 3D show the combined state of the heat pipe 24, the radiating fin 25, and the cooler heat receiving block 23 that are mounted through the boundary plate 21, and the cooler heat receiving block. 23 is a front view, a top view, a left side view, and a right side view showing a mounting state of the semiconductor element 1 to 23. Here, the cooler heat receiving block 23 has first and second component mounting surfaces that are in a front-back relationship, and a third component mounting surface that hits a side end surface with respect to these component mounting surfaces. One phase (two) of semiconductor elements 1 of the semiconductor element group constituting one inverter is mounted on the mounting surface, and one phase of the semiconductor element group constituting another inverter is mounted on the second component mounting surface. (Two) semiconductor elements 1 are mounted. The third component mounting surface is elongated in the vertical direction, and the base end portions of a plurality (five in the drawing) of the heat pipes 24 are joined in the longitudinal direction and protrude in one row in parallel with each other. Yes. Further, in the longitudinal direction of these heat pipes 24, a plurality of radiating fins 25 are integrally fitted together with heat pipes provided corresponding to other phases.
[0029]
According to such a configuration, the semiconductor element 1 for two phases can be cooled with one cooler, and the number of coolers can be reduced to half. Therefore, the apparatus can be reduced in weight and cost, and advantages such as improved assembly workability and maintainability can be obtained. Further, when the one group is not operated, the heat dissipation heat performance of the cooler can be afforded, so that the heat loss of the remaining one group can be set larger.
[0030]
In the above embodiment, five heat pipes 24 are joined to one cooler heat receiving block 23, and seven radiating fins 25 are fitted to these heat pipes 24, but the number of these is the power conversion capacity. It is also possible to change appropriately according to the above.
[0031]
4 (a), (b), (c), and (d) are attached through the boundary plate 21 to explain the configuration of the second embodiment of the vehicle power converter according to the present invention. FIG. 6 is a front view, a top view, a left side view, and a right side view showing a coupling state of the heat pipe 24, the heat radiation fins 25, and the cooler heat receiving block 23, and a mounting state of the semiconductor element 1 to the cooler heat receiving block 23. Among them, the same elements as those in FIG. 3 showing the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In this embodiment, only the first component mounting surface of the cooler heat receiving block 23 is mounted with the semiconductor elements 1 for one phase of the different semiconductor element groups in close proximity vertically and horizontally at substantially equal intervals.
[0032]
According to this configuration, similarly to the first embodiment, the heat generated from the semiconductor element 1 for two phases is radiated from the heat radiation fins 25 through one cooler heat receiving block 23, so that it is compared with the conventional device. As a result, the number of coolers can be reduced to half, the apparatus can be reduced in weight and cost, and advantages such as improved assembly workability and maintainability can be obtained.
[0033]
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the third embodiment of the vehicular power converter according to the present invention, and particularly shows the connection state of the semiconductor elements 1 of the first and second embodiments. In the figure, the same elements as those in FIG. 9 showing the conventional apparatus are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0034]
This embodiment has six semiconductor elements 1 each connected to a filter capacitor 3 and a three-phase bridge, and is the same among the semiconductor elements 1 for one phase of each of the two inverter circuits that drive the motor 31. The negative electrode terminal of the semiconductor element 1 of the negative voltage side arm of one semiconductor element group and the negative electrode terminal of the semiconductor element 1 of the negative voltage side arm of the other semiconductor element group are connected to each other. Electrically connected. In this case, a 3.3 kV rated IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as the semiconductor element 1, and a DC 1500V overhead voltage is supplied between the DC side terminals P1 and N of one inverter and the DC of the other inverter. Supply between side terminals P2, N.
[0035]
According to this configuration, the number of negative terminals in the inverter circuit for two units is one, the number of connection points with the box can be reduced, and the assembly workability and the maintainability can be further improved.
[0036]
FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the vehicle power converter according to the present invention, and particularly shows the connection state of the semiconductor elements 1 of the first and second embodiments. In the figure, the same elements as those in FIG. 5 showing the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0037]
This embodiment has six semiconductor elements 1 each connected to a filter capacitor 3 and a three-phase bridge, and is the same among the semiconductor elements 1 for one phase of each of the two inverter circuits that drive the motor 31. The negative electrode terminal of the semiconductor element 1 of the negative voltage side arm of one semiconductor element group and the positive terminal of the semiconductor element 1 of the positive voltage side arm of the other semiconductor element group are attached to each other. Electrically connected. In this case, a 3.3 kV IGBT is used as the semiconductor element 1, a DC 1500V overhead voltage is supplied between the terminals P and N on the DC side, divided by two filter capacitors 3 connected in series, and one cooling A voltage of 1.7 kV is applied to the four semiconductor elements 1 mounted on the heat receiving block 23.
[0038]
By configuring in this way, the negative electrode of one group and the positive electrode of the other group in the inverter circuits for the two groups become common, and the number of connection points with the box can be reduced. Can be further improved.
[0039]
7 (a), (b), (c), and (d) are attached through the boundary plate 21 to explain the configuration of the fifth embodiment of the vehicular power converter according to the present invention. FIG. 6 is a front view, a top view, a left side view, and a right side view showing a coupling state of the heat pipe 24, the heat radiation fins 25, and the cooler heat receiving block 23, and a mounting state of the semiconductor element 1 to the cooler heat receiving block 23. Among them, the same elements as those in FIG. 3 showing the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In this embodiment, the first component mounting surface of the cooler heat receiving block 23 is mounted with the one-phase semiconductor element 1A constituting the inverter circuit, and the second mounting surface is mounted with the semiconductor element 1B constituting the brake chopper circuit. It is a thing. Other than this, the configuration is the same as in FIG. 3 showing the first embodiment.
[0040]
According to this embodiment, the semiconductor elements 1A and 1B of two types of circuits are mounted with one cooler, thereby reducing the weight and cost of the apparatus, and improving assembly workability and maintainability. Advantages such as improvement are obtained.
[0041]
8 (a), (b), (c), and (d) are attached through the boundary plate 21 in order to explain the configuration of the sixth embodiment of the vehicle power converter according to the present invention. FIG. 6 is a front view, a top view, a left side view, and a right side view showing a coupling state of the heat pipe 24, the heat radiation fins 25, and the cooler heat receiving block 23, and a mounting state of the semiconductor element 1 to the cooler heat receiving block 23. Among them, the same elements as those in FIG. 7 showing the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In this embodiment, the one-phase semiconductor element 1A constituting the inverter circuit and the one-phase semiconductor element 1B constituting the brake chopper circuit are substantially equalized only on the first component mounting surface of the cooler heat receiving block 23. It is installed in close proximity vertically and horizontally at intervals. Other than this, the configuration is the same as in FIG. 7 showing the fifth embodiment.
[0042]
According to this embodiment, it is possible to mount two types of circuit elements with a single cooler, and the advantages of reducing the weight and cost of the apparatus, improving the assembly workability and maintainability, etc. can get.
[0043]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the workability of attachment / detachment can be improved by consolidating the stack, and the apparatus can be reduced in weight and maintainability by effectively utilizing the empty space. An excellent vehicle power conversion device is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a first embodiment of a power converter for a vehicle according to the present invention, partly in section, and a cross-sectional view taken along line AA.
FIG. 2 is a side view showing a detailed configuration of a semiconductor element cooling unit and a stack constituting the first embodiment shown in FIG. 1 and an assembled state thereof.
3 is a front view, a top view, a left side view, and a right side view showing a coupling state of main elements and a mounting state of semiconductor elements constituting the first embodiment shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a front view, a top view, a left side view, and a right side view showing a coupling state of main elements and a mounting state of a semiconductor element constituting a second embodiment of the vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a third embodiment of a vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a fourth embodiment of a vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 7 is a front view, a top view, a left side view, and a right side view showing a coupling state of main elements and a mounting state of a semiconductor element constituting a fifth embodiment of a vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 8 is a front view, a top view, a left side view, and a right side view showing a coupling state of main elements and a mounting state of semiconductor elements constituting a sixth embodiment of a vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a power converter that is installed under the floor of a railway vehicle and supplies vehicle driving power.
FIGS. 10A and 10B are a side view showing a schematic configuration of a conventional vehicular power converter and a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B Semiconductor element 2 Phase capacitor 3 Filter capacitor 4 Semiconductor element cooling unit 5 Car body 6 Box 11 Sealed part 12 Semiconductor element cooling frame unit 13 Opening part 20 Stack 21 Boundary plate 23 Cooler heat receiving block 24 Heat pipe 25 Heat radiation Fin 26 Stack connection conductor 31 Electric motor

Claims (7)

それぞれブリッジ接続された2群の半導体素子を有し、車両床下に設置される車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、前記第1の部品取付面に一方の群の1相分の前記半導体素子が装着され、前記第2の部品取付面に他方の群の1相分の前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
複数の前記冷却器受熱ブロックの前記第3の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、前記冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
前記ヒートパイプの基端部に固着され、周縁部にパッキンが取り付けられた境界板と、
前記ヒートパイプを収納し前記放熱フィンからの熱を放散するための開放部、及び前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックを内部に装入可能な開口部が形成された半導体素子冷却フレームユニットを有しており、この半導体素子冷却フレームユニットの開口部周縁に形成したパッキンガイドの内周面と前記パッキンの外周面とが当接した状態で前記境界板がネジ部材により前記半導体素子冷却フレームユニットに取り付けられている半導体素子冷却ユニットと、
を備えたことを特徴とする車両用電力変換装置。
In a vehicular power conversion device that has two groups of semiconductor elements each bridge-connected, and is installed under the vehicle floor ,
There are first and second component mounting surfaces in a front-back relationship, and a third component mounting surface that hits a side end surface with respect to these component mounting surfaces. A plurality of cooler heat receiving blocks in which the semiconductor elements for phases are mounted, and the semiconductor elements for one phase of the other group are mounted on the second component mounting surface;
Heat pipes that have base ends joined so as to protrude from the third component mounting surfaces of the plurality of cooler heat receiving blocks, respectively, and transport heat of the cooler heat receiving blocks to the tip portions,
Radiating fins fitted to the heat pipe;
A boundary plate fixed to the base end portion of the heat pipe and having a packing attached to the peripheral edge portion,
Semiconductor element cooling in which an opening for accommodating the heat pipe and dissipating heat from the heat radiating fins and an opening for inserting a plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements are mounted are formed. The semiconductor element has a frame unit, and the boundary plate is screwed by a screw member in a state where the inner peripheral surface of the packing guide formed at the periphery of the opening of the semiconductor element cooling frame unit is in contact with the outer peripheral surface of the packing A semiconductor element cooling unit attached to the cooling frame unit;
A vehicle power conversion device comprising:
それぞれブリッジ接続された2群の半導体素子を有し、車両床下に設置される車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、前記第1又は第2の部品取付面のいずれか1つに一方の群の1相分の前記半導体素子と他方の群の1相分の前記半導体素子とが装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
前記冷却器受熱ブロックの前記第3の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、前記冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
前記ヒートパイプの基端部に固着され、周縁部にパッキンが取り付けられた境界板と、
前記ヒートパイプを収納し前記放熱フィンからの熱を放散するための開放部、及び前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックを内部に装入可能な開口部が形成された半導体素子冷却フレームユニットを有しており、この半導体素子冷却フレームユニットの開口部周縁に形成したパッキンガイドの内周面と前記パッキンの外周面とが当接した状態で前記境界板がネジ部材により前記半導体素子冷却フレームユニットに取り付けられている半導体素子冷却ユニットと、
を備えたことを特徴とする車両用電力変換装置。
In a vehicular power conversion device that has two groups of semiconductor elements each bridge-connected, and is installed under the vehicle floor ,
There are first and second component mounting surfaces in a front-back relationship, and a third component mounting surface that hits a side end surface with respect to these component mounting surfaces, and either of the first or second component mounting surfaces A plurality of cooler heat receiving blocks in which the semiconductor elements for one phase of one group and the semiconductor elements for one phase of the other group are mounted;
A base pipe joined so as to protrude from the third component mounting surface of the cooler heat receiving block, and a heat pipe for transporting the heat of the cooler heat receiving block to the tip, respectively;
Radiating fins fitted to the heat pipe;
A boundary plate fixed to the base end portion of the heat pipe and having a packing attached to the peripheral edge portion,
Semiconductor element cooling in which an opening for accommodating the heat pipe and dissipating heat from the heat radiating fins and an opening for inserting a plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements are mounted are formed. The semiconductor element has a frame unit, and the boundary plate is screwed by a screw member in a state where the inner peripheral surface of the packing guide formed at the periphery of the opening of the semiconductor element cooling frame unit is in contact with the outer peripheral surface of the packing A semiconductor element cooling unit attached to the cooling frame unit;
A vehicle power conversion device comprising:
1つの前記冷却器受熱ブロックに装着される一方の群の負電圧側アームの前記半導体素子の負極端子と、他方の群の負電圧側アームの前記半導体素子の負極端子とを相互に電気的に接続したことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用電力変換装置。  The negative terminal of the semiconductor element of the negative voltage side arm of one group attached to one of the cooler heat receiving blocks is electrically connected to the negative terminal of the semiconductor element of the negative voltage side arm of the other group. The vehicular power converter according to claim 1, wherein the vehicular power converter is connected. 1つの前記冷却器受熱ブロックに装着される一方の群の負電圧側アームの前記半導体素子の負極端子と、他方の群の正電圧側アームの前記半導体素子の正極端子とを相互に電気的に接続したことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用電力変換装置。  The negative electrode terminal of the semiconductor element of the negative voltage side arm of one group attached to one cooler heat receiving block and the positive terminal of the semiconductor element of the positive voltage side arm of the other group are electrically connected to each other. The vehicular power converter according to claim 1, wherein the vehicular power converter is connected. インバータ回路を形成するようにブリッジ接続された複数の半導体素子と、前記インバータ回路の直流側端子間に抵抗器と直列に接続されてチョッパ回路を形成する半導体素子とを有し、車両床下に設置される車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、前記第1の部品取付面に前記インバータ回路を形成する1相分の前記半導体素子が装着され、前記第2の部品取付面に前記チョッパ回路を形成する前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
前記冷却器受熱ブロックの前記第3の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、前記冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
前記ヒートパイプの基端部に固着され、周縁部にパッキンが取り付けられた境界板と、
前記ヒートパイプを収納し前記放熱フィンからの熱を放散するための開放部、及び前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックを内部に装入可能な開口部が形成された半導体素子冷却フレームユニットを有しており、この半導体素子冷却フレームユニットの開口部周縁に形成したパッキンガイドの内周面と前記パッキンの外周面とが当接した状態で前記境界板がネジ部材により前記半導体素子冷却フレームユニットに取り付けられている半導体素子冷却ユニットと、
を備えたことを特徴とする車両用電力変換装置。
A plurality of semiconductor elements bridge-connected to form an inverter circuit, and a semiconductor element that is connected in series with a resistor between the DC side terminals of the inverter circuit to form a chopper circuit, and is installed under the vehicle floor In the vehicular power converter,
There are first and second component mounting surfaces in a front-back relationship, and a third component mounting surface that hits a side end surface with respect to these component mounting surfaces, and the inverter circuit is formed on the first component mounting surface A plurality of cooler heat receiving blocks, wherein the semiconductor elements for one phase are mounted, and the semiconductor elements for forming the chopper circuit are formed on the second component mounting surface;
A base pipe joined so as to protrude from the third component mounting surface of the cooler heat receiving block, and a heat pipe for transporting the heat of the cooler heat receiving block to the tip, respectively;
Radiating fins fitted to the heat pipe;
A boundary plate fixed to the base end portion of the heat pipe and having a packing attached to the peripheral edge portion,
Semiconductor element cooling in which an opening for accommodating the heat pipe and dissipating heat from the heat radiating fins and an opening for inserting a plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements are mounted are formed. The semiconductor element has a frame unit, and the boundary plate is screwed by a screw member in a state where the inner peripheral surface of the packing guide formed at the periphery of the opening of the semiconductor element cooling frame unit is in contact with the outer peripheral surface of the packing A semiconductor element cooling unit attached to the cooling frame unit;
A vehicle power conversion device comprising:
インバータ回路を形成するようにブリッジ接続された複数の半導体素子と、前記インバータ回路の直流側端子間に抵抗器と直列に接続されてチョッパ回路を形成する半導体素子とを有し、車両床下に設置される車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第1及び第2の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第3の部品取付面を有し、前記第1又は第2の部品取付面に前記インバータ回路を形成する1相分の前記半導体素子と前記チョッパ回路を形成する前記半導体素子とが装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
前記冷却器受熱ブロックの前記第3の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、前記冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
前記ヒートパイプの基端部に固着され、周縁部にパッキンが取り付けられた境界板と、
前記ヒートパイプを収納し前記放熱フィンからの熱を放散するための開放部、及び前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックを内部に装入可能な開口部が形成された半導体素子冷却フレームユニットを有しており、この半導体素子冷却フレームユニットの開口部周縁に形成したパッキンガイドの内周面と前記パッキンの外周面とが当接した状態で前記境界板がネジ部材により前記半導体素子冷却フレームユニットに取り付けられている半導体素子冷却ユニットと、
を備えたことを特徴とする車両用電力変換装置。
A plurality of semiconductor elements bridge-connected to form an inverter circuit, and a semiconductor element that is connected in series with a resistor between the DC side terminals of the inverter circuit to form a chopper circuit, and is installed under the vehicle floor In the vehicular power converter,
There are first and second component mounting surfaces in a front-back relationship, and a third component mounting surface that hits a side end surface with respect to these component mounting surfaces, and the inverter on the first or second component mounting surface A plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements for one phase forming a circuit and the semiconductor elements forming the chopper circuit are mounted;
A base pipe joined so as to protrude from the third component mounting surface of the cooler heat receiving block, and a heat pipe for transporting the heat of the cooler heat receiving block to the tip, respectively;
Radiating fins fitted to the heat pipe;
A boundary plate fixed to the base end portion of the heat pipe and having a packing attached to the peripheral edge portion,
Semiconductor element cooling in which an opening for accommodating the heat pipe and dissipating heat from the heat radiating fins and an opening for inserting a plurality of cooler heat receiving blocks on which the semiconductor elements are mounted are formed. The semiconductor element has a frame unit, and the boundary plate is screwed by a screw member in a state where the inner peripheral surface of the packing guide formed at the periphery of the opening of the semiconductor element cooling frame unit is in contact with the outer peripheral surface of the packing A semiconductor element cooling unit attached to the cooling frame unit;
A vehicle power conversion device comprising:
前記冷却器受熱ブロック毎に複数本の前記ヒートパイプが平行に突出され、前記放熱フインが前記複数本のヒートパイプに共通に結合され、かつ、その長手方向に複数個配設されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の車両用電力変換装置。  A plurality of the heat pipes project in parallel for each cooler heat receiving block, and the heat radiation fins are commonly connected to the plurality of heat pipes, and a plurality of the heat pipes are disposed in the longitudinal direction. The vehicle power converter according to any one of claims 1 to 6.
JP2003178383A 2003-06-23 2003-06-23 Power converter for vehicle Expired - Lifetime JP4020833B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003178383A JP4020833B2 (en) 2003-06-23 2003-06-23 Power converter for vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003178383A JP4020833B2 (en) 2003-06-23 2003-06-23 Power converter for vehicle

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2005019460A JP2005019460A (en) 2005-01-20
JP2005019460A5 JP2005019460A5 (en) 2006-01-05
JP4020833B2 true JP4020833B2 (en) 2007-12-12

Family

ID=34180033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003178383A Expired - Lifetime JP4020833B2 (en) 2003-06-23 2003-06-23 Power converter for vehicle

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4020833B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5491784B2 (en) * 2009-07-07 2014-05-14 株式会社東芝 Railway vehicle motor drive inverter device
JP2017200305A (en) * 2016-04-27 2017-11-02 株式会社日立製作所 Power converter of rolling stock

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005019460A (en) 2005-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3563038B2 (en) Power converter
US6160696A (en) Modular bus bar and switch assembly for traction inverter
US8674636B2 (en) Power conversion device
US7961487B2 (en) Power converter device
JP2016213945A (en) Electric power conversion system and railway vehicle
JP2016213946A (en) Electric power conversion system and railway vehicle
JP3367411B2 (en) Power converter
US7728535B2 (en) Chopper circuit topologies for adapting an electrical braking system in a traction vehicle
EP0590502B1 (en) Inverter apparatus for electric rolling stock
CN107848545B (en) Electric car control device
JP2004096832A (en) Liquid-cooled power convertor
JP6827477B2 (en) Electric motor power system and electric vehicle
KR100619490B1 (en) A semiconductor cooling apparatus
JP5491784B2 (en) Railway vehicle motor drive inverter device
JP4020833B2 (en) Power converter for vehicle
JP3822612B2 (en) Railway vehicle power converter
JPWO2009040933A1 (en) Power converter
JP6081091B2 (en) Railway vehicle control system
JP2021093783A (en) On-vehicle power conversion device
JP7294247B2 (en) electric unit
JP4208814B2 (en) Semiconductor cooling device
JP4202999B2 (en) Power supply for vehicle
JP5404310B2 (en) Power supply
JP3799352B2 (en) Power converter
JP4018483B2 (en) Power converter for vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051111

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051111

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070625

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070703

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070824

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070914

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070925

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4020833

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121005

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131005

Year of fee payment: 6

EXPY Cancellation because of completion of term