JP5776390B2

JP5776390B2 - 鉄道車両用電力変換装置

Info

Publication number: JP5776390B2
Application number: JP2011154525A
Authority: JP
Inventors: 高橋　潔; 潔高橋
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: JP2013021852A; US8787019B2; US20130016481A1

Description

本発明は、鉄道車両に搭載される鉄道車両用電力変換装置に関し、特に電力変換装置筐体に内部ユニットを装着するユニット構造に関する。

この種の鉄道車両用電力変換装置としては、車両床下に配置された半導体素子等の電気品を収納する筐体の天井板に、複数の突起を有する内部に冷媒を封入した蛇行細管ヒートパイプを接続し、これら蛇行細管ヒートパイプの端部に放熱フィンを接続した構成を有するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この構成とすることで、放熱フィンにより、蛇行細管ヒートパイプ及び冷媒を介して、鉄道車両用電力変換装置内を冷却するようにしている。

また、他の冷却方式としては、電力を変換する半導体素子を筐体に内蔵し、筐体の一部に冷却風の流れる冷却風洞を設け、この冷却風洞を仕切る仕切板に、放熱部が冷却風洞に面する複数の半導体素子冷却ユニットを、ガスケットを介して装着する。これにより、冷却風洞と電気部品実装部とを水密的に仕切るようにした電力変換装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２２３２７７号公報特開２００４−１４０８９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、半導体素子等の電気品を収納する筐体の天井に直接蛇行細管ヒートパイプを接続して電気品を冷却するので、水密性を確保する必要はない。しかし、蛇行細管ヒートパイプが高価であり、鉄道車両用電力変換装置の製造コストが嵩むという未解決の課題がある。

これに対して、特許文献２に記載された発明にあっては、冷却風洞を仕切る仕切板に、半導体素子冷却ユニットの冷却フィンで構成される放熱部を冷却風洞に面して配置するようにしているので、製造コストを低減することができる。しかし、冷却風洞と電気部品実装部とを水密的に仕切って防滴構造とするために、ガスケットを設ける必要がある。
このとき、ガスケットは、筐体の開口部と、冷却器周辺部間に挟まれる状態となり、ねじなどの締付力の調整で、ガスケットを適正幅に圧縮することで防滴性を確保するようにしている。

このように、特許文献２に記載された従来例にあっては、防滴性を確保するためにガスケットを適正幅に圧縮する必要があり、このガスケットの圧縮をねじなどの締付力の調整で行うようにしている。この締付力の調整には締め具のトルクで管理することが多いが、ガスケットの圧縮幅が安定しないという未解決の課題がある。また、ねじの締付トルクが大きくなるため、ねじ固定部の強度が不足し、変形してしまうという未解決の課題もある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ガスケットを使用して防滴性を確保する場合に、ガスケットの適正圧縮を正確に行うことができる鉄道車両用電力変換装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る鉄道車両用電力変換装置の第１の態様は、鉄道車両に搭載される電力変換装置筐体と、該電力変換装置筐体内に形成されたユニット取付部に装着する内部ユニットとを備えている。また、前記内部ユニットは、前記ユニット取付部に形成した挿通孔を通じて突出する冷却器と、前記ユニット取付部に当接して固定する複数の固定保持具とを備えている。さらに、前記固定保持具は、前記ユニット取付部との当接面を、前記ユニット取付部に対向する前記内部ユニットの面よりも突出させて段差部を形成し、前記ユニット取付部と前記ユニット取付部に対向する前記内部ユニットの面との間に前記段差部より大きな厚みを有するシーリングガスケットを配置している。また、前記固定保持具は、取付ネジを回転自在に保持し、前記ユニット取付部は、前記取付ネジを挿通する挿通孔と、該挿通孔を前記固定保持具とは反対側で閉塞し、且つ前記取付ネジに螺合する袋ナットとを有する。

また、本発明に係る鉄道車両用電力変換装置の第２の態様は、前記固定保持具が、軸方向を前記ユニット取付部と平行とする角筒部と、該角筒部の前記ユニット取付部とは反対側の側面に形成された雌ねじ部と、前記ユニット取付部側の側面に前記雌ねじ部と対向して形成された透孔と、前記雌ねじ部と透孔とを連通させるように前記角筒部内に配設された中空スペーサと、頭部と先端側の雄ねじ部と前記頭部と雄ねじ部間に形成された小径部とで構成される首付ねじとを少なくとも有し、前記首付ねじが、前記雄ねじ部を前記雌ねじ部に螺合させてから前記小径部が前記雌ねじ部に挿通され、前記雄ねじ部が前記透孔を通じて前記ユニット取付部側に突出するように装着されている。

また、本発明に係る鉄道車両用電力変換装置の第３の態様は、前記角筒部が、互いに平行な側面板部と、当該側面板部の上下を連結する上下板部とを折曲形成し、折曲の始端及び終端を、前記中空スペーサを内部に固定してから接合して構成されている。
また、本発明に係る鉄道車両用電力変換装置の第４の態様は、前記固定保持具が、前記冷却器の周囲に配設され、該冷却器と固定保持具との間に前記シーリングガスケットが前記冷却器を囲むように配置されている。

また、本発明に係る鉄道車両用電力変換装置の第５の態様は、前記固定保持具が、前記段差部の高さを前記シーリングガスケットの圧縮幅に合わせて調整可能に前記内部ユニットに取付けられている。
また、本発明に係る鉄道車両用電力変換装置の第６の態様は、前記ユニット取付部に対向する前記内部ユニットの面が方形に形成され、前記固定保持具は、前記ユニット取付部に対向する前記内部ユニットの面の各辺に少なくとも１個形成されている。

また、本発明に係る鉄道車両用電力変換装置の第７の態様は、前記電力変換装置筐体は、外気が導入される外気導入部と前記内部ユニットを収納するユニット収納部とが形成され、前記外気導入部と前記ユニット収納部とが前記ユニット取付部によって遮蔽され、前記外気導入部に外部に連通する開口部が形成されている。

本発明によれば、電力変換装置筐体内に形成されたユニット取付部に内部ユニットを装着する際に、内部ユニットに、ユニット取付部に当接して固定する複数の固定保持具を設け、各固定保持具のユニット取付部との当接面を、前記内部ユニットの当該ユニット取付部との対向面に対して段差部を形成するように突出させ、ユニット取付部と内部ユニットのユニット取付部との対向面との間に段差部より大きな厚みを有するシーリングガスケットを配置するので、シーリングカスケットの圧縮幅を一定値に正確に管理することができるという効果が得られる。

本発明に係る鉄道車両用電力変換装置を示す外観斜視図である。図１の天板を取り外した状態の斜視図である。図２の対角線上逆側から見た斜視図図１の左側面板を取り外した状態の斜視図である。内部ユニットの正面側から見た斜視図である。内部ユニットの背面側から見た斜視図である。内部ユニットの右側面図である。内部ユニットのコンデンサ装着部を示す断面図である。内部ユニットの背面図である。内部ユニットの固定保持具を示す拡大断面図である。内部ユニットをユニット取付部に装着する前の状態を示す拡大断面図である。内部ユニットの冷却器をユニット取付部の挿通孔に挿通した状態を示す拡大断面図である。内部ユニットの固定保持具における首付ねじをユニット取付部の袋ナットに螺合させた状態の拡大断面図である。内部ユニットをユニット取付部に装着した状態を示す拡大断面図である。本発明に適用し得る固定保持具の変形例を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る鉄道車両用電力変換装置を示す外観斜視図、図２は図１の天面板を取り外した斜視図、図３は図２の対角線上逆側から見た斜視図、図４は左側面板を取り外した状態の斜視図である。
図中、１は鉄道車両用電力変換装置であって、鉄道車両の床下に搭載される屋外仕様に構成されている。この鉄道用電力変換装置１は鉄道車両の床下に搭載される電力変換装置筐体２を有する。この電力変換装置筐体２は、前面板２ａ、背面板２ｂ、左右側面板２ｃ，２ｄ、天面板２ｅ及び底面板２ｆを有して直方体状に形成されている。

この電力変換装置筐体２内には、例えば冷却フィンで構成される冷却器３を備えた内部ユニット４Ａ，４Ｂを収容する内部ユニット収容部５Ａ，５Ｂと、これら内部ユニット収容部５Ａ，５Ｂの背面側に形成された外気導入部６と、冷却器を備えていない内部ユニット７Ａ，７Ｂを収容する内部ユニット収容部８Ａ，８Ｂとを備えている。
外気導入部６は、天面板２ｅに形成された開口６ａ及び６ｂを通じて外気に通じており、鉄道車両の走行時に開口６ａ（又は６ｂ）から給気された外気が開口６ｂ（又は６ａ）から排気される。

そして、内部ユニット収容部５Ａ，５Ｂと外気導入部６とは、例えば仕切板で形成されるユニット取付部９によって水密に遮蔽されている。このユニット取付部９には、図１１〜図１３に示すように、内部ユニット４Ａ，４Ｂに形成された冷却器３を挿通する冷却器挿通孔９ａが形成されている。
また、ユニット取付部９には、後述する内部ユニット４Ａ，４Ｂの固定保持具１１に対向する位置にねじ挿通孔９ｂが形成され、このねじ挿通孔９ｂの外気導入部６側にねじ挿通孔９ｂを閉塞し、且つ固定保持具１１の首付ねじ１３が螺合する雌ねじ部９ｃを有する袋ナット９ｄが水密性を保って固定されている。

内部ユニット４Ａ，４Ｂのそれぞれは、その背面側を覆う方形の背面板４ａを有する。この背面板４ａは、上端部が前方に折曲られてフランジ部４ｂが形成され、下端部に前方に延長する底面板４ｃが一体に形成され、左右端部に前方に延長する左右側面板４ｄ及び４ｅが一体に形成されている。そして、この背面板４ａの背面側の上部寄りには、背面板４ａよりは小さい面積に左右方向に所定間隔を保って平行に配設された多数の冷却フィン３ａが背面側に突出形成された構成を有する冷却器３が一体に形成されている。

そして、図９に示すように、背面板４ａの四辺に接するフランジ部４ｂと、底面板４ｃと、左右側面板４ｄ及び４ｅとにそれぞれ一辺に２個ずつ固定保持具１１が取付けられている。この固定保持具１１のうち上辺に取付けられた固定保持具１１は、図１０に示すように、軸方向を左右方向とし両端を閉塞した角筒体１２を有し、この角筒体１２に首付ねじ１３が回転自在に装着されている。

角筒体１２は、底面板部１２ａとこの底面板部１２ａの後端から上方に折曲られた背面板部１２ｂと、この背面板部１２ｂの上端から前方に折曲げられた上面板部１２ｃと、この上面板部１２ｃの前端から下方に折り曲げられた前面板部１２ｄと、軸方向両端を閉塞する左右側板部１２ｅ，１２ｆを備えている。そして、図１０で見て、始端となる底面板部１２ａの前端と、終端となる前面板部１２ｄの下端とが一体に形成されている。

この角筒体１２の前面板部１２ｄには、雌ねじ部１２ｇが形成され、この雌ねじ部１２ｇと対向する背面板部１２ｂに貫通孔１２ｈが形成され、雌ねじ部１２ｇ及び貫通孔１２ｈを繋ぐように円筒状の中空スペーサ１２ｉが固定されている。そして、角筒体１２は、内部に中空スペーサ１２ｉをろう付け、接着、嵌合、接合等の固定手段で装着した後に、角筒体１２の始端及び終端を互いにろう付け、接着、嵌合、接合等の固定手段で固定されている。

そして、角筒体１２に、首付ねじ１３が前後方向に延長して回転自在に装着されている。この首付ねじ１３は、頭部１３ａと先端雄ねじ部１３ｂとの間に小径部１３ｃが形成されている。この首付ねじ１３を角筒体１２に装着するには、先ず首付ねじ１３の先端雄ねじ部１３ｂを前面板部１２ｄに形成された雌ねじ部１２ｇに螺合させながら先端雄ねじ部１３ｂを中空スペーサ１２ｉで案内しながら貫通孔１２ｈから突出させる。そして、先端雄ねじ部１３ｂが雌ねじ部１２ｇとの螺合を脱すると、小径部１３ｃが雌ねじ部１２ｇに対向するので、そのまま押し込むことにより、頭部１３ａを前面板部１２ｄに当接させて首付ねじ１３を回動自在に保持することができる。

そして、固定保持具１１は、その背面板部１２ｂの背面側のユニット取付部９と当接する当接面１２ｊが内部ユニット４Ａ，４Ｂの背面板４ａのユニット取付部９と対向する対向面４ｆに対して所定突出長ΔＬの段差部１４を形成するように背面側に突出して位置決めされて固定されている。
そして、冷却フィン３ａの背面板４ａへの取付位置に、冷却フィン３ａの周囲を囲むように段差部１４の所定突出長ΔＬより大きな厚みを有する方形環状のシーリングガスケット１５が配置されている。

次に、上記実施形態の内部ユニット４Ａ，４Ｂの装着方法について説明する。
今、図１０に示すように、内部ユニット４Ａ（又は４Ｂ）おける冷却器３の背面板４ａの取付位置の周囲に、段差部１４の突出長ΔＬより厚みが厚いシーリングガスケット１５を背面板４ａに接触させて装着する。
次いで、図１１に示すように、内部ユニット４Ａ（又は４Ｂ）の冷却器３をユニット取付部９の冷却器挿通孔９ａに対向させる。この状態で、内部ユニット４Ａ（又は４Ｂ）をユニット取付部９側に移動させて、図１２に示すように、冷却器３をユニット取付部９の冷却器挿通孔９ａ内に挿通させる。

その後、内部ユニット４Ａ（又は４Ｂ）をさらにユニット取付部９側に移動させると、固定保持具１１の首付ねじ１３の先端雄ねじ部１３ｂがユニット取付部９のねじ挿通孔９ｂに挿通される。この状態で、例えば電動スクリュードライバ等の締付け具で、首付ねじ１３の頭部１３ａを回転駆動することにより、先端雄ねじ部１３ｂが袋ナット９ｄの雌ねじ部９ｃに螺合される。この状態では、図１３に示すように、シーリングガスケット１５のユニット取付部９側の端面はユニット取付部９より前方に離間しており、シーリングガスケット１５は非圧縮状態にある。

そして、首付ねじ１３をさらに回転させることにより、先端雄ねじ部１３ｂが袋ナット９ｄの雌ねじ部９ｃの奥まで螺合していくことにより、ユニット取付部９と内部ユニット４Ａ（又は４Ｂ）の背面板４ａの対向面４ｆとの間の隙間がシーリングガスケット１５の厚みより小さくなると、このシーリングガスケット１５が圧縮状態となる。その後、図１４に示すように、固定保持具１１の当接面１２ｊがユニット取付部９の板面に当接することにより、それ以上の内部ユニット４Ａ（又は４Ｂ）のユニット取付部９側への移動が規制される。このため、シーリングガスケット１５の圧縮状態の厚みが、固定保持具１１の当接面１２ｊと背面板４ａの対向面４ｆとの間の突出長さΔＬと等しくなり、適正圧縮状態となる。

このように、上記実施形態によると、シーリングガスケット１５の厚みが、固定保持具１１の当接面１２ｊと内部ユニット４Ａ（又は４Ｂ）の背面板４ａのユニット取付部９との対向面４ｆとの間の段差部１４における突出長さΔＬと等しくなる。したがって、段差部１４の突出長さΔＬをシーリングガスケット１５の適正圧縮幅となるように設定することにより、首付ねじ１３の締付トルクに基づくことなく、首付ねじ１３を締めつけて固定保持具１１の当接面１２ｊをユニット取付部９に当接させるだけで、常にシーリングガスケット１５を適正圧縮幅に正確に圧縮することができる。このため、ユニット取付部９に形成した冷却器挿通孔９ａに内部ユニット４Ａ，４Ｂの冷却器３を挿通して、冷却器３を外気導入部６内に突出させた状態で、冷却器挿通孔９ａの周囲をシーリングガスケット１５で確実にシールすることができ、防滴性を確実に確保することができる。

しかも、固定保持具１１の雌ねじ部１２ｇ及び貫通孔１２ｈ間を連通する中空スペーサ１２ｉを設けたので、首付ねじ１３の装着時に固定保持具１１内に脱落することなく貫通孔１２ｈまで案内することができるとともに、首付ねじ１３の固定保持具１１への装着後の脱落を確実に防止することができる。さらに、中空スペーサ１２ｉが固定保持具１１の背面板部１２ｂ及び前面板部１２ｄの内面間に橋架されているので、固定保持具１１を中空に形成して軽量化を図った場合でも、首付ねじ１３の締付け時における締付荷重を中空スペーサ１２ｉで受けることができ、固定保持具１１の機械的強度を確保することができる。

また、ユニット取付部９には、固定保持具１１の首付ねじ１３の先端雄ねじ部１３ｂを挿通するねじ挿通孔９ｂが形成されている。このねじ挿通孔９ｂの外気導入部６側が袋ナット９ｄによって密封されているので、別途ガスケット等のシール材を使用することなくねじ挿通孔９ｂ位置での防滴性を確保することができる。
さらに、内部ユニット４Ａ，４Ｂの背面側に取付けた冷却器３を構成する冷却フィン３ａが、外気が導入される外気導入部６に直接晒されているので、別途ヒートパイプを設けることなく、簡易な構成で内部ユニット４Ａ，４Ｂの冷却効果を向上させることができる。

なお、上記実施形態においては、固定保持具１１が両端を閉塞した角筒体１２で構成されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、ユニット取付部９に当接する当接面１２ｊと内部ユニット４Ａ，４Ｂのユニット取付部９との対向面４ｆとの間にシーリングガスケット１５の適正圧縮幅に対応する突出長さΔＬの段差部１４を形成できれば、固定保持具１１自体の形状は任意形状とすることができる。

また、上記実施形態においては、固定保持具１１を内部ユニット４Ａ，４Ｂに固定する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、図１５に示すように、固定保持具１１の装着位置（例えば背面板４ａのフランジ部４ｂ）に前後方向に延長する長孔２１を形成して置く。この長孔２１内に固定保持具１１の底面板部１２ａに下方に突出して固定したねじ２２を挿通し、固定保持具１１の前後方向の位置をシーリングガスケット１５の適正圧縮幅に応じて調整した後に、ねじ２２の内部ユニット４Ａ，４Ｂの内面側にナット２３を螺合させて締付けて固定するようにしてもよい。

１…鉄道車両用電力変換装置、２…電力変換装置筐体、３…冷却器、３ａ…冷却フィン、４Ａ，４Ｂ…内部ユニット、５Ａ，５Ｂ…内部ユニット収容部、６…外気導入部、７Ａ，７Ｂ…内部ユニット、８Ａ，８Ｂ…内部ユニット収容部、９…ユニット取付部、９ａ…冷却器挿通孔、９ｂ…ねじ挿通孔、９ｃ…雌ねじ部、９ｄ…袋ナット、１１…固定保持具、１２…角筒体、１２ｇ…雌ねじ部、１２ｈ…貫通孔、１２ｉ…中空スペーサ、１２ｊ…当接面、１３…首付ねじ、１３ａ…頭部、１３ｂ…先端雄ねじ部、１３ｃ…小径部、１４…段差部、１５…シーリングガスケット、２１…長孔、２２…ねじ、２３…ナット

Claims

鉄道車両に搭載される電力変換装置筐体と、該電力変換装置筐体内に形成されたユニット取付部に装着する内部ユニットとを備え、
前記内部ユニットは、
前記ユニット取付部に形成した挿通孔を通じて突出する冷却器と、
前記ユニット取付部に当接して固定する複数の固定保持具とを備え、
前記固定保持具は、前記ユニット取付部との当接面を、前記ユニット取付部に対向する前記内部ユニットの面よりも突出させて段差部を形成し、前記ユニット取付部と前記ユニット取付部に対向する前記内部ユニットの面との間に前記段差部より大きな厚みを有するシーリングガスケットを配置し、
前記固定保持具は、取付ネジを回転自在に保持し、前記ユニット取付部は、前記取付ネジを挿通する挿通孔と、該挿通孔を前記固定保持具とは反対側で閉塞し、且つ前記取付ネジに螺合する袋ナットとを有することを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
前記固定保持具は、軸方向を前記ユニット取付部と平行とする角筒部と、該角筒部の前記ユニット取付部とは反対側の側面に形成された雌ねじ部と、前記ユニット取付部側の側面に前記雌ねじ部と対向して形成された透孔と、前記雌ねじ部と透孔とを連通させるように前記角筒部内に配設された中空スペーサと、頭部と先端側の雄ねじ部と前記頭部と雄ねじ部間に形成された小径部とで構成される首付ねじとを少なくとも有し、前記首付ねじが、前記雄ねじ部を前記雌ねじ部に螺合させてから前記小径部が前記雌ねじ部に挿通され、前記雄ねじ部が前記透孔を通じて前記ユニット取付部側に突出するように装着されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用電力変換装置。
前記角筒部は、互いに平行な側面板部と、当該側面板部の上下を連結する上下板部とを折曲形成し、折曲の始端及び終端を、前記中空スペーサを内部に固定してから接合して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用電力変換装置。
前記固定保持具は、前記冷却器の周囲に配設され、該冷却器と固定保持具との間に前記シーリングガスケットが前記冷却器を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
前記固定保持具は、前記段差部の高さを前記シーリングガスケットの圧縮幅に合わせて調整可能に前記内部ユニットに取付けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
前記ユニット取付部に対向する前記内部ユニットの面が方形に形成され、前記固定保持具は、前記ユニット取付部に対向する前記内部ユニットの面の各辺に少なくとも１個形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
前記電力変換装置筐体は、外気が導入される外気導入部と前記内部ユニットを収納するユニット収納部とが形成され、前記外気導入部と前記ユニット収納部とが前記ユニット取付部によって遮蔽され、前記外気導入部に外部に連通する開口部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。