JP6121890B2 - Power conversion device for vehicle and railway vehicle - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、車両用電力変換装置及び鉄道車両に関する。 Embodiments described herein relate generally to a vehicle power converter and a railway vehicle.
一般的な鉄道車両には、該鉄道車両における駆動用主電動機の制御等を行う装置として、車両用電力変換装置が例えば車体床下に設けられている。
従来、車両用電力変換装置は、車体の床下に取り付けられ、内部が密閉空間とされた制御箱と、この制御箱の内部に収容されたパワーユニット部(半導体素子のスイッチング動作を利用して電力変換を行う電力変換ユニット)と、制御箱の外部に開放された状態で制御箱に取り付けられ、パワーユニット部で生じた熱を放熱する放熱部と、を備えている。
In general railway vehicles, a vehicle power conversion device is provided, for example, under a vehicle body floor as a device for controlling a driving main motor in the railway vehicle.
2. Description of the Related Art Conventionally, a vehicular power conversion device is installed under a floor of a vehicle body and has a control box in which the inside is a sealed space, and a power unit unit housed in the control box (power conversion using a switching operation of a semiconductor element). And a heat radiating part attached to the control box in a state opened to the outside of the control box and radiating heat generated in the power unit part.
この種の車両用電力変換装置としては、例えば、パワーユニット部と放熱部とが一体構造とされ、放熱部を構成するフィンが制御箱の底壁を突き抜けて下方に突出するように、パワーユニット部を制御箱の底壁上に設置したものが知られている。 As this type of vehicle power conversion device, for example, the power unit portion and the heat radiating portion are integrated, and the power unit portion is arranged so that the fins constituting the heat radiating portion protrude through the bottom wall of the control box and protrude downward. Those installed on the bottom wall of the control box are known.
しかしながら、従来の車両用電力変換装置では、パワーユニット部と放熱部とが一体構造とされているので、例えばメンテナンス等で半導体素子を具備するパワーユニット部を取り外す場合、放熱部も同時に取り外す必要があり、着脱操作性に改善の余地があった。特に、パワーユニット部が制御箱の底壁上に設置されている場合には、重量物であるパワーユニット部を垂直方向に持ち上げる必要があるので、容易に行うことが難しい。 However, in the conventional vehicle power conversion device, the power unit portion and the heat radiating portion are integrated, so when removing the power unit portion including the semiconductor element for maintenance, for example, it is necessary to remove the heat radiating portion at the same time, There was room for improvement in detachability operability. In particular, when the power unit is installed on the bottom wall of the control box, it is difficult to easily perform the operation because it is necessary to lift the heavy power unit in the vertical direction.
仮に、パワーユニット部と放熱部とが分離可能に構成されていたとしても、重量物であるパワーユニット部を垂直方向に持ち上げることには変わりがないので、依然として着脱操作性に改善の余地が残されていた。
更に、パワーユニット部と放熱部とを分離可能に構成した場合、パワーユニット部と放熱部との間にパッキンを介在させる対策を一般的に行う必要があるが、パッキンを用いた場合には全体の構造が複雑化する課題も生じてしまう。
Even if the power unit part and the heat radiating part are configured to be separable, there is no change in lifting the heavy power unit part in the vertical direction, so there is still room for improvement in detachability operability. It was.
Furthermore, when the power unit part and the heat radiating part are configured to be separable, it is generally necessary to take measures to interpose a packing between the power unit part and the heat radiating part. The problem which becomes complicated will also arise.
本発明が解決しようとする課題は、安定した冷却性能を得ることができると共に、電力変換ユニットの着脱操作性が向上した車両用電力変換装置及び鉄道車両を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a vehicular power conversion device and a railway vehicle that can obtain stable cooling performance and have improved detachability operability of the power conversion unit.
実施形態の車両用電力変換装置は、底壁部を有する箱体と、前記箱体の内部に収容された電力変換ユニットと、前記底壁部の下面に固定され、前記電力変換ユニットで発生する熱を前記箱体の外側で放熱する放熱ユニットと、前記底壁部の上面に載置されると共に、前記電力変換ユニットをスライド移動可能に支持する支持レールと、前記底壁部の上面に立設され、前記支持レールを上下方向に移動可能にガイドするガイド部材と、前記支持レールを介して前記電力変換ユニットを前記底壁部の上面に押し付けた状態で固定可能であり、さらに前記ガイド部材に沿って前記底壁部から離間した前記支持レールを任意の高さで固定可能な固定部材と、を持つ。 The power conversion device for a vehicle according to the embodiment is generated by the power conversion unit that is fixed to the lower surface of the box having a bottom wall, a power conversion unit housed in the box, and the bottom wall. A heat dissipating unit that dissipates heat outside the box, a support rail that is placed on the top surface of the bottom wall portion and supports the power conversion unit so as to be slidable, and stands on the top surface of the bottom wall portion. A guide member which is provided and guides the support rail so as to be movable in the vertical direction, and can be fixed in a state where the power conversion unit is pressed against the upper surface of the bottom wall portion via the support rail. And a fixing member that can fix the support rail spaced apart from the bottom wall portion at an arbitrary height.
実施形態の鉄道車両は、上記車両用電力変換装置が床下に取り付けられた車体を持つ。 The railway vehicle according to the embodiment has a vehicle body on which the vehicle power conversion device is attached under the floor.
以下、実施形態の車両用電力変換装置及び鉄道車両を、図面を参照して説明する。
鉄道車両の構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態の鉄道車両1は、車体2と、この車体2の床下に設置された車両用電力変換装置3と、を備えている。
車両用電力変換装置3は、架線4からパンタグラフ5を介して供給された直流電力、又は図示しない電力供給源から供給された直流電力を交流電力に変換し、例えば左右の車輪6が軸支された台車7に取り付けられている車両用主電動機8や、鉄道車両1における図示しない各電気装備品(空調機等)に交流電力を供給する装置とされている。なお、車輪6は図示しない地面に設置されている線路上を走行する。
Hereinafter, a power converter for vehicles and a railway vehicle of an embodiment are explained with reference to drawings.
The configuration of the railway vehicle will be described.
As shown in FIG. 1, the
The vehicular
本実施形態では、車体2の前方及び後方を結ぶ方向を「前後方向L1」、車体2の車幅方向を「左右方向L2」、車体2の高さ方向を「上下方向L3」という。また、進行方向に対して車体2の右側を「右車側R」、進行方向に対して車体2の左側を「左車側L」という。
In the present embodiment, the direction connecting the front and rear of the
車両用電力変換装置の構成について説明する。
図2及び図3に示すように、車両用電力変換装置3は、車体2の床下に取り付けられた箱体(制御箱)10と、箱体10の内部に収容された電力変換ユニット20と、電力変換ユニット20をスライド移動可能に支持する一対の支持レール30と、支持レール30を上下方向L3に移動可能にガイドするねじロッド(ガイド部材)40と、支持レール30を固定するナット(固定部材)41と、箱体10の外側に取り付けられた放熱ユニット50と、を備えている。
The configuration of the vehicle power conversion device will be described.
As shown in FIGS. 2 and 3, the vehicle
箱体10は、車体2の床下側に向いた天壁部11と、図示しない線路側に向いた底壁部12と、前後方向L1及び左右方向L2に向いた4つの側壁部13と、を備え、これら各壁部(天壁部11、底壁部12、4つの側壁部13)によって直方体状に囲まれた金属製ボックスとされている。
The
この箱体10は、天壁部11に取り付けられた複数の取付け片(吊り耳)14を介して車体2の床下に吊り下がるように取り付けられている。具体的には、箱体10は例えば左車側L寄りの床下において、図示しない艤装限界内に収まるように取り付けられている。なお、艤装限界とは、例えば、鉄道の分野においては、車体の床下に設置する機器に対する制限であり、設置する機器のいかなる部分もはみ出してはならない上下、左右の限界と定義される。
なお、取付け片14は、天壁部11における四隅から左右方向L2の外側に向けて突出するように形成されている。但し、箱体10の取り付け位置や取付け片14の個数等は、上記の場合に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。
The
In addition, the
箱体10における4つの側壁部13のうち、左車側Lを向く箱体10の側壁部13には、箱体10の内部に収容されている電力変換ユニット20を出し入れする開口部15が形成されている。なお、通常時、この開口部15は図示しないカバーによって閉塞されている。
箱体10における底壁部12には、前後方向L1よりも左右方向L2に長い平面視矩形状の開口部16が形成されている。電力変換ユニット20及び放熱ユニット50は、この開口部16を挟んで対向するように配置されている。
Of the four
An opening 16 having a rectangular shape in plan view that is longer in the left-right direction L2 than in the front-rear direction L1 is formed in the
なお、箱体10の内部には、電力変換ユニット20だけでなく、その他の図示しない各種の電力変換機器(例えば、フィルタコンデンサやゲートアンプ等)や、鉄道車両1の走行に必要な図示しない各種機器が収容されていても構わない。
In addition, inside the
放熱ユニット50について詳細に説明する。
この放熱ユニット50は、電力変換ユニット20で発生する熱を箱体10の外側で放熱するユニットであって、放熱板51と、この放熱板51に一体的に形成された複数の冷却フィン52とを備えている。
The
The
図2〜図4に示すように、放熱板51は、熱導電性に優れた金属材料(例えばアルミ等)により、前後方向L1よりも左右方向L2に長い平面視矩形状に形成されており、箱体10の底壁部12に形成された開口部16よりも大きいサイズとされている。そして、この放熱板51は、開口部16を下方から塞ぐように、箱体10の底壁部12の下面に取り付けられている。
この際、放熱板51は、ねじやボルト等を利用した一般的な締結手段によって固定されても構わないし、溶接や接着等によって固定されても構わない。
As shown in FIG. 2 to FIG. 4, the
At this time, the
なお、開口部16における開口周縁は、シール材17によって全周に亘ってシーリングされている(図4参照)。これにより、開口部16における開口周縁と放熱板51との間の隙間が確実にシールされ、箱体10の内部の密閉性が確保されている。
In addition, the opening periphery in the
冷却フィン52は、放熱板51と同様に熱導電性に優れた金属材料により、車体2の進行方向である前後方向L1に沿って長く形成された板状フィンである。この冷却フィン52は、放熱板51から下方に向けて突出するように放熱板51に対して垂直に配置されていると共に、左右方向L2に一定の間隔をあけて平行に並ぶように配置されている。これにより、車体2の走行時、走行風が冷却フィン52の間を通過し易い構造とされている、
なお、複数の冷却フィン52は、例えば放熱板51に対して加締め結合やろう付け結合等で一体的に取り付けられていても良いし、その他の方法で一体的に取り付けられていても構わない。
The
The plurality of
次に、電力変換ユニット20について詳細に説明する。
図2〜図5に示すように、電力変換ユニット20は、底壁部12に形成された開口部16を通じて放熱ユニット50に対して載置された状態で、箱体10の内部に収容されている。具体的には、熱伝導シート45を間に挟みながら、放熱ユニット50における放熱板51の上面に載置されている。
Next, the
As shown in FIGS. 2 to 5, the
この電力変換ユニット20は、一対の支持レール30によって左右方向L2にスライド移動可能に支持された受熱板21と、この受熱板21に取り付けられた複数の半導体素子22と、各半導体素子22の図示しない端子部に導通することで所定の電力変換回路パターンを形成させる図示しない導体と、平滑コンデンサ23と、ゲート基板24と、を有している。
The
受熱板21は、放熱板51と同様に熱導電性に優れた金属材料により、前後方向L1よりも左右方向L2に長い平面視矩形状に形成されている。なお、受熱板21のサイズとしては、底壁部12に形成された開口部16よりも一回り小さい。従って、受熱板21の下面全体または略全体が、熱伝導シート45を間に挟みながら放熱板51の上面に載置されている。
The
受熱板21のうち、前後方向L1に面した一対の側縁部(スライド方向に沿って延びる一対の側縁部)21A(図3参照)には、それぞれガイド溝25が形成されている。
このガイド溝25は、左右方向L2から見た側面視で受熱板21の内側に向かって四角形状に凹んだ溝であり、左右方向L2に沿いながら側縁部21Aの全長に亘って形成されている。よって、ガイド溝25は、左車側L及び右車側Rに向けて開放されている。
In the
The
なお、ガイド溝25は、受熱板21の厚み方向における中間部分に形成されており、上方及び下方に向けては開放されていない。従って、受熱板21における一対の側縁部21Aには、ガイド溝25を挟んで上下方向L3に対向し合う上方フランジ21a及び下方フランジ21bがそれぞれ形成されている(図3参照)。
The
また、受熱板21のうち左車側Lに面する側縁部21Bには、2つの取手26が前後方向L1に間隔をあけて並ぶように取り付けられている。これにより、例えば取手26を把持しながら電力変換ユニット20の着脱操作や持ち運びを行うことが可能とされている。
但し、取手26は必須なものではなく、具備しなくても構わない。また、取手26を取り付ける場合、取手26の数は2つに限定されるものではない。
In addition, two
However, the
複数の半導体素子22は、図示しないゲートアンプのターンオン/ターンオフによってスイッチングされることで電力変換を行う素子であって、受熱板21の上面に取り付けられている。
なお、図示の例では、半導体素子22は前後方向L1に間隔をあけて3つ並び、且つ左右方向L2に間隔をあけて2つ並んだ状態で受熱板21に合計6つ取り付けられている。但し、半導体素子22の数はこの場合に限定されるものではない。
The plurality of
In the example shown in the figure, a total of six
また、受熱板21の上面には、複数の半導体素子22の周囲を囲むように形成されたフレーム枠27が取り付けられている。このフレーム枠27は、前後方向L1及び左右方向L2に面した4つの壁部を有すると共に、上方に開口した平面視四角形状に形成されている。
A
そして、このフレーム枠27に平滑コンデンサ23及びゲート基板24が取り付けられている。
具体的には、平滑コンデンサ23は、フレーム枠27の内部に収まった状態で固定され、複数の半導体素子22の上方に位置している。ゲート基板24は、フレーム枠27の壁部のうち左車側Lに面する壁部の外面側上部に取り付けられている。
なお、ゲート基板24が取り付けられている壁部の下部側は開口しており、例えば平滑コンデンサ23を取り外すことなく、フレーム枠27の外部から複数の半導体素子22に対してアクセスすることが可能とされている。
The smoothing
Specifically, the smoothing
In addition, the lower side of the wall portion to which the
上述したように構成された電力変換ユニット20は、先に述べたように、熱伝導シート45を間に挟みながら放熱板51の上面に載置されている。
図4に示すように、この熱伝導シート45は、金属フィラー等の図示しない熱伝導体が内部に配合されることで高い熱伝導性を有すると共に、柔軟性及び密着性にも優れたシートとされている。しかも、熱伝導シート45は、上記熱伝導体が厚さ方向に配向されており、平面方向よりも厚さ方向に高い熱伝導性を有している。
The
As shown in FIG. 4, the heat
また、熱伝導シート45は、受熱板21と同程度のサイズとされた平面視矩形状に形成されており、受熱板21の下面全体に亘って接触している。この熱伝導シート45は、シート本体45aと、非粘着層(例えばアルミからなる層)45bと、で2層に構成されており、非粘着層45bが受熱板21側に配置されている。シート本体45aは、若干の粘着性を有しており、放熱板51の上面に接着により仮固定することが可能とされている。
In addition, the heat
図2〜図5に示すように、一対の支持レール30は、受熱板21よりも左右方向L2に長く形成されており、受熱板21を間に挟んで前後方向L1に平行に並んだ状態で箱体10の底壁部12の上面に載置されている。
この際、各支持レール30は、左車側L方向に位置する第1端部30Aが、取手26が取り付けられた受熱板21の側縁部21Bに対してほぼ面一となる位置に配置され、且つ右車側R方向に位置する第2端部(第1端部30Aとは長手方向の反対側に位置する端部)30Bが、受熱板21よりもさらに右車側R方向に離れて位置するように、底壁部12の上面に載置されている。
As shown in FIGS. 2 to 5, the pair of support rails 30 are formed longer in the left-right direction L <b> 2 than the
At this time, each
各支持レール30の受熱板21側には、上面から凹むように形成された凹部が第1端部30Aから第2端部30Bに向かって受熱板21のガイド溝25と同じ長さとなるように形成されている。これにより、支持レール30には、該支持レール30の他の部分よりも厚みが薄く形成され、受熱板21のガイド溝25内に入り込んで該受熱板21を左右方向L2に沿ってスライド移動可能に支持するレール部31が形成されている。
つまり、一対の支持レール30はレール部31を介して受熱板21を前後方向L1から両持ち支持している。
On the side of the
That is, the pair of support rails 30 supports the
従って、スライド移動によって受熱板21を支持レール30から左車側L方向に取り外すことが可能であると共に、これとは逆に、取り外した受熱板21を左車側L方向からスライド移動させることで、再度支持レール30に支持させることが可能とされている。
Therefore, it is possible to remove the
なお、凹部の壁面のうち左車側L方向に面する壁面は、受熱板21における上方フランジ21aが当接するストッパ壁32として機能する。これにより、受熱板21がストッパ壁32を越えて、右車側R方向にスライド移動することを規制することができ、受熱板21のスライド方向における位置決めを行うことができる。
In addition, the wall surface facing the left vehicle side L direction among the wall surfaces of a recessed part functions as the
また、支持レール30の第1端部30A側には、該支持レール30を上下方向L3に貫くガイド孔33が形成されている。
このガイド孔33は、図3に示すように、左右方向L2に長い平面視楕円状に形成されている。さらに、支持レール30には、ガイド孔33に連通すると共に、左車側L方向に開口した収容室34が形成されている。この収容室34内には、ねじロッド40に螺合されたナット41が収容される。
Further, a
As shown in FIG. 3, the
上述したように構成された一対の支持レール30は、図2、図3及び図5に示すように、箱体10の底壁部12の上面に固定された連結バー(連結部材)35を介して互いに連結されている。
この連結バー35は、前後方向L1に沿って延びた長尺な部材であり、一対の支持レール30よりも右車側R方向に位置した状態で底壁部12の上面に固定されている。この際、連結バー35は、図示しないねじやボルト等の一般的な締結手段や、溶接、接着等によって底壁部12の上面に固定されていれば良い。
As shown in FIGS. 2, 3, and 5, the pair of support rails 30 configured as described above are connected via a connection bar (connection member) 35 fixed to the upper surface of the
The connecting
そして、連結バー35と各支持レール30の第2端部30Bとは、前後方向L1に沿って回動軸Mが配置されたヒンジ部36を介して互いに連結されている。各支持レール30は、ヒンジ部36を中心(回動軸Mを中心)に回動することで上下方向L3に移動自在とされている。なお、ヒンジ部36として、図示の例では蝶番を例に挙げているが、この場合に限定されるものではなく、例えば薄肉のヒンジ片であっても良い。
特に、各支持レール30は、ねじロッド40でガイドされながら第1端部30Aが上下方向L3に大きく移動するように回動する。
And the
In particular, each
図2〜図5に示すように、ねじロッド40は、外周面にねじ部が形成された円柱状のロッドであり、箱体10における底壁部12の上面に例えば溶接等により立設されている。なお、図示の例では、ねじロッド40の基端部から先端部に至る全長に亘ってねじ部が形成されている。
このねじロッド40は、一対の支持レール30の第1端部30A側に配置されており、ガイド孔33内に挿入されて支持レール30を下方から貫いている。この際、ねじロッド40の長さは、ねじロッド40の先端部が支持レール30よりも上方に大きく突出する程度の長さとされている。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
The
また、先に説明したように、ガイド孔33は左右方向L2に長い平面視楕円状に形成されているので、ねじロッド40とガイド孔33との間には左右方向L2に隙間が確保されている(図5参照)。この隙間によって、ガイド孔33内にねじロッド40が挿入されたままの状態で、ヒンジ部36を中心とした支持レール30の回動が許容されている。つまり、一対の支持レール30は、ねじロッド40に沿いながらヒンジ部36を中心に回動自在とされている。
Further, as described above, since the
ナット41は、ねじロッド40に螺合された状態で、支持レール30に形成された収容室34内に収容されている。従って、ナット41を回転操作して、ねじロッド40に沿って上下動させることで、該ナット41を介して支持レール30を押し上げ又は押し下げることが可能とされている。
The
特に、ねじロッド40に沿ってナット41を下方に移動させることで、支持レール30を介して電力変換ユニット20の受熱板21を、熱伝導シート45を間に挟んで放熱ユニット50の放熱板51に対して押し付けることが可能とされている。これにより、電力変換ユニット20は、スライド移動が規制された状態になると共に、箱体10の内部に安定的に固定された状態で収容される。
また、ねじロッド40に沿ってナット41を上方に移動させることで、ヒンジ部36を中心に一対の支持レール30を上方に向けて回動させることができる。従って、電力変換ユニット20の上記押し付けを解除できると共に、ねじロッド40に沿って底壁部12から離間した支持レール30を任意の高さで固定することが可能とされている。
In particular, by moving the
Further, by moving the
次に、上述したように構成された車両用電力変換装置3の作用について説明する。
なお、通常時(鉄道車両1の運行時)の段階では、ナット41が支持レール30を介して電力変換ユニット20を、熱伝導シート45を間に挟みながら放熱ユニット50に対して押し付けている。これにより、電力変換ユニット20はスライド移動が規制された状態で、箱体10の内部に安定的に設置されている。
Next, the operation of the vehicular
It should be noted that at a normal stage (when the
特に、本実施形態では、ねじやボルト等の一般的な締結手段を使用して電力変換ユニット20を固定する構造ではないので、構成を簡略化することができるうえ、締結手段を設置するスペースが不要となり、このスペースを有効に利用することが可能である。
In particular, in this embodiment, since it is not a structure which fixes the
そして、架線4又は図示しない電力供給源から車両用電力変換装置3に直流電力が供給されると、この直流電力は突入電流が防止された状態で、電力変換ユニット20における半導体素子22に供給される。すると、半導体素子22は、ゲートアンプからのターンオン/ターンオフによってスイッチングを行い、直流電力から交流電力への電力変換を行う。これにより、鉄道車両1の運行に必要な電力が確保される。
When DC power is supplied to the
上記電力変換の際に半導体素子22から発生した熱は、受熱板21及び熱伝導シート45を介して箱体10の外側に配置されている放熱ユニット50に伝わる。そして、放熱ユニット50がその熱を外気に放熱する。この放熱による熱交換により、箱体10の内部に収容されている電力変換ユニット20を冷却することができる。
The heat generated from the
この際、放熱ユニット50が複数の冷却フィン52を備えているので、外気との間の熱交換をスムーズに行うことができ、放熱性を高めて電力変換ユニット20を速やかに冷却することができる。しかも、鉄道車両1の走行に伴う走行風が複数の冷却フィン52の間を流れるので、積極的な放熱を行うことができ、安定した冷却を行える。
これらのことから、安定且つ優れた冷却性能を得ることができ、電力変換ユニット20及び箱体10の内部の温度上昇を効果的に抑制することができる。
At this time, since the
From these things, the stable and outstanding cooling performance can be obtained and the temperature rise inside the
特に、電力変換ユニット20と放熱ユニット50との間には熱伝導シート45が設けられているので、半導体素子22から発生した熱を抵抗少なく放熱ユニット50に伝えることができる。しかも、熱伝導シート45は、受熱板21と放熱板51との間に挟まれているので、受熱板21及び放熱板51の微小な表面凹凸や撓み部分等を自身の柔軟性(弾性)を利用して吸収でき、受熱板21及び放熱板51に対して隙間なく密着する。従って、電力変換ユニット20から放熱ユニット50に対して効率良く熱を伝えることができる。そのため、優れた冷却性能を発揮することができる。
In particular, since the heat
さらに、本実施形態では、受熱板21が熱伝導シート45を間に挟んで放熱板51に対して直接取り付けられていると共に、熱伝導シート45が平面方向よりも厚さ方向に高い熱伝導性を有している。これらのことから、電力変換ユニット20で発生した熱を一層効率良く放熱ユニット50に伝えることができ、高い冷却性能を期待できる。
Furthermore, in this embodiment, the
次に、電力変換ユニット20の着脱作業について説明する。
この場合には、左車側L方向に開口している収容室34内のナット41にアクセスし、該ナット41を回転させることでねじロッド40に沿って上方移動させる。なお、一対の支持レール30に取り付けられているそれぞれのナット41を同量、上方移動させる。
ナット41を上方移動させることで、支持レール30を介した電力変換ユニット20の押し付けを解除できると共に、ねじロッド40に沿って支持レール30を上方移動させることでき、箱体10の底壁部12から離間させることができる。
Next, the attachment / detachment work of the
In this case, the
By moving the
具体的には、図6に示すように、ナット41を上方移動させることで、ヒンジ部36を中心に一対の支持レール30を回動させることができ、底壁部12に対して傾斜させた状態で一対の支持レール30を上方移動させることができる。この際、一対の支持レール30は、左車側L方向に位置する第1端部30A側が大きく持ち上がるように傾斜する。
Specifically, as shown in FIG. 6, by moving the
そして、支持レール30の第1端部30Aが所望する高さに達した時点でナット41の回転操作を終了する。これにより、一対の支持レール30を例えば数度傾斜させた状態で、固定することができる。従って、一対の支持レール30によって支持されている電力変換ユニット20を底壁部12から持ち上げた状態(宙に浮いた状態)に維持することができる。
Then, when the
次いで、支持レール30に沿って受熱板21を左車側L方向にスライド移動させることで、宙に浮いた電力変換ユニット20を、開口部15を通じて箱体10の内部から外部に引き出すことができる。これにより、電力変換ユニット20の取り外し作業を行うことができ、半導体素子22を含む各構成品の交換作業やメンテナンス作業等を行える。また、受熱板21に取り付けられた取手26を利用できるので、電力変換ユニット20の取り外し作業を容易に行うことが可能である。
また、上述した逆の作業を行うことで電力変換ユニット20の取り付け作業を行える。
Next, the
Moreover, the installation work of the
特に、電力変換ユニット20の着脱を行う際、電力変換ユニット20を一旦宙に浮かせた状態に維持できるので、例えば電力変換ユニット20を垂直に持ち上げながら、箱体10の内部から引き出すといった一連の連続的な作業を行う必要がない。従って、重量物である電力変換ユニット20の着脱作業を従来に比べて容易に行うことができ、着脱操作性を向上することができる。
In particular, when the
また、ナット41を回転操作するだけで、支持レール30を介して電力変換ユニット20を任意の圧力で熱伝導シート45に押し付けることができると共に、支持レール30を任意の高さに微調整することが可能である。しかも、支持レール30を上下方向L3に移動させる際、ねじロッド40に対するナット41の噛み合いを利用して支持レール30が不意にずり下がるような挙動も防止できる。この点においても、着脱操作性を向上することができる。
Further, by simply rotating the
また、電力変換ユニット20の取り外し作業を行う際、支持レール30を介して電力変換ユニット20を一旦持ち上げるので、熱伝導シート45上を引きずるように電力変換ユニット20を移動させることがない。従って、熱伝導シート45に皺や擦れ、破れ等が生じることを抑制でき、熱伝導シート45を良好な状態で長期に亘って使用し続けることができる。
Further, when the
さらに、一対の支持レール30は、受熱板21を両持ち支持するので、電力変換ユニット20の全体をがたつき少なく安定して支持することができ、安定性に優れている。
また、受熱板21を両持ち支持しているので、電力変換ユニット20を持ち上げた際、受熱板21は支持レール30によって支持されている両側よりも中央部分が下方に膨らむように反った形状(撓んだ形状)になり易い。そのため、支持レール30を下方移動させて、受熱板21の下面を熱伝導シート45に接触させる際、受熱板21の中央部分を最初に接触させ、徐々に残りの部分を接触させることができる。
従って、受熱板21と熱伝導シート45との間に隙間が生じ難く、受熱板21の下面全体を熱伝導シート45に対して密着させることができ、受熱板21と熱伝導シート45との間で優れた熱伝導性を確保し易い。
Further, since the pair of support rails 30 supports the
Moreover, since the
Therefore, it is difficult for a gap to be formed between the
さらに、本実施形態では、箱体10の底壁部12を挟んで電力変換ユニット20及び放熱ユニット50が対向するように配置されているので、パッキンレス構造で箱体10の内部を密閉状態にすることが可能である。そのため、パッキンレス構造による全体構成の簡略化を図り易い。
また、電力変換ユニット20と放熱ユニット50とが分離可能な構造であるので、それぞれを個別に設計することができ、両ユニット20、50の構成の簡略化及び小型化を図り易い。
Furthermore, in this embodiment, since the
In addition, since the
さらに、熱伝導シート45が非粘着層45bを具備しているので、電力変換ユニット20を取り外す際、熱伝導シート45と受熱板21とを容易に離間させることができる。この点においても、着脱操作性を向上させ易い。
Furthermore, since the heat
以上説明したように、本実施形態によれば、電力変換ユニット20で発生する熱を効率良く放熱ユニット50に伝えることができ、安定且つ優れた冷却性能を発揮させて、電力変換ユニット20及び箱体10内の温度上昇を効果的に防止することができる。また、電力変換ユニット20の着脱操作性を向上することができ、メンテナンス等を効率良く行うことができるうえ、熱伝導シート45の破れ等を防止でき、熱伝導シート45を良好な状態で長期的に亘って使用し続けることができる。
そして、このような作用効果を奏する車両用電力変換装置3を具備しているので、電力供給が安定的になされ、走行性能に優れた鉄道車両1とすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the heat generated in the
And since the vehicle
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、上記実施形態では、電力変換ユニット20が熱伝導シート45を間に挟みながら、底壁部12に形成された開口部16を通じて放熱ユニット50に対して載置された構成を例に挙げたが、この場合に限定されるものではない。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
例えば、底壁部12に開口部16を形成せずに、電力変換ユニット20を箱体10の底壁部12の上面に載置すると共に、放熱ユニット50を箱体10の底壁部12の下面に固定する構成としても構わない。
この場合であっても、上記実施形態と同様に、電力変換ユニット20の着脱操作性を向上することができる。また、電力変換ユニット20で発生する熱を、底壁部12を通じて箱体10の外側に配置されている放熱ユニット50に伝えることができるので、外気とのスムーズな熱交換によって電力変換ユニット20を効率良く冷却することができる。
For example, without forming the
Even in this case, the detachability operability of the
但し、冷却効率の観点から、底壁部12に形成した開口部16を通じて電力変換ユニット20の受熱板21と放熱ユニット50の放熱板51とを接触させることが好ましく、さらには熱伝導シート45を間に挟んだ状態で受熱板21と放熱板51とを接触させることがより好ましい。
However, from the viewpoint of cooling efficiency, it is preferable that the
また、上記実施形態では、ヒンジ部36を中心に一対の支持レール30を回動させる構成としたが、この場合に限定されるものではない。例えば、支持レール30の全体をねじロッド40に沿って上下方向L3に平行移動させるように構成しても構わない。この場合であっても同様の作用効果を奏功することができる。
但し、支持レール30の全体を平行移動させる場合よりも、ヒンジ部36を中心に回動させる場合の方が、回転操作するナット41の数が少ないので、着脱操作性をより向上し易い。加えて、支持レール30を傾斜させることができるので、電力変換ユニット20を着脱させ易い。
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which rotates a pair of
However, since the number of
L…左車側、
R…右車側、
M…ヒンジ部の回動軸
L1…前後方向、
L2…左右方向、
L3…上下方向、
1…鉄道車両、
2…車体、
3…車両用電力変換装置、
4…架線、
5…パンタグラフ、
6…車輪、
7…台車、
8…車両用主電動機、
10…箱体(制御箱)、
11…天壁部、
12…底壁部、
13…側壁部、
14…取付け片(吊り耳)、
15…側壁部の開口部、
16…底壁部の開口部、
17…シール材、
20…電力変換ユニット、
21…受熱板、
21A、21B…側縁部、
21a…上方フランジ、
21b…下方フランジ、
22…半導体素子、
23…平滑コンデンサ、
24…ゲート基板、
25…ガイド溝、
26…取手、
27…フレーム枠、
30…支持レール、
30A…第1端部、
30B…第2端部、
31…レール部、
32…ストッパ壁、
33…ガイド孔、
34…収容室、
35…連結バー(連結部材)、
36…ヒンジ部、
40…ねじロッド(ガイド部材)、
41…ナット(固定部材)、
45…熱伝導シート、
45a…シート本体、
45b…非粘着層、
50…放熱ユニット、
51…放熱板、
52…冷却フィン、
L ... Left car side,
R ... Right car side,
M: Rotation axis L1 of the hinge part: the front-rear direction,
L2 ... left-right direction,
L3: Up and down direction,
1 ... Railcar,
2 ... the car body,
3 ... Vehicle power conversion device,
4 ... overhead lines,
5 ... Pantograph,
6 ... wheels,
7 ... cart,
8 ... Vehicle main motor,
10 ... box (control box),
11 ... the top wall,
12 ... bottom wall,
13 ... side wall,
14: Mounting piece (hanging ear),
15 ... opening of side wall,
16 ... the opening of the bottom wall,
17 ... Sealing material,
20 ... Power conversion unit,
21 ... heat receiving plate,
21A, 21B ... side edges,
21a ... upper flange,
21b ... lower flange,
22 ... Semiconductor element,
23: Smoothing capacitor,
24. Gate substrate,
25 ... Guide groove,
26 ... Toride,
27 ... Frame frame,
30 ... support rail,
30A ... first end,
30B ... second end,
31 ... Rail part,
32 ... stopper wall,
33 ... guide hole,
34 ... Containment room,
35 ... connecting bar (connecting member),
36 ... Hinge part,
40: Screw rod (guide member),
41 ... nut (fixing member),
45 ... heat conduction sheet,
45a ... seat body,
45b ... non-adhesive layer,
50 ... Heat dissipation unit,
51 ... heat sink,
52 ... cooling fins,
Claims (7)
前記箱体の内部に収容された電力変換ユニットと、
前記底壁部の下面に固定され、前記電力変換ユニットで発生する熱を前記箱体の外側で放熱する放熱ユニットと、
前記底壁部の上面に載置されると共に、前記電力変換ユニットをスライド移動可能に支持する支持レールと、
前記底壁部の上面に立設され、前記支持レールを上下方向に移動可能にガイドするガイド部材と、
前記支持レールを介して前記電力変換ユニットを前記底壁部の上面に押し付けた状態で固定可能であり、さらに前記ガイド部材に沿って前記底壁部から離間した前記支持レールを任意の高さで固定可能な固定部材と、を備える車両用電力変換装置。 A box having a bottom wall,
A power conversion unit housed inside the box;
A heat dissipating unit that is fixed to the lower surface of the bottom wall portion and dissipates heat generated by the power conversion unit outside the box;
A support rail mounted on the upper surface of the bottom wall and supporting the power conversion unit so as to be slidable;
A guide member that is erected on the upper surface of the bottom wall portion and guides the support rail so as to be movable in the vertical direction;
The power conversion unit can be fixed in a state of being pressed against the upper surface of the bottom wall portion via the support rail, and the support rail separated from the bottom wall portion along the guide member can be fixed at an arbitrary height. A vehicle power conversion device comprising: a fixing member that can be fixed.
前記底壁部には、開口部が形成され、
前記電力変換ユニットは、熱伝導シートを間に挟みながら、前記開口部を通じて前記放熱ユニットに対して載置され、
前記固定部材は、前記支持レールを介して前記電力変換ユニットを前記放熱ユニットに対して押し付ける車両用電力変換装置。 The vehicle power converter according to claim 1,
The bottom wall is formed with an opening,
The power conversion unit is placed with respect to the heat radiating unit through the opening while sandwiching a heat conductive sheet therebetween,
The fixed member is a vehicle power conversion device that presses the power conversion unit against the heat dissipation unit via the support rail.
前記底壁部の上面に固定され、前記支持レールのうちスライド方向に沿った一端部を、ヒンジ部を介して連結する連結部材を備え、
前記支持レールは、前記ガイド部材に沿いながら前記ヒンジ部を中心に回動する車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter according to claim 1 or 2,
A connecting member that is fixed to the upper surface of the bottom wall portion and that connects one end portion of the support rail along the sliding direction via a hinge portion;
The support rail is a vehicle power conversion device that rotates around the hinge portion along the guide member.
前記ガイド部材は、ねじ部が形成されたねじロッドであり、
前記固定部材は、前記支持レールに設けられると共に、前記ねじロッドに螺合されたナットである車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter device according to any one of claims 1 to 3,
The guide member is a threaded rod formed with a threaded portion,
The power conversion device for a vehicle, wherein the fixing member is a nut provided on the support rail and screwed to the screw rod.
前記電力変換ユニットは、受熱板と、該受熱板上に固定されると共に電力変換を行う半導体素子と、を備え、
前記支持レールは、前記受熱板をスライド移動可能に支持する車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter device according to any one of claims 1 to 4,
The power conversion unit includes a heat receiving plate, and a semiconductor element fixed on the heat receiving plate and performing power conversion,
The said support rail is a vehicle power converter device which supports the said heat receiving plate so that sliding movement is possible.
前記受熱板は、スライド方向に沿って延びる一対の側縁部を有する平面視矩形状に形成され、
前記支持レールは、前記一対の側縁部を介して前記受熱板を両持ち支持する車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter according to claim 5,
The heat receiving plate is formed in a rectangular shape in plan view having a pair of side edges extending along the sliding direction,
The said support rail is a vehicle power converter device which supports the said heat receiving plate both-ends via said pair of side edge part.
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