JP6385816B2 - 電力変換装置及びこれを備えた鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置の遮音構造に関するものである。

鉄道車両の床下には、駆動用電動機に供給する電力を制御する車両駆動用制御装置や、空調等の車上電気設備へ供給する電力を制御する補助電源装置などの電力変換装置が設置される。これらの電力変換装置には、電流のスイッチングを行って直流／交流の変換を行う半導体素子や、電流を平滑化するためのリアクトルなどの発熱部品が設置されるため、これらに冷却風を供給するための送風機が設置される。送風機は周辺の機器よりも大きな騒音を生じるため、冷却性能を損なわない範囲で、装置外へ漏洩する騒音を低減する必要がある。送風機から装置外へ漏洩する騒音を低減する構造として、特許文献１に示すようなものが知られている。

特許文献１に記載の車両用制御装置は、鉄道車両の床下に設置され、電力変換回路および回路部品を冷却する電動送風機を筐体内に収容しており、前記電動送風機の空気吸込口は、前記筐体の底面の、周囲の筐体底面よりも底上げされて設けられている。吸込口を底面に設け、車両側面側に外壁を設けることで、車両側面側への騒音の直達を抑制している。さらに、車両が高速走行した場合の前記筐体の表面で生じる空気の層流を剥離させることで、空気吸込口における筐体内外の圧力差を緩和し、電動送風機の空気取り込み量の低下を防いでいる。

特開２００８−１４９８８５

特許文献１に記載の車両用制御装置のように、送風機の空気吸込口が筐体の底面に設置される場合、線路周辺のバラスト石の飛散などによって、送風機の吸込口付近に設置される防塵フィルタの破損や目詰まりが発生し、送風機に供給される空気風量の低減が懸念される。一方、空気取込口を底面以外の例えば車両側面側に設置した場合には、上記したようなバラスト石の飛散などによる防塵フィルタの破損や目詰まりの問題は解消されるが、軌道沿線に漏洩する送風機からの騒音が大きくなるという課題がある。

本発明は上述した課題を解決するためのものであり、防塵フィルタの破損や目詰まりによる冷却風量の減少を避けつつ、軌道沿線へ漏洩する騒音レベルを低減する構造を有した電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明における電力変換装置は、遮音材の端部は送風機室の外壁と防塵フィルタに挟まれて固定され、遮音材は、遮音部が端部よりも電力変換装置の内側に入り込むような凸形状で構成され、遮音部と防塵フィルタとの間に冷却風の流れる空間を構成することを特徴とする。

本発明における電力変換装置は、遮音材の端部は電力変換装置の外壁と防塵フィルタに挟まれて固定され、防塵フィルタは、電力変換装置の外壁と固定される固定部よりも電力変換装置の外側に出っ張るような凸形状で構成され、遮音部と防塵フィルタとの間に冷却風の流れる空間を構成することを特徴とする。

本発明における電力変換装置は、防塵フィルタの端部は電力変換装置の外壁と遮音材に挟まれて固定され、防塵フィルタは、防塵フィルタが端部よりも電力変換装置の内側に入り込むような凸形状で構成され、遮音部と防塵フィルタとの間に冷却風の流れる空間を構成することを特徴とする。

本発明における電力変換装置は、防塵フィルタの端部は電力変換装置の外壁と遮音材に挟まれて固定され、遮音材は、電力変換装置の外壁と固定される固定部よりも電力変換装置の外側に出っ張るような凸形状で構成され、遮音部と防塵フィルタとの間に冷却風の流れる空間を構成することを特徴とする。

本発明における鉄道車両は、上記いずれかの電力変換装置が床下に設置された鉄道車両であって、吸気口が鉄道車両の側面側を向くように電力変換装置が鉄道車両の床下に設置されることを特徴とする。

送風機から発生した騒音が車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。

図１は、本発明の実施例１に関わる電力変換装置を表す斜視図である。 図２は、実施例１に関わる電力変換装置に設置される防塵フィルタを表す斜視図である。 図３は、実施例１に関わる電力変換装置に設置される遮音材を表す斜視図である。 図４は、図１を車両側面側から見た図であり、実施例１に関わる電力変換装置に遮音材と防塵フィルタが設置された状態を表す。 図５は、図１を上面から見た断面図であり、実施例１に関わる電力変換装置の通風構造を表す。 図６は、図１を車両走行方向から見た断面図であり、実施例１に関わる電力変換装置の通風構造を表す。 図７は、実施例１に関わる電力変換装置が、車両床下に設置された状態を表す斜視図である。 図８は、実施例２に関わる電力変換装置が、車両床下に設置された状態を表す斜視図である。 図９は、図１を車両走行方向から見た断面図であり、実施例３に関わる電力変換装置の通風構造を表す。 図１０は、実施例４における電力変換装置を上面から見た断面図である。 図１１は、実施例５における電力変換装置を上面から見た断面図である。 図１２は、実施例６における電力変換装置を上面から見た断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１に関わる電力変換装置を表す斜視図である。電力変換装置１００には送風機室１１０が２箇所備えられ、電力変換装置１００の内部に搭載される電子機器に冷却風を供給するための送風機１２０が各々設置される。送風機室１１０の側面に設けられた吸気口には、送風機１２０への塵埃の進入を防ぐための防塵フィルタ１３０と、送風機１２０から発生する騒音が外部に漏洩するのを防ぐための遮音材１４０が設置される。冷却風は防塵フィルタ１３０を介して送風機室１１０に供給される。遮音材１４０は、防塵フィルタ１３０と装置外壁１５０に挟まれて固定される。このように、遮音材の端部を、装置外壁１５０と防塵フィルタ１３０の間に挟む構造とすることで、遮音材を固定する工数が増加せず、容易に遮音材を固定することができる。

図２は、実施例１に関わる電力変換装置に設置される防塵フィルタを表す斜視図である。防塵フィルタ１３０は、金属性のフレーム１３１と通気性を有するメッシュ１３２で構成され、メッシュ１３２により冷却風の取り込みと防塵を行う。フレーム１３１の端部には防塵フィルタ固定用丸穴１３３が複数設置される。

図３は、実施例１に関わる電力変換装置に設置される遮音材を表す斜視図である。遮音材１４０の端部１４１には、前記防塵フィルタ固定用丸穴１３３に対応する位置に、遮音材固定用丸穴１４２が複数設けられる。また、端部１４１以外の部分は、防塵フィルタ１３０側から送風機１２０の方向に入り込むような凸形状となるように曲げられている（以下、この入り込んだ部分を遮音部１４３と呼ぶ）。端部１４１や遮音部１４３には、防塵フィルタ１３０のメッシュ１３２に対応する部分に通風用の開口部１４４が複数設置される。このように、遮音部１４３が端部１４１よりも送風機室の内側に入り込む凸形状として構成されているため、防塵フィルタ１３０のメッシュ１３２と遮音部１４３との間に冷却風１２２が流れる隙間が確保でき、送風機の空気流量を低減させることなく車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。ここで、遮音部１４３は、金属性の板などで構成することができるが、音を遮断できる材質であれば、金属以外の材料で構成しても良い。

図４は、図１に示した電力変換装置１００を車両側面側から見た図であり、実施例１に関わる電力変換装置に遮音材と防塵フィルタが設置された状態を表す。図４では、左右２箇所の送風機室１１０のうち、左側は防塵フィルタ１３０と遮音材１４０が固定された状態を表しており、右側は、防塵フィルタ１３０と遮音材１４０を取り外した状態を表している。送風機１２０の両側面に設置される吸込口１２１には、羽根車を回転させて風を吸い込む吸込機構が備えられている。そのため吸込口１２１では、羽根車が回転することにより風切り音が発生するため、吸込口１２１が電力変換装置１００の主音源となる。防塵フィルタ１３０と遮音材１４０は、各々の固定用丸穴１３３、１４２にボルトを通した状態で、装置外壁１５０に設けたネジ穴１５１に固定される。この時、遮音材１４０に設けた開口部１４４は、車両側面側から見て吸込口１２１の投影面上以外の位置となるように設置されている。すなわち、電力変換装置を吸気口の面と直交する方向（車両側面）から見た場合に、遮音部１４３が主音源である吸込口１２１と重なる部分に配置されており、直接目視できない。つまり、電力変換装置を車両側面側から見た場合に送風機の吸込口が遮音材の開口部でない部分に設置され、吸込口は遮音材に隠れている。このような構成とすることで、吸込口から車両側面側への騒音の直達を防ぐため、車両側面側へ漏洩する騒音レベルを低減することができる。

本実施例では、送風機１２０の左右の両側面に吸込口１２１が設置され、遮音部１４３が当該吸込口１２１と重なるように吸気口の両側に配置された例を示したが、中央に一つの吸込口１２１を備えた送風機１２０を適用する場合には、遮音部１４３が当該吸込口１２１と重なるように、遮音部１４３を吸気口の中央に配置することで、本実施例と同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、送風機１２０の左右の両側面に設けられた吸込口１２１がそれぞれ送風機１２０の左右の両側面を向いている例を示したが、吸込口１２１の方向はこれに限られず、電力変換装置の吸気口の方向を向いて設置されても良い。

図５は送風機室を上面から見た断面図、図６は電力変換装置を車両走行方向から見た断面図であり、それぞれ実施例１に関わる電力変換装置の通風構造を表す。図中に点線で示す冷却風１２２は、防塵フィルタ１３０のメッシュ１３２の全面からほぼ均一に吸気される。メッシュ１３２を通過した冷却風１２２は、防塵フィルタ１３０と遮音材１４０の間の空間を通り、遮音材１４０に設けた開口部１４４を通過して送風機１２０の吸込口１２１に供給される。

一方、送風機１２０の吐出口１２３は通風ダクト１６０に接続される。通風ダクト１６０には、電力変換装置の電力変換回路を構成する半導体素子１７１を冷却するための冷却フィン１７０が設置され、冷却風１２２が冷却フィン１７０の間を流れることで、半導体素子１７１で発生した熱を冷却フィン１７０から受熱する。冷却フィン１７０から受熱した冷却風１２２は、送風機室１１０とは反対側に設置された排気口１９０から電力変換装置１００の外部へ放出される。

図７は、実施例１に関わる電力変換装置が、鉄道車両の床下に設置された状態を表す斜視図である。実際の鉄道車両では床下に複数の機器が搭載されるが、図７では電力変換装置１００が搭載される部分のみを切り出して表している。電力変換装置１００は車両２００の床下に設置され、送風機室１１０の開口に設置した防塵フィルタ１３０および遮音材１４０が車両側面方向に向くような構成となっている。冷却風は車両側面方向から電力変換装置１００の中へ供給される。

次に、本発明の第１実施形態の効果について説明する。風切り音を発生させる送風機１２０の吸込口１２１が、電力変換装置の吸気口から見て遮音材１４０の遮音部１４３に隠れる構造とすることで、車両側面側への騒音の直達を防ぐため、車両側面側へ漏洩する騒音レベルを低減することができる。ここで、防塵フィルタ１３０を省略して、遮音材１４０の開口部１４４をメッシュで構成する構造も考えられるが、騒音を低下させるために遮音部は送風機の吸込口１２１を隠す程度に大きくする必要があるため、開口部１４４が比較的小さくなり、メッシュによる通風抵抗が大きくなるという問題が生じる。つまり、本実施例のように、遮音材１４０を防塵フィルタ１３０の内側に配置することにより、塵埃が送風機室内に入り込むことを防ぎ、かつ騒音レベルを十分に低減しつつ、冷却風量を確保することができる。

また、遮音材固定用丸穴１４２と防塵フィルタ固定用丸穴１３３とを各々対応する位置に設けることで固定用ボルトを共有できるため、固定用ボルトを通した状態で遮音材１４０を装置外壁１５０と防塵フィルタ１３０の間に挟み、装置外壁１５０に設けたネジ穴１５１に固定用ボルトで締結することで、遮音材１４０と防塵フィルタ１３０を容易に固定することができる。

また、遮音材１４０の端部１４１以外の部分を、防塵フィルタ１３０から送風機１２０の方向に入り込むように曲げて遮音部１４３を形成することで、防塵フィルタ１３０と遮音材１４０の間に冷却風１２２の流れる空間ができ、さらに遮音材１４０に開口部１４４を設けることで十分な通風面積を確保できるため、冷却風量を低減させることなく車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。

また、電力変換装置１００を車両２００の床下に設置した際に、車両側面側から冷却風１２２を取り込む構成とすることで、線路周辺のバラスト石の飛散により防塵フィルタ１３０の破損や目詰まりを防ぐことができる。そのため、冷却風量を低減させることなく車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。

なお、本実施例では、防塵フィルタ１３０と遮音材１４０を別の部材として電力変換装置１００に固定しているが、防塵フィルタ１３０と遮音材１４０を一つの部材として構成しても良い。また、本実施例では、２箇所の吸込口１２１を有する送風機１２０を設置した場合について説明しているが、吸込口１２１が１箇所の送風機１２０を設置した場合においても、同様の効果を得ることができる。さらに、送風機室１１０の内壁に、ウレタンスポンジやグラスウール等の吸音材を貼設することで、送風機室１１０内での音の共鳴を防止し、車両側面側に漏洩する騒音レベルをさらに低減することができる。

図８は、実施例２に関わる電力変換装置が、車両床下に設置された状態を表す斜視図である。実施例２では、車両２００の床下側面側に板状のカウル３００が設けられ、カウル３００の内側に実施例１で説明した電力変換装置１００が設置される。カウル３００と車両２００の間には数十ｍｍ程度の隙間３１０があり、さらに、カウル３００と電力変換装置１００の側面との間にも隙間が構成される。これらに隙間から冷却風１２２が取り込まれる。このように、電力変換装置１００の側面に隙間を介してカウル３００を配置する構成とすることで、カウル３００の遮音効果により、車両側面側に漏洩する騒音レベルをさらに低減することができる。また、カウル３００と車両２００との隙間３１０の断面積は十分に大きいため、この隙間３１０を冷却風１２２が通過する際の通風抵抗は小さい。そのため、冷却風量を低減させることなく車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。

図９は、電力変換装置を車両走行方向から見た断面図であり、実施例３に関わる電力変換装置の通風構造を表す。実施例３では、通風ダクト１６０には、冷却フィン１７０に加えて、電流を平滑化するためのリアクトル１８０が設置され、これらに冷却風１２２が供給される。冷却フィン１７０やリアクトル１８０から受熱した冷却風１２２は、電力変換装置１００の底面に設置された排気口１９０から外部へ放出される。このように、排気口１９０を電力変換装置１００の底面に設けることで、送風機室１１０の反対側へ漏洩する騒音レベルを低減することができる。なお、リアクトル１８０が設置されている部分の通風面積は十分に大きいため、冷却風１２２の流れを水平方向から下方向に曲げる際の通風抵抗は無視できるほど小さい。そのため、冷却風量を低減させることなく車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。

図１０は、実施例４に示す電力変換装置１００の送風機室１１０を上面から見た断面図である。実施例１では、防塵フィルタ１３０を平板で構成し、遮音材１４０の端部１４１以外の部分を、防塵フィルタ１３０から送風機１２０の方向に入り込むようなに曲げて、遮音部１４３を形成した構造を説明したが、実施例４では、図１０に示すように、遮音材１４０を平板で構成し、防塵フィルタ１３０を送風機室１１０の外側に出っ張るような凸形状となるように曲げて構成することにより、メッシュ１３２と遮音部１４３の間に冷却風１２２が流れる隙間を設ける構成としている。なお、この構成以外の部分は、実施例１と同様であるものとする。

当該実施形態によっても、電力変換装置を車両側面側から見た場合に、前記送風機の吸込口が遮音部の投影面上に設置されるため、冷却風量を低減させることなく車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。しかし、防塵フィルタが送風機室１１０の外側に出っ張る構造となるため、電力変換装置の側面に空間的な余裕がある場合に適用可能となる。

図１１は、実施例５に示す電力変換装置１００の送風機室１１０を上面から見た断面図である。実施例１では、遮音材１４０が、防塵フィルタ１３０と装置外壁１５０に挟まれて固定される構造を説明したが、実施例５では、図１１に示すように、遮音材１４０を防塵フィルタ１３０の外側に配置し、遮音材１４０を平板で構成し、防塵フィルタ１３０の端部１４１以外の部分を、遮音材１４０から送風機１２０の方向に入り込むような凸状の構造としている。なお、この構成以外の部分は、実施例１と同様であるものとする。本実施例に示す構造においては、外側の遮音材１４０の中央部の開口部１４４を通った冷却風１２２は、遮音材１４０と防塵フィルタ１３０の間に形成された隙間を通り、メッシュを通過して、送風機室内１１０に取り込まれる。

ここで、本実施例に示す構造では、遮音材１４０と防塵フィルタ１３０の間に冷却風の流れを阻害するゴミが入り込み、冷却風量を低下させる虞がある。そのため、図２に示した遮音材１４０から底面部材１４５を取り除いた構造とすることが望ましい。底面部材１４５を取り除くことにより、遮音材１４０と防塵フィルタ１３０の間に入り込んだゴミが下方へ落ちやすくなり、冷却風量を低下させることを防止できる。当該実施形態によっても、電力変換装置を車両側面側から見た場合に、前記送風機の吸込口が遮音部の投影面上に設置されるため、冷却風量の低減を抑えつつ車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。しかし、防塵フィルタの外側に遮音材が配置される構造となるため、ゴミが防塵フィルタと遮音材の間に挟まらないように、防塵フィルタと遮音材の間には比較的大きな空間を確保することが望ましい。

図１２は、実施例６に示す電力変換装置１００の送風機室１１０を上面から見た断面図である。実施例５では、図１１に示すように、遮音材１４０を防塵フィルタ１３０の外側に配置し、遮音材１４０を平板で構成し、防塵フィルタ１３０の端部１４１以外の部分を、遮音材１４０から送風機１２０の方向に入り込むような凸状の構造とした例を説明したが、本実施例６では、遮音材１４０を防塵フィルタ１３０の外側に配置すると共に、防塵フィルタ１３０を平板で構成し、遮音材１４０を送風機室１１０の外側に出っ張るような凸形状となるように曲げて構成することにより、メッシュ１３２と遮音部１４３の間に冷却風１２２が流れる隙間を設ける構成としている。

当該実施形態によっても、電力変換装置を車両側面側から見た場合に、前記送風機の吸込口が遮音部の投影面上に設置されるため、冷却風量を低減させることなく車両側面側に漏洩する騒音レベルを低減することができる。しかし、遮音材が送風機室１１０の外側に出っ張る構造となるため、電力変換装置の側面に空間的な余裕がある場合に適用可能となる。

１００ 電力変換装置
１１０ 送風機室
１２０ 送風機
１２１ 吸込口
１２２ 冷却風
１２３ 吐出口
１３０ 防塵フィルタ
１３１ フレーム
１３２ メッシュ
１３３ 防塵フィルタ固定用丸穴
１４０ 遮音材
１４１ 端部
１４２ 遮音材固定用丸穴
１４３ 遮音部
１４４ 開口部
１５０ 装置外壁
１５１ ネジ穴
１６０ 通風ダクト
１７０ 冷却フィン
１７１ 半導体素子
１８０ リアクトル
１９０ 排気口
２００ 車両
３００ カウル
３１０ 隙間

Claims (10)

1. 車両用電力変換装置の車両側面に設けられた吸気口から冷却風を取り込む送風機と、
   前記吸気口に備えられて、前記送風機への塵埃の進入を防ぐ防塵フィルタとを備え、前記吸気口から取り込んだ冷却風によって電力変換回路を構成する半導体素子を冷却する電力変換装置であって、
   前記送風機と前記防塵フィルタとの間に、一部に開口部を有する遮音材が設置され、
   前記遮音材は、前記開口部と遮音部とを有し、
   前記遮音材の端部は送風機室の外壁と前記防塵フィルタに挟まれて固定され、
   前記遮音材は、前記遮音部が前記端部よりも電力変換装置の内側に入り込むような凸形状で構成され、前記遮音部と前記防塵フィルタとの間に冷却風の流れる空間を構成することを特徴とする電力変換装置。
2. 車両用電力変換装置の車両側面に設けられた吸気口から冷却風を取り込む送風機と、
   前記吸気口に備えられて、前記送風機への塵埃の進入を防ぐ防塵フィルタとを備え、前記吸気口から取り込んだ冷却風によって電力変換回路を構成する半導体素子を冷却する電力変換装置であって、
   前記送風機と前記防塵フィルタとの間に、一部に開口部を有する遮音材が設置され、
   前記遮音材は、前記開口部と遮音部とを有し、
   前記遮音材の端部は前記電力変換装置の外壁と前記防塵フィルタに挟まれて固定され、
   前記防塵フィルタは、前記電力変換装置の外壁と固定される固定部よりも電力変換装置の外側に出っ張るような凸形状で構成され、前記遮音部と前記防塵フィルタとの間に冷却風の流れる空間を構成することを特徴とする電力変換装置。
3. 車両用電力変換装置の車両側面に設けられた吸気口から冷却風を取り込む送風機と、
   前記吸気口に備えられて、前記送風機への塵埃の進入を防ぐ防塵フィルタとを備え、前記吸気口から取り込んだ冷却風によって電力変換回路を構成する半導体素子を冷却する電力変換装置であって、
   前記送風機と一部に開口部を有する遮音材との間に、前記防塵フィルタが設置され、
   前記遮音材は、前記開口部と遮音部とを有し、
   前記防塵フィルタの端部は前記電力変換装置の外壁と前記遮音材に挟まれて固定され、
   前記防塵フィルタは、前記防塵フィルタが前記端部よりも電力変換装置の内側に入り込むような凸形状で構成され、前記遮音部と前記防塵フィルタとの間に冷却風の流れる空間を構成することを特徴とする電力変換装置。
4. 車両用電力変換装置の車両側面に設けられた吸気口から冷却風を取り込む送風機と、
   前記吸気口に備えられて、前記送風機への塵埃の進入を防ぐ防塵フィルタとを備え、前記吸気口から取り込んだ冷却風によって電力変換回路を構成する半導体素子を冷却する電力変換装置であって、
   前記送風機と一部に開口部を有する遮音材との間に、前記防塵フィルタが設置され、
   前記遮音材は、前記開口部と遮音部とを有し、
   前記防塵フィルタの端部は前記電力変換装置の外壁と前記遮音材に挟まれて固定され、
   前記遮音材は、前記電力変換装置の外壁と固定される固定部よりも電力変換装置の外側に出っ張るような凸形状で構成され、前記遮音部と前記防塵フィルタとの間に冷却風の流れる空間を構成することを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   電力変換装置を前記吸気口の面と直交する方向から見た場合に、前記遮音部が前記送風機の吸込口と重なる部分に設置されることを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１乃至請求項4のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記送風機は、羽根車を回転させて風を吸い込む吸込機構を吸込口に備えることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記吸気口が鉄道車両の床下に設置されることを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項７に記載の電力変換装置であって、
   前記電力変換装置の側面側に板状のカウルが、冷却風の流れる隙間を介して設置されることを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項７又は請求項８に記載の電力変換装置であって、
   前記電力変換装置の排気口が鉄道車両の底面側に設けられることを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置が床下に設置された鉄道車両であって、
    吸気口が鉄道車両の側面側を向くように前記電力変換装置が鉄道車両の床下に設置されることを特徴とする鉄道車両。