JP7310467B2 - power converter - Google Patents
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Description
この発明は、電力変換装置に関し、特に、主回路部を備える電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter, and more particularly to a power converter including a main circuit section.
従来、主回路部を備える電力変換装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a power conversion device including a main circuit unit is known (see
上記特許文献1の電力変換装置は、メインハウジングと、メインハウジングの下方に設けられるサブハウジングとを備えている。メインハウジングは、上部ケースを含む。上部ケースには、主回路部が収容されている。なお、主回路部は、比較的発熱量の大きいスイッチング素子などを含む。また、メインハウジングは、上部ケースの下方に配置される下部ケースを含む。下部ケースには、上部ケースに収容された主回路部を冷却するための1つのヒートシンクが収容されている。また、下部ケースには、ファンが設けられている。ファンによって外部から導入される空気によってヒートシンクが冷却される。すなわち、ヒートシンク(主回路部)は、ファンによる強制循環方式によって冷却される。
The power conversion device of
また、上記特許文献1の電力変換装置では、サブハウジングには、サブ回路部が収容されている。なお、サブ回路部とは、比較的発熱量の少ない機器などにより構成されている。たとえば、サブ回路部は、DCR(Differential Current Relay)などを含む。また、サブ回路部は、サブハウジングに設けられた通気口を介して流入する自然通気により冷却されるように構成されている。
Further, in the power conversion device of
また、上記特許文献1の電力変換装置では、メインハウジングとサブハウジングとの間には、開閉部が設けられている。また、サブハウジングには、温度センサが設けられている。そして、温度センサによって検出された温度が所定の温度よりも高くなった場合に、開閉部が開かれた状態になる。これにより、サブハウジング内の空気が、メインハウジングに設けられたファンによって強制的に流動される。その結果、サブハウジングに収容されたサブ回路部の冷却効率が向上する。
Further, in the power conversion device of
しかしながら、上記特許文献1に記載の電力変換装置では、比較的発熱量の大きい主回路部が、上部ケースに配置されるとともに、1つのヒートシンクによって冷却されている。このため、主回路部の発熱量が増大した際に、1つのヒートシンクによって主回路部を十分に冷却できない場合があるという問題点が考えらえる。
However, in the power conversion device described in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、主回路部を十分に冷却することが可能な電力変換装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems described above, and one object of the present invention is to provide a power converter capable of sufficiently cooling the main circuit section.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による電力変換装置は、電力を変換する第1主回路部と、第1主回路部が載置される第1冷却部と、電力を変換する第2主回路部と、第1冷却部に対向するとともに、第1冷却部と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、第2主回路部が載置される第2冷却部と、第1冷却部に載置された第1主回路部を収納する第1筐体部と、第2冷却部に載置された第2主回路部を収納する第2筐体部と、第1筐体部と第2筐体部との間において、第1冷却部と第2冷却部とに対して冷却風を送風する送風部とを備え、直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子および半導体スイッチング素子を制御する制御部と、交流電力を直流電力に整流するダイオードとは、互いに異なる筐体部に収容されている。 In order to achieve the above object, a power conversion device according to a first aspect of the present invention includes a first main circuit unit that converts power, a first cooling unit on which the first main circuit unit is mounted, and a The second main circuit unit to be converted is opposed to the first cooling unit and is provided so as to be separated by a predetermined distance when viewed from a direction perpendicular to the direction facing the first cooling unit. a second cooling unit on which the circuit unit is mounted; a first casing unit that houses the first main circuit unit mounted on the first cooling unit; and a second main circuit mounted on the second cooling unit and a blower section for blowing cooling air to the first cooling section and the second cooling section between the first housing section and the second housing section. A semiconductor switching element that converts DC power into AC power, a control unit that controls the semiconductor switching element, and a diode that rectifies AC power into DC power are housed in different housings.
この発明の第1の局面による電力変換装置では、上記のように、第1主回路部が載置される第1冷却部と、第1冷却部に対向するとともに、第1冷却部と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、第2主回路部が載置される第2冷却部とを備える。これにより、比較的発熱量の大きい、第1主回路部および第2主回路部が、各々、第1冷却部と第2冷却部とにより個別に冷却されるので、1つの冷却部によって主回路部(第1主回路部および第2主回路部)を冷却する場合と比べて、主回路部(第1主回路部および第2主回路部)を効率よく冷却することができる。その結果、主回路部を十分に冷却することができる。また、1つの冷却部に主回路部(第1主回路部および第2主回路部)が配置される場合と比べて、1つの冷却部の放熱面積を容易に大きくすることができる。また、第1冷却部と第2冷却部とが対向する方向に直交する方向から見て、第1冷却部と第2冷却部とが所定の間隔を隔てて離間しているので、第1冷却部と第2冷却部との間の隙間を冷却風がスムーズに移動することができる。これにより、冷却風の流速が大きくなるので、第1冷却部と第2冷却部との冷却効率を向上させることができる。 In the power conversion device according to the first aspect of the present invention, as described above, the first cooling section on which the first main circuit section is mounted faces the first cooling section and faces the first cooling section. a second cooling unit provided at a predetermined interval when viewed in a direction orthogonal to the direction, and on which the second main circuit unit is mounted; As a result, the first main circuit section and the second main circuit section, which generate a relatively large amount of heat, are individually cooled by the first cooling section and the second cooling section, respectively. It is possible to efficiently cool the main circuit section (the first main circuit section and the second main circuit section) as compared with the case of cooling the section (the first main circuit section and the second main circuit section). As a result, the main circuit section can be sufficiently cooled. In addition, compared to the case where the main circuit section (the first main circuit section and the second main circuit section) is arranged in one cooling section, the heat dissipation area of one cooling section can be easily increased. In addition, since the first cooling unit and the second cooling unit are spaced apart by a predetermined distance when viewed from a direction orthogonal to the direction in which the first cooling unit and the second cooling unit face each other, the first cooling unit The cooling air can smoothly move through the gap between the part and the second cooling part. As a result, the flow velocity of the cooling air increases, so that the cooling efficiency of the first cooling section and the second cooling section can be improved.
また、第1冷却部に載置された第1主回路部を収納する第1筐体部と、第2冷却部に載置された第2主回路部を収納する第2筐体部とを備えることによって、比較的発熱量の大きい、第1主回路部および第2主回路部が、それぞれ、第1筐体部と第2筐体部とに分離して配置されているので、1つの筐体に主回路部(第1主回路部および第2主回路部)が配置される場合と比べて、筐体内の温度を大幅に低下させることができる。なお、「主回路部」とは、半導体スイッチング素子やダイオードなど、比較的発熱量の大きい電子部品により構成された部分を意味する。
上記目的を達成するために、この発明の第2の局面による電力変換装置は、電力を変換する第1主回路部と、第1主回路部が載置される第1冷却部と、電力を変換する第2主回路部と、第1冷却部に対向するとともに、第1冷却部と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、第2主回路部が載置される第2冷却部と、第1冷却部に載置された第1主回路部を収納する第1筐体部と、第2冷却部に載置された第2主回路部を収納する第2筐体部と、第1筐体部と第2筐体部との間において、第1冷却部と第2冷却部とに対して冷却風を送風する送風部とを備え、第1筐体部には、冷却風が流れる方向に略直交する方向に窪む凹部が設けられており、第2筐体部は、第1筐体部の凹部に対向するようにかつ、第2筐体部が配置される面から凹部に向かって凸状に配置されている。
Also, a first casing part that houses the first main circuit part placed on the first cooling part and a second casing part that houses the second main circuit part placed on the second cooling part are provided. Since the first main circuit section and the second main circuit section, which generate a relatively large amount of heat, are arranged separately in the first housing section and the second housing section, respectively, one Compared to the case where the main circuit section (the first main circuit section and the second main circuit section) is arranged in the housing, the temperature inside the housing can be significantly reduced. The "main circuit section" means a section composed of electronic components that generate a relatively large amount of heat, such as semiconductor switching elements and diodes.
In order to achieve the above object, a power converter according to a second aspect of the present invention includes a first main circuit unit that converts power, a first cooling unit on which the first main circuit unit is mounted, and a The second main circuit unit to be converted is opposed to the first cooling unit and is provided so as to be separated by a predetermined distance when viewed from a direction perpendicular to the direction facing the first cooling unit. A second cooling unit on which the circuit unit is mounted, a first housing unit that houses the first main circuit unit mounted on the first cooling unit, and a second main circuit mounted on the second cooling unit and a blower section for blowing cooling air to the first cooling section and the second cooling section between the first housing section and the second housing section. The first casing is provided with a recess that is depressed in a direction substantially perpendicular to the direction in which the cooling air flows, and the second casing is opposed to the recess of the first casing, and It is arranged in a convex shape toward the concave portion from the surface on which the second housing portion is arranged.
上記第1および第2の局面による電力変換装置において、好ましくは、第1筐体部は、第1主回路部を密閉し、第2筐体部は、第2主回路部を密閉するように構成されている。このように構成すれば、第1主回路部および第2主回路部を塵や水分から保護することができる。 In the power conversion device according to the first and second aspects, preferably, the first housing unit seals the first main circuit unit, and the second housing unit seals the second main circuit unit. It is configured. With this configuration, the first main circuit section and the second main circuit section can be protected from dust and moisture.
この場合、好ましくは、第1筐体部は、第1主回路部を密閉するとともに、第2筐体部は、第2主回路部を密閉するように構成されており、電力変換装置は、鉄道車両に配置されるように構成されている。このように構成すれば、鉄道車両では、第1主回路部および第2主回路部に対する防塵性および防水性が要求されるので、第1主回路部および第2主回路部を密閉することは、電力変換装置が鉄道車両に設けられる点において特に有効である。 In this case, preferably, the first housing unit is configured to seal the first main circuit unit, and the second housing unit is configured to seal the second main circuit unit, and the power converter is configured to: It is configured to be placed on a rail vehicle. With this configuration, since the first main circuit section and the second main circuit section of the railway vehicle are required to be dustproof and waterproof, it is not necessary to seal the first main circuit section and the second main circuit section. , the power conversion device is particularly effective in that it is provided in a railway vehicle.
上記第1および第2の局面による電力変換装置において、好ましくは、第1冷却部は、第1主回路部が載置される第1冷却本体部と、第1冷却本体部に設けられる第1放熱フィンとを含み、第2冷却部は、第2主回路部が載置される第2冷却本体部と、第2冷却本体部に設けられる第2放熱フィンとを含み、第1放熱フィンと第2放熱フィンとが配置されるとともに、冷却風が流れる方向の一方端部側に送風部が配置され、他方端部側に冷却風が排出される排出口が配置される第3筐体部をさらに備える。このように構成すれば、送風部によって送風され第3筐体部の内部を通気する冷却風によって、第1放熱フィンと第2放熱フィンとを冷却する(つまり、第1主回路部と第2主回路部とを個別に冷却する)ことができるので、第1主回路部および第2主回路部を効率よく冷却することができる。 In the power conversion devices according to the first and second aspects, preferably, the first cooling unit includes a first cooling body on which the first main circuit is mounted, and a first cooling body provided in the first cooling body. The second cooling part includes a second cooling body on which the second main circuit part is mounted, and a second cooling body provided on the second cooling body, the first cooling fins and A third housing portion in which the second heat radiating fins are arranged, the air blowing portion is arranged on one end side in the direction in which the cooling air flows, and the discharge port for discharging the cooling air is arranged on the other end side. further provide. With this configuration, the cooling air that is blown by the air blowing unit and passes through the inside of the third housing cools the first heat radiating fins and the second heat radiating fins (that is, the first main circuit unit and the second heat radiating fins). Since the main circuit section can be cooled separately, the first main circuit section and the second main circuit section can be efficiently cooled.
上記第1の局面による電力変換装置において、好ましくは、第1筐体部には、冷却風が流れる方向に略直交する方向に窪む凹部が設けられており、第2筐体部は、第1筐体部の凹部に対向するようにかつ、第2筐体部が配置される面から凹部に向かって凸状に配置されており、冷却風が、送風部から凸状の第2筐体部を乗り越えるとともに、第1冷却部および第2冷却部を介して、凸状の第2筐体部の冷却風が流れる方向における下流側に流れるように構成されている。このように構成すれば、第1筐体部の凹部側に、凸状の第2筐体部を寄せて配置することができるので、第1筐体部と第2筐体部とが積層される方向の電力変換装置の幅を小さくすることができる。 In the power conversion device according to the first aspect, preferably, the first housing portion is provided with a recess recessed in a direction substantially perpendicular to the direction in which the cooling air flows, and the second housing portion The second housing is arranged so as to face the concave portion of the first housing portion and in a convex shape toward the concave portion from the surface on which the second housing portion is arranged, and the cooling air is directed from the blower portion into the convex shape. While getting over the part, it is configured to flow to the downstream side in the direction in which the cooling air of the convex second housing part flows via the first cooling part and the second cooling part. With this configuration, the convex second housing portion can be arranged closer to the concave portion side of the first housing portion, so that the first housing portion and the second housing portion are stacked. It is possible to reduce the width of the power conversion device in the direction of
この場合、好ましくは、第1主回路部と第2主回路部との間において電圧を変換するトランスと、第2主回路部に接続されるリアクトルと、冷却風が排出される排出口とをさらに備え、リアクトルは、送風部と、凸状の第2筐体部との間の流路に配置され、トランスは、凸状の第2筐体部と、排出口との間の流路に配置されている。このように構成すれば、トランスの発熱量よりもリアクトルの発熱量の方が大きいので、送風部と凸状の第2筐体部との間の流路(冷却風の上流側)にリアクトルを配置することによって、リアクトルを効率的に冷却することができる。 In this case, preferably, a transformer for converting voltage between the first main circuit section and the second main circuit section, a reactor connected to the second main circuit section, and an outlet for discharging the cooling air are provided. In addition, the reactor is disposed in the flow path between the blower section and the convex second casing, and the transformer is disposed in the flow path between the convex second casing and the discharge port. are placed. With this configuration, the amount of heat generated by the reactor is greater than the amount of heat generated by the transformer. By arranging, the reactor can be efficiently cooled.
上記第2の局面による電力変換装置において、好ましくは、第1主回路部は、直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子を含み、半導体スイッチング素子を制御する制御部をさらに備え、制御部は、第1主回路部とともに、第1筐体部に収容されている。このように構成すれば、半導体スイッチング素子と制御部とが別々の筐体に収容されている場合と比べて、半導体スイッチング素子と制御部とを接続する配線長を短縮することができる。 In the power converter according to the second aspect, preferably, the first main circuit section includes a semiconductor switching element that converts DC power into AC power, and further includes a control section that controls the semiconductor switching element, wherein the control section , and the first main circuit portion are accommodated in the first housing portion. With this configuration, the wiring length connecting the semiconductor switching element and the control section can be shortened compared to the case where the semiconductor switching element and the control section are accommodated in separate housings.
この場合、好ましくは、制御部と外部の配線とを電気的に接続するコネクタ部をさらに備え、コネクタ部は、第1筐体部の側面に設けられている。このように構成すれば、制御部とコネクタ部とが別々の筐体に設けられている場合と比べて、制御部とコネクタ部とを接続する配線長を短縮することができる。 In this case, preferably, a connector section for electrically connecting the control section and an external wiring is further provided, and the connector section is provided on a side surface of the first housing section. With this configuration, the wiring length connecting the control section and the connector section can be shortened compared to the case where the control section and the connector section are provided in separate housings.
上記制御部を備える電力変換装置において、好ましくは、第2主回路部は、交流電力を直流電力に整流するダイオードを含むとともに、制御部が収容される第1筐体部とは異なる第2筐体部に収容されている。このように構成すれば、ダイオードは、制御部によって制御されないので、制御部が収容されない第2筐体部にダイオードを収容しても、配線長が長くなることはない。その結果、半導体スイッチング素子とダイオードとを分離した状態で、半導体スイッチング素子とダイオードとを個別に効率よく冷却することができる。 In the power conversion device including the control unit, preferably, the second main circuit unit includes a diode that rectifies AC power into DC power, and a second housing different from the first housing housing the control unit. housed in the body. With this configuration, the diode is not controlled by the control section, so even if the diode is accommodated in the second housing section in which the control section is not accommodated, the wiring length does not become long. As a result, the semiconductor switching element and the diode can be individually and efficiently cooled while the semiconductor switching element and the diode are separated.
本発明によれば、上記のように、主回路部を十分に冷却することができる。 According to the present invention, the main circuit section can be sufficiently cooled as described above.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1~図6を参照して、第1実施形態による電力変換装置100の構成について説明する。なお、第1実施形態では、電力変換装置100は、鉄道車両1(図5参照)に配置されている。たとえば、電力変換装置100は、鉄道車両1の客室の下方の空間1aに配置されている。また、本願明細書において、Z方向は、鉛直方向であり、Z1方向は、上方向であり、Z2方向は、下方向である。また、X方向およびY方向は、水平面に沿った互いに直交する方向である。
[First Embodiment]
The configuration of a
まず、図1を参照して、電力変換装置100の回路構成について説明する。
First, the circuit configuration of the
電力変換装置100は、直流電源2から出力される直流電力を、交流電力に変換する第1主回路部10(インバータ)を備えている。第1主回路部10は、直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチング素子10aを含む。
The
また、電力変換装置100は、トランス20を備えている。トランス20は、第1主回路部10と、後述する第2主回路部11との間において電圧を変換するように構成されている。
The
また、電力変換装置100は、第2主回路部11(整流部)を備えている。第2主回路部11は、第1主回路部10からの交流電力を整流する(直流に変換する)ように構成されている。第2主回路部11は、交流電力を直流電力に整流する複数のダイオード11aを含む。また、第2主回路部11には、複数のダイオード11aによって変換された直流電力を平滑するリアクトル21が接続されている。また、リアクトル21によって平滑された直流電力は、負荷3に供給される。また、リアクトル21と負荷3との間には、コンデンサ22が設けられている。なお、リアクトル21とコンデンサ22とによって平滑回路が構成されている。
The
次に、電力変換装置100の構造について説明する。なお、図2~図4では、電力変換装置100の内部を図示するために、電力変換装置100の上方および下方が開口しているように記載されている。一方、実際には、電力変換装置100の上方および下方は、閉じられている。
Next, the structure of the
図5および図6に示すように、電力変換装置100は、第1主回路部10が載置される上部冷却部30を備えている。また、上部冷却部30は、第1主回路部10が載置される上部冷却本体部31と、上部冷却本体部31に設けられる上部放熱フィン32とを含む。また、上部放熱フィン32は、上部冷却本体部31のZ2方向側から、Z2方向側に突出するように設けられている。また、上部放熱フィン32は、複数設けられている。複数の上部放熱フィン32は、Y方向に沿って、略等間隔で互いに離間した状態で配置されている。また、図6に示すように、上部放熱フィン32は、略長方形形状を有する。そして、略長方形形状を有する上部放熱フィン32の長手方向が、X方向に沿うように、上部放熱フィン32が配置されている。なお、上部冷却部30、上部冷却本体部31、および、上部放熱フィン32は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1冷却部」、「第1冷却本体部」、および、「第1放熱フィン」の一例である。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
また、図5および図6に示すように、電力変換装置100は、下部冷却部40を備えている。第1実施形態では、下部冷却部40は、上部冷却部30に対向するとともに、上部冷却部30と対向する方向(Z方向)に直交する方向(X方向およびY方向)から見て、所定の間隔Dを隔てて離間するように設けられている。また、下部冷却部40には、第2主回路部11が載置されている。具体的には、Z方向において、下部冷却部40は、上部冷却部30に対向する。また、第2主回路部11は、下部冷却部40のZ2方向側に設けられている。また、下部冷却部40は、第2主回路部11が載置される下部冷却本体部41と、下部冷却本体部41に設けられる下部放熱フィン42とを含む。また、下部放熱フィン42は、下部冷却本体部41のZ1方向側から、Z1方向側に突出するように設けられている。また、下部放熱フィン42は、複数設けられている。複数の下部放熱フィン42は、Y方向に沿って、略等間隔で互いに離間した状態で配置されている。また、図6に示すように、下部放熱フィン42は、略長方形形状を有する。そして、略長方形形状を有する下部放熱フィン42の長手方向が、X方向に沿うように、下部放熱フィン42が配置されている。なお、下部冷却部40、下部冷却本体部41、および、下部放熱フィン42は、それぞれ、特許請求の範囲の「第2冷却部」、「第2冷却本体部」、および、「第2放熱フィン」の一例である。
Moreover, as shown in FIGS. 5 and 6, the
また、図5および図6に示すように、電力変換装置100は、上部筐体部50を備えている。上部筐体部50は、上部冷却部30に載置された第1主回路部10を収納するように構成されている。具体的には、上部筐体部50には、冷却風(矢印C)が流れる方向(X方向)に略直交する方向(Y方向)に窪む凹部51が設けられている。また、凹部51は、上部筐体部50のZ2方向側に設けられている。また、上部筐体部50は、たとえば、板金により構成されている。また、凹部51は、上部筐体部50のZ2方向側の面50aにネジなどにより固定されている。なお、上部筐体部50は、特許請求の範囲の「第1筐体部」の一例である。
Moreover, as shown in FIGS. 5 and 6, the
また、上部冷却部30は、凹部51の底面51aに配置されている。また、図2および図3に示すように、凹部51には、開口部51bが設けられている。開口部51bは、上部冷却本体部31により塞がれている。また、開口部51bから、上部冷却本体部31の一部と、第1主回路部10とが露出している。
Also, the
そして、第1実施形態では、図5および図6に示すように、上部筐体部50は、第1主回路部10を密閉するように構成されている。具体的には、上部冷却本体部31により開口部51bが塞がれた状態の上部筐体部50の内部は、密閉された空間SP1になっている。そして、この上部筐体部50の内部(密閉された空間SP1)に第1主回路部10が配置されている。また、第1主回路部10の複数の半導体スイッチング素子10aは、Y方向に沿って複数配置されている。なお、上部筐体部50の内部には、第1主回路部10以外の電気部品(図示せず)も配置されている。また、上部筐体部50の内部には、後述する送風部70からの冷却風は流れない。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the
また、図5および図6に示すように、電力変換装置100は、下部筐体部60を備えている。下部筐体部60は、下部冷却部40に載置された第2主回路部11を収納するように構成されている。具体的には、下部筐体部60は、上部筐体部50の凹部51に対向するようにかつ、下部筐体部60が配置される面(後述する中間筐体部80のZ2方向側の面80a)から凹部51に向かって凸状に配置されている。また、下部筐体部60は、たとえば、板金により構成されている。また、下部筐体部60は、中間筐体部80にネジなどにより固定されている。なお、下部筐体部60は、特許請求の範囲の「第2筐体部」の一例である。
Moreover, as shown in FIGS. 5 and 6 , the
また、図4に示すように、下部筐体部60のZ1方向側の面60aには、開口部60bが設けられている。開口部60bは、下部冷却本体部41により塞がれている。また、開口部60bから、下部冷却本体部41の一部と、第2主回路部11とが露出している。
Further, as shown in FIG. 4, an
そして、第1実施形態では、図5および図6に示すように、下部筐体部60は、第2主回路部11を密閉するように構成されている。具体的には、下部冷却本体部41により開口部60bが塞がれた状態の下部筐体部60の内部は、密閉された空間SP2になっている。そして、この下部筐体部60の内部(密閉された空間SP2)に第2主回路部11が配置されている。すなわち、ダイオード11aを含む第2主回路部11は、後述する制御部90が収容される上部筐体部50とは異なる下部筐体部60に収容されている。また、図5に示すように、第2主回路部11の複数のダイオード11aは、Y方向に沿って複数配置されている。なお、下部筐体部60の内部には、第2主回路部11以外の電気部品(図示せず)も配置されている。また、下部筐体部60の内部には、後述する送風部70からの冷却風は流れない。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the
また、図6に示すように、X方向における、下部筐体部60の幅W1は、上部筐体部50の幅W2(凹部51の幅W3)よりも小さい。また、冷却風が流れる方向(X方向)において、上部放熱フィン32の上流側の端部32aが、下部放熱フィン42の上流側の端部42aに対して、X2方向側にずれているとともに、上部放熱フィン32の下流側の端部32bが、下部放熱フィン42の下流側の端部42bに対して、X2方向側にずれている。
Further, as shown in FIG. 6, the width W1 of the
また、図6に示すように、電力変換装置100は、送風部70を備えている。送風部70は、上部筐体部50と下部筐体部60との間において、上部冷却部30と下部冷却部40とに対して冷却風を送風するように構成されている。
In addition, as shown in FIG. 6, the
具体的には、第1実施形態では、図5および図6に示すように、電力変換装置100は、中間筐体部80を備えている。中間筐体部80には、上部放熱フィン32と下部放熱フィン42とが配置される。また、中間筐体部80の、冷却風が流れる方向の一方端部側(X1方向側)に送風部70が配置されている。また、中間筐体部80の他方端部側(X2方向側)に冷却風が排出される排出口81が配置されている。具体的には、上部放熱フィン32は、上部筐体部50の凹部51のZ2方向側から下方に突出しており、上部放熱フィン32の下端部が、中間筐体部80の内部に配置されている。また、下部冷却部40(下部冷却本体部41、下部放熱フィン42)は、下部筐体部60のZ1方向側に配置されており、下部冷却部40の全体が、中間筐体部80の内部に配置されている。また、排出口81は、中間筐体部80のX2方向側の側面80bに設けられた複数の孔部により構成されている。そして、中間筐体部80は、上部筐体部50および下部筐体部60と異なり、外気が導入される。つまり、中間筐体部80は、密閉されていない。なお、中間筐体部80は、特許請求の範囲の「第3筐体部」の一例である。
Specifically, in the first embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the
また、中間筐体部80のZ2方向側の面80aには、凸状の下部筐体部60が設けられている。また、凸状の下部筐体部60のZ1方向側(上方)において、Z1方向側に窪む上部筐体部50の凹部51が配置されている。これにより、中間筐体部80と、中間筐体部80に連通する凹部51のZ2方向側の空間SP3とによって、冷却風が流れる流路Aが構成されている。流路Aは、Y方向から見て、ハット形状(段差形状)を有する。
A convex
また、第1実施形態では、リアクトル21は、送風部70と、凸状の下部筐体部60との間の流路Aに配置されている。また、トランス20は、凸状の下部筐体部60と、排出口81との間の流路Aに配置されている。具体的には、リアクトル21は、送風部70と下部筐体部60との間に対応する、中間筐体部80のZ2方向側の面80aに載置されている。また、トランス20は、下部筐体部60と排出口81との間に対応する、中間筐体部80のZ2方向側の面80aに載置されている。すなわち、リアクトル21およびトランス20は、比較的重量が大きいので、電力変換装置100の下方側の部分に配置されている。
In addition, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、図6に示すように、電力変換装置100は、半導体スイッチング素子10a(第1主回路部10)を制御する制御部90を備えている。そして、制御部90は、第1主回路部10とともに、上部筐体部50に収容されている。すなわち、制御部90は、第1主回路部10とともに、上部筐体部50により密閉されている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 6, the
また、第1実施形態では、電力変換装置100は、コネクタ部91を備えている。コネクタ部91は、制御部90と外部の配線(図示せず)とを電気的に接続するように構成されている。そして、コネクタ部91は、上部筐体部50の側面(たとえば、X1方向側の側面50b)に設けられている。
Moreover, in the first embodiment, the
そして、第1実施形態では、冷却風(図6の太い矢印C)が、送風部70から凸状の下部筐体部60を乗り越えるとともに、上部冷却部30および下部冷却部40を介して、凸状の下部筐体部60の冷却風が流れる方向における下流側(Z2方向側)に流れるように構成されている。
In the first embodiment, the cooling air (thick arrow C in FIG. 6) passes over the convex
(冷却風の流れの詳細)
次に、図6を参照して、冷却風の流れの詳細について説明する。
(Details of cooling air flow)
Next, with reference to FIG. 6, the details of the cooling air flow will be described.
まず、送風部70から送風された冷却風は、X2方向側に沿って移動する。その後、冷却風は、下部筐体部60のX1方向側の側面60cに衝突することにより、斜め上方に移動する。その後、冷却風は、X方向に沿うように移動することにより、X1方向側から、隣り合う上部放熱フィン32の間の隙間と、隣り合う下部放熱フィン42の間の隙間とに流入する。さらに、冷却風は、下部放熱フィン42のZ1方向側からも、隣り合う下部放熱フィン42の間の隙間に流入する。これにより、下部放熱フィン42の間の隙間に流入する冷却風の流入量が増大するので、冷却風の流速が大きくなる。
First, the cooling air blown from the
また、冷却風は、上部放熱フィン32から、X方向に沿って流出する。さらに、冷却風は、上部放熱フィン32から、斜め下方に沿って流出する。これにより、上部放熱フィン32から流出する冷却風の流出量が増大する(圧損が低減する)ので、冷却風がスムーズに流出する。また、冷却風は、下部放熱フィン42から、X方向に沿って流出する。これらの結果、上部冷却部30および下部冷却部40の冷却性能が向上する。その後、冷却風は、排出口81から中間筐体部80の外部に流出する。
Also, the cooling air flows out along the X direction from the upper
[第1実施形態の効果]
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effect of the first embodiment]
The following effects can be obtained in the first embodiment.
第1実施形態では、上記のように、第1主回路部10が載置される上部冷却部30と、上部冷却部30に対向するとともに、上部冷却部30と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔Dを隔てて離間するように設けられ、第2主回路部11が載置される下部冷却部40とを備える。これにより、比較的発熱量の大きい、第1主回路部10および第2主回路部11が、各々、上部冷却部30と下部冷却部40とにより個別に冷却されるので、1つの冷却部によって主回路部(第1主回路部10および第2主回路部11)を冷却する場合と比べて、主回路部(第1主回路部10および第2主回路部11)を効率よく冷却することができる。その結果、主回路部を十分に冷却することができる。また、1つの冷却部に主回路部(第1主回路部10および第2主回路部11)が配置される場合と比べて、1つの冷却部の放熱面積を容易に大きくすることができる。また、上部冷却部30と下部冷却部40とが対向する方向に直交する方向から見て、上部冷却部30と下部冷却部40とが所定の間隔Dを隔てて離間しているので、上部冷却部30と下部冷却部40との間の隙間を冷却風がスムーズに移動することができる。これにより、冷却風の流速が大きくなるので、上部冷却部30と下部冷却部40との冷却効率を向上させることができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、上部冷却部30に載置された第1主回路部10を収納する上部筐体部50と、下部冷却部40に載置された第2主回路部11を収納する下部筐体部60とを備えることによって、比較的発熱量の大きい、第1主回路部10および第2主回路部11が、それぞれ、上部筐体部50と下部筐体部60とに分離して配置されているので、1つの筐体に主回路部(第1主回路部10および第2主回路部11)が配置される場合と比べて、筐体(上部筐体部50、下部冷却部40)内の温度を大幅に低下させることができる。
An
また、第1実施形態では、上記のように、上部筐体部50は、第1主回路部10を密閉し、下部筐体部60は、第2主回路部11を密閉するように構成されている。これにより、第1主回路部10および第2主回路部11を塵や水分から保護することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、電力変換装置100は、鉄道車両1に配置されるように構成されている。これにより、鉄道車両1では、第1主回路部10および第2主回路部11に対する防塵性および防水性が要求されるので、第1主回路部10および第2主回路部11を密閉することは、電力変換装置100が鉄道車両1に設けられる点において特に有効である。
Further, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、上記のように、上部放熱フィン32と下部放熱フィン42とが配置されるとともに、冷却風が流れる方向の一方端部側に送風部70が配置され、他方端部側に冷却風が排出される排出口81が配置される中間筐体部80が設けられている。これにより、送風部70によって送風され中間筐体部80の内部を通気する冷却風によって、上部放熱フィン32と下部放熱フィン42とを冷却する(つまり、第1主回路部10と第2主回路部11とを個別に冷却する)ことができるので、第1主回路部10および第2主回路部11を効率よく冷却することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the upper
また、第1実施形態では、上記のように、上部筐体部50には、冷却風が流れる方向に略直交する方向に窪む凹部51が設けられており、下部筐体部60は、上部筐体部50の凹部51に対向するようにかつ、下部筐体部60が配置される面80aから凹部51に向かって凸状に配置されている。これにより、上部筐体部50の凹部51側に、凸状の下部筐体部60を寄せて配置することができるので、上部筐体部50と下部筐体部60とが積層される方向の電力変換装置100の幅を小さくすることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、リアクトル21は、送風部70と、凸状の下部筐体部60との間の流路Aに配置され、トランス20は、凸状の下部筐体部60と、排出口81との間の流路Aに配置されている。これにより、トランス20の発熱量よりもリアクトル21の発熱量の方が大きいので、送風部70と凸状の下部筐体部60との間の流路A(冷却風の上流側)にリアクトル21を配置することによって、リアクトル21を効率的に冷却することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、半導体スイッチング素子10aを制御する制御部90は、第1主回路部10とともに、上部筐体部50に収容されている。これにより、半導体スイッチング素子10aと制御部90とが別々の筐体に収容されている場合と比べて、半導体スイッチング素子10aと制御部90とを接続する配線長を短縮することができる。
In addition, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、制御部90と外部の配線とを電気的に接続するコネクタ部91は、上部筐体部50の側面50bに設けられている。これにより、制御部90とコネクタ部91とが別々の筐体に設けられている場合と比べて、制御部90とコネクタ部91とを接続する配線長を短縮することができる。
Further, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、上記のように、第2主回路部11は、交流電力を直流電力に整流するダイオード11aを含むとともに、制御部90が収容される上部筐体部50とは異なる下部筐体部60に収容されている。これにより、ダイオード11aは、制御部90によって制御されないので、制御部90が収容されない下部筐体部60にダイオード11aを収容しても、配線長が長くなることはない。その結果、半導体スイッチング素子10aとダイオード11aとを分離した状態で、半導体スイッチング素子10aとダイオード11aとを個別に効率よく冷却することができる。
In addition, in the first embodiment, as described above, the second
[第2実施形態]
図7~図9を参照して、第2実施形態による電力変換装置200の構成について説明する。第2実施形態による電力変換装置200は、冷却風が流れる流路Aがハット形状(段差形状)を有する上記第1実施形態と異なり、冷却風が流れる流路Bが略直方体形状を有する。
[Second embodiment]
The configuration of the
電力変換装置200では、上部筐体部150と、下部筐体部160と、中間筐体部180とは、共に、略直方体形状を有する。上部筐体部150には、上部冷却部30に載置された第1主回路部10が収納される。下部筐体部160には、下部冷却部40に載置された第2主回路部11が収納される。なお、上部放熱フィン32の上流側の端部32a(下流側の端部32b)と、下部放熱フィン42の上流側の端部42a(下流側の端部42b)とは、X方向においてずれていない。また、中間筐体部180には、冷却風が排出される排出口181が設けられている。なお、上部筐体部150、下部筐体部160、および、中間筐体部180は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1筐体部」、「第2筐体部」および「第3筐体部」の一例である。
In the
また、中間筐体部180には、上部放熱フィン32と下部放熱フィン42とが配置される。そして、冷却風が流れる流路Bは、略直方体形状を有する中間筐体部180の内部の空間により構成されている。すなわち、流路Bは、略直方体形状を有する。また、冷却風は、X方向に沿って、略直線状に移動する。
Also, the upper
なお、第2実施形態のその他の構成および効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other configurations and effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification]
It should be noted that the embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiments, and includes all modifications (modifications) within the scope and meaning equivalent to the scope of claims.
たとえば、上記第1および第2施形態では、第1主回路部が上部筐体部により密閉され、第2主回路部が下部筐体部により密閉されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第1主回路部が上部筐体部により密閉されていないとともに、第2主回路部が下部筐体部により密閉されていなくてもよい。 For example, in the first and second embodiments, the first main circuit section is sealed by the upper housing section, and the second main circuit section is sealed by the lower housing section. It is not limited to this. For example, the first main circuit section may not be sealed by the upper housing section, and the second main circuit section may not be sealed by the lower housing section.
また、上記第1および第2施形態では、電力変換装置が鉄道車両に配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、鉄道車両に配置されていない電力変換装置に本発明を適用することも可能である。 Also, in the above-described first and second embodiments, an example in which the power conversion device is arranged in a railroad vehicle has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to apply the present invention to a power converter that is not installed in a railroad vehicle.
また、上記第1および第2施形態では、上部筐体部と、下部筐体部と、中間筐体部とが設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図10および図11に示す変形例による電力変換装置300のように、断面がU字形状の上部筐体部250と、断面がU字形状の下部筐体部260とが積層されるとともに、上部筐体部250と下部筐体部260とにより囲まれた空間SP4に送風部70が配置されていてもよい。すなわち、中間筐体部が設けられていなくてもよい。また、U字形状の上部筐体部250(U字形状の下部筐体部260)の脚に対応する部分251(261)に、電子機器を配置することが可能である。なお、上部筐体部250および下部筐体部260は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1筐体部」および「第2筐体部」の一例である。
Further, in the above-described first and second embodiments, an example in which an upper housing portion, a lower housing portion, and an intermediate housing portion are provided has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, like the
また、上記第1および第2施形態では、中間筐体部にトランスとリアクトルとが配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、トランスとリアクトルとが、中間筐体部以外の部分(電力変換装置の外部など)に配置されていてもよい。 Further, in the above-described first and second embodiments, an example in which the transformer and the reactor are arranged in the intermediate housing portion was shown, but the present invention is not limited to this. For example, the transformer and the reactor may be arranged in a portion other than the intermediate housing (such as the outside of the power converter).
また、上記第1および第2実施形態では、上部筐体部がZ1方向側に配置されるとともに、下部筐体部がZ2方向側に配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上部筐体部がZ2方向側に配置されるとともに、下部筐体部がZ1方向側に配置されていてもよい。 Further, in the first and second embodiments, an example in which the upper housing portion is arranged on the Z1 direction side and the lower housing portion is arranged on the Z2 direction side has been shown, but the present invention is limited to this. can't For example, the upper housing part may be arranged on the Z2 direction side, and the lower housing part may be arranged on the Z1 direction side.
また、上記第1および第2実施形態では、第1主回路部が半導体スイッチング素子を含むとともに、第2主回路部がダイオードを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第1主回路部がダイオードを含むとともに、第2主回路部が半導体スイッチング素子を含んでいてもよい。 In the first and second embodiments described above, the first main circuit section includes semiconductor switching elements and the second main circuit section includes diodes. However, the present invention is not limited to this. For example, the first main circuit section may include diodes, and the second main circuit section may include semiconductor switching elements.
1 鉄道車両
10 第1主回路部
10a 半導体スイッチング素子
11 第2主回路部
11a ダイオード
20 トランス
21 リアクトル
30 上部冷却部(第1冷却部)
31 上部冷却本体部(第1冷却本体部)
32 上部放熱フィン(第1放熱フィン)
40 下部冷却部(第2冷却部)
41 下部冷却本体部(第2冷却本体部)
42 下部放熱フィン(第2放熱フィン)
50、150、250 上部筐体部(第1筐体部)
50b 側面
51 凹部
60、160、260 下部筐体部(第2筐体部)
70 送風部
80、180 中間筐体部(第3筐体部)
80a 面
81、181 排出口
90 制御部
91 コネクタ部
100、200、300 電力変換装置
A、B 流路
31 upper cooling body (first cooling body)
32 upper heat radiation fin (first heat radiation fin)
40 lower cooling section (second cooling section)
41 lower cooling body (second cooling body)
42 lower heat radiation fin (second heat radiation fin)
50, 150, 250 upper casing (first casing)
70
Claims (10)
前記第1主回路部が載置される第1冷却部と、
前記電力を変換する第2主回路部と、
前記第1冷却部に対向するとともに、前記第1冷却部と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、前記第2主回路部が載置される第2冷却部と、
前記第1冷却部に載置された前記第1主回路部を収納する第1筐体部と、
前記第2冷却部に載置された前記第2主回路部を収納する第2筐体部と、
前記第1筐体部と前記第2筐体部との間において、前記第1冷却部と前記第2冷却部とに対して冷却風を送風する送風部とを備え、
直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子を制御する制御部と、交流電力を直流電力に整流するダイオードとは、互いに異なる筐体部に収容されている、電力変換装置。 a first main circuit unit that converts electric power;
a first cooling section on which the first main circuit section is mounted;
a second main circuit unit that converts the electric power;
facing the first cooling unit and spaced apart at a predetermined distance when viewed from a direction perpendicular to the direction facing the first cooling unit, the second main circuit unit is mounted thereon a second cooling unit that
a first housing portion that houses the first main circuit portion placed on the first cooling portion;
a second housing portion that houses the second main circuit portion placed on the second cooling portion;
a blowing unit that blows cooling air to the first cooling unit and the second cooling unit between the first housing unit and the second housing unit ,
A power converter, wherein a semiconductor switching element that converts DC power into AC power, a control unit that controls the semiconductor switching element, and a diode that rectifies AC power into DC power are housed in different housings.
前記第1主回路部が載置される第1冷却部と、
前記電力を変換する第2主回路部と、
前記第1冷却部に対向するとともに、前記第1冷却部と対向する方向に直交する方向から見て、所定の間隔を隔てて離間するように設けられ、前記第2主回路部が載置される第2冷却部と、
前記第1冷却部に載置された前記第1主回路部を収納する第1筐体部と、
前記第2冷却部に載置された前記第2主回路部を収納する第2筐体部と、
前記第1筐体部と前記第2筐体部との間において、前記第1冷却部と前記第2冷却部とに対して冷却風を送風する送風部とを備え、
前記第1筐体部には、前記冷却風が流れる方向に略直交する方向に窪む凹部が設けられており、
前記第2筐体部は、前記第1筐体部の前記凹部に対向するようにかつ、前記第2筐体部が配置される面から前記凹部に向かって凸状に配置されている、電力変換装置。 a first main circuit unit that converts electric power;
a first cooling section on which the first main circuit section is mounted;
a second main circuit unit that converts the electric power;
facing the first cooling unit and spaced apart at a predetermined distance when viewed from a direction perpendicular to the direction facing the first cooling unit, the second main circuit unit is mounted thereon a second cooling unit that
a first housing portion that houses the first main circuit portion placed on the first cooling portion;
a second housing portion that houses the second main circuit portion placed on the second cooling portion;
a blowing unit that blows cooling air to the first cooling unit and the second cooling unit between the first housing unit and the second housing unit,
The first housing portion is provided with a recess recessed in a direction substantially perpendicular to the direction in which the cooling air flows,
The second housing part is arranged so as to face the recess of the first housing part and in a convex shape toward the recess from a surface on which the second housing part is arranged. conversion device.
前記第2筐体部は、前記第2主回路部を密閉するように構成されている、請求項1または2に記載の電力変換装置。 The first housing unit seals the first main circuit unit,
3. The power conversion device according to claim 1 , wherein said second housing section is configured to seal said second main circuit section.
前記第2冷却部は、前記第2主回路部が載置される第2冷却本体部と、前記第2冷却本体部に設けられる第2放熱フィンとを含み、
前記第1放熱フィンと前記第2放熱フィンとが配置されるとともに、前記冷却風が流れる方向の一方端部側に前記送風部が配置され、他方端部側に前記冷却風が排出される排出口が配置される第3筐体部をさらに備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The first cooling unit includes a first cooling body on which the first main circuit is placed, and first heat radiation fins provided on the first cooling body,
The second cooling unit includes a second cooling body on which the second main circuit is placed, and second heat radiation fins provided on the second cooling body,
The first heat radiating fin and the second heat radiating fin are arranged, the air blowing section is arranged on one end side in the direction in which the cooling air flows, and the cooling air is discharged on the other end side. The power conversion device according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a third housing portion in which the outlet is arranged.
前記第2筐体部は、前記第1筐体部の前記凹部に対向するようにかつ、前記第2筐体部が配置される面から前記凹部に向かって凸状に配置されており、
前記冷却風が、前記送風部から前記凸状の第2筐体部を乗り越えるとともに、前記第1冷却部および前記第2冷却部を介して、前記凸状の第2筐体部の前記冷却風が流れる方向における下流側に流れるように構成されている、請求項1に記載の電力変換装置。 The first housing portion is provided with a recess recessed in a direction substantially perpendicular to the direction in which the cooling air flows,
The second housing part is arranged so as to face the recessed part of the first housing part and projecting from a surface on which the second housing part is arranged toward the recessed part,
The cooling air flows from the air blowing unit over the convex second housing, and passes through the first cooling unit and the second cooling unit to the convex second housing. 2. The power conversion device according to claim 1 , configured to flow downstream in the direction of flow.
前記第2主回路部に接続されるリアクトルと、
前記冷却風が排出される排出口とをさらに備え、
前記リアクトルは、前記送風部と、前記凸状の第2筐体部との間の流路に配置され、
前記トランスは、前記凸状の第2筐体部と、前記排出口との間の流路に配置されている、請求項6に記載の電力変換装置。 a transformer for converting a voltage between the first main circuit section and the second main circuit section;
a reactor connected to the second main circuit;
further comprising an outlet through which the cooling air is discharged,
The reactor is arranged in a flow path between the blower section and the convex second housing section,
7. The power converter according to claim 6 , wherein said transformer is arranged in a flow path between said convex second casing and said outlet.
前記半導体スイッチング素子を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1主回路部とともに、前記第1筐体部に収容されている、請求項2に記載の電力変換装置。 The first main circuit unit includes a semiconductor switching element that converts DC power to AC power,
Further comprising a control unit for controlling the semiconductor switching element,
3. The power converter according to claim 2 , wherein said control unit is housed in said first casing together with said first main circuit unit.
前記コネクタ部は、前記第1筐体部の側面に設けられている、請求項8に記載の電力変換装置。 further comprising a connector section for electrically connecting the control section and an external wiring,
The power converter according to claim 8 , wherein said connector section is provided on a side surface of said first housing section.
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