JPH04112601A - 電気車制御装置の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］− 本発明は、風洞内に半導体スイッチング素子の放熱部を
配置して送風により冷却を行なう（以下強制風冷と言う
）電気車制御装置の冷却方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より強制風冷は、装置を小型にする目的で採用され
ており、冷却能力は最大発熱量を所定の温度上昇以内に
抑えるように、放熱部の大きさや風洞に流す冷却風の風
量を設計する。しかし最大発熱量は装置に課せられる最
悪条件下で想定されるものであり、通常運転状態では風
量に余裕があるのが通例である。

〔発明が解決しようとする課！！］ 従来より強制風冷方式の欠点として、風洞内に塵が入る
ことを防止するフィルタの保守や、送風用ファンの回転
部の保守あるいは交換、送風用ファンの騒音などが掲げ
られる。フィルタは風量を所定の値に維持するために定
期的に交換または洗浄する必要があり、送風用ファンの
回転部は特にベアリング部の摩耗が問題となり、定期的
な給油や交換が必要である０点検周期はファンの回転速
度が高い程、また、風量が大きい程、短くしなければな
らない。さらに、電気車に送風用ファンを装備した場合
は、一般旅客に対する騒音が問題となり、発生する騒音
は、風量が大きい程またファンの回転速度が高い程騒音
レベルも高い。

〔課題を解決するだめの手段〕

半導体スイッチング素子の発熱量を検知するために感温
素子を発熱部に最も近い位置に設置し、その感温素子に
は熱電対、サーミスタなどが電気的に信号が取り出せ、
かつ使用温度範囲内で温度変化を連続量で検知でき、し
かも長期間に亘り特性も安定である。感温素子からの信
号は一般的に微弱であるため、適当な信号増幅手段と信
号処理手段を設け、信号処理手段の出力は送風用ファン
の回転速度の制御信号とし、その制御は、誘導電動機と
可変周波可変電圧電力変換装置の組合せとする構成が、
運用上で最も利点の活かせる方法である。

〔作用〕

基本的には発熱部の温度上昇にともなって送風用ファン
の回転速度を高くして、冷却風量を増加させる電気車制
御装置の冷却方法である。

最も簡単なものは、発熱部の温度がある設定値以上にな
ったことを検知して、数通りの選択肢の中から上昇側の
値に送風用ファンの回転速度を変更する。緻密な制御は
、信号処理手段に温度と回転速度の関係を予め設定して
おき、感温素子からの信号に応した回転速度で送風用フ
ァンを運転すればよい。すなはち、予め設定する関係の
中に温度の変化率を含ませることも、マイクロ・コンピ
ュータを用いて信号処理手段を構成すれば容易である。

そうした場合は温度が上昇している間はファンの回転速
度を高め、温度が下降したらファンの回転速度を下げる
ようにする。

〔実施例〕

第１図及び第２図は本発明が適応された一実施例、第３
図及び第４図はその発熱部温度とファン回転速度との関
係を示すグラフで、前者は最も単純な例、後者は緻密な
温度制御例、第５図は間欠的な熱損失発生に対する発熱
部の温度変化の、従来の強制風冷の場合と本発明による
効果の比較例である。

第１図において、１は感温素子、２は増幅器、３は信号
処理手段、４は可変電圧可変周波数電力変換装置、５は
送風用ファン、６は放熱部、７は風洞、８は塵を除去す
るフィルタ、９はスイッチング素子を支持し、かつ放熱
部まで熱を伝導する放熱ブロック、１０はスイッチング
素子、２０は冷却とは別の目的で送風用ファン５０回転
速度を可変するための指令信号である。ここで、感温素
子１に熱電対を用い、温度変化に対して数−Ｖの熱電対
出力電圧を増幅器２で数νに増幅する。信号処理手段３
にはマイクロ・コンピュータを組み込み設定値との比較
、時間的な変化量、変化率などは全てディジタル信号で
演算処理する。従って信号処理手段の中には温度に相当
する数Ｖの電圧に増幅されたアナログ信号をディジタル
信号に変換する変換器も含まれる。ここでは感温素子は
単一であるが、発熱部全てに感温素子を割り当てた場合
に最も監視対象とする最も高温の部位を選定するのも信
号処理手段３の機能である。送風用ファン５は誘導電動
機で駆動し、そのために可変周波可変電圧電力変換装置
４がある。可変周波可変電圧電力変換装置４の入力信号
は送風用ファンの誘導電動機に与える周波数指令であり
信号処理手段３から受は取る。　誘導電動機の回転速度
制御を行う場合、印加する電圧と周波数には所定の関係
が必要であるが、本実施例の場合は可変周波可変電圧電
力変換装置４が入力の周波数指令に応じた所定の電圧を
出力するように予め設定しである。

マイクロ・コンピュータで演算処理する最も簡単な発熱
部の温度とファンの回転速度との関係は第３図のように
温度上昇に対して３通りの速度が選択される。また第４
図には、緻密な制御をする場合の発熱部の温度とファン
の回転速度との関係が示され、連続的な温度変化に対し
て、ファンの回転速度も連続的に制御する特性である。

より厳密な温度制御も、冷却風または装置の外気温度な
どの入力情報を増やすことで応用的に対応できる。

第２図に別の実施例を図示する。図中第１図と同一記号
は同じ構成要素を示す。同図において、信号処理手段３
に運転指令信号２０が入力されと、車両の停車中はこの
信号により送風用ファンの回転速度を１分間に数１０回
転程度に下げる。ただし最悪条件下で発熱部の温度が以
後の運転に耐えられない程に上昇している場合は、運転
可能な温度まで発熱部を冷却することが優先するため、
運転指令信号２０はファンの回転速度を下げるようには
作用しない。

〔発明の効果〕

この装置では最悪条件下で温度が上昇した場合のみ送風
用ファンの回転速度を最大値まで引き上げ、温度上昇を
制限値以下に抑える。即ち通常時は、風量を下げて送風
するように送風用ファンの回転速度を制御する。これに
より従来のように常時最大風量を流し続ける装置と比べ
て、フィルタに付着する塵の量を減少させることが可能
であり、フィルタの点検周期を長く設定でき、さらに従
来のように常時最大回転速度で送風用ファンを用いない
ため、前述のようなファンの回転部に対する点検周期も
同時に長くできるとともに、回転数引下げにより、騒音
抑制の効果も大きい。

更に、発熱部の温度変化を平滑化できることにより電気
車の制御装置に特有の間欠的な熱損失の発生に対して有
効であり、従来は第５図ａに示すような温度変化が発熱
部にあったのに対し、温度が上昇したことを検知して冷
却風量を増し、温度が下降したことを検知して冷却風量
を減じることで第５図すに示すような温度変化に発熱部
の温度を制御できる。温度変化を平滑化することは、ス
イッチング素子内部や素子を支持する機構部などにそれ
らを構成する各部材のそれぞれの熱膨張係数の差異から
発生する物理的応力が繰り返し加えられることを軽減す
る。これは機構部の疲労劣化という観点における装置の
信転性を長期間維持することに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の冷却方法の適用例を示す説
明図、第３図及び第４図は第１図及び第２図の温度とフ
ァン回転速度との関係を示すグラフ、第５図は従来の強
制風冷の場合と本発明による効果を比較したグラフであ
る。 １−−−−−・感温素子、２・・・・・・増幅器、３−
−−−−−信号処理手段、４・・・・・・可変電圧可変
周波数電力変換装置、５・・・・・・送風用ファン、６
・・・・・・放熱部、７・・・・・・風洞、８−−−−
−−フィルタ、９・・・・・・放熱プロ・ツク、１０−
・・・・・スイッチング素子、２０・・・・・・指令信
号。 東洋電機製造株式会社 代表者　　　上材　哲 晃　１　図 第３図 ：ｆ３４図 第２ｍ 第５図 １転時南

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　半導体スイッチング素子を用いて電力制御を行い、
   発生する熱損失を送風により冷却を行う電気車制御装置
   の冷却方法において、発熱量を測定する温度検知部を前
   記半導体スイッチング素子の発熱部の近傍に配し、前記
   温度検知部からの信号に応じて流がす冷却風量を可変す
   ることを特徴とする電気車制御装置の冷却方法。 ２　半導体スイッチング素子の発熱部の温度が限度値に
   達しないときに、運転指令信号と組み合わせて、風量を
   可変することを特徴とする請求項第１項記載の電気車制
   御装置の冷却方法。