JPH07297043A

JPH07297043A - 電気車の充電用変圧器

Info

Publication number: JPH07297043A
Application number: JP8487094A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kuriyama; 茂栗山; Nobunori Matsudaira; 信紀松平; Tetsuya Yokoyama; 哲也横山; Nobuo Inoue; 信男井上; Noribumi Isachi; 則文伊佐地
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で発熱が抑制され、電気車に搭載可能
な、充電用変圧器を実現する。【構成】鉄心１９に１次巻線６と２次巻線７が巻回さ
れる。１次巻線６は絶縁パッド２１ｂを介しヒートシン
ク２０ｂに接触される。２次巻線７は絶縁パッド２１ａ
を介しヒートシンク２０ａに接触される。ヒートシンク
２０ａ、２０ｂの間にスペーサ２４が配置されネジ２５
で固定される。ヒートシンク２０ａには冷却水取入口２
７ａが形成されヒートシンク２０ｂには冷却水吐出口２
７ｂが形成される。２７ａと２７ｂには冷却水循環用ホ
ースが接続され、ヒートシンク２０ａの管状部材２６ａ
と取り入れ口２７ａとは内部水路２８により連通され
る。ヒートシンク２０ｂの管状部材２６ｂと吐出口２７
ｂはヒートシンク２０ｂの内部水路により連通される。
管状部材２６ａと２６ｂはホース３１で接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電動機と、インバ
ータと、バッテリとを有する電気車において、上記バッ
テリを、外部電源を用いて充電するための変圧器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電気車のバッテリの充電装置として、例
えば、特開昭５９−６１４０２号公報に記載された”バ
ッテリ駆動車の充電装置”がある。この”バッテリ駆動
車の充電装置”にあっては、バッテリの直流電力がイン
バータにより、交流電力に変換される。そして、変換さ
れた交流電力が誘導電動機に供給され、電気車が駆動さ
れる。バッテリへの充電時においては、外部の交流電源
から交流電力が、上記インバータに供給される。この場
合、インバータは、外部電源からの交流電力を整流する
ように動作され、バッテリが充電される。

【０００３】また、バッテリの充電時において、外部電
源電圧がバッテリの規定電圧より大の場合には、変圧器
により、外部電源電圧が降圧されて、インバータに供給
される。この変圧器は、重量が大きいため、通常、車両
には搭載されず、車外に配置される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
において、充電用の変圧器が車外に配置されているの
で、バッテリを充電するためには、商用電源が存在し、
かつ、特定の変圧器が配置された場所でなければなら
ず、その走行範囲は、狭いものとなっていた。このた
め、充電用の変圧器を電気車に搭載することが考えられ
るが、変圧器は、重量が重く、車載には好ましく無い。
そこで、上記充電用の変圧器を小型化することが考えら
れるが、その場合には、変圧器のコイルの損失が大とな
り、発熱も大となってしまう。

【０００５】本発明の目的は、小型で発熱が抑制され、
電気車に搭載可能な、充電用変圧器を実現することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成される。電気車のバッテリ
を外部電源により充電する電気車の充電用変圧器におい
て、内部に冷却水の通路を有する第１の放熱手段及び第
２の放熱手段と、第１の放熱手段と変圧器の１次巻線と
の間に配置される第１の絶縁手段と、第２の放熱手段と
変圧器の２次巻線との間に配置される第２の絶縁手段と
を備える。

【０００７】好ましくは、上記充電用変圧器において、
第１の放熱手段及び第２の放熱手段は、板状である。ま
た、好ましくは、上記充電用変圧器において、第１の放
熱手段及び第２の放熱手段は、管状であり、変圧器の鉄
心に接触して配置される。また、好ましくは、上記充電
用変圧器において、バッテリの充電時には、インバータ
を冷却するための冷却水循環手段により、第１及び第２
の放熱手段の冷却水通路に冷却水が供給される。

【０００８】また、好ましくは、上記充電用変圧器にお
いて、２次巻線の電流を検出する電流検出手段と、変圧
器の鉄心に巻回される３次巻線と、３次巻線の電圧を検
出する電圧検出手段とをさらに備え、インバータの動作
制御手段は、電流検出手段からの出力信号と電圧検出手
段からの出力信号とに基づいて、変圧器の出力電圧の位
相をこの変圧器の入力電圧の位相と、ほぼ等しくなるよ
うにインバータを制御する。

【０００９】また、好ましくは、上記充電用変圧器にお
いて、２次巻線とインバータとの間に接続され、充電時
に閉とされる第１のスイッチ手段と、２次巻線のほぼ中
間点とインバータとの間に接続される第２のスイッチ手
段と、変圧器の鉄心に巻回される３次巻線と、バッテリ
の電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、充電時に、
３次巻線の電圧から変圧器の出力電圧を検出し、この検
出した電圧と、バッテリ電圧検出手段により検出された
バッテリ電圧とを比較し、このバッテリ電圧が、変圧器
の出力電圧より大となったときには、第２のスイッチ手
段を閉とする開閉制御手段とをさらに備える。

【００１０】

【作用】充電用変圧器の１次巻線から発生した熱は、第
１の絶縁手段を介して第１の放熱手段に伝達され、この
第１の放熱手段の内部に形成された通路を流れる冷却水
に伝達される。また、充電用変圧器の２次巻線から発生
した熱は、第２の絶縁手段を介して第２の放熱手段に伝
達され、この第２の放熱手段の内部に形成された通路を
流れる冷却水に伝達される。これにより、変圧器の発熱
が抑制される。したがって、小型化で、電気車に搭載可
能な充電用変圧器が実現される。また、第１及び第２の
放熱手段を、管状とし、変圧器の鉄心に接触して配置す
るように構成すれば、鉄心から発生された熱は、第１及
び第２の放熱手段も冷却水に伝達され、鉄心の発熱も抑
制される。

【００１１】また、インバータの動作制御手段により、
変圧器の出力電圧の位相が、変圧器の入力電圧の位相
と、ほぼ等しくなるように制御される。これにより、充
電時における力率がほぼ１とされ、高効率な充電が実行
される。また、充電時において、バッテリ電圧が変圧器
の出力電圧より、大となったときには、開閉制御手段に
より第２のスイッチ手段が閉とされ、変圧器の出力電圧
が低下される。これにより、バッテリへの過大電圧の印
加が防止される。

【００１２】

【実施例】以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例
を説明する。図１は、本発明の一実施例である充電用変
圧器（水冷トランス）５の上面及び側面図であり、図４
は、上記充電用変圧器５を適用した充電制御回路４２の
概略回路図である。

【００１３】まず、図４において、バッテリ１のプラス
側は、電源線２、コンタクタＣＯＴ(A)（キースイッチ
に対応する）、陽極線４、コンデンサＣＯ、電源線３を
介して、バッテリ１のマイナス側に接続される。また、
コンタクタＣＯＴ(A)とコンデンサＣＯとの接続点は、
絶縁バイポーラトランジスタＩＧＢＴ(A)及びＩＧＢＴ
(B)を介して、コンデンサＣＯとバッテリ１のマイナス
側との接続点に接続される。さらに、コンタクタＣＯＴ
(A)とコンデンサＣＯとの接続点は、絶縁バイポーラト
ランジスタＩＧＢＴ(C)及びＩＧＢＴ(D)を介して、コン
デンサＣＯとバッテリ１のマイナス側との接続点に接続
される。

【００１４】上記トランジスタＩＧＢＴ(A)、ＩＧＢＴ
(B)、ＩＧＢＴ(C)、ＩＧＢＴ(D)は、３相交流モータ
（図示せず）を駆動するインバータの構成部分である。
なお、図において、上記トランジスタＩＧＢＴ(A)、Ｉ
ＧＢＴ(B)、ＩＧＢＴ(C)、ＩＧＢＴ(D)のうち、ダイオ
ードとしてのみ使用する素子は、ダイオードの記号と
し、ダイオードとして使用しない素子は、トランジスタ
の記号とした。

【００１５】絶縁変圧器（水冷トランス）５の１次巻線
６は、バッテリ１の充電時に、外部交流電源に接続され
る。また、絶縁変圧器５の２次巻線７の一方端は、ＡＣ
リアクトル９を介して、トランジスタＩＧＢＴ(C)とＩ
ＧＢＴ(D)との接続点に接続される。また、２次巻線７
の他方端は、コンタクタＣＯＴ(B)及び電流センサ１０
を介して、トランジスタＩＧＢＴ(A)とＩＧＢＴ(B)との
接続点に接続される。さらに、２次巻線７の中間点は、
コンタクタＣＯＴ(C)を介して、コンタクタＣＯＴ(B)と
電流センサ１０との接続点に接続される。

【００１６】これらコンタクタＣＯＴ(B)及びＣＯＴ(C)
は、充電時以外は、開状態となっている。そして、充電
時には、コンタクタＣＯＴ(B)が閉とされる。この状態
で、変圧器５の出力電圧を制御する出力電圧制御回路
（図示せず）により、変圧器５の出力電圧とバッテリ１
の両端電圧とが比較され、変圧器５の出力電圧がバッテ
リ１の両端電圧よりも小の場合には、コンタクタＣＯＴ
(C)が閉とされる。これにより、充電時に、バッテリ１
への過大電流の印加が防止される。

【００１７】電流センサ１０の出力信号ｉ₁は、２次巻
線７に流れる電流の大きさに比例し、この電流の流れる
方向により極性が変わる。そして、出力信号ｉ₁は、絶
対値回路(A)１１に供給され、この絶対値回路(A)１１か
らの出力信号ｉは、ゲート制御回路１３に供給される。
また、絶縁トランス５の３次巻線８の両端は、絶対値回
路(B)１２に接続され、信号ｅ₁、ｅ₂が絶対値回路(B)１
２に供給される。そして、この絶対値回路(B)１２から
の出力信号ｅは、ゲート制御回路１３に供給される。ゲ
ート制御回路１３は、供給された信号ｉ及びｅに基づい
て、トランジスタＩＧＢＴ(B)及びＩＧＢＴ(D)のベース
に制御信号を供給する。

【００１８】スイッチング回路１４は、絶縁バイポーラ
トランジスタＩＧＢＴ(E)と、直流リアクトル１５と、
コンタクタＣＯＴ(D)と、絶縁バイポーラトランジスタ
ＩＧＢＴ(F)とにより構成される。そして、コンタクタ
ＣＯＴ(A)とコンデンサＣＯとの接続点は、トランジス
タＩＧＢＴ(E)、トランジスタＩＧＢＴ(F)を介して、バ
ッテリ１のマイナス側に接続される。また、トランジス
タＩＧＢＴ(Q)とＩＧＢＴ(F)との接続点は、直流リアク
トル１５及びコンタクタＣＯＴ(D)を介して、バッテリ
１のプラス側に接続される。

【００１９】充電時において、バッテリ１の両端電圧検
出回路（図示せず）により、検出されたバッテリ１の両
端電圧が所定の値以下の場合には、コンタクタＣＯＴ
(D)及びトランジスタＩＧＢＴ(E)がオンとされる。これ
により、充電電流は、直流リアクトル１５、コンタクタ
ＣＯＴ(D)、バッテリ１を流れる。そして、その後、ト
ランジスタＩＧＢＴ(F)から直流リアクトル１５に電流
が還流される。したがって、充電時、バッテリ１の両端
電圧が低いレベルとなっていても、過大電流のバッテリ
１への流入が抑制される。

【００２０】絶対値回路(A)１１、絶対値回路(B)１２及
びゲート制御回路１３は、変圧器５の入力電圧の位相に
基づき、バッテリ１への充電電圧の位相を調整し、力率
をほぼ１とする。これにより、高効率な充電が実行され
る。なお、上記絶対値回路(A)１１、絶対値回路(B)１２
及びゲート制御回路１３の回路構成は後述する。

【００２１】さて、図１の（Ａ）は水冷トランス５の上
面を示し、（Ｂ）は側面を示す。鉄心１９には、１次巻
線６及び２次巻線７が巻回され、これら１次巻線６と２
次巻線７とは、互いに対向する位置に巻回されている。
なお、図示は省略したが、鉄心１９には、上述した３次
巻線８が巻回されている。１次巻線６の２次巻線７と対
向する側と反対側の面は、絶縁材からなる絶縁パッド２
１ｂを介し、ヒートシンク（放熱板）２０ｂに接触され
る。また、２次巻線７の１次巻線６と対向する側と反対
側の面は、絶縁材からなる絶縁パッド２１ａを介し、ヒ
ートシンク（放熱板）２０ａに接触される。

【００２２】ヒートシンク２０ａと２０ｂとの間には、
デスタントピース（スペーサ）２４が配置され、ネジ２
５により、固定されている。また、ヒートシンク２０ａ
には、冷却水取り入れ口２７ａが形成されており、ヒー
トシンク２０ｂには、冷却水吐出口２７ｂが形成されて
いる。これら取り入れ口２７ａ及び２７ｂには、冷却水
循環通路用のホースが接続される。

【００２３】ヒートシンク２０ａには、連通用管状部材
２６ａが形成され、この管状部材２６ａと取り入れ口２
７ａとは、ヒートシンク２０ａの内部に形成された水路
２８（後述する）により連通されている。また、ヒート
シンク２０ｂには、連通用管状部材２６ｂが形成され、
この管状部材２６ｂと吐出口２７ｂとは、ヒートシンク
２０ｂの内部に形成された水路により連通されている。
そして、これら管状部材２６ａと２６ｂとは、ジョイン
トホース３１により接続される。したがって、冷却水取
り入れ口２７ａと冷却水吐出口２７ｂとは、連通状態と
なっている。また、ヒートシンク２０ａ及び２０ｂは、
ネジ２３ａ及び２３ｂにより、変圧器固定用ベース部材
２２に取り付けられている。

【００２４】図２は、図１の（Ｂ）に示したヒートシン
ク２０ａのＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。図２に
おいて、取り付けメネジ２９にネジ２３ａが挿入され、
回転固定される。また、貫通孔３０には、ネジ２５が挿
入される。冷却水取り入れ口２７ａと、管状部材２６ａ
とを連通する水路２８は、ジグザグ状に形成されてい
る。ヒートシンク２０ｂは、ヒートシンク２０ａと同様
な構成となっているので、図示は省略する。バッテリ１
の充電時には、上述した構成の変圧器５のヒートシンク
２０ａ及び２０ｂの内部に冷却水が流され、１次巻線６
及び２次巻線７の発熱が抑制される。

【００２５】ところで、電気車においては、インバータ
の発熱が問題となり、このインバータを冷却するための
冷却装置が、例えば、特開平４−２７５４９２号公報に
記載されている。この冷却装置においては、冷却水循環
用ポンプと、このポンプを駆動する電動機と、ラジエー
タとが設けられ、冷却水は、ポンプ→ラジエータ→イン
バータ用ヒートシンクを経由して、ポンプに循環され
る。そこで、本発明の一実施例においては、電気車に搭
載される既存の冷却装置を充電変圧器の冷却に併用する
構成となっている。

【００２６】図３は、上記変圧器５に冷却水を循環させ
るための、循環系の概略構成図である。電気車の走行時
において、冷却水は、ポンプ３６からラジエータ３８、
切り換え弁４１、ヒートシンク３９を介してポンプ３６
に循環される。ヒートシンク３９は、バッテリ１の直流
電力を交流電力に変換し、交流電動機（図示せず）に供
給するインバータ４０に接触して配置され、インバータ
４０を冷却する構成となっている。

【００２７】そして、充電時においては、コントローラ
（図示せず）等からの指令信号により、切り換え弁４１
がヒートシンク３９側から変圧器５側に切り換えられ
る。この状態において、冷却水は、ポンプ３６からラジ
エータ３８、切り換え弁４１、変圧器５のヒートシンク
２０ａ及び２０ｂを介して、ポンプ３６に循環される。

【００２８】次に、図４に示した絶対値回路(A)１１及
び(B)１２、ゲート制御回路１３の構成について説明す
る。図５は、図４における絶対値回路(A)１１及び(B)１
２、ゲート制御回路１３の回路図である。図５におい
て、電流センサ１０からの出力信号ｉ₁は、絶対値回路
(A)１１の入力端子１１ａ、抵抗Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6を介し
て、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(B)の反転入力端子に供給さ
れる。この演算増幅器ＯＰＡＭＰ(B)の非反転入力端子
は、接地されている。また、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(B)
の反転入力端子と抵抗Ｒ6との接続点は、抵抗Ｒ7を介し
て抵抗Ｒ4と入力端子１１ａとの接続点に接続される。

【００２９】また、抵抗Ｒ5とＲ6との接続点は、ダイオ
ードＤ2及びＤ3を介して、抵抗Ｒ4とＲ5との接続点に接
続される。さらに、抵抗Ｒ4とＲ5との接続点は、演算増
幅器ＯＰＡＭＰ(A)の反転入力端子に接続される。この
演算増幅器ＯＰＡＭＰ(A)の非反転入力端子は、接地さ
れている。演算増幅器ＯＰＡＭＰ(A)の出力端子は、ダ
イオードＤ1とＤ2との接続点に接続される。

【００３０】また、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(B)の出力端
子は、抵抗Ｒ8を介して演算増幅器ＯＰＡＭＰ(B)の反転
入力端子に供給される。さらに、演算増幅器ＯＰＡＭＰ
(B)の出力端子は、抵抗Ｒ9及びＲ10を介して接地され
る。そして、抵抗Ｒ9とＲ10との接続点は、ゲート制御
回路１３の入力端子１３ａに接続され、この入力端子１
３ａに出力信号ｉが供給される。

【００３１】３次巻線８からの信号ｅ₁及びｅ₂は、それ
ぞれ絶対値回路(B)１２の入力端子１２ａ及び１２ｂに
供給される。そして、入力端子１２ａは、抵抗Ｒ11及び
Ｒ12を介して入力端子１２ｂに接続される。さらに、入
力端子１２ａは、抵抗Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15を介して、演算
増幅器ＯＰＡＭＰ(D)の反転入力端子に接続される。こ
の演算増幅器ＯＰＡＭＰ(D)の非反転入力端子は、接地
されている。さらに、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(D)の反転
入力端子は、抵抗Ｒ16を介して、入力端子１２ａと抵抗
Ｒ13との接続点に接続される。

【００３２】また、抵抗Ｒ14とＲ15との接続点は、ダイ
オードＤ4及びＤ3を介して、抵抗Ｒ13とＲ14との接続点
に接続される。そして、抵抗Ｒ13とダイオードＤ3との
接続点は、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(C)の反転入力端子に
接続される。この演算増幅器ＯＰＡＭＰ(C)の非反転入
力端子は、抵抗Ｒ11とＲ12との接続点に接続されるとと
もに、接地される。さらに、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(C)
の出力端子は、ダイオードＤ3とＤ4との接続点に接続さ
れる。

【００３３】また、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(D)の出力端
子は、抵抗Ｒ17を介して演算増幅器ＯＰＡＭＰ(D)の反
転入力端子に接続される。さらに、演算増幅器ＯＰＡＭ
Ｐ(D)の出力端子は、抵抗Ｒ18及びＲ19を介して接地さ
れる。そして、抵抗Ｒ18とＲ19との接続点が、ゲート制
御回路１３の入力端子１３ｂに接続され、この入力端子
１３ｂに出力信号ｅが供給される。

【００３４】ゲート制御回路１３の入力端子１３ａは、
抵抗Ｒ1を介して演算増幅器ＯＰＡＭＰ(E)の反転入力端
子に接続される。また、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(E)の非
反転入力端子は、抵抗Ｒ3を介して、入力端子１３ｂに
接続される。そして、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(E)の反転
入力端子は、抵抗Ｒ2を介して、この演算増幅器ＯＰＡ
ＭＰ(E)の出力端子に接続される。演算増幅器ＯＰＡＭ
Ｐ(E)の出力端子は、パルス信号発生回路１６に接続さ
れる。このパルス信号発生回路１６は、スイッチングレ
ギュレータ素子を用いたエラーアンプＥ・Ａ、発振回路
Ｏ・Ｃ等により構成され、通流率を制御する。

【００３５】パルス信号発生回路１６からの出力信号
は、増幅回路１７を介して、ゲートドライブ回路１８の
トランジスタＴ1及びＴ2のベースに供給される。トラン
ジスタＴ1のコレクタは、抵抗Ｒ20を介して、電源電圧
Ｖcc(+)に接続される。また、トランジスタＴ1のエミッ
タは、トランジスタＴ2のエミッタに接続される。そし
て、トランジスタＴ2のコレクタは、抵抗Ｒ21を介し
て、電源電圧Ｖcc(-)に接続される。トランジスタＴ1の
エミッタとトランジスタＴ2のエミッタとの接続点から
の信号が、ゲートドライブ信号として、トランジスタＩ
ＧＢＴ(B)及びＩＧＢＴ(D)のベースに供給される。

【００３６】図６は、コンタクタＣＯＴ(B)及びコンタ
クタＣＯＴ(C)の開閉動作を制御する開閉制御回路の一
例を示す図である。なお、この図６においては、図４に
示したスイッチング回路１４等は省略してある。図６に
おいて、３次巻線８の一方端は、ダイオードＤ(A)、抵
抗ｒ3及び抵抗ｒ5を介して、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(F)
の非反転入力端子に接続される。また、３次巻線８の他
方端は、ダイオードＤ(B)、抵抗ｒ3及び抵抗ｒ5を介し
て、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(F)の非反転入力端子に接続
される。コンタクタＣＯＴ(A)とコンデンサＣＯとの接
続点は、バッテリ電圧検出回路３３に接続される。そし
て、このバッテリ電圧検出回路３３からの出力信号は、
抵抗ｒ1を介して演算増幅器ＯＰＡＭＰ(F)の非反転入力
端子に接続される。この演算増幅器ＯＰＡＭＰ(F)の非
反転入力端子と抵抗ｒ1との接続点は、抵抗ｒ2を介し
て、トランジスタＴｒ2のエミッタに接続される。

【００３７】また、抵抗ｒ3と抵抗ｒ5との接続点は、並
列に接続された抵抗ｒ4及びコンデンサＣ1を介して、ト
ランジスタＴｒ2のエミッタに接続される。さらに、３
次巻線８の中央点もトランジスタＴｒ2のエミッタに接
続される。また、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(F)の出力端子
は、抵抗ｒ6を介して、この演算増幅器ＯＰＡＭＰ(F)の
非反転入力端子に接続される。この演算増幅器ＯＰＡＭ
Ｐ(F)、抵抗ｒ1〜ｒ6、コンデンサＣ1によりレベル比較
回路３４が構成される。このレベル比較回路３４によ
り、バッテリ１の両端電圧と変圧器５の出力電圧とが比
較され、バッテリ１の電圧の方が大の場合に、演算増幅
器ＯＰＡＭＰ(F)の出力信号が”Ｈ”レベルとなる。

【００３８】演算増幅器ＯＰＡＭＰ(F)の出力端子は、
抵抗ｒ7を介して、トランジスタＴｒ1のベースに接続さ
れるとともに、インバータＩｎ及び抵抗ｒ8を介して、
トランジスタＴｒ2のベースに接続される。このトラン
ジスタＴｒ2のコレクタは、コイルＬ2を介して、ダイオ
ードＤ(A)及びＤ(B)と抵抗ｒ3との接続点に接続され
る。

【００３９】また、トランジスタＴｒ1のエミッタは、
トランジスタＴｒ2のエミッタに接続され、トランジス
タＴｒ1のコレクタは、コイルＬ1及びコイルＬ2を介し
て、トランジスタＴｒ2のコレクタに接続される。そし
て、トランジスタＴｒ1がオンとなると、コイルＬ1が通
電され、コンタクタＣＯＴ(C)が閉とされる。つまり、
充電時において、バッテリ１の両端電圧が変圧器５の出
力電圧よりも大となると、演算増幅器ＯＰＡＭＰ(F)の
出力端が、”Ｈ”レベルとなる。これにより、トランジ
スタＴｒ1がオンとなり、コイルＬ1が通電され、コンタ
クタＣＯＴ(C)が閉とされる。したがって、充電時に、
バッテリ１への過大電流供給が抑制される。

【００４０】以上のように、本発明の一実施例によれ
ば、電気車に搭載されたインバータの冷却系を利用し
て、充電時に、充電用変圧器を冷却水で冷却するように
構成したので、小型で発熱が抑制され、電気車に搭載可
能な、充電用変圧器を実現することができる。

【００４１】また、本発明の一実施例によれば、充電時
において、絶対値回路(A)１１により変圧器５の出力信
号が検出され、絶対値回路(B)１２及び３次巻線８によ
り、変圧器５の入力電圧が検出される。そして、絶対値
回路(A)１１及び絶対値回路(B)１２からの出力信号に基
づき、ゲート制御回路１３が、変圧器５の出力電圧の位
相を入力電圧の位相と等しくなるように制御する。した
がって、力率を、ほぼ１とすることができ、高効率な充
電を実行できる。

【００４２】図７は、本発明の他の実施例である充電用
変圧器（水冷トランス）５Ａの外観図である。なお、こ
の変圧器５Ａ以外の構成は、上述した一実施例と同様で
あるので、図示は省略する。図７において、フラットヒ
ートシンク３２ａ及び３２ｂは、銅パイプを圧縮したも
のであり、その断面は偏平な形状となっている。ただ
し、冷却水取り入れ口３２０、連通用管状部３２１及び
３２２、冷却水吐出口３２３は、圧縮されておらず、そ
の断面は、ほぼ円形となっている。そして、フラットヒ
ートシンク３２ａは、第１脚部３２０ａ及び第２脚部３
２１ａを有し、ほぼＵ字状となっている。同様に、フラ
ットヒートシンク３２ｂは、第１脚部３２２ａ及び第２
脚部３２３ａを有し、ほぼＵ字状となっている。

【００４３】１次巻線６は、フラットヒートシンク３２
ａの第２脚部３２１ａ及び鉄心１９に巻回されている。
また、第２脚部３２１ａと１次巻線６との間には、絶縁
材からなる絶縁パッド２１ｄが配置されている。さら
に、１次巻線６と第１脚部３２０ａとの間には、絶縁材
からなる絶縁パッド２１ｃが配置されている。

【００４４】２次巻線７は、絶縁パッド２１ｅを介し
て、鉄心１９と、フラットヒートシンク３２ｂの第１脚
部３２２ａとに巻回されている。また、フラットヒート
シンク３２ｂの第２脚部３２３ａと、２次巻線７との間
には、絶縁パッド２１ｆが配置されている。そして、フ
ラットヒートシンク３２ａの連通用管状部３２１と、フ
ラットヒートシンク３２ｂの連通用管状部３２２とは、
ジョイントホース３１により接続される。

【００４５】冷却水は、ヒートシンク３２ａの取り入れ
口３２０から供給され、第１脚部３２０ａ、第２脚部３
２１ｂ、ジョイントホース３１を介して、ヒートシンク
３２ｂの連通用管状部３２２に供給される。そして、冷
却水は、連通用管状部３２２から、第１脚部３２２ａ及
び第２脚部３２３ａを介して、吐出口３２３から吐出さ
れる。

【００４６】上述した本発明の他の実施例においても、
図１に示した例と同等の効果を得ることができる。さら
に、この図７の例によれば、フラットヒートシンク３２
ａ及び３２ｂが鉄心１９に接触する構成となっているの
で、鉄心１９も冷却され、変圧器５Ａの発熱の抑制効果
が大となる。したがって、充電用変圧器をさらに小型化
することができる。なお、図７の例においては、３次巻
線８は図示されていないが、鉄心１９の適切な部分に巻
回されるものである。また、上述した例においては、バ
ッテリ１の充電電圧と変圧器の出力電圧との比較に基づ
いて、コンタクタＣＯＴ(C)の開閉動作を制御するよう
に構成したが、コンタクタＣＯＴ(C)が省略され、開閉
動作の制御を実行しない充電制御回路であっても、本発
明は、適用可能である。

【００４７】また、上述した例においては、変圧器５の
鉄心に３次巻線８が巻回されているが、この３次巻線
８、絶対値回路(A)１１及び絶対値回路(B)が省略され、
変圧器５の出力電圧の位相を制御しない充電制御回路に
おいても、本発明は適用可能である。さらに、図６に示
した開閉制御回路３５が省略された充電制御回路にも。
本発明は、適用可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下のような効果がある。電気車の充電用変圧器
において、内部に冷却水の通路を有する第１及び第２の
放熱手段と、第１の放熱手段と１次巻線との間に配置さ
れる第１の絶縁手段と、第２の放熱手段と変圧器の２次
巻線との間に配置される第２の絶縁手段とを備える。こ
れにより、変圧器の発熱が抑制され、電気車に搭載可能
な充電用変圧器を実現することができる。また、第１の
放熱手段及び第２の放熱手段を管状とし、変圧器の鉄心
に接触して配置するように構成すれば、鉄心の発熱も抑
制することができ、変圧器をさらに、小型化することが
できる。

【００４９】また、充電時に、インバータの動作制御手
段が、電流検出手段からの出力信号と電圧検出手段から
の出力信号とに基づいて、変圧器の出力電圧の位相をこ
の変圧器の入力電圧の位相と、ほぼ等しくなるようにイ
ンバータを制御するように構成すれば、充電時における
力率がほぼ１とでき、高効率な充電を実行することがで
きる。

【００５０】また、充電時に、３次巻線の電圧から変圧
器の出力電圧を検出し、検出した電圧と、バッテリ電圧
とを比較し、バッテリ電圧が、変圧器の出力電圧より大
となったときには、２次巻線のほぼ中間点とインバータ
との間に接続される第２のスイッチ手段を閉とするよう
に構成すれば、バッテリに過大電圧が印加されることが
防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である充電用変圧器の上面及
び側面図である。

【図２】図１の例のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

【図３】充電変圧器の冷却系の概略構成図である。

【図４】充電制御回路の概略回路図である。

【図５】充電制御回路の部分詳細回路図である。

【図６】開閉制御回路の概略回路図である。

【図７】本発明の他の例である充電変圧器の概略構成図
である。

【符号の説明】

１バッテリ５、５Ａ充電用変圧器６１次巻線７２次巻線８３次巻線１０電流センサ１１絶対値回路(A) １２絶対値回路(B) １３ゲート制御回路１４スイッチング回路１５直流リアクトル１９鉄心２０ａ、２０ｂヒートシンク２１ａ、２１ｂ絶縁パッド２１ｃ、２１ｄ絶縁パッド２１ｅ、２１ｆ絶縁パッド２２変圧器固用ベース部材２３ａ、２３ｂネジ２４デスタントピース（スペーサ）２５ネジ２６ａ、２６ｂ連通用管状部２７ａ冷却水取り入れ口２７ｂ冷却水吐出口２８水路２９取付メネジ３０貫通孔３１ジョイントホース３２ａ、３２ｂフラットヒートシンク３３バッテリ電圧検出回路３４レベル比較回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横山哲也茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者井上信男茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者伊佐地則文神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリと、インバータと、交流電動機
と、上記インバータの動作を制御する動作制御手段とを
有する電気車の上記バッテリを外部電源により充電する
電気車の充電用変圧器において、内部に冷却水の通路を有する第１の放熱手段及び第２の
放熱手段と、上記第１の放熱手段と変圧器の１次巻線との間に配置さ
れる第１の絶縁手段と、上記第２の放熱手段と変圧器の２次巻線との間に配置さ
れる第２の絶縁手段と、を備え、電気車に搭載されることを特徴とする電気車の
充電用変圧器。
【請求項２】請求項１記載の電気車の充電用変圧器に
おいて、上記第１の放熱手段及び第２の放熱手段は、板
状であることを特徴とする電気車の充電用変圧器。
【請求項３】請求項１記載の電気車の充電用変圧器に
おいて、上記第１の放熱手段及び第２の放熱手段は、管
状であり、上記変圧器の鉄心に接触して配置されること
を特徴とする電気車の充電用変圧器。
【請求項４】請求項１記載の電気車の充電用変圧器に
おいて、上記バッテリの充電時には、上記インバータを
冷却するための冷却水循環手段により、上記第１及び第
２の放熱手段の冷却水通路に冷却水が供給されることを
特徴とする電気車の充電用変圧器。
【請求項５】請求項１記載の電気車の充電用変圧器に
おいて、２次巻線の電流を検出する電流検出手段と、上記変圧器の鉄心に巻回される３次巻線と、上記３次巻線の電圧を検出する電圧検出手段と、をさらに備え、上記インバータの動作制御手段は、上記
電流検出手段からの出力信号と、上記電圧検出手段から
の出力信号とに基づいて、上記変圧器の出力電圧の位相
をこの変圧器の入力電圧の位相と、ほぼ等しくなるよう
に、上記インバータを制御することを特徴とする電気車
の充電用変圧器。
【請求項６】請求項１記載の電気車の充電用変圧器に
おいて、上記２次巻線とインバータとの間に接続され、充電時に
閉とされる第１のスイッチ手段と、上記２次巻線のほぼ中間点とインバータとの間に接続さ
れる第２のスイッチ手段と、上記変圧器の鉄心に巻回される３次巻線と、上記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段
と、充電時に、上記３次巻線の電圧から変圧器の出力電圧を
検出し、この検出した電圧と、バッテリ電圧検出手段に
より検出されたバッテリ電圧とを比較し、このバッテリ
電圧が、変圧器の出力電圧より大となったときには、上
記第２のスイッチ手段を閉とする開閉制御手段と、をさらに備えることを特徴とする電気車の充電用変圧
器。