JPH09246767A

JPH09246767A - 電気車用電力変換装置

Info

Publication number: JPH09246767A
Application number: JP8047070A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Suzuki; 敦鈴木; Takashi Tsuboi; 孝坪井; Hiroshi Itahana; 博板鼻; Nobuaki Mizuguchi; 信章水口; Chiyuki Kato; 千幸加藤; Heikichi Kuwabara; 平吉桑原; Masanori Kobayashi; 正昇小林
Original assignee: Hitachi Techno Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Mito Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 1997-09-19
Also published as: CN1077524C; EP0794098B1; KR970065107A; EP0794098A1; CN1163209A; KR100272807B1; DE69701265T2; DE69701265D1

Abstract

(57)【要約】【課題】電気車用電力変換装置を車両床下に艤装する
際に、高密度実装可能で、配置の自由度を高め、かつ半
導体スイッチング素子と密閉室とを同時に効率良く冷却
する。【解決手段】電力変換器４１、４２を構成する素子を受
熱板１０の両面に装着し、この受熱板１０内に冷却水を
流し暖まった冷却水をラジエータ１２によって冷却する
水循環式冷却系とする。そして、これらを電気車床下に
設け、ラジエータ１２を車両側面に設けられた通気室２
５に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両、とりわ
け電気車に用いられる電力変換装置に係り、特に、この
電力変換装置の冷却に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気鉄道車両においては、電動機を可変
速駆動するための電力変換装置が、通常車体の床下部に
搭載される。例えばインバータ方式による制御装置は、
半導体スイッチング素子(例えばＧＴＯ、ＩＧＢＴな
ど)、ダイオード、コンデンサ、抵抗器、ゲート制御装
置等により構成される。これら構成部品は、装置作動時
に熱損失を発生することから、これらを効率良く冷却す
ることが重要である。特に、半導体スイッチング素子
は、その発生熱量が大きいため、専用の放熱器を備えて
いる。この放熱器は、外気と通じる風洞内に設置され、
外気へ放熱を可能としている。一方、ダイオード、コン
デンサ、ゲート制御装置や半導体スイッチング素子自身
は、信頼性を確保する上で、清浄な空気のもとに設置す
ることが必要である。そのため、この装置を収納する筐
体の外の汚損空気に触れないように、密閉室内に収納す
ることが有効である。

【０００３】しかし、これら密閉室に収納される半導体
スイッチング素子以外の電気品も少なからず発熱してお
り、この密閉室の空気の温度上昇を一定値以下に押さえ
るためには、密閉室内の空気と筐体の外の汚損空気の間
で効率的よく熱交換する必要がある。

【０００４】特開平６−１６３７７０号公報（文献１）
には、誘導電動機を制御する電力変換器のモジュール型
主回路半導体スイッチング素子を受熱板の一面に装着
し、片面にＬ形に曲折されたヒートパイプの受熱部を埋
め込み、凝縮部に放熱フィンを取り付けた冷却構造が記
載されている。また、特開昭６２−２５５２６６号公報
（文献２）には、誘導電動機を制御するインバータの冷
却を、ディーゼルエンジンを冷却する冷却水をインバー
タにも循環させる技術が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電気車用、特に電車用
の電力変換装置は、車体の床下部に設置されることから
小型軽量化が要求される。このため、機器の実装密度を
高める必要性がある。実装密度が高まると筐体内に収納
される電気品の発熱密度が増加し、これら全体を効率良
く冷却するためには、半導体スイッチング素子専用の放
熱器のみならず、密閉室内の電気品を効率良く冷却する
ための放熱器ならびに放熱構造が必要である。

【０００６】また、電気品を効率良く冷却するために用
いるファンやポンプといった回転機器は、摩耗する部品
があるため、定期的に部品交換や保守を必要とする。ま
た、半導体スイッチング素子の放熱器は、粉塵等が放熱
器内部に滞留しやすく、定期的な清掃が必要となる。よ
って、これらの機器を車体床下部に設置する際には、保
守点検が容易に可能となるよう、実装上の配慮が必要で
ある。

【０００７】文献１に記載の構造では、受熱板の１面に
のみモジュール型スイッチ素子の取り付け可能であり、
実装密度を増加させることが困難であり、また、ほとん
どの場合複数のヒートパイプにて冷却をしなければなら
ない関係上、全てのヒートパイプのフィンに冷却風を当
てるためにはヒートパイプ、すなわち、冷却側の都合に
よって実装時の電力変換装置としての配置が決まってし
まい、機器の配置設計の自由度が少ないという問題があ
る。

【０００８】また、文献２においては、冷却水の循環回
路の記載はあるが実装については何等配慮が為されてい
ない。

【０００９】本発明の目的は、実装密度が増加したとし
ても、機器の配置の自由度を高くし、かつ半導体スイッ
チング素子を冷却するための放熱器とその他の電気品密
閉室とを同時に効率良く冷却し得る構造を有する電気車
用電力変換装置を提供することにある。

【００１０】本発明の第２の目的は、回転機器や熱交換
器のメンテナンスが容易な冷却構造を有する電気車用電
力変換装置を提供することにある。

【００１１】本発明の第３の目的は変換容量の増大によ
り密閉室の発熱量が増大した場合でも、これを冷却可能
とし得る電気車用電力変換装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的は、電気
車駆動用誘導電動機を制御する複数のスイッチング素子
を含む電力変換器と、この電力変換器を冷却する冷却手
段とを備えた電気車用電力変換装置において、前記スイ
ッチング素子が取り付けられ、内部に冷却液の流路を有
する受熱板と、前記受熱板からの冷却液と空気との間で
熱交換を行う熱交換器と、前記受熱板と前記熱交換器と
の間で前記冷却液を循環させるポンプと、前記熱交換器
に対して冷却風を送風する送風手段とを備え、前記受熱
板、前記熱交換器、前記ポンプ及び送風手段とを電気車
の床下に艤装し、前記熱交換器をこの電気車の側面に配
置し、冷却風を、前記熱交換器が配置されていない側面
から吸気し、前記熱交換器が配置されている側面から排
気するように前記送風手段を配置することにより達成さ
れる。

【００１３】前記第２の目的は、電気車駆動用誘導電動
機を制御する複数のスイッチング素子を含む電力変換器
と、この電力変換器を冷却する冷却手段とを備えた電気
車用電力変換装置において、前記スイッチング素子が取
り付けられ、内部に冷却液の流路を有する受熱板と、前
記受熱板からの冷却液と空気との間で熱交換を行う熱交
換器と、前記受熱板と前記熱交換器との間で前記冷却液
を循環させるポンプとを一体で電気車側面から取り出し
可能な手段とを備え、前記熱交換器をこの電気車の側面
に配置することにより達成される。

【００１４】前記第３の目的は、電気車駆動用誘導電動
機を制御する複数のスイッチング素子を含む電力変換器
と、この電力変換器を冷却する冷却手段とを備えた電気
車用電力変換装置において、前記スイッチング素子が取
り付けられ、内部に冷却液の流路を有する受熱板と、前
記受熱板からの冷却液と空気との間で熱交換を行う熱交
換器と、前記熱交換器に対して冷却風を送風する送風手
段とを備え、前記受熱板を電気車床下側に設けられた室
内に配置し、前記室の外面に放熱フィンを設け、冷却風
がこの放熱フィンを介して車両側面に送風されるように
前記送風手段を配置することにより達成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態とし
て、電気鉄道車両の床下に設置するコンバータとインバ
ータを備えた電力変換装置を図９を用いて説明する。本
例は交流き電区間を走行する電気車を示しており、パン
タグラフ５４から集電された交流は、複数の変圧器５２
によって降圧され、それぞれ対応する単相３レベルコン
バータ４２の交流入力端に入力される。このコンバータ
４２は、正、負、中性の３つのレベルの直流を出力し、
これらコンバータ４２の直流側はフィルタコンデンサ５
１を介して並列接続され、３相３レベルインバータ４１
の直流側に入力される。なお、インバータ４１側の直流
側には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎にフィルタコンデン
サ５１が接続されている。インバータ４１は、入力され
た直流を正、負、中性の３つのレベルを有するパルスを
出力することによりＰＷＭ変調された可変電圧可変周波
数の３相交流を出力する。誘導電動機５３は、可変電圧
可変周波数の交流を入力することによってその回転が制
御され、電気車が力行する。また、誘導電動機５３が発
電機として動作する回生時は、上記力行時とは反対にエ
ネルギーがパンタグラフ５４に流れる。

【００１６】また、コンバータ４２とインバータ４１と
の間に並列接続されている過電圧抑制回路４３は、何ら
かの原因により直流電圧が過大になった場合、抵抗を介
して短絡して降圧したり、中性点の電位が正負でアンバ
ランスになった場合、動作するものである（この動作は
２レベルインバータでは存在しない）。

【００１７】ところで、これらインバータ４１やコンバ
ータ４２を構成するスイッチング素子４０は、例えば、
ＩＧＢＴ（インシュレーテッドゲートバイポーラ
トランジスタ）やＧＴＯ（ゲートターンオフサイリス
タ）等のモジュール型自己消弧型スイッチング素子であ
り、本実施形態で用いられるＩＧＢＴは、それぞれ並列
接続されたフライホイールダイオード５０と一体でモジ
ュール化されている。また、４直列接続されたスイッチ
ング素子４０の中２つのスイッチング素子に並列接続さ
れたダイオードはクランプダイオード４９であり、中性
点電位を生成するための３レベル電力変換器に特有のも
のである。更に、本図には記載を省略したが、スイッチ
ング素子には、自己消弧したときに発生する過大電圧を
吸収するためにスナバ回路が設けられており、この回路
は、スナバダイオード、スナバ抵抗及びスナバコンデン
サから構成されている。

【００１８】以上説明した電力変換装置を構成する各素
子は冷却系にとってみれば全てが発熱体であり、これら
が密に実装されると、熱的に厳しいものとなる。一方、
レイアウトもメンテナンスを考慮すると、重要な要素で
あり、冷却にとって必ずしも都合の良いものとはなり得
ない。以下に説明する本実施形態による冷却構造は、こ
れらの要請に応じ得るものである。

【００１９】以下、図１乃至図５を用いて説明する。図
１は鉄道の軌道下の枕木と平行な方向の縦断面図であ
る。図２は、図１におけるＡ−Ａ部の断面図、図３は図
１におけるＢ−Ｂ部の断面図である。本実施形態におい
ては、電力変換器を構成するモジュール型半導体スイッ
チング素子４０を取り付けた受熱板に冷却液を通し、こ
れを空気−液熱交換器との間で循環して冷却する循環液
冷方式を採用した。この際、使用する冷媒としては例え
ば水や、低温下での凍結を抑制するエチレングリコール
の成分を含んだ水溶液を用いる。

【００２０】図１（電気配線は省略してある）におい
て、車体１の床下に電力変換器を収納する筐体２が、風
洞２１のスペースを残すように図示しない吊り下げ手段
により懸架されている。この筺体２には、軌道幅方向に
図面左側から、電気品密閉室５、前述した電力変換器の
主回路を収納した主回路密閉室３、及び冷却部が収納さ
れている。フィルタコンデンサ５１は主回路密閉室３内
に配置されている。電力変換器主回路を収納した主回路
密閉室３内には、後に詳細説明する受熱板１０、その他
の主回路構成品が収納されている。そして、この主回路
密閉室３の上部には、主回路密閉室３の天板２８の車体
１側を用いてには、前述の風洞２１が形成されており、
この風洞２１内部に存するように、主回路密閉室３外部
に外部放熱フィン２２が、この外部放熱フィン２２とこ
の主回路密閉室３筺体２の天板２８を挟んで密閉室内部
には、内部放熱フィン２３が設けられている。

【００２１】一方、図２に示されるように、筐体２３の
車両進行方向の左側面（図面左側）には、コンバータ４
２やインバータ４１を構成するスイッチング素子４０に
対してパルス幅変調されたゲート信号を生成するゲート
制御装置４４、交流電車線とこれら制御機器とを電気的
に切り離す交流接触器４５、各種制御機器に対して電力
を供給する制御用電源４６等の電気品が、単位毎に区分
されて電気品密閉室５に収納されており、筺体２の側面
全面にわたって配置される。

【００２２】冷却装置を構成する液循環ポンプ１１、送
風機２９、空気−液熱交換器（ラジエータ）１２、リザ
ーブタンク１３は、主回路密閉室３の右側面(図面右側)
に配置される。これらと主回路密閉室３に収納されてい
る受熱板１０とは配管１４を介して相互に接続される。

【００２３】液循環ポンプ１１によって昇圧された冷却
水は、主回路密閉室３内に収納されている受熱板１０に
送水される。受熱板１０は、図４に示されるように、一
面にコンバータ４２及びインバータ４１の１相分（Ｓ
相、Ｔ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の冷却対象素子若しくは
過電圧抑制回路４３の冷却対象素子が両面に取り付け可
能となっている。この受熱板１０の内部には冷却水が流
れる流路が形成されており、液循環ポンプ１１からの冷
却水が流れ、各素子が発生した熱を受熱し、昇温した冷
却水が配管１４を介してラジエータ１２に送られる。図
１において、ラジエータ１２には、車外より採風した冷
却風が流れるようになっており、冷却水と空気との間で
熱交換を行うことにより冷却水の温度を下げている。ま
た、ラジエータ１２には、万一圧力が過大になってもそ
の圧力の上昇を抑制するため、また、冷却水の補給のた
めにリザーブタンク１３が設けられている。ラジエータ
１２を出た冷却水は再び循環ポンプ１１に戻り、以上説
明したように循環をして発熱素子を冷却する。尚、循環
させる冷却水の量は、１分間に４０から５０リットルで
ある。

【００２４】次に、車体１から軌道方向に見た図２を用
いて、本電力変換装置のレイアウトを説明する。車体１
の両側面のスカート４の内側に筺体２が配置されてお
り、筺体２内には４枚の受熱板１０、４台の冷却機器
（液循環ポンプ１１、ラジエータ１２、リザーブタンク
１３及び配管１４）、ゲート制御装置４４、交流接触器
４５及び２個の制御用電源４６が図示のように配置され
ている。受熱板１０には、図４に示されているように、
両面に冷却対象の素子を配置することができるので、文
献１に記載のように片面装着に比べ、実装密度が高くな
る。例えば、図９に示した主回路図において、コンバー
タ４２には、Ｓ相およびＴ相がそれぞれ２セットの４相
分、インバータ４１にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分、更
に、過電圧抑制回路４３を１相と考えて、合計８相分の
冷却が必要である。図２に示した受熱板１０の枚数は、
４枚であり、片面に１相分の素子を装着することができ
るので、合計８相分の素子の冷却が可能となる。尚、大
容量であるため、片面に１相分を装着するようにした
が、２レベルインバータ、または、小容量タイプのもの
ではこれに限るものではない。更に、受熱板１０は、筺
体２底面に対して立面しており、冷却対象素子取付面が
車両進行方向に対して垂直となるように配置されてい
る。文献１に記載の配置は、受熱板のヒートパイプ取付
面が車体１の側面になるよう配置する必要があったの
で、この点においては、車体１の長さ方向が短くなる。
この効果を得るためには、受熱板１０の素子取付面が車
両進行方向に向いていればよく斜めに立面配置されても
構わない。

【００２５】次に、冷却風の採風および排風構造につい
て説明する。図１において、採風は、車両側面に位置す
るスカート４に設置された採風口２４、エアフィルタ２
０および車体１と筐体２の間の間隙に設置された風洞２
１を介して通気室２５へ取り込まれる。この冷却風３０
は、空気−液熱交換器１２、送風機２９を介して車両側
側面に位置する排風口２７から放出される。すなわち、
側面吸気側面排気構造を取り入れている。このように、
冷却風３０を側面から採風し側面へ排風することで、筐
体２内での冷却風の流れる方向が大きく変化しないた
め、圧力損失が小さく、同一動力の送風手段でより多く
の風量を確保できるため、電力変換装置全体の冷却効率
を向上することができる。

【００２６】図３は、車体１側から見た風洞２１および
通気室２５筺体２の天板を示した図である。風洞２１天
板には各密閉室３、５に対応した位置に外部放熱フィン
２２が設置されており、車体側面付近にラジエータ１２
等が配置され、ラジエータ１２に冷却風３０が流れるよ
うに流路を形成している。仕切り板６０によって仕切ら
れた風洞２１（車両進行方向側の端部は車体１の底面
に、やはり、仕切り板のようなものが接しており、これ
と仕切り板６０とにより流路が確保される）には、車体
１の側面スカート４に設けられたエアフィルタ２０から
の冷却風３０が流れ込み、外部放熱フィン２２を介して
ラジエータ１２に取り込まれる。このように構成した場
合、もし、下面排気とすると、筐体２内に取り込んだ際
の冷却風の流れ方向(横方向)を９０度変える(下方向)よ
うな流路構造が必須となり、この部分の圧力損失が大き
くなってしまい、冷却風の風量が小さくなることから、
冷却効率が落ちてしまうという問題がある。

【００２７】次に、外気の進入を防ぐ主回路密閉室３及
び電気品密閉室５内部の冷却について図５および６を用
いて説明する。受熱板１０に装着された素子の冷却につ
いては前述の如くである。図５に示されるように、主回
路密閉室３に収納されるスナバ回路を構成するための電
気品であるスナバコンデンサ４８、図示しないがフィル
タコンデンサ５１、ゲート制御回路４４から信号を受け
取り増幅して電力変換器を構成するスイッチング素子に
増幅されたスイッチング信号を供給するゲートアンプ
（図示なし）等の付随部品もこの主回路密閉室３内に収
納される。受熱板１０に装着されたスイッチング素子の
発生熱量は大きく、受熱板１０は電力変換器運転時仁内
部に水を流しても７５゜Ｃから８０゜Ｃになる。これ
に対してスナバコンデンサ４８やゲートアンプの許容温
度は４０゜Ｃから５０゜Ｃであり、このままでは主回
路密閉室３内の温度は受熱板１０が発生する熱によりこ
れら付随部品の許容温度を越えてしまう。本実施形態で
は受熱板１０を立面配置しており、この発熱は主回路密
閉室３内部の周囲空気へ伝えるようにしている。このと
き、主回路密閉室３内の空気は上昇気流を形成し、主に
上部に設置された内部放熱フィン２３へ熱を輸送する。
一方、主回路密閉室３上面の風洞２１（図１参照）の内
部にやはり外部放熱フィン２２が設置されており、この
外部放熱フィン２２を送風機２９によって発生した冷却
風３０がエアフィルタ２０から取り込まれ、ほとんど温
度上昇することなく(電気品密閉室５からの放熱による
冷却風の温度上昇はたかだか１℃程度である)通過する
ため上面からの熱伝達は促進されている。これらにより
主回路密閉室３の効率的な冷却が可能となる。このと
き、密閉室内には放熱を促進するために密閉室内部の空
気を撹袢し、放熱フィン部に風を導く送風機２６を設置
してもよい。また、各放熱フィン２２、２３の形状は、
それぞれの放熱フィンにおける流速が異なるため、それ
ぞれの流速に合わせて異ならせたほうがより一層効果的
である。また、同様に、電気品密閉室５も構成されてい
る。

【００２８】次に、図１または図５を用いてメンテナン
スについて説明する。保守点検は、車両側面から行うこ
とが望ましい。本実施形態では、定期的な保守点検が必
要な回転機器を収納している通気室２５が車体１の側面
に位置するように配置されている。このように、保守点
検の容易性を高めたレイアウトとなった理由は、水冷と
したことで風冷しなければならない部品がラジエータ１
２に集約されたことによる。

【００２９】一方、主回路密閉室３側は、受熱板１０、
液循環ポンプ１１、ラジエータ１２、リザーブタンク１
３及び配管１４は、フィルタコンデンサ５１を含めた他
の主回路構成部品と共に車輪６２を有する台車６１上に
設置されており、図示しない車止を外すことにより車体
１の幅方向に移動可能である。この際、送風機２９は、
前記台車上に設置されて受熱板１０等の部品と同時に移
動可能とするように設置してもよいし、送風機２９のみ
が単独で移動（取り外し）可能となるように設置すれ
ば、回転部品を有する送風機２９のメンテナンスが容易
となる。

【００３０】保守点検が終了した台車６１は、図示の位
置に戻されるが、台車６１のラジエータ１２側に取り付
けた仕切板６３と、筺体２に額縁のように中がくり抜か
れ、ゴムパッキンが施されたストッパ６４とが当接する
ことによって、主回路密閉室が構成される。そして、仕
切板６３とストッパ６４とが当接する事により通気室２
５が形成される。

【００３１】以上、本実施形態によれば、水冷として受
熱板の両面に複数の素子を装着することができるように
なったので、所定の冷却性能を有しつつ実装密度を向上
させることができる。また、車体１の床下の車両側面側
に通気室２５を設けこの中にラジエータ１２を配するこ
とで、前述の如く、保守点検時の作業性が向上するとい
う効果がある。

【００３２】上記実施形態においては、放熱フィンが密
閉室上部にのみ設置したが、図６に示されるように、放
熱フィンを、上面に加え、密閉室の側面および下面に設
置し、冷却風がこれらの面に通過するように風洞を形成
させても良い。このとき、主回路密閉室３の放熱面積が
大きくなることから、密閉室の冷却効率が向上する。さ
らに、冷却風の流れる方向は大きく変化せず、かつ冷却
風を取り込む断面積が大きくなることから、圧力損失が
小さくなり、多くの風量を確保できることから密閉室お
よびラジエータの冷却効率が向上する。以上により、総
合的に冷却効率を向上することができる。

【００３３】前述の実施形態の具体例を、図７、８に示
す。図７は、密閉室の上面および下面に放熱フィンを取
り付けた場合の車体側面から見た図である。上面の構造
は前述の如くである。筐体２の下面と台車６１の間に仕
切り板を設け、さらに車輪６２を支持するための支持台
６５により、密閉室下面より冷却するための空洞２１を
形成し、前記仕切り板に放熱フィン２２、２３を取り付
けてある。冷却風３０は、この風洞２１を、紙面に対し
て垂直方向に通過する。図８は、密閉室の上面および側
面に放熱フィンを取り付けた場合の車体側面から見た図
である。上面の構造は前述の如くである。受熱板１０と
の間に２枚の仕切り板を設け、密閉室側面より冷却する
ための風洞２１を形成し、前記仕切り板に放熱フィン２
２、２３を取り付けてある。冷却風３０は、この風洞２
１を、紙面に対して垂直方向に通過する。

【００３４】以上説明した各種の実施形態では、交流を
き電して交流電動機である誘導電動機を駆動するコンバ
ータインバータシステムにおける電力変換装置であった
が、本発明はこれに限定されず、直流をき電して誘導電
動機を駆動するインバータシステムにおいても適用する
ことができる。また、上記説明したインバータ若しくは
コンバータを３レベルの電力変換器としたが２レベル電
力変換器であっても構わない。更に、受熱板１０の両面
に素子を配置した構成について説明したが、片面にのみ
配置したものについても適用でき、この場合は、冷却系
にとらわれず、その他の設計的要請により自由に設計を
することができるという効果を奏する。また、密閉室に
取り付ける放熱フィンは、密閉室内の発熱量の大小によ
り、例えば側面には、冷却風が通る風洞を形成させるの
みで、放熱フィンを設けない、といった選択が可能であ
る。また、冷却風を筐体内に取り込むための送風機は、
軸流ファンを図示しているが、本発明はこれに限定され
ず、例えば遠心ファンを用いて適用することができる。
また、受熱板１０と液循環ポンプ１１とラジエータ１２
とを一体で電気車側面から取り出し可能な手段として、
ここでは台車６１と車輪６２を用いた場合について説明
したが、本発明はこれに限定されず、例えば、摺動部を
設けたり、吊り掛け部を設けて適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、電気品の配置の自由度
を高くし、かつ半導体スイッチング素子の放熱器と密閉
室とを同時に効率良く冷却することが可能となり、ま
た、回転機器や熱交換器の保守点検の作業性が向上し、
さらに変換容量が増大し、密閉室の発熱量が増大した場
合でも、これを冷却可能とするという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における、電気車の進行方
向から見た電力変換装置を搭載した車両の断面図であ
る。

【図２】図１に示した電力変換装置のＡ−Ａ部断面図で
ある。

【図３】図２に示した電力変換装置のＢ−Ｂ部断面図
で、冷却風の流れを説明する図である。

【図４】受熱板を説明する図である。

【図５】主回路密閉室内部を表す斜視図である。

【図６】本発明の第二の実施形態を示す電力変換装置の
主回路密閉室外部を表す斜視図で、冷却風の流れを説明
する図である。

【図７】本発明の第三の実施形態を示す電力変換装置を
車両側面側から見た図である。

【図８】本発明の第四の実施形態を示す電力変換装置を
車両側面側から見た図である。

【図９】本実施形態における電力変換装置の主回路図で
ある。ある。

【符号の説明】

１…車体、２…筐体、３…主回路密閉室、４…スカー
ト、５…電気品密閉室、１０…受熱板、１１…液循環ポ
ンプ、１２…ラジエータ、１３…リザーブタンク、１４
…配管、２０…エアフィルタ、２１…風洞、２２…外部
放熱フィン、２３…内部放熱フィン、２４…採風口、２
５…通気室、２６…内気循環用送風機、２７…排風口、
２９…送風機、３０…冷却風、３１…内気循環風、４０
…スイッチング素子、４１…インバータ、４２…コンバ
ータ、４３…過電圧抑制回路、４４…ゲート制御回路、
４５…交流接触器、４６…制御用電源、４７…スナバ抵
抗、４８…スナバコンデンサ、４９…クランプダイオー
ド、５０…フライホイールダイオード、５１…フィルタ
コンデンサ、５２…変圧器、５３…誘導電動機、５４…
パンタグラフ、６１…台車、６２…車輪、６３…仕切
板、６４…ストッパ、６５…支持台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坪井孝茨城県ひたちなか市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者板鼻博茨城県ひたちなか市堀口832番地の２日立水戸エンジニアリング株式会社内 (72)発明者水口信章茨城県ひたちなか市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者加藤千幸茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者桑原平吉茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小林正昇東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気車駆動用誘導電動機を制御する複数の
スイッチング素子を含む電力変換器と、この電力変換器
を冷却する冷却手段とを備えた電気車用電力変換装置に
おいて、前記スイッチング素子が取り付けられ、内部に
冷却液の流路を有する受熱板と、前記受熱板からの冷却
液と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記受熱板
と前記熱交換器との間で前記冷却液を循環させるポンプ
と、前記熱交換器に対して冷却風を送風する送風手段と
を備え、前記受熱板、前記熱交換器、前記ポンプ及び送
風手段とを電気車の床下に艤装し、前記熱交換器をこの
電気車の側面に配置し、冷却風を、前記熱交換器が配置
されていない側面から吸気し、前記熱交換器が配置され
ている側面から排気するように前記送風手段を配置した
た電気車用電力変換装置。
【請求項２】請求項１において、前記受熱板の素子搭載
面が電気車の進行方向に向くように立面配置した電気車
用電力変換装置。
【請求項３】電気車駆動用誘導電動機を制御する複数の
スイッチング素子を含む電力変換器と、この電力変換器
を冷却する冷却手段とを備えた電気車用電力変換装置に
おいて、前記スイッチング素子が取り付けられ、内部に
冷却液の流路を有する受熱板と、前記受熱板からの冷却
液と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記受熱板
と前記熱交換器との間で前記冷却液を循環させるポンプ
とを一体で電気車側面から取り出し可能な手段とを備
え、前記熱交換器をこの電気車の側面に配置した電気車
用電力変換装置。
【請求項４】請求項３において、前記熱交換器に対して
冷却風を送風する送風手段とを備え、前記送風手段は、
前記受熱板、前記熱交換器、前記ポンプとは独立に電気
車の側面から取り出せるものである電気車用電力変換装
置。
【請求項５】請求項３において、前記熱交換器に対して
冷却風を送風する送風手段とを備え、前記送風手段、前
記受熱板、前記熱交換器、前記ポンプとを一体で電気車
の側面から取り出せるものである電気車用電力変換装
置。
【請求項６】請求項３において、前記受熱板の素子搭載
面が電気車の進行方向に向くように立面配置した電気車
用電力変換装置。
【請求項７】電気車駆動用誘導電動機を制御する複数の
スイッチング素子を含む電力変換器と、この電力変換器
を冷却する冷却手段とを備えた電気車用電力変換装置に
おいて、前記スイッチング素子が取り付けられ、内部に
冷却液の流路を有する受熱板と、前記受熱板からの冷却
液と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換
器に対して冷却風を送風する送風手段とを備え、前記受
熱板を電気車床下側に設けられた室内に配置し、前記室
の外面に放熱フィンを設け、冷却風がこの放熱フィンを
介して車両側面に送風されるように前記送風手段を配置
した電気車用電力変換装置。
【請求項８】請求項７において、冷却風が、前記放熱フ
ィン、熱交換器の順に送風されるように前記送風手段を
配置した電気車用電力変換装置。
【請求項９】請求項７において、冷却風が、前記熱交換
器、送風手段の順に流れるように前記送風手段を配置し
た電気車用電力変換装置。
【請求項１０】請求項７において、前記室の上面および
下面に放熱フィンを設けた電気車用電力変換装置。
【請求項１１】請求項７において、前記室の上面および
側面に放熱フィンを設けた電気車用電力変換装置。