TWI604981B - Electric vehicle control device - Google Patents

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TWI604981B
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Hiroaki Otani
Tomoyuki Makino
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Toshiba Kk
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Description

電動車控制裝置
本發明之實施形態有關電動車控制裝置。
鐵道車輛，透過設於車體的屋頂上之集電弓，從架空線被供給交流電力。此交流電力，透過設於車體的地板下之電動車控制裝置供給至電動馬達。電動車控制裝置，具備將交流電力變換成直流電力之換流器、及將從換流器輸出的直流電力變換成電動馬達驅動用的交流電力之反流器。
此處，在電動車控制裝置，設有用來將在換流器或反流器產生的熱予以散熱之冷卻鯺片等冷卻部。藉此，謀求換流器或反流器的熱損耗的減低。
不過，已知當在電動車控制裝置的底面側配置冷卻鯺片的情形下，於鐵道車輛的低速走行時無法獲得足夠的風量，冷卻鯺片的冷卻能力會降低。另一方面，已知當在電動車控制裝置的側面側配置冷卻鯺片的情形下，於鐵道車輛的高速走行時相較於在底面側配置冷卻鯺片的情形而言風量不穩定。
鑑此，可考慮橫跨電動車控制裝置的底面側與側面側這兩側來配置冷卻鯺片，來冷卻換流器及反流器兩者。
然而，若將冷卻鯺片設計成可充分冷卻換流器及反流器兩者之容量，則冷卻鯺片可能會大型化。
此外，換流器或反流器會透過冷卻鯺片而變成一體化，若欲維修該換流器、反流器、及冷卻鯺片的任一者，維修的負擔可能會變大。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2003-48533號公報
本發明所欲解決之問題，在於提供一種能夠小型化，且能夠提升維修性之電動車控制裝置。
實施形態之電動車控制裝置，具有框體、換流器、反流器、換流器用冷卻部、反流器用冷卻部。框體，設於車體的地板下。換流器，連接至交流電源，將受供給之交流電力變換成直流電力。反流器，將直流電力變換成電動機的驅動用交流電力。換流器用冷卻部，將換流器冷卻。反流器用冷卻部，將反流器冷卻。又，在框體內，收容換流器及反流器。此外，在框體的底面側，配置 換流器用冷卻部，在框體的側面側，配置反流器用冷卻部。
1，201，301，401‧‧‧電動車控制裝置
2‧‧‧車體
3‧‧‧電動馬達(電動機)
4‧‧‧框體
4a‧‧‧底面
4b‧‧‧側面
5‧‧‧換流器
6‧‧‧反流器
6a‧‧‧半導體元件
7‧‧‧換流器用冷卻部
8，208，308，408‧‧‧反流器用冷卻部
8a，408a‧‧‧受熱板(受熱部)
8b，208b，308b，408b‧‧‧散熱部
14‧‧‧熱管
41‧‧‧第1板
42‧‧‧第2板
〔圖1〕第1實施形態之電動車控制裝置示意概略構成圖。
〔圖2〕第1實施形態之電動車控制裝置示意方塊圖。
〔圖3〕第1實施形態之換流器及反流器的電流值的變化示意圖表。
〔圖4〕第2實施形態之電動車控制裝置示意概略構成圖。
〔圖5〕第3實施形態之電動車控制裝置示意概略構成圖。
〔圖6〕第4實施形態之電動車控制裝置示意概略構成圖。
〔圖7〕第4實施形態之變形例中的電動車控制裝置示意概略構成圖。
以下，參照圖面說明實施形態之電動車控制裝置。
(第1實施形態)
圖1為電動車控制裝置1之概略構成圖，圖2為電動車控制裝置1之方塊圖。
如圖1、圖2所示，電動車控制裝置1，例如為對設於鐵道車輛的車體2之電動馬達3進行驅動控制之物。電動車控制裝置1，具備設於車體2的地板下之箱狀的框體4、及設於框體4內之換流器5及反流器6、及用來將換流器5冷卻之換流器用冷卻部7、及用來將反流器6冷卻之反流器用冷卻部8。
此外，電動車控制裝置1，透過主變壓器(變壓器)9、及集電弓10而連接至架空線11。集電弓10，為將供給至架空線11的交流電力予以集電之物，透過主變壓器9還連接至接地點12。另，作為接地點12，例如可舉出車輪13。
換流器5，將透過主變壓器9而供給之交流電力變換成直流電力。換流器5，配置於框體4的底面4a。
另一方面，反流器6，將藉由換流器5而變換的直流電力變換成電動馬達3的驅動用交流電力，並供給至電動馬達3。反流器6，配置於框體4的側面4b。
換流器用冷卻部7，是以和換流器5相對應的方式配置於框體4的底面4a。換流器用冷卻部7，即所謂的散熱座(heat sink)，由沿著框體4的底面4a延伸之受熱板7a、及從受熱板7a朝向下方延伸之鯺片狀的散熱部7b所構成。又，係設置成換流器5接觸受熱板7a。此 處，換流器5，係設置成構成此換流器5的半導體元件5a接觸受熱板7a。另，作為半導體元件5a，例如藉由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣閘極雙極電晶體)等開關元件所構成。散熱部7b，係鯺片形成為朝車體2的前後方向延伸。藉此，走行風會變得容易通過散熱部7b內。
反流器用冷卻部8，是以和反流器6相對應的方式配置於框體4的側面4b。反流器用冷卻部8，由沿著框體4的側面4b延伸之受熱板8a、及從受熱板8a朝向車體2的車寬方向外側突設之散熱部8b所構成。又，係設置成反流器6接觸受熱板8a。此處，反流器6，係設置成構成此反流器6的半導體元件6a接觸受熱板8a。另，作為半導體元件6a，例如藉由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣閘極雙極電晶體)等開關元件所構成。
若針對反流器用冷卻部8的散熱部8b詳述之，則此散熱部8b，係由從受熱板8a朝向斜上方延伸之熱管(heat pipe)14、及設於熱管14的外周面，相對於此熱管14的延伸方向而言朝法線方向延伸之複數個鯺片15所構成。在熱管14的內部，封入有用來促進此熱管14與外部的熱交換之動作液(working fluid)。因此，熱管14，相對於水平方向而言傾斜地設置以使動作液在此熱管14內正常地循環。
在這樣的構成之下，從架空線11透過集電弓 10、主變壓器9、及電動車控制裝置1對電動馬達3供給電力，伴隨電動馬達3的驅動，鐵道車輛以期望的速度走行。此時，在電動車控制裝置1的換流器5產生的熱，透過換流器用冷卻部7被散熱。如此一來，換流器5便被冷卻。另一方面，在反流器6產生的熱，透過反流器用冷卻部8被散熱。如此一來，反流器6便被冷卻。
此處，換流器用冷卻部7，係配置於框體4的底面4a，故於鐵道車輛的高速走行時可獲得大風量而冷卻能力提升。另一方面，反流器用冷卻部8，係配置於框體4的側面4b，故於鐵道車輛的低速走行時能夠利用上昇氣流而有效率地提高冷卻能力。
不過，換流器5及反流器6承受的負載，於鐵道車輛走行時，會如以下說明之圖3般變化。
圖3為以縱軸作為電流值，以橫軸作為鐵道車輛的走行速度的情形下之換流器5及反流器6的電流值的變化示意圖表。另，圖3中，所謂換流器5的電流值，係指輸入至換流器5的電流值(圖2中A點的電流值)。此外，圖3中，所謂反流器6的電流值，係指從反流器6輸出的電流值(圖2中B點的電流值)。
如同圖所示，鐵道車輛的走行開始時需要大轉矩，故反流器6的電流值會變大。然後，隨著走行速度變快，必要轉矩會變小，故伴隨此反流器6的電流值會漸漸變小。也就是說，反流器6，於鐵道車輛的低速走行時的負載大，於高速走行時的負載小。
相對於此，換流器5，從走行開始時起算供給電流漸漸地變大。然後，於鐵道車輛的高速走行時電流的供給量會變大，故換流器5的電流值會固定維持在較大的值。也就是說，換流器5，於鐵道車輛的高速走行時的負載大，於低速走行時的負載小。
是故，如上述第1實施形態般，藉由在框體4的底面4a配置換流器5及換流器用冷卻部7，於換流器5的負載較大之鐵道車輛的高速走行時，能夠有效率地冷卻此換流器5。此外，藉由在框體4的側面4b配置反流器6及反流器用冷卻部8，於反流器6的負載較大之鐵道車輛的低速走行時，能夠有效率地冷卻此反流器6。而且，換流器用冷卻部7，只要形成為能夠僅冷卻換流器5的大小即可，反流器用冷卻部8，只要形成為能夠僅冷卻反流器6的大小即可。像這樣，能夠將各冷卻部7，8的冷卻對象各自分開，有效率地冷卻換流器5或反流器6，故就冷卻部7，8全體而言能夠謀求小型化。
此外，係設置成構成反流器6的半導體元件6a接觸反流器用冷卻部8的受熱板8a。此處，半導體元件6a因發熱量大，故藉由令此半導體元件6a接觸受熱板8a，能夠更有效率地冷卻反流器6，也能謀求反流器用冷卻部8的小型化。
又，將冷卻部分開成換流器5用(換流器用冷卻部7)與反流器6用(反流器用冷卻部8)，藉此能夠容易地維修各零件5~8。也就是說，例如當欲維修換 流器5時，只要將此換流器5與換流器用冷卻部7從框體4拆卸即可，故不必特地將反流器6或反流器用冷卻部8拆卸。因此，能夠容易地維修各部5~8。
此外，在框體4的底面4a配置換流器5及換流器用冷卻部7，在框體4的側面4b配置反流器6及反流器用冷卻部8，像這樣在框體4的不同面，分別以功能別來配置各零件5~8。因此，例如當從框體4將換流器5或反流器6的其中一方拆卸時，另一方不會造成妨礙，能夠進一步使維修性提升。
又，各冷卻部7，8的受熱板7a，8a，亦分別配置於框體4的底面4a與側面4b，故受熱板7a，8a本身的散熱性亦能提高。也就是說，換流器用冷卻部7的受熱板7a，於鐵道車輛的高速走行時容易受到走行風的影響，能夠提高高速走行時的散熱性。此外，反流器用冷卻部8的受熱板8a，於低速走行時容易受到上昇氣流的影響，能夠提高低速走行時的散熱性。
(第2實施形態)
接著，依據圖4說明第2實施形態。
圖4為第2實施形態中的電動車控制裝置201之概略構成圖，和前述圖1相對應。另，以下說明中，對於和第1實施形態同一態樣，係標注同一符號並省略說明(針對以下實施形態亦同)。
如同圖所示，第1實施形態與第2實施形態之差異 點，在於第1實施形態的反流器用冷卻部8與第2實施形態的反流器用冷卻部208之形狀相異這點。
更具體而言，第2實施形態的反流器用冷卻部208，由受熱板8a、及從此受熱板8a朝向車體2的車寬方向外側延伸之鯺片狀的散熱部208b所構成。散熱部208b，係鯺片形成為車體2的上下方向延伸。藉此，上昇氣流會變得容易通過散熱部7b內。
是故，按照上述第2實施形態，能夠發揮和前述第1實施形態同樣的效果。
(第3實施形態)
圖5為第3實施形態中的電動車控制裝置301之概略構成圖，和前述圖1相對應。
如同圖所示，第1實施形態與第3實施形態之差異點，在於第1實施形態的反流器6的位置與第3實施形態的反流器6的位置相異這點。
更具體而言，第3實施形態的反流器6，如同換流器5般配置於框體4的底面4a。另一方面，反流器用冷卻部308中，接觸受熱板8a之散熱部308b，係由熱管314、及設於熱管314的外周面，相對於此熱管314的延伸方向而言朝法線方向延伸之複數個鯺片315所構成。
熱管314，形成為從受熱板8a的底面側朝向車體2的車寬方向外側延伸，其後相對於水平方向朝向斜上方延伸。當像這樣構成的情形下同樣地，在框體4的側 面4b側，配置反流器用冷卻部308的熱管314的大部分、及散熱部308b，故能夠發揮和前述第1實施形態同樣的效果。
(第4實施形態)
圖6為第4實施形態中的電動車控制裝置401之概略構成圖，和前述圖1相對應。
如同圖所示，第1實施形態與第4實施形態之差異點，在於第1實施形態的反流器用冷卻部8中的受熱板8a的形狀與第4實施形態的反流器用冷卻部408中的受熱板408a的形狀相異這點。
更具體而言，第4實施形態的反流器用冷卻部408中的受熱板408a，由面向框體4的側面4b之第1板41、及從此第1板41朝向框體4的內部突設之第2板42所構成。第2板42，形成為朝車體2的車寬方向及上下方向延伸。
在這樣的構成下，設置成反流器6的半導體元件6a接觸第2板42。藉由像這樣構成，除和前述第1實施形態同樣的效果外，還能提高在框體4內的反流器6的佈局性，並且謀求反流器6的小型化。
另，如圖7所示，亦可將第2板42形成為朝車體2的車寬方向及前後方向延伸。藉由像這樣構成，能夠進一步增加反流器6的佈局的變化性。因此，能夠進一步提高在框體4內的反流器6的佈局性，並且謀求反流器 6的小型化。
另，上述各實施形態中，說明了換流器用冷卻部7由受熱板7a及散熱部7b所構成，反流器用冷卻部8~408由受熱板8a，408a及散熱部8b~408b所構成之情形。然而，換流器用冷卻部7或反流器用冷卻部8~408之構成，並不限於上述各實施形態，凡是能夠將在換流器5或反流器6產生的熱予以散熱之構成皆可。
例如，上述實施形態中，說明了熱管14~414為內部封入有動作液之物之情形。然而，並不限於此，凡是可傳遞熱之構成皆可。
此外，上述實施形態中，在車體2的地板下圖示了1個電動車控制裝置1~401來說明，但並不限於此，視必要亦可在車體2的地板下設置複數個電動車控制裝置1~401。在此情形下同樣地，只要在框體4的側面4b側配置反流器用冷卻部8~408即可。更理想是，可將反流器用冷卻部8~408配置於車體2的車寬方向外側。
按照以上說明之至少一個實施形態，藉由在框體4的底面4a配置換流器5及換流器用冷卻部7，於換流器5的負載較大之鐵道車輛的高速走行時，能夠有效率地冷卻此換流器5。此外，藉由在框體4的側面4b配置反流器6及反流器用冷卻部8~408，於反流器6的負載較大之鐵道車輛的低速走行時，能夠有效率地冷卻此反流器6。而且，換流器用冷卻部7，只要形成為能夠僅冷卻換流器5的大小即可，反流器用冷卻部8~408，只要 形成為能夠僅冷卻反流器6的大小即可。像這樣，能夠將各冷卻部7，8的冷卻對象各自分開，有效率地冷卻換流器5或反流器6，故就冷卻部7，8~408全體而言能夠謀求小型化。
此外，將冷卻部分開成換流器5用(換流器用冷卻部7)與反流器6用(反流器用冷卻部8~408)，藉此能夠容易地維修各零件5~8，408。也就是說，例如當欲維修換流器5時，只要將此換流器5與換流器用冷卻部7從框體4拆卸即可，故不必特地將反流器6或反流器用冷卻部8拆卸。因此，能夠容易地維修各部5~408。
此外，在框體4的底面4a配置換流器5及換流器用冷卻部7，在框體4的側面4b配置反流器6及反流器用冷卻部8~408，像這樣在框體4的不同面，分別以功能別來配置各零件5~408。因此，例如當從框體4將換流器5或反流器6的其中一方拆卸時，另一方不會造成妨礙，能夠進一步使維修性提升。
雖已說明了本發明的數個實施形態，但該些實施形態係提出作為例子，並非意圖限定發明的範圍。該些實施形態，可以其他各種形態來實施，在不脫離發明要旨的範圍內，能夠進行種種省略、置換、變更。該些實施形態或其變形，均包含於發明的範圍或要旨內，同樣地包含於申請專利範圍記載之發明及其均等範圍內。
1‧‧‧電動車控制裝置
2‧‧‧車體
4‧‧‧框體
4a‧‧‧底面
4b‧‧‧側面
5‧‧‧換流器
5a‧‧‧半導體元件
6‧‧‧反流器
6a‧‧‧半導體元件
7‧‧‧換流器用冷卻部
7a‧‧‧受熱板
7b‧‧‧散熱部
8‧‧‧反流器用冷卻部
8a‧‧‧受熱板
8b‧‧‧散熱部
14‧‧‧熱管
15‧‧‧鰭片

Claims (4)

  1. 一種電動車控制裝置，具備：框體，設於車體的地板下；換流器，連接至交流電源，將受供給之交流電力變換成直流電力；反流器，將前述直流電力變換成電動機的驅動用交流電力；換流器用冷卻部，用來冷卻前述換流器；反流器用冷卻部，用來冷卻前述反流器；在前述框體內，收容前述換流器及前述反流器，在前述框體的底面側，配置前述換流器用冷卻部，在前述框體的側面側，配置前述反流器用冷卻部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車控制裝置，其中，反流器用冷卻部，具備：受熱部，受熱來自前述反流器的熱；散熱部，將從前述受熱部傳遞來的熱散熱至外部；構成前述反流器之半導體元件係接觸前述受熱部。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電動車控制裝置，其中，在前述框體的側面，配置有前述受熱部及前述散熱部。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之電動車控制裝置，其中，在前述框體的側面，配置有前述反流器，且 在前述框體的底面，配置有前述換流器。
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