WO2013080345A1 - 強制風冷式電力変換装置 - Google Patents

Abstract

　半導体素子２５が搭載された冷却器ベース部（２７ａ～２７ｄ）と、冷却器ベース部（２７ａ～２７ｄ）における半導体素子搭載面の裏面側に設けられた冷却器フィン部（２６ａ～２６ｄ）と、を具備する電力変換モジュールにおいて、冷却器フィン部（２６ａ，２６ｂ）、および冷却器フィン部（２６ｃ，２６ｄ）同士が背中合わせに取り付けられ、冷却器フィン部（２６ａ，２６ｂおよび２６ｃ，２６ｄ）が存在し外気が通流する開放部と、半導体素子が存在する密閉部との間を分離するとともに、冷却器フィン部（２６ａ～２６ｄ）に冷却風を流すことを可能に構成した冷却器取り付け部材（７２ａ，７２ｂ）と、を有した電力変換サブブロック（７５ａ，７５ｂ）を組み合わせて電力変換ブロック７０ａとして構成した。

Description

強制風冷式電力変換装置

　本発明は、電気車駆動用の交流電動機制御に好適な強制風冷式電力変換装置に関する。

　従来技術に係る電気車の電力変換装置は、電動車の各台車に搭載された車軸に直結された複数の誘導電動機を、電力変換装置内の一つのインバータ回路で並列一括駆動する構成となっているのが一般的である。

　また、この種の電力変換装置では、通常は、電動車の両端に配置された台車に内蔵された合計４本の車軸をそれぞれ駆動する誘導電動機４台を、１つのインバータ回路で並列一括制御するように構成した例が多い。

　さらに、交流区間を走行する電気車駆動用の電力変換装置では、架線から受電した交流電力を一旦直流に変換してインバータ回路へ供給するためのコンバータ回路が追加される。

　また、電気車駆動用の電力変換装置における冷却方式としては、装置の小型軽量化のため、冷却ファンにより外気を通風してインバータ回路やコンバータ回路（以下両者を総称して「電力変換回路」と称する）を冷却する強制風冷方式が主流である（例えば、特許文献１）。

特開２００６－０２５５５６号公報

　ところで、近年、産業機器や家電分野、自動車分野等の交流電動機応用分野において、従来からの誘導電動機に代わって永久磁石同期電動機を適用する事例が増えてきている。永久磁石同期電動機は、誘導電動機と比較して、永久磁石による磁束が確立しているので励磁電流が不要であることや、回転子に電流が流れないため、二次銅損が発生しないことなどから高効率な電動機として知られており、近年、電気車駆動用の電力変換装置への適用も検討されている。

　電気車の駆動用途に永久磁石同期電動機を適用する上で課題となるのが、複数台の永久磁石同期電動機の駆動する電力変換装置を如何に構成するかにある。つまり、永久磁石同期電動機は、既に知られているとおり、インバータ周波数とロータ周波数が同期して動作するものであるから、従来例の誘導電動機のように、複数台の永久磁石同期電動機を一台のインバータで並列一括駆動することはできない。なぜなら、電気車への適用例では、車輪径の違いや空転等により運転中の各車輪の回転数、位相は異なるため、各電動機の回転数や位相が一致しないためである。

　したがって、永久磁石同期電動機一台毎に対応した個別の駆動用インバータ回路を設ける必要がある。電気車の場合、編成中の複数の電動機により、電動車の各車輪を駆動する動力分散方式の構成で主流であるため、複数台の並列一括駆動が可能な従来の誘導電動機を使用したシステムと比較して、必要となるインバータ回路の数が増加し、その結果、インバータ回路のサイズ、質量、コストが増加するという課題が生ずる。

　なお、誘導電動機を使用したシステムにおいても、各車輪に接続された複数の誘導電動機を独立して個別に制御するシステムも存在するが、この場合も永久磁石同期電動機を駆動するシステムと同様に各電動機に対応した独立したインバータ回路を個別に設ける必要があり、必要となるインバータ回路の数が増加し、永久磁石同期電動機と同様に、インバータ回路のサイズ、質量、コストが増加するという課題が生ずる。

　また、交流区間を走行する電気車の電力変換装置の場合は、装置容量によっては、コンバータ回路の数（あるいはコンバータ回路を構成する半導体素子の並列数）が増加する。その結果、コンバータ回路のサイズ、質量、コストが増加するという課題も生ずる。

　なお、電気車用の電力変換装置は、電気車の床下に配置されることが多く、小型化および軽量化が可能な構造であることが望まれることは言うまでもない。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数台の電動機を個別に駆動する方式の強制風冷式電力変換装置を構成する場合であっても、電力変換回路のサイズ、質量およびコストの増加を抑制可能に構成される強制風冷式電力変換装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、電源から入力された電力を任意の値に変換して電動機へ出力する複数の半導体素子を具備する電力変換回路を有した強制風冷式電力変換装置において、前記電力変換回路を構成する一部の前記半導体素子と、前記半導体素子が搭載された冷却器ベース部と、前記冷却器ベース部における半導体素子搭載面の裏面側に設けられた冷却器フィン部と、を具備する電力変換モジュールと、少なくとも２台の前記電力変換モジュールにおける前記冷却器フィン部が背中合わせに取り付けられ、前記冷却器フィン部が存在し外気が通流する開放部と前記半導体素子が存在する密閉部との間を分離するとともに、前記冷却器フィン部に冷却風を流すことを可能に構成した冷却器取り付け部材と、を有した電力変換ユニットを複数台組み合わせて構成したことを特徴とする。

　本発明に係る電気車制御装置によれば、複数台の電動機を個別に駆動する方式の強制風冷式電力変換装置を構成する場合であっても、電力変換回路のサイズ、質量およびコストの増加を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態における電力変換装置の構成例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態におけるコンバータ回路の構成例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態におけるインバータ回路の構成例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態におけるコンバータ電力変換モジュールあるいはインバータ電力変換モジュールの構成例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態におけるコンデンサモジュールの構成例を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態における電力変換装置の内部配置構成例を示す上面図および側面図である。 図７は、本発明の実施の形態における電力変換装置の内部配置構成の別例を示す側面図である。 図８は、本発明の実施の形態における電力変換ブロックの構成例を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態における電力変換ブロックのシール部位を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態における電力変換ブロックの電力変換装置収納箱への収納例を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態における電力変換装置の車両への搭載例を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態における電力変換装置の断面構成を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態における機器配置と電力変換モジュール配置の例を示す図である。 図１４は、本発明の実施の形態における機器配置と電力変換モジュール配置の別例を示す図である。

　以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る強制風冷式電力変換装置（以下単に「電力変換装置」と称する）について説明する。なお、以下の実施の形態では、交流入力タイプであり、永久磁石同期電動機を駆動する電力変換装置を一例として説明するが、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

　まず、本発明の実施の形態における電力変換装置の全体構成ならびに、本実施の形態の電力変換装置を構成するコンバータ回路、インバータ回路、コンバータ電力変換モジュール、インバータ電力変換モジュールおよび、コンデンサモジュールの構成について図１～図５の図面を参照して説明する。ここで、図１は、本発明の実施の形態における電力変換装置の構成例を示す図であり、図２は、本発明の実施の形態におけるコンバータ回路２０の構成例を示す図であり、図３は、本発明の実施の形態におけるインバータ回路４０の構成例を示す図であり、図４は、本発明の実施の形態におけるコンバータ電力変換モジュールあるいはインバータ電力変換モジュールの構成例を示す図であり、図５は、本発明の実施の形態におけるコンデンサモジュール３０の構成例を示す図である。

　図１に示すように、電源としての変電所（図示せず）より送電された電力は、架線１に接触させた集電装置２を通じて受電し、変圧器６の一次側へ入力する構成である。変圧器６からの負側の配線は、車輪３を経由してレール４へ接続され、図示を省略した変電所に戻る。

　変圧器６の二次側は、電力変換装置１００へ接続されており、電力変換装置１００を変圧器６側から切り離す機能を有した入力開閉器１０へ入力される。入力開閉器１０は、電力変換装置１００を停止させる場合や、異常が発生した場合にオフに制御され、通常の運転中にはオンに制御される開閉器であり、数百Ａ～千Ａの電流を開閉できる能力を有するものである。

　入力開閉器１０の次段には、交流入力導体ＵＳ，ＶＳを介して入力された交流電圧を任意の直流電圧に変換して、直流接続導体Ｐ，Ｃ，Ｎによりコンデンサモジュール３０に出力するコンバータ回路２０が設けられる。なお、交流入力導体ＵＳ，ＶＳは、数百Ａの電流容量を有し、例えば銅を主体に構成される。

　図１に示したコンバータ回路２０は、例えば図２に示すように構成される。図２は、昨今の電気車において応用例の多い電圧形単相３レベルコンバータを適用した場合の構成例を示しており、ＩＧＢＴでありダイオードである半導体素子２５でブリッジ回路を構成し、各半導体素子をＰＷＭ動作させる構成である。その構成と動作は公知であることから、ここでの説明は省略する。なお、図２では、電流容量を確保するために各半導体素子を、例えばＵＰＣ１ＡとＵＰＣ１Ｂ、ＵＰＣ２ＡとＵＰＣ２Ｂ、ＵＤ１ＡとＵＤ１Ｂのように並列接続された形態で示しているが、並列接続されない形態であっても構わない。

　また、図２に示すとおり、コンバータ回路２０は、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄで構成される。より詳細に説明すると、コンバータ電力変換モジュール２０ａはＵ相上アームを成し、コンバータ電力変換モジュール２０ｂはＵ相下アームを成し、コンバータ電力変換モジュール２０ｃはＶ相上アームを成し、コンバータ電力変換モジュール２０ｄはＶ相下アームを成す。このように、図２では、コンバータ回路２０を４つのコンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄに分割しているが、この分割の考え方については後述する。

　コンバータ回路２０の出力に配置されるコンデンサモジュール３０は、図５に示すとおり、正側のコンデンサ３０Ｐおよび負側のコンデンサ３０Ｎを有してなり、直流接続導体Ｐ，Ｃ，Ｎが備えられる。このコンデンサモジュール３０は、例えば複数のフィルムコンデンサ等を直並列接続した集合体として構成され、直流電力を蓄積するエネルギーバッファとして機能し、またコンバータ回路２０あるいはインバータ回路４０に具備される半導体素子２５のスイッチング動作により発生するサージ電圧や高周波のリプル電流成分を吸収する機能を有する。

　なお、このコンデンサモジュール３０は、上記の通り直流接続導体Ｐ，Ｃ，Ｎもしくは直流接続導体Ｐ，Ｎにより各コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄおよびインバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄと接続されているが（図１参照）、これら各モジュール間のインダクタンス成分が大きいと半導体素子２５がスイッチング動作をしたタイミングでサージ電圧やノイズの発生が大きくなる。したがって、これらのインダクタンスは極力小さくするよう配慮されるべきであることは当業者には周知である。このため、直流接続導体Ｐ，Ｃ，Ｎは、互いに絶縁を確保しながら互いに極力近接させた形で構成する。例えば、銅の薄板で導体を構成し、導体間を絶縁フィルムで絶縁したラミネートブスバーを用いるのが好ましい。以下、これらの直流接続導体Ｐ，Ｃ，Ｎで構成された導体を総称してコンデンサ導体板８０と称する。なお、コンデンサ導体板８０に関する更に詳細な内容は、後述する。

　コンデンサモジュール３０の次段には、インバータ回路４０が設けられる。このインバータ回路４０は、例えば図３に示すように構成される。図３では、電圧形三相２レベルインバータを適用した場合の構成例を示しており、ＩＧＢＴでありダイオードである半導体素子２５でブリッジ回路を構成し、各半導体素子をＰＷＭ動作させる構成である。その構成と動作は公知であることから、ここでの詳細な説明は省略する。なお、図３では、各半導体素子を並列接続していない形態で示しているが、例えば電流容量を確保するために各半導体素子を、並列接続して構成しても構わない。また、三相２レベルインバータに代えて、三相３レベルインバータを適用することも可能である。

　また、図３に示すとおり、インバータ回路４０は、インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄで構成され、それぞれのインバータ電力変換モジュールが一つのインバータブリッジ回路を構成する。例えば、図１では、４台のインバータ電力変換モジュールにより４台の交流電動機をそれぞれ駆動する場合の構成例を示している。

　インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄの出力側は、交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗを経由してモータ開放開閉器５０ａ～５０ｄを介してそれぞれ交流電動機６０ａ～６０ｄに接続されている。

　つぎに、上述したコンバータ電力変換モジュールおよびインバータ電力変換モジュールの各構成における要点について説明する。なお、以下、コンバータ電力変換モジュールとインバータ電力変換モジュールを総称する場合には、電力変換モジュールと称して説明する。

　図４に示すとおり、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄと、インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄは類似の構成であり、冷却器ベース部２７と冷却器フィン部２６を有する冷却器２８の半導体素子取り付け面（図の右側）に半導体素子２５が配置される。即ち、冷却器フィン部２６に冷却風を通過させて半導体素子２５を冷却する構成である。なお、図４は、半導体素子２５が冷却器２８に６個搭載された状態を示しているが、この構成は一例であり、６個に限定されるわけではない。

　冷却器ベース部２７は、例えばアルミニウムを用いてブロック形状に形成され、半導体素子２５の発熱を受ける受熱部として動作する。冷却器フィン部２６は、例えばアルミニウムを素材とし、例えばくし型や格子状のフィンに構成されて半導体素子２５を搭載する搭載面の裏面側に設けられ、熱を大気中に放散する放熱部として動作する。半導体素子２５と冷却器フィン部２６が近接した構成とできるため、冷媒沸騰式の冷却器のように熱輸送のための冷媒を使用しない。その結果、冷却器２８の設置方向に関する制約がなく、冷却器２８の構成が簡易となり、軽量かつ低コストで電力変換装置が構成できるという利点が生まれる。

　なお、図１～図３に示すとおり、電力変換装置１００に内蔵されるコンバータ回路２０およびインバータ回路４０を構成する半導体素子２５の数は非常に多い。このため、全ての半導体素子２５を一つの冷却器２８の上に搭載すると、冷却器２８が大型で重量物となり、電力変換装置１００への収納が困難になったり、取り付け取り外しに支障が生じたり、組み立て作業が困難になる等の問題が生じ好ましくない。

　そこで、本実施の形態では、コンバータ回路２０およびインバータ回路４０を複数のグループに分割し、それぞれのグループに属する半導体素子２５を複数の冷却器２８に分割して搭載することにした。その詳細は、以下のとおりである。

　まず、各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）に設ける外部との接続箇所は、直流接続導体Ｐ，Ｃ，Ｎ、交流入力導体ＵＳ，ＶＳ、あるいは交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗと接続する箇所のみとなるように構成する。つまり、各電力変換モジュールから外部への接続が必要な箇所以外は、電力変換モジュールの外部へ出さないように構成することが肝要な点である。

　このように構成する理由は、各電力変換モジュール間を相互接続するためだけの導体を不要にでき、電力変換装置１００の内部構造を簡素化することができ、部品点数を非常に少なくすることができるからである。これにより、電力変換装置１００の小型軽量化および低コスト化という効果が得られる。

　一方、上記のとおりに構成しない場合、小型軽量化および低コスト化に関する充分な効果は得られない。例えば、図２において、ＵＰＣ１Ａ，ＵＰＣ１Ｂ，ＵＰＣ２ＡおよびＵＰＣ２Ｂのグループと、ＵＤ１Ａ，ＵＤ１Ｂ，ＵＤ２ＡおよびＵＤ２Ｂのグループとの間で分割してそれぞれのグループを別々の電力変換モジュールとして構成した場合を例に説明すると、この場合、図２では内部導体として示した接続導体２２を新たに設けて電力変換モジュール間を接続する必要が発生する。この接続導体２２は、電力変換モジュール間の接続のみに使用され、外部への接続が不要なものである。本接続導体２２の追加に起因する電力変換モジュール構造の複雑化、部品数の増加により、電力変換装置１００の質量増およびコスト増を招く。

　つぎに考慮すべき点としては、各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）の発生損失を揃えることである。これは、後述のとおり、各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）を構成する冷却器２８や冷却する冷却手段の構成を容易にするという効果がある。

　複数のコンバータ電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ）と複数のインバータ電力変換モジュール（４０ａ～４０ｄ）との間の各発生損失を均等に揃えることが好ましいが、複数のコンバータ電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ）のそれぞれの間、あるいは複数のインバータ電力変換モジュール（４０ａ～４０ｄ）のそれぞれの間の各発生損失を均等に揃えることでもよい（例：２０ａの発生損失＝２０ｂの発生損失＝２０ｃの発生損失＝２０ｄの発生損失、４０ａの発生損失＝４０ｂの発生損失＝４０ｃの発生損失＝４０ｄの発生損失）。

　例えば、コンバータ回路２０は、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄで構成されるが、コンバータ電力変換モジュール２０ａがＵ相上アーム、コンバータ電力変換モジュール２０ｂがＵ相下アーム、コンバータ電力変換モジュール２０ｃがＶ相上アーム、コンバータ電力変換モジュール２０ｄがＶ相下アームを構成するように分割構成することで、上記の着眼点が達成できる。

　また、各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）の発生損失を揃えることにより各電力変換モジュールに使用する冷却器２８のサイズを揃えることが可能となる。これにより、各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）に使用する冷却器２８を共通品とでき、量産効果による低コスト化、製造コストの低減が可能となるという利点が生まれる。

　また、後述のとおり、一つの冷却器取り付け部材７２に二つの冷却器２８を背中合わせに配置する構成が可能となる。

　さらに、後述のとおり、電力変換装置１００と各交流電動機（６０ａ～６０ｄ）との間の位置関係に応じて、各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）の配置自由度が確保できる。

　さらに考慮すべき点としては、各電力変換モジュールに搭載する半導体素子２５の数あるいは搭載面積を揃えることである。これにより、各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）の冷却器２８のサイズを揃えることが可能となる。上記と同様に各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）に使用する冷却器２８を共通品として量産効果による低コスト化、製造コストの低減が可能となるという利点が生まれる。また、後述のとおり、電力変換装置１００と各交流電動機（６０ａ～６０ｄ）との間の位置関係に応じて、各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）の配置自由度が確保できる。

　図１、図２、図３に示した構成は、一般的な電気車用の電力変換装置において、上記の各要点を含んでコンバータ回路２０、インバータ回路４０を分割してコンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄ、インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄを構成したものである。

　より詳細に説明すると、コンバータ回路２０が、例えば単相３レベルコンバータ回路であり、各アームは半導体素子が２並列接続された構成に適用する場合、コンバータ回路２０としては、Ｕ相上アームを構成する６個の半導体素子を搭載したＵ相上アーム用コンバータ電力変換モジュール２０ａと、Ｕ相下アームを構成する６個の半導体素子を搭載したＵ相下アーム用コンバータ電力変換モジュール２０ｂと、Ｖ相上アームを構成する６個の半導体素子を搭載したＶ相上アーム用コンバータ電力変換モジュール２０ｃと、Ｖ相下アームを構成する６個の半導体素子を搭載したＶ相下アーム用コンバータ電力変換モジュール２０ｄと、に分割して構成することが好適である。

　インバータ回路４０について同様に説明すると、上記コンバータ回路２０に組み合わされるインバータ回路４０が三相２レベルインバータ回路であり、インバータ回路４０を構成する１組のブリッジ回路が一つのインバータ電力変換モジュールを構成する場合において、第一のインバータ回路を構成する第一のインバータ電力変換モジュール４０ａと、第二のインバータ回路を構成する第二のインバータ電力変換モジュール４０ｂと、第三のインバータ回路を構成する第三のインバータ電力変換モジュール４０ｃと、第四のインバータ回路を構成する第四のインバータ電力変換モジュール４０ｄと、に分割して構成することが好適である。

　なお、ここで想定している電力変換装置１００の容量は１ＭＷ程度であり、直流接続導体ＰＮ間の電圧は１．５ＫＶ～３ＫＶ程度である。

　図６は、本発明の実施の形態における電力変換装置の内部配置構成例を示す図であり、同図（ａ）は、電力変換装置１００を上方から見た図（上面図）であり、同図（ｂ）は、電力変換装置１００を側面（電気車の側面側）から見た図（側面図）である。

　電力変換装置１００は、図６に示すように、第一、第二の電力変換サブブロック（７５ａ，７５ｂ：内部構成は後述）および第一の接続導体板７４ａを具備する第一の電力変換ブロック７０ａ、第三、第四の電力変換サブブロック（７５ｃ，７５ｄ：内部構成は７５ａ，７５ｂに順ずる）および第二の接続導体板７４ｂを具備する第二の電力変換ブロック７０ｂ、コンデンサモジュール３０、コンデンサモジュール３０の端子であるコンデンサ端子３１に接続された少なくとも直流接続導体Ｐ，Ｎを含むコンデンサ導体板８０、第一の接続導体板７４ａあるいは第二の接続導体板７４ｂとコンデンサ導体板８０とを接続する導体接続部材８１、第一のシール部材１０６を介して第一～第四の冷却器取り付け部材（７２ａ～７２ｄ）と接する第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）、第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）に冷却風を流すための冷却ファン６５ａ，６５ｂならびに、点検カバー１０５を有して構成される。

　第一～第四の電力変換サブブロック（７５ａ～７５ｄ）は、第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）を介して冷却ファン６５ａ，６５ｂにより送出される冷却風により冷却される。

　第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）は、第一のシール部材１０６を介して第一～第二の電力変換ブロックに７０ａ，７０ｂに内蔵される第一～第四の冷却器取り付け部材（７２ａ～７２ｄ）に接するように構成される。

　なお、第一のシール部材１０６は、冷却ファン６５ａ，６５ｂと第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）との間に設けるようにして、第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）を第一、第二の電力変換ブロック（７０ａ，７０ｂ）と一体となるように構成してもよい。

　つぎに、第一の電力変換ブロック７０ａを例に各導体板の配置について説明する。

　第一の接続導体板７４ａは、第一の冷却器取り付け部材７２ａおよび第二の冷却器取り付け部材７２ｂの下方側に装置の底面（床面）と平行に配置される。また、冷却器の冷却風出口部における冷却風の方向と第一の接続導体板７４ａの長さ方向は直交するように配置される。さらに、第一の接続導体板７４ａの一方の端部は、導体接続部材８１を介してコンデンサ導体板８０に接続可能に構成される。

　なお、第一の接続導体板７４ａは、図７に示すように第一の冷却器取り付け部材７２ａおよび第二の冷却器取り付け部材７２ｂの上側に装置の底面と平行に配置してもよい。この配置例でも、冷却風の方向と第一の接続導体板の長さ方向は直交するように配置される。このため、図７に示す配置例でも、第一の接続導体板７４ａの一方の端部を導体接続部材８１を介してコンデンサ導体板８０に接続可能に構成できる。

　以上、第一の電力変換ブロック７０ａにおける各導体板の配置および接続について説明したが、第二の電力変換ブロック７０ｂについても同様に構成することができる。

　上記のように構成することで、冷却系統との構造的な干渉を回避しつつ、複数の電力変換回路を極めて短い距離で接続する主回路配線構造を構築することができる。

　また、装置底面の点検カバー１０５を取り外すことで、導体接続部材８１の着脱を行うことが可能となる。さらに、導体接続部材８１を取り外すことで、第一の接続導体板７４ａあるいは第二の接続導体板７４ｂとコンデンサ導体板８０とを分離することが可能となる。このように構成することで、後述するように電力変換ブロックを車両の側面側へ取り出す構造とすることができ、メンテナンス性を向上できる。

　図８は、本発明の実施の形態における電力変換ブロックの構成例を示す図である。電力変換ブロック７０ａは、第一のユニット結合フレーム７６ａにより第一の電力変換サブブロック７５ａと第二の電力変換サブブロック７５ｂと第一の接続導体板７４ａとが固定されて構成される。

　第一の電力変換サブブロック７５ａは、第一の冷却器フィン部２６ａおよび第一の冷却器ベース部２７ａを有する第一の冷却器２８ａ、第二の冷却器フィン部２６ｂおよび第二の冷却器ベース部２７ｂを有する第二の冷却器２８ｂ、これらが取り付けられる第一の冷却器取り付け部材７２ａ、第一の冷却器２８ａに搭載された半導体素子２５に接続された第一の導体板７３ａと、第二の冷却器２８ｂに搭載された半導体素子２５に接続された第二の導体板７３ｂとを有して構成される。

　ここで、第一の導体板７３ａは、少なくとも直流接続導体Ｐ，Ｎを含むものである。直流接続導体Ｐ，Ｎは、絶縁層を挟んで積層されて第一の導体板７３ａが構成される。

　なお、第一の電力変換サブブロック７５ａがコンバータ電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ）を含む場合、第一の導体板７３ａは、さらに直流接続導体Ｃ、交流入力導体ＵＳ，ＶＳを含むものとして構成してもよい。また、第一の電力変換サブブロック７５ａがインバータ電力変換モジュール（４０ａ～４０ｄ）を含む場合、第一の導体板７３ａは、交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗを含むものとして構成してもよい。

　上記のように構成された第一の導体板７３ａは、第一の接続導体板７４ａに対して垂直に配置され、第一の接続導体板７４ａの同種導体同士と電気的に接続される。その他の第二～第四の導体板（７３ｂ～７３ｄ）についても同様である。

　なお、第一～第四の導体板（７３ａ～７３ｄ）、第一～第四の接続導体板（７４ａ～７４ｄ）および、コンデンサ導体板８０（図６参照）としては、銅などの導体薄板とシート状の絶縁材料を必要数だけ積層配置して構成したものを想定している。

　なお、交流入力導体ＵＳ，ＶＳ、交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗの構成については後述する。

　図８の構成に戻り、第一の冷却器２８ａの第一の冷却器フィン部２６ａと、第二の冷却器２８ｂの第二の冷却器フィン部２６ｂとは、背中合わせにして共に第一の冷却器取り付け部材７２ａの内側に配置され、冷却風により一括冷却可能に構成される。

　また、第一の冷却器フィン部２６ａと第二の冷却器フィン部２６ｂとが配置される第一の冷却器取り付け部材７２ａの内側は、雨や雪を含む冷却風が流れる大気中に開放された開放部を成し、第一の冷却器取り付け部材７２ａの外側は半導体素子２５や導体板やその他の電気部品（図示せず）が配置され、開放部からの空気や水等の侵入がないように構成された密閉部を成す。また、開放部と密閉部の境界部分である第一の冷却器２８ａと冷却器取り付け部材７２ａとの間、および第二の冷却器２８ｂと冷却器取り付け部材７２ａとの間にはゴムパッキンやシリコンシール材などのシール部材（後述）が配され、必要な気密を保つ構造となっている。

　なお、第一の冷却器取り付け部材７２ａの冷却風が流れる方向の長さは、第一、第二の冷却器（２８ａ，２８ｂ）を取り付けるために必要な長さとなっており、第一、第二の冷却器（２８ａ，２８ｂ）の同方向の長さとほぼ等しい。

　また、第一の冷却器取り付け部材７２ａに背中合わせとして配置する第一の冷却器２８ａと、第二の冷却器２８ｂとは同じサイズとするのが好ましい。そうすれば、第一～第四の冷却器取り付け部材（７２ａ～７２ｄ）が同一のもので構成できる。

　第一の接続導体板７４ａは、上述したように導体接続部材８１を介してコンデンサ導体板８０に接続可能な構成であり（図６参照）、少なくとも接続導体Ｐ，Ｎを含む導体が積層された導体板である。

　なお、第二の電力変換サブブロック７５ｂについても、図８に示すとおり、第三、第四の冷却器フィン部（２６ｃ，２６ｄ）を有する第三、第四の冷却器（２８ｃ，２８ｄ）、第二の冷却器取り付け部材７２ｂおよび、第三、第四の導体板（７３ｃ，７３ｄ）を有して同様に構成される。

　図９は、本発明の実施の形態における電力変換ブロックのシール部位を示す図である。なお、図９では、第一の電力変換サブブロック７５ａを一例として示しているが、他の電力変換ブロックにつても同様な構成となる。

　図９において、まず、第一の冷却器取り付け部材７２ａの冷却風の入口と出口に相当する部位には第一のシール部材１０６および第二のシール部材１０７が配置される。これにより、第一の電力変換ブロック７０ａを電力変換装置から取り外し可能としつつ、風路となる内側の開放部から外側の密閉部へ塵埃や水分が浸入することを防止する。

　また、第一の冷却器取り付け部材７２ａと第一の冷却器２８ａとの間および第一の冷却器取り付け部材７２ａと第二の冷却器２８ｂとの間は、第四のシール部材１０９によりシールされる。これにより、冷却風の風路となる内側の開放部から外側の密閉部へ塵埃や水分が浸入することを防止する。密閉部に水分などが浸入すると密閉部に配置される主回路配線などが地絡事故を起こす可能性があるためこのシールは電力変換装置の品質を確保する上で重要である。

　なお、図９に示す各シール部材の延長距離は極力短い方が作業にかかるコストが低減できるとともに、シール漏れによる密閉部への水漏れ等の不具合の可能性を低くできる。

　本実施の形態において開示した構成とすることで、例えば冷却器２８一つ一つを個別の冷却器取り付け部材に取り付けるような他の構成例と比較して、シール部材の延長距離を短くできる。

　また、第一の冷却器２８ａと第二の冷却器２８ｂと第一の冷却器取り付け部材７２ａとを結合した構造体の状態（つまり図９に示す状態）で、これらの境界部（開放部と密閉部の境界部）のシール部材（防水シール等）の施工が可能である。このため、シール材施工箇所とその仕上がり状態はすべて目視することが可能となり、確実なシール作業が可能となる。また、奥まったところや袋状になった見にくい部位へのシール部材の施工の必要がなくなるので、品質が向上できるとともに、作業時間が短くなり、コスト低減が可能となる。

　図１０は、本発明の実施の形態における電力変換ブロックの電力変換装置収納箱１００ａへの収納例を示す図である。図１０に示すとおり、第一の電力変換ブロック７０ａおよび第二の電力変換ブロック７０ｂは、それぞれ電力変換装置１００の側面から電力変換装置収納箱１００ａ内に収納される。なお、第一の電力変換ブロック７０ａと第二の電力変換ブロック７０ｂとは、それぞれが数百ｋｇの質量を有するものであるため、電力変換装置収納箱１００ａの底面にはスライドレール１０１ａ～１０１ｄが設けられている。第一の電力変換ブロック７０ａおよび第二の電力変換ブロック７０ｂは、スライドレール１０１ａ～１０１ｄの上を滑らすようにして、電力変換装置収納箱１００ａに収納される。なお、コンデンサモジュール３０も同様に収納される（コンデンサモジュール３０用のスライドレールは図示を省略）。

　また、第一の電力変換ブロック７０ａは、第一のユニット結合フレーム７６ａと電力変換装置収納箱１００ａとがボルト等で締結されることで電力変換装置１００内に固定され、第二の電力変換ブロック７０ｂは、第二のユニット結合フレーム７６ｂと電力変換装置収納箱１００ａとがボルト等で締結されることで電力変換装置１００内に固定される。

　また、電力変換装置収納箱１００ａには、第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）が設けられている。より詳細には、第一の電力変換ブロック７０ａと第二の電力変換ブロック７０ｂとを電力変換装置１００内部に収納した際に、第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）の一端が図９に示す第一～第四の冷却器取り付け部材（７２ａ～７２ｄ）に第一のシール部材１０６を介して接するように配置されている。

　なお、第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）を第一の電力変換ブロック７０ａと第二の電力変換ブロック７０ｂに含む構成としてもよい。この構成の場合、第一～第四の導風部材（６６ａ～６６ｄ）は、第一の電力変換ブロック７０ａあるいは第二の電力変換ブロック７０ｂと一体化して電力変換装置１００から着脱する形態となる。また、このとき、各導風部材６６は第一のシール部材１０６を介して冷却ファン６５に接する構成となる。

　上記のような構成とすることで、電力変換ブロック７０を電力変換装置収納箱１００ａへの収納および、電力変換装置収納箱１００ａからの取り外しが容易になるとともに、収納と共に開放部と密閉部との分離構造が構成されることになる。

　図１１は、本発明の実施の形態における電力変換装置の車両への搭載例を示す図である。より詳細に説明すると、図１１では、第一の電力変換ブロック７０ａ、第二の電力変換ブロック７０ｂおよびコンデンサモジュール３０を電力変換装置１００内に収納し、側面のカバーを取り外した状態を示している。図示のように、電力変換装置収納箱１００ａは、電気車の車体１１０の床下に設置される形態である。電力変換装置１００のカバーとしては、第一のカバー１０２ａおよび第二のカバー１０２ｂが設けられる。第一、のカバー１０２ａは、通風ダクト１０３ａ，１０３ｂが設けられており、第一の電力変換ブロック７０ａに内蔵される第一，第二の冷却器取り付け部材７２ａ，７２ｂ（図９参照）の内側と外気との通風が可能な構造とされ、電力変換装置収納箱１００ａに取り付けられる。第二のカバー１０２ｂも同様であり、通風ダクト１０３ａ，１０３ｂを有して、第一のカバー１０２ａと同様に電力変換装置収納箱１００ａに取り付けられる。

　図１２は、本発明の実施の形態における電力変換装置の断面構成を示す図である。より詳細に説明すると、図１２は、図１１に示す矢印Ａの方向から電力変換装置１００を見た時の断面構成を示している。図１２において、冷却風は冷却ファン６５、導風部材６６、冷却器取り付け部材７２の内側に配置される冷却器フィン部２６、通風ダクト１０３の経路で流れる。この冷却風の流れる風路は、これまでの説明のとおり開放部となる。

　冷却器取り付け部材７２は、その両端が第一のシール部材１０６と第二のシール部材１０７を介してそれぞれ導風部材６６、通風ダクト１０３に連結される構成となっている。

　この構成により、カバー１０２を取り外すことで、外部から電力変換ブロック７０へアクセスすることが可能となり、電力変換ブロック７０を電力変換装置１００の箱内から外部へ容易に引き出すことが可能となる。

　なお、図１２では、導風部材６６の冷却器取り付け部材７２側または冷却器取り付け部材７２の導風部材６６側の少なくとも一方にシール部材１０６を配する構成について示したが、導風部材６６と冷却ファン６５との間に冷却ファン取り付け部材を設け、この冷却ファン取り付け部材の導風部材６６側にシール部材を配するか、または、冷却ファン取り付け部材の冷却ファン６５側の少なくとも一方にシール部材を配するように構成してもよい。

　また、この構成により、電力変換ブロック７０を電力変換装置１００へ収納した状態では、自動的に開放部から密閉部への塵埃や水の侵入を防止できる構造を構成することができる。

　また、カバー１０２が電力変換装置収納箱１００ａと接する部分には第三のシール部材１０８が設けてあり、外部から密閉部への塵埃や水の浸入を防止することができる。

　上記のように構成したので、例えば半導体素子２５が故障した場合には、カバー１０２（第一のカバー１０２ａまたは第二のカバー１０２ｂ）を外した後に導体接続部材８１（図６参照）を取り外すことで、電力変換ブロック７０（第一の電力変換ブロック７０ａまたは第二の電力変換ブロック７０ｂ）を車両側面側へ引き出して取り外すことが可能となり、故障復旧が容易になる。

　また、冷却器取り付け部材７２は、冷却器２８とほぼ同じ長さであるので（図８、図９などを参照）、第一の電力変換ブロック７０ａ、第二の電力変換ブロック７０ｂを電力変換装置１００から取り外すことで、冷却器フィン部２６の入風側と排風側の両方の面が外部に露出するので、冷却器フィン部２６のフィンに堆積したごみなどの清掃も容易となる。

　上記のようにして構成した電力変換装置１００のサイズは、幅（図面の横方向）３０００ｍｍ程度、奥行き１０００ｍｍ程度、高さ７００ｍｍ程度、質量１５００ｋｇ程度となり、効率的に電気車の床下に設置が可能となる。

　以上のように構成した本実施の形態の電力変換装置によれば、以下のような効果を得ることができる。

　第一の接続導体板７４ａは、第一の冷却器取り付け部材７２ａおよび第二の冷却器取り付け部材７２ｂの下側あるいは上側に装置の底面と平行に配置した。また、冷却風の方向と第一の接続導体板７４ａの長さ方向は直交するように配置した。さらに、第一の接続導体板７４ａの一方の端部は、導体接続部材８１を介してコンデンサ導体板８０に接続可能に構成した。これらの構成により、冷却系統との構造的な干渉を回避しつつ、複数の電力変換回路を最短で接続する主回路配線構造を構築することが可能となる。

　第一の電力変換ブロック７０ａとして第一の冷却器２８ａの第一の冷却器フィン部２６ａと、第二の冷却器２８ｂの第二の冷却器フィン部２６ｂとは、背中合わせにして共に第一の冷却器取り付け部材７２ａの内側に配置する構成とした（第二～第四の電力変換ブロック７０ｂ，～７０ｄも同様に構成した）。この構成により、従来の構成と比べて、冷却器取り付け部材の開放部と密閉部の境界部分の距離が短くできる。その結果、開放部と密閉部の境界部分に必要となる第一のシール部材１０６、第二のシール部材１０７、第四のシール部材１０９のシール部材の長さ（量）を少なくすることができ、低コスト化、組み立て作業量の低減、品質の向上が可能となる。

　また、第一の冷却器２８ａと第二の冷却器２８ｂと第一の冷却器取り付け部材７２ａとを結合した構造体の状態でこれらの境界部（開放部と密閉部の境界部）のシール部材（防水シール等）の施工が可能となる。その結果、シール材施工箇所や、その仕上がり状態など、すべて目視にて確認することが可能となり、確実なシール作業が可能となる。特に、奥まったところや、袋状になった見にくい部位へのシール部材の施工の必要がなく、品質が向上できるとともに、作業時間が短くなりコスト低減が可能となる。

　また、メンテナンスの観点からは、第一、第二のカバー（１０２ａ，１０２ｂ）を外した後、導体接続部材８１を取り外すことで、第一、第二の電力変換ブロック（７０ａ、７０ｂ）を車両の側面側へ引き出して取り外すことが可能となるので、故障復旧が容易になる。

　また、第一、第二の電力変換ブロック（７０ａ，７０ｂ）を電力変換装置１００から取り外すことで、冷却器フィン部２６の入風側と排風側の両方の面が外部に露出するので、フィン部に堆積したごみなどの清掃も容易となる。

　以上のように、本実施の形態の電力変換装置によれば、最適な冷却構造、主回路配線構造、メンテナンス性の向上を実現し、電力変換回路のサイズ、質量、コストの低減を図ることを可能とした強制風冷式電力変換装置を提供できる。

　なお、本実施の形態では、交流入力タイプであり、永久磁石同期電動機を駆動する電力変換装置を一例として説明したが、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、直流入力タイプのシステムでは、架線からの直流電力をインバータ回路へ入力する構成でよいのでコンバータ回路が不要となる。

　つぎに、上記のように構成された電力変換装置１００におけるコンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄおよびインバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄの配置例について説明する。

　図１３は、本発明の実施の形態における機器配置と電力変換モジュール配置の例を示す図である。より詳細に説明すると、図１３（ａ）は電気車における機器配置例を示すものであり、図１３（ｂ）は、（ａ）のように配置したときの電力変換モジュールの配置例を示すものである。なお、図示のように、電力変換装置１００と変圧器６とは、同じ車両に搭載され、電力変換装置１００は、隣接車両の交流電動機６０ａ～６０ｄを駆動する構成である。

　図１３（ｂ）に示すように、図の左からインバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄ、コンデンサモジュール３０、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄの順に配置されている。

　インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄでは、搭載される各半導体素子２５に交流電動機６０ａ～６０ｄへの交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗを電気的に接続する。この場合、導体板７３、接続導体板７４ａは直流接続導体Ｐ，Ｎの他、交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗを含んでなる導体として考える。

　また、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄでは、搭載される各半導体素子２５に変圧器６への交流入力導体ＵＳ，ＶＳを電気的に接続する。この場合、導体板７３、接続導体板７４ｂは直流接続導体Ｐ，Ｎの他、交流入力導体ＵＳ，ＶＳを含んでなる導体として考える。

　図１４は、本発明の実施の形態における機器配置と電力変換モジュール配置の別例を示す図である。より詳細に説明すると、図１４（ａ）は電気車における機器配置例を示すものであり、図１４（ｂ）は、（ａ）のように配置したときの電力変換モジュールの配置例を示すものである。図１４の構成では、図１３と異なり、電力変換装置１００と変圧器６は、別の車両に搭載され、電力変換装置１００は、交流電動機６０ａ，６０ｂと６０ｃ，６０ｄとの中間位置に配置された構成である。

　図１４（ｂ）に示すように、図の左からインバータ電力変換モジュール４０ａ，４０ｂ、コンバータ電力変換モジュール２０ａ，２０ｂ、コンデンサモジュール３０、コンバータ電力変換モジュール２０ｃ，２０ｄ、インバータ電力変換モジュール４０ｃ、４０ｄの順に配置されている。

　インバータ電力変換モジュール４０ａ，４０ｂでは、搭載される各半導体素子２５に交流電動機６０ａ，６０ｂへの交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗを電気的に接続する。また、コンバータ電力変換モジュール２０ａ，２０ｂでは、搭載される各半導体素子２５に変圧器６への交流入力導体ＵＳを接続する。この場合、導体板７３、接続導体板７４ａは直流接続導体Ｐ，Ｎの他、交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗ、および交流入力導体ＵＳを含んでなる導体として考える。

　コンバータ電力変換モジュール２０ｃ，２０ｄでは、搭載される各半導体素子２５に変圧器６への交流入力導体ＶＳを接続する。また、インバータ電力変換モジュール４０ｃ，４０ｄでは、搭載される各半導体素子２５に交流電動機６０ｃ，６０ｄへの交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗを接続する。この場合、導体板７３、接続導体板７４ｂは直流接続導体Ｐ，Ｎの他、交流入力導体ＶＳ、および交流出力導体Ｕ，Ｖ，Ｗを含んでなる導体として考える。さらに、コンデンサ導体板８０は直流接続導体Ｐ，Ｃ，Ｎの他、交流入力導体ＵＳを含んでなる導体として考える。

　上記の例から分かるように、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄ、インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄは任意の順序、位置に配置が可能である。

　このように、本実施の形態の電力変換装置は、電力変換サブブロック７５を車両の長さ方向に順に隣接配置し、これらを接続導体板７４ａ，７４ｂで接続できる構成とし、尚且つ冷却風の方向（冷却器取り付け部材７２の内部の冷却風の流れる方向）を接続導体板７４ａ，７４ｂの長さ方向と直交するように構成している。これにより、導体板７３、接続導体板７４に含まれる導体を必要に応じて追加して構成することで、電気車の車両における電力変換装置１００と交流電動機６０と変圧器６の位置関係に応じて各電力変換モジュール（２０ａ～２０ｄ、４０ａ～４０ｄ）の配置位置を柔軟に設定することができる。また、どのように配置してもメンテナンス性が同様に確保され、悪化することがない。

　つぎに、上記のように構成したコンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄ、インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄの冷却構成について説明する。

　上述のとおり、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄは、それぞれの発生損失が概略等しくなるようにコンバータ回路２０を分割して構成し、インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄについても、それぞれの発生損失が概略等しくなるよう同一の回路で分割構成してある。

　図６および図１３に基づき説明を続ける。理想的には、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄとインバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄとの発生損失がすべて等しくできれば、冷却構成が容易になるが、現実的に困難である場合が多い。このようなケースを考慮し、コンバータ回路２０とインバータ回路４０の発生損失が異なる場合で説明する。

　コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄにて第一の電力変換ブロック７０ａを構成し、インバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄにて第二の電力変換ブロック７０ｂを構成し、それぞれの電力変換ブロックを冷却ファン６５ａ，６５ｂで冷却する構成とした場合を考える。この場合、コンバータ電力変換モジュール２０ａ～２０ｄとインバータ電力変換モジュール４０ａ～４０ｄとで発生損失が異なるため、冷却ファン６５ａ，６５ｂはそれぞれに見合った別々の性能のものを選定する必要が生じる。

　さらにこの場合、例えば発生損失が大きい方には大型の冷却ファン、発生損失が小さいほうには小型の冷却ファンが適当となるが、電力変換装置１００内部への冷却ファン６５ａ，６５ｂの配置を考えると、大型の冷却ファンに合わせて電力変換装置１００の大きさが決まってしまい、電力変換装置１００内部のスペースの有効利用ができなくなる。結果として、電力変換装置１００の大型化、質量増加を招く。さらに、別々の冷却ファンを使用するので、冷却ファン故障時に備えて保有しておく冷却ファンの予備が二種類必要となり、また別々の冷却ファンを調達することによるコスト増加を招く。

　一方、図１４に示すように、任意のコンバータ電力変換モジュール２台と、任意のインバータ電力変換モジュール２台を組として第一と第二の電力変換ブロック７０ａ，７０ｂを構成し、それぞれの電力変換ブロックを冷却ファン６５ａ，６５ｂで冷却する構成とすることで、それぞれの電力変換ブロックの総発生損失は等しくなる。このため、コンバータ電力変換モジュールと、インバータ電力変換モジュールの平均損失を冷却できる程度の能力を有した同一の冷却ファン６５ａ，６５ｂ用することが可能となる。これにより、電力変換装置１００内のスペースの有効利用が可能となる。結果として、電力変換装置１００の小型軽量化が可能となる。また、同一冷却ファンを使用できるので、冷却ファン故障時に備えて保有しておく冷却ファンの予備が一種類でよい。さらに、同一冷却ファンを多数発注できるので調達コストの低減が可能となり、ひいては電力変換装置１００のコスト低減が可能となる。

　このように、本実施の形態の構成によれば、電力変換サブブロック７５をレール方向に必要数、任意の順序で積層配置して電力変換装置を構成することが可能となる。これにより、変圧器６と交流電動機６０と電力変換装置１００との間の位置関係や冷却ファン６５の構成条件などに応じて柔軟な内部配置が可能となる。

　以上、本実施の形態では、主としてコンバータ回路２０が電圧形３レベルコンバータ、インバータ回路４０が電圧形２レベルインバータで４台の交流電動機を駆動する形態を例に発明の内容を説明したが、本発明は、これ以外の構成、例えばコンバータ回路２０が電圧形２レベルコンバータ、インバータ回路４０が電圧形３レベルインバータでもよいし、半導体素子２５の並列接続数も必要な電力変換容量に応じて任意に決定して構わない。また、一台の電力変換装置により駆動される交流電動機６０の数は４以外でも本実施の形態の内容を容易に拡張することができる。

　また、以上の説明では、交流電圧を受電してコンバータ回路２０を介して直流電圧に変換してインバータ回路４０に供給する構成の電力変換装置を例として説明したが、一般に周知されているとおり、直流架線から直接直流電圧を受電してインバータ回路４０に供給する構成としてもよい。この場合は、主として変圧器６、入力開閉器１０、コンバータ回路２０が不要となり、架線から受電した直流電力をＬＣフィルタ（図示せず）を介してコンデンサモジュール３０とインバータ回路４０へ入力する構成とすればよい。この場合でも、本実施の形態の内容を適用できる。

　なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

　以上のように、本発明は、複数台の電動機を個別に駆動する方式の強制風冷式電力変換装置を構成する場合であっても、電力変換回路のサイズ、質量およびコストの増加を抑制可能に構成される強制風冷式電力変換装置として有用である。

　１　架線
　２　集電装置
　３　車輪
　４　レール
　６　変圧器
　１０　入力開閉器
　２０　コンバータ回路
　２０ａ～２０ｄ　コンバータ電力変換モジュール
　２２　接続導体
　２５　半導体素子
　２６　冷却器フィン部
　２６ａ～２６ｄ　第一～第四の冷却器フィン部
　２７　冷却器ベース部
　２７ａ～２７ｄ　第一～第四の冷却器ベース部
　２８　冷却器
　２８ａ，２８ｂ　第一、第二の冷却器
　３０　コンデンサモジュール
　３０Ｐ，３０Ｎ　コンデンサ
　３１　コンデンサ端子
　４０　インバータ回路
　４０ａ～４０ｄ　インバータ電力変換モジュール
　５０ａ～５０ｄ　モータ開放開閉器
　６０，６０ａ～６０ｄ　交流電動機
　６５　冷却ファン
　６５ａ，６５ｂ　第一、第二の冷却ファン
　６６　導風部材
　６６ａ～６６ｄ　第一～第四の導風部材
　７０　電力変換ブロック
　７０ａ～７０ｄ　第一～第四の電力変換ブロック
　７２　冷却器取り付け部材
　７２ａ～７２ｄ　第一～第四の冷却器取り付け部材
　７３　導体板
　７３ａ，７３ｂ　第一、第二の導体板
　７４　接続導体板
　７４ａ，７４ｂ　第一、第二の接続導体板
　７５　電力変換サブブロック
　７５ａ～７５ｄ　第一～第四の電力変換サブブロック
　７６ａ，７６ｂ　第一～第二のユニット結合フレーム
　８０　コンデンサ導体板
　８１　導体接続部材
　１００　電力変換装置
　１００ａ　電力変換装置収納箱
　１０１ａ～１０１ｄ　スライドレール
　１０２　カバー
　１０２ａ，１０２ｂ　第一、第二のカバー
　１０３　通風ダクト
　１０３ａ～１０３ｄ　第一～第四の通風ダクト
　１０５　点検カバー
　１０６～１０９　第一～第四のシール部材
　１１０　車体
　Ｐ，Ｃ，Ｎ　直流接続導体
　Ｕ，Ｖ，Ｗ　交流出力導体
　ＵＳ，ＶＳ　交流入力導体

Claims (7)

1. 　電源から入力された電力を任意の値に変換して電動機へ出力する複数の半導体素子を具備する電力変換回路を有した強制風冷式電力変換装置において、
   　前記電力変換回路を構成する一部の前記半導体素子と、前記半導体素子が搭載された冷却器ベース部と、前記冷却器ベース部における半導体素子搭載面の裏面側に設けられた冷却器フィン部と、を具備する電力変換モジュールと、
   　少なくとも２台の前記電力変換モジュールにおける前記冷却器フィン部が背中合わせに取り付けられ、前記冷却器フィン部が存在し外気が通流する開放部と前記半導体素子が存在する密閉部との間を分離するとともに、前記冷却器フィン部に冷却風を流すことを可能に構成した冷却器取り付け部材と、
   　を有した電力変換サブブロックを複数台組み合わせて電力変換ブロックとして構成したことを特徴とする強制風冷式電力変換装置。
2. 　冷却ファンと、前記冷却ファンと前記冷却器取り付け部材とを連結する導風部材と、を有し、前記導風部材により前記冷却器取り付け部材の開放部に冷却風を通風する構成とし、
   　前記導風部材の前記冷却器取り付け部材側または前記冷却器取り付け部材の前記導風部材側の少なくとも一方にシール部材を配し、少なくとも前記電力変換モジュールは、装置外へ引き出して着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の強制風冷式電力変換装置。
3. 　冷却ファンと、前記冷却ファンと前記冷却器取り付け部材とを連結する導風部材と、を有し、前記導風部材により前記冷却器取り付け部材の開放部に冷却風を通風する構成とし、
   　前記導風部材の前記冷却ファン取り付け部材側または前記冷却ファンの前記導風部材側の少なくとも一方にシール部材を配し、少なくとも前記電力変換モジュールは前記導風部材とともに、装置外へ引き出して着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の強制風冷式電力変換装置。
4. 　前記電力変換ユニットにおける複数の前記半導体素子に接続された導体板と、
   　複数の前記導体板を接続する接続導体板と、
   　を有し、
   　前記接続導体板は、装置床面に対して水平に配置されるとともに、前記導体板は、前記冷却器ベース部の前記半導体素子取り付け面に対して水平に配置され、
   　前記電力変換ユニットは、前記導体板が前記接続導体板に対して垂直に接続されるように配置され、
   　複数の前記電力変換ユニットは、前記導体板と前記接続導体板とにより接続されてなる電力変換ブロックを構成し、
   　前記電力変換ブロックを複数台組み合わせて構成したことを特徴とする請求項１に記載の強制風冷式電力変換装置。
5. 　前記電力変換ユニットにおける複数の前記半導体素子に接続された導体板と、
   　複数の前記導体板を接続する接続導体板と、
   　を有し、
   　前記接続導体板は、前記電力変換ユニットの上側または下側の前記密閉部に配置され、かつその長さ方向が前記冷却風の方向と直交する方向に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の強制風冷式電力変換装置。
6. 　電源から入力された電力を任意の値に変換して電動機へ出力する複数の半導体素子を有した強制風冷式電力変換装置において、
   　前記半導体素子と、前記半導体素子が搭載された冷却器ベース部と、前記冷却器ベース部における半導体素子搭載面の裏面側に設けられた冷却器フィン部と、を具備する電力変換モジュールと、
   　少なくとも２台の前記電力変換モジュールを有する電力変換サブブロックと、
   　接続導体により複数の前記電力変換サブブロックが接続されてなる電力変換ブロックと、
   　電力変換装置に設けられ、電力変換ブロックを支持するスライドレールと、
   　直流電力を貯蔵するコンデンサと、
   　前記コンデンサに接続されたコンデンサ導体板と、
   を有し、
   　前記コンデンサ導体板と前記電力変換ブロックの前記接続導体板とは導体接続部材により相互に接続または切り離し可能に構成され、
   　前記電力変換ブロックを装置外へ引き出して着脱可能に構成したことを特徴とする強制風冷式電力変換装置。
7. 　前記接続導体板、前記コンデンサ導体板は、装置床面に沿って水平に配置され、前記導体接続部材を着脱可能とするために装置下面に開口部とカバーを有したことを特徴とする請求項６に記載の強制風冷式電力変換装置。

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