JP2011015487A - 電気車駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 列車の走行時に発生する３方向の振動を減衰することで、インバータ素子に伝播する振動を抑制できる電気車駆動装置を提供する。
【解決手段】インバータ３２と電動機１１が一体化された電気車駆動装置において、外箱２９内にインバータを構成する電力変換モジュールを収納する内箱２６を配置する。内箱２６と外箱２９の間には金属性のワイヤーロープの防振部材２８を設けることで、高い耐荷重性と耐久性を実現する。前記防振部材を、背面部２９ａ間、底面部２９ｂ間、側面部２９ｃ間の対向する面間に設置することで、３つの方向の振動を減衰することが可能になる。その結果、防振部材２８の取替えなど、メンテナンス周期を延長し、半導体素子２２やコンデンサ２１の端子部の製品疲労が低下させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、列車の走行によって発生する振動、特にインバータに加わる振動を減衰することができるインバータと電動機が一体化された即ち、インバータ一体型の電気車駆動装置に関する。

これまでの電気車駆動装置について、図１０と図１１を参照して説明する。図１０に示すように、架線１００からパンタグラフ１０１を介して給電される電気車の車体１０２の下部には一対の台車１０３が設けられており、台車１０３は、車輪１０３ａ、
台車フレーム１０３ｃ、空気ばね１０３ｂで構成されている。空気ばね１０３ｂは、車体１０２と台車フレーム１０３ｃの間に設けられており、車輪１０３ａは、台車フレーム１０３ｃの端部に取り付けられている。台車１０３内に収められている電動機１０５は、車輪１０３ａの近傍に設置され、ギアボックスとカップリングで回転力を車輪１０３ａに伝達する。インバータ１０４は、車体１０２の床下側の中央付近に懸架されている。

図１１は、インバータと電動機の電気回路図である。架線１００からパンタグラフ１０１で集電された電力は、接触器１０６とフィルタリアクトル１０７を通過し、フィルタコンデンサ１０８を充電する。フィルタコンデンサ１０８が適切な充電量になると架線１００からの電力がインバータ１０４に供給される。インバータ１０４はU相１０４uとV相１０４ｖとW相１０４ｗの各半導体素子で構成され、直流電流を交流電流に変換する。交流電流に変換された電力は、３相電動機１０５を駆動し、図示しないギアボックスとカップリングを介して車輪を回転させる。

このように構成された電気車駆動装置において、台車１０３と車体１０２の間に設けられた空気ばね１０３ｂは、列車走行により発生する振動が車体１０２へ伝播するのを防ぐため、車体１０２の床下に設置されているインバータ１０４への振動を減衰することができた。

近年では、省エネやコスト削減のため、電気車駆動装置の小型化や軽量化の要望が高く、電動機１０５とインバータ１０４を一体もしくは近接させて台車１０３内に設置する構造が開発されている。しかし、このように電動機１０５とインバータ１０４を台車１０２内に一緒に収めた場合、インバータ１０４に対する空気ばね１０３ｂによる振動の減衰効果は得られない。また、電動機１０５は、列車走行時に発生する振動に耐えるように設計されているが、インバータ１０４は、その振動を十分に抑制できなければ故障を発生する虞があった。

台車１０３内に搭載されたインバータ１０４に伝播される一般的な振動として、図１２を参照して説明する。図１２は、列車が走行するときに生じる振動パターンを示す振動図で、左右方向(以下、枕木方向という)（Ｗ）、進行方向(以下、レール方向という)（Ｙ）、上下方向（Ｚ）の３つを表している。図１２に示すように、加速、蛇行、停止、ブレーキを含む直進走行時には、上下方向（Ｚ）の振動が生じやすい。また、定速の直進走行時には、前後に揺れるようなレール方向（Ｙ）の振動が生じやすい。更に、列車が右方、左方にカーブをする際の走行時には、枕木方向（Ｗ）の振動が生じやすい。つまり、インバータ１０４へ伝播される左右、前後、上下の３つの方向（Ｗ）（Ｙ）（Ｚ）の振動を抑制することが要求されている。

このようなインバータ１０４に伝播される３つの方向の振動を減衰する効果を持ち、電動機１０５とインバータ１０４が一体化された電気車駆動装置としては以下のような従来技術が知られている。

図１３及び図１４は、従来のインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置の一例を示す概略説明図である。インバータ１０４を構成する電力変換モジュール１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃは、電力変換器モジュール搭載台１１０を介して電動機１０５の上部に位置するように一体化している。また、このインバータ１０４と電動機１０５が一体化された電気車駆動装置では、電動機１０５と電力変換モジュール１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの間に電力変換モジュール１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを弾性支持するゴム製の防振用部材１０９を設けている。ここで用いられているゴム製の防振部材１０９は、その性質上、列車走行時に生じる３方向の振動を減衰する効果がある。

このように従来のインバータ１０４と電動機１０５が一体化された電気車駆動装置は、ゴム製の防振部材１０９を使用することで振動を減衰するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３３６２６１号公報

しかしながら、従来のインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置に備えられている防振部材は、ゴム製という材質の特性上、耐荷重性と耐久性が低い。耐荷重性が低いことから、急ブレーキや急発進で、大きな加重が駆動装置にかかった際、防振部材が破損する恐れがある。また、耐久性が低いことから、鉄道用車両で一般的に設けられている、数年のメンテナンス周期よりも短い期間で防振部材の劣化が起こる虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、上下方向、レール方向、及び枕木方向の３方向の振動を減少し、尚且つ、耐荷重性と耐久性も向上させることができるインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置を提供することを目的とする。

上記を解決するために、本発明によるインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置は、電気車を走行駆動する台車内に設置される回転軸の長手方向が枕木方向と平行になるように配置された電動機と、前記電動機のフレームにおける回転軸の長手方向端に位置する側面に、一側面を固着して配置されたインバータと、を備えたインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置において、前記インバータは、外箱と、前記外箱内に防振部材を介して配置されたインバータを構成する電力変換モジュールを収納した内箱とを備え、前記防振部材は、前記電気車駆動装置に伝播される枕木と平行な前記枕木方向、レール敷設方向と平行なレール方向、および上下方向の各振動を抑制するように配置され、前記防振部材は、らせん状に巻回した金属製ワイヤーロープのレイヤー間を一対の対向配置された接続はりで固定し、前記接続はりをそれぞれ前記外箱および内箱間に固着されていることを特徴としている。

本発明によれば、列車の走行時に生じる左右の枕木方向、前後のレール方向及び上下方向の少なくとも３つ方向の振動を減衰することで、インバータ素子の製品疲労を低下することが可能なインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置を提供できる。

本発明の実施例１のインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置の断面図。 図１に示した本発明の実施例１のＡ−Ａ線矢視図。 本発明のインバータの外箱と内箱に取り付けられる防振部材を示す斜視図 本発明の実施例２を示すインバータの構成図。 本発明の実施例３のインバータの断面図。 図５に示した本発明の実施例３のインバータのＢ−Ｂ線矢視図。 本発明の実施例４のインバータの断面図。 図７に示した本発明の実施例４のインバータのＣ−Ｃ線矢視図。 本発明の実施例６のインバータの構成図。 従来の鉄道車両の構成図。 従来のインバータと電動機の電気回路図。 電車走行時の３方向の振動図。 従来の電気車駆動装置の斜視図。 従来の防振部材の取り付け状態を示す図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１のインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置の断面図である。図２は、図１に示した本発明の実施例１のインバータと電動機が一体化された電気駆動装置におけるＡ―Ａ線矢視図である。本実施例では、インバータ３２と電動機１１が一体化された電気車駆動装置は、電気車の台車内に設置されている。

図１に示すように、電動機１１は、軸受２で支持された回転軸１にロータ３が取り付けられている。ロータ３の外周部にエアギャップを介して、ステータ４を設けている。ロータ３、ステータ４は、フレーム５内に収納される。回転軸１の一端側はフレーム５から突出し、図示しない電気車の車輪とギアボックスやカップリングを介して連結されている。

このような電動機１１は、その回転軸１及びインバータ３２が、電気車の枕木方向（Ｗ）に並行して一線上に台車内に配置される。電動機１１のフレーム５とインバータ３２の外箱２９の一側面が連結部材３１によって接続されることで、電動機１１とインバータ３２が機械的に一体化されている。なお、電動機１１とインバータ３２との電気的接続は、図示しないが、例えば電動機１１のフレーム４上に設けた端子台とインバータ３２の外箱２９上に設けた端子台の両端子間を防振ケーブルにより接続する。防振ケーブルとして、たわみ導線を使用できる。防振ケーブルには防振効果を向上するゴム系またはシリコン系のコーティング剤が使用される。

一方、インバータ３２の外箱２９は矩形状をなし、この外箱２９には、この外箱２９の他側面である正面部２９ｄに、通風口３０を設けている。そして、外箱２９内には、防振部材２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ）で支持される矩形状の内箱２６が備えられている。この防振部材２８は、インバータ３２を構成する電力変換モジュールが収納されている内箱２６を弾性支持するためのもので、外箱２９と内箱２６の間に取り付けられている。以下に、防振部材２８の構成及び防振部材２８ａ、防振部材２８ｂ、防振部材２８ｃの取り付け位置について詳細に説明をする。

図３は、本発明に適用される防振部材２８の一例を示すワイヤーロープの防振部材の斜視図である。ワイヤーロープ２８１の防振部材２８は、図示しないゴム製の部材を芯にして、その外周にらせん状に巻いた金属製のワイヤーロープ２８１と、このワイヤーロープ２８１の長手方向となるレイヤー間を固定する一対の対向配置された接続はり２８２から構成されている。上記のワイヤーロープ２８１で構成された防振部材２８は、接続はり２８２に設けた固定用の穴にボトル等の固定用部材を用いて外箱２９と内箱２６の間に固定される。そして一対の接続はり２８２間が近づくときワイヤーロープ２８１が収縮と表現し、また接続はり２８２間が広がるときワイヤーロープ２８１が伸張と表現する。

防振部材２８は、この収縮と伸張が繰り返されることにより振動を減衰し、その構造上一対の接続はり２８２の互いの対向面が接合、離間するような一直線方向に伸張、収縮を繰り返すとき最も効果的な減衰作用が働く。前記接続はり２８２の互いの対向面の接合、離間方向がずれていても、減衰作用は働いている。

従って、この金属製のワイヤーロープ２８１の防振部材２８によれば、接続はり２８２の互いの対向面が接離するような一方向の振動の減衰に特に有効であることから、振動が作用する方向に対してその取り付け方を考慮して取り付けられている。

電動機１１側の外箱２９の内側面２９ａ―１と、この内側面２９ａ―１と対向する内箱２６の外側面２６ａ−２間の背面部２９ａに、防振部材２８ａを、接続はり２８２の長手方向が、電動機１１の回転軸１の長手方向と直交するように即ち、電気車のレール方向（Ｙ）と直交するように、複数配置している。図１の実施形態では内箱２６の上側中央寄りに１つ、下側中央寄りに１つ取り付けられている。

防振部材２８ｂは、接続はり２８２の長手方向が電動機１１の回転軸１の長手方向即ち、枕木方向（Ｗ）と同じ向きになるように、内箱２６の外側面２６ｂ−２と外箱２９の内側面２９ｂ−１とが対面している底面部２９ｂ間に５つ取り付けられている。

防振部材２８ｃは、接続はり２８２の長手方向が電動機１１の回転軸１の長手方向と直交するように即ち、レール方向（Ｙ）と同じ向きになるように、インバータ３２の両側面部２９ｃにおける、内箱２６の外側面２６ｃ−２と外箱２９の内側面２９ｃ−１との対向面間に夫々２つ取り付けられている。具体的には、内箱２６の両側上方部中央寄りに１つずつ、内箱２６の両側下部中央寄りに１つずつの計４つが取り付けられている。

本実施例では、インバータ３２の背面部２９ａに取り付ける防振部材２８ａや側面部２９ｃに取り付ける防振部材２８ｃの個数よりも、底面部２９ｂに取り付ける防振部材２８ｂの個数の方が多く、また、インバータ３２の背面部２９ａに取り付ける防振部材２８ａや側面部２９ｃに取り付ける防振部材２８ｃのばね乗数よりも、底面部２９ｂに取り付ける防振部材２８ｂのばね乗数の方が大きく設定されている。

次に、内箱２６について説明する。外箱２９の内側面２９ｄ−１と内箱２６の外側面２６ｄ−２が対向する正面部２９ｄ側の内箱２６には、通風口２７が設けられている。また、内箱２６内にはインバータ３２を構成する６個のＩＧＢＴ等の半導体素子２２と４個のコンデンサ２１、及び受熱部２３を取り付ける取り付け板２４、放熱フィン２５を収納し、固定配置している。

インバータ３２の電気回路は、前述した図１１と同様な回路で構成されている。半導体素子２２及びコンデンサ２１は受熱部２３を介して取り付け板２４に取り付けられている。

コンデンサ２１は、取り付け板２４の上側に並置され、半導体素子２２は、取り付け板２４上の下側に並置されている。取り付け板２４には、放熱フィン２５が取り付けてある。放熱フィン２５の形状は、縦方向に長い複数枚の並行に配置した板で構成され、その板の広い面がインバータ３２の側面部２９ｃ方向に向けられている。

取り付け板２４の中央付近には、インバータ３２側から電動機１１側に向かって、受熱部２３、取り付け板２４、放熱フィン２５、内箱２６、外箱２９を貫通するように通風孔２０が設けられている。

次に、本実施例の作用と効果について説明する。ＩＧＢＴのような重量の重い半導体素子２２が取り付け板２４に設置されることによって、インバータ３２の底面部２９ｂに最も大きい負荷がかかる。そのため、底面部２９ｂに設置される防振部材２８ｂの個数を多くし、ばね乗数を大きくすることで高い耐久性と耐荷重性を得ている。

次いで、内箱２６と外箱２９の背面部２９ａ間、底面部２９ｂ間、側面部２９ｃ間に配置した防振部材２８の位置による振動の減衰作用について説明する。

上下方向（Ｚ）の振動が外箱２９に加えられたとき、外箱２９の天井部２９ｅと底面部２９ｂの変位量は同等である。また、枕木方向（Ｗ）とレール方向（Ｙ）の振動が外箱２９に加えられた時も同様である。

このように、外箱２９全体の動きである変位量を、外箱２９内に備えられている内箱２６に伝播するのを防ぐため、防振部材２８のワイヤーロープ２８１が伸縮する。

例えば、下方向からの振動が加わった場合、外箱２９の底面部は押し上げられる。外箱２９の底面部が押し上げられると、その面に直接取り付けられている防振部材２８ｂのワイヤーロープ２８１は底面部の押し上げによってつぶされるため、収縮する。

以上のような動きを基本として、以下では、各振動における防振部材２８のワイヤーロープ２８１の伸縮の動きの詳細を説明する。内箱２６と外箱２９の底面部２９ｂ間に設けられた防振部材２８ｂは、上下方向（Ｚ）の振動に作用する。下方向からの振動が加わった際、防振部材２８ｂのワイヤーロープ２８１は収縮し、その後、伸張するように作用する。上方向に振動した際、まず防振部材２８ｂのワイヤーロープ２８１は伸張し、その後、収縮するように作用する。

上下方向（Ｚ）の振動では、レールのつなぎ目や、条件の悪い路面走行から発生するような下方向からの振動を抑制することが重要であるため、底面部２９ｂ間に取り付けられている防振部材２８ｂが伸縮を繰り返すことによって、上下方向（Ｚ）の振動は減衰される。

また、背面部２９ａ間に設けられた防振部材２８ａは、枕木方向（Ｗ）の振動に作用する。レール方向（Ｙ）に向かって右方向に振動した際、まず防振部材２８ａのばねは初め伸張し、その後、収縮するように作用する。左方向に振動した際、防振部材２８ａのばねは初め収縮し、その後、伸張するように作用する。

枕木方向（Ｗ）の振動では、列車のカーブ走行に加えて、電動機１１から発生する振動を抑制することが重要であるため、背面部２９ａ間に取り付けられている防振部材２８ａが伸縮を繰り返すことによって、枕木方向（Ｗ）の振動は減衰される。

また、内箱２６と外箱２９の側面部２９ｃ間に設けられた防振部材２８ｃは、レール方向（Ｙ）の振動に作用する。前方向に振動した際、まず、図２で、インバータ３２を正面から見た場合に、右側の防振部材２８ｃが収縮し、左側の防振部材２８ｃは伸張する。その後、右側の防振部材２８ｃが伸張し、左側の防振部材２８ｃは収縮する。一方、後ろ方向に振動した際、まず右側の防振部材２８ｃが伸張し、左側の防振部材２８ｃは収縮する。その後、右側の防振部材２８ｃは収縮し、左側の防振部材２８ｃは伸張する。

側面部２９ｃ間に取り付けられている右側の防振部材２８ｃと左側の防振部材２８ｃが伸縮を繰り返すことによって、レール方向（Ｙ）の振動は減衰される。

このような、底面部２９ｂ間、背面部２９ａ間、及び側面部２９ｃ間のそれぞれ防振部材２８の働きによって、列車走行時に発生する上下方向（Ｚ）、枕木方向（Ｗ）、レール方向（Ｙ）の３つの振動に対する減衰効果が得られる。

また、本実施例では半導体素子２２を取り付け板２４の下部に配置している。そのことにより、取り付け板２４下部の重量比率が高くなるため、取り付け板２４下部が振動しにくくなる。つまり、その半導体素子２２が取り付け板２４上で振り子の支点として作用することによって、枕木方向（Ｗ）の振動から半導体素子２２が受ける影響を小さくし、防振効果を向上させることが可能になる。

次に、防振部材２８として金属製のワイヤーロープ２８１を使用することによる耐久性、耐荷重性、振動の減衰作用について説明する。金属性のワイヤーロープ２８１は、ゴム製より硬度が高いため半導体素子２２やコンデンサ２１の重さに対応することが可能となる。また、金属性のワイヤーロープ２８１の防振部材２８は、金属製という特徴から長時間にわたって使用しても劣化や損傷が少ない。更に、素線同士の摩擦により、電動機１１の回転によって発生する高周波数例えば１０００Ｈｚ以上の振動を減衰するといった、振動減衰作用も得られる。

このような金属性のワイヤーロープ２８１を用いた防振部材２８を使用することで、ゴム製よりも高い耐荷重性と耐久性を実現し、尚且つ、特に一方向の振動の減衰に有効なワイヤーロープ２８１を、背面部２９ａ間、底面部２９ｂ間、側面部２９ｃ間という、３つ以上の対向する面に設置することで、３つの方向の振動を減衰することが可能になった。

つまり、本実施例では、防振部材２８の耐荷重性と耐久性を向上し、半導体素子２２へ伝わる電気車走行時発生する３方向振動や電動機１１から生じる振動を抑制する。そのため、防振部材２８の取替えなど、メンテナンス周期を延長し、半導体素子２２やコンデンサ２１の端子部の製品疲労を低下させることができる。

また、内箱２６と外箱２９の対向面間に取り付ける防振部材２８の取り付け方向は、本実施例に限られず、接続はり２８２の長手方向の取り付け角度を変えて取り付けても、防振効果は期待できる。

本発明に基づく実施例２の電気車駆動装置について図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２を、実施例１と同様にＡ−Ａ方向から見た矢視図である。尚、図１乃至図３と同一部品については、同符号を付してその説明を省略する。

本実施例は、外箱を、実施例１の矩形状の外箱２９の各隅部に面取り部分を持たせた外箱形状とし、内箱も実施例１の矩形状の内箱２６の各隅部に面取り部分を持たせた内箱形状にした点が異なっている。これによって、実施例１とは、背面部２９ａ以外の防振部材２８（２８ｆ、２８ｇ、２８ｈ、２８ｉ）の取り付け位置が異なっている。

以下に、図４を参照して防振部材２８（２８ｆ、２８ｇ、２８ｈ、２８ｉ）の取り付け位置について詳細な説明をする。

外箱２９ａの面取り部分は、内側面２９ｆ−１、２９ｇ−１、２９ｈ−１、２９ｉ−１に傾斜を持たせることで形成する。また、内箱２６ａの面取り部分は外側面２６ｆ−２、２６ｇ−２、２６ｈ−２、２６ｉ−２に傾斜を持たせて形成し、外箱、内箱の互いの面取り部分で傾斜面となっている内側面と外側面即ち、２９ｆ−１と２６ｆ−２，・・２９ｉ−１と２６ｉ−２は互いに対向している。

防振部材２８ｆは、防振部材２８ｆの長手方向が電動機１１の回転軸１の長手方向に対して直交するように、内箱２６ａの外側面２６ｆ−２と外箱２９ａの内側面２９ｆ−１との対向面２９ｆ間に１つ取り付けられている。

同様に、対向面２９ｇ間に防振部材２８ｇが、対向面２９ｈ間に防振部材２８ｈが、そして対向面２９ｉ間に防振部材２８ｉが夫々取り付けられている。

本実施例においては、外箱２９と内箱２６の面取り部分における対向面２９ｈと２９ｉに最も大きい負荷がかかる。そのため、対向面２９ｈと２９ｉに設置される防振部材２８ｈと２８ｉのばね乗数を大きくすることで高い耐久性と耐荷重性を得ている。

次に、内箱２６と外箱２９の対向面２９ｆ間、対向面２９ｇ間、対向面２９ｈ、および対向面２９ｉ間に配置した各防振部材２８の位置による振動の減衰作用について説明する。本実施例のワイヤーロープ２８１では、上下方向（Ｚ）とレール方向（Ｙ）の振動に作用する。

最初に、上下方向（Ｚ）の振動に対する防振部材２８の作用を説明する。上方向に振動した際、防振部材２８ｆと防振部材２８ｇのワイヤーロープ２８１が伸張し、防振部材２８ｉと防振部材２８ｈのワイヤーロープ２８１が縮小する。その後、防振部材２８ｆと防振部材２８ｇのワイヤーロープ２８１が縮小し、防振部材２８ｉと防振部材２８ｈのワイヤーロープ２８１が伸張するように作用する。

下方向から振動がある際は、まず防振部材２８ｆと防振部材２８ｇのワイヤーロープ２８１が伸張し、防振部材２８ｉと防振部材２８ｈのワイヤーロープ２８１が収縮する。その後、防振部材２８ｆと防振部材２８ｇのワイヤーロープ２８１が収縮し、防振部材２８ｉと防振部材２８ｈのワイヤーロープ２８１が伸張するように作用する。

上下方向（Ｚ）の振動では、防振部材２８ｆと防振部材２８ｇの伸縮および、防振部材２８ｉと防振部材２８ｈの伸縮が交互に繰り返されることによって、上下方向（Ｚ）の振動は減衰される。

次に、レール方向（Ｙ）の振動に対する防振部材２８の作用を説明する。前方向に振動した際、防振部材２８ｇと防振部材２８ｈのワイヤーロープ２８１が伸張し、防振部材２８ｆと防振部材２８ｉのワイヤーロープ２８１が収縮する。その後、防振部材２８ｇと防振部材２８ｈのワイヤーロープ２８１が収縮し、防振部材２８ｆと防振部材２８ｉのワイヤーロープ２８１が伸張するように作用する。

後ろ方向に振動した際、防振部材２８ｇと防振部材２８ｈのワイヤーロープ２８１は伸張し、防振部材２８ｆと防振部材２８ｉのワイヤーロープ２８１が収縮する。その後、防振部材２８ｇと防振部材２８ｈのワイヤーロープ２８１は収縮し、防振部材２８ｆと防振部材２８ｉのワイヤーロープ２８１が伸張するように作用する。 レール方向（Ｙ）の振動では、防振部材２８ｇと防振部材２８ｉの伸縮と、防振部材２８ｆと防振部材２８ｈの伸縮が交互に繰り返えされることによって、レール方向（Ｙ）の振動は減衰される。

尚、背面部２９ａ間に設けられた防振部材２８ａは、実施例１同様に枕木方向（Ｗ）の振動に作用する。

このように各対向面２９ｆ間、２９ｇ間、２９ｈ間、および２９ｉ間並びに背面部２９ａ間に設けられた、金属性のワイヤーロープ２８１のそれぞれの防振部材２８の働きによって、電気車走行時の発生する上下方向（Ｚ）、枕木方向（Ｗ）、レール方向（Ｙ）の３つの振動に対する減衰効果を、実施例１よりも防振部材の使用個数を減らしても達成することができる。

そして、このような防振部材２８の使用によって、防振部材２８の取替えなど、メンテナンス周期を延長し、半導体素子２２やコンデンサ２１の端子部の製品疲労を低下させることができる等の効果を有することは、第一の実施形態と同様である

本発明に基づく実施例３の電気車駆動装置について図５，図６を参照て説明する。図５は、本発明の実施例３のインバータ部分の断面図である。図６は、図５のＢ―Ｂ線矢視図である。

本実施例が実施例１と異なる点は、半導体素子２２とコンデンサ２１の配置構造である。以下、半導体素子２２とコンデンサ２１の配置構造について説明し、同一部分の説明同一符号を付してその説明は省略する。

図５、図６に示すように、２個の半導体素子２２が、インバータ３２の正面部２９ｄ側で、取り付け板２４上部中央に並置され、２個のコンデンサ２１がその両側部に配置されている。また、残りの４個の半導体素子２２は、インバータ３２の正面部２９ｄ側で、取り付け板２４下部中央に２個ずつ並置され、更に２個のコンデンサ２１がその両側部に配置されている。

本実施例では半導体素子２２を取り付け板２４の中央辺り、縦方向に配置している。そのことにより、取り付け板２４の中央縦軸の重量比率が高くなるため、取り付け板２４の中央縦軸が振動しにくくなる。つまり、その半導体素子２２が取り付け板２４上で振り子の支点として作用することによって、枕木方向（Ｗ）の振動から半導体素子２２が受ける影響を小さくする、防振効果を向上させることが可能になる。

尚、耐久性、耐荷重性、振動の減衰作用については、実施例１と同様の作用効果が得られる。

本発明に基づく実施例４の電気車駆動装置としては、改めて図示はしないが、先の図４に示した実施例２の隅部面取り形状の外箱２９内に内箱２６を支持する防振部材の支持構造と、図５，６に示した実施例３における半導体素子２２とコンデンサ２１との配置構造を組み合わせた構造とすることもできる。

本実施例の作用と効果について説明する。まず、防振部材２８による耐荷重性と耐久性については、実施例３と同様の作用効果が得られる。

そして、防振部材２８の位置による振動の減衰作用については、実施例２と同様の作用効果が得られる。

本発明に基づく実施例５のインバータと電動機が一体化した電気車駆動装置について図７，図８を参照して説明する。図７は、本発明の実施例５のインバータの断面図である。図８は、本発明の実施例５のインバータのＣ−Ｃ線矢視図である。尚、本実施例においては、先に説明した実施形態に記載したものと同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施例は、図５，図６に示した実施例３における内箱２６を２分割するとともに電力変換モジュールを構成する半導体素子２２とコンデンサ２３を分割配置し、その分割に伴って防振部材２８（２８ｅ、２８ｊ）を追加配置したものである。

以下、内箱２６の分割と、その分割に伴って追加された防振部材２８の取り付け位置等について説明する。

図７および図８に示すように、内箱２６は長手方向に沿って分割され、上側の内箱２６０と下側の内箱２６１の２つで形成されている。これら内箱２６０，２６１を外箱２９内に支持するため、防振部材２８ａ、２８ｂ、２８ｃ造に加えて、天井部２９ｅ間に防振部材２８ｅを、また、内箱２６０と２６１が対向する中央部２９ｊ間に防振部材２８ｊが取り付けられている。

即ち、防振部材２８ｅは、防振部材２８ｅにおける接続はりの長手方向が電動機１１の回転軸１方向と同じ向きになるように、内箱２６０の外側面２６０ｅ−２と外箱２９の内側面２９ｅ−１とが対向する天井部２９ｅ間に、内箱２６０の左側中央辺りに１つ、内箱２６０の右側中央辺りに１つの計２つが取り付けられている。

防振部材２８ｊは、防振部材２８ｊにおける接続はりの長手方向が電動機１１の回転軸１と同じ向きになるように、内箱２６０の外底面２６０ｊ−２と内箱２６１の外天井面２６１ｊ−２とが対向する中央部２９ｊ間であって、内箱２６０と内箱２６１の左側中央辺りに１つ、内箱２６０と内箱２６１の右側中央辺りに１つの計２つが取り付けられている。

本実施例では、インバータ３２の背面部２９ａに取り付ける防振部材２８ａや、側面部２９ｃに取り付ける防振部材２８ｃ、天井部２９ｅ間に取り付ける防振部材２８ｅ、中央部２９ｊ間に取り付ける防振部材２８ｊのばね乗数よりも、底面部２９ｂに取り付ける防振部材２８ｂのばね乗数の方が大きいものを使用している。

次に、内箱２６０、２６１について説明する。内箱２６０，２６１の正面部２９ｄには夫々通風口２７０、２７１が設けられている。また、内箱２６０の背面部２９ａ下部には通風口２７０ａがまた、内箱、２６１の背面部２９ａ上部には通風口２７１ａが設けられている。内箱２６０、２６１内には、それぞれ３個の半導体素子２２と２個のコンデンサ２１が、放熱フィン２５を備えた受熱部２３を介して取り付け板２４に取り付け配置されている。それぞれ３個の半導体素子２２は、取り付け板２４上で中央に位置するように並置され、それぞれ２個のコンデンサ２１は取り付け板２４の両側部に１つずつ配置されている。

本実施例の作用と効果について説明する。本実施例の防振部材２８による耐荷重性と耐久性は、実施例３と同様である。

次に、防振部材２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｊのワイヤーロープ２８１による振動の減衰作用について説明する。

内箱２６１と外箱２９の底面部２９ｂ間に設けられた防振部材２８ｂと、内箱２６０と外箱２９の天井部２９ｅ間に設けられた防振部材２８ｅと、内箱２６０と内箱２６１の中央部２９ｊ間に設けられた防振部材２８ｊは、上下方向（Ｚ）の振動に作用する。

下方向から振動がある際、まず防振部材２８ｅのワイヤーロープ２８１が収縮すると、防振部材２８ｂのワイヤーロープ２８１は伸張する。その時、防振部材２８ｊは防振部材２８ｅからの伸張と、防振部材２８ｂからの収縮が同時に作用するため、防振部材２８ｊのワイヤーロープ２８１はほとんど伸縮しない。その後、防振部材２８ｅのワイヤーロープ２８１は伸張し、防振部材２８ｂのワイヤーロープ２８１は収縮する。その時、防振部材２８ｊは、防振部材２８ｅからの伸張と、防振部材２８ｂからの収縮が同時に作用するため、ほとんど伸縮しない。上方向から振動ある際、まず防振部材２８ｂのワイヤーロープ２８１が収縮すると、防振部材２８ｅのワイヤーロープ２８１は伸張する。その時、防振部材２８ｊは防振部材２８ｂからの伸張と、防振部材２８ｅからの収縮が同時に作用するため、防振部材２８ｊのワイヤーロープ２８１はほとんど伸縮しないが、防振部材２８ｂで減衰し切れなかった振動は防振部材２８ｊに伝播し、再度減衰されることになる。その後、防振部材２８ｂのワイヤーロープ２８１は伸張し、防振部材２８ｅのワイヤーロープ２８１は収縮する。その時、防振部材２８ｊは、防振部材２８ｂからの伸張と、防振部材２８ｅからの収縮が同時に作用するため、ほとんど伸縮しない。

防振部材２８ｂと防振部材２８ｊが伸縮を交互に繰り返し、更に防振部材２８ｊの減衰作用も加わることによって、上下方向（Ｚ）の振動は減衰される。また、枕木方向（Ｗ）の振動に作用する防振部材２８ａとレール方向（Ｙ）に作用する防振部材２８ｃは、実施例１と同様の効果が得られる。

このような、防振部材２８ｂ、２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｊのそれぞれの働きによって、列車走行時の発生する上下方向（Ｚ）、枕木方向（Ｗ）、レール方向（Ｙ）の３つの振動に対する減衰効果が得られる。

半導体素子２２とコンデンサ２１の配置による振動の減衰作用については、実施例３と同様の作用効果が得られる。

このような金属性のワイヤーロープ２８１の防振部材２８を使用することで、ゴム製よりも高い耐荷重性と耐久性を実現し、尚且つ、ワイヤーロープ２８１の防振部材２８を、背面部２９ａ間、底面部２９ｂ間、側面部２９ｃ間、天井部２９ｅ間、中央部２９ｊ間という、３つ以上の対向する面に設置することで、３つの方向の振動を減衰することが可能になった。つまり、本実施例では、防振部材２８の耐荷重性と耐久性を向上し、列車走行時に発生する３方向振動や電動機１１から生じる振動が半導体素子２２へ伝わるのを抑制する。そのため、防振部材２８の取替えなど、メンテナンス周期を延長し、半導体素子２２やコンデンサ２１の端子部の製品疲労が低下させることができる。

また、本実施例では、内箱２６を内箱２６０と内箱２６１に分割したことによって、枕木方向（Ｗ）の振動により生じる内箱２６０と内箱２６１の底面を支点にした遠心力が、実施例３のように一体化した内箱２６の底面を支点にした遠心力よりも小さくなることにより、実施例３よりも上下方向（Ｚ）への振動減衰効果を向上させることが可能になる。

本発明に基づく実施例６のインバータと電動機が一体化した電気車駆動装置について図９を参照し説明する。図９は、図４に示した実施例２と同様の図である。尚、図１乃至図８のいずれかに記載したものと同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施例は、実施例２で説明した４隅の面取り部分を持った外箱２９と内箱２６のうち、内箱２６を実施例５と同様に、内箱２６０ａと内箱２６１ａに２分割した。各内箱２６０ａ、２６１ａには、実施例５の内箱２６０，２６１内と同様に、コンデンサ２１、半導体素子２２、受熱板２３、取り付け版２４、放熱フィンが配置され、通風口が設けられている。

本実施例の作用と効果について説明する。防振部材２８による耐荷重性と耐久性について、本実施例は、実施例３と同様の作用効果が得られる。また、振動の減衰作用についても実施例３と同様の作用効果が得られる。

本実施例では、防振部材２８の耐荷重性と耐久性を向上し、列車走行時発生する３方向振動や電動機１１から生じて半導体素子２２へ伝わる振動を抑制する。そのため、防振部材２８の取替えなど、メンテナンス周期を延長し、半導体素子２２やコンデンサ２１の端子部の製品疲労が低下させることができる。

上記した本発明のインバータ３２と電動機１１が一体化された電気車駆動装置において、半導体素子２２とコンデンサ２１の数は、本実施例に限られるものではない。また、防振部材２８のばね乗数も、半導体素子２２とコンデンサ２１が取り付けられた取り付け板２４を弾性支持するに十分なものを用意する必要がある。

１ 回転軸
２ 軸受
３ ロータ
４ ステータ
５ フレーム
１１ 電動機
２０ 通風孔
２１ コンデンサ
２２ ＩＧＢＴ
２３ 受熱部
２４ 取り付け板
２５ 放熱フィン
２６ 内箱
２７ 通風口
２８ 防振部材
２８１ ワイヤーロープ
２８２ 接続はり
２９ 外箱
２９ａ 背面部
２９ｂ 底面部
２９ｃ 側面部
２９ｄ 正面部
２９ｅ 天井部
２９−１ 外箱の内面（２９ａ−１、２９ｂ−１、２９ｃ−１、２９ｄ−１、２９ｅ−１、２９ｆ−１、２９ｇ−１、２９ｈ−１、２９ｉ−１、２９ｊ−１、２９ｋ−１、２９ｍ−１）
３０ 通風口
３１ 連結部材
３２ インバータ

Claims (7)

1. 電気車を走行駆動する台車内に設置される回転軸の長手方向が枕木方向と平行になるように配置された電動機と、
   前記電動機のフレームにおける回転軸の長手方向端に位置する側面に、一側面を固着して配置されたインバータと、
   を備えたインバータと電動機が一体化された電気車駆動装置において、
   前記インバータは、外箱と、前記外箱内に防振部材を介して配置されたインバータを構成する電力変換モジュールを収納した内箱と、
   を備え、
   前記防振部材は、前記電気車駆動装置に伝播される枕木と平行な前記枕木方向、レール敷設方向と平行なレール方向、および上下方向の各振動を抑制するように配置され、
   前記防振部材は、らせん状に巻回した金属製ワイヤーロープのレイヤー間を一対の対向配置された接続はりで固定し、前記接続はりをそれぞれ前記外箱および内箱間に固着されている、ことを特徴とする電気車駆動装置。
2. 前記防振部材を、内箱における外側面において、前記電動機フレーム側である背面、底面および側面と、外箱内側面のそれぞれ対向面を連結するように配置させた
   ことを特徴とする請求項１記載の電気車駆動装置。
3. 前記外箱および内箱は矩形状の各隅部を面取りしたその面取り部が互いに対向する傾斜部を備えた形状であり、前記対向する各傾斜面間および前記前記電動機フレーム側である背面に前記防振部材を配置したことを特徴とする請求項１記載の電気車駆動装置。
4. 前記インバータを構成する前記内箱内に収納された電力変換モジュールは、前記内箱内に配置される取り付け板に取り付けられる半導体素子およびコンデンサを備え、これら半導体素子およびコンデンサを前記取り付け板に中央縦軸を描いたときこの中央縦軸の重量比率が高くなるように配分して配置したことを特徴とする請求項１記載の電気車駆動装置。
5. 前記インバータを構成する電力変換モジュールを第１、第２の内箱内に分散して収納配置するとともに前記第１、第２の内箱を前記外箱内に上下に積み重ねて配置し、前記防振部材を前記内箱における外側面において前記電動機フレーム側である背面、底面および側面と、さらに積み重ねた第１、第２の内箱間と、上方の内箱上面と外箱内面間に固着配置したことを特徴とする請求項１記載の電気車駆動装置。
6. 前記内箱の外側面における底面と前記外箱内面間に固定配置される前記防振部材のばね乗数を、他の防振部材のばね乗数よりも大きく設定したことを特徴とする請求項２
   、４および５のいずれか１項に記載の電気車駆動装置。
7. 前記電動機とインバータは、前記電動機のフレーム上に設けた端子台と前記インバータの外箱上に設けた端子台の両端子間を防振ケーブルにより接続したことを特徴とする請求項１記載の電気車駆動装置。

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