JP2021172171A - 鉄道車両用電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物付着および汚損による放熱部の冷却機能の低下を抑制可能な鉄道車両用電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１００は、電力変換部本体１ａ（２ａ）と電力変換部本体１ａ（２ａ）の内部の熱を放熱するための放熱部１ｂ（２ａ）とを含む電力変換ユニット１（２）と、電力変換ユニット１（２）を収容するユニット取付フレーム３と、鉄道車両１０１に設けられ、ユニット取付フレーム３を内部に収納する密閉された筐体１０と、を備える。そして、放熱部１ｂ（２ａ）を含む電力変換ユニット１（２）が収容されたユニット取付フレーム３を筐体１０内に収納することにより、放熱部１ｂ（２ａ）を密閉された筐体１０内に収納可能に構成されている。【選択図】図５

Description

この発明は、鉄道車両用電力変換装置に関し、特に、放熱部が筐体内に収納可能に構成されている鉄道車両用電力変換装置に関する。

従来、放熱部が筐体内に収納可能に構成されている鉄道車両用電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、放熱フィンを含む冷却装置と、冷却装置が載置される底板フレームと、底板フレームと対向するように設けられる上部フレームと、底板フレームと上部フレームとを接続する側壁と、冷却装置が取り付けられる冷却装置取付フレームと、を備える鉄道車両用電力変換装置が開示されている。冷却装置は、下部に開口部を有する底板フレーム上に載置された状態で、冷却装置取付フレームに取り付けられ、上部フレームと、側壁と、底板フレームと、冷却装置取付フレームとに囲まれた空間（筐体内）に収納されている。また、冷却装置の下部には、冷却装置の放熱フィンを冷却するための空気の通り穴として、パンチ穴が設けられている。この特許文献１に記載の鉄道車両用電力変換装置は、冷却装置の下部のパンチ穴と、冷却装置が載置される底板フレーム（筐体）の下部の開口部とを介して、上部フレームと、側壁と、底板フレームと、冷却装置取付フレームとに囲まれた空間（筐体内）に、放熱フィン（放熱部）を冷却するための空気が筐体外部から供給されるように構成されている。

特開２００９−１９６５７９号公報

上記特許文献１の鉄道車両用電力変換装置において、上部フレームと、側壁と、底板フレームと、冷却装置取付フレームとに囲まれた空間（筐体内）には、冷却装置の下部のパンチ穴と、冷却装置が載置される底板フレーム（筐体）の下部の開口部とを介して、放熱フィンを冷却するための空気が筐体外部から供給されるように構成されている。しかしながら、上記特許文献１の鉄道車両用電力変換装置は、放熱フィンを冷却するための空気が筐体外部から供給される際に、空気とともに、外部から異物が侵入してしまうという不都合がある。そのため、冷却装置の下部のパンチ穴と底板フレーム（筐体）の下部の開口部とを介して、外部から侵入した異物などにより、放熱フィン（放熱部）への異物付着および汚損が発生することにより、放熱フィンの冷却機能が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、異物付着および汚損による放熱部の冷却機能の低下を抑制可能な鉄道車両用電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による鉄道車両用電力変換装置は、電力変換部本体と電力変換部本体の内部の熱を放熱するための放熱部とを含む電力変換ユニットと、電力変換ユニットを収容するユニット収容部と、鉄道車両に設けられ、ユニット収容部を内部に収納する密閉された筐体と、を備え、放熱部を含む電力変換ユニットが収容されたユニット収容部を筐体内に収納することにより、放熱部を密閉された筐体内に収納可能に構成されている。

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置では、上記のように、放熱部を含む電力変換ユニットが収容されたユニット収容部を筐体内に収納することにより、放熱部を密閉された筐体内に収納可能に構成されている。これにより、電力変換ユニットの放熱部が密閉された筐体内に収納されることによって、異物付着および汚損の原因となる筐体外部からの異物の侵入を防止することができる。その結果、異物付着および汚損による放熱部の冷却機能の低下を抑制することができる。

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、ユニット収容部は、第１電力変換ユニットと第２電力変換ユニットとを含む複数の電力変換ユニットを収容可能に構成されており、第１電力変換ユニットは、電力変換部本体の内部の熱を放熱するための放熱部である第１放熱部を含み、第２電力変換ユニットは、電力変換部本体の内部の熱を放熱するための放熱部である第２放熱部を含む。このように構成すれば、ユニット収容部に複数の電力変換ユニットを収容することができるので、複数の電力変換ユニットを筐体内へ収納する際、または、複数の電力変換ユニットを筐体内から取り出す際に、複数の電力変換ユニットを同時に収納、または、複数の電力変換ユニットを同時に取り出すことができる。その結果、ユニット収容部に電力変換ユニットを１つのみ収容する場合に比べて、複数の電力変換ユニットを筐体内へ収納する際、または、複数の電力変換ユニットを筐体内から取り出す際の作業量の増加を抑制することができる。

この場合、好ましくは、筐体内の空気を循環させることにより、放熱部を冷却するように構成されている冷却ファンをさらに備え、第１放熱部および第２放熱部は、共通の冷却ファンにより、冷却されるように構成されている。このように構成すれば、密閉された筐体内の空気を冷却ファンによって、循環させることができるので、外気を取り入れなくても、放熱部を冷却することができる。また、共通の冷却ファンにより第１放熱部および第２放熱部を冷却することによって、第１放熱部および第２放熱部の各々に対応して冷却ファンを設ける場合に比べて、部品点数の増加を抑制することができる。

上記冷却ファンを備える構成において、好ましくは、第１電力変換ユニットおよび第２電力変換ユニットは、ユニット収容部内において、第１放熱部と第２放熱部とが互いに対向した状態で収容されるように構成されており、筐体の底面に垂直な方向から見て、第１放熱部および第２放熱部と冷却ファンとが、重なるように配置されている。このように構成すれば、筐体の底面に垂直な方向から見て、第１放熱部および第２放熱部と冷却ファンとが、重なるので、容易に共通の冷却ファンから送風される冷却風によって第１放熱部および第２放熱部の両方の冷却を行うことができる。

上記冷却ファンを備える構成において、好ましくは、ユニット収容部は、ユニット収容部の冷却ファンが配置される側において、冷却ファンから送風される冷却風が通過する第１冷却用開口部を有する。このように構成すれば、冷却風が通過する第１冷却用開口部により、冷却ファンから送風される冷却風がユニット収容部に遮られることなく、冷却風を第１放熱部および第２放熱部に当てることができる。その結果、ユニット収容部が第１冷却用開口部を有しない場合に比べて、効率的に第１放熱部および第２放熱部の冷却を行うことができる。

この場合、好ましくは、冷却ファンは、筐体の底面側に設けられており、放熱部は、放熱フィンを含み、ユニット収容部が筐体に締結固定されることにより、筐体の底面に垂直な方向から見て、第１放熱部と第１冷却用開口部と冷却ファンとが、重なるように配置されている。このように構成すれば、ユニット収容部を筐体に締結固定することにより、筐体の底面に垂直な方向から見て、第１放熱部と第１冷却用開口部と冷却ファンとが重なるように配置されるので、ユニット収容部を筐体に締結固定するだけで、第１冷却用開口部を介して、冷却ファンから送風される冷却風が当たる位置に第１放熱部を配置することができる。その結果、第１放熱部と第１冷却用開口部と冷却ファンとの位置合わせを容易に行うことができる。また、冷却ファンが筐体の底面側に設けられていることによって、冷却風を筐体の底面側から第１放熱部および第２放熱部に当てることができる。これにより、第１放熱部および第２放熱部から放熱される熱により発生する上昇気流を利用して、密閉された筐体内の空気を循環させることができるので、より効率的に第１放熱部および第２放熱部の冷却を行うことができる。また、放熱部が放熱フィンを含むことによって、放熱部が放熱フィンを含まない場合に比べて、放熱部の電熱面積が広がるので、放熱の効率を向上させることができる。

上記冷却ファンが筐体の底面側に設けられる構成において、好ましくは、電力変換ユニットに電気的に接続される電子機器が設けられた電子機器ユニットをさらに備え、電子機器ユニットは、ユニット収容部に収容された電力変換ユニットに対して冷却ファンとは反対側において、冷却ファンに対向するように筐体内に配置されるとともに、冷却ファンから送風される冷却風が通過する第２冷却用開口部を有する。このように構成すれば、電子機器ユニットが、冷却風が通過する第２冷却用開口部を有することによって、第１放熱部および第２放熱部を冷却した冷却風を、第２冷却用開口部を介して、筐体上面の内壁面に当てることができる。その結果、筐体内のユニット収容部に収容された電力変換ユニットに対して冷却ファンとは反対側において、冷却ファンに対向するように、電子機器ユニットを配置した場合においても、電子機器ユニットが第２冷却用開口部を有しない場合に比べて、冷却風により第１放熱部および第２放熱部から奪った熱を筐体から放熱することができる。

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、ユニット収容部は、複数の枠が組み合わされた形状を有しており、電力変換ユニットが収容された状態で、ユニット収容部の枠部分が把持可能に構成されている。このように構成すれば、電力変換ユニットが収容された状態で、作業者がユニット収容部の枠部分を把持することができるので、電力変換ユニットが収容されたユニット収容部の筐体内への収納作業、または、電力変換ユニットが収容されたユニット収容部の筐体内からの取り出し作業をより容易に行うことができる。

この場合、好ましくは、ユニット収容部は、第１電力変換ユニットの下面に対応する位置に設けられる下面部と、第２電力変換ユニットの下面に対応する位置に設けられ、第２電力変換ユニットに接続される配線を支持する支持部とを含む。このように構成すれば、第２電力変換ユニットに接続される配線を支持部により支持することによって、ユニット収容部の筐体内への収納作業、または、ユニット収容部の筐体内からの取り出し作業の際に、第２電力変換ユニットに接続される配線が筐体とユニット収容部との間に挟み込まれるのを防止することができる。また、ユニット収容部の第１電力変換ユニットの下面に対応する位置に下面部が設けられることによって、第１電力変換ユニットを下面側からの衝撃から保護することができる。

上記ユニット収容部が複数の枠が組み合わされた形状を有する構成において、好ましくは、筐体は、筐体の内部において、電力変換ユニットが収容されたユニット収容部を作業者が把持した状態で、ユニット収容部をスライド移動させるためのスライド部が設けられる。このように構成すれば、作業者が把持したユニット収容部をスライド部の上において滑らせることによって、作業者が把持したユニット収容部を筐体内のユニット収容部の取り付け位置に容易にスライド移動させることができる。

この場合、好ましくは、冷却ファンは、筐体の底面に垂直な方向から見て、スライド部と重ならないように配置されている。このように構成すれば、スライド部が冷却ファンから送風される冷却風を遮ることを防止することができるので、筐体の底面に垂直な方向から見て、冷却ファンがスライド部と重なる場合に比べて、第１放熱部および第２放熱部の冷却を容易に行うことができる。

本発明によれば、上記のように、異物付着および汚損による放熱部の冷却機能の低下を抑制可能な鉄道車両用電力変換装置を提供することができる。

本発明の一実施形態による電力変換装置を備えた鉄道車両を示した図である。 本発明の一実施形態による鉄道車両の車体下面に備えられた電力変換装置の正面図である。 本発明の一実施形態による鉄道車両の車体下面に備えられた電力変換装置の側面図である。 本発明の一実施形態による鉄道車両の車体下面に備えられた電力変換装置の上面図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の各部の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態の電力変換装置による電力変換ユニットの斜視図である。 電力変換ユニットの上面図である。 電力変換ユニットの背面図である。 本発明の一実施形態の電力変換装置による電力変換ユニットを収容したユニット取付フレームの斜視図である。 本発明の一実施形態の電力変換装置によるユニット取付フレームの斜視図である。 ユニット取付フレームの上面図である。 ユニット取付フレームの下面図である。 ユニット取付フレームの側面図である。 ユニット取付フレームの正面図である。 ユニット取付フレームの背面図である。 ユニット取付フレームへの電力変換ユニットの取り付けを説明するための図である。 電力変換ユニットを収容したユニット取付フレームの側面図である。 本発明の一実施形態の電力変換装置による電子機器ユニット、スライド部および冷却ファンの構成を示した斜視図である。 ユニット取付フレームの収納作業および取り出し作業を説明するための図である。 ユニット取付フレームの筐体への締結固定を説明するための図である。 ユニット取付フレームと筐体のフレーム取付部との締結固定を説明するための図である。 ユニット取付フレームと筐体のフレーム取付部との締結固定の解除を説明するための図である。 本発明の一実施形態の電力変換装置による筐体内での冷却ファンおよび電力変換ユニットの放熱部の配置を説明するための筐体の側面側から見た模式図である。 筐体内での冷却ファンと、電力変換ユニットの放熱部と、ユニット取付フレームの開口部との配置を説明するための筐体の底面側から見た模式図である。 筐体内での冷却ファンおよび電子機器ユニットの開口部の配置を説明するための筐体の底面側から見た模式図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図２５を参照して、本発明の一実施形態による鉄道車両１０１用の電力変換装置１００の構成について説明する。なお、電力変換装置１００は、特許請求の範囲の「鉄道車両用電力変換装置」の一例である。

鉄道車両１０１（図１参照）は、架線からの電力を利用して走行する車両であり、走行時において、架線からの電力を半導体素子のスイッチングにより変換して、駆動輪を回転させる誘導電動機の回転制御を行う電力変換装置１００を車体下面１０１ａに備えている。以下では、鉄道車両１０１の走行方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交する枕木方向をＹ方向とし、ＸＹ面に直交する上下方向をＺ方向として説明を行う。

図２〜図４に示すように、電力変換装置１００は、空調機や制御機器などその他の複数の機器類１０２に囲まれた位置に配置されている。そして、電力変換装置１００は、図２〜図４に示すように、車体下面１０１ａに吊り下げられて固定されている。電力変換装置１００は、取り外し可能なカバー１１が取り付けられた筐体１０を備える。筐体１０は、筐体１０正面側（Ｙ２方向側）にカバー１１を取り付けることにより、内部を密閉するように構成されている。

（電力変換装置の筐体内の構成）
図５に示すように、電力変換装置１００は、密閉された筐体１０内に、電力変換ユニット１と、電力変換ユニット２と、電力変換ユニット１および２を収容するユニット取付フレーム３とを備える。なお、電力変換ユニット１は、特許請求の範囲の「第１電力変換ユニット」の一例であり、電力変換ユニット２は、特許請求の範囲の「第２電力変換ユニット」の一例である。また、電力変換ユニット１および電力変換ユニット２は、特許請求の範囲の「複数の電力変換ユニット」の一例であり、ユニット取付フレーム３は、特許請求の範囲の「ユニット収容部」の一例である。

また、電力変換装置１００は、冷却ファン４と、電子機器ユニット５とを備える（図５参照）。

冷却ファン４は、筐体１０内の底面側（Ｚ２方向側）に設けられており、筐体１０内の空気を循環させることにより、電力変換ユニット１の放熱部１ｂ（図６〜図１０参照）および電力変換ユニット２の放熱部２ｂ（図９参照）を冷却するように構成されている。なお、放熱部１ｂは、特許請求の範囲の「第１放熱部」の一例であり、放熱部２ｂは、特許請求の範囲の「第２放熱部」の一例である。

電子機器ユニット５は、図示しないＥＭＣ（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）フィルタ、ヒューズ、冷却ファン用電源などの電子機器が設けられたユニットである。また、電子機器ユニット５に設けられた電子機器は、電力変換ユニット１および２に電気的に接続するように構成されている。電子機器ユニット５は、ユニット取付フレーム３に収容された電力変換ユニット１および２に対して冷却ファン４とは反対側（Ｚ１方向側）において、冷却ファン４に対向するように筐体上面の内壁面に配置されている。

また、筐体１０内には、中継コネクタ６およびＩ／Ｆ基板７が配置されている。中継コネクタ６は、電力変換ユニット１および２と配線Ｃ（図９参照）により接続され、電力変換ユニット１および２を主回路および制御回路に電気的に接続するように構成されている。また、筐体１０には、スライド部１２が設けられている。なお、本実施形態では、筐体１０内には、電力変換ユニット１および２を収容したユニット取付フレーム３が２つ収納されている。

（電力変換ユニット）
電力変換ユニット１は、電力変換部本体１ａ（図６〜図９参照）と電力変換部本体１ａの内部の熱を放熱するための放熱部１ｂ（図６〜図９参照）とを含む。

また、放熱部１ｂは、放熱フィンＦ１（図６〜図９参照）および締結用穴部Ｂ１（図６および図８参照）を含む。放熱部１ｂは、放熱フィンＦ１により、電力変換部本体１ａの内部の熱を放熱するとともに、ユニット取付フレーム３に締結固定されるように構成されている。締結用穴部Ｂ１は、放熱部１ｂを締結固定するために、放熱部１ｂの四隅（図６および図８参照）に設けられている。

また、電力変換ユニット２は、電力変換ユニット１と同様に、電力変換部本体２ａ（図９参照）と電力変換部本体２ａの内部の熱を放熱するための放熱部２ｂ（図９参照）とを含み、放熱部２ｂは、放熱フィンＦ２（図９および図１６参照）および締結用穴部Ｂ２（図１６参照）を含む。

（ユニット取付フレーム）
次に、ユニット取付フレーム３の構成について、説明する。

図９に示したように、電力変換ユニット１および電力変換ユニット２は、電力変換ユニット１の放熱部１ｂと電力変換ユニット２の放熱部２ｂとが互いに対向した状態で、ユニット取付フレーム３に取り付けられることにより、ユニット取付フレーム３内に収容されるように構成されている。また、電力変換ユニット１および電力変換ユニット２は、上下方向（Ｚ方向）に互いにずらした状態で、ユニット取付フレーム３に取り付けられる。

ユニット取付フレーム３は、複数の枠が組み合わされた形状（図９および図１０参照）を有している。具体的には、ユニット取付フレーム３は、図１０に示すように、下面部３ａと、上面部３ｂと、支持部３ｃと、側面部３ｄと、側面部３ｅと、取付板部３ｆと、固定部３ｇとを含む。

下面部３ａは、電力変換ユニット１を取り付けた際に、電力変換ユニット１の下面（Ｚ２方向側の面）に対応する位置（図９参照）に設けられる。また、上面部３ｂは、電力変換ユニット２を取り付けた際に、電力変換ユニット２の上面（Ｚ１方向側の面）に対応する位置（図９参照）に設けられている。下面部３ａは、取付板部３ｆの下方側（Ｚ２方向側）から正面方向（Ｙ２方向）に延びる様に形成（図１１〜図１３参照）されている。また、上面部３ｂは、取付板部３ｆの上方側（Ｚ１方向側）から背面方向（Ｙ１方向）に延びる様に形成（図１１〜図１３参照）されている。

ユニット取付フレーム３には、下面部３ａと、取付板部３ｆとに跨るように開口部Ａ１（図９および図１０参照）が設けられるとともに、上面部３ｂと、取付板部３ｆとに跨るように、開口部Ａ２（図９および図１０参照）が設けられている。開口部Ａ１は、ユニット取付フレーム３の冷却ファン４が配置される側（Ｚ２方向側）に設けられている。なお、開口部Ａ１は、特許請求の範囲の「第１冷却用開口部」の一例である。

また、下面部３ａには、ユニット取付フレーム３を、筐体１０に締結固定するための締結用穴部Ｂ３が設けられている。ユニット取付フレーム３は、後述する筐体１０内のスライド部１２の締結用穴部Ｂ４（図１８参照）と、下面部３ａの締結用穴部Ｂ３とを用いて、ねじ部材９３（図２０参照）により、締結固定可能に構成されている。

また、支持部３ｃは、略Ｕ字形状（図９、図１０および図１２参照）を有しており、電力変換ユニット２に接続される配線Ｃ（図９参照）を支持するように構成されている。支持部３ｃは、電力変換ユニット２を取り付けた際に、電力変換ユニット２の下面（Ｚ２方向側の面）に対応する位置（図９参照）に設けられている。支持部３ｃは、電力変換ユニット１および電力変換ユニット２が対向する方向（Ｙ方向）において、取付板部３ｆに対して、下面部３ａとは反対側（Ｙ１方向側）に配置（図１３参照）される。

側面部３ｄは、取付板部３ｆの電力変換ユニット１および２の側面に直交する方向（Ｘ方向）の一方（Ｘ２方向側）の端部から正面方向（Ｙ２方向）および背面方向（Ｙ１方向）に延びる（図１０および図１１参照）ように形成されている。また、側面部３ｅは、取付板部３ｆの取付板部３ｆの電力変換ユニット１および２の側面に直交する方向（Ｘ方向）の他方（Ｘ１方向側）の端部から正面方向（Ｙ２方向）および背面方向（Ｙ１方向）に延びる（図１０および図１１参照）ように形成されている。

側面部３ｄは、電力変換ユニット１を取り付けた際に、電力変換ユニット１の側面に対応する位置に開口部Ａ３およびＡ４が設けられる（図１０参照）とともに、電力変換ユニット２を取り付けた際に、電力変換ユニット２の側面に対応する位置に開口部Ａ５が設けられる（図１０参照）。また、側面部３ｅは、電力変換ユニット１を取り付けた際に、電力変換ユニット１の側面に対応する位置に開口部Ａ６およびＡ７が設けられる（図１０参照）とともに、電力変換ユニット２を取り付けた際に、電力変換ユニット２の側面に対応する位置に開口部Ａ８が設けられる（図１０参照）。側面部３ｄおよび３ｅは、電力変換ユニット１の側面に対応する位置において、電力変換ユニット１の側面に直交する方向（Ｘ方向）から見て、電力変換ユニット１の側面外周を覆う（図９および図１７参照）ように構成されている。また、側面部３ｄおよび３ｅは、電力変換ユニット２の側面に対応する位置において、電力変換ユニット２の側面に直交する方向（Ｘ方向）から見て、電力変換ユニット２の側面の上方側（Ｚ１方向側）を覆う（図９および図１７参照）ように構成されている。

取付板部３ｆは、板形状を有しており、電力変換ユニット１および２を締結固定するための締結用穴部Ｂ５およびＢ６（図１４および図１５参照）を有する。電力変換ユニット１および２は、取付板部３ｆを挟み込むように、ユニット取付フレーム３の取付板部３ｆに締結固定される（図１６参照）ように構成されている。

締結用穴部Ｂ５は、電力変換ユニット１の締結用穴部Ｂ１に対応して、取付板部３ｆに４箇所（図１４および図１５参照）設けられている。電力変換ユニット１は、４つのねじ部材９１により、締結用穴部Ｂ１と取付板部３ｆの締結用穴部Ｂ５とを用いて、ユニット取付フレーム３に締結固定（図１６参照）される。

締結用穴部Ｂ６は、電力変換ユニット２の締結用穴部Ｂ２に対応して、取付板部３ｆに４箇所（図１４および図１５参照）設けられている。電力変換ユニット２は、４つのねじ部材９２により、締結用穴部Ｂ２と取付板部３ｆの締結用穴部Ｂ６とを用いて、ユニット取付フレーム３に締結固定（図１６参照）される。

固定部３ｇは、ユニット取付フレーム３を筐体１０に締結固定するための締結用穴部Ｂ７（図１０参照）が設けられている。締結用穴部Ｂ７は、固定部３ｇと、上面部３ｂとに跨るように設けられている。

さらに、締結用穴部Ｂ７は、上方側（Ｚ１方向側）に設けられ、ねじ部材９４（図２１および図２２参照）のねじ頭よりも穴の幅が狭い部分と、下方側（Ｚ２方向側）に設けられ、ねじ部材９４（図２１および図２２参照）のねじ頭よりも穴の幅の広い部分とが組み合わせて形成されたダルマ穴形状（図１４および図１５参照）を有する。ユニット取付フレーム３は、後述する筐体１０内のフレーム取付部１３（図２０〜図２２参照）と、固定部３ｇの締結用穴部Ｂ７とを用いて、ねじ部材９４（図２０〜図２２参照）により、筐体１０に締結固定可能に構成されている。

また、ユニット取付フレーム３に電力変換ユニット１を取り付けた（収容した）状態（図１７参照）において、ユニット取付フレーム３の下面部３ａ、側面部３ｄおよび３ｅの正面側（Ｙ２方向側）の端部は、電力変換ユニット１の電力変換部本体１ａよりも、正面側（Ｙ２方向側）に位置する。これにより、電力変換ユニット１が取付板部３ｆに取り付けられた状態で、取付板部３ｆの電力変換ユニット２が取り付けられる面を上方（電力変換ユニット１が取り付けられる面を下方）に向けて、ユニット取付フレーム３を載置しても、載置された面に電力変換ユニット１の電力変換部本体１ａが接しない。したがって、電力変換ユニット１が取付板部３ｆに取り付けられた状態でも、取付板部３ｆの電力変換ユニット２が取り付けられる面を上方に向けることができるので、ユニット取付フレーム３（取付板部３ｆ）への電力変換ユニット２の取り付け、または、取り外しが容易に可能である。

また、ユニット取付フレーム３の支持部３ｃおよび固定部３ｇの背面側（Ｙ１方向側）の端部は、電力変換ユニット２の電力変換部本体２ａよりも、背面側（Ｙ１方向側）に位置する。これにより、電力変換ユニット２が取付板部３ｆに取り付けられた状態で、取付板部３ｆの電力変換ユニット１が取り付けられる面を上方（電力変換ユニット２が取り付けられる面を下方）に向けて、ユニット取付フレーム３を載置しても、載置された面に電力変換ユニット２の電力変換部本体２ａが接しない。したがって、電力変換ユニット２が取付板部３ｆに取り付けられた状態でも、取付板部３ｆの電力変換ユニット１が取り付けられる面を上方に向けることができるので、ユニット取付フレーム３（取付板部３ｆ）への電力変換ユニット２の取り付け、または、取り外しが容易に可能である。

図１８を参照して、電力変換ユニット１および２が収容されたユニット取付フレーム３を取り出した状態における筐体１０内の構成を説明する。なお、簡略化のため、Ｉ／Ｆ基板７は省略している。

筐体１０内において、冷却ファン４は、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、スライド部１２と重ならないように配置（図１８参照）されている。

電子機器ユニット５は、冷却ファン４から送風される冷却風が通過する開口部Ａ９、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、および、Ａ１６（図１８参照）を有しており、電子機器ユニット５の開口部Ａ９、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、および、Ａ１６を介して、筐体１０の底面側（Ｚ２方向側）から、筐体１０の上面側（Ｚ１方向側）に向かって、冷却ファン４から送風される冷却風が、筐体１０上面の内壁面に当たるように構成されている。なお、開口部Ａ９、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、および、Ａ１６は、特許請求の範囲の「第２冷却用開口部」の一例である。

また、スライド部１２は、ユニット取付フレーム３をスライド移動させるスライド面Ｓ１において、ユニット取付フレーム３を締結固定するための締結用穴部Ｂ４（図１８参照）を有する。

ユニット取付フレーム３の側面部３ｄおよび３ｅは、ユニット取付フレーム３に電力変換ユニット１および２を取り付けた（収容した）状態で、電力変換ユニット１および２の側面（Ｘ方向）において、電力変換ユニット１および２の側面と離間（図５参照）するように構成されている。これにより、ユニット取付フレーム３の側面部３ｄおよび３ｅ（枠部分）は、電力変換ユニット１および２を取り付けた（収容した）状態で、作業者２００のより把持可能に構成（図１９参照）されている。

作業者２００は、中継コネクタ６（図５参照）を避けるように、ユニット取付フレーム３の側面部３ｄおよび３ｅを把持した状態（図１９参照）で、ユニット取付フレーム３をスライド部１２のスライド面Ｓ１（図１８〜図２０参照）上に載せて、スライド移動させることができる。

そして、ユニット取付フレーム３は、図２０に示すように、筐体１０内において、ユニット取付フレーム３の下面部３ａを、筐体１０内のスライド部１２に対して、ねじ部材９３により締結固定するとともに、ユニット取付フレーム３の固定部３ｇを、筐体１０内のフレーム取付部１３に対して、ねじ部材９４により締結固定することにより、筐体１０内に締結固定可能に構成されている。

なお、スライド部１２を含む筐体１０、ユニット取付フレーム３は、アルミ材などの導電性の部材により構成されている。そして、ユニット取付フレーム３に取り付けられた（収容された）電力変換ユニット１および２は、ユニット取付フレーム３、スライド部１２および筐体１０本体を介して、鉄道車両１０１の車体下面１０１ａ（図１参照）から鉄道車両１０１にアース接続されるように構成されている。

また、ユニット取付フレーム３の固定部３ｇの締結用穴部Ｂ７が、前述したダルマ穴形状を有することにより、締結固定した状態（図２１参照）から、ねじ部材９４を緩め、ユニット取付フレーム３を上方（Ｚ１方向）に持ち上げる（図２２参照）ことによって、ねじ部材９４を筐体１０のフレーム取付部１３から取り外すことなく、ユニット取付フレーム３をフレーム取付部１３から取り外し可能に構成されている。

（冷却ファンに対する配置）
次に、放熱部１ｂおよび２ｂと、ユニット取付フレーム３の開口部Ａ１およびＡ２と、電子機器ユニット５の開口部Ａ９、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、および、Ａ１６との冷却ファン４に対する配置を、図２３〜図２５を参照して、説明する。

ユニット取付フレーム３が、図２３に示した位置において、筐体１０に締結固定されることにより、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、放熱部１ｂと開口部Ａ１と冷却ファン４とが、重なるように配置（図２４参照）されている。また、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、放熱部２ｂと開口部Ａ２と冷却ファン４とが、重なるように配置（図２４参照）されている。

さらに、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂと冷却ファン４とが、重なるように配置（図２３および図２４参照）されているので、放熱部１ｂおよび２ｂは、共通の冷却ファン４により、冷却することが可能である。

電力変換ユニット１および２の側面に直交する方向（Ｘ方向）の一方側（Ｘ１方向側）に配置された冷却ファン４と、開口部Ａ９が、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、重なるように配置（図２５参照）されている。また、電力変換ユニット１および２の側面に直交する方向（Ｘ方向）の他方側（Ｘ２方向側）に配置された冷却ファン４と、開口部Ａ１２、Ａ１３、および、Ａ１４が、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、重なるように配置（図２５参照）されている。

また、ユニット取付フレーム３が、図２３に示した位置において、筐体１０に締結固定されることにより、ユニット取付フレーム３の下面部３ａに設けられた開口部Ａ１を冷却ファン４から送風される冷却風が通過するように構成されている。冷却ファン４から送風される冷却風は、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂを冷却するとともに、ユニット取付フレーム３の上面部３ｂに設けられた開口部Ａ２を通過する。そして、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂを冷却した冷却風は、電子機器ユニット５に設けられた開口部Ａ９、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、および、Ａ１６を通過して、筐体１０上面の内壁面に当たるとともに、筐体１０内を循環する。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、放熱部１ｂを含む電力変換ユニット１および放熱部２ｂを含む電力変換ユニット２が収容されたユニット取付フレーム３を筐体１０内に収納することにより、放熱部１ｂおよび２ｂを密閉された筐体１０内に収納可能に構成されている。これにより、電力変換ユニット１の放熱部１ｂおよび電力変換ユニット２の放熱部２ｂが密閉された筐体１０内に収納されることによって、異物付着および汚損の原因となる筐体１０外部からの異物の侵入を防止することができる。その結果、異物付着および汚損による放熱部１ｂおよび２ｂの冷却機能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ユニット取付フレーム３は、電力変換ユニット１および２を収容可能に構成されている。これにより、ユニット取付フレーム３に電力変換ユニット１および２を収容することができるので、筐体１０内から電力変換ユニット１および２を筐体１０内へ収納する際、または、電力変換ユニット１および２を筐体１０内から取り出す際に、電力変換ユニット１および２を同時に収納、または、電力変換ユニット１および２を同時に取り出すことができる。その結果、ユニット取付フレーム３に電力変換ユニット１、または、電力変換ユニット２のいずれか１つのみを収容する場合に比べて、電力変換ユニット１および２を筐体１０内へ収納する際、または、電力変換ユニット１および２を筐体１０内から取り出す際の作業量の増加を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂは、共通の冷却ファン４により、冷却されるように構成されている。これにより、密閉された筐体１０内の空気を冷却ファン４によって、循環させることができるので、外気を取り入れなくても、放熱部１ｂおよび２ｂを冷却することができる。また、共通の冷却ファン４により放熱部１ｂおよび放熱部２ｂを冷却することによって、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂの各々に対応して冷却ファン４を設ける場合に比べて、部品点数の増加を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂと冷却ファン４とが、重なるように配置されている。これにより、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂと冷却ファン４とが、重なるので、容易に共通の冷却ファン４から送風される冷却風によって放熱部１ｂおよび放熱部２ｂの両方の冷却を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、ユニット取付フレーム３は、ユニット取付フレーム３の冷却ファン４が配置される側（Ｚ２方向側）において、冷却ファン４から送風される冷却風が通過する開口部Ａ１を有する。これにより、冷却風が通過する開口部Ａ１により、冷却ファン４から送風される冷却風がユニット取付フレーム３に遮られることなく、冷却風を放熱部１ｂおよび放熱部２ｂに当てることができる。その結果、ユニット取付フレーム３が開口部Ａ１を有しない場合に比べて、効率的に放熱部１ｂおよび放熱部２ｂの冷却を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、冷却ファン４は、筐体１０の底面側（Ｚ２方向側）に設けられており、放熱部１ｂが放熱フィンＦ１を、放熱部１ｂが放熱フィンＦ２を含み、ユニット取付フレーム３が筐体１０に締結固定されることにより、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、放熱部１ｂと開口部Ａ１と冷却ファン４とが、重なるように配置されている。これにより、ユニット取付フレーム３を筐体１０に締結固定することにより、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、放熱部１ｂと開口部Ａ１と冷却ファン４とが重なるように配置されるので、ユニット取付フレーム３を筐体１０に締結固定するだけで、開口部Ａ１を介して、冷却ファン４から送風される冷却風が当たる位置に放熱部１ｂを配置することができる。その結果、放熱部１ｂと開口部Ａ１と冷却ファン４との位置合わせを容易に行うことができる。また、冷却ファン４が筐体１０の底面側（Ｚ２方向側）に設けられていることによって、冷却風を筐体１０の底面側（Ｚ２方向側）から放熱部１ｂおよび２ｂに当てることができる。これにより、放熱部１ｂおよび２ｂから放熱される熱により発生する上昇気流を利用して、密閉された筐体１０内の空気を循環させることができるので、より効率的に放熱部１ｂおよび放熱部２ｂの冷却を行うことができる。また、放熱部１ｂが放熱フィンＦ１を含み、放熱部１ｂが放熱フィンＦ２を含むことによって、放熱部１ｂが放熱フィンＦ１を、放熱部１ｂが放熱フィンＦ２を含まない場合に比べて、放熱部１ｂおよび２ｂの電熱面積が広がるので、放熱の効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、電子機器ユニット５は、冷却ファン４から送風される冷却風が通過する開口部Ａ９を有する。これにより、電子機器ユニット５が、冷却風が通過する開口部Ａ９を有することによって、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂを冷却した冷却風を、開口部Ａ９を介して、筐体１０上面の内壁面に当てることができる。その結果、筐体１０内のユニット取付フレーム３に収容された電力変換ユニット１および２に対して冷却ファン４とは反対側において、冷却ファン４に対向するように、電子機器ユニット５を配置した場合においても、電子機器ユニット５が開口部Ａ９を有しない場合に比べて、冷却風により放熱部１ｂおよび放熱部２ｂから奪った熱を筐体１０から放熱することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ユニット取付フレーム３は、複数の枠が組み合わされた形状を有しており、電力変換ユニット１および２が収容された状態で、ユニット取付フレーム３の枠部分が把持可能に構成されている。これにより、電力変換ユニット１および２が収容された状態で、作業者２００がユニット取付フレーム３の枠部分を把持することができるので、電力変換ユニット１および２が取り付けられた（収容された）ユニット取付フレーム３の筐体１０内への収納作業、または、電力変換ユニット１および２が取り付けられた（収容された）ユニット取付フレーム３の取り出し作業をより容易に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、ユニット取付フレーム３は、下面部３ａと、電力変換ユニット２に接続される配線Ｃを支持する支持部３ｃとを含む。これにより、電力変換ユニット２に接続される配線Ｃを支持部３ｃにより支持することによって、ユニット取付フレーム３の筐体１０内への収納作業、または、ユニット取付フレーム３の筐体１０内からの取り出し作業の際に、電力変換ユニット２に接続される配線Ｃが筐体１０とユニット取付フレーム３との間に挟み込まれるのを防止することができる。また、ユニット取付フレーム３の電力変換ユニット１の下面に対応する位置（Ｚ２方向側の位置）に下面部３ａが設けられることによって、電力変換ユニット１を下面側からの衝撃から保護することができる。

また、本実施形態では、上記のように、筐体１０は、筐体１０の内部において、電力変換ユニット１が収容されたユニット取付フレーム３を作業者２００が把持した状態で、ユニット取付フレーム３をスライド移動させるためのスライド部１２が設けられる。これにより、作業者２００が把持したユニット取付フレーム３をスライド部１２のスライド面Ｓ１上において滑らせることによって、作業者２００が把持したユニット取付フレーム３を筐体１０内のユニット取付フレーム３の取り付け位置に容易にスライド移動させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、冷却ファン４は、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、スライド部１２と重ならないように配置されている。これにより、スライド部１２が冷却ファン４から送風される冷却風を遮ることを防止することができるので、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、冷却ファン４がスライド部１２と重なる場合に比べて、放熱部１ｂおよび放熱部２ｂの冷却を容易に行うことができる。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、筐体１０は、内部に、電力変換ユニット１（第１電力変換ユニット）および電力変換ユニット２（第２電力変換ユニット）を収容したユニット取付フレーム３（ユニット収容部）を２つ収納する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、筐体は、内部に、１つのユニット収容部を収納するように構成してもよいし、３つ以上のユニット収容部を収納するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ユニット取付フレーム３（ユニット収容部）は、電力変換ユニット１（第１電力変換ユニット）および電力変換ユニット２（第２電力変換ユニット）を収容可能に構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ユニット収容部は、１つの電力変換ユニットを収容するように構成してもよいし、３つ以上の電力変換ユニットを収容するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、放熱部１ｂ（第１放熱部）および放熱部２ｂ（第２放熱部）は、共通の冷却ファン４により、冷却されるように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１放熱部および第２放熱部は、別々の冷却ファンにより、冷却されるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、放熱部１ｂ（第１放熱部）および放熱部２ｂ（第２放熱部）と冷却ファン４とが、重なるように配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、筐体の底面に垂直な方向から見て、第１放熱部、または、第２放熱部のいずれか一方のみが、冷却ファンに重なるように配置されるように構成してもよい。また、本発明では、筐体の底面に垂直な方向から見て、第１放熱部および第２放熱部と、冷却ファンとが重ならないように構成してもよい。

また、上記実施形態では、電子機器ユニット５は、筐体１０内のユニット取付フレーム３（ユニット収容部）に収容された電力変換ユニット１（第１電力変換ユニット）および電力変換ユニット２（第２電力変換ユニット）に対して冷却ファン４とは反対側（Ｚ１方向側）において、冷却ファン４に対向するように配置され、冷却ファン４から送風される冷却風が通過する開口部Ａ９（第２冷却用開口部）を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電子機器ユニットは、第２冷却用開口部を設けずに、ユニット収容部の側面側の位置に電子機器ユニットを配置させてもよい。

また、上記実施形態では、ユニット取付フレーム３（ユニット収容部）は、複数の枠が組み合わされた形状を有しており、電力変換ユニット１（第１電力変換ユニット）および電力変換ユニット２（第２電力変換ユニット）が収容された状態で、ユニット取付フレーム３の枠部分が把持可能に構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ユニット収容部は、複数の電力変換ユニットの側面を囲う箱形状を有してもよい。

また、上記実施形態では、支持部３ｃは、電力変換ユニット２（第２電力変換ユニット）を取り付けた際に、電力変換ユニット２の下面（Ｚ２方向側の面）に対応する位置に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、支持部は、第２電力変換ユニットの上面に対応する位置に設けられてもよい。

また、上記実施形態では、冷却ファン４は、筐体１０の底面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、スライド部１２と重ならないように配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、筐体の底面側に設けられたスライド部に対して、筐体の底面側とは反対側の筐体の上面側に冷却ファンを設けて、筐体の底面に垂直な方向から見て、冷却ファンとスライド部とが重なるように配置してもよい。

１ 電力変換ユニット（第１電力変換ユニット）
１ａ 電力変換部本体
１ｂ 放熱部（第１放熱部）
２ 電力変換ユニット（第２電力変換ユニット）
２ａ 電力変換部本体
２ｂ 放熱部（第２放熱部）
３ ユニット取付フレーム（ユニット収容部）
３ａ 下面部
３ｃ 支持部
４ 冷却ファン
５ 電子機器ユニット
１０ 筐体
１２ スライド部
１００ 電力変換装置（鉄道車両用電力変換装置）
１０１ 鉄道車両
Ａ１ 開口部（第１冷却用開口部）
Ａ９ 開口部（第２冷却用開口部）
Ａ１０ 開口部（第２冷却用開口部）
Ａ１１ 開口部（第２冷却用開口部）
Ａ１２ 開口部（第２冷却用開口部）
Ａ１３ 開口部（第２冷却用開口部）
Ａ１４ 開口部（第２冷却用開口部）
Ａ１５ 開口部（第２冷却用開口部）
Ａ１６ 開口部（第２冷却用開口部）
Ｃ 配線（第２電力変換ユニットに接続される配線）
Ｆ１ 放熱フィン
Ｆ２ 放熱フィン

Claims (11)

1. 電力変換部本体と前記電力変換部本体の内部の熱を放熱するための放熱部とを含む電力変換ユニットと、
   前記電力変換ユニットを収容するユニット収容部と、
   鉄道車両に設けられ、前記ユニット収容部を内部に収納する密閉された筐体と、を備え、
   前記放熱部を含む前記電力変換ユニットが収容された前記ユニット収容部を前記筐体内に収納することにより、前記放熱部を密閉された前記筐体内に収納可能に構成されている、鉄道車両用電力変換装置。
2. 前記ユニット収容部は、第１電力変換ユニットと第２電力変換ユニットとを含む複数の電力変換ユニットを収容可能に構成されており、
   前記第１電力変換ユニットは、前記電力変換部本体の内部の熱を放熱するための前記放熱部である第１放熱部を含み、
   前記第２電力変換ユニットは、前記電力変換部本体の内部の熱を放熱するための前記放熱部である第２放熱部を含む、請求項１に記載の鉄道車両用電力変換装置。
3. 前記筐体内の空気を循環させることにより、前記放熱部を冷却するように構成されている冷却ファンをさらに備え、
   前記第１放熱部および前記第２放熱部は、共通の前記冷却ファンにより、冷却されるように構成されている、請求項２に記載の鉄道車両用電力変換装置。
4. 前記第１電力変換ユニットおよび前記第２電力変換ユニットは、前記ユニット収容部内において、前記第１放熱部と前記第２放熱部とが互いに対向した状態で収容されるように構成されており、
   前記筐体の底面に垂直な方向から見て、前記第１放熱部および前記第２放熱部と前記冷却ファンとが、重なるように配置されている、請求項３に記載の鉄道車両用電力変換装置。
5. 前記ユニット収容部は、前記ユニット収容部の前記冷却ファンが配置される側において、前記冷却ファンから送風される冷却風が通過する第１冷却用開口部を有する、請求項３または４に記載の鉄道車両用電力変換装置。
6. 前記冷却ファンは、前記筐体の底面側に設けられており、
   前記放熱部は、放熱フィンを含み、
   前記ユニット収容部が前記筐体に締結固定されることにより、前記筐体の底面に垂直な方向から見て、前記第１放熱部と前記第１冷却用開口部と前記冷却ファンとが、重なるように配置されている、請求項５に記載の鉄道車両用電力変換装置。
7. 前記電力変換ユニットに電気的に接続される電子機器が設けられた電子機器ユニットをさらに備え、
   前記電子機器ユニットは、前記ユニット収容部に収容された前記電力変換ユニットに対して前記冷却ファンとは反対側において、前記冷却ファンに対向するように前記筐体内に配置されるとともに、前記冷却ファンから送風される冷却風が通過する第２冷却用開口部を有する、請求項６に記載の鉄道車両用電力変換装置。
8. 前記ユニット収容部は、複数の枠が組み合わされた形状を有しており、前記電力変換ユニットが収容された状態で、前記ユニット収容部の枠部分が把持可能に構成されている、請求項４〜７のいずれか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
9. 前記ユニット収容部は、前記第１電力変換ユニットの下面に対応する位置に設けられる下面部と、前記第２電力変換ユニットの下面に対応する位置に設けられ、前記第２電力変換ユニットに接続される配線を支持する支持部とを含む、請求項８に記載の鉄道車両用電力変換装置。
10. 前記筐体は、前記筐体の内部において、前記電力変換ユニットが収容された前記ユニット収容部を作業者が把持した状態で、前記ユニット収容部をスライド移動させるためのスライド部が設けられる、請求項８または９に記載の鉄道車両用電力変換装置。
11. 前記冷却ファンは、前記筐体の底面に垂直な方向から見て、前記スライド部と重ならないように配置されている、請求項１０に記載の鉄道車両用電力変換装置。

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