JP3643514B2 - 鉄道車両用電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両には、パンダグラフから供給される交流電力を可変電圧可変周波数制御のインバータによって所定の交流電力に変換して、主電動機となる誘導電動機を速度制御する電力変換装置が組み込まれている。
【０００３】
この鉄道車両用電力変換装置は、車両の床下に吊り下げられた箱体に組み込まれ、この箱体の内部には、電力用半導体素子などで構成される電力変換部の他に、主回路に含まれる高調波分を除去するコンデンサや、万一の事故の発生に備えて、入力電源側と電力変換部の間を切り離す高速度遮断器なども収納されている。
【０００４】
これらの電気機器の他に、前述したコンデンサとともに主回路の脈動を抑えるためのインバータ側の平滑リアクトルとこのインバータの電源側の平滑リアクトルも収納される場合もあり、このうち、後者の電源側のリアクトルの方が発熱量は大きい。
【０００５】
これらの平滑リアクトルは、箱体の外部に取り付けられる場合もあるが、これらの平滑リアクトルは、内部のコイルの層間と枠体との間を絶縁する絶縁樹脂によって最高許容温度は約180度となっており、半導体やコンデンサ及び後述する制御装置の基板などの約80度と比べて高い。
【０００６】
これらの平滑リアクトルや制御回路用品の冷却方法には、従来から電動送風機による強制冷却方法と列車の走行風を含む自然通風方法による冷却方法の二つの方法が採用されている。
【０００７】
このうち、前者の強制冷却方法は、冷却効果は高いが、電動送風機が発生する振動や騒音のために、環境面に配慮すると、後者の自然通風方法が望ましいとされている。
【０００８】
一方、ますます高速化する列車に対応して、鉄道車両用電力変換装置は、大容量化と軽量化が要求され、車両の床下の限られた空間に設置されるために小形化が要請される。
【０００９】
さらに、保守・点検の省力化と保守・点検時の作業性の向上も要求される。
このうち、前者の大容量化と小形・軽量化及び保守・点検の省力化は相矛盾するが、この矛盾する要求に応えるとともに、車両の長期に亘る走行に対して所定の特性を維持するためにも、鉄道車両用電力変換装置の内部に組み込まれた機器の冷却対策はますます重要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の鉄道車両用電力変換装置においては、冷却面においては、他の電気機器と比べて約100度近くも高い許容上昇温度の平滑リアクトルは別置とした方が、製作が容易となる。
【００１１】
しかし、別置となると、平滑リアクトルを冷却するための風洞と、この平滑リアクトルに接続される電力変換部を接続する導体のために床下の所要空間が増え、車両の床下の電気機器の配置が錯綜する。
【００１２】
一方、平滑リアクトルを他の電気機器とともに箱体に収納する方法では、これらの電気機器を冷却空気の流路に対して直列（１系統）に配置すると、発熱量のより大きい電源側の平滑リアクトルを冷却するための風量を、発熱量の少ないインバータ側の平滑リアクトルにも通過させることになるので、圧力損失も考慮すると効率が悪くなり、大容量化、軽量化と小形化の要請に応えられない。
【００１３】
さらに、これらの平滑リアクトルは、最高許容温度は等しいので、上流側に配置した平滑リアクトルと比べて下流側に配置された平滑リアクトルは冷却条件が悪くなり、上流側の平滑リアクトルと比べて上昇温度が高くなる。
【００１４】
そのため、二つの平滑リアクトルの流路を並列（２系統）にすると、この並列の流路とこの流路の前段に設ける整風板や邪魔板のために、流路の構成が複雑となり、これも大容量化、軽量化及び小形化と保守・点検の省力化の要請に応えられない。
【００１５】
そこで、本発明の第１の目的は、大容量化及び小形化・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることであり、第２の目的は、振動や騒音を減らすことのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に対応する発明は、車両の床下に吊設された箱体と、前記箱体のレール方向の片側に形成された入気口と、前記箱体の枕木方向の片側に形成された排気口と、前記入気口と前記排気口を連通し、前記入気口から流入した冷却空気が流れる風洞と、前記入気口側の前記風洞に突き出して収納された放熱部を有する半導体ユニットと、前記排気口側の前記風洞に収納された円筒状のリアクトルと、前記放熱部から流れてきた冷却空気を略９０度屈曲させ前記リアクトルに前記冷却空気が当たるように前記風洞内に設けられた電動送風機とを有し、前記電動送風機の外枠を前記リアクトルの入気側と接続したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２に対応する発明は、電動送風機およびリアクトルは風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、下流側のリアクトルの入気側の電動送風機の入気側の箱体の底板に、補助入気口を形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に対応する発明は、一対のリアクトルのうち、発熱量の大なるリアクトルを下流側に配置したことを特徴とする。
請求項４に対応する発明は、風洞の入気口にエアーフィルタを設け、このエアーフィルタのメッシュよりも粗い網板を補助入気口に設け、この網板のメッシュより更に粗い排気網板を風洞の排気口に設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に対応する発明は、風洞の枕木方向の他側に制御用電気品を収納する電気品室を形成したことを特徴とする。
請求項６に対応する発明は、電動送風機およびリアクトルは風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、上流側のリアクトルの入気側の電動送風機の枠体の下流側に整風板を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項７に対応する発明は、箱体の排気口に開放カバーを設け、この開放カバーの半導体ユニット側及び箱体の枕木方向の他側と底板の電動送風機の下側に点検カバーを設けたことを特徴とする。
請求項８に対応する発明は、電動送風機およびリアクトルは風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、一対の排気口が形成された長方形のパッキンを前記一対のリアクトルの排風側に設けたことを特徴とする。
【００２１】
請求項９に対応する発明は、リアクトルと電動送風機の枠体の間に防振ゴムを設けたことを特徴とする。
請求項10に対応する発明は、電動送風機およびリアクトルは前記風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、前記一対の電動送風機の羽根の向きを互いに逆とし、回転方向を逆向きとしたことを特徴とする。
【００２２】
このような手段によって、請求項１に対応する発明では、風洞の入気路と直交方向に折曲して形成された排気路にリアクトルを収納することで、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用 電力変換装置を得ることができる。
【００２３】
請求項２に対応する発明では、風洞の上流側の平滑リアクトルと比べて冷却条件が低下する下流側のリアクトルを、補助入気口から流入する冷却空気によって冷却する。
【００２４】
請求項３に対応する発明では、互いに筒状の平滑リアクトルと筒体によって、これらの間を通過する冷却空気の圧力損失を減らし、コイルの冷却も全周均等にする。
【００２５】
請求項３に対応する発明では、補助入気口から流入し下流側の電動送風機で吸入される冷却空気で発熱量の大なるリアクトルを冷却する。
【００２６】
請求項４に対応する発明では、半導体ユニットの放熱部に付着する塵埃をエアーフィルタで防ぎ、補助入気口から流入する粗い塵埃は補助入気口の網板で防ぐ。
請求項５に対応する発明では、外気との接触面積の広い電気品室の側板によって制御用電気品の温度上昇を抑える。
【００２７】
請求項６に対応する発明では、風洞の上流側と下流側の冷却条件の差を整風板によって平準化する。
請求項７に対応する発明では、排気口から外部に排出される冷却空気は開放カバーを介して行い、半導体ユニットの点検は点検かバーを開いて行う。
【００２８】
請求項８に対応する発明では、筒体の外周から排気口に流出する冷却空気をパッキンによって防ぐ。
請求項９に対応する発明では、電動送風機の回転で発生する振動の伝播を防振ゴムによって防ぐ。
請求項10に対応する発明では、電動送風機の回転方向を互いに逆向きとすることで、電動送風機の回転で発生する振動を相殺させる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鉄道車両用電力変換装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第１の実施の形態を示す正面図で、車両の車体の床下に吊設された状態を車体の側方（枕木方向）から見た図を示し、図２は、図１の右側面図（すなわち、レール方向から見た図）である。
【００３０】
また、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図、図５は図４のＣ−Ｃ断面図である。
図１，図２，図３及び図４と図５において、車体１の下側には、この車体１の床下に垂設されたＬ字形の二組のブラケット１ａに対して、鉄道車両用電力変換装置の箱体２が上端の両側に溶接された平板２ａを介して吊り下げられている。
【００３１】
箱体２の枕木方向の側面の片側には、図１に示すように蜂の巣状に打抜き穴が加工された開放カバー３が図３の横断面図に示す排気口２ｃの外側に設けられ、複数のボルトで固定されている。
【００３２】
この開放カバー３の図１において右側には、図３の横断面図においてはＵ字状に形成された点検カバー４Ａが、複数のボルトで固定されている。
箱体２の図１において裏面側には、図３及び図５に示すように、大形の点検カバー４Ｂが複数のボルトで固定されている。
【００３３】
箱体２の図１において右側面には、図２の右側面図及び図３の横断面図で示すエアーフィルタ５が入気口２ｂに着脱自在に固定されている。このエアーフィルタ５の濾材には、鋼材でメッシュの細かい網が採用されている。
【００３４】
箱体２の内部には、図３の横断面図に示すように、内部を枕木方向に区切る略逆Ｌ字形の仕切板２ｄが長辺側をレール方向に向けて設けられ、箱体２の底板には、図３の電動送風機９Ａの後方に形成された入気口２ｅに対して、小さい打抜き穴が蜂の巣状に加工された小形の開放板14が下側からボルトで固定されている。
【００３５】
箱体２の底板には、入気口２ｅの図３において前方の電動送風機９Ａ，９Ｂの下方の位置に対して、図示しない長方形の開口部が形成され、この開口部には点検カバーが下側から複数のボルトで固定されている。
【００３６】
箱体２の図３において中間部の右側には、仕切板２ｆが枕木方向に設けられ、この仕切板２ｆの図３において後方は、右に折曲されて仕切り２ｇを形成し、この仕切り２ｇの中央部には、角穴２ｇ１が形成されている。
【００３７】
これらの仕切り２ｇ及び仕切板２ｆと、前述したＬ形の仕切板２ｄによって、図３に示すように入気口２ｂから矢印Ｄに示すように箱体２の内部に冷却空気が流入し、矢印Ｅに示すように更に流下して、排気口２ｃから矢印Ｆ１，Ｆ２に示すように流出する、略Ｌ字形の冷却空気の風洞６を形成している。
【００３８】
このうち、角穴２ｇ１には、点検カバー４Ａの後方に収納された半導体ユニット７の後部に突き出た放熱部７ａが、図３及び図５で示すように、その上下を覆う図５で示すカバー２ｇ２とともに貫通している。
【００３９】
この風洞６の内部には、仕切板２ｆの左側に対して図３及び図４で示す平滑リアクトル８Ａ，８Ｂが、アルミニウム合金の鋳物で製作された筒体10の上端の図４で示す一対のフック10ｃを介して、図４に示すように箱体２の天井板の下面に溶接されたコ字状の枠２Ｂにボルトで吊設されている。
【００４０】
このうち、左側の平滑リアクトル８Ａが従来の技術で述べた発熱量の大なる平滑リアクトルであり、右側の平滑リアクトル８Ｂが発熱量の小なる平滑リアクトルである。
【００４１】
各筒体10は、渦電流による発熱を防ぐために図示しない溝が軸方向に形成されてＣ字状となっており、図示しない溝には、硬質ゴムが挿入され固定されている。
このうち、左側の筒体10の後端には、電動送風機９Ａの外枠９ａ（略円筒状）が固定され、右側の筒体10の後端にも、電動送風機９Ｂの外枠９ｂが固定されている。
【００４２】
箱体２の前面に形成された排気口２ｃには、図１の正面図側から見ると開放カバー３と外形が略同一で、左側に円形の排気口11ａが、右側にも同様の排気口が形成されたゴムパッキン板11が挿入され、上下が箱体２の天井板及び底板に接触し、左側は仕切板２ｄの左側の内面に、右側は仕切板２ｆの左側面に接触している。
左右の筒体10の前端面は、ゴムパッキン板11の裏面に接触している。
【００４３】
仕切板２ｄの後部には、従来の技術で述べた高速度遮断器（気中遮断器）13Ａが左端に収納され、この右側には、制御用継電器などを収納したリレーユニット13Ｂが収納されている。
【００４４】
このリレーユニット13Ｂの更に右側には、この鉄道車両用電力変換装置の内部に入力される信号線が接続されるインタフェースユニット13Ｃが収納され、このインタフェースユニット13Ｃの更に右側には、順変換部と逆変換部の主回路を制御する制御装置13Ｄが収納されている。
【００４５】
電動送風機９Ａと平滑リアクトル８Ａの図３において左側の仕切りの更に左側に形成された細長い空間には、主回路電流を検出する図示しない変流器や主回路電圧を測定する計器用変圧器などが収納されている。
【００４６】
箱体２の天井板の下側には、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの後方と半導体ユニット７の上方の位置に対して、これらを接続するケーブルを収納する図示しないダクトが配設されている。
【００４７】
次に、このように構成された鉄道車両用電力変換装置の作用を説明する。
車両の走行中は、一対の電動送風機９Ａ，９Ｂが回転することによって、箱体２のレール方向の片側に形成された入気口２ｂから、図３の矢印Ｄに示すようにエアーフィルタ５を経て冷却空気が半導体ユニット７の放熱部の風洞６ａに吸入される。
【００４８】
この風洞６ａに流入した冷却空気は、半導体ユニット７の放熱部７ａの熱を吸収し冷却し、図３の矢印Ｅに示すように下流側の風洞６ｂに流入して流速が低下し、一対の電動送風機９Ａ，９Ｂによって、各平滑リアクトル８Ａ，８Ｂのコイル８ａ，８ｂを冷却した後、排気口２ｃから矢印Ｆ１，Ｆ２に示すように車体の側方（枕木方向）に流出する。
【００４９】
このとき、風洞６ｂに流入した冷却空気の電動送風機９Ａ，９Ｂによる吸入量は、流路の上流側に位置する電動送風機９Ｂによる吸入力の作用で、電動送風機９Ｂで吸入される冷却空気に比べて、下流側の電動送風機９Ａで吸入される風量が少なくなる。
【００５０】
しかし、この下流側の電動送風機９Ａの吸入力によって、この電動送風機９Ａの後方の底板に形成された入気口２ｅから開放板14を経て低温の冷却空気が風洞６ｂの内部に流入し、この冷却空気によって、下流側の平滑リアクトル８Ａのコイル８ａが冷却される。
【００５１】
したがって、発熱量の大なる平滑リアクトル８Ａは、上流側の平滑リアクトル８Ｂを冷却する冷却空気と比べて低温の冷却空気で冷却されるので、内部のコイルの温度上昇を平滑リアクトル８Ｂのコイルと同程度の温度に冷却することができる。
【００５２】
なお、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの外周の筒体10の前端面には、ゴムパッキン板11の裏面が接触しているので、冷却空気が筒体10の外周から排気口２ｃや箱体の外部に漏れるおそれはない。
【００５３】
また、排気口２ｃは、車両の側方側に形成されているが、列車の駅における停止中は、半導体ユニット７と平滑リアクトル８Ａ，８Ｂには通電されないので、排気口２ｃからホームの方向に排出される冷却空気の温度は低く、問題ない。
【００５４】
また、排気口２ｃから排出される冷却空気は、車両の側方側となるので、この鉄道車両用制御装置のレール方向に隣接された駆動用電動機や補助電源の冷却を阻害するおそれを防ぐこともできる。
【００５５】
さらに、入気口２ｅに取り付けられた開放板14のメッシュは、入気口２ｂに取り付けられたエアーフィルタ５のメッシュと比べて粗いが、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂは円筒状で冷却面の凹凸がないので、塵埃が堆積して冷却効果が低下するおそれはない。
【００５６】
また、仕切板２ｄとこの仕切板２ｄの後方の点検カバー４Ｂの間に収納された高速度遮断器13Ａ，リレーユニット13Ｂ及びインタフェースユニット13Ｃと制御装置13Ｄは、片側が外気と接する点検カバー４Ｂ及びこの周りの側板と、冷却空気が流入する仕切板２ｄの間に設けられているので、これらの電気機器の温度上昇を抑えることができる。
【００５７】
また、点検カバー４Ｂを開くことによって、車両の側方側から点検することができ、外部に引き出す場合も同様にできるので、保守・点検を容易に行うことができる。
【００５８】
同様に、電動送風機９Ａ，９Ｂを保守・点検する場合には、この電動送風機９Ａ，９Ｂの下側の底板に形成され前述した長方形の開口部に取り付けられた点検かバーを外して行う。
【００５９】
一方、図３において一対の平滑リアクトル８Ａ，８Ｂとこの後方に重ねられた電動送風機９Ａ，９Ｂの枕木方向の厚さの合計が、半導体ユニット７の素子と図示しない受熱ブロックの厚さとほぼ等しいので、Ｌ字形の仕切板２ｄと開放カバー３及び点検カバー４Ａとの間に形成された空間に対して無駄な空間を形成することなく配置することができ、箱体２を小形化することができる。
【００６０】
なお、上記実施の形態では、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂは、発熱量と上昇温度が異なった場合で説明したが、ほぼ等しいか近い場合には、底板に形成された入気口２ｅの大きさを減らして調整することで、両方の平滑リアクトルの冷却条件を平準化することができる。
【００６１】
同じ理由で、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの発熱量の差が前述した差の約100度よりも大きいときには、入気口２ｅの大きさを増やすことで、同様に平準化することができる。
【００６２】
図６は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第２の実施の形態を示す横断面図で、前述した第１の実施の形態で示した図３に対応し、特に請求項６に対応する図である。
【００６３】
図６において、前述した第１の実施の形態で示した図３と特に異なるところは、電動送風機９Ｂの外枠９ｂの下流側の背面に対して、整風板15を取り付けて、電動送風機９Ｂの吸入風量を増やしたことである。
【００６４】
この場合には、一対の平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの発熱量の差が少ない場合に適用でき、その発熱量の差の大小によって、整風板15の取付角度や外形を変えて対応することができる。
【００６５】
図７は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第３の実施の形態を示す横断面図で、前述した第１及び第２の実施の形態で示した図３及び図６に対応し、特に請求項10に対応する図である。
【００６６】
図７において、前述した第１及び第２の実施の形態で示した図３及び図６と異なるところは、電動送風機９Ｂの翼のねじり方向を変え、そのために回転方向も変えたことである。
【００６７】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置においては、互いに逆方向に回転する電動送風機９Ａ，９Ｂによって、これらの電動送風機９Ａ，９Ｂから発生した振動を打ち消すことができるので、この振動の伝播による車体の振動と、この振動に起因する乗客の不快感を防ぐことができる。
【００６８】
図８は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第４の実施の形態を示す横断面図で、前述した第１，第２及び第３の実施の形態で示した図３，図６及び図７に対応し、特に請求項９に対応する図である。
【００６９】
図８において、前述した実施の形態で示した図３，図６及び図７と特に異なるところは、電動送風機９Ａ，９Ｂの外枠９ａ，９ｂを防振ゴム16を介して各平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの外周の筒体10の背面側に固定したことで、他は、前述した実施の形態で示した図３と同一である。
【００７０】
すなわち、各平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの外周の筒体10の背面側には、防振ゴム16が90゜間隔に取り付けられ、これらの防振ゴム16の後面側に電動送風機９Ａ，９Ｂが固定されている。
【００７１】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置においては、電動送風機９Ａ，９Ｂで発生した振動が筒体10に伝播することを防ぐことができ、この筒体10から箱体２を介して車両の内部へ伝播する事態を防ぐことができる。
【００７２】
図９は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第５の実施の形態を示す横断面図で、前述した実施の形態で示した図３，図６，図７及び図８に対応する図である。
図９において、前述した実施の形態で示した図３，図６，図７及び図８と特に異なるところは、防振ゴム16を筒体10の取付脚10ｃと箱体２の天井板との間に設けたことで、他は、図３，図６，図７及び図８と同一である。
【００７３】
すなわち、箱体２の天井板の内面には、コ字状の４本の枠２Ｂが溶接され、この補強板２Ｂの下面には二組の防振ゴム16が取り付けられ、筒体10は、この二組の防振ゴム16を介して箱体２の天井板に吊り下げられている。
【００７４】
このように防振ゴム16が箱体２の天井板の枠２Ｂの下面側に取り付けられ、これらの防振ゴム16を介して平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの筒体10が吊り下げられた鉄道車両用電力変換装置においても、これらの筒体10の後面側に固定された電動送風機の振動の筒体10を介しての伝播を防ぐことができる。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１に対応する発明によれば、車両の床下に吊設された箱体と、前記箱体のレール方向の片側に形成された入気口と、前記箱体の枕木方向の片側に形成された排気口と、前記入気口と前記排気口を連通し、前記入気口から流入した冷却空気が流れる風洞と、前記入気口側の前記風洞に突き出して収納された放熱部を有する半導体ユニットと、前記排気口側の前記風洞に収納された円筒状のリアクトルと、前記放熱部から流れてきた冷却空気を略９０度屈曲させ前記リアクトルに前記冷却空気が当たるように前記風洞内に設けられた電動送風機とを有し、前記電動送風機の外枠を前記リアクトルの入気側と接続したので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００７６】
請求項２に対応する発明によれば、一対のリアクトルの下流側のリアクトルの入気側の電動送風機の入気側の箱体の底板に、補助入気口を形成することで、上流側のリアクトルと比べて冷却条件が低下する下流側のリアクトルを、補助入気口から流入する冷却空気によって冷却したので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００７７】
請求項３に対応する発明によれば、一対の平滑リアクトルを円筒状とし、各平滑リアクトルを筒体に収納し、この筒体を箱体に吊設することで、互いに筒状の平滑リアクトルと筒体によって、これらの間を通過する冷却空気の圧力損失を減らしコイルの冷却も全周均等にしたので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００７８】
請求項４に対応する発明によれば、電動送風機の外枠を円筒状とし、この外枠を介して電動送風機を筒体の入気側に固定することで、円筒状をした電動送風機の外枠でこの外枠の外側から風洞の排気口に流出する冷却空気を防いだので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００７９】
請求項３に対応する発明によれば、一対のリアクトルのうち、発熱量の大なるリアクトルを風洞の排気側の下流側に配置することで、発熱量の大なるリアクトルを補助入気口から流入し下流側の電動送風機で吸入される冷却空気で冷却したので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８０】
請求項４に対応する発明によれば、風洞の入気口にエアーフィルタを設け、このエアーフィルタのメッシュよりも粗い網板を補助入気口に設け、網板のメッシュより更に粗い排気網板を風洞の排気口に設けることで、半導体ユニットの放熱部に付着する塵埃をエアーフィルタで防ぎ、補助入気口から流入する粗い塵埃は補助入気口の網板で防いだので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８１】
請求項５に対応する発明によれば、風洞の枕木方向の他側に制御用電気品を収納する電気品室を形成することで、外気との接触面積の広い電気品室の側板によって制御用電気品の温度上昇を抑えたので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８２】
請求項６に対応する発明によれば、一対のリアクトルのうち、上流側のリアクトルの入気側の電動送風機の枠体の下流側に整風板を設けることで、上流側と下流側の冷却条件の差を整風板によって平準化したので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８３】
請求項７に対応する発明によれば、箱体の排気口に開放カバーを設け、この開放カバーの半導体ユニット側及び箱体の枕木方向の他側と底板の電動送風機の下側に点検カバーを設けることで、排気口から外部に排出される冷却空気は開放カバーから排出し、半導体ユニットの点検は点検カバーを開いて行うようにしたので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８４】
請求項８に対応する発明によれば、一対の排気口が形成された長方形のパッキンを一対のリアクトルの排風側に設けることで、筒体の外周から排気口に流出する冷却空気をパッキによって防いだので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８５】
請求項９に対応する発明によれば、リアクトルと電動送風機の枠体の間に防振ゴムを設けることで、電動送風機の回転で発生する振動の伝播を防振ゴムによって防いだので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのでき、振動や騒音を減らすことのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８６】
請求項10に対応する発明によれば、一対の電動送風機の羽根の向きを互いに逆とし、回転方向を逆向きとすることで、電動送風機の回転で発生する振動を相殺させたので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのでき、振動や騒音を減らすことのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第１の実施の形態を示す正面図。
【図２】 図１の右側面図。
【図３】 図１のＡ−Ａ断面図。
【図４】 図３のＢ−Ｂ断面図。
【図５】 図４のＣ−Ｃ断面図。
【図６】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第２の実施の形態を示す横断面図。
【図７】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第３の実施の形態を示す横断面図。
【図８】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第４の実施の形態を示す横断面図。
【図９】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第５の実施の形態を示す横断面図。
【符号の説明】
１…車体、２…箱体、２ａ…平板、２ｂ…入気口、２ｃ…排気口、２ｄ…仕切板、２ｅ…入気口、２ｆ…仕切板、３…開放カバー、４Ａ，４Ｂ…点検カバー、５…エアーフィルタ、６…風洞、７…半導体ユニット、８Ａ，８Ｂ…平滑リアクトル、９Ａ，９Ｂ…電動送風機、10…筒体、11…ゴムパッキン板、13Ａ…高速度遮断器、13Ｂ…リレーユニット、13Ｃ…インタフェースユニット、13Ｄ…制御装置、14…開放板、15…整風板、16…防振ゴム。
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両には、パンダグラフから供給される交流電力を可変電圧可変周波数制御のインバータによって所定の交流電力に変換して、主電動機となる誘導電動機を速度制御する電力変換装置が組み込まれている。
【０００３】
この鉄道車両用電力変換装置は、車両の床下に吊り下げられた箱体に組み込まれ、この箱体の内部には、電力用半導体素子などで構成される電力変換部の他に、主回路に含まれる高調波分を除去するコンデンサや、万一の事故の発生に備えて、入力電源側と電力変換部の間を切り離す高速度遮断器なども収納されている。
【０００４】
これらの電気機器の他に、前述したコンデンサとともに主回路の脈動を抑えるためのインバータ側の平滑リアクトルとこのインバータの電源側の平滑リアクトルも収納される場合もあり、このうち、後者の電源側のリアクトルの方が発熱量は大きい。
【０００５】
これらの平滑リアクトルは、箱体の外部に取り付けられる場合もあるが、これらの平滑リアクトルは、内部のコイルの層間と枠体との間を絶縁する絶縁樹脂によって最高許容温度は約180度となっており、半導体やコンデンサ及び後述する制御装置の基板などの約80度と比べて高い。
【０００６】
これらの平滑リアクトルや制御回路用品の冷却方法には、従来から電動送風機による強制冷却方法と列車の走行風を含む自然通風方法による冷却方法の二つの方法が採用されている。
【０００７】
このうち、前者の強制冷却方法は、冷却効果は高いが、電動送風機が発生する振動や騒音のために、環境面に配慮すると、後者の自然通風方法が望ましいとされている。
【０００８】
一方、ますます高速化する列車に対応して、鉄道車両用電力変換装置は、大容量化と軽量化が要求され、車両の床下の限られた空間に設置されるために小形化が要請される。
【０００９】
さらに、保守・点検の省力化と保守・点検時の作業性の向上も要求される。
このうち、前者の大容量化と小形・軽量化及び保守・点検の省力化は相矛盾するが、この矛盾する要求に応えるとともに、車両の長期に亘る走行に対して所定の特性を維持するためにも、鉄道車両用電力変換装置の内部に組み込まれた機器の冷却対策はますます重要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の鉄道車両用電力変換装置においては、冷却面においては、他の電気機器と比べて約100度近くも高い許容上昇温度の平滑リアクトルは別置とした方が、製作が容易となる。
【００１１】
しかし、別置となると、平滑リアクトルを冷却するための風洞と、この平滑リアクトルに接続される電力変換部を接続する導体のために床下の所要空間が増え、車両の床下の電気機器の配置が錯綜する。
【００１２】
一方、平滑リアクトルを他の電気機器とともに箱体に収納する方法では、これらの電気機器を冷却空気の流路に対して直列（１系統）に配置すると、発熱量のより大きい電源側の平滑リアクトルを冷却するための風量を、発熱量の少ないインバータ側の平滑リアクトルにも通過させることになるので、圧力損失も考慮すると効率が悪くなり、大容量化、軽量化と小形化の要請に応えられない。
【００１３】
さらに、これらの平滑リアクトルは、最高許容温度は等しいので、上流側に配置した平滑リアクトルと比べて下流側に配置された平滑リアクトルは冷却条件が悪くなり、上流側の平滑リアクトルと比べて上昇温度が高くなる。
【００１４】
そのため、二つの平滑リアクトルの流路を並列（２系統）にすると、この並列の流路とこの流路の前段に設ける整風板や邪魔板のために、流路の構成が複雑となり、これも大容量化、軽量化及び小形化と保守・点検の省力化の要請に応えられない。
【００１５】
そこで、本発明の第１の目的は、大容量化及び小形化・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることであり、第２の目的は、振動や騒音を減らすことのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に対応する発明は、車両の床下に吊設された箱体と、前記箱体のレール方向の片側に形成された入気口と、前記箱体の枕木方向の片側に形成された排気口と、前記入気口と前記排気口を連通し、前記入気口から流入した冷却空気が流れる風洞と、前記入気口側の前記風洞に突き出して収納された放熱部を有する半導体ユニットと、前記排気口側の前記風洞に収納された円筒状のリアクトルと、前記放熱部から流れてきた冷却空気を略９０度屈曲させ前記リアクトルに前記冷却空気が当たるように前記風洞内に設けられた電動送風機とを有し、前記電動送風機の外枠を前記リアクトルの入気側と接続したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２に対応する発明は、電動送風機およびリアクトルは風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、下流側のリアクトルの入気側の電動送風機の入気側の箱体の底板に、補助入気口を形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に対応する発明は、一対のリアクトルのうち、発熱量の大なるリアクトルを下流側に配置したことを特徴とする。
請求項４に対応する発明は、風洞の入気口にエアーフィルタを設け、このエアーフィルタのメッシュよりも粗い網板を補助入気口に設け、この網板のメッシュより更に粗い排気網板を風洞の排気口に設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に対応する発明は、風洞の枕木方向の他側に制御用電気品を収納する電気品室を形成したことを特徴とする。
請求項６に対応する発明は、電動送風機およびリアクトルは風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、上流側のリアクトルの入気側の電動送風機の枠体の下流側に整風板を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項７に対応する発明は、箱体の排気口に開放カバーを設け、この開放カバーの半導体ユニット側及び箱体の枕木方向の他側と底板の電動送風機の下側に点検カバーを設けたことを特徴とする。
請求項８に対応する発明は、電動送風機およびリアクトルは風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、一対の排気口が形成された長方形のパッキンを前記一対のリアクトルの排風側に設けたことを特徴とする。
【００２１】
請求項９に対応する発明は、リアクトルと電動送風機の枠体の間に防振ゴムを設けたことを特徴とする。
請求項10に対応する発明は、電動送風機およびリアクトルは前記風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、前記一対の電動送風機の羽根の向きを互いに逆とし、回転方向を逆向きとしたことを特徴とする。
【００２２】
このような手段によって、請求項１に対応する発明では、風洞の入気路と直交方向に折曲して形成された排気路にリアクトルを収納することで、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用 電力変換装置を得ることができる。
【００２３】
請求項２に対応する発明では、風洞の上流側の平滑リアクトルと比べて冷却条件が低下する下流側のリアクトルを、補助入気口から流入する冷却空気によって冷却する。
【００２４】
請求項３に対応する発明では、互いに筒状の平滑リアクトルと筒体によって、これらの間を通過する冷却空気の圧力損失を減らし、コイルの冷却も全周均等にする。
【００２５】
請求項３に対応する発明では、補助入気口から流入し下流側の電動送風機で吸入される冷却空気で発熱量の大なるリアクトルを冷却する。
【００２６】
請求項４に対応する発明では、半導体ユニットの放熱部に付着する塵埃をエアーフィルタで防ぎ、補助入気口から流入する粗い塵埃は補助入気口の網板で防ぐ。
請求項５に対応する発明では、外気との接触面積の広い電気品室の側板によって制御用電気品の温度上昇を抑える。
【００２７】
請求項６に対応する発明では、風洞の上流側と下流側の冷却条件の差を整風板によって平準化する。
請求項７に対応する発明では、排気口から外部に排出される冷却空気は開放カバーを介して行い、半導体ユニットの点検は点検かバーを開いて行う。
【００２８】
請求項８に対応する発明では、筒体の外周から排気口に流出する冷却空気をパッキンによって防ぐ。
請求項９に対応する発明では、電動送風機の回転で発生する振動の伝播を防振ゴムによって防ぐ。
請求項10に対応する発明では、電動送風機の回転方向を互いに逆向きとすることで、電動送風機の回転で発生する振動を相殺させる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鉄道車両用電力変換装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第１の実施の形態を示す正面図で、車両の車体の床下に吊設された状態を車体の側方（枕木方向）から見た図を示し、図２は、図１の右側面図（すなわち、レール方向から見た図）である。
【００３０】
また、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図、図５は図４のＣ−Ｃ断面図である。
図１，図２，図３及び図４と図５において、車体１の下側には、この車体１の床下に垂設されたＬ字形の二組のブラケット１ａに対して、鉄道車両用電力変換装置の箱体２が上端の両側に溶接された平板２ａを介して吊り下げられている。
【００３１】
箱体２の枕木方向の側面の片側には、図１に示すように蜂の巣状に打抜き穴が加工された開放カバー３が図３の横断面図に示す排気口２ｃの外側に設けられ、複数のボルトで固定されている。
【００３２】
この開放カバー３の図１において右側には、図３の横断面図においてはＵ字状に形成された点検カバー４Ａが、複数のボルトで固定されている。
箱体２の図１において裏面側には、図３及び図５に示すように、大形の点検カバー４Ｂが複数のボルトで固定されている。
【００３３】
箱体２の図１において右側面には、図２の右側面図及び図３の横断面図で示すエアーフィルタ５が入気口２ｂに着脱自在に固定されている。このエアーフィルタ５の濾材には、鋼材でメッシュの細かい網が採用されている。
【００３４】
箱体２の内部には、図３の横断面図に示すように、内部を枕木方向に区切る略逆Ｌ字形の仕切板２ｄが長辺側をレール方向に向けて設けられ、箱体２の底板には、図３の電動送風機９Ａの後方に形成された入気口２ｅに対して、小さい打抜き穴が蜂の巣状に加工された小形の開放板14が下側からボルトで固定されている。
【００３５】
箱体２の底板には、入気口２ｅの図３において前方の電動送風機９Ａ，９Ｂの下方の位置に対して、図示しない長方形の開口部が形成され、この開口部には点検カバーが下側から複数のボルトで固定されている。
【００３６】
箱体２の図３において中間部の右側には、仕切板２ｆが枕木方向に設けられ、この仕切板２ｆの図３において後方は、右に折曲されて仕切り２ｇを形成し、この仕切り２ｇの中央部には、角穴２ｇ１が形成されている。
【００３７】
これらの仕切り２ｇ及び仕切板２ｆと、前述したＬ形の仕切板２ｄによって、図３に示すように入気口２ｂから矢印Ｄに示すように箱体２の内部に冷却空気が流入し、矢印Ｅに示すように更に流下して、排気口２ｃから矢印Ｆ１，Ｆ２に示すように流出する、略Ｌ字形の冷却空気の風洞６を形成している。
【００３８】
このうち、角穴２ｇ１には、点検カバー４Ａの後方に収納された半導体ユニット７の後部に突き出た放熱部７ａが、図３及び図５で示すように、その上下を覆う図５で示すカバー２ｇ２とともに貫通している。
【００３９】
この風洞６の内部には、仕切板２ｆの左側に対して図３及び図４で示す平滑リアクトル８Ａ，８Ｂが、アルミニウム合金の鋳物で製作された筒体10の上端の図４で示す一対のフック10ｃを介して、図４に示すように箱体２の天井板の下面に溶接されたコ字状の枠２Ｂにボルトで吊設されている。
【００４０】
このうち、左側の平滑リアクトル８Ａが従来の技術で述べた発熱量の大なる平滑リアクトルであり、右側の平滑リアクトル８Ｂが発熱量の小なる平滑リアクトルである。
【００４１】
各筒体10は、渦電流による発熱を防ぐために図示しない溝が軸方向に形成されてＣ字状となっており、図示しない溝には、硬質ゴムが挿入され固定されている。
このうち、左側の筒体10の後端には、電動送風機９Ａの外枠９ａ（略円筒状）が固定され、右側の筒体10の後端にも、電動送風機９Ｂの外枠９ｂが固定されている。
【００４２】
箱体２の前面に形成された排気口２ｃには、図１の正面図側から見ると開放カバー３と外形が略同一で、左側に円形の排気口11ａが、右側にも同様の排気口が形成されたゴムパッキン板11が挿入され、上下が箱体２の天井板及び底板に接触し、左側は仕切板２ｄの左側の内面に、右側は仕切板２ｆの左側面に接触している。
左右の筒体10の前端面は、ゴムパッキン板11の裏面に接触している。
【００４３】
仕切板２ｄの後部には、従来の技術で述べた高速度遮断器（気中遮断器）13Ａが左端に収納され、この右側には、制御用継電器などを収納したリレーユニット13Ｂが収納されている。
【００４４】
このリレーユニット13Ｂの更に右側には、この鉄道車両用電力変換装置の内部に入力される信号線が接続されるインタフェースユニット13Ｃが収納され、このインタフェースユニット13Ｃの更に右側には、順変換部と逆変換部の主回路を制御する制御装置13Ｄが収納されている。
【００４５】
電動送風機９Ａと平滑リアクトル８Ａの図３において左側の仕切りの更に左側に形成された細長い空間には、主回路電流を検出する図示しない変流器や主回路電圧を測定する計器用変圧器などが収納されている。
【００４６】
箱体２の天井板の下側には、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの後方と半導体ユニット７の上方の位置に対して、これらを接続するケーブルを収納する図示しないダクトが配設されている。
【００４７】
次に、このように構成された鉄道車両用電力変換装置の作用を説明する。
車両の走行中は、一対の電動送風機９Ａ，９Ｂが回転することによって、箱体２のレール方向の片側に形成された入気口２ｂから、図３の矢印Ｄに示すようにエアーフィルタ５を経て冷却空気が半導体ユニット７の放熱部の風洞６ａに吸入される。
【００４８】
この風洞６ａに流入した冷却空気は、半導体ユニット７の放熱部７ａの熱を吸収し冷却し、図３の矢印Ｅに示すように下流側の風洞６ｂに流入して流速が低下し、一対の電動送風機９Ａ，９Ｂによって、各平滑リアクトル８Ａ，８Ｂのコイル８ａ，８ｂを冷却した後、排気口２ｃから矢印Ｆ１，Ｆ２に示すように車体の側方（枕木方向）に流出する。
【００４９】
このとき、風洞６ｂに流入した冷却空気の電動送風機９Ａ，９Ｂによる吸入量は、流路の上流側に位置する電動送風機９Ｂによる吸入力の作用で、電動送風機９Ｂで吸入される冷却空気に比べて、下流側の電動送風機９Ａで吸入される風量が少なくなる。
【００５０】
しかし、この下流側の電動送風機９Ａの吸入力によって、この電動送風機９Ａの後方の底板に形成された入気口２ｅから開放板14を経て低温の冷却空気が風洞６ｂの内部に流入し、この冷却空気によって、下流側の平滑リアクトル８Ａのコイル８ａが冷却される。
【００５１】
したがって、発熱量の大なる平滑リアクトル８Ａは、上流側の平滑リアクトル８Ｂを冷却する冷却空気と比べて低温の冷却空気で冷却されるので、内部のコイルの温度上昇を平滑リアクトル８Ｂのコイルと同程度の温度に冷却することができる。
【００５２】
なお、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの外周の筒体10の前端面には、ゴムパッキン板11の裏面が接触しているので、冷却空気が筒体10の外周から排気口２ｃや箱体の外部に漏れるおそれはない。
【００５３】
また、排気口２ｃは、車両の側方側に形成されているが、列車の駅における停止中は、半導体ユニット７と平滑リアクトル８Ａ，８Ｂには通電されないので、排気口２ｃからホームの方向に排出される冷却空気の温度は低く、問題ない。
【００５４】
また、排気口２ｃから排出される冷却空気は、車両の側方側となるので、この鉄道車両用制御装置のレール方向に隣接された駆動用電動機や補助電源の冷却を阻害するおそれを防ぐこともできる。
【００５５】
さらに、入気口２ｅに取り付けられた開放板14のメッシュは、入気口２ｂに取り付けられたエアーフィルタ５のメッシュと比べて粗いが、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂは円筒状で冷却面の凹凸がないので、塵埃が堆積して冷却効果が低下するおそれはない。
【００５６】
また、仕切板２ｄとこの仕切板２ｄの後方の点検カバー４Ｂの間に収納された高速度遮断器13Ａ，リレーユニット13Ｂ及びインタフェースユニット13Ｃと制御装置13Ｄは、片側が外気と接する点検カバー４Ｂ及びこの周りの側板と、冷却空気が流入する仕切板２ｄの間に設けられているので、これらの電気機器の温度上昇を抑えることができる。
【００５７】
また、点検カバー４Ｂを開くことによって、車両の側方側から点検することができ、外部に引き出す場合も同様にできるので、保守・点検を容易に行うことができる。
【００５８】
同様に、電動送風機９Ａ，９Ｂを保守・点検する場合には、この電動送風機９Ａ，９Ｂの下側の底板に形成され前述した長方形の開口部に取り付けられた点検かバーを外して行う。
【００５９】
一方、図３において一対の平滑リアクトル８Ａ，８Ｂとこの後方に重ねられた電動送風機９Ａ，９Ｂの枕木方向の厚さの合計が、半導体ユニット７の素子と図示しない受熱ブロックの厚さとほぼ等しいので、Ｌ字形の仕切板２ｄと開放カバー３及び点検カバー４Ａとの間に形成された空間に対して無駄な空間を形成することなく配置することができ、箱体２を小形化することができる。
【００６０】
なお、上記実施の形態では、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂは、発熱量と上昇温度が異なった場合で説明したが、ほぼ等しいか近い場合には、底板に形成された入気口２ｅの大きさを減らして調整することで、両方の平滑リアクトルの冷却条件を平準化することができる。
【００６１】
同じ理由で、平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの発熱量の差が前述した差の約100度よりも大きいときには、入気口２ｅの大きさを増やすことで、同様に平準化することができる。
【００６２】
図６は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第２の実施の形態を示す横断面図で、前述した第１の実施の形態で示した図３に対応し、特に請求項６に対応する図である。
【００６３】
図６において、前述した第１の実施の形態で示した図３と特に異なるところは、電動送風機９Ｂの外枠９ｂの下流側の背面に対して、整風板15を取り付けて、電動送風機９Ｂの吸入風量を増やしたことである。
【００６４】
この場合には、一対の平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの発熱量の差が少ない場合に適用でき、その発熱量の差の大小によって、整風板15の取付角度や外形を変えて対応することができる。
【００６５】
図７は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第３の実施の形態を示す横断面図で、前述した第１及び第２の実施の形態で示した図３及び図６に対応し、特に請求項10に対応する図である。
【００６６】
図７において、前述した第１及び第２の実施の形態で示した図３及び図６と異なるところは、電動送風機９Ｂの翼のねじり方向を変え、そのために回転方向も変えたことである。
【００６７】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置においては、互いに逆方向に回転する電動送風機９Ａ，９Ｂによって、これらの電動送風機９Ａ，９Ｂから発生した振動を打ち消すことができるので、この振動の伝播による車体の振動と、この振動に起因する乗客の不快感を防ぐことができる。
【００６８】
図８は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第４の実施の形態を示す横断面図で、前述した第１，第２及び第３の実施の形態で示した図３，図６及び図７に対応し、特に請求項９に対応する図である。
【００６９】
図８において、前述した実施の形態で示した図３，図６及び図７と特に異なるところは、電動送風機９Ａ，９Ｂの外枠９ａ，９ｂを防振ゴム16を介して各平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの外周の筒体10の背面側に固定したことで、他は、前述した実施の形態で示した図３と同一である。
【００７０】
すなわち、各平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの外周の筒体10の背面側には、防振ゴム16が90゜間隔に取り付けられ、これらの防振ゴム16の後面側に電動送風機９Ａ，９Ｂが固定されている。
【００７１】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置においては、電動送風機９Ａ，９Ｂで発生した振動が筒体10に伝播することを防ぐことができ、この筒体10から箱体２を介して車両の内部へ伝播する事態を防ぐことができる。
【００７２】
図９は、本発明の鉄道車両用電力変換装置の第５の実施の形態を示す横断面図で、前述した実施の形態で示した図３，図６，図７及び図８に対応する図である。
図９において、前述した実施の形態で示した図３，図６，図７及び図８と特に異なるところは、防振ゴム16を筒体10の取付脚10ｃと箱体２の天井板との間に設けたことで、他は、図３，図６，図７及び図８と同一である。
【００７３】
すなわち、箱体２の天井板の内面には、コ字状の４本の枠２Ｂが溶接され、この補強板２Ｂの下面には二組の防振ゴム16が取り付けられ、筒体10は、この二組の防振ゴム16を介して箱体２の天井板に吊り下げられている。
【００７４】
このように防振ゴム16が箱体２の天井板の枠２Ｂの下面側に取り付けられ、これらの防振ゴム16を介して平滑リアクトル８Ａ，８Ｂの筒体10が吊り下げられた鉄道車両用電力変換装置においても、これらの筒体10の後面側に固定された電動送風機の振動の筒体10を介しての伝播を防ぐことができる。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１に対応する発明によれば、車両の床下に吊設された箱体と、前記箱体のレール方向の片側に形成された入気口と、前記箱体の枕木方向の片側に形成された排気口と、前記入気口と前記排気口を連通し、前記入気口から流入した冷却空気が流れる風洞と、前記入気口側の前記風洞に突き出して収納された放熱部を有する半導体ユニットと、前記排気口側の前記風洞に収納された円筒状のリアクトルと、前記放熱部から流れてきた冷却空気を略９０度屈曲させ前記リアクトルに前記冷却空気が当たるように前記風洞内に設けられた電動送風機とを有し、前記電動送風機の外枠を前記リアクトルの入気側と接続したので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００７６】
請求項２に対応する発明によれば、一対のリアクトルの下流側のリアクトルの入気側の電動送風機の入気側の箱体の底板に、補助入気口を形成することで、上流側のリアクトルと比べて冷却条件が低下する下流側のリアクトルを、補助入気口から流入する冷却空気によって冷却したので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００７７】
請求項３に対応する発明によれば、一対の平滑リアクトルを円筒状とし、各平滑リアクトルを筒体に収納し、この筒体を箱体に吊設することで、互いに筒状の平滑リアクトルと筒体によって、これらの間を通過する冷却空気の圧力損失を減らしコイルの冷却も全周均等にしたので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００７８】
請求項４に対応する発明によれば、電動送風機の外枠を円筒状とし、この外枠を介して電動送風機を筒体の入気側に固定することで、円筒状をした電動送風機の外枠でこの外枠の外側から風洞の排気口に流出する冷却空気を防いだので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００７９】
請求項３に対応する発明によれば、一対のリアクトルのうち、発熱量の大なるリアクトルを風洞の排気側の下流側に配置することで、発熱量の大なるリアクトルを補助入気口から流入し下流側の電動送風機で吸入される冷却空気で冷却したので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８０】
請求項４に対応する発明によれば、風洞の入気口にエアーフィルタを設け、このエアーフィルタのメッシュよりも粗い網板を補助入気口に設け、網板のメッシュより更に粗い排気網板を風洞の排気口に設けることで、半導体ユニットの放熱部に付着する塵埃をエアーフィルタで防ぎ、補助入気口から流入する粗い塵埃は補助入気口の網板で防いだので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８１】
請求項５に対応する発明によれば、風洞の枕木方向の他側に制御用電気品を収納する電気品室を形成することで、外気との接触面積の広い電気品室の側板によって制御用電気品の温度上昇を抑えたので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８２】
請求項６に対応する発明によれば、一対のリアクトルのうち、上流側のリアクトルの入気側の電動送風機の枠体の下流側に整風板を設けることで、上流側と下流側の冷却条件の差を整風板によって平準化したので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８３】
請求項７に対応する発明によれば、箱体の排気口に開放カバーを設け、この開放カバーの半導体ユニット側及び箱体の枕木方向の他側と底板の電動送風機の下側に点検カバーを設けることで、排気口から外部に排出される冷却空気は開放カバーから排出し、半導体ユニットの点検は点検カバーを開いて行うようにしたので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８４】
請求項８に対応する発明によれば、一対の排気口が形成された長方形のパッキンを一対のリアクトルの排風側に設けることで、筒体の外周から排気口に流出する冷却空気をパッキによって防いだので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８５】
請求項９に対応する発明によれば、リアクトルと電動送風機の枠体の間に防振ゴムを設けることで、電動送風機の回転で発生する振動の伝播を防振ゴムによって防いだので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのでき、振動や騒音を減らすことのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【００８６】
請求項10に対応する発明によれば、一対の電動送風機の羽根の向きを互いに逆とし、回転方向を逆向きとすることで、電動送風機の回転で発生する振動を相殺させたので、大容量化及び小形・軽量化と保守・点検の省力化に応えることができ、列車の高速化に対応することのでき、振動や騒音を減らすことのできる鉄道車両用電力変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第１の実施の形態を示す正面図。
【図２】 図１の右側面図。
【図３】 図１のＡ−Ａ断面図。
【図４】 図３のＢ−Ｂ断面図。
【図５】 図４のＣ−Ｃ断面図。
【図６】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第２の実施の形態を示す横断面図。
【図７】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第３の実施の形態を示す横断面図。
【図８】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第４の実施の形態を示す横断面図。
【図９】 本発明の鉄道車両用電力変換装置の第５の実施の形態を示す横断面図。
【符号の説明】
１…車体、２…箱体、２ａ…平板、２ｂ…入気口、２ｃ…排気口、２ｄ…仕切板、２ｅ…入気口、２ｆ…仕切板、３…開放カバー、４Ａ，４Ｂ…点検カバー、５…エアーフィルタ、６…風洞、７…半導体ユニット、８Ａ，８Ｂ…平滑リアクトル、９Ａ，９Ｂ…電動送風機、10…筒体、11…ゴムパッキン板、13Ａ…高速度遮断器、13Ｂ…リレーユニット、13Ｃ…インタフェースユニット、13Ｄ…制御装置、14…開放板、15…整風板、16…防振ゴム。
Claims (10)
- 車両の床下に吊設された箱体と、前記箱体のレール方向の片側に形成された入気口と、前記箱体の枕木方向の片側に形成された排気口と、前記入気口と前記排気口を連通し、前記入気口から流入した冷却空気が流れる風洞と、前記入気口側の前記風洞に突き出して収納された放熱部を有する半導体ユニットと、前記排気口側の前記風洞に収納された円筒状のリアクトルと、前記放熱部から流れてきた冷却空気を略９０度屈曲させ前記リアクトルに前記冷却空気が当たるように前記風洞内に設けられた電動送風機とを有し、前記電動送風機の外枠を前記リアクトルの入気側と接続したことを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
- 前記電動送風機および前記リアクトルは前記風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、下流側のリアクトルの入気側の前記電動送風機の入気側の前記箱体の底板に、補助入気口を形成したことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記一対のリアクトルのうち、発熱量の大なるリアクトルを下流側に配置したことを特徴とする請求項２記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記風洞の入気口にエアーフィルタを設け、このエアーフィルタのメッシュよりも粗い網板を前記補助入気口に設け、前記網板のメッシュより更に粗い排気網板を前記風洞の排気口に設けたことを特徴とする請求項２ないし請求項３記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記風洞の枕木方向の他側に制御用電気品を収納する電気品室を形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記電動送風機および前記リアクトルは前記風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、上流側のリアクトルの入気側の前記電動送風機の枠体の下流側に整風板を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記箱体の排気口に開放カバーを設け、この開放カバーの前記半導体ユニット側及び前記箱体の枕木方向の他側と前記底板の前記電動送風機の下側に点検カバーを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記電動送風機および前記リアクトルは前記風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、一対の排気口が形成された長方形のパッキンを前記一対のリアクトルの排風側に設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項７記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記リアクトルと前記電動送風機の枠体の間に防振ゴムを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項８記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記電動送風機および前記リアクトルは前記風洞の上流側および下流側に各一対が備えられ、前記一対の電動送風機の羽根の向きを互いに逆とし、回転方向を逆向きとしたことを特徴とする請求項１ないし請求項９記載の鉄道車両用電力変換装置。
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