JP4502849B2 - Power conversion device for railway vehicles - Google Patents

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Description

この発明は、鉄道車両の床下に設置され例えば車両駆動用電力を供給する電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that is installed under the floor of a railway vehicle and supplies, for example, vehicle driving power.

従来の鉄道車両用の電力変換装置は、直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、３相インバータを構成する３相ブリッジ接続された半導体素子とを備えた回路によって、鉄道架線から直流端子に入力される直流電力を半導体素子のスイッチングにより交流電力に変換し、この交流電力を交流端子から出力して例えば車両駆動用の電動機に供給するようになっている。具体的な構成としては、例えば、半導体のスイッチングによって直流から交流へあるいは交流から直流へ変換する回路を有するスイッチング素子部と、このスイッチング素子部の発熱部に結合されてそれを冷却する放熱部とでスタックを形成し、車両の床下に取り付けられた箱体にスタックを着脱自在に支持し、発熱部を箱体内側の密閉部に収容し放熱部を車側の開放部に保持するように構成されている（特許文献１参照）。   A conventional power converter for a railway vehicle is input from a railway overhead line to a DC terminal by a circuit including a smoothing capacitor that smoothes a DC voltage and a three-phase bridge-connected semiconductor element that constitutes a three-phase inverter. DC power is converted into AC power by switching a semiconductor element, and this AC power is output from an AC terminal and supplied to, for example, a motor for driving a vehicle. As a specific configuration, for example, a switching element unit having a circuit for converting from direct current to alternating current or alternating current to direct current by switching of a semiconductor, and a heat dissipating unit coupled to the heat generating unit of the switching element unit to cool it The stack is formed in the box, and the stack is detachably supported by a box attached under the floor of the vehicle. The heat generating part is housed in a sealed part inside the box and the heat radiating part is held in the open part on the vehicle side. (See Patent Document 1).

特開２００３−２３５１１２号公報（第２頁、図１１）Japanese Patent Laying-Open No. 2003-235112 (second page, FIG. 11)

上記のような電力変換装置において、通常、平滑コンデンサには内部に絶縁用のオイルが充填されたオイル絶縁型のコンデンサが用いられていた。このため、平滑コンデンサのブッシングを横向や下向けに配置した場合、ブッシングと平滑コンデンサのケースとの接合部分からオイル漏れが心配されるので、特に高い信頼性を要求される鉄道車両用の電力変換装置では、平滑コンデンサのブッシング部を上に向けて設置されるのが一般的であった。上部のブッシングとスイッチングユニットとは接続導体で接続されている。このような構成の電力変換装置では、メンテナンスや修理の際にスイッチングユニットの取り外しあるいは交換の必要が生じたとき、平滑コンデンサとスイッチングユニットとを、ブッシングと接続導体の接続箇所で着脱するが、ブッシングが上部にあるため狭く困難な箇所での作業となっていた。そこで、上記の特許文献１に示す技術では、スタックと接続導体とにワンタッチコネクタを備えて、箱体のサイドからスタック全体を着脱できるよう構成されている。このような構成では、スタックの着脱は容易となるが、高精度に加工されたコネクタが必要となるため、製造コストが嵩んでコストアップにつながり、また、接続導体とコネクタ接合部分を収納するためのスペースが必要なため装置の小型化が困難であるという問題点があった。   In the power converter as described above, normally, an oil-insulated capacitor with an insulating oil filled therein is used as the smoothing capacitor. For this reason, when the smoothing capacitor bushing is placed sideways or downward, there is a risk of oil leakage from the joint between the bushing and the smoothing capacitor case, so power conversion for railway vehicles that requires particularly high reliability. In the apparatus, the smoothing capacitor is generally installed with the bushing portion facing upward. The upper bushing and the switching unit are connected by a connection conductor. In the power conversion device having such a configuration, when the switching unit needs to be removed or replaced during maintenance or repair, the smoothing capacitor and the switching unit are attached and detached at the connection point between the bushing and the connection conductor. Because it is in the upper part, it was a work in a narrow and difficult place. Therefore, the technique disclosed in Patent Document 1 includes a one-touch connector on the stack and the connection conductor so that the entire stack can be attached and detached from the side of the box. In such a configuration, the stack can be easily attached and detached, but a connector processed with high precision is required, which increases the manufacturing cost and leads to an increase in cost, and also accommodates the connecting conductor and the connector joint portion. Therefore, there is a problem that it is difficult to downsize the apparatus.

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、スイッチングユニットの取り外し作業や交換作業が容易にでき、かつ、そのための余分なスペースを必要としない鉄道車両用の電力変換装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can easily remove and replace the switching unit, and does not require an extra space for the power conversion for the railway vehicle. The object is to obtain a device.

この発明に係わる鉄道車両用の電力変換装装置は、鉄道車両の床下に設けた箱体に取り付けられて使用される鉄道車両用の電力変換装置において、箱体の内部に固定される乾式タイプの複数の平滑コンデンサと、２個以上のスイッチング素子を直列に接続して平滑コンデンサのそれぞれに並列に接続される複数の直列回路，スイッチング素子を冷却する冷却器，直列回路と平滑コンデンサとを接続するブスバーを有するスイッチングユニットとを備え、スイッチングユニットは、箱体の側面の開口から内部に挿入されて冷却器側が箱体の外部に露出するように箱体に取り付けられ、ブスバーと平滑コンデンサの電極端子とが箱体内の下面近傍で接続されて、接続された箇所の着脱作業を箱体の底面の開口から行えるようにしたものである。   A power conversion apparatus for a railway vehicle according to the present invention is a dry type fixed to the inside of a box in a power conversion apparatus for a railway vehicle used by being attached to a box provided under the floor of the railway vehicle. Connecting a plurality of smoothing capacitors, two or more switching elements connected in series, a plurality of series circuits connected in parallel to each of the smoothing capacitors, a cooler for cooling the switching elements, and connecting the series circuit and the smoothing capacitors A switching unit having a bus bar, and the switching unit is inserted into the inside from the opening on the side of the box and attached to the box so that the cooler side is exposed to the outside of the box, and the bus bar and the electrode terminal of the smoothing capacitor Are connected in the vicinity of the lower surface of the box body, and the attachment / detachment work of the connected portion can be performed from the opening on the bottom surface of the box body.

また、上記のスイッチングユニットに替えて、２個以上のスイッチング素子を直列に接続したものを複数個並列に接続して平滑コンデンサに並列に接続されるスイッチング回路、スイッチング素子を冷却する冷却器、スイッチング回路と平滑コンデンサとを接続するブスバーを有するスイッチングユニットとし、上記と同様に、スイッチングユニットは、箱体の側面の開口から内部に挿入されて冷却器側が箱体の外部に露出するように箱体に取り付けられ、ブスバーと平滑コンデンサの電極端子とが箱体内の下面近傍で接続されて、接続された箇所の着脱作業を箱体の底面の開口から行えるようにしたものである。   Further, in place of the above switching unit, a switching circuit in which two or more switching elements connected in series are connected in parallel and connected in parallel to a smoothing capacitor, a cooling device for cooling the switching elements, switching A switching unit having a bus bar for connecting a circuit and a smoothing capacitor. Similarly to the above, the switching unit is inserted into the inside of the opening of the side of the box and the cooler side is exposed to the outside of the box. The bus bar and the electrode terminal of the smoothing capacitor are connected to each other in the vicinity of the lower surface of the box body so that the connected portion can be attached / detached from the opening on the bottom surface of the box body.

この発明の鉄道車両用の電力変換装装置によれば、車両の床下に設けられている箱体の側面に取り付けられたスイッチングユニットのブスバーと、箱体内に設置した平滑コンデンサの電極端子とが、箱体内の下面近傍で接続されて、この接続箇所の着脱作業を箱体の底面の開口から行えるようにしたので、スイッチングユニットの取り外し作業や交換作業が容易になる。また、着脱のための余分な作業スペースを必要としないため、装置の小型化が可能となる。   According to the power conversion equipment for a railway vehicle of the present invention, the bus bar of the switching unit attached to the side surface of the box provided under the floor of the vehicle, and the electrode terminal of the smoothing capacitor installed in the box, Since the connection is made in the vicinity of the lower surface in the box, and the attachment / detachment work of the connection portion can be performed from the opening on the bottom surface of the box, the switching unit can be easily removed and replaced. Further, since no extra work space for attachment / detachment is required, the apparatus can be miniaturized.

実施の形態１．
図１は実施の形態１による鉄道車両用の電力変換装置の回路図であり、図２はこの電力変換装置を鉄道車両の床下に配置した状態を示す側面図で（ａ）は全体図、（ｂ）は（Ａ）のｂ部拡大図である。また、図３は電力変換装置の構成を示す側面図であり、図４は図３の矢印方向間ら見た斜視図である。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram of a power conversion device for a railway vehicle according to the first embodiment, and FIG. 2 is a side view showing a state in which the power conversion device is disposed under the floor of the rail vehicle. b) is an enlarged view of part b of FIG. FIG. 3 is a side view showing the configuration of the power converter, and FIG. 4 is a perspective view seen from the direction of the arrow in FIG.

まず回路構成を図１によって説明する。図のように、電力変換装置は、正極と負極の電極を有する平滑コンデンサ１Ａに、例えばＩＧＢＴからなる２個のスイッチング素子２Ａ，３Ａを直列接続した直列回路を並列に接続してＵ相の回路を形成し、同様に、平滑コンデンサ１Ｂとスイッチング素子２Ｂ，３ＢでＶ相の回路を、平滑コンデンサ１Ｃとスイッチング素子２Ｃ，３ＣでＷ相の回路を形成し、これら３相分を並列に接続して電力変換回路を構成している。各相は直流電源の正極（Ｐ）と負極（Ｎ）に接続され、直列接続された二つのスイッチング素子の接続点が交流出力の端子Ｕ，Ｖ，Ｗとなっている。１３Ａ〜１３Ｃは、上記のスイッチング素子の直列回路に後述の冷却器、ブスバー等を組み合わせて構成されるスイッチングユニットである。なお、以下の説明で、平滑コンデンサやスイッチング素子等を３相分一括して説明する場合は、符号のアルファベットの添え字を省き、例えば１Ａ〜１Ｃを単に１と簡略に表記する。   First, the circuit configuration will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the power conversion device is a U-phase circuit in which a series circuit in which two switching elements 2A and 3A made of IGBT, for example, are connected in series to a smoothing capacitor 1A having a positive electrode and a negative electrode is connected in parallel. Similarly, a smoothing capacitor 1B and switching elements 2B and 3B form a V-phase circuit, and a smoothing capacitor 1C and switching elements 2C and 3C form a W-phase circuit, and these three phases are connected in parallel. Thus, a power conversion circuit is configured. Each phase is connected to the positive electrode (P) and the negative electrode (N) of the DC power supply, and the connection points of the two switching elements connected in series are the terminals U, V, and W of the AC output. 13A to 13C are switching units configured by combining a serial circuit of the above switching elements with a cooler, a bus bar, and the like described later. In the following description, when the smoothing capacitors, switching elements, and the like are collectively described for three phases, the alphabetic suffixes of the symbols are omitted, and for example, 1A to 1C are simply expressed as 1.

このような電力変換回路の正極（Ｐ）と負極（Ｎ）に、鉄道架線からの直流電力が入力されると、スイッチング素子のスイッチングにより直流電力が交流電力に変換され、この交流電力が交流端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力して、例えば車両駆動用の誘導電動機に供給される。また回生制動の場合は、逆に誘導電動機からの交流電力を直流電力に変換して架線側に返還する。   When DC power from the railway overhead line is input to the positive electrode (P) and the negative electrode (N) of such a power conversion circuit, the DC power is converted into AC power by switching of the switching element, and this AC power is converted to AC terminal. The output from U, V, W is supplied to, for example, an induction motor for driving a vehicle. In the case of regenerative braking, conversely, AC power from the induction motor is converted to DC power and returned to the overhead line side.

装置の構成は、図２の側面図に示すように、車両の車体４の床下に設けられた箱体５内に、例えば、絶縁樹脂モールド型のような乾式タイプの平滑コンデンサ１が、正極と負極の電極端子６を箱体５の底面側に向けて下向きに配置され固定されている。平滑コンデンサ１に乾式タイプのものを使用することにより、絶縁用にオイルを使用していないためオイル漏れの心配がなく、電極端子６を下に向けても問題ない。箱体５の車輪側側面に、スイッチング素子２及び３，冷却器７，ブスバー１１を有するスイッチングユニット１３が取り付けられている。   As shown in the side view of FIG. 2, the apparatus has a structure in which a dry type smoothing capacitor 1 such as an insulating resin mold is provided in a box 5 provided under the floor of a vehicle body 4. The negative electrode terminal 6 is disposed downward and fixed toward the bottom surface side of the box 5. By using a dry type smoothing capacitor 1, oil is not used for insulation, so there is no risk of oil leakage, and there is no problem even if the electrode terminal 6 faces downward. A switching unit 13 having switching elements 2 and 3, a cooler 7, and a bus bar 11 is attached to the wheel side surface of the box 5.

図３及び図４で更に詳細に説明する。図３の側面図において、スイッチング素子２及び３に一体に組み合わされて設けられた冷却器７は、スイッチング素子２，３に大電流が流れたときに高温に発熱するのを放熱するためのものである。この冷却器７は冷却プレート８と放熱部９とで構成されており、冷却プレート８はその周囲に取付部１０を有している。また、スイッチング素子２及び３に一端側を接続したブスバー１１は、Ｌ字状に曲げられて他端側を平滑コンデンサ１の電極端子６とボルト１２によって接続されている。この接続箇所は、平滑コンデンサ１を下向きに配置することにより、箱体５の下面近傍に位置するように構成している。このような構成の接続により、配線長さを必要最小限の長さとして、配線インダクタンスを小さくすることができる。
図４に示すように、スイッチングユニットと平滑コンデンサが並列接続されて形成された１相分の並列回路が３相分、箱体側面に沿う方向に並べて配置され、これらが並列接続されて３相の電力変換装置が構成されている。 This will be described in more detail with reference to FIGS. In the side view of FIG. 3, the cooler 7 provided integrally with the switching elements 2 and 3 is for radiating heat generated at a high temperature when a large current flows through the switching elements 2 and 3. It is. The cooler 7 includes a cooling plate 8 and a heat radiating portion 9, and the cooling plate 8 has a mounting portion 10 around it. The bus bar 11 having one end connected to the switching elements 2 and 3 is bent in an L shape, and the other end is connected to the electrode terminal 6 of the smoothing capacitor 1 by a bolt 12. This connection location is configured to be located near the lower surface of the box 5 by disposing the smoothing capacitor 1 downward. With the connection having such a configuration, the wiring inductance can be reduced by setting the wiring length to the minimum necessary length.
As shown in FIG. 4, a parallel circuit for one phase formed by connecting a switching unit and a smoothing capacitor in parallel is arranged side by side in a direction along the side surface of the box for three phases. The power conversion device is configured.

次に、スイッチングユニット１３の着脱作業について説明する。図２（ｂ）に示すように、スイッチングユニット１３の取り付けは、箱体５の側面に設けられた側面開口部５ａの外側からスイッチングユニット１３を挿入し、冷却器７側を上記箱体の外部に露出させた状態で、取付部１０を箱体５に固定する。そして、ブスバー１１と平滑コンデンサ１の電極端子６とをボルト１２により固定する。
電力変換装置の点検補修時又は交換時等で、スイッチングユニット１３を取り外す必要が生じた場合は、箱体５の底面開口部５ｂから平滑コンデンサ１とブスバー１１との接続箇所のボルト１２を取り外し、また、スイッチングユニット１３と箱体５との取付部１０も取り外すことにより、図２の太矢印で示すように、スイッチングユニット１３を箱体５の外に取り外すことができる。 Next, the attaching / detaching work of the switching unit 13 will be described. As shown in FIG. 2 (b), the switching unit 13 is attached by inserting the switching unit 13 from the outside of the side opening 5a provided on the side surface of the box 5 and connecting the cooler 7 side to the outside of the box. The mounting part 10 is fixed to the box 5 in a state exposed to. Then, the bus bar 11 and the electrode terminal 6 of the smoothing capacitor 1 are fixed with bolts 12.
When it is necessary to remove the switching unit 13 at the time of inspection / repair or replacement of the power conversion device, the bolt 12 at the connection point between the smoothing capacitor 1 and the bus bar 11 is removed from the bottom opening 5b of the box 5, Further, by removing the attachment portion 10 between the switching unit 13 and the box 5, the switching unit 13 can be removed from the box 5 as indicated by a thick arrow in FIG. 2.

以上までの説明では平滑コンデンサ１を下向きに配置した場合であったが、同じ回路構成の電力変換装置で平滑コンデンサ１の配置方向のみを変更した別の形態について説明する。図５は平滑コンデンサ１を横向きに配置して箱体に取り付けた場合の電力変換装置の側面図であり、図６はその斜視図である。図２及び図４と同一部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する。   In the above description, the smoothing capacitor 1 is disposed downward, but another embodiment in which only the arrangement direction of the smoothing capacitor 1 is changed in the power conversion device having the same circuit configuration will be described. FIG. 5 is a side view of the power conversion device when the smoothing capacitor 1 is disposed horizontally and attached to the box, and FIG. 6 is a perspective view thereof. The same parts as those in FIGS. 2 and 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図５のように、平滑コンデンサ１は、箱体５の下部側に、電極端子６を箱体５のスイッチングユニット１３取付側の側面に向けて、横向きに配置している。そして、スイッチング素子２，３に接続したブスバー１４と、電極端子６とは、接続長さをできるだけ短くして、箱体５の下面近傍でボルト１２によって接続されている。これを、図６のように３相分を箱体側面に沿う方向に並べて配置し並列接続することで電力変換装置が構成されている。
この様な構成においても、平滑コンデンサ１の電極端子６を下方に向けて配置した図２〜図４と同様に、スイッチングユニット１３を取り外す必要が生じた場合は、図５の太矢印で示すように、箱体の底面開口部５ｂから平滑コンデンサ１とブスバー１４との接続箇所のボルト１２を取り外すことにより、容易に取り外すことができる。 As shown in FIG. 5, the smoothing capacitor 1 is disposed laterally on the lower side of the box 5 with the electrode terminals 6 facing the side of the box 5 on the switching unit 13 mounting side. The bus bar 14 connected to the switching elements 2 and 3 and the electrode terminal 6 are connected by a bolt 12 in the vicinity of the lower surface of the box 5 with a connection length as short as possible. As shown in FIG. 6, the power converters are configured by arranging the three phases side by side in the direction along the side of the box and connecting them in parallel.
Even in such a configuration, as shown in FIGS. 2 to 4 in which the electrode terminal 6 of the smoothing capacitor 1 is disposed downward, when the switching unit 13 needs to be removed, the thick arrow in FIG. Moreover, it can remove easily by removing the volt | bolt 12 of the connection location of the smoothing capacitor 1 and the bus bar 14 from the bottom face opening part 5b of a box.

以上のように、本実施の形態の発明によれば、車両下部の箱体内部に、電極端子を下向き又は横向きにして配置され固定された乾式タイプの複数の平滑コンデンサと、それぞれの平滑コンデンサに接続されるスイッチング素子の直列回路，冷却器，ブスバーを有するスイッチングユニットとを備え、箱体の側面に取り付けられたスイッチングユニットのブスバーと、各平滑コンデンサの電極端子とを、箱体内の下面近傍で接続し、その接続箇所の着脱作業を箱体の底面の開口から行えるようにしたので、スイッチングユニットの箱体外への取り外し作業や交換作業を容易に行うことができる。また、着脱のための余分な作業スペースを必要としないため、装置の小型化が可能となる。更に、スイッチング素子と平滑コンデンサの接続長さを短くできるので、配線インダクタンスを低減できる。   As described above, according to the invention of the present embodiment, a plurality of dry type smoothing capacitors arranged and fixed with the electrode terminals facing downward or sideways inside the box at the bottom of the vehicle, and each smoothing capacitor A switching unit having a series circuit of connected switching elements, a cooler, and a bus bar. The bus bar of the switching unit attached to the side of the box and the electrode terminal of each smoothing capacitor are located near the lower surface in the box. Since the connection and the attachment / detachment work of the connection portion can be performed from the opening on the bottom surface of the box body, the switching unit can be easily detached and exchanged out of the box body. Further, since no extra work space for attachment / detachment is required, the apparatus can be miniaturized. Furthermore, since the connection length between the switching element and the smoothing capacitor can be shortened, the wiring inductance can be reduced.

実施の形態２．
図７は実施の形態２による電力変換装置の回路図であり、図８は電力変換装置の斜視図、図９は別の例を示す電力変換装置の斜視図である。なお、図１〜図６と同等部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する。
先ず図７によって電力変換装置の回路構成を説明する。図のように、例えばＩＧＢＴからなる２個のスイッチング素子２Ａ，３Ａを直列に接続して直列回路を形成し、同様に形成した直列回路を３相分並列に接続してスイッチング回路を形成する。このスイッチング回路と、正極と負極の電極端子を有する平滑コンデンサ１５とを、直流端子Ｐ，Ｎに対し並列に接続して電力変換回路を構成している。１９は上記スイッチング回路に後述の冷却器，ブスバー等を組み合わせて構成するスイッチングユニットを示す。なお、以下の説明で、スイッチング素子等を３相分一括して説明する場合は、符号のアルファベットの添え字を省き表記する。 Embodiment 2. FIG.
7 is a circuit diagram of the power conversion device according to the second embodiment, FIG. 8 is a perspective view of the power conversion device, and FIG. 9 is a perspective view of the power conversion device showing another example. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
First, the circuit configuration of the power conversion apparatus will be described with reference to FIG. As shown in the figure, for example, two switching elements 2A and 3A made of IGBT are connected in series to form a series circuit, and similarly formed series circuits are connected in parallel for three phases to form a switching circuit. This switching circuit and a smoothing capacitor 15 having positive and negative electrode terminals are connected in parallel to the DC terminals P and N to constitute a power conversion circuit. Reference numeral 19 denotes a switching unit configured by combining the above-described switching circuit with a cooler, a bus bar and the like which will be described later. In the following description, when the switching elements and the like are described collectively for three phases, the alphabetical subscripts are omitted.

装置の構成は、図８の斜視図に示すように、例えば、絶縁樹脂モールド型のような乾式タイプの平滑コンデンサ１５を、正極と負極の電極端子１６を箱体５の底面側に向けて下向きに配置する。直列接続した２個のスイッチング素子２，３には素子の使用時の発熱を放熱するための冷却プレート８と放熱部９からなる放熱器７が組み合わされており、冷却プレート８には３相分一括して箱体に取り付けるための取付部１７が設けられている。スイッチング素子２，３と平滑コンデンサ１５の電極端子１６とはＬ字状に曲げられたブスバー１８によって、配線インダクタンスを小さくするために必要最小限の長さで接続されている。スイッチング素子２，３とブスバー１８及び冷却器７でスイッチングユニット１９を構成する。
なお、冷却器７は３相のスイッチング素子に個別に設けたものを示しているが、３相一括の冷却器としても良い。 As shown in the perspective view of FIG. 8, the structure of the apparatus is such that, for example, a dry type smoothing capacitor 15 such as an insulating resin mold is used, and the positive and negative electrode terminals 16 are directed downward toward the bottom surface of the box 5. To place. The two switching elements 2 and 3 connected in series are combined with a cooling plate 8 for radiating heat generated during use of the element and a radiator 7 including a heat radiating portion 9. The cooling plate 8 includes three phases. A mounting portion 17 is provided for collectively mounting to the box. The switching elements 2 and 3 and the electrode terminal 16 of the smoothing capacitor 15 are connected by a bus bar 18 bent in an L shape with a minimum length necessary for reducing the wiring inductance. The switching elements 2 and 3, the bus bar 18 and the cooler 7 constitute a switching unit 19.
In addition, although the cooler 7 has shown what provided individually in the switching element of 3 phases, it is good also as a cooler of 3 phases package.

このように構成した電力変換装置は、車体４の床下に設けた箱体５に取り付けられて使用されるが、その状態の側面図は実施の形態１で説明した図２と同等である。平滑コンデンサ１５の電極端子１６とブスバー１８との接続箇所は、箱体５内の下面近傍に位置させている。電力変換装置の点検補修時又は交換時等で、スイッチングユニット１９を取り外す必要が生じた場合は、箱体５の底面開口部５ｂから平滑コンデンサ１５の電極端子１６とブスバー１８との接続箇所のボルトを取り外すことにより、図２の場合と同様に、スイッチングユニット１９を取り外すことができる。   The power conversion device configured as described above is used by being attached to a box 5 provided under the floor of the vehicle body 4, and the side view in this state is equivalent to FIG. 2 described in the first embodiment. The connection point between the electrode terminal 16 of the smoothing capacitor 15 and the bus bar 18 is located near the lower surface in the box 5. When it is necessary to remove the switching unit 19 at the time of inspection / repair or replacement of the power converter, the bolt at the connection point between the electrode terminal 16 of the smoothing capacitor 15 and the bus bar 18 from the bottom opening 5b of the box 5 By removing, the switching unit 19 can be removed as in the case of FIG.

次に、同じ回路構成の電力変換装置で平滑コンデンサ１５の配置のみを変更した別の形態について説明する。図９は平滑コンデンサ１５を横向きに配置した場合の電力変換装置の構成を示す斜視図である。図８と同等部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する。図８と異なるのは、平滑コンデンサ１５の電極端子１６を、スイッチングユニット１９取付側の箱体５の側面に向けて、横向きに配置した点である。スイッチングユニット１９を構成するスイッチング素子２，３と平滑コンデンサ１５の電極端子１６とは、ブスバー２０により箱体５内の下面近傍で接続されている。なお、この状態の側面図は実施の形態１の図５と同等である。
このように構成された電力変換装置においてもスイッチングユニット１９の箱体５からの着脱は、図８の場合と同様に行うことができる。 Next, another embodiment in which only the arrangement of the smoothing capacitor 15 is changed in the power conversion device having the same circuit configuration will be described. FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the power conversion device when the smoothing capacitor 15 is disposed sideways. Portions equivalent to those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The difference from FIG. 8 is that the electrode terminal 16 of the smoothing capacitor 15 is disposed sideways toward the side surface of the box 5 on the switching unit 19 mounting side. The switching elements 2 and 3 constituting the switching unit 19 and the electrode terminal 16 of the smoothing capacitor 15 are connected by a bus bar 20 near the lower surface in the box 5. The side view in this state is the same as FIG. 5 of the first embodiment.
In the power conversion device configured as described above, the switching unit 19 can be attached and detached from the box 5 in the same manner as in the case of FIG.

以上のように、本実施の形態の発明によれば、車両下部の箱体内部に、電極端子を下向き又は横向きにして配置され固定された乾式タイプの平滑コンデンサと、それに接続されるスイッチング回路を有するスイッチングユニットとを備え、箱体の側面に取り付けられたスイッチングユニットのブスバーと、平滑コンデンサの電極端子とを、箱体内の下面近傍で接続し、その接続箇所の着脱作業を箱体の底面の開口から行えるようにしたので、スイッチングユニットの箱体外への取り外し作業や交換作業を容易に行うことができる。また、着脱のための余分な作業スペースを必要としないため、装置の小型化が可能となる。更に、スイッチング素子と平滑コンデンサの接続長さを短くできるので、配線インダクタンスを低減できる。   As described above, according to the invention of the present embodiment, the dry type smoothing capacitor arranged and fixed with the electrode terminal facing downward or sideways inside the box at the lower part of the vehicle, and the switching circuit connected thereto are provided. The switching unit bus bar attached to the side of the box and the electrode terminal of the smoothing capacitor are connected in the vicinity of the lower surface of the box, and the attaching and detaching work of the connecting portion is performed on the bottom of the box. Since it can be performed from the opening, the switching unit can be easily removed and replaced. Further, since no extra work space for attachment / detachment is required, the apparatus can be miniaturized. Furthermore, since the connection length between the switching element and the smoothing capacitor can be shortened, the wiring inductance can be reduced.

なお、上記の実施の形態１及び２では、直流電力を３相交流電力に変換する電力変換装置の場合について説明したが、単相あるいは３相の交流電力を直流電力に変換する電力変換装置や、直流電力を単相交流電力に変換する電力変換装置にも同様に適用できる。
また、上記実施の形態では、２レベル式インバータの場合を説明したが、それ以外の例えば３レベル方式の電力変換装置でも良い。
また、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いたが、ＧＴＯやトランジスタなど、他のスイッチング素子でも良い。
また、スイッチング素子を冷却する冷却器として自冷のヒートシンク式のもので説明したが、冷却器は、自冷式のもの以外に、強制風冷式や水冷式など他の冷却方式でも良い。
更にまた、平滑コンデンサは絶縁樹脂モールド型以外にも、例えば、平滑コンデンサのケースが金属であり、内部の絶縁材料が樹脂で構成されたものや、絶縁材料およびケースの両者に樹脂を適用したもの等、乾式タイプの平滑コンデンサであれば全く同様の効果を有することはいうまでもない。 In the first and second embodiments described above, the case of a power conversion device that converts DC power into three-phase AC power has been described. However, a power conversion device that converts single-phase or three-phase AC power into DC power, The present invention can be similarly applied to a power conversion device that converts DC power into single-phase AC power.
In the above embodiment, the case of a two-level inverter has been described. However, for example, a three-level power converter may be used.
Moreover, although IGBT was used as a switching element, other switching elements, such as GTO and a transistor, may be used.
Further, although the self-cooling heat sink type has been described as the cooler for cooling the switching element, the cooling device may be other cooling methods such as a forced air cooling type and a water cooling type in addition to the self-cooling type.
Furthermore, in addition to the insulating resin mold type, for example, the smoothing capacitor case is made of metal and the internal insulating material is made of resin, or the insulating material and the case are made of resin. Needless to say, a dry type smoothing capacitor has exactly the same effect.

平滑コンデンサとスイッチング素子を有し、車両の床下に設置されて使用される電力変換装置に広く適用できる。   It has a smoothing capacitor and a switching element, and can be widely applied to a power conversion device installed and used under the floor of a vehicle.

この発明の実施の形態１による電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power converter device by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１による電力変換装置を鉄道車両の床下に配置した状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state which has arrange | positioned the power converter device by Embodiment 1 of this invention under the floor of a rail vehicle. この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device by Embodiment 1 of this invention. 図３の矢印方向から見た斜視図である。It is the perspective view seen from the arrow direction of FIG. 実施の形態１による電力変換装置の別の形態を示す配置側面図である。It is an arrangement | positioning side view which shows another form of the power converter device by Embodiment 1. FIG. 図５の電力変換装置の斜視図である。It is a perspective view of the power converter device of FIG. この発明の実施の形態２による電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power converter device by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２による電力変換装置の斜視図である。It is a perspective view of the power converter device by Embodiment 2 of this invention. 実施の形態２による電力変換装置の別の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another form of the power converter device by Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１，１Ａ〜１Ｃ，１５ 平滑コンデンサ
２，２Ａ〜２Ｃ，３，３Ａ〜３Ｃ スイッチング素子
４ 車体
５ 箱体
５ａ 側面開口部
５ｂ 底面開口部
６，１６ 電極端子
７ 冷却器
１３，１３Ａ〜１３Ｃ，１９ スイッチングユニット
１１，１１Ａ〜１１Ｃ，１４，１４Ａ〜１４Ｃ，１８，２０ ブスバー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A-1C, 15 Smoothing capacitor 2,2A-2C, 3,3A-3C Switching element 4 Car body 5 Box 5a Side opening 5b Bottom opening 6,16 Electrode terminal 7 Cooler 13, 13A-13C, 19 Switching unit 11, 11A-11C, 14, 14A-14C, 18, 20 Busbar.

Claims (4)

鉄道車両の床下に設けた箱体に取り付けられて使用される鉄道車両用の電力変換装置において、
上記箱体の内部に固定される乾式タイプの複数の平滑コンデンサと、
２個以上のスイッチング素子を直列に接続して上記平滑コンデンサのそれぞれに並列に接続される複数の直列回路、上記スイッチング素子を冷却する冷却器、上記直列回路と上記平滑コンデンサとを接続するブスバーを有するスイッチングユニットとを備え、
上記スイッチングユニットは、上記箱体の側面の開口から内部に挿入されて上記冷却器側が上記箱体の外部に露出するように上記箱体に取り付けられ、上記ブスバーと上記平滑コンデンサの電極端子とが上記箱体内の下面近傍で接続されて、上記接続された箇所の着脱作業を上記箱体の底面の開口から行えるようにしたことを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。 In a power converter for a railway vehicle used by being attached to a box provided under the floor of the railway vehicle,
A plurality of dry type smoothing capacitors fixed inside the box,
A plurality of series circuits in which two or more switching elements are connected in series and connected in parallel to each of the smoothing capacitors, a cooler that cools the switching elements, and a bus bar that connects the series circuits and the smoothing capacitors. A switching unit having
The switching unit is inserted into the box from the opening on the side of the box and is attached to the box so that the cooler side is exposed to the outside of the box, and the bus bar and the electrode terminal of the smoothing capacitor are connected to each other. A power converter for a railway vehicle, characterized in that it is connected in the vicinity of the lower surface in the box, and the attaching / detaching operation of the connected portion can be performed from the opening on the bottom surface of the box. 鉄道車両の床下に設けた箱体に取り付けられて使用される鉄道車両用の電力変換装置において、
上記箱体の内部に固定される乾式タイプの平滑コンデンサと、
２個以上のスイッチング素子を直列に接続したものを複数個並列に接続して上記平滑コンデンサに並列に接続されるスイッチング回路、上記スイッチング素子を冷却する冷却器、上記スイッチング回路と上記平滑コンデンサとを接続するブスバーを有するスイッチングユニットとを備え、
上記スイッチングユニットは、上記箱体の側面の開口から内部に挿入されて上記冷却器側が上記箱体の外部に露出するように上記箱体に取り付けられ、上記ブスバーと上記平滑コンデンサの電極端子とが上記箱体内の下面近傍で接続されて、上記接続された箇所の着脱作業を上記箱体の底面の開口から行えるようにしたことを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。 In a power converter for a railway vehicle used by being attached to a box provided under the floor of the railway vehicle,
A dry type smoothing capacitor fixed inside the box,
A switching circuit in which two or more switching elements connected in series are connected in parallel and connected in parallel to the smoothing capacitor, a cooler for cooling the switching element, the switching circuit and the smoothing capacitor. A switching unit having a bus bar to be connected,
The switching unit is inserted into the box from the opening on the side of the box and is attached to the box so that the cooler side is exposed to the outside of the box, and the bus bar and the electrode terminal of the smoothing capacitor are connected to each other. A power converter for a railway vehicle, characterized in that it is connected in the vicinity of the lower surface in the box, and the attaching / detaching operation of the connected portion can be performed from the opening on the bottom surface of the box. 上記平滑コンデンサは、上記電極端子を上記箱体の底面側に向けて下向きに配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鉄道車両用の電力変換装置。   The railroad car power converter according to claim 1 or 2, wherein the smoothing capacitor is arranged with the electrode terminal facing downward toward the bottom surface of the box. 上記平滑コンデンサは、上記電極端子を上記箱体の上記スイッチングユニット取付側の側面に向けて横向きに配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鉄道車両用の電力変換装置。   3. The power converter for a railway vehicle according to claim 1, wherein the smoothing capacitor is disposed laterally with the electrode terminal facing a side surface of the box on the switching unit mounting side. 4. .
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