JP7180384B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、トランス部を備える電力変換装置に関する。

従来、トランス部を備える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、電線巻物部品（トランス部）を備える鉄道車両用電力変換装置が開示されている。この鉄道車両用電力変換装置では、電力変換用の半導体素子に電気的に接続される電線巻物部品（トランス部）が、半導体素子を冷却するための半導体冷却ユニットに装着されている。また、この鉄道車両用電力変換装置では、半導体冷却ユニットは、平板状の受熱部と、受熱部に接続される複数の放熱フィンとを含む。また、受熱部の放熱フィンが設けられる側とは反対側（上面）には、半導体素子が載置されている。また、半導体冷却ユニットには、複数の放熱フィンのうちの一部が取り除かれるように形成された隙間が設けられている。そして、この隙間に、電線巻物部品が配置されている。また、電線巻物部品は、平板状の受熱部の放熱フィンが設けられる側（下面）に密着するように配置されている。

また、上記特許文献１の受熱部には、貫通孔が設けられている。そして、電線巻物部品には、受熱部の貫通孔を介して半導体素子側（上方側）に延びる端子が設けられている。また、半導体素子には、端子が設けられている。電線巻物部品の端子の先端の高さ位置と、半導体素子の端子の先端の高さ位置とは、略同じである。そして、電線巻物部品の端子の先端と、半導体素子の端子の先端とが、電気接続導体によって電気的に接続されている。

特開２００２－３１５１１４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載される鉄道車両用電力変換装置では、電線巻物部品が受熱部の放熱フィンが設けられる側（下面）配置されているため、電線巻物部品と半導体素子とを接続する配線（経路）の長さが比較的大きくなる。このため、配線のインダクタンスが増大することに起因して、損失（電流が熱に変わってしまうという損失）が大きくな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、配線のインダクタンスが増大することに起因して、損失が大きくなるのを抑制することが可能な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電力変換装置は、入力された直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換部と、直流交流変換部からの交流電圧が入力され、第１巻線と第２巻線とを有するトランス部と、直流交流変換部に対して積層されるように配置され、直流交流変換部と第１巻線とを電気的に接続する第１導体と、トランス部の第２巻線から出力される交流電圧を直流電圧に変換する整流部と、整流部に対して積層されるように配置され、第２巻線と整流部とを電気的に接続する第２導体と、直流交流変換部に対して第１導体とは反対側に積層されるように配置され、直流交流変換部からの発熱を放熱する第１冷却部と、第１冷却部と離間した状態で配置されるとともに整流部に対して第２導体とは反対側に積層されるように配置され、整流部からの発熱を放熱する第２冷却部とを備え、トランス部は、第１冷却部と第２冷却部との間に配置されているとともに、トランス部の少なくとも一部は、第１冷却部および第２冷却部よりも第１導体および第２導体に近い位置に配置されている。

この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、トランス部は、第１冷却部と第２冷却部との間に配置されているとともに、トランス部の少なくとも一部は、第１冷却部および第２冷却部よりも第１導体および第２導体に近い位置に配置されている。これにより、トランス部の少なくとも一部と、第１導体および第２導体との間の距離が比較的短くなる。その結果、直流交流変換部とトランス部とを電気的に接続する配線（経路）の長さと、整流部とトランス部とを電気的に接続する配線（経路）の長さとを小さくすることができる。これにより、配線のインダクタンスが増大することに起因して、損失が大きくなるのを抑制することができる。その結果、配線のインダクタンスが増大することに起因して、サージ電圧が増加するのを抑制することができる。また、冷却部に設けられる複数の放熱フィン部のうちの一部を取り除く加工処理を行うとともに、放熱フィン部が取り除かれた隙間にトランス部を配置する場合と異なり、第１冷却部と第２冷却部とを加工する必要はない。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、トランス部は、第１冷却部の直流交流変換部が積層される側の面、および、第２冷却部の整流部が積層される側の面よりも、第１導体および第２導体が配置されている側に突出するように配置されている。このように構成すれば、トランス部を第１導体および第２導体に近づけることができる。その結果、容易に、直流交流変換部とトランス部とを電気的に接続する配線（経路）の長さと、整流部とトランス部とを電気的に接続する配線（経路）の長さとを小さくすることができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、直流交流変換部、第１導体、整流部および第２導体が収納される筐体をさらに備え、第１冷却部および第２冷却部は、筐体の一の面側に配置されており、第１冷却部および第２冷却部が配置される筐体の一の面には、第１冷却部と第２冷却部との間に対応する位置にトランス部が挿入される開口部が設けられており、トランス部の少なくとも一部は、開口部を介して筐体の中央部側に配置されている。このように構成すれば、トランス部の少なくとも一部を、開口部を介して、第１導体および第２導体に容易に近づけることができる。

この場合、好ましくは、トランス部の第１巻線の少なくとも一部および第２巻線の少なくとも一部は、開口部を介して筐体の中央部側に配置されている。このように構成すれば、トランス部の第１巻線および第２巻線が筐体（開口部）の外部に配置されている場合と比べて、トランス部を、第１導体および第２導体により近づけることができる。

上記筐体を備える電力変換装置において、好ましくは、トランス部の第１巻線に設けられる第１接続端子と、トランス部の第２巻線に設けられる第２接続端子と、トランス部の筐体に挿入される側の面を覆うように設けられるとともに、開口部に挿入されるカバー部材とをさらに備え、カバー部材には、第１接続端子が挿通される第１孔部と、第２接続端子が挿通される第２孔部とが設けられている。このように構成すれば、筐体の内部とトランス部とをカバー部材によって分離することができる。これにより、筐体の内部にトランス部が配置されることに起因して、筐体から発生した熱によって筐体の内部の温度が上昇するのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、第１接続端子の一方端側は、第１巻線に接続されるとともに、他方端側には第１導体に締結するための第１締結孔が設けられており、第２接続端子の一方端側は、第２巻線に接続されるとともに、他方端側には第２導体に締結するための第２締結孔が設けられている。このように構成すれば、第１導体と第１接続端子とを締結することにより、容易に、直流交流変換部と第１巻線とを電気的に接続することができる。また、第２導体と第２接続端子とを締結することにより、容易に、整流部と第２巻線とを電気的に接続することができる。

上記第１接続端子および第２接続端子を備える電力変換装置において、好ましくは、第１接続端子は、略Ｉ字形状または略Ｌ字形状を有しており、第２接続端子は、略Ｉ字形状または略Ｌ字形状を有している。このように構成すれば、第１接続端子および第２接続端子の形状が略Ｉ字形状の場合、第１接続端子および第２接続端子の長さが比較的小さくなる。これにより、直流交流変換部とトランス部とを電気的に接続する配線（経路）の長さと、整流部とトランス部とを電気的に接続する配線（経路）の長さとをより小さくすることができる。また、第１接続端子および第２接続端子の形状が略Ｌ字形状の場合、略Ｌ字形状の第１接続端子（第２接続端子）の上方に第１導体（第２導体）を安定した状態で配置することができる。

上記筐体を備える電力変換装置において、好ましくは、カバー部材の筐体に挿入される側とは反対側には、開口部の外縁部に当接するフランジ部が設けられており、開口部の外縁部には、開口部の外縁部とフランジ部とを固定する固定部材が挿通される第３孔部が設けられているとともに、フランジ部には、固定部材が挿通される第４孔部が設けられている。このように構成すれば、筐体とカバー部材とを固定部材によって固定することができる。その結果、外気が筐体の内部に侵入するのを抑制することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、直流交流変換部、トランス部、整流部、第１導体、第２導体、第１冷却部、および、第２冷却部を含む電力変換装置本体部をさらに備え、電力変換装置本体部は、鉄道車両に配置されており、第１冷却部および第２冷却部は、それぞれ、複数の放熱フィン部を含み、複数の放熱フィン部は、鉄道車両の走行方向に沿うように配置されている。このように構成すれば、複数の放熱フィン部は、鉄道車両の走行方向に沿うように配置されているので、走行風によって、複数の放熱フィン部からの放熱を効率的に行うことができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、直流交流変換部と整流部とのうちの少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体素子を含む。ここで、ワイドバンドギャップ半導体素子は、比較的高速に動作させることが可能である一方、高速の動作に起因して発熱量が大きくなる場合がある。そこで、配線のインダクタンス（抵抗）を小さくすることは、発熱量を低減する点において特に有効である。

本発明によれば、上記のように、配線のインダクタンスが増大することに起因して、損失が大きくなるのを抑制することができる。

一実施形態による電力変換装置の回路図である。 図５の４００－４００線に沿った断面図である。 一実施形態による電力変換装置の上面図である。 一実施形態による第１導体（第２導体）の断面図である。 一実施形態による電力変換装置の下面図である。 一実施形態による第１接続端子（第２接続端子）の斜視図である。 一実施形態によるカバー部材の斜視図である。 一実施形態によるカバー部材と第１導体とが接続されている部分の断面図である。 変形例による第１接続端子（第２接続端子）の斜視図である。

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。

［本実施形態］
図１～図８を参照して、本実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。電力変換装置１００は、蓄電池２００から入力される直流電圧を所望の電圧に変換して、直流負荷２０１に出力するように構成されている。

（電力変換装置の回路構成）

図１に示すように、電力変換装置１００の入力部１０１には、蓄電池２００が接続されている。また、電力変換装置１００の出力部１０２には、直流負荷２０１が接続されている。

また、電力変換装置１００には、１次側回路１と２次側回路２とが設けられている。また、１次側回路１と２次側回路２との間には、トランス部３が設けられている。トランス部３は、たとえば、高周波絶縁トランスから構成されている。

電力変換装置１００の１次側回路１には、入力フィルタコンデンサ４が設けられている。入力フィルタコンデンサ４は、入力部１０１と、後述する直流交流変換部１０との間に配置されている。入力フィルタコンデンサ４は、入力された直流電圧のノイズを除去するように構成されている。

また、１次側回路１には、直流交流変換部１０が設けられている。直流交流変換部１０は、入力された直流電圧を交流電圧（高周波交流電圧）に変換するように構成されている。具体的には、直流交流変換部１０は、第１スイッチングモジュール１１と第２スイッチングモジュール１２とを含む。第１スイッチングモジュール１１および第２スイッチングモジュール１２は、それぞれ、互いに直列接続された２つのスイッチング素子１０ａにより構成されている。ここで、本実施形態では、スイッチング素子１０ａは、ワイドバンドギャップ半導体素子からなる。なお、ワイドバンドギャップ半導体素子とは、比較的大きい（シリコンのバンドギャップよりも大きい）バンドギャップを有する半導体素子を意味する。また、第１スイッチングモジュール１１と第２スイッチングモジュール１２とは、互いに並列に接続されている。

トランス部３は、直流交流変換部１０からの交流電圧が入力される。また、トランス部３は、第１巻線３ａ（１次側の巻線）と、第２巻線３ｂ（２次側の巻線）とを有する。第１巻線３ａの一方端側は、第１スイッチングモジュール１１の２つのスイッチング素子１０ａの接続点に電気的に接続されている。また、第１巻線３ａの他方端側は、第２スイッチングモジュール１２の２つのスイッチング素子１０ａの接続点に電気的に接続されている。また、入力フィルタコンデンサ４の正極側、第１スイッチングモジュール１１の正極側、および、第２スイッチングモジュール１２の正極側は、電気的に接続されている。また、入力フィルタコンデンサ４の負極側、第１スイッチングモジュール１１の負極側、および、第２スイッチングモジュール１２の負極側は、電気的に接続されている。

また、２次側回路２には、整流部２０が設けられている。整流部２０は、トランス部３の第２巻線３ｂから出力される交流電圧を直流電圧に変換するように構成されている。具体的には、整流部２０は、第１ダイオードモジュール２１と第２ダイオードモジュール２２とを含む。第１ダイオードモジュール２１および第２ダイオードモジュール２２は、それぞれ、互いに直列に接続される２つのダイオード素子２０ａを含む。本実施形態では、ダイオード素子２０ａは、ワイドバンドギャップ半導体素子から構成されている。

また、２次側回路２には、出力フィルタコンデンサ５が設けられている。出力フィルタコンデンサ５は、出力部１０２と整流部２０との間に配置されている。出力フィルタコンデンサ５は、出力される直流電圧のノイズを除去するように構成されている。

また、出力フィルタコンデンサ５の正極側、第１ダイオードモジュール２１のカソード側、および、第２ダイオードモジュール２２のカソード側は、電気的に接続されている。また、第２巻線３ｂの一方端側は、第１ダイオードモジュール２１の２つのダイオード素子２０ａの接続点に電気的に接続されている。また、第２巻線３ｂの他方端側は、第２ダイオードモジュール２２の２つのダイオード素子２０ａの接続点に電気的に接続されている。また、出力フィルタコンデンサ５の負極側、第１ダイオードモジュール２１のアノード側、および、第２ダイオードモジュール２２のアノード側は、電気的に接続されている。

（電力変換装置の具体的な構造）
次に、電力変換装置１００の具体的な構造について説明する。

図２に示すように、電力変換装置１００は、電力変換装置本体部１００ａを備えている。電力変換装置本体部１００ａは、直流交流変換部１０、トランス部３、整流部２０、第１導体３０、第２導体４０、第１冷却部５０、および、第２冷却部６０を含む。また、電力変換装置本体部１００ａは、鉄道車両２１０に配置されている。たとえば、電力変換装置本体部１００ａは、鉄道車両２１０の下面２１１（Ｚ２方向側）に配置されている。なお、図２では、紙面に直交する方向（Ｙ方向）が、鉄道車両２１０の走行方向に対応する。

また、直流交流変換部１０および整流部２０は、Ｘ方向に隣り合うように配置されている。また、図３に示すように、直流交流変換部１０の第１スイッチングモジュール１１および第２スイッチングモジュール１２は、Ｙ方向に隣り合うように配置されている。また、整流部２０の第１ダイオードモジュール２１および第２ダイオードモジュール２２は、Ｙ方向に隣り合うように配置されている。また、直流交流変換部１０の発熱量および整流部２０の発熱量は、比較的大きい。

図２に示すように、第１導体３０は、直流交流変換部１０に対して、Ｚ１方向側（上方側）に積層されるように配置されている。また、第１導体３０は、直流交流変換部１０と第１巻線３ａとを電気的に接続する。図４に示すように、第１導体３０は、複数の金属板部分３１と、複数の金属板部分３１同士を絶縁するための絶縁板部分３２とにより構成されている。

そして、第１巻線３ａの一方端側と、第１スイッチングモジュール１１の２つのスイッチング素子１０ａの接続点とが、複数の金属板部分３１のいずれかの金属板部分３１により電気的に接続されている。また、第１巻線３ａの他方端側と、第２スイッチングモジュール１２の２つのスイッチング素子１０ａの接続点とが、いずれかの金属板部分３１により電気的に接続されている。また、入力フィルタコンデンサ４の正極側、第１スイッチングモジュール１１の正極側、および、第２スイッチングモジュール１２の正極側が、いずれかの金属板部分３１により、電気的に接続されている。また、入力フィルタコンデンサ４の負極側、第１スイッチングモジュール１１の負極側、および、第２スイッチングモジュール１２の負極側が、いずれかの金属板部分３１により、電気的に接続されている。

また、図２に示すように、第１導体３０は、平板形状で、かつ、Ｙ方向側からみて、略Ｌ字形状に屈曲した形状を有する。そして、略Ｌ字形状に屈曲した第１導体３０のＺ１方向側には、入力フィルタコンデンサ４が電気的に接続されている。また、略Ｌ字形状に屈曲した第１導体３０のＺ２方向側（下面３０ａ）に、直流交流変換部１０が電気的に接続されている。なお、第１導体３０と、入力フィルタコンデンサ４および直流交流変換部１０とは、たとえば、ネジ部材６により固定されている。

第１冷却部５０は、直流交流変換部１０に対して第１導体３０とは反対側（Ｚ２方向側）に積層されるように配置されている。また、第１冷却部５０は、直流交流変換部１０からの発熱を放熱するように構成されている。具体的には、第１冷却部５０は、平板形状の板状部分５１と、板状部分５１から下方に延びる複数の放熱フィン部５２を含む。直流交流変換部１０は、板状部分５１の上側の面５０ａに載置されている。また、板状部分５１は、電力変換装置１００の筐体７０に設けられた開口部７１を介して、筐体７０の内部側に露出している。そして、筐体７０内に露出した板状部分５１に直流交流変換部１０が載置されている。また、放熱フィン部５２によって、直流交流変換部１０から発生する熱を、効率的に、大気中に放熱することが可能になる。

第２導体４０は、整流部２０に対して、Ｚ１方向側（上方側）に積層されるように配置されている。また、第２導体４０は、整流部２０と第２巻線３ｂとを電気的に接続する。図４に示すように、第２導体４０は、第１導体３０と同様に、複数の金属板部分３１と、複数の金属板部分３１同士を絶縁するための絶縁板部分３２とにより構成されている。

そして、出力フィルタコンデンサ５の正極側、第１ダイオードモジュール２１のカソード側、および、第２ダイオードモジュール２２のカソード側とは、複数の金属板部分３１のいずれかの金属板部分３１により、電気的に接続されている。また、第２巻線３ｂの一方端側と、第１ダイオードモジュール２１の２つのダイオード素子２０ａの接続点とは、いずれかの金属板部分３１により、電気的に接続されている。また、第２巻線３ｂの他方端側と、第２ダイオードモジュール２２の２つのダイオード素子２０ａの接続点とは、いずれかの金属板部分３１により、電気的に接続されている。また、出力フィルタコンデンサ５の負極側、第１ダイオードモジュール２１のアノード側、および、第２ダイオードモジュール２２のアノード側は、いずれかの金属板部分３１により、電気的に接続されている。

また、図２に示すように、第２導体４０は、平板形状で、かつ、Ｙ方向側からみて、略Ｌ字形状に屈曲した形状を有する。そして、略Ｌ字形状に屈曲した第２導体４０のＺ１方向側には、出力フィルタコンデンサ５が電気的に接続されている。また、略Ｌ字形状に屈曲した第２導体４０のＺ２方向側（下面４０ａ）に、整流部２０が電気的に接続されている。なお、第２導体４０と、出力フィルタコンデンサ５および整流部２０とは、たとえば、ネジ部材６により固定されている。

第２冷却部６０は、整流部２０に対して第２導体４０とは反対側（Ｚ２方向側）に積層されるように配置されている。また、第２冷却部６０は、整流部２０からの発熱を放熱するように構成されている。具体的には、第２冷却部６０は、平板形状の板状部分６１と、板状部分６１から下方に延びる複数の放熱フィン部６２を含む。整流部２０は、板状部分６１の上側の面６０ａに載置されている。また、板状部分６１は、電力変換装置１００の筐体７０に設けられた開口部７２を介して、筐体７０の内部側に露出している。そして、筐体７０内に露出した板状部分６１に整流部２０が載置されている。また、放熱フィン部６２によって、整流部２０から発生する熱を、効率的に、大気中に放熱することが可能になる。

ここで、本実施形態では、図５に示すように、複数の放熱フィン部５２、および、複数の放熱フィン部６２は、鉄道車両２１０の走行方向（Ｙ方向）に沿うように配置されている。また、放熱フィン部５２、および、放熱フィン部６２は、Ｙ方向に沿う平板形状を有する。

また、第２冷却部６０は、第１冷却部５０と離間した状態で配置されている。具体的には、第１冷却部５０と第２冷却部６０とは、第１冷却部５０と離間した状態で、Ｘ方向に並ぶように配置されている。

ここで、本実施形態では、図２に示すように、トランス部３は、第１冷却部５０と第２冷却部６０との間に配置されている。具体的には、第１冷却部５０とトランス部３と第２冷却部６０とは、この順で、Ｘ方向に隣り合うように配置されている。そして、トランス部３の少なくとも一部は、第１冷却部５０および第２冷却部６０よりも第１導体３０および第２導体４０に近い位置に配置されている。具体的には、トランス部３は、第１冷却部５０の直流交流変換部１０が積層される側の面５０ａ、および、第２冷却部６０の整流部２０が積層される側の面６０ａよりも、第１導体３０および第２導体４０が配置されている側に突出するように配置されている。これにより、Ｚ方向に沿った、第１導体３０とトランス部３の筐体７０に挿入される側の面（面３ｃ）との間の距離Ｌ１は、Ｚ方向に沿った、第１導体３０と第１冷却部５０との間の距離Ｌ２よりも小さい。また、Ｚ方向に沿った、第２導体４０と、トランス部３（面３ｃ）との間の距離Ｌ３は、Ｚ方向に沿った、第２導体４０と第２冷却部６０との間の距離Ｌ４よりも小さい。

具体的には、トランス部３の面３ｃは、第１冷却部５０の直流交流変換部１０が積層される板状部分５１のＺ１方向側の面５０ａよりも、Ｚ１方向側に配置されている。同様に、トランス部３の面３ｃは、第２冷却部６０の整流部２０が積層される板状部分６１のＺ１方向側の面６０ａよりも、Ｚ１方向側に配置されている。

また、電力変換装置１００は、直流交流変換部１０、第１導体３０、整流部２０および第２導体４０が収納される筐体７０を備えている。筐体７０は、たとえば、金属からなる。また、筐体７０は、箱形状を有する。そして、本実施形態では、第１冷却部５０および第２冷却部６０は、筐体７０の下面７３側に配置されている。そして、筐体７０の下面７３には、第１冷却部５０と第２冷却部６０との間に対応する位置に、トランス部３が挿入される開口部７４が設けられている。そして、トランス部３の少なくとも一部は、開口部７４を介して筐体７０の中央部側に配置されている。なお、下面７３は、特許請求の範囲の「筐体の一の面」の一例である。

具体的には、開口部７４は、略四角形形状を有する。そして、トランス部３の上部が、開口部７４を介して筐体７０の中央部側に配置されている。なお、トランス部３の面３ｃの高さ位置ｈ１は、直流交流変換部１０の上面１０ｂの高さ位置ｈ２、および、整流部２０の上面２０ｂの高さ位置ｈ３よりも低い。また、トランス部３の面３ｃの高さ位置ｈ１は、第１導体３０の下面３０ａの高さ位置ｈ４、および、第２導体４０の下面４０ａの高さ位置ｈ５よりも低い。

また、本実施形態では、トランス部３の第１巻線３ａの少なくとも一部および第２巻線３ｂの少なくとも一部は、開口部７４を介して筐体７０の中央部側に配置されている。具体的には、トランス部３の第１巻線３ａの上方側および第２巻線３ｂの上方側が、開口部７４を介して筐体７０の中央部側に配置されている。

また、本実施形態では、トランス部３の第１巻線３ａには、第１接続端子３ｄが設けられている。また、トランス部３の第２巻線３ｂには、第２接続端子３ｅが設けられている。第１接続端子３ｄと第２接続端子３ｅとは、同一の形状を有する。第１接続端子３ｄおよび第２接続端子３ｅは、導電性の部材（金属）により構成されている。また、図６に示すように、第１接続端子３ｄおよび第２接続端子３ｅは、略Ｉ字形状を有している。そして、第１接続端子３ｄの一方端側は、第１巻線３ａに接続される。また、第１接続端子３ｄの他方端側には第１導体３０に締結するためのネジ孔３ｆが設けられている。また、第１接続端子３ｄは、第１巻線３ａの一方端側と他方端側とにそれぞれ設けられている。また、第２接続端子３ｅは、第２巻線３ｂの一方端側と他方端側とにそれぞれ設けられている。なお、ネジ孔３ｆは、特許請求の範囲の「第１締結孔」および「第２締結孔」の一例である。

具体的には、第１接続端子３ｄの一方端側は、略円筒形状を有している。そして、略円筒状の第１接続端子３ｄの一方端側の内部に第１巻線３ａが挿入されるとともに、第１巻線３ａが第１接続端子３ｄに対して圧着されている。また、第１接続端子３ｄの他方端側は、略円柱形状を有している。そして、略円柱形状の第１接続端子３ｄの他方端側にネジ孔３ｆが設けられている。また、第１接続端子３ｄと同様に、第２接続端子３ｅの一方端側は、第２巻線３ｂに接続される。また、第２接続端子３ｅの他方端側には第２導体４０に締結するためのネジ孔３ｆが設けられている。

図２に示すように、第１接続端子３ｄと第１導体３０とがネジ部材６により直接接続される。また、第２接続端子３ｅと第２導体４０とがネジ部材６により直接接続される。これにより、トランス部３と第１導体３０との間のインダクタンス、および、トランス部３と第２導体４０との間のインダクタンスを低減することが可能になる。

また、本実施形態では、トランス部３の筐体７０に挿入される側の面（面３ｃ）を覆うようにカバー部材８０が設けられている。また、カバー部材８０は、筐体７０の開口部７４に挿入される。図７に示すように、カバー部材８０には、第１接続端子３ｄが挿通される第１孔部８１と、第２接続端子３ｅが挿通される第２孔部８２とが設けられている。具体的には、カバー部材８０は、平面視において（Ｚ１方向側から見て）、開口部７４と同様に、略四角形形状を有する。また、第１孔部８１と第２孔部８２とは、それぞれ、２つずつ設けられている。

また、本実施形態では、カバー部材８０の筐体７０に挿入される側とは反対側（Ｚ２方向側）には、開口部７４の外縁部に当接するフランジ部８３が設けられている。そして、図２に示すように、開口部７４の外縁部には、開口部７４の外縁部とフランジ部８３とを固定する固定部材７が挿通される孔部７５が設けられている。また、フランジ部８３には、固定部材７が挿通される孔部８４（図７参照）が設けられている。孔部７５と孔部８４とは、それぞれ、４つずつ設けられている。また、トランス部３の台座部３ｇの四隅に、Ｚ方向に延びるように、固定部材７が取り付けられている。固定部材７は、略円柱形状を有する。そして、カバー部材８０が開口部７４に挿入された状態で、固定部材７が、孔部７５および孔部８４を貫通する。そして、ネジ部材６が固定部材７に螺合されることにより、筐体７０、カバー部材８０およびトランス部３が固定される。これにより、筐体７０の内部と外部とが、カバー部材８０によって遮断される。なお、孔部７５および孔部８４は、それぞれ、特許請求の範囲の「第３孔部」および「第４孔部」の一例である。

また、図８に示すように、カバー部材８０は、たとえば、金属などにより形成されている。そこで、カバー部材８０の第１孔部８１にブッシュなどの絶縁部材８５が設けられる。そして、絶縁部材８５により第１接続端子３ｄとカバー部材８０とが絶縁される。同様に、ブッシュなどの絶縁部材８５により、第２接続端子３ｅとカバー部材８０とが絶縁される。

［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、トランス部３は、第１冷却部５０と第２冷却部６０との間に配置されているとともに、トランス部３の少なくとも一部は、第１冷却部５０および第２冷却部６０よりも第１導体３０および第２導体４０に近い位置に配置されている。これにより、トランス部３の少なくとも一部と、第１導体３０および第２導体４０との間の距離（Ｌ１およびＬ３）が比較的短くなる。その結果、直流交流変換部１０とトランス部３とを電気的に接続する配線（経路）の長さと、整流部２０とトランス部３とを電気的に接続する配線（経路）の長さとを小さくすることができる。これにより、配線のインダクタンスが増大することに起因して、損失が大きくなるのを抑制することができる。その結果、配線のインダクタンスが増大することに起因して、サージ電圧が増加するのを抑制することができる。また、冷却部に設けられる複数の放熱フィン部のうちの一部を取り除く加工処理を行うとともに、放熱フィン部が取り除かれた隙間にトランス部３を配置する場合と異なり、第１冷却部５０と第２冷却部６０とを加工する必要はない。

また、本実施形態では、上記のように、トランス部３は、第１冷却部５０の直流交流変換部１０が積層される側の面５０ａ、および、第２冷却部６０の整流部２０が積層される側の面６０ａよりも、第１導体３０および第２導体４０が配置されている側に突出するように配置されている。これにより、トランス部３を第１導体３０および第２導体４０に近づけることができる。その結果、容易に、直流交流変換部１０とトランス部３とを電気的に接続する配線（経路）の長さと、整流部２０とトランス部３とを電気的に接続する配線（経路）の長さとを小さくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、トランス部３の少なくとも一部は、開口部７４を介して筐体７０の中央部側に配置されている。これにより、トランス部３の少なくとも一部を、開口部７４を介して、第１導体３０および第２導体４０に容易に近づけることができる。

また、本実施形態では、上記のように、トランス部３の第１巻線３ａの少なくとも一部および第２巻線３ｂの少なくとも一部は、開口部７４を介して筐体７０の中央部側に配置されている。これにより、トランス部３の第１巻線３ａおよび第２巻線３ｂが筐体７０（開口部７４）の外部に配置されている場合と比べて、トランス部３を、第１導体３０および第２導体４０により近づけることができる。

また、本実施形態では、上記のように、トランス部３の筐体７０に挿入される側の面３ｃを覆うように設けられるとともに開口部７４に挿入されるカバー部材８０を設ける。これにより、筐体７０の内部とトランス部３とをカバー部材８０によって分離することができる。その結果、筐体７０の内部にトランス部３が配置されることに起因して、筐体７０から発生した熱によって筐体７０の内部の温度が上昇するの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、第１接続端子３ｄの一方端側は、第１巻線３ａに接続されるとともに、他方端側には第１導体３０に締結するためのネジ孔３ｆが設けられている。第２接続端子３ｅの一方端側は、第２巻線３ｂに接続されるとともに、他方端側には第２導体４０に締結するためのネジ孔３ｆが設けられている。これにより、第１導体３０と第１接続端子３ｄとを締結することにより、容易に、直流交流変換部１０と第１巻線３ａとを電気的に接続することができる。また、第２導体４０と第２接続端子３ｅとを締結することにより、容易に、整流部２０と第２巻線３ｂとを電気的に接続することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第１接続端子３ｄは、略Ｉ字形状を有しており、第２接続端子３ｅは、略Ｉ字形状を有している。これにより、第１接続端子３ｄおよび第２接続端子３ｅの長さが比較的小さくなる。その結果、直流交流変換部１０とトランス部３とを電気的に接続する配線（経路）の長さと、整流部２０とトランス部３とを電気的に接続する配線（経路）の長さとをより小さくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、開口部７４の外縁部には、開口部７４の外縁部とフランジ部８３とを固定する固定部材７が挿通される孔部７５が設けられているとともに、フランジ部８３には、固定部材７が挿通される孔部８４が設けられている。これにより、筐体７０とカバー部材８０とを固定部材７に固定することができる。その結果、外気が筐体７０の内部に侵入するの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、複数の放熱フィン部５２（複数の放熱フィン部６２）は、鉄道車両２１０の走行方向に沿うように配置されている。これにより、複数の放熱フィン部５２（複数の放熱フィン部６２）は、鉄道車両２１０の走行方向に沿うように配置されているので、走行風によって、複数の放熱フィン部５２（複数の放熱フィン部６２）からの放熱を効率的に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、直流交流変換部１０と整流部２０とのうちの少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体素子を含む。ここで、ワイドバンドギャップ半導体素子は、比較的高速に動作させることが可能である一方、高速の動作に起因して発熱量が大きくなる場合がある。そこで、配線のインダクタンス（抵抗）を小さくすることは、発熱量を低減する点において特に有効である。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって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、上記した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すべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、電力変換装置本体部１００ａが鉄道車両２１０の下面２１１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。たとえば、電力変換装置本体部１００ａが鉄道車両２１０の側面に配置されていてもよい。この場合、第１冷却部５０と第２冷却部６０とが、Ｚ方向に並ぶように配置される。また、この場合、放熱フィン部５２および放熱フィン部６２は、Ｚ方向に沿うように配置されてもよい。

また、上記実施形態では、電力変換装置本体部１００ａが、鉄道車両２１０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、電力変換装置本体部１００ａは、鉄道車両２１０以外の機器に配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、トランス部３の第１巻線３ａの一部および第２巻線３ｂの一部が、開口部７４を介して筐体７０の中央部側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。たとえば、第１巻線３ａおよび第２巻線３ｂが筐体７０の外部に配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、筐体７０とは別個にカバー部材８０が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。たとえば、筐体７０とカバー部材８０とが一体的に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、第１接続端子３ｄおよび第２接続端子３ｅが略Ｉ字形状を有している例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図９の変形例に示すように、第１接続端子３０３ｄおよび第２接続端子３０３ｅが、略Ｌ字形状を有していてもよい。これにより、第１接続端子３０３ｄ（第２接続端子３０３ｅ）の上方に第１導体３０（第２導体４０）を安定した状態で配置することができる。また、第１接続端子および第２接続端子のうちの一方が略Ｉ字形状を有するとともに、他方が略Ｌ字形状を有していてもよい。

また、上記実施形態では、直流交流変換部１０と整流部２０との両方が、ワイドバンドギャップ半導体素子から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。たとえば、直流交流変換部１０と整流部２０とのうちの一方（または、両方）が、ワイドバンドギャップ半導体素子以外の素子から構成されていてもよい。

３ トランス部
３ａ 第１巻線
３ｂ 第２巻線
３ｄ、３０３ｄ 第１接続端子
３ｆ ネジ孔（第１締結孔、第２締結孔）
３ｅ、３０３ｅ 第２接続端子
７ 固定部材
１０ 直流交流変換部
２０ 整流部
３０ 第１導体
４０ 第２導体
５０ 第１冷却部
５２、６２ 放熱フィン部
６０ 第２冷却部
７０ 筐体
７３ 下面（一の面）
７４ 開口部
７５ 孔部（第３孔部）
８０ カバー部材
８１ 第１孔部
８２ 第２孔部
８３ フランジ部
８４ 孔部（第４孔部）
１００ 電力変換装置
１００ａ 電力変換装置本体部
２１０ 鉄道車両

Claims (10)

1. 入力された直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換部と、
   前記直流交流変換部からの交流電圧が入力され、第１巻線と第２巻線とを有するトランス部と、
   前記直流交流変換部に対して積層されるように配置され、前記直流交流変換部と前記第１巻線とを電気的に接続する第１導体と、
   前記トランス部の前記第２巻線から出力される交流電圧を直流電圧に変換する整流部と、
   前記整流部に対して積層されるように配置され、前記第２巻線と前記整流部とを電気的に接続する第２導体と、
   前記直流交流変換部に対して前記第１導体とは反対側に積層されるように配置され、前記直流交流変換部からの発熱を放熱する第１冷却部と、
   前記第１冷却部と離間した状態で配置されるとともに前記整流部に対して前記第２導体とは反対側に積層されるように配置され、前記整流部からの発熱を放熱する第２冷却部とを備え、
   前記トランス部は、前記第１冷却部と前記第２冷却部との間に配置されているとともに、前記トランス部の少なくとも一部は、前記第１冷却部および前記第２冷却部よりも前記第１導体および前記第２導体に近い位置に配置されている、電力変換装置。
2. 前記トランス部は、前記第１冷却部の前記直流交流変換部が積層される側の面、および、前記第２冷却部の前記整流部が積層される側の面よりも、前記第１導体および前記第２導体が配置されている側に突出するように配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記直流交流変換部、前記第１導体、前記整流部および前記第２導体が収納される筐体をさらに備え、
   前記第１冷却部および前記第２冷却部は、前記筐体の一の面側に配置されており、
   前記第１冷却部および前記第２冷却部が配置される前記筐体の一の面には、前記第１冷却部と前記第２冷却部との間に対応する位置に前記トランス部が挿入される開口部が設けられており、
   前記トランス部の少なくとも一部は、前記開口部を介して前記筐体の中央部側に配置されている、請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記トランス部の前記第１巻線の少なくとも一部および前記第２巻線の少なくとも一部は、前記開口部を介して前記筐体の中央部側に配置されている、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記トランス部の前記第１巻線に設けられる第１接続端子と、
   前記トランス部の前記第２巻線に設けられる第２接続端子と、
   前記トランス部の前記筐体に挿入される側の面を覆うように設けられるとともに、前記開口部に挿入されるカバー部材とをさらに備え、
   前記カバー部材には、前記第１接続端子が挿通される第１孔部と、前記第２接続端子が挿通される第２孔部とが設けられている、請求項３または４に記載の電力変換装置。
6. 前記第１接続端子の一方端側は、前記第１巻線に接続されるとともに、他方端側には前記第１導体に締結するための第１締結孔が設けられており、
   前記第２接続端子の一方端側は、前記第２巻線に接続されるとともに、他方端側には前記第２導体に締結するための第２締結孔が設けられている、請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記第１接続端子は、略Ｉ字形状または略Ｌ字形状を有しており、
   前記第２接続端子は、略Ｉ字形状または略Ｌ字形状を有している、請求項５または６に記載の電力変換装置。
8. 前記カバー部材の前記筐体に挿入される側とは反対側には、前記開口部の外縁部に当接するフランジ部が設けられており、
   前記開口部の前記外縁部には、前記開口部の前記外縁部と前記フランジ部とを固定する固定部材が挿通される第３孔部が設けられているとともに、前記フランジ部には、前記固定部材が挿通される第４孔部が設けられている、請求項５～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記直流交流変換部、前記トランス部、前記整流部、前記第１導体、前記第２導体、前記第１冷却部、および、前記第２冷却部を含む電力変換装置本体部をさらに備え、
   前記電力変換装置本体部は、鉄道車両に配置されており、
   前記第１冷却部および前記第２冷却部は、それぞれ、複数の放熱フィン部を含み、
   前記複数の放熱フィン部は、前記鉄道車両の走行方向に沿うように配置されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記直流交流変換部と前記整流部とのうちの少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体素子を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。

Images