JP7507974B2 - 電子機器 - Google Patents

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Description

本開示は、電子機器に関する。
電子機器、例えば、鉄道車両に搭載される推進制御装置、電源装置等は、筐体を備え、筐体の内部には複数の電子部品が収容されている。この種の電子機器の一例が、特許文献1に開示されている。電子機器の一例として特許文献1に開示される車両用駆動制御装置は、筐体の内部に収容されて冷却ブロックに取り付けられた複数の半導体素子と、破損した半導体素子の破片が飛散して他の半導体素子を傷つけることを防止するために半導体素子の間に設けられた絶縁体と、を備える。
特開2013-163503号公報
例えば電子機器で過電流が生じると、電子機器は停止するが、過電流によって半導体素子が破損してしまい、半導体素子の破片が飛散することがある。特許文献1に開示される車両用駆動制御装置が備える絶縁体は、半導体素子の間で冷却ブロックに取り付けられていて、絶縁体と筐体との間に空隙が存在する。このため、飛散した半導体素子の破片が絶縁体と筐体との間を通って他の半導体素子に接触し、他の半導体素子まで破損する可能性がある。この課題は、半導体素子に限られず、電子機器が備える電子部品について起こり得る。
本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、電子機器が備える電子部品が飛散して他の電子部品に接触することを抑制することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示の電子機器は、筐体と、ベースと、隔壁部と、を備える。筐体は、複数の電子部品を収容する。ベースは、筐体に着脱可能に取り付けられ、複数の電子部品の内、少なくとも2つの電子部品が取り付けられる。隔壁部は、ベースに取り付けられる少なくとも2つの電子部品の一部とベースに取り付けられる少なくとも2つの電子部品の他の一部とを隔てる。隔壁部は、一方の主面が少なくとも2つの電子部品の一部に向き、他方の主面が少なくとも2つの電子部品の他の一部に向く第1隔壁部材と、第1隔壁部材に隣接した位置で第1隔壁部材の側面と筐体との間の隙間の少なくとも一部を塞ぐ第2隔壁部材と、を有する。第2隔壁部材の少なくともいずれかは、主面が第1隔壁部材の主面に平行になる向きで設けられる板状部材である。
本開示の電子機器が備える隔壁部は、ベースに取り付けられる少なくとも2つの電子部品の一部と他の一部とを隔てる第1隔壁部材と、第1隔壁部材に隣接した位置で第1隔壁部材と筐体の間の隙間の少なくとも一部を塞ぐ第2隔壁部材と、を有する。このため、電子部品が飛散して他の電子部品に接触することを抑制することが可能となる。
実施の形態1に係る電子機器の回路図 実施の形態1に係る電子機器の断面図 実施の形態1に係る電子機器の斜視図 実施の形態1に係る電子機器の図2のIV-IV線での矢視断面図 実施の形態1に係る電子機器の図2のV-V線での矢視断面図 実施の形態1に係る電子部品の斜視図 実施の形態1に係る筐体および隔壁部の斜視図 実施の形態2に係る電子機器の断面図 実施の形態2に係る電子機器の図8のIX-IX線での矢視断面図 実施の形態2に係る電子機器の図8のX-X線での矢視断面図 実施の形態3に係る電子機器の断面図 実施の形態3に係る電子機器の図11のXII-XII線での矢視断面図 実施の形態3に係る電子機器の図11のXIII-XIII線での矢視断面図 実施の形態3に係る筐体および隔壁部の斜視図 実施の形態に係る電子機器の第1変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第2変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第3変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第3変形例の図17におけるXVIII-XVIII線での矢視断面図 実施の形態に係る電子機器の第4変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第4変形例の図19におけるXX-XX線での矢視断面図 実施の形態に係る電子機器の第5変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第6変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第6変形例の図22におけるXXIII-XXIII線での矢視断面図
以下、本開示の実施の形態に係る電子機器について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
(実施の形態1)
電子機器の一例として、鉄道車両に搭載されて、直流電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動機に供給する直流-三相変換装置がある。2つの電力変換部を有し、一方の電力変換部が稼動系に設定され、他方の電力変換部が待機系に設定される待機二重系の直流-三相変換装置を例にして、実施の形態1に係る電子機器1について説明する。
図1に示す電子機器1は、電源に接続される正極入力端子1aと、接地される負極入力端子1bと、負荷61に接続される出力端子1c,1d,1eと、を備える。出力端子1c,1d,1eはそれぞれ、三相交流電力のU相、V相、およびW相に対応している端子である。
電子機器1は、正極入力端子1aに接続される電源、具体的には、電力供給線を介して変電所から電力を取得する集電装置から、直流電力の供給を受ける。電子機器1は、供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を負荷61に供給する。例えば、電力供給線は、架線、第三軌条等であり、集電装置はパンタグラフ、集電靴等である。負荷61は、例えば、三相誘導電動機を有する。
電子機器1の各部について以下に説明する。電子機器1は、電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して、三相交流電力を負荷61に供給する第1電力変換部11と、第1電力変換部11の電源に近い一対の端子である一対の一次端子の間に接続されるコンデンサユニットCU1と、一端が正極入力端子1aに接続され、他端がコンデンサユニットCU1の正極端子と第1電力変換部11の一次端子との接続点に接続される接触器MC1と、を備える。
第1電力変換部11は、直列に接続された2つのスイッチング素子12を3組備える。3組のスイッチング素子12はそれぞれ、三相交流電力のU相、V相、およびW相に対応する。U相に対応するスイッチング素子12、V相に対応するスイッチング素子12、およびW相に対応するスイッチング素子12は、互いに並列に接続される。各スイッチング素子12は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)13と、アノードがIGBT13のエミッタ端子に接続されて、カソードがIGBT13のコレクタ端子に接続される還流ダイオード14と、を有する。図示しない制御部からのゲート信号が、第1電力変換部11が備える各スイッチング素子12が有するIGBT13のゲート端子に供給されて、各スイッチング素子12のオンオフが制御される。各スイッチング素子12のスイッチング動作によって、第1電力変換部11は、直流電力を三相交流電力に変換する。
コンデンサユニットCU1は、電源から供給される直流電力で充電される。
接触器MC1は、例えば、直流電磁接触器を有し、第1電力変換部11およびコンデンサユニットCU1を、電源に電気的に接続し、または、電源から電気的に切り離す。
電子機器1はさらに、電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して、三相交流電力を負荷61に供給する第2電力変換部21と、第2電力変換部21の電源に近い一対の端子である一対の一次端子の間に接続されるコンデンサユニットCU2と、一端が正極入力端子1aに接続され、他端がコンデンサユニットCU2の正極端子と第2電力変換部21の一次端子との接続点に接続される接触器MC2と、を備える。
第2電力変換部21は、直列に接続された2つのスイッチング素子22を3組備え、3組の直列に接続されたスイッチング素子22はそれぞれ、三相交流電力のU相、V相、およびW相に対応して、互いに並列に接続される。各スイッチング素子22は、IGBT23と、アノードがIGBT23のエミッタ端子に接続されて、カソードがIGBT23のコレクタ端子に接続される還流ダイオード24と、を有する。図示しない制御部からのゲート信号が、第2電力変換部21が備える各スイッチング素子22のゲート端子に供給されて、各スイッチング素子22のオンオフが制御される。各スイッチング素子22のスイッチング動作によって、第2電力変換部21は、直流電力を三相交流電力に変換する。
コンデンサユニットCU2は、電源から供給される直流電力で充電される。
接触器MC2は、例えば、直流電磁接触器を有し、第2電力変換部21およびコンデンサユニットCU2を、電源に電気的に接続し、または、電源から電気的に切り離す。
第1電力変換部11の一次端子の一方は、接触器MC1を介して、正極入力端子1aに接続されている。第2電力変換部21の一次端子の一方は、接触器MC2を介して、正極入力端子1aに接続されている。換言すれば、第1電力変換部11および第2電力変換部21は電源に共通に接続されている。第1電力変換部11の各二次端子および第2電力変換部21の各二次端子は出力端子1c,1d,1eに接続されている。換言すれば、第1電力変換部11および第2電力変換部21は、負荷61に共通に接続されている。
第1電力変換部11および第2電力変換部21の一方は稼動系に設定され、他方は待機系に設定される。以下の説明において、第1電力変換部11が稼動系に設定されていて、第2電力変換部21が待機系に設定されているものとする。換言すれば、第1電力変換部11の動作中は、第2電力変換部21は停止している。具体的には、接触器MC1が投入されている間は、接触器MC2は開放されており、第2電力変換部21に電力が供給されない。
例えば、第1電力変換部11において過電流が生じて第1電力変換部11が停止し、接触器MC1が開放されると、接触器MC2が投入されて第2電力変換部21に電力が供給され、第2電力変換部21が動作を開始する。過電流によって電子機器1が備える電子部品、例えば、スイッチング素子12が破損した場合に、スイッチング素子12が飛散して、他の電子部品、例えば、スイッチング素子22に接触すると、スイッチング素子22が故障して、第2電力変換部21が動作を開始することができない。そこで、電子機器1は、電子部品の飛散を抑制するための構造を有する。
電子機器1の構造の詳細について以下に説明する。図2、図3、および図2におけるIV-IV線での矢視断面図である図4において、図の複雑化を避けるため、図1に示す電子機器1の構成要素の内、コンデンサユニットCU1,CU2およびスイッチング素子12,22のみが記載されている。後続の図についても同様である。図3において、筐体40の一部および固定フレーム41の記載は省略されている。
図2から図4において、X軸は筐体40の長手方向に延びて、Y軸は筐体40の短手方向に延びる。X軸は電子機器1が搭載される鉄道車両の進行方向に相当し、Y軸は鉄道車両の幅方向に相当する。X軸、Y軸、およびZ軸は、互いに直交する。電子機器1が搭載される鉄道車両が水平な場所に位置している場合、Z軸は鉛直方向を示す。後続の図においても同様である。
電子機器1は、複数の電子部品を収容する筐体40と、筐体40に着脱可能に取り付けられるベース10と、電子部品と他の電子部品とを隔てる隔壁部30と、を備える。電子機器1はさらに、コンデンサユニットCU1と複数のスイッチング素子12を接続するバスバー15と、コンデンサユニットCU2と複数のスイッチング素子22を接続するバスバー25と、コンデンサユニットCU1をベース10に取り付ける一対の第1取付部材16と、コンデンサユニットCU2をベース10に取り付ける一対の第2取付部材26と、を備える。さらに、電子機器1は、電子部品を冷却するために、ベース10に取り付けられる冷却部50を備えることが好ましい。
筐体40は、鉄道車両の床下に取り付けられる。筐体40は、鉄道車両の予想される最大振動を受けても変形しない程度の剛性と強度を有する。例えば、筐体40は、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成される。筐体40のY軸に交差する面に開口40aが形成される。筐体40の内部には、一対の第1取付部材16および一対の第2取付部材26が固定される固定フレーム41が設けられている。
固定フレーム41は筐体40に固定されている板状部材である。固定フレーム41は、鉄道車両の予想される最大振動を受けても変形しない程度の剛性と強度を有し、筐体40と固定フレーム41との位置関係が変化しない程度の強度で筐体40に取り付けられる。例えば、固定フレーム41は、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成され、金属製の締結部材によって筐体40に締結される。
ベース10は、第1主面10aが筐体40の開口40aを塞いだ状態で筐体40に着脱可能に取り付けられる。実施の形態1では、ベース10は、開口40aを塞いだ状態で筐体40の外面に取り付けられる伝熱性の板状部材である。ベース10の第1主面10aに、少なくとも2つの電子部品が取り付けられる。実施の形態1では、図2におけるV-V線での矢視断面図である図5に示すように、第1主面10aに6つのスイッチング素子12と6つのスイッチング素子22が取り付けられる。さらに、第1主面10aにコンデンサユニットCU1,CU2が取り付けられる。
詳細には、図6に示すように、コンデンサユニットCU1は、ベース10との間に複数のスイッチング素子12を挟んだ状態で、一対の第1取付部材16によって第1主面10aに取り付けられる。同様に、コンデンサユニットCU2は、ベース10との間に複数のスイッチング素子22を挟んだ状態で、一対の第2取付部材26によって第1主面10aに取り付けられる。
第1主面10aと反対に位置する第2主面10bに、第1主面10aに取り付けられる少なくとも2つの電子部品から伝達された熱を放熱する冷却部50が取り付けられる。
第1主面10aにスイッチング素子12,22およびコンデンサユニットCU1,CU2が取り付けられて、第2主面10bに冷却部50が取り付けられた状態で、ベース10は図7に示す筐体40の外面に取り付けられる。この結果、図3に示すように、スイッチング素子12,22、コンデンサユニットCU1,CU2、バスバー15,25、第1取付部材16、および第2取付部材26が筐体40の内部に収容される。
ベース10は、第1主面10aに取り付けられた電子部品から冷却部50に熱を伝達することが可能な程度に熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成されることが好ましい。
バスバー15は、コンデンサユニットCU1の出力端子と各スイッチング素子12を電気的に接続する。バスバー15は、例えば、複数の導体と複数の絶縁層が積層されているラミネートバスバーで形成される。実施の形態1では、バスバー15はL字型に折り曲げられていて、コンデンサユニットCU1のZ軸方向上部にあるコンデンサユニットCU1の出力端子とベース10に取り付けられる複数のスイッチング素子12とを電気的に接続する。
バスバー25は、コンデンサユニットCU2の出力端子と各スイッチング素子22を電気的に接続する。バスバー25は、例えば、複数の導体と複数の絶縁層が積層されているラミネートバスバーで形成される。実施の形態1では、バスバー25はL字型に折り曲げられていて、コンデンサユニットCU2のZ軸方向上部にあるコンデンサユニットCU2の出力端子とベース10に取り付けられる複数のスイッチング素子22とを電気的に接続する。
図2から図4に示すように、各第1取付部材16は、主面がYZ平面に平行な板状部材である。一対の第1取付部材16は、コンデンサユニットCU1をX軸方向に挟んだ状態で、コンデンサユニットCU1に取り付けられる。コンデンサユニットCU1に取り付けられた一対の第1取付部材16は、ベース10に取り付けられる。
各第1取付部材16は、鉄道車両の予想される最大振動を受けても、変形しない程度の剛性と強度を有し、コンデンサユニットCU1と各第1取付部材16との位置関係およびベース10と各第1取付部材16との位置関係が変化しない程度の強度でベース10に取り付けられる。例えば、各第1取付部材16は、10ミリメートル以上の厚みを有する板状の鉄、アルミニウム等の金属部材で形成され、側面が第1主面10aに当接した状態で締結部材によって締結されることでベース10に取り付けられる。
各第2取付部材26は、主面がYZ平面に平行な板状部材である。一対の第2取付部材26は、コンデンサユニットCU2をX軸方向に挟んだ状態で、コンデンサユニットCU2に取り付けられる。コンデンサユニットCU2に取り付けられた一対の第2取付部材26は、ベース10に取り付けられる。
各第2取付部材26は、鉄道車両の予想される最大振動を受けても、変形しない程度の剛性と強度を有し、コンデンサユニットCU2と各第2取付部材26との位置関係およびベース10と各第2取付部材26との位置関係が変化しない程度の強度でベース10に取り付けられる。例えば、各第2取付部材26は、10ミリメートル以上の厚みを有する板状の鉄、アルミニウム等の金属部材で形成され、側面が第1主面10aに当接した状態で締結部材によって締結されることでベース10に取り付けられる。
冷却部50は、ベース10に取り付けられるヒートパイプ51と、ヒートパイプ51が挿通された状態でヒートパイプ51に取り付けられる複数のフィン52と、を有する。ヒートパイプ51は、ベース10に設けられていて、X軸方向に延びる母管と、母管に連通し、ベース10から離隔する方向で鉛直方向上部に延びる支管と、を有する。母管はベース10に形成された溝に挿入されて、接着剤による接着、はんだ付け等の固定方法によってベース10に固定されている。支管は、溶接、はんだ付け等の固定方法によって母管に取り付けられ、母管に連通する。
ヒートパイプ51を形成する母管および支管はいずれも、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。ヒートパイプ51の内部には冷媒が封入されている。冷媒は、電子部品から伝達される熱で気化し、ヒートパイプ51およびフィン52を介して冷却部50の周囲の空気に放熱することで液化する物質、例えば、水である。
第1主面10aに取り付けられているスイッチング素子12,22からベース10およびヒートパイプ51の母管を介して冷媒に熱が伝達されると、冷媒は気化する。気化した冷媒はヒートパイプ51の内部をZ軸方向上部に向かって移動する。冷媒は、Z軸方向上部に向かって移動しながら熱をヒートパイプ51の支管およびフィン52を介して冷却部50の周囲の空気に伝達することで冷却され、液化する。液化した冷媒はヒートパイプ51の内壁を伝ってZ軸方向下部に移動する。上述のように冷媒が気化と液化を繰り返しながら循環することで、スイッチング素子12,22で生じた熱が冷却部50の周囲の空気に伝達され、スイッチング素子12,22が冷却される。
電子部品の飛散を防止するために設けられている隔壁部30は、ベース10に取り付けられる少なくとも2つの電子部品の一部とベース10に取り付けられる少なくとも2つの電子部品の他の一部とを隔てる位置に設けられる第1隔壁部材30aと、第1隔壁部材30aに隣接した位置で第1隔壁部材30aと筐体40との間の隙間の少なくとも一部を塞ぐ第2隔壁部材30bと、を有する。
実施の形態1では、隔壁部30は、ベース10に取り付けられる板状部材である第1隔壁部材30aと、第1隔壁部材30aを第1隔壁部材30aの主面に沿う方向に挟んで位置する板状部材である2つの第2隔壁部材30bと、を有する。
第1隔壁部材30aは、ベース10の第1主面10aに取り付けられて、ベース10から離隔する方向に延伸する。第1隔壁部材30aの一方の主面、具体的には、第1隔壁部材30aのX軸負方向に面する面は、スイッチング素子12に面する。スイッチング素子12に面することは、スイッチング素子12との間に他の部材がなくスイッチング素子12に直接的に面すること、および、スイッチング素子12との間に他の部材があってスイッチング素子12に間接的に面することを含む。
第1隔壁部材30aの他方の主面、具体的には、第1隔壁部材30aのX軸正方向に面する面は、スイッチング素子22に面する。スイッチング素子22に面するとは、スイッチング素子22との間に他の部材がなくスイッチング素子22に直接的に面すること、および、スイッチング素子22との間に他の部材があってスイッチング素子22に間接的に面することを含む。上述のように第1隔壁部材30aが設けられることで、第1隔壁部材30aは、スイッチング素子12,22を隔てる。
第1隔壁部材30aは、ベース10に取り付けられた状態で開口40aを通るため、第1隔壁部材30aのZ軸方向の長さは、開口40aのZ軸方向の長さ以下である。電子部品の飛散を防ぐため、第1隔壁部材30aのZ軸方向の長さは、開口40aを通過可能な範囲で最大の長さとすることが好ましい。第1隔壁部材30aは、飛散した電子部品の破片が貫通しない程度の強度を有することが好ましい。例えば、第1隔壁部材30aは、厚み、すなわち、X軸方向の長さが1ミリメートル以上、5ミリメートル以下の金属の板状部材で形成されればよい。
詳細には、第1隔壁部材30aは、薄板状の金属部材の端部を折り曲げて形成される。折り曲げられた端部はベース10に当接した状態で締結部材によってベース10に取り付けられる。端部を除く金属部材の主面は各第2隔壁部材30bの主面を向く。第1隔壁部材30aを熱伝導率の高い金属で形成することで、筐体40の内部の空気の熱を第1隔壁部材30aおよびベース10を介して冷却部50から冷却部50の周囲の空気に放熱し、筐体40の内部の空気を冷却することが可能となる。
2つの第2隔壁部材30bは、図3から図5および図7に示すように、筐体40に取り付けられて、第1隔壁部材30aと筐体40の間の隙間の少なくとも一部を塞ぐ。詳細には、一方の第2隔壁部材30bは、第1隔壁部材30aの鉛直方向上端と筐体40の間の隙間42を塞ぐ。他方の第2隔壁部材30bは、第1隔壁部材30aの鉛直方向下端と筐体40の間の隙間42を塞ぐ。隙間42を塞ぐことは、電子部品の破片が隙間42を通って他の電子部品に接触することを防ぐことが可能な程度に隙間42を狭くすることを意味する。換言すれば、第2隔壁部材30bは、隙間42を完全に塞ぐ必要はない。実施の形態1では、第2隔壁部材30bは、スイッチング素子12,22の破片が隙間42をX軸方向に通過することを抑制する。
各第2隔壁部材30bは、溶接、接着、締結部材による締結等の手法によって筐体40に取り付けられる。実施の形態1では、一方の第2隔壁部材30bは、筐体40の鉛直方向上部および開口40aが形成される面に取り付けられる。他方の第2隔壁部材30bは、筐体40の鉛直方向下部および開口40aが形成される面に取り付けられる。第2隔壁部材30bは、飛散した電子部品の破片が貫通しない程度の強度を有することが好ましい。例えば、第2隔壁部材30bは、厚み、すなわち、X軸方向の長さが1ミリメートル以上、5ミリメートル以下の金属の板状部材で形成されればよい。
詳細には、第2隔壁部材30bは、薄板状の金属部材の端部を折り曲げて形成される。折り曲げられた端部は筐体40に当接した状態で締結部材によって筐体40に取り付けられる。端部を除く金属部材の主面は第1隔壁部材30aの主面を向く。
各第2隔壁部材30bは、第1隔壁部材30aからX軸方向にずれた位置で筐体40に取り付けられる。各第2隔壁部材30bは、筐体40に取り付けられた位置から、主面の一部が第1隔壁部材30aの一部に面する位置まで延びることが好ましい。この結果、図4および図5に示すように、第1隔壁部材30aの主面は、2つの第2隔壁部材30bのそれぞれの主面を向く。具体的には、第1隔壁部材30aの主面の一部は、2つの第2隔壁部材30bのそれぞれの主面の一部に当接している。これにより、スイッチング素子12,22の一方が破損して、破片がスイッチング素子12,22の他方に接触することが抑制される。
以上説明した通り、実施の形態1に係る電子機器1は、隔壁部30によってスイッチング素子12とスイッチング素子22とを隔てるため、スイッチング素子12,22の一方の破片が飛散して他方に接触することが抑制される。この結果、第1電力変換部11および第2電力変換部21の一方が停止しても、第1電力変換部11および第2電力変換部21の他方が動作を継続することが可能となる。
(実施の形態2)
隔壁部30の形状は、上述の例に限られず、電子部品が飛散して他の電子部品に接触することを抑制することができる形状であれば任意である。一例として、形状の異なる2つの第2隔壁部材を備える電子機器2について実施の形態2で説明する。図8、図8におけるIX-IX線での矢視断面図である図9、および、図9におけるX-X線での矢視断面図である図10に示す電子機器2は、隔壁部31を備える点で実施の形態1に係る電子機器1と異なる。電子機器1との相違点を中心に、電子機器2の構成について以下に説明する。
図8から図10に示すように、隔壁部31は、電子機器1が備える隔壁部30が有する第1隔壁部材30aと同様の形状の第1隔壁部材31aと、第1隔壁部材31aに隣接した位置で第1隔壁部材31aと筐体40との間の隙間の少なくとも一部を塞ぐ第2隔壁部材31b,31cと、を備える。
実施の形態2では、第2隔壁部材31b,31cは、第1隔壁部材31aをZ軸方向に挟んで位置する板状部材である。第2隔壁部材31b,31cの内、鉛直方向下部に位置する第2隔壁部材31bは、電子機器1が備える隔壁部30が有する一対の第2隔壁部材30bの内、鉛直方向下部に位置する第2隔壁部材30bと同様の形状を有し、第1隔壁部材31aの鉛直方向下端と筐体40の間の隙間42を塞ぐ。
第2隔壁部材31b,31cの内、鉛直方向上部に位置する第2隔壁部材31cは、ベース10に取り付けられている電子部品と、他の電子部品、具体的にはベース10に取り付けられていない電子部品とを隔てる。詳細には、第2隔壁部材31cの主面は、開口40aが形成される筐体40の一面に面する。第2隔壁部材31cの長手方向は、X軸方向に沿う。図10に示すように、実施の形態2では、第2隔壁部材31cのX軸方向の幅は、開口40aのX軸方向の幅より長い。図9に示すように、第2隔壁部材31cの側面、具体的には、第2隔壁部材31cのZ軸負方向に向く面は、第1隔壁部材31aの側面、具体的には、第1隔壁部材31aのZ軸正方向に向く面に面する。実施の形態2では、第2隔壁部材31cのZ軸負方向に向く面は、第1隔壁部材31aのZ軸正方向に向く面に当接する。
第2隔壁部材31cは、第1隔壁部材31aの鉛直方向上端と筐体40の間の隙間42を塞ぐ。具体的には、第2隔壁部材31cは、スイッチング素子12,22の破片が第1隔壁部材31aの鉛直方向上端と筐体40の間の隙間42をY軸方向に通過することを抑制する。これにより、スイッチング素子12,22の破片が、例えばコンデンサユニットCU1,CU2のY軸負方向に面する面に設けられている基板、具体的には、電圧センサ回路が形成された基板に接触し、基板が損傷することが抑制される。
第2隔壁部材31cは、溶接、接着、締結部材による締結等の手法によって筐体40に取り付けられる。実施の形態2では、第2隔壁部材31cは、筐体40の鉛直方向上部に取り付けられる。第2隔壁部材31cは、飛散した電子部品の破片が貫通しない程度の強度を有することが好ましい。例えば、第2隔壁部材31cは、厚み、すなわち、Y軸方向の長さが1ミリメートル以上、5ミリメートル以下の金属の板状部材で形成されればよい。
詳細には、第2隔壁部材31cは、薄板状の金属部材の端部を折り曲げて形成される。折り曲げられた端部は筐体40に当接した状態で締結部材によって筐体40に取り付けられる。端部を除く金属部材の主面は開口40aが形成される筐体40の面を向く。第2隔壁部材31cは、筐体40に取り付けられた位置から第1隔壁部材31aの鉛直方向上端まで延びることが好ましい。この結果、図9および図10に示すように、第2隔壁部材31cの鉛直方向下端は、第1隔壁部材31aの鉛直方向上端に当接している。これにより、スイッチング素子12,22が破損して、破片がベース10に取り付けられていない他の電子部品に接触することが抑制される。
以上説明した通り、実施の形態2に係る電子機器2は、隔壁部31によってスイッチング素子12とスイッチング素子22とを隔て、さらにスイッチング素子12,22と他の電子部品とを隔てる。このため、スイッチング素子12,22の一方の破片が飛散して他方に接触すること、および、スイッチング素子12,22の少なくともいずれかの破片が飛散して他の電子部品に接触することを抑制することが可能となる。
(実施の形態3)
隔壁部30,31の形状は、上述の例に限られず、第1隔壁部材および第2隔壁部材は一体に形成されてもよい。第1隔壁部材と第2隔壁部材が一体に形成された隔壁部32を備える電子機器3について実施の形態3で説明する。図11、図11におけるXII-XII線での矢視断面図である図12、図11におけるXIII-XIII線での矢視断面図である図13、および図14に示す電子機器3は、隔壁部32を備える点で実施の形態1に係る電子機器1と異なる。電子機器1との相違点を中心に、電子機器3の構成について以下に説明する。
電子部品の飛散を防止するために設けられている隔壁部32は、ベース10に取り付けられる少なくとも2つの電子部品の一部とベース10に取り付けられる少なくとも2つの電子部品の他の一部とを隔てる。図12から図14に示すように、隔壁部32は、筐体40の鉛直方向上部および鉛直方向下部に取り付けられている。隔壁部32の一方の主面、具体的には、隔壁部32のX軸負方向に面する面は、スイッチング素子12に面する。隔壁部32の他方の主面、具体的には、第1隔壁部材30aのX軸正方向に面する面は、スイッチング素子22に面する。上述のように、隔壁部32は、筐体40の鉛直方向上部から鉛直方向下部まで延びて、スイッチング素子12,22を隔てる。
隔壁部32は、図12および図14に示すように、開口40aに向かって一部が突出していることが好ましい。具体的には、図12に示すように、ベース10が筐体40に取り付けられている状態で、隔壁部32のY軸正方向に向く面がベース10に当接していることが好ましい。
隔壁部32は、飛散した電子部品の破片が貫通しない程度の強度を有することが好ましい。例えば、隔壁部32は、厚み、すなわち、X軸方向の長さが1ミリメートル以上、5ミリメートル以下の金属の板状部材で形成されればよい。
詳細には、隔壁部32は、薄板状の金属部材の両端を折り曲げることで形成される。図13に示すように、折り曲げられた両端は、筐体40の鉛直方向上部および鉛直方向下部に当接した状態で、溶接、接着、締結部材による締結等の手法によって筐体40に取り付けられる。両端を除く金属部材の一方の主面はスイッチング素子12に面し、両端を除く金属部材の他方の主面はスイッチング素子22に面する。隔壁部32を熱伝導率の高い金属で形成することで、筐体40の内部の空気の熱を隔壁部32およびベース10を介して冷却部50から冷却部50の周囲の空気に放熱し、筐体40の内部の空気を冷却することが可能となる。
以上説明した通り、実施の形態3に係る電子機器3は、隔壁部32によってスイッチング素子12とスイッチング素子22とを隔てるため、スイッチング素子12,22の一方の破片が飛散して他方に接触することを抑制することが可能となる。
本開示は、上述の実施の形態に限られない。隔壁部30-32の形状は、上述の例に限られず、電子部品が飛散して他の電子部品に接触することを抑制することができる形状であれば任意である。一例として、図15に示すように、電子機器1が備える隔壁部30が有する2つの第2隔壁部材30bは、X軸方向において第1隔壁部材30aに対して互いに反対側に位置してもよい。この場合、第1隔壁部材30aの一方の主面が鉛直方向上部の第2隔壁部材30bの主面に面し、第1隔壁部材30aの他方の主面が鉛直方向下部の第2隔壁部材30bの主面に面する。図15の例では、第1隔壁部材30aの一方の主面の一部が鉛直方向上部の第2隔壁部材30bの主面の一部に当接し、第1隔壁部材30aの他方の主面の一部が鉛直方向下部の第2隔壁部材30bの主面の一部に当接する。
実施の形態1の例では、第1隔壁部材30aの主面の一部は、2つの第2隔壁部材30bのそれぞれの主面の一部に当接しているが、図16に示すように、第1隔壁部材30aと各第2隔壁部材30bとはX軸方向に離隔した位置に設けられてもよい。この場合、スイッチング素子12,22の破片が第1隔壁部材30aと各第2隔壁部材30bとの間を通過することを妨げることが可能な程度に、第1隔壁部材30aと各第2隔壁部材30bとは隣接した位置に設けられることが好ましい。
電子部品が飛散して他の電子部品に接触することを抑制するために、隔壁部30-32を上述の実施の形態の例よりも大きくしてもよい。一例として、図17および図17におけるXVIII-XVIII線での矢視断面図である図18に示すように、電子機器1が備える隔壁部33は、固定フレーム41まで延びる第1隔壁部材33aおよび2つの第2隔壁部材33bを有する。
第1隔壁部材33aの形状は、第1隔壁部材30aを固定フレーム41まで延ばして得られる形状である。第1隔壁部材33aの一方の主面、具体的には、第1隔壁部材33aのX軸負方向に面する面は、スイッチング素子12に面する。第1隔壁部材33aの他方の主面、具体的には、第1隔壁部材33aのX軸正方向に面する面は、スイッチング素子22に面する。
詳細には、第1隔壁部材33aは、薄板状の金属部材の両端を折り曲げることで形成される。折り曲げられた両端は、ベース10および固定フレーム41に当接した状態で、溶接、接着、締結部材による締結等の手法によってベース10および固定フレーム41に取り付けられる。詳細には、第1隔壁部材33aが取り付けられているベース10が筐体40の外面に取り付けられると、第1隔壁部材33aは固定フレーム41に当接する。そして、第1隔壁部材33aは固定フレーム41に取り付けられる。
両端部を除く金属部材の主面は各第2隔壁部材33bの主面を向く。第1隔壁部材33aを熱伝導率の高い金属で形成することで、筐体40の内部の空気の熱を第1隔壁部材33aおよびベース10を介して冷却部50から冷却部50の周囲の空気に放熱し、筐体40の内部の空気を冷却することが可能となる。
各第2隔壁部材33bの形状は、各第2隔壁部材30bを固定フレーム41まで延ばして得られる形状である。各第2隔壁部材33bは、筐体40に取り付けられて、第1隔壁部材33aと筐体40の間の隙間の少なくとも一部を塞ぐ。図17および図18の例では、第1隔壁部材33aと筐体40との間の隙間は、第1隔壁部材33aの鉛直方向上端と筐体40の間の隙間42および第1隔壁部材33aの鉛直方向下端と筐体40の間の隙間42である。一方の第2隔壁部材33bは、第1隔壁部材33aの鉛直方向上端と筐体40の間の隙間42を塞ぐ。他方の第2隔壁部材33bは、第1隔壁部材33aの鉛直方向下端と筐体40の間の隙間42を塞ぐ。
各第2隔壁部材33bは、溶接、接着、締結部材による締結等の手法によって筐体40および固定フレーム41に取り付けられる。一方の第2隔壁部材33bは、筐体40の鉛直方向上部および開口40aが形成される面ならびに固定フレーム41に取り付けられる。他方の第2隔壁部材33bは、筐体40の鉛直方向下部および開口40aが形成される面ならびに固定フレーム41に取り付けられる。第2隔壁部材33bは、飛散した電子部品の破片が貫通しない程度の強度を有することが好ましい。例えば、第2隔壁部材33bは、厚み、すなわち、X軸方向の長さが1ミリメートル以上、5ミリメートル以下の金属の板状部材で形成されればよい。
詳細には、第2隔壁部材33bは、薄板状の金属部材の端部を折り曲げて形成される。折り曲げられた端部は筐体40および固定フレーム41に当接した状態で締結部材によって筐体40および固定フレーム41に取り付けられる。端部を除く金属部材の主面は第1隔壁部材33aの主面を向く。
上述のように、第1隔壁部材33aがベース10から固定フレーム41まで延びる形状を有し、第2隔壁部材33bが筐体40の開口40aが形成される面から固定フレーム41まで延びる形状を有することで、第1隔壁部材33aと筐体40との隙間が電子機器1と比べて狭くなる。この結果、スイッチング素子12,22の一方が破損して、破片がスイッチング素子12,22の他方に接触することがより確実に抑制される。
同様に、隔壁部31が有する第1隔壁部材31aおよび隔壁部32は、ベース10から固定フレーム41まで延びる形状を有してもよいし、隔壁部31が有する第2隔壁部材31bは、筐体40の開口40aが形成される面から固定フレーム41まで延びる形状を有してもよい。
隔壁部30-32に衝突した破片がY軸方向に移動することを抑制するため、隔壁部30-32は、X軸方向に突出する突出部を有してもよい。図19および図19におけるXX-XX線での矢視断面図である図20に示す電子機器4が備える隔壁部34は、突出部34cを有する第1隔壁部材34aと、2つの第2隔壁部材34bと、を有する。詳細には、第1隔壁部材34aは、第1隔壁部材34aの両主面からX軸方向に突出する突出部34cを有する。突出部34cが設けられることで、第1隔壁部材34aに衝突した破片が第1隔壁部材34aよりY軸負方向に移動することが抑制される。第2隔壁部材34bは、第2隔壁部材30bと同様の形状を有する。
実施の形態1では、第1隔壁部材30aと第2隔壁部材30bとは当接していたが、第1隔壁部材30aと第2隔壁部材30bは嵌合してもよい。図21に示す電子機器5が備える隔壁部35は、第1隔壁部材30aと同様の形状を有する第1隔壁部材35aと、第1隔壁部材35aをZ軸方向に挟んで位置し、第1隔壁部材35aに嵌合する2つの第2隔壁部材35bと、を有する。各第2隔壁部材35bを、押圧されると変形する部材、例えば、弾性部材によって形成することで、第1隔壁部材35aの製造公差によらず、第1隔壁部材35aと第2隔壁部材35bとは嵌合可能となる。
スイッチング素子12,22のベース10への取付方法は上述の例に限られない。上述の実施の形態では、スイッチング素子12,22はベース10に直接的に取り付けられているが、スイッチング素子12,22はベース10に間接的に取り付けられてもよい。詳細には、図22および図22におけるXXIII-XXIII線での矢視断面図である図23に示すように、電子機器1において、スイッチング素子12,22は、ベース10に取り付けられている固定部材17に取り付けられてもよい。図22および図23の例では、ベース10に4つの固定部材17が取り付けられている。各固定部材17は板状部材であって、側面がベース10に当接した状態で、溶接、接着、締結部材による締結等の手法によってベース10に取り付けられている。
スイッチング素子12,22は、固定部材17の主面に取り付けられる。詳細には、固定部材17の少なくとも一方の主面に、スイッチング素子12またはスイッチング素子22が2つ取り付けられる。
隣接する2つの固定部材17の間に隔壁部30が設けられる。詳細には、4つの固定部材17の間に3つの隔壁部30が設けられている。隔壁部30が設けられていることで、固定部材17に取り付けられているスイッチング素子12,22のいずれかの破片が飛散して、固定部材17に取り付けられているスイッチング素子12,22の他のいずれかに接触することが抑制される。4つの固定部材17の間には、隔壁部30-35の少なくともいずれかが設けられればよい。例えば、4つの固定部材17の間にそれぞれ、隔壁部30,31,32が設けられてもよい。
電子機器1-5は、待機二重系の直流-三相変換装置に限られず、電子部品が筐体40の内部に収容されている電子機器であれば任意である。一例として、第1電力変換部11および第2電力変換部21はそれぞれ独立した負荷に接続されていてもよい。他の一例として、電子機器1-5は、三相交流電力を直流電力に変換する待機二重系のコンバータでもよい。他の一例として、電子機器1-5は、電源に共通に接続されていて、互いに並列に接続されている複数の電子回路を備えてもよい。この場合、隔壁部30-35は、複数の電子回路の一部が有する電子部品と、複数の電子回路の他の一部が有する電子部品とを隔てればよい。
電子機器1-5は、鉄道車両に限られず、自動車、航空機、船舶等の任意の移動体に搭載されてもよいし、移動しない任意の場所に設置されてもよい。
第1取付部材16および第2取付部材26の形状および個数は上述の例に限られず、コンデンサユニットCU1,CU2をベース10に取り付け可能であれば、任意である。一例として、電子機器1は、4つの棒状の第1取付部材16および4つの棒状の第2取付部材26を備えてもよい。他の一例として、電子機器1は、4つの柱状の第1取付部材16および4つの柱状の第2取付部材26を備えてもよい。
冷却部50の構造は上述の例に限られず、電子部品を冷却することができる構造であれば任意である。一例として、冷却部50は、ベース10に取り付けられてベース10から離隔する方向に延びる棒状の金属で形成される複数の伝熱部材と、複数の伝熱部材に取り付けられる複数のフィン52と、を有してもよい。
コンデンサユニットCU1,CU2の配置方向は上述の例に限られない。一例として、電子機器1-5は、Z軸方向に隣接して配置されるコンデンサユニットCU1,CU2を備えてもよい。
電力変換部の個数、第1電力変換部11が有するスイッチング素子12、および、第2電力変換部21が有するスイッチング素子22の個数は、上述の例に限られない。
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
1,2,3,4,5 電子機器、1a 正極入力端子、1b 負極入力端子、1c,1d,1e 出力端子、10 ベース、10a 第1主面、10b 第2主面、11 第1電力変換部、12,22 スイッチング素子、13,23 IGBT、14,24 還流ダイオード、15,25 バスバー、16 第1取付部材、17 固定部材、21 第2電力変換部、26 第2取付部材、30,31,32,33,34,35 隔壁部、30a,31a,33a,34a,35a 第1隔壁部材、30b,31b,31c,33b,34b,35b 第2隔壁部材、34c 突出部、40 筐体、40a 開口、41 固定フレーム、42 隙間、50 冷却部、51 ヒートパイプ、52 フィン、61 負荷、CU1,CU2 コンデンサユニット、MC1,MC2 接触器。

Claims (14)

  1. 複数の電子部品を収容する筐体と、
    前記筐体に着脱可能に取り付けられ、前記複数の電子部品の内、少なくとも2つの前記電子部品が取り付けられるベースと、
    前記ベースに取り付けられる前記少なくとも2つの電子部品の一部と前記ベースに取り付けられる前記少なくとも2つの電子部品の他の一部とを隔てる隔壁部と、を備え、
    前記隔壁部は、一方の主面が前記少なくとも2つの電子部品の一部に向き、他方の主面が前記少なくとも2つの電子部品の他の一部に向く第1隔壁部材と、前記第1隔壁部材に隣接した位置で前記第1隔壁部材の側面と前記筐体の間の隙間の少なくとも一部を塞ぐ第2隔壁部材と、を有し、
    前記第2隔壁部材の少なくともいずれかは、主面が前記第1隔壁部材の主面に平行になる向きで設けられる板状部材である
    電子機器。
  2. 前記ベースに取り付けられる前記少なくとも2つの電子部品から伝達された熱を放熱する冷却部をさらに備え、
    前記筐体に開口が形成され、
    前記ベースは、前記少なくとも2つの電子部品が第1主面に取り付けられて、前記第1主面と反対に位置する第2主面に前記冷却部が取り付けられて、前記第1主面が前記筐体の前記開口を塞いだ状態で前記筐体に取り付けられる伝熱性の板状部材である、
    請求項1に記載の電子機器。
  3. 前記第1隔壁部材は、前記ベースに取り付けられる、
    請求項1または2に記載の電子機器。
  4. 前記隔壁部は、
    前記ベースから離隔する方向に延伸する板状部材である前記第1隔壁部材と、
    前記第1隔壁部材を前記第1隔壁部材の主面に沿う方向に挟んで位置する板状部材である2つの前記第2隔壁部材と、を有する
    請求項3に記載の電子機器。
  5. 前記第1隔壁部材の主面は、前記2つの第2隔壁部材のそれぞれの主面に面する、
    請求項4に記載の電子機器。
  6. 前記第1隔壁部材の主面は、前記2つの第2隔壁部材のそれぞれの主面に当接する、
    請求項4に記載の電子機器。
  7. 前記第1隔壁部材は、前記2つの第2隔壁部材に嵌合する、
    請求項4に記載の電子機器。
  8. 前記2つの第2隔壁部材は、前記第1隔壁部材を鉛直方向に挟んで位置し、
    前記鉛直方向の上部に位置する前記第2隔壁部材は、前記複数の電子部品の内、前記ベースに取り付けられる前記少なくとも2つの電子部品と、前記複数の電子部品の内、他の前記電子部品とを隔てる、
    請求項4に記載の電子機器。
  9. 前記鉛直方向の上部に位置する前記第2隔壁部材の主面は、開口が形成される前記筐体の一面に面する、
    請求項8に記載の電子機器。
  10. 前記鉛直方向の下部に位置する前記第2隔壁部材の主面は、前記第1隔壁部材の主面に面する、
    請求項8または9に記載の電子機器。
  11. 前記第1隔壁部材および前記第2隔壁部材は一体に形成されている、
    請求項1または2に記載の電子機器。
  12. 複数の電子部品を収容する筐体と、
    前記筐体に着脱可能に取り付けられ、前記複数の電子部品の内、少なくとも2つの前記電子部品が取り付けられるベースと、
    前記ベースに取り付けられる前記少なくとも2つの電子部品の一部と前記ベースに取り付けられる前記少なくとも2つの電子部品の他の一部とを隔てる隔壁部と、を備え、
    前記隔壁部は、前記少なくとも2つの電子部品の一部と前記少なくとも2つの電子部品の他の一部とを隔てる位置に設けられる第1隔壁部材と、前記第1隔壁部材に隣接した位置で前記第1隔壁部材と前記筐体の間の隙間の少なくとも一部を塞ぐ第2隔壁部材と、を有し、
    前記第1隔壁部材および前記第2隔壁部材は一体に形成されている、
    電子機器。
  13. 互いに並列に接続されていて、電子部品を有する複数の電子回路を備え、
    前記電子回路のそれぞれの前記電子部品は前記ベースに取り付けられ、
    前記隔壁部は、前記複数の電子回路の一部が有する前記電子部品と前記複数の電子部品の他の一部が有する前記電子部品とを隔てる、
    請求項1から12のいずれか1項に記載の電子機器。
  14. 前記複数の電子回路は、コンデンサユニットおよび複数のスイッチング素子を有して電力変換を行う第1電力変換部と、前記第1電力変換部に並列に接続されて、コンデンサユニットおよび複数のスイッチング素子を有して電力変換を行う第2電力変換部と、を含み、
    前記第1電力変換部が有する前記複数のスイッチング素子および前記第2電力変換部が有する前記複数のスイッチング素子は前記ベースに直接的に取り付けられ、
    前記第1電力変換部が有する前記コンデンサユニットは前記ベースとの間に前記複数のスイッチング素子を挟んだ状態で第1取付部材によって前記ベースに取り付けられ、
    前記第2電力変換部が有する前記コンデンサユニットは前記ベースとの間に前記複数のスイッチング素子を挟んだ状態で第2取付部材によって前記ベースに取り付けられ、
    前記第1隔壁部材の一方の主面は、前記第1電力変換部が有する前記複数のスイッチング素子に面し、前記第1隔壁部材の他方の主面は、前記第2電力変換部が有する前記複数のスイッチング素子に面する、
    請求項13に記載の電子機器。
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