KR100272807B1

KR100272807B1 - 전기차용전력변환장치

Info

Publication number: KR100272807B1
Application number: KR1019970006969A
Authority: KR
Inventors: 오사무 스즈끼; 다까시 쯔보이; 히로시 이따하나; 노부아끼 미즈구찌; 지사찌 가또오; 헤이끼찌 구와하라; 마사노리 고바야시
Original assignee: 우치가사키 기이치로; 히다치 테크노 엔지니어링 가부시키 가이샤; 미츠이 노리히꼬; 히다치 미또 엔지니어링 가부시키 가이샤; 가나이 쓰도무; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 2001-04-02
Also published as: EP0794098B1; CN1077524C; EP0794098A1; DE69701265T2; CN1163209A; KR970065107A; JPH09246767A; DE69701265D1

Abstract

본 발명은 전기차용 전력변환장치를 차량 마루아래에 의장(艤裝)할 때에, 고밀도실장이 가능하고, 배치의 자유도를 높이며, 또 반도체 스위칭소자와 밀폐실을 동시에 효율좋게 냉각한다.

본 발명에 있어서는, 전력변환기(41, 42)를 구성하는 소자를 수열판(受熱板)(10)의 양면에 장착하고, 이 수열판(10)내에 냉각수를 흐르게 하여 따뜻해진 냉각수를 라디에이터(12)에 의해 냉각하는 물 순환식 냉각계로 한다. 그리고, 이들을 전기차 마루아래에 설치하고, 라디에이터(12)를 차량측면에 설치된 통기실(25)에 배치한다.

Description

전기차용 전력변환장치{ELECTRIC POWER TRANSFER APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은, 철도차량, 그 중 전기차에 사용되는 전력변환장치에 관한 것으로, 특히 이 전력변환장치의 냉각에 관한 것이다.

전기철도차량에 있어서는, 전동기를 가변속 구동하기 위한 전력변환장치가, 통상 차체의 마루아래부에 탑재된다. 예를들어 인버터 방식에 의한 제어장치는, 반도체 스위칭소자(예를들어 GTO, IGBT등), 다이오드, 콘덴서, 저항기, 게이트제어장치 등에 의해 구성된다. 이들 구성부품은 장치작동시에 열손실을 발생하기 때문에 이들을 효율좋게 냉각하는 것이 중요하다. 특히, 반도체스위칭 소자는 그 발생열량이 크기 때문에 전용의 방열기를 구비하고 있다. 이 방열기는 외기와 통하는 풍동내에 설치되어, 외기로의 방열을 가능하게 하고 있다. 한편, 다이오드, 콘덴서, 게이트제어장치나 반도체스위칭 소자 자체는, 신뢰성을 확보하는 면에서 청정한 공기아래 설치하는 것이 필요하다. 그 때문에, 장치를 수납하는 박스체 바깥의 오염공기에 접촉하지 않도록 밀폐실내에 수납하는 것이 효과적이다.

그러나, 이들 밀폐실에 수납되는 반도체 스위칭소자 이외의 전기품도 적지 않게 발열하여, 이 밀폐실 공기의 온도상승을 일정치 이하로 억제하기 위해서는 밀폐실내의 공기와 박스체 바깥의 오염공기 사이에서 효율적으로 좋게 열교환 할 필요가 있다.

일본국 특개 평 6-163770호 공보(문헌 1)에는, 유도전동기를 제어하는 전력변환기의 모듈형 주회로 반도체 스위칭소자를 수열판의 일면에 장착하고, 한쪽면에 L형으로 절곡된 히트파이프의 수열부를 매립하고, 응축부에 방열핀을 설치한 냉각구조가 기재되어 있다. 또, 일본국 특개 소 62-255266호 공보(문헌 2)에는, 유도전동기를 제어하는 인버터의 냉각을, 디젤엔진을 냉각하는 냉각수를 인버터에도 순환시키는 기술이 기재되어 있다.

전기차용, 특히 전차용의 전력변환장치는, 차체의 마루아래부에 설치되어 있기 때문에 소형경량화가 요구된다. 이 때문에, 기기의 실장밀도를 높일 필요성이 있다. 실장밀도가 높아지면 박스체내에 수납되는 전기품의 발열 밀도가 증가하고, 이들 전체를 효율좋게 냉각하기 위해서는, 반도체 스위칭소자 전용의 방열기 뿐 아니라, 밀폐실내의 전기품을 효율좋게 냉각하기 위한 방열기 및 방열구조가 필요하다.

또, 전기품을 효율좋게 냉각하기 위하여 사용하는 팬이나 펌프의 회전기기는 마모되는 부품이기 때문에 정기적으로 부품교환이나 보수를 필요로 한다. 또, 반도체 스위칭소자의 방열기는 먼지 등이 방열기 내부에 체류하기 쉬워, 정기적인 청소가 필요해진다. 따라서, 이들 기기를 차체 마루아래부에 설치할 때에는, 보수점검이 용이해지도록 실장상의 배려가 필요하다.

문헌 1에 기재된 구조에서는, 수열판의 일면에만 모듈형 스위치소자를 설치할 수 있어 실장밀도를 증가시키는 것이 곤란하고, 또 대부분의 경우 복수의 히트파이프에 의해 냉각을 하지 않으면 안되는 관계상, 모든 히트파이프의 핀에 냉각풍을 접촉시키기 위해서는 히트파이프, 즉 냉각측의 형편에 따라 실장시의 전력변환장치로서의 배치가 정해져 버려, 기기의 배치설계의 자유도가 적다고 하는 문제가 있다.

또, 문헌 2에 있어서는, 냉각수의 순환회로의 기재는 있으나 실장에 대해서는 어떠한 배려도 행해지지 않고 있다.

본 발명의 목적은, 실장밀도가 증가하였어도 기기의 배치자유도를 높이고, 또 반도체 스위칭소자를 냉각하기 위한 방열기와 그 이외의 전기부품 밀폐실을 동시에 효율좋게 냉각할 수 있는 구조를 가지는 전기차용 전력변환장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제 2목적은, 회전기기나 열교환기의 메인테넌스가 용이한 냉각구조를 가지는 전기차용 전력변환장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제 3목적은, 변환용량의 증대에 의해 밀폐실의 발열량이 증대한 경우에도, 이것을 냉각할 수 있는 전기차용 전력변환장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 전기차의 진행방향에서 본 전력변환장치를 탑재한 차량의 단면도,

도 2는 도 1에 나타낸 전력변환장치의 A-A부 단면도,

도 3은 도 2에 나타낸 전력변환장치의 B-B부 단면도로, 냉각풍의 흐름을 설명하는 도,

도 4는 수열판을 설명하는 도,

도 5는 주회로 밀폐실 내부를 나타내는 사시도,

도 6은 본 발명의 제 2실시예를 나타내는 전력변환장치의 주회로 밀폐실 외부를 나타내는 사시도로, 냉각풍의 흐름을 설명하는 도,

도 7은 본 발명의 제 3실시예를 나타내는 전력변환장치를 차량측면측에서 본 도,

도 8은 본 발명의 제 4실시예를 나타내는 전력변환장치를 차량측면측에서 본 도,

도 9는 본 실시예에 있어서의 전력변환장치의 주회로도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 차체 2: 박스체

3: 주회로 밀폐실 4: 스커드

5: 전기품 밀폐실 10: 수열판

11: 액순환 펌프 12: 라디에이터

13: 리저브탱크 14: 배관

20: 에어필터 21: 풍동(風洞)

22: 외부방열핀 23: 내부방열핀

24: 채풍구(採風口) 25: 통기실

26: 내기순환용 송풍기 27: 배기구

29: 송풍기 30: 냉각풍

31: 내기순환풍 40: 스위칭소자

41: 인버터 42: 컨버터

43: 과전압 억제회로 44: 게이트 제어회로

45: 교류접촉기 46: 제어용 전원

47: 스너버저항 48: 스너버콘덴서

49: 클램프다이오드 50: 플라이휠다이오드

51: 필터콘덴서 52: 변압기

53: 유도전동기 54: 팬터그래프

61: 프레임 62: 차륜

63: 간막이판 64: 스톱퍼

65: 지지대

상기 제 1목적은, 전기차 구동용 유도전동기를 제어하는 복수의 스위칭소자를 함유하는 전력변환기와, 이 전력변환기를 냉각하는 냉각수단을 구비한 전기차용 전력변환장치에 있어서, 상기 스위칭소자가 설치되고 내부에 냉각액의 유로를 가지는 수열판과, 상기 수열판으로부터의 냉각액과 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기와, 상기 수열판과 상기 열교환기와의 사이에서 상기 냉각액을 순환시키는 펌프와, 상기 열교환기에 대하여 냉각풍을 송풍하는 송풍수단을 구비하고, 상기 수열판, 상기 열교환기, 상기 펌프 및 송풍수단을 전기차의 마루아래에 의장하고, 상기 열교환기를 이 전기차의 측면에 배치하고, 냉각풍을 상기 열교환기가 배치되어 있지 않은 측면에서 흡기하고, 상기 열교환기가 배치되어 있는 측면에서 배기하도록 상기 송풍수단을 배치함으로써 달성된다.

상기 제 2목적은, 전기차 구동용 유도전동기를 제어하는 복수의 스위칭소자를 포함하는 전력변환기와, 이 전력변환기를 냉각하는 냉각수단을 구비한 전기차용 전력변환장치에 있어서, 상기 스위칭소자가 설치되고 내부에 냉각액의 유로를 가지는 수열판과, 상기 수열판으로부터의 냉각액과 공기와의 사이에 열교환을 행하는 열교환기와, 상기 수열판과 상기 열교환기와의 사이에서 상기 냉각액을 순환시키는 펌프를 일체로 전기차 측면에서 인출가능한 수단을 구비하고, 상기 열교환기를 이 전기차의 측면에 배치함으로써 달성된다.

상기 제 3목적은, 전기차 구동용 유도전동기를 제어하는 복수의 스위칭소자를 포함하는 전력변환기와, 이 전력변환기를 냉각하는 냉각수단을 구비한 전기차용 전력변환장치에 있어서, 상기 스위칭 소자가 설치되고 내부에 냉각액의 유로를 가지는 수열판과, 상기 수열판으로부터의 냉각액과 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기와, 상기 열교환기에 대하여 냉각풍을 송풍하는 송풍수단을 구비하고, 상기 수열판을 전기차 마루아래부에 설치된 실내에 배치하고, 상기 실의 외면에 방열핀을 설치하고, 냉각풍이 이 방열핀을 개재하여 차량측면으로 송풍되도록 상기 송풍수단을 배치함으로써 달성된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 일 실시예로서, 전기철도 차량의 마루아래에 설치하는 컨버터와 인버터를 구비한 전력변환장치를 도 9를 사용하여 설명한다. 본 예는 교류기 전구간을 주행하는 전기차를 나타내고, 팬터그래프(54)로부터 집전된 교류는 복수의 변압기(52)에 의해 강압되고, 각각 대응하는 단상 3레벨 컨버터(42)의 교류입력단에 입력된다. 이 컨버터(42)는 정, 부, 중성의 3가지 레벨의 직류를 출력하고, 이들 컨버터(42)의 직류측은 필터콘덴서(51)를 거쳐 병렬접속되고, 3상 3레벨 인버터(41)의 직류측으로 입력된다. 또, 인버터(41)측의 직류측에는 U상, V상, W상의 각 상마다 필터콘덴서(51)가 접속되어 있다. 인버터(41)는 입력된 직류를 정, 부, 중성의 3가지 레벨을 가지는 펄스를 출력함으로써 PWM 변조된 가변전압 가변주파수의 3상교류를 출력한다. 유도전동기(53)는 가변전압 가변주파수의 교류를 입력함으로써 그 회전이 제어되고, 전기차를 역행(力行)한다. 또, 유도전동기(53)가 발전기로서 동작하는 회생시에는, 상기 역행시와는 반대로 에너지가 팬터그래프(54)로 흐른다.

또, 컨버터(42)와 인버터(41)와의 사이에 병렬 접속되어 있는 과전압 억제회로(43)는 어떠한 원인에 의해 직류전압이 과대로 된 경우, 저항을 거쳐 단락되어 강압되거나, 중성점의 전위가 정부로 언밸런스로 된 경우에 동작하는 것이다(이 동작은 2레벨 인버터에서는 존재하지 않는다).

그런데, 이들 인버터(41)나 컨버터(42)를 구성하는 스위칭소자(40)는, 예를들어 IGBT(인슐레이티드 게이트 바이폴라 트랜지스터)나 GTO(게이트 턴오프 사이리스터) 등의 모듈형 자기소호형 스위칭소자이고, 본 실시예에서 사용되는 IGBT는 각각 병렬 접속된 프라이휠 다이오드(50)와 일체로 모듈화되어 있다. 또, 4직렬 접속된 스위칭소자(40)중 두 개의 스위칭 소자에 병렬 접속된 다이오드는 클램프 다이오드(49)이고, 중성점 전위를 생성하기 위한 3레벨 전력변환기에 특유의 것이다. 또, 본 도면에는 기재를 생략하였으나, 스위칭소자에는 자기소호하였을 때에 발생하는 과대전압을 흡수하기 위하여 스너버 회로가 설치되어 있고, 이 회로는 스너버 다이오드, 스너버 저항 및 스너버 콘덴서로 구성되어 있다.

이상 설명한 전력변환장치를 구성하는 각 소자는 냉각계에 대해 보면 전부가 발열체이고, 이들이 조밀하게 실장되면 열적으로 심한 것으로 된다. 한편, 레이아웃도 메인테넌스를 고려하면 중요한 요소이고, 냉각에 대해 반드시 좋은 것이라고는 할 수 없다. 이하에 설명하는 본 실시예에 의한 냉각구조는, 이들 요청에 따를 수 있는 것이다.

이하, 도 1 내지 도 5를 사용하여 설명한다. 도 1은 철도의 궤도하의 침목(枕木)과 평행한 방향의 종단면도이다. 도 2는 도 1에 있어서의 A-A부의 단면도, 도 3은 도 1에 있어서 B-B부의 단면도이다. 본 실시예에 있어서는, 전력변환기를 구성하는 모듈형 반도체 스위칭소자(40)를 설치한 수열판에 냉각액을 통과시키고, 이것을 공기-열교환기와의 사이에서 순환시켜 냉각하는 순환액 냉각방식을 채용하였다. 이 때, 사용하는 냉매로서는 예를들어 물이나, 저온하에서의 동결을 억제하는 에틸렌글리콜의 성분을 함유한 수용액을 사용한다.

도 1(전기배선은 생략한다)에 있어서, 차체(1)의 바닥 아래에 전력변환기를 수납하는 박스체(2)가 풍동(21)의 스페이스를 남기도록 도시하지 않은 매어달기 수단에 의해 현가되어 있다. 이 박스체(2)에는 궤도 폭방향으로 도면 좌측으로부터 전기품 밀폐실(5), 상술한 전력변환기의 주회로를 수납한 주회로 밀폐실(3), 및 냉각부가 수납되어 있다. 필터콘덴서(51)는 주회로 밀폐실(3)내에 배치되어 있다. 전력변환기 주회로를 수납한 주회로 밀폐실(3)내에는, 후에 상세하게 설명하는 수열판(10), 기타 주회로 구성품이 수납되어 있다. 그리고, 이 주회로 밀폐실(3)의 상부에는, 주회로 밀폐실(3)의 천정판(28)의 차체(1)측을 사용하여, 상술한 풍동(21)이 형성되어 있고, 이 풍동(21)내부에 존재하도록 주회로 밀폐실(3) 외부에 외부방열핀(22)이 이 외부방열핀(22)과 이 주회로 밀폐실(3) 박스체(2)의 천정판(28)을 사이 끼우고 밀폐실 내부에는 내부방열핀(23)이 설치되어 있다.

한편, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 박스체(23)의 차량진행 방향의 좌측면(도면 좌측)에는 컨버터(42)나 인버터(41)를 구성하는 스위칭소자(40)에 대하여 펄스폭 변조된 게이트신호를 생성하는 게이트 제어장치(44), 교류전차선과 이들 제어기기를 전기적으로 끊어지게 하는 교류접촉기(45), 각종 제어기기에 대하여 전력을 공급하는 제어용 전원(46) 등의 전기품이, 단위마다 구분되어 전기품 밀폐실(5)에 수납되어 있고, 박스체(2)의 측면전면에 걸쳐 배치된다.

냉각장치를 구성하는 액순환펌프(11), 송풍기(29), 공기-액열교환기(라디에이터)(12), 리저브탱크(13)는, 주회로 밀폐실(3)의 우측면(도면 우측)에 배치된다. 이들과 주회로 밀폐실(3)에 수납되어 있는 수열판(10)은 배관(14)을 개재하여 상호 접속된다.

액순환펌프(11)에 의해 승압된 냉각수는, 주회로 밀폐실(3)내에 수납되어 있는 수열판(10)에 송수(送水)된다. 수열판(10)은, 도 4에 나타나는 바와 같이 일면에 컨버터(24) 및 인버터(41)의 1상분(S상, T상, U상, V상, W상)의 냉각대상 소자 혹은 과전압 억제회로(43)의 냉각대상 소자가 양면에 설치가능하게 되어 있다. 이 수열판(10)의 내부에는 냉각수가 흐르는 유로가 형성되어 있고, 액순환 펌프(11)로부터의 냉각수가 흘러 각 소자가 발생한 열을 수열하고, 승온된 냉각수가 배관(14)을 거쳐 라디에이터(12)로 보내진다. 도 1에 있어서, 라디에이터(12)에는 차외로부터 채풍된 냉각풍이 흐르도록 되어 있고, 냉각수와 공기와의 사이에서 열교환을 행함으로써 냉각수의 온도를 낮추고 있다. 또, 라디에이터(12)에는 만일 압력이 과대해져도 그 압력의 상승을 억제하기 위하여, 또 냉각수의 보급을 위하여 리저브탱크(13)가 설치되어 있다. 라디에이터(12)를 나온 냉각수는 다시 순환펌프(11)로 되돌아가고, 이상 설명한 바와 같이 순환을 하여 발열소자를 냉각한다. 또, 순환시키는 냉각수의 양은, 1분간에 40 내지 50리터이다.

다음에, 차체(1)로부터 궤도방향으로 본 도2를 사용하여, 본 전력변환 장치의 레이아웃을 설명한다. 차체(1)의 양측면의 스커트(4)의 내측에 박스체(2)가 배치되어 있고, 박스체(2)내에는 4매의 수열판(10), 4대의 냉각기기(액순환펌프(11), 라디에이터(12), 리저브탱크(13) 및 배관(14)), 게이트 제어장치(44), 교류접촉기(45) 및 2개의 제어용 전원(46)이 도시와 같이 배치되어 있다. 수열판(10)에는, 도 4에 나타나 있는 바와 같이 양면에 냉각대상의 소자를 배치할 수 있으므로, 문헌 1에 기재한 바와 같이 한쪽면 장착에 비하여 실장밀도가 높아진다. 예를들어, 도 9에 나타낸 주회로도에 있어서, 컨버터(42)에는 S상 및 T상이 각각 2셋트의 4상분, 인버터(41)에는 U상, V상, W상의 3상분, 또 과전압 억제회로(43)를 1상분으로 생각하여 합계 8상분의 냉각이 필요하다. 도 2에 나타낸 수열판(10)의 매수는 4매이고, 한쪽면에 1상분의 소자를 장착할 수 있기 때문에 합계 8상분의 소자의 냉각이 가능해진다. 또, 대용량이기 때문에 한쪽면에 1상분을 장착하도록 하였으나, 2레벨 인버터, 또는 소용량 타입의 것에서는 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 수열판(10)은 박스체(2) 저면에 대하여 입면되어 있고, 냉각대상 소자 설치면이 차량진행 방향에 대하여 수직으로 되도록 배치되어 있다. 문헌 1에 기재된 배치는, 수열판의 히트파이프 설치면이 차체(1)의 측면으로 되도록 배치할 필요가 있었기 때문에, 이점에 있어서는 차체(1)의 길이방향이 짧아진다. 이 효과를 얻기 위해서는, 수열판(10)의 소자설치면이 차량진행 방향을 향하여 있으면 좋고 비스듬히 입면 배치되어도 상관없다.

다음에, 냉각풍의 채풍(採風)및 배풍(排風)구조에 대하여 설명한다. 도 1에 있어서, 채풍은, 차량측면에 위치하는 스커트(4)에 설치된 채풍구(24), 에어필터(20) 및 차체(1)와 박스체(2)사이의 간극에 설치된 풍동(21)을 거쳐 통기실(25)로 들어간다. 이 냉각풍(30)은 공기-액열교환기(12), 송풍기(29)를 개재하여 차량측 측면에 위치하는 배풍구(27)로부터 방출된다. 즉, 측면흡기 측면배기구조를 취하고 있다. 이와 같이, 냉각풍(30)을 측면에서 채풍하여 측면으로 배풍함으로써, 박스체(2) 내에서의 냉각풍의 흐름방향이 크게 변화하지 않기 때문에, 압력손실이 작고, 동일동력의 송풍수단에 의해 보다 많은 풍량을 확보할 수 있어, 전력변환장치 전체의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

도 3은 차체(1)측에서 본 풍동(21) 및 통기실(25) 박스체(2)의 천정판을 나타낸 도이다. 풍동(21) 천정판에는 각 밀폐실(3, 5)에 대응한 위치에 외부방열핀(22)이 설치되어 있고, 차체측면 부근에 라디에이터(12)등이 배치되며, 라디에이터(12)에 냉각풍(30)이 흐르도록 유로를 형성하고 있다. 칸막이판(60)에 의해 칸막이된 풍동(21)(차량진행 방향측의 단부는 차체(1)의 저면에 역시 칸막이판과 같은 것이 접하고 있고, 이것과 칸막이판(60)에 의해 유로가 확보된다)에는, 차체(1)의 측면스커트(4)에 설치된 에어필터(20)로부터의 냉각풍(30)이 흘러들어가고, 외부방열핀(22)을 거쳐 라디에이터(12)에 들어간다. 이와 같이 구성한 경우, 만약 하면배기로 하면 박스체(2)내로 들어갔을 때의 냉각풍의 흐름방향(횡방향)을 90도 변경하는(아래방향) 유로구조가 필수로 되고, 이 부분의 압력손실이 커져버려 냉각풍의 풍량이 작아지기 때문에, 냉각효율이 떨어진다고 하는 문제가 있다.

다음에, 외기의 진입을 막는 주회로 밀폐실(3) 및 전기품 밀폐실(5) 내부의 냉각에 대하여 도 5 및 도 6을 사용하여 설명한다. 수열판(10)에 장착된 소자의 냉각에 대해서는 상술한 바와 같다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 주회로 밀폐실(3)에 수납되는 스너버회로를 구성하기 위한 전기품인 스너버 콘덴서(48), 도시하지 않으나 필터콘덴서(51), 게이트 제어회로(44)로부터 신호를 받아 증폭하여 전력변환기를 구성하는 스위칭소자에 증폭된 스위칭신호를 공급하는 게이트앰프(도시하지 않음) 등의 부수부품도 이 주회로 밀폐실(3)내에 수납된다. 수열판(10)에 장착된 스위칭소자의 발생열량은 크고, 수열판(10)은 전력변환기 운전시에 내부에 물을 흘려도 75℃ 내지 80℃로 된다. 이것에 대하여 스너버콘덴서(48)나 게이트앰프의 허용온도는 40℃ 내지 50℃이고, 이 상태에서는 주회로 밀폐실(3)내의 온도는 수열판(10)이 발생하는 열에 의해 이들 부수부품의 허용온도를 초과하여 버린다. 본 실시예에서는 수열판(10)을 입면배치하고 있고, 이 발열은 주회로 밀폐실(3) 내부의 주위공기로 전해도록 하고 있다. 이 때, 주회로 밀폐실(3)내의 공기는 상승기류를 형성하고, 주로 상부에 설치된 내부방열핀(23)으로 열을 수송한다. 한편, 주회로 밀폐실(3) 상면의 풍동(21)(도 1참조)의 내부에 역시 외부방열핀(22)이 설치되어 있고, 이 외부방열핀(22)을 송풍기(29)에 의해 발생된 냉각풍(30)이 에어필터(20)로부터 들어와, 거의 온도상승하는 일 없이(전기품 밀폐실(5)로부터의 방열에 의한 냉각풍의 온도상승은 기껏해야 1℃정도이다)통과하기 때문에 상면으로부터의 열전달은 촉진된다. 이것에 의해 주회로 밀폐실(3)의 효율적인 냉각이 가능해진다. 이 때, 밀폐실내에는 방열을 촉진하기 위하여 밀폐실 내부의 공기를 교반하고, 방열핀부에 바람을 유도하는 송풍기(26)를 설치하여도 된다. 또, 각 방열핀(22, 23)의 형상은 각각 방열핀에 있어서의 유속이 다르기 때문에, 각각의 유속에 맞추어 다르게 하는 쪽이 보다 효과적이다. 또, 마찬가지로 전기품 밀폐실(5)도 구성되어 있다.

다음에, 도 1 또는 도 5를 사용하여 메인테넌스에 대하여 설명한다. 보수점검은 차량측면에서 행하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 정기적인 보수점검이 필요한 회전기기를 수납하고 있는 통기실(25)이 차체(1)의 측면에 위치하도록 배치되어 있다. 이와 같이, 보수점검의 용이성을 높인 레이아웃으로 된 이유는, 수냉으로 함으로써 풍냉하지 않으면 안되는 부품이 라디에이터(12)에 집약된 것에 의한다.

한편, 주회로 밀폐실(3)측은, 수열판(10), 액순환펌프(11), 라디에이터(12), 리저브탱크(13) 및 배관(14)은, 필터콘덴서(15)를 포함한 다른 주회로 구성부품과 함께 차륜(62)을 가지는 대차(61)상에 설치되어 있고, 도시하지 않은 차 멈춤을 떼어냄으로써 차체(1)의 폭방향으로 이동가능하게 된다. 이 때, 송풍기(29)는 상기 대차상에 설치되어 수열판(10) 등의 부품과 동시에 이동가능하도록 설치하여도 되고, 송풍기(29)만이 단독으로 이동(떼어냄)가능하도록 설치하면 회전부품을 가지는 송풍기(29)의 메인테넌스가 용이해진다.

보수점검이 종료된 대차(61)는, 도시한 위치로 되돌려지거나 대차(61)의 라디에이터(12)측에 설치한 칸막이판(63)과, 박스체(2)에 액자와 같이 가운데가 빠져나가고 고무패킹이 실시된 스톱퍼(64)가 당접함으로써, 주회로 밀폐실이 구성된다. 그리고, 칸막이판(63)과 스톱퍼(64)가 당접함으로써 통기실(25)이 형성된다.

이상, 본 실시예에 의하면 수냉으로서 수열판의 양면에 복수의 소자를 장착할 수 있게 되어 있어, 소정의 냉각성능을 가지면서 실장밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 차체(1)의 바닥 아래의 차량측면측에 통기실(25)을 설치하고 이 안에 라디에이터(12)를 배치함으로써 상술한 바와 같이 보수점검시의 작업성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.

상기 실시예에 있어서는, 방열핀이 밀폐실 상부에만 설치하였으나, 도 6에 나타나 있는 바와 같이 방열핀을 상면에 더하여 밀폐실의 측면 및 하면에 설치하고, 냉각풍이 이들 면을 통과하도록 풍동을 형성시켜도 된다. 이 때, 주회로 밀폐실(3)의 방열면적이 커지게 되기 때문에, 밀폐실의 냉각효율이 향상한다. 또한, 냉각풍의 흐름방향은 크게 변화하지 않고, 또 냉각풍을 받아들이는 단면적이 커지게 되기 때문에, 압력손실이 작아지고 많은 풍량을 확보할 수 있어 밀폐실 및 라디에이터의 냉각효율이 향상된다. 이상에 의해 종합적으로 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

상술한 실시예의 구체예를 도 7, 도 8에 나타낸다. 도 7은 밀폐실의 상면 및 하면에 방열핀을 설치한 경우의 차체측면에서 본 도이다. 상면의 구조는 상술한 바와 같다. 박스체(2)의 하면과 대차(61)의 사이에 칸막이판을 설치하고, 또 차륜(62)을 지지하기 위한 지지대(65)에 의해 밀폐실 하면부터 냉각을 위한 공동(21)을 형성하고, 상기 칸막이판에 방열핀(22, 23)을 설치하고 있다. 냉각풍(30)은 이 풍동(21)을 지면(紙面)에 대하여 수직방향으로 통과한다. 도 8은 밀폐실의 상면 및 측면에 방열핀을 설치한 경우의 차체측면에서 본 도이다. 상면의 구조는 상술한 바와 같다. 수열판(10)과의 사이에 2매의 칸막이판을 설치하고, 밀폐실측면에서 냉각을 위한 풍동(21)을 형성하고, 상기 칸막이판에 방열핀(22, 23)을 설치하고 있다. 냉각풍(30)은 이 풍동(21)을 지면에 대하여 수직방향으로 통과한다.

이상 설명한 각종 실시예에서는, 교류를 기전하여 교류전동기인 유도전동기를 구동하는 컨버터 인버터 시스템에 있어서의 전력변환장치였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 직류를 기전하여 유도전동기를 구동하는 인버터 시스템에 있어서도 적용할 수 있다. 또, 상기 설명한 인버터 혹은 콘버터를 3레벨의 전력변환기로 한 2레벨 전력변환기이어도 상관없다. 또, 수열판(10)의 양면에 소자를 배치한 구성에 대하여 설명하였으나, 한쪽면에만 배치한 것에 대해서도 적용할 수 있고, 이 경우는 냉각계에 구애받지 않고 그 이외의 설계적 요청에 따라 자유롭게 설계할 수 있다고 효과를 나타낸다. 또, 밀폐실에 설치하는 방열핀은, 밀폐실내의 발열량의 대소에 의해, 예를들어 측면에는 냉각풍이 통하는 풍동을 형성시키는 것 만으로 방열핀을 설치하지 않는다고 하는 선택이 가능하다. 또, 냉각풍을 박스체내에 보내기 위한 송풍기는, 축류팬을 도시하고 있으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 예를들어 원심팬을 이용하여 적용할 수 있다. 또, 수열판(10)과 액순환펌프(11)와 라디에이터(12)를 일체로 전기차 측면에서 인출가능한 수단으로 하고, 여기서는 대차(61)와 차륜(62)을 사용한 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 예를들어 슬라이딩부를 마련하거나 매달림부를 마련하여 적용할 수 있다.

이상 서술한 본 발명에 의하면, 전기품의 배치자유도를 높이고, 또 반도체 스위칭소자의 방열기와 밀폐실을 동시에 효율좋게 냉각할 수 있게 되고, 또 회전기기나 열교환기의 보수점검의 작업성이 향상되고, 또한 변환용량이 증대하며 밀페실의 발열량이 증대한 경우에도 이것을 냉각할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims

전기차 구동용 유도전동기를 제어하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 전력변환기와, 이 전력변환기를 냉각하는 냉각수단을 구비한 전기차용 전력변환장치에 있어서, 상기 스위칭 소자가 설치되며, 그 내부에 냉각액의 유로를 가지는 수열판과, 상기 수열판으로부터의 냉각액과 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기와, 상기 수열판과 상기 열교환기간에 상기 냉각액을 순환시키는 펌프를 일체로 전기차 측면에서 인출가능한 수단을 구비하고, 상기 열교환기를 이 전기차의 측면에 배치한 것을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.
제 1항에 있어서, 상기 열교환기에 대하여 냉각풍을 송풍하는 송풍수단을 구비하고, 상기 송풍수단은 상기 수열판, 상기 열교환기, 상기 펌프와는 독립적으로 전기차의 측면에서 인출시키는 것임을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.
제 1항에 있어서, 상기 열교환기에 대하여 냉각풍을 송풍하는 송풍수단을 구비하고, 상기 송풍수단은, 상기 수열판, 상기 열교환기, 상기 펌프를 일체로 전기차의 측면에서 인출시키는 것을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.
제 1항에 있어서, 상기 수열판의 소자탑재면이 전기차의 진행방향을 향하도록 입면배치한 것을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.
전기차 구동용 유도전동기를 제어하는 복수의 스위칭소자를 포함하는 전력변환기와, 이 전력변환기를 냉각하는 냉각수단을 구비한 전기차용 전력변환장치에 있어서, 상기 스위칭소자가 설치되며, 그 내부에 냉각액의 유로를 가지는 수열판과, 상기 수열판으로부터의 냉각액과 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기와, 상기 열교환기에 대하여 냉각풍을 송풍하는 송풍수단을 구비하고, 상기 수열판을 전기차 마루아래측에 설치된 실내에 배치하고, 상기 실의 외면에 방열핀을 설치하여 냉각풍이 이 방열핀을 거쳐 차량측면으로 송풍되도록 상기 송풍수단을 배치한 것을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.
제 5항에 있어서, 냉각풍이 상기 방열핀, 열교환기의 순서로 송풍되도록 상기 송풍수단을 배치한 것을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.
제 5항에 있어서, 냉각풍이 상기 열교환기, 송풍수단의 순서로 흐르도록 상기 송풍수단을 배치한 것을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.
제 5항에 있어서, 상기 실의 상면 및 하면에 방열핀을 설치한 것을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.
제 5항에 있어서, 상기 실의 상면 및 측면에 방열핀을 설치한 것을 특징으로 하는 전기차용 전력변환장치.