(57)【要約】【課題】  変圧器及び電力変換装置が搭載され、この電力変換装置から発する高調波の外部への漏洩を抑制することのできる電気鉄道車両を提供することにある。【解決手段】  車内に配置され、導電性材料のフレームに覆われ、電車線から供給される交流電力を変圧する変圧器４と、変圧器４の真上に位置するように取付台２３により取り付けられ、導電性材料のフレームに覆われ、変圧器４から交流電力が供給される電力変換装置２とを備えた電気鉄道車両。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車内に設置され、導電性材料のフレームに覆われ、電車線から供給される交流電力を変圧する変圧器と、
前記変圧器と垂直方向に配置され、前記変圧器の前記フレームと電気的に接合された導電性材料のフレームに覆われ、前記変圧器から交流電力が供給される電力変換手段と
を備えたことを特徴とする電気鉄道車両。
【請求項２】
車内に設置され、導電性材料のフレームに覆われ、電車線から供給される交流電力を変圧する変圧器と、
前記変圧器と垂直方向に配置され、導電性材料のフレームに覆われ、前記変圧器から交流電力が供給される電力変換手段と、
前記変圧器の前記フレームと前記電力変換手段の前記フレームを電気的に接続し、前記電力変換手段を前記変圧器に取り付ける取付手段と
を備えたことを特徴とする電気鉄道車両。
【請求項３】
前記変圧器は、感電を防止する接地がされ、前記電力変換手段から発生する高調波の車体への導電を抑制する電気抵抗で接地されること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気鉄道車両。
【請求項４】
前記変圧器を、感電を防止する接地をし、前記電力変換手段から発生する高調波の車体への導電を抑制する電気抵抗で接地し、前記車内に設置するための設置手段
を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気鉄道車両。
【請求項５】
前記変圧器を車内に設置するための絶縁材質の設置手段と、
前記変圧器の感電を防止するための接地をする接地手段と
を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気鉄道車両。
【請求項６】
前記接地手段は、抵抗値が可変の電気抵抗であること
を特徴とする請求項５に記載の電気鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、交流電力の供給により走行する電気鉄道車両は、架線から車両に取り込まれた高電圧の交流電力を降圧する変圧器と、この変圧器により降圧された交流電力により電動機を駆動するための制御をする電力変換装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第９３／１４５０７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の電気鉄道車両は、電力変換装置の基本的な構成単位である素子のスイッチングにより発生する高調波の外部への漏洩に関して考慮されていない。
【０００４】
また、近年、電力変換装置から発生する高調波の外部への漏洩に対する規制値が厳しくなっている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、変圧器及び電力変換装置が搭載され、この電力変換装置から発する高調波の外部への漏洩を抑制することのできる電気鉄道車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の観点に従った電気鉄道車両は、車内に設置され、導電性材料のフレームに覆われ、電車線から供給される交流電力を変圧する変圧器と、前記変圧器と垂直方向に配置され、前記変圧器の前記フレームと電気的に接合された導電性材料のフレームに覆われ、前記変圧器から交流電力が供給される電力変換手段とを備えた構成である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、変圧器及び電力変換装置が搭載され、電力変換装置から発せられる高調波の外部への漏洩を抑制することのできる電気鉄道車両を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気鉄道車両１の構成を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る電気鉄道車両１の構成を示す上面図である。なお、図面中における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００１０】
電気鉄道車両１は、電力変換装置２と、２つの送風機３と、変圧器４と、冷却器６１，６２と、車体１０と、機器枠台１２と、複数の取付台２３とを備えている。
【００１１】
電力変換装置２は、床上の枕木方向（車体１０の幅方向）の中央に配置されている。これにより、車内の両側に通路９が確保される。電力変換装置２は、導電性材料のフレームで覆われている。
【００１２】
変圧器４は、車体台枠１１の床上に敷かれた機器枠台１２の上に設置されている。変圧器４は、変電所から架空電車線などにより交流電力が供給され、電力変換装置２の入力電圧に適した電圧に降圧する。変圧器４は、導電性材料のフレームで覆われている。変圧器４には、接地するための接地端子ＴＧ及び電力変換装置２と電気回路を形成する配線ＷＲを接続するための端子ＴＲが設けられている。
【００１３】
機器枠台１２は、鉄などの導電性材料で作られている。即ち、機器枠台１２は、変圧器４を接地する役割を果している。これにより、機器枠台１２は、変圧器４による感電を防止する。
【００１４】
電力変換装置２は、複数の取付台２３により、変圧器４の真上に位置するように取り付けられている。電力変換装置２には、接地線ＷＧを接続するための接地端子ＴＧ及び変圧器４と電気回路を形成する配線ＷＲを接続するための端子ＴＲが設けられている。電力変換装置２は、電気鉄道車両１を走行させるための電動機を駆動するために電力を供給する。または、電力変換装置２は、室内設備などに電力を供給する。
【００１５】
取付台２３は、導電性の高い材料により作られている。変圧器４及び電力変換装置２の取付台２３と接触する面（フレーム）は、塗膜などがなく、電気的に良好な導通が確保されている。取付台２３は、変圧器４と電力変換装置２とを電気的に接続している。なお、取付台２３は、１つでもよいし、２以上のいくつあってもよい。
【００１６】
接地線ＷＧは、変圧器４及び電力変換装置２のそれぞれに設けられている接地端子ＴＧを電気的に接続する。なお、取付台２３により、変圧器４と電力変換装置２との導電性が十分に確保されているときは、これらの接地線ＷＧ及び接地端子ＴＧなどの構成は、無くてもよい。
【００１７】
冷却器６１は、電力変換装置２を冷却する冷却器である。冷却器６１と電力変換装置２とは、冷媒が通る配管Ｐ１により接続されている。冷却器６１は、空冷式の冷却器である。冷却器６１は、送風機３により送り込まれた冷却風により冷却する。
【００１８】
冷却器６２は、変圧器４を冷却する冷却器である。冷却器６２と変圧器４とは、油配管Ｐ２により接続されている。冷却器６２は、空冷式の冷却器である。冷却器６２は、送風機３により送り込まれた冷却風により冷却する。
【００１９】
送風機３は、冷却器６１，６２に冷却風を送るための機器である。なお、ここでは、送風機３を２つ設けているが、１つでも良いし、３つ以上でもよい。
【００２０】
次に、冷却器６１，６２及び送風機３の組み合わされた構成について説明する。
【００２１】
冷却器６２は、車体１０の底面側（下側）に配置されている。冷却器６２の下に位置する床面には、冷却風ＦＬが通り抜ける穴が設けられている。この穴と冷却器６２との間は、風道ＡＷで接続されている。冷却器６１は、冷却器６２の上に積み重ねるように配置されている。冷却器６１と冷却器６２との間は、風道ＡＷで接続されている。送風機３は、冷却器６１の上に積み重ねるように配置されている。送風機３と冷却器６１との間は、風道ＡＷで接続されている。送風機３の上に位置する屋根には、冷却風ＦＬが通り抜ける穴が設けられている。この穴と送風機３との間は、風道ＡＷで接続されている。
【００２２】
送風機３は、屋根に空いた穴から空気を取り込み、下側に位置する穴に向けて、冷却風ＦＬを送り込む。冷却風ＦＬは、屋根から入り込み、送風機３及び冷却器６１，６２を順次に介して、床下から抜け出る。即ち、送風機３及び冷却器６１，６２は、送風機３による冷却風ＦＬが直列的に通り抜けるように構成されている。このようにして、冷却器６１，６２及び送風機３は、一体形成されている。
【００２３】
本実施形態によれば、変圧器４と電力変換装置２とを近接して設けているため、変圧器４と電力変換装置２との間の艤装配線を短くすることができる。これにより、電気鉄道車両１から放出される高調波を抑制することができる。
【００２４】
また、変圧器４と電力変換装置２とを、取付台２３を用いて、電気的に良好な導通が確保できるように強固に結合しているため、高調波の外部への漏洩を抑制することができる。即ち、電力変換装置２から発生した高調波は、変圧器４と電力変換装置２との電気的な接合により形成される回路により、発生源である電力変換装置２に戻すことができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電気鉄道車両１Ａの構成を示す側面図である。
【００２６】
電気鉄道車両１Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電気鉄道車両１において、機器枠台１２を機器枠台１２Ａに代え、変圧器４を可変抵抗器ＲＧで接地している。その他の点は、電気鉄道車両１の構成と同様である。
【００２７】
機器枠台１２は、絶縁材質で作られている。即ち、機器枠台１２は、変圧器４と車体１０とを電気的に絶縁している。これにより、電力変換装置２から発する高調波成分の電流が車体１０に流れるのを防止する。
【００２８】
図４は、本実施形態に係る電気鉄道車両１Ａの可変抵抗器ＲＧによる変圧器４の接地方法を説明するための側面図である。
【００２９】
可変抵抗器ＲＧは、変圧器４と車体１０の一部である車体台枠１１との間を接続する接地線の間に接続されている。この接地線は、変圧器４に設けられた接地端子ＴＧ２と車体台枠１１に設けられた接地端子ＴＧ１とを電気的に接続する。可変抵抗器ＲＧは、電気的な抵抗値を可変することができる。抵抗値を可変にすることで、変圧器４の車体台枠１１との絶縁抵抗値を任意に設定することができる。
【００３０】
可変抵抗器ＲＧの抵抗値は、大き過ぎると、変圧器４の感電防止の効果がなくなる。また、この抵抗値が小さ過ぎると、高調波成分の電流が車体１０に流れることを抑制できない。そこで、この抵抗値を、感電を防止できる導電性のある範囲内で、抵抗値が最大になるように調整することが最良となる。
【００３１】
本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【００３２】
変圧器４は、感電を防止できる導電性のある範囲内で、抵抗値が最大になるように調整することで、高調波成分の電流が車体１０に流れることを最大限に抑止することができる。
【００３３】
なお、各実施形態において、変圧器４及び電力変換装置２を冷却する冷却器６１，６２を空冷式としたが、これに限らない。これらの冷却方式は、水冷式でもよいし、他の方式による冷却器でもよい。
【００３４】
また、各実施形態において、送風機３を上部に設ける構成としたが、下部に設ける構成としてもよいし、床下に設ける構成としてもよい。また、冷却風ＦＬの向きは、下部から上部に吹き上げるように流してもよい。さらに、送風機３は、逆回転可能なものとし、温度条件などに応じて、冷却風ＦＬの向きを変えられるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、各実施形態では、変圧器４及び電力変換装置２の構成について主に説明したが、これに冷却器６１，６２を含めて構成し、動力発生装置として一体形成してもよい。これにより、配管Ｐ１及び油配管Ｐ２は、不要とすることができる。また、冷却器６２及び変圧器４の艤装を容易にすることができる。また、冷却器６１，６２及び送風機３は、変圧器４のフレーム及び電力変換装置２のフレームの内部に内蔵してもよい。これにより、機器類をさらにコンパクトにすることができる。
【００３６】
第１の実施形態において、取付台２３は、電力変換装置２及び変圧器４から独立した構成の部品としたが、これに限らない。取付台２３は、電力変換装置２のフレームの一部でもよいし、変圧器４のフレームの一部でもよい。また、電力変換装置２と変圧器４との電気的に良好な導通が確保されるのであれば、電力変換装置２及び変圧器４のそれぞれのフレーム同士を接合する構成でもよい。
【００３７】
第２の実施形態において、変圧器４を接地するために抵抗値を可変にできる可変抵抗器ＲＧを用いたが、固定の抵抗器を用いてもよい。この場合の抵抗器の抵抗値は、感電を防止できる導電性のある範囲内で、最大限の抵抗値にすることで、高調波成分の電流の車体１０への迷走を最小限に抑制することできる。
【００３８】
第２の実施形態において、接地するための電気抵抗（インピーダンス）として可変抵抗器ＲＧを用いて説明したが、いわゆる抵抗器（直流電流に対する電気抵抗）に限らない。電気抵抗を有する素子及び機器等であれば、交流回路において電気抵抗（リアクタンス）となるコンデンサやリアクトルであってもよい。高調波の周波数などに応じて、コンデンサやリアクトルを用いることにより、より効果的な構成とすることができる。その場合においても、変圧器４は、安全上の理由などにより、車体１０に確実に接地する必要がある。このため、変圧器４と車体１０とを接続する方法としては、上述の可変抵抗器ＲＧによる方法などの他に、接地線とコンデンサを併用する方法、可変コンデンサを使用する方法などであってもよいし、その他の方法による構成であってもよい。いずれの構成においても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気鉄道車両の構成を示す側面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電気鉄道車両の構成を示す上面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電気鉄道車両の構成を示す側面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る可変抵抗器による変圧器の接地方法を説明するための電気鉄道車両の側面図。
【符号の説明】
【００４１】
１…電気鉄道車両、２…電力変換装置、３…送風機、４…変圧器、１０…車体、１１…車体台枠、１２…機器台枠、２３…取付台、６１，６２…冷却器、ＡＷ…風道、ＦＬ…冷却風、Ｐ１…配管、Ｐ２…油配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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