(57)【要約】課題    保守・点検時の作業性を容易にし、小型化に応えることができる車両用電力変換装置を提供する。解決手段    車両の床下に設置された筐体に、半導体スイッチング回路で構成される電力変換器と、負荷に必要な電力を供給するために前記電力変換器の出力を制御する制御部と、前記電力変換器に入力される主回路配線と、前記主回路配線に印加される電圧を検出し前記制御部に出力する電圧検出器と、前記主回路配線から前記電圧検出器への放射ノイズを遮蔽する遮蔽部とを備え、前記電力変換器と前記制御部とがそれぞれ車両の進行方向に沿った前記筐体の両側面に配置され、前記電圧検出器は、前記電力変換器と前記制御部との間に配置されている。選択図      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の床下に設置された筐体に、
半導体スイッチング回路で構成される電力変換器と、
負荷に必要な電力を供給するために前記電力変換器の出力を制御する制御部と、
前記電力変換器に入力される主回路配線と、
前記主回路配線に印加される電圧を検出し前記制御部に出力する電圧検出器と、
前記主回路配線から前記電圧検出器への放射ノイズを遮蔽する遮蔽部とを備え、
前記電力変換器と前記制御部とがそれぞれ車両の進行方向に沿った前記筐体の両側面に配置され、前記電圧検出器は、前記電力変換器と前記制御部との間に配置されていることを特徴とする車両用制御装置。
【請求項２】
車両の進行方向に沿った前記筐体の一方の側面に第１の点検口を備えた前記制御部と、第２の点検口を備えた接触器ユニットとが配置され、
車両の進行方向に沿った前記筐体の他方の側面に第３の点検口を備えた前記電力変換器が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項３】
車両の進行方向に沿った前記筐体の一方の側面に第１の点検口を備えた前記制御部と、第２の点検口を備えた入力フィルタコンデンサユニットとが配置され、
車両の進行方向に沿った前記筐体の他方の側面に第３の点検口を備えた前記電力変換器が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項４】
前記電力変換器はインバータ部とコンバータ部で構成され、
車両の進行方向に沿った前記筐体の一方の側面に第１の点検口を備えた前記制御部と、第２の点検口を備えた接触器ユニットとが配置され、
車両の進行方向に沿った前記筐体の他方の側面に第３の点検口を備えた前記インバータ部と、第４の点検口を備えた前記コンバータ部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項５】
複数の前記電圧検出器が、それぞれ前記遮蔽部を有し、車両の進行方向と直角の方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項６】
複数の前記電圧検出器が、それぞれ前記遮蔽部を有し、車両の進行方向と平行な方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項７】
前記遮蔽部は、
前記主回路配線からの放射ノイズを遮蔽できる程度の面積を有する面を備えた金属を含む板で構成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力用半導体素子を使用し、特に鉄道車両の床下に配置される車両用電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用電力変換装置は、電力用半導体素子を使用したいわゆるコンバータやインバータなどの電力変換器とフィルタコンデンサおよび制御部とその各種制御電源やセンサなどから構成されている。特に高速鉄道車両の電力変換装置内は高密度に機器が配置されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９６３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特に鉄道車両用電力変換装置においては、ますます高速化し大容量化する一方、車両の床下の限られた空間に設置されるため、小型化が要請される。また、電力変換装置内部は高密度に機器類を配置しながらも、保守・点検時の作業も容易にできなければいけないという課題がある。【０００５】
そのため、この発明は保守・点検時の作業性を容易にし、小型化に応えることができる車両用電力変換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の車両用電力変換装置は、車両の床下に設置された筐体に、半導体スイッチング回路で構成される電力変換器と、負荷に必要な電力を供給するために電力変換器の出力を制御する制御部と、電力変換器に入力される主回路配線と、主回路配線に印加される電圧を検出し制御部に出力する電圧検出器と、主回路配線から電圧検出器への放射ノイズを遮蔽する遮蔽部とを備え、電力変換器と制御部とがそれぞれ車両の進行方向に沿った筐体の両側面に配置され、電圧検出器は、電力変換器と制御部との間に配置されていることを特徴とする車両用制御装置。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る車両用電力変換装置によれば、保守・点検の頻度が高い機器を電力変換装置筐体内の車両の側面側に配置することで、装置を小型化し、保守・点検を容易に行える車両用電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による車両用電力変換装置の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による車両用電力変換装置の上面から見た筐体内部の機器配置図である。
【図３】この発明の実施の形態１による遮蔽部の構造を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による遮蔽部の他の構造を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１による車両用電力変換装置の上面から見た筐体内部の他の機器配置図のである。
【図６】この発明の実施の形態２による車両用電力変換装置の回路図である。
【図７】この発明の実施の形態２による電力変換装置の上面から見た筐体内部の機器配置図である。
【図８】この発明の実施の形態３による車両用電力変換装置の回路図である。
【図９】この発明の実施の形態３による電力変換装置の上面から見た筐体内部の機器配置図である
【符号の説明】
【０００９】
１  電力変換装置、２  コンバータ部、３  インバータ部、４  接触器ユニット、５  制御部、
６  直流リンク部配線、７  モータ配線、８  交流入力配線、９，９ａ，９ｂ  遮蔽部、
１０，１０ａ，１０ｂ  電圧検出器、１１  箱枠支持梁、１３ａ〜１３ｅ  点検口
２０  交流架線、２１  変圧器、２２  電動機
３０  直流架線、３１  接触器ユニット、３２  入力フィルタリアクトルユニット
３３  入力フィルタコンデンサユニット、３４  直流母線配線
４０，４０ａ，４０ｂ  フィルタコンデンサ、４２  コンバータ用電流検出器
４３，４３ａ，４３ｂ  インバータ用電流検出器、４４  交流電圧検出器
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をその実施の形態を示す図に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明における実施の形態1による車両用電力変換装置の回路構成図である。本実施の形態は交流き電区間を走行する３レベルインバータ／コンバータシステムの電気車を示し、交流架線２０からパンタグラフなどを介して得られる交流電圧は、いったん、変圧器２１に入力され、電力変換装置１への入力に適する電圧に変換される。このように変換された電圧は接触器ユニット４を介して、半導体スイッチング回路で構成される電力変換器であるコンバータ部２に入力される。接触器ユニット４には、コンバータ部２と変圧器２１とを電気的に切り離す接触器が挿入されており、電力変換装置を運転しないときや異常が発生して交流電源から切り離す場合には、この接触器を開放する。
【００１１】
コンバータ部２では、入力された交流電圧を中間直流電圧に変換し、フィルタコンデンサ４０（４０ａ、４０ｂ）に出力する。３レベルコンバータの場合、中間直流電圧は３つの電位を持ち、電気的には２つのフィルタコンデンサ４０ａ、４０ｂにて分圧、平滑化されている。この中間直流電圧は半導体スイッチング回路で構成される電力変換器であるインバータ部３に入力され、中間直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換し、電動機２２に出力し、電動機２２が駆動される。
【００１２】
次にコンバータ部２における電力変換動作を説明する。コンバータ部２の入力線に設けられたコンバータ用電流検出器４２にて取得された電流情報、および変圧器２１の何れかの巻き線出力に接続された交流電圧検出器４４にて取得された電圧情報は、制御部５に入力される。同様に、中間直流電圧が印加されるフィルタコンデンサ４０ａ、４０ｂの端子間に接続された電圧検出器１０（１０ａ、１０ｂ）にて取得された電圧情報も制御部５に入力され、これらの情報に基づいて演算されたコンバータゲート信号をコンバータ部２に出力し、これにより交流電圧から中間直流電圧への電力変換動作が制御される。
【００１３】
一方、インバータ部３における電力変換動作は、インバータ部３の三相交流出力に設けられたインバータ用電流検出器４３ａ、４３ｂにて取得された電流情報と、電圧検出器１０ａ、１０ｂにて取得された中間直流部の電圧情報、および車両の運転台等から与えられるトルク指令（図示せず）に基づいて演算されたインバータゲート信号をインバータ部３に出力し、これにより、中間直流電圧から可変電圧可変周波数の交流電圧に電力変換動作が制御される。
【００１４】
以上説明したように電力変換装置１には様々な機器が搭載され、機器が大容量化していく一方で車両の床下の限られたスペースに設置する必要があり、本実施の形態のメンテナンス性を考慮した小型化を実現する機器配置を図２を用いて説明する。
【００１５】
図２は、この発明における実施の形態1による車両用電力変換装置の上面から見た筐体内部の機器配置図である。電力変換装置１の筐体内部には、コンバータ部２とインバータ部３とが車両の進行方向に沿った一方の側面に配置され、接触器ユニット４と制御部５とが車両の進行方向に沿った他方の側面に配置されている。コンバータ部２、インバータ部３、接触器ユニット４、および制御部５は、保守・点検を頻繁に行う必要があるため、それぞれ筐体に点検口１３ａ〜１３ｄを備え、車両の側面方向から保守・点検を容易に行えるようにしている。
【００１６】
コンバータ用電流検出器４２、インバータ用電流検出器４３ａ、４３ｂ、交流電圧検出器４４、および電圧検出器１０ａ、１０ｂなどのセンサ類は、制御部５の中などに収納されることが多い。しかし、これらのセンサ類は保守・点検頻度が低いため、大容量化する制御部５の中には保守・点検頻度の高いものを配置することによって制御部５の小型化が可能になる。
【００１７】
特に電圧検出器１０は、電力変換器であるコンバータ部２とインバータ部３のスイッチング回路から発生する高周波電力による放射ノイズの影響を考慮し、放射ノイズが発生する主回路配線（ここでは直流リンク部配線６）やその他の配線から離れた位置（制御部内など）に別途配置する必要があり、その配置に自由度がないため電力変換装置全体の小型化を困難にしていた。
【００１８】
しかし本願では、アルミ等の金属を含む遮蔽部９を最も放射ノイズが発生している直流リンク部配線６と電圧検出器１０（１０ａ、１０ｂ）との間に配置することによって、放射ノイズの影響を抑え、電圧検出器１０を筐体内に自由に配置することを可能にしている。
【００１９】
従って、車両の進行方向に沿った両側面に配置されたコンバータ部２とインバータ部３、接触器ユニット４と制御部５の間に形成された筐体中央付近の空間には、コンバータ部２とインバータ部３との間の直流リンク部配線６やモータ配線７、交流入力配線８と、電圧検出器１０ａ、１０ｂが配置されている。この電圧検出器１０ａ、１０ｂは、電力変換装置１のほぼ中央にある箱枠支持梁１１にボルトなどで固定され、電力変換装置１の筐体底部に設けられた点検口（図示せず）から保守・点検が可能になっている。
【００２０】
図３、図４に遮蔽部９の一例を示す。電圧検出器１０が配置される場所に応じて直流リンク部配線６からの放射ノイズを遮蔽できる程度の面積を有する面と、箱枠支持梁１１にボルトなどで固定される面を備えた金属を含む板で構成されている。
【００２１】
なお、遮蔽部９は放射ノイズの影響抑制効果、装置内での固定のし易さや、電圧検出器１０の周囲温度制約仕様等を合わせて考慮し、図３、図４の構造以外に電圧検出器１０の全周囲を覆う箱状のもの、或いは一部の辺に切れ込みを付与するなどしたものでも良いことは言うまでもない。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１による車両用電力変換装置は、コンバータ部２とインバータ部３とが車両の進行方向に沿った一方の側面に配置され、接触器ユニット４と制御部５とが車両の進行方向に沿った他方の側面に配置され、その中間部に直流リンク部配線６やその他の配線と、電圧検出器１０ａ、１０ｂとを配置することによって、保守・点検頻度の高い各機器には車両の進行方向に沿った側面側から容易に保守・点検を行える構造になっている。
【００２３】
さらに、電圧検出器１０ａ、１０ｂと直流リンク部配線６との間に遮蔽部９を設けることにより、電圧検出器１０ａ、１０ｂは、直流リンク部配線６からのノイズの影響によらず筐体内に自由に配置でき、筐体内の空間を有効活用することによって装置の小型化を実現している。
【００２４】
なお、本実施の形態１の電圧検出器１０ａ、１０ｂの配置は図２に限るものではなく、例えば図５に示す配置にすることによりさらに車幅方向の小型化を図ることも可能である。
【００２５】
実施の形態２．
図６は、この発明における実施の形態２による車両用電力変換装置の回路構成図である。実施の形態１との違いは、２レベルインバータ／コンバータシステムの電気車に適用していることである。中間直流電圧の電位が２つであり、この部分の電圧検出器１０は１個のみとなる。
【００２６】
図７は、この発明における実施の形態２による車両用電力変換装置の上面から見た筐体内部の機器配置図である。電力変換装置１の筐体内部の車両の進行方向に沿った両側面に配置されたコンバータ部２とインバータ部３、接触器ユニット４と制御部５の間に形成された筐体中央付近の空間には、コンバータ部２とインバータ部３との間の直流リンク部配線６やモータ配線７、交流入力配線８と、電圧検出器１０が配置されている。この電圧検出器１０は、電力変換装置１のほぼ中央にある箱枠支持梁１１にボルトなどで固定され、電力変換装置１の筐体底部に設けられた点検口（図示せず）から保守・点検が可能になっている。
【００２７】
電圧検出器１０は、直流リンク部配線６からの放射ノイズを遮蔽できるＬ字型の遮蔽部９を有し、放射ノイズの影響を抑制している。遮蔽部９の形状、電圧検出器の配置はこれに限るものではない。
【００２８】
実施の形態３．
図８は、この発明における実施の形態３による車両用電力変換装置の回路構成図である。実施の形態１との違いは、直流き電区間を走行する２レベルインバータシステムの電気車に適用していることである。直流架線３０からパンタグラフなどを介して得られる直流電圧は、接触器ユニット３１を介して入力フィルタリアクトルユニット３２、入力フィルタコンデンサユニット３３へと接続されている。
【００２９】
これにより、直流電源３０からの直流電圧を平滑化してインバータ部３に供給するとともに、インバータ部３の電力変換動作によって発生する高調波電流が直流電源３０への影響を抑制する。インバータ部３では、平滑化された直流電圧を可変電圧可変周波数の三相交流電圧に変換し、電動機２２に出力し、電動機２２が駆動される。
【００３０】
図９は、この発明における実施の形態３による車両用電力変換装置の上面から見た筐体内部の機器配置図である。電力変換装置１の筐体内部の車両の進行方向に沿った両側面に配置されたインバータ部３と、入力フィルタコンデンサユニット３３、制御部５との間に形成された筐体中央付近の空間には、入力フィルタコンデンサユニット３３と制御部５との間の直流母線配線３３やモータ配線７、電圧検出器１０が配置されている。この電圧検出器１０は、電力変換装置１のほぼ中央にある箱枠支持梁１１にボルトなどで固定され、電力変換装置１の筐体底部に設けられた点検口（図示せず）から保守・点検が可能になっている。
【００３１】
インバータ部３、入力フィルタコンデンサユニット３３、および制御部５は、保守・点検を頻繁に行う必要があるため、それぞれ筐体に点検口１３ｂ、１３d、１３ｅを備え、車両の側面方向から保守・点検を容易に行えるようにしている。
【００３２】
電圧検出器１０は、直流母線配線３４からの放射ノイズを遮蔽できるＬ字型の遮蔽部９を有し、主回路配線（ここでは直流母線配線３４）からの放射ノイズの影響を抑制している。なお、遮蔽部９の形状、電圧検出器１０の配置はこれに限るものではない。
【００３３】
以上のように、本願の各実施の形態においては、保守・点検の頻度が高いコンバータ部２、インバータ部３、接触器ユニット４、制御部５、および入力フィルタコンデンサユニット３３とが電力変換装置筐体内の車両の進行方向に沿った両側面に配置され、その間に形成された筐体中央付近の空間に各配線と、電圧検出器１０とを配置することによって、各機器には車両の側面方向から容易に保守・点検を行える構造になっている。
【００３４】
さらに、電圧検出器１０と主回路配線との間に遮蔽部９を設けることにより、放射ノイズの影響が抑制され、電圧検出器１０は電力変換装置筐体内に自由に配置でき、筐体内の空間を有効活用することによって装置の小型化を実現している。
【００３５】
なお、以上説明した実施の形態については、電圧検出器１０を筐体中央部の空間に配置したが、その他のセンサについても同様に配置することができ、様々な設計的要請に応じて装置の小型化を図るため、自由に配置できるという効果を奏する。
【図１】
2010143236.tif 000003
【図２】
2010143236.tif 000004
【図３】
2010143236.tif 000005
【図４】
2010143236.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010143236.tif 000008
【図７】
2010143236.tif 000009
【図８】
2010143236.tif 000010
【図９】
2010143236.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月4日(2010.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図９は、この発明における実施の形態３による車両用電力変換装置の上面から見た筐体内部の機器配置図である。電力変換装置１の筐体内部の車両の進行方向に沿った両側面に配置されたインバータ部３と、入力フィルタコンデンサユニット３３、制御部５との間に形成された筐体中央付近の空間には、入力フィルタコンデンサユニット３３と制御部５との間の直流母線配線３４やモータ配線７、電圧検出器１０が配置されている。この電圧検出器１０は、電力変換装置１のほぼ中央にある箱枠支持梁１１にボルトなどで固定され、電力変換装置１の筐体底部に設けられた点検口（図示せず）から保守・点検が可能になっている。
【国際調査報告】
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