(57)【要約】【課題】車両用電力変換装置の軽量小型化、動作の信頼性の向上を図る。【解決手段】冷却器３の放熱部４を下向きかつ装置本体の外周面より外部に突出させて取り付ける冷却構成を有する車両用電力変換装置１において、フィルタコンデンサ１４の端子部を装置中央側ケース端面２９と装置車側側ケース端面３２それぞれに直流端子３０，３０´を設けることにより、装置の配線インダクタンスを低減し、装置の小型軽量化を図り、また装置の信頼性の向上を図る。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、半導体素子からの発熱を開放部に放熱するための冷却器と、各半導体素子に接続されたスナバ回路と、半導体素子駆動用ゲートアンプとを備えたパワーユニットを、前記冷却器の放熱部が下向きかつ装置本体の外周面より外部に突出する様に取付け、フィルタコンデンサを前記冷却器の受熱部に取付けられた半導体素子に対しスナバ回路を挟む位置で装置筐体の上部に取付けた車両用電力変換装置において、
前記フィルタコンデンサは各相毎に分割されており、フィルタコンデンサの装置中央側ケース端面に複数個の内位置直流端子を設け、
前記内位置直流端子各々と同電位かつフィルタコンデンサ内のコンデンサエレメントと電気的接合した複数個の外位置直流端子をフィルタコンデンサの装置車側側ケース端面に設け、
前記内位置直流端子と装置中央部に配置された主回路導体とを接続し、
前記外位置直流端子と前記パワーユニットの上部に設けたパワーユニット端子部とを接続したことを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記フィルタコンデンサの装置中央側ケース端面に少なくとも１個の内位置交流端子を設け、前記内位置交流端子と同電位かつフィルタコンデンサ内で電気的接合した少なくとも１個の外位置交流端子をフィルタコンデンサの装置車側側ケース端面に設け、前記内位置交流端子と装置中央部に配置された主回路導体とを接続し、前記外位置交流端子と前記パワーユニット端子部とを接続したことを特徴とする請求項１に記載の車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記フィルタコンデンサの装置車側側ケース端面の前面かつフィルタコンデンサ上部と装置上面との間に位置する個所に、送風方向が装置中央部から装置車側方向となるよう小型ファンを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電力変換装置。
【請求項４】
前記フィルタコンデンサの装置車側側ケース端面の前面かつフィルタコンデンサ下部とスナバ回路上面との間に位置する個所に、送風方向が装置車側から装置中央部方向となるよう小型ファンを配置したことを特徴とする請求項３に記載の車両用電力変換装置。
【請求項５】
前記フィルタコンデンサの複数の相分を一体化したことを特徴とする請求項１〜４にいずれかに記載の車両用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷却器の放熱部を下向きかつ装置本体の外周面より外部に突出させて取り付ける冷却構成を有する車両用電力変換装置として、従来、図１１〜図１９に示す構成のものが知られている。
【０００３】
図１１に示すように、一般的な車両用電力変換装置１は、車体２の下面側に艤装されている。放熱部４は車両用電力変換装置１の下面外部に突出させられている。車両用電力変換装置１の主回路方式としては、図１８に示す３レベル、図１９に示す２レベルのものがある。なお、図１８、図１９それぞれは半導体素子６とフィルタコンデンサ１４との１相分の一般的な主回路の構成を示している。
【０００４】
図１２に詳しいように、一般的な車両用電力変換装置１では、半導体素子６と、半導体素子６からの発熱を開放部に放熱するための冷却器３と、各半導体素子６に接続されたスナバ回路８と、半導体素子駆動用ゲートアンプ９とをパワーユニット１０としてユニット化し、冷却器３の放熱部４が下向きかつ装置本体の外周面より外部に突出し、開放部７に放熱する様に取付けている。また、フィルタコンデンサ１４を冷却器３の受熱部に取付けられた半導体素子６に対しスナバ回路８を挟む位置で装置筐体の上部に取付けている。
【０００５】
このように従来の車両用電力変換装置１では、例えば半導体素子６を交換する場合等には、図１３に示すとおりパワーユニット１０を電力変換装置１より取外し、電力変換装置１の両車側底面部５とレール面上部１１との間の隙間より装置車側方向１２にパワーユニット１０を引き出す必要があるため、パワーユニット上下方向の寸法１３を装置の両車側底面部５とレール上面部１１との間の寸法以下とする必要があり、パワーユニット１０の低床化が必要であった。
【０００６】
そのため従来、フィルタコンデンサ１４は、本来、半導体素子６がスイッチングする際のサージ電圧を吸収する役割があるためにパワーユニット１０内に配置し、フィルタコンデンサ１４と半導体素子６との間の配線インダクタンスを小さくしていた。しかしながら、上述したとおりパワーユニットの低床化が必要であるため、図１４に示すとおりフィルタコンデンサ１４を、冷却器３の受熱部１５に取付けられた半導体素子６に対しスナバ回路８を挟む位置でフィルタコンデンサ取付具１７を介し装置上部１６に取付け、フィルタコンデンサ１４を装置側に配置し、かつフィルタコンデンサ１４とパワーユニット１０との間を近接配置することにより、フィルタコンデンサ１４と半導体素子６との間の配線インダクタンスが小さくなるよう構成している。
【０００７】
また、パワーユニット１０の取付け及び取外し時に、フィルタコンデンサ１４と電気的に接続・切り離しができるよう、パワーユニット１０には半導体素子６に接続されたパワーユニット端子部１８を設けてあり、車側メンテナンスカバー１９を開けた時、車側メンテナンス方向２０から容易にアクセスできる構成とするため、このパワーユニット端子部１８を装置車側方向１２に配置している。さらに、フィルタコンデンサ１４とパワーユニット１０との間の配線インダクタンスを低減するために、フィルタコンデンサ端子部２１も装置車側方向１２に配置しパワーユニット端子部１８との配線長が最短となる様に構成している。
【０００８】
しかしながら、図１５に示すとおりフィルタコンデンサ端子部２１はフィルタコンデンサケース２２の１つの端面にしか配置されていないため、フィルタコンデンサ端子部２１を装置車側方向１２に配置すると、図１６、図１７に示すとおり装置中央部２３にある主回路導体２４とフィルタコンデンサ端子部２１との間の距離が遠くなり、この間を結ぶ渡り導体２５も長くなり、渡り導体２５の質量の増加によって車重が増加し、渡り導体２５からの発熱に伴い箱内温度が上昇する。
【０００９】
また、フィルタコンデンサ１４とパワーユニット１０との間の配線インダクタンスを低減するためには両者を近接配置する必要があり、渡り導体２５をフィルタコンデンサ上部２６に引き回しており、またこの渡り導体２５の配線インダクタンスを低減させるために渡り導体２５同士を重ね合わせていた。さらに、渡り導体２５の固定を行うためには装置上部１６に導体固定具２７を取付けなくてはならなかった。
【００１０】
これらの結果として、従来の車両用電力変換装置１では質量が増加しまた大型化する問題点があり、同時に、箱内温度の上昇に伴い装置の信頼性が低下する問題点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の冷却器の放熱部を下向きかつ装置本体の外周面より外部に突出させて取り付ける冷却構成の車両用電力変換装置では、装置の配線インダクタンスを低減しようとすると装置の重量増、大型化を招き、さらには装置の信頼性の低下を招いてしまう問題点があった。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、フィルタコンデンサの端子部を装置中央側ケース端面と装置車側側ケース端面それぞれに直流端子または交流端子を設けることにより、装置の配線インダクタンスを低減し、装置の小型軽量化が図れ、また装置の信頼性の向上が図れる車両用電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、半導体素子と、半導体素子からの発熱を開放部に放熱するための冷却器と、各半導体素子に接続されたスナバ回路と、半導体素子駆動用ゲートアンプとを備えたパワーユニットを、前記冷却器の放熱部が下向きかつ装置本体の外周面より外部に突出する様に取付け、フィルタコンデンサを前記冷却器の受熱部に取付けられた半導体素子に対しスナバ回路を挟む位置で装置筐体の上部に取付けた車両用電力変換装置において、前記フィルタコンデンサは各相毎に分割されており、フィルタコンデンサの装置中央側ケース端面に複数個の内位置直流端子を設け、前記内位置直流端子各々と同電位かつフィルタコンデンサ内のコンデンサエレメントと電気的接合した複数個の外位置直流端子をフィルタコンデンサの装置車側側ケース端面に設け、前記内位置直流端子と装置中央部に配置された主回路導体とを接続し、前記外位置直流端子と前記パワーユニットの上部に設けたパワーユニット端子部とを接続したものであり、これにより、配線インダクタンスを低減し、装置の小型軽量化、信頼性の向上が図れる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の車両用電力変換装置において、前記フィルタコンデンサの装置中央側ケース端面に少なくとも１個の内位置交流端子を設け、前記内位置交流端子と同電位かつフィルタコンデンサ内で電気的接合した少なくとも１個の外位置交流端子をフィルタコンデンサの装置車側側ケース端面に設け、前記内位置交流端子と装置中央部に配置された主回路導体とを接続し、前記外位置交流端子と前記パワーユニット端子部とを接続したものであり、これにより、配線インダクタンスを低減し、装置の小型軽量化と信頼性の向上が図れる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２の車両用電力変換装置において、前記フィルタコンデンサの装置車側側ケース端面の前面かつフィルタコンデンサ上部と装置上面との間に位置する個所に、送風方向が装置中央部から装置車側方向となるよう小型ファンを配置したものであり、これにより、装置の信頼性の向上が図れる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３の車両用電力変換装置において、前記フィルタコンデンサの装置車側側ケース端面の前面かつフィルタコンデンサ下部とスナバ回路上面との間に位置する個所に、送風方向が装置車側から装置中央部方向となるよう小型ファンを配置したものであり、これにより、装置の信頼性の向上が図れる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１〜４の車両用電力変換装置において、前記フィルタコンデンサの複数の相分を一体化したものであり、これにより、装置の小型軽量化と共に信頼性の向上が図れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
（構成）本発明の第１の実施の形態の車両用電力変換装置を図１〜図３に示す。なお、図１１〜図１９に示した従来例と共通する部材には同一の符号を用いて示してある。
【００２０】
本実施の形態の車両用電力変換装置では、フィルタコンデンサ１４は各相２８毎に分割してあり、フィルタコンデンサ１４の装置中央側ケース端面２９に複数個の内位置直流端子３０を設け、各内位置直流端子３０と同電位かつフィルタコンデンサ１４内のコンデンサエレメント３１と電気的接合した複数個の外位置直流端子３０´をフィルタコンデンサ１４の装置車側側ケース端面３２に設け、フィルタコンデンサ１４の装置中央側ケース端面２９に配置した内位置直流端子３０と装置中央部２３に配置された主回路導体２４とを接続し、フィルタコンデンサ１４の装置車側側ケース端面３２に配置した外位置直流端子３０´とパワーユニット端子部１８とを接続してある。その他の構成は、従来例と同様である。
【００２１】
（作用）本実施の形態の車両用電力変換装置では、フィルタコンデンサ１４の装置中央側ケース端面２９に設けた内位置直流端子３０に装置中央部２３に配置された主回路導体２４を接続することで、フィルタコンデンサ１４と主回路導体２４を接続する渡り導体２５が短くなり、配線インダクタンスが低減し、導体の軽量化が図れ、また導体からの発熱量が軽減されるために装置内の温度上昇を抑制することができる。またフィルタコンデンサ上部２６に配置される渡り導体２５´は交流送電用のみとなるため、フィルタコンデンサ上部２６のスペースが空き、導体固定具２７も簡素化するため、装置上下方向の寸法３４を小さくすることができる。
【００２２】
（効果）従来の車両用電力変換装置と比較し、本実施の形態の車両用電力変換装置によれば、フィルタコンデンサと直流導体を接続する直流渡り導体の配線長が短くなるため配線インダクタンスが低減し、導体質量の軽量化が図れ、導体固定具が簡素化できる。また、直流渡り導体が短くなり、導体からの発熱量が軽減されることにより、装置内温度上昇が軽減され、導体質量の軽量化、導体固定具の簡素化と相まって配線インダクタンスの低減、装置の小型軽量化、装置の信頼性の向上が図れる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、主回路構成を３レベル方式としているが、２レベル方式としても構成可能であり、同様な効果を得ることができる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
（構成）本発明の第２の実施の形態の車両用電力変換装置を図４〜図６に示す。図において、従来例や第１の実施の形態と共通する部材に同一の符号を付して示してある。
【００２５】
本実施の形態の車両用電力変換装置は、第１の実施の形態に対して、フィルタコンデンサ１４の装置中央側ケース端面２９に少なくとも１個の内位置交流端子３３を設け、各内位置交流端子３３と同電位かつフィルタコンデンサ１４内で電気的接合した少なくとも１個の外位置交流端子３３´をフィルタコンデンサ１４の装置車側側ケース端面３２に設け、フィルタコンデンサ１４の装置中央側ケース端面２９に配置した内位置交流端子３３と装置中央部２３に配置された主回路導体２４とを接続し、フィルタコンデンサ１４の装置車側側ケース端面３２に配置した外位置交流端子３３´とパワーユニット端子部１８とを接続したことを特徴としている。
【００２６】
本実施の形態の作用及び効果は、第１の実施の形態と同様であり、さらにフィルタコンデンサ１４の装置中央側ケース端面２９に設けた内位置交流端子３３に装置中央部２３に配置された主回路導体２４を接続し、フィルタコンデンサ１４の装置車側側ケース端面３２に配置した外位置交流端子３３´とパワーユニット端子部１８を接続することで、フィルタコンデンサ上部２６に配置される渡り導体２５´がフィルタコンデンサ１４内に収納されることになり、フィルタコンデンサ上部２６のスペースが空き、導体固定具２７も必要無くなり、装置上下方向の寸法３４を縮めることができる。この結果として、装置のいっそうの小型軽量化が図れ、また装置の信頼性の向上が図れる。
【００２７】
（第３の実施の形態）
（構成）本発明の第３の実施の形態の車両用電力変換装置を図７に示す。図において、従来例や第１の実施の形態と共通する部材に同一の符号を付して示してある。
【００２８】
本実施の形態の車両用電力変換装置では、第１、２の実施の形態に対して、フィルタコンデンサ１４の装置車側側ケース端面３２の装置車側方向１２の前面でかつフィルタコンデンサ上部２６と装置上部１６との間に位置する個所に、送風方向３５が装置中央部２３から装置車側方向１２となる様に小型ファン３６を配置している。
【００２９】
本実施の形態の作用及び効果は、第１、第２の実施の形態と同様であり、さらにフィルタコンデンサ１４の装置中央側ケース端面２９に設けたフィルタコンデンサ端子部２１に装置中央部２３の主回路導体２４を接続するため、フィルタコンデンサ上部２６のスペースが空き、フィルタコンデンサ上部２６の送風における圧力損失が小さくなり、小型ファン３６のような静圧が小さいファンでもフィルタコンデンサ上部２６の空気３７を装置車側方向１２に送風することが可能となる。そこで、ここに上述した小型ファン３６を設置することにより、フィルタコンデンサ上部２６で温まった空気３７を装置車側側３８及び装置上部１６から開放部７に放熱３９し、箱内温度を効果的に低減することができる。
【００３０】
（第４の実施の形態）
（構成）
本発明の第４の実施の形態の車両用電力変換装置を図８に示す。図において、従来例や第１〜第３の実施の形態と共通する部材に同一の符号を付して示してある。
【００３１】
本実施の形態の車両用電力変換装置は、第３の実施の形態に対して、フィルタコンデンサ１４の装置車側側ケース端面３２の装置車側方向１２の前面で、かつフィルタコンデンサ下部４０とスナバ回路上面４１との間に位置する個所に、送風方向３５´が装置車側側３８から装置中央部２３となるよう小型ファン３６´を配置したことを特徴とする。
【００３２】
本実施の形態の作用及び効果は、第３の実施の形態と同様であり、さらにフィルタコンデンサ上部２６で温まった空気３７を装置車側側３８及び装置上部１６から開放部７に放熱３９し、温度が下がった空気３７´をゲートアンプ９、スナバ回路８、フィルタコンデンサ下部４０に送風し、フィルタコンデンサ１４の上下を空気３７が循環するため、より効果的に箱内温度を低減することができる。
【００３３】
（第５の実施の形態）
（構成）本発明の第５の実施の形態の車両用電力変換装置を図９、図１０に示す。図において、従来例や第１の実施の形態と共通する部材に同一の符号を付して示してある。
【００３４】
本実施の形態の車両用電力変換装置は、第１〜第４の実施の形態において、図３、図６に示したフィルタコンデンサ１４それぞれを複数の相２８分に一体化構成したことを特徴とする。
【００３５】
本実施の形態の作用及び効果は、第１〜第４の実施の形態と同様であり、さらにフィルタコンデンサ１４を複数の相２８分に一体化することによりフィルタコンデンサケース２２とフィルタコンデンサ取付部４２の共有化が図れ、ひいてはフィルタコンデンサ１４の軽量化が図れ、装置を軽量化することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、フィルタコンデンサの端子部を装置中央側ケース端面と装置車側側ケース端面それぞれに直流端子又は交流端子を設けたことにより、主回路導体とフィルタコンデンサ及びパワーユニットとの間の渡り導体が短くなるため配線インダクタンスの低減、装置の小型軽量化が図れ、また導体発熱量の低減に伴い箱内温度の上昇を抑制でき、装置の信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の装置の上面図。
【図２】図１におけるＣ−Ｃ線断面図。
【図３】第１の実施の形態のフィルタコンデンサの上面図及び内部結線図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の上面図。
【図５】図４におけるＤ−Ｄ線断面図。
【図６】第２の実施の形態のフィルタコンデンサの上面図及び内部結線図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の断面図。
【図９】本発明の第５の実施の形態の１つのフィルタコンデンサの上面図及び内部結線図。
【図１０】第５の実施の形態の別のフィルタコンデンサの上面図及び内部結線図。
【図１１】従来例の車両用電力変換装置の車体下面からの装置の斜視図。
【図１２】図１１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図１３】従来例においてパワーユニットの脱着動作を示す説明図。
【図１４】従来例においてメンテナンス方向を示す説明図。
【図１５】従来例におけるフィルタコンデンサの上面図及び内部結線図。
【図１６】図１１におけるＡ−Ａ線断面拡大図。
【図１７】図１２におけるＢ−Ｂ線から見た上面図。
【図１８】従来例の１相分の主回路の構成（３レベル方式）の回路図。
【図１９】従来例の１相分の主回路の構成（２レベル方式）の回路図。
【符号の説明】
１…電力変換装置
２…車体
３…冷却器
４…放熱部
５…両車側底面部
６…半導体素子
７…開放部
８…スナバ回路
９…ゲートアンプ
１０…パワーユニット
１１…レール面上部
１２…装置車側方向
１３…パワーユニット上下方向の寸法
１４…フィルタコンデンサ
１５…受熱部
１６…装置上部
１７…フィルタコンデンサ取付具
１８…パワーユニット端子部
１９…車側メンテナンスカバー
２０…車側メンテナンス方向
２１…フィルタコンデンサ端子部
２２…フィルタコンデンサケース
２３…装置中央部
２４…主回路導体
２５，２５´…渡り導体
２６…フィルタコンデンサ上部
２７…導体固定具
２８…相
２９…装置中央側ケース端面
３０…内位置直流端子
３０´…外位置直流端子
３１…コンデンサエレメント
３２…装置車側側ケース端面
３３…内位置交流端子
３３´…外位置交流端子
３４…装置上下方向の寸法
３５，３５´…送風方向
３６，３６´…小型ファン
３７、３７´…空気
３８…装置車側側
３９…放熱
４０…フィルタコンデンサ下部
４１…スナバ回路上面
４２…フィルタコンデンサ取付部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004087712.tif 000017
【図１６】
2004087712.tif 000018
【図１７】
2004087712.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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