(57)【要約】【課題】冷却能力の高効率化を実現しつつ小形軽量化を図り得る電気車用電力変換装置を提供すること。【解決手段】電気車に搭載される一つの冷却ブロック１０３Ａに、２群のインバータ回路６ａ，６ｂを構成する半導体素子を含む電気部品を配置し、２群のインバータ回路６ａ，６ｂを、定常動作に係る１群のインバータ回路６ａと待機動作に係る他群のインバータ回路６ｂとに選択し、個別制御する。【選択図】  図１
2004166447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車に搭載される冷却ブロックと、
この冷却ブロックに配置されるものであって、複数群の電力変換回路を構成する半導体素子を含む電気部品と
前記複数群の電力変換回路を定常動作に係る電力変換回路と待機動作に係る電力変換回路とに選択制御する制御手段と
を具備することを特徴とする電気車電力変換装置。
【請求項２】
前記冷却ブロックに設けられ前記制御手段に供される温度検出信号を出力する温度検出センサを更に具備することを特徴とする請求項１記載の電気車用電力変換装置。
【請求項３】
前記温度検出センサの出力が予め定めた設定値を超えたとき、前記複数群の電力変換回路のうち少なくとも一群の電力変換回路を停止させ残りの群の電力変換回路を動作させる手段を具備することを特徴とする請求項２記載の電気車用電力変換装置。
【請求項４】
電気車に搭載される冷却ブロックと、
この冷却ブロックに配置されるものであって、複数群の電力変換回路を構成する半導体素子を含む電気部品と
前記冷却ブロックに、前記複数群の電力変換回路の代表の相又は各相毎に設けられ、前記電力変換回路を制御するための温度検出センサと
を具備することを特徴とする電気車用電力変換装置。
【請求項５】
前記温度検出センサの出力が所定値を超えたとき、前記複数群の電力変換回路のうち少なくとも一つの電力変換回路を停止させ残りの電力変換回路を動作させる手段を更に具備することを特徴とする請求項４記載の電気車用電力変換装置。
【請求項６】
前記温度検出センサの出力が予め定めた複数段階の設定値を超えたとき、前記設定値に応じて前記複数群の電力変換回路を個別に制御する手段を更に具備することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記載の電気車用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数群の電力変換回路を収容した電気車用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子で構成される電力変換回路には種々のものがあり、直流を交流に変換するインバータ回路や、交流を直流に変換するコンバータ回路がある。また、インバータ回路には、交流出力電圧、周波数を可変に制御するＶＶＶＦインバータ回路や、交流出力電圧、周波数を一定に制御するＣＶＣＦインバータ回路などがあり、これらが電力変換装置を構成している。
【０００３】
鉄道車両システムでは、車両駆動用として誘導電動機を制御するＶＶＶＦインバータ回路が制御単位毎に筐体内に複数収容された電力変換装置が、例えば電気車の床下等に取り付けられる。例えば、１台の誘導電動機をそれぞれ個別に制御するＶＶＶＦインバータ回路を一車両分すなわち４群収容した電力変換装置が広く利用されている。同時に補助電源システムにおいても、ＶＶＶＦインバータ回路を補助電源として利用されるＣＶＣＦインバータ回路に切り換える場合や、２群収容した電力変換装置も利用されつつある。
【０００４】
このような半導体素子を利用した電力変換装置を電気車に搭載する場合、装置を取り付けるスペースに制約があり、装置の小形軽量化が常に要求されている。
【０００５】
例えば、２群収容したＣＶＣＦインバータ回路からなる電気車用電力変換装置について図１１を参照して説明する。図１１の（ａ）は従来の電気車用電力変換装置の主回路の構成図、図１１の（ｂ）は、制御ユニットの構成図である。
【０００６】
図１１に示すように、パンタグラフ１から電力を供給し、遮断器２、フィルタリアクトル３、第１，第２の開放接触器４ａ，４ｂ、第１，第２のフィルタコンデンサ５ａ，５ｂを介して第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂが接続される。この第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの出力は定電圧、定周波数で動作させ、第１，第２のフィルタ７ａ，７ｂ、第１，第２のトランス８ａ，８ｂ及び第１，第２の負荷接触器９ａ，９ｂを介して負荷１０に接続される。さらに、これらの装置が、編成について複数群接続する。
【０００７】
また、制御ユニットとしては、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａに対応するシーケンス制御回路１２ａ１及びＰＷＭ制御回路１２ａ２からなる第１のインバータ制御部１２ａと、第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂに対応するシーケンス制御回路１２ｂ１及びＰＷＭ制御回路１２ｂ２からなる第２インバータ制御部１２ｂとを有し、第１，第２のインバータ制御部１２ａ，１２ｂに入力された起動指令、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａの保護動作指令（ＩＮＶ１）及び第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂの保護動作指令（ＩＮＶ２）に応じて、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂ夫々にゲート出力（ＩＮＶ１ゲート出力，ＩＮＶ２ゲート出力）を与えるようになっている。
【０００８】
このような構成の場合における装置の小形化を図るため、複数群収容した電力変換装置のＣＶＣＦインバータ回路を同一の冷却ブロックに配置する構成及び方式について既に開示がなされている（特許文献１）。
【０００９】
また、ＶＶＶＦインバータ回路に適用する場合は、小形軽量を行うと、冷却器の能力を限界まで利用させることになり、複数群のＶＶＶＦインバータ回路が同時に温度異常を検出し、最悪は走行できなくなることも考えられる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２６２５８３
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近時、２群構成の如き冗長性が要求されるＣＶＣＦインバータ回路の場合、車両の搭載スペースは変化がないことから、従来と比較して大幅に小形化したＣＶＣＦインバータ回路が要請されている。またＶＶＶＦインバータ回路においても、冷却能力の高効率化を図りながら小形軽量化を推進する必要がある。
【００１２】
本発明の目的は、冷却能力の高効率化を実現しつつ小形軽量化を図り得る電気車用電力変換装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る電気車電力変換装置は、電気車に搭載される冷却ブロックと、
この冷却ブロックに配置されるものであって、複数群の電力変換回路を構成する半導体素子を含む電気部品と
前記複数群の電力変換回路を定常動作に係る電力変換回路と待機動作に係る電力変換回路とに選択制御する制御手段と
を具備することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、冷却ブロックに要求される冷却能力は、複数群の電力変換回路全体を満たす必要はなく、定常動作に係る電力変換回路又は待機動作に係る電力変換回路だけで足りるので、電力変換回路の効率的な冷却を実現でき、ひいては電気車用電力変換装置の小型化を図り得る。
【００１５】
また上記課題を解決するために本発明に係る電気車電力変換装置は、電気車に搭載される冷却ブロックと、
この冷却ブロックに配置されるものであって、複数群の電力変換回路を構成する半導体素子を含む電気部品と
前記冷却ブロックに、前記複数群の電力変換回路の代表の相又は各相毎に設けられ、前記電力変換回路を制御するための温度検出センサと
を具備することを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、冷却ブロックに設けた温度検出センサにより、相毎に複数群の電力変換回路を制御することができるので、冷却ブロックに要求される冷却能力は、複数群の電力変換回路の半導体素子全体を満たす必要はなく、相単位の半導体素子だけで足りるので、電力変換回路の効率的な冷却を実現でき、ひいては電気車用電力変換装置の小型化を図り得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電気車用電力変換装置の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１及び図２を参照して本発明の第１の実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。図１の（ａ）は本実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図、図１の（ｂ）は、制御ユニットの構成図である。本実施形態は、補助電源として利用される複数群のＣＶＣＦインバータ回路を有する電気車用電力変換装置の例である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００は、図示しない電気車の床下等に配置される筐体内に収容される複数群分の電力変換回路及び制御ユニット等からなり、本実施形態における複数群分の電力変換回路としては、補助電源として利用される第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ及び第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂである。この第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂを構成する半導体素子を含む電気部品は、一つの図示しない冷却ブロックに配置されるか又は第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂのＵ，Ｖ，Ｗ相毎に前記冷却ブロックに配置される。また、この独立に２群あるインバータ回路６ａ，６ｂは、後述するように定常動作の回路としては第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａであり、待機動作の回路としては第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂである。
【００２０】
かかる本実施形態の電気車用電力変換装置１００では、パンタグラフ１から電力を供給し、遮断器２、フィルタリアクトル３、第１，第２の開放接触器４ａ，４ｂ、第１，第２のフィルタコンデンサ５ａ，５ｂを介して第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂが接続される。この第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの出力は定電圧、定周波数で動作させ、第１，第２のフィルタ７ａ，７ｂ、第１，第２のトランス８ａ，８ｂ及び第１，第２の負荷接触器９ａ，９ｂを介して負荷１０に接続される。
【００２１】
第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの制御は、駆動制御部１１により、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂそれぞれに対応した第１，第２のインバータ制御部１２ａ，１２ｂが動作し、この第１，第２のインバータ制御部１２ａ，１２ｂは第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂを独立に運転制御する。第１，第２のインバータ制御部１２ａ，１２ｂそれぞれはシーケンス制御回路１２ａ１，１２ｂ１及びＰＷＭ制御回路１２ａ２，１２ｂ２を有する。
【００２２】
かかる制御ユニットの構成の下で、駆動制御部１１により、制御回路起動状態と共に第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａの保護動作と第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂの保護動作とについて各群のインバータ回路の起動条件を判定し、独立に２群あるインバータ回路６ａ，６ｂの１群のみを動作させる。
【００２３】
このよう本実施形態においては、電気車の編成で、２群あるインバータ回路６ａ，６ｂそれぞれに遮断器４ａ，４ｂを介挿し、２群あるインバータ回路６ａ，６ｂを独立した構成としているので、例えば、図２に示すように、２群あるインバータ回路６ａ，６ｂからなる第１のユニットの電力変換装置（１００）が保護動作で停止していても、他のユニットとして第２ユニット等の電力変換装置から負荷１０に電力が供給され、継続して負荷１０へ電力を供給できる。よって各ユニットの電力変換装置に内蔵されるインバータ回路６ａ、６ｂは同時に動作しないことから、制御ユニットにて第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａだけを動作させ、第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂは待機系として動作しないように制御することになる。
【００２４】
特に本実施形態のようにインバータ出力にフィルタ７ａ，７ｂが接続される場合、負荷１０が無負荷状態でもフィルタ７ａ，７ｂへの電流により、半導体素子より損失が発生することから、第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂを待機系とすることで、半導体素子から発生する損失は低減でき、電気車の編成としては、負荷１０には瞬断なく電力を供給することが可能となる。この場合、２群あるインバータ回路６ａ，６ｂが同時に温度異常を検出する等の事態は発生しなく、走行不可等は未然に防止できる上に、冷却ブロックの冷却能力を効率的に活用することになり、ひいては２群あるＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００の小型化が可能となる。
【００２５】
（第２実施形態）
図３及び図４を参照して本発明の第２実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。図３の（ａ）は第２実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図、図３の（ｂ）は、同制御ユニットの構成図である。図３においては図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図４は電気車用電力変換装置の外観及び内部収容構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、である。本実施形態は、補助電源として利用される複数群のＣＶＣＦインバータ回路を有する電気車用電力変換装置の例である。
【００２６】
本実施形態の電気車用電力変換装置１００−１は、図３に示すように、複数の電力変換回路として第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂを有するものであり、主回路の構成は第１の実施形態と同じであり、制御ユニットの構成、半導体素子及び温度検出センサの冷却ブロックへの配置が異なる。すなわち、制御ユニットは、起動指令と共に後述する温度検出センサ１０５の出力（温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２）を入力する駆動制御部１１−１と、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂそれぞれに対応した第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂとを有する。この第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂそれぞれは開放制御部１２−１ａ１１，１２−１ｂ１１を有するシーケンス制御回路１２−１ａ１，１２−１ｂ１及びＰＷＭ制御回路１２ａ２，１２ｂ２を有する。駆動制御部１１−１は、予め複数段階の設定値を有し、該設定値に温度検出センサ１０５の出力が超えると、設定値に応じて第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂを個別に制御する。なお、駆動制御部１１は前述した設定値と温度検出センサ１０５の出力との比較に応じ、第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂにキャリア指令、開放指令、停止指令等の指令を個別に与える。
【００２７】
ここに、キャリア指令を受けた第１のインバータ制御部１２−１ａは、ＰＷＭ制御回路１２ａ２に対してキャリア周波数の増減を指示し、開放指令を受けた第１のインバータ制御部１２−１ａは、シーケンス制御回路１２−１ａ１の開放制御部１２−１ａ１１から開放指令を出力すると共にＰＷＭ制御回路１２ａ２に対しゲートブロック指令を与え、停止指令を受けた第１のインバータ制御部１２−１ａは自ら停止する。
【００２８】
同様に、第２インバータ制御部１２−１ｂも駆動制御部１１からからキャリア指令を受けるとＰＷＭ制御回路１２ｂ２に対してキャリア周波数の増減を指示し、開放指令を受けるとシーケンス制御回路１２−１ｂ１の開放制御部１２−１ｂ１１から開放指令を出力すると共にＰＷＭ制御回路１２ｂ２に対しゲートブ−＋ロック指令を与え、停止指令を受けた第２のインバータ制御部１２−１ｂは自ら停止する。
【００２９】
一方、図４に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００−１は、電気車の床下等に設置される筐体１０１に、少なくとも、半導体素子を含む電気部品からなり主回路を形成する複数の電力変換回路である第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂと、制御ユニット１０２である駆動制御部１１−１及び第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂとを収容している。
【００３０】
また、筐体１０１は、筐体１０１内に位置する受熱部である冷却ブロック１０３Ａ及び筐体１０１外に位置する放熱部１０３Ｂからなる一つ冷却ユニット１０２を有する。この一つの冷却ユニット１０３の冷却ブロック１０３Ａに、２群分のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの半導体素子を含む電気部品１０４が配置され、この冷却ブロック１０３Ａに一又は複数のサーミスタ等の温度検出センサ１０５が取り付けられている。図３においては、２つの温度検出センサ１０５が設けられ、これらは温度検出センサ出力１及び温度検出センサ出力２として駆動制御部１１−１に入力される。
【００３１】
このように構成された本実施形態によれば、車両用電力変換装置１００−１の運転により冷却ブロック１０３Ａの温度は上昇するが、異常動作等により温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２の検出値が設定値以上となると、半導体素子を含む電気部品１０４の温度を低減させるための指令を、第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂへ与えることになる。
【００３２】
例えば、駆動制御部１１−１に複数段階の設定値が設定されており、温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２の検出値が第１段階の設定値を超えると、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａだけキャリア周波数を低減させる制御指令を行い、第１のインバータ制御部１２−１ａのＰＷＭ制御回路１２ａ２にて通常１ｋＨｚでの動作を９００Ｈｚで動作させる。この結果、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａの半導体素子のスイッチング損失が低減し、冷却損失が低減することになる。
【００３３】
温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２の検出値が第２段階の設定値を超えると、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａだけでなく、第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂのキャリア周波数を低減させ、冷却損失を低減させる。同様に複数段階の設定値に応じて、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂを個別に制御することになる。このような制御により、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂが同時に温度上昇を検出しても、いずれかの群を開放することで、冷却ブロック１０３Ａ上の半導体素子を含む電気部品１０４の発熱を低減することができる。
【００３４】
なお、駆動制御部１１−１が有する設定値としては、検知温度を９０℃とするが、６０℃で復帰させるヒステリシス付きの設定や温度検知すると５分後に復帰により復帰タイミング等を変化させることも可能である。
【００３５】
以上のように本実施形態によれば駆動制御部１１−１により冷却ブロック１０３Ａの温度状態に応じて第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの制御態様を変化させることができ、冷却ブロックの冷却能力１０３Ａを効率的に活用することになり、ひいては各群のＣＶＣＦインバータ回路の効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００−１の小型化が可能となる。
【００３６】
（第３の実施形態）
次に図５及び図６を参照して本発明の第３の実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。
【００３７】
本実施形態の電気車用電力変換装置は、複数の電力変換回路として４群のＶＶＶＦインバータ回路を有するものであり、主回路と制御ユニットからなり、電気車の車輪を駆動する電動機、本実施形態では誘導電動機を駆動するものとなっている。
【００３８】
図５の（ａ）は本実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図、図５の（ｂ）は制御ユニットの構成図、図６は本実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【００３９】
図５の（ａ）に示すように、パンタグラフ１から電力を供給し、遮断器２０と、第１，第２，第３，第４の開放接触器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、第１，第２，第３，第４のフィルタリアクトル２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと、第１，第２，第３，第４のフィルタコンデンサ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとを介し、第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａと、第２群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｂと、第３群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｃと、第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｄとが接続される。
【００４０】
これら第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの出力は可変電圧、可変周波数で動作させ、電気車の第１，第２，第３，第４の誘導電動機２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに接続される。
【００４１】
また、図５の（ｂ）に示すように、制御ユニットとしては、起動指令と共に後述する温度検出センサ１１０の出力（温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２）を入力する駆動制御部２６と、第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄそれぞれに対応した第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄとを有する。この第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄそれぞれは、第１，第２，第３，第４のシーケンス制御回路２７ａ１，２７ｂ１，２７ｃ１，２７ｄ１及び第１，第２，第３，第４のＰＷＭ制御回路２７ａ２，２７ｂ２，２７ｃ２，２７ｄ２を有する。また、第１，第２，第３，第４のシーケンス制御回路２７ａ１，２７ｂ１，２７ｃ１，２７ｄ１それぞれは、開放制御部２７ａ１１，回生ブレーキ制御部２７ａ１２、開放制御部２７ｂ１１，回生ブレーキ制御部２７ｂ１２、開放制御部２７ｃ１１，回生ブレーキ制御部２７ｃ１２、開放制御部２７ｄ１１，回生ブレーキ制御部２７ｄ１２を有する。
【００４２】
駆動制御部２６は予め定めた設定値を有しており、温度検出センサ１０５の出力が設定値を超える、つまり後述する冷却ブロック１０８Ａの温度が設定温度を超えると、第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別に制御する。ここに、各インバータ制御部に対する個別制御は、開放指令、回生許可指令、キャリア指令等の指令である。
【００４３】
ここに、開放指令を受けた第１のインバータ制御部２７ａは、シーケンス制御回路２７ａ１の開放制御部２７ａ１１から開放指令を出力すると共にＰＷＭ制御回路２７ａ２に対しゲートブロック指令を与え、回生許可指令を受けた第１のインバータ制御部２７ａは、シーケンス制御回路２７ａ１の回生ブレーキ制御部２７ａ１２を介してＰＷＭ制御回路２７ａ２に対し回生ブレーキ制御の指令を与え、キャリア指令を受けた第１のインバータ制御部２７ａは、ＰＷＭ制御回路２７ａ２に対してキャリア周波数の増減を指示する。
【００４４】
同様に、第２〜第４のインバータ制御部２７ｂ〜２７ｄは、シーケンス制御回路２７ｂ１〜２７ｄ１の開放制御部２７ｂ１１〜２７ｄ１１から開放指令を出力すると共にＰＷＭ制御回路２７ｂ２〜２７ｄ２に対しゲートブロック指令を与え、回生許可指令を受けた第２〜第４のインバータ制御部２７ｂ〜２７ｄは、シーケンス制御回路２７ｂ１〜２７ｄ１の回生ブレーキ制御部２７ｂ１２〜２７ｄ１２を介してＰＷＭ制御回路２７ｂ２〜２７ｄ２に対し回生ブレーキ制御の指令を与え、キャリア指令を受けた第２〜第４のインバータ制御部２７ｂ〜２７ｄは、ＰＷＭ制御回路２７ｂ２〜２７ｄ２に対してキャリア周波数の増減を指示する。
【００４５】
一方、図６に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００−２は、電気車の床下等に設置される筐体１０６に、少なくとも、半導体素子を含む電気部品からなり主回路を形成する複数の電力変換回路である第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと、制御ユニット１０７である駆動制御部２６及び第１〜第４のインバータ制御部２７ａ〜２７ｄとを収容している。
【００４６】
また、筐体１０６は、筐体１０６内に位置する受熱部である冷却ブロック１０８Ａ及び筐体１０６外に位置する放熱部１０８Ｂからなる一つ冷却ユニット１０８を有する。この一つの冷却ユニット１０８の冷却ブロック１０８Ａに、４群分のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの半導体素子を含む電気部品１０９が配置され、この冷却ブロック１０８Ａに一又は複数のサーミスタ等の温度検出センサ１１０が取り付けられている。図６においては、２つの温度検出センサ１１０が設けられ、温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２として駆動制御部２６に入力される。
【００４７】
駆動制御部２６は、温度検出センサ１０５の出力が設定値を超えたとき、第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別に制御し、例えば第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａを停止し、他の第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを動作させる。これにより、４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ〜２４ｄについて同時に温度上昇を検出しても、第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａだけを開放することで、この第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａの半導体素子を含む電気部品１０９から熱損が発生しなくなるため、他の４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ〜２４ｄの半導体素子を含む電気部品の冷却能力に余裕ができ、冷却ブロック１０８Ａ上の発熱を低減させることができる。
【００４８】
このように本実施形態においては、同一の冷却ブロック１０８Ａにその電気部品が配置されている第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの熱損を、温度検出センサ１１０の出力で監視して、冷却ブロック１０８Ａの冷却能力の最大限の利用を図っているので、たとえ１群のＶＶＶＦインバータ回路が故障したとしても、他の群のＶＶＶＦインバータ回路によって誘導電動機を駆動できるようになり、通常時に近い性能で走行することが可能となる。
【００４９】
上記において駆動制御部２６は、設定値が一つの場合であったが、複数段階の設定値を設け、各段階の設定値を超える毎に第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別且つ多様に制御することも可能である。例えば、第１〜第４段階の設定値を設定し、温度検出センサ１１０の出力が第１の段階の設定値になると、複数群の１群だけのＶＶＶＦインバータ回路のキャリア周波数を低減させる制御指令として、その１群のＰＷＭ制御部にて通常１ｋＨｚでの動作を５００Ｈｚで動作させる。この結果、当該１群の半導体素子のスイッチング損失が低減し、冷却ブロック１０８Ａ全体の冷却損失が低減する。さらに温度が上昇して第２段階の設定値を超えると、２群のキャリア周波数を低減し、温度検出センサ１１０の出力がさらに上昇して第３段階の設定値を超えると、１群のＶＶＶＦインバータ回路だけ回生ブレーキを開放し、温度検出センサ１１０の出力がさらに第４段階の設定値を超えると、１群のＶＶＶＦインバータ回路だけを停止させる。
【００５０】
このように本実施形態によれば駆動制御部２６が複数段階の設定値を有することで、冷却ブロック１０８Ａの温度状態に応じて各群のＶＶＶＦインバータ回路の制御態様を変化させることができ、冷却ブロックの冷却能力を効率的に活用することになり、ひいては各群のＶＶＶＦインバータ回路の効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００−２の小型化が可能となる。
【００５１】
（第４実施形態）
次に、図３と同一部分には同一符号を付した図７及び図８を参照して本発明の第４実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。本実施形態は、第１，第２実施形態と同様に、補助電源として利用される複数群のＣＶＣＦインバータ回路を有する電気車用電力変換装置の例である。
【００５２】
図７の（ａ）は第４実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図であり、図３の（ａ）と同じである。図７の（ｂ）は第４実施形態の制御ユニットの構成図であり、図３の（ｂ）と駆動制御部が相違する。また、図８は電気車用電力変換装置の外観及び内部収容構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、である。
【００５３】
図７の（ｂ）に示すように、本実施形態の駆動制御部１１−２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の温度検出センサ出力が入力される。
【００５４】
図８に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００−３は、電気車の床下等に設置される筐体１１１に、図７の（ｂ）に示す制御ユニット１１２を収容している。筐体１１１は、筐体１１１内に位置する受熱部であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３Ｗａと、筐体１１１外に位置する放熱部１１３Ｕｂ，１１３Ｖｂ，１１３Ｗｂからなる冷却ユニットを有する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３ＷａそれぞれにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相毎の半導体素子を含む電気部品１１４Ｕ，１１４Ｖ，１１４Ｗが配置されている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３Ｗａそれぞれには温度検出センサ１１５Ｕ，１１５Ｖ，１１５Ｗが設置されている。
【００５５】
この構成により駆動制御部１１−２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３Ｗａの温度監視を行うことが可能となる。そして、駆動制御部１１−２は、第２実施形態と同様に例えば一の温度設定値を設定した場合は、第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂを個別に制御することで、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの一方だけを停止させる等の制御を行う。また、駆動制御部１１−２が複数段階の温度設定値を設定した場合は、各段階に応じて第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂを個別に開放指令、キャリア指令等の指令制御する。
【００５６】
また、第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂの個別制御については、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎の個別制御も可能である。
【００５７】
このように本実施形態によって駆動制御部１１−１によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３Ｗａの温度状態に応じて第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの制御態様を変化させることができ、冷却ブロックの冷却能力を効率的に活用することになり、ひいては各群のＣＶＣＦインバータ回路の効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００−３の小型化が可能となる。
【００５８】
（第５実施形態）
次に、図５と同一部分には同一符号を付した図９及び図１０を参照して本発明の第５実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。本実施形態は、第３実施形態と同様に電気車の電動機を駆動する電源として利用される複数群のＶＶＶＦインバータ回路を有する電気車用電力変換装置の例である。
【００５９】
なお、図９の（ａ）は第５実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図であり、図５の（ａ）と同じである。図９の（ｂ）は第５実施形態の制御ユニットの構成図であり、図５の（ｂ）と駆動制御部が相違する。また、図１０は電気車用電力変換装置の外観及び内部収容構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、である。
【００６０】
図９の（ｂ）に示すように、本実施形態の駆動制御部２６−１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の温度検出センサ出力が入力される。
【００６１】
図１０に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００−４は、電気車の床下等に設置される筐体１１６に、図９の（ｂ）に示す制御ユニット１１７を収容している。筐体１１６は、筐体１１６内に位置する受熱部であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７Ｗａと、筐体１１６外に位置する放熱部１１７Ｕｂ，１１７Ｖｂ，１１７Ｗｂからなる冷却ユニットを有する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７ＷａそれぞれにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相毎の半導体素子を含む電気部品１１８Ｕ，１１８Ｖ，１１８Ｗが配置されている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７Ｗａそれぞれには温度検出センサ１１９Ｕ，１１９Ｖ，１１９Ｗが設置されている。
【００６２】
この構成により駆動制御部２６−１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７Ｗａの温度監視を行うことが可能となる。そして、駆動制御部２６−１は、例えば一の温度設定値を設定した場合は、第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別に制御し、例えば第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａを停止し、他の第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを動作させる等の制御を行う。また、駆動制御部２６−１が複数段階の温度設定値を設定した場合は、各段階に応じて第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別に制御し、第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを個別に開放指令、キャリア指令等の指令制御する。
【００６３】
また、第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄの個別制御については、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎の個別制御も可能である。
【００６４】
このように本実施形態によれば駆動制御部２６−１によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７Ｗａの温度状態に応じて各群のＶＶＶＦインバータ回路の制御態様を変化させることができ、冷却ブロックの冷却能力を効率的に活用することになり、ひいては各群のＶＶＶＦインバータ回路の効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００−４の小型化が可能となる。
【００６５】
なお、上記実施形態では、複数のインバータ回路を有する車両用電力変換装置について説明したが、電力変換回路としてコンバータ回路においても同様な効果を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、冷却能力の高効率化を実現しつつ小形軽量化を図り得る電気車用電力変換装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気車用電力変換装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】同実施形態の作用を説明する図。
【図３】本発明に係る電気車用電力変換装置の第２の実施形態を示す構成図。
【図４】同実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容状態を示す図。
【図５】本発明に係る電気車用電力変換装置の第３の実施形態を示す構成図。
【図６】同実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容状態を示す図。
【図７】本発明に係る電気車用電力変換装置の第４の実施形態を示す構成図。
【図８】同実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容状態を示す図。
【図９】本発明に係る電気車用電力変換装置の第５の実施形態を示す構成図。
【図１０】同実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容状態を示す図。
【図１１】従来の電気車用電力変換装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
１…パンタグラフ
２…遮断器
３…フィルタリアクトル
４ａ，４ｂ…開放接触器
５ａ，５ｂ…フィルタコンデンサ
６ａ、６ｂ…第１，第２ＣＶＣＦインバータ回路
７ａ、７ｂ…ＡＣフィルタ
８ａ、８ｂ…トランス
９ａ、９ｂ…負荷接触器
１０…負荷
１１…駆動制御部
１２ａ，１２ｂ…第１，第２インバータ制御部
１０１…筐体
１０２…制御ユニット
１０３…冷却ユニット
１０４…半導体素子を含む電気部品
【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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