(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力を変換して負荷へ供給する電力変換装置であって、
前記電源からの電力を変換する電力変換部と、
前記電力変換部における電力からノイズを除去するためのフィルタコンデンサ部と、
前記フィルタコンデンサ部と該フィルタコンデンサ部上に積載された前記電力変換部とからなるパワーユニットを収容し、上面および側面から前記パワーユニットを出し入れ可能な筐体と、
前記筐体の底面に前記側面に対して略垂直方向に延伸するように設けられ、前記筐体の前記側面から前記パワーユニットを出し入れするときに該パワーユニットを案内するガイドレールと、
前記電力変換部に形成された穴部または凹部に上に向かって嵌まるように前記フィルタコンデンサ部に設けられ、前記筐体の前記上面から前記電力変換部を出し入れするときに該電力変換部を案内する突起部とを備えた電力変換装置。
【請求項２】
前記筐体の前記側面から前記パワーユニットを出すときに、前記電力変換部は、前記穴部または前記凹部が前記突起部に引っ掛かることによって前記フィルタコンデンサ部と一体として移動し、
前記筐体の上面から前記パワーユニットを出すときに、前記電力変換部は、前記穴部または前記凹部が前記突起部から抜けることによって前記フィルタコンデンサ部と別体として移動する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ガイドレールは、前記筐体内における前記パワーユニットの位置を決め、
前記突起部および前記穴部または前記凹部は、前記フィルタコンデンサ上における前記電力変換部の位置を決める、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記パワーユニットに設けられた第１コネクタと、
前記筐体の前記側面に対向する対向面に設けられ、前記パワーユニットが前記ガイドレールに沿って挿入されたときに前記第１コネクタと接触する第２コネクタとをさらに備えた、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１コネクタと前記第２コネクタとの接触を維持したまま前記パワーユニットを固定する固定部をさらに備えた、請求項４に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電気車の主電動機（モータ）等の駆動システムを動作させるために電力変換装置が用いられている。電力変換装置は、電気車の車輪を回転させるために、架線の電力を駆動システムに必要な電力に変換する。
【０００３】
このような電力変換装置は、通常、電気車の車両の床下または屋根上に配置される。電力変換装置を車両の床下に配置する場合、電力変換装置は、車両の床下の車体梁に吊るされるように装着される。このため、電力変換装置は、その上面に取付部を有し、その側面に点検扉（点検カバー）を有するように設計される。電力変換装置の内部へアクセスする場合、オペレータは、電力変換装置の側面に設けられた点検扉を開放する。
【０００４】
一方、電力変換装置を車両の屋根上に配置する場合は、電力変換装置は、車両の屋根上の車体梁に配置される。このため、電力変換装置は、その底面に取付部を有し、その上面に点検扉を有するように設計される。電力変換装置の内部へアクセスする場合、オペレータは、電力変換装置の上面に設けられた点検扉を開放する。
【０００５】
このように、電力変換装置に設けられる点検扉の位置は、車両における電力変換装置の配置位置によって異なる。従って、電力変換装置の内部構造や電力変換装置内に収容される機器は、車両における電力変換装置の配置位置に依存して設計変更する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２５６７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電気車の車両における配置位置に依らず同一の構成に設計され、かつ、内部へのアクセスが容易な電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による電力変換装置は、電源からの電力を変換して負荷へ供給する電力変換装置である。電力変換部は、電源からの電力を変換する。フィルタコンデンサ部は、電力変換部における電力からノイズを除去する。筐体は、フィルタコンデンサ部と該フィルタコンデンサ部上に積載された電力変換部とからなるパワーユニットを収容し、上面および側面からパワーユニットを出し入れ可能に構成されている。ガイドレールは、筐体の底面に側面に対して略垂直方向に延伸するように設けられ、筐体の側面からパワーユニットを出し入れするときに該パワーユニットを案内する。突起部は、電力変換部に形成された穴部または凹部に上に向かって嵌まるようにフィルタコンデンサ部に設けられ、筐体の上面から電力変換部を出し入れするときに該電力変換部を案内する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態による電力変換装置１等の構成の一例を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態による電力変換装置１の構成の一例を示す正面図および側面図。
【図３】筐体１００の側面扉１０２からパワーユニットＰＵを引き出す様子を示す図。
【図４】筐体１００の上面扉１０１から電力変換部１１０を取り出す様子を示す図。
【図５】第１の実施形態の変形例による電力変換装置１の構成の一例を示す正面図および側面図。
【図６】第２の実施形態による電力変換装置１の筐体１００の構成の一例を示す正面図および側面図。
【図７】第２の実施形態の変形例１による電力変換装置１の筐体１００の構成の一例を示す正面図および側面図。
【図８】筐体１００のフランジ部１９０に雨水が溜まった様子を示す図。
【図９】第２の実施形態の変形例２による電力変換装置１の筐体１００の構成の一例を示す正面図。
【図１０】第３の実施形態による電力変換装置１の構成の一例を示す図。
【図１１】第３の実施形態の変形例１による電力変換装置１の構成の一例を示す図。
【図１２】第４の実施形態による電力変換装置１の構成の一例を示す正面図および側面図。
【図１３】第４の実施形態の変形例による電力変換装置１の構成の一例を示す正面図および側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による電力変換装置１等の構成の一例を示すブロック図である。電力変換装置１は、鉄道等の電気車の車両の電力制御に用いられる装置であり、車両の床下または屋根上に配置される。
【００１２】
パンタグラフＰＧは、電源としての架線２と電気的に接触し、架線からの電力を電力変換装置１へ供給し、あるいは、回生電力を架線２へ供給する。パンタグラフＰＧからの電力は、変圧器４を介して電力変換装置１へ供給される。電力変換装置１は、変圧器４からの電力を変換してモータ３へ供給する。
【００１３】
モータ３は、電気車を走行させるために電気車の車輪を駆動させる。モータ３は、例えば、三相交流モータであり、ネオジム磁石等の強磁性体を用いた永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）である。
【００１４】
電力変換装置１は、コンバータ１０と、インバータ２０と、コントローラ３０と、遮断機４０と、電流検出器５０と、電圧検出器６０と、接触器７０とを備えている。
【００１５】
コンバータ１０は、架線２からの交流電力を直流電力へ変換する。インバータ２０は、コンバータ１０からの直流電力を交流電力（例えば、三相交流電力）へ変換する。インバータ２０において変換された交流電力は、接触器７０を介してモータ３へ供給される。コンバータ１０およびインバータ２０は、複数のゲート（例えば、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ等の半導体素子）を備え、それらのゲートをスイッチング制御することによって、交流電力を直流電力へ変換し、あるいは、直流電力を交流電力へ変換する。インバータ２０において変換された交流電力は、電動機へ供給される。
【００１６】
コンバータ１０およびインバータ２０は、それぞれフィルタコンデンサ部１２０（図２参照）を含み、フィルタコンデンサ部１２０によって過渡的な電力の変化を抑制している。
【００１７】
接触器７０は、モータ３とインバータ２０との間を電気的に接続し、あるいは、開放する電磁開閉器である。例えば、接触器７０は、モータ開放接触器（ＭＣＯＫ）でよい。
【００１８】
コントローラ３０は、電流検出器５０からのモータ電流値、電圧検出器６０からの電圧値、制御信号等を受け取り、それらの値や信号に基づいて、インバータ２０のゲート２１のスイッチングを制御し、並びに、接触器７０の接続／開放を制御する。
【００１９】
電流検出器５０は、変圧器４とコンバータ１０との間に流れる電流を検出する。電圧検出器６０は、コンバータ１０に入力される電圧を検出する。
【００２０】
遮断器４０は、主電源スイッチ、重大な故障が生じたときに電力を遮断する高速度遮断器、ノッチをオフ状態にしたときに電力を遮断する遮断器等を含む。
【００２１】
なお、上記構成はパンタグラフＰＧを介して供給される電力が交流である場合を示しているが、供給される電力が直流であっても構わない。この場合、電力変換装置はコンバータが無い構成となる。
【００２２】
また、電力変換装置が電力を供給する負荷としてモータを挙げているが、これに限らず、電力変換装置を補助電源装置（インバータ）とし、電力が供給される負荷を車両内に設けられた空調、照明等としても良い。
【００２３】
図２（Ａ）は、第１の実施形態による電力変換装置１の構成の一例を示す正面図である。図２（Ｂ）は、第１の実施形態による電力変換装置１の構成の一例を示す側面図である。尚、図２（Ａ）および図２（Ｂ）では、電力変換装置１内に収容されているパワーユニットＰＵの構成を示すために、筐体１００の側面の壁（側面扉）または正面の壁の図示を省略している。
【００２４】
筐体１００は、パワーユニットＰＵを収容し、その上面および側面からパワーユニットＰＵを出し入れ可能に構成されている。例えば、筐体１００は、その上面に設けられた上面扉１０１と、その側面に設けられた側面扉１０２とを備えている。電力変換装置１が車両の屋根上に配置されている場合、上面扉１０１を開放することによって、筐体１００の上面側からパワーユニットＰＵを出し入れすることができる。一方、電力変換装置１が車両の床下上に配置されている場合、側面扉１０２を開放することによって、筐体１００の側面側からパワーユニットＰＵを出し入れすることができる。
【００２５】
パワーユニットＰＵは、電力変換部１１０と、フィルタコンデンサ部１２０と、を備えている。図２（Ａ）および図２（Ｂ）の破線Ｌｂの上側が電力変換部１１０を示し、その下側がフィルタコンデンサ部１２０を示す。
【００２６】
電力変換部１１０は、図１に示すコンバータ１０およびインバータ２０等を構成する電力変換素子（例えば、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ等の半導体素子）１１１と、冷却フィンまたは支持基板１１２と、電力変換素子１１１を制御する制御基板１０３と、電力変換素子１１１または制御基板１１３と電気的に接続された導体４ａ、４ｂとを備えている。
【００２７】
電力変換部１１０は、後述するフィルタコンデンサ部１２０の保護ケース１２３上に設けられた突起部１２７に嵌合する穴部または凹部１１５（以下、穴部１１という）を冷却フィンまたは支持基板１１２に有し、突起部１２７が穴部１１５に嵌まるようにフィルタコンデンサ部１２０上に配置されている。これにより、電力変換部１１０は、フィルタコンデンサ部１２０上に搭載されているときには、フィルタコンデンサ部１２０の上面に対して平行方向（水平方向）にずれない。
【００２８】
フィルタコンデンサ部１２０は、支持基板１２１上に設けられたフィルタコンデンサＦＣと、フィルタコンデンサＦＣを保護する保護ケース１２３と、フィルタコンデンサＦＣと電気的に接続された導体４ｃとを備えている。
【００２９】
保護ケース１２３には、突起部１２５が設けられている。突起部１２５は、電力変換部１１０に形成された穴部１１５に向かって（上方に向かって）差し込まれるように設けられており、筐体１００の上面から電力変換部１１０を出し入れするときに該電力変換部１１０を案内するように構成されている。
【００３０】
突起部１２５が穴部１１５に嵌合するように電力変換部１１０がフィルタコンデンサ部１２０上に搭載されることによって、電力変換部１１０およびフィルタコンデンサ部１２０がパワーユニットＰＵとして一体として構成される。例えば、筐体１００の側面扉１０２からパワーユニットＰＵを引き出すときに、電力変換部１１０の穴部１１５がフィルタコンデンサ部１２０の突起部１２５に引っ掛かることによって電力変換部１１０はフィルタコンデンサ部１２０と一体として引き出される。このとき、パワーユニットＰＵは、後述するガイドレールＧＲに沿って引き出される。一方、電力変換部１１０はフィルタコンデンサ部１２０から着脱可能であり、電力変換部１１０は、フィルタコンデンサ部１２０から別体として取り出すこともできる。例えば、筐体１００の上面扉１０１から電力変換部１１０を取り出すときに、電力変換部１１０の穴部１１５がフィルタコンデンサ部１２０の突起部１２５から抜けることによって電力変換部１１０はフィルタコンデンサ部１２０と別体として取り出される。
【００３１】
また、筐体１００の上面扉１０１から電力変換部１１０を入れるときに、電力変換部１１０の穴部１１５が、フィルタコンデンサ部１２０の突起部１２５に嵌まることによって、フィルタコンデンサ１２０上における電力変換部１１５の位置が決まる。即ち、突起部１２５および穴部１１５は、フィルタコンデンサ１２０上における電力変換部１１５の位置を決める機能も有する。尚、突起部１２５は穴部１１５に差し込まれているだけでもよいが、ネジ止めされていてもよい。この場合、電力変換部１１０をフィルタコンデンサ部１２０と別体として移動させるときには、ネジを取り外して、穴部１１５が突起部１２５から抜け得るようにする。
【００３２】
導体４ａは、電力変換素子１１１の端子と電気的に接続されている。導体４ｂは、制御基板１１３と電力変換素子１１１との間に接続されている。導体４ｃは、フィルタコンデンサＦＣの端子に電気的に接続されている。導体４ａ、４ｃは、接続部１３０によって結合されている。導体４ｃは、接続部１４０よって、筐体１００内または筐体１００外の他の装置（図示せず）に電気的に接続される。また、導体４ｂは、接続部１５０よって、筐体１００内または筐体１００外の他の装置に電気的に接続される。
【００３３】
筐体１００の底面には、ガイドレールＧＲが固定けられている。ガイドレールＧＲは、図２（Ｂ）に示すように、筐体１００の底面上において、筐体１００の側面（側面扉１０２）に対して略垂直方向に延伸するように設けられている。ガイドレールＧＲは、筐体１００の側面（側面扉１０２）からパワーユニットＰＵを出し入れするときに該パワーユニットＰＵを案内する。より詳細には、図２（Ｂ）の矢印Ａｓ方向にパワーユニットＰＵを移動させるときに、パワーユニットＰＵは、ガイドレールＧＲ上を滑って移動する。このときに、パワーユニットＰＵが移動方向に対して横方向にずれないように、ガイドレールＧＲは、パワーユニットＰＵの支持基板１２１の側面に接触して、パワーユニットＰＵの横方向のずれを抑制する。
【００３４】
また、筐体１００の側面扉１０２からパワーユニットＰＵを入れるときにも、ガイドレールＧＲは、パワーユニットＰＵを案内する。従って、ガイドレールＧＲは、筐体１００内におけるパワーユニットＰＵの位置を決める機能も有する。
【００３５】
パワーユニットＰＵは、留具１６０によって筐体１００に固定されている。従って、パワーユニットＰＵ全体を移動させる場合には、留具１６０を取り外す必要がある。また、パワーユニットＰＵと筐体１００とを接続する部材がある場合には、その部材も取り外す。例えば、接続部１４０、１５０が筐体１００にネジ留めされている場合、パワーユニットＰＵを移動させる際に、接続部１４０、１５０を筐体１００から取り外す必要がある。また、パワーユニットＰＵのうち電力変換部１１０のみを移動させる場合には、電力変換部１１０とフィルタコンデンサ部１２０との結合部を取り外す必要がある。例えば、穴部１１５と突起部１２５とがネジ留めされている場合には、穴部１１５と突起部１２５とを結合するネジも取り外す必要がある。また、接続部１３０がネジ留めされている場合には、接続部１３０を取り外して導体４ａと導体４ｃとを分離可能にする必要がある。
【００３６】
図３は、筐体１００の側面扉１０２からパワーユニットＰＵを引き出す様子を示す図である。尚、上述のように、筐体１００からパワーユニットＰＵを引き出す際には、パワーユニットＰＵと筐体１００とを接続する部材（接続部１４、１５０、留め具１６０等）を予め取り外しておく。
【００３７】
筐体１００の側面扉１０２からパワーユニットＰＵを引き出す場合、側面扉１０２が開放される。そして、パワーユニットＰＵ全体がガイドレールＧＲに沿って矢印Ａｓｏの方向に引き出される。このとき、フィルタコンデンサ部１２０の突起部１２５が電力変換部１１０の穴部１１５に、Ａｓｏ方向に対して垂直方向に嵌まっている。これにより、電力変換部１１０またはフィルタコンデンサ部１２０のいずれか一方を引き出しても、パワーユニットＰＵ全体が一体としてガイドレールＧＲに沿って引き出される。
【００３８】
逆に、筐体１００の側面扉１０２からパワーユニットＰＵを入れる場合、側面扉１０２が開放され、パワーユニットＰＵ全体がガイドレールＧＲに沿って矢印Ａｓｉの方向に挿入される。このとき、フィルタコンデンサ部１２０の突起部１２５が電力変換部１１０の穴部１１５に、Ａｓｉ方向に対して垂直方向に嵌まっている。これにより、電力変換部１１０またはフィルタコンデンサ部１２０のいずれか一方を押しても、パワーユニットＰＵ全体が一体としてガイドレールＧＲに沿って挿入される。
【００３９】
図４は、筐体１００の上面扉１０１から電力変換部１１０を取り出す様子を示す図である。尚、上述のように、筐体１００から電力変換部１１０を引き出す際には、電力変換部１１０と筐体１００とを接続する部材、および、電力変換部１１０とフィルタコンデンサ部１２０と接続する部材を予め取り外しておく。
【００４０】
筐体１００の上面扉１０１から電力変換部１１０を取り出す場合、上面扉１０１が開放される。そして、電力変換部１１０が矢印Ａｕｏの方向に持ち上げられる。このとき、フィルタコンデンサ部１２０の突起部１２５が電力変換部１１０の穴部１１５に、Ａｕｏ方向に対して平行方向に嵌まっている。従って、電力変換部１１０を矢印Ａｕｏの方向に持ち上げれば、電力変換部１１０は、フィルタコンデンサ部１２０から外れ、電力変換部１１０のみを筐体１００から取り出すことができる。勿論、その後、筐体１００の上面扉１０１からフィルタコンデンサ部１２０を取り出してもよい。
【００４１】
逆に、筐体１００の上面扉１０１から電力変換部１１０を入れる場合、上面扉１０１が開放され、電力変換部１１０が矢印Ａｕｉの方向に挿入される。そして、電力変換部１１０は、フィルタコンデンサ部１２０上に搭載される。このとき、フィルタコンデンサ部１２０の突起部１２５は、電力変換部１１０の穴部１１５が突起部１２５に嵌まると、その後、電力変換部１１０を案内する。これにより、フィルタコンデンサ部１２０上における電力変換部１１０の位置が決まる。
【００４２】
このように、本実施形態による電力変換装置１は、筐体１００の側面扉１０２を介してパワーユニットＰＵ全体を出し入れすることができ、かつ、筐体１００の上面扉１０２を介して電力変換部１１０とフィルタコンデンサ部１２０とを分離させて出し入れすることもできる。これにより、電力変換装置１を車両の床下に設置した場合、オペレータは、筐体１００の側面扉１０２を開放してパワーユニットＰＵを出し入れすることができる。一方、電力変換装置１を車両の屋根上に設置した場合、オペレータは、筐体１００の上面扉１０１を開放してパワーユニットＰＵを出し入れすることができる。従って、本実施形態による電力変換装置１は、電気車の車両における配置位置に依らず同一の構成に設計され、かつ、筐体１００内部へのアクセスを容易化することができる。
【００４３】
一般に、電力変換部１１０およびフィルタコンデンサ部１２０は、それぞれ数１０ｋｇの重量を有し、パワーユニットＰＵ全体の重量は非常に重いものとなる。従って、パワーユニットＰＵを筐体１００へ挿入し、あるいは、パワーユニットＰＵを筐体１００から取り出す際に、パワーユニットＰＵをガイドレールＧＲに沿って滑らせることは人手によって可能であるものの、パワーユニットＰＵ全体を人手で持ち上げることは困難である。例えば、電力変換装置１を車両の床下に配置する場合には、パワーユニットＰＵは筐体１００の側面扉１０２から引き出せる。しかし、屋根上に配置する場合には、パワーユニットＰＵを屋根上まで持ち上げなければならず、作業効率が悪くなる。また、フィルタコンデンサ部１２０と電力変換部１１０とを別の場所に配置することも考えられる。しかし、この場合、フィルタコンデンサ部１２０と電力変換部１１０との間の距離が遠くなり、フィルタコンデンサ部１２０と電力変換部１１０との間のインダクタンスが増加する。これは、半導体素子の遮断性能の低下等を引き起こす。
【００４４】
これに対し、本実施形態では、使用時においては、電力変換部１１０とフィルタコンデンサ部１２０とは一体のパワーユニットＰＵとして使用され、メンテナンス等において、筐体１００の上面扉１０１からパワーユニットＰＵを出し入れする場合、電力変換部１１０とフィルタコンデンサ部１２０とを分離して、それらを個別に取り出すことができる。これにより、筐体１００の上面扉１０１からパワーユニットＰＵを出し入れすることが比較的容易になる。また、筐体１００の側面扉１０２からパワーユニットＰＵを出し入れする場合、電力変換部１１０の穴部１１５とフィルタコンデンサ部１２０の突起部１２５とが嵌合したまま、パワーユニットＰＵが全体として引き出される。この場合、上述の通り、パワーユニットＰＵの出し入れは比較的容易である。このように、本実施形態による電力変換装置１は、電気車の車両における配置位置に依らず同一の構成に設計され得る。尚且つ、本実施形態による電力変換装置１は、筐体１００の内部へのアクセスを容易化することができ、効率的な作業を可能にする。
【００４５】
（変形例）
図５（Ａ）第１の実施形態の変形例による電力変換装置１の構成の一例を示す正面図である。図５（Ｂ）は、第１の実施形態の変形例による電力変換装置１の構成の一例を示す側面図である。本変形例による電力変換装置１は、パワーユニットＰＵに設けられた第１コネクタ１７１、１８１と、筐体１００に設けられた第２コネクタ１７２、１８２とをさらに備えている。第１コネクタ１７１は、電力変換部１１０の導体４ｂに設けられており、第１コネクタ１８１は、フィルタコンデンサ部１２０の導体４ｃに設けられている。第２コネクタ１７２、１８２は、筐体１００の側面扉１０２に対向する対向面に設けられており、筐体１００の外部装置に電気的に接続可能に構成されている。
【００４６】
第１コネクタ１７１は第２コネクタ１７２と結合し、導体４ｂを第２コネクタ１７２に電気的に接続する。第１コネクタ１８１は第２コネクタ１８２と結合し、導体４ｃを第２コネクタ１８２に電気的に接続する。第１コネクタ１７１と第２コネクタ１７２との結合、並びに、第１コネクタ１８１と第２コネクタ１８２との結合は、任意の結合でよく、例えば、雌雄結合でよい。ただし、第１コネクタ１７１と第２コネクタ１７２との結合、並びに、第１コネクタ１８１と第２コネクタ１８２との結合は、パワーユニットＰＵの移動に付随して着脱可能な結合であり、ネジ留め等の工具を必要とする結合でないことが好ましい。
【００４７】
第１コネクタ１７１および第２コネクタ１７２は、パワーユニットＰＵがガイドレールＧＲに沿って挿入されたときに互いに接触し、結合するように、それぞれパワーユニットＰＵおよび筐体１００の対応する位置に設けられている。第１コネクタ１８１および第２コネクタ１８２も、パワーユニットＰＵがガイドレールＧＲに沿って挿入されたときに互いに接触し、結合するように、それぞれパワーユニットＰＵおよび筐体１００の対応する位置に設けられている。
【００４８】
パワーユニットＰＵが筐体１００内に挿入された後、固定部としての留具１６０は、第１コネクタ１７１、１８１と第２コネクタ１７２、１８２との接触を維持したままパワーユニットＰＵを筐体１００に取り付けられる。
【００４９】
本変形例は、第１コネクタ１７１、１８１および第２コネクタ１７２、１８２を備えることによって、図２（Ａ）に示す接続部１４０、１５０が不要となる。これにより、パワーユニットＰＵを筐体１００に入れる際に接続部１４０、１５０をネジ留めしたり、あるいは、パワーユニットＰＵを筐体１００から出す際に接続部１４０、１５０を取り外す必要がなくなる。この場合、筐体１００内に工具を入れて作業するスペースを省略することができ、電力変換装置１のサイズを小さくすることができる。
【００５０】
本変形例のその他の構成は、第１の実施形態の構成と同様でよい。従って、本変形例は、第１の実施形態の効果も得ることができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図６（Ａ）は、第２の実施形態による電力変換装置１の筐体１００の構成の一例を示す正面図である。図６（Ｂ）は、第２の実施形態による電力変換装置１の筐体１００の構成の一例を示す側方の断面図である。尚、図６（Ａ）および図６（Ｂ）では、筐体１００の側面扉１０２を示し、上面扉１０１の図示は省略されている。
【００５２】
第２の実施形態による電力変換装置１の筐体１００は、その側部１０５に開口部１０４を有し、その開口部１０４を塞ぐように側面扉１０２を備えている。
【００５３】
筐体１００は、筐体１００の側部１０５と上部１０６との間の境界部に設けられた傾斜部１０７を備えている。傾斜部１０７は、側部１０５および上部１０６に対して傾斜しており、側部１０５と上部１０６との間のコーナー部に設けられている。傾斜部１０７は、側部１０５に対して角度θ（９０°＜θ＜１８０°）で傾斜している。
【００５４】
側面扉１０２は、筐体１００の側部１０５の下部に設けられた係合部１０８に引っ掛かるフック２０１と、筐体１００の傾斜部１０７に設けられたクランプ２０３とを備えている。側面扉１０２は、筐体１００の傾斜部１０７と対応して傾斜する傾斜部２０７を有する。傾斜部２０７は、側面扉１０２の側部２０５の上に設けられており、上述の傾斜部１０７と側部１０５との成す角度θとほぼ等しい角度で側部２０５に対して傾斜している。これにより、側面扉１０２の側部２０５が筐体１００の側部１０５の開口部１０４を塞ぎ、かつ、側面扉１０２の傾斜部２０７が筐体１００の傾斜部１０７に沿って密着する。
【００５５】
フック２０１は、係合部１０８に引っ掛かり、係合部１０８を支点（中心）として側面扉１０２を矢印Ａ１０２で示す方向に回転可能なように構成されている。これにより、側面扉１０２は、筐体１００の開口部１０４を開放し、あるいは、開口部１０４を閉じることができる。また、フック２０１を係合部１０８から外すと、側面扉１０２自体を筐体１００から外すことができる。
【００５６】
クランプ２０３は、傾斜部２０７に設けられており、筐体１００の傾斜部１０７に係合する爪部２０４を有する。筐体１００の傾斜部１０７に設けられた穴（図示せず）に爪部２０４を差し込んでクランプ２０３を回転させることによって、爪部２０４が筐体１００の傾斜部１０７に係合するように構成されている。これにより、側面扉１０２は、筐体１００の開口部１０４を塞ぐことができる。
【００５７】
パワーユニットＰＵは、このような側面扉１０２を開放することによって、筐体１００へ挿入され、あるいは、筐体１００から引き出され得る。
【００５８】
第２の実施形態によれば、筐体１００は、側部１０５の上端部（開口部１０４の上方）に傾斜部１０７を有する。これにより、電力変換装置１の高さを高くすることなく、開口部１０４の開口幅（間口の大きさ）Ｈｏｐを大きくすることができる。
【００５９】
もし、傾斜部１０７が、側部１０５と同様に、上部１０６に対して垂直方向に延びている場合（即ち、θが１８０°である場合）、傾斜部１０７の長さｄの分だけ、側部１０５は、上部１０６から下方へ向かって延びる。この場合、開口部１０４の開口幅Ｗｏｐを大きく維持しようとすると、電力変換部１１０の高さを高くしなければならない。しかし、車両の高さには制限がある場合が多いため、電力変換装置１の高さはできるだけ低くする必要がある。この場合、開口部１０４の開口幅Ｗｏｐを狭くせざるを得ない。
【００６０】
一方、第２の実施形態のように傾斜部１０７が設けられている場合、傾斜部１０７は、実質的に、ｄ×ｓｉｎ（θ−９０°）だけ、上部１０６から下方へ延びていることになる。従って、第２の実施形態によれば、開口部１０４の開口幅Ｈｏｐは、θが１８０°である場合と比べて、ｄ−ｄ×ｓｉｎ（θ−９０°）だけ広がる。このように、開口部１０４の開口幅Ｈｏｐを大きくすることによって、パワーユニットＰＵの出し入れが容易になり、作業効率が向上する。また、傾斜部１０７の長さｄは維持されているので、傾斜部１０７にクランプ２０３を問題なく取り付けることができる。
【００６１】
尚、第２の実施形態において、傾斜部１０７は、筐体１００の側部１０５と上部１０６との間（筐体１００の上端部）に設けられている。しかし、傾斜部１０７は、筐体１００の下端部に設けられていてもよい。即ち、傾斜部１０７は、筐体１００の側部１０５と底部１０９との間に設けられていてもよい。この場合、側面扉１０２の傾斜部２０７は、傾斜部１０７に対応して、フック２０１側に設けられる。さらに、傾斜部１０７は、筐体１００の上端部および下端部の両方に設けられていてもよい。このようにしても、第２の実施形態の効果を得ることができる。
【００６２】
（変形例１）
図７（Ａ）は、第２の実施形態の変形例１による電力変換装置１の筐体１００の構成の一例を示す正面図である。図７（Ｂ）は、第２の実施形態の変形例１による電力変換装置１の筐体１００の構成の一例を示す側面図である。本変形例による筐体１００は、筐体１００の開口部１０４の周囲を取り囲むように側部１０５および傾斜部１０７に設けられたフランジ部１９０と、フランジ部１９０に嵌め込まれ開口部１０４の周囲を取り囲むように設けられた防水パッキン部１９１とをさらに備えている。  
フランジ部１９０は、側部１０５および傾斜部１０７から突出するように設けられている。フランジ部１９０は、筐体１００と同じ材料（例えば、金属）で形成されている。パッキン部１９１は、図８に示すようにフランジ部１９０の上部に嵌め込まれており、フランジ部１９０の根元までは被覆していない。即ち、パッキン部１９１は、側部１０５および傾斜部１０７には直接接触してはいない。パッキン部１９１は、例えば、ゴムやシリコーン樹脂等の弾力性および防水性のある材料で形成されている。
【００６３】
側面扉１０２が筐体１００の開口部１０４を塞いでいるときには、パッキン部１９１は、クランプ２０３によって側面扉１０２と筐体１００のフランジ部１９０との間で挟持され圧縮された状態で開口部１０４を外気から密閉する。
【００６４】
本変形例の他の構成は、第２の実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、本変形例は、第２の実施形態の効果を得ることができる。さらに、本変形例は、以下のような効果を有する。
【００６５】
図８は、筐体１００のフランジ部１９０に雨水が溜まった様子を示す図である。本変形例では、筐体１００の上端部に傾斜部１０７が設けられており、傾斜部１０７にも、フランジ部１９０およびパッキン部１９１が設けられている。また、パッキン部１９１は、フランジ部１９０の上部に嵌め込まれており、フランジ部１９０の根元までは被覆していない。これにより、電力変換装置１の上から雨等の水が流れてきたとしても、水は、パッキン部１９１に一時的に接触するが、滞留する水がパッキン部１９１に常時接触するようなことはない。即ち、水はフランジ部１９０の根元に滞留するが、その滞留する水はパッキン部１９１には接触しない。
【００６６】
もし、傾斜部１０７が筐体１００の上端部になく、上部１０６の面に対して略垂直方向に延びている場合（即ち、図６（Ｂ）の角度θが１８０°である場合）、パッキン部１９１には、水が常時接触するおそれがある。
【００６７】
これに対し、本変形例では、傾斜部１０７が設けられており、かつ、パッキン部１９１はフランジ部１９０の根元までは被覆していない。これにより、フランジ部１９０の根元に溜まった水は、パッキン部１９１に接触せず、その結果、電力変換装置１の防水機能を高めることができる。
【００６８】
（変形例２）
図９は、第２の実施形態の変形例２による電力変換装置１の筐体１００の構成の一例を示す正面図である。変形例２による筐体１００では、傾斜部１０７（筐体１００の上部）にあるフランジ部１９０およびパッキン部１９１は、筐体１００（開口部１０４）の中心から両端部へ向かって下降するように傾斜している。これにより、電力変換装置１の上から雨等の水が流れてきたとしても、水はフランジ部１９０の根元にも滞留し難くなり、筐体１００（開口部１０４）の端部へ流れ落ち易くなる。その結果、電力変換装置１の防水機能をさらに高めることができる。
【００６９】
尚、フランジ部１９０およびパッキン部１９１は、それらの上部において、開口部１０４の中心部を頂点として、その頂点から両端部へ向かって下降するように山型に形成されている。しかし、フランジ部１９０およびパッキン部１９１は、一方向に傾斜させてもよい。即ち、フランジ部１９０およびパッキン部１９１は、筐体１００（開口部１０４）の一端を頂点として、その頂点から他端へ向かって下降するように形成されてもよい。
【００７０】
（第３の実施形態）
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、第３の実施形態による電力変換装置１の構成の一例を示す図である。図１に示す電力変換装置１内のコントローラ３０は、メンテナンス時にオペレータが参照するモニタ３１やオペレータが操作する操作部（図示せず）等を備えている。また、コントローラ３０は、筐体１００内部のパワーユニットＰＵとは別の位置に設けられており、筐体１００内においてパワーユニットＰＵと接続されている。
【００７１】
一方、電力変換装置１が車両の屋根上および床下のいずれに配置された場合であっても、オペレータは、コントローラ３０のモニタ３１を参照し、かつ、コントローラ３０を操作可能とする必要がある。従って、電力変換装置１の筐体１００のうちコントローラ３０を収容する部分についても、第１および第２の実施形態において説明した上面扉１０１および側面扉１０２を備えている。さらに、オペレータがモニタ３１を上面扉１０１および側面扉１０２の両方から参照できるようにしなければならない。
【００７２】
そこで、第３の実施形態による電力変換装置１は、コントローラ３０と筐体１００との間に設けられたヒンジ３００をさらに備えている。ヒンジ３００の一端は、筐体１００の側面扉１０２と対向する対向面に固定されている。ヒンジ３００の他端は、コントローラ３００のモニタ３１が設けられた正面とは逆側の裏面に固定されている。これにより、コントローラ３０は、ヒンジ３００の軸を中心に回転することができ、モニタ３１のある正面を側方から上方へ向けることができる。尚、コントローラ３０のモニタ３１は、通常、側面扉１０２の方向を向いているものとする。
【００７３】
図１０（Ａ）に示すようにオペレータが筐体１００の側方からコントローラ３０のモニタ３１を参照する場合、オペレータは、側面扉１０２を開放し、コントローラ３０を移動させることなく、モニタ３１を参照することができる。上述の通り、コントローラ３０のモニタ３１は、側面扉１０２の方向を向いているからである。
【００７４】
図１０（Ｂ）に示すようにオペレータが筐体１００の上方からコントローラ３０のモニタ３１を参照する場合、オペレータは、上面扉１０１を開放し、コントローラ３０を持ち上げる。このとき、コントローラ３０は、ヒンジ３０の軸を中心として回転し、モニタ３１を斜め上方向へ向ける。これにより、オペレータは、モニタ３１を容易に参照することができる。
【００７５】
このように、第３の実施形態によれば、コントローラ３０と筐体１００との間にヒンジ３００を設けることによって、オペレータは、筐体１００の側方および上方の両方からコントローラ３０の正面にあるモニタ３１に容易にアクセスすることができる。その結果、第３の実施形態による電力変換装置１は、電気車の車両における配置位置に依らず同一の構成に設計され、かつ、内部へのアクセスを容易化することができる。
【００７６】
（変形例１）
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、第３の実施形態の変形例１による電力変換装置１の構成の一例を示す図である。本変形例による電力変換装置１は、コントローラ３０と筐体１００との間に設けられたステー部３１０をさらに備えている。本変形例のその他の構成は、第３の実施形態の対応する構成と同様でよい。
【００７７】
ステー部３１０の一端は、筐体１００の底面に固定されている。ステー部３１０の他端は、コントローラ３００の側面に固定されている。ステー部３１０は、オペレータがコントローラ３０を持ち上げるときにオペレータをアシストし、かつ、コントローラ３０を持ち上げた状態で保持（固定）する。コントローラ３０を持ち上げた状態で保持するために、ステー部３１０は、所定の長さまで伸びたときにロックされるようにロック機構を有する。
【００７８】
これにより、コントローラ３０は、ヒンジ３００の軸を中心に回転可能であるとともに、ステー部３１０によって容易に持ち上げられ、かつ、持ち上げられた状態を容易に保持することができる。
【００７９】
図１１（Ａ）に示すようにオペレータが筐体１００の側方からコントローラ３０のモニタ３１を参照する場合、オペレータは、側面扉１０２を開放し、コントローラ３０を移動させることなく、モニタ３１を参照することができる。
【００８０】
図１１（Ｂ）に示すようにオペレータが筐体１００の上方からコントローラ３０のモニタ３１を参照する場合、オペレータは、上面扉１０１を開放し、コントローラ３０を持ち上げる。このとき、コントローラ３０は、ヒンジ３０の軸を中心として回転し、モニタ３１を斜め上方向へ向ける。さらに、ステー部３１０がオペレータをアシストし、かつ、コントローラ３０を持ち上げた状態で保持する。これにより、オペレータは、モニタ３１を容易に参照することができる。
【００８１】
このように、ステー部３１０を設けることによって、オペレータは、筐体１００の側方および上方の両方からモニタ３１にさらに容易にアクセスすることができる。
【００８２】
（変形例２）
さらに、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）を参照して、第３の実施形態の変形例２による電力変換装置１を説明する。変形例２による電力変換装置１は、ヒンジ３００に設けられたバネ機構３２０をさらに備えている。バネ機構３２０は、ヒンジ３００の軸に設けられており、コントローラ３０を持ち上げる方向に力を印加するように蓄勢されている。本変形例のその他の構成は、第３の実施形態の変形例１の対応する構成と同様でよい。
【００８３】
バネ機構３２０は、コントローラ３０を持ち上げる方向に力を印加しているので、オペレータがコントローラ３０を持ち上げるときにオペレータをアシストすることができる。また、オペレータがコントローラ３０を戻すときに、バネ機構３２０は、コントローラ３０が急落することを抑制することができる。これにより、コントローラ３０に対する衝撃を緩和することができ、コントローラ３０安全に元の位置に戻すことができる。
【００８４】
（第４の実施形態）
図１２（Ａ）は、第４の実施形態による電力変換装置１の構成の一例を示す正面図である。図１２（Ｂ）は、第４の実施形態による電力変換装置１の構成の一例を示す側面図である。
【００８５】
図１に示す電力変換装置１内の遮断機４０等の回路機器は、例えば、四角形のパネルフレーム４３０に実装されている。第４の実施形態による電力変換装置１の筐体１００は、単数または複数のパネルフレーム４３０を収容して固定するために、フレーム４４０、４５０、４６０およびネジ４７０を備えている。フレーム４４０、４５０、４６０は、それぞれ単数または複数のパネルフレーム４３０の端部を受容する複数の溝ＴＲを有している。パネルフレーム４３０の４辺のうち３辺がフレーム４４０、４５０、４６０の各溝に嵌め込まれる。図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示すように、フレーム４４０および４６０は、各パネルフレーム４３０の互いに平行に延伸する両辺をそれぞれ受容する。フレーム４５０は、フレーム４４０および４６０に嵌め込まれた２辺に対して略垂直方向に延伸する残りの２辺のうち１辺を受容する。従って、フレーム４４０と４６０とは互いに対向しており、フレーム４５０は、フレーム４４０および４６０の一端側に配置され、フレーム４４０および４６０に対して略垂直方向に延伸するように設けられている。フレーム４４０、４５０は、筐体１００の内壁に固定されており、フレーム４６０は、フレーム４５０または筐体１００から取り外せるように構成されている。
【００８６】
フレーム４４０、４５０、４６０の溝ＴＲにパネルフレーム４３０を差し込んだ後、ネジ４７０は、互いに対向するフレーム４４０、４６０がパネルフレーム４３０を挟持して固定するように、フレーム４４０と４６０との間を締め付ける。ネジ４７０は、フレーム４４０、４６０の四隅に設けられている。これにより、パネルフレーム４３０は、フレーム４４０、４５０、４６０の溝ＴＲに嵌まった状態で固定される。
【００８７】
筐体１００は、第１の実施形態のそれと同様に、上面扉１０１および側面扉１０２を有し、その上面および側面から内部へアクセス可能に構成されている。筐体１００の側面扉１０２から図１２（Ｂ）に示す矢印Ａｓの方向へパネルフレーム４３０を挿入し、あるいは、パネルフレーム４３０を引き出す場合、オペレータは、筐体１００の側面扉１０２を開放し、筐体１００の側面側からネジ４７０にアクセスしてネジ４７０を緩める。そして、オペレータは、パネルフレーム４３０を矢印Ａｓの方向へ挿入し、あるいは、パネルフレーム４３０を矢印Ａｓの方向へ引き出せばよい。
【００８８】
一方、筐体１００の上面扉１０１から図１２（Ｂ）に示す矢印Ａｕの方向へパネルフレーム４３０を挿入し、あるいは、パネルフレーム４３０を引き出す場合、オペレータは、筐体１００の上面扉１０１を開放し、筐体１００の上面側からネジ４７０にアクセスしてネジ４７０を取り外す。さらに、オペレータは、フレーム４６０を取り外す。そして、オペレータは、パネルフレーム４３０を矢印Ａｕの方向へ挿入し、あるいは、パネルフレーム４３０を矢印Ａｕの方向へ引き出せばよい。このとき、フレーム４４０、４５０の溝ＴＲがパネルフレーム４３０の２つの辺を受容しているため、パネルフレーム４３０は倒れない。
【００８９】
このように、第４の実施形態によれば、フレーム４４０、４５０、４６０およびネジ４７０によって単数または複数のパネルフレーム４３０を固定する。これにより、オペレータは、筐体１００の側方および上方の両方から単数または複数のパネルフレーム４３０に容易にアクセスし、パネルフレーム４３０を出し入れすることができる。その結果、第３の実施形態による電力変換装置１は、電気車の車両における配置位置に依らず同一の構成に設計され、かつ、内部へのアクセスを容易化することができる。
【００９０】
さらに、第４の実施形態では、複数のパネルフレーム４３０をそれぞれ筐体１００の内部でネジ留めする必要がなく、フレーム４４０、４５０、４６０およびネジ４７０によってまとめて固定する。従って、ネジ等の留め具の点数を少なくすることができ、信頼性および取扱い効率を向上させることができる。また、第４の実施形態では、筐体１００内にネジ４７０を取り扱う工具スペースがあれば足り、他のネジを取り扱う工具スペースは省略され得る。これにより、電力変換装置１のサイズを小さくすることができる。
【００９１】
（変形例）
図１３（Ａ）は、第４の実施形態の変形例による電力変換装置１の構成の一例を示す正面図である。図１３（Ｂ）は、第４の実施形態の変形例による電力変換装置１の構成の一例を示す側面図である。
【００９２】
本変形例による電力変換装置１は、フレーム４５０とフレーム４６０との間に設けられたヒンジ４８０をさらに備えている、本変形例の他の構成は、第４の実施形態の対応する構成と同様でよい。
【００９３】
ヒンジ４８０の一端は、筐体１００の側面扉１０２と対向する対向面に配置されたフレーム４５０に固定されている。ヒンジ３００の他端は、筐体１００の上面扉１０１の側に設けられたフレーム４６０に固定されている。フレーム４６０は、筐体１００の上面扉１０１からパネルフレーム４３０にアクセスする際に取り外される必要があるが、本変形例では、フレーム４６０は、ヒンジ４８０によってフレーム４５０に物理的に接続され、ヒンジ４８０の軸を中心に回転することができる。従って、本変形例では、ネジ４７０は、側面扉１０２の近傍に２つ設ければ足り、筐体１００の側面扉１０２と対向する対向面側（筐体１００の奥）に設ける必要が無い。即ち、本変形例では、ネジ４７０の点数を４個から２個へさらに減らすことができる。
【００９４】
このように、本変形例では、フレーム４６０は、ヒンジ４８０によってフレーム４５０に物理的に接続され、ネジ４７０の個数をさらに減らすことができる。これにより、電力変換装置１の信頼性および取扱い効率を向上させることができる。また、筐体１００の工具スペースがさらに省略され得る。これにより、電力変換装置１のサイズをさらに小さくすることができる。
【００９５】
また、本変形では、パネルフレーム４３０が溝ＴＲに嵌まっていない場合、フレーム４６０の一端がヒンジ４８０によって固定されているため、フレーム４６０が傾斜する。このため、パネルフレーム４３０の取付不備を容易に発見することができる。
【００９６】
上記実施形態および変形例のいずれか２つ以上を組み合わせてもよい。例えば、第１〜第４の実施形態を全て組み合わせることによって、図１に示す電力変換装置１の全体を１つの筐体１００に収容することができる。この場合、電力変換装置１の全ての構成は、電気車の車両における配置位置に依らず同一の構成に設計され得る。
【００９７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９８】
１  電力変換装置
１００  筐体
１０１  上面扉
１０２  側面扉
ＰＵ  パワーユニット
１１０  電力変換部
１２０  フィルタコンデンサ部
１１１  電力変換素子
１１２  冷却フィンまたは支持基板
１０３  制御基板
４ａ、４ｂ、４ｃ  導体
１２１  支持基板
ＦＣ  フィルタコンデンサ
１２３  保護ケース
１２５  突起部
１１５  穴部
ＧＲ  ガイドレール
【図１】
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【図２】
0006382657.tif 000003
【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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