(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常運転時は主電源用に使われる複数群の可変電圧可変周波数インバータと、補助電源用に使われる１群の定電圧定周波数インバータとを備え、前記定電圧定周波数インバータの異常発生時にこれを切り離し、前記可変電圧可変周波数インバータのうちの１群を定電圧定周波数インバータに切り替えて補助電源用に運転する電力変換装置において、
複数個の電動送風機で分担して多数群の前記インバータを構成する回路要素を強制通風冷却し、通常運転時に補助電源用に使われる前記定電圧定周波数インバータと、切替運転で補助電源用に使われる前記可変電圧可変周波数インバータとを別々の電動送風機により冷却する配置にしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
通常運転時は主電源用に使われる複数群の可変電圧可変周波数インバータと、補助電源用として使われる１群の定電圧定周波数インバータとを備え、前記定電圧定周波数インバータの異常発生時にこれを切り離し、前記可変電圧可変周波数インバータのうちの１群を定電圧定周波数インバータに切り替えて補助電源用に運転する電力変換装置において、
複数の電動送風機で分担して多数群の前記インバータを構成する回路要素に対して強制通風冷却を行い、前記電動送風機の各々は同じ数の前記可変電圧可変周波数インバータに強制通風を行い、前記電動送風機の１つは前記定電圧定周波数インバータにも強制通風を行い、当該電動送風機とは別の電動送風機で冷却される可変電圧可変周波数インバータを切替運転時に補助電源用として定電圧定周波数インバータに切り替える配置にしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
通常運転時は主電源用に使われる複数群の可変電圧可変周波数インバータと、補助電源用として使われる１群の定電圧定周波数インバータとを備え、前記定電圧定周波数インバータの異常発生時にこれを切り離し、前記可変電圧可変周波数インバータのうちの１群を定電圧定周波数インバータに切り替えて補助電源用に運転する電力変換装置において、
複数の電動送風機で分担して多数群の前記インバータを構成する回路要素に対して強制通風冷却を行い、電動送風機の各々は同じ数の前記可変電圧可変周波数インバータに強制通風を行い、前記電動送風機のうちの２個から並列に前記定電圧定周波数インバータに強制通風する配置にしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
通常運転時は主電源用に使われる複数群の可変電圧可変周波数インバータと、補助電源用として使われる１群の定電圧定周波数インバータとを備え、前記定電圧定周波数インバータの異常発生時にこれを切り離し、前記可変電圧可変周波数インバータのうちの１群を定電圧定周波数インバータに切り替えて補助電源用に運転する電力変換装置において、
複数の電動送風機で分担して多数群の前記インバータを構成する回路要素に対して強制通風冷却を行い、電動送風機の各々は同じ数の前記可変電圧可変周波数インバータに強制通風を行い、前記定電圧定周波数インバータ中のインバータ変換部の出力と外部の負荷回路との間に接続されるリアクトル、トランス等の巻物には、前記電動送風機のうちの２個から並列に強制通風し、前記定電圧定周波数インバータのインバータ変換部の半導体素子の冷却には、前記電動送風機の１個から強制通風する配置にしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記定電圧定周波数インバータのインバータ変換部の出力と外部の負荷回路との間に接続されるリアクトル、トランス等の巻物には、前記電動送風機による強制通風を使わず、自然通風を行う配置にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記インバータは、機関車の床上機器室内に設置され、前記電動送風機は、各々のインバータの出力が接続される車両駆動用主電動機を冷却する電動送風機と兼用する配置にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記定電圧定周波数インバータのインバータ変換部とリアクトル、トランス等の巻物とを別々の筐体に収納し、このインバータ変換部を収納する筐体は、複数群の前記可変電圧可変周波数インバータと共に機関車の床上機器室内に設置し、前記リアクトル、トランス等を収納する匿体は機関車の床下の外気と通ずる部分に設置したことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記インバータは、機関車の床上機器室内に設置され、前記電動送風機は、各々のインバータの出力が接続される車両駆動用主電動機を冷却する電動送風機と兼用させると共に、前記定電圧定周波数インバータ又はリアクトル、トランス等の巻物はこれを冷却する２個の電動送風機のほぼ中心に配置したことを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主電源用の複数群の可変電圧可変周波数インバータ（以下、「ＶＶＶＦインバータ」という。）と補助電源用の１群の定電圧定周波数インバータ（以下、「ＣＶＣＦインバータ」という。）とを同一システムとした電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両システムの冗長性を向上させる目的で、複数個のＶＶＶＦインバータと１個のＣＶＣＦインバータとを１システムとし、ＣＶＣＦインバータの故障の際にはそのＣＶＣＦインバータを停止させて切り離し、健全な複数個のＶＶＶＦインバータのうちの１個をＣＶＣＦインバータに切り替えて動作させるシステムが提案されている。図８にこのような鉄道車両システムにおける電力変換装置の従来例の回路構成を示している。
【０００３】
この従来の電力変換装置では、パンタグラフ１には、遮断器２ａ，２ｂ及びフィルタリアクトル３ａ，３ｂを介して複数台のＶＶＶＦインバータ４ａ′，４ｂ′の正入力端が接続され、その負入力端は車輪ＧＢ１，ＧＢ２を通じて接地されている。また、ＶＶＶＦインバータ４ａ′，４ｂ′の正入力端、負入力端間にはそれぞれフィルタコンデンサ５が接続され、さらにＶＶＶＦインバータ４ａ′，４ｂ′の出力端には車両駆動用の主電動機６が主電源負荷として接続されている。なお、これらのＶＶＶＦインバータ４ａ′，４ｂ′のうちの所定のＶＶＶＦインバータ４ｂ′は、ＣＶＣＦインバータとしても駆動することができるように制御部７により制御される。
【０００４】
制御部７はＶＶＶＦインバータ４ｂ′を構成する半導体素子を駆動するためのインバータ制御共通部（以下、「共通部」という。）７ａ、直流電力をＶＶＶＦ交流電力に変換するように半導体素子を動作させる駆動信号を生成するＶＶＶＦ制御部７ｂ、直流電力をＣＶＣＦ交流電力に変換するように半導体素子を動作させる駆動信号を生成するＣＶＣＦ制御部７ｃ及び後述する切替スイッチ８１〜８４を制御する切替部８とで構成されている。
【０００５】
また、パンタグラフ１には、遮断器２ｃ及びフィルタリアクトル３ｃを介してＣＶＣＦインバータ９′の正入力端が接続され、その負入力端は車輪ＧＢ１，ＧＢ２を通じて接地されている。このＣＶＣＦインバータ９′の正入力端、負入力端間にはフィルタコンデンサ５ａが接続され、さらにＣＶＣＦインバータ９′の出力端には波形フィルタ回路１０を介してトランス１１の一次側が接続されている。このトランス１１の２次側にはＶＶＶＦインバータ４ａ′，４ｂ′の制御回路、車内を空調するための回路、電動空気圧縮機３を駆動するための回路等の補助回路１２が補助電源負荷として接続されている。なお、波形フィルタ回路１０を構成する電気部品のリアクトル１３と、トランス１１とは何れも巻物と称され、部品構成としては一体化したりすることもある。さらに、共通部７ａとＶＶＶＦ制御部７ｂ及びＣＶＣＦ制御部７ｃとの間に切替スイッチ８１、ＶＶＶＦインバータ４ｂ′と主電動機６との間に切替スイッチ８２、ＣＶＣＦインバータ９′と波形フィルタ回路１０との間に切替スイッチ８３、そしてＶＶＶＦインバータ４ｂ′の出力端とＣＶＣＦインバータ９′の出力端との間に切替スイッチ８４が設けられ、これら切替スイッチ８１〜８４は切替部８により制御され、連動して動作する。
【０００６】
このような構成の従来の電力変換装置においては、ＣＶＣＦインバータ９′が故障した場合、切替部８がこれを検知して各切替スイッチ８１〜８４を図示した状態とは反対側に切替動作する。このとき、遮断器８１は開放される。遮断器８１が開放されると、ＣＶＣＦインバータ９′は波形フィルタ路１０と切り離され、代わりに所定のＶＶＶＦインバータ４ｂ′が主電動機６と切り離されて、波形フィルタ回路１０に接続されると共に、ＶＶＶＦ制御部７ｂの代わりにＣＶＣＦ制御部７ｃが共通部７ａに接続される。したがって、ＶＶＶＦインバータ４ｂ′がＣＶＣＦインバータとして動作するようになり、その出力が波形フィルタ回路１０を介してトランス１１に供給され、補助回路１２のための補助電源として動作することになる。
【０００７】
この従来例は最も変換回路数の少ない２個のＶＶＶＦインバータと１個のＣＶＣＦインバータとで説明したが、実用上は、車両システムに合わせ、４個のＶＶＶＦインバータと１個のＣＶＣＦインバータとより成るシステム、８個のＶＶＶＦインバータと１個のＣＶＣＦインバータとより成るシステム等がある。
【０００８】
例えば、機関車システムに、ＶＶＶＦインバータからＣＶＣＦインバータに切替可能なシステムを採用した場合は、機関車の軸数に合わせた複数個のＶＶＶＦインバータと１個のＣＶＣＦインバータとでシステム構成することになるが、機関車のような動力集中形のシステムでは、主電動機容量も大きく、それを制御する電力変換回路より発生する熱損失の処理には通常、電動送風機を利用した強制通風方式が採用される。
【０００９】
図９に機関車システムでの従来の電力変換装置を示している。この従来の電力変換装置は、インバータ４ａ′，４ｂ′の機器配置を極力集約して電力変換装置４ａ″，４ｂ″としてまとめ、電力変換装置４ａ″，４ｂ″毎に電動送風機（ＢＬ）１６で冷却する構成としていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例では、ＣＶＣＦインバータの故障によるＶＶＶＦインバータのＣＶＣＦインバータヘの切替運転を説明したが、強制通風方式では電動送風機の故障を考慮した冗長性も考慮することが必要になってくる。すなわち、電動送風機は回転機構部をもち、ベアリングの磨耗、給油の必要性等、保守が必要になる部品であり、機関車システムとしての冗長性を最大限確保するためには、この電動送風機の故障に際しても機関車を止めないシステムが必要になってくる。
【００１１】
ところが、従来の電力変換装置では、インバータの故障に対しては上述の如く冗長性の有るシステムであるが、他方、電動送風機が故障するとＣＶＣＦインバータだけでなくＶＶＶＦインバータも冷却不能となり、切替機能を有したシステムであるにも拘わらず、機関車システム全体を停止せざるを得ない問題点があった。
【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、インバータの故障に対してだけでなく、電動送風機の故障に対しても、システム全体の冗長性を確保できる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、通常運転時は主電源用に使われる複数群の可変電圧可変周波数インバータと、補助電源用に使われる１群の定電圧定周波数インバータとを備え、前記定電圧定周波数インバータの異常発生時にこれを切り離し、前記可変電圧可変周波数インバータのうちの１群を定電圧定周波数インバータに切り替えて補助電源用に運転する電力変換装置において、複数個の電動送風機で分担して多数群の前記インバータを構成する回路要素を強制通風冷却し、通常運転時に補助電源用に使われる前記定電圧定周波数インバータと、切替運転で補助電源用に使われる前記可変電圧可変周波数インバータとを別々の電動送風機により冷却する配置にしたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１の発明の電力変換装置では、ＣＶＣＦインバータに強制通風している電動送風機の故障の際にはインバータ変換部の回路要素が冷却できなくなるので、電動送風機により強制通風を行っていたインバータを切り離す必要があり、ＣＶＣＦインバータと何群かのＶＶＶＦインバータをシステムより切り離し、ＶＶＶＦインバータのうちの１群をＣＶＣＦインバータに切り替えて運転するようにするが、そのときには、切り替えられるＶＶＶＦインバータには別個の電動送風機から強制通風を行っているので、電動送風機の故障に対する冗長性が確保される。
【００１５】
請求項２の発明は、通常運転時は主電源用に使われる複数群の可変電圧可変周波数インバータと、補助電源用として使われる１群の定電圧定周波数インバータとを備え、前記定電圧定周波数インバータの異常発生時にこれを切り離し、前記可変電圧可変周波数インバータのうちの１群を定電圧定周波数インバータに切り替えて補助電源用に運転する電力変換装置において、複数の電動送風機で分担して多数群の前記インバータを構成する回路要素に対して強制通風冷却を行い、前記電動送風機の各々は同じ数の前記可変電圧可変周波数インバータに強制通風を行い、前記電動送風機の１つは前記定電圧定周波数インバータにも強制通風を行い、当該電動送風機とは別の電動送風機で冷却される可変電圧可変周波数インバータを切替運転時に補助電源用として定電圧定周波数インバータに切り替える配置にしたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２の発明の電力変換装置では、ＣＶＣＦインバータに強制通風している電動送風機の故障の際には、その電動送風機により冷却されているＣＶＣＦインバータと何群かのＶＶＶＦインバータとをシステムより切り離し、別の電動送風機により冷却されているＶＶＶＦインバータのうちの１群をＣＶＣＦインバータに切り替えて運転するようにするので、電動送風機の故障に対する冗長性が確保される。加えて、各電動送風機により同じ数のＶＶＶＦインバータに強制通風するようにしたことにより、複数個の電動送風機を同一性能のもので種類を増やさないようにすることができる。なお、ＣＶＣＦインバータにも強制通風を行う電動送風機は厳密にはその分必要とされる冷却風量は多いが、被冷却体、機関車機器室内への送風等を考慮すれば同一の電動送風機を複数個使用することが可能となる。
【００１７】
請求項３の発明は、通常運転時は主電源用に使われる複数群の可変電圧可変周波数インバータと、補助電源用として使われる１群の定電圧定周波数インバータとを備え、前記定電圧定周波数インバータの異常発生時にこれを切り離し、前記可変電圧可変周波数インバータのうちの１群を定電圧定周波数インバータに切り替えて補助電源用に運転する電力変換装置において、複数の電動送風機で分担して多数群の前記インバータを構成する回路要素に対して強制通風冷却を行い、電動送風機の各々は同じ数の前記可変電圧可変周波数インバータに強制通風を行い、前記電動送風機のうちの２個から並列に前記定電圧定周波数インバータに強制通風する配置にしたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項３の発明の電力変換装置では、請求項２の発明の電力変換装置と同様、複数個の電動送風機の標準化を図っているが、電動送風機側にとって余分に必要となるＣＶＣＦインバータの冷却風量を２個の電動送風機で分担するので、他の電動送風機との共通化がさらに図りやすい。なお、ＣＶＣＦインバータに強制通風を行う２個の電動送風機のうちの１個の電動送風機の故障により風量は半減するが、ＣＶＣＦインバータの出力で電動送風機を運転しているので負荷自体が減り、ＣＶＣＦインバータより発生する熱損失も減ることで、電動送風機の故障による切り替え運転そのものが不要になる。
【００１９】
請求項４の発明は、通常運転時は主電源用に使われる複数群の可変電圧可変周波数インバータと、補助電源用として使われる１群の定電圧定周波数インバータとを備え、前記定電圧定周波数インバータの異常発生時にこれを切り離し、前記可変電圧可変周波数インバータのうちの１群を定電圧定周波数インバータに切り替えて補助電源用に運転する電力変換装置において、複数の電動送風機で分担して多数群の前記インバータを構成する回路要素に対して強制通風冷却を行い、電動送風機の各々は同じ数の前記可変電圧可変周波数インバータに強制通風を行い、前記定電圧定周波数インバータ中のインバータ変換部の出力と外部の負荷回路との間に接続されるリアクトル、トランス等の巻物には、前記電動送風機のうちの２個から並列に強制通風し、前記定電圧定周波数インバータのインバータ変換部の半導体素子の冷却には、前記電動送風機の１個から強制通風する配置にしたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４の発明の電力変換装置では、ＣＶＣＦインバータのインバータ変換部の回路要素を冷却するために強制通風を行っている電動送風機の故障の際は、健全に動作している電動送風機で強制通風が行われている１群のＶＶＶＦインバータがＣＶＣＦインバータに切り替わり、請求項１又は２の発明の電力変換装置と同様に電動送風機の故障に対する冗長性が確保される。なお、ＣＶＣＦインバータの回路要素をなすリアクトル、トランス等巻物の冷却を考えると、これら巻物への冷却風は電動送風機の故障により半減することになるが、請求項３の発明の電力変換装置と同様、負荷自体が減ることで巻物の冷却が可能であり、加えて巻物は熱時定数が高く、風量の半減が温度上昇の差として現れるには時間を要すること、巻物の許容温度はインバータ変換部の半導体素子のようにその温度で急激に破壊するのでなく、絶縁の寿命から決定されていることも考慮すると、故障した電動送風機の交換までの期間の切替運転で問題になることはない。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１〜４の電力変換装置において、前記定電圧定周波数インバータのインバータ変換部の出力と外部の負荷回路との間に接続されるリアクトル、トランス等の巻物には、前記電動送風機による強制通風を使わず、自然通風を行う配置にしたことを特徴とするものであり、電動送風機の故障に対する冗長性はインバータ変換部の半導体素子の冷却のみを考慮すればよく、請求項１〜４の発明の電力変換装置と同様、ＶＶＶＦインバータのＣＶＣＦインバータヘの切替運転で冗長性が確保できる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１〜５の電力変換装置において、前記インバータは、機関車の床上機器室内に設置され、前記電動送風機は、各々のインバータの出力が接続される車両駆動用主電動機を冷却する電動送風機と兼用する配置にしたことを特徴とするものであり、機関車の大容量の主電動機を冷却するための電動送風機で電力変換装置側の強制通風も行い、機関車システム全体として電動送風機の必要な数量を最適化できる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項６の電力変換装置において、前記定電圧定周波数インバータのインバータ変換部とリアクトル、トランス等の巻物とを別々の筐体に収納し、このインバータ変換部を収納する筐体は、複数群の前記可変電圧可変周波数インバータと共に機関車の床上機器室内に設置し、前記リアクトル、トランス等を収納する匿体は機関車の床下の外気と通ずる部分に設置したことを特徴とするものであり、リアクトル、トランス等の巻物を自然通風で冷却するのは請求項５の発明の電力変換装置と同様であるが、車両床下へこれを設置したことで外気への排熱が効率良く行え、車両走行による通風効果もあるのでリアクトル、トランス等の巻物の小形、軽量化が可能となる。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項３又は４の電力変換装置において、前記インバータは、機関車の床上機器室内に設置され、前記電動送風機は、各々のインバータの出力が接続される車両駆動用主電動機を冷却する電動送風機と兼用させると共に、前記定電圧定周波数インバータ又はリアクトル、トランス等の巻物はこれを冷却する２個の電動送風機のほぼ中心に配置したことを特徴とするものであり、２個の電動送風機から同量の冷却風を並列に取り込むには、冷却風が合流する部分で相互に影響を与えないようにすることが必要になるが、２個の電動送風機のほぼ中心をこの冷却風の合流する部分とすることで、電動送風機からこの合流部までの冷却風洞形状を合わせることができ、風量調整が容易となる。
【００２５】
【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。
【００２６】
＜第１の実施の形態＞図１は、本発明の第１の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。この実施の形態の電力変換装置は、鉄道車両の駆動用として使われる４群以上のＶＶＶＦインバータ４ａ′（そのうち１群はＣＶＣＦインバータとして使われるＶＶＶＦインバータ４ｂ′（ＶＶＶＦ／ＳＩＶ）を含む）と電源用として使われる１群のＣＶＣＦインバータ９′と、ＶＶＶＦインバータとＣＶＣＦインバータを電気的に切り替える切替スイッチ群８１〜８４を備えている。また、各インバータ変換部４ａ，４ｂ，９及びＣＶＣＦインバータ９′のトランスリアクトル等を冷却する２個の電動送風機（ＢＬ）１５ａ，１５ｂが配置されている（本システムを「デュアルモード」という。）。
【００２７】
なお、図８及び図９に示した従来例のシステムと同一の符号を付した構成要素は、従来例と共通する要素である。例えば、１はパンタグラフ、６は主電動機、１０は波形フィルタ回路（この回路中に従来例と同様にリアクトル１３が備えられている）、１１はトランス、１２は補助回路、１７ａ，１７ｂは通風ダクト、１８ａ，１８ｂは風の流れ、２０は機関車である。
【００２８】
この電動送風機ＢＬ群の通風系統として、ＢＬ１５ｂの系統は、通常ＣＶＣＦインバータ９′として運転されるものを含む系統とし、もう一方のＢＬ１５ａの系統は電気的に切り替えられた後にＣＶＣＦインバータとして機能する、通常はＶＶＶＦインバータとして動作するＶＶＶＦインバータ４ｂ′を含む系統としている。この場合、ＣＶＣＦインバータ９′は、車両中央寄りに配置される。
【００２９】
このようにデュアルモードにおいて切り替えられるＶＶＶＦインバータ４ｂ′に送風する通風系統を、ＣＶＣＦインバータ９′とは別にすることにより、電気的には健全であっても、ＣＶＣＦインバータ９′の通風系統上の電動送風機１５ｂが故障した際に、ＶＶＶＦインバータ４ｂ′に対してＶＶＶＦインバータ→ＣＶＣＦインバータの切替を実施することにより、このＶＶＶＦインバータ９′が電源用インバータ（ＳＩＶ）として運転を継続し、サービスを提供することができる。すなわち電源システムの冗長性の確保、ひいては機関車システムの冗長性及び安定性が確保できる。さらに車両中央寄りにＣＶＣＦインバータ９′を配置することにより、２個の電動送風機１５ａ，１５ｂからの通風がほぼ左右対称形になり、冷却風洞形状を合わせることができ、風量調整が容易となる。
【００３０】
＜第２の実施の形態＞図２は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、本実施の形態の電力変換装置は、第１の実施の形態に対して、電動送風機（ＢＬ）１６′を４個にして、さらにこの４個の電動送風機を同一性能のもので構成したことを特徴とする。なお、図２において、図１に示した第１の実施の形態と共通する符号は、共通する要素を示している。
【００３１】
ＣＶＣＦインバータ９′に強制通風を行う電動送風機１６′は、厳密にはその分だけ必要とされる冷却風量は多いが、ここに記載していない被冷却体、機関車機器室内への送風等を考慮すれば、同一仕様の電動送風機で充分対応することができる。
【００３２】
これにより、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に機関車システムの冗長性及び安定性が確保できる上に、電動送風機の種類を増加させないで標準化を推進することができ、さらにはメンテナンスの効率化を図ることも可能である。
【００３３】
＜第３の実施の形態＞図３は、本発明の第３の実施の形態の電力変換装置を示すもので、本実施の形態では、第１の実施の形態におけるＣＶＣＦインバータ９′への通風を２個の電動送風機（ＢＬ）１６ａ，１６ｂにより並列に行うようにしたことを特徴とする。また、２個のＢＬ１６ａ，１６ｂには、第２の実施の形態のように同一性能の電動送風機を使用し、標準化も同時に可能にしている。なお、図３において、図１に示した第１の実施の形態、図２に示した第２の実施の形態と共通する符号は、共通する要素を示している。
【００３４】
この第３の実施の形態では、ＣＶＣＦインバータの冷却風量を２個の電動送風機１６ａ，１６ｂで分担するが、そのうちの１個が故障した際には、健全な他方の電動送風機だけで通風する。
【００３５】
これにより、通風量は半減するが、ＣＶＣＦインバータ９′の負荷として電動送風機を運転しているので、負荷自体も減少し発生熱損も減少し、冷却系に大きな支障をきたすことはない。すなわち電動送風機１６の２個中１個が故障した場合には、ＣＶＣＦインバータ９′は他のＶＶＶＦインバータ４ｂ′に切り替えることなく、運転を継続することができ、電源システムの冗長性が確保できる。これはすなわち、機関車システムの冗長性と安定性を確保することができることを意味する。また、ＣＶＣＦインバータ９′を車両中央寄りに配置にすることにより、第３の実施の形態では電動送風機１６から見た通風ダクトが完全な左右対称形となり、第１の実施の形態よりもさらに風量調整が容易になり、風洞製作の標準化にも大きく寄与する。
【００３６】
＜第４の実施の形態＞図４は、本発明の第４の実施の形態の電力変換装置を示すもので、第３の実施の形態と同様にＣＶＣＦインバータ９′への通風を２個の電動送風機（ＢＬ）１６ａ，１６ｂにより並列に行うようにし、さらにＣＶＣＦインバータ９′の通風において、ＣＶＣＦインバータ９′の出力と負荷回路の間に接続される波形フィルタ回路１０中のリアクトル及びトランス１１と、インバータ変換部９とを大きく２分して、巻物類には２個の電動送風機１６ａ，１６ｂより並列に強制通風し、インバータ変換部９の素子冷却には１個の電動送風機１６ａにより強制通風するようにしたことを特徴としている。なお、図４において、第１〜第３の実施の形態と共通する符号は、共通する要素を示している。そして、１７ｃ，１７ｃ′はリアクトル・トランス用通風ダクト、１７ｄはＣＶＣＦ変換器用ダクトである。
【００３７】
これによれば、ＣＶＣＦインバータ９′を含む通風系統の電動送風機（ＢＬ）１６ｂの故障の際は、第１，２の実施の形態と同様、もう一方のＢＬ１６ａによって強制通風されるＶＶＶＦインバータ４ｂ′をＣＶＣＦインバータに切り替えることが必要であり、波形フィルタ回路１０中のリアクトル、トランス１１等の巻物への冷却風は電動送風機の故障により半減することになるが、第３の実施の形態と同様、負荷自体が減るので巻物の冷却は可能である。加えて熱時定数が高く、風量の半減が温度上昇の差として現れるには時間を要することや、巻物の許容温度は半導体素子のようにその温度で急激に破壊するのではなく、絶縁の寿命から決定されていることを考慮すれば、１個のＢＬ１６ａによる強制通風冷却で運転継続するのに支障はない。したがって、第３の実施の形態と同様に冗長性が確保できる。
【００３８】
なお、上記の第３及び第４の実施の形態において、インバータ４ａ′，４ｂ′，９′は、機関車の床上機器室内に設置し、電動送風機１６ａ，１６ｂは、各々のインバータの出力が接続される車両駆動用主電動機６を冷却する電動送風機と兼用させると共に、ＣＶＣＦインバータ９′又はリアクトル、トランス１１等の巻物はこれを冷却する２個の電動送風機１６ａ，１６ｂのほぼ中心に位置する配置にすることができる。
【００３９】
２個の電動送風機１６ａ，１６ｂから同量の冷却風を並列に取り込むには冷却風が合流する部分で相互に影響を与えないようにすることが必要になるが、上記の構成にすることにより、２個の電動送風機１６ａ，１６ｂのほぼ中心をこの冷却風の合流する部分とすることができ、電動送風機からこの合流部までの冷却風洞形状を合わせることができ、風量調整が容易となる。
【００４０】
＜第５の実施の形態＞図５は、本発明の第５の実施の形態の電力変換装置を示すもので、第１〜４の実施の形態で行っているように波形フィルタ回路１０中のリアクトルやトランス１１等の巻物の冷却に対して電動送風機による強制通風を行わないで、自然通風方式にしたことを特徴とする。
【００４１】
このような構成にすれば、電動送風機の故障に対する冗長性は半導体素子の冷却のみを考慮すればよく、冗長性の確保はより平易となり、系の信頼性はより向上する。すなわち、電源システム及び機関車システムの冗長性を第１〜４の実施の形態と同等以上にでき、システムの信頼性が向上する。
【００４２】
＜第６の実施の形態＞図６は、本発明の第６の実施の形態の電力変換装置を示すもので、第１〜５の実施の形態において、電力変換装置は、機関車２０の床上機器室内に設置され、電力変換装置を冷却する電動送風機１６ａ，１６ｂは、それぞれの電力変換装置の出力が接続される車両駆動用主電動機６を冷却する電動送風機と兼用したことを特徴とする。
【００４３】
これにより、本実施の形態によれば、機関車システム全体として電動送風機の必要数量を最適化することができ、そのうえ、この場合でも電力変換装置のシステムとしての冗長性は第１〜５の実施の形態と何ら変わらず確保することができる。さらに電動送風機の集約化、標準化により、よりコンパクトで最適な機関車システムを得ることができる。
【００４４】
＜第７の実施の形態＞図７は、本発明の第７の実施の形態の電力変換装置を示すもので、第５の実施の形態におけるＣＶＣＦインバータ９′のインバータ変換部９における波形フィルタ回路１０中のリアクトルとトランス１１のような巻物を収納した筐体を機関車２０の床下の外気と通ずる部分に設置したことを特徴とする。これら巻物に対する自然通風冷却は第５の実施の形態と同じであるが、車両床下であることにより、排熱が効率良く行え、車両走行による通風効果もあるので、リアクトル、トランス等の巻物の小形、軽量化が可能となる。そして、冗長性は第５の実施の形態と同等である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電動送風機故障の際の電源システムの冗長性を確保し、ひいてはシステム全体の冗長性と安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電力変換装置のブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の電力変換装置のフロツク図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の電力変換装置のブロック図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の電力変換装置のブロック図。
【図５】本発明の第５の実施の形態の電力変換装置のブロック図。
【図６】本発明の第６の実施の形態の電力変換装置のブロック図。
【図７】本発明の第７の実施の形態の電力変換装置のブロック図。
【図８】従来例の電気システム系統のブロック図。
【図９】従来例の電力変換装置のブロック図。
【符号の説明】
１：パンタグラフ
４ａ，４ｂ：ＶＶＶＦインバータ変換部
４ａ′，４ｂ′：ＶＶＶＦインバータ
６：主電動機
９：ＣＶＣＦインバータ変換部
９′：ＣＶＣＦインバータ
１０：波形フィルタ回路
１１：トランス
１２：補助回路
１５ａ，１５ｂ：電動送風機
１６′，１６ａ，１６ｂ：電動送風機
１７ａ，１７ｂ：通風ダクト
１７ｃ，１７ｃ′：リアクトル・トランス用通風ダクト
１７ｄ：ＣＶＣＦ変換器用ダクト
１８ａ，１８ｂ：風の流れ
１９：走行風（機関車外気）
２０：機関車
【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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