JP2015106985A - 電力変換装置用筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】より重量を軽くして省エネルギーを図ることができるとともに、メンテナンス作業を軽減する。【解決手段】実施形態の電力変換装置用筐体は、鉄道車両の床下に配設され、電力変換装置を収納するとともに、下方に開口部が形成された電力変換装置用筐体は、ステンレス鋼板製の第１天板パネル部の一側端部を端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した第１当接部と、ステンレス鋼板製の第２天板パネル部の一側端部を端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した第２当接部と、を当接し、前記第１当接部の端面と、前記第２当接部の端面と、を揃えた状態で両端面をへり溶接して形成した天板パネル部を有する筐体本体を備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置用筐体に関する。

一般に、鉄道電気車両は、架線から供給された電力を変換して車両駆動用電力、車両内電力および空調電力を供給する電力変換装置が設置されている。
この電力変換装置は、交流架線の場合には、交流を直流に変換するコンバータ回路や直流を交流に変換するインバータ回路等を備えて構成されている。

また、電力変換装置を構成するコンバータ回路やインバータ回路の構成部材としては、半導体素子、コンデンサ、抵抗等があり、電力変換装置を鉄道電気車両に実装する際には、これらが発生する熱を効果的に外部に放出する放熱フィン等の冷却ユニットも必要とされる。

上述した電力変換装置は、筐体に収納されて鉄道電気車両の床下に吊り下げられた状態で設けられている。

特開２０１０−１１０１３０号公報

ところで、近年は、省エネルギーの要求が高まっており、筐体を含む電力変換装置全体の重量の軽減が望まれている。
そこで、従来、筐体として、比較的比重の軽いアルミ製の筐体が知られている。

しかしながら、アルミ製の筐体の場合には、柔らかく腐食にも弱いため、ある程度の厚み（たとえば、５ｍｍ厚）とし、塗装も行う必要があった。
このため、重量も重くなるとともに、状態を良好に保つためには、再塗装などのメンテナンスが必要となるという問題点があった。
ここで、筐体に用いる耐食性の高い材料としては、ステンレスが挙げられるが、ステンレス鋼板製の筐体をアルミ製の筐体と同様の構成とした場合には、比重に比例して重量が増加することとなり、省エネルギーの要求に逆行することとなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ステンレス鋼板を用いて筐体を形成した場合であっても、より重量を軽くでき、省エネルギーを図ることができるとともに、塗装などのメンテナンス作業を軽減することが可能な電力変換装置用筐体を提供することを目的としている。

実施形態の電力変換装置用筐体は、鉄道車両の床下に配設され、電力変換装置を収納するとともに、下方に開口部が形成された電力変換装置用筐体である。

ここで、電力変換装置用筐体は、ステンレス鋼板製の第１天板パネル部の一側端部を端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した第１当接部と、ステンレス鋼板製の第２天板パネル部の一側端部を端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した第２当接部と、を当接し、第１当接部の端面と、第２当接部の端面と、を揃えた状態で両端面をへり溶接して形成した天板パネル部を有する筐体本体を備えている。

図１は、電力変換装置用筐体の平面図である。 図２は、電力変換装置用筐体の正面図である。 図３は、電力変換装置用筐体の背面図である。 図４は、電力変換装置用筐体の側面図（その１）である。 図５は、電力変換装置用筐体の側面図（その２）である。 図６は、第１側方開口部周囲のガスケット収納部へのガスケット収納時の説明図である。 図７は、第２側方開口部周囲のガスケット収納部へのガスケット収納時の説明図である。 図８は、図６のＱ−Ｑ断面図である。 図９は、第１側方開口部周囲及び第２側方開口部周囲のガスケットの収納状態の説明図である。 図１０は、図２のＸ−Ｘ断面図である。 図１１は、図１０のゾーンＺ１部分の部分拡大図である。 図１２は、図１０のゾーンＺ２部分の部分拡大図である。 図１３は、図１０のゾーンＺ３部分の部分拡大図である。 図１４は、図１０のゾーンＺ４部分の部分拡大図である。 図１５は、図２のＹ−Ｙ断面図である。 図１６は、電力変換装置用筐体内に電力変換回路を収納した場合の説明図である。 図１７は、図１のＺ−Ｚ断面図である。 図１８は、図１７のゾーンＺ５部分の部分拡大図である。 図１９は、図１７のゾーンＺ６部分の部分拡大図である。 図２０は、メンテナンス用開口部の構成説明図である。 図２１は、図２０のＲ−Ｒ断面図である。

次に図面を参照して、好適な実施形態について説明する。
図１は、電力変換装置用筐体の平面図である。
図２は、電力変換装置用筐体の正面図である。
図３は、電力変換装置用筐体の背面図である。
図４は、電力変換装置用筐体の側面図（その１）である。
図５は、電力変換装置用筐体の側面図（その２）である。

電力変換装置用筐体１０は、筐体本体１１と、筐体本体１１を鉄道車両の床下に吊り下げるためのボルト孔１２が形成された複数（図１では、８個）の吊り耳１３と、を備えている。

ここで、筐体本体１１及び吊り耳１３は、ステンレス鋼で形成されている。この場合において、例えば、筐体本体１１は、厚さ２ｍｍのステンレス鋼板で形成され、吊り耳１３は、厚さ６ｍｍのステンレス鋼板で形成される。
また、図１中、矢印Ｐは、鉄道車両の進行方向である。

筐体本体１１は、底面側に放熱フィン等を突設させるための開口部１４が設けられた箱形形状を有しており、大別すると、天板パネル部１５、正面パネル部１６、背面パネル部１７、第１側面パネル１８及び第２側面パネル１９を備えている。
さらに第１側方開口部１８の周囲には、後述する四角枠状のガスケット収納部１８Ａが設けられ、第２側面パネル１９の周囲には、後述する四角枠状のガスケット収納部１９Ａが設けられている。

天板パネル部１５は、第１天板パネル部１５Ａと、この第１天板パネル部１５Ａに接合部２０においてへり溶接がなされた第２天板パネル部１５Ｂと、を備えている。
第１天板パネル部１５Ａと、正面パネル部１６とは、１枚のステンレス鋼板を曲げ加工して一体に形成されている。

正面パネル部１６には、複数のメンテナンス用開口部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄが形成されている。なお、電力変換装置用筐体１０が車両に実装される際には、これらのメンテナンス用開口部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄには、図示しないカバーが取り付けられて、水密状態を確保することとなる。
また第２天板パネル部１５Ｂと、背面パネル部１７とは、同様に１枚のステンレス鋼板を曲げ加工して一体に形成されている。
背面パネル部１７には、複数のメンテナンス用開口部２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが形成されている。なお、電力変換装置用筐体１０が車両に実装される際には、これらのメンテナンス用開口部メンテナンス用開口部２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃには、図示しないカバーが取り付けられて、水密状態を確保することとなる。

また、各吊り耳１３の形成位置に対応する正面パネル部１６及び背面パネル部１７の裏面側（筐体本体１１の内部）には、補強板２３がそれぞれ溶接（例えば、スポット溶接）されて配置されている。ここで、例示したように、筐体本体１１は、厚さ２ｍｍのステンレス鋼板で形成され、吊り耳１３は、厚さ６ｍｍのステンレス鋼板で形成されている場合には、補強板２３は、例えば、厚さ３ｍｍのステンレス鋼板で形成される。

より一般的には、筐体本体１１を構成しているステンレス鋼板の厚さをＴ１とし、補強板２３を構成しているステンレス鋼板の厚さをＴ２とし、吊り耳１３を構成しているステンレス鋼板の厚さをＴ３とした場合に、
Ｔ１，Ｔ２＜Ｔ３、かつ、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ３
とするのが好ましい。
この結果、最も重量に影響を与える筐体本体１１の重量を大幅に抑制しつつ、十分な強度を有する電力変換装置用筐体を作成することが可能となっている。

図６は、第１側方開口部周囲のガスケット収納部へのガスケット収納時の説明図である。
図７は、第２側方開口部周囲のガスケット収納部へのガスケット収納時の説明図である。
図８は、図６のＱ−Ｑ断面図である。
図９は、第１側方開口部周囲及び第２側方開口部周囲のガスケットの収納状態の説明図である。
図６、図７及び図９に示すように、第１側方開口部１８の周囲には、第１側方開口部１８を塞ぐために取り付けられる図示しないカバーに当接されて水等の浸入を防止するためのガスケット収納部１８Ａが設けられ、第２側方開口部１９の周囲には、第２側方開口部１９を塞ぐために取り付けられる図示しないカバーに当接されて水等の浸入を防止するためのガスケット収納部１９Ａが設けられている。
そして、ガスケット収納部１８Ａ及びガスケット収納部１９Ａには、ガスケットＧＫ１がそれぞれ嵌め込まれて、第１側方開口部１８あるいは第２側方開口部１９の周囲から筐体１０内部への水等の浸入を確実に防止している。
この場合において、第１側方開口部１８側を例として説明すると、第１側方開口部１８の周囲には、図８に示すように、第１側方開口部１８近傍の背面パネル部１７に沿って、防水用のガスケット（パッキン）ＧＫ１を収納する収納部４２を有するガスケット収納部材４１が設けられている。
このガスケット収納部材４１の一端は、接合部４３を構成しており、接合部４３は、背面パネル部１７に対して、母材同士を溶かして溶接する、なめ付溶接（共付溶接）により強固に取り付けられている。
この結果、図示しないカバーの装着時には、水密状態が確保され、第１側方開口部１８の周囲から図示しないカバーを介して筐体１０内部への水等の浸入を確実に防止している。第２側方開口部１９についても同様である。

図１０は、図２のＸ−Ｘ断面図である。
また第１天板パネル部１５Ａの正面側中央部には、第１天板パネル部１５Ａ及び正面パネル部１６を切り欠いた状態で、抵抗器等の部品を収納するための収納凹部２４が形成されており、収納凹部２４の底板２４Ａは、図６に示すように、雨水などが溜まらないように正面側が低くなる傾斜面（傾斜角度θ）とされている。

なお、収納凹部２４は、第２天板パネル部１５Ｂの正面側中央部の、第２天板パネル部１５Ｂ及び背面パネル部１７を切り欠いた状態で形成するように構成することも可能である。
さらに必要に応じて、双方に収納凹部２４を形成するようにすることも可能である。

また、図６の下部に示すように、開口部１４の周囲には、後述する防水用のガスケット（パッキン）を収納する収納部３１を有するガスケット収納部材３２が設けられている。

図１１は、図１０のゾーンＺ１部分の部分拡大図である。
図１１に示すように、第１天板パネル部１５Ａは、一側端部を端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した第１当接部３５Ａを備えている。

一方、第２天板パネル部１５Ｂは、一側端部を端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した第２当接部３５Ｂを備えている。
そして、第１当接部３５Ａと、第２当接部３５Ｂと、を第１当接部３５Ａ（第１天板パネル部１５Ａ）の端面と、第２当接部３５Ｂ（第２天板パネル部１５Ｂ）の端面と、を揃えた状態で当接し、第１当接部３５Ａの端面と、第２当接部３５Ｂの端面と、を図１に示した接合部２０の全域にわたってへり溶接して一体の天板パネル部１５としている。

このように接合部２０の全域にわたってへり溶接しているため、接合部２０から電力変換装置用筐体１０の内部に水などが浸入することを確実に防止できる。

図１２は、図１０のゾーンＺ２部分の部分拡大図である。
また、図１３は、図１０のゾーンＺ３部分の部分拡大図である。

ガスケット収納部材３２の収納部３１は、断面Ｕ字形状を有しており、後述する防水用のガスケットがはめ込まれるようになっている。
またガスケット収納部材３２の中央部は、電力変換用素子（たとえば、ＩＧＢＴ等）が載置された冷却器ベース板を受けて保持するベース板受け面３６を構成している。

さらに、ガスケット収納部材３２の正面パネル部１６側あるいは背面パネル部１７側は、断面Ｌ字状に折り曲げられて、正面パネル部１６あるいは背面パネル部１７に溶接により接合される接合部材３７を構成している。

ここで、正面パネル部１６側においては、正面パネル部１６の下端の端面と、ガスケット収納部材３２の接合部材３７の端面とは、へり溶接により全域にわたって接合部３７Ａを形成し、一体化されている。

同様に、背面パネル部１７側においては、背面パネル部１７の下端の端面と、ガスケット収納部材３２の接合部材３７の端面とは、へり溶接により全域にわたって接合部３７Ａを形成し、一体化されている。

また、接合部３５の正面パネル部１６あるいは背面パネル部１７に対向する面３７Ｂは、スポット溶接により、確実に正面パネル部１６あるいは背面パネル部１７に保持されている。

図１４は、図１０のゾーンＺ４部分の部分拡大図である。
図１４に示すように、収納凹部２４の背面板２４Ｂの上端には、端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した当接部２４Ｅが設けられている。

そして、当接部２４Ｅは、第１天板パネル部１５Ａの下面に当接され、当接部２４Ｅの端面と、第１天板パネル部１５Ａの端面と、を揃えた状態で、当接部２４Ｅの端面と、第１天板パネル部１５Ａ端面と、を当接部２４Ｅの全域にわたってへり溶接して接合部２４Ｆを形成し、一体の収納凹部２４としている。
このようにして、収納凹部２４の接合部２４Ｆから電力変換装置用筐体１０の内部に水などが浸入することを確実に防止している。

図１５は、図２のＹ−Ｙ断面図である。
図１５において、図１０と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。

図１５に示すように、第１天板パネル部１５Ａと、第２天板パネル部１５Ｂと、は、天板パネル部１５のほぼ中央（中央部）で、第１当接部３５Ａと、第２当接部３５Ｂと、を第１当接部３５Ａ（第１天板パネル部１５Ａ）の端面と、第２当接部３５Ｂ（第２天板パネル部１５Ｂ）の端面と、を揃えた状態で当接し、第１当接部３５Ａの端面と、第２当接部３５Ｂの端面と、をへり溶接されて、一体の天板パネル部１５とされていることがわかる。

このように接合部２０の全域にわたってへり溶接しているため、接合部２０から電力変換装置用筐体１０の内部に水などが浸入することを確実に防止できる。
また、図１１の下部に示すように、開口部１４の周囲には、後述する防水用のガスケット（パッキン）を収納する収納部３１を有するガスケット収納部材３２が設けられている。

図１６は、電力変換装置用筐体内に電力変換回路を収納した場合の説明図である。
電力変換装置の冷却器ベース板１００は、ガスケットＧＫに沿って当接して、防水性を確保するためのリブ状の突起部１０１が電力変換回路を構成している回路素子１１０Ａ、１１０Ｂを載置する面側に環状に形成されている。

一方、冷却器ベース板１００の回路素子１１０Ａ、１１０Ｂを載置する面とは反対側の面には、回路素子１１０Ａ、１１０Ｂが発生した熱を放熱するために開口部１４から突設されるように、冷却器ベース板１００に（溶接等により）一体に形成された放熱フィン１２０が設けられている。
このような構成の結果、電力変換装置用筐体１０の内部に水などの浸入を防止しつつ、放熱を確実に行って、電力変換回路の動作を確実に行わせることができるようになっている。

図１７は、図１のＺ−Ｚ断面図である。
第１天板パネル部１５Ａの正面側中央部には、図１７に示すように、抵抗器等の部品を収納するための収納凹部２４が形成されており、さらに、図１３の下部に示すように、開口部１４の周囲、より詳細には、側壁部１４Ａ、１４Ｂに沿って、防水用のガスケット（パッキン）を収納する収納部５１を有するガスケット収納部材５２が設けられている。

さらに、ガスケット収納部材５２は、図１６で示したベース板受け面３６と同一機能を有し、冷却器ベース板１００を受けて保持するベース板受け面５６を備えている。

図１８は、図１７のゾーンＺ５部分の部分拡大図である。
図１９は、図１７のゾーンＺ６部分の部分拡大図である。
収納凹部２４の側面板２４Ｃの上端には、図１４に示すように、端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した当接部２４Ｅが設けられている。同様に、収納凹部２４の側面板２４Ｄの上端には、図１５に示すように、端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した当接部２４Ｅが設けられている。

そして、側面板２４Ｃの上端及び側面板２４Ｄの上端の当接部２４Ｅは、第１天板パネル部１５Ａの下面に当接され、当接部２４Ｅの端面と、第１天板パネル部１５Ａの端面と、を揃えた状態で、当接部２４Ｅの端面と、第１天板パネル部１５Ａ端面と、を当接部２４Ｅの全域にわたってへり溶接して接合部２４Ｆを形成しているので、側面板２４Ｃの上端及び側面板２４Ｄの上端の収納凹部２４の接合部２４Ｆから電力変換装置用筐体１０の内部に水などが浸入することを確実に防止している。

図２０は、メンテナンス用開口部の構成説明図である。
図２１は、図２０のＲ−Ｒ断面図である。
メンテナンス用開口部２１Ａ〜２１Ｄ、２２Ａ〜２２Ｃは、同様の構成であるので、図２０及び図２１においては、メンテナンス用開口部２１Ｃを例として説明する。
図２０に示すように、メンテナンス用開口部２１Ｃの側部には、正面パネル部１６の正面側から突設されたガイド部材５１が接合されている。
ガイド部材５１は、図２１に示すように、正面パネル部１６の面から突設された突設部５２と、正面パネル部１６の裏面側になめ付け溶接（共付溶接）された接合部５３を備えている。
この結果、ガイド部材５１を正面パネル部１６に強固に保持することが可能となっている。

以上の説明のように、本実施形態によれば、板状部材の端面を突き合わせて溶接ができないような厚さのステンレス鋼板を用いて電力変換装置用筐体を形成する場合でも、強度及び形状を維持でき、より重量を軽くして省エネルギーを図ることができる。
また、へり溶接を全域にわたって行うことにより、防水機能を持たせているので、防水シールを用いる必要もなく、さらに塗装も行う必要が無いので、さらなる軽量化が図れている。

さらにステンレス鋼板により電力変換装置用筐体を形成しているので、アルミ鋼板で製造する場合と比較して耐久性を向上でき、塗装なども必要ないので、メンテナンス性を向上することが可能となる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０ 電力変換装置用筐体
１１ 筐体本体
１２ ボルト孔
１３ 吊り耳
１４ 開口部
１４Ａ 側壁部
１５ 天板パネル部
１５Ａ 第１天板パネル部
１５Ｂ 第２天板パネル部
１６ 正面パネル部
１７ 背面パネル部
１８ 第１側方開口部
１９ 第２側方開口部
２０ 接合部
２１Ａ〜２１Ｄ メンテナンス用開口部
２２Ａ〜２２Ｃ メンテナンス用開口部
２３ 補強板
２４ 収納凹部
２４Ａ 底板
２４Ｂ 背面板
２４Ｃ 側面板
２４Ｄ 側面板
２４Ｅ 当接部
２４Ｆ 接合部
３１、５１ 収納部
３２、５２ ガスケット収納部材
３５ 接合部
３５Ａ 第１当接部
３５Ｂ 第２当接部
３６、５６ ベース板受け面
３７ 接合部材
３７Ａ 接合部
１００ 冷却器ベース板
１０１ 突起部
１１０Ａ 回路素子
１２０ 放熱フィン

Claims (5)

1. 鉄道車両の床下に配設され、電力変換装置を収納するとともに、下方に開口部が形成された電力変換装置用筐体であって、
   ステンレス鋼板製の第１天板パネル部の一側端部を端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した第１当接部と、ステンレス鋼板製の第２天板パネル部の一側端部を端面に沿って断面Ｌ字状に折り曲げて形成した第２当接部と、を当接し、前記第１当接部の端面と、前記第２当接部の端面と、を揃えた状態で両端面をへり溶接して形成した天板パネル部を有する筐体本体を備えた、
   電力変換装置用筐体。
2. 前記筐体本体は、前記第１天板パネル部の端部を折り曲げて形成した第１の側板パネル部と、
   前記第２天板パネル部の端部を折り曲げて形成した第２の側板パネル部と、を備えた、
   請求項１記載の電力変換装置用筐体。
3. 前記筐体本体は、前記第１天板パネル部及び前記第１の側板パネル部の一部、あるいは、前記第２天板パネル部及び前記第２の側板パネル部の一部のいずれかを切り欠き、収納凹部形成部材をへり溶接により接合して形成した収納凹部を備えた、
   請求項２記載の電力変換装置用筐体。
4. 前記筐体本体には、当該筐体本体を鉄道車両の床下に吊り下げるためのボルト孔が形成され、ステンレス鋼板製の複数の吊り耳が形成され、前記吊り耳の前記筐体本体を介した当該筐体本体の背面側には、ステンレス鋼板製の補強板がそれぞれ溶接されている、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電力変換装置用筐体。
5. 前記筐体本体を構成しているステンレス鋼板の厚さをＴ１とし、
   前記補強板を構成しているステンレス鋼板の厚さをＴ２とし、
   前記吊り耳を構成しているステンレス鋼板の厚さをＴ３とした場合に、
   Ｔ１，Ｔ２＜Ｔ３、かつ、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ３
   とされている、
   請求項４記載の電力変換装置用筐体。

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