WO2010052763A1 - 強制風冷式車両用制御装置 - Google Patents

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高橋　哲也
岡山　秀夫
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Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the present invention relates to a forced air-cooled vehicle control device (hereinafter referred to as “vehicle control device”) for railway vehicles.
  • vehicle control device a forced air-cooled vehicle control device for railway vehicles.
  • VVVF inverter for supplying power of variable voltage variable frequency (VVVF) to the induction motor
  • VVVF inverter for supplying power of variable voltage variable frequency (VVVF) to the induction motor
  • a vehicle control device that includes a converter used in an alternating current and related equipment.
  • the vehicle control device is installed using a limited space existing under the floor of the electric vehicle body, and many heat generating devices are used for the vehicle control device.
  • the heat generating device is forcibly cooled by a cooling unit including a heat radiating unit for cooling the heat generating device, a blower that sends cooling air to the heat radiating unit, or the like.
  • the cooling unit includes a snubber circuit component that is a voltage absorption circuit component composed of a resistor and the like, a semiconductor element such as an IGBT, heat loss generated by switching of the semiconductor element, and heat generated from the snubber circuit part. And a conductor bar for electrically connecting a condenser for smoothing the output of the converter and a capacitor for smoothing the output of the converter.
  • the semiconductor element may be destroyed when the element applied voltage including the jumping voltage exceeds the element use maximum voltage during the operation of the semiconductor element. For this reason, it is necessary to suppress the impedance value of the inductance between the semiconductor element and the capacitor within the specification value as a measure for suppressing the element applied voltage within the element use maximum voltage.
  • This inductance includes the inductance of the electrical component itself, such as a semiconductor element or a capacitor, and the wiring inductance caused by the electric wire or conductor bar that electrically connects each component.
  • the wiring inductance is the distance between each component. It is known that the impedance value can be reduced by bringing them close to each other.
  • a vehicle control device shown in Patent Document 1 below includes a cooling unit having a heat absorption part that absorbs heat and a heat dissipation part that radiates absorbed heat, such as a semiconductor element, a voltage absorption circuit component, and a control circuit component.
  • the vehicle control device is housed in a housing-like control box (hereinafter referred to as “vehicle control device housing”) and installed under the floor of the electric vehicle. It is a configuration.
  • the vehicle control device when the vehicle control device is distinguished by the structure of the cooling unit, it is divided into a vehicle control device that removes the cooling unit on the bottom surface side of the electric vehicle and a vehicle control device that removes the cooling unit in the side surface direction of the electric vehicle.
  • the vehicle control device that removes the cooling unit from the bottom side of the electric vehicle requires an operator to work below the vehicle control device when performing maintenance and inspection of the vehicle control device or replacing the cooling unit. As a result, workability was poor, and maintenance and inspection and cooling unit replacement time were long.
  • the vehicle control device that removes the cooling unit in the lateral direction of the electric vehicle has the advantage that the time for maintenance and inspection and the replacement of the cooling unit is shortened compared to when working on the bottom side of the electric vehicle.
  • the cooling unit in order to ensure a sufficient size of the opening provided on the side surface of the vehicle control device casing to remove the cooling unit, or the vehicle body side structure such as a wiring duct existing in the side surface direction of the electric vehicle is the cooling unit.
  • the cooling unit has to be reduced in outer dimensions, particularly in the height direction so as not to hinder the removal of the cooling unit.
  • the cooling unit is downsized. / There was a problem that the weight could not be reduced and maintenance inspection and handling were poor.
  • the capacitor is a heavy object that occupies about 30% of the total mass of the cooling unit, and has been a major factor that hinders the downsizing / lightening of the cooling unit.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a vehicle control device that can reduce the size and weight of a cooling unit and improve maintenance and inspection.
  • a vehicle control device has a blower that sends cooling air to a heat-generating component, and is for a forced air-cooled vehicle that is attached under the vehicle floor of an electric vehicle.
  • a control circuit component including a contactor, a snubber circuit component that is a voltage absorption circuit component, a capacitor that is electrically connected to the converter and the inverter and smoothes the output of the converter, the converter, and the inverter A semiconductor element, a cooler that cools heat generated from the semiconductor element and the snubber circuit component using cooling air from the blower, a conductor bar for electrically connecting the semiconductor element to the capacitor, And a bus bar for electrically connecting the conductor bar and the capacitor, the semiconductor element, the snubber circuit component, A first cooler that cools heat generated from the semiconductor element and the snubber circuit component, and a first support that supports the cooling unit including the conductor bar are movably accommodated in the lateral direction of the electric vehicle.
  • a storage chamber and a second storage chamber for storing the capacitor wherein the cooling unit and the capacitor are either a connection portion between the bus bar and the conductor bar or a connection portion between the bus bar and the capacitor. It is configured to be separable by removing one of them.
  • the first storage chamber that stores the first support that supports the cooling unit and the second storage chamber that stores the capacitor are provided, and the cooling unit and Capacitor is configured to be separable by removing either the bus bar and conductor bar connection part to electrically connect the capacitor or the bus bar and capacitor connection part, thus reducing the size and weight of the cooling unit. As a result, it is possible to improve maintenance and inspection and handleability.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the vehicle control apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view in the middle of removing the cooling unit from the vehicle control device.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view after the cooling unit is removed from the vehicle control device.
  • FIG. 6 is a perspective view after the cooling unit is removed from the vehicle control device.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the cooling unit is removed in order to remove the capacitor from the vehicle control device.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a state where the condenser is further removed after the cooling unit is removed from the vehicle control device.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a state in which only the capacitor is removed from the vehicle control device.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a vehicle control device in which a capacitor is stationary
  • FIG. (Configuration of vehicle control device) 1 is a longitudinal sectional view of a vehicle control apparatus according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view taken along the line AA in FIG. 1
  • FIG. 3 is a line BB in FIG. FIG.
  • the vehicle control device according to the first embodiment is configured to include a first storage chamber 7, a second storage chamber 8, a third storage chamber 9, and a blower 5 as main components. Further, the first storage chamber 7, the second storage chamber 8, the third storage chamber 9, and the blower 5 are stored in the vehicle control device housing 30 and mounted between the lower portion of the vehicle body 40 and the rail 43. Has been.
  • the left side surface of the vehicle control device housing 30 is provided with an opening 33 used when removing the cooling unit 2 and the like, and a housing cover 32 that closes the opening 33.
  • a vehicle body side structure 42 that is, for example, a wiring duct or the like is shown outside the left side of the vehicle control device housing 30.
  • a vehicle body skirt 41 that extends in the vehicle body floor direction and covers the vehicle control device housing 30 is shown outside the vehicle control device housing 30.
  • the first storage chamber 7 stores the cooling unit 2 and a cooling unit frame 25 that is a first support.
  • the cooling unit 2 uses the cooling air from the blower 5 for the heat generated from the snubber circuit component 23, which is a voltage absorption circuit component composed of resistors, and the heat generated by switching the semiconductor element 21 such as IGBT. And a cooler 22 for cooling.
  • the cooling unit 2 includes a conductor bar 24, a snubber circuit component 23, and the semiconductor element 21 for electrically connecting the semiconductor element 21 to the capacitor 3.
  • the cooling unit frame 25 supports the cooling unit 2 and is movable in the lateral direction of the electric vehicle on the partition plate 10 disposed so as to partition the first storage chamber 7 and the second storage chamber 8. Is installed. That is, the first storage chamber 7 stores the cooling unit frame 25 that supports the cooling unit 2 so as to be movable in the side surface direction of the electric vehicle.
  • the second storage chamber 8 stores the capacitor 3 disposed below the first storage chamber 7 via the partition plate 10 described above, and the capacitor unit frame 26 serving as a second support. .
  • the capacitor unit frame 26 supports the capacitor 3 and is installed on the bottom surface of the vehicle control device housing 30 so as to be movable in the side direction of the electric vehicle. That is, the second storage chamber 8 stores the capacitor unit frame 26 that supports the capacitor 3 so as to be movable in the lateral direction of the electric vehicle.
  • the cooling unit 2 and the condenser 3 are separated and stored in the vertical direction by the partition plate 10 provided between the first storage chamber 7 and the second storage chamber 8.
  • the conductor bar 24 stored in the first storage chamber 7 and the capacitor 3 stored in the second storage chamber 8 are electrically connected using a parallel copper plate such as a laminated bus bar 4 in order to reduce the impedance of the wiring inductance. It is connected to the.
  • a parallel copper plate such as a laminated bus bar 4
  • the conductor bar 24 and the capacitor 3 are separated, and the cooling unit frame 25 or the capacitor unit frame 26. Can be removed in the lateral direction of the electric vehicle.
  • the blower 5 is disposed between the first storage chamber 7 and the second storage chamber 8 and the third storage chamber 9, and blows cooling air to the cooler 22 built in the cooling unit 2.
  • the cooling air passes from the blower 5 in the order of the wind tunnel 31, the cooler 22, and the housing cover 32, and is discharged to the left outside of the vehicle control device.
  • the cooling air may be configured to pass through the housing cover 32, the cooler 22, the wind tunnel 31, and the blower 5 in this order and be discharged to the lower outside of the vehicle control device.
  • the third storage chamber 9 stores control circuit components 6 such as a printed board, a relay, and a contactor.
  • the control circuit component 6 may be installed on the bottom surface of the vehicle control device housing 30 so as to be movable in the right side surface direction of the electric vehicle using a unit frame.
  • FIG. 2 shows, as an example, a vehicle control device housing 30 in which a cooling unit 2 for a VVVF inverter, a cooling unit 2 for a converter, and a plurality of capacitors 3 are mounted.
  • the partition plate 10 is provided between the cooling unit frame 25 and the condenser 3, the cooling unit frame 25 is mounted on the partition plate 10, and the capacitor unit frame 26 is connected to the partition plate 10.
  • the cooling unit frame 25 is mounted on the upper side and the capacitor unit frame 26 is disposed on the lower side via the partition plate 10, but the present invention is not limited to this.
  • the capacitor unit frame 26 may be mounted on the upper side, and the cooling unit frame 25 may be disposed on the lower side.
  • two capacitors 3 are installed for each cooling unit 2, but the present invention is not limited to this.
  • the laminated bus bar 4 shown in FIG. 3 is joined to the end of the conductor bar 24 and the connection terminal of the capacitor 3 by a plurality of screws, and electrically connects the conductor bar 24 and the capacitor 3. Also, by removing the screw at either the end of the conductor bar 24 or the connection terminal of the capacitor 3, the electrical connection between the conductor bar 24 and the capacitor 3 is released, and the cooling unit frame 25 and the capacitor unit frame 26 are connected to the vehicle. Can be pulled out in the lateral direction of the control device. Hereinafter, a procedure for removing the cooling unit frame 25 and the capacitor unit frame 26 from the vehicle control device will be described.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view in the middle of removing the cooling unit from the vehicle control device
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view after removing the cooling unit from the vehicle control device
  • FIG. It is a perspective view after removing a cooling unit from a control device for vehicles.
  • the housing cover 32 and all screws screwed into the conductor bar 24 side from the screw holes at the top of the laminated bus bar 4 are removed (see FIG. 4).
  • the cooling unit frame 25 is removed from the opening 33 of the vehicle control device housing 30 while taking care not to contact the vehicle body side structure 42 and the like by removing various wirings and mounting bolts of the cooling unit 2.
  • the cooling unit frame 25 can be removed in the side direction of the electric vehicle (see FIGS. 5 and 6).
  • the cooling unit frame 25 can be removed in the side direction of the electric vehicle (see FIGS. 5 and 6).
  • the cooling unit frame 25 can be removed in the side direction of the electric vehicle (see FIGS. 5 and 6).
  • FIG. 7 and 8 are longitudinal sectional views showing a procedure for removing the condenser from the vehicle control device. More specifically, FIG. 7 shows that the cooling unit is removed in order to remove the condenser from the vehicle control device.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a state in which the condenser is further removed after the cooling unit is removed from the vehicle control device.
  • FIG. 7 also shows a state where the control circuit component 6 is removed from the third storage chamber 9.
  • the housing cover 32 and all screws screwed into the conductor bar 24 side from the screw holes on the upper side of the laminated bus bar 4 are removed, and various wirings and mounting bolts of the cooling unit frame 25 are removed.
  • the cooling unit frame 25 is pulled out from the opening 33 of the vehicle control device housing 30 with care so as not to come into contact with the object 42 or the like (see FIG. 7).
  • not only the cooling unit frame 25 but also the cooling unit frame 25 is drawn by pulling out the capacitor unit frame 26 from the opening 33 of the vehicle control device housing 30 while paying attention to the protruding portion at the lower left end of the vehicle control device housing 30.
  • the capacitor unit frame 26 can also be removed (see FIG. 8).
  • FIG. 7 shows a state where only the control circuit component 6 is removed from the third storage chamber 9. That is, in the configuration shown in FIG. 7, the control circuit component 6 is directly installed on the vehicle control device housing 30, but is not limited to this mode.
  • the control circuit component 6 mounted on the unit frame corresponding to the cooling unit frame 25 or the capacitor unit frame 26 may be pulled out from the right opening of the vehicle control device housing 30 together with the unit frame.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a state where only the capacitor is removed from the vehicle control device. 7 and 8, the condenser 3 is removed after the cooling unit 2 is pulled out in the side direction of the electric vehicle. However, by removing all the screws screwed into the condenser 3 from the screw holes at the bottom of the laminated bus bar 4, The capacitor unit frame 26 can be removed while leaving the cooling unit frame 25 and the laminated bus bar 4 in the vehicle control device housing 30.
  • the first storage chamber 7 that stores the cooling unit 2 and the cooling unit frame 25 that supports the cooling unit 2, the capacitor 3, and the capacitor 3.
  • a second storage chamber 8 for storing a capacitor unit frame 26 that supports the cooling unit 2, and the cooling unit 2 and the capacitor 3 are connected to the laminated bar 4 and the conductor bar 24 for electrically connecting the capacitor 3.
  • it is configured to be separable by removing either one of the connection portions between the laminated bus bar 4 and the capacitor 3, so that the handling unit of the cooling unit 2 and the capacitor 3 is reduced in size while suppressing the impedance of the wiring inductance to a low value.
  • the weight can be reduced, and the internal space of the vehicle control device can be effectively utilized. It can be.
  • the vehicle control apparatus can improve the maintenance inspection and handling of the cooling unit 2 as compared with the prior art, and the entire vehicle control apparatus can be reduced in size or weight. This can contribute to energy saving of electric vehicles.
  • the cooling unit 2 and the condenser 3 can be easily separated, packed, transported, and crushed.
  • the cooling unit frame 25 and the capacitor unit frame 26 are separated from each other, the heavy capacitor 3 is removed from the members constituting the cooling unit frame 25.
  • the cooling unit frame 25 can be reduced in size or weight, and the maintenance inspection and handling of the cooling unit 2 can be further improved.
  • the capacitor unit frame 26 supports the capacitor 3 and is installed on the bottom surface of the vehicle control device housing 30 so as to be movable in the lateral direction of the electric vehicle. .
  • the capacitor 3 has a longer maintenance / inspection cycle than the cooling unit 2, it does not use the capacitor unit frame 26 that is used for the purpose of improving maintenance / inspection and handling.
  • the structure which is directly deferred to 30 may be sufficient.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a vehicle control device in which a capacitor is stationary in the vehicle control device casing.
  • the configuration of the vehicle control device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the capacitor unit frame 26 is removed, and the cooling unit according to the procedure for removing the cooling unit 2 described in the first embodiment. 2 maintenance inspections can be performed.
  • the vehicle control device according to the second embodiment is further reduced in size or weight compared to the vehicle control device according to the first embodiment because the capacitor unit frame 26 is removed. Can do.
  • the configuration of the vehicle control device shown in the first and second embodiments shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique. Of course, it is possible to change and configure such as omitting a part without departing from the scope.
  • the vehicle control device according to the present invention is particularly useful for a vehicle control device that cools a semiconductor element or the like by a forced air cooling method.

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Abstract

　スナバ回路部品２３および半導体素子２１から発生する熱を送風機５からの冷却風を利用して冷却する冷却器２２、半導体素子２１およびコンデンサ３を電気的に接続する導体バー２４、スナバ回路部品２３、および半導体素子２１を具備した冷却ユニット２を支持する冷却ユニットフレーム２５を収納する第１の収納室７と、コンデンサ３を収納する第２の収納室８と、が設けられ、冷却ユニット２およびコンデンサ３は、ラミネートブスバー４と導体バー２４との接続部またはラミネートブスバー４とコンデンサ３との接続部のいずれか一方を外すことにより分離可能に構成される。

Description

強制風冷式車両用制御装置
　本発明は、鉄道車両用の強制風冷式車両用制御装置（以下「車両用制御装置」という）に関するものである。
　一般に、電気車に搭載される駆動用主電動機を駆動させるには、駆動用主電動機が誘導電動機の場合、該誘導電動機に可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の電力を供給する所謂ＶＶＶＦインバータ、架線が交流のときに使用されるコンバータ、および関連する機器等を具備した車両用制御装置が必要である。車両用制御装置は、電気車の車体床下に存在する限られた空間を利用して設置され、また車両用制御装置には、多くの発熱機器が用いられている。この発熱機器は、発熱機器を冷却するための放熱部を備えた冷却ユニットや、該放熱部に冷却風を送る送風機などにより、強制的に冷却されているのが一般的である。
　冷却ユニットの構造で車両用制御装置を区別すると、冷却ユニットをレール面方向（以下「電気車の底面側」という）に取り外す車両用制御装置と、冷却ユニットを電気車の側面方向に取り外す車両用制御装置とに大別される。そして、冷却ユニットは、抵抗等で構成された電圧吸収回路部品であるスナバ（snubber）回路部品と、ＩＧＢＴなどの半導体素子と、半導体素子のスイッチングにより発生する損失熱およびスナバ回路部品から発生する熱を冷却するための冷却器と、コンバータの出力を平滑化するコンデンサなどを電気的に接続する電線や導体バー等を具備している。
　ここで、半導体素子は、半導体素子の動作時において、跳ね上がり電圧を含めた素子印加電圧が素子使用最大電圧を超えた場合には破壊に至ることがある。このため素子印加電圧を素子使用最大電圧内に抑える措置として、半導体素子からコンデンサの間におけるインダクタンスのインピーダンス値を仕様値内に抑える必要がある。このインダクタンスには、半導体素子やコンデンサといった電気部品自体のインダクタンスと、各部品を電気的に接続する電線や導体バーに起因する配線インダクタンスとが含まれ、特に、配線インダクタンスは、各部品間の距離を近接させることにより、そのインピーダンス値を低減可能であることが知られている。
　従来、例えば下記特許文献１に示される車両用制御装置は、半導体素子、電圧吸収回路部品、制御回路部品などの発熱を吸収する吸熱部および吸収された熱を放熱する放熱部を有する冷却ユニットならびに放熱部に冷却風を送る送風機などを具備しており、車両用制御装置は、筐体状の制御箱（以下「車両用制御装置筐体」という）に収納され電気車の床下に設置される構成である。
特開平０７－２５１７３７号公報
　前述の通り、車両用制御装置を冷却ユニットの構造で区別すると、冷却ユニットを電気車の底面側に取り外す車両用制御装置と、冷却ユニットを電気車の側面方向に取り外す車両用制御装置とに大別されるが、冷却ユニットを電気車の底面側に取り外す車両用制御装置は、車両用制御装置の保守点検や冷却ユニットの交換に際し、作業者が車両用制御装置の下側で作業をする必要があるため、作業性が悪く、保守点検や冷却ユニットの交換時間が長いという問題があった。
　一方、冷却ユニットを電気車の側面方向に取り外す車両用制御装置には、保守点検や冷却ユニットの交換時間が、電気車の底面側で作業する場合に比して短縮されるという利点が存在する。ただし、車両用制御装置筐体側面に設けられ冷却ユニットを取り外す開口部の間口寸法を十分に確保するため、あるいは電気車の側面方向に存在する配線用ダクト等である車体側構造物が冷却ユニットを取り外す際の支障にならないように、冷却ユニットは、その外形寸法、特に、高さ方向の寸法を小さくする必要があった。
　他方、上記特許文献１に代表される従来の車両用制御装置は、半導体素子、スナバ回路部品、冷却器、コンデンサ、電線、および導体バー等が一体化構成されているため、冷却ユニットの小型化／軽量化を図ることができず、保守点検や取り扱い性が悪いという課題があった。特に、コンデンサは、冷却ユニットの全質量の約３０％を占める重量物であり、冷却ユニットの小型化／軽量化を妨げる大きな要因となっていた。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却ユニットの小型化／軽量化を図ることができ、保守点検や取り扱い性を向上させる車両用制御装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる車両用制御装置は、発熱部品に冷却風を送る送風機を有し、電気車の車両床下に取り付けられる強制風冷式車両用制御装置において、接触器を含む制御回路部品、電圧吸収回路部品であるスナバ回路部品、コンバータとインバータとに電気的に接続され、前記コンバータの出力を平滑化するコンデンサ、前記コンバータおよび前記インバータに具備される半導体素子、前記送風機からの冷却風を利用して前記半導体素子および前記スナバ回路部品から発生する熱を冷却する冷却器、前記半導体素子を前記コンデンサに電気的に接続するための導体バー、ならびに前記導体バーと前記コンデンサとを電気的に接続するブスバー、を備え、前記半導体素子、前記スナバ回路部品、前記半導体素子および前記スナバ回路部品から発生する熱を冷却する冷却器、ならびに前記導体バーを具備した冷却ユニットを支持する第１の支持体を電気車の側面方向に移動可能に収納する第１の収納室と、前記コンデンサを収納する第２の収納室と、が設けられ、前記冷却ユニットおよび前記コンデンサは、前記ブスバーと前記導体バーとの接続部または前記ブスバーと前記コンデンサとの接続部のいずれか一方を外すことにより分離可能に構成されること、を特徴とする。
　本発明にかかる車両用制御装置によれば、冷却ユニットを支持する第１の支持体を収納する第１の収納室と、コンデンサを収納する第２の収納室と、が設けられ、冷却ユニットおよびコンデンサは、コンデンサを電気的に接続するブスバーと導体バーとの接続部またはブスバーとコンデンサとの接続部のいずれか一方を外すことにより分離可能に構成されるので、冷却ユニットの小型化／軽量化を図ることができ、保守点検や取り扱い性を向上させることができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１にかかる車両用制御装置の縦断面図である。 図２は、図１のＡ－Ａ線に沿う斜視図である。 図３は、図１のＢ－Ｂ線に沿う斜視図である。 図４は、車両用制御装置から冷却ユニットを取り外している途中の縦断面図である。 図５は、車両用制御装置から冷却ユニットを取り外した後の縦断面図である。 図６は、車両用制御装置から冷却ユニットを取り外した後の斜視図である。 図７は、車両用制御装置からコンデンサを取り外すために冷却ユニットを取り外した状態を示す図である。 図８は、車両用制御装置から冷却ユニットを取り外した後、さらにコンデンサを取り外した状態を示す縦断面図である。 図９は、車両用制御装置からコンデンサのみ取り外した状態を示す縦断面図である。 図１０は、車両用制御装置筐体にコンデンサを据え置きした車両用制御装置の縦断面図である。
符号の説明
　２　冷却ユニット
　３　コンデンサ
　４　ラミネートブスバー
　５　送風機
　６　制御回路部品
　７　第１の収納室
　８　第２の収納室
　９　第３の収納室
　１０　仕切り板１０
　２１　半導体素子
　２２　冷却器
　２３　スナバ回路部品
　２４　導体バー
　２５　冷却ユニットフレーム（第１の支持体）
　２６　コンデンサユニットフレーム（第２の支持体）
　３０　車両用制御装置筐体
　３１　風洞
　３２　筐体カバー
　３３　開口部
　４０　車体
　４１　車体スカート
　４２　車体側構造物
　４３　レール
　以下に、本発明にかかる車両用制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
（車両用制御装置の構成）
　図１は、実施の形態１にかかる車両用制御装置の縦断面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ線に沿う斜視図であり、図３は、図１のＢ－Ｂ線に沿う斜視図である。実施の形態１の車両用制御装置は、主たる構成部として、第１の収納室７、第２の収納室８、第３の収納室９、および送風機５を有して構成されている。さらに、第１の収納室７、第２の収納室８、第３の収納室９、および送風機５は、車両用制御装置筐体３０に収納され、車体４０下部とレール４３との間に搭載されている。車両用制御装置筐体３０の左側面には、冷却ユニット２などを取り外す際に使用される開口部３３と、開口部３３を塞ぐ筐体カバー３２とが設けられている。また、車両用制御装置筐体３０の左側外部には、例えば配線用ダクト等である車体側構造物４２が示されている。また、車両用制御装置筐体３０の外部には、車体床下方向に延びて車両用制御装置筐体３０を覆う車体スカート４１が示されている。
（第１の収納室）
　第１の収納室７は、冷却ユニット２と、第１の支持体である冷却ユニットフレーム２５とを収納している。
　冷却ユニット２は、抵抗等で構成された電圧吸収回路部品であるスナバ回路部品２３から発生する熱と、ＩＧＢＴなどの半導体素子２１のスイッチングにより発生する熱とを、送風機５からの冷却風を利用して冷却する冷却器２２を具備している。また、冷却ユニット２は、半導体素子２１をコンデンサ３に電気的に接続するための導体バー２４ならびにスナバ回路部品２３および半導体素子２１を具備している。
　冷却ユニットフレーム２５は、冷却ユニット２を支持するとともに、第１の収納室７と第２の収納室８とを仕切るように配設された仕切り板１０上において、電気車の側面方向に移動可能に設置されている。すなわち、第１の収納室７は、冷却ユニット２を支持する冷却ユニットフレーム２５を、電気車の側面方向に移動可能に収納している。
（第２の収納室）
　第２の収納室８は、前述した仕切り板１０を介して第１の収納室７の下側に配置されるコンデンサ３と、第２の支持体であるコンデンサユニットフレーム２６とを収納している。
　コンデンサユニットフレーム２６は、コンデンサ３を支持するとともに、車両用制御装置筐体３０の底面上において、電気車の側面方向に移動可能に設置されている。すなわち、第２の収納室８は、コンデンサ３を支持するコンデンサユニットフレーム２６を、電気車の側面方向に移動可能に収納している。
　このように、冷却ユニット２およびコンデンサ３は、第１の収納室７と第２の収納室８との間に設けられた仕切り板１０により、垂直方向に分離されて収納されている。
（ラミネートブスバー）
　第１の収納室７に収納される導体バー２４と第２の収納室８に収納されるコンデンサ３とは、配線インダクタンスのインピーダンスを小さくするため、ラミネートブスバー４等の平行銅板を用いて電気的に接続されている。ラミネートブスバー４と導体バー２４の接続部またはラミネートブスバー４とコンデンサ３の接続部のいずれか一方を外すことにより、導体バー２４とコンデンサ３とが切り離されるとともに、冷却ユニットフレーム２５またはコンデンサユニットフレーム２６を、電気車の側面方向に取り外すことができる。
　送風機５は、第１の収納室７および第２の収納室８と第３の収納室９との間に配設され、冷却ユニット２に内蔵される冷却器２２に冷却風を送風する。冷却風は、送風機５から風洞３１、冷却器２２、および筐体カバー３２の順に通過し、車両用制御装置の左側外部に排出される。なお、冷却風は、筐体カバー３２、冷却器２２、風洞３１、送風機５の順に通過し、車両用制御装置の下側外部に排出される構成であってもよい。
（第３の収納室）
　第３の収納室９には、プリント板、リレー、および接触器などの制御回路部品６が収納されている。なお、制御回路部品６は、車両用制御装置筐体３０の底面上において、ユニットフレームを用いて電気車の右側面方向に移動可能に設置してもよい。
　図２には、一例として、ＶＶＶＦインバータ用冷却ユニット２およびコンバータ用冷却ユニット２ならびに複数のコンデンサ３を搭載する車両用制御装置筐体３０が示されている。冷却ユニットフレーム２５とコンデンサ３との間には、上述したように、仕切り板１０が設けられており、冷却ユニットフレーム２５は当該仕切り板１０上に搭載され、コンデンサユニットフレーム２６は、仕切り板１０の下側に配置されている。なお、上記説明では、仕切り板１０を介して、上側に冷却ユニットフレーム２５が搭載され、下側にコンデンサユニットフレーム２６が配設されているものとしているが、これに限定されるものではなく、上側にコンデンサユニットフレーム２６を搭載し、下側に冷却ユニットフレーム２５を配設する構成であってもよい。また、図２において、コンデンサ３は、各冷却ユニット２に対し２台ずつ設置されているが、これに限定されるものではない。
　図３に示されるラミネートブスバー４は、複数のネジにより導体バー２４の端部およびコンデンサ３の接続端子に接合され、導体バー２４およびコンデンサ３を電気的に接続する。また、導体バー２４の端部またはコンデンサ３の接続端子のいずれか一方のネジを外すことにより、導体バー２４およびコンデンサ３の電気的接続が開放され、冷却ユニットフレーム２５およびコンデンサユニットフレーム２６を車両用制御装置の側面方向に引き出すことができる。以下、冷却ユニットフレーム２５およびコンデンサユニットフレーム２６を車両用制御装置から取り外す手順について説明する。
（冷却ユニット取り外し手順）
　冷却ユニット２の取り外し手順について図１～図６の図面を参照して説明する。ここで、図４は、車両用制御装置から冷却ユニットを取り外す途中の縦断面図であり、図５は、車両用制御装置から冷却ユニットを取り外した後の縦断面図であり、図６は、車両用制御装置から冷却ユニットを取り外した後の斜視図である。まず、筐体カバー３２と、ラミネートブスバー４上部のネジ穴から導体バー２４側に螺入されているネジを全て取り外す（図４参照）。次に、各種配線と冷却ユニット２の取付ボルト等とを取り外し、車体側構造物４２などに接触することがないように注意しながら車両用制御装置筐体３０の開口部３３から冷却ユニットフレーム２５を引き出す。その結果、冷却ユニットフレーム２５を電気車の側面方向に取り外すことができる（図５、図６参照）。なお、冷却ユニットフレーム２５を車両用制御装置筐体３０に取り付ける場合には、上述した手順と逆の手順で行えばよい。
（コンデンサ取り外し手順）
　図７および図８は、車両用制御装置からコンデンサを取り外す場合の手順を示す縦断面図であり、より詳細には、図７は、車両用制御装置からコンデンサを取り外すために冷却ユニットを取り外した状態を示す図であり、図８は、車両用制御装置から冷却ユニットを取り外した後、さらにコンデンサを取り外した状態を示す縦断面図である。なお、図７では、第３の収納室９から制御回路部品６を取り外した状態を併せて示している。
　まず、筐体カバー３２と、ラミネートブスバー４上部のネジ穴から導体バー２４側に螺入されているネジを全て取り外すとともに、各種配線と冷却ユニットフレーム２５の取付ボルト等とを取り外し、車体側構造物４２などに接触することがないように注意しながら車両用制御装置筐体３０の開口部３３から冷却ユニットフレーム２５を引き出す（図７参照）。次に、車両用制御装置筐体３０の左側下端の突出部などに注意しながら、車両用制御装置筐体３０の開口部３３からコンデンサユニットフレーム２６を引き出すことにより、冷却ユニットフレーム２５だけでなくコンデンサユニットフレーム２６も取り外すことができる（図８参照）。なお、コンデンサユニットフレーム２６を車両用制御装置筐体３０に取り付ける場合には、上述した手順と逆の手順で行えばよい。
　なお、図７では、第３の収納室９から制御回路部品６のみを取り外した状態を示している。すなわち、図７に示す構成では、制御回路部品６を車両用制御装置筐体３０に直接据え置く構成としているが、この態様に限定されるものではない。例えば、冷却ユニットフレーム２５やコンデンサユニットフレーム２６に相当するユニットフレーム上に搭載された制御回路部品６を、このユニットフレームと共に、車両用制御装置筐体３０の右側開口部から引き出す構成としてもよい。
　図９は、車両用制御装置からコンデンサのみ取り外した状態を示す縦断面図である。図７および図８では、冷却ユニット２を電気車の側面方向に引き出した後にコンデンサ３を取り外したが、ラミネートブスバー４下部のネジ穴からコンデンサ３に螺入されているネジを全て取り外すことにより、冷却ユニットフレーム２５およびラミネートブスバー４を車両用制御装置筐体３０に残したまま、コンデンサユニットフレーム２６を取り外すことができる。
　以上説明したように、実施の形態１にかかる車両用制御装置によれば、冷却ユニット２および冷却ユニット２を支持する冷却ユニットフレーム２５を収納する第１の収納室７と、コンデンサ３およびコンデンサ３を支持するコンデンサユニットフレーム２６を収納する第２の収納室８と、とが設けられ、冷却ユニット２およびコンデンサ３は、コンデンサ３を電気的に接続するラミネートブスバー４と導体バー２４との接続部またはラミネートブスバー４とコンデンサ３との接続部のいずれか一方を外すことにより分離可能に構成されるので、配線インダクタンスのインピーダンスを低い値に抑えつつ、冷却ユニット２およびコンデンサ３の取り扱い単位を小型化あるいは軽量化することができ、また、車両用制御装置の内部空間を有効活用できる。その結果、実施の形態１にかかる車両用制御装置は、従来技術に比して、冷却ユニット２の保守点検や取り扱い性を向上させることができるとともに、車両用制御装置全体を小型化あるいは軽量化することができるので電気車の省エネルギー化にも寄与することができる。また、冷却ユニット２およびコンデンサ３の分離、梱包、運搬、および破砕処理も容易になる。
　さらに、実施の形態１にかかる車両用制御装置によれば、冷却ユニットフレーム２５とコンデンサユニットフレーム２６とを分離しているため、冷却ユニットフレーム２５を構成する部材から、重量物であるコンデンサ３を支える部材などを取り除くことにより、冷却ユニットフレーム２５が小型化あるいは軽量化され、冷却ユニット２の保守点検や取り扱い性を一層向上させることができる。なお、上述した実施の形態は、２つのコンデンサ３を搭載した車両用制御装置として説明したが、１台のコンデンサあるいは３台以上のコンデンサで構成される車両用制御装置でも同様の効果を奏する。
実施の形態２．
　実施の形態１にかかる車両用制御装置では、コンデンサユニットフレーム２６は、コンデンサ３を支持するとともに、車両用制御装置筐体３０の底面上において、電気車の側面方向に移動可能に設置されていた。しかしながら、コンデンサ３は、冷却ユニット２に比して保守点検サイクルが長いため、保守点検や取り扱い性を向上させることを目的として使用されるコンデンサユニットフレーム２６を用いずに、車両用制御装置筐体３０に直接据え置かれる構成であってもよい。
　図１０は、車両用制御装置筐体にコンデンサを据え置きした車両用制御装置の縦断面図である。実施の形態２にかかる車両用制御装置の構成は、コンデンサユニットフレーム２６が除かれた以外は実施の形態１と同様であり、実施の形態１で説明した冷却ユニット２の取り外し手順に従って、冷却ユニット２の保守点検を行うことができる。さらに、実施の形態２にかかる車両用制御装置は、コンデンサユニットフレーム２６が除かれているため、実施の形態１にかかる車両用制御装置に比して、一層の小型化あるいは軽量化を図ることができる。
　また、実施の形態１～２に示した車両用制御装置の構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
　以上のように、本発明にかかる車両用制御装置は、特に、強制風冷方式により半導体素子などを冷却する車両用制御装置に有用である。

Claims (5)

  1. 　発熱部品に冷却風を送る送風機を有し、電気車の車両床下に取り付けられる強制風冷式車両用制御装置において、
    　接触器を含む制御回路部品、電圧吸収回路部品であるスナバ回路部品、コンバータとインバータとに電気的に接続され、前記コンバータの出力を平滑化するコンデンサ、前記コンバータおよび前記インバータに具備される半導体素子、前記送風機からの冷却風を利用して前記半導体素子および前記スナバ回路部品から発生する熱を冷却する冷却器、前記半導体素子を前記コンデンサに電気的に接続するための導体バー、ならびに前記導体バーと前記コンデンサとを電気的に接続するブスバー、を備え、
    　前記半導体素子、前記スナバ回路部品、前記半導体素子および前記スナバ回路部品から発生する熱を冷却する冷却器、ならびに前記導体バーを具備した冷却ユニットを支持する第１の支持体を電気車の側面方向に移動可能に収納する第１の収納室と、前記コンデンサを収納する第２の収納室と、が設けられ、
    　前記冷却ユニットおよび前記コンデンサは、前記ブスバーと前記導体バーとの接続部または前記ブスバーと前記コンデンサとの接続部のいずれか一方を外すことにより分離可能に構成されること、
    　を特徴とする強制風冷式車両用制御装置。
  2. 　前記コンデンサを支持する第２の支持体を有し、
    　前記第２の支持体は、前記第２の収納室内において、電気車の側面方向に移動可能に収納されることを特徴とする請求項１に記載の強制風冷式車両用制御装置。
  3. 　前記コンデンサは、前記第２の収納室内において、車両用制御装置筐体底面に据え置きされて収納されることを特徴とする請求項１に記載の強制風冷式車両用制御装置。
  4. 　前記制御回路部品を収納する第３の収納室が設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の強制風冷式車両用制御装置。
  5. 　前記送風機は、前記第１の収納室および前記第２の収納室と前記第３の収納室との間に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の強制風冷式車両用制御装置。
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