WO2023188043A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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power conversion
electronic component
power
electronic components
conversion device
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健太郎 塩浦
剛史 山本
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device.
  • Railway vehicles are equipped with power conversion devices that convert power supplied from a power source into power to be supplied to load devices, such as lighting equipment, air conditioning equipment, etc., and supply the converted power to the load devices.
  • load devices such as lighting equipment, air conditioning equipment, etc.
  • An example of this type of power conversion device is disclosed in Patent Document 1.
  • the power conversion device disclosed in Patent Document 1 is installed under the floor of a vehicle along with other in-vehicle equipment such as a brake controller, a battery, and the like.
  • the maintenance cycle for each electronic component included in the power converter installed on a railway vehicle differs depending on the electronic component. If an electronic component with a short maintenance cycle is provided at a position close to the widthwise center of the railway vehicle, the distance from the opening for maintenance and inspection formed in the casing of the power conversion device to the electronic component becomes long. Therefore, maintenance work for the electronic components becomes complicated, and the maintainability of the power converter device becomes low. This problem is not limited to power converters installed under the floor of a vehicle, but can occur in power converters that include a plurality of electronic components that have different maintenance cycles.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a power conversion device with high maintainability.
  • the power conversion device of the present disclosure includes a first electronic component group, a second electronic component group, and a housing.
  • the first electronic component group is composed of a plurality of electronic components.
  • the second electronic component group is composed of a plurality of electronic components whose maintenance cycles are shorter than the maintenance cycles of each of the electronic components included in the first electronic component group.
  • the housing accommodates the first electronic component group and the second electronic component group, and has an opening formed therein. At least one of the electronic components included in the second electronic component group is provided at a position adjacent to the opening.
  • Block diagram of a power conversion device according to Embodiment 1 A diagram showing an example of mounting the power conversion device according to Embodiment 1 on a railway vehicle. A diagram showing the structure of a casing of a power conversion device according to Embodiment 1. A diagram illustrating an example arrangement of components of a power conversion device according to Embodiment 1. A diagram showing an example of heat transfer in the power conversion device according to Embodiment 1. A diagram showing an example of heat transfer in the power conversion device according to Embodiment 1. A diagram showing an example of heat transfer in the power conversion device according to Embodiment 1. A diagram showing the structure of a casing of a power conversion device according to Embodiment 2. A diagram showing an example arrangement of components of a power conversion device according to Embodiment 2.
  • Block diagram of a power conversion device according to Embodiment 3 A diagram illustrating an example arrangement of components of a power conversion device according to Embodiment 3. A diagram showing an example of heat transfer in the power conversion device according to Embodiment 3. A diagram showing an example of heat transfer in the power conversion device according to Embodiment 3. A diagram showing an example of heat transfer in the power conversion device according to Embodiment 3. A diagram illustrating an example arrangement of components of a modified example of the power conversion device according to the embodiment.
  • a power conversion device 1 In Embodiment 1, a power conversion device 1 will be described using as an example a power conversion device that is mounted on a railway vehicle and used as an auxiliary power supply device that supplies power to load devices such as lighting equipment and air conditioning equipment.
  • the power conversion device 1 shown in FIG. 1 converts power supplied from a power source (not shown) into power to be supplied to a load device 51, and supplies the converted power to the load device 51.
  • the power conversion device 1 includes an input terminal 1a connected to a power source, specifically, an input terminal 1b connected to a current collector, an input terminal 1b grounded, and a power conversion circuit 11 that converts DC power supplied from the power source into AC power. and.
  • the current collector obtains power from the substation via the power supply line.
  • the current collector is a pantograph or a current collector shoe
  • the power supply line is an overhead wire or a third rail.
  • the power conversion device 1 further includes a control circuit 12 that controls switching elements included in the power conversion circuit 11, and a filter capacitor FC1 connected between the primary terminals of the power conversion circuit 11, that is, between terminals close to the power source. .
  • the power conversion circuit 11 and filter capacitor FC1 are collectively referred to as a power unit 13.
  • the power converter 1 further includes a contactor MC1 having one end connected to the input terminal 1a, a filter reactor FL1 having one end connected to the contactor MC1, one end connected to the other end of the filter reactor FL1, and the other end having a contactor MC1 connected to the input terminal 1a. It includes a first switch SW11 connected to the power conversion circuit 11, a charging resistor R11 connected in parallel to the first switch SW11, and a discharging circuit 14 connected in parallel to the filter capacitor FC1.
  • the discharge circuit 14 includes a second switch SW12 and a discharge resistor R12 connected in series.
  • the power conversion device 1 further includes a transformer 15 that transforms the AC power output by the power conversion circuit 11, and an AC capacitor ACC1 connected to the secondary terminal of the transformer 15.
  • the contactor MC1 is provided between the power conversion circuit 11 and the power source to open and close the electrical circuit.
  • the contactor MC1 is formed of a DC electromagnetic contactor that is turned on or off by a contactor control unit (not shown). When the contactor MC1 is turned on, it electrically connects the input terminal 1a and the filter reactor FL1. As a result, the power conversion circuit 11 is electrically connected to the power source. When contactor MC1 is opened, it electrically disconnects input terminal 1a and filter reactor FL1. As a result, the power conversion circuit 11 is electrically disconnected from the power source.
  • the filter reactor FL1 forms an LC filter together with the filter capacitor FC1, and reduces harmonic components generated during the switching operation of the power conversion circuit 11. Furthermore, the filter reactor FL1 reduces ripples output from electronic components including a rectifier present in a substation, for example.
  • the first switch SW11 is turned on and off by a switch control section (not shown).
  • a switch control section not shown.
  • the contactor MC1 When the contactor MC1 is turned on and the first switch SW11 is on, current flows from the input terminal 1a to the power conversion circuit 11 and the filter capacitor FC1 through the contactor MC1, filter reactor FL1, and first switch SW11. .
  • contactor MC1 When contactor MC1 is turned on and first switch SW11 is off, current flows from input terminal 1a to power conversion circuit 11 and filter capacitor FC1 through contactor MC1, filter reactor FL1, and charging resistor R11.
  • the first switch SW11 is formed of, for example, a thyristor.
  • the charging resistor R11 is provided to suppress inrush current from flowing into the power conversion circuit 11 when the power conversion device 1 starts operating.
  • the resistance value of the charging resistor R11 is set to a value that can suppress the inrush current from flowing into the power conversion circuit 11.
  • the filter capacitor FC1 is provided between the primary terminals of the power conversion circuit 11, and is charged with DC power supplied from the power supply.
  • the power conversion circuit 11 converts the DC power supplied through the primary terminal into three-phase AC power, and outputs the three-phase AC power to the transformer 15.
  • the power conversion circuit 11 outputs, for example, three-phase AC power with a fixed voltage and a fixed frequency.
  • the power conversion circuit 11 includes a plurality of switching elements, such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and converts DC power into three-phase AC power by the switching operation of the IGBTs.
  • control circuit 12 When the control circuit 12 obtains an operation command to start or stop the power conversion device 1, it generates a control command to control the switching elements included in the power conversion circuit 11 according to the operation command, and converts the control command into a power conversion command.
  • the signal is sent to each switching element included in the circuit 11, specifically, to the gate terminal of the IGBT.
  • the second switch SW12 included in the discharge circuit 14 is controlled by a switch control section.
  • the discharge resistor R12 When the second switch SW12 is turned on with the contactor MC1 open, the discharge resistor R12 is electrically connected to the filter capacitor FC1, and the filter capacitor FC1 is discharged.
  • the second switch SW12 When the second switch SW12 is off, the discharge resistor R12 and the filter capacitor FC1 are electrically disconnected.
  • the transformer 15 is, for example, a delta star connection type transformer, which transforms the AC power supplied from the power conversion circuit 11 to the primary terminal to a voltage suitable for the load device 51, and converts the transformed AC power to the secondary terminal. Output from the terminal.
  • the AC capacitor ACC1 is connected to the secondary terminal of the transformer 15.
  • the AC capacitor ACC1 forms an LC filter together with the coil of the transformer 15, thereby reducing harmonic components generated by the switching operation of the power conversion circuit 11.
  • the components of the power conversion device 1 described above are housed in the housing 30.
  • the casing 30 is attached to the underfloor of a car body 100 of a railway vehicle by an attachment member 101.
  • the power converter 1 further includes a cooling device 40 that is thermally connected to the power unit 13 housed in the housing 30 and cools the power unit 13 by radiating heat transferred from the power unit 13 to the surrounding air.
  • the X-axis indicates the traveling direction of the railway vehicle
  • the Y-axis indicates the width direction of the vehicle body 100.
  • the X, Y, and Z axes are orthogonal to each other. When the railway vehicle is positioned horizontally, the Z axis indicates the vertical direction. The same applies to subsequent figures.
  • the casing 30 is formed of a member that is rigid enough not to be deformed by vibrations that occur when the railway vehicle is running.
  • the casing 30 is firmly attached to the vehicle body to the extent that the relative positional relationship between the vehicle body and the casing 30 does not shift due to vibrations when the railway vehicle is running.
  • the housing 30 is preferably formed of a material with high thermal conductivity, such as a metal material. Since the casing 30 is made of a material with high thermal conductivity, the heat transferred from the electronic components housed inside the casing 30 is transferred to the air located outside the casing 30, and the electronic components It becomes possible to cool the
  • the housing 30 is made of aluminum, for example.
  • the maintenance cycles of the components of the power converter 1, specifically, the electronic components included in the power converter 1, are different from each other.
  • the plurality of electronic components included in the power converter 1 are composed of a first electronic component group consisting of a plurality of electronic components with a long maintenance cycle and a plurality of electronic components with a short maintenance cycle. It is divided into a second electronic component group. In other words, the maintenance cycles of the electronic components included in the second electronic component group are all shorter than the maintenance cycles of each electronic component included in the first electronic component group.
  • the electronic components that make up the first electronic component group and the second electronic component group are determined according to the maintenance cycle of each electronic component. For example, a value obtained by multiplying the design lifespan of the electronic component by 0.8 is used as the maintenance cycle of the electronic component.
  • the electronic components included in the second electronic component group are electronic components with short maintenance cycles, specifically, electronic components that perform switching operations, electronic components that involve mechanical operations, electronic components that have a high failure rate, and the like.
  • electronic components with a maintenance cycle of less than three years are defined as the second electronic component group
  • electronic components with a maintenance cycle of three years or more are defined as the first electronic component group.
  • the filter reactor FL1 the first switch SW11, the AC capacitor ACC1, and the transformer 15 are included in the first electronic component group
  • the contactor MC1 It is assumed that charging resistor R11, power unit 13, control circuit 12, and discharge circuit 14 are included in the second electronic component group.
  • the electronic components excluding the transformer 15 are housed in the housing 30.
  • the transformer 15 is housed in a casing (not shown) that is different from the casing 30.
  • First partition members 32, 33, 34, and 35 that partition the space inside the casing 30, and a second partition member 36 that divides the inside of the casing 30 into a first space 30a and a second space 30b are provided.
  • first partition members 32, 33, 34, and 35 are each formed of a flat plate-like member in which ventilation holes 32a, 33a, 34a, and 35a are formed.
  • the second partition member 36 is preferably formed of a bent plate member having an L-shaped cross section perpendicular to the Z-axis direction.
  • a plurality of openings 30c are formed on the surface of the casing 30 located on the Y-axis negative direction side to enable maintenance work on the components of the power conversion device 1.
  • the power conversion device 1 further includes a plurality of openable and closable covers 31 that close the opening 30c.
  • the cover 31, like the housing 30, is formed of a member having enough rigidity to not be deformed by vibrations generated during running of the railway vehicle.
  • the cover 31 has the same thermal conductivity as the housing 30. Thereby, by transmitting the heat transferred from the electronic components housed in the housing 30 to the air located outside the cover 31, it becomes possible to cool the electronic components housed in the housing 30.
  • the cover 31 is made of aluminum, for example.
  • the opening 30c located at the end in the negative direction of the X-axis is closed by a cooling device 40 that is thermally connected to the electronic components housed in the housing 30.
  • the first space 30a is a space in contact with the surface on which the opening 30c is formed.
  • a ventilation hole 30d for letting outside air flow in and letting the flowed air flow out is formed in the portion where the ventilation hole 30d is formed. Furthermore, a ventilation hole 30d is also formed in a portion of the surface of the casing 30 that intersects with the Z-axis direction (not shown in FIG. 3) and contacts the second space 30b. As a result, air from outside the housing 30 flows into the second space 30b.
  • the air flowing into the second space 30b from the ventilation hole 30d flows in the negative direction of the X-axis, receives heat from the electronic components housed in the second space 30b, and is perpendicular to the Y-axis direction by the second partition member 36.
  • the air is guided to a ventilation hole 30d formed on the surface of the casing 30, and flows out of the casing 30 through the ventilation hole 30d.
  • FIG. 4 shows an example in which electronic components included in the power conversion device 1 are housed in the casing 30 shown in FIG. 3.
  • electronic components included in the second electronic component group are shown filled with dot patterns. The same applies to subsequent figures.
  • the power unit 13, the contactor MC1, the discharge circuit 14, and the control circuit 12 are provided at a position adjacent to the opening 30c.
  • the surface on which the opening 30c is formed is located at the end in the Y-axis direction at the bottom of the vehicle body 100 in the vertical direction.
  • the running wind which is a flow of air in the opposite direction to the traveling direction of the railway vehicle when the railway vehicle is running, covers the surface of the casing 30 where the opening 30c is formed and the opening 30c without being blocked by other onboard equipment. It flows along the cover 31. Therefore, heat generated by the electronic components included in the second electronic component group provided adjacent to the opening 30c is transmitted to the housing 30 and the cover 31, and from the housing 30 and the cover 31 to the housing 30 and the cover 31. It is transmitted to the wind flowing along the road, and electronic components are cooled.
  • the plurality of electronic components constituting the second electronic component group include a plurality of low-temperature electronic components that generate heat when energized, and a heat generation amount per unit time when energized is the same as that of the low-temperature electronic components per unit time when energized. It is composed of a plurality of high-temperature electronic components whose calorific value is larger than that of the heat generating device. Low-temperature electronic components and high-temperature electronic components are classified according to the maximum value of the electronic component's calorific value per unit time.
  • an electronic component whose maximum value of heat value per unit time is 100 W or more is defined as a high-temperature electronic component
  • an electronic component whose maximum value of heat value per unit time is less than 100 W is defined as a low-temperature electronic component.
  • the power unit 13, control circuit 12, and charging resistor R11 are included in the high-temperature electronic components
  • the contactor MC1 and the discharge circuit 14 are included in the low-temperature electronic components. shall be taken as a thing.
  • At least one of the low-temperature electronic components and at least one of the high-temperature electronic components are preferably provided at positions adjacent to the opening 30c and adjacent to each other.
  • the power unit 13 may be provided at a position adjacent to the contactor MC1 in the X-axis direction.
  • the power unit 13 and the contactor MC1 may be provided adjacent to the opening 30c and adjacent to each other.
  • the control circuit 12 and the charging resistor R11 may be provided at a position adjacent to the discharging circuit 14 in the X-axis direction.
  • the control circuit 12 and the discharge circuit 14 may be provided at positions adjacent to the opening 30c and adjacent to each other.
  • First partition members 32, 33, 34, and 35 are provided in the first space 30a.
  • the first partition member 32 is provided between the control circuit 12, the charging resistor R11, and the discharging circuit 14.
  • a ventilation hole 32a is formed in the first partition member 32.
  • a first partition member 33 is provided between the first switch SW11 and the AC capacitor ACC1, and the contactor MC1 and the discharge circuit 14.
  • a ventilation hole 33a is formed in the first partition member 33.
  • a first partition member 34 is provided between the contactor MC1 and the discharge circuit 14.
  • a ventilation hole 34a is formed in the first partition member 34.
  • a first partition member 35 is provided between the AC capacitor ACC1 and the contactor MC1 and the power unit 13.
  • a ventilation hole 35a is formed in the first partition member 35.
  • the first partition members 32, 33, 34, and 35 are made of a plate-shaped heat conductive member, in other words, a member with high thermal conductivity, such as aluminum. Therefore, heat can be transferred between electronic components adjacent to each other with the first partition members 32, 33, 34, and 35 in between.
  • Ventper holes 32a, 33a, 34a, and 35a are formed in the first partition members 32, 33, 34, and 35, respectively, it becomes possible for air to convect in the first space 30a.
  • a filter reactor FL1 is accommodated in the second space 30b.
  • Filter reactor FL1 has, for example, a coil into which an iron core is inserted. Air from outside the housing 30 flows into the second space 30b through the ventilation hole 30d. The air that has flowed into the second space 30b flows along the coil that the filter reactor FL1 has, and flows out of the housing 30 through the ventilation hole 30d. Therefore, heat is transferred from the filter reactor FL1 to the air flowing in from the outside, and the filter reactor FL1 is cooled.
  • the cooling device 40 is removably attached to the housing 30 by blocking the opening 30c. By removing the cooling device 40, maintenance work on the power unit 13 can be performed through the opening 30c.
  • the cooling device 40 includes a base 41 that is thermally connected to the power unit 13 and attached to the casing 30, a plurality of fins 42 that are attached to the base 41, and a base 41 that is attached to the casing 30 while covering the base 41 and the plurality of fins 42. and a cover 43.
  • the base 41 is preferably made of a material with high thermal conductivity, such as metal.
  • the base 41 is made of aluminum.
  • a ventilation hole 43a is formed in the cover 43, and external air flows into the cover 43 and flows between the fins 42.
  • the plurality of fins 42 transfer heat transferred from the power unit 13 via the base 41 to the surrounding air. Thereby, the power unit 13 is cooled.
  • the operation of the power conversion device 1 having the above configuration when energized and the transfer of heat between each electronic component will be described below. While the power conversion device 1 is energized, it is preferable that heat is transferred from an electronic component that generates a large amount of heat to an adjacent electronic component that generates a small amount of heat at any timing. This suppresses a local temperature rise in the housing 30.
  • the power conversion device 1 When the railway vehicle is in operation, the power conversion device 1 constantly performs power conversion and supplies power to the load device 51. Specifically, when the railway vehicle starts operating, the contactor MC1 shown in FIG. 1 is controlled by the contactor control unit and turned on. Immediately after the contactor MC1 is turned on, the first switch SW11 is maintained in an off state. Therefore, the current supplied from the power source flows through the contactor MC1, the filter reactor FL1, and the charging resistor R11 to the power conversion circuit 11 and the filter capacitor FC1. Immediately after the railway vehicle starts operating, the power conversion circuit 11 and the control circuit 12 are stopped. During operation of the railway vehicle, the second switch SW12 is maintained in an off state, so no current flows through the discharge resistor R12 included in the discharge circuit 14. Therefore, the discharge circuit 14 does not generate heat during operation of the railway vehicle.
  • heat is transferred from the electronic component that generates a large amount of heat to the electronic component that generates a small amount of heat.
  • heat is transferred between electronic components by thermal radiation and air convection. Specifically, heat is transferred from the contactor MC1 to the adjacent AC capacitor ACC1 and the discharge circuit 14, and heat is transferred from the charging resistor R11 to the adjacent discharge circuit 14 and the control circuit 12. Further, the filter capacitor FC1 included in the power unit 13 generates heat, and the heat is transferred to the adjacent contactor MC1. Since the power unit 13 is thermally connected to the cooling device 40, a portion of the heat generated in the filter capacitor FC1 of the power unit 13 is radiated from the cooling device 40 to the outside air.
  • the filter reactor FL1 Since the filter reactor FL1 is provided in the second space 30b into which air from outside the casing 30 flows, it is cooled by the air from outside the casing 30 which flows into the second space 30b.
  • the first switch SW11 is controlled by the switch control section and turned on.
  • the voltage between the terminals of the filter capacitor FC1 becomes sufficiently high, it means that the difference between the voltage between the terminals of the filter capacitor FC1 and the power supply voltage, specifically, the overhead line voltage becomes sufficiently small.
  • the control circuit 12 starts switching the switching elements of the power conversion circuit 11 on and off. As a result, the switching element of the power conversion circuit 11 starts a switching operation, and AC power is supplied from the power conversion circuit 11 to the transformer 15.
  • the transformer 15 transforms the AC power supplied from the power conversion circuit 11 and supplies the transformed AC power to the load device 51 via the AC capacitor ACC1.
  • the contactor MC1, filter reactor FL1, first switch SW11, filter capacitor FC1, power conversion circuit 11, control circuit 12, transformer 15, and AC capacitor ACC1 generate heat by being energized.
  • the amount of heat generated per unit time of the contactor MC1, the AC capacitor ACC1, and the first switch SW11 is smaller than the amount of heat generated per unit time of the power unit 13 and the control circuit 12. Further, the amount of heat generated per unit time of the contactor MC1 is larger than the amount of heat generated per unit time of the AC capacitor ACC1. Therefore, as shown by the black arrow in FIG. 6, heat is transferred from the electronic component that generates a large amount of heat to the electronic component that generates a small amount of heat.
  • heat is transferred from the high-temperature electronic components included in the second electronic component group to the low-temperature electronic components included in the second electronic component group.
  • heat is transferred from the power unit 13 to the contactor MC1, and heat is transferred from the control circuit 12 to the discharge circuit 14.
  • heat is also transferred between the electronic components included in the first electronic component group and the electronic components included in the second electronic component group. Specifically, heat is transferred from the contactor MC1 to the AC capacitor ACC1, which generates a smaller amount of heat. As described above, since the discharge circuit 14 does not generate heat during operation of the railway vehicle, heat is transferred to the discharge circuit 14 from each of the contactor MC1 and the first switch SW11.
  • the control circuit 12 turns off the switching element included in the power conversion circuit 11. As a result, the supply of power from the power conversion circuit 11 to the load device 51 is stopped. After that, the contactor control unit turns off the contactor MC1, and the power conversion circuit 11 is electrically disconnected from the power source. Immediately after the contactor MC1 is opened, the temperature of the electronic components that were generating heat during the operation of the railway vehicle is sufficiently high, so heat is transferred as in FIG. 6.
  • the switch control section turns on the second switch SW12, so that the discharge resistor R12 is electrically connected to the filter capacitor FC1, and the filter capacitor FC1 is discharged.
  • the second switch SW12 and the discharge resistor R12 included in the discharge circuit 14 generate heat by being energized. Therefore, as shown by the black arrow in FIG. 7, heat is transferred from the electronic component that generates a large amount of heat to the electronic component that generates a small amount of heat. Specifically, heat is transferred from the discharge circuit 14 to the first switch SW11 and the contactor MC1.
  • the power conversion device 1 while the power conversion device 1 is energized, heat is transferred from an electronic component that generates a large amount of heat to an adjacent electronic component that generates a small amount of heat at an arbitrary timing. Specifically, the heat generated by the high-temperature electronic components included in the second electronic component group is always provided at a position adjacent to the high-temperature electronic components included in the second electronic component group, and the heat generated by the high-temperature electronic components included in the second electronic component group is transmitted to low-temperature electronic components.
  • the electronic components included in the second electronic component group consisting of a plurality of electronic components with short maintenance cycles specifically, the power unit 13, the contactor MC1, discharge circuit 14, and control circuit 12 are provided in a position adjacent to opening 30c of housing 30. Therefore, the maintainability of the power conversion device 1 is high.
  • Some of the electronic components included in the power conversion device 1 are provided at positions adjacent to each other in the penetrating direction of the opening 30c, in other words, in the Y-axis direction.
  • the first switch SW11 and the discharge circuit 14 are provided at positions adjacent to each other in the Y-axis direction. Therefore, compared to a power converter in which the components are arranged in a row, the length of the housing 30 in the X-axis direction can be shortened, and the space under the floor of the vehicle body can be used efficiently.
  • Embodiment 2 The arrangement of the components of the power converter 1 in the housing 30 is not limited to the above example.
  • a power conversion device 2 in which a transformer 15 is housed in a housing 30 will be described in a second embodiment, focusing on the differences from the first embodiment.
  • the inside of the casing 30 included in the power conversion device 2 shown in FIG. 8 is partitioned into a first space 30a and second spaces 30b and 30e by a second partition member 36 and a heat insulating member 37.
  • a second partition member 36 and a heat insulating member 37 are partitioned into a first space 30a and second spaces 30b and 30e by a second partition member 36 and a heat insulating member 37.
  • This space is the first space 30a.
  • a space surrounded by the surface of the second partition member 36 facing the Y-axis positive direction, the surface of the second partition member 36 facing the X-axis positive direction, and the casing 30 is the second space 30b.
  • a space surrounded by the surface of the heat insulating member 37 facing in the negative direction of the X-axis and the casing 30 is the second space 30e.
  • the transformer 15 is included in the first electronic component group because its maintenance cycle is sufficiently long compared to other electronic components included in the power conversion device 2. Since the transformer 15 generates a larger amount of heat than the control circuit 12 and the power unit 13, it is provided at a position into which air from outside the casing 30 flows. Specifically, the transformer 15 is housed inside the casing 30 shown in FIG. be done. The surface of the casing 30 that is in contact with the second space 30e, specifically, in FIG. A ventilation hole 30f is formed on the surface to allow outside air to flow in and for the flowed air to flow out. Furthermore, a ventilation hole 30f is also formed in a portion of the surface of the casing 30 perpendicular to the Z-axis direction not shown in FIG. 8 that is in contact with the second space 30e. As a result, air from outside the housing 30 flows into the second space 30e.
  • FIG. 9 shows an example in which electronic components included in the power conversion device 2 are housed in the casing 30 shown in FIG. 8. Magnetic flux is generated from the wiring connecting the power conversion circuit 11 and the transformer 15 because harmonic components are generated by the switching operation of the power conversion circuit 11 .
  • the transformer 15 is housed in the casing 30, so the wiring connecting the power conversion circuit 11 and the transformer 15 is not housed inside the casing 30. Ru. Therefore, the magnetic flux generated from the wiring connecting the power conversion circuit 11 and the transformer 15 is suppressed from affecting other on-vehicle equipment.
  • the heat insulating member 37 is provided between the transformer 15 and the power unit 13 that are adjacent to each other in the X-axis direction, and the space inside the casing 30 is used as the second space 30e where the transformer 15 is provided and the power unit 13 is provided. It is partitioned into a first space 30a.
  • the heat insulating member 37 suppresses heat transfer between electronic components that are provided adjacent to each other with the heat insulating member 37 in between.
  • the heat insulating member 37 is made of a material with low thermal conductivity, such as iron or resin, for example.
  • heat is prevented from being transferred from the transformer 15, which generates a large amount of heat, to other electronic components, such as the power unit 13, which generates a large amount of heat. Therefore, even if the transformer 15, which generates a large amount of heat, is housed in the housing 30, the temperature inside other electronic components housed in the housing 30 is suppressed from rising.
  • the transformer 15 is housed in the housing 30, so that the magnetic flux generated from the wiring connecting the power conversion circuit 11 and the transformer 15 is The impact on in-vehicle equipment is suppressed.
  • the heat insulating member 37 is provided between the electronic components located adjacent to each other, heat is transferred from one electronic component that generates a large amount of heat to another electronic component that generates a large amount of heat. A rise in temperature is suppressed.
  • Embodiment 3 The configuration of the power conversion device is not limited to the above example. A redundant power conversion device 3 will be described in a third embodiment, focusing on the points that are different from the first embodiment.
  • the power conversion device 3 shown in FIG. It includes a circuit 22 and a filter capacitor FC2 connected between the primary terminals of the power conversion circuit 21, that is, between terminals close to the power source.
  • the power conversion circuit 21 and filter capacitor FC2 are collectively referred to as a power unit 23.
  • the power conversion device 3 further includes a contactor MC2 whose one end is connected to the input terminal 1a, a filter reactor FL2 whose one end is connected to the contactor MC2, and whose one end is connected to the other end of the filter reactor FL2 and whose other end is connected to the contactor MC2. It includes a first switch SW21 connected to the power conversion circuit 21, a charging resistor R21 connected in parallel to the first switch SW21, and a discharging circuit 24 connected in parallel to the filter capacitor FC2.
  • the discharge circuit 24 includes a second switch SW22 and a discharge resistor R22 connected in series.
  • the power conversion device 3 further includes a switching circuit 16 that electrically connects either the power conversion circuits 11 or 21 to the transformer 15.
  • the switching circuit 16 includes a switching device 17 that opens and closes the electrical path between the power conversion circuit 11 and the transformer 15, and a switching device 27 that opens and closes the electrical path between the power conversion circuit 21 and the transformer 15.
  • the contactor MC2 is provided between the power conversion circuit 21 and the power source to open and close the electrical circuit.
  • the contactor MC2 is formed of a DC electromagnetic contactor that is turned on or off by the contactor control unit. When the contactor MC2 is turned on, it electrically connects the input terminal 1a and the filter reactor FL2. As a result, the power conversion circuit 21 is electrically connected to the power source. When contactor MC2 is opened, it electrically disconnects input terminal 1a and filter reactor FL2. As a result, the power conversion circuit 21 is electrically disconnected from the power source.
  • the filter reactor FL2 forms an LC filter together with the filter capacitor FC2, and reduces harmonic components generated during the switching operation of the power conversion circuit 21.
  • the first switch SW21 is turned on and off by a switch control section.
  • the contactor MC2 When the contactor MC2 is turned on and the first switch SW21 is on, current flows from the input terminal 1a to the power conversion circuit 21 through the contactor MC2, the filter reactor FL2, and the first switch SW21.
  • the contactor MC2 When the contactor MC2 is turned on and the first switch SW21 is off, current flows from the input terminal 1a to the power conversion circuit 21 through the contactor MC2, filter reactor FL2, and charging resistor R21.
  • the first switch SW21 is formed of, for example, a thyristor.
  • the charging resistor R21 is provided to suppress inrush current from flowing into the power conversion circuit 21 when the power conversion device 3 starts operating.
  • the resistance value of the charging resistor R21 is set to a value that can suppress the inrush current from flowing into the power conversion circuit 21.
  • the filter capacitor FC2 is provided between the primary terminals of the power conversion circuit 21, and is charged with DC power supplied from the power source.
  • the power conversion circuit 21 converts the DC power supplied through the primary terminal into three-phase AC power, and outputs the three-phase AC power to the transformer 15.
  • the power conversion circuit 21 outputs, for example, three-phase AC power with a fixed voltage and a fixed frequency.
  • the power conversion circuit 21 includes a plurality of switching elements, for example, IGBTs, and converts DC power into three-phase AC power by the switching operation of the IGBTs.
  • control circuit 22 When the control circuit 22 obtains an operation command to start or stop the power conversion device 3, it generates a control command to control the switching elements included in the power conversion circuit 21 according to the operation command, and converts the control command into a power conversion command.
  • the signal is sent to each switching element included in the circuit 21, specifically, to the gate terminal of the IGBT.
  • the second switch SW22 included in the discharge circuit 24 is controlled by a switch control section.
  • the discharge resistor R22 is electrically connected to the filter capacitor FC2, and the filter capacitor FC2 is discharged.
  • the second switch SW22 is off, the discharge resistor R22 and the filter capacitor FC2 are electrically disconnected.
  • the contactors MC1 and MC2 the charging resistors R11 and R21, the power units 13 and 23, the control circuits 12 and 22, and the discharge circuits 14 and 24 are included in the second electronic component group.
  • the power converter 3 further includes a first partition member 38 in addition to the configuration of the power converter 1 shown in FIG.
  • the first partition member 38 is provided between the power units 13 and 23 and the switching circuit 16.
  • the first partition member 38 is made of a heat conductive member, in other words, a member with high thermal conductivity, such as aluminum, and has ventilation holes 38a formed therein.
  • the arrangement of the components of the power conversion device 3 is the same as in the first embodiment.
  • the duplicated electronic components are arranged at the same position inside the casing 30.
  • the operation of the power conversion device 3 having the above configuration when energized will be described below.
  • one of the power conversion circuits 11 and 21 is set to an active system, and the other is set to a standby system.
  • one of the power conversion circuits 11 and 21 performs power conversion, and the other of the power conversion circuits 11 and 21 is stopped.
  • the operation of the power conversion device 3 when the power conversion circuit 11 is set to the active system is similar to that in the first embodiment.
  • the switching circuit 17 included in the switching circuit 16 is turned on by a switching circuit control section (not shown). As a result, power conversion circuit 11 is electrically connected to transformer 15.
  • the contactor MC1 When the railway vehicle starts operating, as in the first embodiment, the contactor MC1 is turned on, and the contactor MC1, filter reactor FL1, charging resistor R11, and filter capacitor FC1 generate heat by being energized. Therefore, as shown by the black arrow in FIG. 12, heat is transferred from the electronic component that generates a large amount of heat to the electronic component that generates a small amount of heat.
  • heat is transferred from the contactor MC1 to the adjacent AC capacitor ACC1 and the discharge circuit 14, and heat is transferred from the charging resistor R11 to the adjacent discharge circuit 14 and the control circuit 12.
  • the filter capacitor FC1 included in the power unit 13 generates heat, and the heat is transferred to the adjacent contactor MC1 and the switching circuit 16. Since the power unit 13 is thermally connected to the cooling device 40, a portion of the heat generated in the filter capacitor FC1 of the power unit 13 is radiated from the cooling device 40 to the outside air.
  • the contactor MC1, filter reactor FL1, first switch SW11, filter capacitor FC1, power conversion circuit 11, control circuit 12, transformer 15, switching circuit 16, and AC capacitor ACC1 generate heat by being energized. Therefore, as shown by the black arrow in FIG. 13, heat is transferred from the electronic component that generates a large amount of heat to the electronic component that generates a small amount of heat.
  • heat is transferred from the high-temperature electronic components included in the second electronic component group to the low-temperature electronic components included in the second electronic component group.
  • heat is transferred from the power unit 13 to the contactor MC1 and the switching circuit 16, and heat is transferred from the control circuit 12 to the discharge circuit 14.
  • heat is also transferred between the electronic components included in the first electronic component group and the electronic components included in the second electronic component group. Specifically, heat is transferred from the contactor MC1 included in the second electronic component group to the AC capacitor ACC1, which has a smaller calorific value than the contactor MC1 and is included in the first electronic component group. As described above, since the discharge circuit 14 does not generate heat during operation of the railway vehicle, heat is transferred to the discharge circuit 14 from each of the contactor MC1 and the first switch SW11.
  • the control circuit 12 turns off the switching element included in the power conversion circuit 11, similarly to the first embodiment. Thereafter, the switch control section turns on the second switch SW12, so that the discharge resistor R12 is electrically connected to the filter capacitor FC1, and the filter capacitor FC1 is discharged.
  • the second switch SW12 and the discharge resistor R12 included in the discharge circuit 14 generate heat by being energized. Therefore, as shown by the black arrow in FIG. 14, heat is transferred from the electronic component that generates a large amount of heat to the electronic component that generates a small amount of heat. Specifically, heat is transferred from the discharge circuit 14 to the first switch SW11 and the contactor MC1.
  • the operation when the power conversion circuit 21 is set to the active system is also the same as when the power conversion circuit 11 is set to the active system.
  • the switching circuit control section turns on the switching device 27 included in the switching circuit 16.
  • power conversion circuit 21 is electrically connected to transformer 15.
  • the power conversion device 3 while the power conversion device 3 is energized, heat is transferred from an electronic component that generates a large amount of heat to an adjacent electronic component that generates a small amount of heat at an arbitrary timing. Specifically, the heat generated by the high-temperature electronic components included in the second electronic component group is always provided at a position adjacent to the high-temperature electronic components included in the second electronic component group, and the heat generated by the high-temperature electronic components included in the second electronic component group is transmitted to low-temperature electronic components.
  • the electronic components included in the second electronic component group consisting of a plurality of electronic components with short maintenance cycles specifically, the power units 13, 23, Contactors MC1 and MC2, discharge circuits 14 and 24, and control circuits 12 and 22 are provided at positions adjacent to opening 30c of housing 30. Therefore, the maintainability of the power conversion device 3 is high.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiments.
  • the embodiments described above can be combined.
  • the transformer 15 included in the power converter 3 may be housed inside the casing 30 similarly to the power converter 2 .
  • the power conversion device 1-3 may further include a blower to promote air convection inside the housing 30.
  • a power conversion device 1 including a blower is shown in FIG.
  • the power conversion device 1 includes a blower 44 provided in the ventilation holes 32a and 35a.
  • the blower 44 operates by receiving AC power from the power conversion circuit 11, for example.
  • heat is efficiently transferred from the control circuit 12 to the discharge circuit 14, and heat is efficiently transferred from the power unit 13 to the contactor MC1.
  • the location where the blower 44 is provided is not limited to the example shown in FIG. 15, but may be any location in the first space 30a.
  • the number of blowers 44 is not limited to the example shown in FIG. 15, but is arbitrary.
  • the circuit configuration of the power conversion device 1-3 is not limited to the above example.
  • the power converter 1-3 may be a DC (Direct Current)-DC converter.
  • the method of connecting the transformer 15 is not limited to the delta star connection.
  • the power conversion device 1-3 is not limited to a DC feeding system railway vehicle, but may be mounted on an AC feeding system railway vehicle. When installed on an AC feeding system railway vehicle, the current collector and power converter 1- It is sufficient if it is provided between 3 and 3.
  • the power conversion device 1-3 is not limited to a railway vehicle, and can be mounted on any moving object such as an automobile, an aircraft, or a ship.
  • the arrangement positions of the first partition members 32, 33, 34, 35, and 38 are not limited to the above example, and may be provided between the electronic components included in the power conversion device 1-3.
  • the number and position of the ventilation holes 32a, 33a, 34a, 35a, 38a formed in the first partition members 32, 33, 34, 35, 38 are not limited to the above example, but are arbitrary.
  • the casing 30 may be mounted on the roof of the vehicle body of a railway vehicle.
  • the position where the opening 30c is formed is not limited to the above example but is arbitrary.
  • 1, 2, 3 power conversion device 1a, 1b input terminal, 11, 21 power conversion circuit, 12, 22 control circuit, 13, 23 power unit, 14, 24 discharge circuit, 15 transformer, 16 switching circuit, 17, 27 Switch, 30 Housing, 30a First space, 30b, 30e Second space, 30c Opening, 30d, 30f, 32a, 33a, 34a, 35a, 38a, 43a Ventilation hole, 31 Cover, 32, 33, 34, 35 , 38 First partition member, 36 Second partition member, 37 Heat insulation member, 40 Cooling device, 41 Base, 42 Fin, 43 Cover, 44 Air blower, 51 Load device, 100 Vehicle body, 101 Mounting member, ACC1 AC condenser, FC1 , FC2 filter capacitor, FL1, FL2 filter reactor, MC1, MC2 contactor, R11, R21 charging resistor, R12, R22 discharging resistor, SW11, SW21 first switch, SW12, SW22 second switch.

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Abstract

電力変換装置（１）は、複数の電子部品で構成される第１電子部品群と、保守周期が第１電子部品群に含まれる電子部品のそれぞれの保守周期よりも短い複数の電子部品で構成される第２電子部品群と、を備える。第１電子部品群および第２電子部品群は、筐体（３０）に収容される。第２電子部品群に含まれる電子部品の少なくともいずれかは、筐体（３０）の開口（３０ｃ）に隣接した位置に設けられる。

Description

電力変換装置
　本開示は、電力変換装置に関する。
　鉄道車両には、電源から供給される電力を負荷装置、例えば、照明機器、空調機器等に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷装置に供給する電力変換装置が搭載されている。この種の電力変換装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている電力変換装置は、他の車載機器、例えば、ブレーキ制御器、バッテリー等と並んで車両の床下に設けられている。
特開２００７－１８２２０８号公報
　鉄道車両に搭載される電力変換装置が有する各電子部品の保守周期は電子部品ごとに異なる。保守周期の短い電子部品が、鉄道車両の幅方向の中心に近い位置に設けられていると、電力変換装置の筐体に形成される保守点検用の開口から電子部品までの距離が長くなる。このため、電子部品の保守作業が繁雑になり、電力変換装置の保守性が低くなる。この課題は、車両の床下に設けられる電力変換装置に限られず、保守周期が互いに異なる複数の電子部品を備える電力変換装置で起こり得る。
　本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、保守性の高い電力変換装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示の電力変換装置は、第１電子部品群と、第２電子部品群と、筐体と、を備える。第１電子部品群は、複数の電子部品で構成される。第２電子部品群は、保守周期が第１電子部品群に含まれる電子部品のそれぞれの保守周期よりも短い複数の電子部品で構成される。筐体は、第１電子部品群および第２電子部品群を収容し、開口が形成される。第２電子部品群に含まれる電子部品の少なくともいずれかは、開口に隣接した位置に設けられる。
　本開示に係る電力変換装置において、第１電子部品群に含まれる電子部品のそれぞれよりも保守周期が短い複数の電子部品で構成される第２電子部品群に含まれる電子部品の少なくともいずれかは、筐体の開口に隣接した位置に設けられる。このため、保守性の高い電力変換装置が得られる。
実施の形態１に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態１に係る電力変換装置の鉄道車両への搭載例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置の筐体の構造を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置の構成要素の配置例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置における熱の伝達の例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置における熱の伝達の例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置における熱の伝達の例を示す図 実施の形態２に係る電力変換装置の筐体の構造を示す図 実施の形態２に係る電力変換装置の構成要素の配置例を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態３に係る電力変換装置の構成要素の配置例を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置における熱の伝達の例を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置における熱の伝達の例を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置における熱の伝達の例を示す図 実施の形態に係る電力変換装置の変形例の構成要素の配置例を示す図
　以下、本開示の実施の形態に係る電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
　（実施の形態１）
　実施の形態１では、鉄道車両に搭載され、負荷装置、例えば、照明機器、空調機器等に電力を供給する補助電源装置として用いられる電力変換装置を例にして、電力変換装置１について説明する。図１に示す電力変換装置１は、図示しない電源から供給される電力を負荷装置５１に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷装置５１に供給する。
　電力変換装置１は、電源、具体的には、集電装置に接続される入力端子１ａと、接地される入力端子１ｂと、電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路１１と、を備える。集電装置は、電力供給線を介して、変電所から電力を取得する。例えば、集電装置は、パンタグラフまたは集電靴であって、電力供給線は、架線または第三軌条である。
　電力変換装置１はさらに、電力変換回路１１が有するスイッチング素子を制御する制御回路１２と、電力変換回路１１の一次端子間、すなわち、電源に近い端子間に接続されるフィルタコンデンサＦＣ１と、を備える。電力変換回路１１およびフィルタコンデンサＦＣ１をあわせてパワーユニット１３と称する。
　電力変換装置１はさらに、入力端子１ａに一端が接続される接触器ＭＣ１と、一端が接触器ＭＣ１に接続されるフィルタリアクトルＦＬ１と、一端がフィルタリアクトルＦＬ１の他端に接続され、他端が電力変換回路１１に接続される第１スイッチＳＷ１１と、第１スイッチＳＷ１１に並列に接続される充電抵抗Ｒ１１と、フィルタコンデンサＦＣ１に並列に接続される放電回路１４と、を備える。放電回路１４は、直列に接続された第２スイッチＳＷ１２および放電抵抗Ｒ１２を備える。電力変換装置１はさらに、電力変換回路１１が出力する交流電力を変圧する変圧器１５と、変圧器１５の二次端子に接続される交流コンデンサＡＣＣ１と、を備える。
　接触器ＭＣ１は、電力変換回路１１と電源との間に設けられて電路を開閉する。接触器ＭＣ１は、図示しない接触器制御部によって投入または開放される直流電磁接触器で形成される。接触器ＭＣ１は、投入されると、入力端子１ａとフィルタリアクトルＦＬ１とを電気的に接続する。この結果、電力変換回路１１が電源に電気的に接続される。接触器ＭＣ１は、開放されると、入力端子１ａとフィルタリアクトルＦＬ１とを電気的に切り離す。この結果、電力変換回路１１は電源から電気的に切り離される。
　フィルタリアクトルＦＬ１は、フィルタコンデンサＦＣ１とともにＬＣフィルタを形成し、電力変換回路１１のスイッチング動作時に生じる高調波成分を低減する。また、フィルタリアクトルＦＬ１は、例えば変電所に存在する整流器を含む電子部品から出力されるリップルを低減する。
　第１スイッチＳＷ１１は、図示しないスイッチ制御部によってオンオフが制御される。接触器ＭＣ１が投入され、第１スイッチＳＷ１１がオンの状態では、入力端子１ａから、接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１および第１スイッチＳＷ１１を通って、電力変換回路１１およびフィルタコンデンサＦＣ１に電流が流れる。接触器ＭＣ１が投入され、第１スイッチＳＷ１１がオフの状態では、入力端子１ａから、接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１および充電抵抗Ｒ１１を通って、電力変換回路１１およびフィルタコンデンサＦＣ１に電流が流れる。第１スイッチＳＷ１１は、例えば、サイリスタで形成される。
　充電抵抗Ｒ１１は、電力変換装置１の動作開始時に、電力変換回路１１に突入電流が流れることを抑制するために設けられている。充電抵抗Ｒ１１の抵抗値は、電力変換回路１１に突入電流が流れることを抑制することが可能な値に設定される。
　フィルタコンデンサＦＣ１は、電力変換回路１１の一次端子間に設けられ、電源から供給される直流電力で充電される。
　電力変換回路１１は、一次端子を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を変圧器１５に出力する。電力変換回路１１は、例えば、固定電圧かつ固定周波数の三相交流電力を出力する。電力変換回路１１は、複数のスイッチング素子、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を有し、ＩＧＢＴのスイッチング動作によって、直流電力を三相交流電力に変換する。
　制御回路１２は、電力変換装置１の運転または停止を指令する動作指令を取得すると、動作指令に応じて、電力変換回路１１が有するスイッチング素子を制御する制御指令を生成し、制御指令を電力変換回路１１が有する各スイッチング素子、具体的には、ＩＧＢＴのゲート端子に送る。
　放電回路１４が有する第２スイッチＳＷ１２はスイッチ制御部によって制御される。接触器ＭＣ１が開放された状態で第２スイッチＳＷ１２がオンになると、放電抵抗Ｒ１２がフィルタコンデンサＦＣ１に電気的に接続され、フィルタコンデンサＦＣ１が放電される。第２スイッチＳＷ１２がオフの状態では、放電抵抗Ｒ１２とフィルタコンデンサＦＣ１は電気的に切り離されている。
　変圧器１５は、例えば、デルタスター結線型の変圧器であって、電力変換回路１１から一次端子に供給される交流電力を負荷装置５１に適した電圧に変圧し、変圧した交流電力を二次端子から出力する。
　交流コンデンサＡＣＣ１は、変圧器１５の二次端子に接続される。交流コンデンサＡＣＣ１は、変圧器１５が有するコイルとともにＬＣフィルタを形成することで、電力変換回路１１のスイッチング動作によって生じる高調波成分を低減する。
　上述の電力変換装置１の構成要素は、筐体３０に収容される。筐体３０は、図２に示すように、鉄道車両の車体１００の床下に取付部材１０１によって取り付けられる。電力変換装置１は、筐体３０に収容されるパワーユニット１３に熱的に接続され、パワーユニット１３から伝達される熱を周囲の空気に放熱することでパワーユニット１３を冷却する冷却装置４０をさらに備える。図２において、Ｘ軸は、鉄道車両の進行方向を示し、Ｙ軸は、車体１００の幅方向を示す。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交する。鉄道車両が水平に位置している状態で、Ｚ軸は鉛直方向を示す。後続の図においても同様である。
　筐体３０は、鉄道車両の走行時に生じる振動によって変形しない程度の剛性を有する部材で形成される。筐体３０は、鉄道車両の走行時の振動によって、車体と筐体３０との相対位置関係がずれない程度に強固に車体に取り付けられる。筐体３０は、熱伝導率の高い部材、例えば金属部材で形成されることが好ましい。筐体３０が熱伝導率の高い部材で形成されることで、筐体３０の内部に収容される電子部品から伝達された熱を、筐体３０の外部に位置する空気に伝達し、電子部品を冷却することが可能となる。筐体３０は、例えば、アルミニウムで形成される。
　電力変換装置１の構成要素、具体的には、電力変換装置１に含まれる電子部品の保守周期は互いに異なる。実施の形態１では、電力変換装置１に含まれる複数の電子部品を、保守周期が長い複数の電子部品で構成される第１電子部品群と、保守周期が短い複数の電子部品で構成される第２電子部品群とに分ける。換言すれば、第２電子部品群に含まれる電子部品の保守周期はいずれも、第１電子部品群に含まれる各電子部品の保守周期に比べて短い。
　第１電子部品群と第２電子部品群とを構成する電子部品は、各電子部品の保守周期に応じて定められる。電子部品の保守周期として、例えば、電子部品の設計上の寿命に０．８を乗算することで得られる値が用いられる。第２電子部品群に含まれる電子部品は、保守周期が短い電子部品、具体的には、スイッチング動作を行う電子部品、機械的な動作を伴う電子部品、故障率が高い電子部品等である。
　例えば、保守周期が３年未満の電子部品を第２電子部品群とし、保守周期が３年以上の電子部品を第１電子部品群とする。詳細には、図１に示す電力変換装置１の構成要素の内、フィルタリアクトルＦＬ１、第１スイッチＳＷ１１、交流コンデンサＡＣＣ１、および変圧器１５は、第１電子部品群に含まれ、接触器ＭＣ１、充電抵抗Ｒ１１、パワーユニット１３、制御回路１２、および放電回路１４は、第２電子部品群に含まれるものとする。
　第１電子部品群および第２電子部品群に含まれる電子部品の内、変圧器１５を除く電子部品は筐体３０に収容される。実施の形態１では、変圧器１５は、筐体３０とは異なる図示しない筐体に収容されるものとする。
　図３に示すように、筐体３０の内部には、第１電子部品群に含まれる電子部品および第２電子部品群に含まれる電子部品の内、互いに隣接する電子部品の間に位置し、筐体３０の内部の空間を仕切る第１仕切部材３２，３３，３４，３５と、筐体３０の内部を第１空間３０ａと第２空間３０ｂとに分ける第２仕切部材３６とが設けられる。
　第１仕切部材３２，３３，３４，３５はそれぞれ、通風孔３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａが形成された平板状部材で形成されることが好ましい。第２仕切部材３６は、Ｚ軸方向に直交する断面の形状がＬ字形状を有する折り曲げられた板状部材で形成されることが好ましい。
　筐体３０のＹ軸負方向側に位置する面に、電力変換装置１の構成要素の保守作業を可能にする複数の開口３０ｃが形成される。電力変換装置１は、開口３０ｃを塞ぐ開閉可能な複数のカバー３１をさらに備える。カバー３１は、筐体３０と同様に、鉄道車両の走行時に生じる振動によって変形しない程度の剛性を有する部材で形成される。実施の形態１では、複数の開口３０ｃが形成されていることで、カバー３１を開け、開口３０ｃを通して、電力変換装置１の構成要素の保守作業を行うことが可能となる。カバー３１は、筐体３０と同様の熱伝導率を有することが好ましい。これにより、筐体３０に収容された電子部品から伝達された熱をカバー３１の外側に位置する空気に伝達することで、筐体３０に収容された電子部品を冷却することが可能となる。カバー３１は、例えばアルミニウムで形成される。
　Ｘ軸負方向の端部に位置する開口３０ｃは、筐体３０に収容される電子部品に熱的に接続される冷却装置４０によって塞がれる。
　第１空間３０ａは、開口３０ｃが形成される面に接する空間である。筐体３０の開口３０ｃがカバー３１および冷却装置４０で塞がれている状態では、第１空間３０ａに、塵埃、水分等を含む筐体３０の外部の空気が流入することが抑制される。
　筐体３０の第２空間３０ｂに接する面、具体的には、図３において、筐体３０のＹ軸方向に直交する面およびＸ軸方向に直交する面の内、第２仕切部材３６に対向する部分には、外部の空気を流入させ、流入した空気を流出させるための通風孔３０ｄが形成される。さらに、図３に示さないＺ軸方向に交差する筐体３０の面の内、第２空間３０ｂに接する部分にも、通風孔３０ｄが形成される。この結果、第２空間３０ｂには、筐体３０の外部の空気が流入する。
　例えば、鉄道車両がＸ軸正方向に進むときは、Ｘ軸方向に直交する筐体３０の面に形成された通風孔３０ｄから第２空間３０ｂに空気が流入する。通風孔３０ｄから第２空間３０ｂに流入した空気は、Ｘ軸負方向に流れ、第２空間３０ｂに収容される電子部品から熱を伝達され、第２仕切部材３６によって、Ｙ軸方向に直交する筐体３０の面に形成された通風孔３０ｄに導かれ、通風孔３０ｄから筐体３０の外部に流出する。鉄道車両の停止時には、筐体３０の鉛直方向下面に形成される通風孔３０ｄから第２空間３０ｂに空気が流入し、鉛直方向上方に流れて、筐体３０の鉛直方向上面に形成される通風孔３０ｄから筐体３０の外部に流出する。
　図３に示す筐体３０に電力変換装置１が備える電子部品を収容した例を図４に示す。図４において、第２電子部品群に含まれる電子部品をドットパターンの塗りつぶしで示す。後続の図においても同様である。第１空間３０ａにおいて、筐体３０の開口３０ｃに隣接した位置に、第２電子部品群に含まれる電子部品の少なくともいずれかが設けられる。詳細には、パワーユニット１３、接触器ＭＣ１、放電回路１４、および制御回路１２は、開口３０ｃに隣接した位置に設けられる。
　開口３０ｃが形成される面は、図２および図４に示すように、車体１００の鉛直方向下部において、Ｙ軸方向の端部に位置している。保守周期が短い第２電子部品群に含まれる電子部品が、車体１００の鉛直方向下部においてＹ軸方向の端部に位置する開口３０ｃに隣接した位置に設けられることで、開口３０ｃから第２電子部品群に含まれる電子部品の保守作業を行うことが容易となる。この結果、電力変換装置１の保守性が高くなる。
　鉄道車両の走行時に鉄道車両の進行方向の反対方向に向かう空気の流れである走行風は、他の車載機器によって遮られることなく、開口３０ｃが形成される筐体３０の面および開口３０ｃを覆うカバー３１に沿って流れる。したがって、開口３０ｃに隣接した位置に設けられる第２電子部品群に含まれる電子部品で生じた熱は、筐体３０およびカバー３１に伝達され、筐体３０およびカバー３１から筐体３０およびカバー３１に沿って流れる走行風に伝達され、電子部品が冷却される。
　電力変換装置１に含まれる電子部品はいずれも通電時に発熱するが、発熱量は互いに異なる。例えば、第２電子部品群を構成する複数の電子部品は、通電時において発熱する複数の低温電子部品と通電時における単位時間あたりの発熱量が低温電子部品のそれぞれの通電時における単位時間あたりの発熱量よりも大きい複数の高温電子部品とで構成される。低温電子部品と高温電子部品とは、単位時間あたりの電子部品の発熱量の最大値に応じて分けられる。例えば、単位時間あたりの発熱量の最大値が１００Ｗ以上の電子部品を高温電子部品とし、単位時間あたりの発熱量の最大値が１００Ｗ未満の電子部品を低温電子部品とする。詳細には、第２電子部品群に含まれる電子部品の内、パワーユニット１３、制御回路１２および充電抵抗Ｒ１１は高温電子部品に含まれ、接触器ＭＣ１および放電回路１４は、低温電子部品に含まれるものとする。
　低温電子部品の少なくともいずれかおよび高温電子部品の少なくともいずれかは、開口３０ｃに隣接した位置であって、かつ、互いに隣接した位置に設けられることが好ましい。例えば、パワーユニット１３は、接触器ＭＣ１にＸ軸方向に隣接した位置に設けられればよい。換言すれば、パワーユニット１３および接触器ＭＣ１は、開口３０ｃに隣接し、かつ、互いに隣接した位置に設けられればよい。また例えば、制御回路１２および充電抵抗Ｒ１１は、放電回路１４にＸ軸方向に隣接した位置に設けられればよい。換言すれば、制御回路１２および放電回路１４は、開口３０ｃに隣接し、かつ、互いに隣接した位置に設けられればよい。
　第１空間３０ａには、第１仕切部材３２，３３，３４，３５が設けられている。詳細には、制御回路１２および充電抵抗Ｒ１１と放電回路１４との間に第１仕切部材３２が設けられる。第１仕切部材３２には通風孔３２ａが形成される。第１スイッチＳＷ１１および交流コンデンサＡＣＣ１と接触器ＭＣ１および放電回路１４との間に第１仕切部材３３が設けられる。第１仕切部材３３には通風孔３３ａが形成される。接触器ＭＣ１と放電回路１４との間に第１仕切部材３４が設けられる。第１仕切部材３４には通風孔３４ａが形成される。交流コンデンサＡＣＣ１および接触器ＭＣ１とパワーユニット１３との間に第１仕切部材３５が設けられる。第１仕切部材３５に通風孔３５ａが形成される。
　第１仕切部材３２，３３，３４，３５は、板状の伝熱性部材、換言すれば、熱伝導率が高い部材、例えば、アルミニウムで形成されている。このため、第１仕切部材３２，３３，３４，３５を隔てて互いに隣接している電子部品の間で熱を伝達することが可能となる。
　第１仕切部材３２，３３，３４，３５にそれぞれ通風孔３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａが形成されることで、第１空間３０ａにおいて空気が対流することが可能となる。
　第２空間３０ｂには、フィルタリアクトルＦＬ１が収容される。フィルタリアクトルＦＬ１は、例えば、鉄心が挿入されたコイルを有する。第２空間３０ｂには、通風孔３０ｄを通って筐体３０の外部の空気が流入する。第２空間３０ｂに流入した空気は、フィルタリアクトルＦＬ１が有するコイルに沿って流れ、通風孔３０ｄを通って筐体３０の外部に流出する。このため、フィルタリアクトルＦＬ１から、外部から流入した空気に熱が伝達され、フィルタリアクトルＦＬ１が冷却される。
　冷却装置４０は、開口３０ｃを塞いで着脱可能な状態で筐体３０に取り付けられる。冷却装置４０を取り外すことで、開口３０ｃからパワーユニット１３の保守作業を行うことが可能となる。冷却装置４０は、パワーユニット１３に熱的に接続され、筐体３０に取り付けられるベース４１と、ベース４１に取り付けられる複数のフィン４２と、ベース４１および複数のフィン４２を覆って筐体３０に取り付けられるカバー４３と、を備える。ベース４１は、熱伝導率の高い部材、例えば、金属で形成されることが好ましい。例えば、ベース４１は、アルミニウムで形成される。カバー４３には通風孔４３ａが形成され、外部の空気がカバー４３の内部に流入し、フィン４２の間を通って流れる。複数のフィン４２は、ベース４１を介してパワーユニット１３から伝達された熱を、周囲の空気に伝達する。これにより、パワーユニット１３が冷却される。
　上記構成を有する電力変換装置１の通電時の動作および各電子部品間の熱の伝達について以下に説明する。電力変換装置１の通電中は、任意のタイミングにおいて、発熱量が大きい電子部品から、該電子部品に隣接している発熱量が小さい電子部品に熱が伝達されることが好ましい。これにより、筐体３０において局所的に温度が上昇することが抑制される。
　鉄道車両の運行時には、電力変換装置１は常時電力変換を行って、負荷装置５１に電力を供給する。詳細には、鉄道車両が運行を開始すると図１に示す接触器ＭＣ１が接触器制御部によって制御され、投入される。接触器ＭＣ１の投入直後は、第１スイッチＳＷ１１はオフの状態に維持されている。このため、電源から供給される電流は、接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１、および充電抵抗Ｒ１１を通って電力変換回路１１およびフィルタコンデンサＦＣ１に流れる。鉄道車両の運行開始直後において、電力変換回路１１および制御回路１２は、停止している。鉄道車両の運行時には、第２スイッチＳＷ１２はオフの状態で維持されるため、放電回路１４が有する放電抵抗Ｒ１２には電流が流れない。このため、鉄道車両の運行時には、放電回路１４は発熱しない。
　上述のように電流が流れると、接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１、充電抵抗Ｒ１１およびフィルタコンデンサＦＣ１は、通電によって発熱する。このため、図５に黒色の矢印で示すように、発熱量が大きい電子部品から発熱量が小さい電子部品に熱が伝達される。例えば、熱放射、空気の対流によって、電子部品間で熱が伝達される。詳細には、接触器ＭＣ１から隣接する交流コンデンサＡＣＣ１および放電回路１４に熱が伝達され、充電抵抗Ｒ１１から隣接する放電回路１４および制御回路１２に熱が伝達される。また、パワーユニット１３が備えるフィルタコンデンサＦＣ１が発熱し、隣接している接触器ＭＣ１に熱が伝達される。パワーユニット１３は、熱的に冷却装置４０に接続されているため、パワーユニット１３のフィルタコンデンサＦＣ１で生じた熱の一部は、冷却装置４０から外部の空気に放熱される。
　フィルタリアクトルＦＬ１は、筐体３０の外部の空気が流入する第２空間３０ｂに設けられているため、第２空間３０ｂに流入する筐体３０の外部の空気によって冷却される。
　その後、フィルタコンデンサＦＣ１が充電され、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧が十分に高くなると、第１スイッチＳＷ１１がスイッチ制御部によって制御され、オンになる。フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧が十分に高くなるとは、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧と電源電圧、具体的には、架線電圧との差が十分に小さくなることを意味する。
　第１スイッチＳＷ１１がオンになると、電源から供給される電流は、接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１、および第１スイッチＳＷ１１を通って電力変換回路１１およびフィルタコンデンサＦＣ１に流れる。第１スイッチＳＷ１１がオンの状態では、充電抵抗Ｒ１１に電流が流れないため、充電抵抗Ｒ１１は発熱しない。第１スイッチＳＷ１１がオンになると、制御回路１２は、電力変換回路１１のスイッチング素子のオンオフの切替を開始する。この結果、電力変換回路１１のスイッチング素子がスイッチング動作を開始し、電力変換回路１１から交流電力が変圧器１５に供給される。変圧器１５は、電力変換回路１１から供給される交流電力を変圧して、変圧した交流電力を、交流コンデンサＡＣＣ１を介して負荷装置５１に供給する。
　このとき、接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１、第１スイッチＳＷ１１、フィルタコンデンサＦＣ１、電力変換回路１１、制御回路１２、変圧器１５、および交流コンデンサＡＣＣ１は、通電によって発熱する。接触器ＭＣ１、交流コンデンサＡＣＣ１および第１スイッチＳＷ１１の単位時間あたりの発熱量は、パワーユニット１３および制御回路１２の単位時間あたりの発熱量と比べて小さい。また、接触器ＭＣ１の単位時間あたりの発熱量は、交流コンデンサＡＣＣ１の単位時間の発熱量より大きい。このため、図６に黒色の矢印で示すように、発熱量が大きい電子部品から発熱量が小さい電子部品に熱が伝達される。
　具体的には、鉄道車両の運行時に、第２電子部品群に含まれる高温電子部品から第２電子部品群に含まれる低温電子部品に熱が伝達される。例えば、パワーユニット１３から接触器ＭＣ１に熱が伝達され、制御回路１２から放電回路１４に熱が伝達される。
　さらに、第２電子部品群に含まれる高温電子部品間においても熱の伝達が行われる。上述のように第１スイッチＳＷ１１がオンの状態では、充電抵抗Ｒ１１は発熱しないため、制御回路１２から充電抵抗Ｒ１１に熱が伝達される。
　さらに、第１電子部品群に含まれる電子部品と第２電子部品群に含まれる電子部品との間においても熱の伝達が行われる。詳細には、接触器ＭＣ１から、より発熱量が小さい交流コンデンサＡＣＣ１に熱が伝達される。上述のように鉄道車両の運行時には放電回路１４は発熱しないため、接触器ＭＣ１および第１スイッチＳＷ１１のそれぞれから放電回路１４に熱が伝達される。
　鉄道車両が運行を終了する際には、制御回路１２は電力変換回路１１が有するスイッチング素子をオフにする。この結果、電力変換回路１１から負荷装置５１への電力の供給が停止する。その後、接触器制御部が接触器ＭＣ１をオフにすることで、電力変換回路１１は電源から電気的に切り離される。接触器ＭＣ１が開放された直後は、鉄道車両の運行時に発熱していた電子部品の温度が十分に高いため、図６と同様に、熱の伝達が行われる。
　その後、スイッチ制御部が第２スイッチＳＷ１２をオンにすることで、放電抵抗Ｒ１２がフィルタコンデンサＦＣ１に電気的に接続され、フィルタコンデンサＦＣ１が放電される。
　このとき、放電回路１４が備える第２スイッチＳＷ１２および放電抵抗Ｒ１２は、通電により発熱する。このため、図７に黒色の矢印で示すように、発熱量が大きい電子部品から発熱量が小さい電子部品に熱が伝達される。具体的には、放電回路１４から第１スイッチＳＷ１１および接触器ＭＣ１に熱が伝達される。
　このとき、パワーユニット１３および制御回路１２の温度が他の電子部品と比べて高ければ、パワーユニット１３から接触器ＭＣ１に熱が伝達され、制御回路１２から放電回路１４および充電抵抗Ｒ１１に熱が伝達される。
　上述のように、電力変換装置１の通電中は、任意のタイミングにおいて、発熱量が大きい電子部品から、該電子部品に隣接している発熱量が小さい電子部品に熱が伝達される。詳細には、第２電子部品群に含まれる高温電子部品で生じた熱は、常時、第２電子部品群に含まれる高温電子部品に隣接した位置に設けられ、第２電子部品群に含まれる低温電子部品に伝達される。
　以上説明した通り、実施の形態１に係る電力変換装置１において、保守周期が短い複数の電子部品で構成される第２電子部品群に含まれる電子部品、具体的には、パワーユニット１３、接触器ＭＣ１、放電回路１４、および制御回路１２が筐体３０の開口３０ｃに隣接した位置に設けられている。このため、電力変換装置１の保守性は高い。
　第２電子部品群に含まれる低温電子部品より単位時間の発熱量が大きい複数の電子部品で構成される第２電子部品群に含まれる高温電子部品から、該高温電子部品に隣接した位置に設けられ、第２電子部品群に含まれる低温電子部品に熱が伝達されるため、筐体３０の内部において局所的に温度が上昇することが抑制される。この結果、筐体３０の内部において、特定の箇所の温度が高くなり、当該箇所に設けられている構成要素の温度が高くなることが抑制される。
　電力変換装置１に含まれる一部の電子部品は、開口３０ｃの貫通方向、換言すれば、Ｙ軸方向に互いに隣接した位置に設けられている。例えば、第１スイッチＳＷ１１と放電回路１４はＹ軸方向に互いに隣接した位置に設けられている。このため、構成要素が一列に配置されている電力変換装置と比べて、筐体３０のＸ軸方向の長さを短くし、車体の床下のスペースを効率的に利用することが可能となる。
　（実施の形態２）
　筐体３０における電力変換装置１の構成要素の配置は、上述の例に限られない。変圧器１５が筐体３０に収容される電力変換装置２について、実施の形態１と異なる点を中心に実施の形態２で説明する。
　図８に示す電力変換装置２が備える筐体３０の内部は、第２仕切部材３６および断熱性部材３７によって、第１空間３０ａと第２空間３０ｂ，３０ｅに仕切られる。詳細には、第２仕切部材３６のＸ軸負方向に向く面、第２仕切部材３６のＹ軸負方向に向く面、断熱性部材３７のＸ軸正方向に向く面および筐体３０に囲まれた空間が第１空間３０ａである。第２仕切部材３６のＹ軸正方向に向く面、第２仕切部材３６のＸ軸正方向に向く面および筐体３０に囲まれた空間が第２空間３０ｂである。断熱性部材３７のＸ軸負方向に向く面および筐体３０に囲まれた空間が第２空間３０ｅである。
　変圧器１５は、保守周期が電力変換装置２に含まれる他の電子部品と比べて十分に長いため、第１電子部品群に含まれる。変圧器１５は、制御回路１２およびパワーユニット１３よりも発熱量が大きいため、筐体３０の外部の空気が流入する位置に設けられる。詳細には、変圧器１５は、図８に示す筐体３０の内部、具体的には、断熱性部材３７のＸ軸負方向に向く面および筐体３０に囲まれた第２空間３０ｅに収容される。筐体３０の第２空間３０ｅに接する面、具体的には、図８において、筐体３０のＹ軸方向に直交し、第２空間３０ｅに接する面および筐体３０の断熱性部材３７に対向する面には、外部の空気を流入させ、流入した空気を流出させるための通風孔３０ｆが形成される。さらに、図８に示さないＺ軸方向に直交する筐体３０の面の内、第２空間３０ｅに接する部分にも通風孔３０ｆが形成される。この結果、第２空間３０ｅには、筐体３０の外部の空気が流入する。
　例えば、鉄道車両がＸ軸負方向に進むときは、筐体３０の断熱性部材３７に対向する面に形成された通風孔３０ｆから第２空間３０ｅに空気が流入する。通風孔３０ｆから第２空間３０ｅに流入した空気は、Ｘ軸正方向に流れ、第２空間３０ｅに収容される電子部品から熱を伝達され、断熱性部材３７によって、Ｙ軸正方向またはＹ軸負方向に導かれて、筐体３０のＹ軸方向に直交し、第２空間３０ｅに接する面に形成された通風孔３０ｆに導かれ、通風孔３０ｆから筐体３０の外部に流出する。鉄道車両の停止時には、筐体３０の鉛直方向下面に形成される通風孔３０ｆから第２空間３０ｅに空気が流入し、鉛直方向上方に流れて、筐体３０の鉛直方向上面に形成される通風孔３０ｆから筐体３０の外部に流出する。
　図８に示す筐体３０に電力変換装置２が備える電子部品を収容した例を図９に示す。電力変換回路１１のスイッチング動作によって高調波成分が生じることで、電力変換回路１１と変圧器１５とを接続する配線から磁束が生じる。実施の形態２に係る電力変換装置２においては、変圧器１５が筐体３０に収容されているため、電力変換回路１１と変圧器１５とを接続する配線は、筐体３０の内部に収容される。このため、電力変換回路１１と変圧器１５とを接続する配線から生じる磁束が、他の車載機器に影響を及ぼすことが抑制される。
　断熱性部材３７は、Ｘ軸方向に互いに隣接する変圧器１５とパワーユニット１３との間に設けられ、筐体３０の内部の空間を変圧器１５が設けられる第２空間３０ｅとパワーユニット１３が設けられる第１空間３０ａとに仕切る。
　断熱性部材３７は、断熱性部材３７を挟んで互いに隣接した位置に設けられる電子部品の間で熱が伝達されることを抑制する。断熱性部材３７は、例えば、鉄、樹脂等の熱伝導率が低い部材で形成される。断熱性部材３７を設けることで、発熱量が大きい変圧器１５から、他の発熱量が大きい電子部品、例えば、パワーユニット１３に熱が伝達されることが抑制される。このため、発熱量の大きい変圧器１５を筐体３０に収容しても、筐体３０に収容される他の電子部品の内部の温度が上昇することが抑制される。
　以上説明した通り、実施の形態２に係る電力変換装置２において、変圧器１５が筐体３０に収容されているため、電力変換回路１１と変圧器１５とを接続する配線から生じる磁束が、他の車載機器に影響を及ぼすことが抑制される。
　断熱性部材３７が、互いに隣接した位置に設けられる電子部品の間に設けられているため、発熱量が大きい電子部品から他の発熱量が大きい電子部品に熱が伝達され、他の電子部品の温度が上昇することが抑制される。
　（実施の形態３）
　電力変換装置の構成は、上述の例に限られない。二重化された電力変換装置３について、実施の形態１と異なる点を中心に、実施の形態３で説明する。
　図１０に示す電力変換装置３は、電力変換装置１の構成に加え、電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路２１と、電力変換回路２１が有するスイッチング素子を制御する制御回路２２と、電力変換回路２１の一次端子間、すなわち、電源に近い端子間に接続されるフィルタコンデンサＦＣ２と、を備える。電力変換回路２１およびフィルタコンデンサＦＣ２をあわせてパワーユニット２３と称する。
　電力変換装置３はさらに、入力端子１ａに一端が接続される接触器ＭＣ２と、一端が接触器ＭＣ２に接続されるフィルタリアクトルＦＬ２と、一端がフィルタリアクトルＦＬ２の他端に接続され、他端が電力変換回路２１に接続される第１スイッチＳＷ２１と、第１スイッチＳＷ２１に並列に接続される充電抵抗Ｒ２１と、フィルタコンデンサＦＣ２に並列に接続される放電回路２４と、を備える。放電回路２４は、直列に接続された第２スイッチＳＷ２２および放電抵抗Ｒ２２を備える。
　電力変換装置３はさらに、電力変換回路１１，２１のいずれかを変圧器１５に電気的に接続する切替回路１６を備える。切替回路１６は、電力変換回路１１と変圧器１５との間の電路を開閉する切替器１７と、電力変換回路２１と変圧器１５との間の電路を開閉する切替器２７と、を有する。
　接触器ＭＣ２は、電力変換回路２１と電源との間に設けられて電路を開閉する。接触器ＭＣ２は、接触器制御部によって投入または開放される直流電磁接触器で形成される。接触器ＭＣ２は、投入されると、入力端子１ａとフィルタリアクトルＦＬ２とを電気的に接続する。この結果、電力変換回路２１が電源に電気的に接続される。接触器ＭＣ２は、開放されると、入力端子１ａとフィルタリアクトルＦＬ２とを電気的に切り離す。この結果、電力変換回路２１は電源から電気的に切り離される。
　フィルタリアクトルＦＬ２は、フィルタコンデンサＦＣ２とともにＬＣフィルタを形成し、電力変換回路２１のスイッチング動作時に生じる高調波成分を低減する。
　第１スイッチＳＷ２１は、スイッチ制御部によってオンオフが制御される。接触器ＭＣ２が投入され、第１スイッチＳＷ２１がオンの状態では、入力端子１ａから、接触器ＭＣ２、フィルタリアクトルＦＬ２および第１スイッチＳＷ２１を通って、電力変換回路２１に電流が流れる。接触器ＭＣ２が投入され、第１スイッチＳＷ２１がオフの状態では、入力端子１ａから、接触器ＭＣ２、フィルタリアクトルＦＬ２および充電抵抗Ｒ２１を通って、電力変換回路２１に電流が流れる。第１スイッチＳＷ２１は、例えば、サイリスタで形成される。
　充電抵抗Ｒ２１は、電力変換装置３の動作開始時に、電力変換回路２１に突入電流が流れることを抑制するために設けられている。充電抵抗Ｒ２１の抵抗値は、電力変換回路２１に突入電流が流れることを抑制することが可能な値に設定される。
　フィルタコンデンサＦＣ２は、電力変換回路２１の一次端子間に設けられ、電源から供給される直流電力で充電される。
　電力変換回路２１は、一次端子を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を変圧器１５に出力する。電力変換回路２１は、例えば、固定電圧かつ固定周波数の三相交流電力を出力する。電力変換回路２１は、複数のスイッチング素子、例えば、ＩＧＢＴを有し、ＩＧＢＴのスイッチング動作によって、直流電力を三相交流電力に変換する。
　制御回路２２は、電力変換装置３の運転または停止を指令する動作指令を取得すると、動作指令に応じて、電力変換回路２１が有するスイッチング素子を制御する制御指令を生成し、制御指令を電力変換回路２１が有する各スイッチング素子、具体的には、ＩＧＢＴのゲート端子に送る。
　放電回路２４が有する第２スイッチＳＷ２２はスイッチ制御部によって制御される。接触器ＭＣ２が開放された状態で第２スイッチＳＷ２２がオンになると、放電抵抗Ｒ２２がフィルタコンデンサＦＣ２に電気的に接続され、フィルタコンデンサＦＣ２が放電される。第２スイッチＳＷ２２がオフの状態では、放電抵抗Ｒ２２とフィルタコンデンサＦＣ２は電気的に切り離されている。
　図１０に示す電力変換装置３の構成要素の内、フィルタリアクトルＦＬ１，ＦＬ２、第１スイッチＳＷ１１，ＳＷ２１、切替器１７，２７を有する切替回路１６、交流コンデンサＡＣＣ１、および変圧器１５は、第１電子部品群に含まれ、接触器ＭＣ１，ＭＣ２、充電抵抗Ｒ１１，Ｒ２１、パワーユニット１３，２３、制御回路１２，２２、および放電回路１４，２４は、第２電子部品群に含まれるものとする。
　上述の電力変換装置３の構成要素は、筐体３０に収容される。図１１に示すように、電力変換装置３は、図４に示す電力変換装置１の構成に加えて、第１仕切部材３８をさらに備える。
　第１仕切部材３８は、パワーユニット１３，２３と切替回路１６との間に設けられる。第１仕切部材３８は、伝熱性部材、換言すれば、熱伝導率が高い部材、例えば、アルミニウムで形成され、通風孔３８ａが形成される。
　電力変換装置３の構成要素の配置は、実施の形態１と同様である。二重化されている電子部品は、筐体３０の内部において互いに同じ位置に配置される。
　上記構成を有する電力変換装置３の通電時の動作について以下に説明する。電力変換装置３において、電力変換回路１１，２１の一方が稼働系に設定され、他方が待機系に設定されている。換言すれば、電力変換装置３の動作時に、電力変換回路１１，２１の一方は、電力変換を行い、電力変換回路１１，２１の他方は停止している。電力変換回路１１が稼働系に設定されている場合の電力変換装置３の動作は、実施の形態１と同様である。ただし、接触器ＭＣ１が投入された後に、図示しない切替回路制御部によって、切替回路１６が有する切替器１７が投入される。この結果、電力変換回路１１が変圧器１５に電気的に接続される。
　鉄道車両が運行を開始すると、実施の形態１と同様に、接触器ＭＣ１が投入され、接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１、充電抵抗Ｒ１１およびフィルタコンデンサＦＣ１が、通電によって発熱する。このため、図１２に黒色の矢印で示すように、発熱量が大きい電子部品から発熱量が小さい電子部品に熱が伝達される。
　詳細には、接触器ＭＣ１から隣接する交流コンデンサＡＣＣ１および放電回路１４に熱が伝達され、充電抵抗Ｒ１１から隣接する放電回路１４および制御回路１２に熱が伝達される。また、パワーユニット１３が備えるフィルタコンデンサＦＣ１が発熱し、隣接している接触器ＭＣ１および切替回路１６に熱が伝達される。パワーユニット１３は、熱的に冷却装置４０に接続されているため、パワーユニット１３のフィルタコンデンサＦＣ１で生じた熱の一部は、冷却装置４０から外部の空気に放熱される。
　その後、実施の形態１と同様に、第１スイッチＳＷ１１がオンになって、制御回路１２が電力変換回路１１のスイッチング素子のオンオフの切替を開始すると、電力変換回路１１のスイッチング素子がスイッチング動作を開始し、電力変換回路１１から交流電力が切替器１７および変圧器１５を介して負荷装置５１に供給される。
　このとき、接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１、第１スイッチＳＷ１１、フィルタコンデンサＦＣ１、電力変換回路１１、制御回路１２、変圧器１５、切替回路１６および交流コンデンサＡＣＣ１は、通電によって発熱する。このため、図１３に黒色の矢印で示すように、発熱量が大きい電子部品から発熱量が小さい電子部品に熱が伝達される。
　具体的には、鉄道車両の運行時に、第２電子部品群に含まれる高温電子部品から第２電子部品群に含まれる低温電子部品に熱が伝達される。例えば、パワーユニット１３から接触器ＭＣ１および切替回路１６に熱が伝達され、制御回路１２から放電回路１４に熱が伝達される。
　さらに、第２電子部品群に含まれる高温電子部品間においても熱の伝達が行われる。上述のように第１スイッチＳＷ１１がオンの状態では、充電抵抗Ｒ１１は発熱しないため、制御回路１２から充電抵抗Ｒ１１に熱が伝達される。
　さらに、第１電子部品群に含まれる電子部品と第２電子部品群に含まれる電子部品との間においても熱の伝達が行われる。詳細には、第２電子部品群に含まれる接触器ＭＣ１から、接触器ＭＣ１より発熱量が小さく、第１電子部品群に含まれる交流コンデンサＡＣＣ１に熱が伝達される。上述のように鉄道車両の運行時には放電回路１４は発熱しないため、接触器ＭＣ１および第１スイッチＳＷ１１のそれぞれから放電回路１４に熱が伝達される。
　鉄道車両が運行を終了する際に、実施の形態１と同様に、制御回路１２は電力変換回路１１が有するスイッチング素子をオフにする。その後、スイッチ制御部が第２スイッチＳＷ１２をオンにすることで、放電抵抗Ｒ１２がフィルタコンデンサＦＣ１に電気的に接続され、フィルタコンデンサＦＣ１が放電される。
　このとき、放電回路１４が備える第２スイッチＳＷ１２および放電抵抗Ｒ１２は、通電により発熱する。このため、図１４に黒色の矢印で示すように、発熱量が大きい電子部品から発熱量が小さい電子部品に熱が伝達される。具体的には、放電回路１４から第１スイッチＳＷ１１および接触器ＭＣ１に熱が伝達される。
　このとき、パワーユニット１３および制御回路１２の温度が他の電子部品と比べて高ければ、パワーユニット１３から切替回路１６および接触器ＭＣ１に熱が伝達され、制御回路１２から放電回路１４および充電抵抗Ｒ１１に熱が伝達される。
　電力変換回路２１が稼動系に設定されている場合の動作も、電力変換回路１１が稼動系に設定されている場合と同様である。ただし、接触器ＭＣ２が投入された後に、切替回路制御部によって、切替回路１６が有する切替器２７が投入される。この結果、電力変換回路２１が変圧器１５に電気的に接続される。
　上述のように、電力変換装置３の通電中は、任意のタイミングにおいて、発熱量が大きい電子部品から、該電子部品に隣接している発熱量が小さい電子部品に熱が伝達される。詳細には、第２電子部品群に含まれる高温電子部品で生じた熱は、常時、第２電子部品群に含まれる高温電子部品に隣接した位置に設けられ、第２電子部品群に含まれる低温電子部品に伝達される。
　以上説明した通り、実施の形態３に係る電力変換装置３において、保守周期が短い複数の電子部品で構成される第２電子部品群に含まれる電子部品、具体的には、パワーユニット１３，２３、接触器ＭＣ１，ＭＣ２、放電回路１４，２４、および制御回路１２，２２が筐体３０の開口３０ｃに隣接した位置に設けられている。このため、電力変換装置３の保守性は高い。
　第２電子部品群に含まれる低温電子部品より単位時間の発熱量が大きい複数の電子部品で構成される第２電子部品群に含まれる高温電子部品から、該高温電子部品に隣接した位置に設けられ、第２電子部品群に含まれる低温電子部品に熱が伝達されるため、筐体３０の内部において局所的に温度が上昇することが抑制される。この結果、筐体３０の内部において、特定の箇所の温度が高くなり、当該箇所に設けられている構成要素の温度が高くなることが抑制される。
　本開示は、上述の実施の形態の例に限られない。上述の実施の形態は組み合わせることができる。一例として、電力変換装置３が備える変圧器１５は、電力変換装置２と同様に、筐体３０の内部に収容されてもよい。
　電力変換装置１－３は、筐体３０の内部での空気の対流を促進するために送風機をさらに備えてもよい。一例として、送風機を備える電力変換装置１を図１５に示す。電力変換装置１は、通風孔３２ａ，３５ａに設けられた送風機４４を備える。送風機４４は、例えば、電力変換回路１１から交流電力の供給を受けて動作する。送風機４４が設けられることで、制御回路１２から放電回路１４に効率よく熱が伝達され、パワーユニット１３から接触器ＭＣ１に効率よく熱が伝達される。送風機４４が設けられる場所は、図１５の例に限られず、第１空間３０ａの任意の場所である。送風機４４の個数は、図１５の例に限られず、任意である。
　電力変換装置１－３の回路構成は、上述の例に限られない。一例として、電力変換装置１－３は、ＤＣ（Direct Current：直流）－ＤＣコンバータでもよい。他の一例として、変圧器１５の結線方法は、デルタスター結線に限られない。
　電力変換装置１－３は、直流き電方式の鉄道車両に限られず、交流き電方式の鉄道車両に搭載されてもよい。交流き電方式の鉄道車両に搭載される場合、集電装置が取得した交流電力を降圧する変圧器および降圧された交流電力を直流電力に変換するコンバータが、集電装置と電力変換装置１－３との間に設けられればよい。電力変換装置１－３は、鉄道車両に限られず、自動車、航空機、船舶等の任意の移動体に搭載されることができる。
　第１仕切部材３２，３３，３４，３５，３８の配置位置は、上述の例に限られず、電力変換装置１－３が備える電子部品の間に設けられればよい。第１仕切部材３２，３３，３４，３５，３８に形成される通風孔３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３８ａの個数および位置は、上述の例に限られず任意である。
　筐体３０は、鉄道車両の車体の屋根上に取り付けられてもよい。筐体３０において、開口３０ｃが形成される位置は、上述の例に限られず任意である。
　本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
　１，２，３　電力変換装置、１ａ，１ｂ　入力端子、１１，２１　電力変換回路、１２，２２　制御回路、１３，２３　パワーユニット、１４，２４　放電回路、１５　変圧器、１６　切替回路、１７，２７　切替器、３０　筐体、３０ａ　第１空間、３０ｂ，３０ｅ　第２空間、３０ｃ　開口、３０ｄ，３０ｆ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３８ａ，４３ａ　通風孔、３１　カバー、３２，３３，３４，３５，３８　第１仕切部材、３６　第２仕切部材、３７　断熱性部材、４０　冷却装置、４１　ベース、４２　フィン、４３　カバー、４４　送風機、５１　負荷装置、１００　車体、１０１　取付部材、ＡＣＣ１　交流コンデンサ、ＦＣ１，ＦＣ２　フィルタコンデンサ、ＦＬ１，ＦＬ２　フィルタリアクトル、ＭＣ１，ＭＣ２　接触器、Ｒ１１，Ｒ２１　充電抵抗、Ｒ１２，Ｒ２２　放電抵抗、ＳＷ１１，ＳＷ２１　第１スイッチ、ＳＷ１２，ＳＷ２２　第２スイッチ。

Claims (18)

  1. 　複数の電子部品で構成される第１電子部品群と、
    　保守周期が前記第１電子部品群に含まれる前記電子部品のそれぞれの保守周期よりも短い複数の電子部品で構成される第２電子部品群と、
    　前記第１電子部品群および前記第２電子部品群を収容し、開口が形成される筐体と、を備え、
    　前記第２電子部品群に含まれる前記電子部品の少なくともいずれかは、前記開口に隣接した位置に設けられる、
    　電力変換装置。
  2. 　前記第２電子部品群を構成する前記複数の電子部品は、通電時において発熱する複数の低温電子部品と通電時における単位時間あたりの発熱量が前記低温電子部品のそれぞれの通電時における単位時間あたりの発熱量よりも大きい複数の高温電子部品とで構成され、
    　前記低温電子部品の少なくともいずれかおよび前記高温電子部品の少なくともいずれかは、前記開口に隣接した位置であって、かつ、互いに隣接した位置に設けられる、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記第１電子部品群に含まれる前記電子部品の少なくともいずれかは、前記開口の貫通方向において前記第２電子部品群に含まれる前記電子部品に隣接した位置に設けられる、
    　請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記第１電子部品群に含まれる前記電子部品および前記第２電子部品群に含まれる前記電子部品の内、互いに隣接する前記電子部品の間に位置し、前記筐体の内部の空間を仕切る板状の伝熱性部材で形成される第１仕切部材をさらに備える、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記第１仕切部材には、通風孔が形成される、
    　請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記第１仕切部材の前記通風孔に設けられる送風機をさらに備える、
    　請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記第１電子部品群に含まれる前記電子部品および前記第２電子部品群に含まれる前記電子部品の内、互いに隣接する電子部品の間に位置し、前記筐体の内部の空間を仕切る断熱性部材をさらに備える、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　電源から供給される電力を負荷に供給するための電力に変換し、変換した電力を出力する電力変換回路と、
    　前記電力変換回路の前記電源に近い端子間に接続されるフィルタコンデンサと、
    　前記電力変換回路が有するスイッチング素子を制御する制御回路と、
    　前記電力変換回路と前記電源との間に設けられて電路を開閉する接触器と、を備え、
    　前記電力変換回路、前記フィルタコンデンサ、前記制御回路、および前記接触器は、前記第２電子部品群に含まれる、
    　請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 　前記電力変換回路および前記フィルタコンデンサと前記接触器とは、前記開口に隣接し、かつ、互いに隣接した位置に設けられる、
    　請求項８に記載の電力変換装置。
  10. 　前記フィルタコンデンサに並列に接続され、直列に接続される第２スイッチおよび放電抵抗を有する放電回路をさらに備え、
    　前記放電回路は、前記第２電子部品群に含まれる、
    　請求項８または９に記載の電力変換装置。
  11. 　前記制御回路と前記放電回路とは、前記開口に隣接し、かつ、互いに隣接した位置に設けられる、
    　請求項１０に記載の電力変換装置。
  12. 　前記接触器と前記電力変換回路とに電気的に接続される第１スイッチと、
    　前記第１スイッチに並列に接続される充電抵抗と、をさらに備え、
    　前記第１スイッチは、前記第１電子部品群に含まれ、
    　前記充電抵抗は、前記第２電子部品群に含まれ、
    　前記制御回路および前記充電抵抗と前記放電回路とは、前記開口に隣接し、かつ、互いに隣接した位置に設けられ、
    　前記第１スイッチと前記放電回路とは、前記開口の貫通方向に互いに隣接した位置に設けられる、
    　請求項１０または１１に記載の電力変換装置。
  13. 　前記電力変換回路は、前記フィルタコンデンサを介して前記電源から供給される直流電力を前記負荷に供給するための交流電力に変換し、変換した交流電力を出力し、
    　前記電力変換回路が出力する交流電力を変圧する変圧器と、
    　前記変圧器の出力側に電気的に接続される交流コンデンサと、をさらに備え、
    　前記交流コンデンサおよび前記変圧器は、前記第１電子部品群に含まれる、
    　請求項１０から１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  14. 　前記変圧器と前記電力変換回路は、互いに隣接した位置に設けられ、
    　前記変圧器と前記電力変換回路との間に設けられ、前記筐体の内部の空間を仕切る断熱性部材をさらに備える、
    　請求項１３に記載の電力変換装置。
  15. 　複数の前記電力変換回路を備え、
    　前記複数の電力変換回路のいずれかと前記負荷とを電気的に接続する切替回路をさらに備え、
    　前記切替回路は、前記第１電子部品群に含まれる、
    　請求項８から１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  16. 　前記筐体の内部を、前記開口が形成される面に接する第１空間と、前記筐体の外部の空気が流入する第２空間とに分ける第２仕切部材と、をさらに備える、
    　請求項８から１５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  17. 　前記第１スイッチと前記電力変換回路に電気的に接続され、前記第２空間に収容されるリアクトルをさらに備える、
    　請求項１６に記載の電力変換装置。
  18. 　前記第２空間に収容され、前記電力変換回路が出力する交流電力を変圧する変圧器をさらに備える、
    　請求項１６または１７に記載の電力変換装置。
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