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【発明の名称】 電力変換装置
【発明者】 【氏名】宮入 正樹
【住所又は居所】東京都府中市晴見町２丁目２４番地の１ 東芝トランスポートエンジニアリング株式会社内

【氏名】橋本 隆
【住所又は居所】東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝府中事業所内
【要約】 【課題】組立てを分業化することができ、作業性やメンテナンス性のよい車両用の電力変換装置を提供する。

【解決手段】半導体素子１のスイッチングによって直流から交流へあるいは交流から直流へ変換する回路を有する発熱部１０とこの発熱部１０に結合され前記発熱部１０を冷却する放熱部１１とを備えたスタック１２と、車両５の床下に取り付けられ前記スタック１２を着脱可能に支持して前記発熱部１０を密閉部に収容し前記放熱部１１を車側の開放部に保持する箱体６とを備えた構成とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体素子のスイッチングによって直流から交流へあるいは交流から直流へ変換する回路を有する発熱部とこの発熱部に結合され前記発熱部を冷却する放熱部とを備えたスタックと、車両の床下に取り付けられ前記スタックを着脱可能に支持して前記発熱部を密閉部に収容し前記放熱部を車側の開放部に保持する箱体とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】 スタックは電力変換回路の１相ごとに構成され、前記スタックの箱体への取付け部には水密性を保持する境界板を備えていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】 放熱部は発熱部に結合されたヒートパイプとこのヒートパイプに結合された放熱フィンとを備え、境界板は発熱部に最も近い放熱フィンによって形成されていることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】 境界板には電力変換回路用のゲートアンプおよびゲートアンプ点検用カバーが設けられていることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項５】 放熱部は発熱部に結合されたヒートパイプとこのヒートパイプに結合された放熱フィンとを備え、最も車側寄りの放熱フィンを固定部に係止するようにしたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項６】 スタックと箱体の密閉部に主回路を接離するワンタッチコネクタを備えていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】 前記ワンタッチコネクタは何れか一方が直線的に移動することによって挿抜可能であり、前記ワンタッチコネクタの着脱方向と前記スタックの挿抜方向が同一であることを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
【請求項８】 前記ワンタッチコネクタの近傍に前記スタックの前記箱体への取り付けの際に前記ワンタッチコネクタよりも先に嵌合し始める位置決めガイドが設けられていることを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項９】 前記ワンタッチコネクタは、板状の嵌合導体と、この嵌合導体を両側からはさみこむＵ字状コネクタとから成ることを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項１０】 前記ワンタッチコネクタは複数設けられ、前記スタックまたは前記箱体の何れか一方側で挿抜方向に変位しており、挿着完了時のそれぞれの喰い込み寸法が異なることを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項１１】 前記スタックの下面に開閉可能な蓋を設け、その上方に、前記スタックの内部に実装されたゲートアンプへの前記箱体側からの配線接続部又は前記半導体素子の両端の電位を確認するチェック端子が設けられていることを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項１２】 前記スタック内に設けられる制御回路への電気的接続を行なう制御回路コネクタを備え、この制御回路コネクタは何れか一方が直線的に移動することによって挿抜可能であり、前記ワンタッチコネクタの挿抜方向と同一の挿抜方向を有することを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項１３】 前記スタックには電力変換回路１相分以上の半導体素子および、３個以上のワンタッチコネクタが設けられていることを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項１４】 前記スタックの最も車体中央側に前記ワンタッチコネクタの一方が設けられ、前記箱体側においては積層導体に前記ワンタッチコネクタの他方が接続されていることを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道等の車両の床下に設置され車両駆動用電力を供給する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道車両床下に設置される車両駆動用の電力変換装置は、図１７に示すように、三相ブリッヂ接続された半導体素子１と、各相のＡＫ間に接続された相コンデンサ２と、直流端子ＰＮ間に接続されたフィルタコンデンサ３を備えた回路によって、鉄道架線から直流端子ＰＮに入力される直流電力を半導体素子１のスイッチングにより交流電力に変換し、この交流電力を交流端子ＵＶＷから出力して車両駆動用の電動機に供給する。上記回路は、半導体素子１から発生する熱を効率よく除去するために半導体素子冷却ユニット４内に設けられる。
【０００３】半導体素子冷却ユニット４は、図１８に示すように、車体５の下に取り付けられた箱体６に取り付けられ、半導体素子１、相コンデンサ２、フィルタコンデンサ３、ゲートアンプ７等は箱体６の中の密閉部に配置され、半導体素子冷却ユニット４と箱体６側との電気的な接続もこの密閉部で双方の端子あるいは導体３０をボルト等で接続することで行われる。
【０００４】半導体素子１を取り付けた受熱ブロックに取り付けられたヒートパイプ８およびこのヒートパイプ８に取り付けられた放熱フィン９は箱体６の外の開放部に配置されている。半導体素子１が発熱部１０を構成し、ヒートパイプ８と放熱フィン９が放熱部１１を構成し、発熱部１０と放熱部１１によってスタック１２が構成されている。１３は装置仕切り板であり、１４は艤装限界である。
【０００５】放熱部１１は、車両床下にその排熱がこもり床下の配線、配管等を加熱することがないよう、車体側方側に配置されている。ヒートパイプ８は、発熱部１０側が下方となるよう傾けて設置され、ヒートパイプ８内部に封入された冷媒は発熱部１０側で半導体素子１から発生する熱により蒸発し、放熱フィン９側で凝縮して大気へ熱放散を行なう。凝縮した冷媒はヒートパイプ８内部を重力により発熱部１０側へ戻るサイクルを繰り返す。放熱フィン９は自然冷却により大気へ熱放散を行なうため、地面に対しほぼ垂直に設置され、放熱フィン９の間を上昇気流が通りやすくなっている。
【０００６】半導体素子冷却ユニット４は、三相分のヒートパイプ８が半導体素子冷却ユニットフレーム１５に水密構造にて取り付けられ、つぎに半導体素子１、相コンデンサ２等の各相の電気品がヒートパイプ８の受熱ブロックや半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けられ、フィルタコンデンサ３やゲートアンプ７が半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けられた構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の電力変換装置においては、ヒートパイプ８を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けた後に電気品やその他の構成品を取り付けるため、組立ての分業化が困難であった。また、電気品及びその他の用品の取り付けは、各相のヒートパイプ受熱ブロックの間の狭いスペースでの作業のため、工具の取扱いなどの作業性やメンテナンス性が悪かった。
【０００８】すなわち、半導体素子冷却ユニット４の箱体６からの着脱は車体側方側からの挿入、引き出しとなるが、その方向には冷却器の放熱部１１がある。この着脱作業の際は、半導体素子冷却ユニット４の箱体６との機械的な固定つまり取り付け部分を解除するだけでなく、もちろん電気的な接続を解除する必要がある。
【０００９】ここで電気的な接続は装置の車体中央側で行われているため、車体中央側に入り込んでの作業が必要になり、そのための作業スペースが電力変換装置の内部に必要になってくる。あるいは車体中央側に電力変換装置と隣接して配置される他の装置との間に作業スペースをとった車両床下機器配置とし、電力変換装置のこの部位には開閉可能な蓋３１を設けることが必要となる。また、この蓋３１を取り外した際に前記電気的な接続部分へ直接アクセスすることができる構造としておくことは当然必要となる。
【００１０】このように従来の電力変換装置は、半導体素子冷却ユニット４の着脱作業において作業性が問題になるうえ、その作業スペースが必要になり、車両床下という限られたスペースを有効に使えないという問題がある。
【００１１】そこで本発明は、組立てを分業化することができ、半導体素子冷却ユニットの着脱性がよく、スペースを有効に活用し作業性やメンテナンス性のよい車両用の電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半導体素子のスイッチングによって直流から交流へあるいは交流から直流へ変換する回路を有する発熱部とこの発熱部に結合され前記発熱部を冷却する放熱部とを備えたスタックと、車両の床下に取り付けられ前記スタックを着脱可能に支持して前記発熱部を密閉部に収容し前記放熱部を車側の開放部に保持する箱体とを備えた構成とする。
【００１３】この発明によれば、半導体素子冷却ユニットフレームに対してスタックが着脱可能であるので、組立てを分業化することができ、良好な作業性とメンテナンス性を得ることができる。
【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明において、スタックは電力変換回路の１相ごとに構成され、前記スタックの箱体への取付け部には水密性を保持する境界板を備えている構成とする。この発明によれば、スタックの取り扱い作業性が良く、発熱部に雨水等の侵入しない電力変換装置を提供することができる。
【００１５】請求項３の発明は、請求項２の発明において、放熱部は発熱部に結合されたヒートパイプとこのヒートパイプに結合された放熱フィンとを備え、境界板は発熱部に最も近い放熱フィンによって形成されている構成とする。この発明によれば、簡潔な構造によって取り扱い作業性と防水性のよい電力変換装置を提供することができる。
【００１６】請求項４の発明は、請求項２の発明において、境界板には電力変換回路用のゲートアンプおよびゲートアンプ点検用カバーが設けられている構成とする。この発明によれば、スタックにおける電気配線が少なく、点検作業性のよい電力変換装置を提供することができる。
【００１７】請求項５の発明は、請求項２の発明において、放熱部は発熱部に結合されたヒートパイプとこのヒートパイプに結合された放熱フィンとを備え、最も車側寄りの放熱フィンを固定部に係止するようにした構成とする。この発明によれば、箱体へのスタックの着脱の行ないやすい電力変換装置を提供することができる。
【００１８】請求項６の発明は、請求項２の発明において、スタックと箱体の密閉部に主回路を接離するワンタッチコネクタを備えている構成とする。この発明によれば、スタックと箱体とのあいだの電気的接続の着脱の行ないやすい電力変換装置を提供することができる。
【００１９】請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記ワンタッチコネクタは何れか一方が直線的に移動することによって挿抜可能であり、前記ワンタッチコネクタの着脱方向と前記スタックの挿抜方向が同一である構成とする。
【００２０】この発明によれば、スタックの箱体への組込み作業と同時にワンタッチコネクタが嵌合し電気的な接続も同時に行われる。また、箱体からの取り外し作業と同時にワンタッチコネクタも嵌合が解除され電気的接続が切り離される。
【００２１】請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記ワンタッチコネクタの近傍に前記スタックの前記箱体への取り付けの際に前記ワンタッチコネクタよりも先に嵌合し始める位置決めガイドが設けられている構成とする。ワンタッチコネクタの嵌合には寸法精度が必要であるが、この発明によれば、位置決めガイドにより位置決めの精度が確保される。
【００２２】請求項９の発明は、請求項７の発明において、前記ワンタッチコネクタは、板状の嵌合導体と、この嵌合導体を両側からはさみこむＵ字状コネクタとから成る構成とする。この発明によれば、スタックを直線的に移動することによってワンタッチコネクタを簡単確実に挿抜することができる。
【００２３】請求項１０の発明は、請求項７の発明において、前記ワンタッチコネクタは複数設けられ、前記スタックまたは前記箱体の何れか一方側で挿抜方向に変位しており、挿着完了時のそれぞれの喰い込み寸法が異なる構成とする。この発明によれば、ワンタッチコネクタの嵌合が同時でなく、一個ずつ順次に嵌合し始めるので挿抜作業性が良い。
【００２４】請求項１１の発明は、請求項７の発明において、前記スタックの下面に開閉可能な蓋を設け、その上方に、前記スタックの内部に実装されたゲートアンプへの前記箱体側からの配線接続部又は前記半導体素子の両端の電位を確認するチェック端子が設けられている構成とする。
【００２５】この発明によれば、この蓋を開けて制御回路配線の接続、切り離しが可能であり、また、半導体素子故障時の電気的な導通確認がこの部分から行えるので、車体中央側での作業が不要となる。
【００２６】請求項１２の発明は、請求項７の発明において、前記スタック内に設けられる制御回路への電気的接続を行なう制御回路コネクタを備え、この制御回路コネクタは何れか一方が直線的に移動することによって挿抜可能であり、前記ワンタッチコネクタの挿抜方向と同一の挿抜方向を有する構成とする。この発明によれば、スタックの着脱と同時に主回路、制御回路とも双方のコネクタによる電気的接続、切り離しが可能となる。
【００２７】請求項１３の発明は、請求項７の発明において、前記スタックには電力変換回路１相分以上の半導体素子および、３個以上のワンタッチコネクタが設けられている構成とする。
【００２８】この発明によれば、各相を構成する上下アーム間の接続が１個のスタック内で行われインダクタンスが小さくなり、主回路全ての接続をコネクタ化することでスタックの着脱作業性も良い。
【００２９】請求項１４の発明は、請求項７の発明において、前記スタックの最も車体中央側に前記ワンタッチコネクタの一方が設けられ、前記箱体側においては積層導体に前記ワンタッチコネクタの他方が接続されている構成とする。
【００３０】この発明によれば、積層導体によってインダクタンスが低減される上に、スタックの最も車体中央側にワンタッチコネクタがあることで、箱体側に設けた積層導体はスタックと干渉することなく広い面積を確保することが可能となり、より低インダクタンス化に有効である。
【００３１】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態の電力変換装置を図１，２，３を参照して説明する。図１（ａ）は半導体素子冷却ユニット４を車体５の下部に取り付けた側面図、図１（ｂ）はスタック１２に境界板１６を取り付けるイメージの側面図、図２はスタック１２を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイメージの側面図、図３（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面である半導体素子冷却ユニット４の平面図、図３（ｂ）は図２のＢ矢視図であるスタックの発熱部側より見た正面図、図３（ｃ）は図２のＣ矢視図であるスタック挿入面より見た半導体素子冷却ユニットフレーム１５の図を示す。
【００３２】これらの図に示されているように、半導体素子冷却ユニット４は箱体６に取り付けられ、この箱体６の一部を構成する半導体素子冷却ユニットフレーム１５を境にして、内部側は密閉部、外部側は開放部となる。半導体素子冷却ユニットフレーム１５には３つの取付窓１８が設けられており、取付窓１８にスタック１２が取り付けられる。スタック１２は、半導体素子１が設けられた発熱部１０と放熱フィン９が設けられた放熱部１１とからなる。
【００３３】最も発熱部１０寄りのフィン９ａに、周状に形成したパッキンガイド１９にパッキン１７を取り付けた境界板１６が防水処理を施して固定される。半導体素子１と相コンデンサ２からなる１相分の電気品およびそれらを接続する導体などの用品をパッキン１７の周囲内に収納するように取り付けた３個のスタック１２を半導体冷却ユニットフレーム１５に設けられた取付窓１８に車側側より挿入する形で矢印Ｋの方向から取り付ける。こうして、１つのインバータ回路を有する半導体素子冷却ユニット４が構成される。
【００３４】スタック１２を取り付ける際、スタック１２の最も発熱部１０に近い側のフィン９ａに取り付けた境界板１６の取付穴２０を利用してボルト止めすることにより、境界板１６に取り付けられたパッキン１７が押圧され、半導体素子冷却ユニットフレーム１５とスタック１２との境界の水密性を保つ。以上の構成により、車体５に対しては放熱部１１が車体側方側となるよう配置され、艤装限界１４内におさまるように艤装される。
【００３５】この第１の実施の形態の電力変換装置においては、１つの半導体素子冷却ユニット４に３つのスタック１２を構成することにより、１つのインバータ回路を構成する。スタック１２内のヒートパイプ８の最も発熱部寄りのフィン９ａに取り付けた境界板１６のパッキン１７の周囲内に半導体素子１と相コンデンサ２からなる電気品及びその他の用品を取り付けた構成であるので、スタック１２は、半導体冷却ユニットフレーム１５と着脱が可能である。
【００３６】したがって、この第１の実施の形態によれば、インバータ回路がスタック単位であるので取扱性が向上する。また、スタックの着脱が可能であるので、高い組立作業性とメンテナンス性が得られる。
【００３７】つぎに本発明の第２の実施の形態の電力変換装置を図４，５，６を参照して説明する。図４（ａ）は半導体素子冷却ユニット４の側面図を、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ矢視平面図を、図５はスタック１２を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイメージの側面図を、図６（ａ）はスタック１２の側面図を、図６（ｂ）は図６（ａ）の左側から見た正面図を、図６（ｃ）は図５のＤ矢視図であるスタック挿入面より見た半導体素子冷却ユニットフレーム１５の図を示す。
【００３８】この第２の実施の形態では、スタック１２を構成するヒートパイプ８の最も発熱部１０に近い側に取り付けられたフィン９ａの４辺を発熱部１０側に折り曲げ、折り曲げた４角の隙間を溶接又は防水シールなどにより埋め、水密性のある構造としている。半導体素子冷却ユニットフレーム１５のスタック１２取付面には、パッキンガイド１９およびパッキン１７が周状となるように取り付けられている。スタック１２の発熱部１０には、１相分の半導体素子１、相コンデンサ２等の電気品がパッキン１７で囲まれた範囲内に取り付けられる。
【００３９】スタック１２を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付ける際、スタック１２の最も発熱部１０側のフィン９ａに設けた取付穴２０を利用してボルト止めすることにより、フィン９ａの折り曲げ部がパッキン１７を押圧し、半導体素子冷却ユニットフレーム１５とスタック１２との境界の水密性を保つ。
【００４０】この第２の実施の形態の電力変換装置においては、スタック１２内のヒートパイプ８の最も発熱部１０寄りに取り付けられたフィン９ａの形状が半導体冷却ユニットフレーム１５のパッキン１７に食い込む構成にすることにより、また、半導体冷却ユニットフレーム１５に周状に構成されたパッキン１７の範囲内に電気品及びその他の用品を構成することにより、スタック１２が半導体素子冷却ユニットフレーム１５より着脱可能となり、水密性においては、第１の実施の形態における境界板１６を設けることなく同様の効果を得ることができる。
【００４１】したがってこの第２の実施の形態によれば、部品点数が削減されてスタック１２が軽量化され、また、スタック１２の半導体素子冷却ユニットフレーム１５との着脱時の作業性の向上と境界部の防水処理の削減により水密構造の品質が向上する。
【００４２】つぎに本発明の第３の実施の形態の電力変換装置を図７を参照して説明する。図７（ａ）は半導体素子冷却ユニット４の側面図を、図７（ｂ）はスタック１２を半導体冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイメージの側面図を示す。
【００４３】この実施の形態においては、スタック１２内のヒートパイプ８の最も発熱部１０寄りに取り付けられたフィン９ａに水密性を保持するパッキンガイド１９およびパッキン１７を周状となるように取り付けた構成とする。スタック１２の発熱部１０には、１相分の半導体素子１、相コンデンサ２等の電気品をパッキン１７の周囲内に取り付ける。
【００４４】スタック１２を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付ける際、スタック１２の最も発熱部よりのフィン９ａに設けた取付穴を利用してボルト止めすることにより、半導体素子冷却ユニットフレーム１５に、前記フィン９ａのパッキン１７を押圧し、半導体冷却ユニットフレーム１５とスタック１２との境界の水密性を保つ。
【００４５】この第３の実施の形態の電力変換装置においては、スタック１２内のヒートパイプ８の最も発熱部寄りに取り付けられたフィン９ａの形状を第１の実施の形態における境界板１６と同様の構成とすることにより、境界板１６を取り付けたのと同様に作用する。そして第２の実施の形態と同様、境界部の構造物の部品削減、境界部に塗布する防水シール処理の削減が可能となる。また、境界部の構成において、第２の実施の形態とは異なり、パッキン１７の取り付けが重力方向で上側となるので、塵埃、雨水などがパッキン１７に蓄積されることがない。
【００４６】したがってこの第３の実施の形態によれば、パッキン１７の周囲内に用品を取り付けることにより、スタック１２の半導体素子冷却ユニットフレーム１５からの着脱が可能な構成となり、部品点数削減によるスタック１２の軽量化により、スタック１２着脱時の作業性が向上し、防水処理の削減による水密構造の品質向上が可能となる。また、パッキン１７が重力方向で上側に取り付けられることによりパッキン１７への塵埃、雨水などの蓄積が低減され、パッキン１７の早期劣化を抑える効果がある。
【００４７】つぎに本発明の第４の実施の形態の電力変換装置を図８を参照して説明する。図８（ａ）は半導体素子冷却ユニット４の側面図を、図４（ｂ）はスタック１２を半導体冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイメージの側面図を示す。
【００４８】この第４の実施の形態は、スタック１２内のヒートパイプ８の最も発熱部１０寄りに取り付けられたフィン９ａが、前記第３の実施の形態と同様の構成で、かつ他のフィンより下方に大きい寸法とする。そして、ゲートアンプ７を発熱部１０の下部に配置し、最も発熱部１０寄りのフィン９ａ下部にゲートアンプ７の点検用のカバー２２が取り付けられた構成とする。フィン９ａ上のパッキンガイド１９は、ゲートアンプ７より外周となるように構成する。半導体素子１とゲートアンプ７はゲート配線２１によって接続されている。
【００４９】この第４の実施の形態の電力変換装置においては、ヒートパイプ８の最も発熱部１０寄りに取り付けられた放熱フィン９ａの下部にゲートアンプ点検用カバー２２を設けたことにより、半導体素子冷却ユニット４を車体に取り付けた状態で、車体中央側に潜りこむことなく、車側側より容易にゲートアンプ７の点検を行なうことができる。また、ゲートアンプ７は発熱部１０の下部に取り付け、半導体素子１の直下となるため、半導体素子１とゲートアンプ７を接続するゲート配線２１を短くすることができる。
【００５０】したがって、この第４の実施の形態によれば、車側側からゲートアンプ７を点検することができるので、確認試験の操作性が向上し、メンテナンス性が向上し、それらの作業時間を短縮することができる。また、ゲート配線２１が短くなることにより、ノイズの影響を受けにくくなり、信頼性が向上する。なおこの第４の実施の形態における放熱フィン９ａは第１の実施の形態におけるような別付けの境界板１６であってもよい。
【００５１】つぎに本発明の第５の実施の形態の電力変換装置を図９を参照して説明する。図９（ａ）は半導体素子冷却ユニット４のスタック１２を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイメージ図を、図９（ｂ）はワンタッチコネクタ２３部の平面図を示す。
【００５２】この実施の形態は、半導体素子冷却ユニット４のスタック１２とフィルタコンデンサ３等との電気的接続部の主回路側にワンタッチコネクタ２３を設け、制御回路側に通常のコネクタ２４を取り付けた構成である。主回路ワンタッチコネクタ２３は、固定側である半導体素子冷却ユニットフレーム１５側の間口はテーパ状に広がった形状とし、可動側であるスタック１２側の導体は、先端が細くなるテーパ状としている。
【００５３】制御回路のコネクタ２４も、主回路と同様に半導体素子冷却ユニットフレーム１５側に固定側コネクタを、スタック１２側に可動側コネクタを取り付け、ガイド２５を設けて、勘合性をよくしている。そして、スタック１２を取り付ける際、スタック１２の最も発熱部１０寄りのフィン９ａの取付穴を利用してボルト止めすることにより、半導体素子冷却ユニットフレーム１５とスタック１２との嵌合部の水密性を得るとともに電気的接続を行なう構成である。
【００５４】この第５の実施の形態の電力変換装置においては、主回路ワンタッチコネクタ２３を設けたことにより、スタック１２の取り付けが、車側側からの作業で可能となる。また、半導体素子冷却ユニット４内では、スタック１２との接続のための締結作業エリアの確保が不要となる。
【００５５】したがってこの第５の実施の形態によれば、スタック１２の取り付けが車側側からのみの作業となるため、組立作業性とスタック交換作業性が向上し、それらの各作業時間を短縮することができる。また、接続部の締結作業エリアの削除、メンテナンス作業用の間口の削除や、空間の有効利用により、半導体素子冷却ユニット４、ひいては電力変換装置の小型・軽量化が可能となる。なおこの第５の実施の形態における放熱フィン９ａは第１の実施の形態におけるような別付けの境界板１６であってもよい。
【００５６】つぎに本発明の第６の実施の形態の電力変換装置を図１０を参照して説明する。図１０（ａ）は半導体素子冷却ユニット４の側面図を、図９（ｂ）はスタック１２の側面図を、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）の左側から見た正面図を、図１０（ｄ）はスタック１２を半導体素子冷却ユニットフレーム１５に取り付けるイメージ図を示す。
【００５７】この第６の実施の形態も、第２から第５の実施の形態と同様にヒートパイプ８の最も発熱部１０寄りに取り付けられたフィン９ａと半導体素子冷却ユニットフレーム１５との間に水密性を保持する構成とする。半導体素子冷却ユニットフレーム１５にスタック１２を取り付ける際には、スタック１２の最も車側寄りのフィン９ｂに設けた取付穴を利用して係止部材２６にボルト止めすることにより、境界部のパッキン１７が押圧され、半導体素子冷却ユニットフレーム１５とスタック１２の境界の水密性を保つ構造である。
【００５８】この第６の実施の形態によれば、半導体素子冷却ユニットフレーム１５へのスタック１２の取付箇所が、奥まった発熱部１０側でなく、手前側となる車側側のフィン９ｂの取付穴を利用しての取り付けとなるため、取付け作業性が向上し、作業時間を短縮することができる。なおこの第６の実施の形態における放熱フィン９ａは第１の実施の形態におけるような別付けの境界板１６であってもよい。
【００５９】つぎに本発明の第７の実施の形態の電力変換装置を図１１を用いて説明する。図１１（ａ）はスタック１２を箱体６へ組み込む状態を示す平面図で、箱体６側は部分的に断面を示している。図１１（ｂ）は同じ状態の（車体断面方向となる）側面図で、図１１（ａ）と同様に箱体６側は部分的に断面を示している。図１１（ｃ）は図１１（ｂ）のＣ−Ｃ矢視図で電気的接続部分のみを示す。
【００６０】この実施の形態では、直列に接続された半導体素子１で構成される電力変換回路スイッチング部の両端に接続されるフィルタコンデンサ３が箱体６側に設置されており、スタック１２と電気的に接続されるが、この主回路電気的接続部にワンタッチコネクタである大電流コネクタを使用する。
【００６１】この大電流コネクタは主におす側コネクタとめす側コネクタの２個の要素から成っており、一方はスタック１２側に設置され、もう一方は箱体６側に取り付けられる。おす側コネクタは板ブレード状で嵌合される先端部がテーパ状に細くなった嵌合導体２９であり、これが嵌合する相手となるめす側コネクタは嵌合される先端部がテーパ状に広がったＵ字断面形状のコネクタ２３ａである。
【００６２】本実施の形態では、スタック１２とフィルタコンデンサ３との電気的接続部の箱体６側にＵ字状コネクタ２３ａを複数個取り付けるが、フィルタコンデンサ３とこのＵ字状コネクタ２３ａ間は積層導体３２で接続される。他方、スタック１２側に嵌合導体２９が複数個取り付けられる。これらＵ字状コネクタ２３ａと嵌合導体２９の嵌合方向はスタック１２の箱体６への挿入方向Ｋと合わせてある。
【００６３】この実施の形態の電力変換装置は、スタック１２を箱体６へ組み込む際、スタック１２を車体側方側より挿入していくと、箱体６側に設置されたＵ字状コネクタ２３ａへスタック１２側に設置された嵌合導体２９が嵌合し始める。このとき双方の先端形状はテーパ状になっているので、多少の寸法のずれは問題なく嵌合し始めることができる。そのままスタック１２をさらに箱体６側へ挿入していくと、Ｕ字状コネクタ２３ａと嵌合導体２９とは完全に嵌合され電気的接続が完了するが、同時にスタック１２は箱体６へ完全に組み込まれ、これを車体側方側よりボルト等で締め付けることでスタック１２が箱体６へ取り付けられる。
【００６４】この第７の実施の形態の電力変換装置によれば、ワンタッチコネクタである大電流コネクタで主回路電気的接続を行なうことにより、スタック１２の箱体６への取付けが車体側方側からの作業で可能となる。また、箱体６内に、スタック１２との電気的接続のための締結作業エリアの確保が不要となる。
【００６５】さらに、スタック１２の取付けが車体側方側からのみの作業となるため、組込み作業性、スタック交換作業性が向上する。また、接続部の締結作業エリアの削除、メンテナンス作業用のスペースの削除及び有効利用により、半導体素子冷却ユニット、ひいては電力変換装置の小形・軽量化が可能となる。
【００６６】つぎに本発明の第８の実施の形態を図１２を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、箱体６側とスタック１２側のそれぞれに位置決めとなるガイド穴２８とガイドピン２７を設け、Ｕ字状コネクタ２３ａと嵌合導体２９からなる大電流コネクタの嵌合方向と方向を合わせたもので、このガイド穴２８とガイドピン２７は、大電流コネクタが嵌合し始めるより先に嵌合するようにしたものである。この実施の形態によれば、ガイド穴２８とガイドピン２７の機構により大電流コネクタの嵌合精度を容易に得ることができる。
【００６７】つぎに本発明の第９の実施の形態を図１３を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、Ｕ字状コネクタ２３ａと嵌合導体２９より構成される複数個の大電流コネクタを一直線状に並べて配置し、かつブレード方向も同一方向としたものである。この実施の形態によれば、複数個の大電流コネクタの取付け位置を精度良く、相互の寸法誤差を小さく構成することができる。
【００６８】つぎに本発明の第１０の実施の形態を図１４を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、箱体６側に設けた複数個のＵ字状コネクタ２３ａの先端の位置が挿抜方向に変位しており段差が設けられた構成となっている。スタック１２側に設けた複数個の嵌合導体２９は挿抜方向に同位置に並べられた構成となっており、その結果、嵌合完了時の大電流コネクタごとの喰い込み寸法が異なる長さとなる。
【００６９】この実施の形態によれば、スタック１２の箱体６への取り付け挿入をする際、複数個の大電流コネクタは１個ずつ順々に嵌合することになるので、初めに嵌合する挿入数が少ないことにより押圧力が小さくなり、かつそれぞれの大電流コネクタの位置決めが１個ずつとなることからスタック挿入作業性が向上する。
【００７０】つぎに本発明の第１１の実施の形態を図１５を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、半導体素子１の取り付けられた冷却器冷却ブロックの下方にスタック１２内に実装されたゲートアンプ７を配置し、ゲートアンプ７の下方にゲートアンプ点検口７ａを設け、通常は点検用カバー２２ａにて水密を保ち閉じられた構成とする。ゲートアンプ７は、半導体素子１の両端の電位を確認するためのチェック端子が設けられており、半導体素子１とはゲート信号配線により接続されている。また箱体６側の制御回路と電気的に接続するためにコネクタもしくは端子が設けられ、コネクタの嵌合又は端子へのネジ止めにより接続される。
【００７１】この実施の形態の電力変換装置は、ゲートアンプ点検口７ａと点検用カバー２２ａを設けたことにより、スタック１２が箱体６に取り付けられた状態でのゲート配線作業が容易であり、半導体素子１の両端の電位を確認するなどの点検が可能となる。
【００７２】つぎに本発明の第１２の実施の形態を図１６を参照して説明する。この実施の形態の電力変換装置は、制御配線接続も主回路接続用の大電流コネクタと同様に、制御回路コネクタ２４の片側を箱体６側に、もう片側をスタック１２側に設置し、スタック１２の箱体６への取り付け取り外しにより、これら制御回路コネクタ２４が挿抜可能なよう、スタックの挿入方向Ｋと同一方向に動くことで挿抜できるよう構成する。この実施の形態によれば、主回路のみならず制御回路も、スタック１２の機械的な取り付け取り外し作業と同時に電気的な接続及び切り離しが可能となる。
【００７３】以上に説明した各実施の形態によれば、スタック１２の取り付け取り外し作業性が著しく向上し、故障時のスタック交換が容易で、車体中央側での作業が不要となることから、作業場所の制約もなくなる。また、車体中央側に作業スペースの確保が不要となるので、電力変換装置の小形軽量化にもつながり、車体床下にこれと隣り合って設置される他の装置との間にも作業スペースが不要となるので、車体床下という限られたスペースを有効に活用することができる。
【００７４】
【発明の効果】本発明の電力変換装置においては、装置箱体あるいは半導体素子冷却ユニットフレームに対してスタックを容易に着脱することができ、組立てを分業化することができ、良好な作業性とメンテナンス性を得ることができる。
【出願人】 【識別番号】０００２２１１７７
【氏名又は名称】東芝トランスポートエンジニアリング株式会社
【住所又は居所】東京都府中市晴見町２丁目２４番地の１
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【住所又は居所】東京都港区芝浦一丁目１番１号
【出願日】 平成１４年１１月１３日（２００２．１１．１３）
【代理人】 【識別番号】１０００８７３３２
【弁理士】
【氏名又は名称】猪股 祥晃 （外２名）
【公開番号】 特開２００３−２３５１１２（Ｐ２００３−２３５１１２Ａ）
【公開日】 平成１５年８月２２日（２００３．８．２２）
【出願番号】 特願２００２−３２９７４８（Ｐ２００２−３２９７４８）