鐵道車輛用電力轉換裝置的製作方法

2023-09-13 21:44:55 1

專利名稱：鐵道車輛用電力轉換裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及鐵道車輛用電力轉換裝置的一般主電路安裝構造，尤其涉及電力轉換 裝置的主電路安裝構造。
背景技術：
設置於鐵道車輛的鐵道車輛用電力轉換裝置，通過由多個IGBT構成的主電路的 開關動作，對從鐵道架線輸入的電力進行電力轉換，來控制鐵道車輛用電動機。作為該電力 轉換裝置的主要構成裝置的主電路，由作為開關元件的IGBT、其驅動電路、IGBT的冷卻器、 用於使從架線輸入的直流電力穩定化的濾波電容器等構成。圖3表示現有的電力轉換裝置的立體圖，圖5表示現有的電力轉換裝置的側視圖。參照圖3、圖5，對電力轉換裝置的構造進行說明。在框體20內，IGBTl被安裝在 具有冷卻塊4及冷卻葉片5的半導體冷卻單元的冷卻塊4上，將發熱損失向裝置外的大氣 釋放。上述半導體冷卻單元、U、V、W三相份的IGBT1、以及濾波電容器2被收納在同一框體 20內，構成了電力轉換單元6。對IGBTl施加的選通信號從選通控制電路7輸出，經由選通布線8被輸送給各 IGBT1。濾波電容器2被二分割地配置在圖3的左右兩側。選通控制電路7配置在被分割 為兩個的濾波電容器2的中央的空間。這裡，將IGBT1、選通控制電路7、選通布線8、冷卻單 元、導體杆、及雖未圖示但對這些部件進行支承並將它們結合的由框架構成的一體構成部 分，特別稱為功率單元。在圖3及圖5所示的構造的電力轉換單元6中，由於濾波電容器2是被分割成兩 個並配置在兩側的構造，所以濾波電容器2在圖3中的前後方向的厚度，比不分割時的濾波 電容器增大。結果，在框架構成上，選通控制電路7配置在比較靠裡面的位置，難以對選通 控制電路7進行視覺確認和電路檢查等維護作業。尤其是，由於成為選通控制電路7的維 護空間的被分割的濾波電容器2的間隔尺寸狹小，所以，存在著對光纖等的拆裝訪問十分 困難這一問題。而且，由於將三相份的選通控制電路集成配置在中央，所以，電力轉換單元 6內的選通布線8集中於中央，難以確保布線區域用的空間。即，考慮了噪聲應對方案的通 量線劃分變得不充分，難以實現噪聲應對方案。並且，選通控制電路7配置在容易充滿熱的 中央部，尤其是上段的選通控制電路會被下段的選通控制電路發出的熱加熱，從而成為熱 條件嚴峻的環境條件。另外，圖3及圖5所示的構造，由於濾波電容器被二分割成為2a、2b，所以濾波電容 器2及與其連接的布線導體、支承部件等部件個數增多，成為裝置構造複雜化、重量增加的 原因。作為解決這樣的課題的構成，例如有專利文獻1中記載的構造。利用圖4，對專利 文獻1中記載的構造進行說明。圖4所示的構造與上述的構造同樣，在框體20內，IGBTl被安裝在具有冷卻塊4及 冷卻葉片5的半導體冷卻單元的冷卻塊4上，將發熱損失向裝置外的大氣釋放。通過將具
3有冷卻塊4及冷卻葉片5的半導體冷卻單元、濾波電容器2和U、V、W三相份的IGBTl收納 到1個框體20內，構成了電力轉換單元6。由於選通控制電路7被左右排列地設置在濾波電容器2的下面，所以，選通控制電 路的訪問變得容易。而且，濾波電容器在選通控制電路上以被統一成一個而未分割的方式配置。專利文獻1日本特開2003-23778號公報但是，在上述構成中存在以下所述的問題點。圖4所示的電力轉換裝置成為濾波電容器2和上述的功率單元被分割的構成，在 將濾波電容器2固定支承到框體20上之後，將功率單元與濾波電容器2的布線連接，使得 濾波電容器2和功率單元被分別固定於框體20。這裡，在將電力轉換裝置搭載到鐵道車輛上來進行商業運營時，當為了電力轉換 裝置的維護而將電力轉換裝置從框體上拆下時，需要將濾波電容器與框體的固定支承部件 卸下，拆開濾波電容器與上述單元之間的布線，將濾波電容器從框體上取出，並卸下上述單 元與框體的固定支承部件，將上述單元從框體上取出。由於該框體被搭載於鐵道車輛底板 的有限空間，所以框體較小，在該框體中進行將濾波電容器與上述單元之間的布線拆除的 作業，對於作業者來說是非常困難、且花費時間的作業。而且，用於從框體取下電力轉換裝 置的工時多、比較繁雜。並且，由於濾波電容器及上述單元分別被框體固定支承，所以，固定支承部件等部 件個數增多，在將電力轉換裝置向框體安裝時和維護時，成為不僅使作業者的工時增多，而 且導致重量增加的原因。

發明內容
鑑於此，本發明的目的在於，提供一種能夠提高維護性且可以實現裝置的小型化 的電力轉換裝置。為了實現上述目的，本發明涉及的電力轉換裝置具有構成電力轉換電路的多個 半導體元件；向半導體元件供給選通信號的選通控制電路；和與電力轉換電路的直流端子 連接、使直流電流平滑的濾波電容器，半導體元件和濾波電容器被收納在公共的框體內，濾 波電容器和半導體元件成為相互固定的一體構造。而且，也可以形成為將多個選通控制電路與單元框架固定，來統一進行拆裝的構 成。通過採用這樣的構造，會提高訪問性、維護性。並且，在採用濾波電容器一體構造時，可以具有用於使電力轉換單元穩定化的自 立框架10。通過採用這樣的構造，會提高電力轉換單元的維護性、操作性。根據本發明，可提供能夠提高維護性及實現低成本化的鐵道車輛用電力轉換裝置。


圖1是本發明的一個實施方式的立體圖。圖2是本發明的一個實施方式的側視圖。圖3是現有的實施方式的立體圖1。
圖4是現有的實施方式的立體圖2。圖5是現有的實施方式的側視圖。圖6是本發明的一個實施方式的電力轉換裝置的電路圖。圖中1-IGBT ；2-濾波電容器；3_三相逆變器；4_冷卻塊；5_冷卻葉片；6_電力轉 換單元；7-選通控制電路；8-選通布線；9-單元框架；10-自立框架；20-框體。
具體實施例方式圖1表示本發明的一個實施方式中的電力轉換裝置的立體圖，圖2表示電力轉換 裝置的側視圖。如圖1及圖2所示，本實施例中的電力轉換裝置由電力轉換單元6構成，所述電力 轉換單元6具有IGBT1、濾波電容器2、冷卻塊4、冷卻葉片5、選通控制電路7併集成了 U、 V、W三相份，電力轉換單元6被固定收納在框體20的內部。在框體20內，IGBTl被安裝在 具有冷卻塊4及冷卻葉片5的半導體冷卻單元的冷卻塊4上，將由IGBTl產生的發熱損失 向電力轉換裝置外的大氣釋放。對IGBTl施加的選通信號從選通控制電路7輸出，並經由選通布線8向各IGBTl 輸送。選通控制電路7配置在電力轉換單元6的下面部、即濾波電容器2的下面部的空間 且圖1中的前面側(冷卻葉片的相反側)。並且，選通控制電路7配置成，成為對來自外部 的信號進行輸入的輸入端的光纖的連接端子朝向圖1中的前面(未圖示)。濾波電容器2與半導體冷卻單元、IGBTl及選通控制電路7固定，構成一體構造。 從配置在電力轉換單元6的下面部的選通控制電路7向IGBTl延伸的選通布線8，分別被以 相等的長度配置。接著，利用圖6，對本實施例的電力轉換裝置的主電路構成進行說明。圖6是表 示電力轉換裝置的主電路構成的電路接線圖。鐵道的饋電方式有交流式及直流式，主電動 機中也存在交流電動機、直流電動機。因此，通過饋電方式與電動機的組合，在電力轉換裝 置中也能夠獲得單獨的逆變器、或單獨的轉換器或者兩者的組合，但在本實施例中，作為一 例，對在直流饋電方式與交流電動機的組合時應用的逆變器進行說明。本實施例的主電路由連接在直流端子P、N間的濾波電容器2、和三相逆變器3構 成。三相逆變器3用於將輸入來的直流轉換成任意頻率、任意電壓的三相交流，並對交流端 子U、V、W輸出三相交流。三相逆變器3的6個半導體元件(PU、NU、PV、NV、PW、NW)由IGBTl 構成。各相的IGBTl由元件和與元件並聯連接的續流二極體構成。在本說明書所說明的構 造例中，各半導體元件(PU、NU、PV、NV、PW、NW)統稱為IGBTl。本實施例的特徵在於，由於通過如上所述那樣形成將濾波電容器與功率單元一體 化的構成，能夠作為一體的裝置向框體安裝或從框體拆卸，所以電力轉換單元內的布線連 接不需要在框體內進行，能夠在將電力轉換單元從框體取出之後，進行電力轉換單元內的 布線連接。即，可以省略在狹窄的框體內進行繁雜的作業，能夠提高維護性。而且，由於通 過將濾波電容器2和功率單元作為一體構造向框體固定支承，能夠將其作為一體的裝置向 框體安裝或從框體拆卸，所以可減少對框體和電力轉換單元進行固定支承的部件個數，能 夠減少用於從框體拆卸或向框體安裝的工時，且能夠實現構成的簡單化、輕量化。並且，由 於通過如上所述那樣將選通控制電路7配置到濾波電容器2的下面的空間，使得選通布線8相對各相的IGBTl以均等的長度配置，所以，選通布線8在選通控制電路7的周圍不會錯 雜，能夠井井有條地分束配置。因此，能夠實現考慮了噪聲應對方案的通量線劃分，可以防 止因噪聲引起的誤動作。另外，在本實施例中，由於將選通控制電路7配置到電力轉換單元6中的靠前面側 (冷卻葉片的相反側)，所以在維護電力轉換裝置時，能夠通過從圖1中的前面側訪問電力 轉換單元內的各裝置來進行維護，從而會提高選通控制電路7的裝置及光纖連接器的拆裝 作業性、選通控制電路7的檢查作業性。而且，通過將選通控制電路7左右橫向排列配置而 不沿上下方向壘積配置，可以消除其他的選通控制電路7受到由選通控制電路7產生的熱 的影響。並且，由於通過如本實施例那樣將濾波電容器2、半導體冷卻單元、IGBTl和選通 控制電路7被固定為一體的電力轉換單元，作為一體構造向框體固定支承，能夠作為一體 的裝置向框體安裝或從框體拆卸，所以可減少對框體和電力轉換單元進行固定支承的部件 個數，能夠減少從框體拆卸或向框體安裝用的工時，且能夠實現電力轉換裝置的低成本化。另外，由於電力轉換單元能夠作為一體的裝置向框體安裝或從框體拆卸，所以不 需要在框體內進行電力轉換單元內的布線連接，能夠在將電力轉換單元從框體取出之後， 進行電力轉換單元內的布線連接。即，可以在省略狹窄的框體內進行的繁雜作業，能夠提高 維護性。對於圖4所示的現有的電力轉換裝置而言，具有半導體元件的單元和濾波電容器 被分別固定於框體20，濾波電容器和該單元在框體內被布線連接。因此，考慮布線作業而縮 短濾波電容器與單元在電路上的距離存在界限。與之相對，在本實施例中，由於濾波電容器 和具有逆變器的單元作為一體而被固定支承，所以不需要進行框體內的布線作業。因此，能 夠使濾波電容器與半導體元件在電路上的距離比現有的電力轉換裝置縮短，可以降低電力 轉換裝置的電感。現有的構成針對選通控制電路的拆裝容易性沒有進行考慮，當從半導體冷卻單元 拆卸選通電路時，需要拆除各選通控制電路與半導體冷卻單元的布線及固定部件，導致維 護性差。在本實施例中，選通控制電路7與單元框架9 一同被設置在電力轉換單元6的下 面部的前面側。該單元框架9能夠以一體的方式從半導體冷卻單元拆下。通過形成這樣的 構造，會提高選通控制電路的拆裝作業性、選通控制電路檢查時的作業性。並且，如果將選 通控制電路7與半導體冷卻單元的布線形成為嵌合(slot in)構造，將單元框架9按入到 與半導體冷卻單元的固定位置，並構成同時還連接布線的構造，則會進一步提高維護性。在本實施例中，還可以在電力轉換單元6的下部配置自立框架10。通過在電力轉 換單元6的下部設置自立框架10，電力轉換單元6在未被框體固定支撐的狀態下也能夠自 身站立，因此，其向框體的安裝作業變得容易。而且，維護時電力轉換單元的搬運也變得容 易ο
權利要求
一種鐵道車輛用電力轉換裝置，具有多個半導體元件，其構成電力轉換電路；選通控制電路，其向所述半導體元件供給選通信號；和濾波電容器，其與所述電力轉換電路的直流端子連接，使直流電流平滑；所述半導體元件與所述濾波電容器被收納在公共的框體內，所述濾波電容器與所述半導體元件成為相互被固定的一體構造。
2.根據權利要求1所述的鐵道車輛用電力轉換裝置，其特徵在於， 所述鐵道車輛用電力轉換裝置具有多個所述選通控制電路，所述多個選通控制電路被固定於公共的框架，可統一進行拆裝。
3.根據權利要求1所述的鐵道車輛用電力轉換裝置，其特徵在於，所述鐵道車輛用電力轉換裝置具有使電力轉換裝置自身站立的自立框架。
4.根據權利要求1所述的鐵道車輛用電力轉換裝置，其特徵在於， 所述鐵道車輛用電力轉換裝置具有多個所述選通控制電路， 所述多個選通控制電路配置在所述濾波電容器的下面的空間。
5.根據權利要求4所述的鐵道車輛用電力轉換裝置，其特徵在於， 所述多個選通控制電路配置成左右橫向排列。
6.一種鐵道車輛用電力轉換裝置，被收納於鐵道車輛的框體內，所述鐵道車輛用電力 轉換裝置具有多個半導體元件，其構成電力轉換電路； 選通控制電路，其向所述半導體元件供給選通信號； 濾波電容器，其與所述電力轉換電路的直流端子連接，使直流電流平滑；和 半導體冷卻單元，其與所述半導體元件接觸配置，對所述半導體元件進行冷卻； 所述濾波電容器、所述半導體元件、所述選通控制電路和所述半導體冷卻單元作為一 體而被固定支承，在從所述框體將它們拆下之際也為一體構造。
7.根據權利要求5所述的鐵道車輛用電力轉換裝置，其特徵在於， 所述電力轉換裝置具有多個所述選通控制電路，所述多個選通控制電路被固定於公共的框架，能統一從所述電力轉換裝置拆卸或向所 述電力轉換裝置安裝。
8.根據權利要求5所述的鐵道車輛用電力轉換裝置，其特徵在於， 所述電力轉換裝置與自立框架固定，成為可自身站立的構造。
9.根據權利要求6所述的鐵道車輛用電力轉換裝置，其特徵在於， 所述鐵道車輛用電力轉換裝置具有多個所述選通控制電路， 所述多個選通控制電路配置在所述濾波電容器的下面的空間。
10.根據權利要求9所述的鐵道車輛用電力轉換裝置，其特徵在於， 所述多個選通控制電路配置成左右橫向排列。
全文摘要
本發明提供一種鐵道車輛用電力轉換裝置，用於改善選通控制電路周邊的環境狀態，實現維護性的提高及輕量化。包括構成電力轉換電路的三相逆變器(3)的半導體元件、向這些半導體元件供給選通信號的多個選通控制電路(7)及連接在電力轉換電路的直流端子P、N之間的濾波電容器在內的電力轉換單元(6)，被收納在公共的框體(20)內，濾波電容器與半導體冷卻單元為一體構造，多個選通控制電路(7)配置在濾波電容器的下面。
文檔編號H02M1/00GK101908817SQ20101019883
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月7日 優先權日2009年6月8日
發明者仲田清, 山口智司, 河野恭彥, 田中健, 菱田昭裕 申請人:株式會社日立製作所