JP7695757B2 - 鉄道車両用電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用電力変換装置に関する。

鉄道車両用電力変換装置においてスイッチング素子を搭載するパワーユニット部は、スイッチング素子のほかに冷却器や導体、コンデンサやゲート基板で構成される。
スイッチング素子は、冷却器上に配置され、底面が冷却器に接触することで冷却される。
スイッチング素子の上面には、主端子およびゲート端子が設けられ、スイッチングにより生じるリプル電流を抑制するコンデンサや、スイッチング素子にゲート信号を与えるゲート基板が接続される。

特開2017-169344号公報

近年、車両用電力変換装置に対しては、小型化の要求が為されている。スイッチング素子に関しては、ワイドバンドギャップ半導体が採用されることで、耐圧性を有することで小型化され、また、発熱面から冷却器の小型化にも寄与している。
一方で、板金をはじめとする構造部材については、大きな変更は行われておらず、構造部材の削減等を行うことで小型軽量化を行うことが可能である。

上記課題を解決するために本発明の実施形態は、ゲート基板をコンデンサに取り付けることで、構成する板金を削減して、車両用電力変換装置の小型軽量化を実現することを目的とする。

実施形態の鉄道車両用電力変換装置は、スイッチング素子が設けられたスイッチングモ
ジュールと、前記スイッチングモジュールの底面が接して配置された冷却器と、前記冷却
器の上に設置され、前記スイッチングモジュールを覆うように設置されたコンデンサ固定
フレームと、前記コンデンサ固定フレームの上に固定され、前記スイッチング素子に接続
されたコンデンサと、前記コンデンサの１つの面にフレームを用いることなく取り付けら
れ、前記スイッチングモジュールに近接して配置され、前記スイッチングモジュールの駆
動端子にゲート信号を与えるゲート基板と、を有する。

図１は、第1実施形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図である。 図2は、第1実施形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図である。 図３は、第1実施形態の鉄道車両用電力変換装置の上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図であり、図２は、第１実施形
態の鉄道車両用電力変換装置の断面図であり、図３は、第１実施形態の鉄道車両用電力変
換装置の上面図である。なお、図３においては、図１に示した鉄道車両用電力変換装置が
複数並んで設置された構成となっている。
鉄道車両用電力変換装置は、スイッチングモジュール１と、コンデンサ２と、導体３と
、ゲート基板４と、冷却器５と、コンデンサ固定フレーム６とを有する。

スイッチングモジュール１は、入力された直流電力を交流電力に変換するインバータや、入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータなどの電力変換装置を構成する。スイッチングモジュール１は、スイッチング素子と該スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードとを含んで構成されても良く。また、電力変換装置の１相分のスイッチング素子とダイオード等を含んで構成されても良い。
コンデンサ２は、導体３を介して、スイッチングモジュール１に接続され、スイッチングモジュール１のスイッチングにより生じるリプル電流を抑制する。
ゲート基板４は、スイッチングモジュール１の駆動端子に信号線（図示せず）により接続され、ゲート信号を与える。
冷却器５は、スイッチングモジュール１が底面を接するように配置され、スイッチングモジュールを冷却する。
コンデンサ固定フレーム６は、冷却器５の上に設置され、コンデンサ２を固定する。なお、ここでは、スイッチングモジュール１の覆うようにコンデンサ固定フレーム６を設置して、スイッチングモジュール１の上方にコンデンサ２が設置されている。

コンデンサ２の１つの面には、ゲート基板４が取り付けられる。なお、図１においては
、導体３と反対側の面にゲート基板４を取り付けているが、ゲート基板４はコンデンサの
いずれの面に取り付けられても良い。
ここで、一般的な電力変換装置におけるゲート基板４の取り付けについて述べる。一般
的な電力変換装置では、ゲート基板４を取り付けるフレーム（板金）は、ゲート基板４に
対して専用のフレームが設けられることが多い。
一般的にスイッチングモジュール１やコンデンサ２は高圧であり、それに対してゲート
基板は比較的低圧であることから分離して取り扱われたこと、また、スイッチングモジュ
ール１の故障またはゲート基板４が故障した際に、それぞれが個別に交換し易くなること
、またスイッチングモジュール１とゲート基板４とを近接して配置することでノイズの影
響を低減するなどの理由が考えられるが、軽量小型化の観点からすると、ゲート基板４を
固定するための専用のフレームが必要となり、構造部材が多くなる。

これに対して、本実施形態では、コンデンサ２の１つの面にゲート基板４を取り付けることで、ゲート基板４を取り付けるための専用のフレームは必要なくなり、軽量小型化を実現することが可能となる。
また、コンデンサ２は、高調波ノイズなどの発生源となるものではないため、取り付けたゲート基板４に対して、その機能を阻害するような影響を与えることはない。
また、図３に示すように、スイッチングモジュール１、コンデンサ２、ゲート基板４などを１つのユニット、例えば１つの電力変換装置や、１つの電力変換装置を構成する１相などを構成することにより、各ユニット単位での交換を容易にすることが可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

１ スイッチングモジュール
２ コンデンサ
３ 導体
４ ゲート基板
５ 冷却器
６ コンデンサ固定フレーム

Claims (2)

1. スイッチング素子が設けられたスイッチングモジュールと、
   前記スイッチングモジュールの底面が接して配置された冷却器と、
   前記冷却器の上に設置され、前記スイッチングモジュールを覆うように設置されたコン
   デンサ固定フレームと、
   前記コンデンサ固定フレームの上に固定され、前記スイッチング素子に接続されたコン
   デンサと、
   前記コンデンサの１つの面にフレームを用いることなく取り付けられ、前記スイッチン
   グモジュールに近接して配置され、前記スイッチングモジュールの駆動端子にゲート信号
   を与えるゲート基板と、
   を有する鉄道車両用電力変換装置。
2. 前記スイッチング素子と前記コンデンサと前記ゲート基板と前記コンデンサ固定フレー
   ムとを１つの相として１つのユニットを構成し、前記冷却器には複数のユニットが設置さ
   れる、
   請求項1記載の鉄道車両用電力変換装置。