Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7799481B2 - Power conversion equipment for railway vehicles - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7799481B2 - Power conversion equipment for railway vehicles - Google Patents

Power conversion equipment for railway vehicles

Info

Publication number
JP7799481B2
JP7799481B2 JP2021213097A JP2021213097A JP7799481B2 JP 7799481 B2 JP7799481 B2 JP 7799481B2 JP 2021213097 A JP2021213097 A JP 2021213097A JP 2021213097 A JP2021213097 A JP 2021213097A JP 7799481 B2 JP7799481 B2 JP 7799481B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor module
phase
unit
power conversion
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021213097A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023096989A (en
Inventor
清太郎 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2021213097A priority Critical patent/JP7799481B2/en
Publication of JP2023096989A publication Critical patent/JP2023096989A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7799481B2 publication Critical patent/JP7799481B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明の実施形態は、鉄道車両用電力変換装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a power conversion device for a railway vehicle.

3レベル回路方式の電力変換装置は、交流を直流に変換するコンバータ部と、直流を交流に変換するインバータ部と、冷却部とを備える。コンバータ部及びインバータ部は、電力変換時に発熱する半導体モジュールを備える。そして、鉄道車両の電力変換装置は、コンバータ部及びインバータ部の半導体モジュールの発熱を冷却部で受熱するとともに、走行風により冷却部を冷却する。 A three-level circuit power conversion device includes a converter unit that converts AC to DC, an inverter unit that converts DC to AC, and a cooling unit. The converter unit and inverter unit are equipped with semiconductor modules that generate heat during power conversion. In a power conversion device for a railway vehicle, the cooling unit absorbs the heat generated by the semiconductor modules of the converter unit and inverter unit, and cools the cooling unit using the wind generated by the vehicle's running.

特許第6858244号公報Patent No. 6858244 特許第6735721号公報Patent No. 6735721

本発明が解決しようとする課題は、コンバータ部及びインバータ部の各相の半導体モジュールを効率的に冷却可能な電力変換装置を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a power conversion device that can efficiently cool the semiconductor modules of each phase of the converter and inverter sections.

実施形態によれば、鉄道車両用電力変換装置は、冷却部と、コンバータ部と、インバータ部と、複数のヒートパイプとを有する。冷却部は、鉄道車両の一方及び他方の進行方向への移動により冷却される冷却フィンを有する。コンバータ部は、U相及びV相が前記進行方向に交差する方向に隣接し、前記冷却部に固定される。コンバータ部は、交流から直流に変換するときに発熱する。インバータ部は、前記コンバータ部に対して前記進行方向に交差する方向に隣接し、U相、V相、及び、W相が前記進行方向に交差する方向に隣接し、前記冷却部に固定される。インバータ部は、直流から交流に変換するときに発熱する。複数のヒートパイプは、前記冷却フィンと前記コンバータ部との間、及び、前記冷却フィンと前記インバータ部との間にそれぞれ設けられる。前記冷却部は、前記進行方向に沿って第1端と、前記第1端とは反対側の第2端とを備える。前記コンバータ部の各相、及び、前記インバータ部の各相は、それぞれ、前記冷却部の前記第1端に隣接して配置され、電力変換時に熱が発生する第1の半導体モジュールと、電力変換時に熱が発生し、前記第1の半導体モジュールよりも発熱量が小さい第2の半導体モジュールと、電力変換時に熱が発生し、前記第1の半導体モジュールよりも発熱量が小さい第3の半導体モジュールとを備える。前記第1の半導体モジュールは、前記進行方向に進行するとき前記第2の半導体モジュール及び前記第3の半導体モジュールに対して入風側又は排風側に設けられる。前記ヒートパイプは、前記コンバータ部の各相、及び、前記インバータ部の各相に設けられる。前記ヒートパイプの一端の作動液の蒸発部は、前記冷却フィンと前記第1の半導体モジュールとの間に配置される。前記ヒートパイプの他端の前記作動液の凝縮部は、前記冷却フィンと前記第2の半導体モジュール又は前記第3の半導体モジュールとの間に配置される。
According to an embodiment, a railway vehicle power conversion device includes a cooling unit, a converter unit, an inverter unit, and a plurality of heat pipes. The cooling unit has cooling fins that are cooled by movement of one and the other of the railway vehicles in the traveling directions. The converter unit is adjacent to the cooling unit in a direction intersecting the traveling direction with a U phase and a V phase, and is fixed to the cooling unit. The converter unit generates heat when converting AC to DC. The inverter unit is adjacent to the converter unit in a direction intersecting the traveling direction, and the U phase, V phase, and W phase are adjacent to the converter unit in a direction intersecting the traveling direction, and is fixed to the cooling unit. The inverter unit generates heat when converting DC to AC. A plurality of heat pipes are provided between the cooling fins and the converter unit, and between the cooling fins and the inverter unit. The cooling unit has a first end along the traveling direction and a second end opposite the first end. Each phase of the converter unit and each phase of the inverter unit are respectively arranged adjacent to the first end of the cooling unit and include a first semiconductor module that generates heat during power conversion, a second semiconductor module that generates heat during power conversion and generates less heat than the first semiconductor module, and a third semiconductor module that generates heat during power conversion and generates less heat than the first semiconductor module. The first semiconductor module is arranged on the air intake side or the air exhaust side of the second semiconductor module and the third semiconductor module when traveling in the traveling direction. The heat pipes are provided for each phase of the converter unit and each phase of the inverter unit. An evaporator of the working fluid at one end of the heat pipe is arranged between the cooling fin and the first semiconductor module. A condenser of the working fluid at the other end of the heat pipe is arranged between the cooling fin and the second semiconductor module or the third semiconductor module.

レールに載せられた実施形態に係る鉄道車両の一部を示す概略的な側面図。1 is a schematic side view of a portion of a railway vehicle according to an embodiment mounted on a rail; 第1実施形態に係る電力変換装置の概略図。1 is a schematic diagram of a power conversion device according to a first embodiment; 第1実施形態に係る3レベル電力変換装置の回路図。1 is a circuit diagram of a three-level power conversion device according to a first embodiment. 第1実施形態に係る電力変換装置のコンバータ部及びインバータ部の各相の3レベル回路図。3 is a three-level circuit diagram of each phase of a converter unit and an inverter unit of the power conversion device according to the first embodiment. FIG. 第2実施形態に係る電力変換装置の概略図。FIG. 10 is a schematic diagram of a power conversion device according to a second embodiment. 第3実施形態に係る電力変換装置の概略図。FIG. 10 is a schematic diagram of a power conversion device according to a third embodiment. 第3実施形態の第1変形例に係る電力変換装置の概略図。FIG. 13 is a schematic diagram of a power conversion device according to a first modified example of the third embodiment. 第3実施形態の第2変形例に係る電力変換装置の概略図。FIG. 13 is a schematic diagram of a power conversion device according to a second modification of the third embodiment. 第4実施形態に係る3レベル電力変換装置の回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of a three-level power conversion device according to a fourth embodiment.

以下、図面を参照しながら鉄道車両10の好ましい実施形態について説明する。 A preferred embodiment of the railway vehicle 10 will now be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
第1実施形態に係る鉄道車両10について、図1乃至図4を用いて説明する。なお、各図において、説明の便宜上、各構成の縮尺を適宜変更するとともに、一部省略又は簡略化して説明する。
[First embodiment]
A railway vehicle 10 according to a first embodiment will be described with reference to Figures 1 to 4. Note that in each figure, for the sake of convenience, the scale of each component will be changed as appropriate, and some components will be omitted or simplified.

図1は、実施形態に係る鉄道車両10の一部を模式的に示す側面図である。図1に示す鉄道車両10は、レール100等を敷いた専用通路(軌道)上を走行する。鉄道車両10は、台車12と、車体14と、電力変換装置(鉄道車両用電力変換装置)16とを備える。 Figure 1 is a side view that schematically illustrates a portion of a railway vehicle 10 according to an embodiment. The railway vehicle 10 shown in Figure 1 runs on a dedicated path (track) on which rails 100 or the like are laid. The railway vehicle 10 includes a bogie 12, a car body 14, and a power conversion device (rail vehicle power conversion device) 16.

図1中には、XYZ直交座標系を設定する。本実施形態においては、図1中のX方向は鉄道車両10の前後方向を、Y方向は鉄道車両10の幅方向を、Z方向は重力方向を示す。図1中の紙面左方を+X方向、紙面奥側を+Y方向、紙面上方を+Z方向とする。また、鉄道車両10の前後方向は、鉄道車両10の走行想定方向(第1の方向(+X方向)、及び、第1の方向と反対側の第2の方向(-X方向))である。 An XYZ Cartesian coordinate system is set in Figure 1. In this embodiment, the X direction in Figure 1 indicates the fore-and-aft direction of the railway vehicle 10, the Y direction indicates the width direction of the railway vehicle 10, and the Z direction indicates the direction of gravity. The left side of the page in Figure 1 is the +X direction, the back side of the page is the +Y direction, and the top of the page is the +Z direction. Furthermore, the fore-and-aft direction of the railway vehicle 10 is the expected traveling direction of the railway vehicle 10 (the first direction (+X direction) and the second direction (-X direction) opposite the first direction).

台車12は、例えば、台車枠22と、複数の車軸24と、複数の車輪26と、電動機(モータ)28と、台車バネ30とを備える。台車12は、例えば、車体14の床下における走行想定方向に離間して複数設けられる。 The bogie 12 includes, for example, a bogie frame 22, multiple axles 24, multiple wheels 26, an electric motor 28, and a bogie spring 30. Multiple bogies 12 are provided, for example, under the floor of the car body 14, spaced apart in the expected direction of travel.

台車バネ30は、例えば、空気バネである。台車枠22は、台車バネ30を介して車体14の床下に接続される。 The bogie springs 30 are, for example, air springs. The bogie frame 22 is connected to the underfloor of the car body 14 via the bogie springs 30.

車軸24は、鉄道車両10の幅方向に延びる。複数の車軸24は、台車枠22に回転可能に支持される。例えば、車軸24は、台車枠22の走行想定方向に沿う両端部に一対設けられる。 The axles 24 extend in the width direction of the railway vehicle 10. The multiple axles 24 are rotatably supported on the bogie frame 22. For example, a pair of axles 24 are provided at both ends of the bogie frame 22 along the expected direction of travel.

車輪26は、車軸24の幅方向の両端部に取り付けられ、レール100上に載せられる。本実施形態において、車輪26は、一つの台車12に例えば4つ設けられる。 The wheels 26 are attached to both widthwise ends of the axle 24 and are placed on the rails 100. In this embodiment, for example, four wheels 26 are provided on one bogie 12.

電動機28は、例えば台車枠22に支持される。電動機28は、車軸24を回転させる。例えば、電動機28は、一対の車軸24のそれぞれを回転可能に、一対設けられる。具体例として、電動機28は、3相交流電力により回転する回転軸と、回転軸の回転を車軸24に伝達する伝達機構とを有する。 The electric motor 28 is supported, for example, by the bogie frame 22. The electric motor 28 rotates the axles 24. For example, a pair of electric motors 28 are provided to rotate each of the pair of axles 24. As a specific example, the electric motor 28 has a rotating shaft that rotates using three-phase AC power and a transmission mechanism that transmits the rotation of the rotating shaft to the axles 24.

車体14は、走行想定方向(前後方向)に長い。車体14は、前後方向に長い略直方体形状に形成される。なお、車体14の形状は、この形状に限定されず、適宜設定可能である。 The vehicle body 14 is long in the expected traveling direction (front-to-rear direction). The vehicle body 14 is formed in a roughly rectangular parallelepiped shape that is long in the front-to-rear direction. However, the shape of the vehicle body 14 is not limited to this shape and can be set as appropriate.

車体14には、天井に重力方向で上方に向けて設けられたパンタグラフ14aが設けられる。パンタグラフ14aは、レール100上に一定の距離を開けて設定された架線101に接触可能に構成される。 A pantograph 14a is installed on the ceiling of the car body 14, facing upward in the direction of gravity. The pantograph 14a is configured to be able to come into contact with an overhead wire 101 set a certain distance above the rail 100.

図1に示すように、電力変換装置16は、例えば走行想定方向に沿う台車12間に配置される。電力変換装置16は、鉄道車両10の車体14の床下に取り付けられる筐体52を有する。電力変換装置16の後述する各種機器は、筐体52に設けられる。 As shown in FIG. 1, the power conversion device 16 is arranged, for example, between the bogies 12 along the expected direction of travel. The power conversion device 16 has a housing 52 that is attached under the floor of the car body 14 of the railway vehicle 10. Various devices of the power conversion device 16, which will be described later, are provided in the housing 52.

図2中の左上図は、鉄道車両10に用いられる電力変換装置16を車体14側から見た模式図であり、図2中の右図は、走行想定方向の第2の方向(-X方向)側から第1の方向(+X方向)側を見た図であり、図2中の左下図は、幅方向の一方(-Y方向)側から他方(+Y方向)側を見た図である。図3は、電力変換装置16のコンバータ部56及びインバータ部58の各相の回路図である。図4は、電力変換装置16のコンバータ部56、フィルタコンデンサ57、及び、インバータ部58の回路図である。 The upper left diagram in Figure 2 is a schematic diagram of the power conversion device 16 used in the railway vehicle 10, viewed from the carbody 14 side. The right diagram in Figure 2 is a diagram viewed from the second direction (-X direction) of the expected running direction to the first direction (+X direction). The lower left diagram in Figure 2 is a diagram viewed from one side (-Y direction) in the width direction to the other side (+Y direction). Figure 3 is a circuit diagram of each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 of the power conversion device 16. Figure 4 is a circuit diagram of the converter unit 56, filter capacitor 57, and inverter unit 58 of the power conversion device 16.

図2に示すように、電力変換装置16は、冷却部54と、コンバータ部56と、インバータ部58と、複数のヒートパイプ60とを有する。 As shown in FIG. 2, the power conversion device 16 has a cooling unit 54, a converter unit 56, an inverter unit 58, and multiple heat pipes 60.

筐体52は、各種機器として、冷却部54、コンバータ部56、インバータ部58、及び、複数のヒートパイプ60を収容する。 The housing 52 houses various components, including a cooling unit 54, a converter unit 56, an inverter unit 58, and multiple heat pipes 60.

なお、筐体52は、少なくとも走行想定方向(X方向)に開放され、空気が冷却部54に沿って流れる。筐体52は、幅方向(Y方向)に開放されていてもよい。また、筐体52の下面は、冷却フィン74を露出するように開放されていてもよい。 The housing 52 is open at least in the expected direction of travel (X direction), and air flows along the cooling section 54. The housing 52 may also be open in the width direction (Y direction). The underside of the housing 52 may also be open to expose the cooling fins 74.

冷却部54は、例えばアルミニウム等の熱伝導率が高い材料により形成される。具体例として、冷却部54は、受熱ブロック72と、受熱ブロック72に例えば一体化された複数の冷却フィン74とを備える。 The cooling unit 54 is formed from a material with high thermal conductivity, such as aluminum. Specifically, the cooling unit 54 includes a heat receiving block 72 and a plurality of cooling fins 74 that are, for example, integrated into the heat receiving block 72.

受熱ブロック72は、例えば筐体52の内部に配置される。受熱ブロック72の一部は、例えば筐体52の外部に配置されていてもよい。 The heat receiving block 72 is disposed, for example, inside the housing 52. A portion of the heat receiving block 72 may be disposed, for example, outside the housing 52.

受熱ブロック72は、種々の形状が許容されるが、例えば矩形方体状に構成される。受熱ブロック72の上面には、コンバータ部56及びインバータ部58が設けられる。コンバータ部56及びインバータ部58は、鉄道車両10の幅方向に並べられている。なお、本実施形態では、便宜的に、受熱ブロック72の第1の方向(+X方向)側の端を第1端72a、第2の方向(-X方向)側の端を第2端72b、幅方向の一方の側(+Y方向側)の端を第3端72c、幅方向の他方の側(-Y方向側)の端を第4端72dとする。 The heat receiving block 72 may have a variety of shapes, for example, a rectangular parallelepiped shape. The converter unit 56 and inverter unit 58 are provided on the upper surface of the heat receiving block 72. The converter unit 56 and inverter unit 58 are aligned in the width direction of the railway vehicle 10. For convenience, in this embodiment, the end of the heat receiving block 72 on the first direction (+X direction) side is referred to as the first end 72a, the end on the second direction (-X direction) side is referred to as the second end 72b, the end on one side in the width direction (+Y direction side) is referred to as the third end 72c, and the end on the other side in the width direction (-Y direction side) is referred to as the fourth end 72d.

車体14の床下に電力変換装置16が設けられた状態において、複数の冷却フィン74は、受熱ブロック72から重力方向で下方(+Z方向)に向かって延びる。複数の冷却フィン74は、受風部を構成する。複数の冷却フィン74は、筐体52の内部に配置されていてもよく、筐体52の外部に配置されていてもよい。 When the power conversion device 16 is installed under the floor of the vehicle body 14, the multiple cooling fins 74 extend downward in the direction of gravity (+Z direction) from the heat receiving block 72. The multiple cooling fins 74 form an air receiving section. The multiple cooling fins 74 may be arranged inside or outside the housing 52.

冷却フィン74は、一方向(X方向)に長い矩形の薄板状に形成される。車体14の床下に電力変換装置16が設けられた状態において、冷却フィン74は、鉄道車両10の幅方向(Y方向)を厚さ方向とし、走行想定方向(X方向)を長手方向となる姿勢で受熱ブロック72に配置される。また、複数の冷却フィン74は、冷却フィン74の厚さ方向に所定の間隔を開けて配置される。ここで、所定の間隔は、例えば等間隔である。 The cooling fins 74 are formed as thin rectangular plates that are long in one direction (X direction). When the power conversion device 16 is installed under the floor of the carbody 14, the cooling fins 74 are arranged on the heat receiving block 72 with their thickness direction aligned with the width direction (Y direction) of the railway vehicle 10 and their longitudinal direction aligned with the expected running direction (X direction). Furthermore, the multiple cooling fins 74 are arranged at predetermined intervals in the thickness direction of the cooling fins 74. Here, the predetermined intervals are, for example, equal intervals.

なお、冷却フィン74の最も+X方向の一方端74aは、第1の半導体モジュール82の最も+X方向側の位置よりも、+X方向側に配置されることが好適である。一方端74aは、受熱ブロック72の第1端72aよりも+X方向側に配置されていてもよく、-X方向側に配置されていてもよい。また、冷却フィン74の最も-X方向の他方端74bは、第2の半導体モジュール84の最も-X方向側の位置よりも、-X方向側に配置されることが好適である。他方端74bは、受熱ブロック72の第2端72bよりも+X方向側に配置されていてもよく、-X方向側に配置されていてもよい。 It is preferable that the one end 74a of the cooling fin 74, which is furthest in the +X direction, be positioned on the +X side of the position furthest in the +X direction of the first semiconductor module 82. The one end 74a may be positioned on the +X side or the -X side of the first end 72a of the heat receiving block 72. It is also preferable that the other end 74b of the cooling fin 74, which is furthest in the -X direction, be positioned on the -X side of the position furthest in the -X direction of the second semiconductor module 84. The other end 74b may be positioned on the +X side or the -X side of the second end 72b of the heat receiving block 72.

複数の冷却フィン74は、幅方向に隣り合う冷却フィン74の間の隙間に走行方向に沿う走行風F1又はF2が流れる複数の流通路を構成する。複数の冷却フィン74は、鉄道車両10の走行に伴い、主として走行想定方向に沿って流れる走行風F1又はF2を受け、走行風F1又はF2と熱交換を行う。 The multiple cooling fins 74 form multiple flow passages through which the traveling wind F1 or F2 flows along the traveling direction in the gaps between adjacent cooling fins 74 in the width direction. As the railway vehicle 10 travels, the multiple cooling fins 74 receive the traveling wind F1 or F2 that flows mainly along the expected traveling direction, and exchange heat with the traveling wind F1 or F2.

電力変換装置16は、例えば、車体14の上側に取り付けられるパンタグラフ14aを介して架線101から供給される交流電力をコンバータ部56を用いて交流電力から直流電力に変換し、インバータ部58を用いて直流電力から3相交流電力に変換し、電力を各電動機28に伝達する。 The power conversion device 16 converts AC power supplied from the overhead line 101 via, for example, a pantograph 14a attached to the upper side of the car body 14, into DC power using a converter unit 56, and then converts the DC power into three-phase AC power using an inverter unit 58, and transmits the power to each electric motor 28.

コンバータ部56は、U相及びV相で構成され、インバータ部58は、U相、V相、及び、W相で構成される。コンバータ部56のU相及びV相は、幅方向に並べられ、かつ、隣接する。インバータ部58のU相、V相、及び、W相は、幅方向に並べられ、かつ、隣接する。 The converter unit 56 is composed of a U phase and a V phase, and the inverter unit 58 is composed of a U phase, a V phase, and a W phase. The U phase and the V phase of the converter unit 56 are aligned in the width direction and are adjacent to each other. The U phase, the V phase, and the W phase of the inverter unit 58 are aligned in the width direction and are adjacent to each other.

本実施形態では、コンバータ部56及びインバータ部58は、例えばそれぞれ3レベル回路方式である。図3には、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の3レベル回路図を示す。コンバータ部56及びインバータ部58の各相はスイッチング素子やダイオード等の半導体が収納される3つの半導体モジュール82,84,86で構成されている。 In this embodiment, the converter unit 56 and the inverter unit 58 each have a three-level circuit configuration, for example. Figure 3 shows a three-level circuit diagram for each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58. Each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58 is composed of three semiconductor modules 82, 84, and 86 that house semiconductors such as switching elements and diodes.

なお、本実施形態において、コンバータ部56の各相とは、コンバータ部56のU相及びV相をいう。インバータ部58の各相とは、インバータ部58のU相、V相、及び、W相をいう。 In this embodiment, the phases of the converter unit 56 refer to the U phase and V phase of the converter unit 56. The phases of the inverter unit 58 refer to the U phase, V phase, and W phase of the inverter unit 58.

第1の半導体モジュール82は、上アーム及び下アームが絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)を代表とするスイッチング素子と逆並列ダイオードの対を1つのパッケージとする、いわゆる2in1モジュールである。第1の半導体モジュール82は、直列に接続された2つのスイッチング素子(第2スイッチング素子Q2及び第3スイッチング素子Q3)を収納する。第1の半導体モジュール82は、いわゆる4in1モジュールであってもよい。 The first semiconductor module 82 is a so-called 2-in-1 module in which the upper and lower arms contain a pair of switching elements, typically insulated gate bipolar transistors (IGBTs), and anti-parallel diodes in a single package. The first semiconductor module 82 houses two switching elements (second switching element Q2 and third switching element Q3) connected in series. The first semiconductor module 82 may also be a so-called 4-in-1 module.

第2の半導体モジュール84及び第3の半導体モジュール86は、上アーム又は下アームにスイッチング素子と逆並列ダイオードの対を、下アーム又は上アームにクランプダイオードを備えたチョッパモジュールである。第2の半導体モジュール84は、第1スイッチング素子Q1と第1クランプダイオードD5を1つのパッケージとして収納する。第3の半導体モジュール86は、第4スイッチング素子Q4と第2クランプダイオードD6を1つのパッケージとして収納する。 The second semiconductor module 84 and the third semiconductor module 86 are chopper modules equipped with a switching element and an anti-parallel diode pair in the upper or lower arm, and a clamp diode in the lower or upper arm. The second semiconductor module 84 houses the first switching element Q1 and the first clamp diode D5 in a single package. The third semiconductor module 86 houses the fourth switching element Q4 and the second clamp diode D6 in a single package.

図2に示すように、コンバータ部56およびインバータ部58の各相を構成する半導体モジュール82,84,86は、冷却部54の受熱ブロック72上に、冷却フィン74とは反対側に設けられる。 As shown in Figure 2, the semiconductor modules 82, 84, and 86 that make up each phase of the converter section 56 and the inverter section 58 are mounted on the heat receiving block 72 of the cooling section 54, on the side opposite the cooling fins 74.

本実施形態では、冷却フィン74の長手方向に沿う方向、すなわち、冷却フィン74間を冷却風F1又はF2が通る方向(鉄道車両10の走行想定方向)と同方向にコンバータ部56およびインバータ部58の各相が配置される。そして、コンバータ部56およびインバータ部58の各相には、半導体モジュール82,84,86が設置されている。 In this embodiment, each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 is arranged in the longitudinal direction of the cooling fins 74, i.e., in the same direction as the direction in which the cooling air F1 or F2 passes between the cooling fins 74 (the expected direction in which the railway vehicle 10 is traveling). Semiconductor modules 82, 84, and 86 are installed in each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58.

本実施形態では、鉄道車両10の走行想定方向に沿って、冷却風F1の入風側または冷却風F2の排風側、すなわち、受熱ブロック72の第1端72a側に、第2スイッチング素子Q2及び第3スイッチング素子Q3を収納する第1の半導体モジュール82が配置される。第1の半導体モジュール82は、走行想定方向(進行方向)に進行するとき第2の半導体モジュール84及び第3の半導体モジュール86に対して冷却風F1の入風側又は冷却風F2の排風側に設けられる。本実施形態では、鉄道車両10の第1の方向に沿って、冷却風F1の入風側(受熱ブロック72の第1端72a側)に第1の半導体モジュール82があるとき、冷却風F1の入風側から排風側(受熱ブロック72の第2端72b側)に向かって順に、第3の半導体モジュール86、第2の半導体モジュール84が配置されている。このため、本実施形態では、鉄道車両10が第1の方向とは反対側の第2の方向に沿って、冷却風F2の入風側(受熱ブロック72の第2端72b側)から排風側(受熱ブロック72の第1端72a側)に向かって順に、第2の半導体モジュール84、第3の半導体モジュール86、第1の半導体モジュール82が配置されている。 In this embodiment, a first semiconductor module 82 housing a second switching element Q2 and a third switching element Q3 is disposed along the expected traveling direction of the railcar 10 on the inlet side of the cooling air F1 or the exhaust side of the cooling air F2, i.e., on the first end 72a side of the heat receiving block 72. The first semiconductor module 82 is disposed on the inlet side of the cooling air F1 or the exhaust side of the cooling air F2 relative to the second semiconductor module 84 and the third semiconductor module 86 when traveling in the expected traveling direction (travel direction). In this embodiment, when the first semiconductor module 82 is located on the inlet side of the cooling air F1 (the first end 72a side of the heat receiving block 72) along the first direction of the railcar 10, the third semiconductor module 86 and the second semiconductor module 84 are disposed in this order from the inlet side of the cooling air F1 toward the exhaust side (the second end 72b side of the heat receiving block 72). For this reason, in this embodiment, the second semiconductor module 84, third semiconductor module 86, and first semiconductor module 82 are arranged in this order along the railway vehicle 10 in a second direction opposite to the first direction, from the intake side of the cooling air F2 (the second end 72b side of the heat receiving block 72) to the exhaust side (the first end 72a side of the heat receiving block 72).

図2中、コンバータ部56のU相の第1の半導体モジュールに符号82CUを付し、コンバータ部56のV相の第1の半導体モジュールに符号82CVを付す。同様に、コンバータ部56のU相の第2の半導体モジュールに符号84CUを付し、コンバータ部56のV相の第2の半導体モジュールに符号84CVを付す。コンバータ部56のU相の第3の半導体モジュールに符号86CUを付し、コンバータ部56のV相の第3の半導体モジュールに符号86CVを付す。なお、コンバータ部56について、以後の説明では、第1の半導体モジュールを主として符号82を付して説明し、第2の半導体モジュールを主として符号84を付して説明し、第3の半導体モジュールを主として符号86を付して説明する。 In FIG. 2, the first semiconductor module of the U phase of the converter unit 56 is designated by the reference numeral 82CU, and the first semiconductor module of the V phase of the converter unit 56 is designated by the reference numeral 82CV. Similarly, the second semiconductor module of the U phase of the converter unit 56 is designated by the reference numeral 84CU, and the second semiconductor module of the V phase of the converter unit 56 is designated by the reference numeral 84CV. The third semiconductor module of the U phase of the converter unit 56 is designated by the reference numeral 86CU, and the third semiconductor module of the V phase of the converter unit 56 is designated by the reference numeral 86CV. Note that in the following description of the converter unit 56, the first semiconductor module will be primarily described using the reference numeral 82, the second semiconductor module will be primarily described using the reference numeral 84, and the third semiconductor module will be primarily described using the reference numeral 86.

図2中、インバータ部58のU相の第1の半導体モジュールに符号82IUを付し、インバータ部58のV相の第1の半導体モジュールに符号82IVを付し、インバータ部58のW相の第1の半導体モジュールに符号82IWを付す。同様に、インバータ部58のU相の第2の半導体モジュールに符号84IUを付し、インバータ部58のV相の第2の半導体モジュールに符号84IVを付し、インバータ部58のW相の第2の半導体モジュールに符号84IWを付す。インバータ部58のU相の第3の半導体モジュールに符号86IUを付し、インバータ部58のV相の第3の半導体モジュールに符号86IVを付し、インバータ部58のW相の第3の半導体モジュールに符号86IWを付す。なお、インバータ部58について、以後の説明では、第1の半導体モジュールを主として符号82を付して説明し、第2の半導体モジュールを主として符号84を付して説明し、第3の半導体モジュールを主として符号86を付して説明する。 2, the first semiconductor module for the U phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 82IU, the first semiconductor module for the V phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 82IV, and the first semiconductor module for the W phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 82IW. Similarly, the second semiconductor module for the U phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 84IU, the second semiconductor module for the V phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 84IV, and the second semiconductor module for the W phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 84IW. The third semiconductor module for the U phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 86IU, the third semiconductor module for the V phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 86IV, and the third semiconductor module for the W phase of the inverter unit 58 is designated by the symbol 86IW. In the following description of the inverter unit 58, the first semiconductor module will be primarily referred to as 82, the second semiconductor module will be primarily referred to as 84, and the third semiconductor module will be primarily referred to as 86.

そして、本実施形態に係る3レベル回路方式のコンバータ部56及びインバータ部58は、図4に示すように構成される。 The converter section 56 and inverter section 58 of the three-level circuit system according to this embodiment are configured as shown in Figure 4.

図4に示すように、コンバータ部56及びインバータ部58の間には、コンバータ部56から出力され、インバータ部58に供給される直流電力を安定させ、平滑化する平滑用のフィルタコンデンサ57が設置される。なお、図2中は、フィルタコンデンサ57の図示を省略する。 As shown in Figure 4, a smoothing filter capacitor 57 is installed between the converter unit 56 and the inverter unit 58 to stabilize and smooth the DC power output from the converter unit 56 and supplied to the inverter unit 58. Note that the filter capacitor 57 is not shown in Figure 2.

このような電力変換装置16は、図示しない制御部等とともに電力変換ユニットを構成する。制御部は、電力変換装置16のコンバータ部56との間、及び、インバータ部58との間でスイッチング信号を送受信する。 This power conversion device 16, together with a control unit (not shown), constitutes a power conversion unit. The control unit transmits and receives switching signals between the converter unit 56 of the power conversion device 16 and the inverter unit 58.

スイッチング素子と逆並列ダイオードは、例えばシリコン半導体で形成されるが、スイッチング素子と逆並列ダイオードは、シリコン半導体に限らず、適宜の半導体で形成され得る。
例えば図3に示すスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4は、例えば金属酸化膜半導体電解効果トランジスタ(MOSFET)により構成されてもよい。
スイッチング素子と逆並列ダイオード、クランプダイオードのうちの少なくとも1つは、ワイドバンドギャップ半導体から構成されてもよい。
The switching element and the anti-parallel diode are formed of, for example, a silicon semiconductor, but the switching element and the anti-parallel diode are not limited to being formed of a silicon semiconductor and may be formed of any appropriate semiconductor.
For example, the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 shown in FIG. 3 may be configured by, for example, metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs).
At least one of the switching element, the anti-parallel diode, and the clamp diode may be made of a wide bandgap semiconductor.

本実施形態では、図2に示すように、冷却風F1又はF2が通る方向と同方向、且つ、各相の半導体モジュール82,84,86の直下の受熱ブロック72には、それぞれヒートパイプ60が配置される。ヒートパイプ60は、外観が例えば平板状で冷却フィン74と反対側の受熱ブロック72の上面に配置されてもよく、外観が例えば平板状又は円柱状で、受熱ブロック72内に例えば圧入されるなど、埋設されていてもよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, a heat pipe 60 is disposed in the heat receiving block 72 in the same direction as the cooling air F1 or F2 flows and directly below the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase. The heat pipe 60 may have a flat appearance, for example, and be disposed on the upper surface of the heat receiving block 72 opposite the cooling fins 74, or may have a flat or cylindrical appearance, for example, and be embedded, for example, pressed into the heat receiving block 72.

なお、図2中、コンバータ部56のU相の第1の半導体モジュール82CU、第3の半導体モジュール86CU、及び、第2の半導体モジュール84CUの直下のヒートパイプに符号60CUを付す。コンバータ部56のV相の第1の半導体モジュール82CV、第3の半導体モジュール86CV、及び、第2の半導体モジュール84CVの直下のヒートパイプに符号60CVを付す。なお、コンバータ部56について、以後の説明では、ヒートパイプを主として符号60を付して説明する。 In FIG. 2, the heat pipes directly below the first semiconductor module 82CU, third semiconductor module 86CU, and second semiconductor module 84CU of the U phase of the converter unit 56 are designated by the reference symbol 60CU. The heat pipes directly below the first semiconductor module 82CV, third semiconductor module 86CV, and second semiconductor module 84CV of the V phase of the converter unit 56 are designated by the reference symbol 60CV. In the following explanation of the converter unit 56, the heat pipes will mainly be designated by the reference symbol 60.

同様に、インバータ部58のU相の第1の半導体モジュール82IU、第3の半導体モジュール86IU、及び、第2の半導体モジュール84IUの直下のヒートパイプに符号60IUを付す。インバータ部58のV相の第1の半導体モジュール82IV、第3の半導体モジュール86IV、及び、第2の半導体モジュール84IVの直下のヒートパイプに符号60IVを付す。インバータ部58のW相の第1の半導体モジュール82IW、第3の半導体モジュール86IW、及び、第2の半導体モジュール84IWの直下のヒートパイプに符号60IWを付す。なお、インバータ部58について、以後の説明では、ヒートパイプを主として符号60を付して説明する。 Similarly, the heat pipes directly below the first semiconductor module 82IU, third semiconductor module 86IU, and second semiconductor module 84IU of the U phase of the inverter unit 58 are designated by the symbol 60IU. The heat pipes directly below the first semiconductor module 82IV, third semiconductor module 86IV, and second semiconductor module 84IV of the V phase of the inverter unit 58 are designated by the symbol 60IV. The heat pipes directly below the first semiconductor module 82IW, third semiconductor module 86IW, and second semiconductor module 84IW of the W phase of the inverter unit 58 are designated by the symbol 60IW. Note that in the following description of the inverter unit 58, the heat pipes will mainly be designated by the symbol 60.

ヒートパイプ60は、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、及び、第3の半導体モジュール86の組の直下にそれぞれまたがって配置されることが好適である。各ヒートパイプ60の一端62は、第1端72aと第2端72bとの間で、第1端72a側に配置され、他端64は、第1端72aと第2端72bとの間で、第2端72b側に配置される。 The heat pipes 60 are preferably arranged directly below and spanning the first semiconductor module 82, second semiconductor module 84, and third semiconductor module 86 sets of each phase of the converter section 56 and inverter section 58. One end 62 of each heat pipe 60 is located between the first end 72a and the second end 72b, on the first end 72a side, and the other end 64 is located between the first end 72a and the second end 72b, on the second end 72b side.

ヒートパイプ60は、熱伝達に用いられる。ヒートパイプ60の外殻は例えば銅合金で形成される。ヒートパイプ60の作動液の一例は水である。各ヒートパイプ60の一端62は、内部に封入された作動液(冷媒)の蒸発部で、他端64は、作動液の凝縮部である。ヒートパイプ60の一端62は、各相の第1の半導体モジュール82と冷却フィン74との間で、受熱ブロック72に配置される。ヒートパイプ60の他端64は、各相の第2の半導体モジュール84と冷却フィン74との間で、受熱ブロック72に配置される。 Heat pipes 60 are used for heat transfer. The outer shell of the heat pipe 60 is formed, for example, from a copper alloy. An example of the working fluid for the heat pipes 60 is water. One end 62 of each heat pipe 60 is the evaporation section of the working fluid (refrigerant) sealed inside, and the other end 64 is the condensation section of the working fluid. One end 62 of the heat pipe 60 is positioned on the heat receiving block 72 between the first semiconductor module 82 of each phase and the cooling fin 74. The other end 64 of the heat pipe 60 is positioned on the heat receiving block 72 between the second semiconductor module 84 of each phase and the cooling fin 74.

なお、本実施形態では、各ヒートパイプ60は、適宜の温度範囲内など、ヒートパイプ60の一端62の蒸発部の作動液(冷媒)がドライアウトしない条件で使用されるものとする。 In this embodiment, each heat pipe 60 is used under conditions such as within an appropriate temperature range, where the working fluid (refrigerant) in the evaporator at one end 62 of the heat pipe 60 does not dry out.

次に、このように構成された鉄道車両10の電力変換装置16の作用効果について説明する。ここでは、鉄道車両10が走行想定方向で第1の方向(+X方向)に向かって走行する例、及び、第1の方向とは反対側の第2の方向(-X方向)に向かって走行する例について説明する。 Next, we will explain the effects of the power conversion device 16 of the railway vehicle 10 configured in this manner. Here, we will explain an example in which the railway vehicle 10 travels in a first direction (+X direction) in the expected traveling direction, and an example in which the railway vehicle 10 travels in a second direction (-X direction) opposite the first direction.

鉄道車両10をレール100上で第1の方向又は第2の方向に走行させる場合、電力変換装置16のコンバータ部56は、架線101からパンタグラフ14aを介して入力された交流電力を直流電力に変換し、フィルタコンデンサ57を通してインバータ部58に出力する。インバータ部58は、コンバータ部56を出力する直流電力を交流電力に変換する。 When the railway vehicle 10 runs on the rails 100 in a first direction or a second direction, the converter unit 56 of the power conversion device 16 converts AC power input from the overhead line 101 via the pantograph 14a into DC power and outputs it to the inverter unit 58 via a filter capacitor 57. The inverter unit 58 converts the DC power output by the converter unit 56 into AC power.

このとき、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において、電力は、例えば、第2の半導体モジュール84、第3の半導体モジュール86、第1の半導体モジュール82の順に伝達される。すなわち、電力は、第2の半導体モジュール84に入力され、第3の半導体モジュール86を介して、第1の半導体モジュール82で出力される。 At this time, in each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58, power is transmitted, for example, from the second semiconductor module 84, the third semiconductor module 86, and the first semiconductor module 82 in that order. That is, power is input to the second semiconductor module 84, passed through the third semiconductor module 86, and output by the first semiconductor module 82.

そして、電力変換装置16は、インバータ部58で変換した交流電力を各電動機28に供給する。各電動機28は、供給された交流電力により回転する。電動機28の回転力が車軸24に伝達されると、車軸24及び車輪26が回転する。これにより、鉄道車両10は、レール100に沿って、走行想定方向の第1の方向又は第2の方向に向かって走行する。すなわち、電力変換装置16は、鉄道車両10の電動機28を駆動し、鉄道車両10を所定の走行方向に移動させる電力を電動機28に出力可能である。 The power conversion device 16 then supplies the AC power converted by the inverter unit 58 to each electric motor 28. Each electric motor 28 rotates using the supplied AC power. When the rotational force of the electric motor 28 is transmitted to the axle 24, the axle 24 and the wheel 26 rotate. This causes the railway vehicle 10 to travel along the rail 100 in either the first or second expected traveling direction. In other words, the power conversion device 16 drives the electric motor 28 of the railway vehicle 10 and can output to the electric motor 28 electric power that moves the railway vehicle 10 in the specified traveling direction.

電力変換装置16は、コンバータ部56で交流電流を直流電流に変換するとき、及び、インバータ部58で直流電力を交流電力に変換するときにおいて、電力変換時における電力損失に起因して熱が発生する。コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86には、熱が発生する。コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86で発生した熱は、冷却部54の受熱ブロック72を介して各冷却フィン74に伝達される。 When the converter unit 56 converts AC current to DC current, and when the inverter unit 58 converts DC power to AC power, the power conversion device 16 generates heat due to power loss during power conversion. Heat is generated in the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58. The heat generated in the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58 is transferred to each cooling fin 74 via the heat receiving block 72 of the cooling unit 54.

コンバータ部56の各相において、第1の半導体モジュール82の発熱量は、第2の半導体モジュール84及び第3の半導体モジュール86の発熱量に比べて大きい。言い換えると、コンバータ部56の第2の半導体モジュール82及び第3の半導体モジュール86のそれぞれの電力変換時の発熱量は、第1の半導体モジュールよりも小さい。 In each phase of the converter unit 56, the heat generation amount of the first semiconductor module 82 is greater than the heat generation amount of the second semiconductor module 84 and the third semiconductor module 86. In other words, the heat generation amount of each of the second semiconductor module 82 and the third semiconductor module 86 of the converter unit 56 during power conversion is less than that of the first semiconductor module.

また、インバータ部58の各相において、第1の半導体モジュール82の発熱量は、第2の半導体モジュール84及び第3の半導体モジュール86の発熱量に比べて大きくなり得る。言い換えると、インバータ部58の第2の半導体モジュール82及び第3の半導体モジュール86のそれぞれの電力変換時の発熱量は、第1の半導体モジュールよりも小さくなり得る。インバータ部58の各相の第1の半導体モジュール82の発熱が第2の半導体モジュール84及び第3の半導体モジュール86に比べて大きくなり得る理由は、第1の半導体モジュール82が2つのスイッチング素子Q2,Q3を有するためである、と考えられる。 Furthermore, in each phase of the inverter unit 58, the amount of heat generated by the first semiconductor module 82 may be greater than the amount of heat generated by the second semiconductor module 84 and the third semiconductor module 86. In other words, the amount of heat generated by each of the second semiconductor module 82 and the third semiconductor module 86 of the inverter unit 58 during power conversion may be less than that of the first semiconductor module. The reason why the amount of heat generated by the first semiconductor module 82 in each phase of the inverter unit 58 may be greater than that of the second semiconductor module 84 and the third semiconductor module 86 is thought to be because the first semiconductor module 82 has two switching elements Q2 and Q3.

なお、一般には、電力変換装置16のコンバータ部56の各相の発熱量は、インバータ部58の各相の発熱量よりも大きい。 In general, the heat generation amount of each phase of the converter section 56 of the power conversion device 16 is greater than the heat generation amount of each phase of the inverter section 58.

ここで、ヒートパイプ60の一端62を加熱すると、ヒートパイプ60内の作動液が熱を奪って蒸発する。このとき、ヒートパイプ60の一端62の蒸気圧が、他端64の蒸気圧に比べて高くなる。このため、ヒートパイプ60の一端62で蒸発した作動液は、ヒートパイプ60の他端64に移動する。蒸気となった作動液は、他端64で液体に凝縮される。作動液は、気体から液体に戻るときに熱を放熱する。このため、ヒートパイプ60の一端62に入力された熱は、他端64で出力される。そして、ヒートパイプ60の他端64で液体に戻った作動液はヒートパイプ60内のウィックによりヒートパイプ60の一端62に戻る。このように、作動液は、気体と液体との相変化を行いながらヒートパイプ60の一端62と他端64との間を循環する。このため、ヒートパイプ60は、作動液がドライアウトしない範囲で、高温部から低温部に向かって熱を移動させ続ける。なお、仮に、蒸発部の作動液がドライアウトしたとき、銅合金材により、ヒートパイプ60の一端62から他端64に熱伝達は可能である。 When one end 62 of the heat pipe 60 is heated, the working fluid inside the heat pipe 60 absorbs heat and evaporates. At this time, the vapor pressure at one end 62 of the heat pipe 60 becomes higher than the vapor pressure at the other end 64. As a result, the working fluid that evaporates at one end 62 of the heat pipe 60 moves to the other end 64 of the heat pipe 60. The vaporized working fluid condenses into a liquid at the other end 64. The working fluid dissipates heat when it returns from a gas state to a liquid state. Therefore, heat input to one end 62 of the heat pipe 60 is output from the other end 64. Then, the working fluid that has returned to a liquid state at the other end 64 of the heat pipe 60 returns to the one end 62 of the heat pipe 60 via the wick within the heat pipe 60. In this way, the working fluid circulates between one end 62 and the other end 64 of the heat pipe 60 while undergoing a phase change between gas and liquid. Therefore, the heat pipe 60 continues to transfer heat from high-temperature areas to low-temperature areas as long as the working fluid does not dry out. Furthermore, even if the working fluid in the evaporation section dries out, heat can still be transferred from one end 62 of the heat pipe 60 to the other end 64 via the copper alloy material.

本実施形態では、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の第1の半導体モジュール82の直下にヒートパイプ60の一端62が配置され、第2の半導体モジュール84の直下にヒートパイプ60の他端64が配置されている。このため、第1の半導体モジュール82による熱は、ヒートパイプ60によりヒートパイプ60の一端62に入力され、他端64に移動して他端64で出力(放熱)される。 In this embodiment, one end 62 of the heat pipe 60 is disposed directly below the first semiconductor module 82 of each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58, and the other end 64 of the heat pipe 60 is disposed directly below the second semiconductor module 84. Therefore, heat from the first semiconductor module 82 is input to one end 62 of the heat pipe 60 by the heat pipe 60, transferred to the other end 64, and output (radiated) at the other end 64.

このため、第1の半導体モジュール82で発する熱は、冷却部54の受熱ブロック72に伝達されるとともに、ヒートパイプ60の一端62を通して他端64に移動する。そして、ヒートパイプ60の他端64で発する熱は、冷却部54の受熱ブロック72に伝達される。このため、第1の半導体モジュール82で発する熱は、第1の半導体モジュール82の近傍で冷却部54の受熱ブロック72に伝達されるとともに、ヒートパイプ60の他端64を通して、ヒートパイプ60の他端64の近傍で冷却部54の受熱ブロック72に伝達される。 As a result, heat generated by the first semiconductor module 82 is transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 and moves through one end 62 of the heat pipe 60 to the other end 64. Heat generated at the other end 64 of the heat pipe 60 is then transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54. As a result, heat generated by the first semiconductor module 82 is transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 near the first semiconductor module 82 and through the other end 64 of the heat pipe 60 to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 near the other end 64 of the heat pipe 60.

また、第2の半導体モジュール84で発する熱は、第2の半導体モジュール84の近傍で冷却部54の受熱ブロック72に伝達される。同様に、第3の半導体モジュール86で発する熱は、第3の半導体モジュール86の近傍で冷却部54の受熱ブロック72に伝達される。 Furthermore, heat generated by the second semiconductor module 84 is transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 near the second semiconductor module 84. Similarly, heat generated by the third semiconductor module 86 is transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 near the third semiconductor module 86.

このため、各相の半導体モジュール82,84,86のうち、最も発熱量が大きい第1の半導体モジュール82の熱は、ヒートパイプ60の一端62の近傍で、冷却部54の受熱ブロック72に直接伝達されるとともに、ヒートパイプ60の他端64の近傍で冷却部54の受熱ブロック72に伝達される。したがって、最も発熱量が大きい第1の半導体モジュール82の熱は、受熱ブロック72のより広範な領域に熱伝達(熱伝導)される。このとき、第2の半導体モジュール84の熱は、ヒートパイプ60の他端64の近傍で冷却部54の受熱ブロック72に伝達される。また、第3の半導体モジュール86の熱は、ヒートパイプ60の一端62と他端64との間の位置で、冷却部54の受熱ブロック72に伝達される。 As a result, of the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase, the heat from the first semiconductor module 82, which generates the greatest amount of heat, is transferred directly to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 near one end 62 of the heat pipe 60, and is also transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 near the other end 64 of the heat pipe 60. Therefore, the heat from the first semiconductor module 82, which generates the greatest amount of heat, is transferred (thermally conducted) to a wider area of the heat receiving block 72. At the same time, the heat from the second semiconductor module 84 is transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 near the other end 64 of the heat pipe 60. Furthermore, the heat from the third semiconductor module 86 is transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 at a position between the one end 62 and the other end 64 of the heat pipe 60.

したがって、本実施形態に係る鉄道車両10では、受熱ブロック72への熱伝達の際に、受熱ブロック72で局所的に熱伝達量が大きくなることを防止する。本実施形態では、ヒートパイプ60の一端62で第1の半導体モジュール82からの熱の一部を他端64に伝達し、ヒートパイプ60の一端62で第1の半導体モジュール82からの熱の一部を受熱ブロック72に伝達する。また、ヒートパイプ60の他端64で第1の半導体モジュール82からの熱の一部を受熱ブロック72に伝達するとともに、第2の半導体モジュール84からの熱の一部をヒートパイプ60の他端64の近傍で受熱ブロック72に伝達する。このため、本実施形態に係る電力変換装置16では、各相の半導体モジュール82,84,86のうち、最も発熱量が大きい第1の半導体モジュール82からの熱を分散して受熱ブロック72に伝達する。さらに、第3の第1の半導体モジュール82からの熱の一部を受熱ブロック72に伝達する。このため、本実施形態に係る電力変換装置16では、冷却部54の受熱ブロック72に熱伝達するときに、局所的に高い熱伝達を要する領域を減らす。したがって、本実施形態に係る電力変換装置16では、ヒートパイプ60と受熱ブロック72の接触面及びその周囲の領域といった広い領域に、各相の半導体モジュール82,84,86からの熱を分散して熱伝達する。すなわち、本実施形態に係る鉄道車両10の電力変換装置16では、コンバータ部56及びインバータ部58の発熱により生じる冷却部54に対する熱伝達の均一化が図られる。 Therefore, in the railway vehicle 10 according to this embodiment, when heat is transferred to the heat receiving block 72, a locally large amount of heat transfer is prevented in the heat receiving block 72. In this embodiment, a portion of the heat from the first semiconductor module 82 is transferred to the other end 64 of the heat pipe 60 at one end 62, and a portion of the heat from the first semiconductor module 82 is transferred to the heat receiving block 72 at one end 62 of the heat pipe 60. Furthermore, a portion of the heat from the first semiconductor module 82 is transferred to the heat receiving block 72 at the other end 64 of the heat pipe 60, and a portion of the heat from the second semiconductor module 84 is transferred to the heat receiving block 72 near the other end 64 of the heat pipe 60. Therefore, in the power conversion device 16 according to this embodiment, heat from the first semiconductor module 82, which generates the greatest amount of heat among the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase, is dispersed and transferred to the heat receiving block 72. Furthermore, a portion of the heat from the third first semiconductor module 82 is transferred to the heat receiving block 72. As a result, the power conversion device 16 of this embodiment reduces the area requiring locally high heat transfer when transferring heat to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54. Therefore, in the power conversion device 16 of this embodiment, heat from the semiconductor modules 82, 84, 86 of each phase is dispersed and transferred over a wide area, such as the contact surface between the heat pipe 60 and the heat receiving block 72 and the surrounding area. In other words, the power conversion device 16 of the railway vehicle 10 of this embodiment achieves uniform heat transfer to the cooling unit 54 caused by heat generated by the converter unit 56 and inverter unit 58.

そして、筐体52は、少なくとも走行想定方向(第1の方向及び第2の方向)に開放され、空気が冷却部54に沿って流れる。このため、鉄道車両10の第1の方向への走行時に、冷却フィン74の一方端74aに走行風(冷却風)F1が当たり、冷却フィン74の他方端74bから走行風F1が抜ける。このとき、複数の冷却フィン74は、鉄道車両10の走行に伴い、第1の方向に沿って流れる走行風F1を受ける。そして、複数の冷却フィン74と走行風(大気)F1との間で熱交換が行われることで、インバータ部58及びコンバータ部56の各相の半導体モジュール82,84,86で発生する熱が複数の冷却フィン74を介して大気に放熱される。 The housing 52 is open in at least the expected traveling direction (first direction and second direction), allowing air to flow along the cooling section 54. As a result, when the railcar 10 travels in the first direction, traveling wind (cooling wind) F1 hits one end 74a of the cooling fin 74 and exits from the other end 74b of the cooling fin 74. At this time, the multiple cooling fins 74 receive the traveling wind F1 flowing in the first direction as the railcar 10 travels. Heat exchange occurs between the multiple cooling fins 74 and the traveling wind (atmosphere) F1, allowing heat generated in the semiconductor modules 82, 84, 86 of each phase of the inverter section 58 and converter section 56 to be dissipated to the atmosphere via the multiple cooling fins 74.

このため、冷却部54は、電力変換を行うときに発熱するコンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を冷却する。このため、冷却部54は、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86の温度上昇を抑制し、かつ、各相において半導体モジュール82,84,86の温度を均一の温度にしようとする。 For this reason, the cooling unit 54 cools the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58, which generate heat during power conversion. Therefore, the cooling unit 54 suppresses temperature increases in the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58, and attempts to maintain a uniform temperature among the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase.

鉄道車両10の、第1の方向とは反対側の第2の方向への走行時に、冷却フィン74の他方端74bに走行風(冷却風)F2が当たり、冷却フィン74の一方端74aから走行風F2が抜ける。このとき、複数の冷却フィン74は、鉄道車両10の走行に伴い、第2の方向に沿って流れる走行風F2を受ける。このため、冷却部54は、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を冷却する。このため、冷却部54は、各相の半導体モジュール82,84,86の温度上昇を抑制し、かつ、各相において半導体モジュール82,84,86の温度を均一の温度にしようとする。 When the railway vehicle 10 travels in a second direction opposite the first direction, traveling wind (cooling wind) F2 hits the other end 74b of the cooling fin 74 and exits from one end 74a of the cooling fin 74. At this time, the multiple cooling fins 74 receive the traveling wind F2 flowing in the second direction as the railway vehicle 10 travels. As a result, the cooling unit 54 cools the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58. As a result, the cooling unit 54 suppresses temperature increases in the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase and attempts to maintain a uniform temperature among the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase.

このように、本実施形態に係る電力変換装置16は、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の3つの半導体モジュール82,84,86を冷却部54の受熱ブロック72上に配置し、かつ、最も発熱量が大きい第1の半導体モジュール82をヒートパイプ60の一端62側に配置した。このため、本実施形態に係る電力変換装置16は、各相において、最も発熱量が大きいと想定される第1の半導体モジュール82からの熱を、冷却部54に熱伝達するとともに、ヒートパイプ60の一端62から他端64に移動した上で冷却部54に熱伝達し、各相の3つの半導体モジュール82,84,86を冷却することができる。したがって、本実施形態に係る電力変換装置16によれば、電力変換を行うとき、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において半導体モジュール82,84,86の温度上昇を抑制し、かつ、各相において半導体モジュール82,84,86の温度を均一の温度にしようとすることができる。 In this way, the power conversion device 16 according to this embodiment arranges the three semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 on the heat receiving block 72 of the cooling unit 54, and arranges the first semiconductor module 82, which generates the greatest amount of heat, on the one end 62 side of the heat pipe 60. Therefore, the power conversion device 16 according to this embodiment transfers heat from the first semiconductor module 82, which is expected to generate the greatest amount of heat in each phase, to the cooling unit 54, and also transfers heat from one end 62 to the other end 64 of the heat pipe 60 before transferring it to the cooling unit 54, thereby cooling the three semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase. Therefore, the power conversion device 16 according to this embodiment can suppress temperature increases in the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 during power conversion, and can maintain uniform temperatures in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase.

したがって、本実施形態によれば、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を効率的に冷却可能な電力変換装置16を提供することができる。 Therefore, this embodiment provides a power conversion device 16 that can efficiently cool the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter section 56 and inverter section 58.

本実施形態では、コンバータ部56のU相及びV相が進行方向(X方向)に直交する方向(Y方向)に並べられる例について説明した。コンバータ部56のU相及びV相は、進行方向に交差する方向に隣接していればよい。 In this embodiment, an example has been described in which the U and V phases of the converter unit 56 are arranged in a direction (Y direction) perpendicular to the direction of travel (X direction). The U and V phases of the converter unit 56 only need to be adjacent in a direction intersecting the direction of travel.

同様に、本実施形態では、インバータ部58のU相、V相、及び、W相が進行方向(X方向)に直交する方向(Y方向)に並べられる例について説明した。インバータ部58のU相、V相、及び、W相は、進行方向に交差する方向に隣接する状態に順に並べられていればよい。 Similarly, in this embodiment, an example has been described in which the U, V, and W phases of the inverter unit 58 are arranged in a direction (Y direction) perpendicular to the direction of travel (X direction). The U, V, and W phases of the inverter unit 58 may be arranged adjacent to each other in a direction intersecting the direction of travel.

本実施形態では、コンバータ部56の各相、及び、インバータ部58の各相において、走行想定方向に沿って、第1の半導体モジュール82、第3の半導体モジュール86、第2の半導体モジュール84の順に配置する例について説明した。第2の半導体モジュール84と、第3の半導体モジュール86の順は、反対であってもよい。すなわち、コンバータ部56の各相、及び、インバータ部58の各相のいずれかにおいて、第1の半導体モジュール82と第3の半導体モジュール86との間に第2の半導体モジュール84が配置されていてもよい。このため、ヒートパイプ60の他端64の作動液の凝縮部は、冷却フィン74と第2の半導体モジュール84又は第3の半導体モジュール86との間に配置されていればよい。 In this embodiment, an example has been described in which the first semiconductor module 82, the third semiconductor module 86, and the second semiconductor module 84 are arranged in this order along the expected driving direction in each phase of the converter unit 56 and each phase of the inverter unit 58. The order of the second semiconductor module 84 and the third semiconductor module 86 may be reversed. That is, in either the phase of the converter unit 56 or the phase of the inverter unit 58, the second semiconductor module 84 may be arranged between the first semiconductor module 82 and the third semiconductor module 86. Therefore, the condensation portion of the working fluid at the other end 64 of the heat pipe 60 only needs to be arranged between the cooling fin 74 and the second semiconductor module 84 or the third semiconductor module 86.

また、本実施形態では、ヒートパイプ60は、コンバータ部56の各相、及び、インバータ部58の各相において、3つの半導体モジュール82,84,86をまたがるように配置される例について説明した。ヒートパイプ60は、例えば、一端62の蒸発部が冷却フィン74と第1の半導体モジュール82との間に配置され、他端64の凝縮部が図2における冷却フィン74と第3の半導体モジュール86との間に配置されることも好適である。この場合、冷却フィン74と第2の半導体モジュール84との間にヒートパイプ60が配置されていなくてもよい。 Furthermore, in this embodiment, an example has been described in which the heat pipe 60 is arranged so as to straddle three semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase of the converter section 56 and each phase of the inverter section 58. It is also preferable that the evaporator section at one end 62 of the heat pipe 60 is arranged between the cooling fin 74 and the first semiconductor module 82, and the condenser section at the other end 64 is arranged between the cooling fin 74 and the third semiconductor module 86 in Figure 2. In this case, the heat pipe 60 does not have to be arranged between the cooling fin 74 and the second semiconductor module 84.

図2中の電力変換装置16では、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、及び、第3の半導体モジュール86の組に対して1つのヒートパイプ60を配置する例について説明した。コンバータ部56及びインバータ部58の各相の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、及び、第3の半導体モジュール86の組に対して2つなど、複数のヒートパイプ60を幅方向(Y方向)に並べて配置してもよい。 In the power conversion device 16 shown in Figure 2, an example has been described in which one heat pipe 60 is arranged for a set of the first semiconductor module 82, second semiconductor module 84, and third semiconductor module 86 for each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58. Multiple heat pipes 60, such as two, may be arranged side by side in the width direction (Y direction) for a set of the first semiconductor module 82, second semiconductor module 84, and third semiconductor module 86 for each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58.

また、複数のヒートパイプ60の1つをコンバータ部56及びインバータ部58の各相の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、及び、第3の半導体モジュール86の組の直下に配置し、残りを、隣接する相の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、及び、第3の半導体モジュール86の組との間に配置してもよい。すなわち、例えばコンバータ部56のU相及びV相の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、及び、第3の半導体モジュール86の組の直下に1つのヒートパイプ60を配置する。そして、コンバータ部56のU相の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、及び、第3の半導体モジュール86の組と、V相の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、及び、第3の半導体モジュール86の組との間に1つのヒートパイプ60を配置する。この場合のヒートパイプ60は、各半導体モジュール82,84,86と受熱ブロック72との固定を阻害しない位置に配置される。そして、各相の第1の半導体モジュール82による熱は、複数のヒートパイプ60の一端62から他端64に移動させた後、冷却部54に熱伝達することができる。すなわち、ヒートパイプ60と各半導体モジュール82,84,86とが直接接触しないとき、例えば第1の半導体モジュール82からの熱を、冷却部54の受熱ブロック72を介してヒートパイプ60の一端62に熱伝達する。このように、第1の半導体モジュール82からの熱は、ヒートパイプ60の一端に直接熱伝達してもよく、冷却部54の受熱ブロック72を介してヒートパイプ60の一端62に熱伝達してもよい。いずれにしても、ヒートパイプ60の一端62に入力された熱は、一端62よりも温度が低い他端64から放熱され、冷却部54の受熱ブロック72に熱伝達される。 Also, one of the multiple heat pipes 60 may be disposed directly below the set of the first semiconductor module 82, second semiconductor module 84, and third semiconductor module 86 for each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58, and the remaining heat pipes 60 may be disposed between the set of the first semiconductor module 82, second semiconductor module 84, and third semiconductor module 86 for the adjacent phase. That is, for example, one heat pipe 60 may be disposed directly below the set of the first semiconductor module 82, second semiconductor module 84, and third semiconductor module 86 for the U and V phases of the converter unit 56. Then, one heat pipe 60 may be disposed between the set of the first semiconductor module 82, second semiconductor module 84, and third semiconductor module 86 for the U phase of the converter unit 56 and the set of the first semiconductor module 82, second semiconductor module 84, and third semiconductor module 86 for the V phase. In this case, the heat pipes 60 are positioned so as not to interfere with the attachment of each semiconductor module 82, 84, 86 to the heat receiving block 72. The heat generated by the first semiconductor module 82 of each phase can be transferred from one end 62 to the other end 64 of the heat pipes 60 and then transferred to the cooling unit 54. That is, when the heat pipes 60 are not in direct contact with the semiconductor modules 82, 84, 86, heat from the first semiconductor module 82, for example, is transferred to the one end 62 of the heat pipe 60 via the heat receiving block 72 of the cooling unit 54. In this manner, heat from the first semiconductor module 82 may be transferred directly to the one end 62 of the heat pipe 60, or may be transferred to the one end 62 of the heat pipe 60 via the heat receiving block 72 of the cooling unit 54. In either case, heat input to the one end 62 of the heat pipe 60 is radiated from the other end 64, which is at a lower temperature than the one end 62, and transferred to the heat receiving block 72 of the cooling unit 54.

本実施形態では、コンバータ部56及びインバータ部58の両方について、各相の3つの半導体モジュール82,84,86を冷却部54の受熱ブロック72上に配置し、かつ、最も発熱量が大きい第1の半導体モジュール82をヒートパイプ60の一端62側に配置する例について説明した。例えば、コンバータ部56について、U相及びV相の3つの半導体モジュール82,84,86を冷却部54の受熱ブロック72上に配置し、かつ、最も発熱量が大きい第1の半導体モジュール82をヒートパイプ60の一端62側に配置するようにし、インバータ部58について他の冷却構造を採用してもよい。 In this embodiment, an example has been described in which, for both the converter unit 56 and the inverter unit 58, the three semiconductor modules 82, 84, 86 for each phase are arranged on the heat receiving block 72 of the cooling unit 54, and the first semiconductor module 82, which generates the greatest amount of heat, is arranged on one end 62 of the heat pipe 60. For example, for the converter unit 56, the three semiconductor modules 82, 84, 86 for the U and V phases may be arranged on the heat receiving block 72 of the cooling unit 54, and the first semiconductor module 82, which generates the greatest amount of heat, may be arranged on one end 62 of the heat pipe 60, and a different cooling structure may be adopted for the inverter unit 58.

なお、本実施形態に係る電力変換装置16は、例えば1つのコンバータ部56に対して、複数のインバータ部58を接続し得る。また、1つのインバータ部58は、例えば、鉄道車両10の台車12の複数の電動機28を駆動し得る。 Note that the power conversion device 16 according to this embodiment may have, for example, multiple inverter units 58 connected to one converter unit 56. Furthermore, one inverter unit 58 may drive, for example, multiple electric motors 28 of the bogie 12 of the railway vehicle 10.

[第2実施形態]
図5を用いて電力変換装置16の第2実施形態について説明する。本実施形態に係る電力変換装置16は、第1実施形態に係る電力変換装置16の変形例であって、第1実施形態で説明した内容は、適宜に説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the power conversion device 16 will be described with reference to Fig. 5. The power conversion device 16 according to this embodiment is a modified example of the power conversion device 16 according to the first embodiment, and the contents described in the first embodiment will not be described as appropriate.

図5には、第2実施形態に係る電力変換装置16を示す。図5に示すように、本実施形態に係る電力変換装置16では、コンバータ部56の各相(U相及びV相)、インバータ部58の各相(U相、V相及びW相)は、複数の第1の半導体モジュール82が並列に接続され、複数の第2の半導体モジュール84が並列に接続され、複数の第3の半導体モジュール86が並列に接続されている。ここでは、説明の簡単のため、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において、それぞれn個(nは2以上の自然数)の第1の半導体モジュール82、第2の半導体モジュール84、第3の半導体モジュール86が並列に接続されているものとする。 Figure 5 shows a power conversion device 16 according to the second embodiment. As shown in Figure 5, in the power conversion device 16 according to this embodiment, each phase (U-phase and V-phase) of the converter unit 56 and each phase (U-phase, V-phase, and W-phase) of the inverter unit 58 has a plurality of first semiconductor modules 82 connected in parallel, a plurality of second semiconductor modules 84 connected in parallel, and a plurality of third semiconductor modules 86 connected in parallel. For simplicity of explanation, it is assumed here that each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58 has n (n is a natural number greater than or equal to 2) first semiconductor modules 82, second semiconductor modules 84, and third semiconductor modules 86 connected in parallel.

そして、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の第1の半導体モジュール82は、冷却部54の受熱ブロック72上で、走行想定方向(X方向)に直交する方向(Y方向)に並べられている。図5中、コンバータ部56のU相において、2つの第1の半導体モジュール82CU1,82CU2,…が並べられ、V相において、2つの第1の半導体モジュール82CV1,82CV2,…が並べられている。また、インバータ部58のU相及びV相において、それぞれ2つの半導体モジュールが並べられているが、図5中の図示を省略する。図5中、インバータ部58のW相において、2つの第1の半導体モジュール82IW1,82IW2,…が並べられている。 The first semiconductor modules 82 for each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 are arranged on the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 in a direction (Y direction) perpendicular to the expected traveling direction (X direction). In FIG. 5, two first semiconductor modules 82CU1, 82CU2, etc. are arranged in the U phase of the converter unit 56, and two first semiconductor modules 82CV1, 82CV2, etc. are arranged in the V phase. Furthermore, two semiconductor modules are arranged in each of the U and V phases of the inverter unit 58, but these are not shown in FIG. 5. In FIG. 5, two first semiconductor modules 82IW1, 82IW2, etc. are arranged in the W phase of the inverter unit 58.

コンバータ部56及びインバータ部58の各相の第2の半導体モジュール84は、冷却部54の受熱ブロック72上で、走行想定方向(X方向)に直交する方向(Y方向)に並べられている。図5中、コンバータ部56のU相において、2つの第2の半導体モジュール84CU1,84CU2,…が並べられ、V相において、2つの第2の半導体モジュール84CV1,84CV2,…が並べられている。また、インバータ部58のU相及びV相において、それぞれ2つの半導体モジュールが並べられているが、図5中の図示を省略する。図5中、インバータ部58のW相において、2つの第2の半導体モジュール84IW1,84IW2,…が並べられている。 The second semiconductor modules 84 for each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58 are arranged on the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 in a direction (Y direction) perpendicular to the expected traveling direction (X direction). In FIG. 5, two second semiconductor modules 84CU1, 84CU2, etc. are arranged in the U phase of the converter unit 56, and two second semiconductor modules 84CV1, 84CV2, etc. are arranged in the V phase. Furthermore, two semiconductor modules are arranged in each of the U and V phases of the inverter unit 58, but these are not shown in FIG. 5. In FIG. 5, two second semiconductor modules 84IW1, 84IW2, etc. are arranged in the W phase of the inverter unit 58.

コンバータ部56及びインバータ部58の各相の第3の半導体モジュール86は、冷却部54の受熱ブロック72上で、走行想定方向(X方向)に直交する方向(Y方向)に並べられている。図5中、コンバータ部56のU相において、2つの第3の半導体モジュール86CU1,86CU2,…が並べられ、V相において、2つの第3の半導体モジュール86CV1,86CV2,…が並べられている。また、インバータ部58のU相及びV相において、それぞれ2つの半導体モジュールが並べられているが、図5中の図示を省略する。図5中、インバータ部58のW相において、2つの第3の半導体モジュール86IW1,86IW2,…が並べられている。 The third semiconductor modules 86 for each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58 are arranged on the heat receiving block 72 of the cooling unit 54 in a direction (Y direction) perpendicular to the expected traveling direction (X direction). In FIG. 5, two third semiconductor modules 86CU1, 86CU2, etc. are arranged in the U phase of the converter unit 56, and two third semiconductor modules 86CV1, 86CV2, etc. are arranged in the V phase. Furthermore, two semiconductor modules are arranged in each of the U and V phases of the inverter unit 58, but these are not shown in FIG. 5. In FIG. 5, two third semiconductor modules 86IW1, 86IW2, etc. are arranged in the W phase of the inverter unit 58.

そして、それぞれの第1の半導体モジュール82の-X方向(受熱ブロック72の第1端72aに対して第2端72b側)に隣接して、例えば第3の半導体モジュール86が配置され、第3の半導体モジュール86の-X方向(受熱ブロック72の第1端72aに対して第2端72b側)に隣接して第2の半導体モジュール84が配置される。 Then, for example, a third semiconductor module 86 is arranged adjacent to each first semiconductor module 82 in the -X direction (the second end 72b side of the heat receiving block 72 relative to the first end 72a), and a second semiconductor module 84 is arranged adjacent to the third semiconductor module 86 in the -X direction (the second end 72b side of the heat receiving block 72 relative to the first end 72a).

なお、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の第1の半導体モジュール82の数と同数のヒートパイプ60が準備される。コンバータ部56及びインバータ部58の各相のX方向に並べられた第1の半導体モジュール82、第3の半導体モジュール86、第2の半導体モジュール84の組と冷却フィン74との間には、それぞれ、ヒートパイプ60が配置される。 The same number of heat pipes 60 are prepared as the number of first semiconductor modules 82 for each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58. A heat pipe 60 is disposed between each set of the first semiconductor module 82, third semiconductor module 86, and second semiconductor module 84 arranged in the X direction for each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 and the cooling fin 74.

図5中の例について説明すると、コンバータ部56のU相の第1の半導体モジュール82CU1、第3の半導体モジュール86CU1、第2の半導体モジュール84CU1と冷却フィン74との間には、ヒートパイプ60CU1が配置される。コンバータ部56のU相の第1の半導体モジュール82CU2、第3の半導体モジュール86CU2、第2の半導体モジュール84CU2と冷却フィン74との間には、ヒートパイプ60CU2が配置される。コンバータ部56のV相の第1の半導体モジュール82CV1、第3の半導体モジュール86CV1、第2の半導体モジュール84CV1と冷却フィン74との間には、ヒートパイプ60CV1が配置される。コンバータ部56のV相の第1の半導体モジュール82CV2、第3の半導体モジュール86CV2、第2の半導体モジュール84CV2と冷却フィン74との間には、ヒートパイプ60CV2が配置される。 Explaining the example in FIG. 5, a heat pipe 60CU1 is arranged between the cooling fins 74 and the first semiconductor module 82CU1, third semiconductor module 86CU1, and second semiconductor module 84CU1 of the U phase of the converter unit 56. A heat pipe 60CU2 is arranged between the cooling fins 74 and the first semiconductor module 82CU2, third semiconductor module 86CU2, and second semiconductor module 84CU2 of the U phase of the converter unit 56. A heat pipe 60CV1 is arranged between the cooling fins 74 and the first semiconductor module 82CV1, third semiconductor module 86CV1, and second semiconductor module 84CV1 of the V phase of the converter unit 56. A heat pipe 60CV2 is arranged between the cooling fins 74 and the first semiconductor module 82CV2, third semiconductor module 86CV2, and second semiconductor module 84CV2 of the V phase of the converter unit 56.

図5中、インバータ部58のU相及びV相のそれぞれ2つの半導体モジュール及びヒートパイプの図示を省略する。インバータ部58のW相の第1の半導体モジュール82IW1、第3の半導体モジュール86IW1、第2の半導体モジュール84IW1と冷却フィン74との間には、ヒートパイプ60IW1が配置される。インバータ部58のW相の第1の半導体モジュール82IW2、第3の半導体モジュール86IW2、第2の半導体モジュール84IW2と冷却フィン74との間には、ヒートパイプ60IW2が配置される。 In Figure 5, the two semiconductor modules and heat pipes for each of the U and V phases of the inverter unit 58 are not shown. A heat pipe 60IW1 is arranged between the cooling fins 74 and the first semiconductor module 82IW1, third semiconductor module 86IW1, and second semiconductor module 84IW1 of the W phase of the inverter unit 58. A heat pipe 60IW2 is arranged between the cooling fins 74 and the first semiconductor module 82IW2, third semiconductor module 86IW2, and second semiconductor module 84IW2 of the W phase of the inverter unit 58.

それぞれのヒートパイプ60の一端62は、第1の半導体モジュール82と冷却フィン74との間に配置される。ヒートパイプ60の他端64は、第2の半導体モジュール84と冷却フィン74との間に配置される。 One end 62 of each heat pipe 60 is positioned between the first semiconductor module 82 and the cooling fin 74. The other end 64 of the heat pipe 60 is positioned between the second semiconductor module 84 and the cooling fin 74.

本実施形態に係る電力変換装置16のように、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において、複数の半導体モジュールを並列に接続することで、第1実施形態で説明した電力変換装置16に比べて、電力変換装置16に流す電流の電流密度を増加させることができる。 By connecting multiple semiconductor modules in parallel in each phase of the converter section 56 and the inverter section 58, as in the power conversion device 16 of this embodiment, the current density of the current flowing through the power conversion device 16 can be increased compared to the power conversion device 16 described in the first embodiment.

本実施形態に係る電力変換装置16は、第1実施形態で説明した電力変換装置16と同様の作用効果を奏する。このため、本実施形態に係る電力変換装置16によれば、電力変換を行うとき、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において半導体モジュール82,84,86の温度上昇を抑制し、かつ、各相において半導体モジュール82,84,86の温度を均一の温度にしようとすることができる。 The power conversion device 16 according to this embodiment achieves the same effects as the power conversion device 16 described in the first embodiment. Therefore, when performing power conversion, the power conversion device 16 according to this embodiment can suppress temperature increases in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58, and can maintain a uniform temperature in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase.

したがって、本実施形態によれば、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を効率的に冷却可能な電力変換装置16を提供することができる。 Therefore, this embodiment provides a power conversion device 16 that can efficiently cool the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter section 56 and inverter section 58.

[第3実施形態]
図6を用いて電力変換装置16の第3実施形態について説明する。本実施形態に係る電力変換装置16は、第1実施形態及び第2実施形態に係る電力変換装置16の更なる変形例であって、第1実施形態及び第2実施形態で説明した内容は、適宜に説明を省略する。
[Third embodiment]
A third embodiment of the power conversion device 16 will be described with reference to Fig. 6. The power conversion device 16 according to this embodiment is a further modified example of the power conversion device 16 according to the first and second embodiments, and the contents described in the first and second embodiments will not be described as appropriate.

図6には、第3実施形態に係る電力変換装置16を示す。図6に示す電力変換装置16は、図2の左上図に対して、端子台92a,92b、及びAC端子94C,94Iを追加した図である。 Figure 6 shows a power conversion device 16 according to a third embodiment. The power conversion device 16 shown in Figure 6 is a diagram in which terminal blocks 92a, 92b and AC terminals 94C, 94I have been added to the upper left diagram of Figure 2.

図6に示すように、電力変換装置16は、コンバータ部56側の端子台92a及びインバータ部58側の端子台92bを有する。端子台92a,92bは、例えば図1に示す筐体52に設けられる。端子台92a,92bは、例えば冷却部54に対して第1の方向(+X方向)側に設けられる。なお、コンバータ部56の端子台92a及びインバータ部58の端子台92bは、電気的に絶縁されていれば、一体であってもよい。 As shown in FIG. 6, the power conversion device 16 has a terminal block 92a on the converter unit 56 side and a terminal block 92b on the inverter unit 58 side. The terminal blocks 92a and 92b are provided, for example, on the housing 52 shown in FIG. 1. The terminal blocks 92a and 92b are provided, for example, on the first direction (+X direction) side of the cooling unit 54. Note that the terminal block 92a of the converter unit 56 and the terminal block 92b of the inverter unit 58 may be integrated as long as they are electrically insulated.

第1実施形態の図2の左上図における電力変換装置16において、電力の入力が右側(-X方向側)、出力が左側(+X方向側)の場合、コンバータ部56の第1の半導体モジュール82は、端子台92aに電気的に接続される、コンバータ部56側のAC端子(入力端子)94CUが設けられる。なお、図6中には、代表して、第1の半導体モジュール82CUに接続されるAC端子94CU1と、第3の半導体モジュール86CUに接続されるAC端子94CU3を示す。また、インバータ部58の第1の半導体モジュール82には、端子台92bに電気的に接続される、インバータ部58側のAC端子(出力端子)94IWが設けられる。なお、図6中には、代表して、第1の半導体モジュール82IWに接続されるAC端子94IW1と、第3の半導体モジュール86IWに接続されるAC端子94IW3を示す。すなわち、図6中、コンバータ部56のV相のAC端子の図示を省略する。また、図6中、インバータ部58のU相の出力端子、及び、V相の出力端子の図示を省略する。なお、以後の説明では、コンバータ部56の端子を主として符号94Cとして説明し、インバータ部58の端子を主として符号94Iとして説明する。 In the power conversion device 16 shown in the upper left diagram of Figure 2 of the first embodiment, when power input is on the right side (-X direction) and output is on the left side (+X direction), the first semiconductor module 82 of the converter unit 56 is provided with an AC terminal (input terminal) 94CU on the converter unit 56 side that is electrically connected to the terminal block 92a. Note that Figure 6 shows, as representatives, the AC terminal 94CU1 connected to the first semiconductor module 82CU and the AC terminal 94CU3 connected to the third semiconductor module 86CU. The first semiconductor module 82 of the inverter unit 58 is provided with an AC terminal (output terminal) 94IW on the inverter unit 58 side that is electrically connected to the terminal block 92b. Note that Figure 6 shows, as representatives, the AC terminal 94IW1 connected to the first semiconductor module 82IW and the AC terminal 94IW3 connected to the third semiconductor module 86IW. In other words, the V-phase AC terminal of the converter unit 56 is not shown in Figure 6. Also, in Figure 6, the U-phase output terminal and V-phase output terminal of the inverter unit 58 are not shown. In the following explanation, the terminal of the converter unit 56 will mainly be referred to as 94C, and the terminal of the inverter unit 58 will mainly be referred to as 94I.

このように、コンバータ部56側の各相のAC端子94Cの一端は、端子台92aが設けられる側に突出し、インバータ部58側の各相のAC端子94Iの一端は、端子台92bが設けられる側に突出する。 In this way, one end of the AC terminal 94C for each phase on the converter unit 56 side protrudes toward the side where the terminal block 92a is provided, and one end of the AC terminal 94I for each phase on the inverter unit 58 side protrudes toward the side where the terminal block 92b is provided.

なお、コンバータ部56のAC端子94C及びインバータ部58のAC端子94Iは、それぞれバスバーと称される導体で形成される。 The AC terminal 94C of the converter unit 56 and the AC terminal 94I of the inverter unit 58 are each formed from a conductor called a bus bar.

本実施形態によれば、電力変換装置16は、コンバータ部56のAC端子94C及びインバータ部58のAC端子94Iが、コンバータ部56及びインバータ部58に対して第1の方向側の同一方向に設けられる。また、電力変換装置16は、端子台92a,92bが、第1の方向側に設けられる。このため、メンテナンス等を行う作業者は、コンバータ部56の各相のAC端子94Cと、端子台92aとの接続/接続解除を容易に行うことができるとともに、インバータ部58の各相のAC端子94Iと、端子台92bとの接続/接続解除を容易に行うことができる。したがって、本実施形態に係る電力変換装置16によれば、コンバータ部56の各相のAC端子94Cと、端子台92aとの接続/接続解除、インバータ部58の各相のAC端子94Iと、端子台92bとの接続/接続解除といった作業性を向上させることができる。 According to this embodiment, the power conversion device 16 has the AC terminal 94C of the converter unit 56 and the AC terminal 94I of the inverter unit 58 arranged in the same direction, i.e., the first direction side, relative to the converter unit 56 and the inverter unit 58. Furthermore, the power conversion device 16 has the terminal blocks 92a and 92b arranged on the first direction side. This allows workers performing maintenance, etc., to easily connect/disconnect the AC terminal 94C of each phase of the converter unit 56 to the terminal block 92a, and easily connect/disconnect the AC terminal 94I of each phase of the inverter unit 58 to the terminal block 92b. Therefore, the power conversion device 16 according to this embodiment improves the ease of connecting/disconnecting the AC terminal 94C of each phase of the converter unit 56 to the terminal block 92a, and connecting/disconnecting the AC terminal 94I of each phase of the inverter unit 58 to the terminal block 92b.

また、電力変換装置16のコンバータ部56のAC端子94C及びインバータ部58のAC端子94I、さらには、端子台92a,92bが、第1の方向側に設けられる。このため、コンバータ部56とインバータ部58との電気的接続位置を1箇所又は2箇所など、少ない数にしている。このため、電力変換装置16を比較的コンパクトに製造することができる。また、電力変換装置16のコンバータ部56のAC端子94C及びインバータ部58のAC端子94I、さらには、端子台92a,92bを第1の方向側に設けることを決め、設計コンセプトを明確にすることにより、コンバータ部56及びインバータ部58の設計を比較的容易に行うことができる。 Furthermore, the AC terminal 94C of the converter unit 56 of the power conversion device 16, the AC terminal 94I of the inverter unit 58, and the terminal blocks 92a and 92b are provided on the first direction side. This reduces the number of electrical connection positions between the converter unit 56 and the inverter unit 58 to one or two, for example. This allows the power conversion device 16 to be manufactured in a relatively compact size. Furthermore, by determining that the AC terminal 94C of the converter unit 56 of the power conversion device 16, the AC terminal 94I of the inverter unit 58, and the terminal blocks 92a and 92b are provided on the first direction side and clarifying the design concept, the design of the converter unit 56 and the inverter unit 58 can be relatively easily performed.

また、本実施形態に係る電力変換装置16は、第1実施形態で説明した電力変換装置16と同様の作用効果を奏する。このため、本実施形態に係る電力変換装置16によれば、電力変換を行うとき、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において半導体モジュール82,84,86の温度上昇を抑制し、かつ、各相において半導体モジュール82,84,86の温度を均一の温度にしようとすることができる。 Furthermore, the power conversion device 16 according to this embodiment achieves the same effects as the power conversion device 16 described in the first embodiment. Therefore, according to the power conversion device 16 according to this embodiment, when power conversion is performed, it is possible to suppress temperature increases in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase of the converter unit 56 and the inverter unit 58, and to maintain a uniform temperature in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase.

したがって、本実施形態によれば、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を効率的に冷却可能な電力変換装置16を提供することができる。 Therefore, this embodiment provides a power conversion device 16 that can efficiently cool the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter section 56 and inverter section 58.

[第1変形例]
第3実施形態の第1変形例に係る電力変換装置16について、図7を用いて説明する。
[First Modification]
A power conversion device 16 according to a first modification of the third embodiment will be described with reference to FIG.

第3実施形態の第1変形例に係る図7中の電力変換装置16のコンバータ部56及びインバータ部58の配置は、幅方向(Y方向)の配置が、図2の左上図中の第1実施形態に係る電力変換装置16のコンバータ部56及びインバータ部58に対して反転している。すなわち、インバータ部58及びコンバータ部56の幅方向の配置は、適宜に選択可能である。なお、図7中、ヒートパイプ60の図示を省略する。 The arrangement of the converter unit 56 and inverter unit 58 of the power conversion device 16 in Figure 7 according to the first variant of the third embodiment is reversed in the width direction (Y direction) compared to the converter unit 56 and inverter unit 58 of the power conversion device 16 according to the first embodiment shown in the upper left diagram of Figure 2. In other words, the arrangement of the inverter unit 58 and converter unit 56 in the width direction can be selected as appropriate. Note that the heat pipes 60 are not shown in Figure 7.

本変形例に係る電力変換装置16は、第1から第3実施形態で説明した電力変換装置16と同様の作用効果を奏する。このため、本変形例に係る電力変換装置16によれば、電力変換を行うとき、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において半導体モジュール82,84,86の温度上昇を抑制し、かつ、各相において半導体モジュール82,84,86の温度を均一の温度にしようとすることができる。したがって、本変形例によれば、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を効率的に冷却可能な電力変換装置16を提供することができる。 The power conversion device 16 according to this modification achieves the same effects as the power conversion device 16 described in the first to third embodiments. Therefore, the power conversion device 16 according to this modification can suppress temperature increases in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 during power conversion, and can maintain a uniform temperature for the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase. Therefore, this modification can provide a power conversion device 16 that can efficiently cool the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58.

[第2変形例]
第3実施形態の第2変形例に係る電力変換装置16について、図8を用いて説明する。
[Second Modification]
A power conversion device 16 according to a second modification of the third embodiment will be described with reference to FIG.

第3実施形態の第2変形例に係る図8中の電力変換装置16のコンバータ部56及びインバータ部58の配置は、走行想定方向(X方向)の配置が、図7中の第3実施形態の第1変形例に係る電力変換装置16のコンバータ部56及びインバータ部58に対して反転している。すなわち、インバータ部58及びコンバータ部56の走行想定方向の配置は、適宜に選択可能である。なお、図8中、ヒートパイプ60の図示を省略する。 The arrangement of the converter unit 56 and inverter unit 58 of the power conversion device 16 in Figure 8 relating to the second modified example of the third embodiment is reversed in the expected driving direction (X direction) compared to the converter unit 56 and inverter unit 58 of the power conversion device 16 in Figure 7 relating to the first modified example of the third embodiment. In other words, the arrangement of the inverter unit 58 and converter unit 56 in the expected driving direction can be selected as appropriate. Note that the heat pipe 60 is not shown in Figure 8.

本変形例に係る電力変換装置16は、第1から第3実施形態で説明した電力変換装置16と同様の作用効果を奏する。このため、本変形例に係る電力変換装置16によれば、電力変換を行うとき、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において半導体モジュール82,84,86の温度上昇を抑制し、かつ、各相において半導体モジュール82,84,86の温度を均一の温度にしようとすることができる。したがって、本変形例によれば、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を効率的に冷却可能な電力変換装置16を提供することができる。 The power conversion device 16 according to this modification achieves the same effects as the power conversion device 16 described in the first to third embodiments. Therefore, the power conversion device 16 according to this modification can suppress temperature increases in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 during power conversion, and can maintain a uniform temperature for the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase. Therefore, this modification can provide a power conversion device 16 that can efficiently cool the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58.

[第4実施形態]
図9を用いて電力変換装置16の第4実施形態について説明する。本実施形態に係る電力変換装置16は、変形例を含む第1から第3実施形態に係る電力変換装置16の更なる変形例であって、第1から第3実施形態で説明した内容は、適宜に説明を省略する。
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the power conversion device 16 will be described with reference to Fig. 9. The power conversion device 16 according to this embodiment is a further modified example of the power conversion device 16 according to the first to third embodiments, including the modified examples, and the contents described in the first to third embodiments will not be described as appropriate.

第1実施形態では、図3に示すように、3レベル電力変換装置16を1つの2in1モジュールである第1の半導体モジュール82と、2つのチョッパモジュールである第2及び第3の半導体モジュール84,86とで構成する例について説明した。 In the first embodiment, as shown in FIG. 3, an example was described in which the three-level power conversion device 16 is configured with a first semiconductor module 82, which is a 2-in-1 module, and second and third semiconductor modules 84, 86, which are two chopper modules.

図9には、本実施形態に係るコンバータ部56及びインバータ部58の各相の3レベル回路図を示す。コンバータ部56及びインバータ部58の各相はスイッチング素子やダイオード等の半導体が収納される3つの半導体モジュール82,84,86で構成されている。 Figure 9 shows a three-level circuit diagram of each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 according to this embodiment. Each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58 is composed of three semiconductor modules 82, 84, and 86, which house semiconductors such as switching elements and diodes.

例えば、図9に示すように、第2の半導体モジュール84のクランプダイオードD5(図3参照)をIGBT等のスイッチング素子に変更して、1つのパッケージとしての2in1モジュールで構成してもよい。また、第3の半導体モジュール86のクランプダイオードD6(図3参照)をIGBT等のスイッチング素子に変更して、1つのパッケージとしての2in1モジュールで構成してもよい。 For example, as shown in FIG. 9, the clamp diode D5 (see FIG. 3) of the second semiconductor module 84 may be replaced with a switching element such as an IGBT, resulting in a 2-in-1 module configured as a single package. Also, the clamp diode D6 (see FIG. 3) of the third semiconductor module 86 may be replaced with a switching element such as an IGBT, resulting in a 2-in-1 module configured as a single package.

本実施形態に係る電力変換装置16は、第1から第3実施形態で説明した電力変換装置16と同様の作用効果を奏する。このため、本実施形態に係る電力変換装置16によれば、電力変換を行うとき、コンバータ部56及びインバータ部58の各相において半導体モジュール82,84,86の温度上昇を抑制し、かつ、各相において半導体モジュール82,84,86の温度を均一の温度にしようとすることができる。 The power conversion device 16 according to this embodiment achieves the same effects as the power conversion device 16 described in the first to third embodiments. Therefore, when performing power conversion, the power conversion device 16 according to this embodiment can suppress temperature increases in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase of the converter unit 56 and inverter unit 58, and can maintain a uniform temperature in the semiconductor modules 82, 84, and 86 in each phase.

したがって、本実施形態によれば、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を効率的に冷却可能な電力変換装置16を提供することができる。 Therefore, this embodiment provides a power conversion device 16 that can efficiently cool the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter section 56 and inverter section 58.

なお、本実施形態に係る電力変換装置16では、コンバータ部56の各相に図9に示す3レベル回路を用い、インバータ部58に図3に示す3レベル回路を用いてもよい。また、本実施形態に係る電力変換装置16では、コンバータ部56の各相に図3に示す3レベル回路を用い、インバータ部58に図9に示す3レベル回路を用いてもよい。 In addition, in the power conversion device 16 according to this embodiment, the three-level circuit shown in FIG. 9 may be used for each phase of the converter unit 56, and the three-level circuit shown in FIG. 3 may be used for the inverter unit 58. In addition, in the power conversion device 16 according to this embodiment, the three-level circuit shown in FIG. 3 may be used for each phase of the converter unit 56, and the three-level circuit shown in FIG. 9 may be used for the inverter unit 58.

以上説明したように、各変形例を含む実施形態によれば、コンバータ部56及びインバータ部58の各相の半導体モジュール82,84,86を効率的に冷却可能な電力変換装置16を提供することができる。 As described above, according to the embodiments including the various modifications, it is possible to provide a power conversion device 16 that can efficiently cool the semiconductor modules 82, 84, and 86 of each phase of the converter section 56 and the inverter section 58.

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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、この出願の特許出願時の特許請求の範囲を付記する。
[付記1]
鉄道車両の一方及び他方の進行方向への移動により冷却される冷却フィンを有する冷却部と、
U相及びV相が前記進行方向に交差する方向に隣接し、前記冷却部に固定され、交流から直流に変換するときに発熱するコンバータ部と、
前記コンバータ部に対して前記進行方向に交差する方向に隣接し、U相、V相、及び、W相が前記進行方向に交差する方向に隣接し、前記冷却部に固定され、直流から交流に変換するときに発熱するインバータ部と、
前記冷却フィンと前記コンバータ部との間、及び、前記冷却フィンと前記インバータ部との間にそれぞれ設けられる複数のヒートパイプと
を有し、
前記コンバータ部の各相、及び、前記インバータ部の各相は、それぞれ、
電力変換時に熱が発生する第1の半導体モジュールと、
電力変換時に熱が発生し、前記第1の半導体モジュールよりも発熱量が小さい第2の半導体モジュールと、
電力変換時に熱が発生し、前記第1の半導体モジュールよりも発熱量が小さい第3の半導体モジュールと
を備え、
前記第1の半導体モジュールは、前記進行方向に進行するとき前記第2の半導体モジュール及び前記第3の半導体モジュールに対して入風側又は排風側に設けられ、
前記ヒートパイプは、前記コンバータ部の各相、及び、前記インバータ部の各相にそれぞれ設けられ、
前記ヒートパイプの一端の作動液の蒸発部は、前記冷却フィンと前記第1の半導体モジュールとの間に配置され、
前記ヒートパイプの他端の前記作動液の凝縮部は、前記冷却フィンと前記第2の半導体モジュール又は前記第3の半導体モジュールとの間に配置される、
鉄道車両用電力変換装置。
[付記2]
前記ヒートパイプは、前記コンバータ部及び前記インバータ部の各相の前記第1の半導体モジュール、前記第2の半導体モジュール、及び、前記第3の半導体モジュールの組の直下にそれぞれまたがって配置される、
付記1に記載の鉄道車両用電力変換装置。
[付記3]
前記コンバータ部、前記インバータ部、及び、前記冷却部が配置される筐体を備え、
前記筐体には、端子台が設けられ、
前記コンバータ部及び前記インバータ部の各相の前記第1の半導体モジュール、前記第2の半導体モジュール、及び、前記第3の半導体モジュールには、それぞれAC端子が設けられ、
前記端子台、前記コンバータ部の前記AC端子、及び、前記インバータ部の前記AC端子は、前記第1の半導体モジュールに対して入風側又は排風側の同一方向に設けられる、
付記1又は付記2に記載の鉄道車両用電力変換装置。
[付記4]
前記第1の半導体モジュールは、電力変換により発熱する複数のスイッチング素子を収容するモジュールである、
付記1乃至付記3のいずれか1に記載の鉄道車両用電力変換装置。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents as defined in the claims.
The following is a summary of the claims of this application at the time of filing.
[Appendix 1]
a cooling unit having cooling fins that are cooled by movement of the railway vehicle in one and the other traveling directions;
a converter unit, the U-phase and V-phase being adjacent to each other in a direction intersecting the direction of travel, fixed to the cooling unit, and generating heat when converting AC to DC;
an inverter unit that is adjacent to the converter unit in a direction intersecting the traveling direction, and that is adjacent to a U-phase, a V-phase, and a W-phase in a direction intersecting the traveling direction, and that is fixed to the cooling unit and generates heat when converting DC to AC;
a plurality of heat pipes provided between the cooling fin and the converter unit, and between the cooling fin and the inverter unit;
and
Each phase of the converter unit and each phase of the inverter unit are
a first semiconductor module that generates heat during power conversion;
a second semiconductor module that generates heat during power conversion and generates less heat than the first semiconductor module;
a third semiconductor module that generates heat during power conversion and generates less heat than the first semiconductor module;
Equipped with
the first semiconductor module is provided on an air intake side or an air exhaust side relative to the second semiconductor module and the third semiconductor module when traveling in the traveling direction;
the heat pipes are provided for each phase of the converter unit and each phase of the inverter unit,
an evaporating portion of the working fluid at one end of the heat pipe is disposed between the cooling fin and the first semiconductor module;
a condensation portion of the working fluid at the other end of the heat pipe is disposed between the cooling fin and the second semiconductor module or the third semiconductor module.
Power conversion equipment for railway vehicles.
[Appendix 2]
the heat pipe is disposed directly below and straddling a set of the first semiconductor module, the second semiconductor module, and the third semiconductor module of each phase of the converter unit and the inverter unit,
2. The power conversion device for a railway vehicle according to claim 1.
[Appendix 3]
a housing in which the converter unit, the inverter unit, and the cooling unit are disposed;
The housing is provided with a terminal block,
the first semiconductor module, the second semiconductor module, and the third semiconductor module of each phase of the converter unit and the inverter unit are each provided with an AC terminal;
the terminal block, the AC terminal of the converter unit, and the AC terminal of the inverter unit are provided on the same side of the first semiconductor module, that is, on the air intake side or the air exhaust side.
3. The power conversion device for a railway vehicle according to claim 1 or 2.
[Appendix 4]
the first semiconductor module is a module accommodating a plurality of switching elements that generate heat due to power conversion;
4. The power conversion device for a railway vehicle according to claim 1.

10…鉄道車両、12…台車、14…車体、14a…パンタグラフ、16…電力変換装置、22…台車枠、24…車軸、26…車輪、28…電動機、30…台車バネ、52…筐体、54…冷却部、56…コンバータ部、57…フィルタコンデンサ、58…インバータ部、60…ヒートパイプ、62…一端(蒸発部)、64…他端(凝縮部)、72…受熱ブロック、74…冷却フィン、74a…一方端、74b…他方端、82,82C,82I…第1の半導体モジュール、84,84C、84I…第2の半導体モジュール、86,86C,86W…第3の半導体モジュール、92a,92b…端子台、94C,94I…AC端子、100…レール、101…架線、Q1-Q4…スイッチング素子、D5,D6…クランプダイオード。

10...railroad vehicle, 12...bogie, 14...car body, 14a...pantograph, 16...power conversion device, 22...bogie frame, 24...axle, 26...wheel, 28...electric motor, 30...bogie spring, 52...casing, 54...cooling section, 56...converter section, 57...filter capacitor, 58...inverter section, 60...heat pipe, 62...one end (evaporation section), 64...other end (condensation section), 72...heat receiving block, 7 4...cooling fin, 74a...one end, 74b...other end, 82, 82C, 82I...first semiconductor module, 84, 84C, 84I...second semiconductor module, 86, 86C, 86W...third semiconductor module, 92a, 92b...terminal block, 94C, 94I...AC terminal, 100...rail, 101...overhead line, Q1-Q4...switching elements, D5, D6...clamp diodes.

Claims (4)

鉄道車両の一方及び他方の進行方向への移動により冷却される冷却フィンを有する冷却部と、
U相及びV相が前記進行方向に交差する方向に隣接し、前記冷却部に固定され、交流から直流に変換するときに発熱するコンバータ部と、
前記コンバータ部に対して前記進行方向に交差する方向に隣接し、U相、V相、及び、W相が前記進行方向に交差する方向に隣接し、前記冷却部に固定され、直流から交流に変換するときに発熱するインバータ部と、
前記冷却フィンと前記コンバータ部との間、及び、前記冷却フィンと前記インバータ部との間にそれぞれ設けられる複数のヒートパイプと
を有し、
前記冷却部は、前記進行方向に沿って第1端と、前記第1端とは反対側の第2端とを備え、
前記コンバータ部の各相、及び、前記インバータ部の各相は、それぞれ、
前記冷却部の前記第1端に隣接して配置され、電力変換時に熱が発生する第1の半導体モジュールと、
電力変換時に熱が発生し、前記第1の半導体モジュールよりも発熱量が小さい第2の半導体モジュールと、
電力変換時に熱が発生し、前記第1の半導体モジュールよりも発熱量が小さい第3の半導体モジュールと
を備え、
前記第1の半導体モジュールは、前記進行方向に進行するとき前記第2の半導体モジュール及び前記第3の半導体モジュールに対して入風側又は排風側に設けられ、
前記ヒートパイプは、前記コンバータ部の各相、及び、前記インバータ部の各相にそれぞれ設けられ、
前記ヒートパイプの一端の作動液の蒸発部は、前記冷却フィンと前記第1の半導体モジュールとの間に配置され、
前記ヒートパイプの他端の前記作動液の凝縮部は、前記冷却フィンと前記第2の半導体モジュール又は前記第3の半導体モジュールとの間に配置される、
鉄道車両用電力変換装置。
a cooling unit having cooling fins that are cooled by movement of the railway vehicle in one and the other traveling directions;
a converter unit, the U-phase and V-phase being adjacent to each other in a direction intersecting the direction of travel, fixed to the cooling unit, and generating heat when converting AC to DC;
an inverter unit that is adjacent to the converter unit in a direction intersecting the traveling direction, and that is adjacent to a U phase, a V phase, and a W phase in a direction intersecting the traveling direction, and that is fixed to the cooling unit and generates heat when converting DC to AC;
a plurality of heat pipes respectively provided between the cooling fin and the converter unit, and between the cooling fin and the inverter unit;
the cooling portion has a first end along the traveling direction and a second end opposite to the first end,
Each phase of the converter unit and each phase of the inverter unit are
a first semiconductor module disposed adjacent to the first end of the cooling unit and generating heat during power conversion;
a second semiconductor module that generates heat during power conversion and generates less heat than the first semiconductor module;
a third semiconductor module that generates heat during power conversion and generates less heat than the first semiconductor module;
the first semiconductor module is provided on an air intake side or an air exhaust side relative to the second semiconductor module and the third semiconductor module when traveling in the traveling direction;
the heat pipes are provided for each phase of the converter unit and each phase of the inverter unit,
an evaporating portion of the working fluid at one end of the heat pipe is disposed between the cooling fin and the first semiconductor module;
a condensation portion of the working fluid at the other end of the heat pipe is disposed between the cooling fin and the second semiconductor module or the third semiconductor module;
Power conversion equipment for railway vehicles.
前記ヒートパイプは、前記コンバータ部及び前記インバータ部の各相の前記第1の半導体モジュール、前記第2の半導体モジュール、及び、前記第3の半導体モジュールの組の直下にそれぞれまたがって配置される、請求項1に記載の鉄道車両用電力変換装置。 The power conversion device for railway vehicles according to claim 1, wherein the heat pipes are arranged directly below and straddling the first semiconductor module, the second semiconductor module, and the third semiconductor module set for each phase of the converter unit and the inverter unit. 前記コンバータ部、前記インバータ部、及び、前記冷却部が配置される筐体を備え、
前記筐体には、端子台が設けられ、
前記コンバータ部及び前記インバータ部の各相の前記第1の半導体モジュール、前記第2の半導体モジュール、及び、前記第3の半導体モジュールには、それぞれAC端子が設けられ、
前記端子台、前記コンバータ部の前記AC端子、及び、前記インバータ部の前記AC端子は、前記第1の半導体モジュールに対して入風側又は排風側の同一方向に設けられる、請求項1又は請求項2に記載の鉄道車両用電力変換装置。
a housing in which the converter unit, the inverter unit, and the cooling unit are disposed;
The housing is provided with a terminal block,
the first semiconductor module, the second semiconductor module, and the third semiconductor module of each phase of the converter unit and the inverter unit are each provided with an AC terminal;
3. The power conversion device for a railway vehicle according to claim 1, wherein the terminal block, the AC terminal of the converter unit, and the AC terminal of the inverter unit are arranged in the same direction, either on the air intake side or the air exhaust side, relative to the first semiconductor module.
前記第1の半導体モジュールは、電力変換により発熱する複数のスイッチング素子を収容するモジュールである、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
4. The power conversion device for a railway vehicle according to claim 1, wherein the first semiconductor module is a module accommodating a plurality of switching elements that generate heat due to power conversion.
JP2021213097A 2021-12-27 2021-12-27 Power conversion equipment for railway vehicles Active JP7799481B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021213097A JP7799481B2 (en) 2021-12-27 2021-12-27 Power conversion equipment for railway vehicles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021213097A JP7799481B2 (en) 2021-12-27 2021-12-27 Power conversion equipment for railway vehicles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023096989A JP2023096989A (en) 2023-07-07
JP7799481B2 true JP7799481B2 (en) 2026-01-15

Family

ID=87005435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021213097A Active JP7799481B2 (en) 2021-12-27 2021-12-27 Power conversion equipment for railway vehicles

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7799481B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010115045A (en) 2008-11-07 2010-05-20 Toshiba Corp Inverter device in power converter
JP2019092302A (en) 2017-11-15 2019-06-13 富士電機株式会社 Electric power conversion system and electric power conversion system for railway vehicle

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010115045A (en) 2008-11-07 2010-05-20 Toshiba Corp Inverter device in power converter
JP2019092302A (en) 2017-11-15 2019-06-13 富士電機株式会社 Electric power conversion system and electric power conversion system for railway vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023096989A (en) 2023-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2688583C (en) Electric power converting apparatus
US20120050993A1 (en) Cooling System for Onboard Electrical Power Converter, and Electrical Power Converter for Railway Vehicle
CN103988411B (en) forced air-cooled power conversion device
JPH09246767A (en) Electric vehicle power converter
KR101449828B1 (en) Cooler of power converter for railway vehicle
US20210379979A1 (en) Vehicle driving apparatus
JP7134376B2 (en) power converter
JP2012070525A (en) Power supply unit for vehicle
JP2005117819A (en) Electric vehicle power converter
JP7799481B2 (en) Power conversion equipment for railway vehicles
JP5491784B2 (en) Railway vehicle motor drive inverter device
JP2015156411A (en) Power conversion device and railway vehicle equipped with the same
JP2013085357A (en) Power converter for rolling stock
JP6827477B2 (en) Electric motor power system and electric vehicle
JP2016106518A (en) Power conversion device
JP2004254387A (en) Power converter
JP3822612B2 (en) Railway vehicle power converter
WO2022264301A1 (en) Electronic device
JP2020171196A (en) Railway vehicle power converter
JP6735721B2 (en) Electric power converter for railway vehicle and railway vehicle
JP7027140B2 (en) Power converters and railcars
JP7520259B2 (en) Electronics
JP5058545B2 (en) Electric vehicle control device
JP7049533B2 (en) Power converter
RU2411626C1 (en) Device of power conversion

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20230105

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240820

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250610

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20250610

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250808

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7799481

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150