JP2012064794A - Power converter and power converter for railroad vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換器の主回路部分の構造に改良を加えた電力変換器に関し、特に鉄道車両向けの電力変換器に関する。 The present invention relates to a power converter obtained by improving the structure of a main circuit portion of a power converter, and more particularly to a power converter for a railway vehicle.
一般に、鉄道車両向けの電力変換器の主回路は、半導体素子、フィルタコンデンサ、スナバ回路と、それらを導体バーで接続する構成をとっている。フィルタコンデンサは、特許文献1(特開2007-67063号公報)のように小容量コンデンサ素子を並列に接続し、小型かつ大容量のコンデンサとした構成のものが多く用いられており、例としては図3に示すようなケースモールド型コンデンサ100が挙げられる。
In general, a main circuit of a power converter for railway vehicles has a configuration in which a semiconductor element, a filter capacitor, and a snubber circuit are connected by a conductor bar. As a filter capacitor, a small-sized and large-capacitance capacitor is often used as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-67063), in which small-capacitance capacitor elements are connected in parallel. A case
このような従来技術における電力変換器の主回路部分の構造を図3に示すが、そのケースモールド型コンデンサ100は、上下に正負の各極があるコンデンサ素子を、電極端子10で並列接続し、さらにその外側を樹脂製のケース12,12で挟んで、樹脂モールドした構成となっている。なお、図3には個々のコンデンサ素子は図示していないが、コンデンサ素子が実装される範囲11を示している。コンデンサ素子の両極はメタリコン処理されており、そこに電極端子10が半田付けされる。熱でコンデンサ素子が破壊されるのを防ぐため、短時間で半田付けできるように、電極端子10は厚さ0.3mm程度の薄い金属板となっている。電極端子10は、ケースモールド型コンデンサ100の端部まで引き出されており、後述する金属板の導体バー2(図1及び図2に示すが、従来例の図3には図示なし)に接続される構成となっている。つまり、薄い金属板状の電極端子10に板状の導体バー2が接続される構成となっている。そのため、車両走行時に導体バー2が振動すると、それに伴って過大な変位応力が導体バー2に接続された電極端子10に与えられて破壊してしまう恐れがある。
FIG. 3 shows the structure of the main circuit portion of such a power converter in the prior art. The case
通常、鉄道車両向け電力変換器においては、この金属板の導体バー2は比較的に面積を大きくとった平板状のものが必要とされる。何故ならば、鉄道車両向け電力変換器においては自動車用などと相違して電流も電圧も高いが故に、発生する電磁場の影響を低減するために、並行に並べた導体バーの面積を大きくする必要がある。このようにして、鉄道車両向けの電力変換器においては、避けられない大きくて重い正極と陰極の並行した導体バーの防振対策は主回路構造の重要なポイントとなるものである。
Normally, in a power converter for a railway vehicle, the
そこで、電極端子10の振動に対する強度を上げるための対策として、図4、図5に示すような構造が考えられる。図4は、図3のケースモールド型コンデンサ100と同じ向きの斜視図で、図5は、図4の電極端子10および締結具52を通る断面を横方向から見た図である。
Therefore, as a measure for increasing the strength against vibration of the
この対策は、図4に示すように、電極端子10を、電極端子10よりも厚い金属製の抑え板8,8を渡して挟み付け、この金属製抑え板8,8を電気絶縁性の構造体34に締結具58で固定し、この電気絶縁性の構造体34を締結具54によって電力変換装置のフレーム4に固定するものであった。つまり、図5に示すように、導体バー2は抑え板8とともに電極端子10に金属製の締結具52で共締めされる。なお、図4には導体バー2は図示していない。このようなケースモールド型コンデンサ100は、筒状の電気絶縁性の構造体31がケース12に挟まれるように配置されており、電気絶縁性の構造体31の貫通穴に固定具54を通してフレーム4に固定されている。このような構成とすることにより、振動する導体バー2から電極端子10に伝わる変位応力を、抑え板8によって抑制することができる。
As shown in FIG. 4, the countermeasure is to sandwich the
ところが、このような構成では、抑え板8や、電気絶縁性の構造体34などケースモールド型コンデンサ100の電極端子10周りの部品数が多く、装置の組み立て時、メンテナンス時の工数が増えるという問題は解決ができない。また、電極端子10周りの重量も増えてしまい、移動体においてはこのような部材は設けたくないという問題が残った。
However, in such a configuration, the number of parts around the
本発明の目的は、導体バー2からの振動がケースモールド型コンデンサ100の電極端子10に伝わる応力を大幅に抑制する電力変換器を提供するものであり、さらに、望ましくは電極端子10周りの部品点数を減らして、軽量で、組み立てが容易な電力変換器の主回路構造を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a power converter that significantly suppresses the stress transmitted to the
上記目的を達成するために、本発明における実施例としては、ケースモールド型コンデンサ100内で、電極端子10と導体バー2を接続する際に、電極端子10に接するように電気絶縁性のリジッドな構造体30を配置したものである。この電気絶縁性の構造体30は、ケースモールド型コンデンサ100のケース12とともにフレーム4に締結され、この電気絶縁性の構造体30に対して、導体バー2を電極端子10とともに金属製の締結具52で締結する。
In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, when connecting the
本発明の電力変換器は、半導体素子と、直流電圧を平滑するフィルタコンデンサと、前記フィルタコンデンサの一対の端子と接続される一対の平板形状の導体バーと、これらを支持するフレームから構成される電力変換器であって、前記フィルタコンデンサの一対の端子を平板形状とし、該フィルタコンデンサ内に電気絶縁性の構造体を配置し、該電気絶縁性の構造体を前記フィルタコンデンサのケースとともにフレームに締結し、該電気絶縁性の構造体に対して、前記一対の導体バー及び前記一対の端子を金属製の締結具で締結したことを特徴とする。 A power converter according to the present invention includes a semiconductor element, a filter capacitor that smoothes a DC voltage, a pair of flat conductor bars connected to a pair of terminals of the filter capacitor, and a frame that supports them. A power converter, wherein a pair of terminals of the filter capacitor is formed into a flat plate shape, an electrically insulating structure is disposed in the filter capacitor, and the electrically insulating structure is mounted on a frame together with the case of the filter capacitor. The pair of conductor bars and the pair of terminals are fastened with a metal fastener to the electrically insulating structure.
さらに、本発明の電力変換器は、前記電気絶縁性の構造体が、前記フィルタコンデンサのケースの一端部に配置された板状体構造を有することを特徴とする。 Furthermore, the power converter according to the present invention is characterized in that the electrically insulating structure has a plate-like structure disposed at one end of a case of the filter capacitor.
さらに、本発明の電力変換器は、前記電気絶縁性の構造体に対して、前記一対の導体バー及び前記一対の端子を金属製の締結具により締結する際に、前記一対の導体バーは高さの相違したスペーサを介して締結したことを特徴とする。 Furthermore, when the power converter of the present invention fastens the pair of conductor bars and the pair of terminals to the electrically insulating structure with a metal fastener, the pair of conductor bars is high. It is characterized in that it is fastened through spacers of different sizes.
さらに、本発明の電力変換器は、前記電気絶縁性の構造体は、前記フィルタコンデンサのケースの一端部に配置され、段部を備えた凸状形状の板状体構造を有したことを特徴とする。 Furthermore, the power converter according to the present invention is characterized in that the electrically insulating structure has a convex plate-like structure having a step portion disposed at one end of the case of the filter capacitor. And
さらに、本発明の電力変換器は、前記電気絶縁性の構造体の段部において、前記一対の導体バー及び前記一対の端子を金属製の締結具で締結したことを特徴とする。 Furthermore, the power converter of the present invention is characterized in that the pair of conductor bars and the pair of terminals are fastened with a metal fastener in the step portion of the electrically insulating structure.
本発明によれば、従来構造に対して、ケースモールド型コンデンサ100の導体バー2の振動により電極端子10を破壊することのない電力変換器を達成することが可能であり、さらに好ましくは、ケースモールド型コンデンサ100の電極端子10と導体バー2周りの部品点数を減らし、軽量化と組み立て性の向上を図ることができる。
According to the present invention, it is possible to achieve a power converter that does not destroy the
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下においては、主にケースモールド型コンデンサ100をフィルタコンデンサとした主回路構造に対して、本発明を適用した場合について説明するが、本発明はこの実施例の構造に限られるものではない。また、各図ともに図1と同一部位については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、本発明において上下左右の方向は図1及び図2に示す方向で表現している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the case where the present invention is applied to a main circuit structure in which the case
図1は、本発明による電力変換器の主回路構造の第1の実施の形態を示す図であり、ケースモールド型コンデンサ100の断面図である。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a main circuit structure of a power converter according to the present invention, and is a cross-sectional view of a case
図1に示すように、ケースモールド型コンデンサ100においては、コンデンサエレメント(コンデンサ素子が実装される範囲は符号11で示す)が金属箔状の電極端子10,10に上下から挟まれ、さらにそれらが樹脂製のケース12,12に上下から挟まれる構成となっている。電極端子10は端部で2度折り曲げられており、その端部(図1中の左側端部)がケースモールド型コンデンサ100の外部に飛び出しており、この飛び出し部分(電極端子10の左側端部)で、後述の構造体30を対して、導体バー2と電気的に接続されるようになっている。つまり、この電極端子10の飛び出し部分に接し、上下のケース12,12に挟まれるように、電気絶縁性の構造体30が配置されている。この電気絶縁性の構造体30の形状は特定の形状に限定されるものではないが、導体バー2が振動しても共振して振動することがない程度のリジッドであることが望ましい。この電気絶縁性の構造体30は、ケース12に接する部分の一部に電極端子10を通すための隙間が空けられている。さらに電極端子10に沿うように段部が設けられ外側に飛び出し、凸形状をなしている。この飛び出し段部にはネジ座62が設けられ、金属製の締結具52によって、導体バー2と電極端子10が共締めされている。また、電気絶縁性の構造物30の上下両面を繋ぐように貫通穴61が設けられ、締結具51によって電力変換器のフレーム4と上下のケース12,12が共締めされている。
As shown in FIG. 1, in a case
このように、電気絶縁性の構造体30を設けることにより、電極端子10と導体バー2は締結具52を介して、リジッドな電気絶縁性の構造体30に対して一体的に支持されるとともに、それがフレーム4に対し締結具61を介して支持される構成となっている。これにより、図4、図5に示した構造の電気絶縁性の構造体34および抑え板8の組み合わせ構造と同様に、電極端子10と導体バー2を締結具52を介して支持するとともに、フレーム4から締結具51よって支持されることになるとともに、部品点数の削減が実現できるものである。
Thus, by providing the electrically insulating
つまり、本実施例の電気絶縁性の構造体30によって、鉄道車両の振動に伴って発生し、導体バー2から電極端子10に伝わる変位応力を抑制することができる。さらに、この電気絶縁性の構造物30によれば、フレーム4とケース12が共締めされると共に、導体バー2と電極端子10を抑え板8を介さずに共締めされるため、図4、図5に示した構造に比べて、締結具52、58の数を減らすことができ、抑え板8をなくすことができるので、部品点数を減らし、軽量化を図ることができる。さらに、電気絶縁性の構造体30は、ケースモールド型コンデンサ100に内蔵されるため、組み立て性が容易になり、電力変換器のメンテナンス性を向上させることができる。
In other words, the electrically insulating
図2は、本発明による電力変換器の主回路構造の第2の実施の形態を示す図であり、ケースモールド型コンデンサ100の断面図である。本実施の形態の電力変換器の主回路構造は、第1の実施の形態に対して、電極端子10の端部の曲げを1回として、ケースモールド型コンデンサ100から外部に飛び出す部分をなくし、電気絶縁性の構造体30の形状を平板状として外部に飛び出した段の部分をなくし、電極端子10の端部と導体バー2が締結される方向を90度回転させており(図中左右方向)、それに伴って、導体バー2の端部の曲げをなくし、締結具52、ネジ座62の向きも90度回転させた構造としている(図中左右方向)。また、一方の導体バー2は、他方の導体バー2やケースモールド型コンデンサ100と接触しないように、高さの相違するスペーサ7,7を介して、電極端子10と電気絶縁性の構造体30に共締めされており、外側に位置する導体バー2には、ケースモールド型コンデンサ100に近い側の導体バー2の締結具52に工具をアクセスするための穴20が開いている。
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the main circuit structure of the power converter according to the present invention, and is a cross-sectional view of the case
本第2の実施の形態の作用および効果は、第1の実施の形態と同様であり、さらに電気絶縁性の構造体30および電極端子10の飛び出し部分がなくなるため、ケースモールド型コンデンサ100の外形サイズを小さくすることができ、電力変換器に組みこむ際に周囲部品と干渉しにくくなり、また電極端子10の曲げ回数が減っているため、製作性が容易になる。
The operation and effect of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and furthermore, the protruding portion of the electrically insulating
なお、上記第2の実施の形態においては、ケースモールド型コンデンサ100をフィルタコンデンサとした主回路構造に対して、本発明を適用した場合について説明したが、他のコンデンサでも同様に適用可能である。この場合でも、コンデンサ内の、薄板状の電極端子10と導体バー2とが接続される場所の近傍に、電気絶縁性の構造物30を配置し、この電気絶縁性の構造物30に電極端子10と導体バー2が金属製の締結具52で支持されるとともに、電気絶縁性の構造物30が電力変換器のフレーム4に支持される構成とすることにより、上述の各実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
In the second embodiment, the case where the present invention is applied to the main circuit structure in which the case
100 ケースモールド型コンデンサ
10 電極端子
11 コンデンサ素子が実装される範囲
12 ケース
2 導体バー
20 導体バー2の貫通穴
30、31、34 絶縁性構造体
4 フレーム
51、52、54、58 締結具
61 絶縁性構造体30、31の貫通穴
62 ネジ座
7 スペーサ
8 抑え板
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フィルタコンデンサの一対の端子を平板形状とし、該フィルタコンデンサ内に電気絶縁性の構造体を配置し、
該電気絶縁性の構造体を前記フィルタコンデンサのケースとともにフレームに締結し、
該電気絶縁性の構造体に対して、前記一対の導体バー及び前記一対の端子を金属製の締結具で締結したことを特徴とする電力変換器。 A power converter comprising a semiconductor element, a filter capacitor that smoothes a DC voltage, a pair of flat conductor bars connected to a pair of terminals of the filter capacitor, and a frame that supports them.
A pair of terminals of the filter capacitor is formed into a flat plate shape, and an electrically insulating structure is disposed in the filter capacitor.
Fastening the electrically insulating structure together with the filter capacitor case to a frame;
A power converter, wherein the pair of conductor bars and the pair of terminals are fastened to the electrically insulating structure with a metal fastener.
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