鐵道車輛用的驅動裝置制造方法

鐵道車輛用的驅動裝置制造方法
【專利摘要】提供一種面向寒冷地區鐵道車輛用的驅動裝置，即使在冷卻器的制冷劑凍結時，也防止開關元件溫度上升而使制冷劑融化，另外不改變冷卻器大小，而具有希望的冷卻性能。當判斷為存在冷卻器的制冷劑凍結的可能性時，向開關元件流通一定時間電流，使開關元件發熱。對冷卻器，設置兩種傳感器來測定受熱部側的溫度和散熱部側的溫度，根據從受熱部側的溫度和散熱部側的溫度以及電流求出的開關元件的發熱量，計算冷卻器整體的熱阻，在該值是一定值以上時，判斷為制冷劑凍結。在判斷為制冷劑凍結時，計算冷卻器的熱阻，開始暖機運轉。另外，根據計算的熱阻計算流向開關元件的電流，在暖機運轉中以使開關元件的通電電流在計算值以下的方式進行控制。
【專利說明】鐵道車輛用的驅動裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鐵道車輛用的驅動裝置，尤其涉及一種面向寒冷地區驅動裝置的冷卻器。
【背景技術】
[0002]一般而言，鐵道車輛用的驅動裝置使用IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor)等進行開關動作的電力用半導體元件(以下，稱為“開關元件”)，對由電源供給的電力進行轉換，并供應給馬達或車內照明等的機器。開關元件在電力轉換時由于內部電阻等而產生的損失而發熱，因此，若達到某一溫度以上時，存在喪失作為開關元件的功能的顧慮，需要通過冷卻器抑制開關元件的溫度上升。
[0003]冷卻器一般由受熱部、散熱部及將它們之間連接起來的熱輸送部構成。一般在熱輸送部使用水作為制冷劑，并有若干種類。例如，使用泵使填充于熱輸送管的水在受熱部與散熱部之問循環，將在受熱部吸收的熱在散熱部放出的所謂水循環冷卻(水冷)。此外，還有通過利用水的相變化，從而不使用泵來進行受熱部與散熱部之間的水的移動的熱管方式。
[0004]熱管方式是在受熱部吸收元件的熱而氣化，作為水蒸氣向散熱部移動。在散熱部，水蒸氣被冷卻而變成水，作為水而回到受熱部。該熱管方式由于不需要水循環用的泵，所以裝置可簡單構成，以原有線路用的鐵道車輛為中心而廣泛使用。
[0005]但是，該熱管式冷卻器，在寒冷地等外部氣溫是水的融點以下((TC以下)時，水凍結。此時，無法進行基于上述原理的熱輸送，開關元件的溫度上升。
[0006]針對熱管式冷卻器的這種問題，在專利文獻I公開了一種方法，測定冷卻器的溫度，搭載當溫度為0°c以下時、使開關元件的電流小于通常運轉時的電流的暖機運轉模式，從而控制在開關元件產生的損失。
[0007]在先技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2008-211956號公報
[0010]但是，在專利文獻I公開的方法中，存在以下問題。
[0011]在專利文獻I中，由于在一點測定冷卻器的溫度，來判斷冷卻器是否凍結，所以存在著無法正確判斷制冷劑的狀態的情況。例如，在測定受熱部的溫度時，存在即使散熱部的溫度變得比受熱部的溫度低而凍結也無法檢測的情況。另外，在散熱部測定溫度時，散熱部與外部氣體直接接觸，因此，外部氣體溫度成為冰點下時，水即使幾乎不凍結，而檢測溫度為冰點下，因而存在誤判斷為水凍結而限制電流的情況。
[0012]由于以上的理由，需要一種正確探測制冷劑的凍結狀態的方法。

【發明內容】

[0013]本發明鑒于上述現有技術的問題而提出，提供一種在寒冷地等存在冷卻器的制冷劑凍結的可能性的環境下，正確探測制冷劑的凍結狀態而控制驅動裝置的方法。
[0014]一種直流車用驅動裝置，其包括:
[0015]具有多個進行接通/斷開控制的開關元件，且將從直流架線供給的直流電轉換為三相交流電的電力轉換裝置；
[0016]被供給從電力轉換裝置輸出的三相交流電的三相負載；
[0017]控制電力轉換裝置的控制裝置；
[0018]使用液體作為制冷劑并冷卻開關元件的冷卻器；
[0019]與開關元件接觸并吸收開關元件的熱量的該冷卻器的受熱部；
[0020]測定受熱部的溫度的受熱部溫度傳感器；
[0021]將從開關元件吸收的熱量散熱的冷卻器的散熱部；
[0022]測定散熱部的溫度的散熱部溫度傳感器，
[0023]其中，
[0024]控制裝置在判斷為存在冷卻器的制冷劑凍結的可能性時，對開關元件流通規定的電流，使用受熱部溫度傳感器和散熱部溫度傳感器的值來計算冷卻器的熱阻，在熱阻的大小大于既定值時，判斷為冷卻器的制冷劑凍結。
[0025]發明效果
[0026]根據本發明，在以液體作為制冷劑的冷卻器中，能夠在低溫時正確探測冷卻器的凍結狀態并實施適當的暖機運轉，因此，能夠可靠防止元件的溫度上升且實現裝置的可靠性提高。另外，還起到由于不需要過剩的暖機運轉而使得裝置效率提高的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是表示實施例1的系統構成的圖。
[0028]圖2是表示實施例1的動作的流程圖的圖。
[0029]圖3是表示在實施例1、2中為了判斷制冷劑的融化而使用的熱阻的時問的變化的圖。
[0030]圖4是表示在實施例1、2中為了判斷制冷劑的融化而使用的溫度傳感器的測定值的時間的變化的圖。
[0031]圖5是表示實施例2中的系統構成的圖。
[0032]圖6是表示實施例3中的系統構成的圖。 [0033]圖7是表示實施例4中的系統構成的圖。
【具體實施方式】
[0034]以下，作為本發明的實施方式，對實施例1~實施例4順次進行說明。
[0035]【實施例1】
[0036]圖1表示本發明的鐵道車輛用的驅動裝置的第一實施方式(實施例1)。
[0037]從直流架線2經濾波電路3將直流電向電力轉換裝置I供電，電力轉換裝置I將直流電轉換為三相交流電而驅動三相交流電機4。另外，電力轉換裝置I由IGBT、GT0可控硅、MOSFET等的開關元件5~10構成，各開關元件在從控制裝置11輸出的信號Pi的作用下，獨立地進行接通/斷開控制。[0038]冷卻器12是使用水等液體作為制冷劑的冷卻器，并冷卻開關元件5?10。第一溫度傳感器13是測定開關兀件5?10的溫度的傳感器,輸出開關兀件的第一溫度信息Ts。第二溫度傳感器14是測定冷卻器的散熱部側、例如熱管的前端部或翅片等的溫度的溫度傳感器，并輸出第二溫度信息Te。該Ts、Te被輸入向控制裝置11。
[0039]第一傳感器13所測定的溫度，只要是冷卻器的受熱部側的溫度，就沒必要是開關元件5?10的溫度，例如也可以是作為受熱部的基材的冷卻器的基體的溫度。另外，第二溫度傳感器14也可以出于空調機器管理的目的而由測定外部氣溫的傳感器替換，此時，溫度信息Te是外部氣體溫度。進而，這些傳感器可以分別設有多個。
[0040]下面，說明實際的動作。
[0041]圖2是表示本發明的動作的流程的流程圖。
[0042]首先，控制裝置11對第一溫度信息Ts和第二溫度信息Te進行監視(SI)，當至少一方變成用于冷卻機12的制冷劑的融點以下的情況下，例如使用水作為制冷劑時變成0°C以下的情況下(S2中，否的情況)，判斷為制冷劑有可能凍結。但是，在判斷為制冷劑存在凍結的可能性的時刻電力轉換裝置I已經正在動作的情況下，(S3中，否的情況)，由于存在因為其發熱而使得制冷劑融化的情況，所以首先使其通常動作。
[0043]此時，若制冷劑凍結則冷卻器的性能下降，因此，第一溫度信息Ts上升到比制冷劑融化時高的溫度。因此，設置用來判斷制冷劑的凍結的判定溫度，當第一溫度信息Ts在判定溫度以下時(S4中，否的情況)，使電力轉換裝置I繼續進行通常動作(S5)。另一方面，當第一溫度信息Ts超過預先設定的判定溫度時，判斷為制冷劑凍結(S4中，是的情況)。該判定溫度可以是:在第二溫度信息Te為制冷劑的融點以下的狀態下，電力轉換裝置I以最大輸出進行動作時第一溫度傳感器13可顯示的最大溫度。
[0044]若存在制冷劑凍結的可能性，控制裝置11對開關元件5?10流通預先設定的電流(S6)，根據開關元件5?10的發熱量、第二溫度信息Te以及第一溫度信息Ts求出冷卻器的熱阻Rthl (S7)。在此，開關元件5?10的通電電流與發熱量的關系，例如可以根據開關元件的規格等預先得到，因此，開關元件的發熱量可以根據通電電流而求出。
[0045]由于在制冷劑凍結時，熱阻Rthl變大，因此，只要熱阻Rthl比既定值大，則控制裝置11判斷為冷卻器12的制冷劑凍結(S8中，是的情況)。此時，也可以不計算熱阻值Rthl，而是在第二溫度信息Te與第一溫度信息Ts之差成為一定值以上時判斷為凍結。
[0046]另外，作為判定凍結的方法，還可以是根據冷卻器的制冷劑完全融化時的熱阻RthO、此時的開關元件5?10的通電電流值、以及第二溫度信息Te，計算第一溫度信息Ts，當計算結果與實測結果之差是一定值以上時，判斷為凍結(S8中，是的情況)。此時，在判斷為凍結之后，根據開關元件5?10的通電電流值、第二溫度信息Te以及第一溫度信息Ts求出冷卻器的熱阻RthI。
[0047]在判斷為制冷劑凍結時(S8中，是的情況)，控制裝置11根據熱阻Rthl決定向開關元件流通的最大電流值Tmax (S9)。
[0048]在此，當車輛在車站等停車時或即使是行駛中也是慣性行駛運轉時那樣，電力轉換裝置I停止的情況下(S10中，是的情況)，控制裝置11輸出控制信號Pi以使開關元件通電，利用開關元件的發熱實施使凍結的制冷劑融化的暖機運轉(Sll)。此時，控制裝置11進行控制使得開關元件5?10的通電電流為最大電流值Imax以下。[0049]另外，控制裝置11控制開關元件5?10的通電電流，使得即使在馬達4流通電流，車輛也不加減速。例如，在三相交流電機4是感應電機的情況下，測定馬達的旋轉速度，控制電流使得馬達的打滑為零。在三相交流電機4是同步電機的情況下，測定馬達的轉子的位置，控制電流使得在馬達流通d軸電流。
[0050]尤其，當車輛在車站等停車時，在空氣制動動作的狀態下，還有控制馬達4的通電電流使得馬達4的轉矩比空氣制動的轉矩小的方法。此時，控制裝置11在對開關元件通電前確認車輛的空氣制動力。需要說明的是，當從車輛的運轉臺(圖1中未圖示)未發出制動指令的情況下，從控制裝置11輸出制動指令。在確認空氣制動的動作時，控制裝置11根據空氣制動的轉矩計算可向馬達通電的電流，對該計算結果與最大電流值Imax進行比較，以不超過小的一方的值的方式控制通電電流。
[0051]控制裝置11在暖機運轉中判斷為凍結的制冷劑都融化時(S12中，是的情況)，停止開關元件的通電，結束暖機運轉(S13)。
[0052]另一方面，在鐵道車輛的情況下，在剛剛判斷為凍結后或者為了使凍結的制冷劑融化而通電時，存在從車輛的運轉臺將電力轉換裝置I的動作指令輸入控制裝置11的場合(S10中，否的情況)。此時，在開關元件通電的情況下，控制裝置11停止開關元件的通電。
[0053]接著，控制裝置11按照動作指令進行控制。在此，若控制裝置11判斷為開關元件的通電電流超過最大電流值Imax，則進行限制電流指令值的暖機運轉，使得開關元件的通電電流成為Imax以下(S14)。對于限制電流指令值的暖機運轉，在控制裝置11判斷為在電力轉換裝置I的動作中制冷劑凍結的情況下，也可以同樣適用。若在暖機運轉中控制裝置11判斷為冷卻器12的制冷劑融化(S15中，是的情況)，則解除電流指令值的限制，結束暖機運轉(S16)，轉向通常運轉。
[0054]接著，對判斷冷卻器12的制冷劑是否融化的方法，結合圖3進行說明。圖3是表示熱阻的時問變化的圖。RthO是作為基準的熱阻，表示制冷劑完全融化時的熱阻。控制裝置11進行控制使得在暖機運轉中開關元件5?10的通電電流一定，根據通電電流值、第二溫度信息Te以及第一溫度信息Ts求出冷卻器的熱阻Rth2。在此，當熱阻Rth2變成等于制冷劑完全融化時的熱阻RthO時，判斷為制冷劑融化。需要說明的是，由于在溫度傳感器
13、14上存在測定誤差，所以即使熱阻Rth2與熱阻RthO不一致，在溫度傳感器13、14的誤差的范圍內一致時，也可以判斷為融化。例如，若溫度傳感器的誤差為10%，則在熱阻Rth2成為熱阻RthO±10%時，判斷為融化。
[0055]另外，圖4是表示溫度傳感器的測定值的時間變化的圖，有一種利用該特性而根據熱阻值計算冷卻器的溫度，與實測值相比而判斷融化的手法。此時，在暖機運轉中，也控制成使開關元件5?10的通電電流一定。接著，控制裝置11利用開關元件5?10的發熱量及制冷劑凍結的判斷時所計算的冷卻器12的熱阻Rthl，計算相對于第二溫度信息Te而言的第一溫度信息Ts的計算值即Ts’，并與同時刻下的第一溫度信息Ts的實測值進行比較。在此，由于若制冷劑融化，則冷卻器12的冷卻能力提高，因此，溫度上升變緩，第一溫度信息Ts的實測值變得比計算值Ts’低。因此，若第一溫度信息Ts的計算值與實測值的溫度差Λ T在一定值以上，則判斷為制冷劑融化。關于用于該判定的溫度差的值，例如若有第二溫度傳感器的最大誤差溫度，則只要溫度差是溫度傳感器的最大誤差溫度以上，則在計算值與實測值之間產生明顯的差，就可以判斷制冷劑的融化。[0056]或者，在熱阻Rthl與制冷劑完全凍結時的熱阻RthO相等的情況下，還有根據制冷劑的融化所需的熱量與開關元件5~10的發熱量來判斷的方法。控制裝置11計算用于使制冷劑融化而所需的必要熱量。該必要的熱量被分成溫度上升到融點所需的熱量與融化熱。溫度上升到融點所需的熱量可根據第二溫度信息Te或第一溫度信息Ts與融點以及制冷劑的比熱計算，融化熱由制冷劑所使用的液體決定。另外，開關元件的發熱量可由開關元件5~10的通電電流求出。這樣，若求出的開關元件5~10的發熱量變得大于用于使制冷劑融化而所需的必要熱量，則判斷為制冷劑融化。但是，需要考慮從此時的開關元件5~10向冷卻器12的傳熱效率。
[0057]需要說明的是，本實施例1的暖機運轉是以控制裝置11自動起動為前提，但也可以是在乘務員室中顯示制冷劑凍結，根據乘務員的判斷，按下處于乘務員室內的起動用開關而手動起動。
[0058]根據該方法，即使是制冷劑凍結的情況下，通過暖機運轉，也可以防止開關元件溫度上升，可使制冷劑融化，另外，不需要考慮了制冷劑凍結的情況的冷卻器的嚴格設計。由此，能夠在不改變冷卻器大小的情況下，就能夠提供具有希望的冷卻器的面向寒冷地區驅動裝置。需要說明的是，本實施例1只要是以液體為制冷劑的冷卻器，不管是熱管式還是水冷式，都可以適用。
[0059]【實施例2】
[0060]圖5表示本發明的驅動裝置的第二實施方式(實施例2)。與實施例1的不同點在于，從架線供給的電力是交流電。需要說明的是，對于與圖1共通的機器，標注同一編號而省略說明。
[0061]從交流架線16經變壓器17向電力轉換裝置15供給單相交流電，電力轉換裝置15將單相交流電轉換為直流電并向電力轉換裝置I供給。另外，電力轉換裝置15由開關元件18~21構成，各開關元件在從控制裝置11輸出的信號Pc的作用下，各自獨立地進行接通/斷開控制。
[0062]控制裝置11對電力轉換裝置I以及電力轉換裝置15這兩方進行控制，但如果可以實現基于通信的信息的交換，則也可以分成控制電力轉換裝置I的控制裝置和控制電力轉換裝置15的控制裝置。
[0063]冷卻器22是使用液體作為制冷劑的冷卻器，并冷卻開關元件18~21。電容器24設置在電力轉換裝置15與電力轉換裝置I的中間部，用于吸收從電力轉換裝置15輸出的電流中所含的交流成分。另外，在中間部，除了電容器24，也可以設置由扼流圈與電容器構成的濾波電路。
[0064]第三溫度傳感器23是測定開關元件18~21的溫度的傳感器，并輸出開關元件的第三溫度信息Ts2。第四溫度傳感器24是測定冷卻器的散熱部，例如熱管的前端部或翅片等的溫度的溫度傳感器，并輸出第四溫度信息Te2。另外，第三溫度信息Ts2以及第四溫度信息Te2被輸入給控制裝置11。第三溫度傳感器23所測定的溫度只要是冷卻器的受熱部側的溫度，就沒必要是開關元件18~21的溫度，例如可以是冷卻器的基體的溫度。另外，與電力轉換裝置I同樣，第四溫度傳感器24可以出于空調機器管理的目的而由測定外部氣溫的傳感器替代，此時，溫度傳感器14和溫度傳感器24可以共通化。
[0065]在此，在冷卻器12與冷卻器22的受熱部共通的情況下，溫度傳感器13與溫度傳感器23可以共通化，在冷卻器12與冷卻器22的散熱部共通的情況下，溫度傳感器14與溫度傳感器24可以共通化。
[0066]下面對實際的動作的流程進行說明。對于基本的動作的流程，與實施例1的情況(圖2)同樣。
[0067]控制裝置11監視受熱部側的溫度信息Ts、Ts2與散熱部側的溫度信息Te、Te2，當至少一方在用于冷卻機12的制冷劑的融點以下時，判斷為存在制冷劑凍結的可能性。但是，在判斷為存在制冷劑凍結的可能性的時刻，在電力轉換裝置I以及電力轉換裝置15之中的至少一方已經動作的情況下，由于由通過其發熱而使制冷劑融化的可能性，所以首先使其進行通常動作。
[0068]此時，若制冷劑凍結則冷卻器的性能下降，因此，溫度信息Te以及Te2上升到比制冷劑融化時高的溫度。因此，為了判斷制冷劑的凍結，設置相對于第一溫度信息Ts的第一判定溫度以及相對于第三溫度信息Ts2的第二判定溫度，當溫度信息Ts以及Ts2都在各判定溫度以下時，電力轉換裝置I以及電力轉換裝置15繼續通常動作。
[0069]另一方面，在溫度信息Ts以及Ts2之中的至少一方超過相對于各溫度信息的判定溫度時，判斷為制冷劑凍結。該第一判定溫度可以是:在制冷劑的融點以下的狀態下，當電力轉換裝置I以最大輸出動作時，第一溫度傳感器13可取得的最大值。另外，第二判定溫度可以是:在第四溫度信息T e2為制冷劑的融點以下的狀態下，電力轉換裝置15以最大輸出動作時，第三溫度傳感器23可取得的最大值。
[0070]控制裝置11在存在制冷劑凍結的可能性時，對開關元件5?10、18?21通電。此時，控制裝置11根據開關元件5?10的通電電流值、第二溫度信息T e以及第一溫度信息Ts求出冷卻器12的熱阻Rthl。另外，根據開關元件18?21的通電電流值、第四溫度信息Te2以及第三溫度信息T s2求出冷卻器22的熱阻Rth4。
[0071]另外，控制裝置11若熱阻Rthl大于既定值則判斷為冷卻器12的制冷劑凍結，若熱阻Rth4大于既定值則判斷為冷卻器22的制冷劑凍結。此時，也可以不計算熱阻值Rthl、Rth4,而是在第二溫度信息Te與第一溫度信息Ts之差為一定值以上時判斷為冷卻器12的制冷劑凍結，在第四溫度信息Te2與第三溫度信息Ts2之差為一定值以上時判斷為冷卻器22的制冷劑凍結。
[0072]而且另外，與實施例1同樣，也可以根據冷卻器的制冷劑完全融化時的各冷卻器的熱阻與此時開關元件5?10以及18?21的各通電電流值、以及溫度信息Te以及Te2，計算溫度信息Ts以及Ts2，在溫度Ts的計算結果與實測結果之差為一定值以上時判斷為冷卻器12的制冷劑凍結，在溫度Ts2的計算結果與實測結果之差為一定值以上時判斷為冷卻器22的制冷劑凍結。此時，在判斷為凍結后，根據通過具有凍結的制冷劑的冷卻器冷卻的開關元件的通電電流值、冷卻器的散熱部側的溫度以及冷卻器的受熱部側的溫度，求出各冷卻器的熱阻。
[0073]在判斷為制冷劑凍結時，控制裝置11分別根據熱阻Rthl決定流向開關元件5?10的最大電流值Imax,根據熱阻Rth4決定流向開關元件18?21的最大電流值Imax2。
[0074]在此，若電力轉換裝置I以及電力轉換裝置15停止，則控制裝置11進行暖機運轉，但根據制冷劑凍結的冷卻器的不同，分成以下三種動作模式。
[0075](模式I)[0076]在只是冷卻器12的制冷劑凍結的情況下，控制裝置11與實施例1同樣，將控制信號Pi對電力轉換裝置I輸出，使得開關元件5?10的通電電流在最大電流值Imax以下。此時，對于通電的方法，與實施例1同樣。另外，對電力轉換裝置15輸出控制信號Pc，使得中間部的電壓一定。
[0077](模式2)
[0078]在只是冷卻器22的制冷劑凍結的情況下，控制裝置11對電力轉換裝置I輸出控制信號Pi，使得電力轉換裝置15的開關元件18?21的通電電流在Imax2以下。對于通電的方法，與實施例1同樣。對于電力轉換裝置15，與上述同樣，即使電力轉換裝置I動作，也輸出控制信號Pc，使得中間部的電壓一定。另外，作為只是冷卻器22的制冷劑凍結的情況下的其他對策，也可以僅使電力轉換裝置15動作。此時，由于電力轉換裝置15的負載消失，所以為了在開關元件18?21流通電流，控制裝置11改變電力轉換裝置15的電壓指令值，基于此輸出控制信號Pc而使之通電。
[0079](模式3)
[0080]在冷卻器12以及冷卻器22的制冷劑凍結的情況下，控制裝置11在進行控制使得開關元件18?21的通電電流成為Imax2的情況下，計算開關元件5?10的通電電流，并與Imax進行比較。若計算的結果小于Imax，則輸出與只是冷卻器22的制冷劑凍結的情況同樣的控制信號Pi，若計算的結果大于Imax，則輸出與只是冷卻器12的制冷劑凍結的情況同樣的控制信號Pi。對電力轉換裝置15輸出控制信號Pc，使得中間部的電壓一定。
[0081]在上述那樣的通電狀態下，控制裝置11若通過實施例1所示的方法判斷為制冷劑已融化，則停止通電，結束暖機運轉。
[0082]另一方面，在剛剛判斷為凍結后或者為了使凍結的制冷劑融化而通電時，存在相對于控制裝置11，電力轉換裝置I以及電力轉換裝置15的動作指令被輸入給控制裝置11的情況。此時，在開關元件通電的情況下，控制裝置11停止開關元件5?10、18?21的通電的通電。
[0083]接著，控制裝置11在控制成開關元件18?21的通電電流為Imax2的情況下，計算開關元件5?10的通電電流10,并與Imax進行比較。若IO小于Imax,則限制電力轉換裝置I的控制時所使用的電流指令值，使得開關元件5?10的通電電流在IO以下。若IO大于Imax，則限制電力轉換裝置I的控制時所使用的電流指令值，使得開關元件5?10的通電電流在Imax以下。對于電力轉換裝置15，和IO與Imax的大小關系無關地進行控制，使得中間部的電壓一定。
[0084]控制裝置11在通過實施例1所示的方法判斷為制冷劑已融化時，結束限制電流指令值的暖機運轉，轉入通常運轉。
[0085]需要說明的是，本實施例2中的暖機運轉，是以控制裝置11自動起動為前提，但也可以是在乘務員室中顯示制冷劑凍結，根據乘務員的判斷，按下處于乘務員室內的起動用開關而手動起動。
[0086]根據該方法，即使是制冷劑凍結的情況下，通過暖機運轉，也可以防止開關元件溫度上升，可使制冷劑融化，另外，不需要考慮了制冷劑凍結的情況的冷卻器的嚴格設計。由此，能夠在不改變冷卻器大小的情況下，就能夠提供具有希望的冷卻器的面向寒冷地區驅動裝置。需要說明的是，本實施例2只要是以液體為制冷劑的冷卻器，不管是熱管式還是水冷式，都可以適用。
[0087]【實施例3】
[0088]圖6表示本發明的驅動裝置的第三實施方式(實施例3)。與實施例1的不同點在于，搭載有向冷卻器的散熱部送風的風扇。需要說明的是，對于與圖1共通的機器，標注相同符號并省略說明。在本實施例3中，從直流架線2經濾波器將直流電供給向電力轉換裝置1，但也可以如實施例2那樣，從交流架線經變壓器與電力轉換裝置向電力轉換裝置I供
5口 O
[0089]風扇26起到向冷卻器12的散熱部送風的作用，在控制裝置11的作用下，進行接通/斷開的控制。如實施例2那樣，在具有將交流電轉換為直流電的電力轉換裝置及其冷卻器的情況下，可以對每個冷卻器設置風扇，也可以用一個風扇向兩冷卻器的散熱部供給風。另外，風扇26的作用由于是向冷卻器12的散熱部供給風，所以也可以取代風扇而使用鼓風機。
[0090]控制裝置11在通過實施例1或實施例2所示的手法判斷為冷卻器12的制冷劑凍結時，停止風扇26。在具有多個冷卻器的情況下，通過實施例1或實施例2所示的手法，判斷為至少一個冷卻器的制冷劑凍結時，停止所以的風扇。這是因為，若在暖機運轉中通過風扇而冷卻器12的性能提高，則暖機運轉的效果變小。在冷卻器12的制冷劑融化而暖機運轉結束時，再次進行風扇的驅動。
[0091]需要說明的是，在電力轉換裝置停止的情況下，在控制裝置11判斷為存在制冷劑凍結的可能性的時刻，可以暫時停止風扇。此時，可以在通過熱阻的測定而判斷為制冷劑凍結時，就那么繼續停 止風扇，若判斷為制冷劑融化，則再驅動風扇。
[0092]根據該方法，在具備強制風冷式的冷卻器中，在制冷劑凍結時可以進行暖機運轉，因此，不需要考慮了制冷劑凍結的情況的冷卻器的嚴格設計。由此，能夠在不改變冷卻器大小的情況下，就能夠提供具有希望的冷卻器的面向寒冷地區驅動裝置。需要說明的是，本實施例3只要是以液體為制冷劑的冷卻器，不管是熱管式還是水冷式，都可以適用。
[0093]【實施例4】
[0094]圖7表示本發明的驅動裝置的第四實施方式(實施例4)。通常行駛時，在車輛行駛時從取入口取入行駛風27，向冷卻器的散熱部28供給行駛風。散熱部28可以是I臺冷卻器，也可以是多臺的冷卻器。
[0095]車輛的控制裝置(圖7中未記載)在確認車輛行駛時冷卻器12的制冷劑凍結而判斷為需要暖機運轉時，使通風閥29動作，堵塞通風管道，不向散熱部28供給行駛風。在判斷為制冷劑融化而回到通常運轉時，打開通風閥29。
[0096]需要說明的是，在本實施例4中，雖然僅使行駛風進入的取入口附近的通風閥動作，但若考慮車輛還向反方向行進，還必須在相反側的取入口附近也設置通風閥。因此，在制冷劑凍結時，可以使兩方的通風閥動作。
[0097]根據該方法，在具備使用管道的行駛風冷式的冷卻器中，在行駛中實施暖機運轉的情況下，能夠防止因行駛風的影響而導致制冷劑再凍結。需要說明的是，本實施例4只要是以液體為制冷劑的冷卻器，不管是熱管式還是水冷式，都可以適用。
[0098]符號說明
[0099]1,15..?電力轉換裝置[0100] 2...直流架線
[0101]3...濾波電路
[0102]4...三相交流電機
[0103]5~10、18~21..?開關元件
[0104]11..?控制裝置
[0105]12、22...冷卻器
[0106]13、23...第一溫度傳感器
[0107]14、24...第二溫度傳感器
[0108]16...交流架線
[0109]17...變壓器
[0110]25...DC鏈路電容器
[0111]26...風扇
[0112]27..?行駛風
[0113]28..?冷卻器的散熱部
[0114]29..?通風閥
[0115]Ts、Ts2..?冷卻器的受熱部側的溫度
[0116]Te、Te2..?冷卻器的散熱部側的溫度
[0117]Rthl~Rth4...冷卻器的熱阻
【權利要求】
1.一種鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于，具備: 第一電力轉換裝置，其由開關元件構成，用于將直流電轉換為交流電并向負載供給； 控制裝置，其控制所述第一電力轉換裝置； 第一冷卻器，其使用液體作為用于冷卻所述第一電力轉換裝置的制冷劑， 所述第一冷卻器具有: 與所述開關元件接觸并吸收其熱量的受熱部； 測定所述受熱部的溫度的受 熱部溫度傳感器； 將從所述開關元件吸收的熱量散熱的散熱部；及 測定所述散熱部的溫度的散熱部溫度傳感器， 所述控制裝置具有運算部，當所述受熱部溫度傳感器以及所述散熱部溫度傳感器的各測定值的至少一方在所述制冷劑的融點以下時，所述運算部基于通過對所述開關元件流通規定的電流而檢測到的所述受熱部溫度傳感器以及所述散熱部溫度傳感器的各測定值，用來判斷所述制冷劑是否凍結。
2.如權利要求1所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述受熱部的溫度是所述開關元件的溫度或作為所述受熱部的基材的所述第一冷卻器的基體的溫度， 所述散熱部的溫度是所述第一冷卻器的翅片的溫度或用于所述第一冷卻器的熱管的前端部的溫度、或者外部氣體溫度中的任一個。
3.如權利要求1所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述運算部，根據使用所述檢測到的所述受熱部溫度傳感器以及所述散熱部溫度傳感器的各測定值和所述開關元件的發熱量或以其為準的通電電流值而算出的所述第一冷卻器的熱阻值的大小，判斷所述制冷劑是否凍結。
4.如權利要求3所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述運算部在判斷為所述制冷劑凍結時，根據所述熱阻值計算可向所述開關元件通電的電流的最大值。
5.如權利要求4所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 在所述判斷時所述第一電力轉換裝置停止的情況下， 所述控制裝置實施暖機運轉，在該暖機運轉中，通過控制所述開關元件的通電電流而使其不超過所述最大值，由此使所述開關元件發熱，從而融化凍結的所述制冷劑。
6.如權利要求4所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 在所述判斷時所述第一電力轉換裝置未停止的情況下， 所述控制裝置實施暖機運轉，在該暖機運轉中，將所述開關元件的通電電流限制在所述最大值以下。
7.如權利要求6所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 在所述負載是交流電機的情況下， 所述控制裝置以所述交流電機的產生轉矩不使車輛加減速的方式，控制所述開關元件的通電電流。
8.如權利要求6所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 在所述負載是交流電機且車輛的空氣制動進行動作的情況下，所述控制裝置以使所述交流電機的產生轉矩小于所述空氣制動的轉矩的方式，控制所述開關元件的通電電流。
9.如權利要求5或6所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述運算部計算所述暖機運轉中的所述冷卻器的熱阻值，當該計算的熱阻值與所述制冷劑的完全融化時的熱阻值之差是既定值以下時，判斷為所述制冷劑融化，從而結束所述暖機運轉。
10.如權利要求5或6所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述運算部根據所述暖機運轉 中的所述開關元件的發熱量、判斷為所述制冷劑凍結時的所述第一冷卻器的熱阻值以及所述散熱部溫度傳感器的測定值，計算所述暖機運轉中的所述受熱部的溫度，當該計算的所述受熱部的溫度與所述受熱部溫度傳感器的測定值之差是既定值以上時，判斷為所述制冷劑融化，從而結束所述暖機運轉。
11.如權利要求5或6所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述運算部計算用于使所述制冷劑融化而所需的必要熱量以及根據所述暖機運轉中所述開關元件的通電電流計算所述開關元件的發熱量，當所述開關元件的發熱量超過用于使所述制冷劑融化而所需的必要熱量時，判斷為所述制冷劑融化，從而結束所述暖機運轉。
12.如權利要求1所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述鐵道車輛用的驅動裝置還具備: 第二電力轉換裝置，其由開關元件構成，并將從交流架線供給的交流電轉換為直流電并向所述第一電力轉換裝置供給直流電； 第二冷卻器，其使用液體作為用于冷卻所述第二電力轉換裝置的制冷劑， 所述第二冷卻器具有: 與所述開關元件接觸并吸收其熱量的受熱部； 測定所述受熱部的溫度的受熱部溫度傳感器； 將從所述開關元件吸收的熱量散熱的散熱部；及 測定所述散熱部的溫度的散熱部溫度傳感器， 所述控制裝置控制所述第一電力轉換裝置以及所述第二電力轉換裝置，并具有運算部， 當成為如下兩種狀態:即其一是所述第一冷卻器的受熱部溫度傳感器以及散熱部溫度傳感器的各測定值的至少一方是所述制冷劑的融點以下的狀態；以及其二是所述第二冷卻器的受熱部溫度傳感器以及散熱部溫度傳感器的各測定值的至少一方是所述制冷劑的融點以下的狀態、的至少一方的狀態時， 所述運算部根據通過對所述第一電力轉換裝置以及第二電力轉換裝置的各開關元件流通規定的電流而檢測到的、所述第一冷卻器的受熱部溫度傳感器以及散熱部溫度傳感器的各測定值，判斷所述第一冷卻器的制冷劑是否凍結，以及根據所述第二冷卻器的受熱部溫度傳感器以及散熱部溫度傳感器的各測定值，判斷所述第二冷卻器的制冷劑是否凍結。
13.如權利要求12所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述運算部在下述兩者的至少一方做出判斷， 其一是根據使用所述第一冷卻器的受熱部溫度傳感器以及散熱部溫度傳感器的各測定值和所述第一電力轉換裝置的開關元件的發熱量或以其為準的通電電流值而算出的所述第一冷卻器的熱阻的大小，判斷所述第一冷卻器的制冷劑是否凍結， 其二是根據使用所述第二冷卻器的受熱部溫度傳感器以及散熱部溫度傳感器的各測定值和所述第二電力轉換裝置的開關元件的發熱量或以其為準的通電電流值而算出的所述第二冷卻器的熱阻的大小，判斷所述第二冷卻器的制冷劑是否凍結。
14.如權利要求1或12所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 設有向所述第一冷卻器以及第二冷卻器的各散熱部的至少一方供給風的風扇或鼓風機， 所述控制裝置在判斷為所述第一冷卻器以及第二冷卻器的各制冷劑的至少一方凍結而實施暖機運轉時，將所述風扇或鼓風機全都停止。
15.如權利要求1或12所述的鐵道車輛用的驅動裝置，其特征在于， 所述控制裝置配備在設有向所述第一冷卻器以及第二冷卻器的各散熱部的至少一方供給行駛風的通風管道的車輛上，在判斷為所述第一冷卻器以及第二冷卻器的各制冷劑的至少一方凍結而實施暖 機運轉時，堵塞所述通風管道。
【文檔編號】H02M7/48GK103929077SQ201410014117
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2013年1月16日
【發明者】綾田昌高, 菱田昭裕, 河野恭彥, 豐田瑛一 申請人:株式會社日立制作所