成果報告書詳細
管理番号20110000000763
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 エネルギー使用合理化技術戦略的開発 エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 高放熱充放電変換器と軽量スケルトン・パネルによる省エネ車両技術の開発
公開日2011/6/7
報告書年度2008 - 2010
委託先名財団法人鉄道総合技術研究所
プロジェクト番号P03033
部署名エネルギー対策推進部
和文要約高放熱充放電変換器と軽量スケルトン・パネルによる省エネ車両技術の開発(2008年度~2010年度)和文要約  電気機器を屋根上に搭載するタイプの鉄道軌道車両について、高放熱性能を付与した車載電機品の開発による効率向上と小型軽量化、および新たな工法による車体の軽量化を行うことで、車両運行時のエネルギー消費削減を目的として技術開発を行った。電機品に関しては放熱性向上による充放電効率の向上、軽量化できる回路方式の提示、リアクトル等電磁機器の巻線配置の適正化による小型軽量化を模索した。また、車体構体については、鉄道ではどこにも採用されていないスケルトン構造工法を適用して屋根上強度を確保することにより、モノコック方式で必要であった屋根上二重補強を排することで軽量化を目指し基礎開発を行った。実施結果は下記のとおりである。 (1) IGBTモジュールの高放熱化に向け,新たに開発したPBO繊維接着シートをモジュールと放熱フィンの接着面に適用し,実機チョッパへの適用通電で放熱性能を測定した。既存コンパウンド接着剤に比べて温度上昇が約2倍となり,改善には至らなかったが,シート薄膜化ができれば現状と遜色ない温度上昇に抑制できることをシミュレーションで示した。 (2) 充放電変換システムの小型軽量化に向け,電磁結合型2相一体化リアクトルを試作し,実機通電により通電損失の1.6%低減と変換器システムとして6.9%の質量低減効果を得た。 (3) 現行車両のモノコック構造に代えてスケルトン構造のアルミ構体を試作した。JISに基づく荷重試験を実施した結果,得られた応力値はごく一部に目安値超過があるものの,ほとんどが材料の耐力以下であった。既存の同じ長さの軽車両に対し,車体質量で14%,車両として約8.3%軽量化できる結果となった。 (4) 変換器システムと車両の軽量化効果、および充放電効率向上効果に基づき試算を行った結果,現状に対して約6.2%の消費エネルギー削減となる推定結果が得られた。
英文要約Title: Development of technology of energy conserving railway vehicles with high heat radiating power converter and with light skeleton & panel vehicle body (FY2008-2010) FY2010 Final Report Summary: This study aims to reduce the energy consumed when railway vehicles, of the type to install electric power converters on the roof, are operated to run. This aims will be achieved by efficiency improvement and miniaturizing the size and weight of on-board power converters by developing high radiating technology, and to lighten the vehicle body by a new body constructing method. For roof-installed power machines, improvement of the electrical charge and discharge efficiency by high heat radiation of power converters, fabrication of a new circuit topology to obtain lighter weight converters, and the appropriate arrangement and location of the windings of electromagnetic equipment like reactors for lighter weight are examined. Moreover, by applying the skeleton structural method not adopted anywhere in the railway vehicles, body structure can be lighter by clearing away double reinforcement necessary on the monocoque construction roofs, while securing strength on the roof of skeleton structure also. In 2008-2010 fiscal years, we executed the study on the topics of below. 1) For high heat radiation of the IGBT module, our newly developed P.B.O. (Poly Para-phenylene Benzo-bis-oxiazol) fiber bonding sheets were applied to the joint surface of the module and the heat-radiating fin, and the head-radiation performance was measured by energizing to real size chopper. The result showed that the temperature rise doubled compared with the existing compound adhesive, ant that the performance of the heat radiation could not be improved. And the simulation showed that if the thickness of the sheet be thinner, the temperature rise can be controlled to almost the same level of the current state. 2) For the miniaturization of the electrical charge and discharge conversion system, we developed integrated two-phased reactors with electromagnetic coupling. The mass decrease of 6.9% was achieved as power conversion system, and by energizing a real chopper, the energizing loss of 1.6% was decreased, which means the improvement of the energizing efficiency of 0.15%. 3) The skeleton structure of aluminum materials was made for trial purposes in place of the monocoque structure in a present vehicle. In the stress value obtained by executing the loading test based on JIS, most of them were below the power-proof of the material though there was standard value excess in the small portion. It induces 14% lighter in the mass of the body against the existing vehicles of the same length, and 8.3% will be lightened as a vehicle. 4) The estimated reduction of consumption energy shows 6.2% for the current state, as a result of calculation based on the effect of lightening of the power conversion system and the vehicle, and the effect of the improvement of the energizing efficiency.
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