(57)【要約】【課題】走行風を効果的に複数のフィン間の流通路に供給し、所望の冷却性能及び強度を確保できる電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置は、半導体素子と、受熱ブロックと、複数のフィンと、受風部材と、を備える。半導体素子は、車両を駆動する電力を出力可能である。受熱ブロックは、前記半導体素子が搭載される。複数のフィンは、前記受熱ブロックに設けられ、前記車両の走行想定方向に直交する方向に所定の隙間を有して配置される。受風部材は、前記複数のフィンの前記走行想定方向で両端の下面にそれぞれ接合された一対の基部、及び、前記一対の基部のそれぞれから前記複数のフィンの下方に延びる、前記車両の走行風を受ける一対の鍔部を含む。【選択図】      図２
2020075642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を駆動する電力を出力可能な半導体素子と、
前記半導体素子が搭載された受熱ブロックと、
前記受熱ブロックに設けられ、前記車両の走行想定方向に直交する方向に所定の隙間を有して配置された複数のフィンと、
前記複数のフィンの前記走行想定方向で両端の下面にそれぞれ接合された一対の基部、及び、前記一対の基部のそれぞれから前記複数のフィンの下方に延びる、前記車両の走行風を受ける一対の鍔部を含む受風部材と、
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記一対の基部は、前記走行想定方向において離間している請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記鍔部の前記走行想定方向で外側の端部は、前記複数のフィンの前記走行想定方向の端部と、前記走行想定方向において一致する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記基部は第１基部であり、
前記受風部材は、
前記第１基部及び前記鍔部により形成される一対の第１受風部材と、
前記複数のフィンの前記走行想定方向で中央部の下面に接合された第２基部及び前記第２基部から前記複数のフィンの間の隙間に延び、前記走行風を受ける突起体を含む第２受風部材と、
を具備する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
車両を駆動する電力を出力可能な半導体素子と、
前記半導体素子が搭載された受熱ブロックと、
前記受熱ブロックに設けられ、前記車両の走行想定方向に直交する方向に所定の隙間を有して配置された複数のフィンと、
前記複数のフィンの前記走行想定方向で中央部の下面に接合された基部及び前記基部から前記複数のフィンの間の隙間に延び、前記車両の走行風を受ける突起体を含む受風部材と、
を備える電力変換装置。
【請求項６】
前記突起体は、前記複数のフィンが配置される方向に沿って延び、
前記複数のフィンは、それぞれ、前記走行想定方向で中央部の下端に、前記突起体が配置される切欠部が形成される、請求項４又は請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置が取り付けられる車体と、
を備える鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置及び鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両には、架線から供給される電力を所望の電力に変換して主電動機等の駆動を制御する電力変換装置が搭載されている。この種の電力変換装置は、半導体素子と、半導体素子を冷却する冷却器と、を有している。
【０００３】
上述した冷却器として、低騒音化、省エネ化及びメンテナンスフリー等の観点から鉄道車両の走行時の走行風により冷却する自然空冷式の冷却器が知られている。
【０００４】
自然空冷式の冷却器は、半導体素子が搭載された受熱ブロックと、受熱ブロックに接続された複数のフィンと、を備える。複数のフィンは、走行想定方向に沿った姿勢であって、且つ、走行想定方向及び重力方向に対して直交する方向に所定の間隔を開けて配置される。
【０００５】
鉄道車両の走行時において走行風が隣り合うフィンの間の流通路を通過することで、走行風とフィンとの間で熱交換が行われる。このように、自然空冷式の冷却器は、フィンを介して半導体素子で発生する熱を放熱する。
【０００６】
一般的に、流通路内は走行風が通過する際の圧力損失が大きい。このため、鉄道車両における走行方向の前方から流通路内に流入する走行風が、流通路内における走行方向の後方側の端部まで到達せずに流通路から流出する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４７６１３２号公報
【特許文献２】特許第４４３５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、走行風を効果的に複数のフィン間の流通路に供給し、所望の冷却性能及び強度を確保できる電力変換装置及び鉄道車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、電力変換装置は、半導体素子と、受熱ブロックと、複数のフィンと、受風部材と、を備える。半導体素子は、車両を駆動する電力を出力可能である。受熱ブロックは、前記半導体素子が搭載される。複数のフィンは、前記受熱ブロックに設けられ、前記車両の走行想定方向に直交する方向に所定の隙間を有して配置される。受風部材は、前記複数のフィンの前記走行想定方向で両端の下面にそれぞれ接合された一対の基部、及び、前記一対の基部のそれぞれから前記複数のフィンの下方に延びる、前記車両の走行風を受ける一対の鍔部を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る鉄道車両の構成を模式的に示す側面図。
【図２】同鉄道車両に用いられる電力変換装置の構成を模式的に示す断面図。
【図３】同電力変換装置に用いられるヒートシンクの構成を下方から示す斜視図。
【図４】他の実施形態に係る電力変換装置の構成を模式的に示す断面図。
【図５】他の実施形態に係る電力変換装置の構成を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態に係る電力変換装置４及び鉄道車両１について、図１乃至図３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。また、図中、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。また、本実施形態においては、図中のＸ方向が鉄道車両１の前後方向を、Ｙ方向が鉄道車両の幅方向を、Ｚ方向が重力方向を示す。また、鉄道車両１の前後方向は、鉄道車両１の走行想定方向である。
【００１２】
図１は、実施形態に係る鉄道車両１の構成を模式的に示す側面図であり、図２は、鉄道車両１に用いられる電力変換装置４の構成を模式的に示す断面図である。図３は、電力変換装置４に用いられるヒートシンク３１の構成を下方から示す斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、鉄道車両１は、車体２と、台車３と、電力変換装置４と、を備えている。鉄道車両１は、レール１００等を敷いた専用通路（軌道）上を走行可能に構成される。また、鉄道車両１は、電力変換装置４を備える構成であれば、適宜設定できる。
【００１４】
車体２は、前後方向に長く構成される。例えば、車体２は、前後方向に長い略直方体形状に形成される。なお、車体２の形状は、この形状に限定されず、適宜設定可能である。車体２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２ａを備える。パンタグラフ２ａ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。
【００１５】
台車３は、例えば、台車バネ１１と、台車枠１２と、複数の車軸１３と、複数の車輪１４と、主電動機１５と、を備える。台車３は、例えば、車体２の床下における走行想定方向の両端部にそれぞれ設けられる。
【００１６】
台車バネ１１は、例えば、空気バネである。台車枠１２は、台車バネを介して車体２の床下に接続される。
【００１７】
複数の車軸１３は、台車枠１２に回転可能に支持される。例えば、車軸１３は、台車枠１２の走行想定方向の両端部に一対設けられる。車軸１３は、鉄道車両１の幅方向に延びる。
【００１８】
車輪１４は、車軸１３の両端部に取り付けられる。本実施形態において、車輪１４は、一つの台車３に４つ設けられる。
【００１９】
主電動機１５は、車軸１３を回転させる。主電動機１５は、例えば、台車枠１２に支持される。例えば、主電動機１５は、一対の車軸１３のそれぞれを回転可能に、一対設けられる。具体例として、主電動機１５は、交流電力により回転する回転軸と、回転軸の回転を車軸１３に伝達する伝達機構と、を有する。
【００２０】
図１に示すように、電力変換装置４は、車体２の床下であって、且つ、走行想定方向において、一対の台車３の間に設けられる。電力変換装置４は、鉄道車両１の外部、本実施形態においては、パンタグラフ２ａを介して架線１０１から供給される電力を変換する。図２に示すように、電力変換装置４は、半導体素子２１と、筐体２２と、冷却器２３と、を備える。
【００２１】
半導体素子２１は、鉄道車両１を駆動する電力を出力可能に構成される。具体例として、半導体素子２１は、架線１０１からパンタグラフ２ａを介して入力された直流電力を交流電力に変換する。また、半導体素子２１は、変換した交流電力を主電動機１５等に供給する。このような半導体素子２１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。
【００２２】
例えば、電力変換ユニットは、筐体２２内にまとめて収容されている。また、例えば、制御部は、半導体素子２１との間でスイッチング信号を送受信する。
【００２３】
筐体２２は、半導体素子２１を収容する。筐体２２は、例えば、直方体の箱状に形成される。例えば、筐体２２は、上部に車体２の床下に連結される取付片を備える。そして、筐体２２は、取付片を介して、車体２の床下に連結される。
【００２４】
冷却器２３は、半導体素子２１を冷却する。具体的に説明すると、冷却器２３は、半導体素子２１で発生する熱を放熱するヒートシンク３１と、ヒートシンク３１に接合された受風部材３２と、を備える。このような冷却器２３は、ヒートシンク３１の後述する複数のフィン４２及び受風部材３２が筐体２２外に配置されることで、複数のフィン４２及び受風部材３２が走行風を受ける受風部を構成する。
【００２５】
ヒートシンク３１は、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。ヒートシンク３１は、車体２の床下に電力変換装置４が設けられた状態において、一部が筐体２２の底壁部２２ａから重力方向で下方に突出するとともに、他部が筐体２２内に配置される。換言すると、ヒートシンク３１は、底壁部２２ａを貫通して、筐体２２に固定される。
【００２６】
具体的に説明すると、図２に示すように、ヒートシンク３１は、受熱ブロック４１と、複数のフィン４２と、を備える。
【００２７】
受熱ブロック４１は、筐体２２の内部に配置される。受熱ブロック４１は、矩形方体状に構成される。受熱ブロック４１は、車体２の床下に電力変換装置４が設けられた状態において、底壁部２２ａから重力方向で上方に向かって突出して、筐体２２内に配置される。
【００２８】
受熱ブロック４１は、上面に半導体素子２１を搭載する。即ち、受熱ブロック４１は、半導体素子２１に接続される。本実施形態では、図２に示すように、受熱ブロック４１の上部に、３つの半導体素子２１が走行想定方向に互いに間隔をあけて配置される例を用いて説明する。
【００２９】
複数のフィン４２は、受風部を構成する。複数のフィン４２は、筐体２２の外部に配置される。複数のフィン４２は、車体２の床下に電力変換装置４が設けられた状態において、底壁部２２ａに対して重力方向で下方に向かって延びる。
【００３０】
フィン４２は、一方向に長い矩形の薄板状に形成される。フィン４２は、車体２の床下に電力変換装置４が設けられた状態において、鉄道車両１の幅方向を厚さ方向とし、走行想定方向を長手方向となる姿勢で受熱ブロック４１に配置される。また、複数のフィン４２は、フィン４２の厚さ方向に所定の間隔を開けて配置される。
【００３１】
換言すると、複数のフィン４２は、車体２の床下に電力変換装置４が設けられた状態において、主面が走行想定方向に沿った姿勢で、鉄道車両１の幅方向に所定の間隔を開けて平行に配置される。ここで、所定の間隔は、例えば、等間隔である。複数のフィン４２は、隣り合うフィン４２の間の隙間によって、走行風が流れる複数の流通路を構成する。複数のフィン４２は、鉄道車両１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を受け、走行風と熱交換を行う。
【００３２】
また、例えば、各フィン４２は、走行想定方向で中央部の下面に受風部材３２の後述する第２受風部材５２の突起体５２ｂの長手方向に直交する方向の断面形状と同形状の矩形状の切欠部７０を有する。
【００３３】
受風部材３２は、複数のフィン４２の下面側に固定される。受風部材３２は、一対の第１受風部材５１と、第２受風部材５２と、を備える。受風部材３２は、複数のフィン４２とともに、受風部を構成する。
【００３４】
第１受風部材５１は、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。一対の第１受風部材５１は、複数のフィン４２の走行想定方向で両端側の下端にそれぞれ固定される。第１受風部材５１は、一方向に長く構成される。第１受風部材５１は、第１基部５１ａと、鍔部５１ｂと、を含む。
【００３５】
第１基部５１ａは、一方向に長い矩形板状に構成される。第１基部５１ａの長手方向の長さは、複数のフィン４２の鉄道車両１の幅方向の一端側に配置されるフィン４２から他端側に配置されるフィン４２までの距離と同じ長さに設定される。
【００３６】
第１基部５１ａの短手方向の長さは、一対の第１受風部材５１が複数のフィン４２に固定されたときに、一対の第１基部５１ａが離間し、一対の第１基部５１ａの間に所定の隙間を生じさせる長さに設定される。
【００３７】
ここで、所定の隙間は適宜設定されるが、当該隙間に第２受風部材５２が配置された場合であっても、少なくとも複数のフィン４２の下面の一部が外部に露出される隙間に設定される。
【００３８】
第１基部５１ａは、重力方向を厚さ方向とし、そして、鉄道車両１の幅方向を長手方向として、複数のフィン４２の下面であって、且つ、走行想定方向で複数のフィン４２の両端部のそれぞれに固定される。第１基部５１ａは、例えば、自身の主面が複数のフィン４２の下面に当接した状態で、溶接やロウ付け等によって、複数のフィン４２に接合される。このような第１基部５１ａは、複数のフィン４２に渡って接合されることで、複数のフィン４２の強度を確保する補強部材を兼ねるとともに、走行風を複数のフィン４２間の流通路に導入する案内部材を兼ねる。
【００３９】
鍔部５１ｂは、長手方向の長さが第１基部５１ａの長手方向の長さと同じ長さを有する矩形板状に形成される。鍔部５１ｂは、第１基部５１ａと一体に形成される。具体例として、鍔部５１ｂは、走行想定方向を厚さ方向とし、鉄道車両１の幅方向を長手方向とし、そして、重力方向に沿って第１基部５１ａの走行想定方向で外側端部の下面から延びる。鍔部５１ｂの走行想定方向の外面は、走行風を受ける。
【００４０】
鍔部５１ｂは、走行想定方向で外側の端部が、複数のフィン４２の走行想定方向の端部と、走行想定方向において一致する。換言すると、鍔部５１ｂの走行想定方向で外側の側面が、複数のフィン４２の走行想定方向の側面と、面一に設定される。
【００４１】
なお、各鍔部５１ｂの走行想定方向の外側の端は、走行想定方向において、フィン４２の端部よりもフィン４２の中央部寄りの位置に配置されていてもよい。また、一対の鍔部５１ｂの一方の走行想定方向の外側の端及び複数のフィン４２の走行想定方向の外側の端が、走行想定方向において互いに一致し、そして、一対の鍔部５１ｂの他方の走行想定方向の外側の端及び複数のフィン４２の走行想定方向の外側の端が、走行想定方向において互いに一致していなくてもよい。
【００４２】
また、一対の鍔部５１ｂの下端は、重力方向で車体２の艤装限界と同一位置か、又は、重力方向で車体２の艤装限界よりも高い位置に配置される。
【００４３】
第２受風部材５２は、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。第２受風部材５２は、複数のフィン４２の走行想定方向で中央側の下端に固定される。第２受風部材５２は、第２基部５２ａと、突起体５２ｂと、を含む。
【００４４】
第２基部５２ａは、一方向に長い矩形板状に構成される。第２基部５２ａの長手方向の長さは、複数のフィン４２の鉄道車両１の幅方向の一端側に配置されるフィン４２から他端側に配置されるフィン４２までの距離と同じ長さに設定される。
【００４５】
第２基部５２ａの短手方向の長さは、一対の第１受風部材５１が複数のフィン４２に固定されたときに、一対の第１基部５１ａの間の隙間に配置可能であって、且つ、一対の第１基部５１ａと第２基部５２ａとの間に所定の隙間を生じさせる長さに設定される。
【００４６】
第２基部５２ａは、重力方向を厚さ方向とし、そして、鉄道車両１の幅方向を長手方向として、複数のフィン４２の下面であって、且つ、走行想定方向で複数のフィン４２の両端部のそれぞれに固定される。第２基部５２ａは、例えば、自身の主面が複数のフィン４２の下面に当接した状態で、溶接やロウ付け等によって、複数のフィン４２に接合される。このような第２基部５２ａは、複数のフィン４２に渡って接合されることで、複数のフィン４２の強度を確保する補強部材を兼ねる。
【００４７】
突起体５２ｂは、長手方向の長さが第２基部５２ａの長手方向の長さと同じ長さを有する矩形板状に形成される。具体例として、突起体５２ｂは、走行想定方向を厚さ方向とし、鉄道車両１の幅方向を長手方向とし、そして、重力方向に沿って第２基部５２ａの走行想定方向で中央部の上面から延びる。突起体５２ｂは、重力方向で流路部の下端側に配置され、流路部の走行想定方向の中央部において各流路部の開口断面積を縮小する。突起体５２ｂの走行方向で前方の外面は、換言すると、突起体５２ｂの風上側に位置する外面は、流通路を流れる走行風を受ける。
【００４８】
突起体５２ｂは、複数のフィン４２の切欠部７０、及び、複数のフィン４２間の流通路に配置される。突起体５２ｂは、例えば、各フィン４２に設けられた切欠部７０に配置され、複数のフィン４２の切欠部７０に当接した状態で、溶接やロウ付け等によって、複数のフィン４２に接合される。
【００４９】
このように構成された冷却器２３は、複数のフィン４２、一対の第１受風部材５１、及び、第２受風部材５２が筐体２２の外部に配置される。そして、これら複数のフィン４２、一対の第１受風部材５１及び第２受風部材５２が、走行想定方向に流れる走行風を受ける受風部を構成する。
【００５０】
次に、このように構成された鉄道車両１の電力変換装置４の作用について説明する。なお、鉄道車両１が走行想定方向で一方側に向かって走行する例を用いて説明する。
【００５１】
先ず、鉄道車両１を走行させる場合は、電力変換装置４の半導体素子２１は、架線１０１及びパンタグラフ２ａを介して入力された直流電力を交流電力に変換する。そして、半導体素子２１は、各主電動機１５に変換した交流電力を供給する。各主電動機１５は、供給された交流電力により回転する。主電動機１５の回転力が車軸１３に伝達されると、車軸１３及び車輪１４が回転する。これにより、鉄道車両１は、レール１００に沿って、走行想定方向の一方側（走行方向の前方）に向かって走行する。
【００５２】
この直流電力を交流電力に変換するときにおいて、半導体素子２１では、電力変換時における電力損失に起因して熱が発生する。半導体素子２１で発生した熱は、受熱ブロック４１を介して各フィン４２に伝達される。
【００５３】
一方、鉄道車両１が走行すると、鉄道車両１の周囲には主に走行想定方向の他方側（走行方向の後方）に向かって走行風が流れる。
【００５４】
電力変換装置４の外部から流れ込んだ走行風は、一対の第１受風部材５１のうち、走行想定方向で一方側に位置する第１受風部材５１の第１基部５１ａの主面に沿って複数のフィン４２間の流通路に流通する。そして、走行風は、複数のフィン４２の外表面上、一対の第１受風部材５１の外表面上、第２受風部材５２の外表面上及び流通路内を通過する。その後、走行風は、電力変換装置４の外部に排出される。
【００５５】
このとき、複数のフィン４２と走行風との間で熱交換が行われることで、半導体素子２１で発生する熱が複数のフィン４２を介して放熱される。加えて、半導体素子２１で発生した熱の一部は、複数のフィン４２に接合された一対の第１受風部材５１及び第２受風部材５２に伝わり、そして、一対の第１受風部材５１及び第２受風部材５２を介して放熱される。
【００５６】
ここで、流通路内を流通する走行風の一部は、第２受風部材５２及び走行想定方向で他方側の第１受風部材５１の間の隙間を通って流通路から排出され、走行想定方向の他方側の第１受風部材５１の鍔部５１ｂによって流れが妨げられる。また、複数のフィン４２よりも下方を流れる走行風の一部も、鍔部５１ｂによって流れが妨げられる。
【００５７】
このため、走行想定方向の他方側の鍔部５１ｂよりも後方の領域に渦が形成される。これにより、走行想定方向の他方側の鍔部５１ｂよりも後方の領域には、図２に示すように、走行想定方向の他方側の鍔部５１ｂよりも前方の領域に比べて低圧の低圧領域Ｑが形成される。
【００５８】
すると、複数のフィン４２間の流通路内を流れる走行風が低圧領域Ｑに引き込まれることから、複数のフィン４２間の流通路を通過する走行風の流量が増加する。このため、第２受風部材５２及び走行方向で後方側の第１受風部材５１の間の隙間を通って流通路から排出される走行風の一部は、流通路内に引き戻されることになり、流通路内を通過する走行風の流量が増大する。
【００５９】
このように、走行想定方向に並ぶ２つの鍔部５１ｂのうち、鉄道車両１の走行想定方向で他方側（走行方向で後方）に位置する鍔部５１ｂは、走行風を受け、後方に低圧領域Ｑを形成することで、走行風の流量を増大させるために機能する。なお、一対の第１受風部材５１は、鉄道車両１の走行方向に応じて、一方の鍔部５１ｂがフィン４２間の流通路を流れる走行風の流量を増大させるために機能する。
【００６０】
また、受風部材３２は、一対の第１受風部材５１を有することから、鉄道車両１の走行時において、走行想定方向の一方側の鍔部５１ｂによっても走行風の流れが妨げられる。このため、走行想定方向の一方側の鍔部５１ｂの後方の領域には、走行想定方向の一方側の鍔部５１ｂの前方の領域に比べて低圧の低圧領域Ｓが形成される。即ち、走行想定方向の一方側の鍔部５１ｂの後方の領域であって、且つ、走行想定方向の他方側の鍔部５１ｂよりも前方の領域に低圧の低圧領域Ｓが形成される。しかしながら、第１受風部材５１は、走行想定方向に沿って延びる第１基部５１ａを有することから、この第１基部５１ａによって、走行風の流れ方向が走行方向に沿うように案内され、低圧領域Ｓに走行風が引き込まれることが抑制される。このため、流通路内を通過する走行風の流量が増加することから、走行想定方向で他方側の鍔部５１ｂの上方の流通路内を通過する走行風の流量も増加する。
【００６１】
加えて、複数のフィン４２の間を流通する走行風が、突起体５２ｂによって流れが妨げられる。このため、突起体５２ｂにおいて流通路の開口断面積が突起体５２ｂの走行想定方向の一方側及び他方側と比較して縮小する。これにより、流路部の突起体５２ｂの走行方向の後方側（風下側）において、局所的に走行風の流速が増大する。また、突起体５２ｂは、突起体５２ｂの走行方向で後方の流通路の領域に渦を形成し、当該領域に局所的に走行方向で突起体５２ｂの前方よりも低圧となる。なお、第２受風部材５２は、鉄道車両１の走行方向に応じて、突起体５２ｂの走行想定方向のいずれか一方側の流通路を流れる走行風の流量を増大させるために機能する。
【００６２】
他方、鉄道車両１が停止しているときには、走行風は流れない。このため、流通路内の空気は、複数のフィン４２との間で熱交換して、複数のフィン４２の走行想定方向で一方側及び他方側から流れ出る。また、複数のフィン４２の走行想定方向で一方側及び他方側から流通路内の空気が流れ出ることで、流通路内の圧力が低下し、複数のフィン４２の下方の空気が、一対の第１受風部材５１及び第２受風部材５２の走行想定方向で生じる隙間から複数のフィン４２間の流通路内に流れ込み、複数のフィン４２との間で熱交換する。このように、鉄道車両１が停止しているときは、走行風を用いない自然対流により、半導体素子２１で発生する熱が複数のフィン４２から放熱される。
【００６３】
このように構成された鉄道車両１の電力変換装置４によれば、冷却器２３は、複数のフィン４２の下面側に、一対の第１受風部材５１及び一つの第２受風部材５２を備える。この構成により、鉄道車両１の走行時に、走行風が第１受風部材５１の鍔部５１ｂの走行方向の後方に低圧領域Ｑが形成される。結果、冷却器２３は、複数のフィン４２間の流通路内を流れる走行風は、低圧領域Ｑに向かって引き込まれるため、走行方向で後方側の流通路を流れる走行風の流量を増加させることができる。加えて、冷却器２３は、走行方向で後方側の流通路の複数のフィン４２の下端であって、且つ、第２受風部材５２及び走行方向で後方側の第１受風部材５１の間の隙間から複数のフィン４２の下方の領域から逃げようとする走行風を流通路内に引き戻すことができる。
【００６４】
また、走行風の流量が少ない場合、低圧領域Ｑと、この低圧領域Ｑの周囲との差圧が小さくなる。低圧領域Ｑと低圧領域Ｑの周囲との差圧が小さくなると、一般的に流通路の走行方向で後方側を通過する走行風の流量を増加させる効果が得られなくなる可能性がある。
【００６５】
しかしながら、冷却器２３は、第１受風部材５１の第１基部５１ａによって、走行風の流れ方向が走行方向に沿うように案内され、走行方向で前方側に配置された第１受風部材５１の鍔部５１ｂの後方に生じる低圧領域Ｓに走行風が引き込まれることを抑制できる。即ち、走行方向で後方の第１受風部材５１の後方の低圧領域Ｑと低圧領域Ｑの周囲との差圧が小さい場合であっても、走行方向で前方の第１受風部材５１の第１基部５１ａによって、走行方向で前方の流通路内から複数のフィン４２の下方へ走行風が逃げることを極力抑制することができる。
【００６６】
また、一般的に複数のフィン４２を備える冷却器２３においては、走行方向で前方側から後方側に向かうほど境界層の発達が影響して複数のフィン４２による熱交換性が低下していく。しかしながら、複数のフィン４２の走行想定方向で中央部に第２受風部材５２の突起体５２ｂを設ける構成とすることで、走行方向で第２受風部材５２の後方側の流通路において、局所的に走行風の流速が増加する。結果、フィン４２と走行風との熱伝達が促進され、冷却器２３は、冷却性能を向上することができる。
【００６７】
一対の第１受風部材５１及び一つの第２受風部材５２は、複数のフィン４２と接合されているので、複数のフィン４２の強度を確保することができる。さらに述べると、例えば、フィン４２を薄くするとともに、フィン４２の枚数を多くして複数のフィン４２による放熱面積を増加させる場合、フィン４２の強度が低下することが問題となる。しかしながら、複数のフィン４２に受風部材３２を接合することで、複数のフィン４２及び受風部材３２が一体の構造体となり、複数のフィン４２の強度を向上することができる。また、強度に基づくフィン４２の枚数や厚さの制約を緩和できることから、フィン４２の設計の自由度を向上できるとともに、冷却性能を向上させることができる。
【００６８】
さらに、第１受風部材５１及び第２受風部材５２をアルミニウム等の熱伝導率が高い材料により形成することで、複数のフィン４２とともに、走行風により効果的な放熱を行うことができる。即ち、冷却器２３は、受風部材３２によって放熱面積を増加させることが可能となり、冷却性能を向上させることができる。
【００６９】
上述したように本実施形態に係る電力変換装置４を有する鉄道車両１によれば、受風部材３２を複数のフィン４２に設けることで、走行風を効果的に複数のフィン間の流通路に供給し、所望の冷却性能及び強度を確保できる。
【００７０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上述した例では、第１受風部材５１は、鍔部５１ｂの走行想定方向で外側の端部を、走行想定方向で複数のフィン４２の端部と走行想定方向で同位置に配置する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、鍔部５１ｂの走行想定方向で外側の端部を走行想定方向で複数のフィン４２の端部よりも外方に配置されていてもよく、また、複数のフィン４２の端部から中央側にずれて配置されていてもよい。
【００７１】
また、第１受風部材５１及び第２受風部材５２の形状は、上述した形状に限定されない。即ち、第１受風部材５１は、複数のフィン４２の下面に接合されるとともに、走行風を受けることで、走行方向の後方に低圧領域を構成できればよく、例えば、断面形状が矩形状の一方向に長い矩形柱状であってもよい。矩形柱状の第１受風部材５１とした場合には、第１受風部材５１の走行想定方向で外側の面が走行風を受ける鍔部５１ｂを構成する。同様に、第２受風部材５２は、複数のフィン４２間の流路部の走行想定方向の中央部下方に配置され、流路部の開口断面積を局所的に縮小でき、そして、走行風を受けることができれば、断面形状が矩形状の一方向に長い矩形柱状であってもよい。
【００７２】
また、上述した例では、冷却器２３は、筐体２２の下方から複数のフィン４２、一対の第１受風部材５１、及び、第２受風部材５２が外部に配置される構成を説明したがこれに限定されない。即ち、複数のフィン４２の間に形成される流通路を走行風が通過可能であればよく、このため、冷却器２３は、筐体２２の鉄道車両１の幅方向の側面側から複数のフィン４２、一対の第１受風部材５１、及び、第２受風部材５２が外部に配置される構成であってもよい。
【００７３】
また、上述した例では、受風部材３２は、一対の第１受風部材５１及び一つの第２受風部材５２を備える構成を説明したがこれに限定されない。例えば、図４に示す他の実施形態に係る電力変換装置４Ａのように、受風部材３２は、一対の第１受風部材５１により構成され、そして、第２受風部材５２を備えない構成であってもよい。一対の第１受風部材５１を有する電力変換装置４Ａは、走行方向で後方の第１受風部材５１の鍔部５１ｂにより、低圧領域Ｑを構成できることから、上述した受風部材３２と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
同様に、例えば、図５に示す他の実施形態に係る電力変換装置４Ｂのように、受風部材３２は、第２受風部材５２を備え、一対の第１受風部材５１を備えない構成であってもよい。第２受風部材５２を有する電力変換装置４Ｂは、突起体５２ｂにより、複数のフィン４２間の流通路の流速を局所的に増大することができる。
【００７５】
また、上述した例では、電力変換装置４は、鉄道車両１に設けられる構成を説明したがこれに限定されず、例えば、自動車等の種々の車両に搭載することできる。
【００７６】
また、上述した例では、フィン４２の走行想定方向で中央部の下面に第２受風部材５２の突起体５２ｂを配置する切欠部７０を設ける構成を説明したがこれに限定されない。例えば、複数のフィン４２を配置する切欠部を突起体５２ｂに設ける構成であってもよい。即ち、複数のフィン４２間の隙間により構成される走行風の流通路の下端側に突起体５２ｂを配置可能であればよい。
【００７７】
また、上述したフィン４２は、走行想定方向に延びる矩形板状である構成を説明したがこれに限定されない。即ち、複数のフィン４２は、走行想定方向に沿って走行風が流れる流通路を構成可能であれば、例えばピン状等の形状であってもよいが、強度等を考慮すると上述したように矩形板状のフィン４２とすることが好ましい。
【００７８】
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。
【符号の説明】
【００７９】
１…鉄道車両、２…車体、２ａ…パンタグラフ、３…台車、４、４Ａ、４Ｂ…電力変換装置、１１…台車バネ、１２…台車枠、１３…車軸、１４…車輪、１５…主電動機、２１…半導体素子、２２…筐体、２２ａ…底壁部、２３…冷却器、３１…ヒートシンク、３２…受風部材、４１…受熱ブロック、４２…フィン、５１…第１受風部材、５１ａ…第１基部、５１ｂ…鍔部、５２…第２受風部材、５２ａ…第２基部、５２ｂ…突起体、７０…切欠部、１００…レール、１０１…架線、Ｑ…低圧領域、Ｓ…低圧領域。
【図１】
2020075642.tif 000003
【図２】
2020075642.tif 000004
【図３】
2020075642.tif 000005
【図４】
2020075642.tif 000006
【図５】
2020075642.tif 000007