(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の床下に懸架された箱体に電力変換用の半導体素子が収納された車両用半導体制御装置において、前記箱体の車側面に、前記箱体の内側と外側にフィンが突設された冷却フィンを設け、前記冷却フィンの前記箱体の内側に形成された前記フィンを縦に形成し、前記冷却フィンの前記箱体の外側に形成された前記フィンを横に形成したことを特徴とする車両用半導体制御装置。
【請求項２】
前記冷却フィンを前記箱体の車側面に上下に複数個配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用半導体制御装置。
【請求項３】
前記箱体の内部に、この箱体の内部の空気を循環させるファンを収納し、前記循環される前記空気を前記冷却フィンの内側の前記フィンに導く案内板を前記冷却フィンの内側に立設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用半導体制御装置。
【請求項４】
前記冷却フィンを前記箱体の車側面に設けられた密閉カバーに設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用半導体制御装置。
【請求項５】
前記冷却フィンが取り付けられた片側の車側面とこの車側面に対向する他側の車側面との間を仕切り、前記半導体素子と前記冷却フィンが取り付けられた密閉室と、この密閉室の他側に配置され、前記半導体素子から発生する熱を放熱冷却する冷却ユニットを収納する開放室とを形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車両用半導体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用半導体制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の車両用半導体制御装置の一例を示す縦断面図で、車両の走行方向から見た図を示し、左右の両側が車側側である。
図８において、この車両用半導体制御装置は、車両の床下に懸架され、筐体１Ｃの中間部に縦設された仕切り１ｂによって、左側の開放部４と右側の密閉部５に区画されている。
【０００３】
このうち、仕切り１ｂには、スナバ抵抗器８が接続端子を密閉部５側に突き出して横に取り付けられ、このスナバ抵抗器８の下側にも、冷媒を凝縮させる放熱器７が仕切り１ｂに取り付けられている。この放熱器７の内部には、冷媒の配管が収納されている。
【０００４】
筐体１Ｃの上端の左右には、懸架金具１ａが溶接され、開放部４の左端には、打抜鉄板から製作された破線で示す開放カバー２が着脱自在に取り付けられている。
【０００５】
右側の密閉部５の下部の左側には、アルミニウム材の冷却ブロック９ａとこの冷却ブロック９ａの右側面に上下に固定された半導体素子９が紙面直交方向に複数個収納されている。冷却ブロック９ａと放熱器７は、冷媒用の配管で接続されている。
【０００６】
この冷却ブロック９ａの右側には、スナバ回路のユニット10が収納され、このユニット10の更に右側には、半導体素子９をオン・オフさせる信号を出力する複数のゲート駆動ユニット11が収納されている。
【０００７】
ユニット１０とゲート駆動ユニット１１の上方には、電解形の複数のフィルタコンデンサ１２が図示しない取付具によって取り付けられ、このフィルタコンデンサ１２の更に上方には、冷却ファン１３Ａ，１３Ｂが左右に取り付けられている。
【０００８】
密閉部５の右端には、略Ｌ字形に形成された密閉カバー３Ｂが、上下端のパッキン６を介して気密に取り付けられている（注；破線で示すエアフィルタ３ａは、後述する）。
【０００９】
このように構成された車両用半導体制御装置においては、冷却ファン１３Ａ，１３Ｂによって、矢印で示すようにフィルタコンデンサ１２に向って吹き付ける内部の冷却空気で、フィルタコンデンサ１２は冷却され、このフィルタコンデンサ１２の下側のスナバ回路のユニット１０やゲート駆動ユニット１１などは、フィルタコンデンサ１２の外周から流下した冷却空気で冷却される。
【００１０】
一方、仕切り１ｂの左側の開放部４に収納されたスナバ抵抗器８や放熱器７は、列車の走行によって開放カバー２から流入した外気によって冷却される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように構成された車両用半導体制御装置においては、左側の開放部４に収納された機器はよく冷却されるが、右側の密閉部５に収納された機器は、単に内部を還流して加熱された空気によって冷却されるだけとなるので、冷却効果が低下する。
【００１２】
そのため、冷却ファン１３Ａ，１３Ｂの数を増やして、スナバ回路のユニット１０やゲート駆動ユニット１１の温度を下げることも考えられるが、すると、この制御装置の重量が増えるだけでなく、それでも、盛夏の日中で最高速度に車両を加速している場合には、内部の温度が飽和寸前となって、フィルタコンデンサ１２の温度が上がるおそれがある。
【００１３】
すると、このフィルタコンデンサ１２は、電解コンデンサのため、高温状態が長時間続くと特性が低下し、頻繁に交換しなければならなくなるおそれがある。一方、保守・点検の頻度は少なくすることが要請され、ますます高速化する列車のために軽量化も要求される。
【００１４】
そのため、右端の密閉カバー３Ｂの上下に対して、破線で示すエアフィルタ３ａを取り付けて、外部の冷気を導く方法も考えられるが、この方法も塵埃と雨水及び雪などによる目詰りのためにエアフィルタ３ａの交換が必要となるので、無保守化の要請に応えられない。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできる車両用半導体制御装置を得ることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に対応する発明は、車両の床下に懸架された箱体に電力変換用の半導体素子が収納された車両用半導体制御装置において、箱体の内側と外側にフィンが突設された冷却フィンを箱体の車側面に設け、冷却フィンの箱体の内側に形成されたフィンを縦に形成し、冷却フィンの箱体の外側に形成されたフィンを横に形成したことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に対応する発明の車両用半導体制御装置は、箱体の車側面に上下に冷却フィンを複数個配置したことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３に対応する発明の車両用半導体制御装置は、箱体の内部の空気を循環させるファンを箱体の内部に収納し、このファンで循環される空気を冷却フィンの内側のフィンに導く案内板を冷却フィンの内側に立設したことを特徴とする。
また、請求項４に対応する発明の車両用半導体制御装置は、箱体の車側面に設けられた密閉カバーに冷却フィンを設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に対応する発明の車両用半導体制御装置は、冷却フィンが取り付けられる車側面と他側の車側面との間を仕切り、半導体素子と冷却フィンが取り付けられた密閉室と、この密閉室の他側に配置され、半導体素子から発生する熱を放熱する冷却ユニットを収納する開放室を形成したことを特徴とする。
【００２０】
このような手段によって、請求項１に対応する発明においては、半導体素子や電解コンデンサによって加熱された箱体内の空気は、冷却フィンの内側に突設したフィンによって冷却し、このフィンによって加熱された冷却フィンは、この冷却フィンの外側に突設したフィンの外側を流れる外気によって冷却する。
【００２１】
また、半導体素子によって加熱され、箱体の内部を上下に還流する空気は、冷却フィンの内側に縦に形成されたフィンによって冷却し、このフィンによって加熱された冷却フィンの外側のフィンは、車両の走行によって外側のフィンを横に貫流する外気で冷却する。
【００２２】
また、請求項２に対応する発明においては、走行する車両の進行方向側の冷却フィンによって加熱された外気は、上流側の冷却フィンの上方又は下方に位置する下流側の冷却フィンの上方又は下方を通過させる。
また、請求項３に対応する発明においては、箱体内で加熱された空気を案内板と冷却フィンの内側との間に導いて、冷却フィンで冷却する。
【００２３】
また、請求項４に対応する発明においては、箱体内の半導体素子の点検や交換時には、密閉カバーとともに冷却フィンを着脱する。
さらに、請求項５に対応する発明においては、冷却ユニットは、車両の走行で開放室に流入する外気で冷却し、半導体素子は外気と遮断した密閉室により防塵状態で冷却フィンで冷却する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用半導体制御装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の車両用半導体制御装置の第１の実施形態を示す縦断面図で、従来の技術で示した図８に対応する図である。また、図２は、図１の密閉室５の右端に後述するように取り付けられる放熱フィンを示す斜視図、図３は、図１の右側面、図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。
【００２５】
図１，図２，図３及び図４において、従来の技術で示した図８の車両用半導体制御装置と異なるところは、密封部の外板側に取り付けられた密閉カバーに冷却フィンを取り付け、この密閉カバーの内側に通風ガイド板を設けたことで、他は、ほぼ図８と同一である。したがって、この図８と同一要素には、同一符号を付している。
【００２６】
すなわち、図１において、図８で示した密閉カバー３Ｂと外形が同一形状に形成された密閉カバー３Ａには、図２で示す一対の放熱フィン１４Ａが、図３で示すように車両の走行方向の前後方向に対称的に設けられ、これらの放熱フィン１４Ａの外側に対して、以下説明する通風ガイド板１５Ａが取り付けられている。
【００２７】
このため、密閉カバー３Ａには、図３において長方形の放熱フィン１４Ａが挿入される長方形の一対の角穴があらかじめ形成され、この角穴に放熱フィン１４Ａを図２の鎖線で示す位置まで挿入した後、図示しないパッキンと複数の押え板を介して、放熱フィン１４Ａは気密に固定されている。
【００２８】
この放熱フィン14Ａには、内面側に対して複数の凹凸によるフィン14ａが縦に形成され、外面側にはフィン14ｂが横に形成されている。
密閉カバー３Ａには、外面側に対して略凸字状に形成された通風ガイド板15Ａがスポット溶接で固定され、この通風ガイド板15Ａには、図１の紙面直交方向の両側に対して、打抜穴が形成されている。したがって、放熱フィン14Ａは、図２の鎖線で示した中心部から右側は、外気に接している。
【００２９】
放熱フィン１４Ａの内側には、図１においては上下が船底状に折り曲げられた通風ガイド１５Ｂが縦に固定されている。密閉カバー３Ａの下部に挿入された放熱フィン１４Ａの下端面の位置と下側のパッキン６の固定枠との間には、弧状の整流板が取り付けられている。
【００３０】
通風ガイド板１５Ｂの上方には、吐出側を右側下方に向けた冷却ファン１３Ａが取り付けられ、この冷却ファン１３Ａの左側にも冷却ファン１３Ｂが縦に取り付けられている。
図３に示すように、密閉カバー３Ａの下端には、この密閉カバー３Ａの下端を筐体１Ａに固定する一対の締付具３ａが取り付けられている。
【００３１】
このように構成された車両用半導体制御装置において、密閉部５の内部の上部に収納した冷却ファン１３Ａ，１３Ｂを駆動すると、冷却ファン１３Ａから吐出された冷却空気は、通風ガイド板１５Ｂと密閉カバー３Ａの間を矢印に示すように流下する。
この空気は、放熱フィン１４Ａの内側に縦に形成されたフィン１４ａによって冷却される。
【００３２】
この冷却された空気は、通風ガイド板１５Ｂの下端から整流板によってゲート駆動ユニット１１の下側を内側方向に流れ、その一部はゲート駆動ユニット１１とユニット１０の間を上昇し、他はユニット１０の内側を上昇して、左側の冷却ファン１３Ｂで吸入され、再び冷却ファン１３Ａで還流される。
【００３３】
一方、冷却ファン１３Ｂから流下する空気で加熱された放熱フィン１４Ａは、車両の走行に伴って通風ガイド板１５Ａと放熱フィン１４との間を図３及び図４の矢印１６に示すように貫流する外気によって冷却される。
【００３４】
したがって、筐体１Ａの密閉部５を還流する冷却空気を、外気で冷却される放熱フィン14Ａによって冷却することができるので、内部の電気機器の冷却効果を上げることができ、スナバ回路のユニット10やゲート駆動ユニット11とフィルタコンデンサ12の冷却効果を上げることができるので、これらの電気機器の特性の低下や寿命の短縮を防ぐことができ、保守・点検の頻度を減らすことができる。
【００３５】
次に、図５は、本発明の車両用半導体制御装置の第２の実施形態を示す縦断面図で、第１の実施形態で示した図１に対応する図、図６は、図５で示した車両用半導体制御装置に組み込まれた放熱フィンを示す斜視図で、第１の実施形態で示した図２に対応する図、図７は、図５の右側面図で、同じく図３に対応する図である。
【００３６】
図５，図６及び図７において、第１の実施形態で示した図１，図２及び図３と異なるところは、放熱フィンの製作方法及びこの放熱フィンの配置と数、並びに冷却ファンの配置である。
【００３７】
すなわち、図６で示した放熱フィン１４Ｂは、左側に縦にフィン１４ａが形成された内側放熱フィンと右側に横にフィン１４ｂが形成された外側放熱フィンの背面側のろう付で構成されている。
【００３８】
このように構成された放熱フィン14Ｂが、筐体１Ｂの右側面に取り付けられた密閉カバー３Ａに対して、図７に示すように中央部は上部に、両側は下部に取り付けられている。
【００３９】
一方、密閉部５の内部には、下端に対し冷却ファン１３Ａ，１３Ｂが収納され、このうち、冷却ファン１３Ｂは、スナバ回路のユニット１０の下側に吐出側を下向きにして固定され、冷却ファン１３Ａは、ゲート駆動ユニット１１の下側に吐出側を車側側にして固定されている。
なお、フィルタコンデンサ１２の上部には、接続端子１８とこの接続端子１８の両端に接続される電線１９が示されている。
【００４０】
このように構成された車両用半導体制御装置において、密閉部５の下部に収納した冷却ファン１３Ａ，１３Ｂを駆動することにより、冷却ファン１３Ａから吐出された冷却空気は、放熱フィン１４Ｂの内側と通風ガイド板１５Ｂの間を図５の矢印に示すように上昇し、これらの間から上方に貫流する。
この過程において、冷却空気は放熱フィン１４Ｂのフィン１４ａによって冷却される。
【００４１】
この上昇した冷却空気は、フィルタコンデンサ１２の上方から下降して、このフィルタコンデンサ１２及び半導体素子９，ユニット１０とゲート駆動ユニット１１を冷却した後、冷却ファン１３Ｂによって冷却ファン１３Ａの方向に吐出され、この冷却ファン１３Ａによって吸入されて、再び密閉部５の内部を還流する。
この結果加熱された放熱フィン１４Ｂは、車両の走行に伴って図７の矢印１６に示すように冷却フィン１４Ｂのフィン１４ｂで冷却される。
【００４２】
このように構成された車両用半導体制御装置においては、図７の矢印１６で示すように、上流側（車両の進行方向側）の冷却フィン１４Ｂによって加熱された空気による下流側の冷却フィン１４Ｂへの熱の影響を減らすことができるので、冷却効果を更に上げることができる。
なお、図７に示した冷却フィン１４Ｂの配置は、図１に示した筐体内の機器配置にも適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上、請求項１に対応する発明によれば、車体の床下に懸架された箱体に電力変換用の半導体素子とこの半導体素子に接続される電解コンデンサが収納された車両用半導体制御装置において、箱体の内側と外側にフィンが突設された冷却フィンを箱体の車側面に設け、冷却フィンの箱体の内側に形成されたフィンを縦に形成し、冷却フィンの箱体の外側に形成されたフィンを横に形成することで、半導体素子によって加熱され、箱体の内部を上下に還流する空気を、冷却フィンの内側に縦に形成されたフィンによって冷却し、このフィンによって加熱された冷却フィンの外側のフィンは、車両の走行によって外側のフィンを横に貫流する外気で冷却したので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【００４５】
また、請求項２に対応する発明によれば、箱体の車側面に上下に冷却フィンを複数個配置することで、走行する車両の進行方向側の冷却フィンによって加熱された外気を、上流側の冷却フィンの上方又は下方に位置する下流側の冷却フィンの上方又は下方を通過させたので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【００４６】
また、請求項３に対応する発明によれば、箱体の内部の空気を循環させるファンを箱体の内部に収納し、循環される空気を冷却フィンの内側のフィンに導く案内板を冷却フィンの内側に立設することで、箱体内で加熱された空気を、案内板と冷却フィンの内側との間に導き、冷却フィンで冷却したので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできることのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【００４７】
また、請求項４に対応する発明によれば、箱体の車側面に設けられた密閉カバーに冷却フィンを設けることで、箱体内の半導体素子の点検や交換時には、密閉カバーとともに冷却フィンを着脱可能としたので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできることのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【００４８】
請求項５に対応する発明によれば、冷却フィンが取り付けられる片側の車側面と他側の車側面を仕切り、半導体素子と冷却フィンが取り付けられた密閉室と、この密閉室の他側に配置され、半導体素子から発生する熱を放熱する開放室を形成することで、冷却ユニットを車両の走行で開放室を貫流する外気で冷却し、半導体素子は、外気と遮断した密閉室により防塵状態で冷却フィンで冷却したので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできることのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用半導体制御装置の第１の実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１の部分斜視図。
【図３】図１の右側面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】本発明の車両用半導体制御装置の第２の実施形態を示す縦断面図。
【図６】図５の部分斜視図。
【図７】図５の右側面図。
【図８】従来の車両用半導体制御装置の一例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ…筐体、１ｂ…仕切り、２…開放カバー、３Ａ…密閉カバー、４…開放部、５…密閉部、６…パッキン、７…放熱具、８…スナバ抵抗器、９…半導体素子、９ａ…冷却ブロック、10…スナバ回路のユニット、11…ゲート駆動ユニット、12…電解コンデンサ、13Ａ，13Ｂ…冷却ファン、14Ａ，14Ｂ…冷却フィン、14ａ，14ｂ…フィン、15Ａ，15Ｂ…通風ガイド板、16…外気、17…車側、18…端子台、19…配線。
【図１】
0003544089.tif 000002
【図２】
0003544089.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003544089.tif 000008
【図８】
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