(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を構成する複数の半導体素子と、前記電力変換回路を内部に搭載する筺体と、半導体素子からの熱を外気に放熱する冷却器と、前記冷却器に冷却風を供給する送風機と、前記冷却器を内部に備え前記冷却風を通風させる通風路、を備える電力変換装置であって、
前記冷却器は、受熱ブロック、複数のＵ字型ヒートパイプ、複数のフィンで構成され、
前記Ｕ字型ヒートパイプは、第１ヒートパイプと第２ヒートパイプを含み、前記第２ヒートパイプは、前記第１ヒートパイプよりも、放熱部が短く、
前記受熱ブロックの一側面には前記複数の半導体素子が並設され、
前記受熱ブロックの反対面には前記複数のＵ字型ヒートパイプの受熱部が前記冷却風の流れに沿う方向に埋設され、前記複数のＵ字型ヒートパイプの放熱部が垂直方向に立ち上がるように立設され、
前記Ｕ字型ヒートパイプの放熱部には前記複数のフィンが接合されて前記通風路内に設置され、
前記複数の半導体素子は、回生運転時に発熱量の大きくなる複数の第１ＩＧＢＴモジュールと、力行運転時に発熱量の大きくなる複数の第２ＩＧＢＴモジュールと、前記ＩＧＢＴモジュールと比較して発熱量の小さい複数のクランプダイオードモジュールで構成され、
冷却風の流れと直交する方向に発熱量の同じ半導体素子が並ぶように設置され、かつ前記クランプダイオードは、冷却風の流れ方向に対して前記第１ＩＧＢＴモジュールと前記第２ＩＧＢＴモジュールの間に設置され、
前記各クランプダイオードモジュールの投影面上に配置される前記第２ヒートパイプの受熱部の面積が、前記各第１ＩＧＢＴモジュール及び各第２ＩＧＢＴモジュールの投影面上に配置される前記第２ヒートパイプの受熱部の面積よりも小さくなるように、前記第２ヒートパイプの受熱部が配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記受熱ブロックには、前記ヒートパイプの受熱部が第１ＩＧＢＴモジュールとクラン
プダイオードモジュールの双方の投影面上に設置されるＵ字型ヒートパイプと、第２ＩＧ
ＢＴモジュールとクランプダイオードの双方の投影面上に設置されるＵ字型ヒートパイプ
と、単一の半導体素子の投影面上に設置されるＵ字型ヒートパイプが、それぞれ複数設置
されていることを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数のＵ字型ヒートパイプは、それぞれの放熱部が千鳥状になるように設置される
ことを特徴とする、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記冷却器において、冷却風に対して最も風上側の位置、あるいは最も風下側の位置、
あるいは風上側、風下側の双方に放熱部が冷却器の内側となるようにＬ字型ヒートパイプ
を設置することを特徴とする、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数のフィンを冷却風の流れ方向に対して分割し、冷却風に対して風上側のフィン
のピッチを風下側よりも大きくしてフィン枚数を少なくしたことを特徴とする請求項３又
は請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記通風路において、前記フィンの風上側に複数の整風板が設置されていることを特徴
とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記通風路において、前記ヒートパイプ放熱部の最も先端側に接合されるフィンと、通
風路を構成する壁との間には、冷却風の流れと直交する方向に平板が設置され、前記平板
と前記先端側に接合されるフィンとの距離が、前記先端側に接合されるフィンとヒートパ
イプ放熱部の先端との距離よりも短いことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか
１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記平板は、前記通風路を構成する壁と接合されることにより、前記通風路内の強度を
保つための梁であることを特徴とする、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
電力変換回路を構成する複数の半導体素子と、
半導体素子からの熱を外気に放熱する冷却器を備え、
前記冷却器は、受熱ブロック、複数のヒートパイプ、複数のフィンで構成され、
前記受熱ブロックの一側面には、前記複数の半導体素子が並設され、
前記受熱ブロックの反対面には、前記複数のヒートパイプの一部が埋設され、
前記複数のヒートパイプは、前記受熱ブロックに埋設される受熱部と、前記受熱ブロッ
クから突き出して立設される放熱部を備え、
前記放熱部には、複数のフィンが接合され、
前記複数のヒートパイプは、放熱部の根元から先端まで複数のフィンが接合されている第１ヒートパイプと、少なくとも放熱部の根元側に前記第１ヒートパイプよりも少ない数のフィンが接合される第２ヒートパイプと、を有していることを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第２ヒートパイプは、前記第１ヒートパイプよりも、放熱部が短いことを特徴とする、請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置を搭載した鉄道車両の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を制御するための電流スイッチング回路を備えた、電気鉄道車両向けの電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道車両には、車両を駆動する電動機を制御するために、コンバータやインバータ等の電力変換装置が搭載される。これらの電力変換装置は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＧＴＯ（Gate Turn Off Thyristor）等の半導体素子により高周波でスイッチングを行うことで電力変換を行う。このスイッチング動作時に発生するノイズを小さくするために、正、負、中性の三つのレベルの電流を出力する３レベルスイッチング回路がよく用いられる。
【０００３】
半導体素子においては、通電時およびスイッチング時に熱が発生し、この熱により半導体素子が高温になると、変換効率の低下や素子破壊の発生が懸念されるため、半導体素子を所定の温度範囲になるように冷却する必要がある。電力変換装置は主に搭載スペースの限られた車両床下等に搭載されるため、小型な装置構成で複数個の半導体素子を効率良く冷却するために、冷却器が設置される。
【０００４】
この冷却器に冷却風を供給する際に、冷却風は風上側に設置された半導体素子からの熱を受け取ることで風下側に向かうに従って温度が上昇する。それに伴って、風下側の半導体素子の温度が高くなる傾向がある。
【０００５】
一方で、３レベルスイッチング回路においては、主回路を構成する複数の半導体素子の発熱量が半導体素子毎に異なっている。さらに、力行運転時、回生運転時において、半導体素子毎の発熱量の分布が変化する特性があり、発熱量の高い半導体素子の温度が高くなる傾向にある。
【０００６】
これらの背景から、３レベルスイッチング回路を効率良く冷却するためには、主回路を構成する複数の半導体素子において、運転条件により半導体素子の発熱分布が変化する影響や、冷却風の温度上昇による影響を平準化する必要がある。
【０００７】
冷却器の構成部品として、ヒートパイプがよく用いられる。ヒートパイプは内部に冷媒を封入しており、受熱部で冷媒を沸騰させて放熱部で冷媒を凝縮させて受熱部に還流させるサイクルにより、熱を効率良く輸送するデバイスである。このヒートパイプを用いた冷却器を備える電力変換装置として、特許文献１に示すようなものが知られている。特許文献１の図１〜図６に記載の冷却器は、受熱ブロック、フィン、Ｕ字型ヒートパイプ、Ｌ字型ヒートパイプで構成される。複数のヒートパイプの受熱部は、受熱ブロック内に、冷却風の流れに沿う方向に設置される。複数のヒートパイプの放熱部は、受熱ブロックから垂直方向に立設され、複数のフィンが接合される。ヒートパイプの放熱部とフィンは通風路内に設置され、送風機から供給される冷却風により放熱する。また、受熱ブロックには一相分の回路を構成する複数の半導体素子群が冷却風の流れと直交する方向に設置される。
【０００８】
一方、ヒートパイプを用いた冷却器を備える電力変換装置として、特許文献２に示すようなものも知られている。冷却器は、受熱ブロック、フィン、直管型ヒートパイプで構成される。フィンは車両進行方向に沿って設置され、車両走行風により放熱する。直管型ヒートパイプは、受熱ブロック内に、車両進行方向に沿って埋設される。また、受熱ブロックには、３レベルスイッチング回路の一相分を構成する半導体素子群が、車両進行方向、すなわち冷却風の流れに沿う方向に直線状に配列され、車両枕木方向に直線状に複数組配列される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２３３５６２号公報
【特許文献２】特開２００７−１０４７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の構成では、複数のヒートパイプの受熱部を冷却風の流れに沿う方向に設置することで、風下側からの風上側へ熱移動が促進され、風下と風上の温度が平準化する一方で、ヒートパイプ受熱部の長手方向と、一相分の回路を構成する半導体素子群が設置される方向が異なっているため、半導体素子毎の発熱量の分布による温度上昇の影響を平準化することができないという課題がある。また、冷却風温度がヒートパイプ内部の冷媒の凝固点以下の場合には、ヒートパイプ放熱部の先端温度が冷媒の凝固点以下となり、内部に封入された冷媒が放熱部先端で凍結して受熱部へ還流しなくなり、受熱部の冷媒が枯渇して熱輸送能力が著しく低下する、ドライアウトが発生することが懸念される。
【００１１】
また、特許文献２に記載の構成では、車両走行方向、すなわち冷却風の流れ方向に直管型ヒートパイプが挿入されていることにより、風下側からの風上側へ熱移動、ならびに発熱量の大きい半導体素子から小さい半導体素子への熱移動が促進され、温度が平準化する。しかし、受熱ブロックから放熱部への熱移動は放熱部内部の熱伝導のみによるものであり、ヒートパイプによる熱輸送と比較して放熱効率が悪いという課題がある。
【００１２】
本発明は、３レベル主回路を構成する複数の半導体素子において、運転条件により半導体素子の発熱分布が変化する影響や、冷却風の温度上昇による影響を平準化して、効率良く冷却できる電力変換装置を提供することを目的とする。さらには、冷却風温度がヒートパイプ内部の冷媒の凝固点以下であっても、冷媒の凍結を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決する第１の発明における電力変換装置は、電力変換回路を構成する複数の半導体素子と、前記電力変換回路を内部に搭載する筺体と、半導体素子からの熱を外気に放熱する冷却器と、前記冷却器に冷却風を供給する送風機と、前記冷却器を内部に備え前記冷却風を通風させる通風路、を備える電力変換装置であって、前記冷却器は、受熱ブロック、複数のＵ字型ヒートパイプ、複数のフィンで構成され、前記Ｕ字型ヒートパイプは、第１ヒートパイプと第２ヒートパイプを含み、前記第２ヒートパイプは、前記第１ヒートパイプよりも、放熱部が短く、前記受熱ブロックの一側面には前記複数の半導体素子が並設され、前記受熱ブロックの反対面には前記複数のＵ字型ヒートパイプの受熱部が前記冷却風の流れに沿う方向に埋設され、前記複数のＵ字型ヒートパイプの放熱部が垂直方向に立ち上がるように立設され、前記Ｕ字型ヒートパイプの放熱部には前記複数のフィンが接合されて前記通風路内に設置され、前記複数の半導体素子は、回生運転時に発熱量の大きくなる複数の第１ＩＧＢＴモジュールと、力行運転時に発熱量の大きくなる複数の第２ＩＧＢＴモジュールと、前記ＩＧＢＴモジュールと比較して発熱量の小さい複数のクランプダイオードモジュールで構成され、冷却風の流れと直交する方向に発熱量の同じ半導体素子が並ぶように設置され、かつ前記クランプダイオードは、冷却風の流れ方向に対して前記第１ＩＧＢＴモジュールと前記第２ＩＧＢＴモジュールの間に設置され、前記各クランプダイオードモジュールの投影面上に配置される前記第２ヒートパイプの受熱部の面積が、前記各第１ＩＧＢＴモジュール及び各第２ＩＧＢＴモジュールの投影面上に配置される前記第２ヒートパイプの受熱部の面積よりも小さくなるように、前記第２ヒートパイプの受熱部が配置されることを特徴とする。
【００１４】
第２の発明における電力変換装置は、前記受熱ブロックには、前記ヒートパイプの受熱部が第１ＩＧＢＴモジュールとクランプダイオードモジュールの双方の投影面上に設置されるＵ字型ヒートパイプと、第２ＩＧＢＴモジュールとクランプダイオードの双方の投影面上に設置されるＵ字型ヒートパイプと、単一の半導体素子の投影面上に設置されるＵ字型ヒートパイプが、それぞれ複数設置されていることを特徴とする。
【００１５】
第３の発明における電力変換装置は、前記複数のＵ字型ヒートパイプは、それぞれの放熱部が千鳥状になるように設置されることを特徴とする。
【００１６】
第４の発明における電力変換装置は、前記冷却器において、冷却風に対して最も風上側の位置、あるいは最も風下側の位置、あるいは風上側、風下側の双方にＬ字型ヒートパイプを設置することを特徴とする。
【００１７】
第５の発明における電力変換装置は、前記複数のフィンを冷却風の流れ方向に対して分割し、冷却風に対して風上側のフィンのピッチを風下側よりも大きくしてフィン枚数を少なくしたことを特徴とする。
【００１８】
第６の発明における電力変換装置は、前記通風路において、前記フィンの風上側に複数の整風板が設置されていることを特徴とする。
【００１９】
第７の発明における電力変換装置は、前記通風路において、前記ヒートパイプ放熱部の最も先端側に接合されるフィンと、通風路を構成する壁との間には、冷却風の流れと直交する方向に平板が設置されることを特徴とする。さらには、前記平板と前記先端側に接合されるフィンとの距離が、前記先端側に接合されるフィンとヒートパイプ放熱部の先端との距離よりも短くするとなお良い。
【００２０】
第８の発明における電力変換装置は、前記複数の平板は、前記通風路内の強度を保つための梁であることを特徴とする。
【００２１】
第９の発明における電力変換装置は、電力変換回路を構成する複数の半導体素子と、半導体素子からの熱を外気に放熱する冷却器を備え、前記冷却器は、受熱ブロック、複数のヒートパイプ、複数のフィンで構成され、前記受熱ブロックの一側面には、前記複数の半導体素子が並設され、前記受熱ブロックの反対面には、前記複数のヒートパイプの一部が埋設され、前記複数のヒートパイプは、前記受熱ブロックに埋設される受熱部と、前記受熱ブロックから突き出して立設される放熱部を備え、前記放熱部には、複数のフィンが接合され、前記複数のヒートパイプは、放熱部の根元から先端まで複数のフィンが接合されている第１ヒートパイプと、少なくとも放熱部の根元側に複数のフィンが接合されて前記第１ヒートパイプよりも少ない数のフィンが接合される第２ヒートパイプと、を有していることを特徴とする。
【００２２】
第１０の発明における電力変換装置は、第２ヒートパイプが、第１ヒートパイプよりも、放熱部が短いことを特徴とする。
【００２３】
第１１の発明における駆動システムは、上述した第１〜第１０のいずれかの発明における電力変換装置を搭載した鉄道車両の駆動システムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
第１の発明によれば、Ｕ字型ヒートパイプの受熱部が冷却風の流れと沿う方向に設置されることにより、冷却風に対して風下側から風上側への熱移動を促進させることができるため、風下側の半導体素子の温度上昇を抑制することができる。また、Ｕ字型ヒートパイプの放熱部が垂直方向に立ち上がるように立設され、放熱部に複数のフィンが接合されて通風路内に設置されることにより、受熱ブロックからフィンへの熱移動を促進させることができるため、フィン効率が向上する。また、冷却風の流れと直交する方向に発熱量の同じ半導体素子が並ぶように設置することにより、冷却風の流れと直交する方向の温度を均一にすることができる。また、発熱量の大きいＩＧＢＴモジュールの間に発熱量の小さいクランプダイオードモジュールを設置することにより、受熱ブロック内での熱の分散をはかることができるため、各半導体素子の温度を平準化することができる。
【００２５】
第２の発明によれば、回生時に発熱量が大きくなる第１ＩＧＢＴモジュールと、ＩＧＢＴモジュールよりも発熱量の小さいクランプダイオードモジュールの双方の投影面上にＵ字型ヒートパイプの受熱部を設置することにより、回生時に第１ＩＧＢＴモジュールからクランプダイオード側への熱移動を促進することができ、双方の温度を平準化することができる。また、力行時に発熱量が大きくなる第２ＩＧＢＴモジュールとクランプダイオードモジュールの双方の投影面上にＵ字型ヒートパイプの受熱部を設置することにより、力行時に第２ＩＧＢＴモジュールからクランプダイオード側への熱移動を促進することができ、双方の温度を平準化することができる。また、単一の半導体素子の投影面上にＵ字型ヒートパイプの受熱部を設置することにより、このヒートパイプは当該半導体素子のみの熱をフィンへ輸送する役割を持つことになり、これらのヒートパイプを混在させることで、局所的な温度上昇を抑制し、各半導体素子の温度を平準化することができる。
【００２６】
第３の発明によれば、Ｕ字型ヒートパイプの放熱部を千鳥状に設置することにより、フィンとヒートパイプの接合部が均等に配置され、フィンに均等に熱が輸送されるため、フィン効率が向上する。さらに、ヒートパイプの放熱部が正方状に配置された場合と比較してフィン間ならびにヒートパイプ間の流路の断面積が広くなるため、フィン間の通風抵抗が小さくなり、送風機を用いて冷却する際に冷却風を多く供給することができるため、半導体素子を効率良く冷却することができる。
【００２７】
第４の発明によれば、最も風上側の位置、あるいは最も風下側の位置、あるいは風上側、風下側の双方に放熱部が内側となるようにＬ字型ヒートパイプを設置することにより、フィンの投影面の外側にヒートパイプの受熱部を設置することができるようになる。これにより、半導体素子をフィンの投影面の外側に設置しても、Ｌ字型ヒートパイプによりフィンに熱を効率良く輸送することができるため、フィンを小型化することができる。
【００２８】
第５の発明によれば、複数のフィンを冷却風の流れ方向に対して分割し、空気温度の低い風上側のフィンのピッチを、空気温度の高い風下側よりも大きくしてフィン枚数を少なくすることにより、フィン間の通風抵抗を小さくでき、送風機を用いて冷却する際に冷却風を多く供給することができるため、半導体素子を効率良く冷却することができる他、冷却器を軽量化することができる。
【００２９】
第６の発明によれば、通風路において、フィンの風上側に複数の整風板を設置することにより、送風機からフィンに供給される冷却風の風速を、冷却風の流れと直交する方向において均一にすることができるため、フィンの幅が送風機の吹き出し口の幅に対して大きい場合においても半導体素子を効率良く冷却できる。
【００３０】
第７の発明によれば、通風路において、ヒートパイプ放熱部の最も先端側に接合されるフィンと、通風路を構成する壁との間に、冷却風の流れと直交する方向に複数の平板を設置することにより、冷却風がフィン間から漏れるのを防ぐことができるため、半導体素子を効率良く冷却できる。さらに、平板とヒートパイプ放熱部の先端側に接合されるフィンとの距離を、先端側に接合されるフィンとヒートパイプ放熱部の先端との距離よりも短くすることで、フィン間から漏れる冷却風の量をさらに少なくすることができる。
【００３１】
第８の発明によれば、冷却風の漏れを防ぐ平板は、通風路内の強度を保つための梁の役割を兼ねている。これにより、部品点数を少なくすることができるため、コストの低減や組立性の向上をはかることができる。
【００３２】
第９の発明によれば、前記複数のヒートパイプのうち、放熱部の根元から先端まで複数のフィンが接合されているものと、放熱部の根元側に複数のフィンが接合されているものを、それぞれ混在させて設置している。放熱部の根元側に複数のフィンが接合されているヒートパイプ放熱部は、根元から先端まで複数のフィンが接合されているものよりも、接合されるフィン枚数が少ないために冷却風との熱抵抗が大きくなり、冷却風との温度差も大きくなるため、冷却風温度がヒートパイプ内部の冷媒の凝固点以下であっても、冷媒が凍結することなく半導体素子を効率良く冷却できる。また、放熱部の根元側に複数のフィンが接合されているヒートパイプのみで冷却器を構成した場合、根元から先端まで複数のフィンが接合されているものよりも放熱面積が小さいため、冷却風温度が冷媒の凝固点以上の場合には冷却性能が低下することが懸念されるが、両者を混在させることで、冷却風温度が冷媒の凝固点以下の場合と凝固点以上の場合での冷却性能を両立することができる。
【００３３】
第１０の発明によれば、前記放熱部の根元側にのみ複数のフィンを接合しているヒートパイプが、根元から先端まで複数のフィンを等間隔で接合しているものよりも、放熱部を短くしている。冷媒凍結によりドライアウトが発生した際には、半導体素子の温度が著しく上昇し、それに伴ってヒートパイプ放熱部の根元の温度も上昇していくが、放熱部を短くすることで放熱部の根元と先端の温度差を小さくできる、すなわち先端の温度を高くすることができるため、ドライアウトが発生しても凍結した冷媒を融解し、半導体素子を効率良く冷却することができる。
【００３４】
第１１の発明によれば、半導体素子を効率良く冷却でき、小型、軽量、低コストで組立性の良い鉄道車両用の駆動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態の電力変換装置の全体構成を表す斜視図。
【図２】図１の上面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の第１実施形態の電力変換装置におけるコンバータ主回路二相分の回路図。
【図５】本発明の第１実施形態の電力変換装置に搭載される冷却器の下面図。
【図６】本発明の第１実施形態の電力変換装置に搭載される冷却器の上面図。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図。
【図８】図６のＣ−Ｃ断面図。
【図９】図６のＤ−Ｄ断面図。
【図１０】図６のＥ−Ｅ断面図。
【図１１】図６のＦ−Ｆ断面図。
【図１２】図１０のＧ拡大図。
【図１３】図１０のＨ拡大図。
【図１４】図３のＩ拡大図。
【図１５】本発明の第１実施形態の電力変換装置を、鉄道車両の客室の床下に搭載した状態を表す、車両走行方向から見た断面図。
【図１６】力行運転時、回生運転時の各半導体素子の熱損失比率を示す表。
【図１７】特許文献１の冷却器の力行運転時の温度計算結果を表す図。
【図１８】特許文献１の冷却器の回生運転時の温度計算結果を表す図。
【図１９】本発明の第１実施形態の電力変換装置に搭載される冷却器の力行運転時の温度計算結果を表す図。
【図２０】本発明の第１実施形態の電力変換装置に搭載される冷却器の回生運転時の温度計算結果を表す図。
【図２１】図１０のＨ拡大図。
【図２２】本発明の第２実施形態の電力変換装置に搭載される冷却器のヒートパイプの配置を表す上面図。
【図２３】本発明の第３実施形態の電力変換装置に搭載される冷却器のフィンの構成を表す断面図。
【図２４】本発明の第４実施形態の電力変換装置に搭載される整風板の構成を表す上面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に、図面を用いて、詳細に説明する。
【実施例１】
【００３７】
以下、本発明の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。図１に本発明の第１実施形態の電力変換装置の全体構成を表す斜視図を、図２に図１の上面図を、図３に図２のＡ−Ａ断面図を示す。
【００３８】
電力変換装置１０００は、側板１１１０、天板１１２０、底板１１３０により構成される。また電力変換装置１０００の上面には、枕木方向梁１１６１、１１６２と、進行方向梁１１６３、１１６４が設置され、電力変換装置１０００の強度が保たれている。天板１１２０、底板１１３０の間には通風路底板１１４０が設置される。側板１１１０、天板１１２０、通風路底板１１４０により囲まれた空間は通風路１１５０であり、通風路１１５０の中を冷却風１２１０が流れる。また、側板１１１０、底板１１３０、通風路底板１１４０により囲まれた空間は回路部品搭載空間１６００であり、中には電力変換装置１０００の主回路を構成する半導体素子群１５００、フィルタコンデンサ１６１０や、半導体素子群１５００のスイッチングを制御するためのゲートドライバ１６２０が設置される。
【００３９】
回路部品搭載空間１６００の中の半導体素子群１５００は、冷却器１７００の下面に設置される。冷却器１７００は、通風路底板１１４０の下面側に気密性を持って接続されており、回路部品搭載空間１６００の中に冷却風１２１０が流れ込まないようにしている。
【００４０】
一方、冷却器１７００の上面側は通風路１１５０の中に設置される。冷却器１７００と側板１１１０および天板１１２０は密着しておらず隙間が開いており、この隙間を通過する冷却風１２１０の量を少なくするために、冷却器１７００の周辺の空間には風漏れ防止板１１９１、１１９２、１１９３、１１９４が冷却風の流れ方向に複数設置される。それぞれの風漏れ防止板１１９１、１１９２、１１９３、１１９４が設置される向きは、冷却風１２１０の流れと直交する方向である。また、風漏れ防止板１１９４は進行方向梁１１６３から下側に突き出すように設置される。
【００４１】
送風機１２００は、吹き出し口の中心が冷却器１７００のおよそ中心線上にくるように設置される。冷却風１２１０はフィルター１３００を介して電力変換装置１０００内に吸い込まれ、送風機１２００の吹き出し口から冷却器１７００に向かって供給される。ここで、送風機１２００の吹き出し口の幅は冷却器１７００の幅と比べて狭いため、通風路拡大板１１７１、１１７２により通風路１１５０は冷却器１７００と同程度の幅に拡大され、通風路拡大板１１７１、１１７２は最も風上側に設置される風漏れ防止板１１９１に接続される。また、冷却風１２１０を冷却器１７００に均一に供給するために、送風機１２００の吹き出し口と冷却器１７００の間には２枚の整風板１１８１、１１８２が設置される。この２枚の整風板１１８１、１１８２は、送風機１２００の吹き出し口の中心に対してそれぞれ対称になるように設置され、風上側よりも風下側の隙間が広くなるように設置される。整風板１１８１、１１８２および冷却器１７００を通過した冷却風１２１０はグリル１４００から外部に排気される。
【００４２】
次に、電力変換装置の主回路構成と、半導体素子群を冷却する冷却器について詳細に説明する。図４に本発明の第１実施形態の電力変換装置における主回路の一部を表す回路図を示す。図４はコンバータ主回路の二相分を記載したものであり、本発明の第１実施形態はこの主回路が二つ並列接続される回路を搭載している。コンバータ主回路の一相分は、外側ＩＧＢＴモジュール１５１０、内側ＩＧＢＴモジュール１５２０、クランプダイオードモジュール１５３０を各々２台ずつ接続して構成される。具体的には、四つのＩＧＢＴモジュールが、外側ＩＧＢＴモジュール１５１０、内側ＩＧＢＴモジュール１５２０、内側ＩＧＢＴモジュール１５２０、外側ＩＧＢＴモジュール１５１０の順に直列接続され、当該直列接続された四つのＩＧＢＴモジュールは、互いに直列接続した二つのフィルタコンデンサ１６１０と並列に接続される。さらに、外側ＩＧＢＴモジュール１５１０と内側ＩＧＢＴモジュール１５２０の接続点同士が二つのクランプダイオードモジュール１５３０を介して接続され、二つのクランプダイオードモジュール１５３０の接続点と二つのフィルタコンデンサ１６１０の接続点同士が接続される。
【００４３】
図５に冷却器および半導体素子群の下面図を示す。冷却器１７００の構成部品の一つである受熱ブロック１７１０は、２枚のアルミ製厚板で構成されており、各々が連結用ボルト１７１２によって連結される。また、受熱ブロック１７１０の端部には複数の冷却器固定用ネジ穴１７１１が開けられており、図３に記載の通風路底板１１４０に接続される。受熱ブロック１７１０の下面には、半導体素子群１５００が並設される。半導体素子群１５００は、冷却風１２１０の流れ方向に沿って、一相分を構成する各モジュールが外側ＩＧＢＴモジュール１５１０、クランプダイオードモジュール１５３０、内側ＩＧＢＴモジュール１５２０、クランプダイオードモジュール１５３０、外側ＩＧＢＴモジュール１５１０の順に配置され、合計四相分の半導体素子群１５００が冷却風１２１０と直交する方向に複数設置される。
【００４４】
図６に冷却器の上面図を、図７に図６のＢ−Ｂ断面図を、図８に図６のＣ−Ｃ断面図を、図９に図６のＤ−Ｄ断面図を、図１０に図６のＥ−Ｅ断面図を、図１１に図６のＦ−Ｆ断面図を示す。図６の中心線よりも上側に図示している点線はヒートパイプの受熱部を、中心線よりも下側に図示している点線は、下面に設置される半導体素子群１５００の投影図を示している。受熱ブロック１７１０の上面側には、冷却風１２１０の流れ方向に沿って溝が複数形成されており、その溝に複数のＵ字型ヒートパイプ１７２０の受熱部１７２１と、複数のＬ字型ヒートパイプ１７３０の受熱部１７３１が、冷却風１２１０の流れ方向に沿って設置され、はんだ等のろう材１７４０を溝に流し込んで固めることで、受熱ブロック１７１０とＵ字型ヒートパイプ１７２０およびＬ字型ヒートパイプ１７３０は接合される。またＵ字型ヒートパイプ１７２０の放熱部１７２２およびＬ字型ヒートパイプ１７３０の放熱部１７３２は鉛直方向に立設され、各々の放熱部１７２２、１７３２には、放熱部の位置に合わせた貫通穴を有する複数のフィン１７５０が圧入される。
【００４５】
一方、受熱ブロック１７１０の上面の、ヒートパイプが設置される領域と冷却器固定用ネジ穴１７１１との間には、シール材１７６０が全周にわたって設置される。これにより、通風路底板１１４０と冷却器１７００は気密を保って接続され、冷却風が半導体モジュールと直接接触することを防止している。
【００４６】
ヒートパイプの配置について説明する。図７に示すＢ−Ｂ断面では、各々のヒートパイプは冷却風１２１０の流れ方向に沿って、Ｌ字型ヒートパイプ１７３０、５本のＵ字型ヒートパイプ１７２０、Ｌ字型ヒートパイプ１７３０の順に設置される。ここで、冷却風の上流と下流の端部に配置されるＬ字型ヒートパイプ１７３０は、放熱部が内側となる向きに設置される。図８に示すＣ−Ｃ断面では、図７に示すＵ字型ヒートパイプ１７２０よりも放熱部の長さの短い短尺ヒートパイプ１７８０が設置され、冷却風１２１０の流れ方向に沿って、短尺ヒートパイプ１７８０、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０、短尺ヒートパイプ１７８０、短尺ヒートパイプ１７８０、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０、短尺ヒートパイプ１７８０の順に設置される。図９に示すＤ−Ｄ断面では、Ｌ字型ヒートパイプ１７３０、短尺ヒートパイプ１７８０、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０、短尺ヒートパイプ１７８０、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０、短尺ヒートパイプ１７８０、Ｌ字型ヒートパイプ１７３０の順に設置される。ここで、冷却風の上流と下流の端部に配置されるＬ字型ヒートパイプ１７３０は、放熱部が内側となる向きに設置される。図１０に示すＥ−Ｅ断面では、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０、短尺ヒートパイプ１７８０、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０、短尺ヒートパイプ１７８０、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０の順に設置される。図１１に示すＦ−Ｆ断面では、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０が６本設置される。図６に示すように、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面、Ｄ−Ｄ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｆ−Ｆ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面、Ｄ−Ｄ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｂ−Ｂ断面、の順にヒートパイプを設置することで、ヒートパイプ受熱部１７２１、１７３１およびヒートパイプ放熱部１７２２、１７３２は千鳥状に配置される。つまり、Ｂ−Ｂ断面、Ｄ−Ｄ断面のように冷却風の上流と下流の端部にＬ字型ヒートパイプ１７３０の放熱部が内側となるように配置されたヒートパイプの列と、Ｃ−Ｃ断面、Ｅ−Ｅ断面、Ｆ−Ｆ断面のように冷却風の上流と下流の端部にＵ字型ヒートパイプ１７２０を配置したヒートパイプの列を、交互に配置することにより、ヒートパイプ受熱部１７２１、１７３１およびヒートパイプ放熱部１７２２、１７３２は千鳥状に配置されることになり、ヒートパイプ放熱部による通風抵抗を抑えつつ、受熱ブロック１７１０の全面にヒートパイプ受熱部を配置して放熱性能を向上させることができる。また、短尺ヒートパイプ１７８０も偏り無く配置される。本発明の第１実施形態では、ヒートパイプの総数１９６本に対し、短尺ヒートパイプは６４本であり、全体の約３割である。
【００４７】
図１２に図１０の領域Ｇの拡大図を示す。受熱ブロック１７１０内において、Ｕ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の真下の領域はヒートパイプ受熱部の無い領域１７７０であり、ヒートパイプ受熱部内部と比較して熱抵抗が大きく局所的に温度が高くなることが懸念される。しかし、図６に示すようにヒートパイプ受熱部１７２１、１７３１を千鳥状に配置することにより、例えばＢ−Ｂ断面における受熱部の無い領域１７７０の近傍には、Ｃ−Ｃ断面あるいはＦ−Ｆ断面におけるＵ字型ヒートパイプ受熱部１７２１が配置されるため、熱移動が促進されて局所的な温度上昇が抑制される。
【００４８】
次に、ヒートパイプと半導体素子群との位置関係を説明する。図７に示すＢ−Ｂ断面において、Ｌ字型ヒートパイプ１７３０は、外側ＩＧＢＴモジュール１５１０の投影面上にＬ字型ヒートパイプ放熱部１７３２が設置される。風上側から１本目と５本目のＵ字型ヒートパイプ１７２０は、外側ＩＧＢＴモジュール１５１０とクランプダイオードモジュール１５３０の双方の投影面上にＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２が設置される。風上側から２本目と４本目のＵ字型ヒートパイプ１７２０は、内側ＩＧＢＴモジュール１５２０とクランプダイオードモジュール１５３０の双方の投影面上にＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２が設置される。風上側から３本目のＵ字型ヒートパイプ１７２０は、内側ＩＧＢＴモジュール１５２０の風上側、風下側の双方の投影面上にＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２が設置される。
【００４９】
また、図１１に示すＦ−Ｆ断面において、風上側から１本目と６本目のＵ字型ヒートパイプ１７２０は、外側ＩＧＢＴモジュール１５１０のみの投影面上にＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２が設置される。風上側から２本目と５本目のＵ字型ヒートパイプ１７２０は、クランプダイオードモジュール１５３０のみの投影面上にＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２が設置される。風上側から３本目と４本目のＵ字型ヒートパイプ１７２０は、内側ＩＧＢＴモジュール１５２０のみの投影面上にＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２が設置される。
【００５０】
次に、フィン構成について説明する。冷却風１２１０に対して風上側のヒートパイプ放熱部には複数の風上側フィン１７５１が、風下側のヒートパイプ放熱部には複数の風下側フィン１７５２が圧入される。複数の風上側フィン１７５１の各々のピッチは、風下側フィン１７５２の各々のピッチよりも大きくしており、フィンの枚数を少なくしている。本発明の第１実施形態では、風下側フィンが４８枚であるのに対し、風上側フィンは２４枚であり、両者の枚数の比は２対１である。また、製作性を考慮し、フィン１７５０を冷却風１２１０の流れと直交する方向に４分割している。
【００５１】
フィンとヒートパイプの接合について説明する。図１３に図１０の領域Ｈの拡大図を示す。フィン１７５０には、Ｕ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の位置に対応した貫通穴が設けられ、貫通穴の周囲にバーリング１７９０が設けられ、フィン１７５０をＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２に圧入する際に、バーリング１７９０とＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２が面接触することで熱的に接続される。Ｕ字型ヒートパイプの放熱部１７２２には、放熱部の先端から根元までフィン１７５０が等間隔で接続されているのに対し、短尺ヒートパイプの放熱部１７８２ではフィン１７５０のうち根元側のみ、本発明の第１実施形態においては根元側の８枚のみ接続され、それよりも先端側にはバーリング１７９０を設けずにヒートパイプ放熱部とフィンを接続しないようにしている。
【００５２】
次に、冷却器と風漏れ防止板の位置関係について説明する。図１４は図３の領域Ｉの拡大図であり、Ｕ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の先端と、風漏れ防止板１１９４の位置関係を示している。Ｕ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の先端は、先端以外と比較して直径が小さくなっておりフィン１７５１、１７５２を圧入することができないため、Ｕ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の先端は最上段のフィンから２０〜３０mm程度突出している。一方、風漏れ防止板１１９４は各々のＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の間の位置に設置される。風漏れ防止板１１９４と最上段のフィンとの隙間は５mm程度であり、Ｕ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の先端と最上段のフィンとの隙間よりも小さくしている。
【００５３】
電力変換装置を鉄道車両客室の床下に搭載した状態を説明する。図１５に車両走行方向から見た断面図を示す。紙面奥行き方向は車両走行方向を、左右方向は枕木方向を、上下方向は鉛直方向を示す。電力変換装置１０００は客室２０００の床下につり部材３０００により接続される。冷却風１２１０は電力変換装置１０００の内部を枕木方向に通風する。
【００５４】
次に、本発明の第１実施形態の効果について説明する。前記の通り、第１実施形態では、複数のヒートパイプのうち短尺ヒートパイプ１７８０を偏りなく配置し、さらに短尺ヒートパイプの放熱部１７８２には複数のフィン１７５０のうち根元側の４枚のみ接続している。根元側にのみフィン１７５０が接合されている短尺ヒートパイプの放熱部１７８２は、根元から先端まで複数のフィン１７５０が等間隔で接合されているものよりも、接合されるフィン１７５０の枚数が少ないために冷却風１２１０との熱抵抗が大きくなり、冷却風１２１０との温度差も大きくなるため、冷却風１２１０の温度がヒートパイプ内部の冷媒の凝固点以下であっても、冷媒が凍結することなく半導体素子群１５００を効率良く冷却できる。
【００５５】
また、放熱部の根元側にのみ複数のフィン１７５０が接合されている短尺ヒートパイプ１７８０のみで冷却器を構成した場合、根元から先端まで複数のフィン１７５０が接続されているものよりも放熱面積が小さいため、冷却風１２１０の温度が冷媒の凝固点以上の場合には冷却性能が低下することが懸念されるが、両者を混在させることで、冷却風１２１０の温度が冷媒の凝固点以下の場合と、凝固点以上の場合での冷却性能を両立することができる。
【００５６】
また、ヒートパイプ内の冷媒が全て凍結するドライアウトが発生した際には半導体素子の温度上昇に伴ってヒートパイプ放熱部の根元の温度も上昇していくが、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０、Ｌ字型ヒートパイプ１７３０よりも放熱部の短い短尺ヒートパイプ１７８０は放熱部１７８２の根元と先端の温度差を小さくできる、すなわち先端の温度を高くすることができるため、ドライアウトが発生しても凍結した冷媒を融解し、半導体素子群１５００を効率良く冷却することができる。つまり、放熱部に接続されるフィンの枚数が異なる２種類以上のヒートパイプを組合せて冷却器を構成することにより、冷却風１２１０の温度が冷媒の凝固点以上の場合の冷却性能を維持しつつ、冷却風１２１０の温度が冷媒の凝固点以下の場合の冷媒凍結を防止することが可能となります。
【００５７】
また、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０の受熱部１７２１が冷却風１２１０の流れと沿う方向に設置されることにより、冷却風１２１０に対して風下側から風上側への熱移動を促進させることができるため、冷却風の温度上昇による影響を平準化し、風下側の半導体素子の温度上昇を抑制することができる。また、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０の放熱部１７２２が垂直方向に立ち上がるように立設され、Ｕ字型ヒートパイプ放熱部１７２２に複数のフィン１７５０が接合されて通風路１１５０内に設置されることにより、受熱ブロック１７１０からフィン１７５０への熱移動を促進させることができるため、フィン効率が向上する。また、冷却風１２１０の流れと直交する方向に発熱量の同じ半導体素子が並ぶように設置することにより、冷却風１２１０の流れと直交する方向の温度を均一にすることができる。そのため、温度の均一化を図るために、冷却風の流れと直交する方向に沿ってヒートパイプを設置する必要がなく、ヒートパイプの受熱部を冷却風の流れ方向に揃えることができ、製造が容易となる。また、発熱量の大きいＩＧＢＴモジュールの間に発熱量の小さいクランプダイオードモジュールを設置することにより、発熱量の大きいＩＧＢＴモジュールから発熱量の小さいクランプダイオードモジュールへ熱が移動し、受熱ブロック内での効率的な熱の分散をはかることができるため、半導体素子群１５００の温度を平準化することができる。
【００５８】
また、回生時に発熱量が大きくなる外側ＩＧＢＴモジュール１５１０と、ＩＧＢＴモジュールよりも発熱量の小さいクランプダイオードモジュール１５３０の双方の投影面上にＵ字型ヒートパイプ１７２０の受熱部１７２１を設置することにより、回生時に外側ＩＧＢＴモジュール１５１０からクランプダイオードモジュール１５３０側への熱移動を促進することができ、双方の温度を平準化することができる。また、力行時に発熱量が大きくなる内側ＩＧＢＴモジュール１５２０とクランプダイオードモジュール１５３０の双方の投影面上にＵ字型ヒートパイプ１７２０の受熱部１７２１を設置することにより、力行時に内側ＩＧＢＴモジュール１５２０からクランプダイオードモジュール１５３０側への熱移動を促進することができ、双方の温度を平準化することができる。また、単一の半導体素子の投影面上にＵ字型ヒートパイプ１７２０の受熱部１７２１を設置することにより、このヒートパイプは当該半導体素子のみの熱をフィン１７５０へ輸送する役割を持つことになり、これらのヒートパイプを混在させることで、局所的な温度上昇を抑制し、半導体素子群１５００の温度を平準化することができる。
【００５９】
また、Ｕ字型ヒートパイプ１７２０の放熱部１７２２を千鳥状に設置することにより、フィン１７５０とヒートパイプの接合部が均等に配置され、フィン１７５０に均等に熱が輸送されるため、フィン効率が向上する。さらに、ヒートパイプの放熱部が正方状に配置された場合と比較してフィン間ならびにヒートパイプ間の流路の断面積が広くなるため、フィン間の通風抵抗が小さくなり、送風機１２００を用いて冷却する際に冷却風１２１０を多く供給することができるため、半導体素子群１５００を効率良く冷却することができる。
【００６０】
また、最も風上側の位置、あるいは最も風下側の位置、あるいは風上側、風下側の双方にＬ字型ヒートパイプ１７３０を放熱部が内側となるように設置することにより、フィン１７５０の投影面の外側にＬ字型ヒートパイプ１７３０の受熱部１７３１を設置することができるようになる。これにより、半導体素子をフィン１７５０の投影面の外側に設置しても、Ｌ字型ヒートパイプ１７３０により半導体素子の熱を効率良く内側のフィン１７５０に輸送することができるため、フィン１７５０を小型化することができる。
【００６１】
また、複数のフィン１７５０を冷却風の流れ方向に対して分割し、空気温度の低い風上側のフィン１７５１のピッチを、空気温度の高い風下側のフィン１７５２よりも大きくしてフィン枚数を少なくすることにより、フィン間の通風抵抗を小さくでき、送風機１２００を用いて冷却する際に冷却風１２１０を多く供給することができるため、半導体素子群１５００を効率良く冷却することができる他、冷却器１７００を軽量化することができる。
【００６２】
また、通風路１１５０において、フィン１７５０の風上側に複数の整風板１１８１、１１８２を設置することにより、送風機１２００からフィン１７５０に供給される冷却風１２１０の風速を、冷却風１２１０の流れと直交する方向において均一にすることができるため、フィン１７５０の幅が送風機１２００の吹き出し口の幅に対して大きい場合においても半導体素子群１５００を効率良く冷却できる。
【００６３】
また、通風路１１５０において、Ｕ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の最も先端側に接合されるフィンと、通風路１１５０を構成する天板１１２０との間に、冷却風１２１０の流れと直交する方向に複数の風漏れ防止板１１９１、１１９２、１１９３、１１９４を設置することにより、冷却風１２１０がフィン間から漏れるのを防ぐことができるため、半導体素子群１５００を効率良く冷却できる。さらに、複数の風漏れ防止板１１９１、１１９２、１１９３、１１９４とＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の先端側に接合されるフィンとの距離を、先端側に接合されるフィンとＵ字型ヒートパイプ放熱部１７２２の先端との距離よりも短くすることで、フィン間から漏れる冷却風１２１０の量をさらに少なくすることができる。
【００６４】
また、風漏れ防止板１１９４は、通風路１１５０内の強度を保つための梁１１６０を兼ねている。これにより、部品点数を少なくすることができるため、コストの低減や組立性の向上をはかることができる。
【００６５】
これらの構成により、半導体素子群１５００を効率良く冷却でき、小型、軽量、低コストで組立性の良い電力変換装置１０００を鉄道車両に搭載することができる。
【００６６】
本発明の第１実施形態の効果を検証するために、汎用熱流体解析ソフトを用いて各半導体素子の温度を計算し、特許文献１と比較した。前記の通り、特許文献１では一相分の回路を構成する複数の半導体素子群を冷却風の流れと直交する方向に設置しているのに対し、本発明の第１実施形態では冷却風の流れに沿う方向に設置している。フィン構成、冷却風量はそれぞれの構成で等しくし、図１６に示す各半導体素子の熱損失を運転条件毎に与えた。なお、図１６では、各半導体素子の損失を、力行運転での全損失を基準とした相対値で表記している。
【００６７】
図１７〜図２０は、汎用熱流体解析ソフトにて計算した各半導体素子の温度上昇を示している。図１７は特許文献１に記載の電力変換装置における力行時の温度上昇、図１８は回生時の温度上昇、図１９は本発明の第１実施形態の電力変換装置における力行時の温度上昇、図２０は回生時の温度上昇である。図中の下線付き数値は、図１７〜図２０の中での最大温度上昇値を基準とした相対値（以降、温度上昇比と呼ぶ）である。これらの図によると、特許文献１における最大温度上昇比は力行時で１.００、回生時で０.７８であるのに対し、本発明の第１実施形態では力行時で０.７７、回生時で０.７６であった。また、温度上昇比の最大値と最小値の差、すなわち温度バラつきは、特許文献１では力行時で０.５９、回生時で０.４６であるのに対し、本発明の第１実施形態では力行時で０.３４、回生時で０.３５であった。これより、本発明では特許文献１と比較して、各半導体素子の温度バラつきが低減しており、最大温度も低くなることが示された。特に、力行時では温度の低減効果が大きく、半導体素子の最大温度上昇を２３％低減できることが示された。
【００６８】
なお、本発明では３レベルコンバータ主回路を例に挙げたが、本発明を３レベルインバータ主回路にも適用することができる。さらに、第２〜１１の発明においては、２レベルのコンバータやインバータにも適用することができる。また、第１実施形態では、短尺ヒートパイプ１７８０、および放熱部の根元側のみにフィン１７５０を接続しているヒートパイプの本数は６４本であり、ヒートパイプ総数の３割程度であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、総数に対し２割から５割程度が望ましい。また、第１実施形態では、根元側のみに接続されるフィン１７５０を、風上側フィン１７５１の総数２４枚に対し８枚としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、総数に対し１割から５割程度が望ましい。また、図２１に示すように、放熱部１７８２に接合するフィンと接合しないフィンを交互に配置しても良い。また、風上側のヒートパイプを図１３に示すような放熱部の根元側８枚のみにフィン１７５０を接続する構成とし、風下側のヒートパイプを図２１に示すような放熱部の根元側をフィンに交互に接続する構成としても良い。さらに、根元側のみにフィン１７５０を接続している放熱部の、フィン１７５０を接続していない先端部分を断熱材などで覆うことで、放熱部の根元と先端の温度差をより小さくすることができる。
【実施例２】
【００６９】
図２２に本発明の第２実施形態の電力変換装置におけるヒートパイプの配置を示す。第２実施形態では、風上側のＬ字型ヒートパイプ１７３０を削除し、実施例１よりもヒートパイプの本数を少なくしている。他の構成は実施例１と同様である。風上側の温度が風下側の温度よりも低くなる場合には、このように風上側のヒートパイプの本数を少なくすることでフィン間の通風抵抗をさらに小さくできるため、半導体素子群１５００を効率良く冷却することができ、さらに製造コストを低減することができる。
【実施例３】
【００７０】
図２３に本発明の第３実施形態の電力変換装置におけるフィンの構成を示す。第３実施形態では、実施例１のようにフィン１７５０を風上側・風下側で分割せずに、すべて同じピッチ、同じ枚数とした。他の構成は実施例１と同様である。風上側の温度を低減させたい場合には、このような構成とすることで、風上側の冷却性能が良くなるため、風上側の半導体素子群１５００を効率良く冷却することができる。
【実施例４】
【００７１】
図２４に本発明の第４実施形態の電力変換装置における整風板を示す。第４実施形態では、送風機１２００の吹き出し口と冷却器１７００の間の整風板の枚数を４枚に増やしている。他の構成は実施例１と同様である。このように整風板の枚数を多くすることで、冷却器１７００に供給される冷却風の風速をより均一にすることができるため、半導体素子群１５００を効率良く冷却することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０００  電力変換装置
１１１０  側板
１１２０  天板
１１３０  底板
１１４０  通風路底板
１１５０  通風路
１１６１、１１６２  枕木方向梁
１１６３、１１６４  進行方向梁
１１７１、１１７２  通風路拡大板
１１８１〜１１８４  整風板
１１９１〜１１９５  風漏れ防止板
１２００  送風機
１２１０  冷却風
１３００  フィルター
１４００  グリル
１５００  半導体素子群
１５１０  外側ＩＧＢＴモジュール
１５２０  内側ＩＧＢＴモジュール
１５３０  クランプダイオードモジュール
１６００  回路部品搭載空間
１６１０  フィルタコンデンサ
１６２０  ゲートドライバ
１７００  冷却器
１７１０  受熱ブロック
１７１１  冷却器固定用ネジ穴
１７１２  連結用ボルト
１７２０  Ｕ字型ヒートパイプ
１７２１  Ｕ字型ヒートパイプ受熱部
１７２２  Ｕ字型ヒートパイプ放熱部
１７３０  Ｌ字型ヒートパイプ
１７３１  Ｌ字型ヒートパイプ受熱部
１７３２  Ｌ字型ヒートパイプ放熱部
１７４０  ろう材
１７５０  フィン
１７５１  風上側フィン
１７５２  風下側フィン
１７６０  シール材
１７７０  受熱部の無い領域
１７８０  短尺ヒートパイプ
１７８１  短尺ヒートパイプ受熱部
１７８２  短尺ヒートパイプ放熱部
１７９０  バーリング
２０００  客室
３０００  つり部材
【図１】
0005941741.tif 000002
【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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