(57)【要約】【課題】放熱が十分に行われないことに起因して故障が発生するのを抑制することが可能な電力変換装置および鉄道車両用電力変換装置を提供する。【解決手段】この電力変換装置１００（鉄道車両用電力変換装置）は、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅと、複数の放熱フィン６２を含む冷却部６０とを備える。複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅは、冷却部６０の表面６１ａ上において、放熱フィン６２とオーバーラップするように、枕木方向に沿って並んで配列されている。そして、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈは、平面視において、オーバーラップする放熱フィン６２が互いに異なるように、枕木方向において位置がずらされて配置されている。【選択図】図３
2019092302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにこの順で直列に接続される第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子、第３半導体スイッチング素子、および、第４半導体スイッチング素子を各々含む複数の半導体素子群と、
前記複数の半導体素子群が載置されるとともに、冷却風が流れる方向である第１の方向に沿って延びるように設けられている複数の板状のフィン部分を含む冷却部とを備え、
前記複数の板状のフィン部分は、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って並んで配列されており、
前記複数の半導体素子群は、前記フィン部分が設けられている表面とは反対側の前記冷却部の表面上において、前記フィン部分とオーバーラップするように、前記第２の方向に沿って並んで配列されるとともに、前記複数の半導体素子群の各々において、前記第２半導体スイッチング素子および前記第３半導体スイッチング素子は、前記冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップする前記フィン部分の少なくとも一部が互いに異なるように、前記第２の方向において位置がずらされて配置されている、電力変換装置。
【請求項２】
前記複数の半導体素子群の各々において、前記第２半導体スイッチング素子と、前記第１半導体スイッチング素子および前記第４半導体スイッチング素子の一方とは、前記第１の方向に沿って列状に配置され、前記第３半導体スイッチング素子と、前記第１半導体スイッチング素子および前記第４半導体スイッチング素子の他方とは、前記第１の方向に沿って列状に配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数の半導体素子群の各々は、前記第１半導体スイッチング素子と前記第２半導体スイッチング素子との接続点と、前記第３半導体スイッチング素子と前記第４半導体スイッチング素子との接続点との間に設けられ、互いに直列に接続される第１ダイオード素子および第２ダイオード素子を含み、
前記複数の半導体素子群の各々において、前記第２半導体スイッチング素子と、前記第１半導体スイッチング素子および前記第４半導体スイッチング素子の一方と、前記第１ダイオード素子とは、前記第１の方向に沿って列状に配置され、前記第３半導体スイッチング素子と、前記第１半導体スイッチング素子および前記第４半導体スイッチング素子の他方と、前記第２ダイオード素子とは、前記第１の方向に沿って列状に配置されている、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記複数の半導体素子群を含む電力変換装置本体部をさらに備え、
前記電力変換装置本体部は、鉄道車両に用いられるように構成されており、
前記冷却部の前記複数の板状のフィン部分は、前記鉄道車両の進行方向である前記第１の方向に沿って延びるように設けられており、
前記複数の半導体素子群の各々において、前記第１の方向において、前記第２半導体スイッチング素子は、前記第１半導体スイッチング素子および前記第４半導体スイッチング素子の一方と、前記第１ダイオード素子との間に配置され、前記第３半導体スイッチング素子は、前記第１半導体スイッチング素子および前記第４半導体スイッチング素子の他方と、前記第２ダイオード素子との間に配置されている、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数の半導体素子群は、交流を直流に変換するコンバータ部を構成する第１半導体素子群と、直流を交流に変換するインバータ部を構成する第２半導体素子群とを含み、
少なくとも前記第１半導体素子群において、前記第２半導体スイッチング素子および前記第３半導体スイッチング素子は、前記冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップする前記フィン部分の少なくとも一部が互いに異なるように、前記第２の方向において位置がずらされて配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記冷却部は、前記複数の板状のフィン部分が取り付けられる基台を含み、
前記第１半導体スイッチング素子、前記第２半導体スイッチング素子、前記第３半導体スイッチング素子、および、前記第４半導体スイッチング素子の各々を、前記冷却部に取り付けるための複数の締結部材と、
前記第１の方向に沿って延びるように前記冷却部の前記基台の内部に設けられているヒートパイプとをさらに備え、
前記複数の締結部材は、前記ヒートパイプが延びる方向である前記第１の方向に沿って並んで配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１半導体スイッチング素子、前記第２半導体スイッチング素子、前記第３半導体スイッチング素子、および、前記第４半導体スイッチング素子の各々は、前記冷却部の表面に対して直交する方向から見て略矩形形状を有するモジュールの内部にそれぞれ収容されており、
前記締結部材は、前記略矩形形状を有するモジュールの前記第１の方向に沿う２辺の各々に沿うように設けられている、請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第２半導体スイッチング素子と前記第３半導体スイッチング素子とは、前記冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップする前記フィン部分が互いに異なるように、前記冷却部の表面上に載置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
互いにこの順で直列に接続される第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子、第３半導体スイッチング素子、および、第４半導体スイッチング素子を各々含む複数の半導体素子群と、
前記複数の半導体素子群が載置されるとともに、鉄道車両の進行方向である第１の方向に沿って延びるように設けられている複数の板状のフィン部分を含む冷却部とを備え、
前記複数の板状のフィン部分は、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って並んで配列されており、
前記複数の半導体素子群は、前記フィン部分が設けられている表面とは反対側の前記冷却部の表面上において、前記フィン部分とオーバーラップするように、前記第２の方向に沿って並んで配列されるとともに、前記複数の半導体素子群の各々において、前記第２半導体スイッチング素子および前記第３半導体スイッチング素子は、前記冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップする前記フィン部分の少なくとも一部が互いに異なるように、前記第２の方向において位置がずらされて配置されている、鉄道車両用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置および鉄道車両用電力変換装置に関し、特に、複数の半導体スイッチング素子を各々含む複数の半導体素子群を備える電力変換装置および鉄道車両用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体スイッチング素子を各々含む複数の半導体素子群を備える電力変換装置および鉄道車両用電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１の電力変換装置は、車両用の電力変換装置である。この電力変換装置は、受熱ブロックを備える。受熱ブロックの一方側の面である半導体取付面には、複数の相の半導体素子群が設けられている。また、受熱ブロックの他方側の反半導体素子取付面には、半導体素子群の放熱を行う放熱部が設けられている。放熱部は、車両の枕木方向に沿って配列された複数の板状のフィン部分を含んでいる。
【０００４】
複数の相の半導体素子群は、車両の枕木方向に並べて配置されている。また、複数の相の半導体素子群の各々は、４つの半導体素子Ｑ１〜Ｑ４と、２つのダイオード素子とを含む。具体的には、複数の相の半導体素子群の各々において、正電圧側から、半導体素子Ｑ１、半導体素子Ｑ２、半導体素子Ｑ３、半導体素子Ｑ４の順で直列に接続されている。また、４つの半導体素子、および、２つのダイオード素子は、車両進行方向に直線状に並べられている。すなわち、４つの半導体素子Ｑ１〜Ｑ４、および、２つのダイオード素子が、平面視においてオーバーラップするフィン部分は、互いに共通（同じフィン部分）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
【０００６】
ここで、コンバータ部は、インバータ部と比較して素子損失が大きい時間が長時間となる。特に４つの半導体素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、スイッチングの頻度が大きい半導体素子Ｑ２および半導体素子Ｑ３は、他の素子に比べて発熱量が大きい。したがって、上記特許文献１に記載された電力変換装置では、共通のフィン部分のみによって比較的発熱量の大きい半導体素子Ｑ２および半導体素子Ｑ３の両方の放熱を行うため、半導体素子Ｑ２および半導体素子Ｑ３の放熱が十分に行われず、半導体素子Ｑ２および半導体素子Ｑ３の温度が高くなるという不都合がある。このため、放熱が十分に行われないことに起因して電力変換装置が故障する場合があるという問題点がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、放熱が十分に行われないことに起因して故障が発生するのを抑制することが可能な電力変換装置および鉄道車両用電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による電力変換装置は、互いにこの順で直列に接続される第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子、第３半導体スイッチング素子、および、第４半導体スイッチング素子を各々含む複数の半導体素子群と、複数の半導体素子群が載置されるとともに、冷却風が流れる方向である第１の方向に沿って延びるように設けられている複数の板状のフィン部分を含む冷却部とを備え、複数の板状のフィン部分は、第１の方向に直交する第２の方向に沿って並んで配列されており、複数の半導体素子群は、フィン部分が設けられている表面とは反対側の冷却部の表面上において、フィン部分とオーバーラップするように、第２の方向に沿って並んで配列されるとともに、複数の半導体素子群の各々において、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子は、冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップするフィン部分の少なくとも一部が互いに異なるように、第２の方向において位置がずらされて配置されている。
【０００９】
ここで、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々は、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子に比べて、スイッチングの頻度が大きいので、スイッチング損失が大きくなるのに起因して、発熱量が比較的大きくなる。そこで、この発明の第１の局面による電力変換装置では、上記のように、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子を第２の方向において位置をずらして配置することによって、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々を、互いに別個のフィン部分により冷却することができる。これにより、共通のフィン部分のみにより、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の両方を冷却する場合と異なり、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々の温度が高くなるのを抑制することができる。その結果、（第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の）放熱が十分に行われないことに起因して故障が発生するのを抑制することができる。
【００１０】
また、複数の半導体素子群を第２の方向（フィン部分が並ぶ方向）に沿って並んで配列することによって、複数の半導体素子群が第１の方向（フィン部分の延びる方向）に沿って並んで配列されている場合と異なり、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々が、第１の方向（フィン部分の延びる方向）に沿って並んで配列されることがない。その結果、複数の半導体素子群が第１の方向（フィン部分の延びる方向）に沿って並んで配列されている場合と異なり、第２半導体スイッチング素子同士、または、第３半導体スイッチング素子同士の熱の干渉を低減することができるので、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々の温度が高くなるのをさらに抑制することができる。
【００１１】
上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、複数の半導体素子群の各々において、第２半導体スイッチング素子と、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の一方とは、第１の方向に沿って列状に配置され、第３半導体スイッチング素子と、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の他方とは、第１の方向に沿って列状に配置されている。このように構成すれば、２つのスイッチング素子が第１の方向（フィン部分の延びる方向）に列状に配置されるので、第２半導体スイッチング素子または第３半導体スイッチング素子のうちのいずれか一方と、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の両方とが、第１の方向（フィン部分の延びる方向）に沿って列状に配置される場合（３つのスイッチング素子が列状に配置される場合）に比べて、上記（第２半導体スイッチング素子または第３半導体スイッチング素子のうちの）一方の素子の温度を、フィン部分により効果的に冷却することができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、複数の半導体素子群の各々は、第１半導体スイッチング素子と第２半導体スイッチング素子との接続点と、第３半導体スイッチング素子と第４半導体スイッチング素子との接続点との間に設けられ、互いに直列に接続される第１ダイオード素子および第２ダイオード素子を含み、複数の半導体素子群の各々において、第２半導体スイッチング素子と、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の一方と、第１ダイオード素子とは、第１の方向に沿って列状に配置され、第３半導体スイッチング素子と、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の他方と、第２ダイオード素子とは、第１の方向に沿って列状に配置されている。このように構成すれば、列ごとのスイッチング素子の数が揃う（両列とも３つのスイッチング素子が配置される）ので、第２半導体スイッチング素子または第３半導体スイッチング素子のうちのいずれか一方と、第１ダイオード素子および第２ダイオード素子の両方とが、第１の方向（フィン部分の延びる方向）に沿って列状に配置される場合（４つのスイッチング素子が列状に配置される場合）に比べて、上記（第２半導体スイッチング素子または第３半導体スイッチング素子のうちの）一方の素子の温度を、フィン部分によりさらに効果的に冷却することができる。
【００１３】
上記複数の半導体素子群の各々が、第１ダイオード素子と第２ダイオード素子とを含む電力変換装置において、好ましくは、複数の半導体素子群を含む電力変換装置本体部をさらに備え、電力変換装置本体部は、鉄道車両に用いられるように構成されており、冷却部の複数の板状のフィン部分は、鉄道車両の進行方向である第１の方向に沿って延びるように設けられており、複数の半導体素子群の各々において、第１の方向において、第２半導体スイッチング素子は、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の一方と、第１ダイオード素子との間に配置され、第３半導体スイッチング素子は、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の他方と、第２ダイオード素子との間に配置されている。
【００１４】
ここで、一般的に、鉄道車両は、往路と復路とで進行方向が反転する。このため、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子がそれぞれの（第１の方向に沿って延びる）列の端部に設けられている場合、鉄道車両の進行方向によっては、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子が列内の最後段に配置される状態になる。この場合、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子は、自身が配置されている列内の前段の２つの素子を冷却したことによって温度が上がった冷却風により冷却されるため、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の冷却が不十分になる場合がある。そこで、第２半導体スイッチング素子が、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の一方と、第１ダイオード素子との間に配置され、第３半導体スイッチング素子が、第１半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子の他方と、第２ダイオード素子との間に配置されることによって、鉄道車両の進行方向によらず、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子は、自身が配置されている列内の中段に配置されることになる。これにより、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子が、自身が配置されている列内の最後段に配置されることはないので、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の温度の最大値を比較的小さくすることができる。
【００１５】
上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、複数の半導体素子群は、交流を直流に変換するコンバータ部を構成する第１半導体素子群と、直流を交流に変換するインバータ部を構成する第２半導体素子群とを含み、少なくとも第１半導体素子群において、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子は、冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップするフィン部分の少なくとも一部が互いに異なるように、第２の方向において位置がずらされて配置されている。このように構成すれば、少なくとも第１半導体素子群の第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々の温度が高くなるのを抑制することができる。
【００１６】
また、インバータ部に比べてコンバータ部の使用時間が長い場合に、コンバータ部を構成する第１半導体素子群において、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子が、上記のように位置がずらされて配置されていることは、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々の温度が高くなるのを抑制することにとって特に有効である。
【００１７】
上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、冷却部は、複数の板状のフィン部分が取り付けられる基台を含み、第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子、第３半導体スイッチング素子、および、第４半導体スイッチング素子の各々を、冷却部に取り付けるための複数の締結部材と、第１の方向に沿って延びるように冷却部の基台の内部に設けられているヒートパイプとをさらに備え、複数の締結部材は、ヒートパイプが延びる方向である第１の方向に沿って並んで配置されている。このように構成すれば、複数の締結部材が並んで配置されている方向に沿ってヒートパイプが延びるので、締結部材とヒートパイプとが基台の内部において干渉するのを抑制することができる。
【００１８】
この場合、好ましくは、第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子、第３半導体スイッチング素子、および、第４半導体スイッチング素子の各々は、冷却部の表面に対して直交する方向から見て略矩形形状を有するモジュールの内部にそれぞれ収容されており、締結部材は、略矩形形状を有するモジュールの第１の方向に沿う２辺の各々に沿うように設けられている。このように構成すれば、冷却部の表面に対して直交する方向から見て、締結部材がモジュールの２辺の各々に沿って互いに平行に設けられるので、上記２辺に設けられた締結部材の間にヒートパイプを容易に配置することができる。
【００１９】
上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、第２半導体スイッチング素子と第３半導体スイッチング素子とは、冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップするフィン部分が互いに異なるように、冷却部の表面上に載置されている。このように構成すれば、共通のフィン部分のみによって、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の両方を冷却する場合に比べて、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々の温度が高くなるのをより効果的に抑制することができる。
【００２０】
この発明の第２の局面による鉄道車両用電力変換装置は、互いにこの順で直列に接続される第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子、第３半導体スイッチング素子、および、第４半導体スイッチング素子を各々含む複数の半導体素子群と、複数の半導体素子群が載置されるとともに、鉄道車両の進行方向である第１の方向に沿って延びるように設けられている複数の板状のフィン部分を含む冷却部とを備え、複数の板状のフィン部分は、第１の方向に直交する第２の方向に沿って並んで配列されており、複数の半導体素子群は、フィン部分が設けられている表面とは反対側の冷却部の表面上において、フィン部分とオーバーラップするように、第２の方向に沿って並んで配列されるとともに、複数の半導体素子群の各々において、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子は、冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップするフィン部分の少なくとも一部が互いに異なるように、第２の方向において位置がずらされて配置されている。
【００２１】
この発明の第２の局面による鉄道車両用電力変換装置では、上記のように、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子を第２の方向において位置をずらして配置することによって、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々を、鉄道車両の走行により発生するとともに第１の方向に流れる冷却風を用いて、互いに別個のフィン部分により冷却することができる。これにより、共通のフィン部分のみにより、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の両方を冷却する場合に比べて、第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の各々の温度が高くなるのを抑制することができる。その結果、（第２半導体スイッチング素子および第３半導体スイッチング素子の）放熱が十分に行われないことに起因して故障が発生するのを抑制することができる。その結果、鉄道車両の電力変換装置に起因する故障の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、上記のように、放熱が十分に行われないことに起因して故障が発生するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態による高速鉄道車両の構成を示した模式的な図である。（図１（ａ）は、高速鉄道車両の模式的な側面図である。図１（ｂ）は、高速鉄道車両を下方から見た模式的な斜視図である。）
【図２】一実施形態による電力変換装置の構成を示した図である。（図２（ａ）は、電力変換装置を進行方向の前方から見た模式的な断面図である。図２（ｂ）は、電力変換装置の回路の構成を示した図である。）
【図３】一実施形態による電力変換装置の半導体素子の配置を説明するための図である。
【図４】図３の２００−２００線に沿った断面図である。
【図５】一実施形態の第１変形例による電力変換装置の半導体素子群における半導体素子の配置を説明するための図である。
【図６】一実施形態の第２変形例による電力変換装置の半導体素子群における半導体素子の配置を説明するための図である。
【図７】一実施形態の第３変形例による電力変換装置の半導体素子群における半導体素子の配置を説明するための図である。
【図８】一実施形態の第４変形例による電力変換装置の半導体素子群における半導体素子の配置を説明するための図である。
【図９】一実施形態の第５変形例による電力変換装置の半導体素子群における半導体素子の配置を説明するための図である。
【図１０】一実施形態の第６変形例による電力変換装置の半導体素子群における半導体素子の配置を説明するための図である。
【図１１】一実施形態の第７変形例による電力変換装置の半導体素子群におけるヒートパイプの配置を説明するための図である。
【図１２】一実施形態の第８変形例による電力変換装置の半導体素子群におけるヒートパイプの配置を説明するための図である。
【図１３】一実施形態の鉄道車両の速度に対するコンバータ部およびインバータ部の損失を表した図である。（図１３（ａ）は、コンバータ部の損失を表したグラフである。図１３（ｂ）は、インバータ部の損失を表したグラフである。）
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
［本実施形態］
図１〜図４、および、図１３を参照して、本実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。なお、本実施形態において、平面視とは、冷却部６０の表面６１ａに対して直交する方向（Ｚ方向）から見た状態を意味する。
【００２６】
（高速鉄道車両の構成）
まず、図１を参照して、電力変換装置１００が設置される高速鉄道車両１０の構成について説明する。なお、電力変換装置１００は、特許請求の範囲の「鉄道車両用電力変換装置」の一例である。
【００２７】
高速鉄道車両１０は、複数の車両が編成された状態で、たとえば、１８０ｋｍ／ｈ以上で走行する高速鉄道車両である。高速鉄道車両１０は、図１（ａ）に示すように、交流電源としての架線１から供給される電力により走行するように構成されている。なお、本実施形態では、高速鉄道車両１０が、進行方向（Ｘ方向）のうちＸ１方向に走行する場合について説明する。また、進行方向のうち高速鉄道車両１０が進行するＸ１方向を進行方向の前方とし、前方とは反対のＸ２方向を進行方向の後方とする。また、高速鉄道車両１０および進行方向は、それぞれ、特許請求の範囲の「鉄道車両」および「第１の方向」の一例である。
【００２８】
高速鉄道車両１０は、車体１１と、パンタグラフ１２と、電力変換装置１００と、誘導電動機１３０（図２（ｂ）参照）および空調機器（図示せず）などの電気機器１３とを備えている。高速鉄道車両１０は、レール１０１上を走行している。
【００２９】
パンタグラフ１２は、架線１から電力を受け取る役割を有する。電力変換装置１００は、変圧器１０２（図２（ｂ）参照）により変圧されたパンタグラフ１２からの交流電圧を、後述する電力変換ユニット３１（図２（ａ）参照）のコンバータ部３１０（図２（ｂ）参照）およびインバータ部３１１（図２（ｂ）参照）を介して、所望の３相交流電圧および周波数に変換する。そして、３相交流電圧および周波数は、誘導電動機１３０に出力される。
【００３０】
図１（ｂ）に示すように、車体１１の底部１１ａには、電力変換装置１００が吊り下げられた状態で取り付けられている。つまり、電力変換装置１００は、高速鉄道車両１０の車体１１の底部１１ａの下方（Ｚ２方向）に取り付けられている。また、高速鉄道車両１０の車体１１の底部１１ａには、後述する放熱フィン６２に対して進行方向側（Ｘ１方向）および進行方向とは反対側（Ｘ２方向）に、空気取込部１１ｂが形成されている。
【００３１】
（電力変換装置の構成）
図２（ａ）に示すように、電力変換装置１００は、金属製の筐体２０と、筐体２０の内部に配置される電力変換装置本体部３０（図２（ａ）参照）とを備えている。
【００３２】
筐体２０は、３つの機器室２０ａ、２０ｂおよび２０ｃに区分けされている。機器室２０ａは、筐体２０の枕木方向（Ｙ方向）の中央に位置している。機器室２０ｂは、筐体２０の枕木方向の一方側（Ｙ２方向側）に位置している。機器室２０ｃは、筐体２０の枕木方向の他方側（Ｙ１方向側）に位置している。なお、枕木方向は、特許請求の範囲の「第２の方向」の一例である。
【００３３】
電力変換装置本体部３０は、機器室２０ａに配置される電力変換ユニット３１と、機器室２０ｂに配置される制御部３２と、機器室２０ｃに配置される電気機器群３３とを含んでいる。
【００３４】
電力変換ユニット３１は、パンタグラフ１２（図１参照）からの交流電圧を、所望の３相交流電圧および周波数に変換する機能を有する。電力変換ユニット３１は、５つの半導体素子群３１ａ〜３１ｅを有している。半導体素子群３１ａ〜３１ｅは、枕木方向（Ｙ方向）に沿って並んで配置されている。具体的には、Ｙ１方向側からＹ２方向側に向かって、半導体素子群３１ａ、半導体素子群３１ｂ、半導体素子群３１ｃ、半導体素子群３１ｄ、半導体素子群３１ｅの順に並んでいる。半導体素子群３１ａ〜３１ｅは、スイッチング等の際に発熱する。
【００３５】
また、電力変換ユニット３１の下方（Ｚ２方向）には、半導体素子群３１ａ〜３１ｅの熱を放出する冷却部６０が設けられている。具体的には、半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々に対応する複数の（本実施形態では５つ）の冷却部６０が設けられている。すなわち、複数の冷却部６０の各々には、半導体素子群３１ａ〜３１ｅのうちのいずれか１つが載置されている。冷却部６０は、受熱部６１と、複数の板状の放熱フィン６２とを含んでいる。なお、受熱部６１および放熱フィン６２は、それぞれ、特許請求の範囲の「基台」および「フィン部分」の一例である。
【００３６】
受熱部６１は、板状形状を有している。受熱部６１は、一方側（上側、Ｚ１方向側）の表面６１ａに半導体素子群（３１ａ〜３１ｅのうちのいずれか１つ）が載置されている。また、受熱部６１は、他方側（表面６１ａとは反対側の下側、Ｚ２方向側）の表面６１ｂに、複数の放熱フィン６２が設けられている。受熱部６１は、半導体素子群３１ａ〜３１ｅの熱を、複数の放熱フィン６２に伝達するように構成されている。
【００３７】
複数の放熱フィン６２は、筐体２０の下部において、外部に露出する（図１（ｂ）参照）ように構成されている。これにより、複数の放熱フィン６２は、高速鉄道車両１０の走行時に、高速鉄道車両１０の走行により生じる走行風が各放熱フィン６２の周囲を通過するように構成されている。すなわち、走行風は、進行方向（Ｘ方向）に流れる。複数の放熱フィン６２は、走行風により冷却されることにより、受熱部６１を介して伝えられた半導体素子群３１ａ〜３１ｅの熱を放出するように構成されている。また、複数の放熱フィン６２は、進行方向（Ｘ方向）に直交する枕木方向（Ｙ方向）に沿って一定のピッチで並ぶように配列されている。なお、走行風は、特許請求の範囲の「冷却風」の一例である。
【００３８】
放熱フィン６２は、受熱部６１の他方側の表面６１ｂから、下方（Ｚ２方向）に突出するように形成されている。また、放熱フィン６２は、走行風が流れる方向である進行方向（Ｘ方向）に沿って延びるように設けられている。
【００３９】
図２（ｂ）に示すように、電力変換ユニット３１は、交流を直流に変換するコンバータ部３１０と、直流を交流に変換するインバータ部３１１と、を含む。コンバータ部３１０は、半導体素子群３１ａおよび３１ｂにより構成されている。また、インバータ部３１１は、半導体素子群３１ｃ〜３１ｅにより構成されている。なお、半導体素子群３１ａおよび３１ｂは、それそれ、特許請求の範囲の「第１半導体素子群」の一例である。また、半導体素子群３１ｃ〜３１ｅは、それぞれ、特許請求の範囲の「第２半導体素子群」の一例である。
【００４０】
半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々は、互いにこの順で直列に接続される第１半導体スイッチング素子３１ｆ、第２半導体スイッチング素子３１ｇ、第３半導体スイッチング素子３１ｈ、および、第４半導体スイッチング素子３１ｉを含む。また、半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々は、互いに直列に接続される第１ダイオード素子３１ｊおよび第２ダイオード素子３１ｋを含む。第１ダイオード素子３１ｊは、第１半導体スイッチング素子３１ｆと第２半導体スイッチング素子３１ｇとの接続点Ａに接続されている。また、第２ダイオード素子３１ｋは、第３半導体スイッチング素子３１ｈと第４半導体スイッチング素子３１ｉとの接続点Ｂに接続されている。
【００４１】
なお、高速鉄道車両１０が力行運転しているときのコンバータ部３１０のスイッチング素子の損失（図１３（ａ）参照）は、高速鉄道車両１０の高速移動時の方が低速移動時に比べて、比較的大きくなる。また、インバータ部３１１のスイッチング素子の損失（図１３（ｂ）参照）は、高速鉄道車両１０の低速移動時の方が高速移動時に比べて、比較的大きくなる。これは、高速鉄道車両１０がブレーキ運転しているときであっても同様である。
【００４２】
また、高速鉄道車両１０は、力行で運転している時間が、ブレーキで運転している時間よりもはるかに長い。さらに、高速鉄道車両１０は、インバータ部３１１のスイッチング素子の損失が大きくなる低速度での力行運転時間よりも、コンバータ部３１０のスイッチング素子の損失が大きくなる高速度での力行運転時間の方がはるかに長い。そして、高速鉄道車両１０が高速度で力行運転しているとき、コンバータ部３１０のスイッチング素子の損失は、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの損失の割合が１００％であるとすると、第１半導体スイッチング素子３１ｆおよび第４半導体スイッチング素子３１ｉの損失の割合は約５０％となる。また、第１ダイオード素子３１ｊおよび第２ダイオード素子３１ｋの損失の割合は、約２０％となる。したがって、コンバータ部３１０とインバータ部３１１のスイッチング素子のうち、コンバータ部３１０の第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの温度上昇が最も高くなる。
【００４３】
ここで、本実施形態では、図３に示すように、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈは、平面視においてオーバーラップする放熱フィン６２が互いに異なるように、枕木方向（Ｙ方向）において位置がずらされて配置されている。具体的には、第２半導体スイッチング素子３１ｇを収容するモジュール７１（後述）と、第３半導体スイッチング素子３１ｈを収容するモジュール７２（後述）とは、Ｙ方向において隣接するように並んで配置されている。モジュール７１がＹ２方向側に配置され、モジュール７２がＹ１方向側に配置されている。
【００４４】
詳細には、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々の下方には、６本の放熱フィン６２が配置されている。第２半導体スイッチング素子３１ｇの下方には、Ｙ２方向側の３本の放熱フィン６２が配置されており、第３半導体スイッチング素子３１ｈの下方には、Ｙ１方向側の３本の放熱フィン６２が配置されている。なお、図３では、簡略化のために、半導体素子群３１ａの下方に配置されている放熱フィン６２のみを図示している。
【００４５】
また、本実施形態では、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、第２半導体スイッチング素子３１ｇと、第４半導体スイッチング素子３１ｉとは、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置されている。また、第３半導体スイッチング素子３１ｈと、第１半導体スイッチング素子３１ｆとは、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置されている。
【００４６】
また、本実施形態では、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、第２半導体スイッチング素子３１ｇと、第４半導体スイッチング素子３１ｉと、第１ダイオード素子３１ｊとは、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置されている。また、第３半導体スイッチング素子３１ｈと、第１半導体スイッチング素子３１ｆと、第２ダイオード素子３１ｋとは、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置されている。
【００４７】
また、本実施形態では、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、進行方向（Ｘ方向）において、第２半導体スイッチング素子３１ｇは、第４半導体スイッチング素子３１ｉと、第１ダイオード素子３１ｊとの間に配置されている。また、第３半導体スイッチング素子３１ｈは、第１半導体スイッチング素子３１ｆと、第２ダイオード素子３１ｋとの間に配置されている。
【００４８】
具体的には、第４半導体スイッチング素子３１ｉは、第２半導体スイッチング素子３１ｇのＸ１方向側に配置されている。また、第１半導体スイッチング素子３１ｆは、第３半導体スイッチング素子３１ｈのＸ２方向側に配置されている。また、第１ダイオード素子３１ｊは、第２半導体スイッチング素子３１ｇのＸ２方向側に配置されている。また、第２ダイオード素子３１ｋは、第３半導体スイッチング素子３１ｈのＸ１方向側に配置されている。
【００４９】
半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、第１半導体スイッチング素子３１ｆ、第２半導体スイッチング素子３１ｇ、第３半導体スイッチング素子３１ｈ、第４半導体スイッチング素子３１ｉ、第１ダイオード素子３１ｊ、および、第２ダイオード素子３１ｋの各々は、平面視において略矩形形状を有するモジュール７０〜７５の内部にそれぞれ収容されている。モジュール７０〜７３の各々には、半導体スイッチング素子（３１ｆ〜３１ｉ）に加えて、半導体スイッチング素子（３１ｆ〜３１ｉ）に並列に接続されているダイオード素子３１ｌ（図２（ｂ）参照）が収容されている。
【００５０】
第１半導体スイッチング素子３１ｆを収容するモジュール７０と、第１ダイオード素子３１ｊを収容するモジュール７４とは、Ｙ方向において隣接するように並んで配置されている。モジュール７０がＹ１方向側に配置され、モジュール７４がＹ２方向側に配置されている。また、第４半導体スイッチング素子３１ｉを収容するモジュール７３と、第２ダイオード素子３１ｋを収容するモジュール７５とは、Ｙ方向において隣接するように並んで配置されている。モジュール７５がＹ１方向側に配置され、モジュール７３がＹ２方向側に配置されている。
【００５１】
また、平面視において、モジュール７０およびモジュール７４は、各々のＸ２方向側の辺が面一になるように配置されている。また、平面視において、モジュール７３およびモジュール７５は、各々のＸ１方向側の辺が面一になるように配置されている。なお、平面視において、モジュール７１、モジュール７３、および、モジュール７４は、各々のＹ２方向側の辺が面一になるように配置されている。また、平面視において、モジュール７０、モジュール７２、および、モジュール７５は、各々のＹ１方向側の辺が面一になるように配置されている。
【００５２】
また、平面視において、モジュール７０のＸ１方向側の端部は、モジュール７４のＸ１方向側の辺に対してＸ１方向側に突出している。また、平面視において、モジュール７１のＸ２方向側の端部は、モジュール７２のＸ２方向側の辺に対してＸ２方向側に突出しているとともに、モジュール７２のＸ１方向側の端部は、モジュール７１のＸ１方向側の辺に対してＸ１方向側に突出している。また、平面視において、モジュール７３のＸ２方向側の端部は、モジュール７５のＸ２方向側の辺に対してＸ２方向側に突出している。
【００５３】
また、枕木方向（Ｙ方向）において、モジュール７１とモジュール７２、モジュール７０とモジュール７４、および、モジュール７３とモジュール７５の各々は、接触するように配置されている。また、進行方向（Ｘ方向）において、モジュール７１とモジュール７３とモジュール７４とは離間するように配置されている。また、進行方向（Ｘ方向）において、モジュール７０とモジュール７２とモジュール７５とは離間するように配置されている。
【００５４】
また、モジュール７０〜７３の各々のＸ方向の幅Ｗ１は、モジュール７４および７５の各々のＸ方向の幅Ｗ２よりも大きい。モジュール７０〜７５の各々のＹ方向の幅は、幅Ｗ３の大きさを有する。なお、幅Ｗ３は、幅Ｗ１よりも小さい。
【００５５】
図３および図４に示すように、電力変換装置１００は、第１半導体スイッチング素子３１ｆ、第２半導体スイッチング素子３１ｇ、第３半導体スイッチング素子３１ｈ、第４半導体スイッチング素子３１ｉ、第１ダイオード素子３１ｊ、および、第２ダイオード素子３１ｋの各々を、冷却部６０に取り付けるための複数のネジ８０を備える。なお、ネジ８０は、特許請求の範囲の「締結部材」の一例である。
【００５６】
具体的には、モジュール７０〜７５の各々には、ネジ８０を挿入するための挿入孔８１（図４参照）が複数設けられている。そして、挿入孔８１にネジ８０が挿入されることにより、ネジ８０が受熱部６１の表面６１ａに差し込まれ、モジュール７０〜７５が表面６１ａに固定される。
【００５７】
また、電力変換装置１００（図１参照）は、複数のヒートパイプ９０を備える。ヒートパイプ９０は、受熱部６１の温度を均一化する役割を有する。複数のヒートパイプ９０の各々は、進行方向（Ｘ方向）に沿って延びるように冷却部６０の受熱部６１の内部に設けられている。具体的には、１つの受熱部６１に対し、ヒートパイプ９０が４本設けられている。なお、図３では、簡略化のため、半導体素子群３１ａに対応する受熱部６１に設けられているヒートパイプ９０を図示していないが、実際には半導体素子群３１ａに対応する受熱部６１にも、半導体素子群３１ｂ〜３１ｅと同様にヒートパイプ９０は設けられている。
【００５８】
ヒートパイプ９０は、受熱部６１のＸ１方向側の端部近傍から、受熱部６１のＸ２方向側の端部近傍まで延びるように設けられている。
【００５９】
ここで、本実施形態では、複数のネジ８０は、ヒートパイプ９０が延びる方向である進行方向（Ｘ方向）に沿って並んで配置されている。すなわち、ヒートパイプ９０が延びる方向と、複数のネジ８０が並ぶ方向とは、略平行である。
【００６０】
具体的には、ネジ８０は、略矩形形状を有するモジュール７０〜７５の各々において、進行方向（Ｘ方向）に沿う２辺の各々に沿うように設けられている。すなわち、平面視において、Ｙ１方向側の辺、および、Ｙ２方向側の辺の各々に沿うように、ネジ８０が設けられている。モジュール７１、モジュール７３、および、モジュール７４の各々のＹ１方向側（Ｙ２方向側）の辺に設けられているネジ８０は、略直線状に配置されている。また、モジュール７０、モジュール７２、および、モジュール７５の各々のＹ１方向側（Ｙ２方向側）の辺に設けられているネジ８０は、略直線状に配置されている。なお、モジュール７０〜７３の各々においては、Ｙ１方向側の辺およびＹ２方向側の辺のそれぞれに４つずつネジ８０が設けられている。また、モジュール７４および７５の各々においては、Ｙ１方向側の辺およびＹ２方向側の辺のそれぞれに３つずつネジ８０が設けられている。
【００６１】
また、平面視において、モジュール７０〜７５の各々における、Ｙ１方向側の辺およびＹ２方向側の辺のそれぞれに設けられているネジ８０の間には、２本のヒートパイプ９０が配置されている。なお、この２本のヒートパイプ９０は、Ｙ方向において長さＬ１（図４参照）離間するように設けられている。
【００６２】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６３】
本実施形態では、上記のように、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅが、放熱フィン６２が設けられている表面６１ｂとは反対側の冷却部６０の表面６１ａ上において、放熱フィン６２とオーバーラップするように、枕木方向（Ｙ方向）に沿って並んで配列されている。そして、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈが、平面視において（Ｚ方向から見て）、オーバーラップする放熱フィン６２が互いに異なるように、枕木方向（Ｙ方向）において位置がずらされて配置されるように、電力変換装置１００を構成する。
【００６４】
ここで、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの各々は、第１半導体スイッチング素子３１ｆおよび第４半導体スイッチング素子３１ｉに比べて、スイッチングの頻度が大きいので、スイッチング損失が大きくなるのに起因して、発熱量が比較的大きくなる。そこで、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈを枕木方向（Ｙ方向）において位置をずらして配置することによって、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの各々を、高速鉄道車両１０の走行により発生するとともに進行方向（Ｘ方向）に流れる冷却風を用いて、互いに別個の放熱フィン６２により冷却することができる。これにより、共通の放熱フィン６２のみにより、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの両方を冷却する場合と異なり、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの各々の温度が高くなるのを抑制することができる。その結果、（第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの）放熱が十分に行われないことに起因して故障が発生するのを抑制することができる。その結果、高速鉄道車両１０の電力変換装置１００に起因する故障の発生を抑制することができる。
【００６５】
また、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅを枕木方向（Ｙ方向）に沿って並んで配列することによって、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅが進行方向（Ｘ方向）に沿って並んで配列されている場合と異なり、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの各々が、進行方向（Ｘ方向）に沿って並んで配列されることがない。その結果、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅが進行方向（Ｘ方向）に沿って並んで配列されている場合と異なり、第２半導体スイッチング素子３１ｇ同士、または、第３半導体スイッチング素子３１ｈ同士の熱の干渉を低減することができるので、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの各々の温度が高くなるのをさらに抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、上記のように、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、第２半導体スイッチング素子３１ｇと、第４半導体スイッチング素子３１ｉとが、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈと、第１半導体スイッチング素子３１ｆとが、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置されるように、電力変換装置１００を構成する。これにより、２つのスイッチング素子が進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置されるので、第２半導体スイッチング素子３１ｇまたは第３半導体スイッチング素子３１ｈのうちのいずれか一方と、第１半導体スイッチング素子３１ｆおよび第４半導体スイッチング素子３１ｉの両方とが、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置される場合（３つのスイッチング素子が列状に配置される場合）に比べて、上記（第２半導体スイッチング素子３１ｇまたは第３半導体スイッチング素子３１ｈのうちの）一方の素子の温度を、放熱フィン６２により効果的に冷却することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、上記のように、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、第２半導体スイッチング素子３１ｇと、第４半導体スイッチング素子３１ｉと、第１ダイオード素子３１ｊとが、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈと、第１半導体スイッチング素子３１ｆと、第２ダイオード素子３１ｋとが、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置されるように、電力変換装置１００を構成する。これにより、列ごとのスイッチング素子の数が揃う（両列とも３つのスイッチング素子が配置される）ので、第２半導体スイッチング素子３１ｇまたは第３半導体スイッチング素子３１ｈのうちのいずれか一方と、第１ダイオード素子３１ｊおよび第２ダイオード素子３１ｋの両方とが、進行方向（Ｘ方向）に沿って列状に配置される場合（４つのスイッチング素子が列状に配置される場合）に比べて、上記（第２半導体スイッチング素子３１ｇまたは第３半導体スイッチング素子３１ｈのうちの）一方の素子の温度を、放熱フィン６２によりさらに効果的に冷却することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、上記のように、複数の半導体素子群３１ａ〜３１ｅの各々において、進行方向（Ｘ方向）において、第２半導体スイッチング素子３１ｇが、第４半導体スイッチング素子３１ｉと、第１ダイオード素子３１ｊとの間に配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈが、第１半導体スイッチング素子３１ｆと、第２ダイオード素子３１ｋとの間に配置されるように、電力変換装置１００を構成する。
【００６９】
ここで、一般的に、鉄道車両は、往路と復路とで進行方向が反転する。このため、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈがそれぞれの（進行方向（Ｘ方向）に沿って延びる）列の端部に設けられている場合、鉄道車両の進行方向によっては、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈが列内の最後段に配置される状態になる。この場合、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈは、自身が配置されている列内の前段の２つの素子を冷却したことによって温度が上がった冷却風により冷却されるため、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの冷却が不十分になる場合がある。そこで、第２半導体スイッチング素子３１ｇが、第４半導体スイッチング素子３１ｉと、第１ダイオード素子３１ｊとの間に配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈが、第１半導体スイッチング素子３１ｆと、第２ダイオード素子３１ｋとの間に配置されることによって、鉄道車両の進行方向によらず、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈは、自身が配置されている列内の中段に配置されることになる。これにより、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈが、自身が配置されている列内の最後段に配置されることはないので、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの温度の最大値を比較的小さくすることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、上記のように、第１半導体素子群（半導体素子群３１ａおよび３１ｂ）において、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈが、平面視において（Ｚ方向から見て）、オーバーラップする放熱フィン６２が互いに異なるように、枕木方向（Ｙ方向）において位置がずらされて配置されるように、電力変換装置１００を構成する。これにより、第１半導体素子群（半導体素子群３１ａおよび３１ｂ）の第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの各々の温度が高くなるのを抑制することができる。
【００７１】
また、ここで、コンバータ部３１０は、高速鉄道車両１０の高速移動時において半導体素子の損失（発熱）が大きく、インバータ部３１１は、高速鉄道車両１０の低速移動時（発車直後または停止直前）において半導体素子の損失（発熱）が大きい。また、高速鉄道車両１０は、大部分の時間において高速移動を行っている。これにより、コンバータ部３１０を構成する第１半導体素子群（半導体素子群３１ａおよび３１ｂ）において、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈが、平面視において（Ｚ方向から見て）、オーバーラップする放熱フィン６２が互いに異なるように、枕木方向（Ｙ方向）において位置がずらされて配置されることは、第２半導体スイッチング素子３１ｇおよび第３半導体スイッチング素子３１ｈの各々の温度が高くなるのを抑制することにとって特に有効である。
【００７２】
また、本実施形態では、上記のように、進行方向（Ｘ方向）に沿って延びるように冷却部６０の受熱部６１の内部に設けられているヒートパイプ９０をさらに備え、複数のネジ８０が、ヒートパイプ９０が延びる方向である進行方向（Ｘ方向）に沿って並んで配置されるように、電力変換装置１００を構成する。これにより、複数のネジ８０が並んで配置されている方向に沿ってヒートパイプ９０が延びるので、ネジ８０とヒートパイプ９０とが受熱部６１の内部において干渉するのを抑制することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、上記のように、第１半導体スイッチング素子３１ｆ、第２半導体スイッチング素子３１ｇ、第３半導体スイッチング素子３１ｈ、および、第４半導体スイッチング素子３１ｉの各々が、平面視において（Ｚ方向から見て）略矩形形状を有するモジュール７０〜７３の内部にそれぞれ収容されている。そして、ネジ８０が、略矩形形状を有するモジュール７０〜７３の進行方向（Ｘ方向）に沿う２辺の各々に沿うように設けられるように、電力変換装置１００を構成する。これにより、平面視において（Ｚ方向から見て）、ネジ８０がモジュール７０〜７３の２辺の各々に沿って互いに平行に設けられるので、上記２辺に設けられたネジ８０の間にヒートパイプ９０を容易に配置することができる。
【００７４】
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００７５】
たとえば、上記実施形態では、冷却部の表面（６１ａ）に対して直交する方向（Ｚ方向）から見て、第２半導体スイッチング素子および第３スイッチング素子の各々にオーバーラップするフィン部分（放熱フィン６２）が互いに異なる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、冷却部の表面（６１ａ）に対して直交する方向（Ｚ方向）から見て、第２半導体スイッチング素子および第３スイッチング素子の各々にオーバーラップするフィン部分（放熱フィン６２）のうちの一部が共通であってもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、第２半導体スイッチング素子（モジュール７１）のＸ１方向側に第４半導体スイッチング素子（モジュール７３）が配置され、第２半導体スイッチング素子（モジュール７２）のＸ２方向側に第１ダイオード素子（モジュール７４）が配置され、第３半導体スイッチング素子（モジュール７２）のＸ１方向側に第２ダイオード素子（モジュール７５）が配置され、第３半導体スイッチング素子（モジュール７２）のＸ２方向側に第１半導体スイッチング素子（モジュール７０）が配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。
【００７７】
たとえば、図５に示すように、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）のＸ１方向側に第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）が配置され、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）のＸ２方向側に第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）が配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）のＸ１方向側に第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）が配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）のＸ２方向側に第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）が配置されていてもよい。この場合、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）および第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）がＹ方向において隣接するように配置され、第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）および第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）がＹ方向において隣接するように配置され、第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）および第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）がＹ方向において隣接するように配置されている。なお、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）は、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）に対してＹ２方向側に配置されている。
【００７８】
また、図６に示すように、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）のＸ２方向側に第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）が配置され、第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）のＸ２方向側に第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）が配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）のＸ２方向側に第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）が配置され、第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）のＸ２方向側に第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）が配置されていてもよい。この場合、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）および第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）がＹ方向において隣接するように配置され、第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）および第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）がＹ方向において隣接するように配置され、第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）および第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）がＹ方向において隣接するように配置されている。なお、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）は、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）に対してＹ２方向側に配置されている。
【００７９】
また、図７に示すように、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）のＸ１方向側に第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）が配置され、第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）のＸ１方向側に第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）が配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）のＸ２方向側に第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）が配置され、第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）のＸ２方向側に第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）が配置されていてもよい。この場合、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）および第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）がＹ方向において隣接するように配置され、第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）および第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）がＹ方向において隣接するように配置され、第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）および第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）がＹ方向において隣接するように配置されている。なお、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）は、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）に対してＹ２方向側に配置されている。
【００８０】
また、図８に示すように、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）のＸ１方向側に第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）が配置され、第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）のＸ１方向側に第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）が配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）のＸ１方向側に第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）が配置され、第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）のＸ１方向側に第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）が配置されていてもよい。この場合、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）および第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）がＹ方向において隣接するように配置され、第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）および第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）がＹ方向において隣接するように配置され、第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）および第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）がＹ方向において隣接するように配置されている。なお、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）は、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）に対してＹ２方向側に配置されている。
【００８１】
また、図９に示すように、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）のＸ１方向側に第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）が配置され、第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）のＸ１方向側に第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）が配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）のＸ２方向側に第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）が配置され、第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）のＸ２方向側に第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）が配置されていてもよい。この場合、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）および第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）がＹ方向において隣接するように配置され、第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）および第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）がＹ方向において隣接するように配置され、第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）および第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）がＹ方向において隣接するように配置されている。なお、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）は、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）に対してＹ２方向側に配置されている。
【００８２】
また、図１０に示すように、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）のＸ２方向側に第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）が配置され、第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）のＸ２方向側に第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）が配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）のＸ１方向側に第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）が配置され、第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）のＸ１方向側に第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）が配置されていてもよい。この場合、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）および第１半導体スイッチング素子３１ｆ（モジュール７０）がＹ方向において隣接するように配置され、第１ダイオード素子３１ｊ（モジュール７４）および第２ダイオード素子３１ｋ（モジュール７５）がＹ方向において隣接するように配置され、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）および第４半導体スイッチング素子３１ｉ（モジュール７３）がＹ方向において隣接するように配置されている。なお、第２半導体スイッチング素子３１ｇ（モジュール７１）は、第３半導体スイッチング素子３１ｈ（モジュール７２）に対してＹ１方向側に配置されている。
【００８３】
また、上記実施形態では、複数のモジュール（７０〜７５）の各々における、Ｙ１方向側の辺およびＹ２方向側の辺のそれぞれに設けられている締結部材（ネジ８０）の間に配置される２本のヒートパイプはＹ方向において離間している例を示したが、本発明はこれに限られない。図１１に示すように、上記２本のヒートパイプはＹ方向において離間していなくてもよい。また、図１２の示すように、複数のモジュール（７０〜７５）の各々における、Ｙ１方向側の辺およびＹ２方向側の辺のそれぞれに設けられている締結部材（ネジ８０）の間において、Ｙ方向において離間していない２本のヒートパイプからなるヒートパイプの組が２つ設けられていてもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、電力変換装置本体部は鉄道車両に用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。電力変換装置本体部は鉄道車両以外に用いられていてもよい。この場合、機器等によって冷却風を強制的にフィン部分（放熱フィン６２）に吹き付けるように構成されていてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、コンバータ部を構成する第１半導体素子群（半導体素子群３１ａおよび３１ｂ）、および、インバータ部を構成する第２半導体素子群（半導体素子群３１ｃ〜３１ｅ）の両方において、冷却部の表面に対して直交する方向から見て、オーバーラップするフィン部分（放熱フィン６２）が互いに異なるように第２半導体スイッチング素子と第３半導体スイッチング素子とが第２の方向（枕木方向）において位置がずらされている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、コンバータ部を構成する第１半導体素子群（半導体素子群３１ａおよび３１ｂ）においてのみ、第２半導体スイッチング素子と第３半導体スイッチング素子とが第２の方向（枕木方向）において位置がずらされていてもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、コンバータ部を構成する２つの半導体素子群（３１ａおよび３１ｂ）が隣接して並んで配置され、インバータ部を構成する３つの半導体素子群（３１ｃ〜３１ｅ）が隣接して並んで配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、コンバータ部を構成する半導体素子群と、インバータ部を構成する半導体素子群とが、第２の方向（枕木方向）において交互に並んで配置されていてもよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、複数の半導体素子群の各々に対応して、複数の冷却部が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の半導体素子群（３１ａ〜３１ｅ）に共通する１つの冷却部が設けられていてもよい。また、複数の半導体素子群（３１ａ〜３１ｅ）の各々において、第２半導体スイッチング素子が含まれる（第１の方向に沿って延びる）素子の列、および、第３半導体スイッチング素子が含まれる（第１の方向に沿って延びる）素子の列の各々に対応する２つの冷却部が設けられていてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、複数の半導体素子群の各々の下方には、６本のフィン部分（放熱フィン６２）が配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。複数の半導体素子群の各々の下方には、６本以外の本数の複数のフィン部分（放熱フィン６２）が配置されていてもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、第２の方向（枕木方向）において、モジュール７１とモジュール７２、モジュール７０とモジュール７４、および、モジュール７３とモジュール７５の各々において、２つのモジュールは接触するように配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。モジュール７１とモジュール７２、モジュール７０とモジュール７４、および、モジュール７３とモジュール７５の各々において、２つのモジュールが第２の方向（枕木方向）において離間していてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、第１の方向（進行方向）において、モジュール７１とモジュール７３とモジュール７４、および、モジュール７０とモジュール７２とモジュール７５の各々において、３つのモジュールが離間するように配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。モジュール７１とモジュール７３とモジュール７４、および、モジュール７０とモジュール７２とモジュール７５の各々において、３つのモジュールが接触していてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、複数のモジュールの各々が略矩形形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数のモジュールの各々が矩形形状以外の形状（たとえば円形形状）を有していてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態では、複数の半導体素子群の各々において、第２の方向（枕木方向）に沿って、２つの半導体素子が隣接して並んで配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２の方向（枕木方向）に沿って、３つ以上の半導体素子が隣接して並んで配置されていてもよい。
【００９３】
また、上記実施形態では、複数の半導体素子群の各々が配置される冷却部において、ヒートパイプが、Ｘ１方向側の端部近傍からＸ２方向側の端部近傍まで延びるように配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ヒートパイプが、Ｘ方向において、複数個に分割されていてもよい。
【００９４】
また、上記実施形態では、締結部材がネジである例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、締結部材がネジ以外の部材であってもよい。
【００９５】
また、上記実施形態では、第１半導体スイッチング素子、第２半導体スイッチング素子、第３半導体スイッチング素子、第４半導体スイッチング素子、第１ダイオード素子、および、第２ダイオード素子の配置が、複数の半導体素子群の各々の間で同一である例を示したが、本発明はこれに限られない。上記６つの半導体素子の配置が、複数の半導体素子群の各々の間で互いに異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１０  高速鉄道車両（鉄道車両）
３０  電力変換装置本体部
３１ａ、３１ｂ  半導体素子群（第１半導体素子群）
３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ  半導体素子群（第２半導体素子群）
３１ｆ  第１半導体スイッチング素子
３１ｇ  第２半導体スイッチング素子
３１ｈ  第３半導体スイッチング素子
３１ｉ  第４半導体スイッチング素子
３１ｊ  第１ダイオード素子
３１ｋ  第２ダイオード素子
６０  冷却部
６１  受熱部（基台）
６１ａ  表面（フィン部分が設けられている表面とは反対側の冷却部の表面）
６１ｂ  表面（フィン部分が設けられている表面）
６２  放熱フィン（フィン部分）
７０、７１、７２、７３、７４、７５  モジュール
８０  ネジ（締結部材）
９０  ヒートパイプ
１００  電力変換装置（鉄道車両用電力変換装置）
３１０  コンバータ部
３１１  インバータ部
Ａ  接続点（第１半導体スイッチング素子と第２半導体スイッチング素子との接続点）
Ｂ  接続点（第３半導体スイッチング素子と第４半導体スイッチング素子との接続点）
Ｘ方向  進行方向（第１の方向）
Ｙ方向  枕木方向（第２の方向）
【図１】
2019092302.tif 000003
【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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