(57)【要約】【課題】発熱部で発生する熱を効率良く放熱部に伝えて、冷却性能を向上することができると共に、発熱部の着脱操作性についても向上すること。【解決手段】仕切り板１５Ａ〜１５Ｄによって冷却風洞１６と設置室１７とが仕切られた箱体１０と、設置室内に配置され、電力変換を行う半導体素子２３を有する発熱部２０Ａと、仕切り板に取り付けられて冷却風洞内に配置されると共に、発熱部で発生する熱を放熱する放熱部２０Ｂと、を備え、発熱部は、放熱部に対して仕切り板を挟んだ反対側に配置された状態で、放熱部に対して着脱自在に取り付けられ、発熱部と放熱部との間には、熱伝導シート２４が設けられている車両用電力変換装置３を提供する。【選択図】図２
2015050257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕切り板によって冷却風洞と設置室とが仕切られた箱体と、
前記設置室内に配置され、電力変換を行う半導体素子を有する発熱部と、
前記仕切り板に取り付けられて前記冷却風洞内に配置されると共に、前記発熱部で発生する熱を放熱する放熱部と、を備え、
前記発熱部は、前記放熱部に対して前記仕切り板を挟んだ反対側に配置された状態で、前記放熱部に対して着脱自在に取り付けられ、
前記発熱部と前記放熱部との間には、熱伝導シートが設けられている車両用電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電力変換装置において、
前記発熱部は、前記熱伝導シートを間に挟みながら、前記仕切り板に形成された取付開口部を通じて前記放熱部に対して直接取り付けられている車両用電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置において、
前記熱伝導シートは、平面方向よりも厚さ方向に高い熱伝導性を有している車両用電力変換装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置において、
前記熱伝導シートは、非粘着層を前記発熱部側に有している車両用電力変換装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置において、
前記仕切り板は、前記冷却風洞と前記設置室とを上下に仕切る底壁部とされ、
前記箱体における側壁部には、前記発熱部を前記仕切り板に沿って移動させながら出し入れ可能とさせる開口部が形成されている車両用電力変換装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置において、
前記放熱部は、複数の冷却フィンを備え、
前記冷却フィンは、前記冷却風洞の風洞入口から風洞出口に向かう方向に沿って配置されている車両用電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の車両用電力変換装置において、
前記箱体は、前記風洞入口と前記風洞出口とが車両の前後方向に沿って並ぶように配置されている車両用電力変換装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置において、
前記放熱部は、前記風洞入口に配置され、外気を取り込むファンを備えている車両用電力変換装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置と、
前記箱体が床下に取り付けられた車体と、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、車両用電力変換装置及び鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な鉄道車両には、該鉄道車両における駆動用主電動機の制御等を行う装置として、車両用電力変換装置が例えば車体床下に設けられている。
従来、車両用電力変換装置は、車体の床下に取り付けられ、内部が密閉空間とされた制御箱と、この制御箱の内部に収容されたパワーユニット部（半導体素子のスイッチング動作を利用して電力変換を行うユニット）と、制御箱の外部に開放された状態で制御箱に取り付けられ、パワーユニット部で生じた熱を放熱する放熱部と、を備えている。パワーユニット部と放熱部との間にはパッキンが介在されており、制御箱内の密閉状態を維持している。
【０００３】
しかしながら、従来の車両用電力変換装置では、パッキンを用いる構造であるため、全体の構造が複雑化し易くなってしまう。また、制御箱よりも外側に放熱部が大きく突出してしまうので、予め決められている艤装スペースに注意を要してしまう。そこで、熱を多く発生し易い半導体素子を、受熱板を介して制御箱に直接取り付け、該制御箱の放熱面積を利用することで熱を効率良く放熱して冷却を行う方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３８９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、制御箱に対して直接受熱板を取り付けたとしても、表面の凹凸や撓み等によって両者を密着させることが難しく、両者の間に隙間が生じ易かった。そのため、隙間によって熱抵抗が大きくなってしまい、半導体素子で発生した熱を、受熱板を介して制御箱に効率良く伝えることができず、制御箱の放熱面積を十分に生かした冷却を行うことが難しい。
また、受熱板にはフィン等を有する放熱部が一体形成されている場合があり、この場合には、半導体素子が取り付けられた受熱板を、放熱部と共に制御箱に直接取り付けている。そのため、例えばメンテナンス等で半導体素子を制御箱から取り外す場合、受熱板だけでなく放熱部も同時に取り外す必要があるので、着脱操作性に改善の余地がある。
【０００６】
上記を鑑みて各実施形態が解決する課題は、発熱部で発生する熱を効率良く放熱部に伝えて、冷却性能を向上することができると共に、発熱部の着脱操作性についても向上することができる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】
【０００７】
実施形態における車両用電力変換装置は、仕切り板によって冷却風洞と設置室とが仕切られた箱体と、前記設置室内に配置され、電力変換を行う半導体素子を有する発熱部と、前記仕切り板に取り付けられて前記冷却風洞内に配置されると共に、前記発熱部で発生する熱を放熱する放熱部と、を備え、前記発熱部は、前記放熱部に対して前記仕切り板を挟んだ反対側に配置された状態で、前記放熱部に対して着脱自在に取り付けられ、前記発熱部と前記放熱部との間には、熱伝導シートが設けられている。
【０００８】
実施形態における鉄道車両は、前記車両用電力変換装置と、前記箱体が床下に取り付けられた車体と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態における鉄道車両を示す図である。
【図２】図１に示す車両用電力変換装置の構成図であって、鉄道車両の左側側から見た状態における斜視図である。
【図３】図２に示す冷却風洞周辺を拡大した斜視図である。
【図４】図３に示すパワーユニットを仕切り板に取り付ける前の状態を示す分解斜視図である。
【図５】図３に示すＡ−Ａ断面図である。
【図６】図３に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図７】第１の実施形態の変形例を示す図であって、パワーユニットを仕切り板に取り付ける前の状態を示す分解斜視図である。
【図８】第２の実施形態における車両用電力変換装置を、鉄道車両の左側側から見た状態における斜視図である。
【図９】図８に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】第３の実施形態における車両用電力変換装置を、鉄道車両の左側側から見た状態における斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
〔鉄道車両の構成〕
図１に示すように、本実施形態の鉄道車両１は、車体２と、この車体２の床下に設置された車両用電力変換装置３と、を備えている。
車両用電力変換装置３は、架線４からパンタグラフ５を介して供給された直流電力、又は図示しない電力供給源から供給された直流電力を交流電力に変換し、例えば左右の車輪６が軸支された台車７に取り付けられている車両用主電動機８や、鉄道車両１における図示しない各電気装備品（空調機等）に交流電力を供給する装置とされている。また、車輪６は図示しない地面に設置されている線路上を走行する。
【００１１】
なお、本実施形態では、車体２の前方及び後方を結ぶ方向を「前後方向Ｌ１」、車体２の車幅方向を「左右方向Ｌ２」、車体２の高さ方向を「上下方向Ｌ３」という。
【００１２】
〔車両用電力変換装置の構成〕
図２に示すように、車両用電力変換装置３は、車体２の床下に取り付けられた箱体（制御箱）１０と、箱体１０の内部に収容されたパワーユニット２０、フィルタコンデンサ２１及びゲートアンプ２２と、を備えている。
【００１３】
（箱体）
上記箱体１０は、車体２の床下側に向いた天壁部１１と、図示しない線路側に向いた底壁部１２と、前後方向Ｌ１及び左右方向Ｌ２に向いた４つの側壁部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄと、を備え、これら各壁部（天壁部１１、底壁部１２、側壁部１３Ａ〜１３Ｄ）によって直方体状に囲まれた金属製ボックスとされている。
【００１４】
この箱体１０は、天壁部１１に取り付けられた複数の取付け片１４を介して車体２の床下に吊り下がるように取り付けられている。具体的には、鉄道車両１を前方から見たときに、箱体１０は例えば車体２の左側寄りの床下において、図示しない艤装限界内に収まるように取り付けられている。
なお、取付け片１４は、天壁部１１における四隅から左右方向Ｌ２の外側に向けて突出するように形成されている。但し、箱体１０の取り付け位置や取付け片１４の個数等は、上記の場合に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。
【００１５】
また、箱体１０は、上下方向Ｌ３に延びる４つの仕切り板１５Ａ〜１５Ｄによって、冷却風洞１６と設置室１７とに仕切られている。
仕切り板１５Ａ、１５Ｂは、前後方向Ｌ１に向いており、箱体１０における側壁部１３Ａ、１３Ｂに対して間隔をあけてそれぞれ対向している。仕切り板１５Ｃは、箱体１０における側壁部１３Ｃに接している。仕切り板１５Ｄは、左車側Ｌに向いており、箱体１０における側壁部１３Ｄに対して間隔をあけて対向している。
そして、これら４つの仕切り板１５Ａ〜１５Ｄで囲まれた内部空間が冷却風洞１６とされている。そのため、図示の例では、冷却風洞１６は箱体１０における前後方向Ｌ１の中央部であって、且つ車体２の車幅中心寄りに配置され、箱体１０を上下方向Ｌ３に貫くように形成されている。但し、冷却風洞１６の位置は上記位置に限定されるものではない。
【００１６】
箱体１０を上下方向Ｌ３に貫くように冷却風洞１６が形成されているので、該冷却風洞１６は天壁部１１及び底壁部１２にそれぞれ開口している。このうち、底壁部１２側に開口している部分が風洞入口１６Ａとされ、天壁部１１側に開口している部分が風洞出口１６Ｂとされている。この冷却風洞１６内には、上記パワーユニット２０における放熱部２０Ｂが収容されている。
【００１７】
箱体１０の内部のうち、上記冷却風洞１６を除く部分が上記設置室１７とされている。この設置室１７内には、上記パワーユニット２０における発熱部２０Ａが収容されていると共に、上記フィルタコンデンサ２１、上記ゲートアンプ２２、及びその他の図示しない各種の電力変換機器が収容されている。
【００１８】
また、車体２の左車側Ｌを向く箱体１０の側壁部１３Ｄには、設置室１７内に収容されている発熱部２０Ａを出し入れする開口部１８が形成されている。なお、通常時、この開口部１８は図示しないカバーによって閉塞されている。
【００１９】
（パワーユニット）
上記パワーユニット２０は、図２〜図４に示すように、設置室１７内に配置され、電力変換を行う半導体素子２３を有する発熱部２０Ａと、上記仕切り板１５Ｄに取り付けられて冷却風洞１６内に配置されると共に、発熱部２０Ａで発生する熱を放熱する放熱部２０Ｂと、発熱部２０Ａと放熱部２０Ｂとの間に設けられた熱伝導シート２４と、を備えている。
【００２０】
（放熱部）  
放熱部２０Ｂについて詳細に説明する。
図３及び図４に示すように、放熱部２０Ｂは、放熱板２５と、この放熱板２５に一体的に形成された複数の冷却フィン２６とを備えている。
放熱板２５は、熱導電性に優れた金属材料（例えばアルミ等）により、前後方向Ｌ１よりも上下方向Ｌ３に長い側面視矩形状に形成されている。放熱板２５の四隅には、仕切り板１５Ｄに形成された４つの第１ねじ孔２７に対応するように、第１ねじ溝２８がそれぞれ形成されている。そして、この放熱板２５は、冷却風洞１６側から仕切り板１５Ｄに対して重ねられ、第１ねじ孔２７を通じて第１ねじ溝２８に螺着された第１固定ねじ（ボルト）２９により、該仕切り板１５Ｄに固定されている。
なお、放熱板２５には、上記４つの第１ねじ溝２８よりも内側に位置する部分に、発熱部２０Ａを固定するための４つの第２ねじ溝３０が形成されている。
【００２１】
冷却フィン２６は、熱導電性に優れた金属材料（例えばアルミ等）により、上下方向Ｌ３に沿って（冷却風洞１６の風洞入口１６Ａから風洞出口１６Ｂに向かう方向に沿って）配置された板状フィンであり、風洞入口１６Ａから風洞出口１６Ｂに亘る長さとされている。これら冷却フィン２６は、前後方向Ｌ１に隙間をあけて平行に配置されている。
なお、複数の冷却フィン２６は、放熱板２５に対して加締め結合やろう付け結合等で一体的に取り付けられていても良いし、その他の方法で一体的に取り付けられていても構わない。
【００２２】
（発熱部）
発熱部２０Ａは、上記放熱部２０Ｂに対して仕切り板１５Ｄを挟んだ反対側に配置された状態で、放熱部２０Ｂに対して着脱自在に取り付けられている。図示の例では、発熱部２０Ａは、熱伝導シート２４を間に挟みながら、仕切り板１５Ｄに形成された取付開口部３１を通じて放熱部２０Ｂに対して直接取り付けられている。
【００２３】
詳細に説明する。
発熱部２０Ａは、図３〜図６に示すように、受熱板（パワーユニットブロック）３５と、この受熱板３５に取り付けられた複数の半導体素子２３と、これら複数の半導体素子２３に対して重ねられ、各半導体素子２３の図示しない端子部に導通することで所定の電力変換回路パターンを形成させる導体３６と、この導体３６に対して重ねられた２つの平滑コンデンサ３７と、これら平滑コンデンサ３７に対してさらに重ねられたゲート基板３８と、を有するユニットである。
なお、図５及び図６以外の各図では、発熱部２０Ａの図示を簡略化している。
【００２４】
受熱板３５は、放熱板２５と同様に、熱導電性に優れた金属材料（例えばアルミ等）により形成された板状プレートであり、前後方向Ｌ１よりも上下方向Ｌ３に長い側面視矩形状に形成されている。受熱板３５の四隅には、受熱板３５に形成された４つの第２ねじ溝３０に対応するように、第２ねじ孔４０がそれぞれ形成されている。
そして、この受熱板３５は、設置室１７側から仕切り板１５Ｄに形成された取付開口部３１を通じて、熱伝導シート２４を間に挟んだ状態で放熱板２５に対して重ねられ、第２ねじ孔４０を通じて第２ねじ溝３０に螺着された第２固定ねじ（ボルト）４１により、該放熱板２５に直接固定されている。
【００２５】
発熱部２０Ａを構成する上記各構成品のうち、半導体素子２３はゲートアンプ２２のターンオン／ターンオフによってスイッチングされることで電力変換を行う部品である。
なお、図示の例では、半導体素子２３は前後方向Ｌ１に間隔をあけて２つ並び、且つ上下方向Ｌ３に間隔をあけて２つ並んだ状態で受熱板３５に合計４つ取り付けられている。但し、半導体素子２３の数は、この場合に限定されるものではない。また、半導体素子２３以外の構成品については、上述した場合に限定されるものではなく、必要に応じて他部品を組み込んで構成しても良い。
【００２６】
なお、パワーユニット２０における発熱部２０Ａは、半導体素子２３が上記スイッチングによる電力変換時に電力損失に起因する熱を発生するため、設置室１７内に収容されているゲートアンプ２２やフィルタコンデンサ２１よりも温度が高くなる傾向にある。従って、ゲートアンプ２２やフィルタコンデンサ２１から発生する熱を放熱させることよりも、パワーユニット２０における発熱部２０Ａから発生する熱を放熱させることの方がその重要性が高い。
【００２７】
また、受熱板３５には、半導体素子２３よりも前後方向Ｌ１の外側に位置する部分に、一対のフレーム板４２が取り付けられている。この一対のフレーム板４２は、側面視台形状に形成され、上記した各構成品を間に挟むように受熱板３５に立設されている。そして一対のフレーム板４２の頂上部には、取手４２ａがそれぞれ取り付けられている。これにより、取手４２ａを利用して、発熱部２０Ａを容易に着脱操作したり、持ち運びしたりすることが可能とされている。
【００２８】
なお、仕切り板１５Ｄに形成された上記取付開口部３１は、受熱板３５の外形サイズよりも大きく、且つ放熱板２５の外形サイズよりも小さい側面視矩形状に形成されている。これにより、取付開口部３１を通じて設置室１７内と冷却風洞１６内とが連通することを防止しながら、受熱板３５を介して発熱部２０Ａを放熱部２０Ｂに直接固定することが可能とされている。
【００２９】
また、取付開口部３１の開口周縁は、シール材４３によって全周に亘りシーリングされている。これにより、取付開口部３１における開口周縁と放熱板２５との間の隙間が確実にシールされ、取付開口部３１を通じた設置室１７内と冷却風洞１６内との連通がより一層防止されている。なお、図４では、シール材４３の図示を省略している。
【００３０】
（熱伝導シート）
上記熱伝導シート２４は、図４に示すように、金属フィラー等の図示しない熱伝導体が内部に配合されることで高い熱伝導性を有すると共に、柔軟性及び密着性にも優れたシートとされている。しかも、熱伝導シート２４は、上記熱伝導体が厚さ方向に配向されており、平面方向よりも厚さ方向に高い熱伝導性を有している。
【００３１】
この熱伝導シート２４は、受熱板３５と同程度のサイズとされた側面視矩形状に形成されており、受熱板３５の全面に亘って接触している。また、熱伝導シート２４は、シート本体２４ａと、非粘着層（例えばアルミからなる層）２４ｂと、で２層に構成されており、非粘着層２４ｂが発熱部２０Ａ側に配置されている。シート本体２４ａは、若干の粘着性を有しており、放熱板２５に接着により仮固定することが可能とされている。
なお、図示の例では、熱伝導シート２４の四隅は、円弧状に切り欠かれており、非粘着層２４ｂと第２固定ねじ４１との接触（導通）が防止されている。
【００３２】
（フィルタコンデンサ及びゲートアンプ）
フィルタコンデンサ２１及びゲートアンプ２２は、図２及び図３に示すように、図示しないねじ等の締結手段によって、仕切り板１５Ａ、１５Ｂに対してそれぞれ直接取り付けられ、冷却風洞１６を挟んだ前後方向Ｌ１に並んで配置されていることで、設置室１７内に収容されている。その際、これらフィルタコンデンサ２１及びゲートアンプ２２は、パワーユニット２０の半導体素子２３に対して電気接続されている。
但し、フィルタコンデンサ２１及びゲートアンプ２２の取付位置は、上記位置に限定されるものではなく、設置室１７内であれば適宜変更して構わない。なお、設置室１７内には、上記したパワーユニット２０における発熱部２０Ａ、フィルタコンデンサ２１及びゲートアンプ２２以外に、電力変換に必要な各種の機器を設置しても構わない。
【００３３】
〔作用効果〕
次に、上述したように構成された車両用電力変換装置３の作用について説明する。
架線４又は図示しない電力供給源から車両用電力変換装置３に直流電力が供給されると、この直流電力はパワーユニット２０への突入電流を防止するために、図２に示すフィルタコンデンサ２１に十分に充電された後、パワーユニット２０における半導体素子２３に供給される。すると、半導体素子２３は、ゲートアンプ２２からのターンオン／ターンオフによってスイッチングを行い、直流電力から交流電力への電力変換を行う。これにより、鉄道車両１の運行に必要な電力が確保される。
【００３４】
上記電力変換の際に半導体素子２３から発生した熱は、受熱板３５、熱伝導シート２４、放熱板２５及び冷却フィン２６の順に、冷却風洞１６内に配置されている放熱部２０Ｂに伝えることができ、該放熱部２０Ｂがその熱を冷却風洞１６内の外気に放熱する。これにより、冷却風洞１６内の外気が暖められ、風洞入口１６Ａから風洞出口１６Ｂに向かって流れる自然対流が引き起こされる。
従って、発熱部２０Ａから伝わってきた熱を、風洞入口１６Ａから冷却風洞１６内に常に流れ込んでくる外気に放熱することができ、該放熱による熱交換により発熱部２０Ａを冷却することができる。この際、放熱部２０Ｂが複数の冷却フィン２６を備えているので、冷却風洞１６内を流れる外気との間の熱交換をスムーズに行うことができ、放熱性を高めて発熱部２０Ａを速やかに冷却することができる。
【００３５】
特に、発熱部２０Ａと放熱部２０Ｂとの間には熱伝導シート２４が設けられているので、発熱部２０Ａにおける半導体素子２３から発生した熱を抵抗少なく放熱部２０Ｂに効率良く伝えることができる。しかも、熱伝導シート２４は、受熱板３５と放熱板２５との間に挟まれているので、受熱板３５及び放熱板２５の微小な表面凹凸や撓み部分等を自身の柔軟性（弾性）を利用して吸収でき、受熱板３５及び放熱板２５に対して隙間なく密着する。従って、発熱部２０Ａから放熱部２０Ｂに対して非常に効率良く熱を伝えることができる。そのため、優れた冷却性能を発揮することができ、発熱部２０Ａ及び設置室１７内の温度上昇を防止することができる。
【００３６】
なお、受熱板３５と放熱板２５との間に熱伝導シート２４が挟まれて該熱伝導シート２４が両者に密着しているので、受熱板３５はがたつき少なく非常に安定した状態で取り付けられている。そのため、受熱板３５の四隅に配置されている４本の第２固定ねじ４１を利用して、発熱部２０Ａを十分に安定して固定することが可能とされている。
【００３７】
また、本実施形態では、受熱板３５が熱伝導シート２４を間に挟んで放熱板２５に対して直接取り付けられていると共に、熱伝導シート２４が平面方向よりも厚さ方向に高い熱伝導性を有している。これらのことから、発熱部２０Ａで発生した熱を一層効率良く放熱部２０Ｂに伝えることができ高い冷却性能を期待できる。
【００３８】
さらに、仕切り板１５Ｄによって互いに仕切られた設置室１７内と冷却風洞１６内とに、それぞれ発熱部２０Ａと放熱部２０Ｂとが配置されているので、パッキンレス構造で設置室１７内を密閉状態にすることが可能である。そのため、防水性を向上することができると共に、パッキンレス構造による全体構成の簡略化を図ることができる。
【００３９】
また、仕切り板１５Ｄに取り付けられている放熱部２０Ｂに対して、発熱部２０Ａが第２固定ねじ４１を利用して着脱自在に取り付けられているので、放熱部２０Ｂをそのままに発熱部２０Ａだけを容易に着脱することができ、開口部１８を通じて箱体１０から出し入れすることができる。従って、発熱部２０Ａの着脱操作性を向上することができ、例えば発熱部２０Ａのメンテナンス作業等をスムーズに行うことができる。
また、パワーユニット２０は、発熱部２０Ａと放熱部２０Ｂとが分離可能な構造であるので、それぞれを個別に設計することができ、パワーユニット２０における構成の簡略化及び小型化を図ることが可能である。
【００４０】
さらに、熱伝導シート２４が非粘着層２４ｂを具備しているので、発熱部２０Ａを取り外す際、熱伝導シート２４と受熱板３５とを容易に離間させることができる。そのため、着脱操作性をさらに向上することができる。また、発熱部２０Ａの着脱に伴って、例えば熱伝導シート２４に剥がれや破れ等が生じ難いので、熱伝導シート２４を無駄に交換することなく使用し続けることができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、パワーユニット２０の発熱部２０Ａで発生する熱を効率良く放熱部２０Ｂに伝えることができ、優れた冷却性能を発揮させて、発熱部２０Ａ及び設置室１７内の温度上昇を効果的に防止することができると共に、発熱部２０Ａの着脱操作性についても向上することができる。
そして、このような作用効果を奏する車両用電力変換装置３を具備しているので、電力供給が安定的になされ、走行性能に優れた鉄道車両１とすることができる。
【００４２】
〔第１の実施形態の変形例〕
上述した第１の実施形態では、発熱部２０Ａを、熱伝導シート２４を間に挟みながら仕切り板１５Ｄに形成された取付開口部３１を通じて放熱部２０Ｂに対して直接取り付けたが、この場合に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、仕切り板１５Ｄに取付開口部３１を形成せず、該仕切り板１５Ｄを間に挟んで発熱部２０Ａを放熱部２０Ｂに取り付けても構わない。
【００４３】
この場合、熱伝導シート２４は、放熱板２５ではなく、発熱部２０Ａにおける受熱板３５と仕切り板１５Ｄとの間に挟まれるように、仕切り板１５Ｄにおける発熱部２０Ａ側に配置されている。また、仕切り板１５Ｄには、放熱板２５に形成された第２ねじ溝３０に対応する位置に、第３ねじ孔５０が形成されている。
そして、受熱板３５は、設置室１７側から熱伝導シート２４を間に挟んだ状態で仕切り板１５Ｄに対して重ねられ、第２ねじ孔４０及び第３ねじ孔５０を通じて第２ねじ溝３０に螺着された第２固定ねじ４１により、該仕切り板１５Ｄを挟んで放熱部２０Ｂに固定されている。
【００４４】
このように構成された場合であっても、半導体素子２３で発生した熱を、受熱板３５、熱伝導シート２４、仕切り板１５Ｄ及び放熱板２５の順に放熱部２０Ｂ側に伝えることができるので、上記第１の実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
特に、仕切り板１５Ｄに伝わった熱を放熱板２５だけでなく、残りの仕切り板１５Ａ〜１５Ｃにも熱を伝えることができ、仕切り板１５Ａ〜１５Ｄ全体の面積を利用しで放熱できるので、優れた冷却性能を期待することができる。
但し、第１の実施形態では、熱伝導シート２４を介して受熱板３５から放熱板２５に直接熱を伝えることができるので、より好ましい。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では、仕切り板１５Ｄによって箱体１０を上下方向Ｌ３に貫くように冷却風洞１６を配置したが、第２の実施形態では、冷却風洞１６が箱体１０を前後方向Ｌ１に貫くように配置されている点である。
なお、この第２の実施形態においては、第１の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４６】
〔車両用電力変換装置の構成〕
図８及び図９に示すように、本実施形態の車両用電力変換装置６０では、箱体１０における底壁部６１が仕切り板とされ、冷却風洞１６と設置室１７とを上下に仕切っている。そのため、本実施形態の冷却風洞１６は、設置室１７の下方に配置された外部風洞タイプとされている。
風洞入口１６Ａは、車体２の後方側を向き、風洞出口１６Ｂは車体２の前方側を向いている。よって、冷却風洞１６は、風洞入口１６Ａと風洞出口１６Ｂとが前後方向Ｌ１に沿って並ぶように形成されている。
【００４７】
パワーユニット２０は、第１の実施形態における仕切り板１５Ｄに代わって、底壁部６１に取り付けられている点が第１の実施形態と異なるだけであるので、簡単に説明する。
図９に示すように、パワーユニット２０の放熱部２０Ｂは、冷却風洞１６側（下方側）から底壁部６１に対して第１固定ねじ２９により取り付けられている。パワーユニット２０の発熱部２０Ａは、設置室１７側（上方側）から底壁部６１に形成された取付開口部３１を通じて、熱伝導シート２４を間に挟んだ状態で放熱板２５に対して重ねられ、第２固定ねじ４１により放熱板２５に直接固定されている。
【００４８】
また、フィルタコンデンサ２１及びゲートアンプ２２についても、図示しないねじ等の締結手段によって、底壁部６１にそれぞれ直接取り付けられることで、設置室１７内に収容されている。但し、この場合に限定されるものではなく、設置室１７内であればその位置に取り付けられていても構わない。
【００４９】
また、箱体１０に形成された開口部１８は、発熱部２０Ａを底壁部６１に沿って移動させながら出し入れ可能となる位置に形成されており、その大きさは、発熱部２０Ａの上面よりも断面積の小さい側面に対応した大きさとされている。なお、通常時、開口部１８はカバー６２によって閉塞されている。
【００５０】
〔作用効果〕
本実施形態の車両用電力変換装置６０によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏功することができることに加え、以下の作用効果を奏功できる。
冷却風洞１６が前後方向Ｌ１に沿って配置されているので、鉄道車両１の走行に伴って、走行風を冷却風洞１６内に入れることができる。従って、冷却フィン２６との熱交換によって温度が上昇した外気を、冷却風洞１６から速やかに排出することができるうえ、大量の外気を冷却風洞１６内に取り込んで積極的な放熱を促すことができる。従って、冷却性能をさらに高めることができる。
【００５１】
また、発熱部２０Ａを取り外す際、底壁部６１上を例えば滑らすように移動させながら、開口部１８を通じて箱体１０から引き出すことができるので、発熱部２０Ａを持ち上げる必要がない。従って、例えば発熱部２０Ａが大きく且つ重い場合であっても、容易に取り外すことができ、作業者への負担を軽減することができる。従って、発熱部２０Ａの着脱操作性をより一層向上することができる。
しかも、左車側Ｌを向く側壁部１３Ｄに開口部１８が形成されているので、発熱部２０Ａの着脱操作を非常に簡便に行うことができる。また、断面積の小さい側面側を手前にしながら発熱部２０Ａを引き出すことができるので、開口部１８のサイズ（間口）を第１の実施形態よりも小さくすることができる。
【００５２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。
第２の実施形態との異なる点は、第２の実施形態では、走行風を冷却風洞１６内に取り込んだが、第３の実施形態では、ファンを利用して冷却風洞１６内に強制的に外気を取り込む点である。
なお、この第３の実施形態においては、第２の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００５３】
〔車両用電力変換装置の構成〕
図１０に示すように、本実施形態の車両用電力変換装置７０では、箱体１０が冷却フィン２６の周囲を囲む風洞壁部７１を有しており、これら風洞壁部７１と底壁部６１とで囲まれた内部空間が冷却風洞１６とされている。そして、風洞壁部７１のうち風洞入口１６Ａに位置する部分には、外部を冷却風洞１６内に取り込むファン７２が設けられている。図示の例では、左右方向Ｌ２に間隔をあけて２つのファン７２が設けられている。また、風洞壁部７１のうち風洞出口１６Ｂに位置する部分には、外気を冷却風洞１６から排出するための排出口７３が形成されている。
【００５４】
〔作用効果〕
本実施形態の車両用電力変換装置７０によれば、ファン７２を作動させることで、冷却風洞１６内に一定量の外気を強制的に取り込むことができるので、外気の滞留を防止しながら安定的な放熱を行うことができる。特に、強制風冷であるので、鉄道車両１の速度に影響を受け難いうえ、停車中であっても外気を取り込んで冷却を行えるので、安定した冷却性能を確保することができる。
【００５５】
以上、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共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。
【００５６】
例えば、各実施形態では、熱伝導シートとして、平面方向よりも厚さ方向に高い熱伝導性を有し、且つ非粘着層を有する２層構造のものを採用したが、この場合に限定されるものではない。非粘着層を有していなくても構わないし、熱伝導の配向性が厚さ方向でなくても良い。いずれにしても、発熱部で発生する熱を放熱部に伝える熱伝導シートであれば良い。
【符号の説明】
【００５７】
Ｌ…左車側
Ｌ１…前後方向
Ｌ２…左右方向
Ｌ３…上下方向
１…鉄道車両
２…車体
３、６０、７０…車両用電力変換装置
４…架線
５…パンタグラフ
６…車輪
７…台車
８…車両用主電動機
１０…箱体（制御箱）
１１…天壁部
１２…底壁部
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ…側壁部
１４…取付け片
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ…仕切り板
１６…冷却風洞
１６Ａ…風洞入口
１６Ｂ…風洞出口
１７…設置室
１８…開口部
２０…パワーユニット
２０Ａ…発熱部
２０Ｂ…放熱部
２１…フィルタコンデンサ
２２…ゲートアンプ
２３…半導体素子
２４…熱伝導シート
２４ａ…シート本体
２４ｂ…非粘着層
２５…放熱板
２６…冷却フィン
２７…第１ねじ孔
２８…第１ねじ溝
２９…第１固定ねじ（ボルト）
３０…第２ねじ溝
３１…取付開口部
３５…受熱板（パワーユニットブロック）
３６…導体
３７…平滑コンデンサ
３８…ゲート基板
４０…第２ねじ孔
４１…第２固定ねじ（ボルト）
４２…フレーム板
４２ａ…取手
４３…シール材
５０…第３ねじ孔
６１…底壁部（仕切り板）
６２…カバー
７１…風洞壁部
７２…ファン
７３…排出口
【図１】
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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２】
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