(57)【要約】【課題】本発明の目的は、冷却効率を向上させた車両用電力変換装置を提供することである。【解決手段】電力を変換する半導体素子と、前記半導体素子と係合する受熱部と、前記受熱部と固定され前記半導体素子から発生する熱が前記受熱部を介して伝熱される複数のヒートパイプと、前記複数のヒートパイプと係合し、前記ヒートパイプから伝わる熱を空気中に放熱する複数の放熱フィンと、前記複数のヒートパイプの先端部分と係合し前記ヒートパイプの先端側の表面が波型形状をしている放熱補助フィンとを備えることを特徴とする車両用電力変換装置。【選択図】　図１
2004087553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を変換する半導体素子と、
前記半導体素子と係合する受熱部と、
前記受熱部と固定され前記半導体素子から発生する熱が前記受熱部を介して伝熱される複数のヒートパイプと、
前記複数のヒートパイプと係合し、前記ヒートパイプから伝わる熱を空気中に放熱する複数の放熱フィンと、
前記複数のヒートパイプの先端部分と係合し前記ヒートパイプの先端側の表面が波型形状をしている放熱補助フィンと、
を備えることを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の車両用電力変換装置において、
前記放熱補助フィンが、前記放熱フィンと波型形状をしている板とを組み合わせて製造されていること、
を特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記請求項１記載の車両用電力変換装置において、
前記放熱補助フィンの形状が略Ｌ字型をしていること、
を特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項４】
電力を変換する半導体素子と、
前記半導体素子と係合する受熱部と、
前記受熱部と固定され前記半導体素子から発生する熱が前記受熱部を介して伝熱される複数のヒートパイプと、
前記複数のヒートパイプと係合し、前記ヒートパイプから伝わる熱を空気中に放熱する複数の放熱フィンと、
前記ヒートパイプの先端部で前記ヒートパイプと係合する放熱フィンと垂直に接続される第１の放熱補助フィンと、
ヒートパイプの先端部で前記ヒートパイプと係合する放熱フィンと垂直に接続され、前記第１の放熱補助フィンより長手方向の長さが短い第２の放熱補助フィンと、
を備えることを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項５】
前記請求項４記載の車両用電力変換装置において、
前記第１の放熱補助フィンのピッチよりも前記第２の放熱補助フィンのピッチを短くしたこと、
を特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項６】
電力を変換する半導体素子と、
前記半導体素子と係合する受熱部と、
前記受熱部と固定され前記半導体素子から発生する熱が前記受熱部を介して伝熱される複数のヒートパイプと、
前記複数のヒートパイプと係合し、前記ヒートパイプから伝わる熱を空気中に放熱する複数の放熱フィンと、
前記ヒートパイプの先端部で前記ヒートパイプと係合する放熱フィンと垂直に接続される複数の放熱フィン群を有し、
前記複数の放熱フィン群は、それぞれの放熱フィン群毎にピッチを設定され、前記放熱フィンと係合すること
を特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項７】
前記請求項６記載の電力変換装置において、
前記ヒートパイプによって左右に区切られた前記放熱フィンの面積が、不均一である場合に、前記ヒートパイプによって左右に区切られた前記放熱フィンの面積のうち大きいほうに設置される放熱フィン群のピッチを大きくし、前記ヒートパイプによって左右に区切られた前記放熱フィンのうち面積の小さいほうに設置される放熱フィン群のピッチを小さくすること
を特徴とする車両用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用電力変換装置について図を参照し詳細に説明する。図１３は、従来の車両用電力変換装置の断面図である。図１４は、従来の車両用電力変換装置の上面図である。
従来の車両用電力変換装置１は、受熱部２，複数のヒートパイプ３，複数の放熱フィン４，冷媒５，半導体素子６により構成されている。
このように構成された車両用電力変換装置１において、受熱部２に設けられた孔にヒートパイプ３がはめ込まれ固定される。ヒートパイプ３には、複数の放熱フィン４が等間隔で接続されている。冷媒５（水やフロリナート）は、ヒートパイプ３の内部に封入される。
このように構成された車両用電力変換装置において、受熱部２は銅やアルミニウムなど熱伝導性の良い材料で作られている。受熱部２は、平板状になっており、一方の側面にヒートパイプ３を挿入するための孔（図示しない）があけられている。
このように構成された車両用電力変換装置において、ヒートパイプ３は、銅やアルミニウムなど熱伝導性の良い材料で作られている。ヒートパイプ３は、両端が閉じている中空状の棒のような形状をしている。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱フィン４は、銅やアルミニウムなど熱伝導性の良い材料で作られている。放熱フィン４は、薄板である。
【０００３】
このように構成された車両用電力変換装置において、冷媒５は、水やフロリナートなど沸点が比較的低いものであればよい。
このように構成された車両用電力変換装置において、電力変換装置１内の複数の半導体素子６は、受熱部２の内部側の一面にコンパウンドを介してねじ止めされている。
このように構成された車両用電力変換装置において、半導体素子６から発生した熱は、受熱部２に伝熱される。受熱部２に伝たえられた熱は、ヒートパイプ３に伝わる。ヒートパイプ３に伝えられた熱は、ヒートパイプ３内部の冷媒５に伝わる。冷媒５は、ヒートパイプ３より伝えられた熱により液体から気体へと相変化を起こす。気体となった冷媒５は、ヒートパイプ３の先端部へと移動する。冷媒５は、ヒートパイプ３と係合する放熱フィン４を介して大気と熱交換をし、気体から液体へ相変化を起こす。液体となった冷媒５は、ヒートパイプ３の受熱部２側へと移動する。
このように構成された車両用電力変換装置は、電力変換装置３の外側に放熱フィン４を配置したことにより、効果的に走行風を冷却に使用することができるといった利点がある。
このように構成された車両用電力変換装置において、ヒートパイプ３の内部に封入された冷媒５の相変換により熱輸送を行なっているため、ヒートパイプ３の先端部と受熱部側の温度差が少ない。そのため、ヒートパイプ３の先端側でも充分な冷却性能が得られる。そのためヒートパイプ式の冷却方式は、冷媒を使用しないヒートシンク型の冷却装置に比べて冷却効率が良いというメリットも考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の車両用電力変換装置を使用し、冷却効率を更に上げようとした場合、放熱フィンの数を増やしたり，装置自体を大きくさせるという方法しかなかった。装置を大きくすることは、鉄道車体の性質上難しいため、近年の電力変換装置の大容量化に伴ない冷却効率の向上を求められたときに、装置を置くスペースの限られる鉄道車体用には、対応することができなかった。
そこで、本発明の目的は、冷却効率を向上させた車両用電力変換装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく車両用電力変換装置は、電力を変換する半導体素子と、前記半導体素子と係合する受熱部と、前記受熱部と固定され前記半導体素子から発生する熱が前記受熱部を介して伝熱される複数のヒートパイプと、前記複数のヒートパイプと係合し、前記ヒートパイプから伝わる熱を空気中に放熱する複数の放熱フィンと、前記複数のヒートパイプの先端部分と係合し前記ヒートパイプの先端側の表面が波型形状をしている放熱補助フィンとを備えることを特徴とする。
本発明に基づく車両用電力変換装置は、電力を変換する半導体素子と、前記半導体素子と係合する受熱部と、前記受熱部と固定され前記半導体素子から発生する熱が前記受熱部を介して伝熱される複数のヒートパイプと、前記複数のヒートパイプと係合し、前記ヒートパイプから伝わる熱を空気中に放熱する複数の放熱フィンと、前記ヒートパイプの先端部で前記ヒートパイプと係合する放熱フィンと垂直に接続される第１の放熱補助フィンと、ヒートパイプの先端部で前記ヒートパイプと係合する放熱フィンと垂直に接続され、前記第１の放熱補助フィンより長手方向の長さが短い第２の放熱補助フィンとを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に基づく車両用電力変換装置は、電力を変換する半導体素子と、前記半導体素子と係合する受熱部と、前記受熱部と固定され前記半導体素子から発生する熱が前記受熱部を介して伝熱される複数のヒートパイプと、前記複数のヒートパイプと係合し、前記ヒートパイプから伝わる熱を空気中に放熱する複数の放熱フィンと、前記ヒートパイプの先端部で前記ヒートパイプと係合する放熱フィンと垂直に接続される複数の放熱フィン群を有し、前記複数の放熱フィン群は、それぞれの放熱フィン群毎にピッチを設定され、前記放熱フィンと係合することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置の構成図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置のヒートパイプ先端部の詳細図である。図３は、本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置の補助フィンの正面図である。図４は本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置の補助フィンの上面図である。図５は、本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置である。なお、図１３及び図１４に記載したものと構造上同一のものに関しては同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置は、受熱部２，ヒートパイプ３，放熱フィン４，冷媒５，半導体素子６，放熱補助フィン７から構成されている。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン７は、ヒートパイプ３の先端側に設けられた放熱フィン４ａと接続されている。なお、放熱補助フィン７は、ヒートパイプ３の先端と放熱フィン４ａの高さ８よりも低く構成されている（図２参照）。なお、図４において、放熱補助フィン７のうち長手方向の長さの短いものを放熱補助フィン７ａ（第２の放熱補助フィン），放熱補助フィン７のうち長手方向の長さの長いものを放熱補助フィン７ｂ（第１の放熱補助フィン）としている（図４参照）。
【０００８】
このように構成された車両用電力変換装置において、ヒートパイプ３により不均等に区切られた放熱フィン４ａのが区切られている。このヒートパイプ３により区切られた放熱フィン４ａのうち、面積の大きいほうに設けられた放熱補助フィン７ｂのピッチは、面積の小さいほうに設けられた放熱補助フィン７ａよりも大きくなっている。
このように構成された放熱補助フィン７は、板状のアルミニウムを波型形状に加工したものである（図３及び図４参照）。なお、放熱補助フィン７の材料としては、熱伝導性の良いものであれば良いため銅や銀などでも良い。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン７を放熱フィン４ａに接続させることにより、冷却効率を向上させることができる。また、放熱補助フィン７の高さをヒートパイプ３の先端部よりも低くなるように構成されているため、ヒートパイプ３の先端を固定する効果もある。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン７は放熱フィン４ａと別々に製造され接続されているが、放熱補助フィン７と放熱フィン４ａを組み合わせた形状のものを一体成形しても同様の効果が得られるため特に限定はしない。
【０００９】
このように構成された車両用電力変換装置において、図５に示すように放熱フィン４ａの両面に放熱補助フィンを取り付けた場合にも、冷却効率の向上が望めるため特に片面のみに取り付けることには、限定はしない。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の車両用電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図６は、本発明に基づく第２の実施の形態の車両用電力変換装置の構成図である。図７は、本発明に基づく第２の実施の形態の車両用電力変換装置のヒートパイプ先端部の詳細図である。図８は、本発明に基づく第２の実施の形態の車両用電力変換装置の補助フィンの正面図である。なお，図１及び図２及び図３に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第２の実施の形態の車両用電力変換装置は、受熱部２，ヒートパイプ３，放熱フィン４，冷媒５，半導体素子６，放熱補助フィン９から構成されている。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン９は、ヒートパイプ３先端部と接続された放熱フィン４ａと接続されている。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン９は、金属板である。なお、図８において、放熱補助フィン９のうち長手方向の短い放熱補助フィンを９ａ，放熱補助フィン９のうち長手方向の長い放熱補助フィンを９ｂとする。
【００１０】
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱フィン４ａの両面に放熱補助フィン９を取り付けた場合にも、冷却効率の向上が望めるため特に片面のみに取り付けることには、限定はしない。
このように構成された車両用電力変換装置において、第１の実施の形態の電力変換装置と比べると、放熱補助フィンの構造が単純化されているため、製造コストの削減や質量の削減という利点がある。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン９は放熱フィン４ａと別々に製造され接続されているが、放熱補助フィン９と放熱フィン４ａを組み合わせた形状のものを一体成形しても同様の効果が得られるため特に限定はしない。
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の車両用電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図９は、本発明に基づく第３の実施の形態の車両用電力変換装置のヒートパイプ先端部の斜視図である。図１０は、本発明に基づく第３の実施の形態の車両用電力変換装置のヒートパイプ先端部の斜視図である。なお，図１及び図２及び図３に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００１１】
本発明に基づく第３の実施の形態の車両用電力変換装置は、受熱部２，ヒートパイプ３，放熱フィン４，冷媒５，半導体素子６，放熱補助フィン１０から構成されている。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン１０はヒートパイプ３の先端部と接続された放熱フィン４ａと接続されている。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン１０の形状は、略Ｌ字型をしており、ヒートパイプ３近傍の放熱補助フィン１０の片端の高さを高くし、ヒートパイプ３から遠い放熱補助フィン１０の他端の高さを低くしてある。なお、図９において、放熱補助フィン１０のうち長手方向の短い放熱補助フィンを１０ａ，放熱補助フィン９のうち長手方向の長い放熱補助フィンを１０ｂとする。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン１０の高さの高いほうの片端を温度の高いヒートパイプ３の近傍に配置することで、効率的に冷却することができる。このように構成された車両用電力変換装置において、ヒートパイプ３からの距離によって放熱補助フィン１０の高さを変えることで最適なフィン効率の放熱補助フィンを構成することができ、装置の小形化にもつながる。
【００１２】
このように構成された車両用電力変換装置において、長手方向の長さが短いため風の通りやすい放熱補助フィン１０ａのピッチを細かく（小さく）し、長手方向の長さが長いため、風が通りにくい放熱補助フィン１０ｂのピッチを粗く（大きく）することにより、冷却効率の向上をすることができる。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン１０の高さを変える代わりに、放熱補助フィン１１をヒートパイプ３の近傍に新たに配置し放熱補助フィンの数を増やすことによっても、最適なフィン効率の放熱補助フィンを構成することができる（図１０参照）ので、放熱補助フィンの高さを変えるということだけには限定はしない。
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の車両用電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図１１は、本発明に基づく第４の実施の形態の車両用電力変換装置の断面図である。図１２は、本発明に基づく第４の実施の形態の車両用電力変換装置の上面図である。なお，図１及び図２及び図３に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第４の実施の形態の車両用電力変換装置は、受熱部２，ヒートパイプ３，放熱フィン４，冷媒５，半導体素子６，放熱補助フィン１２から構成されている。
【００１３】
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン１２は、ヒートパイプ７の先端部に取り付けられ、放熱フィン４ａと係合している。
このように構成された車両用電力変換装置において、放熱補助フィン１２は、同心円状にくし型フィンを配置した構造になっている。
このように構成された車両用電力変換装置において、従来の車両用電力変換装置よりも冷却効率を向上させることができる。
本発明に基づく車両用電力変換装置は、無数に製造方法も考えられるため、製造方法については特に限定はしない。
本発明に基づく車両用電力変換装置は、放熱補助フィンの形状を変えても同様な効果を得られることがあるので、第１の実施形態及び第２の実施形態及び第３の実施形態及び第４の実施形態の電力変換装置の放熱補助フィンの形状のみに限定はしない。
【００１４】
【発明の効果】
本発明により、冷却効率を向上させた車両用電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置の構成図である。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置のヒートパイプ先端部の詳細図である。
【図３】本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置の補助フィンの正面図である。
【図４】本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置の補助フィンの上面図である。
【図５】本発明に基づく第１の実施の形態の車両用電力変換装置である。
【図６】本発明に基づく第２の実施の形態の車両用電力変換装置の構成図である。
【図７】本発明に基づく第２の実施の形態の車両用電力変換装置のヒートパイプ先端部の詳細図である。
【図８】本発明に基づく第２の実施の形態の車両用電力変換装置の補助フィンの正面図である。
【図９】本発明に基づく第３の実施の形態の車両用電力変換装置のヒートパイプ先端部の斜視図である。
【図１０】本発明に基づく第３の実施の形態の車両用電力変換装置のヒートパイプ先端部の斜視図である。
【図１１】本発明に基づく第４の実施の形態の車両用電力変換装置の断面図である。は、
【図１２】本発明に基づく第４の実施の形態の車両用電力変換装置の上面図である。
【図１３】従来の車両用電力変換装置の断面図である。
【図１４】従来の車両用電力変換装置の上面図である。
【符号の説明】
１・・・車両用電力変換装置
２・・・受熱部
３・・・ヒートパイプ
４・・・放熱フィン
４ａ・・・先端に設けられた放熱フィン
５・・・冷媒
６・・・半導体素子
７・・・放熱補助フィン
７ａ・・・放熱補助フィン
７ｂ・・・放熱補助フィン
８・・・先端高さ
９・・・放熱補助フィン
９ａ・・・放熱補助フィン
９ｂ・・・放熱補助フィン
１０・・・放熱補助フィン
１０ａ・・・放熱補助フィン
１０ｂ・・・放熱補助フィン
１１・・・放熱補助フィン
１１ａ・・・放熱補助フィン
１１ｂ・・・放熱補助フィン
１２・・・放熱補助フィン
【図１】
2004087553.tif 000003
【図２】
2004087553.tif 000004
【図３】
2004087553.tif 000005
【図４】
2004087553.tif 000006
【図５】
2004087553.tif 000007
【図６】
2004087553.tif 000008
【図７】
2004087553.tif 000009
【図８】
2004087553.tif 000010
【図９】
2004087553.tif 000011
【図１０】
2004087553.tif 000012
【図１１】
2004087553.tif 000013
【図１２】
2004087553.tif 000014
【図１３】
2004087553.tif 000015
【図１４】
2004087553.tif 000016