(57)【要約】【課題】冷却ユニット１１の放熱部１０の腐食状態や目詰まり状態を、冷却ユニットを降ろさずに確認し、的確なユニットの交換時期や清掃時期が判断できるようにする。【解決手段】本発明の強制風冷式車両用電力変換装置では、装置本体１の空気取入口１６に設置されたエアフィルタ２に冷却ユニット１１の放熱部１０と同一断面構造の模擬部材２ｂを内蔵させることによって、当該装置本体１の風洞１３内に取入れられた空気や水分等にまずエアフィルタ２を通過させ、このエアフィルタ２に内蔵された模擬部材２ｂの方を冷却ユニット１１の放熱部１０よりも先に腐食や目詰まりを起こさせるようにし、この模擬部材２ｂを点検すれば冷却ユニット放熱部１０の目詰まり、腐食状態が確認できるようにした。【選択図】　　　図２
2004072045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気取入口に設置するエアフィルタに、冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材を内蔵させたことを特徴とする強制風冷式車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記エアフィルタに内蔵させる模擬部材が、前記冷却ユニットの放熱部の冷媒通路を構成する部材と同一材料で、かつ同じ板厚若しくはより薄い板厚の短片を内蔵したものであることを特徴とする請求項１に記載の強制風冷式車両用電力変換装置。
【請求項３】
自装置内の風洞において、空気取入口側端部の全面に冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材を設置したことを特徴とする強制風冷式車両用電力変換装置。
【請求項４】
前記空気取入口側端部の全面に設置した冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材に代えて、前記冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材を内蔵したフィルタを設置したことを特徴とする請求項３に記載の強制風冷式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、強制風冷式車両用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の強制風冷式車両用電力変換装置２１の構成図であり、図１２は図１１におけるＡ−Ａ線断面、図１３は従来の強制風冷式車両用電力変換装置２１に収納しているエアフィルタ２２の吸気方向の正面図、図１４は図１３におけるＣ−Ｃ線断面図である。図１５は冷却ユニット放熱部１０の構造を示している。
【０００３】
一般に、車両用電力変換装置２１は、電力半導体素子をｏｎ，ｏｆｆを制御することで電車システムを構築するものである。この半導体素子は、通電時（ｏｎ時）に自己発熱をするために冷却器を要し、図１１、図１２に示すように、冷却ユニット１１を備えている。車両用電力変換装置２１は、これら冷却ユニット１１を複数個を収納し、またその他のユニット１２等も収納している。
【０００４】
冷却ユニット１１の冷却器は、受熱部と放熱部１０により構成される。図１５に示すように、放熱部１０は冷媒通路１０ａと放熱フィン１０ｂとが交互に組み合わさって構成されている。これにより、電力半導体素子の自己発熱を受熱部で吸熱し、その熱で冷却器内部に封入された冷媒を気化させて放熱部１０へ移送し、放熱フィン１０ｂによりその熱を大気と熱交換することで、冷却を行う。
【０００５】
この冷却ユニット１１の冷却方式は、自然冷却方式と強制風冷方式とに二分される。強制風冷式電力変換装置は装置容量が大きく、自然冷却式では十分な冷却が得られない場合に採用される。
【０００６】
図１１、図１２に示すように、強制風冷式車両用電力変換装置２１は、装置内に収納した送風機１７によって装置の外から空気を取入れ、装置内に構成された風洞１３を通し、装置の外へ空気を排出する構成になっている。
【０００７】
風洞１３内には、複数個の冷却ユニット１１の放熱部１０が設置され、風洞１３内を矢印のように流れる冷却風により熱交換が行われ、半導体素子の冷却がなされる。冷却ユニット１１は、自身を電力変換装置２１内に固定するように取付けている取付板にて風洞１３とユニット１１内部とを分離しており、防水処理等がなされる。その他の冷却を必要としないユニットは、風洞以外の装置内部に収納される。
【０００８】
また、図１２に詳しく示したように、この風洞１３内には、冷却ユニット１１の他に、自己発熱する部品１４や装置内部の温度上昇を抑えるための熱交換器１５等が設置されることがある。さらに、電力変換装置２１の冷却風取入口１６には、装置風洞１３内にゴミや塵が入りにくくなるようエアフィルタ２２が設置されている。図１３、図１４に詳しく示したように、このエアフィルタ２２は、細かいメッシュの金網状のフィルタ構成部品２２ａを幾重にも積層し、かつ重ねる向きを９０°交互にすることで、ゴミや塵が入りにくくなる構成にしてある。このエアフィルタ２２は、フィルタ構成部品２０ａをケース２２ｂに収納した上で、図１２に示すように電力変換装置２１に取付けてある。なお、１８は冷却風取入口１６に設けられた点検カバーである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の強制風冷式車両用電力変換装置２１では、次のような技術的課題があった。
【００１０】
通常、車両用電力変換装置２１はトンネル内等劣悪な環境下に晒されるため、風洞１３内には、通常の大気以外に、トンネル内等の粉塵を含んだ空気や雨水、さらには車両洗浄用の洗浄液等まで取入れられる。この車両洗浄用の洗浄液には、汚れをより落ちやすくするために酸性液が使われることが多く、時には強酸物質が含入されていることもある。また、最近の環境変化により雨水にも酸性物が含まれていることも広く知られている。
【００１１】
風洞１３内に収納される冷却器の放熱部１０はこのような環境下に置かれることから腐食が発生する。放熱部１０の腐食が進行すると放熱部１０に孔が開き、冷却器内部に封入された冷媒が放散することで冷却ユニット１１が故障し、ひいては電力変換装置２１の故障に繋がる。したがって、現状では定期的に冷却ユニット１１を電力変換装置２１から取り外して腐食状態をチェックし、冷却ユニット１１の交換時期を調査している。
【００１２】
そのため、冷却ユニット交換可能な場所の確保及びメンテナンス作業に少なからず時間を費やさねばならない技術的課題があった。加えて、冷却ユニット取付時に実施する防水処理はその都度、人間系による処置を必要とするため、ヒューマンエラーによる不具合を誘発する可能性があり、それが装置の品質安定、向上を阻害する要因の一つとなるという技術的課題があった。
【００１３】
さらに、電力変換装置２１の冷却風取入口１６にはエアフィルタ２２を取付けることによって大きなゴミや塵を装置風洞１３内に進入できなくしているが、空気や水分中に含まれる細かな粉塵はエアフィルタ２２を通過して風洞１３内に進入する。これらの多くは排風と共に装置外へ排出されるが、一部は冷却器の放熱部１０の凸凹に付着する。そして、それらが時間と共に堆積し、放熱器が目詰まりを起こすことによって冷却器の性能低下を引き起こすため、定期的な清掃が必要となっている。しかし、電力変換装置２１の構造上冷却ユニット１１を装置につけたまま清掃や目詰まり状態の確認ができない場合が多いことから、早め早めの清掃を必要とし、メンテナンス回数が多くなり、かつ冷却ユニットの交換可能な作業場所の確保やその場所への車両の移動処置及びメンテナンス作業に少なからず時間を費やさねばならない技術的課題があった。
【００１４】
またさらに、冷却ユニット取付時に実施する防水処理にも、その都度、人間系による処置を必要とするため、ヒューマンエラーによる不具合を誘発する可能性があり、製品の品質安定という意味でも技術的課題があった。
【００１５】
本発明は、このような従来の技術的課題を解決するためになされたもので、冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材をエアフィルタ内に内蔵させることで、冷却ユニットの放熱部の腐食状態や目詰まり状態を、冷却ユニットを降ろさずに確認し、的確なユニットの交換時期や清掃時期が判断できる強制風冷式電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の強制風冷式車両用電力変換装置は、空気取入口に設置するエアフィルタに、冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材を内蔵させたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１の発明の強制風冷式車両用電力変換装置では、空気取入口に設置されたエアフィルタに冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材を内蔵させることによって、当該装置の風洞内に取入れられた空気や水分等にまずエアフィルタを通過させ、このエアフィルタに内蔵された模擬部材の方を冷却ユニットの放熱部よりも先に腐食や目詰まりを起こさせる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の強制風冷式車両用電力変換装置において、前記エアフィルタに内蔵させる模擬部材が、前記冷却ユニットの放熱部の冷媒通路を構成する部材と同一材料で、かつ同じ板厚若しくはより薄い板厚の短片を内蔵したものであることを特徴とするものであり、当該装置の風洞内に取入れられた空気や水分等にまずエアフィルタを通過させることにより、冷却ユニットの放熱部よりも先にこのエアフィルタに内蔵された短片模擬部材の方を腐食させる。
【００１９】
請求項３の発明の強制風冷式車両用電力変換装置は、自装置内の風洞において、空気取入口側端部の全面に冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材を設置したことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３の発明の強制風冷式車両用電力変換装置では、当該装置の風洞内に取入れられた空気や水分等は、冷却ユニットの放熱部より先に風洞の空気取入口側端部に設置した模擬部材を通過するため、冷却ユニットの放熱部よりも先に空気取入口側端部に設置した模擬部材の方に腐食や目詰まりを起こさせる。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項３の強制風冷式車両用電力変換装置において、前記空気取入口側端部の全面に設置した冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材に代えて、前記冷却ユニットの放熱部と同一断面構造の模擬部材を内蔵したフィルタを設置したことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項４の発明の強制冷却式車両用電力変換装置では、当該装置の風洞内に取入れられた空気や水分等にまず、冷却ユニットの放熱部より先に風洞の空気取入口側端部に設置された模擬部材を通過させることにより、冷却ユニットの放熱部よりも先にこの放熱部と同一断面構造の模擬部材の方に腐食や目詰まりを起こさせる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００２４】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置の平面図であり、図２は図１におけるＡ１−Ａ１線断面図であり、図３は本実施の形態の車両用電力変換装置に収容しているエアフィルタの吸気方向のフィルタ部のみの断面図、図４は図３におけるＢ矢視図である。
【００２５】
本実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置にあっては、電力変換装置本体１に複数個の冷却ユニット１１や他のユニット１２が設置され、そのうち風洞１３内には各冷却ユニット１１の冷却器放熱部１０のみが収納される。その他、風洞１３内には、自己発熱する部品１４や装置内部の温度上昇を抑えるための熱交換器１５等が設置されている。
【００２６】
風洞１３内を流れる風は装置本体１に設置された送風機１７によって装置外部から冷却風取入口１６を通じて取り込まれ、風洞１３内の部品１４の冷却や熱交換器１５や冷却ユニット放熱部１０を通って熱交換をした後、装置本体１の外へ放出される。尚、送風機１７は、図示したように装置本体１内に収納される場合と、装置本体１の外に設置される場合とがある。
【００２７】
電力変換装置本体１の冷却風取入口１６の設けられた点検カバー１８に、装置風洞１３内にゴミや塵が入らないようエアフィルタ２が設置されている。図３、図４で示すように、このエアフィルタ２はエアフィルタ構成部品２ａの装置本体内部側に冷却ユニット１１の放熱部１０と同一構成の模擬部材２ｂを設置した構成である。
【００２８】
車両用電力変換装置の動作時には、送風機１７の回転によって外気が冷却風取入口１６から風洞１３内に冷却風として取入れられ、まずエアフィルタ２を通過する。エアフィルタ２の外側のエアフィルタ構成部品２ａを通過した冷却風は、次にその内側に位置する、冷却ユニット１１の放熱部１０と同一構成の模擬部材２ｂを通過し、風洞１３内に流れ込む。流れ込んだ冷却風は、風洞１３内に収納された冷却ユニット放熱部１０やその他の収納された部材１４，１５を冷却した後、装置本体１の外へ排出される。
【００２９】
この第１の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置では、上述のように冷却ユニット放熱部１０と同一構成の模擬部材２ｂが冷却風取入口１６に設置されているため、冷却ユニット放熱部１０に入る前の冷却風がこの模擬部材２ｂに当たる。このため、この模擬部材２ｂによって冷却ユニット放熱部１０の腐食状態や目詰まり状態を冷却ユニット放熱部１０と同様かそれ以上の状態に模擬できる。したがって、この模擬部材２ｂを収納したエアフィルタ２を調査し、確認することで冷却ユニット１１の交換時期や清掃時期を判断することが可能となる。
【００３０】
これにより、第１の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置によれば、冷却ユニット１１の放熱部１０の状態調査が、冷却ユニット１１を脱着することなく車両の車側から実施することが可能であり、確認調査に要するメンテナンス作業を非常に簡易化することができる。また、冷却ユニット１１の確認交換回数が減少することから、冷却ユニット１１の取付時に必要となる防水作業回数も減少し、ひいてはヒューマンエラーによる不具合を誘発する可能性が減少し、製品の品質安定が図れる。さらに、冷却ユニット１１の確認作業時にその冷却ユニット１１を取り外せるピット等特殊な場所の確保や車両をその場所に移動する手間がなくなり、トータル的なメンテナンス時間の短縮が図れる。
【００３１】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置について説明する。第２の実施の形態の特徴はエアフィルタ２の構成にあり、その他の部材、部品の配置、構成は図１、図２に示した第１の実施の形態のものと共通である。
【００３２】
図５は、第２の実施の形態の車両用電力変換装置に収容しているエアフィルタ２の断面を示しており、図３、図４に示した第１の実施の形態の車両用電力変換装置のエアフィルタ２に対して、冷却ユニット１１の放熱部１０と同一構成の模擬部材２ｂをエアフィルタ構成部品２ａでサンドイッチ構造にしたことを特徴とする。
【００３３】
この第２の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置では、第１の実施の形態と同様に冷却ユニット放熱部１０の腐食状態や目詰まり状態の調査を、冷却ユニット１１を脱着することなく車両の車側から実施することができるため、確認調査に要するメンテナンス作業を簡易化することができる。また、冷却ユニット１１の確認交換回数が減少することから、冷却ユニット１１の取付時に必要となる防水作業回数も減少し、ヒューマンエラーによる不具合を誘発する可能性が減少し、製品の品質安定が図れる。さらに、冷却ユニット１１の確認作業時にその冷却ユニット１１を取り外せるピット等特殊な場所の確保や車両をその場所に移動する手間がなくなり、トータル的なメンテナンス時間の短縮が図れる。
【００３４】
＜第３の実施の形態＞
図６、図７は、本発明の第３の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置において、電力変換本体１に収容しているエアフィルタ２の吸気側のエアフィルタ構成部品２ａのみの断面図とそのＤ矢視図を示している。
【００３５】
本実施の形態では、第１の実施の形態の車両用電力変換装置のエアフィルタ２に対して、冷却ユニット１１の放熱部１０と同一構成の模擬部材２ｂを内蔵する代わりに、冷却ユニット１１の放熱部１０の冷媒通路を構成する部材と同一材料でかつ板厚は同じ若しくはそれより薄い板厚の短片２ｃを内蔵させたことを特徴としている。その他の部材、部品の配置、構成は図１、図２に示した第１の実施の形態のものと共通である。
【００３６】
これにより、第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に冷却ユニット放熱部１０の腐食状態を、冷却ユニット１１を脱着することなく車両の車側から実施することが可能となり、確認調査に要するメンテナンス作業が非常に簡易化できる。また、冷却ユニットの確認交換回数が減少することから、冷却ユニット１１の取付時に必要となる防水作業回数も減少し、ヒューマンエラーによる不具合を誘発する可能性が減少し、製品の品質安定が図れる。さらに、確認作業時に冷却ユニット１１を取り外せるピット等特殊な場所の確保や車両をその場所に移動する手間がなくなるため、トータル的なメンテナンス時間を短縮できる。
【００３７】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置について説明する。図８は、図２に示した第１の実施の形態の断面図と同等部位の断面図（図１におけるＡ１−Ａ１線断面図）を示しており、図９は、図８におけるＥ矢視図である。
【００３８】
本実施の形態は、変換装置本体１内の風洞１３において空気取入口側端部の全面に冷却ユニット１１の放熱部１０と同一断面構造の模擬部材２０を設置した構成を特徴とする。その他の部材、部品の配置、構成は図１、図２に示した第１の実施の形態のものと共通である。なお、符号２２は、電力変換装置本体１の空気取入口に設置した従来例と同様のフィルタである。
【００３９】
この第４の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置では、冷却ユニット放熱部１０と同一構成の模擬部材２０が風洞１３において冷却風取入口側端部の全面に設置されているため、冷却風が風洞１３内の冷却ユニット放熱部１０に入る前にこの模擬部材２０に当たる。したがって、この模擬部材２０により、冷却ユニット放熱部１０の腐食状態や目詰まり状態を冷却ユニット放熱部１０と同様かそれ以上の状態に模擬でき、この模擬部材２０を調査、確認することで冷却ユニット１１の交換時期や清掃時期を判断することが可能となる。
【００４０】
これにより、第４の実施の形態では、模擬部材２０の目詰まりや腐食の状態を車両用電力変換装置本体１の点検カバー１８を車側から開けて模擬部材２０を点検するだけで確認ができるため、冷却ユニットの放熱部１０の状態調査が、冷却ユニット１１を脱着することなく車両の車側から実施することが可能である。これにより、冷却ユニット放熱部１０の腐食、目詰まりの確認調査に要するメンテナンス作業を非常に簡易化することができ、また、冷却ユニット１１の確認、交換回数が減少することから、冷却ユニット１１の取付時に必要となる防水作業回数も減少し、ヒューマンエラーによる不具合を誘発する可能性が減少し、製品の品質安定が図れる。さらに、確認作業時に冷却ユニット１１を取り外せるピット等特殊な場所の確保や車両をその場所に移動する手間がなくなるため、トータル的なメンテナンス時間の短縮することができる。
【００４１】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置について、図１０を用いて説明する。本実施の形態の特徴は、図８、図９に示した第４の実施の形態における模擬部材２０に代えて、同じ場所に図１０に示すようなエアフィルタ２０′を設けた点にある。このエアフィルタ２０′の構成は、図３、図４に示した第１の実施の形態のエアフィルタ２、図５に示した第２の実施の形態のエアフィルタ２あるいは図６、図７に示した第３の実施の形態のエアフィルタ２のいずれの構成と同一のものである。
【００４２】
この第５の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置でも、第４の実施の形態と同様に、冷却ユニット放熱部１０の腐食状態や目詰まり状態の調査を、冷却ユニット１１を脱着することなく車両の車側から点検カバー１８を外してエアフィルタ２０′を点検するだけで実施することが可能であり、確認調査に要するメンテナンス作業を非常に簡易化できる。また、冷却ユニット１１を確認する回数が減少することから、冷却ユニット１１取付時に必要となる防水作業回数も減少し、ヒューマンエラーによる不具合を誘発する可能性も減少し、製品の品質安定が図れる。さらに、確認作業時に冷却ユニット１１を取り外せるピット等特殊な場所の確保や車両をその場所に移動する手間がなくなるため、トータル的なメンテナンス時間を短縮することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の強制風冷式車両用電力変換装置によれば、冷却ユニット放熱部より空気取入口に近い場所に、冷却ユニット放熱部の腐食状態や目詰まり状態を模擬できる同一構成の模擬部材を設置することで、冷却ユニットの交換時期や清掃時期をその模擬部材の目詰まり状態や腐食状態を見て判断することが可能であり、これにより、冷却ユニットの放熱部の状態調査が冷却ユニットを脱着することなく車両の車側から実施することが可能であり、確認調査に要するメンテナンス作業を簡易化できる。また、冷却ユニットの確認、交換回数が減少するので、冷却ユニットの取付時に必要となる防水作業回数も減少し、ヒューマンエラーによる不具合を誘発する可能性も減少し、製品の品質安定が図れる。さらに、確認作業時に冷却ユニットを取り外せるピット等特殊な場所の確保や車両をその場所に移動する手間がなくなるため、トータル的なメンテナンス時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置の平面図及び側面図。
【図２】図１におけるＡ１−Ａ１線断面図。
【図３】上記第１の実施の形態において電力変換装置本体に収容しているエアフィルタの断面図。
【図４】図３におけるＢ矢視図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置において電力変換装置本体に収容しているエアフィルタの断面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置において電力変換装置本体に収容しているエアフィルタの断面図。
【図７】図６におけるＤ矢視図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の強制風冷式車両用電力変換装置の断面図。
【図９】図８におけるＥ矢視図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態の車両用電力変換装置におけるエアフィルタの取付け状態を示す正面図。
【図１１】従来の強制風冷式車両用電力変換装置の平面図及び側面図。
【図１２】図１１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図１３】従来の強制風冷式車両用電力変換装置に収納しているエアフィルタの正面図。
【図１４】図１３におけるＣ−Ｃ線断面図。
【図１５】従来の冷却ユニットの放熱部の正面図。
【符号の説明】
１　電力変換装置本体
２　エアフィルタ
２ａ　エアフィルタ構成部品
２ｂ　冷却ユニット放熱部と同一構造の模擬部材
２ｃ　冷却ユニット放熱部と模擬部材の短片
１０　冷却ユニット放熱部
１０ａ　冷媒通路
１０ｂ　放熱フィン
１１　冷却ユニット
１２　他のユニット
１３　風洞
１４　自己発熱部品
１５　熱交換器
１６　冷却風取入口
１７　送風機
１８　点検カバー
２０　冷却ユニット放熱部と同一構造の模擬部材
２０′　エアフィルタ
【図１】
2004072045.tif 000003
【図２】
2004072045.tif 000004
【図３】
2004072045.tif 000005
【図４】
2004072045.tif 000006
【図５】
2004072045.tif 000007
【図６】
2004072045.tif 000008
【図７】
2004072045.tif 000009
【図８】
2004072045.tif 000010
【図９】
2004072045.tif 000011
【図１０】
2004072045.tif 000012
【図１１】
2004072045.tif 000013
【図１２】
2004072045.tif 000014
【図１３】
2004072045.tif 000015
【図１４】
2004072045.tif 000016
【図１５】
2004072045.tif 000017