(57)【要約】【課題】小型で、かつ、軽量で、メンテナンスの容易な電気車制御装置を得る。【解決手段】この発明は、電気車に搭載されて、当該電気車に設けられた発熱体を冷却するための電気車制御装置２であって、複数の冷却フィン３と、複数の冷却フィン３を収納している筐体４と、前記筐体４に設けられ、冷却フィン３と熱的に接続して、冷却フィン３の温度差を均等化するための熱輸送を行う熱輸送器５とを備えている。当該熱輸送器５は、直線状やＵ字型（もしくはコの字型）の複数のヒートパイプを組み合わせて構成している。【選択図】図３
2005145186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車に搭載されて、当該電気車に設けられた発熱体を冷却するための電気車制御装置であって、
複数の冷却フィンと、
前記複数の冷却フィンを収納している筐体と、
前記筐体に設けられ、前記冷却フィンと熱的に接続して、前記冷却フィンの温度差を均等化するための熱輸送を行う熱輸送手段とを
備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記熱輸送手段は、直線形状とＵ字型形状の複数のヒートパイプを組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記ヒートパイプは円管状であることを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
前記ヒートパイプは扁平断面形状であることを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項５】
前記熱輸送手段は、ロールボンド式のヒートパイプから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項６】
前記熱輸送手段の周囲及び開口部に水密用ガスケットを付属して構成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電気車制御装置に関し、特に、大電力半導体装置を使用した電気車制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に取り付けられた素子などから発生する熱を取り除くための冷却器を備えた電気車制御装置が開発されている。この種の電気車制御装置においては、車両の床下に、冷却フィンを設けて、冷却フィンに走行風を流して冷却するように、当該冷却フィンを車両の走行方向と並行に配置している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１においては、冷却フィンの上流側は空気温度が低いが、下流側は上流の熱により、空気温度が高くなり、冷却フィンの温度にアンバランスが生じる。このように、空気温度に差を生じ、最も下流の空気温度で冷却フィンの容量が決定されるため、容量のおおきな冷却フィンを採用することになり、メンテナンス時の取り扱いが大変であるという問題点があった。
【０００４】
そこで、メンテナンス時の取り扱いを容易にするため、取り扱いが可能な単位に冷却フィンを分割した電気車制御装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
当該非特許文献１における電気車制御装置においては、大電力半導体装置などの発熱体を実装した冷却フィンが走行風に対し３台直列に配置して、制御装置の筐体に取付けられている。冷却フィンは、例えば、ＶＶＶＦインバータ装置の場合、３相を各相単位で構成すると発熱量は同じとなり、同じ容量の冷却フィンで構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３２８８３号公報
【非特許文献１】鉄道車両と技術、Ｖｏｌ．５−２，Ｎｏ．４３、「ＪＲ東日本２０９系９５０番代について（３）−制御装置と諸機器」、佐藤春雄著、１９９９年２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１に記載されている電気車制御装置においては、冷却フィンが１つだけ設けられており、走行風の上流と下流では空気温度に差を生じ、最も下流の空気温度で冷却フィンの容量が決定されるため、必然的に容量の大きな冷却フィンを採用することになり、メンテナンス時の取り扱いが大変であるという問題点があった。
【０００８】
上記の非特許文献１においては、冷却フィンの取り扱いが容易な単位に分割して３台設けるようにしたので、メンテナンス時の取り扱いは容易になったが、上記の特許文献１と同様に、走行風の風上、風下で空気の温度に差を生じ、最も下段に構成される冷却フィンで容量が決定するため、上流の冷却フィンにおいては無駄に大きい容量の冷却フィンが取り付けられ、その結果、制御装置全体の大きさが大型化してしまうとともに、全体としての質量が重くなってしまうという問題点があった。
【０００９】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、小型で、かつ、軽量で、メンテナンスの容易な電気車制御装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、電気車に搭載されて、当該電気車に設けられた発熱体を冷却するための電気車制御装置であって、複数の冷却フィンと、前記複数の冷却フィンを収納している筐体と、前記筐体に設けられ、前記冷却フィンと熱的に接続して、前記冷却フィンの温度差を均等化するための熱輸送を行う熱輸送手段とを備えた電気車制御装置である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、以上のように構成されているので、熱輸送手段の働きにより、連接された冷却フィン間の走行風による温度差が少なく出来るので、冷却フィンとして小型で軽量のものを使用できる為、小型かつ軽量でメンテナンスの容易な電気車制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１および図２は、この実施の形態における電気車とそれに取り付けられた電気車制御装置の取り付け状態を示した図である。図１は側面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図１及び図２に示すように、電気車１の床下に、電気車制御装置２が取り付けられている。電気車１が走行することにより、電気車制御装置２の側面には走行風が流れる。電気車制御装置２には、図１に示すように、複数の冷却フィン（図３参照）が走行風に対し直列に配置されている。
【００１３】
図３は、この実施の形態における電気車制御装置２の構成を示した斜視図であり、図４は、図３に示された電気車制御装置２の断面図を示す。図３及び図４において、半導体装置３ａは冷却フィン３に実装されている。冷却フィン３は、半導体装置３ａが実装されている面の反対側の面に複数個の平板状フィン３ｂが互いに並行で等間隔に固定されて構成されている。当該構成により、平板状フィン３ｂ間の隙間に走行風が流れることにより半導体装置３ａが冷却される。電気車制御装置２は、前面が開口した筐体４を備えている。筐体４の前面の一部に、略々矩形の枠型の熱輸送器５が取付けられている。筐体４の前面の残りの部分には、大電力半導体装置などの発熱体６が挿入されている。また、枠型の当該熱輸送器５の矩形の開口部分には、半導体装置３ａが実装された冷却フィン３が複数台（図３の例では、３台）並んで挿入されている。これにより、図４に示すように、冷却フィン３の裏面と熱輸送器５の表面とが図４に示すように密着して、固定される。ここで、熱輸送器５は、例えばヒートパイプ等から構成されており、管状の本体部分は熱伝導性に優れた材料から構成されており、内部に熱輸送（熱伝導）を行うための冷媒が充填されている。そのため、複数の冷却フィン３が連接されていて、冷却フィン３間に温度差が生じると、熱輸送器５の内部に充填されている冷媒の熱輸送により、冷却フィン３間の均熱化が行われる。
【００１４】
図５は、熱輸送器５の正面図であり、図６は、熱輸送器５の側面図である。熱輸送器５は、図６の側面図からわかるように、断面形状が円形の円管状の複数のヒートパイプを組み合わせることにより、構成されている。この例においては、図５に示すように、複数の冷却フィン３のそれぞれに対して、冷却フィン３を個別に囲むようにＵ字型（もしくはコの字型）のヒートパイプ５ｃが冷却フィン３の個数と同じ数だけ設けられている。ヒートパイプ５ｃは、冷却フィン３の形状に沿うように、Ｕ字型（もしくはコの字型）に形成されている。次に、それらのヒートパイプ５ｃをまとめて全部囲むように、同じく、Ｕ字型（もしくはコの字型）のヒートパイプ５ｂがその外側に設けられている。但し、ヒートパイプ５ｃとヒートパイプ５ｂとは、反対の向きに設けられている。すなわち、ヒートパイプ５ｃのＵ字型（もしくはコの字型）の開口が上側であったとすると、ヒートパイプ５ｂのＵ字型（もしくはコの字型）の開口は下側になっている。次に、それらのヒートパイプ５ｃおよび５ｂの外側の上下に、１対の直線状のヒートパイプ５ａが設けられている。これらのヒートパイプ５ａ，５ｂ，５ｃは、はんだ、ロー材、あるいは、導電性樹脂等の接合部材７により接合されて構成されている。
【００１５】
以上のように、この実施の形態によれば、連接された複数の冷却フィン３間に走行風による温度差が生じると、すなわち、冷却フィン３の上流側は空気温度が低いが、下流側は、上流の熱により、空気温度が高くなり、冷却フィン３間の温度にアンバランスが生じると、熱輸送器５の内部に充填されている冷媒の熱輸送により、冷却フィン３間の均熱化が行われるようにしたので、走行風による冷却フィン３の温度勾配を少なくでき、走行風の下流側の冷却フィン３の容量をも小さくすることが可能となる。これにより、全体として、小型で軽量の冷却フィンが使用できる為、電気車制御装置２を小型かつ軽量にすることが出来るので、メンテナンスも容易になるという効果が得られる。また、直線状やＵ字型（もしくはコの字型）のヒートパイプを組み合わせて構成しているため、安価に製造することができる。さらに、円管状のものを用いているため、Ｕ字型等に変形される際に加工がしやすい。
【００１６】
参考として、図９に、この発明の電気車制御装置と従来装置の冷却フィンの温度勾配を示す。図９（ａ）が、この発明の電気車制御装置における冷却フィンの温度勾配を示しており、図９（ｂ）が、従来装置における冷却フィンの温度勾配を示している。このように、この発明によれば、熱輸送器５の働きにより、冷却フィンの温度勾配をかなり少なくすることができる。
【００１７】
なお、この実施の形態においては、冷却フィン３は３台図示されているが、この場合に限らず、メンテナンスの取り扱いやすさや、装置の全体の大きさ、コスト等を考えて、適宜、台数を決めるようにする。
【００１８】
また、熱輸送器５の周囲及び開口部に、必要に応じて、水密用ガスケットまたはパッキングを付属するようにしてもよい。その場合には、水密用ガスケットまたはパッキングの防水効果により、熱輸送器５の耐久性が向上するという効果が得られる。
【００１９】
実施の形態２．
この実施の形態においては、図７に示すように、熱輸送器５として、扁平なヒートパイプ５ｄ，５ｅを使用して構成したものを用いている。他の構成については、上記の実施の形態１と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。この実施の形態におけるヒートパイプ５ｄ，５ｅは、図７に示すように、長方形の断面形状を有する矩形管状のものである。この実施の形態においても、実施の形態１と同様に、直線状のヒートパイプ５ｄとＵ字型（もしくはコの字型）のヒートパイプ５ｅとを横並び及び重ねあわせる等して複数個組み合わせ、はんだ、ロー材あるいは導電性樹脂等の接合部材７により接合して構成している。
【００２０】
以上のように、この実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様に、連接された複数の冷却フィン３間に走行風により温度差が生じると、熱輸送器５の内部に充填されている冷媒の熱輸送により、冷却フィン３の均熱化が行われるようにしたので、走行風による冷却フィン３の温度勾配を少なく出来るので、下段の冷却フィン３の容量を小さくすることが可能となる。これにより、小型で軽量の冷却フィンが使用できる為、電気車制御装置２を小型かつ軽量に出来るので、メンテナンスも容易になるという効果が得られる。さらに、この実施の形態においては、扁平なヒートパイプ５ｄ，５ｅを用いるようにしたので、冷却フィン３と密着する面積が大きいので、熱輸送を効率よく行うことができるという効果がある。
【００２１】
実施の形態３．
この実施の形態においては、図８に示すように、熱輸送器５として、ロールボンド式のヒートパイプ５ｄ，５ｅを使用して構成したもので、一枚の熱輸送器５の中に複数のヒートパイプ５ｆを構成している。すなわち、図８に示すように、一枚の平板の片側の表面に、凹凸形状をつけた板が、はんだ、ロー材あるいは導電性樹脂等の接合部材７により接合されて構成されている。当該板の凹部の内部に冷媒が充填されている。ヒートパイプ５ｆの形状は、実施の形態１または２で示したヒートパイプに相当するように、直線状のものと、Ｕ字型（もしくはコの字型）のものとが、形成されているものとする。他の構成については、上記の実施の形態１または２と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。この実施の形態におけるヒートパイプ５ｆは、図８に示すように、略々長方形の断面形状を有している。
【００２２】
以上のように、この実施の形態によれば、上記の実施の形態１および２と同様に、連接された複数の冷却フィン３間に走行風により温度差が生じると、熱輸送器５の内部に充填されている冷媒の熱輸送により、冷却フィン３の均熱化が行われるようにしたので、走行風による冷却フィン３の温度勾配を少なくすることができ、走行風の下流側の冷却フィン３の容量をも小さくすることが可能となる。これにより、小型で軽量の冷却フィンが使用できる為、電気車制御装置２を小型かつ軽量になりメンテナンスも容易になるという効果が得られる。さらに、この実施の形態においては、ロールボンド式のヒートパイプ５ｆを用いるようにしたので、冷却フィン３と密着する面積が大きいので、熱輸送を効率よく行うことができるという効果があるとともに、直線状やＵ字型（もしくはコの字型）の複数のヒートパイプを組み合わせて構成する場合に比べて、製造工程が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の電気車制御装置を取り付けた電気車の側面を示した側面図である。
【図２】図１の電気車のＡ−Ａ断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電気車制御装置の構成を示した斜視図である。
【図４】図３の電気車制御装置の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る電気車制御装置に設けられた熱輸送器の構成を示した正面図である。
【図６】図５の熱輸送器の側面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る電気車制御装置に設けられた熱輸送器の構成を示した部分斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る電気車制御装置に設けられた熱輸送器の構成を示した部分斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る電気車制御装置における走行風と冷却フィンの温度分布と従来装置における走行風と冷却フィンの温度分布との比較を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  電気車、２  電気車制御装置、３  冷却フィン、３ａ  半導体装置、４  筐体、５  熱輸送器、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ  ヒートパイプ、６  発熱体、７  接合部材。
【図１】
2005145186.tif 000003
【図２】
2005145186.tif 000004
【図３】
2005145186.tif 000005
【図４】
2005145186.tif 000006
【図５】
2005145186.tif 000007
【図６】
2005145186.tif 000008
【図７】
2005145186.tif 000009
【図８】
2005145186.tif 000010
【図９】
2005145186.tif 000011