(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、装置内が高温化することを抑制することが出来る鉄道車両用電力変換装置を提供することである。【解決手段】  車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、当該鉄道車両用電力変換装置の天井板と接続され、複数の突起を有する蛇行細管ヒートパイプと、前記蛇行細管ヒートパイプ内に封入された冷媒と、前記蛇行細管ヒートパイプの端部に接続された放熱フィンとを有し、前記放熱フィンは、前記蛇行細管ヒートパイプ及び冷媒を介して、当該鉄道車両用電力変換装置内を冷却することを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。【選択図】図１
2005223277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、
当該鉄道車両用電力変換装置の天井板と接続された蛇行細管ヒートパイプと、
前記蛇行細管ヒートパイプ内に封入された冷媒と、
前記蛇行細管ヒートパイプの端部に接続された放熱フィンとを有し、
前記放熱フィンは、前記蛇行細管ヒートパイプ及び冷媒を介して、当該鉄道車両用電力変換装置内の熱を放熱することを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の鉄道車両用電力変換装置において、
前記蛇行細管ヒートパイプは、Ｌ字型であることを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記請求項１記載の鉄道車両用電力変換装置において、
前記蛇行細管ヒートパイプは、Ｔ字型であることを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
【請求項４】
前記請求項３記載の鉄道車両用電力変換装置において、前記蛇行細管ヒートパイプの一部が、前記鉄道車両用電力変換装置の筐体の内部に設けられていることを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
【請求項５】
車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、
当該鉄道車両用電力変換装置の側板と接続された装置点検カバーと、
前記装置点検カバーと接続された蛇行細管ヒートパイプと、
前記蛇行細管ヒートパイプ内に封入された冷媒と、
前記蛇行細管ヒートパイプに接続された放熱フィンとを有し、
前記放熱フィンは、前記蛇行細管ヒートパイプ及び冷媒を介して、当該鉄道車両用電力変換装置内の熱を放熱することを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
【請求項６】
半導体素子を冷却する第１の冷却器と、
当該鉄道車両用電力変換装置の筐体内部を冷却するための第２の冷却器を備えたことを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
【請求項７】
車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、
前記冷却器とは異なる側面に設置され、当該鉄道車両用電力変換装置を冷却することを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
【請求項８】
車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、
当該鉄道車両用電力変換装置の天井板と接続されたヒートパイプと、
前記ヒートパイプ内に封入された冷媒と、
前記ヒートパイプの端部に接続された放熱フィンとを有し、
前記放熱フィンは、前記ヒートパイプ及び冷媒を介して、当該鉄道車両用電力変換装置内の熱を放熱することを特徴とす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】
本発明は、鉄道車両用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道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、従来の鉄道車両用電力変換装置の断面図である。
【０００３】
従来の鉄道車両用電力変換装置は、半導体素子１と、この半導体素子１と接続された受熱部２と、この受熱部２に一端が埋め込まれたヒートパイプ３とこのヒートパイプと接続された放熱フィン８から主に構成されていた。
【０００４】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、スイッチング動作等により半導体素子１が熱を発した場合には、その熱は受熱部２，ヒートパイプ３を介して放熱フィン８に伝熱され、大気に放熱されていた。
【０００５】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、半導体素子１を冷却する冷却器（受熱部２，ヒートパイプ３，放熱フィン８から主に構成される）を備えているため、半導体素子１の温度が半導体素子の動作許容温度を超える事を防止することが出来る。
【特許文献１】特開平６−１６３７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の鉄道車両用電力変換装置においては、半導体素子１からの発熱を１００％装置外に放熱させることは出来ず、数％の熱が装置内に残ってしまい、更に制御を目的とした他の電気品５や主回路電流を流す電線、導体類が発熱することにより、装置内の温度が上昇し、電力変換装置内の電気品５の動作許容温度まで、鉄道車両用電力変換装置内の温度が下がらない場合がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、装置内が高温化することを抑制することが出来る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】
上記課題は、車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、当該鉄道車両用電力変換装置の天井板と接続され、複数の突起を有する蛇行細管ヒートパイプと、前記蛇行細管ヒートパイプ内に封入された冷媒と、前記蛇行細管ヒートパイプの端部に接続された放熱フィンとを有し、前記放熱フィンは、前記蛇行細管ヒートパイプ及び冷媒を介して、当該鉄道車両用電力変換装置内を冷却することにより達成することが出来る。
【０００９】
上記課題は、車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、当該鉄道車両用電力変換装置の側板と接続された装置点検カバーと、前記装置点検カバーと接続された蛇行細管ヒートパイプと、前記蛇行細管ヒートパイプ内に封入された冷媒と、前記蛇行細管ヒートパイプに接続された放熱フィンとを有し、前記放熱フィンは、前記蛇行細管ヒートパイプ及び冷媒を介して、当該鉄道車両用電力変換装置内の熱を放熱することにより達成することが出来る。
【００１０】
上記課題は、半導体素子を冷却する第１の冷却器と、当該鉄道車両用電力変換装置の筐体内部を冷却するための第２の冷却器を備えたことにより達成することが出来る。
【００１１】
上記課題は、車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、前記冷却器とは異なる側面に設置され、当該鉄道車両用電力変換装置を冷却することによって達成することが出来る。
【００１２】
上記課題は、車両床下に設置され、半導体素子を冷却する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置において、当該鉄道車両用電力変換装置の天井板と接続されたヒートパイプと、前記ヒートパイプ内に封入された冷媒と、前記ヒートパイプの端部に接続された放熱フィンとを有し、前記放熱フィンは、前記ヒートパイプ及び冷媒を介して、当該鉄道車両用電力変換装置内の熱を放熱することによって達成出来る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、装置内が高温化することを抑制することが出来る鉄道車両用電力変換装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道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の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の側面図である。尚、図１３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。
【００１５】
本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置は、プレート形状のループ型蛇行細管ヒートパイプ６，半導体スタック７（半導体素子及びその周辺回路の電気品で構成される），電気品５，放熱フィン８，装置天井板９，冷媒１０から構成されている。
【００１６】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、プレート形状のループ型蛇行細管ヒートパイプ６は、装置天井板９に取り付けられている。蛇行細管ヒートパイプ６の車両側方側の端部には、放熱フィン８が接続されている。蛇行細管ヒートパイプ６の内部に、冷媒１０が封入され、蛇行細管ヒートパイプ６内を動く。半導体スタック７及び電気品５は、電力変換装置内に設置されている。
【００１７】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、半導体素子及びその周辺回路の電気品で構成された半導体スタック７や制御を目的とした他の電気品類３より発熱され、電力変換装置１０内に残ってしまう熱を、装置天井板９に設けられた蛇行細管ヒートパイプ６と車両側面部に設けられた放熱フィン５により放熱をする。
【００１８】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６は、複数の突起を有し、通常のヒートパイプよりも冷却効率が高い。また、蛇行細管ヒートパイプ６内には、冷媒１０が封入されていて、尚且つ冷媒が蛇行してヒートパイプ内を流れるので、ヒートパイプ内の熱分布もほぼ均等になり、効率的な放熱をすることが出来る。
【００１９】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、半導体素子１を冷却する冷却器のほかに、電力変換装置内を冷却する冷却機構を有しているため、装置内が高温化することを抑制することが出来る。
【００２０】
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道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３は、本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図である。図４は、本発明に基づく第２の実施の形態の側面図である。尚、図１及び図２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。
【００２１】
本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置が、本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置と異なる点は、蛇行細管ヒートパイプ６ａが、Ｌ字型をしていて、それに伴い放熱フィン５の向きも９０度回転している。
【００２２】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６ａをＬ字型としているので、設置スペースに制限のある鉄道車両内で、ぎ装限界まで取り付けることが可能となる。そのため、本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置よりも、放熱面積が広くなり、その結果冷却効率も上昇する。
【００２３】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６は、複数の突起を有しているので、通常のヒートパイプよりも冷却効率が高い。また、蛇行細管ヒートパイプ６内には、冷媒１０が封入されているので、ヒートパイプ内の熱分布もほぼ均等になり、効率的な放熱をすることが出来る。
【００２４】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、装置内が高温化することを抑制することが出来る。
【００２５】
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の鉄道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５は、本発明に基づく第３の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図である。尚、図１乃至図４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。
【００２６】
本発明に基づく第３の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置は、蛇行細管ヒートパイプ６ｂがＴ字型となっている。
【００２７】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６ａをＴ字型としているので、設置スペースに制限のある鉄道車両内で、ぎ装限界まで取り付けることが可能となる。そのため、本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置よりも、放熱面積が広くなり、その結果冷却効率も上昇する。
【００２８】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６は、複数の突起を有しているので、通常のヒートパイプよりも冷却効率が高い。また、蛇行細管ヒートパイプ６内には、冷媒１０が封入されているので、ヒートパイプ内の熱分布もほぼ均等になり、効率的な放熱をすることが出来る。
【００２９】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、装置内が高温化することを抑制することが出来る。
【００３０】
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の鉄道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４の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図である。尚、図１乃至図５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。
【００３１】
本発明に基づく第４の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６は、局部的に熱損失が大きい部位（半導体スタック７や電気品５）の近傍に、配置されている。
【００３２】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６が、局部的に熱損失が大きい部位の近傍に配置されているので、電力変換装置内の熱が、蛇行細管ヒートパイプ６に伝熱される熱量も増える。冷却性能も高くなる。
【００３３】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６は、複数の突起を有しているので、通常のヒートパイプよりも冷却効率が高い。また、蛇行細管ヒートパイプ６内には、冷媒１０が封入されているので、ヒートパイプ内の熱分布もほぼ均等になり、効率的な放熱をすることが出来る。
【００３４】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、装置内が高温化することを抑制することが出来る。
【００３５】
（第５の実施の形態）
本発明に基づく第５の実施の形態の鉄道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７は、本発明に基づく第５の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図である。尚、図１乃至図６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。
【００３６】
本発明に基づく第５の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６ｄは、点検カバー１１に取り付けられ、その構造自体も、蛇行細管ヒートパイプ６に比べて簡素化している。
【００３７】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、蛇行細管ヒートパイプ６ｄを簡素化し、点検カバー１１に取り付けたため、蛇行細管ヒートパイプ６ｄのメンテナンスも簡素化することができる。
【００３８】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、装置内が高温化することを抑制することが出来る。
【００３９】
（第６の実施の形態）
本発明に基づく第６の実施の形態の鉄道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８は、本発明に基づく第６の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図である。尚、図１乃至図７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。
【００４０】
本発明に基づく第６の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置は、装置天井板９に蛇行細管ヒートパイプ６を接続している。装置天井板９の内側は、放熱フィン１２が接続されている。また、点検カバー１１の内側にも、放熱フィン１２が接続されている。
【００４１】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６は、複数の突起を有しているので、通常のヒートパイプよりも冷却効率が高い。また、蛇行細管ヒートパイプ６内には、冷媒１０が封入されているので、ヒートパイプ内の熱分布もほぼ均等になり、効率的な放熱をすることが出来る。
【００４２】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、装置内が高温化することを抑制することが出来る。
【００４３】
（第７の実施の形態）
本発明に基づく第７の実施の形態の鉄道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７の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図である。尚、図１乃至図８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。
【００４４】
本発明に基づく第７の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置において、蛇行細管ヒートパイプ６の端部を、半導体素子１を冷却する冷却器の反対側（車体中央側）に突出させたことを特徴としている。そのため、冷却器によって走行風が遮られることもなく、蛇行細管ヒートパイプ６に走行風が流れやすくなる。
【００４５】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、装置内が高温化することを抑制することが出来る。
【００４６】
（第８の実施の形態）
本発明に基づく第８の実施の形態の鉄道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１０は、本発明に基づく第８の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図である。尚、図１乃至図９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。
【００４７】
本発明に基づく第８の実施の形態の電力変換装置において、受熱部２の一方の側面には、半導体素子１が接続され、受熱部２の他方の側面には放熱フィン４が、車体中央側に突出し接続されている。電力変換装置の、車体側方側の側面には、放熱フィン１２が接続されている。
【００４８】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、電力変換装置内部を冷却するための放熱フィン１２が、半導体素子１を冷却するための放熱フィン４とは異なる側面に突出しているため、放熱フィン４により走行風が遮られることがなく、冷却効率が上がる。
【００４９】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、放熱フィン４及び放熱フィン１２により冷却機構を構成しているため、ヒートパイプを用いた冷却機構に比べ、軽量化することが出来る。また、防音効果を上げるため、車体側方側にカバーを取り付けるのも好ましい。
【００５０】
（第９の実施の形態）
本発明に基づく第９の実施の形態の鉄道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９の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図である。尚、図１乃至図１０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。
【００５１】
本発明に基づく第９の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置が、本発明に基づく第８の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置と異なる点は、電力変換装置の内部を冷却するための放熱フィン１２が、装置天井板９に設けられているという点である。
【００５２】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、電力変換装置内部を冷却するための放熱フィン１２が、半導体素子１を冷却するための放熱フィン４とは異なる面に突出しているため、放熱フィン４により走行風が遮られることがなく、冷却効率が上がる。
【００５３】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、放熱フィン４及び放熱フィン１２により冷却機構を構成しているため、ヒートパイプを用いた冷却機構に比べ、軽量化することが出来る。また、防音効果を上げるため、車体側方側にカバーを取り付けるのも好ましい。
【００５４】
（第１０の実施の形態）
本発明に基づく第１０の実施の形態の鉄道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１２は、本発明に基づく第１０の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図である。尚、図１乃至図１１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。
【００５５】
本発明に基づく第１０の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置が、本発明に基づく第９の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置と異なる点は、放熱フィン１２が、線路と略並行に設けられ、放熱フィン４が、装置天井板９と略並行に設けられているという点である。
【００５６】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置において、電力変換装置内部を冷却するための放熱フィン１２が、半導体素子１を冷却するための放熱フィン４とは異なる面に突出しているため、放熱フィン４により走行風が遮られることがなく、冷却効率が上がる。
【００５７】
このように構成された鉄道車両用電力変換装置は、放熱フィン４及び放熱フィン１２により冷却機構を構成しているため、ヒートパイプを用いた冷却機構に比べ、軽量化することが出来る。また、防音効果を上げるため、車体側方側にカバーを取り付けるのも好ましい。
【００５８】
本発明に基づく第１の実施の形態乃至第７の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の説明においては、効果が高いと考えられる蛇行細管ヒートパイプを用いて説明したが、普通のヒートパイプを使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図。
【図３】本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図。
【図４】本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図。
【図５】本発明に基づく第３の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図。
【図６】本発明に基づく第４の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図。
【図７】本発明に基づく第５の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図。
【図８】本発明に基づく第６の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の構成図。
【図９】本発明に基づく第７の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図。
【図１０】本発明に基づく第８の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図。
【図１１】本発明に基づく第９の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図。
【図１２】本発明に基づく第１０の実施の形態の鉄道車両用電力変換装置の断面図。
【図１３】従来の鉄道車両用電力変換装置の断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１    半導体素子
２    受熱部
３    ヒートパイプ
４    放熱フィン
５    電気品
６    蛇行細管ヒートパイプ
７    半導体スタック
８    放熱フィン
９    装置天井板
１０  冷媒
１１  点検カバー
１２  放熱フィン
【図１】
2005223277.tif 000003
【図２】
2005223277.tif 000004
【図３】
2005223277.tif 000005
【図４】
2005223277.tif 000006
【図５】
2005223277.tif 000007
【図６】
2005223277.tif 000008
【図７】
2005223277.tif 000009
【図８】
2005223277.tif 000010
【図９】
2005223277.tif 000011
【図１０】
2005223277.tif 000012
【図１１】
2005223277.tif 000013
【図１２】
2005223277.tif 000014
【図１３】
2005223277.tif 000015