(57)【要約】  本発明の車両用電力変換装置（１）は、車両（２）に取り付けられる筐体（３）と、筐体（３）に近い側に位置し、半導体素子（４）が取り付けられる受熱面（５１ａ）を有する受熱部（５１）と、受熱部（５１）の受熱面（５１ａ）とは反対側の面（５１ｂ）に設けられる放熱部（５２）とを有する冷却器（５）と、放熱部（５２）の筐体（３）から遠い側に位置する先端側が車両（２）の艤装限界（Ｓ）に接近する方向への位置を調節する位置調節部材（６）と、を備えている。
2020008927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に取り付けられる筐体と、
前記筐体に近い側に位置し、半導体素子が取り付けられる受熱面を有する受熱部と、前記受熱部の前記受熱面とは反対側の面に設けられる放熱部とを有する冷却器と、
前記放熱部の前記筐体から遠い側に位置する先端側が前記車両の艤装限界に接近する方向への位置を調節する位置調節部材と、
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】
前記位置調整部材は、前記筐体と前記受熱部の間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記位置調節部材は、前記半導体素子を内部に配置可能な空間を有していることを特徴とする請求項２に記載の車両用電力変換装置。
【請求項４】
前記位置調節部材は、矩形枠状に一体成形されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車両用電力変換装置。
【請求項５】
前記位置調節部材は、外周面が前記受熱部の外周面と面一になるように設けられることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
【請求項６】
前記位置調節部材の前記筐体側又は前記受熱部側の一方の面には、前記位置調節部材と前記筐体との間又は前記位置調節部材と前記受熱部との間から流体が浸入することを防止するための止水部が形成されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
【請求項７】
前記位置調節部材の前記筐体側及び前記受熱部側の両方の面には、前記位置調節部材と前記筐体との間及び前記位置調節部材と前記受熱部との間から流体が浸入することを防止するための止水部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
【請求項８】
それぞれの前記止水部は、前記位置調節部材の前記筐体側及び前記受熱部側の両方の面の互いに対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の車両用電力変換装置。
【請求項９】
前記受熱部と共に前記位置調節部材を前記筐体に固定する締結部材を備えることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
【請求項１０】
前記放熱部は、前記筐体の下方に設けられ、
前記位置調節部材は、前記放熱部の前記先端側が、前記車両の下方側に設定される前記艤装限界よりも上方に位置するように設けられることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
【請求項１１】
前記筐体の底面は、前記車両に備えられ前記放熱部に走行風を取り込むために前記放熱部から前記車両の走行方向に離れるに従って下方に傾斜する傾斜面の上端よりも上方に位置し、
前記受熱部の前記受熱面とは反対側に位置する下面は、前記傾斜面の上端と同じ位置又は下方に位置する
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
【請求項１２】
前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の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、車両用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子が取り付けられる受熱部の取り付け面とは反対側の面に設けられる放熱部に車両の走行によって生じる走行風を流すことにより、半導体素子から伝熱された熱を冷却する車両用電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４６９４７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の車両用電力変換装置では、艤装限界に対して放熱部が奥まった位置に設けられるような場合には、走行風を放熱部に十分に取り込むことができず、冷却性能が低下するという問題があった。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、走行風を効率的に取り込み、冷却性能を向上させることができる車両用電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用電力変換装置は、車両に取り付けられる筐体と、筐体に近い側に位置し、半導体素子が取り付けられる受熱面を有する受熱部と、受熱部の受熱面とは反対側の面に設けられる放熱部とを有する冷却器と、放熱部の筐体から遠い側に位置する先端側が車両の艤装限界に接近する方向への位置を調節する位置調節部材と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る車両用電力変換装置によれば、車両に取り付けられる筐体に近い側に位置し、半導体素子が取り付けられる受熱面を有する受熱部と、受熱部の受熱面とは反対側の面に設けられる放熱部とを有する冷却器と、放熱部の筐体から遠い側に位置する先端側が車両の艤装限界に接近する方向への位置を調節する位置調節部材と、を備えているので、走行風を効率的に取り込み、冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置が車両の床下に設置されている構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線における車両用電力変換装置の断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線における車両用電力変換装置の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置の位置調節部材の一例を示す斜視図である。
【図５】図４に示すＣ−Ｃ線における位置調節部材の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置を車両の底面側から見た場合の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置の側面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置の正面図である。
【図９】図７に示すＤ−Ｄ線における車両用電力変換装置の断面図である。
【図１０】図８に示すＥ−Ｅ線における車両用電力変換装置の断面図である。
【図１１】車両用電力変換装置の艤装の仕方の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る車両用電力変換装置の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、全図を通じて同一の要素には同一の符号を付す。実施の形態の説明では、水平面内において互いに垂直な第１軸方向（走行方向）及び第２軸方向（枕木方向）、第１軸方向の一方を第１軸正方向、第１軸方向の他方を第１軸負方向、第１軸正方向側から見た左方を第２軸正方向、第１軸正方向側から見た右方を第２軸負方向、第１軸方向および第２軸方向に垂直な上下方向を用いるが、これは説明のためであって、本発明を限定する趣旨ではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置が車両の床下に設置されている構成の一例を示す図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線における車両用電力変換装置の断面図である。図３は、図１に示すＢ−Ｂ線における車両用電力変換装置の断面図である。車両用電力変換装置１は、図１から図３に示すように、鉄道車両（以下、「車両」という）２に搭載される装置であって、車両２の床下に取り付けられる筐体３と、電力変換のための半導体素子４と、半導体素子４を冷却するための冷却器５と、筐体３と冷却器５の間に設けられる位置調節部材６と、を備えている。車両用電力変換装置１は、半導体素子４を動作させることによって、例えば、不図示の架線から供給される電力を変換し、変換した電力を車両駆動用のモータへ出力する。尚、車両２の床下には、車両用電力変換装置１等の車両機器が艤装可能なスペースの限界として艤装限界Ｓがあり、この艤装限界Ｓ内に車両用電力変換装置１が収まるように設置される。つまり、図２及び図３に二点鎖線で示す艤装限界Ｓは、車両２の床下に設置する車両機器の設置可能な領域の境界を示しており、地上設備等との干渉を回避するため、この境界をはみ出さないように車両用電力変換装置１は設置されなければならない。
【００１１】
筐体３は、例えば、矩形箱状の部材であって、図２に示すように、車両２の側方側（第２軸負方向側）が開放されている構造になっている。筐体３は、上面３１に複数の吊り部７が設けられている。筐体３は、吊り部７が車両２の底面２１に固定されることにより、筐体３の底面３２が、艤装限界Ｓよりも高い位置に位置した状態で、車両２の床下に艤装される。筐体３の内部には、詳しくは図示しないが、例えば、複数の半導体素子４を備える電力変換回路にスイッチング信号を送る制御部の他、検出器、電源部等が収容されている。また、筐体３の開放されている側（第２軸負方向側）には、位置調節部材６を介して冷却器５が取り付けられており、位置調節部材６の内部の空間６１に半導体素子４が配置された状態で収容されている
【００１２】
半導体素子４は、例えば、不図示の架線からパンダグラフ等の集電装置を介して供給される電力を変換するために動作するスイッチング素子、ダイオード素子等であって、動作時に発熱する。半導体素子４で変換された電力は、例えば、車両駆動用のモータへ出力される。尚、半導体素子４は、交流の電力を直流の電力に変換しても良く、直流の電力を交流の電力に変換しても良い。半導体素子４としては、例えば、珪素を材料として形成したものを用いても良いが、好ましくは、半導体素子４の一部または全部は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子４を用いる。ワイドバンドギャップ半導体で形成された半導体素子４を用いることにより、耐電圧性および許容電流密度が高くなるため、車両用電力変換装置１の小型化が可能になる。また、ワイドバンドギャップ半導体で形成された半導体素子４は、耐熱性が高いため、冷却器５の小型化が可能になる。また、電力損失が低いため、半導体素子４の高効率化、高効率な電力変換が可能になる。
【００１３】
冷却器５は、筐体３の開放されている側（第２軸負方向側）に位置調節部材６を介して取り付けられる。冷却器５は、半導体素子４を冷却するための機器であって、例えば、図１から図３に示すように、受熱部５１と、放熱部５２と、を備えている。
【００１４】
受熱部５１は、例えば、伝熱性の高い材料であるアルミニウム、銅等の金属材料によって形成された矩形板状の冷却ブロックである。受熱部５１の筐体３に近い側（第２軸正方向側）に位置する受熱面５１ａには、半導体素子４からの発熱が受熱部５１に伝わるように半導体素子４が熱伝導グリース等を介して接続されている。本実施の形態では、受熱部５１は、受熱面５１ａが第１軸方向及び上下方向からなる平面と平行になるように配置されている例を示している。また、受熱部５１の受熱面５１ａとは反対側（第２軸負方向側）の面５１ｂには、放熱部５２が設けられている。
【００１５】
放熱部５２は、例えば、図１及び図２に示すように、複数の放熱フィン５２ａを有している。複数の放熱フィン５２ａは、半導体素子４が発する熱を放熱するためのフィンであって、受熱部５１から車両２の側方側（第２軸負方向側）へ延びるように設けられている。尚、放熱部５２は、放熱フィン５２ａの筐体３から遠い側（第２軸負方向側）に位置する先端側が艤装限界Ｓ内に収まるように設けられる。本実施の形態では、放熱フィン５２ａは、矩形板状に形成されており、第１軸方向及び第２軸方向からなる平面と平行になるように配置されている例を示している。また、複数の放熱フィン５２ａは、それぞれ上下方向に間隔をあけて並べられている。上下方向に隣り合う放熱フィン５２ａのそれぞれの間隔は、特に限定されるものではなく、適宜定められれば良いが、本実施の形態では全て等間隔に並べられている例を示している。このように放熱部５２は、受熱部５１から車両２の側方側（第２軸負方向側）へ延びるように設けられる複数の放熱フィン５２ａが外気に露出した状態で、上下方向に間隔をあけて並べられることにより、上下方向に隣り合う放熱フィン５２ａの間にそれぞれ第１軸方向へ延びる流路５３が形成される。これにより、例えば、車両２が図１に矢印で示す走行方向１００へ走行する際には、上下方向に隣り合う放熱フィン５２ａの間に形成される流路５３に二点鎖線の矢印で示す方向（第１軸負方向）に走行風２００が流れることによって、半導体素子４から受熱部５１を介して放熱フィン５２ａに熱伝導された熱が放熱フィン５２ａの表面から大気へ放熱される。
【００１６】
放熱フィン５２ａは、例えば、伝熱性の高い材料であるアルミニウム、銅等の金属材料によって受熱部５１と一体化するように構成される。放熱フィン５２ａは、例えば、受熱部５１の車両２の側方側（第２軸負方向側）の面５１ｂにろう付け又は溶接等によって一体化するように形成される。尚、放熱フィン５２ａは、受熱部５１の面５１ｂに形成した溝に圧入されることによって設けたり、押出成形等によって受熱部５１と一体成形することによって設けたり、受熱部５１にボルト等の締結部材を用いて固定することによって設けるようにしても良く、その作製方法は特に限定されるものではない。また、冷却器５は、本実施の形態の構成に限定されるものではなく、例えば、冷媒の相変化を利用したヒートパイプ方式のもの等、従来公知のものを適宜用いても良い。
【００１７】
位置調節部材６は、放熱部５２（放熱フィン５２ａ）の筐体３から遠い側（第２軸負方向側）に位置する先端側が車両２の艤装限界Ｓに接近する方向（本実施の形態においては第２軸負方向）への位置を調節するためのスペーサとしての機能を有する部材であって、筐体３と受熱部５１の間に設けられている。
【００１８】
図４は、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置の位置調節部材の一例を示す斜視図である。図５は図４に示すＣ−Ｃ線における位置調節部材の断面図である。位置調節部材６は、図２から図４に示すように、例えば、外形が受熱部５１の外形と同じ寸法となる矩形枠状に形成されており、内部に半導体素子４を配置可能な空間６１を有している。位置調節部材６は、図２から図５に示すように、筐体３側（第２軸正方向側）に位置する面６２に第１止水部６３が形成され、受熱部５１側（第２軸負方向側）の面６４に第２止水部６５が形成されている。位置調節部材６は、例えば、アルミニウム等の金属材料を切り抜き加工等によって第１止水部６３及び第２止水部６５を含めて矩形枠状に一体成形される。また、第１止水部６３及び第２止水部６５は、図５に示すように、それぞれ面６２及び面６４の互いに対向する位置に形成される。
【００１９】
第１止水部６３は、位置調節部材６と筐体３との間から雨水等の流体が浸入することを防止するためのものであって、筐体３側へ突出する凸部を有している。第１止水部６３は、位置調節部材６の面６２の全周に渡って矩形枠状に形成されている。第１止水部６３は、例えば、図２及び図３に示すように、筐体３に位置調節部材６が取り付けられた際に、筐体３の開放されている側（第２軸負方向側）の周縁部に設けられる面３３に矩形枠状に形成されている凹部（パッキン保持部）３４に嵌め込まれた状態で保持されているパッキン８を押さえるためのものである。
【００２０】
第２止水部６５は、位置調節部材６と受熱部５１との間から雨水等の流体が浸入することを防止するためのものであって、パッキン９を嵌め込んだ状態で保持するための凹部を有している。第２止水部６５は、位置調節部材６の面６４の全周に渡って矩形枠状に形成されている。第２止水部６５は、例えば、図２及び図３に示すように、受熱部５１に位置調節部材６が取り付けられた際に、受熱部５１の受熱面５１ａの周縁部に矩形枠状に形成されている凸部（パッキン押え部）５４によってパッキン９が押えられる。
【００２１】
尚、位置調節部材６の構造は、本実施の形態に限定されるものではなく、第１止水部６３が、パッキン８を嵌め込んだ状態で保持するための凹部であっても良い。その場合には、筐体３の開放されている側（第２軸負方向側）の周縁部に設けられる面３３にパッキン８を押さえるための矩形枠状に形成された凸部（パッキン押え部）が設けられていれば良い。また、第２止水部６５は、パッキン９を押さえるための凸部であっても良い。その場合には、受熱部５１の受熱面５１ａの周縁部にパッキン９を嵌め込んだ状態で保持するための凹部が設けられていれば良い。また、第１止水部６３を設ける代わりに、位置調節部材６と筐体３との境界部分にシール部材（不図示）等を設けることによって止水するようにしても良い。同様に第２止水部６５を設ける代わりに、位置調節部材６と受熱部５１との境界部分にシール部材（不図示）等を設けることによって止水するようにしても良い。
【００２２】
位置調節部材６は、例えば、図２及び図３に示すように、受熱部５１と共に締結部材１０によって筐体３に固定される。締結部材１０は、例えば、ボルト部１０ａ及びナット部１０ｂによって構成される。受熱部５１及び位置調節部材６には、ボルト１０ａを挿通可能な第２軸方向に貫通した貫通孔（不図示）がそれぞれ形成されている。これらの貫通孔は、受熱部５１及び位置調節部材６の互いに対応する位置にそれぞれ形成されており、筐体３の面３３の第２軸方向に貫通して設けられた孔（不図示）に連通するように位置が合わせられる。また、筐体３の面３３の内部側にはボルト１０ａに螺合するナット１０部ｂが溶接等によって固定されており、受熱部５１及び位置調節部材６のそれぞれに形成されている貫通孔及び筐体３の面３３に設けられた孔にボルト部１０ａを挿通してボルト部１０ａとナット部１０ｂを螺合することによって、受熱部５１と共に位置調節部材６が筐体３に固定される。
【００２３】
この際、位置調節部材６の外形と受熱部５１の外形は同じ寸法に形成されているので、位置調節部材６の外周面６６と受熱部５１の外周面５１ｃとが面一になるように設けられる。また、受熱部５１と共に位置調節部材６が筐体３に固定されることによって、筐体３の面３３の凹部３４に嵌め込まれているパッキン８が第１止水部６３によって押さえた状態となり、且つ、第２止水部６５に嵌め込まれているパッキン９が受熱部５１の受熱面５１ａに形成されている凸部５４によって押えられた状態となる。これにより、図２及び図３に示すように、位置調節部材６の車両２の側方側（第２軸負方向側）の開口は、受熱部５１によって閉じられた状態になり、位置調節部材６の空間６１と筐体３の内部が連なって配置された状態で密閉される。そして、受熱部５１の受熱面５１ａに接続されている半導体素子４は、密閉されている位置調節部材６の空間６１内に配置される。尚、本実施の形態では、位置調節部材６の空間６１内に半導体素子４の全体が収容されている例を示しているが、位置調節部材６の厚み等に応じて、半導体素子４は、位置調節部材４の空間６１と筐体３の内部に跨って配置された状態で収容される場合もある。尚、本実施の形態では、位置調節部材６は、筐体３と受熱部５１の間に設けられているが、車両２の底面２１と吊り部７との間、あるいは吊り部７と筐体３との間に設けられ、放熱部５２の先端側が車両２の艤装限界Ｓに接近する方向への位置を調節するものであっても良い。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、車両２に取り付けられる筐体３と、筐体３に近い側に位置し、半導体素子４が取り付けられる受熱面５１ａを有する受熱部５１と、受熱部５１の受熱面５１ａとは反対側の面５１ｂに設けられる放熱部５２とを有する冷却器５と、放熱部５２の筐体３から遠い側に位置する先端側が車両２の艤装限界Ｓに接近する方向への位置を調節する位置調節部材６と、を備えているので、走行風２００を効率的に取り込み、冷却性能を向上させることができる。
【００２５】
図６は、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置を車両の底面側から見た場合の一例を示す図である。車両用電力変換装置１の車両２の走行方向（第１軸正方向）１００の前方側には、例えば、図６に示すように、他の装置３００が設置されるような場合がある。このような装置３００の配置において、位置調節部材６を備えていない場合には、装置３００が走行風２００を遮る障害物となり、放熱部５２に十分な走行風２００が取り込めなくなる場合がある。一方、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１では、図６に示すように、位置調節部材６によって、放熱部５２を艤装限界Ｓに接近する方向（第２軸負方向）へ移動させ、放熱部５２が装置３００によって走行風２００が遮られない位置に配置することができる。これにより、車両用電力変換装置１では、放熱部５２に十分な走行風２００を効率的に取り込むことができるようになり、冷却性能を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、位置調整部材６は、筐体３と受熱部５１の間に設けられるので、筐体３を車両２から取り外すことなく、放熱部５２の先端側が車両２の艤装限界Ｓに接近する方向への位置を調節することができる。そのため、筐体３の配置を変更する必要がない。
【００２７】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、位置調節部材６は、半導体素子４を内部に配置可能な空間６１を有しているので、受熱部５１の受熱面５１ａに接続される半導体素子４の配置等を変更することなく、筐体３と受熱部５１の間に位置調節部材６を設けることができる。
【００２８】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、位置調節部材６は、矩形枠状に一体成形されているので、矩形枠内に形成される空間６１に半導体素子４を配置した状態で、放熱部５２の先端側が車両２の艤装限界Ｓに接近する方向への位置を調節することができる。また、位置調節部材６は、一体成形されているので、複数の部材を接続して構成する場合のように接続部分にシール部材等を用いなくても雨水等が浸入してくることを防止することができる。
【００２９】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、位置調節部材６は、外周面６６が受熱部５１の外周面５１ｃと面一になるように設けられるので、位置調節部材６と受熱部５１の境界に段差等が生じることがなく、位置合わせも容易に行うことができる。
【００３０】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、位置調節部材６の筐体３側の面６２には、位置調節部材６と筐体３との間から流体が浸入することを防止するための第１止水部６３が設けられているので、位置調節部材６と筐体３との境界部分に別途シール部材等を設けることなく、流体の浸入を防止することができる。
【００３１】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、位置調節部材６の受熱部５１側の面６４には、位置調節部材６と受熱部５１との間から流体が浸入することを防止するための第２止水部６５が設けられているので、位置調節部材６と受熱部５１との境界部分に別途シール部材等を設けることなく、流体の浸入を防止することができる。
【００３２】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、第１止水部６３及び第２止水部６５は、位置調節部材６の筐体３側及び受熱部５１側の両方の面６２、６４の互いに対向する位置に形成することで、第１止水部６３及び第２止水部６５を筐体３及び受熱部５１に対応する構造に予め形成することができる。これにより、筐体３及び受熱部５１の構造を変更することなく、位置調節部材６を利用することができる。
【００３３】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、受熱部５１と共に位置調節部材６を筐体３に固定する締結部材１０を備えているので、締結部材１０による締結を解くことによって、容易に位置調節部材６を取り外したり、交換したりすることができる。すなわち、車両用電力変換装置１の全体を車両２から取り外すなどの大掛かりな作業を行うことなく、障害物となる他の装置の配置や冷却器５のサイズに合わせて位置調節部材６の交換や取り外し等の作業を容易行うことができる。
【００３４】
また、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１によれば、半導体素子４は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されているので、耐電圧性および許容電流密度が高くなるため、車両用電力変換装置１の小型化が可能になる。また、ワイドバンドギャップ半導体で形成された半導体素子４は、耐熱性が高いため、冷却器５の小型化が可能になる。また、電力損失が低いため、半導体素子４の高効率化、高効率な電力変換が可能になる。
【００３５】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置１ａについて、図７から図１０を参照しつつ説明する。尚、本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１と同様の構成等については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
図７は、本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置１ａの側面図である。図８は、本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置１ａの正面図である。図９は、図７に示すＤ−Ｄ線における車両用電力変換装置１ａの断面図である。図１０は、図８に示すＥ−Ｅ線における車両用電力変換装置１ａの断面図である。
【００３７】
車両用電力変換装置１ａは、図７から図１０に示すように、車両２の床下に取り付けられる筐体３と、電力変換のための半導体素子４と、半導体素子４を冷却するための冷却器５と、筐体３と冷却器５の間に設けられる位置調節部材６と、を備えている。車両用電力変換装置１ａの筐体３は、矩形箱状の部材であって、図９及び図１０に示すように、下方側が開放された構造になっている。筐体３は、吊り部７が車両２に固定されることにより、放熱フィン５２ａの下端側が、車両２の下方側に設定される艤装限界Ｓよりも上方に位置するように車両２の床下に艤装される。
【００３８】
本実施の形態の冷却器５は、筐体３の下方側に位置調節部材６を介して取り付けられる。冷却器５は、半導体素子４を冷却するための機器であって、受熱部５５と、放熱部５６と、を備えている。受熱部５５の筐体３に近い側の上面に相当する受熱面５５ａには、半導体素子４が接続されている。本実施の形態では、受熱部５５は、受熱面５５ａが第１軸方向及び第２軸方向からなる平面（水平面）と平行になるように配置されている。また、受熱部５５の受熱面５５ａとは反対側（下方側）に位置する下面５５ｂには、放熱部５６が設けられている。
【００３９】
放熱部５６は、図８及び図９に示すように、複数の放熱フィン５６ａを有している。複数の放熱フィン５６ａは、受熱部５５の下面５５ｂから下方側へ延びるように設けられている。尚、放熱部５６は、放熱フィン５６ａの筐体３から遠い側（下方側）に位置する先端側（下端側）が艤装限界Ｓよりも上方に位置するように設けられる。本実施の形態では、放熱フィン５６ａは、矩形板状に形成されており、第１軸方向及び上下方向からなる平面と平行になるように配置されている。また、複数の放熱フィン５６ａは、それぞれ第２軸方向に間隔をあけて並べられている。第２軸方向に隣り合う放熱フィン５６ａのそれぞれの間隔は、特に限定されるものではなく、適宜定められれば良いが、本実施の形態では全て等間隔に並べられている例を示している。このように放熱部５６は、受熱部５５から下方側へ延びるように設けられる複数の放熱フィン５６ａが外気に露出した状態で、第２軸方向に間隔をあけて並べられることにより、第２軸方向に隣り合う放熱フィン５６ａの間にそれぞれ第１軸方向へ延びる流路５７が形成される。
【００４０】
また、本実施の形態では、車両２は、図７及び図１０に示すように、底面２２において、車両用電力変換装置１ａの走行風２００の流入側（第１軸正方向側）及び流出側（第２軸負方向側）の両方にそれぞれ第１スロープ部１１及び第２スロープ部１２を備えている。第１スロープ部１１は、放熱部５６に走行風２００を効率的に取り込むように、放熱部５６から車両２の走行方向の前方側（第１軸正方向側）に離れるに従って下方に傾斜する傾斜面１１ａを有している。また、第２スロープ部１２は、放熱部５６を流れた後の走行風２００を車両２の走行方向の後方側（第１軸負方向側）に導くように放熱部５６から車両２の走行方向の後方側（第１軸負方向側）に離れるに従って下方に傾斜する傾斜面１２ａを有している。
【００４１】
本実施の形態に係る車両用電力変換装置１ａは、傾斜面１１ａの傾斜角に合わせて折り曲げ加工されたＬ字状の第１の接続部材１３と、傾斜面１２ａの傾斜角に合わせて折り曲げ加工されたＬ字状の第２の接続部材１４とを備えている。第１の接続部材１３は、筐体３の第１軸正方向側に位置する側面３５に不図示の締結部材等を用いて固定される固定片１３ａと、固定片１３ａの下端から傾斜面１１ａの傾斜角に合わせて折り曲げ加工され、傾斜面１１ａの上端側と不図示の締結部材等を用いて接続される接続片１３ｂとを有している。これにより、第１スロープ部１１は、例えば、第１の接続部材１３を介して筐体３の側面３５に接続されることにより固定される。また、第２の接続部材１４は、筐体３の第１軸負方向側に位置する側面３６に不図示の締結部材等を用いて固定される固定片１４ａと、固定片１４ａの下端から傾斜面１２ａの傾斜角に合わせて折り曲げ加工され、傾斜面１２ａの上端側と不図示の締結部材等を用いて接続される接続片１４ｂとを有している。これにより、第２スロープ部１２は、例えば、第２の接続部材１４を介して筐体３の側面３６に接続されることにより固定される。尚、図８では、第１スロープ部１１及び第１の接続部材１３は、省略して図示している。また、第１の接続部材１３及び第２の接続部材１４は、本実施の形態の構造に限定されるものではなく、第１スロープ部１３及び第２スロープ部１４をそれぞれ筐体３に接続して固定できるものであれば良い。
【００４２】
位置調節部材６は、放熱部５６（放熱フィン５６ａ）の筐体３から遠い側（下方側）に位置する先端側が車両２の下方側に設定される艤装限界Ｓに接近する方向（本実施の形態においては下方）への位置を調節するためのスペーサとしての機能を有する部材であって、筐体３と受熱部５５の間に設けられている。尚、位置調節部材６は、図４に示す構造と基本的には同様のため、構造に関する詳細な説明については省略する。本実施の形態では、第１止水部６３は、例えば、図９及び図１０に示すように、筐体３に位置調節部材６が取り付けられた際に、筐体３の開放されている側（下方側）の周縁部に設けられる底面３７に矩形枠状に形成されている凹部（パッキン保持部）３８に嵌め込まれた状態で保持されているパッキン８を押さえる。また、第２止水部６５は、パッキン９を嵌め込んだ状態で保持しており、受熱部５５に位置調節部材６が取り付けられた際に、受熱部５５の受熱面５５ａの周縁部に矩形枠状に形成されている凸部（パッキン押え部）５８によってパッキン９が押えられる。
【００４３】
尚、第１の実施形態と同様に位置調節部材６の構造は、本実施の形態に限定されるものではなく、第１止水部６３が、パッキン８を嵌め込んだ状態で保持するための凹部であっても良い。その場合には、筐体３の下方の周縁部に設けられる底面３７にパッキン８を押さえるための矩形枠状に形成された凸部（パッキン押え部）が設けられていれば良い。また、第２止水部６５は、パッキン９を押さえるための凸部であっても良い。その場合には、受熱部５５の受熱面５５ａの周縁部にパッキン９を嵌め込んだ状態で保持するための凹部が設けられていれば良い。また、第１止水部６３を設ける代わりに、位置調節部材６と筐体３との境界部分にシール部材（不図示）等を設けることによって止水するようにしても良い。同様に第２止水部６５を設ける代わりに、位置調節部材６と受熱部５１との境界部分にシール部材（不図示）等を設けることによって止水するようにしても良い。
【００４４】
また、位置調節部材６は、実施の形態１と同様に、例えば、図９及び図１０に示すように、受熱部５５と共にボルト部１０ａ及びナット部１０ｂによって構成される締結部材１０によって筐体３に固定される。この際、位置調節部材６の外形と受熱部５５の外形は同じ寸法に形成されているので、位置調節部材６の外周面６６と受熱部５５の外周面５５ｃとが面一になるように設けられる。また、受熱部５５と共に位置調節部材６が筐体３に固定されることによって、筐体３の底面３７の凹部３８に嵌め込まれているパッキン８が第１止水部６３によって押さえた状態となり、且つ、第２止水部６５に嵌め込まれているパッキン９が受熱部５５の受熱面５５ａに形成されている凸部５８によって押えられた状態となる。これにより、図９及び図１０に示すように、位置調節部材６の下方側の開口は、受熱部５５によって閉じられた状態になり、位置調節部材６の空間６１と筐体３の内部が連なって配置された状態で密閉される。そして、受熱部５５の受熱面５５ａに接続されている半導体素子４が密閉されている位置調節部材６の空間６１及び筐体３の内部に跨って配置される。尚、本実施の形態では、半導体素子４は、位置調節部材６の空間６１と筐体３の内部に跨って配置された状態で収容されている例を示しているが、位置調節部材６の厚み等に応じて、位置調節部材６の空間６１内に半導体素子４の全体が収容される場合もある。
【００４５】
また、位置調節部材６は、放熱部５６の下方側に位置する先端側が、車両２の下方側に設定される艤装限界Ｓよりも上方に位置するように設けられる。尚、本実施の形態では、図７及び図１０に示すように、位置調節部材６は、放熱部５６の先端側が、艤装限界Ｓよりも特定の距離だけ上方に位置している第１スロープ部１１及び第２スロープ部１２の傾斜面１１ａ、１２ａの下端と同じ高さになるように設けられている例を示している。
【００４６】
また、筐体３の底面３７は、傾斜面１１ａ、１２ａの上端よりも上方に位置し、且つ、受熱部５５の受熱面５５ａとは反対側に位置する下面５５ｂは、傾斜面１１ａ、１２ａの上端と同じ位置又は下方に位置するように設けられる。尚、本実施の形態では、図７及び図１０に示すように、傾斜面１１ａ、１２ａの上端が受熱部５５の下面５５ｂと同じ高さに位置するように位置調節部材６が設けられている例を示している。傾斜面１１ａ、１２ａの上端の位置については、例えば、第１の接続部材１３の固定片１３ａ及び第２の接続部材１４の固定片１４ａのそれぞれの下方側への寸法を調節することで変更することができる。例えば、傾斜面１１ａ、１２ａの上端の位置を下方側へ下げる場合には、固定片１３ａ及び固定片１４ａの下方側の寸法が傾斜面１１ａ、１２ａの上端の位置を下方側へ下げる距離に応じて長く形成された第１の接続部材１３及び第２の接続部材１４を用いれば良い。尚、本実施の形態では、位置調節部材６は、筐体３と受熱部５５の間に設けられている例を示しているが、車両２と吊り部７との間、あるいは吊り部７と筐体３との間に設けられ、放熱部５６の先端側が車両２の艤装限界Ｓに接近する方向への位置を調節するものであっても良い。
【００４７】
本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置１ａによれば、放熱部５６は、筐体３の下方に設けられ、位置調節部材６は、放熱部５６の先端側が、車両２の下方側に設定される艤装限界Ｓよりも上方に位置するように設けられるので、放熱部５６は艤装限界Ｓからはみ出すことなく、走行風２００を効率的に取り込み、冷却性能を向上させることができる。
【００４８】
また、本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置１ａによれば、筐体３の底面３７は、車両２に備えられ放熱部５６に走行風２００を取り込むために放熱部５６から車両２の走行方向に離れるに従って下方に傾斜する傾斜面１１ａの上端よりも上方に位置し、受熱部５５の受熱面５５ａとは反対側に位置する下面５５ｂは、傾斜面１１ａの上端と同じ位置又は下方に位置するので、筐体３の配置を変更することなく、傾斜面１１ａの上端が筐体３の底面３７と同じ高さ又は底面３７よりも上方に位置する場合よりも傾斜面１１ａの走行方向側（第１軸正方向側）の長さ及び上下方向の高さを縮小することが可能になる。
【００４９】
図１１は、車両用電力変換装置の艤装の仕方の例を示す図である。図１１（ａ）は、位置調節部材６を備えていない車両用電力変換装置４００の艤装の仕方の一例を示している。車両用電力変換装置４００の第１軸正方向側及び第２軸負方向側には、それぞれ傾斜面１５ａを有する第１スロープ部１５及び傾斜面１６ａを有する第２スロープ部１６が設けられている。第１スロープ部１５及び第２スロープ部１６は、第１の接続部材１７及び第２の接続部材１８を用いて筐体３にそれぞれ固定されている。傾斜面１５ａ及び傾斜面１６ａの上端は、車両用電力変換装置４００の冷却器４０１の受熱部４０２の下面と同じ高さにそれぞれ位置している。傾斜面１５ａ及び傾斜面１６ａの下端は、冷却器４０１の放熱部４０３（放熱フィン４０３ａ）の下端と同じ高さに位置している。傾斜面１５ａ及び傾斜面１６ａは、上下方向の高さ寸法がｈ１１、第１軸方向の長さ寸法がｗ１となっている。また、放熱フィン４０３ａの高さ寸法（上下方向の寸法）はｈ２１であり、傾斜面１６ａの上下方向の高さ寸法ｈ１１とほぼ同等（ｈ２１≒ｈ１１）となっている。
【００５０】
図１１（ｂ）は、例えば、半導体素子（不図示）をワイドバンドギャップ半導体によって形成して耐熱性を向上させることにより、冷却器５の放熱部５６（放熱フィン５６ａ）の高さ寸法を削減した車両用電力変換装置５００の艤装の仕方の一例を示している。車両用電力変換装置５００の第１軸正方向側及び第２軸負方向側には、図１１（ａ）に示す車両用電力変換装置４００と同様の仕様で第１スロープ部１５及び有する第２スロープ部１６が設けられている。一方で、車両用電力変換装置５００は、放熱フィン５６ａの高さ寸法（上下方向の寸法）がｈ２２であり、図１１（ａ）に示す放熱フィン４０３ａの高さ寸法ｈ２１よりも短く（ｈ２１＞ｈ２２）設計されている。しかしながら、放熱フィン５６ａの上端は、放熱フィン４０３ａの上端と同じ高さに位置するように設けられている。そのため、車両用電力変換装置５００では、放熱フィン５６ａの下端は、傾斜面１５ａ及び傾斜面１６の下端よりも上方に位置している。つまり、車両用電力変換装置５００では、放熱部５６は、傾斜面１５ａ及び傾斜面１６の下端の高さ位置よりも上方に奥まって配置されることになる。また、車両用電力変換装置５００では、傾斜面１５ａ及び傾斜面１６ａの上下方向の高さ寸法ｈ１１及び第１軸方向の長さ寸法ｗ１は、図１１（ａ）に示す車両用電力変換装置４００と同様となっている。
【００５１】
これに対して、図１１（ｃ）に示す本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置１ａでは、位置調節部材６によって、放熱部５６の設置位置を調節することが可能である。図１１に示す車両用電力変換装置１ａでは、位置調節部材６によって放熱フィン５６ａの下端を傾斜面１５ａ及び傾斜面１６の下端の位置と同じ高さになるように調節している。また、傾斜面１５ａ及び傾斜面１６の上端は、走行風が放熱フィン５６ａの上端まで取り込まれるように設けられていれば良い。従って、傾斜面１１ａ及び傾斜面１２ａは、図１１（ｃ）に示すように、位置調節部材６による放熱部５６の設置位置に応じて、傾斜面１１ａ及び傾斜面１２ａの上端が、放熱フィン５６ａの上端が設けられる受熱部５５の下面の位置まで下げて設けることができる。そのため、傾斜面１１ａ及び傾斜面１２ａが、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す傾斜面１５ａ及び傾斜面１６ａとそれぞれ同じ傾斜角度で設けられる場合には、傾斜面１１ａ及び傾斜面１２ａの上下方向の高さ寸法ｈ１２を傾斜面１５ａ及び傾斜面１６ａの上下方向の高さ寸法ｈ１１よりも短く（ｈ１１＞ｈ１２）設計することができる。また、傾斜面１１ａ及び傾斜面１２ａの第１軸方向の長さ寸法ｗ２も同様に傾斜面１５ａ及び傾斜面１６ａの第１軸方向の長さ寸法ｗ１よりも短く（ｗ１＞ｗ２）設計することができる。これにより、車両用電力変換装置１ａを配置するために必要な車両２の床下のスペースを削減することができ、艤装の自由度を向上させることができる。
【００５２】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲において、各実施の形態を適宜変更、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，１ａ  車両用電力変換装置、２  車両、３  筐体、４  半導体素子、５  冷却器、６  位置調節部材、１０  締結部材、１１ａ  傾斜面、３７  底面、５１，５５  受熱部、５１ａ，５５ａ  受熱面、５１ｃ  外周面、５２，５６  放熱部、５２ａ，５６ａ  放熱フィン、５５ｃ  下面、６１  空間、６３  第１の止水部、６５  第２の止水部、６６  外周面
【図１】
2020008927.tif 000003
【図２】
2020008927.tif 000004
【図３】
2020008927.tif 000005
【図４】
2020008927.tif 000006
【図５】
2020008927.tif 000007
【図６】
2020008927.tif 000008
【図７】
2020008927.tif 000009
【図８】
2020008927.tif 000010
【図９】
2020008927.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2020008927.tif 000015
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