(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の底面に吊り下げられた筐体と、
前記筐体内に設置され、電力を変換する半導体素子の発する熱を受ける受熱ブロックと、
この受熱ブロックに埋め込まれている複数のヒートパイプと、
この複数のヒートパイプの長手方向受熱ブロック側と係合する第一の放熱フィンと、
前記複数のヒートパイプの長手方向反受熱ブロック側と係合し第一の放熱フィンより板厚の厚い第２の放熱フィンと、
を備えることを特徴とする車両用半導体冷却装置。
【請求項２】
車両の底面に吊り下げられた筐体と、
前記筐体内に設置され、電力を変換する半導体素子の発する熱を受ける受熱ブロックと、
この受熱ブロックの長手方向両端に埋め込まれている複数の第１の放熱フィンと、
前記半導体素子の近傍の前記受熱ブロックの長手方向中央部分に埋め込まれ、前記複数の第１の放熱フィンより板厚の厚い複数の第２の放熱フィンと、
を備えることを特徴とする車両用半導体冷却装置。
【請求項３】
前記請求項２記載の車両用半導体冷却装置において、
前記第２の放熱フィンは、前記第１の放熱フィンよりも長いことを特徴とする車両用半導体冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用半導体冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の構成について、図を参照し説明する。図１１は、電車の構成図である。電車の車両１の底面には、筐体２が吊り下げられている。筐体２の内部に車両用半導体冷却装置３が設置されている。
従来の車両用半導体冷却装置について、図を参照し詳細に説明する。図１２は、従来の車両用半導体冷却装置の断面図である。図１３は、従来の車両用半導体冷却装置の断面図である。車両用半導体冷却装置３は、半導体素子４（ＧＴＯ）の発する熱を受ける銅製の冷却ブロック５，銅製のヒートパイプ６，銅製の放熱板７，冷媒８である水から構成されている。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、冷却ブロック５は所定の角度をもって、電力変換装置３内に設置されている。半導体素子４は、冷却ブロック５にコンパウンドを介してねじ止めされている。銅製のヒートパイプ６は、冷却ブロック５に埋め込まれている。ヒートパイプ６には、放熱板７が係合している。ヒートパイプ６の内部には、冷媒８が封入されている。
冷却ブロック５は、熱伝導の良い銅を材料とし、直方体の部材である。ヒートパイプ６は、熱伝導性の良い銅を材料とし、中空状ではあるがヒートパイプ６の両端は閉じられている棒である。放熱板７は、熱伝導性の良い銅を材料とし、薄板を長方形に加工したものである。
【０００３】
このように構成された車両用半導体冷却装置３において、半導体素子４が駆動するさいには、必ず熱が発生する。半導体素子４から発生される熱は、冷却ブロック５を介して、ヒートパイプ６に封入された冷媒8に伝わる。冷媒８に、半導体素子４の発する熱が伝熱され、液体から気体への相変化を起こす。気体となった冷媒８は、ヒートパイプ６内を上昇する。冷媒８は、ヒートパイプ６，放熱板７を介して空気と熱交換を行い、冷媒８は気体から液体へ相変化する。液体化した冷媒８は、ヒートパイプ６内を下降していく。ヒートパイプ６内を下降した冷媒８は、半導体素子４の発生する熱により再び気化して、
ヒートパイプ内を上昇する。このように車両用半導体冷却装置では、冷媒８の相変化を利用し半導体の冷却に利用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の車両用半導体冷却装置を使用し、冷却効率を更に上げようとした場合、装置自体を大きくさせるという方法しかない。そのため、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両用には、対応することができなかった。
そこで、本発明の目的は、装置の小型化を実現することと冷却効率の良い車両用半導体冷却装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく車両用半導体冷却装置は、車両の底面に吊り下げられた筐体と、前記筐体内に設置され、電力を変換する半導体素子の発する熱を受ける受熱ブロックと、この受熱ブロックに埋め込まれている複数のヒートパイプと、この複数のヒートパイプの長手方向受熱ブロック側と係合する第一の放熱フィンと、前記複数のヒートパイプの長手方向反受熱ブロック側と係合し第一の放熱フィンより板厚の厚い第２の放熱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半導体冷却装置は、車両の底面に吊り下げられた筐体と、前記筐体内に設置され、電力を変換する半導体素子の発する熱を受ける受熱ブロックと、この受熱ブロックの長手方向両端に埋め込まれている複数の第１の放熱フィンと、前記半導体素子の近傍の前記受熱ブロックの長手方向中央部分に埋め込まれ、前記複数の第１の放熱フィンより板厚の厚い複数の第２の放熱フィンとを備えることを特徴とする。
【０００６】
【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半導体冷却装置について、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半導体冷却装置の断面図である。図２は、本発明に基づく第２の実施の形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。なお、図１２及び図１３に記載の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１の実施の形態の車両用半導体冷却装置３は、冷却ブロック５,ヒートパイプ６,第１の放熱板７,冷媒８,第２の放熱板９により構成されている。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、第１の放熱板７は、ヒートパイプ６の軸方向の軸中央部と冷却ブロック５との間のヒートパイプ６に等間隔で設置されている。第２の放熱板９は、ヒートパイプ６の軸方向の軸中央部から軸先端部の間のヒートパイプ６に、等間隔で係合している。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、第２の放熱板９の材料は銅である。第２の放熱板９の板厚は、第１の放熱板７より厚い。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、半導体素子４が駆動すると、半導体素子４の温度上昇が起こる。半導体素子の発生する熱が冷却ブロック５に伝熱される。冷却ブロック５に伝熱された熱は、冷却ブロック５からヒートパイプ６に伝熱される。ヒートパイプ６に伝熱された熱により、ヒートパイプ６内の冷媒８が気化する。気化した冷媒８は、ヒートパイプ６の軸方向、放熱板７側に移動する。ヒートパイプ６の軸方向放熱板７側に移動した冷媒８は、第１の放熱板７と第２の放熱板９により冷却され、液化しヒートパイプ６の軸方向冷却ブロック５側に移動する。ヒートパイプ６の軸方向冷却ブロック５側に移動した冷媒８は、冷却ブロック５から伝わった熱により気化する。
【０００７】
このように構成された車両用半導体冷却装置では、冷媒４の相変化を利用し半導体素子４の冷却に利用している。
このように構成された車両用半導体冷却装置では、ヒートパイプ６の軸方向の軸中央部分から軸先端部（第２の放熱板側）の間の空間は、車体のカバーなど風をさえぎるものが少ないため走行風がよくあたる。それに対して、ヒートパイプ６の軸方向の軸中央部分から冷却ブロック側の間の空間には、車体のカバーや他の機器のカバーなどが筐体３の前後に存在するため、走行風がさえぎられる。本実施形態の車両用半導体冷却装置では、ヒートパイプ６の軸方向の軸中央部分から軸先端部の間に板厚の厚い第２の放熱板を設置しているため、走行風を有効に利用し冷却効率を上げることが出来る。また、ヒートパイプ６の軸方向の軸中央部分から冷却ブロック５側の間のヒートパイプ６には、従来の放熱板と同じ板厚の第１の放熱板７を設置し、車両用半導体冷却装置の軽量化をはかっている。
このように構成された車両用半導体冷却装置では、ヒートパイプ６の中で、走行風の当たりやすい部分には、冷却効率の良い第２の放熱板９を設置し、あまり走行風の当たらない部分には、重量の軽い第２の放熱板７を設置している。そのため、従来の車両用半導体冷却装置よりも高い冷却効率を実現できる。
【０００８】
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施形態の車両用半導体冷却装置について、図を参照し詳細に説明する。図３は、本発明に基づく第２の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。図４は、本発明に基づく第２の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。なお、図１及び図２に記載のものと構造上同一のものは、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第２の実施形態の車両用半導体冷却装置は、冷却ブロック５,第１の放熱板７,第２の放熱板９により構成されている。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、半導体素子４は、冷却ブロック５とコンパウンドを介してねじ止めされる。第２の放熱板９は、冷却ブロック５の長手方向中央部分と係合する。第１の放熱板７は、冷却ブロック５の中央部分を除いた部分に均等に配列され、冷却ブロック５と係合する。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、板厚の厚い第２の放熱板９を冷却ブロック５の長手方向中央部分に配置した。また、冷却ブロック５の長手方向中央部分の裏面には、半導体素子４が実装されている。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、半導体素子４の近傍に、冷却効率の良い第２の放熱板９を配置しているため、半導体素子４を効率よく冷却できる。そのため本実施形態の車両用半導体冷却装置は、従来の車両用半導体冷却装置より冷却効率がよい。
【０００９】
このように構成された車両用半導体冷却装置において、冷媒を使用していないために、寒冷地でも使用できる。また、冷媒を使用していないためにメンテナンス周期の延長を期待することが出来る。
本実施形態の車両用半導体冷却装置では、第１の放熱板と第２の放熱板という２種類の放熱板を使用しているが、板厚の違う放熱板を三種類使用し、ヒートパイプ軸方向の位置により変えることも考えられるため、本発明では放熱板の種類を２種類に限定はしない。
また、本実施形態の車両用半導体冷却装置では、放熱板の長手方向が地面に対して略垂直になるように、車両用半導体冷却装置を設置したが、これを９０度回転させ、放熱板の長手方向が地面と略平行になるように設置してもよい。
（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半導体冷却装置について、図を参照して詳細に説明する。図５は、本発明に基づく第３の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。図６は、本発明に基づく第３の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。なお図３及び図４に記載のものと構造上同様なものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００１０】
本実施形態の車両用半導体冷却装置は、冷却ブロック５，放熱板７，放熱板９により構成されている。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、冷却ブロック５の長手方向の中央部分に設けられた第２の放熱板９のピッチ（隣り合う放熱板９の距離）が、第１の放熱板７のピッチにくらべ大きくなっている。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、第２の放熱板９のピッチのほうが、第１の放熱板７のピッチより大きくなっているため、送風抵抗も小さくなる。送風抵抗が小さくなるので、走行風は第２の放熱板９の間を流れやすくなる。走行風が、第２の放熱板９の間を流れやすくなるので、冷却効率も向上する。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、冷媒を使用していないために、寒冷地でも使用できる。また、冷媒を使用していないためにメンテナンス周期の延長を期待することが出来る。
（第４の実施形態）
本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置について、図を参照し詳細に説明する。図７は、本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。図８は、本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。図９は、本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。図１０は、本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。なお、図５及び図６に記載の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４の実施形態の車両用半導体冷却装置は、冷却ブロック５，放熱フィン９，放熱フィン１０により構成されている。
放熱フィン１０は、冷却ブロック５の長手方向の両端部に複数設置されている。放熱フィン１０に挟まれるように、冷却ブロックの長手方向の中央部には放熱フィン９が複数設置されている。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、放熱フィン１０と本発明に基づく第１の実施形態の車両用半導体冷却装置における放熱フィン７と板厚や材料は等しい。しかし放熱フィン１０の長手方向の長さは、放熱フィン７の長手方向の長さより短くなっている。
このように構成された車両用半導体冷却装置において、半導体素子４の設置されている冷却ブロックの長手方向の中央部に長さが長く板厚が厚い放熱フィン９が設置されている。そのため、半導体素子４が発生する熱は、放熱フィン１０よりも放熱フィン９に伝熱しやすいという現象が起こる。伝熱量が多い部分に、長さが長く板厚が厚い放熱フィン９を配置しているので、本実施形態の車両用半導体冷却装置は、従来の車両用半導体冷却装置よりも冷却効率がよい。
本実施形態の車両用半導体冷却装置では、冷却ブロックの長手方向の中央部分に、長い放熱フィン９を配置したが、放熱板９と放熱板１０を交互に配置する（図９及び図１０参照）ことも本実施形態の車両用半導体冷却装置から容易に考えることができる。そのため、本実施形態の車両用半導体冷却装置では、放熱板９と放熱板１０の配置について限定はしない。また、放熱板の種類も２種類に限定はしない。
【００１２】
このように構成された車両用半導体冷却装置において、冷媒を使用していないために、寒冷地でも使用できる。また、冷媒を使用していないためにメンテナンス周期の延長を期待することが出来る。
また、本発明に基づく第１，第２，第３，第４の実施形態の車両用半導体冷却装置では、冷却ブロック，ヒートパイプ，放熱板の材料として銅を使用していたが、アルミニウムなどの材料も使用可能なため本発明の車両用半導体冷却装置では、材料を限定はしない。
また本発明に基づく第１，第２，第３，第４の実施形態の車両用半導体冷却装置では、冷媒として水を使用しているが、フロリナードなども考えられるため冷媒の種類については限定しない。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に基づく車両用半導体冷却装置により、冷却器全体の冷却効率をあげ小型でも冷却効率の良い車両用半導体冷却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の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図２】本発明に基づく第１の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図３】本発明に基づく第２の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図４】本発明に基づく第２の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図５】本発明に基づく第３の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図６】本発明に基づく第３の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図７】本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図８】本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図９】本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図１０】本発明に基づく第４の実施形態の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図１１】電車の構成図。
【図１２】従来の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【図１３】従来の車両用半導体冷却装置の断面図である。
【符号の説明】
１・・・車両
２・・・筐体
３・・・車両用半導体冷却装置
４・・・半導体素子
５・・・冷却ブロック
６・・・ヒートパイプ
７・・・第１の放熱板
８・・・冷媒
９・・・第２の放熱板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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