JP5889479B2 - 車両用電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用の電力変換装置にする。

鉄道車両に搭載される車両用電力変換装置は、電力変換のための半導体素子を動作させることで架線から取り込まれた電力を変換し、変換した電力を車両駆動用のモータへ出力する。半導体素子は電力の変換動作時に発熱する。半導体素子の過熱を防止するために、車両用電力変換装置は、一般的に、冷却器を備える。従来、半導体素子を冷却するために走行風を利用する冷却器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の車両用電力変換装置の冷却器（冷却構造）は、車両床板と車両底面との間に設置され、車両用電力変換装置を冷却するラジエータと、ラジエータの前後における車両底面に配置された通気口を備える。このラジエータの内部には放熱フィンが形成されており、ラジエータ内部を空気が通り抜けることで放熱フィンと空気の間で熱交換が行われる。

特開２００６−３４７３０９号公報

引用文献１に記載の車両用電力変換装置では、走行時にバラスト（砕石、砂利）などが通気口を介して放熱フィンに飛来し衝突することによって、放熱フィンが変形したり、放熱フィンの一部が欠落するなどの問題がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、冷却性能を大きく低下させることなく、飛来物から放熱フィンを防護す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。

上記目的を達成するため、本発明に係る車両用電力変換装置は、
電力を変換するために動作して発熱する半導体素子と、
間隔を空けて並設されることで軸方向の流路を形成し、半導体素子からの熱を受けて流路を流れる空気へ放散する複数の放熱フィンと、
少なくとも一部の放熱フィンの一方の端面と並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、この端面から一方に延びた第１の防護フィンと、
少なくとも一部の放熱フィンの他方の端面と並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、この端面から他方に延びた第２の防護フィンとを備える。

本発明によれば、第１の防護フィンおよび第２の防護フィンが、複数の放熱フィンにより形成される流路への空気の流入および流出を阻害しないように、放熱フィンの一方および他方のそれぞれに設けられる。したがって、冷却性能を大きく低下させることなく、飛来物から放熱フィンを防護することが可能になる。

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本体に搭載された例を示す図である。 実施の形態１に係る車両用電力変換装置の側面図である。 実施の形態１に係る車両用電力変換装置の正面図である。 図２に示すI−I線における車両用電力変換装置の断面図である。 変形例１に係る車両用電力変換装置の側面図である。 変形例２に係る車両用電力変換装置の側面図である。 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７に示すII−II線における車両用電力変換装置の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る車両用電力変換装置の側面図である。 図９に示すIII−III線における車両用電力変換装置の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る車両用電力変換装置が車両本体に搭載された例を示す図である。 実施の形態４に係る車両用電力変換装置の側面図である。 図１２に示すIV−IV線における車両用電力変換装置の断面図である。 変形例３に係る車両用電力変換装置の側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。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軸方向および第２軸方向、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軸正方向から見た右方を第２軸正方向、第１軸正方向から見た左方を第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。

実施の形態１．
本実施の形態に係る車両用電力変換装置１００は、図１に示すように、新幹線など電気鉄道車両（以下、「車両」と称する。）に搭載される装置であって、車両本体１０２の床板１０５の下部に設けられた凹部１０４に取り付けられる。凹部１０４は、車両本体１０２の床板１０５より下方において車両本体１０２の底部１０３より上方に突き出た空間（凹み）を形成する部分である。

車両用電力変換装置１００は、図１に示すように、筐体１１０と、半導体素子１１１と、冷却器１１２と、を備えている。車両用電力変換装置１００が車両本体１０２に搭載される場合、図１に示すように、筐体１１０と半導体素子１１１とは、凹部１０４の上方に配置される。また、冷却器１１２は、車両本体１０２の底部１０３より下方へ突き出さないように凹部１０４の下方に設けられる。

ここで、図２は、車両用電力変換装置１００を第２軸正方向から見た図である。図３は、車両用電力変換装置１００を第１軸正方向から見た図である。図４は、図２に示すＩ−Ｉ線における車両用電力変換装置１００の断面を第１軸正方向から見た図である。車両は第１軸正方向又は第１軸負方向に進行し、本実施の形態での進行方向は、図１の矢印１５０で示すように、第１軸正方向であるとする。

筐体１１０は、例えば図２、図３に示すように、下方が開放した箱状の部材である。筐体１１０の下端部が冷却器１１２に取り付けられており、内部に半導体素子１１１が収容される。

半導体素子１１１は、架線１１５からパンダグラフ１１６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、ダイオード素子などであって、動作時に発熱する。半導体素子１１１は、変換した電力をモータ１１７へ出力する。半導体素子１１１は、交流の電力を直流の電力に変換してもよく、直流の電力を交流の電力に変換してもよい。

半導体素子１１１は、珪素を材料として形成されてもよいが、望ましくは、半導体素子１１１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ワイドギャップ半導体素子である。

ワイドギャップ半導体素子で形成された半導体素子１１１であれば、耐電圧性および許容電流密度が高いため、車両用電力変換装置１００の小型化が可能になる。耐熱性が高いため、冷却器１１２の小型化が可能になる。電力損失が低いため、半導体素子１１１の高効率化、ひいては高効率な電力変換が可能になる。

冷却器１１２は、半導体素子１１１を冷却するための機器であって、例えば図２に示すように、ベース部１２０と、放熱部１２１と、第１の防護部１２２と、第２の防護部１２３と、第１の締結部材１２４と、第２の締結部材１２５とを備える。

ベース部１２０は、例えば図２に示すように、平板状の部材であって、互いに対向する上面および下面を有する。

ベース部１２０は、熱伝導性のよい材料で作られており、例えばアルミニウム、銅などの金属材料から作られる。ベース部１２０の上面には、半導体素子１１１からの発熱がベース部１２０に伝わるように半導体素子１１１が接続される。ベース部１２０の下面には、放熱部１２１が取り付けられる。

放熱部１２１は、例えば図４に示すように、複数の放熱フィン１３０と、脱落防止部材１３１とを有する。

複数の放熱フィン１３０は、半導体素子１１１が発する熱を放熱するためのフィンであって、第１軸方向に延びる複数のフィンから構成される。

詳細には、複数の放熱フィン１３０は、図４に示すように、半導体素子１１１が発する熱をベース部１２０から受けるようにベース部１２０の下面に所定の間隔で第２軸方向に並べて設けられる。例えば、放熱フィン１３０の各々は、ベース部１２０の下面に設けられた溝に圧入して設けられてもよく、押出成形などによりベース部１２０と一体に設けられてもよく、ベース部１２０の下面に溶接、ろう付けなどにより設けられてもよい。

隣り合う放熱フィン１３０の第２軸方向の各間隔は、適宜定められてよいが、本実施の形態ではすべて同じ（例えば、１ｃｍ）である。このように、第１軸方向に延びた放熱フィン１３０が第２軸方向に間隔を空けて並設されることによって、複数の放熱フィン１３０は第１軸方向に延びる流路を形成する。

放熱フィン１３０の各々の第２軸方向の幅は、適宜定められてよいが、本実施の形態ではすべて同じである。放熱フィン１３０の各々は、熱伝導性のよい材料で作られており、例えばアルミニウム、銅などの金属材料から作られる。

脱落防止部材１３１は、放熱フィン１３０の脱落を防止する部材である。脱落防止部材１３１は、例えば、複数の放熱フィン１３０の下端に接続した平板状部材であって、複数の放熱フィン１３０と一体に形成される。

なお、脱落防止部材１３１は、複数の放熱フィン１３０の第２軸方向の両端間にわたって設けられる棒状の部材であってもよい。また、脱落防止部材１３１は、複数の放熱フィン１３０とは別体の部材であってもよく、この場合、放熱フィン１３０の下端に取り付けられるとよい。

脱落防止部材１３１を設けることによって、例えば走行時の振動などのために放熱フィン１３０の一部につきベース部１２０との接合が緩やかになったり解かれた場合であっても、その放熱フィン１３０が地面に脱落することを防ぐことができる。

第１の防護部１２２および第２の防護部１２３のそれぞれは、図２に示すように、放熱部１２１の一方（第１軸正方向側）および他方（第１軸負方向側）の端部の近傍に配置されて放熱フィン１３０の端部を防護する。なお、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３のそれぞれは、放熱部１２１の一方および他方の端部に当接して配置されてもよい。

第１の防護部１２２は、例えば図３に示すように、複数の第１の防護フィン１３５と、第１の接続部１３６と、第１の防護ベース部１３７とを備える。また、第２の防護部１２３も同様に、複数の第２の防護フィン１４０と、第２の接続部１４１と、第２の防護ベース部１４２とを備えており、図３では括弧を付けた符号を付している。

複数の第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０は、放熱フィン１３０のそれぞれの端部を防護するために、放熱フィン１３０のそれぞれよりも第１軸正方向および第１軸負方向において第１軸方向に延びた複数のフィンである。各フィンは第２軸方向に並べて設けられる。

詳細には、第１の防護フィン１３５の各々は、すべての放熱フィン１３０の一方の端面のそれぞれと同じ幅を有して互いに対向する端面を他方（第１軸負方向側）に有する。そして、第１の防護フィン１３５の各々は、その他方の端面から第１軸正方向へ延びる。第１の防護フィン１３５の各々の他方の端面の高さは、対向する放熱フィン１３０の一方の端面の高さ以上であればよい。

第２の防護フィン１４０の各々は、すべての放熱フィン１３０の他方の端面のそれぞれと同じ幅を有して互いに対向する端面を一方（第１軸正方向側）に有する。そして、第２の防護フィン１４０の各々は、その一方の端面から第１軸負方向へ延びる。第２の防護フィン１４０の各々の一方の端面の高さは、対向する放熱フィン１３０の他方の端面の高さ以上であればよい。

ここで、幅は、第２軸方向、すなわち放熱フィン１３０の並設方向の長さである。高さは、上下方向、すなわち放熱フィン１３０の基端から先端へ向かう方向の長さである。

本実施の形態では、放熱フィン１３０の幅がすべて同じであり、隣り合う放熱フィン１３０の間隔がすべて同じであるので、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０の幅もすべて同じである。また、隣り合う第１の防護フィン１３５の間隔および隣り合う第２の防護フィン１４０の間隔もすべて同じである。

したがって、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０の各々は対向する放熱フィン１３０と概ね連続的に第１軸方向に延びる。これにより、複数の第１の防護フィン１３５および複数の第２の防護フィン１４０は、放熱フィン１３０が形成する流路を阻害することなく第１軸方向に連通する流路を形成する。

第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０の材料は、バラストなどの飛来物が衝突しても破損しない程度の十分な硬度を有するものであればよく、例えば、アルミニウム、銅などの金属材料、硬質のゴムなどである。

第１の接続部１３６および第２の接続部１４１のそれぞれは、複数の第１の防護フィン１３５の下端（先端）および複数の第２の防護フィン１４０の下端（先端）を接続する平板状の部材である。これにより、複数の第１の防護フィン１３５が一体化するので、脱落防止部材１３１により放熱フィン１３０の脱落が防止されるのと同様に、第１の防護フィン１３５が地面に脱落することを防止することができる。また、複数の第２の防護フィン１４０が一体化するので、第２の防護フィン１４０が地面に脱落することを防止することができる。

第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２は、それぞれ、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０の上端が取り付けられる部材である。第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２のそれぞれの上面は、ベース部１２０の下面に当接して取り付けられる。第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２のそれぞれの下面には、放熱フィン１３０がベース部１２０に取り付けられるのと同様に、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０が、溝への圧入、一体成形、溶接、ろう付けなどにより取り付けられる。

第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２のそれぞれは、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０よりも第２軸正方向および第２軸負方向のそれぞれに延びた部分に孔を有する。この孔は、ベース部１２０と凹部１０４とを貫通する孔に連通する。

第１の締結部材１２４および第２の締結部材１２５は、ベース部１２０を凹部１０４に締結する部材である。例えば図２に示すように、第１の締結部材１２４および第２の締結部材１２５は、それぞれ、ベース部１２０のうち放熱部１２１が取り付けられる部分より第１軸正方向側および第１軸負方向側の部分を凹部１０４に締結する。第１の締結部材１２４および第２の締結部材１２５のそれぞれは、例えば、ベース部１２０と、凹部１０４と、第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２とを貫通する孔に挿設されるボルトと、そのボルトに螺合するナットとから構成される。

これまで、本実施の形態に係る車両用電力変換装置１００の構成について説明した。ここから、車両用電力変換装置１００の動作を説明する。

本実施の形態では、ベース部１２０の上面が、半導体素子１１１が接続される半導体取接続面となり、その下面が、放熱フィンが接続されるフィン接続面となるように、ベース部１２０は、車両本体１０２の凹部１０４に概ね水平に取り付けられる。これにより、放熱部１２１、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３は、図１に示すように、凹部１０４の下方に形成される凹みの中に配置されて、外気に曝される。凹部１０４が形成する凹みは、第１の防護部１２２の第１軸正方向側および第２の防護部１２３の第１軸負方向側に、放熱部１２１に空気を取り込みまたは放熱部１２１から空気を排出するための空間を含む。

そのため、車両の走行時には、走行風の一部が、第１の防護フィン１３５により形成される流路、放熱フィン１３０により形成される流路、第２の防護フィン１４０により形成される流路を順に通過する。例えば、同図の矢印１５０が示す方向（第１軸正方向）へ向かって車両が走行する場合、走行風は第１軸負方向へ向かって吹く。その結果、空気は矢印１５１が示すように流れて、第１の防護部１２２内の流路を介して、放熱部１２１内の流路へ流れ込む。放熱部１２１内を通過した空気は、矢印１５２が示すように第２の防護部１２３内の流路を通って外部へ流れ出る。

車両の走行時、半導体素子１１１は電力を変換する動作により発熱する。半導体素子１１１が発する熱は、ベース部１２０の上面に伝えられる。ベース部１２０は熱伝導性のよい材料で作られているので、半導体素子１１１からの熱は、ベース部１２０内を下方へ伝わり、その下面から放熱フィン１３０へ伝えられる。放熱フィン１３０のそれぞれは、熱伝導性のよい材料で作られているので、ベース部から受けた半導体素子１１１からの熱を内部で伝えて表面から、流路を流れる空気へ放散する。これにより、半導体素子１１１は冷却される。

走行風の一部は、上述のように、第１の防護部１２２の流路を通過してから、放熱部１２１の流路へ流れ込む。第１の防護フィン１３５の各々は、放熱フィン１３０の一方の端面と同じ幅を有して互いに対向する他方の端面から第１軸正方向に延びる。そのため、第１の防護フィン１３５が、放熱部１２１の流路を塞ぐことはなく、放熱部１２１の流路への空気の流入を阻害することはない。

ここで、第１の防護部１２２の流路から放熱部１２１の流路へ空気を円滑に流入させるためには、第１の防護部１２２は放熱部１２１の近傍に配置されることが望ましく、放熱部１２１に当接して配置されてもよい。

放熱部１２１の流路を通過した空気は、上述のように、第２の防護部１２３の流路を通過して外部へ排出される。第２の防護フィン１４０の各々は、放熱フィン１３０の他方の端面と同じ幅を有して互いに対向する一方の端面から第１軸負方向に延びる。そのため、第２の防護フィン１４０が、放熱部１２１の流路を塞ぐことはなく、放熱部１２１の流路からの空気の流出を阻害することはない。

ここで、放熱部１２１の流路から第２の防護部１２３の流路へ空気を円滑に流入させるためには、第２の防護部１２３は放熱部１２１の近傍に配置されることが望ましく、放熱部１２１に当接して配置されてもよい。

このように、本実施の形態によれば、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３が放熱部１２１への空気の流入と放熱部１２１からの空気の集出を阻害することはない。そのため、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３を設けても、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３が設けられない場合とほとんど変わらずに、放熱部１２１に空気を通過させることができる。したがって、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３を設けても、冷却器１１２の冷却性能を大きく低下させることはない。

第１の防護フィン１３５が熱伝導性のよい材料、例えばアルミニウム、銅などの金属材料から作れる場合、第１の防護フィン１３５はベース部１２０から受けた半導体素子１１１からの熱を内部で伝えて、流路を流れる空気へ放散することができる。したがって、第１の防護フィン１３５を熱伝導性のよい材料で作ることによって、放熱フィン１３０のみが備えられる冷却器よりも冷却器１１２の冷却性能を向上させることができる。第２の防護フィン１４０についても同様に、第２の防護フィン１４０を熱伝導性のよい材料で作ることによって、放熱フィン１３０のみが備えられる冷却器よりも冷却器１１２の冷却性能を向上させることができる。

冷却器１１２は、上述のように外気に曝されているので、車両の走行時には、レール１５３および枕木１５４の周囲に敷き詰められたバラスト１５５などが冷却器１１２に飛来し、衝突することがある。

本実施の形態によれば、第１軸正方向または第１軸負方向から飛んできたバラストなどは、第１の防護フィン１３５または第２の防護フィン１４０に衝突することになる。そのため、すべての放熱フィン１３０に対向して設けられる第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０によって、すべての放熱フィン１３０の第１軸方向の端部に飛来物が衝突することを確実に防ぐことができる。

複数の第１の防護フィン１３５は、上述のように、第１の接続部１３６により接続されて一体的に車両本体１０２の凹部１０４に取り付けられる。そのため、第１の防護フィン１３５のいずれかが飛来物の衝突により破損した場合であっても、第１の締結部材１２４による締結を解くことで、複数の第１の防護フィン１３５を交換することができる。複数の第２の防護フィン１４０についても、同様に、第２の締結部材１２５による締結を解くことで交換することができる。すなわち、車両用電力変換装置１００全体を車両本体１０２から取り外すなどの複雑な作業をする必要がない。したがって、飛来物の衝突により破損などした場合のメンテナンスが容易になる。

また、第１の締結部材１２４は、ベース部１２０を車両本体１０２に締結するために一般的な車両用電力変換装置に備えられる部材でよい。すなわち、第１の防護フィン１３５を車両本体１０２に取り付けるために、一般的な車両用電力変換装置に特別な加工を施したり特別な部材を追加する必要がない。したがって、車両用電力変換装置１００を容易に製造することができる。

以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のように変形されてもよい。

例えば、第１の防護フィン１３５が放熱フィン１３０の一部のみに対向して配置されてもよい。これによっても、冷却器１１２の冷却性能を大きく低下させることなく、第１の防護フィン１３５が対向して配置された放熱フィン１３０を防護することができる。第２の防護フィン１４０についても同様に、放熱フィン１３０の一部のみに対向して配置されてもよく、これによって、第２の防護フィン１４０が対向して配置された放熱フィン１３０を防護することができる。

第１の防護フィン１３５が放熱フィン１３０の一部のみに対向して配置される場合の一例として、第１の防護フィン１３５が１つ置きの放熱フィン１３０にのみ対向して配置される形態を挙げることができる。バラストに最小長さが５ｃｍ程度の砕石が使用され、すべての放熱フィンの幅および隣り合う間隔がそれぞれ１ｃｍ程度であるとする。この場合、第１の防護フィン１３５を１つ置きの放熱フィン１３０にのみ対向して配置しても、隣り合う第１の防護フィン１３５の間隔は、３ｃｍでありバラストの大きさより狭い。そのため、第１の防護フィン１３５を放熱フィン１３０の一部のみに対向して配置しても、第１の防護フィン１３５に対向して配置された放熱フィン１３０だけでなく、すべての放熱フィン１３０の一方の端部を飛来するバラストから防護することができる。

変形例１．
実施の形態１では、第１の防護フィン１３５の各々の一方の端面は、第１軸方向に垂直な一平面上に位置付けられる例を説明した。しかし、第１の防護フィンの各々の一方の端面が位置付けられる面は、第１軸方向に垂直な一平面に限られない。

本変形例に係る車両用電力変換装置２００は、図５に示すように、実施の形態１に係る車両用電力変換装置１００と概ね同様の構成を備える。本変形例に係る車両用電力変換装置２００では、冷却器２１２の第１の防護部２２２および第２の防護部２２３のそれぞれが、実施の形態１に係る第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０に代わる、第１の防護フィン２３５および第２の防護フィン２４０を備える。

第１の防護フィン２３５および第２の防護フィン２４０のそれぞれは、車両用電力変換装置２００が車両本体１０２に取り付けられた場合、実施の形態１に係る第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０と同様に、先端を下方に向けて配置される。

第１の防護フィン２３５の各々の一方の端面は、同図に示すように、上方へいくに従って次第に第１軸正方向へ突き出す一平面上に位置付けられる。また、同図に示すように、第２の防護フィン２４０の各々の他方の端面は、上方へいくに従って次第に第１軸負方向へ突き出す一平面上に位置付けられる。

飛来物が第１の防護フィン２３５に衝突する場合、その一方の端面に斜め下方から飛来して衝突することが多い。第２の防護フィン２４０についても同様に、飛来物が衝突する場合、その他方の端面に斜め下方から飛来して衝突することが多い。

本変形例のように、第１の防護フィン２３５の一方の端面および第２の防護フィン２４０の他方の端面を下方へ傾斜した面上に位置付けることによって、第１軸方向に垂直な一平面上に位置付ける場合よりも、衝突物とそれぞれとの衝突面積を広くすることができる。これにより、衝突したときに受ける力は分散される。したがって、飛来物による第１の防護フィン２３５および第２の防護フィン２４０の変形、欠落などの損傷を減らすことが可能になる。

変形例２．
本変形例は、変形例１と同様に、第１の防護フィンの各々の一方の端面および第２の防護フィンの各々の他方の端面が位置付けられる面の他の例である。

本変形例に係る車両用電力変換装置３００は、図６に示すように、実施の形態１に係る車両用電力変換装置１００と概ね同様の構成を備える。本変形例に係る車両用電力変換装置３００では、冷却器３１２の第１の防護部３２２および第２の防護部３２３のそれぞれが、実施の形態１に係る第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０に代わる、第１の防護フィン３３５および第２の防護フィン３４０を備える。

第１の防護フィン３３５および第２の防護フィン３４０のそれぞれは、車両用電力変換装置３００が車両本体１０２に取り付けられた場合、実施の形態１に係る第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０と同様に、先端を下方に向けて配置される。

第１の防護フィン３３５の各々の一方の端面は、同図に示すように、上方へいくに従って次第に第１軸正方向へ突き出す一曲面上に位置付けられる。この曲面は、第１軸正方向および下方（同図では左下）へ突き出す凸状をなしている。

また、同図に示すように、本変形例に係る第２の防護フィン３４０の各々の他方の端面は、上方へいくに従って次第に第１軸負方向へ突き出す一曲面上に位置付けられる。この曲面は、第１軸負方向および下方（同図では右下）へ突き出す凸状をなしている。

本変形例によっても、変形例１と同様に、第１の防護フィン３３５の一方の端面および第２の防護フィン３４０の他方の端面は下方へ傾斜した面上に位置付けられる。そのため、第１軸方向に垂直な一平面上に位置付ける場合よりも、第１の防護フィン３３５の一方の端面および第２の防護フィン３４０の他方の端面のそれぞれと衝突物との衝突面積を広くすることができる。これにより、衝突したときに受ける力は分散される。したがって、飛来物による第１の防護フィン３３５および第２の防護フィン３４０の変形、欠落などの損傷を減らすことが可能になる。

実施の形態２．
本実施の形態に係る車両用電力変換装置４００では、図７および図８に示すように、実施の形態１に係る車両用電力変換装置１００が備える構成に加えて、冷却器４１２が先端側防護部４６０を備える。

ここで、図７は、車両用電力変換装置４００を第２軸正方向から見た図である。図８は、図７に示すII−II線における車両用電力変換装置４００の断面を第１軸正方向から見た図である。

先端側防護部４６０は、複数の放熱フィンの先端方向の外側、すなわち放熱部１２１の下方に、水平に配置される平板状の部材であって、第１の防護フィン１３５と同様の材料から作られるとよい。先端側防護部４６０は、例えば、図示しない取付部材によって第１の接続部１３６および第２の接続部１４１に接続して固定されてもよく、第１の接続部１３６および第２の接続部１４１と一体に形成されてもよい。先端側防護部４６０は、図８に示すように、第１軸方向に延びるスリット４６１を有する。

本実施の形態によれば、先端側防護部４６０により、放熱部１２１の下部を飛来物から防護することができる。特に、脱落防止部材１３１が棒状であるなどにより、放熱フィン１３０の先端が外部に露出している場合、一般的に脆弱な放熱フィン１３０の先端を飛来物から防護することができる。

さらに、先端側防護部４６０がスリット４６１を有することによって、放熱部１２１の周囲の空気の流れを、先端側防護部４６０がない場合に近い状態にすることができる。これにより、冷却器４１２の冷却性能の低下を抑えることができる。

実施の形態３．
本実施の形態に係る車両用電力変換装置５００では、図９および図１０に示すように、実施の形態２に係る車両用電力変換装置４００が備える構成に加えて、冷却器５１２が２つの端フィン防護部５６５を備える。

ここで、図９は、車両用電力変換装置５００を第２軸正方向から見た図である。図１０は、図９に示すIII−III線における車両用電力変換装置５００の断面を第１軸正方向から見た図である。

端フィン防護部５６５は、第２軸正方向の端に設けられた放熱フィン１３０の第２軸正方向側と、第２軸負方向の端に設けられた放熱フィン１３０の第２軸負方向側とのそれぞれに、上下および第１軸方向に沿って設けられる平板状の部材である。端フィン防護部５６５のそれぞれは、第１の防護フィン１３５と同様の材料から作られるとよい。

端フィン防護部５６５のそれぞれは、例えば、図示しない取付部材によって第１の防護部１２２および第２の防護部１２３の端部などに接続して固定されてもよく、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３と一体に形成されてもよい。

端フィン防護部５６５のそれぞれは、図９に示すように、第１軸方向に延びるスリット５６６を有する。

本実施の形態によれば、端フィン防護部５６５により、放熱部１２１の両側部を飛来物から防護することができる。

さらに、端フィン防護部５６５がスリット５６６を有することによって、放熱部１２１の周囲の空気の流れを、端フィン防護部５６５がない場合と近い状態にすることができる。これにより、冷却器５１２の冷却性能の低下を抑えることができる。

なお、端フィン防護部５６５は、第２軸正方向側と第２軸負方向とのいずれか一方にのみ設けられてもよい。これによっても、端フィン防護部５６５が設けられる側の放熱部１２１の側部を飛来物から防護することができる。

実施の形態４．
実施の形態１では、車両用電力変換装置１００が車両本体１０２に搭載される場合、ベース部１２０が第１軸方向および第２軸方向に沿って配置され、その結果、放熱フィン１３０の各々が第１軸方向および上下方向に沿って配置される例を説明した。本実施の形態では、図１１に示すように、車両用電力変換装置６００が車両本体６０２に搭載される場合、ベース部１２０が第１軸方向および上下方向に沿って配置される。そのため、放熱フィン１３０の各々は第１軸方向および第２軸方向に沿って配置される。

車両用電力変換装置６００は、図１２および図１３に示すように、実施の形態１に係る車両用電力変換装置１００と概ね同様の構成を備え、実施の形態１に係る筐体１１０に代わる、筐体６１０を備える。

ここで、図１１は、車両用電力変換装置６００が車両本体６０２に搭載された例を示す図である。図１２は、車両用電力変換装置６００を第２軸正方向から見た図である。図１３は、図１２に示すIV−IV線における車両用電力変換装置６００の断面を第１軸正方向から見た図である。

筐体６１０は、例えば図１３に示すように、上下方向にベース部１２０よりも長く、ベース部１２０よりも上方に突き出して設けられる。これにより、筐体６１０の上面が車両本体６０２の底部６０３に当接して取り付けられる。なお、筐体６１０は、第１軸方向にはベース部１２０と同じ長さを有するとよい。

本実施の形態によれば、放熱フィン１３０、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０のいずれもが第１軸方向および第２軸方向に沿って配置される。また、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３は、放熱部１２１の流路を阻害せずに第１軸方向へ連通する流路を形成する。そのため、実施の形態１と同様に、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３を設けても、冷却器１１２の冷却性能を大きく低下させることはない。また、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０によって、放熱フィン１３０の第１軸方向の端部に飛来物が衝突することを防ぐことができる。

以上、本発明の実施の形態４について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のように変形されてもよい。

例えば、本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、先端側防護部が、複数の放熱フィン１３０の先端方向の外側、すなわち放熱部１２１の側方（図１３では右方）に設けられてもよい。これによって、放熱部１２１の側部を飛来物から防護することができる。

例えば、本実施の形態においても、実施の形態３と同様に、端フィン防護部が、車両用電力変換装置６００を車両本体６０２に取り付けた場合に最も下方に配置される放熱フィン１３０の下方に配置されてもよい。これによって、放熱部１２１の下部を飛来物から防護することができる。

変形例３．
本実施の形態においても、変形例１および２で説明したように、第１の防護フィンの各々の一方の端面は、上方へいくに従って次第に第１軸正方向へ突き出す一平面上または一曲面上に位置付けられてもよい。第２の防護フィンの各々の他方の端面は、上方へいくに従って次第に第１軸負方向へ突き出す一平面上または一曲面上に位置付けられてもよい。

図１４は、本変形例に係る車両用電力変換装置７００を第２軸負方向から見た側面図である。

車両用電力変換装置７００では、冷却器７１２が、同図に示すように、実施の形態４の第１の防護部１２２および第２の防護部１２３に代わる、第１の防護部７２２および第２の防護部７２３を備える。

第１の防護部７２２は、実施の形態４の第１の防護フィン１３５および第１の接続部１３６に代わる、第１の防護フィン７３５および第１の接続部７３６を備える。

第１の防護フィン７３５は、第１軸方向の長さが上方へいくに従って長くなるとともに、各々の一方の端面が上方へいくに従って次第に第１軸正方向へ同じ傾斜角で突き出す平面を形成する。これによって、第１の防護フィン７３５の各々の一方の端面が、一平面上に位置付けられている。第１の接続部７３６の一方の端面も、各第１の防護フィン７３５の一方の端面と同じ一平面上に位置付けられるとよい。

第２の防護部７２３は、実施の形態４の第２の防護フィン１４０および第２の接続部１４１に代わる、第２の防護フィン７４０および第２の接続部７４１を備える。

第２の防護フィン７４０は、第１軸方向の長さが上方へいくに従って長くなるとともに、各々の他方の端面が上方へいくに従って次第に第１軸負方向へ同じ傾斜角で突き出す平面を形成する。これによって、第２の防護フィン７４０の各々の他方の端面が、一平面上に位置付けられている。第２の接続部７４１の他方の端面も、各第２の防護フィン７４０の他方の端面と同じ一平面上に位置付けられるとよい。

これによって、変形例１および２と同様に、飛来物による第１の防護フィン７３５および第２の防護フィン７４０の変形、欠落などの損傷を減らすことが可能になる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々の変更を加えた態様やそれらと均等な技術的範囲をも含む。

本発明は、新幹線、在来線などの電気鉄道車両用の電力変換装置などに利用することができる。

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ 車両用電力変換装置、１１０ 筐体、１１１ 半導体素子、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、７１２ 冷却器、１２０ ベース部、１２１ 放熱部、１２２、２２２、３２２、７２２ 第１の防護部、１２３、２２３、３２３、７２３ 第２の防護部、１２４ 第１の締結部材、１２５ 第２の締結部材、１３０ 放熱フィン、１３１ 脱落防止部材、１３５、２３５、３３５、７３５ 第１の防護フィン、１３６、７３６ 第１の接続部、１３７ 第１の防護ベース部、１４０、２４０、３４０、７４０ 第２の防護フィン、１４１、７４１ 第２の接続部、１４２ 第２の防護ベース部、４６０ 先端側防護部、４６１、５６６ スリット、５６５ 端フィン防護部。

Claims (9)

1. 電力を変換するために動作して発熱する半導体素子と、
   間隔を空けて並設されることで軸方向の流路を形成し、前記半導体素子からの熱を受けて前記流路を流れる空気へ放散する複数の放熱フィンと、
   少なくとも一部の前記放熱フィンの一方の端面と前記並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、当該端面から前記一方に延びた第１の防護フィンと、
   少なくとも一部の前記放熱フィンの他方の端面と前記並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、当該端面から前記他方に延びた第２の防護フィンとを備える車両用電力変換装置。
2. 前記第１の防護フィンは、複数設けられ、すべての前記放熱フィンの前記一方の端面のそれぞれと前記並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、当該端面から前記一方へ延びており、
   前記第２の防護フィンは、複数設けられ、すべての前記放熱フィンの他方の端面のそれぞれと前記並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、当該端面から他方へ延びている
   請求項１に記載の車両用電力変換装置。
3. 前記複数の放熱フィンの先端方向の外側に配置され、前記第１の防護フィンおよび前記第２の防護フィンそれぞれに接続して設けられる先端側防護部をさらに備える
   請求項１または２に記載の車両用電力変換装置。
4. 前記先端防護部は、前記軸方向に延びるスリットを有する
   請求項３に記載の車両用電力変換装置。
5. 前記複数の放熱フィンの前記並設方向の外側の少なくとも一方に配置され、前記並設方向の前記少なくとも一方の端に配置された前記第１の防護フィンおよび前記第２の防護フィンに接続して設けられる端フィン防護部をさらに備える
   請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
6. 前記端フィン防護部は、前記軸方向に延びるスリットを有する
   請求項５に記載の車両用電力変換装置。
7. 前記半導体素子が接続されて当該半導体素子からの熱が伝えられる半導体接続面と、前記放熱フィンが接続されて当該放熱フィンへ熱を伝えるフィン接続面とを有し、前記半導体接続面から前記フィン接続面へ熱を伝えるベース部をさらに備える
   請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
8. 前記ベース部とともに前記複数の第１の防護フィンを車両本体に締結する第１の締結部材と、
   前記ベース部とともに前記複数の第２の防護フィンを車両本体に締結する第２の締結部材とをさらに備える
   請求項７に記載の車両用電力変換装置。
9. 前記複数の第１の防護フィンの前記一方の端面は、当該各第１の防護フィンの先端方向を下方または側方へ向けた場合に、上方へいくに従って次第に前記一方へ突き出す一平面上または一曲面上に位置付けられ、
   前記複数の第２の防護フィンの他方の端面は、当該各第２の防護フィンの先端方向を下方または側方へ向けた場合に、上方へいくに従って次第に前記一方へ突き出す一平面上または一曲面上に位置付けられる
   請求項７または８に記載の車両用電力変換装置。

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