JP6988148B2 - 鉄道車両用電力変換装置 - Google Patents
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Description
まず、図1〜図3を参照して、本発明の第1実施形態による鉄道車両10用の電力変換装置20の構成について説明する。なお、電力変換装置20は、特許請求の範囲の「鉄道車両用電力変換装置」の一例である。以下では、鉄道車両10の走行方向をX軸方向とし、X軸方向と直交する枕木方向をY軸方向とし、X軸方向およびY軸方向に共に直交する上下方向をZ軸方向として説明を行う。
電力変換装置20は、電力変換を行う半導体装置21と、半導体装置21内の半導体素子から発生する熱を外気に放熱するための複数の冷却器30と、を備える。また、図2に示すように、電力変換装置20は、車体11の床下空間11aにおいて車体11の下面11bに吊り下げられて固定されている。また、電力変換装置20では、半導体装置21の側方(Y2方向)に、複数の冷却器30が配置されている。複数の冷却器30は、車体11の延びるX軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された、X1側の冷却器31およびX2側の冷却器32を含んでいる。なお、半導体装置21は、特許請求の範囲の「電力変換装置本体」の一例である。また、冷却器30は、特許請求の範囲の「冷却部」の一例である。また、冷却器31および冷却器32は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1冷却部」および「第2冷却部」の一例である。
冷却器31および冷却器32は、それぞれ、半導体装置21のY2側の側面21aに設けられた受熱板40と、受熱板40の側方(Y2側)に接続されるように設けられた複数のフィン41とを含む。なお、受熱板40は、特許請求の範囲の「基台部」の一例である。
次に、第1実施形態の電力変換装置20において、鉄道車両10がX1方向に走行した場合の走行風の流速および冷却器の冷却性能を熱流体解析により計算した結果について説明する。
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図1および図6を参照して、第1実施形態の変形例について説明する。この第1実施形態の変形例では、上記第1実施形態におけるフィン41とは異なる形状のフィン141を設けた例について説明する。なお、図中において、上記第1実施形態と同様の構成には、同一の符号を付している。
第1実施形態の変形例では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図7および図8を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、上記第1実施形態の冷却器30と同様の構成の冷却器230を、半導体装置21の下方に突出するように設けた例について説明する。なお、図中において、上記第1実施形態と同様の構成には、同一の符号を付している。
第2実施形態の電力変換装置220では、上記のように、複数のフィン241は、複数のフィン241が形成されている領域が、走行方向(X軸方向)および整列方向(Y軸方向)に直交する複数のフィン241が突出する突出方向(Z軸方向)において、受熱板240に接続された根元部(Z2側)から受熱板240とは反対側の先端部(Z1側)に向かうにしたがって、整列方向(Y軸方向)における一方側(Y1側)および他方側(Y2側)の両方に拡がるように配置されている。また、複数のフィン241は、互いに隣り合うフィン241同士が、受熱板240に接続された根元部から先端部まで、互いに離間するように配置されている。これにより、第1実施形態の電力変換装置20と同様に、フィン241間の走行風の流路抵抗を低下させることができる。その結果、フィン241間の走行風の流路抵抗が低下した分だけ、走行風の流速の低下を抑制し、冷却器230の冷却性能の低下を抑制することができる。
次に、図9および図10を参照して、第3実施形態について説明する。この第3実施形態では、上記第1実施形態の冷却器30と同様の構成と、上記第2実施形態の冷却器230と同様の構成とを共に備える冷却器330の例について説明する。なお、図中において、上記第1実施形態および上記第2実施形態と同様の構成には、同一の符号を付している。
今回開示された実施形態および変形例は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態および変形例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更(変形例)が含まれる。
20、120、220、320 電力変換装置(鉄道車両用電力変換装置)
21 半導体装置(電力変換装置本体)
30、130、230、330 冷却器(冷却部)
31、131、231 冷却器(第1冷却部)
32、132、232 冷却器(第2冷却部)
40、240 受熱板(基台部)
41、141(141a)、241 フィン
51 (整列方向における一方側にある)点
52 (整列方向における他方側にある)点
60 (基台部における複数のフィンが接続されている領域の中央を通り突出方向に沿った)中心線
H(H1、H2、H11、H12) (突出方向における)長さ
R、R1、R2 (複数のフィンが形成されている)領域
S(S1a、S1b、S2a、S2b、S11a、S11b、S12) 対向間隔
Claims (12)
- 鉄道車両に搭載された電力変換装置本体と、
前記電力変換装置本体の熱を放熱する冷却部とを備え、
前記冷却部は、平板状の基台部と、前記基台部の前記電力変換装置本体とは反対側の一方表面から突出するように前記基台部に接続された平板状の複数のフィンとを含み、
前記複数のフィンは、前記鉄道車両の走行方向に沿って延び、かつ、互いに隣り合うように整列方向に並んで配置されるとともに、前記走行方向および前記整列方向に直交する突出方向に突出するように配置され、
前記複数のフィンは、互いに隣り合う前記フィン同士が、前記フィンの前記基台部に接続された根元部間の間隔が前記フィンの厚みよりも大きくなるように、前記基台部に接続された前記根元部から先端部まで互いに離間するように配置され、かつ、前記複数のフィンのうちの前記整列方向における端部に配置された前記フィンが前記整列方向に対して前記電力変換装置本体とは反対側に所定角度で傾斜するとともに、前記所定角度は、前記複数のフィンのうちの前記整列方向における端部に配置された前記フィンの前記突出方向における長さが、前記複数のフィンのうちの前記整列方向における中央部に配置された前記フィンの前記突出方向における長さの半分よりも大きくなるように設定されており、前記突出方向において、前記根元部から前記先端部に向かうにしたがって、前記整列方向における一方側および他方側の両方に拡がるように配置されている、鉄道車両用電力変換装置。 - 前記複数のフィンは、前記互いに隣り合うフィン同士の互いに対向する方向における対向間隔が前記根元部から前記先端部に向かうにしたがって徐々に広くなるか、または、前記対向間隔が前記根元部から前記先端部まで略等しい部分を含み前記対向間隔が前記根元部から前記先端部まで略等しい部分以外は前記根元部から前記先端部に向かうにしたがって徐々に広くなるように配置されている、請求項1に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記複数のフィンは、前記整列方向の一方側または他方側に向かうにしたがって、前記突出方向における長さが短くなるように配置されている、請求項2に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記複数のフィンは、前記対向間隔が、前記根元部から前記先端部に向かうにしたがって、徐々に広くなるように配置されている、請求項2または3に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記複数のフィンは、前記基台部に対して前記先端部とは反対の前記電力変換装置本体側にある点を中心に放射状に拡がるように配置されている、請求項4に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記複数のフィンのうちの一対の前記フィンは、前記対向間隔が、前記根元部から前記先端部に向かうにしたがって、徐々に広くなるように配置されているとともに、前記一対のフィンに対して前記整列方向における一方側の前記複数のフィンおよび他方側の前記複数のフィンは、前記対向間隔が、前記根元部から前記先端部まで等しくなるように配置されている、請求項2または3に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記一方側の複数のフィンは、前記根元部から前記先端部に向かうにしたがって、前記整列方向における一方側に湾曲するように配置されているとともに、前記他方側の複数のフィンは、前記根元部から前記先端部に向かうにしたがって、前記整列方向における他方側に湾曲するように配置されている、請求項6に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記一方側の複数のフィンは、前記整列方向における一方側にある点を中心に同心円状に配置されているとともに、前記他方側の複数のフィンは、前記整列方向における他方側にある点を中心に同心円状に配置されている、請求項7に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記複数のフィンは、前記走行方向から見て、前記複数のフィンが形成されている領域の中央を通り前記突出方向に沿った中心線に対して前記整列方向に略対称に配置されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記冷却部は、前記鉄道車両の床下空間に設置されるとともに、前記冷却部に設けられた前記複数のフィンは、前記鉄道車両の側方に向かって突出している、請求項1〜9のいずれか1項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記冷却部は、前記鉄道車両の床下空間に設置されるとともに、前記冷却部に設けられた前記複数のフィンは、前記鉄道車両の下方に向かって突出している、請求項1〜10のいずれか1項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
- 前記冷却部は、前記走行方向に所定の間隔を隔てて配置された、第1冷却部と第2冷却部とを含み、前記第1冷却部および前記第2冷却部は、それぞれ、前記複数のフィンを含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
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