JP7014268B2 - 鉄道車両用電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、鉄道車両用電力変換装置に関し、特に、放熱フィンを備える鉄道車両用電力変換装置に関する。

従来、放熱フィンを備える鉄道車両用電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、複数の半導体素子と、複数の半導体素子が一方側の面に配置される受熱部と、受熱部の他方側の面に配置されるとともに、複数の半導体素子から発生する熱を放出する放熱フィンとを備える鉄道車両用電力変換装置が開示されている。この鉄道車両用電力変換装置には、放熱フィンを覆うように、放熱フィンを飛び石などの異物から保護するためのカバーが設けられている。

特開２０１１－１５１９２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の鉄道車両用電力変換装置では、放熱フィンを覆うように、放熱フィンを飛び石などの異物から保護するためのカバーが設けられているため、放熱フィンに当たる走行風の流量が減少する。この結果、放熱フィンの冷却性能が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、放熱フィンの冷却性能の低下を抑制しながら、異物衝突時の放熱フィンの変形を抑制することが可能な鉄道車両用電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による鉄道車両用電力変換装置では、発熱部を含む電力変換装置本体と、上面に発熱部が配置された受熱部の下面から下方に突出し、発熱部の熱を放出する放熱フィンと、を備え、放熱フィンは、鉄道車両の進行方向の前方の端部に設けられ、放熱フィンの根元部側から放熱フィンの先端部側に向かって進行方向の後方に延びるように、直線状に傾斜する第１の傾斜面を含む傾斜部と、放熱フィンの突出方向に沿って直線状に延びる端部分とを含み、第１の傾斜面は、放熱フィンに対して進行方向の前方に配置された空気取込部に含まれる第２の傾斜面と、進行方向から見て放熱フィンの突出方向における位置が重なるように形成され、異物が飛来する方向である空気取込部の第２の傾斜面に沿った方向と、傾斜部の第１の傾斜面の法線方向とのなす第１の角度が、第２の傾斜面に沿った方向と、端部分の平面の法線方向とのなす第２の角度よりも大きい。

この発明の一の局面による鉄道車両用電力変換装置では、上記のように、放熱フィンに、鉄道車両の進行方向の前方の端部において、放熱フィンの根元部側から放熱フィンの先端部側に向かって進行方向の後方に延びるように傾斜する傾斜部を設ける。これにより、飛び石などの異物が鉄道車両の進行方向に沿って飛来し、放熱フィンの前方端部に衝突する場合に、放熱フィンの前方端部が鉄道車両の進行方向に対して垂直になっている場合に比べて、放熱フィンの傾斜部により、異物と放熱フィンとの衝突角度を大きくすることができる。その結果、異物から放熱フィンに伝わる運動エネルギを小さくすることができるので、異物衝突時の放熱フィンの変形を抑制することができる。また、放熱フィンの変形を抑制するために、放熱フィンを覆うようにカバーなどを設ける必要がないので、放熱フィンに当たる走行風の流量が減少することもない。その結果、放熱フィンの冷却性能の低下を抑制することができる。これらの結果、放熱フィンの冷却性能の低下を抑制しながら、異物衝突時の放熱フィンの変形を抑制することができる。また、放熱フィンの傾斜形状を簡素な形状にすることができるので、放熱フィンにおいて傾斜部を容易に形成することができる。

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、傾斜部は、少なくとも放熱フィンの先端部近傍に設けられている。ここで、放熱フィンに飛来する異物は、たとえば、鉄道車両の外形などに遮られることによって、放熱フィンの根元部との衝突が起こりにくい一方、先端部との衝突が起こりやすい。したがって、上記のように構成すれば、異物との衝突が起こりやすい放熱フィンの先端部近傍に傾斜部が設けられているので、異物衝突時の放熱フィンの変形を効果的に抑制することができる。

この場合、好ましくは、傾斜部は、放熱フィンの先端部から、放熱フィンの根元部よりも手前の位置まで設けられている。このように構成すれば、傾斜部が放熱フィンの先端部から放熱フィンの根元部まで設けられている場合に比べて、放熱フィンにおいて傾斜部を設ける範囲を小さくすることができる。その結果、傾斜部を設ける場合にも、放熱フィンの表面積が小さくなることを抑制することができるので、放熱フィンの冷却性能が低下することを抑制することができる。

この場合、好ましくは、傾斜部では、空気取込部の進行方向に対する角度であり、かつ、第２の角度と等しい角度をθ１とし、傾斜部の進行方向と直交する方向に対する角度をθ２とした場合に、以下の式（１）を満たすように、角度θ２が形成されている。
２×θ１＜θ２ ・・・（１）

このように構成すれば、空気取込部の傾斜方向に沿って異物が飛来し、放熱フィンに衝突する場合にも、放熱フィンの前方端部が鉄道車両の進行方向に対して垂直になっている場合に比べて、放熱フィンの傾斜部により、異物と放熱フィンとの衝突角度を大きくすることができる。その結果、空気取込部の傾斜方向に沿って異物が飛来し、放熱フィンに衝突する場合にも、異物から放熱フィンに伝わる運動エネルギを小さくすることができるので、異物衝突時の放熱フィンの変形を確実に抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、放熱フィンの冷却性能の低下を抑制しながら、異物衝突時の放熱フィンの変形を抑制することが可能な鉄道車両用電力変換装置を提供することができる。

本発明の一実施形態による編成状態の高速鉄道車両を示した模式的な側面図である。 一実施形態による高速鉄道車両を下方から見た模式的な斜視図である。 一実施形態による電力変換装置を下方から見た模式的な斜視図である。 一実施形態による電力変換装置を進行方向の前方から見た模式的な断面図である。 一実施形態による電力変換装置の放熱フィンを枕木方向から見た模式的な側面図である。 放熱フィンに対して異物が飛来する速度を説明するための図である。 異物が進行方向に沿って飛来する場合における異物と放熱フィンとの衝突を説明するための図である。 異物が空気取込部の傾斜方向に沿って飛来する場合における異物と放熱フィンとの衝突を説明するための図である。 一実施形態の第１参考例による電力変換装置の放熱フィンを枕木方向から見た模式的な側面図である。 一実施形態の第２参考例による電力変換装置の放熱フィンを枕木方向から見た模式的な側面図である。 一実施形態の第３参考例による電力変換装置の放熱フィンを枕木方向から見た模式的な側面図である。 一実施形態の第４参考例による電力変換装置の放熱フィンを下方から見た模式的な平面図である。 一実施形態の第４参考例による電力変換装置の放熱フィンを枕木方向から見た模式的な側面図である。 一実施形態の第５参考例による電力変換装置の放熱フィンを下方から見た模式的な平面図である。 一実施形態の第５参考例による電力変換装置の放熱フィンを枕木方向から見た模式的な側面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［一実施形態］
（高速鉄道車両の構成）
まず、図１～図３を参照して、本発明の一実施形態による鉄道車両用電力変換装置１００（以下、電力変換装置１００と称する）が設置される高速鉄道車両１０の構成について説明する。

高速鉄道車両１０は、複数の車両が編成された状態で、たとえば、１８０ｋｍ／ｈ以上で走行する高速鉄道車両である。高速鉄道車両１０は、図１に示すように、交流電源としての架線１から供給される電力により走行するように構成されている。なお、本実施形態では、高速鉄道車両１０が、進行方向（Ｘ方向）のうちＸ１方向に走行する場合について説明する。また、進行方向のうち高速鉄道車両１０が進行するＸ１方向を進行方向の前方とし、前方とは反対のＸ２方向を進行方向の後方とする。また、高速鉄道車両１０は、特許請求の範囲の「鉄道車両」の一例である。

高速鉄道車両１０は、図１および図２に示すように、車体１１と、パンタグラフ１２と、電力変換装置１００と、誘導電動機および空調機器などの電気機器１３とを備えている。

図３に示すように、車体１１の底部１１ａには、電力変換装置１００を吊り下げた状態で取り付けるための、一対のレール１１ｂが設けられている。これにより、電力変換装置１００は、高速鉄道車両１０の車体１１の底部１１ａの下方（Ｚ２方向）に取り付けられている。また、高速鉄道車両１０の車体１１の底部１１ａには、後述する放熱フィン６２に対して進行方向の前方（Ｘ１方向）および進行方向の後方（Ｘ２方向）に、空気取込部１１ｃが形成されている。

パンタグラフ１２は、図１に示すように、架線１から電力を受け取る役割を有する。電力変換装置１００は、図示しない変圧器により変圧されたパンタグラフ１２からの交流電圧を、所望の３相交流電圧および周波数に変換して電気機器１３などに出力する役割を有する。

（電力変換装置の構成）
次に、図２～図５および図８を参照して、本発明の一実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。

電力変換装置１００は、図３および図４に示すように、金属製の筐体２０と、筐体２０の内部に配置される電力変換装置本体３０（図４参照）と、筐体２０を車体１１のレール１１ｂに取り付けるための複数の取付部４０とを含んでいる。

筐体２０は、３つの機器室２０ａ、２０ｂおよび２０ｃに区分けされている。機器室２０ａは、筐体２０の枕木方向（Ｙ方向）の中央に位置している。機器室２０ｂは、筐体２０の枕木方向の一方側（Ｙ２方向側）に位置している。機器室２０ｃは、筐体２０の枕木方向の他方側（Ｙ１方向側）に位置している。

電力変換装置本体３０は、図４に示すように、機器室２０ａに配置される電力変換ユニット３１と、機器室２０ｂに配置される制御部３２と、機器室２０ｃに配置される電気機器群３３とを含んでいる。

電力変換ユニット３１は、パンタグラフ１２（図１参照）からの交流電圧を、所望の３相交流電圧および周波数に変換する機能を有する。電力変換ユニット３１は、５つの半導体スイッチング素子群３１ａ～３１ｅを含んでいる。半導体スイッチング素子群３１ａ～３１ｅは、枕木方向（Ｙ方向）にこの順に並んで配置されている。半導体スイッチング素子群３１ａ～３１ｅは、コンバータ用の半導体スイッチング素子群およびインバータ用の半導体スイッチング素子群である。スイッチングの際には、半導体スイッチング素子群３１ａ～３１ｅが発熱する。半導体スイッチング素子群３１ａ～３１ｅは、特許請求の範囲の「発熱部」の一例である。

また、電力変換ユニット３１の下方（Ｚ２方向）には、図４に示すように、半導体スイッチング素子群３１ａ～３１ｅの熱を放出する冷却部６０が設けられている。冷却部６０は、受熱部６１と、複数の放熱フィン６２とを含んでいる。

受熱部６１は、板状形状を有している。受熱部６１は、一方側（上側（Ｚ１方向側））の面６１ａに半導体スイッチング素子３１ａ～３１ｅが配置されている。また、受熱部６１は、他方側（下側（Ｚ２方向側））の面６１ｂに、複数の放熱フィン６２が配置されている。受熱部６１は、半導体スイッチング素子３１ａ～３１ｅの熱を、複数の放熱フィン６２に伝えるように構成されている。

複数の放熱フィン６２は、図２および図３に示すように、筐体２０の下部において、外部に露出するように構成されている。これにより、複数の放熱フィン６２は、高速鉄道車両１０の走行時に、高速鉄道車両１０の走行により生じる走行風が各放熱フィン６２の周りを通過するように構成されている。複数の放熱フィン６２は、走行風により冷却されることにより、受熱部６１を介して伝えられた半導体スイッチング素子３１ａ～３１ｅの熱を放出するように構成されている。また、複数の放熱フィン６２は、図３および図４に示すように、枕木方向（Ｙ方向）に一定のピッチで並ぶように配列されている。各放熱フィン６２の構成は同様であるので、以下では、１つの放熱フィン６２を例に放熱フィン６２の構成を説明する。

放熱フィン６２は、板状形状を有している。また、放熱フィン６２は、受熱部６１の他方側の面６１ｂから、下方（Ｚ２方向）に突出するように形成されている。また、放熱フィン６２は、進行方向（Ｘ方向）に沿って延びるように形成されている。

また、放熱フィン６２は、図５に示すように、受熱部６１の他方側の面６１ｂに接続される根元部６２ａと、根元部６２ａとは反対側に配置される先端部６２ｂと、進行方向の前方（Ｘ１方向）の端部６２ｃと、進行方向の後方（Ｘ２方向）の端部６２ｆとを有している。

ここで、本実施形態では、放熱フィン６２は、進行方向の前方（Ｘ１方向）の端部６２ｃに設けられ、放熱フィン６２の根元部６２ａ側（受熱部６１側）から放熱フィン６２の先端部６２ｂ側（受熱部６１とは反対側）に向かって進行方向の後方（Ｘ２方向）に延びるように傾斜する傾斜部６２ｄを含んでいる。

本実施形態では、傾斜部６２ｄは、放熱フィン６２の先端部６２ｂから、放熱フィン６２の根元部６２ａよりも手前の位置まで設けられている。具体的には、放熱フィン６２の突出方向（本実施形態では、Ｚ方向）における傾斜部６２ｄの長さＬ１は、放熱フィン６２の突出方向における放熱フィン６２の先端部６２ｂから放熱フィン６２の根元部６２ａまでの長さＬ２よりも小さい。より具体的には、放熱フィン６２の突出方向における傾斜部６２ｄの長さＬ１は、放熱フィン６２の突出方向における放熱フィン６２の先端部６２ｂから放熱フィン６２の根元部６２ａまでの長さＬ２の約１／１０以上約１／２以下である。

また、本実施形態では、傾斜部６２ｄは、放熱フィン６２の根元部６２ａ側から放熱フィン６２の先端部６２ｂ側に向かって進行方向の後方（Ｘ２方向）に延びるように、直線状に傾斜している。つまり、傾斜部６２ｄは、一定の傾斜方向および傾斜角度を有するように、直線状に形成されている。

本実施形態では、図８に示すように、傾斜部６２ｄでは、高速鉄道車両１０の車体１１の底部１１ａに形成された空気取込部１１ｃの進行方向（Ｘ方向）に対する角度をθ１とし、傾斜部６２ｄの進行方向と直交する方向（Ｚ方向）に対する角度をθ２とした場合に、以下の式（２）を満たすように、角度θ２が形成されている。
２×θ１＜θ２ ・・・（２）

また、放熱フィン６２は、進行方向の前方（Ｘ１方向）の端部６２ｃに設けられ、根元部６２ａから傾斜部６２ｄまで延びるように形成される端部分６２ｅを含んでいる。端部分６２ｅは、放熱フィン６２の突出方向（Ｚ方向）に沿って延びるように形成されている。また、放熱フィン６２では、先端部６２ｂは、進行方向（Ｘ方向）に沿って延びるように形成されている。

なお、放熱フィン６２は、放熱フィン６２の突出方向と直交する方向（Ｙ方向）から見て、線対称になるように形成されている。このため、放熱フィン６２は、進行方向の後方（Ｘ２方向）の端部６２ｆにも、傾斜部６２ｇおよび端部分６２ｈを含んでいる。進行方向の後方の傾斜部６２ｇおよび端部分６２ｈの構成は、高速鉄道車両１０が進行方向（Ｘ方向）のうちＸ２方向に走行するとし、高速鉄道車両１０が進行するＸ２方向を進行方向の前方とし、前方とは反対のＸ１方向を進行方向の後方とすれば、上記した進行方向の前方の傾斜部６２ｄおよび端部分６２ｅの構成と同様である。

制御部３２は、図４に示すように、電力変換ユニット３１の半導体スイッチング素子群３１ａ～３１ｅのスイッチングなどを行うことにより電力変換ユニット３１の制御を行う機能を有している。電気機器群３３は、電力変換ユニット３１における電圧を所定の大きさに制限するための機器などから構成されている。

（異物が進行方向に沿って飛来する場合）
次に、図６および図７を参照して、飛び石などの異物Ｔが進行方向に沿って飛来し、放熱フィン６２の傾斜部６２ｄに衝突する場合について説明する。

図６に示すように、高速鉄道車両１０側から見た異物Ｔが飛来する速度Ｖは、地上側から見た異物Ｔが飛来する速度Ｖ０と、高速鉄道車両１０の走行速度Ｖ１とを合成した速度になる。また、高速鉄道車両１０側から見た異物Ｔが飛来する速度Ｖは、進行方向（Ｘ方向）の速度Ｖｘと、上下方向（Ｚ方向）の速度Ｖｚに分解することができる。

一般的に、地上側から見た異物Ｔの速度Ｖ０に対して、高速鉄道車両１０の速度Ｖ１は極めて大きい。このため、異物Ｔが飛来する速度Ｖのうちの上下方向（Ｚ方向）の速度Ｖｚは、異物Ｔが飛来する速度Ｖのうちの進行方向（Ｘ方向）の速度Ｖｘに対して極めて小さい。この場合、異物Ｔは、ほぼ進行方向に沿って飛来すると考えられる。

図７に示すように、異物Ｔが進行方向に沿って飛来し、放熱フィン６２の傾斜部６２ｄに衝突する場合には、異物Ｔと放熱フィン６２の傾斜部６２ｄとの衝突角度θ３は、以下の式（３）により表すことができる。
θ３＝９０＋θ２ ・・・（３）

つまり、異物Ｔと放熱フィン６２の傾斜部６２ｄとの衝突角度θ３は、９０度よりも大きくなる。ここで、異物Ｔから放熱フィン６２に伝わる運動エネルギが最大になるのは、異物Ｔと放熱フィン６２との衝突角度θ３が９０度になる場合である。したがって、本実施形態では、放熱フィン６２に傾斜部６２ｄを設けることによって、異物Ｔと放熱フィン６２の傾斜部６２ｄとの衝突角度θ３を９０度よりも大きくすることができるので、異物Ｔから放熱フィン６２に伝わる運動エネルギを小さくすることが可能である。この結果、異物衝突時の放熱フィン６２の変形を抑制することが可能である。

（異物が空気取込部の傾斜方向に沿って飛来する場合）
次に、図８を参照して、異物Ｔが空気取込部１１ｃの傾斜方向に沿って飛来し、放熱フィン６２の傾斜部６２ｄに衝突する場合について説明する。

図８に示すように、放熱フィン６２に対して進行方向の前方（Ｘ１方向）に空気取込部１１ｃが設けられている場合には、空気取込部１１ｃの傾斜方向に沿って走行風が流れる。異物Ｔが走行風により運ばれると仮定すると、異物Ｔは、空気取込部１１ｃの傾斜方向に沿って飛来すると考えられる。

この場合、異物Ｔと放熱フィン６２の傾斜部６２ｄとの衝突角度θ３は、以下の式（４）により表すことができる。
θ３＝９０－θ１＋θ２ ・・・（４）

また、異物Ｔと放熱フィン６２の端部分６２ｅ（進行方向と直交する方向に沿って延びる部分）との衝突角度θ４は、以下の式（５）により表すことができる。
θ４＝９０－θ１ ・・・（５）

この場合、傾斜部６２ｄの角度θ２が以下の式（６）を満たす範囲では、衝突角度θ３は、衝突角度θ４よりも９０度に近い角度になる（９０度との差の絶対値が小さくなる）。
０＜θ２≦２×θ１ ・・・（６）

したがって、衝突角度θ４よりも、衝突角度θ３の方を、９０度から遠い角度にする（９０度との差の絶対値を大きくする）ためには、角度θ２を以下の式（７）を満たすようにすればよい。
２×θ１＜θ２ ・・・（７）

この式（７）は、上記した式（２）と同様の式である。そして、上記のように、傾斜部６２ｄは、式（２）を満たすように、角度θ２が形成されている。したがって、本実施形態では、異物Ｔと放熱フィン６２の傾斜部６２ｄとの衝突角度θ３を、異物Ｔと放熱フィン６２の端部分６２ｅとの衝突角度θ４よりも、９０度から遠い角度にすることができる。この結果、異物Ｔと放熱フィン６２の端部分６２ｅとの衝突時に異物Ｔから放熱フィン６２に伝わる運動エネルギよりも、異物Ｔと放熱フィン６２の傾斜部６２ｄとの衝突時に異物Ｔから放熱フィン６２に伝わる運動エネルギを小さくすることが可能である。この結果、異物衝突時の放熱フィン６２の変形を抑制することが可能である。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、放熱フィン６２に、高速鉄道車両１０の進行方向の前方の端部６２ｃ（６２ｆ）において、放熱フィン６２の根元部６２ａ側から放熱フィン６２の先端部６２ｂ側に向かって進行方向の後方に延びるように傾斜する傾斜部６２ｄ（６２ｇ）を設ける。これにより、飛び石などの異物Ｔが高速鉄道車両１０の進行方向に沿って飛来し、放熱フィン６２の前方端部（端部６２ｃ（６２ｆ））に衝突する場合に、放熱フィン６２の前方端部（端部６２ｃ（６２ｆ））が高速鉄道車両１０の進行方向に対して垂直になっている場合に比べて、放熱フィン６２の傾斜部６２ｄ（６２ｇ）により、異物Ｔと放熱フィン６２との衝突角度θ３を大きくすることができる。その結果、異物Ｔから放熱フィン６２に伝わる運動エネルギを小さくすることができるので、異物衝突時の放熱フィン６２の変形を抑制することができる。また、放熱フィン６２の変形を抑制するために、放熱フィン６２を覆うようにカバーなどを設ける必要がないので、放熱フィン６２に当たる走行風の流量が減少することもない。その結果、放熱フィン６２の冷却性能の低下を抑制することができる。これらの結果、放熱フィン６２の冷却性能の低下を抑制しながら、異物衝突時の放熱フィン６２の変形を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、傾斜部６２ｄ（６２ｇ）を、少なくとも放熱フィン６２の先端部６２ｂ近傍に設ける。ここで、放熱フィン６２に飛来する異物Ｔは、たとえば、高速鉄道車両１０の外形などに遮られることによって、放熱フィン６２の根元部６２ａとの衝突が起こりにくい一方、先端部６２ｂとの衝突が起こりやすい。したがって、上記のように構成することによって、異物Ｔとの衝突が起こりやすい放熱フィン６２の先端部６２ｂ近傍に傾斜部６２ｄ（６２ｇ）が設けられているので、異物衝突時の放熱フィン６２の変形を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、傾斜部６２ｄ（６２ｇ）を、放熱フィン６２の先端部６２ｂから、放熱フィン６２の根元部６２ａよりも手前の位置まで設ける。これにより、傾斜部６２ｄ（６２ｇ）が放熱フィン６２の先端部６２ｂから放熱フィン６２の根元部６２ａまで設けられている場合に比べて、放熱フィン６２において傾斜部６２ｄ（６２ｇ）を設ける範囲を小さくすることができる。その結果、傾斜部６２ｄ（６２ｇ）を設ける場合にも、放熱フィン６２の表面積が小さくなることを抑制することができるので、放熱フィン６２の冷却性能が低下することを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、傾斜部６２ｄ（６２ｇ）を、放熱フィン６２の根元部６２ａ側から放熱フィン６２の先端部６２ｂ側に向かって進行方向の後方に延びるように、直線状に傾斜させている。これにより、放熱フィン６２の傾斜形状を簡素な形状にすることができるので、放熱フィン６２において傾斜部６２ｄ（６２ｇ）を容易に形成することができる。

また、本実施形態では、上記のように、傾斜部６２ｄ（６２ｇ）では、放熱フィン６２に対して進行方向の前方に配置される空気取込部１１ｃの進行方向に対する角度をθ１とし、傾斜部６２ｄ（６２ｇ）の進行方向と直交する方向に対する角度をθ２とした場合に、上記した式（２）を満たすように、角度θ２を形成する。これにより、空気取込部１１ｃの傾斜方向に沿って異物Ｔが飛来し、放熱フィン６２に衝突する場合にも、放熱フィン６２の前方端部（端部６２ｃ（６２ｆ））が高速鉄道車両１０の進行方向に対して垂直になっている場合に比べて、放熱フィン６２の傾斜部６２ｄ（６２ｇ）により、異物Ｔと放熱フィン６２との衝突角度θ３を大きくすることができる。その結果、空気取込部１１ｃの傾斜方向に沿って異物Ｔが飛来し、放熱フィン６２に衝突する場合にも、異物Ｔから放熱フィン６２に伝わる運動エネルギを小さくすることができるので、異物衝突時の放熱フィン６２の変形を確実に抑制することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって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、上記した実施形態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すべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、高速鉄道車両に設置される鉄道車両用電力変換装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、たとえば、１８０ｋｍ／未満で走行する鉄道車両に設置される鉄道車両用電力変換装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、インバータを構成する半導体スイッチング素子群、および、コンバータを構成する半導体スイッチング素子群の熱を放出するように、放熱フィンを構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、インバータを構成する半導体スイッチング素子群、および、コンバータを構成する半導体スイッチング素子群以外の発熱部の熱を放出するように、放熱フィンを構成してもよい。

また、上記実施形態では、放熱フィンの先端部から傾斜部を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、放熱フィンの先端部から傾斜部を設けなくてもよい。たとえば、放熱フィンの先端部と根元部との中間部分に、傾斜部を設けてもよい。また、放熱フィンの根元部から先端部と根元部との中間部分まで傾斜部を設けてもよい。

また、上記実施形態では、放熱フィンの傾斜部が、放熱フィンの先端部から、放熱フィンの根元部よりも手前の位置まで設けられている例を示したが、本発明の参考例はこれに限られない。たとえば、図９に示す第１参考例のように、放熱フィンの傾斜部を構成してもよい。第１参考例では、放熱フィン１６２の傾斜部１６２ｄ（１６２ｇ）は、放熱フィン１６２の先端部１６２ｂから、放熱フィン１６２の根元部１６２ａまで設けられている。これにより、広範囲に傾斜部１６２ｄ（１６２ｇ）が設けられるので、より確実に、異物衝突時の放熱フィン１６２の変形を抑制することができる。

また、上記実施形態では、放熱フィンの傾斜部が、放熱フィンの根元部側から放熱フィンの先端部側に向かって進行方向の後方に延びるように、直線状に傾斜している例を示したが、本発明の参考例はこれに限られない。本発明の参考例では、放熱フィンの傾斜部が、放熱フィンの根元部側から放熱フィンの先端部側に向かって進行方向の後方に延びるように、直線状に傾斜していなくてもよい。

たとえば、図１０に示すように、第２参考例では、放熱フィン２６２の傾斜部２６２ｄ（２６２ｇ）は、放熱フィン２６２の根元部２６２ａ側から放熱フィン２６２の先端部２６２ｂ側に向かって進行方向の後方（Ｘ１方向（Ｘ２方向））に延びるように、曲線状に傾斜している。つまり、傾斜部２６２ｄ（２６２ｇ）は、傾斜方向および傾斜角度が滑らかに変化するように、曲線状に形成されている。また、傾斜部２６２ｄ（２６２ｇ）は、放熱フィン２６２の先端部２６２ｂから、放熱フィン２６２の根元部２６２ａよりも手前の位置まで設けられている。

また、図１１に示すように、第３参考例では、第２参考例と同様に、放熱フィン３６２の傾斜部３６２ｄ（３６２ｇ）は、放熱フィン３６２の根元部３６２ａ側から放熱フィン３６２の先端部３６２ｂ側に向かって進行方向の後方（Ｘ１方向（Ｘ２方向））に延びるように、曲線状に傾斜している。つまり、傾斜部３６２ｄ（３６２ｇ）は、傾斜方向および傾斜角度が滑らかに変化するように、曲線状に形成されている。また、傾斜部３６２ｄ（３６２ｇ）は、放熱フィン３６２の先端部３６２ｂから、放熱フィン３６２の根元部３６２ａまで設けられている。第２参考例および第３参考例では、曲線状の傾斜部を設けることによって、放熱フィンの先端部側に向かうに従って、異物と曲線状の傾斜部との衝突角度を大きくすることができる。その結果、異物衝突時の放熱フィンの変形を効果的に抑制することができる。

また、上記実施形態では、下方に突出するように形成されている放熱フィンに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、枕木方向に突出するように形成されている放熱フィンに適用してもよい。

たとえば、図１２および図１３に示すように、第４参考例では、複数の放熱フィン４６２は、受熱部４６１から枕木方向（Ｙ１方向）に突出するように構成されている。また、各放熱フィン４６２は、進行方向（Ｘ方向）に沿って延びるように形成されている。また、各放熱フィン４６２は、進行方向の前方（Ｘ１方向（Ｘ２方向））の端部４６２ｃ（４６２ｆ）に設けられ、放熱フィン４６２の根元部４６２ａ側から放熱フィン４６２の先端部４６２ｂ側に向かって進行方向の後方（Ｘ２方向（Ｘ１方向））に延びるように傾斜する傾斜部４６２ｄ（４６２ｇ）を含んでいる。また、複数の放熱フィン４６２は、上方から順に、進行方向の長さが小さくなるように形成されている。そして、複数の放熱フィン４６２の進行方向の前方（Ｘ１方向（Ｘ２方向））の端部４６２ｃ（４６２ｆ）は、全体として、放熱フィン４６２の根元部４６２ａ側から放熱フィン４６２の先端部４６２ｂ側に向かって進行方向の後方（Ｘ２方向（Ｘ１方向））に延びるように傾斜している。これにより、複数の放熱フィン４６２の進行方向の前方の端部４６２ｃ（４６２ｆ）を、傾斜部として機能させることができるので、異物衝突時の放熱フィン４６２の変形をより一層抑制することができる。

また、図１４および図１５に示すように、第５参考例では、複数の放熱フィン５６２は、受熱部５６１から枕木方向（Ｙ１方向）に突出するように構成されている。また、各放熱フィン５６２は、進行方向（Ｘ方向）に沿って延びるように形成されている。また、各放熱フィン５６２は、進行方向の前方（Ｘ１方向（Ｘ２方向））の端部５６２ｃ（５６２ｆ）に設けられ、放熱フィン５６２の根元部５６２ａ側から放熱フィン５６２の先端部５６２ｂ側に向かって進行方向の後方（Ｘ２方向（Ｘ１方向））に延びるように傾斜する傾斜部５６２ｄ（５６２ｇ）を含んでいる。また、複数の放熱フィン５６２の傾斜部５６２ｄ（５６２ｇ）は、上方から順に、傾斜角度が大きくなるように形成されている。ここで、飛来する異物は、地上との位置がより近い下方（Ｚ２方向）に設けられた放熱フィン５６２との衝突が起こりやすい一方、上方（Ｚ１方向）に設けられた放熱フィン５６２との衝突は起こりにくい。したがって、上記のように構成することによって、異物との衝突が起こりやすい下方の放熱フィン５６２の傾斜部５６２ｄ（５６２ｇ）では、傾斜角度を大きくすることによって、異物衝突時の放熱フィン５６２の変形を効果的に抑制することができる。また、異物との衝突が起こりにくい上方の放熱フィン５６２の傾斜部５６２ｄ（５６２ｇ）では、傾斜角度を小さくすることによって、放熱フィン５６２の表面積が小さくなることを抑制することができるので、放熱フィン５６２の冷却性能が低下することを抑制することができる。

１０ 高速鉄道車両（鉄道車両）
３０ 電力変換装置本体
３１ａ～３１ｅ 半導体スイッチング素子群（発熱部）
６２、１６２、２６２、３６２、４６２、５６２ 放熱フィン
６２ａ、１６２ａ、２６２ａ、３６２ａ、４６２ａ、５６２ａ 根元部
６２ｂ、１６２ｂ、２６２ｂ、３６２ｂ、４６２ｂ、５６２ｂ 先端部
６２ｄ、１６２ｄ、２６２ｄ、３６２ｄ、４６２ｄ、５６２ｄ 傾斜部
６２ｇ、１６２ｇ、２６２ｇ、３６２ｇ、４６２ｇ、５６２ｇ 傾斜部
１００ 鉄道車両用電力変換装置

Claims (4)

1. 発熱部を含む電力変換装置本体と、
   上面に前記発熱部が配置された受熱部の下面から下方に突出し、前記発熱部の熱を放出する放熱フィンと、を備え、
   前記放熱フィンは、鉄道車両の進行方向の前方の端部に設けられ、前記放熱フィンの根元部側から前記放熱フィンの先端部側に向かって前記進行方向の後方に延びるように、直線状に傾斜する第１の傾斜面を含む傾斜部と、前記放熱フィンの突出方向に沿って直線状に延びる端部分とを含み、
   前記第１の傾斜面は、前記放熱フィンに対して前記進行方向の前方に配置された空気取込部に含まれる第２の傾斜面と、前記進行方向から見て前記放熱フィンの突出方向における位置が重なるように形成され、
   異物が飛来する方向である前記空気取込部の前記第２の傾斜面に沿った方向と、前記傾斜部の前記第１の傾斜面の法線方向とのなす第１の角度が、前記第２の傾斜面に沿った方向と、前記端部分の平面の法線方向とのなす第２の角度よりも大きい、鉄道車両用電力変換装置。
2. 前記傾斜部は、少なくとも前記放熱フィンの先端部近傍に設けられている、請求項１に記載の鉄道車両用電力変換装置。
3. 前記傾斜部は、前記放熱フィンの先端部から、前記放熱フィンの根元部よりも手前の位置まで設けられている、請求項２に記載の鉄道車両用電力変換装置。
4. 前記傾斜部では、前記空気取込部の前記進行方向に対する角度であり、かつ、前記第２の角度と等しい角度をθ１とし、前記傾斜部の前記進行方向と直交する方向に対する角度をθ２とした場合に、以下の式（１）を満たすように、角度θ２が形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
   ２×θ１＜θ２ ・・・（１）

Images