JP2001260877A - 鉄道車両用電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両進行方向における後側変換器の冷却効率
の低下を抑制すること。 【解決手段】 車両進行方向は図１の左側方向である。
電力変換器３側の放熱部７の走行風出口と電力変換器４
側の放熱部７の走行風入り口とにヒートパイプ１２が配
設されているので、電力変換器３の放熱部７を通過し温
度上昇した走行風は、充分に冷却された状態で電力変換
器４側の放熱部７を通過することになる。したがって、
従来装置に比べて後側変換器である電力変換器４の冷却
効率を大幅に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両用電力変換
装置に関するものであり、より詳しくは、鉄道車両用電
力変換装置内の半導体素子に対する冷却効率を向上させ
るための技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両床下に配設される電力変換装置
は、鉄道架線から供給される電力を半導体素子のスイッ
チングにより変換して車両駆動用電動機を制御するもの
である。この電力変換装置の運転中、半導体素子はかな
りの熱を発生するため、この半導体素子に対する冷却及
び放熱を如何に効率よく行うかは電力変換装置の健全な
運転を確保する上で重要な役割を有する技術である。

【０００３】一般に、鉄道車両床下に配設される電力変
換装置の場合、半導体素子を冷却する構造は、半導体素
子を受熱部に取り付けて熱を収集し、収集した熱を車体
側方部付近に設置された放熱部から大気中に放散する、
自然冷却熱放散方式が採用されている。ここで、放熱部
を車体側方部付近へ設置するのは、車体床下に熱がこも
るのを防ぐと共に、車両走行時の走行風を受けやすくす
るためである。このような自然冷却熱放散方式は、送風
機を使用しないことから機器のメインテナンス作業が不
要となるため、鉄道車両用として向いている方式といえ
る。

【０００４】以下、上記のような自然冷却熱放散方式の
半導体素子冷却構造を備えた従来の鉄道車両用電力変換
装置の構成につき説明する。図３４は、鉄道用車両にお
ける電力変換装置の配設位置を示した説明図である。こ
の図において、車体１の床下であって、車輪と車輪との
間の中間部に２台の電力変換器３，４を有する電力変換
装置２が配設されている。なお、この例では、電力変換
装置２は、２台の電力変換器３，４を有しているが、場
合によっては４台又は３台の電力変換器を有しているこ
ともある。

【０００５】図３５は、図３４における電力変換装置２
の詳細な構成を示す説明図である。この図において、２
台の電力変換器３，４は車両の進行方向に沿って配設さ
れている。したがって、車両進行方向が左側の場合は、
電力変換器３が前側変換器で電力変換器４が後側変換器
となり、また、車両進行方向が右側の場合は、電力変換
器４が前側変換器で電力変換器３が後側変換器となる。
後側変換器は前側変換器の陰に隠れ走行風を受ける割合
が少なくなるため、冷却効率を均等化させるためには電
力変換器３，４を車両進行方向に対して横並びに配設す
るのが本来は好ましい。しかし、車体１の床下という狭
い場所では設計上種々のスペース的制約が存在するた
め、やむを得ず上記のように、電力変換器３，４を車両
進行方向に沿って配設した構成としている。

【０００６】図３５において、電力変換器３，４の各半
導体素子は箱体５の内部に収納されており、箱体５の側
方に多孔板で形成された各電力変換器の保護カバー６が
取り付けられている。そして、この保護カバー６内に各
電力変換器の放熱部７が配設されている。図３５では、
車両進行方向が左側である場合を示しており、矢印で示
したように、走行風はまず電力変換器３の放熱部７を通
過し、その後、電力変換器４の放熱部７を通過すること
になる。なお、電力変換器３，４の各保護カバー６，６
の対向面は開口した状態となっており、走行風が円滑に
吹き抜けられるようになっている。

【０００７】図３６は、放熱部７の外観構成を示す斜視
図である。この図に示すように、放熱部７は、Ｕ字形状
に折曲された複数本のヒートパイプ８と、これらヒート
パイプ８が挿通している複数枚の放熱フィン９とで構成
されている。ヒートパイプ８は、内部に冷媒（以前はフ
レオン等が用いられていたが、最近は環境問題の影響に
より純水が多く用いられている。）が封入され両端が密
閉された銅製のパイプにより形成されている。また、放
熱フィン９は、熱伝導率の良好な銅又はアルミ製の薄板
部材により形成されている。

【０００８】図３７は図３５のＷ−Ｗ矢視図であり、図
３８は図３５のＸ−Ｘ矢視図である。これらの図に示す
ように、箱体５の内部にはヒートパイプ８の一端側が支
持された受熱部１０が配設されており、この受熱部１０
の外面に半導体素子１１が取り付けられている。箱体５
の内部は密閉状態となっており、外部からの塵埃等によ
り半導体素子１１及びその周辺部品が汚損されないよう
になっている。一方、箱体５から外側へ延びたヒートパ
イプ８の他端側及び放熱フィン９は、多孔板により形成
された保護カバー６の内部に位置し、大気へ熱を放散し
やすい状態となっている。

【０００９】ヒートパイプ８は、図３７に示したよう
に、受熱部１０に支持された一端側が他端側よりも低く
なるようにやや傾斜した状態で配設されている。これ
は、半導体素子１１からの熱により受熱部１０側で蒸発
したヒートパイプ８の冷媒は、放熱フィン９側で凝縮し
て大気へ熱放散を行うが、このようにヒートパイプ８を
やや傾斜させておくことにより、凝縮した冷媒は重力の
働きにより円滑に受熱部１０側へ戻ることができるから
である。また、放熱フィン９は地面に対してほぼ垂直な
姿勢で配設された状態となっているが、これにより上昇
気流が発生しやすくなり、最も下側のヒートパイプ８か
らの熱も円滑に大気へ放散されるようになっている。

【００１０】なお、図３７に示すように、車体１の床下
には艤装限界線Ｌが設けられており、電力変換装置２は
この艤装限界線Ｌの内側に収まるように配置されなけれ
ばならない。そのため、保護カバー６の一部には面取り
部６ａが形成されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記したヒートパイプ
８及び放熱フィン９で構成される放熱部７の働きによ
り、半導体素子１１で発生した熱は大気中に放散され、
半導体素子１１の過熱による損傷の防止が図られてい
る。

【００１２】しかし、前述したように、後側変換器は前
側変換器の陰に隠れ走行風を受ける割合が少なくなるた
め、どうしても後側変換器側の冷却効率は前側変換器側
に比べて低下することを避けることができないでいる。
また、後側変換器側に送り込まれる走行風は前側変換器
により暖められた走行風となるために、後側変換器側の
冷却効率の低下は一層著しいものとなっている。例え
ば、図３５において、前側変換器である電力変換器３の
保護カバー６の後側（又は電力変換器４の保護カバー６
の前側）の温度よりも、後側変換器である電力変換器４
の保護カバー６の後側の温度の方が約１０℃程度高くな
っており、後側変換器側の冷却効率の悪さが顕著となっ
ている。

【００１３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、後側電力変換器の冷却効率の低下を極力抑制する
ことが可能な鉄道車両用電力変換装置を提供することを
目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、車体の床下に、
複数台の電力変換器が車両進行方向に沿って配設されて
成り、しかも、これらの電力変換器には、空気通過用の
孔部が多数形成されたカバー部材で囲まれ、且つ半導体
素子からの発熱を放熱する放熱部が形成されている、鉄
道車両用電力変換装置において、前記各電力変換器は、
前記放熱部の車両進行方向に対して垂直な面であって、
隣接する電力変換器に対する対向面の付近に、前記放熱
部を通過する空気を冷却するためのヒートパイプを配設
した、ことを特徴とする。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記ヒートパイプは、前記放熱部を通過す
る空気が通るための通風口が形成され、前記カバー部材
に固着された仕切板に取り付けられている、ことを特徴
とする。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記ヒートパイプは、前記対向面の
付近に配置された対向面部分と、前記放熱部の車両進行
方向に対して平行な面である車両側方面に対向して配置
された側方面部分とを有するものである、ことを特徴と
する。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記ヒートパイプは、前記放熱部の対向面
の反対側の面である反対面に対向して配置された反対面
部分を有するものである、ことを特徴とする。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれかの発明において、前記各電力変換器は、前記放
熱部の前記対向面付近に配設した前記ヒートパイプの他
に、前記放熱部の車両進行方向に対して平行な面であっ
て、前記車体の床面に対向する床対向面付近にもヒート
パイプを配設した、ことを特徴とする。

【００１９】請求項６記載の発明は、車体の床下に、複
数台の電力変換器が車両進行方向に沿って配設されて成
り、しかも、これらの電力変換器には半導体素子からの
発熱を放熱する放熱部が形成されている、鉄道車両用電
力変換装置において、隣接する一対の前記電力変換器の
放熱部同士の間に形成される間隙部に、これら放熱部を
通過する空気を冷却するためのヒートパイプを配設し
た、ことを特徴とする。

【００２０】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、前記ヒートパイプはストレート形状のもの
であり、このヒートパイプは前記車体の床面に略平行又
は垂直な姿勢で配設されたものである、ことを特徴とす
る。

【００２１】請求項８記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記ヒートパイプは、少なくとも前記放熱
部の前記対向面側の面積よりも大きな面積のプレート面
を有するプレート形ヒートパイプであり、このプレート
面には前記放熱部を通過する空気が通るための通風口が
形成されているものである、ことを特徴とする。

【００２２】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、前記プレート形ヒートパイプは、前記対向
面の付近に配置された対向面部分と、前記放熱部の車両
進行方向に対して平行な面である車両側方面に対向して
配置された側方面部分とを有するものである、ことを特
徴とする。

【００２３】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
発明において、前記プレート形ヒートパイプは、前記放
熱部の対向面の反対側の面である反対面に対向して配置
された反対面部分を有するものである、ことを特徴とす
る。

【００２４】請求項１１記載の発明は、車体の床下に、
複数台の電力変換器が車両進行方向に沿って配設されて
成り、しかも、これらの電力変換器には、空気通過用の
孔部が多数形成されたカバー部材で囲まれ、且つ半導体
素子からの発熱を放熱する放熱部が形成されている、鉄
道車両用電力変換装置において、前記各電力変換器の前
記カバー部材に、前記車両進行方向に向かって開口し、
前記放熱部に対して外気を導入するための入風ガイドを
形成した、ことを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づき説明する。但し、図３４乃至図３８において説明し
た構成要素と同様のものには同一符号を付して重複した
説明を省略する。

【００２６】図１は本発明の第１の実施形態の要部構成
を示す説明図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視図、図３
は図１のＢ−Ｂ矢視図、図４は図１のＣ−Ｃ矢視図であ
る。これらの図に示すように、電力変換器３には、放熱
部７の車両進行方向に対して垂直な面であって、隣接す
る電力変換器４側に対向する対向面の付近に、放熱部７
を通過する空気を冷却するための複数本のヒートパイプ
１２が配設されている。同様に、電力変換器４にも、放
熱部７の車両進行方向に対して垂直な面であって、隣接
する電力変換器３側に対向する対向面の付近に、放熱部
７を通過する空気を冷却するための複数本のヒートパイ
プ１２が配設されている。

【００２７】このヒートパイプ１２は、図３の図示から
明らかなように、ストレート形状のものであり、保護カ
バー６に固着された仕切板１３に取り付けられている。
図５は、この仕切板１３の外観形状を示した斜視図であ
り、また、図６は、図３のＤ−Ｄ矢視図である。これら
の図に示すように、仕切板１３には複数個所に通風口１
３ａが設けられており、また、ヒートパイプ１２の外形
に対応した形状の半円部１３ｂが形成されている。ヒー
トパイプ１２は、この半円部１３ｂの内側に沿って配設
されている。図７は、図６の一部拡大図である。この図
に示すように、ヒートパイプ１２の外面は仕切板１３の
半円部１３ｂの内面にハンダ付けされて固着されてい
る。なお、ヒートパイプ１２の内面には溝１２ａが形成
されているが、これは放熱により凝縮した冷媒としての
水に毛細管現象を起こさせ、表面張力による球状の水滴
が局所的に偏在することを防止するためのものである。

【００２８】次に、上記のように構成される第１の実施
形態の作用につき説明する。鉄道車両用電力変換装置で
は、当然のことながら半導体素子１１より熱が発生する
のは車両走行時であり、車両停止時には半導体素子１１
は通電されず損失も生じないので熱が発生することはな
い。そして、車両走行時に半導体素子１１より発生する
熱は、受熱部１０を介して放熱部７へ送られ、走行風を
利用した冷却が行われた後に大気中へ熱放散される。

【００２９】ここで、走行風とは、車両走行時に車両の
周囲の空気が車両と相対的に動くことで、車両及び車両
と一体になって運動する物に対して働くものである。し
たがって、車両走行時には、車両床下に配設されている
放熱部７の放熱フィン９の間を走行風が流れ、放熱フィ
ン９の表面では空気流速が速くなるため、自然対流のみ
のときと比較すれば放熱フィン９の放射性能が向上す
る。

【００３０】いま、車両進行方向を図３５の場合と同様
に左側方向とすると、電力変換器３側の保護カバー６の
走行風入り口付近では、走行風の温度は大気温度と同じ
である。そして、この走行風は放熱部７内を電力変換器
４側へ向けて移動するにしたがって次第に温度が上昇
し、保護カバー６の走行風出口に到達した後、更に電力
変換器４側の保護カバー６の走行風入り口から電力変換
器４の放熱部７に入ろうとする。

【００３１】しかし、図１の構成では、電力変換器３の
保護カバー６の走行風出口にはヒートパイプ１２が配設
されており、電力変換器３の放熱部７を通過して温度が
上昇した状態の走行風はこのヒートパイプ１２によって
冷却され、温度が低下した状態で電力変換器４側へ送り
出されることになる。そして、電力変換器４側では、そ
の保護カバー６の走行風入り口付近にもヒートパイプ１
２が配設されているため、電力変換器３側より送り込ま
れてくる走行風は、ここで更に冷却された後に電力変換
器４の放熱部７を通過することになる。

【００３２】すなわち、従来装置では、電力変換器３側
の放熱部７を通過して温度上昇した走行風がそのまま電
力変換器４側の放熱部７を通過する構成となっていたた
め、後側変換器である電力変換器４の冷却効率が著しく
低下した結果となっていた。ところが、図１の構成で
は、電力変換器３側の放熱部７の走行風出口と電力変換
器４側の放熱部７の走行風入り口とにヒートパイプ１２
が配設されているので、電力変換器３の放熱部７を通過
し温度上昇した走行風は、充分に冷却された状態で電力
変換器４側の放熱部７を通過することになる。したがっ
て、従来装置に比べて後側変換器である電力変換器４の
冷却効率を大幅に向上させることができる。

【００３３】図８は本発明の第２の実施形態の要部構成
を示す説明図であり、図９は図８のＥ−Ｅ矢視図、図１
０は図８のＦ−Ｆ矢視図、図１１は図８のＧ−Ｇ矢視図
である。第１の実施形態において用いられていたヒート
パイプ１２はストレート形状のものであったが、この第
２の実施形態において用いられているヒートパイプ１２
Ａは、図１１の図示で明らかにしたように、ストレート
形状のヒートパイプを略Ｌ字形状に折曲して形成したも
のである。すなわち、電力変換器３側に配設されている
ヒートパイプ１２Ａは、電力変換器４側に対する対向面
付近に配置される対向面部分１２Ａａと、車両進行方向
に対して平行な面である車両側方面に対向して配置され
る側方面部分１２Ａｂと、から成るものである。また、
電力変換器４側に配設されているヒートパイプ１２Ａも
同様の形状である。

【００３４】電力変換器３側の放熱部７の走行風出口と
電力変換器４側の放熱部７の走行風入り口とにはヒート
パイプ１２の対向面部分１２Ａａが配設されているが、
この対向面部分１２Ａａは走行風にとっては障害物とな
っている。もちろん、対向面部分１２Ａａは、図５にお
いて示したものとほぼ同様の仕切板１３に取り付けら
れ、この仕切板１３には通風口１３ａが設けられている
ため、極力走行風の流れが阻害されないような構成とな
っている。しかし、通風口１３ａ間にはヒートパイプ部
分が存在し、走行風の一部はこのヒートパイプ部分にに
ぶつかりはね返されることから、どうしても対向面部分
１２Ａａの左方側においてある程度の空気が滞留し、温
度が上昇しがちになる。ところが、この実施形態のヒー
トパイプ１２Ａは対向面部分１２Ａａに隣接して折曲さ
れた側方面部分１２Ａｂを有しているので、はね返され
た空気の流れは側方面部分１２Ａｂで冷却される。した
がって、第１の実施形態に比べて、より温度上昇を抑制
した走行風を電力変換器４側へ送り込むことができ、電
力変換器４側の冷却効率をより向上させることができ
る。

【００３５】一方、電力変換器４側でも電力変換器３側
から送り込まれてきた走行風は大部分が放熱部７を通過
することになるが、一部は保護カバー６の入り口付近及
び側方付近で滞留しがちになり、保護カバー６内の温度
を上昇させようとする。電力変換器４側のヒートパイプ
１２Ａの側方面部分１２Ａｂは、このように滞留しがち
な空気を冷却し保護カバー６内の温度上昇抑制に寄与す
ることになる。

【００３６】なお、この第２の実施形態においては、ヒ
ートパイプ１２の側方面部分１２Ａｂの取付構造につい
て特に言及しなかったが、側方面部分１２Ａｂの先端部
付近を適当な取付部材により保護カバー６へ固定してお
くのが好ましい。あるいは、この側方面部分１２Ａｂに
ついても対向面部分１２Ａａと同様に、通風口が形成さ
れた仕切板により保護カバー６に取り付ける構造とする
ことも可能である。

【００３７】図１２は本発明の第３の実施形態の要部構
成を示す説明図であり、図１３は図１２のＨ−Ｈ矢視図
である。第２の実施形態において用いられていたヒート
パイプ１２Ａは、対向面部分１２Ａａ及び側方面部分１
２Ａｂを有する略Ｌ字形状のものであったが、この第３
の実施形態において用いられているヒートパイプ１２Ｂ
は、更に、反対面部分１２Ｂｃを有する略Ｕ字形状のも
のである。すなわち、電力変換器３側に配設されている
ヒートパイプ１２Ｂは、電力変換器４側に対する対向面
付近に配置される対向面部分１２Ｂａと、車両進行方向
に対して平行な面である車両側方面に対向して配置され
る側方面部分１２Ｂｂと、上記の対向面の反対側の面で
ある反対面に対向して配設された反対面部分１２Ｂｃ
と、から成るものである。そして、反対面部分１２Ｂｃ
も対向面部分１２Ｂｂと同様に、仕切板１３により保護
カバー６に取り付けられている。電力変換器４側に配設
されているヒートパイプ１２Ｂも同様の形状である。

【００３８】電力変換器３側の保護カバー６の入り口側
付近、及び電力変換器４の保護カバー６の出口側付近に
も滞留しがちな空気が若干存在すると考えられるが、こ
のような空気についても反対面部分１２Ｂｃにより冷却
を行うことができる。

【００３９】図１４は本発明の第４の実施形態の要部構
成を示す説明図であり、図１５は図１４のＩ−Ｉ矢視
図、図１６は図１４のＪ−Ｊ矢視図である。この第４の
実施形態は、第２の実施形態で用いられていた略Ｌ字形
状のヒートパイプ１２Ａの他に、一端側がやや折曲され
たヒートパイプ１２Ｃを、車両進行方向に対して平行な
放熱部７の面であって、車体１の床面に対向する床対向
面付近に配設したものである。そして、図１５に示すよ
うに、ヒートパイプ１２Ｃが取り付けられる保護カバー
６の上面には保護カバー６内部にこもった空気を逃がす
ための複数の通風口６ｂが形成されている。

【００４０】この第４の実施形態によれば、上昇気流に
より保護カバー６内を上昇し、保護カバー６内の上部に
滞留しがちな暖められた空気流をヒートパイプ１２Ｃに
より冷却することができる。したがって、第２の実施形
態の場合よりも、更に冷却効率を向上させることができ
る。

【００４１】図１７は本発明の第５の実施形態の要部構
成を示す説明図であり、図１８は図１７のＫ−Ｋ矢視
図、図１９は図１７のＬ−Ｌ矢視図、図２０は図１７の
Ｍ−Ｍ矢視図である。この第５の実施形態は、電力変換
器３，４の放熱部７同士の間に形成される間隙部に、第
１の実施形態で用いられたのと同様のストレート形状の
ヒートパイプ１２を配設したものである。そして、この
ヒートパイプ１２には、放熱フィン９と同様の放熱フィ
ン１４を取り付けている。

【００４２】ヒートパイプ１２は、図１８及び図１９に
図示したように、受熱部１０に近い一端側が他端側より
も低くなるようにやや傾斜した状態で配設されている。
これは、放熱部７におけるヒートパイプ８の場合と同様
に、凝縮した冷媒を重力の働きにより円滑に受熱部１０
に近い一端側に戻すためである。

【００４３】この第５の実施形態では、既述した第１乃
至第４の実施形態のように、ヒートパイプを仕切板１３
に取り付けているわけではないので、電力変換器３側の
放熱部７から電力変換器４側の放熱部７への走行風量が
多くなると考えられる。また、この第５の実施形態では
電力変換器同士の間隙部にヒートパイプを配設した構成
としているので、第１乃至第４の実施形態の場合に比べ
てヒートパイプ１２の本数が少なくなっている。しか
し、反面、第１乃至第４の実施形態では設けることがで
きなかった放熱フィン１４を設けることができ、充分な
冷却効率が確保された結果となっている。なお、この第
５の実施形態では、ヒートパイプ１２を取り付けるため
の取り付け部材等の図示及び説明は省略しているが、こ
れら取り付け部材としては種々の形状又は構造のものを
容易に考えることができる。

【００４４】図２１は本発明の第６の実施形態の要部構
成を示す説明図であり、図２２は図２１のＮ−Ｎ矢視
図、図２３は図２１のＯ−Ｏ矢視図、図２４は図２１の
Ｐ−Ｐ矢視図である。第５の実施形態におけるストレー
ト形状のヒートパイプ１２は、車体１の床面に対して略
平行な姿勢で配設されたものであったが、この第６の実
施形態におけるヒートパイプ１２は車体１の床面に対し
て垂直な姿勢で配設されている。第５の実施形態におけ
るヒートパイプ１２は、図１８乃至図２０に示されてい
るように、他端側が保護カバー６からやや側方へ突出し
た状態となっているが、この第６の実施形態ではヒート
パイプ１２が保護カバー６の側方に突出することはな
い。したがって、車体１の床下におけるスペース的制約
に応じて、設計者は第５又は第６の実施形態のうち好適
な方を選択することができ、設計上の自由度を大きくす
ることができる。

【００４５】図２５は本発明の第７の実施形態の要部構
成を示す説明図であり、図２６は図２５のＱ−Ｑ矢視
図、図２７は図２６のＲ−Ｒ矢視図、図２８は図２５の
Ｓ−Ｓ矢視図、である。これまでの第１乃至第６の実施
形態において用いているヒートパイプ１２，１２Ａ〜１
２Ｃは、断面形状が円形の一般的なものであったが、こ
の第７の実施形態では、断面が扁平形状のプレート形ヒ
ートパイプ１２Ｄを用いている。

【００４６】図２９は、このプレート形ヒートパイプ１
２Ｄの外観形状を示す斜視図である。この図に示すよう
に、プレート形ヒートパイプ１２Ｄは、対向面部分１２
Ｄａ、側方面部分１２Ｄｂ、及び反対面部分１２Ｄｃを
有しており、各部分に通風口１２Ｄｄが形成されてい
る。これら各部分のプレート面の面積は、放熱部７の対
向面、側方面、反対面の面積よりも充分に大きなものと
なっている。したがって、点線部分で示した折曲部で折
り曲げることにより、図２６に示したように、各部分に
よって放熱部７を囲むことができる。また、図２５及び
図２８に図示したように、プレート形ヒートパイプ１２
Ｄの上面側及び底面側は多孔板１５により覆われてい
る。

【００４７】このような第７の実施形態の構成では、プ
レート形ヒートパイプ１２Ｄが第１乃至第６の実施形態
における保護カバー６の役割をほぼ兼ねている。そし
て、図２７の断面図に図示したように、プレート形ヒー
トパイプ１２Ｄの内側の全域にわたって広く冷媒１６が
封入されている。したがって、放熱部７周辺の走行風が
プレート形ヒートパイプ１２Ｄと接触する割合はこれま
での第１乃至第６の実施形態の場合と比べてはるかに大
きくすることができ、冷却効率を大幅に向上させること
ができる。

【００４８】なお、図２５及び図２８に示したように、
プレート形ヒートパイプ１２Ｄの上面側及び底面側を多
孔板１５により覆った構成としているが、これは形状が
複雑となりプレート形ヒートパイプ１２Ｄの製造が困難
とならないよう配慮したためである。したがって、場合
によっては、これら上面側及び底面側についてもプレー
ト形ヒートパイプ１２Ｄにより製作することが可能であ
る。

【００４９】また、本実施形態では、図２６に示すよう
に、プレート形ヒートパイプ１２Ｄが対向面部分１２Ｄ
ａ、側方面部分１２Ｄｂ、及び反対面部分１２Ｄｃを有
している場合につき説明したが、反対面部分１２Ｄｃの
個所については多孔板１５を用いることとし、対向面部
分１２Ｄａ及び側方面部分１２Ｄｂのみを有する構成と
することが可能である。あるいは、更に反対面部分１２
Ｄｃ及び側方面部分１２Ｄｂの個所について多孔板１５
を用いることとし、対向面部分１２Ｄａのみでプレート
形ヒートパイプ１２Ｄを形成することも可能である。

【００５０】図３０は本発明の第８の実施形態の要部構
成を示す説明図であり、図３１は図３０のＴ−Ｔ矢視
図、図３２は図３０のＵ−Ｕ矢視図、図３３は図３２の
Ｖ−Ｖ矢視図、である。これまでの第１乃至第７の実施
形態においては、冷却効率を向上させる手段としていず
れもヒートパイプを用いた構成となっていたが、この第
８の実施形態では、ヒートパイプを用いることなく後側
変換器の冷却効率を高めることが可能な構成としてあ
る。

【００５１】すなわち、図３０に示すように、電力変換
器３，４の各保護カバー６の上面部及び底面部に、外気
導入口として機能する入風ガイド１７，１８を設けた構
成としてある。入風ガイド１７，１８の開口部は互いに
対向するように形成されており、また、入風ガイド１７
は放熱部７の一端側付近（図３０の左側端部付近）に形
成されると共に、入風ガイド１８は放熱部７の他端側付
近（図３０の右側端部付近）に形成されている。

【００５２】いま、車両の進行方向が図３０の左側方向
であったとすると、矢印で示すように、左側から右側へ
向かう走行風が電力変換器３，４の保護カバー６の上面
側及び底面側に沿って流れる。そして、この走行風の向
きと対向するように開口している入風ガイド１８のみ
が、走行風を保護カバー６内に導入することができる。
この走行風は入風ガイド１８から勢いよく保護カバー６
内に入り込み、保護カバー６の内面とぶつかった後放熱
部７と接触する。したがって、後側変換器である電力変
換器４の放熱部７における冷却効率が大きく向上するこ
とになる。このとき、前側変換器である電力変換器３の
入風ガイド１７の開口部は走行風と対向する向きとなっ
ていないため、入風ガイド１７から走行風が保護カバー
６内に入り込むことはない。これは、前側変換器はもと
もと充分な冷却効率を保持しているため敢えて入風ガイ
ド１７から走行風を送り込まないようにし、その分入風
ガイド１８側から充分な量の走行風を送り込むことがで
きるようにしたものである。

【００５３】一方、車両の進行方向が図３０の右側方向
であったとすると、今度は走行風の向きは矢印と反対方
向となり、電力変換器４が前側変換器、電力変換器３が
後側変換器となる。したがって、入風ガイド１７のみが
走行風を導入し、入風ガイド１８は走行風を導入しない
状態となり、後側変換器である電力変換器３の冷却効率
を大きく向上させることになる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、隣接す
る電力変換器の放熱部の対向面付近にヒートパイプを配
設する構成、あるいは各電力変換器のカバー部材に入風
ガイドを設けて後側変換器側に走行風を導入する構成と
したので、従来装置に比べて冷却効率を大幅に向上させ
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の要部構成を示す説明
図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図。

【図３】図１のＢ−Ｂ矢視図。

【図４】図１のＣ−Ｃ矢視図。

【図５】図１における仕切板１３の外観形状を示した斜
視図。

【図６】図３のＤ−Ｄ矢視図。

【図７】図６の一部拡大図。

【図８】本発明の第２の実施形態の要部構成を示す説明
図。

【図９】図８のＥ−Ｅ矢視図。

【図１０】図８のＦ−Ｆ矢視図。

【図１１】図８のＧ−Ｇ矢視図。

【図１２】本発明の第３の実施形態の要部構成を示す説
明図。

【図１３】図１２のＨ−Ｈ矢視図。

【図１４】本発明の第４の実施形態の要部構成を示す説
明図。

【図１５】図１４のＩ−Ｉ矢視図。

【図１６】図１４のＪ−Ｊ矢視図。

【図１７】本発明の第５の実施形態の要部構成を示す説
明図。

【図１８】図１７のＫ−Ｋ矢視図。

【図１９】図１７のＬ−Ｌ矢視図。

【図２０】図１７のＭ−Ｍ矢視図。

【図２１】本発明の第６の実施形態の要部構成を示す説
明図。

【図２２】図２１のＮ−Ｎ矢視図。

【図２３】図２１のＯ−Ｏ矢視図。

【図２４】図２１のＰ−Ｐ矢視図。

【図２５】本発明の第７の実施形態の要部構成を示す説
明図。

【図２６】図２５のＱ−Ｑ矢視図。

【図２７】図２６のＲ−Ｒ矢視図。

【図２８】図２５のＳ−Ｓ矢視図。

【図２９】図２５におけるプレート形ヒートパイプ１２
Ｄの外観形状を示す斜視図。

【図３０】本発明の第８の実施形態の要部構成を示す説
明図。

【図３１】図３０のＴ−Ｔ矢視図。

【図３２】図３０のＵ−Ｕ矢視図。

【図３３】図３２のＶ−Ｖ矢視図。

【図３４】鉄道用車両における従来の電力変換装置の配
設位置を示した説明図。

【図３５】図３４における従来の電力変換装置２の詳細
な構成を示す説明図。

【図３６】図３５における放熱部７の外観構成を示す斜
視図。

【図３７】図３５のＷ−Ｗ矢視図。

【図３８】図３５のＸ−Ｘ矢視図。

【符号の説明】 １ 車体 ２ 電力変換装置 ３ 電力変換器 ４ 電力変換器 ５ 箱体 ６ 保護カバー ６ａ 面取り部 ６ｂ 通風口 ７ 放熱部 ８ ヒートパイプ ９ 放熱フィン １０ 受熱部 １１ 半導体素子 １２，１２Ａ〜１２Ｃ ヒートパイプ １２ａ 溝 １２Ａａ 対向面部分 １２Ａｂ 側方面部分 １２Ｂａ 対向面部分 １２Ｂｂ 側方面部分 １２Ｂｃ 反対面部分１２Ｂｃ １２Ｄ プレート形ヒートパイプ １２Ｄａ 対向面部分 １２Ｄｂ 側方面部分 １２Ｄｃ 反対面部分 １２Ｄｄ 通風口 １３ 仕切板 １３ａ 通風口 １３ｂ 半円部 １４ 放熱フィン １５ 多孔板 １６ 冷媒 １７，１８ 入風ガイド Ｌ 艤装限界線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｍ (72)発明者 橋 本 隆 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5H007 BB00 BB06 HA05 5H115 PG01 PU01 PV22 TR02 TU12 UI28 UI40

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体の床下に、複数台の電力変換器が車両
   進行方向に沿って配設されて成り、しかも、これらの電
   力変換器には、空気通過用の孔部が多数形成されたカバ
   ー部材で囲まれ、且つ半導体素子からの発熱を放熱する
   放熱部が形成されている、鉄道車両用電力変換装置にお
   いて、 前記各電力変換器は、前記放熱部の車両進行方向に対し
   て垂直な面であって、隣接する電力変換器に対する対向
   面の付近に、前記放熱部を通過する空気を冷却するため
   のヒートパイプを配設した、 ことを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。
2. 【請求項２】前記ヒートパイプは、前記放熱部を通過す
   る空気が通るための通風口が形成され、前記カバー部材
   に固着された仕切板に取り付けられている、 ことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用電力変換装
   置。
3. 【請求項３】前記ヒートパイプは、前記対向面の付近に
   配置された対向面部分と、前記放熱部の車両進行方向に
   対して平行な面である車両側方面に対向して配置された
   側方面部分とを有するものである、 ことを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両用電力
   変換装置。
4. 【請求項４】前記ヒートパイプは、前記放熱部の対向面
   の反対側の面である反対面に対向して配置された反対面
   部分を有するものである、 ことを特徴とする請求項３記載の鉄道車両用電力変換装
   置。
5. 【請求項５】前記各電力変換器は、前記放熱部の前記対
   向面付近に配設した前記ヒートパイプの他に、前記放熱
   部の車両進行方向に対して平行な面であって、前記車体
   の床面に対向する床対向面付近にもヒートパイプを配設
   した、 ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄
   道車両用電力変換装置。
6. 【請求項６】車体の床下に、複数台の電力変換器が車両
   進行方向に沿って配設されて成り、しかも、これらの電
   力変換器には半導体素子からの発熱を放熱する放熱部が
   形成されている、鉄道車両用電力変換装置において、 隣接する一対の前記電力変換器の放熱部同士の間に形成
   される間隙部に、これら放熱部を通過する空気を冷却す
   るためのヒートパイプを配設した、ことを特徴とする鉄
   道車両用電力変換装置。
7. 【請求項７】前記ヒートパイプはストレート形状のもの
   であり、このヒートパイプは前記車体の床面に略平行又
   は垂直な姿勢で配設されたものである、 ことを特徴とする請求項６記載の鉄道車両用電力変換装
   置。
8. 【請求項８】前記ヒートパイプは、少なくとも前記放熱
   部の前記対向面側の面積よりも大きな面積のプレート面
   を有するプレート形ヒートパイプであり、このプレート
   面には前記放熱部を通過する空気が通るための通風口が
   形成されているものである、ことを特徴とする請求項１
   記載の鉄道車両用電力変換装置。
9. 【請求項９】前記プレート形ヒートパイプは、前記対向
   面の付近に配置された対向面部分と、前記放熱部の車両
   進行方向に対して平行な面である車両側方面に対向して
   配置された側方面部分とを有するものである、 ことを特徴とする請求項８記載の鉄道車両用電力変換装
   置。
10. 【請求項１０】前記プレート形ヒートパイプは、前記放
    熱部の対向面の反対側の面である反対面に対向して配置
    された反対面部分を有するものである、 ことを特徴とする請求項９記載の鉄道車両用電力変換装
    置。
11. 【請求項１１】車体の床下に、複数台の電力変換器が車
    両進行方向に沿って配設されて成り、しかも、これらの
    電力変換器には、空気通過用の孔部が多数形成されたカ
    バー部材で囲まれ、且つ半導体素子からの発熱を放熱す
    る放熱部が形成されている、鉄道車両用電力変換装置に
    おいて、 前記各電力変換器の前記カバー部材に、前記車両進行方
    向に向かって開口し、前記放熱部に対して外気を導入す
    るための入風ガイドを形成した、 ことを特徴とする鉄道車両用電力変換装置。