JP2008295142A - 電気車用の半導体冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両用の電力変換装置を使用した制御装置では、電力変換装置に使用する半導体の冷却のために、強制風冷による冷却方式をとる事もあるが、走行風による冷却性能の影響を極力小さくし、前進、後進双方での性能を確保するため、入排気の方向は、枕木方向または、上下方向を選択する必要があり、機器設計上の自由度に制約があった。
【解決手段】レール方向からの入排気を選択可能とするため、レール方向の前後に、対称に冷却機構、冷却ファンを設け、車両の進行方向を指令する信号を利用し、常に、進行方向の先方側ファンを入気側ファンとして回転させる様に構成したことを特徴とする。
走行風を最大限に利用できる事と、入排気が進行方向で入れ替わるため、フィルタの塵埃による目詰まりが軽減される効果がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車用に用いる半導体素子冷却方式に関するものである。

鉄道車両用の電力変換装置を使用した制御装置では、電力変換装置に使用する半導体の冷却のために、強制風冷による冷却方式をとることもあるが、走行風による冷却性能の影響を極力小さくし、前進、後進双方での性能を確保するため、入排気の方向は、枕木方向または、上下方向を選択する必要があり、機器設計上の自由度に制約があった。

図３は下方から入気して上方に排気する方式の例であるが、強制風冷のみの冷却方式であるため走行風が有効に活用されていないため不利である。

常に同じ方向からの入排気による冷却方式とした場合、入気口が塵埃等による目詰まりによる影響が大きく、入気口フィルタ部のメンテナンスを比較的頻繁に必要とした。
特開２００６−５０７４２号公報

鉄道車両は自動車と異なり前進、後進の両方向とも最大パフォーマンスでの性能が要求される。

従来の鉄道車両用強制風冷機器では走行方向による冷却効果の差異を回避するために、入気、排気の方向は、車両の枕木方向または、上下方向に限定され、装置内の機器配置の自由度に制限があった。

常に同一方向からの入排気を行うことで、塵埃等で入気フィルタ部の目詰まりによる冷却機能の低下を避けるために、比較的頻繁に入気フィルタのメンテナンスを必要とした。

請求項１の発明は、車両進行方向の前後方向に対象構造の強制風冷装置を有した電気車搭載用の半導体冷却装置において、車両の前後進信号を取り込み、該強制風冷装置の前後位置に配置された強制風冷用の電動送風機の駆動を切換えることにより、該強制風冷装置の前後位置における吸気、排気の送風機能を切換えることを特徴とする。

電気車が走行することにより発生する走行風の効果を利用しつつ、走行方向に関係なく最大の冷却効果を得る手段として、常に進行方向から入気する様に強制風冷用の電動送風機を対称に配置し、電気車の前後進信号を利用し、押込み方向の強制風冷方式の場合、走行方向に対し前方側の電動送風機を回転させる様に切換える。吸出し方式の強制風冷方式の場合は、逆に走行方向に対し後方側の電動送風機を回転させるようにする。

本発明の冷却方式はレール車両進行方向からの入排気を可能とするため、車両進行方向に通風させる冷却機構を設け、車両進行方向の前後に対称に電動送風機を設け、車両の前後進信号を利用し、常に進行方向の前方側の電動送風機を入気側の電動送風機として回転させることにより、走行風を最大限に利用することができ、さらに、入排気が車両進行方向で入れ換わるためフィルタの塵埃、入気部の目詰まり、冷却機能の低下の軽減、省メンテナンス化を図ることができる。

本発明の実態の形態の走行風の効果を利用して、走行方向に関係なく最大効果を得る方式について図１、２を参照して説明する。

図１は、本発明装置の１実施例の水平方向の断面図であって、図２は前後進信号の切換わりの簡易図である。以下図１，２について説明する。

本発明の半導体冷却装置は図１に示す装置筐体１中に１直線に取付けられた風洞２、半導体素子３が取付けられた放熱フィン４、左右に有る電動送風機５、６により構成されている。防塵フィルタ７は塵埃などが装置筐体１内部に侵入しないような構造としている。放熱フィン４は風洞２に対して並行に取付けられており、半導体素子３のスイッチング等による発熱は放熱フィン４を介し放熱される。

電気車の進行方向（前進）８，電気車の進行方向（後進）９は走行する方向を示しており、前進による走行風１０、後進による走行風１１は走行する方向による走行風の方向を示している。前進による走行風１０、後進による走行風１１と、走行方向により決まる前方側の電動送風機５、６の冷却風とから、１２は前進による走行風と前進側の電動送風機からの冷却風を示し、１３は後進による走行風と後進側の電動送風機からの冷却風を示している。電動送風機 ５，６は図２に示す電気接続のように、走行方向により回転させる電動送風機を切換えるものとする。

尚、電動送風機５、６は図２に示す電気接続の様に進行方向により、回転させる電動送風機５，６を切換えるものとする。吸出し方式の強制風冷方式の場合は、逆に走行方向に対し後方側の電動送風機を回転させるようにする。

本発明の冷却方式である、常に進行方向の前方側の電動送風機５(ないしは６)を入気側の電動送風機として回転させることを模擬したのが図２である。前進信号の引通し線１４が加圧されることにより、電動送風機５が駆動、後進信号の引通し線１５が加圧されれば電動送風機６が駆動される。

前進信号の引通し線１４が加圧されることにより電気車は前進し、前進信号用の継電器１７がオンする。前進信号用の継電器１７がオンしたことにより電動送風機駆動用の電源線１６により電動送風機５が加圧され駆動する。

走行することにより前進による走行風１０と電動送風機５の前進による走行風と、前進側の電動送風機からの冷却風１２が左側から右側へ放熱フィン４に通風される。この前進による走行風１０と前進による走行風と、前進側の電動送風機からの冷却風１２により、半導体素子３のスイッチング等による発熱は放熱フィン４を介し、風洞２を通り大気へ放熱される。

また、後進信号の引通し線１５が出力された場合には、電気車は後進し、後進信号用の継電器１８がオンする。後進信号用の継電器１８がオンしたことにより電動送風機駆動用の電源線１６により電動送風機６が加圧され駆動する。

走行することにより後進による走行風１１と電動送風機６の後進による走行風と後進側の電動送風機からの冷却風１３が右側から左側へ放熱フィン ４に通風される。この後進による走行風１１と後進による走行風と後進側の電動送風機からの冷却風１３により、半導体素子３のスイッチング等による発熱は放熱フィン４を介し、風洞２を通り大気へ放熱される。

この冷却方式を用いることにより走行風を最大限に利用出来ることと、前後進信号を利用して常に車両進行方向の前方側の電動送風機５(ないしは６)を駆動して、前後行進とも同一の放熱パフォーマンスが可能となる。また、常に一方向からの入排気を行っている方式では、塵埃、新聞紙等による入気の目詰まりが常に持続してしまうことになる。

しかし、本発明の方式では前進した際に電動送風機５側の防塵フィルタ７に塵埃により目詰まりが起きた場合、逆走行を行った際には入排気が入れ換わり走行風と電動送風機の冷却風により、防塵フィルタ７の目詰まりは軽減され、省メンテナンス化を図ることが可能である。尚、吸出し方式の強制風冷方式の場合でも同様な効果が得られる。

前後切換えの信号は通常の鉄道車両では盛業指令線として存在しており、容易に出力することが可能である。走行風の効果を最大限に活用が出来る点と、前進、後進の両方向とも最大パフォーマンスを失うことがなく走行が可能であり、走行する方向により入排気が入れ換わることにより、入気フィルタ部の目詰まりが軽減されるため、省メンテナンス化にも効果が期待でき実用上多いに有用である。

半導体冷却装置の鉛直方向断面図。 冷却方式の前後進信号による電動送風機の駆動方法簡易図。 下方から入気して上方に排気する従来例の断面図。

符号の説明

１ 装置筐体
２ 風洞
３ 半導体素子
４ 放熱フィン
５ 前進時駆動側の電動送風機
６ 後進時駆動側の電動送風機
７ 防塵フィルタ
８ 電気車の進行方向（前進）
９ 電気車の進行方向（後進）
１０ 前進による走行風
１１ 後進による走行風
１２ 前進による走行風と前進側の電動送風機からの冷却風
１３ 後進による走行風と後進側の電動送風機からの冷却風
１４ 前進信号の引通し線
１５ 後進信号の引通し線
１６ 電動送風機駆動用の電源線
１７ 前進信号用の継電器
１８ 後進信号用の継電器
１９ 冷却風

Claims (1)

1. 車両進行方向の前後方向に対象構造の強制風冷装置を有した電気車搭載用の半導体冷却装置において、車両の前後進信号を取り込み、該強制風冷装置の前後位置に配置された強制風冷用の電動送風機の駆動を切換えることにより、該強制風冷装置の前後位置における吸気、排気の送風機能を切換えることを特徴とする半導体冷却装置
   

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