JP2022109866A - Railroad vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、鉄道車両に関し、特に、走行風により電力変換部を冷却する冷却フィンを備える鉄道車両に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a railway vehicle, and more particularly to a railway vehicle provided with cooling fins for cooling power converters with running wind.
従来、走行風により電力変換部を冷却する冷却フィンを備える鉄道車両が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a railway vehicle is known that includes cooling fins that cool a power conversion unit with running wind (see, for example, Patent Literature 1).
上記特許文献1に記載の鉄道車両は、電力変換装置(電力変換部)が車両の底部に設置されている。また、電力変換装置は、筐体と、筐体内部に設けられる電力変換装置本体とを含む。また、電力変換装置は、電力変換装置本体を冷却するための冷却部を含む。冷却部は、筐体の外部に露出するように設けられる冷却フィンを有する。また、鉄道車両の底部には、冷却フィンが配置される上に凸の凹状部が設けられている。
In the railway vehicle described in
ここで、上記特許文献1に記載されている鉄道車両では、冷却フィンが上に凸の凹状部に配置されている。この場合、凹状部によって地面と鉄道車両との間の流路が急激に拡大されることに起因して、走行風が凹状部に入りにくく、凹状部の下方を通過するように流れると考えられる。この場合、凹状部の内側と外側(地面側)とにおいて風速差が生じることに起因して、中心軸が枕木方向に沿って延びるように形成され、空気の淀み(滞留)の要因となる空気の渦が凹状部に生じる。凹状部に渦が生じた場合、走行風が冷却フィンに流入することが妨げられる。したがって、鉄道車両本体の下部の凹状部に配置される冷却フィンに走行風を流入させ易くすることが可能な鉄道車両が望まれている。
Here, in the railway vehicle described in
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、鉄道車両本体の下部の凹状部に配置される冷却フィンに走行風を流入させ易くすることが可能な鉄道車両を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to make it easier to flow running wind into cooling fins arranged in a concave portion at the bottom of a railway vehicle body. It is to provide a railway vehicle that can
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は、鉄道車両本体と、鉄道車両本体に搭載される電力変換部と、鉄道車両本体の下部に設けられた上に凸の凹状部と、凹状部に、鉄道車両本体の走行方向に沿って延びるとともに枕木方向に間隔を隔てて配置され、鉄道車両本体の走行風により電力変換部を冷却する複数の板状の冷却フィンと、凹状部近傍の表面で、かつ、冷却フィンの走行風の上流側に設けられ、下方に突出する突起部と、を備える。なお、凹状部近傍とは、凹状部そのものと凹状部の付近の部分との両方を含む意味である。 In order to achieve the above object, a railway vehicle according to one aspect of the present invention includes a railway vehicle body, a power converter mounted on the railway vehicle body, and an upwardly convex concave shape provided at the bottom of the railway vehicle body. a plurality of plate-like cooling fins extending along the running direction of the railroad vehicle body and arranged at intervals in the crosstie direction in the recessed portion to cool the power conversion unit by running wind of the railroad vehicle body; a projecting portion provided on the surface near the recessed portion and upstream of the cooling fins with respect to the running wind and protruding downward. Note that the vicinity of the recessed portion includes both the recessed portion itself and the portion near the recessed portion.
この発明の一の局面による鉄道車両では、上記のように、凹状部近傍の表面で、かつ、冷却フィンの走行風の上流側に設けられ、下方に突出する突起部が備えられる。これにより、走行風の流れの方向が突起部により変えられることによって、走行風の流れに乱れを生じさせることができる。その結果、走行風の流れが乱れることによって、凹状部に生じる空気の淀み(滞留)の要因となる空気の渦を小さくすることができる。これにより、凹状部に生じる空気の渦により走行風が冷却フィンに流入することが妨げられるのを抑制することができる。その結果、鉄道車両本体の下部の凹状部に配置される冷却フィンに走行風を流入させ易くすることができる。 As described above, the railway vehicle according to one aspect of the present invention is provided with the projecting portion which is provided on the surface in the vicinity of the recessed portion and upstream of the cooling fins with respect to the running wind and protrudes downward. As a result, the direction of the running wind is changed by the projection, and the running wind can be disturbed. As a result, it is possible to reduce the swirl of the air that causes stagnation (stagnation) of the air that occurs in the recessed portion due to the turbulence of the running wind. As a result, it is possible to prevent the running wind from flowing into the cooling fins due to the vortex of air generated in the concave portion. As a result, it is possible to make it easier for the running wind to flow into the cooling fins arranged in the concave portion in the lower portion of the railway vehicle body.
また、冷却フィンに走行風が流入され易くなることによって、冷却フィンによる電力変換部の冷却効率を向上させることができる。 In addition, it is possible to improve the cooling efficiency of the electric power conversion section by the cooling fins by facilitating the inflow of running wind into the cooling fins.
上記一の局面による鉄道車両において、好ましくは、突起部は、突起部の下流側に旋回流を発生させる形状を有している。このように構成すれば、凹状部に旋回流を発生させることによって、凹状部内の空気が旋回流により攪拌されるので、凹状部に生じる空気の渦を効果的に小さくすることができる。その結果、冷却フィンに走行風をより流入させ易くすることができる。 In the railway vehicle according to the above aspect, preferably the projection has a shape that generates a swirling flow downstream of the projection. With this structure, the air in the recess is agitated by the swirling flow generated in the recess, so that the vortex of the air generated in the recess can be effectively reduced. As a result, it is possible to make it easier for the running wind to flow into the cooling fins.
この場合、好ましくは、突起部は、一対の側面と下面とを有し、かつ、走行方向に沿って延びるとともに走行風の下流に向かって先細る形状を有している。このように構成すれば、突起部の先細る形状により、突起部の一対の側面に沿って流れる走行風が一対の側面の先端側で互いに交差し易くなるので、旋回流を容易に発生させることができる。 In this case, preferably, the protrusion has a pair of side surfaces and a lower surface, and has a shape that extends along the running direction and tapers downstream in the running wind. With such a configuration, the tapered shape of the protrusion facilitates the running wind flowing along the pair of side surfaces of the protrusion to intersect each other on the tip side of the pair of side surfaces, thereby easily generating a swirling flow. can be done.
上記一の局面による鉄道車両において、好ましくは、突起部は、冷却フィンに対して、凹状部の走行方向の両側に設けられている。このように構成すれば、鉄道車両本体の進行方向によらず、突起部を冷却フィンの上流側に配置することができる。 In the railway vehicle according to the above aspect, preferably, the protrusions are provided on both sides of the recess in the running direction with respect to the cooling fins. With this configuration, the protrusion can be arranged upstream of the cooling fin regardless of the traveling direction of the railroad vehicle body.
この場合、好ましくは、凹状部は、中央に設けられ、冷却フィンが配置される平坦部と、平坦部の走行風の上流側および下流側の両方に隣接して配置される一対の傾斜面部とを含み、突起部は、一対の傾斜面部近傍に設けられている。このように構成すれば、一対の傾斜面部近傍において突起部により走行風の流れを乱れさせることができる。なお、傾斜面部近傍とは、傾斜面部そのものと傾斜面部の付近の部分との両方を含む意味である。 In this case, preferably, the recessed portion includes a flat portion provided in the center where the cooling fins are arranged, and a pair of inclined surface portions arranged adjacent to both the upstream side and the downstream side of the running wind of the flat portion. and the protrusion is provided in the vicinity of the pair of inclined surface portions. According to this structure, the flow of running air can be disturbed by the projecting portion in the vicinity of the pair of inclined surface portions. Note that the vicinity of the inclined surface portion includes both the inclined surface portion itself and the portion near the inclined surface portion.
上記凹状部が平坦部と一対の傾斜面部とを含む鉄道車両において、好ましくは、突起部は、平坦部とは反対側の傾斜面部の端部近傍に設けられている。このように構成すれば、傾斜面部の端部近傍において突起部により走行風の流れを乱れさせることができる。また、傾斜面部の端部近傍は、鉄道車両本体の形状が変化する部分であるので、走行風の流れが変化しやすい。これにより、走行風の流れが変化しやすい上記端部に突起部を配置することによって、走行風の流れをより効果的に変化させることができる。これらの結果、走行風の流れをより効果的に乱れさせることができる。なお、傾斜面部の端部近傍とは、傾斜面部の端部そのものと傾斜面部の端部の付近の部分との両方を含む意味である。 In the railway vehicle in which the concave portion includes a flat portion and a pair of inclined surface portions, preferably, the protrusion is provided in the vicinity of an end portion of the inclined surface portion on the side opposite to the flat portion. With this configuration, the flow of running air can be disturbed by the projecting portion near the end of the inclined surface portion. Further, since the vicinity of the end portion of the inclined surface portion is a portion where the shape of the railroad vehicle main body changes, the flow of running air tends to change. Accordingly, by arranging the protrusions at the ends where the flow of running air tends to change, the flow of running air can be changed more effectively. As a result, the flow of running wind can be disturbed more effectively. The vicinity of the end portion of the inclined surface portion includes both the end portion of the inclined surface portion itself and the portion near the end portion of the inclined surface portion.
上記凹状部が平坦部と一対の傾斜面部とを含む鉄道車両において、好ましくは、突起部は、傾斜面部の表面に設けられているとともに、走行方向に延び、かつ、走行方向の下流に行くにしたがって、高さが大きくなる形状を有している。このように構成すれば、突起部のうちの下流側の部分が凹状部の下方側に近い位置に配置されるので、凹状部の下方側を流れる走行風の流れを容易に乱れさせることができる。 In the railway vehicle in which the concave portion includes a flat portion and a pair of inclined surface portions, preferably, the projection portion is provided on the surface of the inclined surface portion, extends in the running direction, and extends downstream in the running direction. Therefore, it has a shape that increases in height. With this configuration, the downstream portion of the protrusion is arranged at a position close to the lower side of the concave portion, so that the flow of running air flowing below the concave portion can be easily disturbed. .
この場合、好ましくは、突起部は、傾斜面部の表面に設けられるとともに走行風の下流に向かって徐々に互いに近づく一対の側面と、一対の側面を接続するように設けられ、水平方向に沿った方向に延びる平坦な下面と、を含む。このように構成すれば、下面に沿って流れる速度の小さい走行風と一対の側面に沿って流れる速度の大きい走行風との速度差、および、一対の側面の一方に沿って流れる走行風と一対の側面の他方に沿って流れる走行風と下面に沿って流れる走行風との角度差の両方により、より容易に旋回流を発生させることができる。 In this case, preferably, the protrusion is provided on the surface of the inclined surface portion and is provided so as to connect a pair of side surfaces that gradually approach each other toward the downstream of the running wind, and is provided so as to connect the pair of side surfaces, and a flat lower surface extending in a direction. With this configuration, the speed difference between the low-speed running wind flowing along the lower surface and the high-speed running wind flowing along the pair of side surfaces, and the speed difference between the running wind flowing along one of the pair of side surfaces and the pair of A swirling flow can be generated more easily by both the difference in angle between the running wind flowing along the other side surface and the running wind flowing along the lower surface.
上記突起部が旋回流を発生させる形状を有する鉄道車両において、好ましくは、突起部は、鋭角な角部が設けられていない曲面形状を有する。このように構成すれば、曲面形状は鋭角な角部に比べて応力が集中しにくいので、突起部において応力が局所的に集中するのを抑制することができる。 In the railway vehicle in which the projection has a shape that generates a swirling flow, the projection preferably has a curved shape without sharp corners. With this configuration, stress is less likely to be concentrated on the curved surface than on a sharp corner, so local concentration of stress on the protrusion can be suppressed.
この場合、好ましくは、突起部は、半球面形状を有する。このように構成すれば、突起部の全体が曲面形状になるので、突起部において応力が局所的に集中するのをより抑制することができる。 In this case, the protrusion preferably has a hemispherical shape. With this configuration, the entire protrusion has a curved shape, so that local concentration of stress on the protrusion can be further suppressed.
上記突起部が曲面形状を有する鉄道車両において、好ましくは、曲面形状を有する突起部は、プレス加工により凹状部の近傍の表面と一体的に形成されている。このように構成すれば、突起部において応力が局所的に集中するのが抑制されていることによって、上記表面と突起部とを一体的に形成する際に、突起部が応力に起因して破損するのを抑制することができる。また、上記表面と突起部とが一体的に形成されているので、突起部が上記表面から脱落するのを抑制することができる。また、突起部が上記表面と別個に設けられている場合に比べて、鉄道車両の部品点数を低減することができる。 In the railway vehicle in which the protruding portion has a curved surface shape, preferably, the protruding portion having a curved surface shape is integrally formed with the surface in the vicinity of the concave portion by press working. With this configuration, local concentration of stress in the protrusion is suppressed, so that when the surface and the protrusion are integrally formed, the protrusion is damaged due to the stress. can be suppressed. Moreover, since the surface and the protrusion are integrally formed, it is possible to prevent the protrusion from coming off the surface. In addition, the number of parts of the railway vehicle can be reduced compared to the case where the projection is provided separately from the surface.
上記一の局面による鉄道車両において、好ましくは、突起部は、冷却フィンが設けられている領域と隣り合う領域において、枕木方向に沿って複数並んで配置されている。このように構成すれば、突起部が1つのみ設けられている場合に比べて、枕木方向において、冷却フィンに流入する走行風量に偏りが生じるのを抑制することができる。 In the railway vehicle according to the above aspect, preferably, a plurality of protrusions are arranged side by side along the sleeper direction in a region adjacent to the region where the cooling fins are provided. According to this configuration, it is possible to suppress unevenness in the running air volume flowing into the cooling fins in the sleeper direction, compared to the case where only one protrusion is provided.
本発明によれば、上記のように、鉄道車両本体の下部の凹状部に配置される冷却フィンに走行風を流入させ易くすることができる。 According to the present invention, as described above, it is possible to make it easier for the running wind to flow into the cooling fins arranged in the concave portion in the lower portion of the railway vehicle body.
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。 Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1実施形態]
[鉄道車両の構成]
図1~図6を参照して、第1実施形態による鉄道車両10の構成について説明する。
[First embodiment]
[Rail car configuration]
The configuration of a
鉄道車両10は、複数の車両が編成された状態で走行する鉄道車両である。鉄道車両10は、図1に示すように、交流電源または直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。たとえば、鉄道車両10は、在来線の電車や高速鉄道車両である。以下では、鉄道車両10を交流電気車としての高速鉄道車両を例にして説明する。
The
鉄道車両10は、図1に示すように、鉄道車両本体11と、パンタグラフ12と、電力変換部13と、誘導電動機および空調機器などの電気機器14とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
電力変換部13は、鉄道車両本体11に搭載されている。電力変換部13は、鉄道車両本体11の底部11aに設けられている。
The
パンタグラフ12は、架線1から電力を受け取る役割を有する。電力変換部13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14などに出力する役割を有する。
The
また、鉄道車両10は、鉄道車両本体11の下部に設けられた上に凸の凹状部15を備える。また、鉄道車両10は、凹状部15に配置される複数の板状の冷却フィン16を備える。複数の冷却フィン16の各々は、鉄道車両10の下部から鉄道車両本体11の外部(大気側)に突出するように設けられている。
The
冷却フィン16は、鉄道車両本体11の走行風により電力変換部13を冷却する。具体的には、冷却フィン16は、電力変換部13(図示しない半導体素子等)が配置されている冷却板16a(図2参照)から下方(Z2側)に突出するように設けられている。また、複数の冷却フィン16は、鉄道車両本体11の走行方向(X方向)に沿って延びるとともに枕木方向(Y方向)に間隔を隔てて配置(図6参照)されている。
The cooling
図2に示すように、凹状部15は、冷却フィン16が配置される平坦部151を含む。平坦部151は、X方向において、凹状部15の中央に設けられている。また、凹状部15は、平坦部151の走行風の上流側および下流側の両方に隣接して配置される一対の傾斜面部152を含む。
As shown in FIG. 2, the
ここで、第1実施形態では、鉄道車両10は、凹状部15近傍の表面で、かつ、冷却フィン16の走行風の上流側に設けられ、下方に突出する突起部17を備える。具体的には、突起部17は、凹状部15の後述する表面152aに設けられている。また、突起部17は、鉄道車両本体11(底部11a)と一体的に形成されている。なお、突起部17は、金属製である。
Here, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、突起部17は、傾斜面部152に設けられている。突起部17が配置される表面152aは、傾斜面部152に設けられる表面である。また、突起部17は、傾斜面部152との間に隙間が形成されないように設けられている。
Further, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、突起部17は、冷却フィン16に対して、凹状部15の走行方向の両側に設けられている。具体的には、突起部17は、一対の傾斜面部152の各々の表面152aに設けられている。なお、一対の傾斜面部152の各々に設けられる突起部17同士の構造および配置位置等の特徴点は、互いに同一である。
Further, in the first embodiment, the
詳細には、突起部17は、平坦部151とは反対側の傾斜面部152の端部152b近傍に設けられている。具体的には、突起部17は、平坦部151とは反対側の突起部17の端部17aが傾斜面部152の端部152bに設けられるように、傾斜面部152に配置されている。なお、図2では傾斜面部152の端部152bが角張っているように図示されているが、傾斜面部152の端部152bがR形状を有していてもよい。
Specifically, the projecting
また、第1実施形態では、突起部17は、走行方向に延び、かつ、走行方向の下流に行くにしたがって、高さhが大きくなる形状を有している。具体的には、高さhは、突起部17の端部17aにおいて0で、かつ、下流側に行くにしたがって徐々に大きくなる。
In addition, in the first embodiment, the
また、図3に示すように、突起部17は、一対の側面17bと下面17cとを有し、かつ、走行方向に沿って延びるとともに走行風の下流(凹状部15の中央側)に向かって先細る形状を有している。具体的には、下面17cは、下面視において(Z2方向側から見て)、走行風の下流側の突起部17の先端部17dを頂点とする2等辺三角形形状を有している。また、突起部17は、側方から見て、走行風の上流に向かって先細る直角三角形形状を有している。
Further, as shown in FIG. 3, the
詳細には、突起部17の一対の側面17bは、傾斜面部152の表面152aに設けられている。一対の側面17bは、表面152aに交差するように設けられている。一対の側面17bは、走行風の下流に向かって徐々に互いに近づくように設けられている。また、突起部17の下面17cは、一対の側面17bを接続するように設けられている。また、下面17cは、水平方向に沿った方向に延びる平坦な面(地面に平行に延びる面)である。
Specifically, the pair of side surfaces 17 b of the
具体的には、突起部17の一対の側面17bの各々は、傾斜面部152の表面152aから下方(Z2方向側)に延びるように設けられている。すなわち、一対の側面17bの各々は、水平方向に延びる突起部17の下面17cと直交するように設けられている。なお、Y方向において、突起部17の先端部17dが設けられる位置と、冷却フィン16が配置される後述する領域S1(図3参照)とは互いに離間している。
Specifically, each of the pair of side surfaces 17b of the projecting
また、第1実施形態では、図3に示すように、突起部17は、冷却フィン16が設けられている領域S1と隣り合う領域S2において、枕木方向に沿って複数(第1実施形態では6つ)並んで配置されている。具体的には、下面視において(Z2方向側から見て)、冷却フィン16が設けられている領域S1は、突起部17が設けられる領域S2とX方向に沿って並ぶように設けられている。また、複数の突起部17は、領域S2において互いに間隔を隔てて並んで設けられている。なお、X1側の領域S2およびX2側の領域S2の各々において、互いに同数の突起部17が設けられている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, a plurality of projections 17 (six projections in the first embodiment) extend along the crosstie direction in a region S2 adjacent to the region S1 where the cooling
また、鉄道車両10には、X方向において凹状部15と隣接(連続)するように設けられる底面部18が設けられている。突起部17は、下面17cが鉄道車両10の底面部18に対して下方側(Z2方向側)に突出しないように設けられている。具体的には、突起部17の下面17cは、鉄道車両10の底面部18と面一になるように設けられている。なお、冷却フィン16の下方側の端部16b(図2参照)は、鉄道車両10の底面部18よりも上方側(Z1方向側)に設けられている。
In addition, the
また、図4および図5に示すように、突起部17は、突起部17の下流側に旋回流F1を発生させる形状を有している。具体的には、一対の側面17bの一方に沿って流れる走行風f1と、一対の側面17bの他方に沿って流れる走行風f2と、下面17cに沿って流れる走行風f3とが、突起部17の下流側(先端部17d側)において互いに交差する(図5参照)ことにより、旋回流F1が形成される。なお、旋回流F1は、回転軸がX方向に沿って延びる旋回流である。
4 and 5, the
(シミュレーション結果)
次に、図7を参照して、突起部17が設けられていない場合(図7(a)参照、比較例)と、突起部17が設けられている場合(図7(b)参照、第1実施形態)との、凹状部15における空気の流れの比較について説明する。なお、図7(a)および図7(b)の各々では、空気の流線が破線および斜線部により示されている。
(simulation result)
Next, referring to FIG. 7, the case where the
図7(a)に示す比較例では、地面(図示せず)と鉄道車両本体11との間の流路が凹状部15により急激に拡大されることに起因して、走行風の流れに剥離が生じている。このため、凹状部15の空気の淀み(滞留)に起因する渦Vが、枕木方向(Y方向)に沿って回転軸が延びるように形成されることが確認された。
In the comparative example shown in FIG. 7( a ), the channel between the ground (not shown) and the railroad car
図7(b)に示す例では、突起部17が凹状部15に設けられることにより、旋回流F1が形成されることが確認された。この場合でも、凹状部15には渦Vが形成される一方で、第1実施形態における渦Vが形成される領域は、比較例において渦Vが形成される領域に比べて小さいことが確認された。これは、旋回流F1が、凹状部15の空気を攪拌し、凹状部15の空気の淀みを低減させたことに起因すると考えられる。
In the example shown in FIG. 7B, it was confirmed that the swirling flow F1 was formed by providing the
次に、図8および図9を参照して、突起部17が設けられていない場合(比較例)と、突起部17が設けられている場合(第1実施形態)との、風速の比較について説明する。なお、冷却フィン16のZ方向における長さをHとすると、図8および図9における「上」とは、冷却フィン16の端部16b(図2参照)から0.75Hの位置を意味する。また、図8および図9における「中」とは、冷却フィン16の端部16bから0.5Hの位置を意味する。図8および図9における「下」とは、冷却フィン16の端部16bから0.25Hの位置を意味する。また、図8および図9の風速とは、枕木方向の各位置における風速の平均値を意味する。
Next, referring to FIGS. 8 and 9, comparison of the wind speed between the case where the
図8に示すシミュレーション結果は、冷却フィン16の入口(図2の位置P1)における結果である。図8に示すように、「上」、「中」、および「下」のいずれにおいても、第1実施形態における走行風の風速が、比較例における走行風の風速よりも大きいという結果が得られた。また、図8を見ると分かるように、「上」、「中」、「下」の順で、比較例に対する第1実施形態の効果が顕著であることが確認された。特に、「上」および「中」では、第1実施形態における走行風の風速は、比較例における走行風の風速の2倍以上であることが確認された。 The simulation results shown in FIG. 8 are the results at the inlet of the cooling fins 16 (position P1 in FIG. 2). As shown in FIG. 8, the wind speed of the running wind in the first embodiment is higher than the wind speed of the running wind in the comparative example for all of "upper", "middle", and "lower". rice field. Also, as can be seen from FIG. 8, it was confirmed that the effect of the first embodiment with respect to the comparative example is remarkable in the order of "upper", "middle", and "lower". In particular, it was confirmed that the wind speed of the running wind in the first embodiment was more than double the wind speed of the running wind in the comparative example at "upper" and "middle".
また、図9に示すシミュレーション結果は、冷却フィン16の中央(図2の位置P2)における結果である。図9に示すように、「上」、「中」、および「下」のいずれにおいても、第1実施形態における走行風の風速が、比較例における走行風の風速よりも大きいという結果が得られた。また、図9を見ると分かるように、「上」、「中」、「下」の順で、比較例に対する第1実施形態の効果が顕著であることが確認された。特に、「上」では、第1実施形態における走行風の風速の方は、比較例における走行風の風速の2倍程度であることが確認された。 Also, the simulation results shown in FIG. 9 are the results at the center of the cooling fins 16 (position P2 in FIG. 2). As shown in FIG. 9, the wind speed of the running wind in the first embodiment is higher than the wind speed of the running wind in the comparative example for all of the "upper", "middle", and "lower" conditions. rice field. Also, as can be seen from FIG. 9, it was confirmed that the effect of the first embodiment relative to the comparative example is remarkable in the order of "upper", "middle", and "lower". In particular, it was confirmed that, in the case of "upper", the wind speed of the running wind in the first embodiment was about twice the wind speed of the running wind in the comparative example.
上記の図7~図9のシミュレーション結果から、突起部17が凹状部15に設けられることにおいて、走行風が冷却フィン16に効果的に流入されることが確認された。
From the simulation results shown in FIGS. 7 to 9, it was confirmed that the provision of the
(第1実施形態の効果)
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。
(Effect of the first embodiment)
The following effects can be obtained in the first embodiment.
第1実施形態では、上記のように、凹状部15近傍の表面152aで、かつ、冷却フィン16の走行風の上流側に設けられ、下方に突出する突起部17を備えるように、鉄道車両10を構成する。これにより、走行風の流れの方向が突起部17により変えられることによって、走行風の流れに乱れを生じさせることができる。その結果、走行風の流れが乱れることによって、凹状部15に生じる空気の淀み(滞留)の要因となる空気の渦Vを小さくすることができる。これにより、凹状部15に生じる空気の渦Vにより走行風が冷却フィン16に流入することが妨げられるのを抑制することができる。その結果、鉄道車両本体11の下部の凹状部15に配置される冷却フィン16に走行風を流入させ易くすることができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、冷却フィン16に走行風が流入され易くなることによって、冷却フィン16による冷却効率を向上させることができる。
In addition, the cooling efficiency of the cooling
また、第1実施形態では、上記のように、突起部17が、突起部17の下流側に旋回流F1を発生させる形状を有するように、鉄道車両10を構成する。これにより、凹状部15に旋回流F1を発生させることによって、凹状部15内の空気が旋回流F1により攪拌されるので、凹状部15に生じる空気の渦Vを効果的に小さくすることができる。その結果、冷却フィン16に走行風をより流入させ易くすることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、突起部17が、一対の側面17bと下面17cとを有し、かつ、走行方向に沿って延びるとともに走行風の下流に向かって先細る形状を有するように、鉄道車両10を構成する。これにより、突起部17の先細る形状により、突起部17の一対の側面17bに沿って流れる走行風が一対の側面17bの先端側で互いに交差し易くなるので、旋回流F1を容易に発生させることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、突起部17が、冷却フィン16に対して、凹状部15の走行方向の両側に設けられるように、鉄道車両10を構成する。これにより、鉄道車両本体11の進行方向によらず、突起部17を冷却フィン16の上流側に配置することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、突起部17が、一対の傾斜面部152近傍に設けられるように、鉄道車両10を構成する。これにより、一対の傾斜面部152近傍において突起部17により走行風の流れを乱れさせることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、突起部17が、平坦部151とは反対側の傾斜面部152の端部152b近傍に設けられるように、鉄道車両10を構成する。これにより、傾斜面部152の端部152b近傍において突起部17により走行風の流れを乱れさせることができる。また、傾斜面部152の端部152b近傍は、鉄道車両本体11の形状が変化する部分であるので、走行風の流れが変化しやすい。これにより、走行風の流れが変化しやすい上記端部152bに突起部17を配置することによって、走行風の流れをより効果的に変化させることができる。これらの結果、走行風の流れをより効果的に乱れさせることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、突起部17が、傾斜面部152の表面152aに設けられているとともに、走行方向に延び、かつ、走行方向の下流に行くにしたがって、高さhが大きくなる形状を有するように、鉄道車両10を構成する。これにより、突起部17のうちの下流側の部分が凹状部15の下方側に近い位置に配置されるので、凹状部15の下方側を流れる走行風の流れを容易に乱れさせることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、突起部17が、傾斜面部152の表面152aに設けられるとともに走行風の下流に向かって徐々に互いに近づく一対の側面17bと、一対の側面17bを接続するように設けられ、水平方向に沿った方向に延びる平坦な下面17cと、を含むように、鉄道車両10を構成する。これにより、下面17cに沿って流れる速度の小さい走行風f3と一対の側面17bに沿って流れる速度の大きい走行風(f1、f2)との速度差、および、一対の側面17bの一方に沿って流れる走行風f1と一対の側面17bの他方に沿って流れる走行風f2と下面17cに沿って流れる走行風f3との角度差の両方により、より容易に旋回流F1を発生させることができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、突起部17が、冷却フィン16が設けられている領域S1と隣り合う領域S2において、枕木方向に沿って複数並んで配置されるように、鉄道車両10を構成する。これにより、突起部17が1つのみ設けられている場合に比べて、枕木方向において、冷却フィン16に流入する走行風量に偏りが生じるのを抑制することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, in the area S2 adjacent to the area S1 in which the
[第2実施形態]
図10~図15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、一対の側面17bと下面17cとを含む突起部17が設けられている上記第1実施形態と異なり、曲面形状を有する突起部117が設けられている。なお、上記第1実施形態と同様の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
[Second embodiment]
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 15. FIG. In this second embodiment, unlike the first embodiment in which the
[鉄道車両の構成]
図10~図12を参照して、第2実施形態による鉄道車両110の構成について説明する。
[Rail car configuration]
The configuration of the
図10に示すように、鉄道車両110は、鉄道車両本体111を備えている。また、鉄道車両110は、突起部117を備える。突起部117は、鉄道車両本体111に設けられている。具体的には、突起部117は、鉄道車両本体111の傾斜面部152に配置されている。突起部117のうち平坦部151とは反対側の端部117aは、傾斜面部152の端部152bに設けられている。
As shown in FIG. 10 , the
ここで、第2実施形態では、図11に示すように、突起部117は、鋭角な角部が設けられていない曲面形状を有する。具体的には、突起部117の表面は、平坦部または角部を含まず、全体的に湾曲している。
Here, in the second embodiment, as shown in FIG. 11, the
詳細には、突起部117は、半球面形状を含む。なお、半球面形状とは、球の1/2を切断した形状のみを意味するのではなく、球の1/2以外(たとえば球の2/3)を切断した形状をも含む広い意味である。
Specifically,
また、突起部117は、突起部117の下流側に旋回流F2を発生させる形状を有している。具体的には、突起部117の表面に沿って流れる走行風f11同士が、突起部117の下流側において互いに交差することにより、旋回流F2が形成される。なお、旋回流F2は、回転軸がX方向に沿って延びる旋回流である。
Moreover, the
また、第2実施形態では、曲面形状を有する突起部117は、プレス加工により傾斜面部152の表面152aと一体的に形成されている。具体的には、図12に示すように、突起部117は、突起部117のプレス加工の際に形成された外周縁117bを含む。外周縁117bは、R形状を有する。
Further, in the second embodiment, the
また、突起部117の下端117cは、底面部18よりも下方側(Z2側)に設けられている。言い換えると、突起部117は、凹状部15から突出するように設けられている。なお、突起部117の下端117cは、鉄道車両本体11(図10参照)の艤装限界Lよりも上方側(Z1側)に設けられている。
A
(シミュレーション結果)
次に、図13~図15に、突起部が設けられていない場合(比較例)と、突起部17が設けられている場合(第1実施形態)と、突起部117が設けられている場合(第2実施形態)とにおける、風速の比較についてのシミュレーション結果を示す。
(simulation result)
Next, FIGS. 13 to 15 show the case where no protrusion is provided (comparative example), the case where the
冷却フィン16の入口(図10の位置P1)の風速(図13参照)および冷却フィン16の中央(図10の位置P2)の風速(図14参照)から、第2実施形態における突起部117による効果は、第1実施形態における突起部17による効果と略同等であることが確認された。
From the wind speed (see FIG. 13) at the inlet (position P1 in FIG. 10) of the cooling
また、図15には、位置P1における風速のばらつきが示されている。実線、一点鎖線、および、破線は、それぞれ、第2実施形態、第1実施形態、および、比較例の結果を示す。図15に示すように、第2実施形態の方が第1実施形態よりも、Y方向位置における風速のばらつきが小さいことが確認された。なお、図示は省略するが、位置P2においても同様の結果が得られた。 FIG. 15 also shows variations in wind speed at position P1. A solid line, a dashed line, and a dashed line indicate the results of the second embodiment, the first embodiment, and the comparative example, respectively. As shown in FIG. 15, it was confirmed that the second embodiment has smaller variations in wind speed in the Y direction than the first embodiment. Although not shown, similar results were obtained at the position P2.
なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。 Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of Second Embodiment)
The following effects can be obtained in the second embodiment.
第2実施形態では、上記のように、突起部117が、鋭角な角部が設けられていない曲面形状を有するように、鉄道車両110を構成する。これにより、曲面形状は鋭角な角部に比べて応力が集中しにくいので、突起部117において応力が局所的に集中するのを抑制することができる。
In the second embodiment, as described above, the
第2実施形態では、上記のように、突起部117が半球面形状を有するように、鉄道車両110を構成する。これにより、突起部117の全体が曲面形状になるので、突起部117において応力が局所的に集中するのをより抑制することができる。
In the second embodiment, as described above, the
第2実施形態では、上記のように、曲面形状を有する突起部117が、プレス加工により凹状部15の近傍の表面152aと一体的に形成されるように、鉄道車両110を構成する。これにより、突起部117において応力が局所的に集中するのが抑制されていることによって、表面152aと突起部117とを一体的に形成する際に、突起部117が応力に起因して破損するのを抑制することができる。また、表面152aと突起部117とが一体的に形成されているので、突起部117が表面152aから脱落するのを抑制することができる。また、突起部117が表面152aと別個に設けられている場合に比べて、鉄道車両110の部品点数を低減することができる。
In the second embodiment, as described above, the
なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
(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。
(Modification)
It should be noted that the embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and includes all modifications (modifications) within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
たとえば、上記第1および第2実施形態では、突起部17(117)は、凹状部15に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、突起部17(117)が、凹状部15(傾斜面部152)の端部152bの近傍で、かつ、鉄道車両本体11(111)の底面部18に設けられていてもよい。また、突起部17(117)が、底面部18と凹状部15とに跨るように配置されていてもよい。
For example, in the above-described first and second embodiments, the projecting portion 17 (117) is provided in the recessed
また、上記第1および第2実施形態では、突起部17(117)は旋回流F1(F2)を発生させるような形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。突起部17(117)は、走行風の流れを乱す形状であれば、旋回流F1(F2)を発生させる形状を有していなくてもよい。 Further, in the above-described first and second embodiments, an example in which the protrusion 17 (117) has a shape that generates the swirl flow F1 (F2) is shown, but the present invention is not limited to this. The projecting portion 17 (117) may not have a shape that generates the swirl flow F1 (F2) as long as it has a shape that disturbs the running wind flow.
また、上記第1実施形態では、走行方向に沿って延びるとともに走行風の下流に先細る形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、突起部の一対の側面が湾曲形状を有していてもよい。 Further, in the first embodiment described above, an example is shown in which the shape extends along the running direction and tapers downstream of the running wind, but the present invention is not limited to this. For example, a pair of side surfaces of the protrusion may have a curved shape.
また、上記第1実施形態では、下面17cは、水平方向に沿った方向に延びる平坦な面(地面に平行に延びる面)である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、下面17cは、地面に対して上方に延びる面であってもよい。
Further, in the first embodiment, the
また、上記第1実施形態では、下面17cは、下面視において(Z2方向側から見て)、走行風の下流側の突起部17の先端部17dを頂点とする2等辺三角形形状を有している例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、下面17cは2等辺三角形以外の三角形形状であってもよく、先端部17dを有しない台形形状であってもよい。
Further, in the first embodiment, the
また、上記第1実施形態では、一対の側面17bの各々は、水平方向に延びる突起部17の下面17cと直交するように設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、一対の側面17bの各々と水平方向に延びる突起部17の下面17cとがなす角度は、鋭角であってもよく鈍角であってもよい。
Further, in the first embodiment, each of the pair of
また、上記第1および第2実施形態では、突起部17(117)が、傾斜面部152との間に隙間が形成されないように設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。傾斜面部152との間に隙間が形成されるように設けられる突起部が鉄道車両に備えられていてもよい。
Further, in the first and second embodiments, an example was shown in which the protrusion 17 (117) is provided so as not to form a gap with the
また、上記第1および第2実施形態では、突起部17(117)が、冷却フィン16に対して走行方向の両側に設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。突起部17(117)が、冷却フィン16に対して走行方向の一方側に設けられていてもよい。
Further, in the above-described first and second embodiments, an example in which the protrusions 17 (117) are provided on both sides of the cooling
また、上記第1および第2実施形態では、突起部17(117)が、一対の傾斜面部152の端部152b近傍に設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、突起部17(117)が、端部152bから冷却フィン16の近傍まで延びるように設けられていてもよい。
Further, in the first and second embodiments, an example in which the projections 17 (117) are provided in the vicinity of the
また、上記実施形態では、突起部17が、走行方向の下流に行くにしたがって高さhが大きくなる形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、突起部の高さが、下流に行くにしたがって小さくなってもよいし、走行方向のいずれの位置においても同じ大きさであってもよい。
Further, in the above-described embodiment, an example is shown in which the
また、上記第1および第2実施形態では、突起部17(117)が、冷却フィン16が設けられている領域S1と隣り合う領域S2において、枕木方向に沿って複数並んで配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。突起部17(117)が、領域S2において1つのみ配置されていてもよい。
Further, in the above-described first and second embodiments, in the region S2 adjacent to the region S1 where the cooling
また、上記第1および第2実施形態では、鉄道車両10が在来線の電車や高速鉄道車両である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、鉄道車両が気動車(エンジンを搭載した列車)であってもよい。
Further, in the above-described first and second embodiments, an example in which the
また、上記第1および第2実施形態では、凹状部15に一対の傾斜面部152が設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。凹状部に傾斜面部が設けられていなくてもよい。
Further, in the above-described first and second embodiments, an example in which the
また、上記第2実施形態では、突起部117が、半球面形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。突起部は、鋭角な角部が設けられない曲面形状を有していれば、半球面形状以外の形状(たとえば半楕円体形状)であってもよい。
Further, in the second embodiment, an example in which the
また、上記第1および2実施形態では、複数の突起部17(117)が枕木方向に沿って一列に並んで設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。複数の突起部17(117)が、枕木方向に沿ってジグザグ(千鳥状)に配置されていてもよい。 Further, in the first and second embodiments, an example in which a plurality of protrusions 17 (117) are arranged in a line along the crosstie direction was shown, but the present invention is not limited to this. A plurality of protrusions 17 (117) may be arranged in a zigzag (staggered) pattern along the sleeper direction.
また、上記第1および2実施形態では、突起部17(117)が、鉄道車両本体11(111)(傾斜面部152)に一体的に形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。突起部17(117)が、鉄道車両本体11(111)とは別個に形成されていてもよい。すなわち、突起部17(117)が、鉄道車両本体11(111)(傾斜面部152)に締結部材等により締結されていてもよい。 Further, in the first and second embodiments, an example in which the protrusion 17 (117) is formed integrally with the railway vehicle main body 11 (111) (inclined surface portion 152) was shown, but the present invention is not limited to this. Not limited. The projecting portion 17 (117) may be formed separately from the railway vehicle main body 11 (111). That is, the projecting portion 17 (117) may be fastened to the railway vehicle main body 11 (111) (inclined surface portion 152) by a fastening member or the like.
10、110 鉄道車両
11、111 鉄道車両本体
13 電力変換部
15 凹状部
16 冷却フィン
17、117 突起部
17b 側面
17c 下面
151 平坦部
152 傾斜面部
152a 表面(凹状部の表面、傾斜面部の表面)
152b 端部
F1、F2 旋回流
h 高さ
S1 領域(冷却フィンが設けられている領域)
S2 領域(突起部が配置される領域)
REFERENCE SIGNS
152b end F1, F2 swirling flow h height S1 region (region provided with cooling fins)
S2 area (area where the protrusion is arranged)
Claims (12)
前記鉄道車両本体に搭載される電力変換部と、
前記鉄道車両本体の下部に設けられた上に凸の凹状部と、
前記凹状部に、前記鉄道車両本体の走行方向に沿って延びるとともに枕木方向に間隔を隔てて配置され、前記鉄道車両本体の走行風により前記電力変換部を冷却する複数の板状の冷却フィンと、
前記凹状部近傍の表面で、かつ、前記冷却フィンの走行風の上流側に設けられ、下方に突出する突起部と、を備える、鉄道車両。 a railway vehicle body;
a power conversion unit mounted on the railway vehicle body;
an upwardly convex concave portion provided in the lower portion of the railway vehicle body;
a plurality of plate-shaped cooling fins extending along the running direction of the railroad vehicle main body and arranged at intervals in the crosstie direction in the recessed portion for cooling the power conversion unit by running wind of the railroad vehicle main body; ,
a projecting portion provided on a surface in the vicinity of the recessed portion and on an upstream side of the cooling fins with respect to the running wind, and protruding downward.
前記突起部は、前記一対の傾斜面部近傍に設けられている、請求項4に記載の鉄道車両。 The recessed portion is provided in the center and includes a flat portion on which the cooling fins are arranged, and a pair of inclined surface portions arranged adjacent to both upstream and downstream sides of the running wind of the flat portion,
5. The railway vehicle according to claim 4, wherein said projecting portion is provided in the vicinity of said pair of inclined surface portions.
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