JP3544089B2 - 車両用半導体制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用半導体制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8は、従来の車両用半導体制御装置の一例を示す縦断面図で、車両の走行方向から見た図を示し、左右の両側が車側側である。
図8において、この車両用半導体制御装置は、車両の床下に懸架され、筐体1Cの中間部に縦設された仕切り1bによって、左側の開放部4と右側の密閉部5に区画されている。
【0003】
このうち、仕切り1bには、スナバ抵抗器8が接続端子を密閉部5側に突き出して横に取り付けられ、このスナバ抵抗器8の下側にも、冷媒を凝縮させる放熱器7が仕切り1bに取り付けられている。この放熱器7の内部には、冷媒の配管が収納されている。
【0004】
筐体1Cの上端の左右には、懸架金具1aが溶接され、開放部4の左端には、打抜鉄板から製作された破線で示す開放カバー2が着脱自在に取り付けられている。
【0005】
右側の密閉部5の下部の左側には、アルミニウム材の冷却ブロック9aとこの冷却ブロック9aの右側面に上下に固定された半導体素子9が紙面直交方向に複数個収納されている。冷却ブロック9aと放熱器7は、冷媒用の配管で接続されている。
【0006】
この冷却ブロック9aの右側には、スナバ回路のユニット10が収納され、このユニット10の更に右側には、半導体素子9をオン・オフさせる信号を出力する複数のゲート駆動ユニット11が収納されている。
【0007】
ユニット10とゲート駆動ユニット11の上方には、電解形の複数のフィルタコンデンサ12が図示しない取付具によって取り付けられ、このフィルタコンデンサ12の更に上方には、冷却ファン13A,13Bが左右に取り付けられている。
【0008】
密閉部5の右端には、略L字形に形成された密閉カバー3Bが、上下端のパッキン6を介して気密に取り付けられている(注;破線で示すエアフィルタ3aは、後述する)。
【0009】
このように構成された車両用半導体制御装置においては、冷却ファン13A,13Bによって、矢印で示すようにフィルタコンデンサ12に向って吹き付ける内部の冷却空気で、フィルタコンデンサ12は冷却され、このフィルタコンデンサ12の下側のスナバ回路のユニット10やゲート駆動ユニット11などは、フィルタコンデンサ12の外周から流下した冷却空気で冷却される。
【0010】
一方、仕切り1bの左側の開放部4に収納されたスナバ抵抗器8や放熱器7は、列車の走行によって開放カバー2から流入した外気によって冷却される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように構成された車両用半導体制御装置においては、左側の開放部4に収納された機器はよく冷却されるが、右側の密閉部5に収納された機器は、単に内部を還流して加熱された空気によって冷却されるだけとなるので、冷却効果が低下する。
【0012】
そのため、冷却ファン13A,13Bの数を増やして、スナバ回路のユニット10やゲート駆動ユニット11の温度を下げることも考えられるが、すると、この制御装置の重量が増えるだけでなく、それでも、盛夏の日中で最高速度に車両を加速している場合には、内部の温度が飽和寸前となって、フィルタコンデンサ12の温度が上がるおそれがある。
【0013】
すると、このフィルタコンデンサ12は、電解コンデンサのため、高温状態が長時間続くと特性が低下し、頻繁に交換しなければならなくなるおそれがある。一方、保守・点検の頻度は少なくすることが要請され、ますます高速化する列車のために軽量化も要求される。
【0014】
そのため、右端の密閉カバー3Bの上下に対して、破線で示すエアフィルタ3aを取り付けて、外部の冷気を導く方法も考えられるが、この方法も塵埃と雨水及び雪などによる目詰りのためにエアフィルタ3aの交換が必要となるので、無保守化の要請に応えられない。
【0015】
そこで、本発明の目的は、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできる車両用半導体制御装置を得ることである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1に対応する発明は、車両の床下に懸架された箱体に電力変換用の半導体素子が収納された車両用半導体制御装置において、箱体の内側と外側にフィンが突設された冷却フィンを箱体の車側面に設け、冷却フィンの箱体の内側に形成されたフィンを縦に形成し、冷却フィンの箱体の外側に形成されたフィンを横に形成したことを特徴とする。
【0017】
また、請求項2に対応する発明の車両用半導体制御装置は、箱体の車側面に上下に冷却フィンを複数個配置したことを特徴とする。
【0018】
また、請求項3に対応する発明の車両用半導体制御装置は、箱体の内部の空気を循環させるファンを箱体の内部に収納し、このファンで循環される空気を冷却フィンの内側のフィンに導く案内板を冷却フィンの内側に立設したことを特徴とする。
また、請求項4に対応する発明の車両用半導体制御装置は、箱体の車側面に設けられた密閉カバーに冷却フィンを設けたことを特徴とする。
【0019】
請求項5に対応する発明の車両用半導体制御装置は、冷却フィンが取り付けられる車側面と他側の車側面との間を仕切り、半導体素子と冷却フィンが取り付けられた密閉室と、この密閉室の他側に配置され、半導体素子から発生する熱を放熱する冷却ユニットを収納する開放室を形成したことを特徴とする。
【0020】
このような手段によって、請求項1に対応する発明においては、半導体素子や電解コンデンサによって加熱された箱体内の空気は、冷却フィンの内側に突設したフィンによって冷却し、このフィンによって加熱された冷却フィンは、この冷却フィンの外側に突設したフィンの外側を流れる外気によって冷却する。
【0021】
また、半導体素子によって加熱され、箱体の内部を上下に還流する空気は、冷却フィンの内側に縦に形成されたフィンによって冷却し、このフィンによって加熱された冷却フィンの外側のフィンは、車両の走行によって外側のフィンを横に貫流する外気で冷却する。
【0022】
また、請求項2に対応する発明においては、走行する車両の進行方向側の冷却フィンによって加熱された外気は、上流側の冷却フィンの上方又は下方に位置する下流側の冷却フィンの上方又は下方を通過させる。
また、請求項3に対応する発明においては、箱体内で加熱された空気を案内板と冷却フィンの内側との間に導いて、冷却フィンで冷却する。
【0023】
また、請求項4に対応する発明においては、箱体内の半導体素子の点検や交換時には、密閉カバーとともに冷却フィンを着脱する。
さらに、請求項5に対応する発明においては、冷却ユニットは、車両の走行で開放室に流入する外気で冷却し、半導体素子は外気と遮断した密閉室により防塵状態で冷却フィンで冷却する。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用半導体制御装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の車両用半導体制御装置の第1の実施形態を示す縦断面図で、従来の技術で示した図8に対応する図である。また、図2は、図1の密閉室5の右端に後述するように取り付けられる放熱フィンを示す斜視図、図3は、図1の右側面、図4は、図3のA−A断面図である。
【0025】
図1,図2,図3及び図4において、従来の技術で示した図8の車両用半導体制御装置と異なるところは、密封部の外板側に取り付けられた密閉カバーに冷却フィンを取り付け、この密閉カバーの内側に通風ガイド板を設けたことで、他は、ほぼ図8と同一である。したがって、この図8と同一要素には、同一符号を付している。
【0026】
すなわち、図1において、図8で示した密閉カバー3Bと外形が同一形状に形成された密閉カバー3Aには、図2で示す一対の放熱フィン14Aが、図3で示すように車両の走行方向の前後方向に対称的に設けられ、これらの放熱フィン14Aの外側に対して、以下説明する通風ガイド板15Aが取り付けられている。
【0027】
このため、密閉カバー3Aには、図3において長方形の放熱フィン14Aが挿入される長方形の一対の角穴があらかじめ形成され、この角穴に放熱フィン14Aを図2の鎖線で示す位置まで挿入した後、図示しないパッキンと複数の押え板を介して、放熱フィン14Aは気密に固定されている。
【0028】
この放熱フィン14Aには、内面側に対して複数の凹凸によるフィン14aが縦に形成され、外面側にはフィン14bが横に形成されている。
密閉カバー3Aには、外面側に対して略凸字状に形成された通風ガイド板15Aがスポット溶接で固定され、この通風ガイド板15Aには、図1の紙面直交方向の両側に対して、打抜穴が形成されている。したがって、放熱フィン14Aは、図2の鎖線で示した中心部から右側は、外気に接している。
【0029】
放熱フィン14Aの内側には、図1においては上下が船底状に折り曲げられた通風ガイド15Bが縦に固定されている。密閉カバー3Aの下部に挿入された放熱フィン14Aの下端面の位置と下側のパッキン6の固定枠との間には、弧状の整流板が取り付けられている。
【0030】
通風ガイド板15Bの上方には、吐出側を右側下方に向けた冷却ファン13Aが取り付けられ、この冷却ファン13Aの左側にも冷却ファン13Bが縦に取り付けられている。
図3に示すように、密閉カバー3Aの下端には、この密閉カバー3Aの下端を筐体1Aに固定する一対の締付具3aが取り付けられている。
【0031】
このように構成された車両用半導体制御装置において、密閉部5の内部の上部に収納した冷却ファン13A,13Bを駆動すると、冷却ファン13Aから吐出された冷却空気は、通風ガイド板15Bと密閉カバー3Aの間を矢印に示すように流下する。
この空気は、放熱フィン14Aの内側に縦に形成されたフィン14aによって冷却される。
【0032】
この冷却された空気は、通風ガイド板15Bの下端から整流板によってゲート駆動ユニット11の下側を内側方向に流れ、その一部はゲート駆動ユニット11とユニット10の間を上昇し、他はユニット10の内側を上昇して、左側の冷却ファン13Bで吸入され、再び冷却ファン13Aで還流される。
【0033】
一方、冷却ファン13Bから流下する空気で加熱された放熱フィン14Aは、車両の走行に伴って通風ガイド板15Aと放熱フィン14との間を図3及び図4の矢印16に示すように貫流する外気によって冷却される。
【0034】
したがって、筐体1Aの密閉部5を還流する冷却空気を、外気で冷却される放熱フィン14Aによって冷却することができるので、内部の電気機器の冷却効果を上げることができ、スナバ回路のユニット10やゲート駆動ユニット11とフィルタコンデンサ12の冷却効果を上げることができるので、これらの電気機器の特性の低下や寿命の短縮を防ぐことができ、保守・点検の頻度を減らすことができる。
【0035】
次に、図5は、本発明の車両用半導体制御装置の第2の実施形態を示す縦断面図で、第1の実施形態で示した図1に対応する図、図6は、図5で示した車両用半導体制御装置に組み込まれた放熱フィンを示す斜視図で、第1の実施形態で示した図2に対応する図、図7は、図5の右側面図で、同じく図3に対応する図である。
【0036】
図5,図6及び図7において、第1の実施形態で示した図1,図2及び図3と異なるところは、放熱フィンの製作方法及びこの放熱フィンの配置と数、並びに冷却ファンの配置である。
【0037】
すなわち、図6で示した放熱フィン14Bは、左側に縦にフィン14aが形成された内側放熱フィンと右側に横にフィン14bが形成された外側放熱フィンの背面側のろう付で構成されている。
【0038】
このように構成された放熱フィン14Bが、筐体1Bの右側面に取り付けられた密閉カバー3Aに対して、図7に示すように中央部は上部に、両側は下部に取り付けられている。
【0039】
一方、密閉部5の内部には、下端に対し冷却ファン13A,13Bが収納され、このうち、冷却ファン13Bは、スナバ回路のユニット10の下側に吐出側を下向きにして固定され、冷却ファン13Aは、ゲート駆動ユニット11の下側に吐出側を車側側にして固定されている。
なお、フィルタコンデンサ12の上部には、接続端子18とこの接続端子18の両端に接続される電線19が示されている。
【0040】
このように構成された車両用半導体制御装置において、密閉部5の下部に収納した冷却ファン13A,13Bを駆動することにより、冷却ファン13Aから吐出された冷却空気は、放熱フィン14Bの内側と通風ガイド板15Bの間を図5の矢印に示すように上昇し、これらの間から上方に貫流する。
この過程において、冷却空気は放熱フィン14Bのフィン14aによって冷却される。
【0041】
この上昇した冷却空気は、フィルタコンデンサ12の上方から下降して、このフィルタコンデンサ12及び半導体素子9,ユニット10とゲート駆動ユニット11を冷却した後、冷却ファン13Bによって冷却ファン13Aの方向に吐出され、この冷却ファン13Aによって吸入されて、再び密閉部5の内部を還流する。
この結果加熱された放熱フィン14Bは、車両の走行に伴って図7の矢印16に示すように冷却フィン14Bのフィン14bで冷却される。
【0042】
このように構成された車両用半導体制御装置においては、図7の矢印16で示すように、上流側(車両の進行方向側)の冷却フィン14Bによって加熱された空気による下流側の冷却フィン14Bへの熱の影響を減らすことができるので、冷却効果を更に上げることができる。
なお、図7に示した冷却フィン14Bの配置は、図1に示した筐体内の機器配置にも適用することができる。
【0043】
【発明の効果】
以上、請求項1に対応する発明によれば、車体の床下に懸架された箱体に電力変換用の半導体素子とこの半導体素子に接続される電解コンデンサが収納された車両用半導体制御装置において、箱体の内側と外側にフィンが突設された冷却フィンを箱体の車側面に設け、冷却フィンの箱体の内側に形成されたフィンを縦に形成し、冷却フィンの箱体の外側に形成されたフィンを横に形成することで、半導体素子によって加熱され、箱体の内部を上下に還流する空気を、冷却フィンの内側に縦に形成されたフィンによって冷却し、このフィンによって加熱された冷却フィンの外側のフィンは、車両の走行によって外側のフィンを横に貫流する外気で冷却したので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【0045】
また、請求項2に対応する発明によれば、箱体の車側面に上下に冷却フィンを複数個配置することで、走行する車両の進行方向側の冷却フィンによって加熱された外気を、上流側の冷却フィンの上方又は下方に位置する下流側の冷却フィンの上方又は下方を通過させたので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【0046】
また、請求項3に対応する発明によれば、箱体の内部の空気を循環させるファンを箱体の内部に収納し、循環される空気を冷却フィンの内側のフィンに導く案内板を冷却フィンの内側に立設することで、箱体内で加熱された空気を、案内板と冷却フィンの内側との間に導き、冷却フィンで冷却したので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできることのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【0047】
また、請求項4に対応する発明によれば、箱体の車側面に設けられた密閉カバーに冷却フィンを設けることで、箱体内の半導体素子の点検や交換時には、密閉カバーとともに冷却フィンを着脱可能としたので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできることのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【0048】
請求項5に対応する発明によれば、冷却フィンが取り付けられる片側の車側面と他側の車側面を仕切り、半導体素子と冷却フィンが取り付けられた密閉室と、この密閉室の他側に配置され、半導体素子から発生する熱を放熱する開放室を形成することで、冷却ユニットを車両の走行で開放室を貫流する外気で冷却し、半導体素子は、外気と遮断した密閉室により防塵状態で冷却フィンで冷却したので、保守・点検の頻度を上げることなく、内部の機器の冷却効果を上げ、電気機器の特性を維持することのできることのできる車両用半導体制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の車両用半導体制御装置の第1の実施形態を示す縦断面図。
【図2】図1の部分斜視図。
【図3】図1の右側面図。
【図4】図3のA−A断面図。
【図5】本発明の車両用半導体制御装置の第2の実施形態を示す縦断面図。
【図6】図5の部分斜視図。
【図7】図5の右側面図。
【図8】従来の車両用半導体制御装置の一例を示す縦断面図。
【符号の説明】
1A,1B…筐体、1b…仕切り、2…開放カバー、3A…密閉カバー、4…開放部、5…密閉部、6…パッキン、7…放熱具、8…スナバ抵抗器、9…半導体素子、9a…冷却ブロック、10…スナバ回路のユニット、11…ゲート駆動ユニット、12…電解コンデンサ、13A,13B…冷却ファン、14A,14B…冷却フィン、14a,14b…フィン、15A,15B…通風ガイド板、16…外気、17…車側、18…端子台、19…配線。
Claims (5)
- 車両の床下に懸架された箱体に電力変換用の半導体素子が収納された車両用半導体制御装置において、前記箱体の車側面に、前記箱体の内側と外側にフィンが突設された冷却フィンを設け、前記冷却フィンの前記箱体の内側に形成された前記フィンを縦に形成し、前記冷却フィンの前記箱体の外側に形成された前記フィンを横に形成したことを特徴とする車両用半導体制御装置。
- 前記冷却フィンを前記箱体の車側面に上下に複数個配置したことを特徴とする請求項1に記載の車両用半導体制御装置。
- 前記箱体の内部に、この箱体の内部の空気を循環させるファンを収納し、前記循環される前記空気を前記冷却フィンの内側の前記フィンに導く案内板を前記冷却フィンの内側に立設したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用半導体制御装置。
- 前記冷却フィンを前記箱体の車側面に設けられた密閉カバーに設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の車両用半導体制御装置。
- 前記冷却フィンが取り付けられた片側の車側面とこの車側面に対向する他側の車側面との間を仕切り、前記半導体素子と前記冷却フィンが取り付けられた密閉室と、この密閉室の他側に配置され、前記半導体素子から発生する熱を放熱冷却する冷却ユニットを収納する開放室とを形成したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の車両用半導体制御装置。
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