JP4836481B2 - Semiconductor cooling device for vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の床下に設置される半導体電力変換装置等の半導体素子を冷却するための車両用半導体冷却装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor cooling device for a vehicle for cooling a semiconductor element such as a semiconductor power conversion device installed under a floor of a railway vehicle.
図5は車両用半導体冷却装置の第1の従来例の側面図を示しており、図6は図5のA方向矢視図、図7は図5のB−B線断面図、図8は第1の従来例の問題点の説明図、図9、図10は第1の従来例の受熱ブロックの温度上昇特性図である。 5 shows a side view of a first conventional example of a semiconductor cooling device for a vehicle, FIG. 6 is a view taken in the direction of the arrow A in FIG. 5, FIG. 7 is a sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 9 and FIG. 10 are temperature rise characteristics diagrams of the heat receiving block of the first conventional example.
図5乃至図7に示すように、この車両用半導体冷却装置は、半導体素子1が取り付けられる受熱ブロック2を備えており、半導体素子1で発生した熱は、受熱ブロック2を介して冷却器の放熱部3に伝達される。放熱部3は、外気に開放された開放部4に設置されており、放熱部3に冷却風5を送風することにより放熱部3の熱が開放部4に放熱され、半導体素子1が冷却される。
As shown in FIGS. 5 to 7, the vehicle semiconductor cooling device includes a
半導体素子1が取り付けられている受熱ブロック2には温度センサ6が取り付けられており、この温度センサ6には制御ユニット7を介してアラーム装置8が接続されている。制御ユニット7は、温度センサ6の検出値により、半導体素子1の温度を受熱ブロック2を介して間接的に監視し、何らかの要因により放熱部3に目詰まり部9(図8参照)が生じて冷却性能が低下し、受熱ブロック2の温度が異常に上昇して所定温度に達した場合に、アラーム装置8を駆動してアラームを発する。
A
すなわち、図9に示す如く、受熱ブロック2の温度Tは、開放部4の空気温度をT1とすると、通常は実線で示すような曲線10に沿って上昇するが、放熱部3の冷却性能が低下すると、破線で示すような曲線11に沿って上昇する。その上昇分ΔTによって、受熱ブロック2が予め設定した所定温度T2に達すると、アラーム装置8が作動してアラームを発する。これにより、メンテナンス員が半導体冷却装置のメンテナンスを行い、半導体素子1を異常温度による不具合が生じないように保護している。
That is, as shown in FIG. 9, the temperature T of the
図11は車両用半導体冷却装置の第2の従来例の側面図、図12は第2の従来例の密閉部内の温度上昇特性図である。なお、第1の従来例と同一又は類似の部分には同一の符号を付してあり、重複する説明は省略してある。 FIG. 11 is a side view of a second conventional example of the semiconductor cooling device for a vehicle, and FIG. 12 is a temperature rise characteristic diagram in the sealed portion of the second conventional example. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as that of a 1st prior art example, or is similar, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図11に示すように、この車両用半導体冷却装置は、半導体素子1を稼働する電子部品12と、電子部品12が発した熱を放散させる送風機13とが密閉部14内に密閉され、密閉部14の周囲が外気に開放された開放部4となっている。送風機13には送風機13を稼働する電源ユニット15が接続され、この電源ユニット15には制御ユニット7が接続されている。
As shown in FIG. 11, in this vehicle semiconductor cooling device, an
送風機13は、密閉部14内の空気温度が電子部品12の許容温度を超えないようにするためのもので、車両用半導体冷却装置が稼働されている間は常時稼働されている。車両用半導体冷却装置の稼働が開始されると、図12に示すように、密閉部14内の空気温度T’は、破線で示すような曲線17に沿って上昇し、電子部品の許容温度T4に近づく。しかし、送風機13により密閉部14内の空気が攪拌されるため、密閉部14内の空気温度Tが電子部品12の許容温度T4に到達することはないので、電子部品12に不具合が生じることはない。
The
上記第1の従来例の車両用半導体冷却装置では、次のような問題点が有った。すなわち、図10に示すように、開放部4の空気温度が低い(T3とする)冬季等においては、受熱ブロック2の温度Tが、曲線10よりも低い曲線18に沿って上昇する。第1の従来例の車両用半導体冷却装置では、受熱ブロック2のみに温度センサ6が取り付けられているため、放熱部3の目詰まり等で冷却性能が低下して受熱ブロック2の温度がΔT上昇したとしても、破線で示す曲線19が所定温度T2に到達しないので、アラーム装置8が作動しない。
The semiconductor cooling device for a vehicle according to the first conventional example has the following problems. That is, as shown in FIG. 10, in the winter season when the air temperature of the opening 4 is low (T3), the temperature T of the
そのため、半導体素子1の適切な保護が図れないと共に、開放部4の空気温度が高い夏季等にアラーム装置8の作動が集中し、メンテナンスが必要な車両用半導体冷却装置が急増して代替装置が足りなくなり、車両の運行に影響を及ぼすことが有った。
For this reason, the semiconductor device 1 cannot be properly protected, and the operation of the
また、第2の従来例の車両用半導体冷却装置では、次のような問題点が有った。すなわち、図12に示すように、開放部4の空気温度が低い冬季等においては、密閉部14内の空気温度T’は実線で示すような曲線20に沿って上昇する。この場合、送風機13を稼働しなくても、密閉部14内の空気温度T’が電子部品12の許容温度T4に到達することはない。送風機13は、その稼働時間で寿命が計算されており、稼働時間を短くすることで長寿命化し、信頼性が向上するとともにランニングコストを低減することができる。
The second conventional semiconductor cooling device for a vehicle has the following problems. That is, as shown in FIG. 12, in the winter season when the air temperature of the open part 4 is low, the air temperature T ′ in the sealed
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、第1の目的は、受熱ブロックの温度が異常に上昇したのを正確に検出してアラームを発することができる車両用半導体冷却装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object thereof is to provide a vehicular semiconductor cooling device capable of accurately detecting that the temperature of the heat receiving block has risen abnormally and issuing an alarm. There is.
また、第2の目的は、密閉部内の空気を攪拌する送風機を長寿命化することができる車両用半導体冷却装置を提供することにある。 Moreover, the 2nd objective is to provide the semiconductor cooling device for vehicles which can prolong the lifetime of the air blower which stirs the air in a sealed part.
上記の目的を達成するために、第1の発明は、半導体素子が取り付けられる受熱ブロックと、この受熱ブロックが受熱した熱を外気に開放された開放部に放熱させる放熱部と、前記受熱ブロックに取り付けられた第1の温度センサと、アラーム装置と、前記第1の温度センサで検出される前記受熱ブロックの温度が所定値以上になった場合には前記アラーム装置を駆動する制御ユニットとを備え、前記放熱部に冷却風を送風することにより前記半導体素子を冷却するようにした車両用半導体冷却装置であって、前記冷却風は車両の走行により生じる走行風であり、車両が一方向に走行する際に前記放熱部に対して前記走行風の風上側となる位置と風下側となる位置とにそれぞれ前記開放部の空気温度を検出する第2の温度センサが設けられ、前記制御ユニットは、車両の走行時に風上側となる前記第2の温度センサにより検出される前記開放部の空気温度に応じて前記第1の温度センサの前記所定値を変更することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the first invention includes a heat receiving block to which a semiconductor element is attached, a heat radiating portion that radiates heat received by the heat receiving block to an open portion that is open to the outside air, and the heat receiving block. A first temperature sensor installed; an alarm device; and a control unit that drives the alarm device when the temperature of the heat receiving block detected by the first temperature sensor exceeds a predetermined value. A semiconductor cooling device for a vehicle configured to cool the semiconductor element by blowing cooling air to the heat radiating portion, wherein the cooling air is traveling air generated by traveling of the vehicle, and the vehicle travels in one direction. A second temperature sensor for detecting the air temperature of the open portion at a position on the windward side and a position on the leeward side of the traveling wind with respect to the heat radiating unit, Serial control unit is characterized in that for changing the predetermined value of the first temperature sensor in accordance with the air temperature of the open portion detected by the second temperature sensor comprising a windward side during running of the vehicle .
また、第2の発明は、半導体素子と、前記半導体素子を稼働する電子部品と、前記電子部品が発した熱を放散させる送風機とが密閉部内に密閉され、前記密閉部の周囲が外気に開放された開放部である車両用半導体冷却装置であって、前記開放部の空気温度を検出する温度センサが設けられ、前記開放部の空気温度が、前記密閉部内の空気温度を前記電子部品の許容温度に近くする値に達した場合に前記送風機を稼働する制御ユニットを備えたことを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, a semiconductor element, an electronic component that operates the semiconductor element, and a blower that dissipates heat generated by the electronic component are sealed in a sealed portion, and the periphery of the sealed portion is open to the outside air. A semiconductor cooling device for a vehicle that is an open part, and a temperature sensor that detects an air temperature of the open part is provided, and the air temperature of the open part determines the air temperature in the sealed part to allow the electronic component. A control unit is provided that operates the blower when a value close to the temperature is reached.
第1の発明の車両用半導体冷却装置によれば、開放部の空気温度に左右されることなく受熱ブロックの温度が異常に上昇したのを正確に検出することが可能となり、メンテナンスが必要な状態になったときに確実にアラームを発することができるため、信頼性が向上する。 According to the vehicle semiconductor cooling device of the first aspect of the present invention, it is possible to accurately detect that the temperature of the heat receiving block has risen abnormally without being influenced by the air temperature of the open portion, and a state requiring maintenance. Since the alarm can be surely issued when it becomes, the reliability is improved.
第2の発明の車両用半導体冷却装置によれば、開放部の空気温度が低い場合には送風機が稼働されないため、送風機の寿命を延ばすことができ、ランニングコストが低減する。 According to the semiconductor cooling device for a vehicle of the second invention, since the blower is not operated when the air temperature in the open portion is low, the life of the blower can be extended and the running cost is reduced.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施形態の車両用半導体冷却装置の側面図である。なお、以下の各実施形態において、上記従来技術と同一又は類似の部分には同一の符号を付してあり、重複する説明は省略してある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a semiconductor cooling device for a vehicle according to a first embodiment of the present invention. In the following embodiments, the same or similar parts as those in the prior art are given the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.
本実施形態は、上記第1の従来例を改良したものであり、放熱部3に対して冷却風5の風上側となる位置に開放部4の空気温度を検出する温度センサ6’が設けられている。そして、制御ユニット7は、受熱ブロック2の温度センサ6の検出値に開放部4の温度センサ6’の検出値を加味して受熱ブロック2の温度が異常に上昇したか否かを判定するようにしている。
The present embodiment is an improvement of the first conventional example, and a
開放部4の空気温度が低い冬季等において、放熱部3の冷却性能が正常の時には、受熱ブロック2の温度は、図10に示す従来例と同じく曲線18に沿って上昇するが、放熱部3の目詰まり等により冷却性能が低下すると、受熱ブロック2の温度は曲線19に沿って異常に上昇する。このとき、受熱ブロック2の温度が所定温度T2に達していなくても、制御ユニット7は異常を認識してアラーム装置8を駆動するので、半導体冷却装置にメンテナンスを行うことができる。よって、信頼性が向上するものである。
In the winter season when the air temperature of the open part 4 is low and the cooling performance of the
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。図2、図3は本発明の第2の実施形態の車両用半導体冷却装置の側面図である。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. 2 and 3 are side views of a vehicle semiconductor cooling device according to a second embodiment of the present invention.
本実施形態では、冷却風5が車両の走行により生じる走行風であり、図2に示すように、車両が一方向に走行する際に放熱部3に対して走行風5の風上側となる位置に開放部4の空気温度を検出する温度センサ6’が設けられているだけでなく、放熱部3に対して走行風5の風下側となる位置にも開放部4の空気温度を検出する温度センサ6’’が設けられている。
In the present embodiment, the cooling wind 5 is a traveling wind generated by the traveling of the vehicle, and as shown in FIG. Is not only provided with a
このように構成すると、図3に示すように、車両が反対方向に走行して走行風5が逆向きになる際に、風上側となる温度センサ6’’の検出値を用いることで、放熱部3の温度の影響を受けることなく、開放部4の温度を正確に検出することができる。したがって、車両がどちらの方向に走行する場合でも、受熱ブロック2の温度上昇を正確に検出することができるので、信頼性が向上する。
With this configuration, as shown in FIG. 3, when the vehicle travels in the opposite direction and the traveling wind 5 turns in the opposite direction, the detection value of the
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。図4は本発明の第3の実施形態の車両用半導体冷却装置の側面図である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a side view of a vehicle semiconductor cooling device according to a third embodiment of the present invention.
本実施形態は、上記第2の従来例を改良したものであり、開放部4に空気温度を検出する温度センサ6’’’が設けられ、制御ユニット7は、開放部4の空気温度が、密閉部14内の空気温度を電子部品12の許容温度に近くするような値に達した場合に送風機13を駆動する。
The present embodiment is an improvement of the second conventional example, in which a
このように構成することで、図12に示すように、開放部4の空気温度が低く(T3)、密閉部14の空気温度が曲線20に沿って上昇するような場合には、送風機13が稼働されない。したがって、送風機の寿命を延ばすことができ、信頼性が向上するとともにランニングコストが低減する。
With this configuration, as shown in FIG. 12, when the air temperature of the opening portion 4 is low (T3) and the air temperature of the sealing
以上、具体例を挙げて本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記の各実施形態に種々の改変を施すことができる。 The embodiments of the present invention have been described above with specific examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention. Can be modified.
1 半導体素子
2 受熱ブロック
3 放熱部
4 開放部
5 冷却風
6、6’、6’’、6’’’ 温度センサ
7 制御ユニット
8 アラーム装置
12 電子部品
13 送風機
14 密閉部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記冷却風は車両の走行により生じる走行風であり、
車両が一方向に走行する際に前記放熱部に対して前記走行風の風上側となる位置と風下側となる位置とにそれぞれ前記開放部の空気温度を検出する第2の温度センサが設けられ、
前記制御ユニットは、車両の走行時に風上側となる前記第2の温度センサにより検出される前記開放部の空気温度に応じて前記第1の温度センサの前記所定値を変更することを特徴とする車両用半導体冷却装置。 A heat receiving block in which a semiconductor element is mounted, and a heat radiating portion which the heat receiving block to the heat radiation to the open portion that is open heat received to the outside air, a first temperature sensor attached to said heat receiving block, an alarm device, wherein A control unit that drives the alarm device when the temperature of the heat receiving block detected by the first temperature sensor exceeds a predetermined value; A vehicular semiconductor cooling device for cooling a vehicle,
The cooling air is traveling air generated by traveling of the vehicle,
When the vehicle travels in one direction, a second temperature sensor is provided to detect the air temperature of the open portion at a position on the windward side and a position on the leeward side of the traveling wind with respect to the heat radiating unit. ,
The control unit changes the predetermined value of the first temperature sensor according to an air temperature of the opening portion detected by the second temperature sensor that is on the windward side when the vehicle is traveling. Semiconductor cooling device for vehicles.
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