JP4879370B1 - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

電気車の車両に取り付けられた筐体１Ａ−１と、筐体１Ａ−１内における車側側に設けられ、電気車を制御する機器が設置される機器設置室９と、筐体１Ａ−１内における車両中央側に設けられた空気循環室７と、機器設置室９と空気循環室７との間に設けられ、筐体１Ａ−１の上面側に形成され機器設置室９内の空気ａを空気循環室７内に流入させる第１の貫通穴３０と、筐体１Ａ−１の下面側に形成され空気循環室７内の空気Ｃを機器設置室９内に流入させる第２の貫通穴３１と、が形成された仕切り板１０と、空気循環室７の上部に設けられ、第１の貫通穴３０を介して空気循環室７に流入した空気Ｂの熱を、電気車の走行風によって放熱させる放熱体８Ａ、と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気車の車両床下に取り付けられる車両用制御装置に関するものである。

従来の車両用制御装置は、電力用半導体素子を使用した所謂インバータなどの電力変換装置などの各種機器や、各機器から発生した熱を効果的に放熱するためのフィンなどから構成されている。他方、最近の技術動向として、高耐圧および低損失であり、かつ、高電流、高温度および高周波での動作が可能である炭化珪素（ＳｉＣ：Silicon Carbide）をベースとするスイッチング素子が注目されている。このスイッチング素子を用いて電力変換装置を構成する場合、高温度での動作が可能であるため、車両用制御装置の筐体（以下「筐体」）内の温度上昇が大きくなる傾向がある。

下記特許文献１に代表される従来技術では、放熱用のフィンを用いて電力変換装置から発生する熱を機外に放出する手法や、機内に配設した空気循環用のファンなどを用いて筐体内の温度を低減する手法などが採用されている。

特開２００５-２２３２７７号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、筐体内の自然対流（高温の空気が発熱体の上部へ移動する一方で低温の空気が発熱体へ導かれること）を考慮した機器配置ではないため、例えば電力変換装置から発生した熱が一部に滞留することよって温度上昇が大きくなる部位が発生し、例えば電力変換装置に使用されるフィルタコンデンサなどの寿命が短くなるという課題があった。他方、前述したファンを用いて筐体内の温度を低減する手法を用いた場合、車両用制御装置内の空きスペースが減少するだけでなく、このファン自体から発生する熱によって筐体内部の温度が上昇し、この温度上昇に伴って当該ファン自信の寿命や前述したフィルタコンデンサの寿命などが短くなるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ファンを用いることなく機器の寿命の低下を抑制可能な車両用制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電気車の車両に取り付けられた筐体と、前記筐体内における車側側に設けられ、前記電気車を制御する機器が設置される機器設置室と、前記筐体内における車両中央側に設けられた空気循環室と、前記機器設置室と前記空気循環室との間に設けられ、前記筐体の上面側に形成され前記機器設置室内の空気を前記空気循環室内に流入させる第１の貫通穴と、前記筐体の下面側に形成され前記空気循環室内の空気を前記機器設置室内に流入させる第２の貫通穴と、が形成された仕切り板と、前記空気循環室の上部に設けられ、前記第１の貫通穴を介して前記空気循環室に流入した空気の熱を、前記電気車の走行風によって放熱させる放熱体と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、機器設置室内で熱せられた空気と筐体内空気循環室内で冷却された空気との温度差に基づく自然対流作用を利用するようにしたので、ファンを用いることなく機器の寿命の低下を抑制することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる車両用制御装置を搭載した車両を模式的に示す図である。 図２は、図１に示される車両用制御装置の構成を示す図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う一の断面図である。 図４は、図２のＡ−Ａ線に沿う他の断面図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる車両用制御装置を搭載した車両を模式的に示す図である。 図６は、図５に示される車両用制御装置の構成を示す図である。 図７は、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

以下に、本発明にかかる車両用制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる車両用制御装置を搭載した車両１００を模式的に示す図であり、図２は、図１に示される車両用制御装置の構成を示す図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う一の断面図であり、図４は、図２のＡ−Ａ線に沿う他の断面図である。

図１には、電気車（例えば列車）の編成を構成している１つの車両１００が示されると共に、この車両１００の床下に取り付けられた車両用制御装置の筐体（以下単に「筐体」と称する）１Ａが示されている。この筐体１Ａは、電気車の進行方向に長く形成され車側側（しゃそくがわ）に短く形成された方形状を成し、例えば、車両１００の床下において、一方の車側側と他方の車側側とに各々配設されている。

図２には、車両１００側から線路側を見たときの筐体１Ａと、車両用制御装置の内部構成とが示されている。筐体１Ａの第１の筐体側面２２は、車両１００の車側側であり、筐体１Ａの第２の筐体側面２３は、車両１００の中央側である。

筐体１Ａの内部には、車側側に形成された機器設置室９と、車両中央側に形成された空間である筐体内空気循環室（以下「循環室」と称する）７と、機器設置室９と循環室７との間に設けられ板状の仕切り板１０と、が設けられている。仕切り板１０には、図３に示すように、筐体１Ａの上面側に形成され機器設置室９内の空気を循環室７内に流入させる第１の貫通穴３０と、筐体１Ａの下面側に形成され循環室７内の空気を機器設置室９内に流入させる第２の貫通穴３１と、が形成されている。

また、循環室７の上面には、電気車の進行方向に沿って放熱フィン８Ａが設けられ、車両中央側の第２の筐体側面２３には、電気車の進行方向に沿って放熱フィン８Ｂが設けられている。放熱フィン８Ａおよび放熱フィン８Ｂは、循環室７へ流入した直後の空気Ｂを冷却するため放熱フィンであり、図２に示すように電気車の進行方向に所定の間隔で複数設けられている。

循環室７は、電力変換装置２などの機器を組立てる際に使用される空間であり、例えば、循環室７には、図２に示される電力変換装置２などの各種機器に接続される配線類が敷設されている。なお、電力変換装置２などを点検する際には第１の筐体側面２２に設けられた点検口（図示せず）を開放することにより行われる。

機器設置室９には、一例として、車両用制御装置に入出力される電圧および電流を監視するセンサ５と、架線（図示せず）との電気的接続および切り離しを行う開閉部３と、スイッチング部および抵抗（図示せず）を有し過電圧を抑制する過電圧抑制部４と、例えば珪素（Ｓｉ）で形成されたスイッチング素子（図示せず）にて構成される電力変換装置２と、車両用制御装置全体を制御する制御部６とが配設されている。

なお、電力変換装置２を構成するスイッチング素子は、珪素（Ｓｉ）によって形成されたものに限定されず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成してもよい。このワイドバンドギャップ半導体と称される半導体としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、またはダイヤモンド等がある。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、小型化されたスイッチング素子を用いることにより、スイッチング素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。またワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。更にワイドバンドギャップ半導体は、電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり半導体モジュールの高効率化が可能になる。

ただし、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子を電力変換装置２に用いた場合、スイッチング素子から発生した高温の空気が機器設置室９の一部に滞留することによって、電力変換装置２に使用されるフィルタコンデンサなどの寿命が短くなる可能性がある。

実施の形態１にかかる車両用制御装置は、このような熱の滞留を抑制するため、図３および図４に示すように、循環室７側、すなわち仕切り板１０の両端延長線上よりも車両中央側に放熱フィン８Ａおよび放熱フィン８Ｂが配設されている。以下、図３および図４を用いてこのことを詳細に説明する。

図３に示される筐体１Ａ−１は、図２に示される筐体１Ａの一例を示すものであり、筐体１Ａ−１には一例として放熱フィン８Ａのみ配設されている。

図３には、電力変換装置２と、その電力変換装置２で温められた空気Ａと、機器設置室９から循環室７へ流入した後に筐体下面２１側へ流下する空気Ｂと、循環室７から機器設置室９へ流入する空気Ｃと、循環室７から機器設置室９へ流入した空気Ｄとが示さている。なお、図３には、説明の便宜上、各種機器の中で最も発熱する電力変換装置２が示されているが、電力変換装置２を電力変換装置２以外の機器に置き換えた場合の空気Ａ〜Ｄの流れも同様である。

図３に示すように、機器設置室９と循環室７との間には仕切り板１０が介在し、仕切り板１０の筐体上面２０側には第１の貫通穴３０が形成され、仕切り板１０の筐体下面２１側には第２の貫通穴３１が形成されている。以下、第１の貫通穴３０と、第２の貫通穴３１と、放熱フィン８Ａと、空気Ａ〜Ｄの流れとの関係を具体的に説明する。

電力変換装置２で温められた空気Ａは、筐体上面２０に上昇し、筐体上面２０の内側（筐体１Ａ−１の内周面）に沿って循環室７側へ流れる。ここで、仕切り板１０の中心付近に第１の貫通穴３０が形成されている場合、機器設置室９から循環室７へ流入する空気Ｂの流れが妨げられることとなるため、実施の形態１にかかる車両用制御装置では、循環室７へ流入する空気Ｂの流れが妨げられないように、第１の貫通穴３０を筐体上面２０側（すなわち、筐体上面２０の内周面と仕切り板１０との間）に形成されている。

循環室７に流入した空気Ｂは、循環室７で冷却されながら筐体下面２１側へ流下する。ここで、仕切り板１０の中心付近に第２の貫通穴３１が形成されている場合、循環室７で冷却された空気Ｃは電力変換装置２の下面側に導かれずに電力変換装置２の側面側（電力変換装置２と仕切り板１０との間）に流れ込む形となる。その場合、電力変換装置２と筐体下面２１との間や、電力変換装置２と第１の筐体側面２２との間に熱が滞留する可能性がある。実施の形態１にかかる車両用制御装置では、このような空気の滞留を抑制するために、第２の貫通穴３１が筐体下面２１側（筐体下面２１と仕切り板１０との間）に形成されている。

次に、機器設置室９側（仕切り板１０の両端延長線上よりも車側側）に放熱フィンが設けられていない理由を説明する。

実施の形態１にかかる車両用制御装置は、上述したように、温度差に基づく自然対流作用を積極的に利用することで、発熱する機器を効果的に冷却するように構成されている。電力変換装置２の熱を吸熱した空気Ａの温度が例えば８０℃である場合、この空気Ａは、機器設置室９側の筐体上面２０を沿い循環室７に流入する。図３に示すように、循環室７の上面に放熱フィン８Ａが配設されているため、循環室７に流入した空気Ｂの熱は、放熱フィン８Ａで吸熱され、例えば６０℃程度にまで冷却される。従って、循環室７へ流入した直後の空気Ｂと機器設置室９へ流入する直前の空気Ｃとの温度差は約２０℃になる。そして、循環室７で冷却された空気Ｃは、第２の貫通穴３１を介して機器設置室９に流入し、機器設置室９に流入した空気Ｄは、電力変換装置２の熱を吸熱しながら電力変換装置２の上側に移送され、空気Ａとして再び第１の貫通穴３０へ導かれる。

機器設置室９側には放熱フィンが設けられていないため、空気Ａは、機器設置室９では殆ど冷却されないが、循環室７に流入した空気Ｂは、放熱フィン８Ａで冷却されているため、空気Ｂと空気Ｃとの温度差は、約２０℃となる。従って、筐体１Ａ−１内の空気は、この温度差に基づく自然対流作用によって、機器設置室９、第１の貫通穴３０、循環室７、第２の貫通穴３１の順で循環することとなる。その結果、機器設置室９における熱の滞留が抑制される。

他方、機器設置室９側に放熱フィンを設けた場合、自然対流作用が小さくなる。以下、このことを具体的に説明する。

電力変換装置２の熱を吸熱した直後の空気Ａの温度が例えば８０℃である場合、この空気Ａは、機器設置室９の上面に設けられた放熱フィン（図示せず）によって、例えば７０℃付近にまで冷却され、その後に循環室７に流入する。循環室７に流入した空気Ｂの熱は、前述同様に、放熱フィン８Ａで吸熱され、例えば６０℃程度にまで冷却される。従って、循環室７へ流入した直後の空気Ｂと空気Ｃとの温度差は約１０℃になる。このように、機器設置室９側に放熱フィンを設けた場合、循環室７の上部側のみに放熱フィン８Ａを設けた場合に比べて、空気Ｂと空気Ｃとの温度差が小さくなるため、自然対流作用は小さくなる。

次に、自然対流作用をより一層高めることが可能な構成例を説明する。図４に示される筐体１Ａ−２は、図２に示される筐体１Ａの一例を示すものである。図４に示される、循環室７の上面には放熱フィン８Ａが設けられ、車両中央側の第２の筐体側面２３には放熱フィン８Ｂが設けられている。以下、図３に示される筐体１Ａ−１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

電力変換装置２の熱を吸熱した空気Ａの温度が例えば８０℃である場合、この空気Ａは、機器設置室９側の筐体上面２０を沿い循環室７に流入する。循環室７に流入した空気Ｂの熱は、放熱フィン８Ａで吸熱されると共に、第２の貫通穴３１にいたるまでの間に第２の筐体側面２３などで吸熱される。第２の筐体側面２３には放熱フィン８Ｂが配設されているため空気Ｂの熱は、例えば５５℃程度にまで冷却される。従って、筐体１Ａ−２内の空気は、循環室７へ流入した直後の空気Ｂと空気Ｃとの温度差（約２５℃）に基づく自然対流作用によって循環することとなる。このように、筐体上面２０から筐体下面２１までの幅Ｗ２と略概等しい大きさに形成された放熱フィン８Ｂと、放熱フィン８Ａと、を配設することによって、放熱フィン８Ａのみ配設した場合に比べて自然対流作用を大きくすることが可能である。

なお、図４には、一例として、第２の筐体側面２３の全体に放熱フィン８Ｂが配設されているが、例えば、第２の筐体側面２３の上側（筐体１Ａ−２の中心付近から水平方向に延びる線上よりも上側）のみに放熱フィン８Ｂを設けるように構成した場合、放熱フィン８Ａのみの場合に比べて循環室７に流入した空気Ｂをより一層冷却することができると共に、第２の筐体側面２３の全体に放熱フィン８Ｂを設けた場合に比べて放熱フィンが減少するため車両用制御装置の軽量化と低コスト化を図ることが可能である。

以上に説明したように、電気車の車両１００に取り付けられた筐体１Ａと、筐体１Ａ内における車側側に設けられ、電気車を制御する機器が設置される機器設置室９と、筐体１Ａ内における車両中央側に設けられた循環室７と、機器設置室９と循環室７との間に設けられ、筐体１Ａの上面側に形成され機器設置室９内の空気Ａを循環室７内に流入させる第１の貫通穴３０と、筐体１Ａの下面側に形成され循環室７内の空気Ｃを機器設置室９内に流入させる第２の貫通穴３１と、が形成された仕切り板１０と、循環室７の上部に設けられ、第１の貫通穴３０を介して循環室７に流入した空気Ｂの熱を、電気車の走行風によって放熱させる放熱フィン８Ａ、８Ｂと、を備えるようにしたので、循環室７へ流入した直後の空気Ｂと空気Ｃとの温度差を大きくすることが可能となり、この温度差に基づく自然対流作用によって筐体１Ａ内の空気Ａ〜Ｄが循環する。従って、電力変換装置２などの機器から発生した熱が一部に滞留するということがなくなり、その結果、電力変換装置２に使用されるフィルタコンデンサなどの寿命の低下を抑制することが可能である。

また、実施の形態１にかかる車両用制御装置によれば、筐体１Ａ内にファン等を設置しなくとも筐体１Ａ内の空気Ａ〜Ｄを循環させることが可能である。従って、車両用制御装置内の空きスペースを減少させることなく、かつ、ファンから発生する熱によって筐体内部の温度が上昇するということを防ぐことが可能となる。その結果、前述したフィルタコンデンサなどの寿命の低下を抑制することができると共に筐体１Ａの小型化を図ることが可能である。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる車両用制御装置を搭載した車両１００を模式的に示す図であり、図６は、図５に示される車両用制御装置の構成を示す図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。実施の形態１にかかる車両用制御装置と実施の形態２にかかる車両用制御装置との主な相違点は、筐体の形状と放熱フィンの取り付け位置である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

図５には、車両１００の床下に取り付けられた車両用制御装置の筐体１Ｂが示されている。この筐体１Ｂは、車両１００の横幅方向に長く形成され車両１００の進行方向に短く形成された方形状に形成されている。

図６には、車両１００側から線路側を見たときの筐体１Ｂと、車両用制御装置の内部構成とが示されている。筐体１Ｂの第１の筐体側面３０Ａは、車両１００の一方の車側側であり、第２の筐体側面３０Ｂは、車両１００の他方の車側側である。

筐体１Ｂの内部には、第１の筐体側面３０Ａ側に形成された第１の機器設置室９Ａと、第２の筐体側面３０Ｂ側に形成された第２の機器設置室９Ｂと、第１の機器設置室９Ａと第２の機器設置室９Ｂとの間に設けられた循環室７０とが設けられている。第１の機器設置室９Ａと循環室７０との間には、筐体１Ｂの上面側に形成され第１の機器設置室９Ａ内の空気Ａを循環室７０内に流入させる第１の貫通穴３０ａと、筐体１Ｂの下面側に形成され循環室７０内の空気Ｃを第１の機器設置室９Ａ内に流入させる第２の貫通穴３１ａと、が形成された第１の仕切り板１０Ａが設けられている。また、第２の機器設置室９Ｂと循環室７０との間には、筐体１Ｂの上面側に形成され第２の機器設置室９Ｂ内の空気Ａを循環室７０内に流入させる第３の貫通穴３０ｂと、筐体１Ｂの下面側に形成され循環室７０内の空気Ｃを第２の機器設置室９Ｂ内に流入させる第４の貫通穴３１ｂと、が形成された第２の仕切り板１０Ｂが設けられている。

また、筐体１Ｂの内部には、制御部６、電力変換装置２、過電圧抑制部４、開閉部３、およびセンサ５が設置されている。図６に示される第１の機器設置室９Ａには制御部６と電力変換装置２が設置され、第２の機器設置室９Ｂには過電圧抑制部４と開閉部３とセンサ５とが設置されている。このように、本実施の形態にかかる車両用制御装置には、第１の機器設置室９Ａと第２の機器設置室９Ｂとの何れか一方に、例えば珪素（Ｓｉ）で形成されたスイッチング素子（図示せず）にて構成される電力変換装置２が設けられている。なお、電力変換装置２を構成するスイッチング素子は、実施の形態１にかかる電力変換装置２と同様に、珪素（Ｓｉ）によって形成されたものに限定されず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成してもよい。

循環室７０は、循環室７と同様に、電力変換装置２などの組立作業時に使用される空間である。第１の機器設置室９Ａには、電力変換装置２と、制御部６とが配設され、第２の機器設置室９Ｂには、センサ５と、開閉部３と、過電圧抑制部４とが配設されている。

循環室７０の上部には、電気車の進行方向に沿って放熱フィン８０が設けられている。放熱フィン８０は、循環室７０内へ流入した直後の空気Ｂを冷却するための放熱フィンであり、図６に示すように電気車の進行方向に所定の間隔で複数設けられている。

実施の形態２にかかる車両用制御装置は、電力変換装置２からの熱が筐体１Ｂ内の一部に滞留することを抑制するため、図７に示すように、循環室７０側、すなわち第１の仕切り板１０Ａの延長線上と第２の仕切り板１０Ｂの延長線上との間（車両中央側）に放熱フィン８０が配設されている。以下、図７を用いてこのことを詳細に説明する。

図７には、例えば電力変換装置２および開閉部３で温められた空気Ａと、第１および第２の機器設置室９Ａ、９Ｂから循環室７０へ流入する空気Ｂと、循環室７０から第１の機器設置室９Ａ、９Ｂへ導かれる空気Ｃと、循環室７０から第１および第２の機器設置室９Ａ、９Ｂに流入した空気Ｄとが示さている。図７に示すように、第１の機器設置室９Ａと循環室７０との間には第１の仕切り板１０Ａが介在し、第２の機器設置室９Ｂと循環室７０との間には第２の仕切り板１０Ｂが介在する。第１の仕切り板１０Ａの筐体上面２０側には第１の貫通穴３０ａが形成され、第２の仕切り板１０Ｂの筐体上面２０側には第３の貫通穴３０ｂが形成されている。また、第１の仕切り板１０Ａの筐体下面２１側には第２の貫通穴３１ａが形成され、第２の仕切り板１０Ｂの筐体下面２１側には第４の貫通穴３１ｂが形成されている。

以下、第１〜第２の貫通穴３０ａ、３１ａと、放熱フィン８０と、空気Ａ〜Ｄの流れとの関係を具体的に説明する。なお、以下の説明では、第１の機器設置室９Ａと循環室７０との間における空気Ａ〜Ｄが循環する態様について記述し、第２の機器設置室９Ｂと循環室７０との間における空気Ａ〜Ｄが循環する態様については省略する。

電力変換装置２で温められた空気Ａは、筐体上面２０側に上昇し、筐体上面２０の内側（筐体１Ｂの内周面）に沿って循環室７０側へ流れる。ここで、第１の仕切り板１０Ａおよび第２の仕切り板１０Ｂの中心付近に第１の貫通穴３０ａおよび第３の貫通穴３０ｂが形成されている場合、第１の機器設置室９Ａから循環室７０へ流入する空気Ｂの流れが妨げられることとなるため、実施の形態２にかかる車両用制御装置では、循環室７０へ流入する空気Ｂの流れが妨げられないように、第１の貫通穴３０ａおよび第３の貫通穴３０ｂが筐体上面２０側（すなわち、筐体上面２０の内周面と第１の仕切り板１０Ａおよび第２の仕切り板１０Ｂとの間）に形成されている。

循環室７０に流入した空気Ｂは、循環室７０で冷却され筐体下面２１側へ流下する。ここで、第１の仕切り板１０Ａおよび第２の仕切り板１０Ｂの中心付近に第２の貫通穴３１ａおよび第４の貫通穴３１ｂが形成されている場合、循環室７０で冷却された空気Ｃは電力変換装置２の下面側に導かれずに電力変換装置２の側面側（電力変換装置２と仕切り板１０との間）に流れ込む形となる。その場合、電力変換装置２と筐体下面２１との間や、電力変換装置２と第１の筐体側面３０Ａとの間に熱が滞留する可能性がある。実施の形態２にかかる車両用制御装置では、このような空気の滞留を抑制するために、第２の貫通穴３１ａおよび第４の貫通穴３１ｂが筐体下面２１側（筐体下面２１と第１の仕切り板１０Ａおよび第２の仕切り板１０Ｂとの間）に形成されている。

次に、第１の機器設置室９Ａ側に放熱フィンが設けられていない理由を説明する。

実施の形態２にかかる車両用制御装置は、上述したように、空気Ｂと空気Ｃとの温度差に基づく自然対流作用を積極的に利用することで、発熱する機器を効果的に冷却するように構成されている。電力変換装置２の熱を吸熱した空気Ａの温度が例えば８０℃である場合、この空気Ａは、第１の機器設置室９Ａ側の筐体上面２０を沿い循環室７０に流入する。図７に示すように、循環室７０の上面に放熱フィン８０が配設されている場合、循環室７０に流入した空気Ｂの熱は、放熱フィン８０で吸熱されて、例えば６０℃程度にまで冷却される。従って、循環室７０へ流入した直後の空気Ｂと第１の機器設置室９Ａへ流入する直前の空気Ｃとの温度差は約２０℃になる。そして、循環室７０で冷却された空気Ｃは、第２の貫通穴３１ａを介して第１の機器設置室９Ａに流入し、第１の機器設置室９Ａに流入した空気Ｄは、電力変換装置２の内部または外部を通過する際に電力変換装置２の熱を吸熱して、電力変換装置２の上側に移送され、再び第１の貫通穴３０ａへ導かれる。

第１の機器設置室９Ａ側には放熱フィンが設けられていないため、空気Ａは、第１の機器設置室９Ａでは殆ど冷却されないが、循環室７０に流入した空気Ｂは、放熱フィン８０で冷却されているため、空気Ｂと空気Ｃとの温度差は、約２０℃となる。従って、筐体１Ｂ内の空気は、この温度差に基づく自然対流作用によって、第１の機器設置室９Ａ、第１の貫通穴３０ａ、循環室７０、第２の貫通穴３１ａの順で循環することとなる。その結果、第１の機器設置室９Ａにおける熱の滞留が抑制される。

他方、第１の機器設置室９Ａ側に放熱フィンを設けた場合、自然対流作用が小さくなる。以下、このことを具体的に説明する。

電力変換装置２の熱を吸熱した直後の空気Ａの温度が例えば８０℃である場合、この空気Ａは、第１の機器設置室９Ａの上面に設けられた放熱フィン（図示せず）によって、例えば７０℃付近にまで冷却され、その後に循環室７０に流入する。循環室７０に流入した空気Ｂの熱は、前述同様に、放熱フィン８０で吸熱され、例えば６０℃程度にまで冷却される。従って、循環室７０へ流入した直後の空気Ｂと空気Ｃとの温度差は約１０℃になる。このように、第１の機器設置室９Ａ側に放熱フィンを設けた場合、循環室７０の上部側のみに放熱フィン８０を設けた場合に比べて、空気Ｂと空気Ｃとの温度差が小さくなるため、自然対流作用は小さくなる。

以上に説明したように、実施の形態２にかかる車両用制御装置は、電気車の車両に取り付けられた筐体１Ｂと、筐体１Ｂ内における一方の車側側（第１の筐体側面３０Ａ側）に設けられ、電気車を制御する機器が設置される第１の機器設置室９Ａと、筐体１Ｂ内における他方の車側側（第２の筐体側面３０Ｂ側）に設けられ、電気車を制御する機器が設置される第２の機器設置室９Ｂと、第１の機器設置室９Ａと第２の機器設置室９Ｂとの間に設けられた循環室７０と、第１の機器設置室９Ａと循環室７０との間に設けられ、筐体１Ｂの上面側に形成され第１の機器設置室９Ａ内の空気Ａを循環室７０内に流入させる第１の貫通穴３０ａと、筐体１Ｂの下面側に形成され循環室７０内の空気Ｃを第１の機器設置室９Ａ内に流入させる第２の貫通穴３１ａと、が形成された第１の仕切り板１０Ａと、第２の機器設置室９Ｂと循環室７０との間に設けられ、筐体１Ｂの上面側に形成され第２の機器設置室９Ｂ内の空気Ａを循環室７０内に流入させる第３の貫通穴３０ｂと、筐体１Ｂの下面側に形成され循環室７０内の空気Ｃを第２の機器設置室９Ｂ内に流入させる第４の貫通穴３１ｂと、が形成された第２の仕切り板１０Ｂと、循環室７０の上部に設けられ、第１の貫通穴と第３の貫通穴とを介して循環室７０に流入した空気の熱を、電気車の走行風によって放熱させる放熱体と、備えるようにしたので、空気Ｂと空気Ｃとの温度差を大きくすることが可能となり、この温度差に基づく自然対流作用によって筐体１Ｂ内の空気Ａ〜Ｄが循環する。従って、電力変換装置２などの機器から発生した熱が、第１の機器設置室９Ａあるいは第２の機器設置室９Ｂの一部に滞留するということがなくなり、その結果、電力変換装置２に使用されるフィルタコンデンサなどの寿命の低下を抑制することが可能である。また、実施の形態２にかかる車両用制御装置によれば、筐体１Ｂ内にファン等を設置しなくとも空気Ａ〜Ｄを循環させることが可能である。従って、車両用制御装置内の空きスペースを減少させることなく、かつ、ファンから発生する熱によって筐体内部の温度が上昇するということを防ぐことが可能となる。その結果、前述したフィルタコンデンサなどの寿命の低下を抑制することができると共に筐体１Ｂの小型化を図ることが可能である。

なお、実施の形態１、２では、循環室７、７０へ流入した空気Ｂを冷却するためのフィン状の放熱体（放熱フィン８Ａ、放熱フィン８Ｂ、放熱フィン８０）を用いが、これらの放熱体は、熱伝導性を有し車両１００の走行風で冷却されるものであればフィン状のものに限定されるものではない。また、貫通穴（３０、３０ａ、３０ｂ、３１、３１ａ、３１ｂ）は、仕切り板（１０、１０Ａ、１０Ｂ）の一部を加工することで形成され、貫通穴（３０、３０ａ、３０ｂ、３１、３１ａ、３１ｂ）の形状は、例えば、電気車の進行方向に対して長い楕円状や長方形に形成されているものとする。また、電気車の進行方向に対する貫通穴（３０、３０ａ、３０ｂ、３１、３１ａ、３１ｂ）の位置は、空気Ａ〜Ｄの自然対流を妨げることがない位置であればよい。

なお、実施の形態１、２にかかる電力変換装置２を、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子で構成した場合、電力変換装置２で熱せられた空気Ａがより高温となるため、空気Ｂと空気Ｃとの温度差が大きくなり自然対流作用をより一層高めることが可能である。

以上のように、本発明は、電気車の車両床下に取り付けられる車両用制御装置に適用可能であり、特に、ファンを用いることなく機器の寿命の低下を抑制可能な発明として有用である。

１Ａ、１Ａ−１、１Ａ−２、１Ｂ 車両用制御装置の筐体
２ 電力変換装置
３ 開閉部
４ 過電圧抑制部
５ センサ
６ 制御部
７、７０ 筐体内空気循環室
８Ａ、８Ｂ、８０ 放熱フィン（放熱体）
９ 機器設置室
９Ａ 第１の機器設置室
９Ｂ 第２の機器設置室
１０ 仕切り板
１０Ａ 第１の仕切り板
１０Ｂ 第２の仕切り板
２０ 筐体上面
２１ 筐体下面
２２、３０Ａ 第１の筐体側面
２３、３０Ｂ 第２の筐体側面
１００ 車両
３０、３０ａ 第１の貫通穴
３１、３１ａ 第２の貫通穴
３０ｂ 第３の貫通穴
３１ｂ 第４の貫通穴
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 空気

Claims (10)

1. 電気車の車両に取り付けられた筐体と、
   前記筐体内における車側側に設けられ、前記電気車を制御する機器が設置される機器設置室と、
   前記筐体内における車両中央側に設けられた空気循環室と、
   前記機器設置室と前記空気循環室との間に設けられ、前記筐体の上面側に形成され前記機器設置室内の空気を前記空気循環室内に流入させる第１の貫通穴と、前記筐体の下面側に形成され前記空気循環室内の空気を前記機器設置室内に流入させる第２の貫通穴と、が形成された仕切り板と、
   前記空気循環室の上部に設けられ、前記第１の貫通穴を介して前記空気循環室に流入した空気の熱を、前記電気車の走行風によって放熱させる放熱体と、
   を備えたことを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記放熱体は、さらに前記車両中央側の筐体側面にて前記電気車の進行方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記筐体側面に設けられた前記放熱体は、前記筐体側面の上側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の車両用制御装置。
4. 前記第１の貫通穴は、前記筐体上面の内周面と前記仕切り板との間に形成され、
   前記第２の貫通穴は、前記筐体下面の内周面と前記仕切り板との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
5. 前記機器設置室には、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子で構成された電力変換装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
6. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項５に記載の車両用制御装置。
7. 電気車の車両に取り付けられた筐体と、
   前記筐体内における一方の車側側に設けられ、前記電気車を制御する機器が設置される第１の機器設置室と、
   前記筐体内における他方の車側側に設けられ、前記電気車を制御する機器が設置される第２の機器設置室と、
   前記第１の機器設置室と前記第２の機器設置室との間に設けられた空気循環室と、
   前記第１の機器設置室と前記空気循環室との間に設けられ、前記筐体の上面側に形成され前記第１の機器設置室内の空気を前記空気循環室内に流入させる第１の貫通穴と、前記筐体の下面側に形成され前記空気循環室内の空気を前記第１の機器設置室内に流入させる第２の貫通穴と、が形成された第１の仕切り板と、
   前記第２の機器設置室と前記空気循環室との間に設けられ、前記筐体の上面側に形成され前記第２の機器設置室内の空気を前記空気循環室内に流入させる第３の貫通穴と、前記筐体の下面側に形成され前記空気循環室内の空気を前記第２の機器設置室内に流入させる第４の貫通穴と、が形成された第２の仕切り板と、
   前記空気循環室の上部に設けられ、前記第１の貫通穴と前記第３の貫通穴とを介して前記空気循環室に流入した空気の熱を、前記電気車の走行風によって放熱させる放熱体と、
   を備えたことを特徴とする車両用制御装置。
8. 前記第１の貫通穴は、前記筐体上面の内周面と前記第１の仕切り板との間に形成され、
   前記第２の貫通穴は、前記筐体下面の内周面と前記第１の仕切り板との間に形成され、
   前記第３の貫通穴は、前記筐体上面の内周面と前記第２の仕切り板との間に形成され、
   前記第４の貫通穴は、前記筐体下面の内周面と前記第２の仕切り板との間に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の車両用制御装置。
9. 前記第１の機器設置室と前記第２の機器設置室との何れか一方には、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子で構成された電力変換装置が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の車両用制御装置。
10. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項９に記載の車両用制御装置。

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