JP6345344B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用制御装置に関する。

電気鉄道車両に搭載される車両用制御装置に関して、メンテナンス作業を低減することが可能な車両用制御装置、フルＳｉＣ（Silicon Carbide：炭化ケイ素）の実用化に伴って小型化および軽量化された車両用制御装置などが開発されている。

特許文献１に開示される車両用制御装置を構成する複数の機能モジュールのそれぞれは信号線と電力線の両方が共に接続されるインターフェース面を一側面に有し、各インターフェース面が同じ方向を向くように並べられるため、電力線と信号線の取り付けや取り外しを一側面から行うことが可能となる。

メンテナンス作業を低減するために熱伝導率が鉄またはアルミなどよりも低いステンレスを用いた筐体を有する車両用制御装置、または小型化および軽量化された車両用制御装置においては、筐体内部の電子部品の発熱によって、筐体内部の温度が上昇するという課題がある。

特許文献２に開示される車両用電力変換装置は、風洞およびファンを設けることで、制御箱内に設置されたパワーユニットから発生する熱を効率的に外部へ放熱する。

国際公開第２０１０／０４１３３９号 特開２０１１−１３８９６０号公報

特許文献２に開示される車両用電力変換装置においては、パワーユニット以外の発熱体で発生した熱により密閉されている筐体内部の温度が上昇し、耐熱性の低い筐体内部の部品に悪影響を与える可能性がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、より簡易な構成で車両用制御装置の筐体内部の温度の上昇を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の車両用制御装置は、電子部品を有する複数のモジュールを格納する１つの筐体と、筐体に格納されているモジュールを相互に接続する主回路配線と、被覆部材とを備える。主回路配線は、内部を流れる電流の最大値が第１の閾値以上であって、筐体の外部に引き出されている。被覆部材は、主回路配線の筐体の外部に引き出されている部分を覆う。被覆部材は、導電率が第２の閾値以下であり、熱伝導率が第３の閾値以上であり、防水性を有する部材である。

本発明によれば、主回路配線を車両用制御装置の筐体の外部に引き出すことで、より簡易な構成で車両用制御装置の筐体内部の温度の上昇を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る車両用制御装置の正面図である。 実施の形態１に係る車両用制御装置の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用制御装置の正面図である。 実施の形態２に係る車両用制御装置の斜視図である。 実施の形態２に係る車両用制御装置の断面図である。 本発明の実施の形態におけるモジュール内の電子部品の配置例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用制御装置の正面図である。図２は、実施の形態１に係る車両用制御装置の斜視図である。車両用制御装置１は、コンデンサ、抵抗、およびスイッチなどの電子部品を有するモジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを格納する筐体１０と、モジュール１１ａ，１１ｂを接続する主回路配線１２ａと、モジュール１１ｂ，１１ｃを接続する主回路配線１２ｂと、モジュール１１ｃ，１１ｄを接続する主回路配線１２ｃを備える。なお筐体１０の外部に引き出されていない各モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを接続する主回路配線については図示しない。内部を流れる電流の最大値が第１の閾値以上である主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、筐体１０の外部に引き出されている。

第１の閾値は、車両用制御装置１に求められる放熱性能に応じて任意に定めることができる。例えば、第１の閾値は、車両用制御装置１が駆動する主電動機に車両用制御装置１が供給する電流と同程度の値としてもよい。また例えば、各モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを接続する主回路配線の内、筐体１０の内部の温度上昇に主に寄与する、主要な電流が流れる主回路配線が筐体１０の外部に引き出されるように第１の閾値を定めてもよい。大容量の電流が流れる主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを筐体１０の外部に引き出し、主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃで発生した熱を空気中に放熱させることで、車両用制御装置１の筐体１０の内部の温度が上昇することを防ぐことが可能となる。

車両用制御装置１の各部の詳細について説明する。車両用制御装置１の１つの筐体１０の内部にモジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが格納される。モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄはそれぞれ、例えばスイッチ回路、変圧回路、放電回路、などの車両用制御装置１を構成する回路であり、それぞれ任意の数の電子部品を備える。例えばモジュール１１ａは放電スイッチおよび放電抵抗を有する。車両用制御装置１の筐体１０の内部に格納されるモジュールの数は４つに限られず、２以上の任意の数である。

主回路配線１２ａは、モジュール１１ａの接続部１１１ａとモジュール１１ｂの接続部１１１ｂとに接続され、モジュール１１ａ，１１ｂが電気的に接続される。主回路配線１２ｂはモジュール１１ｂの接続部１１２ｂとモジュール１１ｃの接続部１１１ｃとに接続され、モジュール１１ｂ，１１ｃが電気的に接続される。主回路配線１２ｃはモジュール１１ｃの接続部１１２ｃとモジュール１１ｄの接続部１１１ｄとに接続され、モジュール１１ｃ，１１ｄが電気的に接続される。

主回路配線１２ａは、引き出し口１２１ａ，１２２ａを通って、筐体１０の外部に引き出され、主回路配線１２ｂは、引き出し口１２１ｂ，１２２ｂを通って、筐体１０の外部に引き出され、主回路配線１２ｃは、引き出し口１２１ｃ，１２２ｃを通って、筐体１０の外部に引き出される。引き出し口１２１ａ，１２２ａ，１２１ｂ，１２２ｂ，１２１ｃ，１２２ｃは、例えばケーブルグランドなどの防水構造を有する。

主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの筐体１０の外部に引き出されている部分は、被覆部材で覆われている。被覆部材は、導電率が第２の閾値以下であり、熱伝導率が第３の閾値以上であり、防水性を有する部材である。第２の閾値は、被覆部材が絶縁性を有するとみなせる程度に、十分に小さい値である。また第３の閾値は、車両用制御装置１に求められる放熱性能および主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの発熱量に応じて任意に定めることができる。主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの周りには、例えばシリコンガムテープが、シリコンガムテープの幅の半分程度が重なるように巻かれ、シリコンガムテープの上から防水性を有するテープが、幅の半分程度が重なるように巻かれる。

発熱量の大きい主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを筐体１０の外部に引き出すことで、筐体１０の内部における発熱量を低減し、筐体１０の内部の温度が上昇することを抑制することができる。

図１の例では、筐体１０の外部に引き出されている主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの一部は、筐体１０から離隔して設けられている。主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを筐体１０から離隔して設けることで、主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃで発生した熱が筐体１０に伝わることを防ぎながら熱を空気中に放熱させることができるため、車両用制御装置１の放熱性能を向上することが可能となる。

また図１に示すように、筐体上面１０１から主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上面までの距離をＤとする。距離Ｄを、車両用制御装置１を車両本体に取り付ける部材、例えば吊足、の取り付け方向の長さより短くすることで、車両用制御装置１が車両本体に取り付けられた状態において、車両本体と対向する面に主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設けることができ、デッドスペースを活用することができる。

以上説明したとおり、本実施の形態１に係る車両用制御装置１によれば、主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの絶縁性および防水性を確保して筐体１０の外部に引き出して主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃで発生した熱を空気中に放熱させることで、より簡易な構成で車両用制御装置１の筐体１０の内部の温度の上昇を抑制することが可能となる。また主回路配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを筐体１０の外部に引き出すため、車両用制御装置１をより小型化することが可能となる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る車両用制御装置の正面図である。図４は、実施の形態２に係る車両用制御装置の斜視図である。実施の形態２においては、モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのそれぞれの筐体内部に電子部品が格納され、モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのそれぞれの筐体の一面が、筐体１０の外面の一部を構成する。

筐体上面１０１には、開口部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄが設けられている。開口部１０１ａは接続部１１１ａを有するモジュール１１ａの一面と対向し、該モジュール１１ａの一面の外形より小さい外形を有する。開口部１０１ｂは接続部１１１ｂ，１１２ｂを有するモジュール１１ｂの一面と対向し、該モジュール１１ｂの一面の外形より小さい外形を有する。開口部１０１ｃは接続部１１１ｃ，１１２ｃを有するモジュール１１ｃの一面と対向し、該モジュール１１ｃの一面の外形より小さい外形を有する。開口部１０１ｄは接続部１１１ｄを有するモジュール１１ｄの一面と対向し、該モジュール１１ｄの一面の外形より小さい外形を有する。開口部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄのそれぞれと対向するモジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの一面は、防水性を有する部材で構成される。

筐体上面１０１とモジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのそれぞれとの間には、防水部材が設けられる。図５は、実施の形態２に係る車両用制御装置の断面図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ線での断面図の拡大図である。筐体上面１０１および接続部１１１ａを有するモジュール１１ａの一面に接する防水部材１３が開口部１０１ａに沿って設けられる。同様に、筐体上面１０１および接続部１１１ｂ，１１２ｂを有するモジュール１１ｂの一面に接する防水部材１３が開口部１０１ｂに沿って設けられる。筐体上面１０１および接続部１１１ｃ，１１２ｃを有するモジュール１１ｃの一面に接する防水部材１３が開口部１０１ｃに沿って設けられる。筐体上面１０１および接続部１１１ｄを有するモジュール１１ｄの一面に接する防水部材１３が開口部１０１ｄに沿って設けられる。接続部１１１ａ，１１１ｂ，１１２ｂ，１１１ｃ，１１２ｃ，１１１ｄは、例えばケーブルグランドなどの防水構造を有する。

主回路配線１２ａは、開口部１０１ａを通って接続部１１１ａに接続され、開口部１０１ｂを通って接続部１１１ｂに接続される。同様に、主回路配線１２ｂは、開口部１０１ｂを通って接続部１１２ｂに接続され、開口部１０１ｃを通って接続部１１１ｃに接続される。主回路配線１２ｃは、開口部１０１ｃを通って接続部１１２ｃに接続され、開口部１０１ｄを通って接続部１１１ｄに接続される。

モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの一面が筐体１０の外面を構成することで、モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに含まれる電子部品で発生した熱を、より効率的に空気中に放熱することが可能となる。またモジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの一面が筐体１０の外面を構成することで、車両用制御装置１をより小型化することが可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態２に係る車両用制御装置１によれば、モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの一面が筐体１０の外面を構成することで、より簡易な構成で車両用制御装置の筐体１０の内部の温度の上昇を抑制することが可能となる。

図６は、本発明の実施の形態におけるモジュール内の電子部品の配置例を示す図である。図６の例では、モジュール１１ａは発熱量が第４の閾値以上である電子部品１１３ａ，１１４ａを有する。電子部品１１３ａ，１１４ａは、例えば筐体１０からの距離が第５の閾値以下となる位置に設けられる。

第４の閾値は、車両用制御装置１に求められる放熱性能に応じて任意に定めることができる。第５の閾値は、例えば筐体１０の導電率に応じて任意に定めることができる。例えば、モジュール１１ａ内の温度上昇に主に寄与する電子部品を筐体１０の近傍に配置するように、第４の閾値および第５の閾値を定めてもよい。発熱量の大きい電子部品１１３ａ，１１４ａを筐体１０から一定距離内に配置することで、より効率よく電子部品１１３ａ，１１４ａで発生した熱を筐体１０を介して空気中に放熱することが可能となる。

また例えば、電子部品１１３ａ，１１４ａのそれぞれの外面の内、面積が最も大きい面は、電子部品１１３ａ，１１４ａから最も近い位置にある筐体１０の一面に対向して設けられる。電子部品１１３ａが有する面積が最も大きい面は、筐体上面１０１に対向する筐体１０の底面に対向している。電子部品１１４ａが有する面積が最も大きい面は、モジュール１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの配置方向と直交する筐体１０の側面の内、モジュール１１ａに近い方の側面に対向している。電子部品１１３ａ，１１４ａの面積が最も大きい面を、電子部品１１３ａ，１１４ａから最も近い位置にある筐体１０の一面に向けることで、より効率よく電子部品１１３ａ，１１４ａで発生した熱を筐体１０を介して空気中に放熱することが可能となる。

また電子部品１１３ａ，１１４ａのそれぞれの外面の内、面積が最も大きい面を除く面は、熱伝導率が第６の閾値以下である断熱部材で覆われている。電子部品１１３ａ，１１４ａで発生した熱が筐体１０の内部に伝わらないとみなせる程度に、第６の閾値は十分に小さい値に設定される。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られず、上述の実施の形態を組み合わせたもので構成してもよい。車両用制御装置１の放熱性能を向上させるため、例えば筐体１０にフィンを設けてもよい。モジュール間の接続の仕方は、上述の実施の形態に限られず、例えばモジュール１１ａ，１１ｂを接続する主回路配線が２以上設けられてもよいし、モジュール１１ａ，１１ｄが主回路配線によって接続されてもよい。本発明の実施の形態に係る車両用制御装置１によれば、モジュール１１ａ，１１ｄのように、筐体１０の内部で離隔した位置に設けられるモジュールを、筐体１０の外部に引き出された主回路配線で接続すれば、最短距離で接続することができる。また主回路配線を筐体１０に固定しておくことで、モジュールを交換する際には、主回路配線からモジュールを取り外すだけでよく、主回路配線の取り外しを行う必要がない。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

１ 車両用制御装置、１０ 筐体、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ モジュール、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 主回路配線、１３ 防水部材、１０１ 筐体上面、１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ 開口部、１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ，１１２ｂ，１１２ｃ 接続部、１１３ａ，１１４ａ 電子部品、１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ 引き出し口。

Claims (8)

1. 電子部品を有する複数のモジュールを格納する１つの筐体と、
   前記筐体に格納されている前記モジュールを相互に接続し、内部を流れる電流の最大値が第１の閾値以上であって、前記筐体の外部に引き出されている主回路配線と、
   前記主回路配線の前記筐体の外部に引き出されている部分を覆う被覆部材と、
   を備え、
   前記被覆部材は、導電率が第２の閾値以下であり、熱伝導率が第３の閾値以上であり、防水性を有する部材である、
   車両用制御装置。
2. 前記筐体の外部に引き出されている前記主回路配線の一部は、前記筐体から離隔して設けられる請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記車両用制御装置が車両本体に取り付けられた状態において、前記車両本体に対向する前記車両用制御装置の一面からの距離が、前記車両用制御装置を前記車両本体に取り付ける部材の取り付け方向の長さを超えない範囲内に、前記主回路配線の一部が設けられる請求項２に記載の車両用制御装置。
4. 前記筐体には、前記主回路配線が接続される接続部を有するモジュールの一面と対向し、該モジュールの一面の外形より小さい外形を有する開口部が設けられ、
   前記筐体および該モジュールの一面に接する防水性を有する防水部材が前記開口部に沿って設けられ、
   前記主回路配線は前記開口部を通って前記接続部に接続され、
   前記接続部は防水構造を有する、
   請求項１に記載の車両用制御装置。
5. 発熱量が第４の閾値以上である前記電子部品は、前記モジュールの内部において、前記筐体からの距離が第５の閾値以下となる位置に設けられる請求項１に記載の車両用制御装置。
6. 発熱量が第４の閾値以上である前記電子部品の外面の内、面積が最も大きい面は、該電子部品から最も近い位置にある前記筐体の一面に対向して設けられる請求項１に記載の車両用制御装置。
7. 前記面積が最も大きい面を除く前記電子部品の外面は、熱伝導率が第６の閾値以下である断熱部材で覆われている請求項６に記載の車両用制御装置。
8. 前記筐体の外面にフィンが設けられる請求項１に記載の車両用制御装置。

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