JP6914776B2 - 電力変換装置及び鉄道車両 - Google Patents
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Description
上述した冷却器としては、ポンプ等を用いた強制循環液冷方式やファン等を用いた強制空冷方式、走行風を用いた走行風自然空冷式に大別される。近時では、低騒音化や省エネ化、メンテナンスフリーの観点から走行風自然空冷式が主流になっている。
図1は、鉄道車両1の概略側面図である。
同図に示すように、本実施形態の鉄道車両1は、車体2と、車体2の床下に設けられた台車3と、車体2の床下に設けられ外部から供給される電力を変換する電力変換装置4と、を備えている。なお、以下の説明では、必要に応じてX,Y,Zの直交座標系を用いて説明する。本実施形態において、X方向は鉄道車両1の車両前後方向(走行想定方向)に一致し、Y方向は鉄道車両1の車幅方向に一致し、Z方向は上下方向に一致している。
電力変換装置4は、車体2の床下において一対の台車3の間に位置する部分に搭載されている。
同図に示すように、電力変換装置4は、半導体素子21(図3参照)と、半導体素子21を収容する筐体22と、半導体素子21を冷却する冷却器23と、を有している。なお、以下の説明では、Y方向において、鉄道車両1の中央部に近づく向きをY方向の内側といい、鉄道車両1の中央部から離間する向きをY方向の外側という場合がある。
同図に示すように、半導体素子21は、鉄道車両1を駆動する電力を出力可能に構成されている。具体的に、半導体素子21は、架線5及びパンタグラフ6を介して直流電力が入力されるとともに、直流電力を交流電力に変換して主電動機13等に供給する。半導体素子21は、図示しない制御部等とともに電力変換ユニットを構成している。電力変換ユニットは、上述した筐体22内にまとめて収容されている。なお、制御部は、半導体素子21との間でスイッチング信号を送受信する。
ヒートシンク31は、アルミニウム等の熱伝導率が高い材料により構成されている。ヒートシンク31は、一部が筐体22の側壁部27からY方向の外側に突出した状態で、側壁部27をY方向に貫通して設けられている。また、ヒートシンク31は、受熱ブロック41と、受風部42と、を有している。
同図に示すように、カバー32は、X方向及びZ方向の両側、並びにY方向の外側から受風部42を覆っている。具体的に、カバー32は、受風部42に対してY方向の外側に配置された頂壁部51と、頂壁部51の外周縁のうち、Z方向の両側に位置する部分からY方向の内側に向けて延設された一対の横側壁部52と、頂壁部51の外周縁のうち、X方向の両側に位置する部分からY方向の内側に向けて延設された一対の縦側壁部53と、を有している。そして、一対の横側壁部52は、Z方向で対向している。また、一対の縦側壁部53は、X方向で対向している。なお、横側壁部52及び縦側壁部53におけるY方向の内側端部は、筐体22の側壁部27に接続されている。
導風ガイド61は、X方向に沿って延びる板状に形成されている。具体的に、導風ガイド61は、X方向の内側から外側に向かうに従いY方向の外側に向けて傾斜している。すなわち、導風ガイド61は、受風部42との間のY方向における距離がX方向の内側端部から外側端部に向かうに従い漸次増加している。
ここで、車体2の床下には、台車3や電力変換装置4を艤装可能なスペースとして艤装限界がある(図5において2点鎖線で示す艤装限界線A,B参照)。電力変換装置4は、最外装にあたるカバー32が、艤装限界線A,Bよりも内側(車体2側)に収まるように形成されている。
図3に示すように、走行風は、カバー32の縦側壁部53のうち、前側に位置する縦側壁部53の連通孔54を通してカバー32内に流入する(図3における矢印参照)。
このように、X方向に並ぶ2つのディフューザ33は、進行方向に対して後方に位置するディフューザ33が走行風の流量を増大させるために機能する。すなわち、鉄道車両1が逆向き(例えば、−X方向)に走行すれば、+X側に位置するディフューザ33が機能する。
この構成によれば、カバー32内を流通する走行風が後側のディフューザ33の後方に形成された低圧領域Qに向けて引き込まれることで、後側のディフューザ33を通過する走行風の流量を増加させることができる。これにより、受風部42(通風路R)から逃げようとする走行風を通風路R内に引き戻すことができる。
同図に示すように、とりわけ鉄道車両1の低速走行時において、整風部63が設けられていない場合と比べて整風部63が設けられている場合の冷却器23の熱抵抗が低減されることが確認できる。この結果、鉄道車両1の全速度域に対し、受風部42での走行風の流量増大効果を発揮することができる。よって、受風部42の冷却性能を向上させることができる。
さらに、受風部42に対してX方向の両側にディフューザ33が配置されている。このため、鉄道車両1のようにX方向の両側に向けて走行し得る場合において、走行想定方向に限らず上述した作用効果が奏功される。
これらの結果、鉄道車両1は、上述したように冷却性能に優れた電力変換装置4を備えているため、長期に亘って信頼性に優れた鉄道車両1を提供できる。
次に、図7〜図9に基づいて、第2の実施形態について説明する。
図7は、第2の実施形態における電力変換装置204の分解斜視図であって、前述の図4に対応している。なお、上述の第1の実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
ここで、上述の第1の実施形態と本第2の実施形態との相違点は、第1の実施形態の冷却器23と、第2の実施形態の冷却器223と、の大きさが異なる点にある。
同図に示すように、カバー232は、艤装限界内に収まる最大限の大きさ、つまり、艤装限界線A,Bに沿うように、最大限大きく形成されている。
すなわち、カバー232は、受風部42に対してY方向の外側に配置された頂壁部251と、頂壁部251の外周縁のうち、Z方向の両側に位置する部分からY方向の内側に向けて延設された一対の横側壁部252a,252bと、頂壁部51の外周縁のうち、X方向の両側に位置する部分からY方向の内側に向けて延設された一対の縦側壁部253と、を有している。
また、一対の横側壁部252a,252bのうち、−Z方向に位置する横側壁部252bは、艤装限界線Aと艤装限界線Bとの交点Cよりも−Z方向に位置している。さらに、横側壁部252bのY方向の外側の一部は、艤装限界線Bに沿ってY方向に対して傾斜形成された傾斜面252cとされている。これら横側壁部252b及び傾斜面252cには、これら横側壁部252b及び傾斜面252cの内外を連通する複数の連通孔256(図7参照)が形成されている。
そして、このようなカバー232の形状に対応するように、受風部242(ヒートシンク231、図7参照)が前述の第1の実施形態の受風部42と比較して大きく形成されている。つまり、受風部242のY方向の外側への突出高さH2は、上述の第1の実施形態の受風部42のY方向の外側への突出高さH1(図3参照)よりも高く設定されている。
同図に示すように、受風部242をカバー232に対応させて大きく形成することにより、ディフューザ233もカバー232と干渉しないように形成されている。すなわち、ディフューザ233を構成する導風ガイド261、鍔部262、及び整風部63のうち、受風部242のY方向の外側面から離間するように配置される導風ガイド261及び鍔部262のZ方向の長さL1は、受風部242のY方向の外側面に近接配置される整風部63のZ方向の長さL2と比較して短く設定されている。これにより、導風ガイド261及び鍔部262には、−Z方向の端部に、切欠部259が形成された形になる。この結果、カバー232の傾斜面252cに、導風ガイド261及び鍔部262が干渉してしまうことを防止できる。
また、上述の実施形態では、冷却器23,223は、カバー32,232を備えており、このカバー32,232の縦側壁部53,253に、ディフューザ33,233が接続されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、カバー32,232を省き、受風部42,242や車体2の床下に直接ディフューザ33,233を接続することも可能である。
Claims (7)
- 車両を駆動する電力を出力可能な半導体素子と、
前記半導体素子に接続された受風部と、
前記車両の走行想定方向を第1方向とし、重力方向を第2方向とし、これら第1方向及び第2方向に直交する方向を第3方向としたとき、前記受風部に対して前記第3方向で対向配置されるとともに、前記第1方向の両端部のうち、前記受風部の中央部寄りの端部を第1端部とし、前記第1端部とは反対側の端部を第2端部とする導風ガイドと、
前記導風ガイドの前記第1端部から前記第1方向に沿って、且つ前記第2端部とは反対側に向けて延びる整風部と、
前記導風ガイドの前記第2端部から前記受風部側とは反対側に向けて延び、走行方向後側の領域に走行方向前側の領域に比べて低圧の低圧領域を形成する鍔部と、を備え、
前記導風ガイドの前記第2端部と前記受風部との間の前記第3方向における距離が、前記導風ガイドの前記第1端部と前記受風部との間の前記第3方向における距離以上になっている、
電力変換装置。 - 前記導風ガイドは、前記受風部との間の前記第3方向における距離が前記第1端部側から前記第2端部側に向かうに従い漸次増加している、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記導風ガイド及び前記鍔部は、前記受風部の前記第1方向の両側で、前記導風ガイドの前記第1端部同士が前記第1方向で離間した位置にそれぞれ配置されている、請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記受風部、前記導風ガイド、前記整風部、及び前記鍔部を覆い、前記受風部と前記第3方向で対向する頂壁部と、前記頂壁部の前記第1方向の両側から前記第3方向に向けて延び且つ前記第1方向で対向する一対の縦側壁部と、前記頂壁部の前記第2方向の両側から前記第3方向に向けて延び且つ前記第2方向で対向する一対の横側壁部と、を有するカバーを備え、
前記頂壁部、前記一対の縦側壁部、及び前記一対の横側壁部に、それぞれ連通孔を形成し、
前記縦側壁部に、前記第3方向に沿って延び前記縦側壁部の補強用の第1補強部が設けられ、
前記頂壁部に、前記第1方向に沿って延び前記頂壁部の補強用の第2補強部が設けられている
請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電力変換装置。 - 前記一対の前記横側壁部のうち、重力方向下方に位置する前記横側壁部は、艤装限界に沿って前記第3方向に対して傾斜して配置されており、
前記一対の横側壁部に、前記連通孔が形成されている
請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記導風ガイド及び前記鍔部の前記第2方向の長さは、艤装限界に対応するように、前記整風部の前記第2方向の長さよりも短く設定されている請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の電力変換装置。
- 請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の電力変換装置を備えている、鉄道車両。
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