JP6927383B2 - 鉄道車両用電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、鉄道車両用電力変換装置に関する。

従来、放熱部としてのファンを備える鉄道車両用電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、電力変換ユニットや制御ユニットなどを含む複数の電気品と、通風路と、冷却ファンとを備える鉄道車両用の電力変換装置が開示されている。この鉄道車両用の電力変換装置では、複数の電気品、通風路、および、冷却ファンは、共に筐体内の同一室内に配置されている。また、鉄道車両用の電力変換装置の通風路は、筐体の壁面に沿って延びるように形成されている。これにより、鉄道車両用の電力変換装置では、筐体の壁面との熱交換により通風路を流通する空気が冷却されるとともに、冷却された空気が複数の電気品を冷却するように構成されている。

ここで、電力変換装置に含まれる電気品のうち、電力変換ユニットは、高電圧が印加されることによって、発熱量が大きい一方、制御ユニットは、あまり大きな電圧が印加されないことによって、電力変換ユニットと比べて発熱量が小さい。そして、発熱量が大きい電気品は、一般的に許容温度（運転に支障がないと認められる温度の上限）が高く、発熱量が小さい電気品は、一般的に許容温度が低い。

特開２０１３−１６６５０１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された鉄道車両用の電力変換装置では、発熱量が大きい電気品と発熱量が小さい電気品とが、筐体内の同一室内に配置されているため、筐体内の空気の温度は、発熱量が大きい電気品からの熱に影響されやすく、筐体内の空気の温度は高くなりやすいと考えられる。このため、筐体内の空気の温度が高いことに起因して、許容温度が低い電気品（制御ユニット（制御部））の温度が、許容温度を超えて高くなる場合があるという問題点があると考えられる。特に、小型化された鉄道車両用の電力変換装置では、複数の電気品が密集して配置されるため、許容温度が低い電気品の温度が、許容温度を超えて高くなりやすい。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、許容温度が低い電気機器（制御部を含む電気機器）の温度が許容温度を超えて高くなるのを抑制することが可能な鉄道車両用電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による鉄道車両用電力変換装置では、第１室と、第２室とを含む筐体と、第１室内に配置され、電力の変換が行われる主回路部を含む第１電気機器と、第２室内に配置され、第１電気機器よりも発熱量が小さく、かつ、第１電気機器よりも許容温度が低いとともに、主回路部を制御する制御部を含む第２電気機器と、第１室内と第２室内とを熱的に分離するための仕切り壁と、第２室内に設けられ、第２室内の空気の熱を放出するための放熱部と、を備え、放熱部は、第２室内に配置され、第２室内の空気を循環させる第１ファンと、第１ファンにより第２室内に循環される空気の熱を、筐体の外部へ放出するのを促進する放熱促進部と、を含み、第１ファンは、第２室内において、上下方向に空気を流すように配置されており、放熱促進部は、第１ファンによる空気の循環経路に配置され、少なくとも鉄道車両の進行方向と交差するように延びる筐体の内側面から、第２室内に向かって突出するように設けられる複数のリブを有し、第２室内に突出する複数のリブは、第２室内において第１ファンにより空気が流される上下方向に沿って延びるように配置されている。

この発明の一の局面による鉄道車両用電力変換装置では、上記のように、電力の変換が行われる主回路部を含む第１電気機器が配置される第１室内と、第１電気機器よりも発熱量が小さく、かつ、第１電気機器よりも許容温度が低いとともに、主回路部を制御する制御部を含む第２電気機器が配置される第２室内とを、熱的に分離するための仕切り壁を設ける。これにより、第１電気機器により暖められた第１室内の空気の熱により、第２室内の空気の温度が高くなるのを抑制することができるので、第２室内に配置された許容温度が低い第２電気機器（制御部）の温度が高くなるのを抑制することができる。また、第２室内に、第２室内の空気の熱を放出するための放熱部を設ける。これにより、放熱部により、第２電気機器において発生した熱を、第２電気機器から逃がすことができる。これらの結果、許容温度が低い第２電気機器（制御部）の温度が許容温度を超えて高くなるのを抑制することができる。これにより、電気機器を密集して配置することができるので、鉄道車両用電力変換装置の小型化を容易に行うことができる。

また、第１ファンにより空気が第２室内に循環されることによって、第２電気機器において発生した熱を、第２電気機器から効果的に逃がすことができるので、許容温度が低い第２電気機器の温度が許容温度を超えて高くなるのを確実に抑制することができる。

また、放熱促進部により、第２室内に循環される空気の熱を筐体の外部に放出しやすくすることができるので、第２室内を循環する空気により、第２電気機器を効果的に冷却することができる。

また、空気の循環経路に配置された複数のリブにより、第２室内の空気の熱を効率的に吸収して、第２室内の空気を冷却することができる。そして、冷却された空気が第２室内に循環されることにより、第２電気機器をより効果的に冷却することができる。

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、複数のリブは、筐体の内側面に一体的に設けられている。このように構成すれば、複数のリブに吸収された熱を筐体に容易に伝達することができるので、第２室内の空気の熱をさらに効率的に吸収して、第２室内の空気を冷却することができる。そして、冷却された空気が第２室内に循環されることにより、第２電気機器をさらに効果的に冷却することができる。

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、制御部は、上下方向に延びる複数の制御板から構成されており、第１ファンは、制御板同士の間を、下方から上方に向かって空気を流すように、制御部の下方に配置されている。このように構成すれば、第１ファンにより、複数の制御板から構成された制御部をより効果的に冷却することができる。また、第１ファンを、下方から上方に向かって空気を流すように、制御部の下方に配置する。これにより、制御部の制御板同士の間を通過して暖められた空気が、第２室内を循環することによって冷却された状態で、第１ファンに空気が吸い込まれるので、第１ファンに吸い込まれる空気の温度を低下させることができる。この結果、高温の空気に起因して第１ファンの耐用年数が短くなるのを抑制することができる。

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、第１室内に配置され、第１室内の空気を循環させる第２ファンをさらに備え、仕切り壁は、第２ファンにより第１室内を循環する空気が、第２室に流入するのを遮断することによって、第１室内と第２室内とを熱的に分離している。このように構成すれば、仕切り壁により、第２ファンにより第１室内を循環する空気が、第２室に流入するのが遮断されるので、第１室内と第２室内とを容易に熱的に分離することができる。また、第２ファンにより第１室内の空気が循環されるので、第１室内の空気が過度に高温になるのを抑制することができる。これにより、許容温度が高い第１電気機器であっても、過度な高温環境下にさらされることに起因して不具合が生じるのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、仕切り壁は、第１電気機器と第２電気機器とを接続するための配線が通過する配線孔を含む。このように構成すれば、第１室内と第２室内とを熱的に分離する仕切り壁を設けたとしても、配線を配線孔に通過させることによって、第１電気機器と第２電気機器とを容易に接続することができる。

本発明によれば、上記のように、許容温度が低い第２電気機器（制御部を含む電気機器）の温度が許容温度を超えて高くなるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態による編成状態の高速鉄道車両を示した概略側面図である。 本発明の一実施形態による高速鉄道車両を下方から見た斜視図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置を下方から見た斜視図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の天板を除く分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の天板を取り外した状態を示した上面図である。 図５の３００−３００線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の制御室側の側板を取り外した状態を示した側面図である。 本発明の一実施形態の変形例による電力変換装置の側面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［高速鉄道車両の構成］
図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による鉄道車両用電力変換装置１００（以下、電力変換装置１００と称する）が設置される高速鉄道車両１０の構成について説明する。

高速鉄道車両１０は、複数の車両が編成された状態で、たとえば、１８０ｋｍ／ｈ以上で走行する高速鉄道車両である。高速鉄道車両１０は、図１に示すように、交流電源としての架線１から供給される電力により走行するように構成されている。なお、本実施形態では、高速鉄道車両１０が進行方向（Ｘ方向）のうち、Ｘ１方向側からＸ２方向側に向かって走行する場合について説明する。また、高速鉄道車両１０は、特許請求の範囲の「鉄道車両」の一例である。

高速鉄道車両１０は、図１および図２に示すように、車体１１と、パンタグラフ１２と、電力変換装置１００と、誘導電動機および空調機器などの電気機器１３とを備えている。

図３に示すように、車体１１の底部１１ａには、電力変換装置１００を吊り下げた状態で取り付けるための、一対のレール１１ｂが設けられている。これにより、電力変換装置１００は、高速鉄道車両１０の車体１１の底部１１ａの下方（Ｚ２方向）に取り付けられている。

パンタグラフ１２は、図１に示すように、架線１から電力を受け取る役割を有する。電力変換装置１００は、図示しない変圧器により変圧されたパンタグラフ１２からの交流電圧を、所望の３相交流電圧および周波数に変換して電気機器１３などに出力する役割を有する。

［電力変換装置の構成］
次に、図３〜図７を参照して、本発明の一実施形態による電力変換装置１００の詳細な構成について説明する。

電力変換装置１００は、図３に示すように、金属製の筐体２０と、筐体２０の内部に配置される電力変換装置本体３０（図４参照）と、筐体２０を車体１１のレール１１ｂに取り付けるための複数の取付部４０とを含んでいる。

筐体２０は、図４〜図６に示すように、３つの部屋（主回路室２０ａ、制御室２０ｂおよび補助機器室２０ｃ）に区分けされている。主回路室２０ａは、筐体２０の枕木方向（Ｙ方向）の中央に位置し、制御室２０ｂは、筐体２０の枕木方向の一方側（Ｙ１方向側）に位置し、補助機器室２０ｃは、筐体２０の枕木方向の他方側（Ｙ２方向側）に位置している。なお、主回路室２０ａは、特許請求の範囲の「第１室」の一例であり、制御室２０ｂは、特許請求の範囲の「第２室」の一例である。

筐体２０は、天板２１と、側板２２、２３、２４および２５とを含んでいる。図６に示すように、天板２１は、上側（Ｚ１方向側）に配置され、筐体２０の上面部を構成している。図４および図５に示すように、側板２２および２３は、それぞれ、進行方向（Ｘ方向）の一方側（Ｘ１方向側）および他方側（Ｘ２方向側）において、筐体２０の側面部を構成している。側板２４および２５は、それぞれ、枕木方向（Ｙ方向）のＹ１方向側およびＹ２方向側において、筐体２０の側面部を構成している。

また、高速鉄道車両１０が走行する際には、図３に示すように、側板２４および２５の外側と、筐体２０の下面部の外側とにおいて走行風が流れる。

電力変換装置本体３０は、図４および図５に示すように、主回路部３１と、制御ユニット３２と、第１補助電気機器３３と、第２補助電気機器３４とを含んでいる。なお、主回路部３１は、特許請求の範囲の「第１電気機器」の一例であり、制御ユニット３２は、特許請求の範囲の「制御部」および「第２電気機器」の一例である。

主回路部３１は、インバータおよびコンバータを含み、パンタグラフ１２（図１参照）からの交流電圧を、所望の３相交流電圧および周波数に変換する機能を有している。また、主回路部３１は、複数のフィルタトランジスタ（図示せず）が配置されるトランジスタ部３１ａと、スイッチング素子などの半導体素子が配置される複数の半導体素子部３１ｂと、半導体素子部３１ｂを冷却する冷却部３１ｃとを含んでいる。冷却部３１ｃには、筐体２０の下部から外部に露出するように形成され、主回路部３１の熱を外部に放出する冷却フィン３１ｄが複数設けられている。

制御ユニット３２は、主回路部３１の図示しないゲートの切替などの電力変換装置１００全体の制御を行う機能を有している。また、制御ユニット３２は、上下方向（Ｚ方向）に延びる板状の複数の制御板３２ａが、進行方向（Ｘ方向）に並んで配置されることによって、形成されている。これにより、制御ユニット３２は、制御板３２ａ同士の間を上下方向に空気が流通することが可能なように構成されている。

第１補助電気機器３３には、ゲートに電源を供給するゲート電源、および、接地（地絡）を検知する接地検知回路（ＧＣＴ）などの複数の電気機器が含まれる。第２補助電気機器３４には、過電圧が主回路部３１に加えられるのを抑制するための過電圧保護回路（ＯＶＴ）および充電回路などの複数の電気機器が含まれる。

また、主回路部３１は、平面視において、筐体２０の主回路室２０ａ内の略全域に配置されている。制御ユニット３２は、平面視において、筐体２０の制御室２０ｂ内のうち、進行方向（Ｘ方向）の略中央で、かつ、Ｙ２方向側に配置されている。第１補助電気機器３３は、平面視において、筐体２０の制御室２０ｂ内のうち、制御ユニット３２のＸ１方向側およびＸ２方向側にそれぞれ配置されている。第２補助電気機器３４は、筐体２０の補助機器室２０ｃ内に配置されている。

また、主回路部３１は、いわゆる高圧機器であり、駆動時に高い電圧が印加されることにより発熱量が大きい。また、主回路部３１および第２補助電気機器３４は、許容温度が高い。一方、制御ユニット３２は、いわゆる低圧機器であり、低い電圧が印加されることにより発熱量が小さい。また、制御ユニット３２は、許容温度が低い。

ここで、本実施形態では、図４および図５に示すように、筐体２０のＸ１方向側の側板２２における内面２２ａには、内面２２ａからＸ２方向側（制御室２０ｂ内）に突出する複数のリブ２２ｂが設けられている。この複数のリブ２２ｂは、側板２２のうち、制御室２０ｂの側面部を構成する側板２２の部分２２ｃに形成されている。同様に、筐体２０のＸ２方向側の側板２３における内面２３ａには、内面２３ａからＸ１方向側（制御室２０ｂ内）に突出する複数のリブ２３ｂが設けられている。この複数のリブ２３ｂは、側板２３のうち、制御室２０ｂの側面部を構成する側板２３の部分２３ｃに形成されている。また、複数のリブ２２ｂおよび２３ｂは、共に、枕木方向（Ｙ方向）に並んで形成されているとともに、それぞれ、内面２２ａおよび２３ａに沿って上下方向（Ｚ方向）に延びる板状に形成されている。なお、リブ２２ｂおよび２３ｂは、特許請求の範囲の「放熱促進部」および「放熱部」の一例であり、内面２２ａおよび２３ａは、特許請求の範囲の「内側面」の一例である。

また、筐体２０のＹ１方向側の側板２４の内面２４ａには、内面２４ａからＹ２方向側（制御室２０ｂ内）に突出する複数のリブ２４ｂが設けられている。また、複数のリブ２４ｂは、進行方向（Ｘ方向）に並んで形成されているとともに、内面２４ａに沿って上下方向に延びる板状に形成されている。なお、リブ２４ｂは、特許請求の範囲の「放熱促進部」および「放熱部」の一例であり、内面２４ａは、特許請求の範囲の「内側面」の一例である。

また、複数のリブ２２ｂ、２３ｂおよび２４ｂは、共に、金属製であり、熱を吸収しやすい部材から構成されている。また、複数のリブ２２ｂ、２３ｂおよび２４ｂは、それぞれ、側板２２の内面２２ａ、側板２３の内面２３ａおよび側板２４の内面２４ａに一体的に設けられている。これにより、複数のリブ２２ｂ、２３ｂおよび２４ｂにより吸収された熱は、それぞれ、側板２２、２３および２４に効率的に伝達されて、側板２２、２３および２４から電力変換装置１００の外部に放出される。

また、筐体２０は、図４に示すように、Ｌ字状に折り曲げられた板部材２６および２７を含んでいる。板部材２６は、主回路室２０ａと制御室２０ｂとを仕切るように上下方向（Ｚ方向）に延びる壁部２６ａと、制御室２０ｂの底部を構成するように、壁部２６ａの下端部からＹ１方向側に延びる底板部２６ｂとを有している。板部材２７は、主回路室２０ａと制御室２０ｃとを仕切るように上下方向に延びる壁部２７ａと、制御室２０ｃの底部を構成するように、壁部２７ａの下端部からＹ２方向側に延びる底板部２７ｂとを有している。なお、壁部２６ａは、特許請求の範囲の「仕切り壁」の一例である。

板部材２６の壁部２６ａには、配線５０を通過させるための配線孔２６ｃが設けられている。この配線孔２６ｃは、壁部２６ａを枕木方向（Ｙ方向）に貫通するように、壁部２６ａのＸ１方向側で、かつ、Ｚ１方向側に形成されている。なお、配線孔２６ｃは、特許請求の範囲の「孔部」の一例である。

配線５０は、主回路室２０ａ内の主回路部３１と、制御室２０ｂ内の制御ユニット３２とを接続している。なお、図４には、配線５０を図示しているが、実際は、配線５０は、主回路室２０ａにおいて、筐体２０の天板２１の内面に沿うように取り回されている。

板部材２６（壁部２６ａ）には、板部材２６を枕木方向に貫通するように配置されるファンは設けられていない。

板部材２７には、図４および図５に示すように、２個のファン５１ａおよび５１ｂが設けられている。ファン５１ａおよび５１ｂは、板部材２７の壁部２７ａを枕木方向（Ｙ方向）に貫通するように、板部材２７に取り付けられている。ファン５１ａは、壁部２７ａのＸ２方向側で、かつ、Ｚ１方向側に配置されており、補助機器室２０ｃから主回路室２０ａに向かってＹ１方向に空気を流通するように構成されている。ファン５１ｂは、壁部２７ａのＸ１方向側で、かつ、Ｚ１方向側に配置されており、主回路室２０ａから補助機器室２０ｃに向かってＹ２方向に空気を流通させるように構成されている。また、補助機器室２０ｃの進行方向（Ｘ方向）の略中央で、かつ、Ｚ１方向側には、Ｘ２方向に空気を流通させるファン５１ｃが配置されている。なお、ファン５１ａ〜５１ｃは、特許請求の範囲の「第２ファン」の一例である。

この結果、３個のファン５１ａ〜５１ｃにより、主回路室２０ａと補助機器室２０ｃとの間で空気が循環するように構成されている。つまり、筐体２０のＸ１方向側において、空気は、Ｙ１方向側からＹ２方向側に向かって流れ、筐体２０のＸ２方向側において、空気は、Ｙ２方向側からＹ１方向側に向かって流れる。また、筐体２０（主回路室２０ａ）のＹ１方向側において、空気は、Ｘ２方向側からＸ１方向側に向かって流れ、筐体２０（補助機器室２０ｃ）のＹ２方向側において、空気は、Ｘ１方向側からＸ２方向側に向かって流れる。なお、ファン５１ａおよび５１ｂが共にＺ１方向側に配置されていることによって、主回路室２０ａを流通する空気は、主回路室２０ａの上部を流通するように構成されている。

また、主回路室２０ａと補助機器室２０ｃとの間を循環する空気は、筐体２０と熱交換を行うことにより冷却される。なお、側板２５では、高速鉄道車両１０の走行風により、側板２５と外気との熱交換がより効率的に行われやすい。この結果、主回路室２０ａと補助機器室２０ｃとの間を循環する空気は、主に、補助機器室２０ｃにおいて冷却される。

ここで、本実施形態では、図４および図５に示すように、板部材２６の壁部２６ａは、主回路室２０ａを循環する空気が制御室２０ｂに流入するのを遮断する機能を有している。これにより、板部材２６の壁部２６ａにより、主回路室２０ａと制御室２０ｂとが熱的に分離されている。また、配線孔２６ｃが、壁部２６ａのＸ１方向側で、かつ、Ｚ１方向側に設けられていることによって、配線孔２６ｃを介して、主回路室２０ａの空気が、主回路室２０ａから制御室２０ｂに流入するのが抑制されている。つまり、主回路室２０ａにおいて、Ｘ１方向側における空気の流れる方向が、Ｙ１方向側からＹ２方向側に向かう方向（配線孔２６ｃから離間する方向）であるので、壁部２６ａのＸ１方向側に設けられた配線孔２６ｃに、主回路室２０ａの空気が流入するのが抑制されている。これにより、配線孔２６ｃを板部材２６（壁部２６ａ）に設けた場合であっても、壁部２６ａにより、主回路室２０ａと制御室２０ｂとが熱的に分離された状態が維持されている。

また、筐体２０の制御室２０ｂには、図７に示すように、保持部６０と、２個のファン６１および６２とが設けられている。ファン６１および６２は、進行方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。また、ファン６１および６２は、制御室２０ｂ内の空気を循環させる機能を有している。なお、ファン６１および６２は、特許請求の範囲の「第１ファン」および「放熱部」の一例である。

保持部６０は、制御ユニット３２を下方（Ｚ２方向）から支持する支持部６３と、制御ユニット３２の進行方向の両側にそれぞれ配置された側板部６４および６５とを有している。支持部６３は、枠状に形成されており、平面視における略中央に、開口６３ａが形成されている。そして、支持部６３の下面には、開口６３ａを介して、下方から上方に向かって送風する２個のファン６１および６２が取り付けられている。つまり、ファン６１および６２は、制御ユニット３２の制御板３２ａ同士の間を、下方から上方に向かって空気を流すように、制御ユニット３２の下方に配置されている。また、図５に示すように、ファン６１および６２は、平面的に見て、全体が制御ユニット３２とオーバーラップするように、制御ユニット３２の下方に配置されている。

側板部６４および６５は、図７に示すように、支持部６３から天板２１まで上下方向（Ｚ方向）に延びるように形成されている。また、図４に示すように、側板部６４および６５は、枕木方向（Ｙ方向）に延びる板状の部材から構成されている。また、側板部６４および６５は、進行方向からの側面視において、制御ユニット３２の全体を覆うように形成されている。

側板部６４の上部および側板部６５の上部には、それぞれ、孔部６４ａおよび６５ａが形成されている。孔部６４ａおよび６５ａは、進行方向からの側面視において円状に形成されている。また、孔部６４ａおよび６５ａは、少なくとも一部が制御ユニット３２の上面３２ｂよりも上方に露出するように形成されている。なお、孔部６４ａおよび６５ａは、少なくとも上半分が制御ユニット３２の上面３２ｂよりも上方に露出するのが好ましい。

次に、制御室２０ｂ内での空気の循環経路（流れ）を説明する。

２個のファン６１および６２から上方に向かって流れる空気は、ファン６１および６２の上方に配置された、制御ユニット３２の複数の制御板３２ａ同士の間を通過する。これにより、空気が制御板３２ａの熱を吸収して暖められるとともに、制御ユニット３２が冷却される。そして、暖められた空気は、制御ユニット３２の上面３２ｂから、制御ユニット３２の外部に放出される。

その後、制御ユニット３２により暖められた空気の一部は、側板部６４の孔部６４ａを介して、制御ユニット３２が位置する制御室２０ｂの進行方向の中央の空間から、側板部６４のＸ１方向側の空間に流れる。そして、側板部６４のＸ１方向側の空間に流入した空気は、第１補助電気機器３３を冷却しながら、側板２２に沿って、上方から下方に向かって流れる。その際、側板２２に一体的に形成された複数のリブ２２ｂにより、暖められた空気から熱が吸収されることによって、空気は冷却される。なお、複数のリブ２２ｂにより吸収された熱は、側板２２を介して、電力変換装置１００の外部に放出される。冷却された空気は、側板２２の下部に到達した後、Ｙ１方向側に向かって流れる。その後、空気は、側板２４に沿って、Ｘ２方向側（制御ユニット３２側）に向かって流れる。

また、制御ユニット３２により暖められた空気の一部は、側板部６５の孔部６５ａを介して、制御ユニット３２が位置する制御室２０ｂの進行方向の中央の空間から、側板部６５のＸ２方向側の空間に流れる。そして、側板部６５のＸ２方向側の空間に流入した空気は、第１補助電気機器３３を冷却しながら、側板２３に沿って、上方から下方に向かって流れる。その際、側板２３に一体的に形成された複数のリブ２３ｂにより、暖められた空気から熱が吸収されることによって、空気は冷却される。なお、複数のリブ２３ｂにより吸収された熱は、側板２３を介して、電力変換装置１００の外部に放出される。冷却された空気は、側板２３の下部に到達した後、Ｙ１方向側に向かって流れる。その後、空気は、側板２４に沿って、Ｘ１方向側（制御ユニット３２側）に向かって流れる。

また、制御ユニット３２により暖められた空気の一部は、側板部６４および６５に沿ってＹ１方向側に流れて、側板２４に到達し、側板２４に沿って、上方から下方に向かって流れる。その際、側板２４に一体的に形成された複数のリブ２４ｂにより、暖められた空気から熱が吸収されることによって、空気は冷却される。なお、複数のリブ２４ｂにより吸収された熱は、側板２４を介して、電力変換装置１００の外部に放出される。この際、側板２４の外部には、高速鉄道車両１０の走行風が流れていることによって、側板２４（リブ２４ｂ）による吸熱効率は、側板２２（リブ２２ｂ）および側板２３（リブ２３ｂ）よりも大きくなる。その後、冷却された空気は、側板２４の下部に到達した後、側板２４に沿って、制御ユニット３２側に向かって流れる。

そして、側板２２〜２４により冷却された空気は、Ｙ１方向側の下部から２個のファン６１および６２に向かって流れ、再度、ファン６１および６２により制御ユニット３２を冷却するように上方に向かって送風される。

これにより、制御室２０ｂ内において、ファン６１および６２により空気が循環する。その際、制御ユニット３２および第１補助電気機器３３の熱を吸収して暖められた空気は、空気の循環経路に位置する複数のリブ２２ｂ、複数のリブ２３ｂおよび複数のリブ２４ｂにより冷却される。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、電力の変換が行われる主回路部３１が配置される主回路室２０ａ内と、主回路部３１よりも発熱量が小さく、かつ、主回路部３１よりも許容温度が低いとともに、主回路部３１を制御する制御ユニット３２が配置される制御室２０ｂ内とを、熱的に分離するための壁部２６ａを設ける。これにより、主回路部３１により暖められた主回路室２０ａ内の空気の熱により、制御室２０ｂ内の空気の温度が高くなるのを抑制することができるので、制御室２０ｂ内に配置された許容温度が低い制御ユニット３２の温度が高くなるのを抑制することができる。また、制御室２０ｂ内に、制御室２０ｂ内の空気の熱を放出するためのリブ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、ファン６１および６２を設ける。これにより、リブ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、ファン６１および６２により、制御ユニット３２において発生した熱を、制御ユニット３２から逃がすことができる。これらの結果、許容温度が低い制御ユニット３２の温度が許容温度を超えて高くなるのを抑制することができる。これにより、主回路部３１、制御ユニット３２、第１補助電気機器３３および第２補助電気機器３４を密集して配置することができるので、電力変換装置１００の小型化を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、主回路室２０ａ内と制御室２０ｂ内とが熱的に分離されているので、制御ユニット３２を許容温度以下に十分に冷却するために、ファンを大型化する必要がないとともに、ファンを多く設ける必要もない。これにより、部品点数の増加を抑制しつつ、電力変換装置１００の小型化を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御室２０ｂ内に、制御室２０ｂ内の空気を循環させるファン６１および６２を設ける。これにより、ファン６１および６２により空気が制御室２０ｂ内に循環されることによって、制御ユニット３２において発生した熱を、制御ユニット３２から効果的に逃がすことができるので、許容温度が低い制御ユニット３２の温度が許容温度を超えて高くなるのを確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ファン６１および６２により制御室２０ｂ内に循環される空気の熱を、筐体２０の外部へ放出するのを促進するリブ２２ｂ、２３ｂ、および２４ｂを設ける。これにより、リブ２２ｂ、２３ｂ、および２４ｂにより、制御室２０ｂ内に循環される空気の熱を筐体２０の外部に放出しやすくすることができるので、制御室２０ｂ内を循環する空気により、制御ユニット３２を効果的に冷却することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数のリブ２２ｂ、複数のリブ２３ｂ、および、複数のリブ２４ｂを、ファン６１および６２による空気の循環経路に配置するとともに、筐体２０の内面２２ａ、２３ａおよび２４ａから制御室２０ｂ内に向かってそれぞれ突出するように設ける。これにより、空気の循環経路に配置された複数のリブ２２ｂ、複数のリブ２３ｂ、および、複数のリブ２４ｂにより、制御室２０ｂ内の空気の熱を効率的に吸収して、制御室２０ｂ内の空気を冷却することができる。そして、冷却された空気が制御室２０ｂ内に循環されることにより、制御ユニット３２をより効果的に冷却することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数のリブ２２ｂ、複数のリブ２３ｂ、および、複数のリブ２４ｂを、それぞれ、側板２２の内面２２ａ、側板２３の内面２３ａおよび側板２４の内面２４ａに一体的に設ける。これにより、筐体２０に一体的に設けられた複数のリブ２２ｂ、複数のリブ２３ｂ、および、複数のリブ２４ｂに吸収された熱を筐体２０に容易に伝達することができるので、制御室２０ｂ内の空気の熱をさらに効率的に吸収して、制御室２０ｂ内の空気を冷却することができる。そして、冷却された空気が制御室２０ｂ内に循環されることにより、制御ユニット３２をさらに効果的に冷却することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御ユニット３２を、上下方向（Ｚ方向）に延びる複数の制御板３２ａから構成するとともに、ファン６１および６２を、制御板３２ａ同士の間を、下方から上方に向かって空気を流すように、制御ユニット３２の下方に配置する。これにより、ファン６１および６２により、複数の制御板３２ａから構成された制御ユニット３２をより効果的に冷却することができる。また、ファン６１および６２を、下方から上方に向かって空気を流すように、制御ユニット３２の下方に配置する。これにより、制御ユニット３２の制御板３２ａ同士の間を通過して暖められた空気が、制御室２０ｂ内を循環することによって冷却された状態で、ファン６１および６２に空気が吸い込まれるので、ファン６１および６２に吸い込まれる空気の温度を低下させることができる。この結果、高温の空気に起因してファン６１および６２の耐用年数が短くなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、壁部２６ａにより、ファン５１ａ〜５１ｃにより主回路室２０ａ内を循環する空気が、制御室２０ｂに流入するのを遮断することによって、主回路室２０ａ内と制御室２０ｂ内とを熱的に分離するように、電力変換装置１００を構成する。これにより、壁部２６ａにより、ファン５１ａ〜５１ｃにより主回路室２０ａ内を循環する空気が、制御室２０ｂに流入するのが遮断されるので、主回路室２０ａ内と制御室２０ｂ内とを容易に熱的に分離することができる。また、ファン５１ａ〜５１ｃにより主回路室２０ａ内の空気が循環されるので、主回路室２０ａ内の空気が過度に高温になるのを抑制することができる。これにより、許容温度が高い主回路部３１であっても、過度な高温環境下にさらされることに起因して不具合が生じるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、壁部２６ａに、主回路部３１と制御ユニット３２とを接続するための配線５０が通過する配線孔２６ｃを設ける。これにより、主回路室２０ａ内と制御室２０ｂ内とを熱的に分離する壁部２６ａを設けたとしても、配線５０を配線孔２６ｃに通過させることによって、主回路部３１と制御ユニット３２とを容易に接続することができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、特許請求の範囲の「放熱部の放熱促進部」の一例として、制御室２０ｂ内に向かって突出する複数のリブ２２ｂ、複数のリブ２３ｂ、および、複数のリブ２４ｂを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、特許請求の範囲の「放熱部の放熱促進部」の一例としてのリブを、鉄道車両用電力変換装置の外側に突出するように設けてもよい。具体的な一例としては、図８に示す本発明の一実施形態の変形例の鉄道車両用電力変換装置２００のように、板部材１２６における底板部１２６ｂに、筐体１２０の外側に向かって下方に突出する、複数の外側リブ１２６ｄを設けてもよい。これにより、底板部１２６ｂに伝達された熱を、複数の外側リブ１２６ｄを介して、筐体１２０の外部に迅速に放出することが可能である。なお、外側リブ１２６ｄは、特許請求の範囲の「放熱促進部」および「放熱部」の一例である。

なお、リブを筐体から外側に突出するように設ける場合には、熱交換を効率的に行うために、走行風が流通する筐体の底部または側面部に設けるのが好ましい。また、リブを筐体から外側に突出するように設ける場合には、鉄道車両の走行の抵抗を小さくするために、リブを上下方向に延びるように設けずに、走行方向および枕木方向に延びるように設けるのが好ましい。

また、上記実施形態では、特許請求の範囲の「放熱部の放熱促進部」の一例として、Ｘ１方向側の側板２２、Ｘ２方向側の側板２３およびＹ１方向側の側板２４に、複数のリブ（複数のリブ２２ｂ、複数のリブ２３ｂ、および、複数のリブ２４ｂ）をそれぞれ設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、リブを、側板のいずれか１個または２個にのみ設けてもよい。さらに、リブを、筐体の天板に設けてもよい。また、リブを、側板に複数設けずに、側板（底板または天板）に１つだけ設けてもよい。

また、上記実施形態では、特許請求の範囲の「放熱部」の一例として、リブ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、ファン６１および６２を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２室内の空気を放熱する、リブおよびファン以外の放熱部を第２室内に設けてもよい。たとえば、第２室内の空気を放熱する熱交換器を、放熱部として第２室内に設けてもよい。

また、上記実施形態では、特許請求の範囲の「放熱部」の一例として、リブ２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、ファン６１および６２を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２室内にリブを設けずに、ファンのみを設けてもよい。

また、上記実施形態では、制御室２０ｂ内に２個のファン６１および６２を配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ファンの数は１個でもよいし、３個以上であってもよい。なお、ファンの数は２個以上である方が、１個のファンに不具合が生じた場合であっても他のファンにより制御部を冷却し続けることが可能なため好ましい。つまり、ファンの数は複数でかつ少数である方が、部品点数の抑制の観点と制御部の冷却維持の観点とから好ましい。

また、上記実施形態では、２個のファン６１および６２を、制御ユニット３２（制御部）の下方に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ファンは、第２室内に配置されていればよい。たとえば、ファンを制御部の上方に配置してもよい。なお、制御部を効率的に冷却するために、制御部の近傍にファンを配置するのが好ましい。

また、上記実施形態では、特許請求の範囲の「第１電気機器」の一例として、主回路部３１を示し、特許請求の範囲の「第２電気機器」の一例として、制御ユニット３２（制御部）を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、特許請求の範囲の「第１電気機器」に主回路部以外の電気機器を含めてもよいし、特許請求の範囲の「第２電気機器」に制御部以外の電気機器を含めてもよい。また、特許請求の範囲の「第１室」の一例として、主回路室２０ａを示し、特許請求の範囲の「第２室」の一例として、制御室２０ｂを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、特許請求の範囲の「第１室」に主回路室以外の部屋（たとえば、上記実施形態の補助機器室２０ｃなど）を含めてもよいし、特許請求の範囲の「第２室」に制御室以外の部屋を含めてもよい。

１０ 高速鉄道車両（鉄道車両）
２０、１２０ 筐体
２０ａ 主回路室（第１室）
２０ｂ 制御室（第２室）
２２ａ、２３ａ、２４ａ 内面（内側面）
２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ リブ（放熱促進部、放熱部）
２６ａ 壁部（仕切り壁）
２６ｃ 配線孔
３１ 主回路部（第１電気機器）
３２ 制御ユニット（制御部、第２電気機器）
３２ａ 制御板
５０ 配線
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ ファン（第２ファン）
６１、６２ ファン（第１ファン、放熱部）
１００、２００ 鉄道車両用電力変換装置
１２６ｄ 外側リブ（放熱促進部、放熱部）

Claims (5)

1. 第１室と、第２室とを含む筐体と、
   前記第１室内に配置され、電力の変換が行われる主回路部を含む第１電気機器と、
   前記第２室内に配置され、前記第１電気機器よりも発熱量が小さく、かつ、前記第１電気機器よりも許容温度が低いとともに、前記主回路部を制御する制御部を含む第２電気機器と、
   前記第１室内と前記第２室内とを熱的に分離するための仕切り壁と、
   前記第２室内に設けられ、前記第２室内の空気の熱を放出するための放熱部と、を備え、
   前記放熱部は、前記第２室内に配置され、前記第２室内の空気を循環させる第１ファンと、前記第１ファンにより前記第２室内に循環される空気の熱を、前記筐体の外部へ放出するのを促進する放熱促進部と、を含み、
   前記第１ファンは、前記第２室内において、上下方向に空気を流すように配置されており、
   前記放熱促進部は、前記第１ファンによる空気の循環経路に配置され、少なくとも鉄道車両の進行方向と交差するように延びる前記筐体の内側面から、前記第２室内に向かって突出するように設けられる複数のリブを有し、
   前記第２室内に突出する前記複数のリブは、前記第２室内において前記第１ファンにより空気が流される上下方向に沿って延びるように配置されている、鉄道車両用電力変換装置。
2. 前記複数のリブは、前記筐体の前記内側面に一体的に設けられている、請求項１に記載の鉄道車両用電力変換装置。
3. 前記制御部は、上下方向に延びる複数の制御板から構成されており、
   前記第１ファンは、前記制御板同士の間を、下方から上方に向かって空気を流すように、前記制御部の下方に配置されている、請求項１または２に記載の鉄道車両用電力変換装置。
4. 前記第１室内に配置され、前記第１室内の空気を循環させる第２ファンをさらに備え、
   前記仕切り壁は、前記第２ファンにより前記第１室内を循環する空気が、前記第２室に流入するのを遮断することによって、前記第１室内と前記第２室内とを熱的に分離している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。
5. 前記仕切り壁には、前記第１電気機器と前記第２電気機器とを接続するための配線が通過する配線孔が形成されている、請求項４に記載の鉄道車両用電力変換装置。

Images