JP7132091B2 - Power converter and railway vehicle - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電力変換装置及び鉄道車両に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to power converters and railcars.
鉄道車両には、架線から供給される電力を所望の電力に変換して主電動機等の駆動を制御する電力変換装置が搭載されている。この種の電力変換装置は、半導体素子と、半導体素子を冷却する冷却器と、を有している。 2. Description of the Related Art A railway vehicle is equipped with a power conversion device that converts power supplied from an overhead wire into desired power and controls driving of a traction motor and the like. This type of power conversion device has a semiconductor element and a cooler that cools the semiconductor element.
上述した冷却器として、低騒音化、省エネ化及びメンテナンスフリー等の観点から鉄道車両の走行時の走行風により冷却する自然空冷式の冷却器が知られている。 As the above-mentioned cooler, a natural air-cooling type cooler is known that cools with running wind when a railroad vehicle is running from the viewpoints of noise reduction, energy saving, maintenance-free, and the like.
自然空冷式の冷却器は、半導体素子が搭載された受熱ブロックと、受熱ブロックに接続された複数のフィンと、を備える。複数のフィンは、走行想定方向に沿った姿勢であって、且つ、走行想定方向及び重力方向に対して直交する方向に所定の間隔を開けて配置される。 A natural air cooling cooler includes a heat receiving block on which a semiconductor element is mounted, and a plurality of fins connected to the heat receiving block. The plurality of fins are positioned along the assumed traveling direction and arranged at predetermined intervals in a direction orthogonal to the assumed traveling direction and the direction of gravity.
鉄道車両の走行時において走行風が隣り合うフィンの間の流通路を通過することで、走行風とフィンとの間で熱交換が行われる。このように、自然空冷式の冷却器は、フィンを介して半導体素子で発生する熱を放熱する。 When the railroad vehicle is running, heat is exchanged between the running wind and the fins by passing the running wind through the flow passages between the adjacent fins. In this way, the natural air-cooling cooler dissipates the heat generated in the semiconductor device via the fins.
一般的に、流通路内は走行風が通過する際の圧力損失が大きい。このため、鉄道車両における走行方向の前方から流通路内に流入する走行風が、流通路内における走行方向の後方側の端部まで到達せずに流通路から流出する虞がある。 In general, there is a large pressure loss when running wind passes through the flow passage. Therefore, there is a risk that the running wind that flows into the flow passage from the front in the running direction of the railcar may flow out of the flow passage without reaching the end on the rear side in the running direction in the flow passage.
本発明が解決しようとする課題は、走行風を効果的に複数のフィン間の流通路に供給し、所望の冷却性能及び強度を確保できる電力変換装置及び鉄道車両を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a power conversion device and a railway vehicle that can effectively supply running wind to a flow passage between a plurality of fins and ensure desired cooling performance and strength.
実施形態によれば、電力変換装置は、半導体素子と、受熱ブロックと、複数のフィンと、受風部材と、を備える。半導体素子は、車両を駆動する電力を出力可能である。受熱ブロックは、前記半導体素子が搭載される。複数のフィンは、前記受熱ブロックに設けられ、前記車両の走行想定方向に直交する方向に所定の隙間を有して配置される。受風部材は、前記複数のフィンの前記走行想定方向で両端の下面にそれぞれ接合された一対の基部、及び、前記一対の基部のそれぞれから前記複数のフィンの下方に延びる、前記車両の走行風を受ける一対の鍔部を含む。 According to an embodiment, a power converter includes a semiconductor element, a heat receiving block, a plurality of fins, and a wind receiving member. The semiconductor device can output electric power for driving the vehicle. The semiconductor element is mounted on the heat receiving block. A plurality of fins are provided on the heat receiving block, and are arranged with a predetermined gap in a direction orthogonal to an assumed running direction of the vehicle. The wind receiving member includes a pair of base portions respectively joined to the lower surfaces of both ends of the plurality of fins in the assumed running direction, and the wind of the vehicle extending from each of the pair of base portions below the plurality of fins. includes a pair of collars for receiving
以下、実施形態に係る電力変換装置4及び鉄道車両1について、図1乃至図3を用いて説明する。なお、各図において、説明の便宜上、各構成の縮尺を適宜変更するとともに、一部省略又は簡略化して説明する。また、図中、矢印X、Y、Zはそれぞれ互いに直交する3方向を示す。また、本実施形態においては、図中のX方向が鉄道車両1の前後方向を、Y方向が鉄道車両の幅方向を、Z方向が重力方向を示す。また、鉄道車両1の前後方向は、鉄道車両1の走行想定方向である。
A
図1は、実施形態に係る鉄道車両1の構成を模式的に示す側面図であり、図2は、鉄道車両1に用いられる電力変換装置4の構成を模式的に示す断面図である。図3は、電力変換装置4に用いられるヒートシンク31の構成を下方から示す斜視図である。
FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of a
図1に示すように、鉄道車両1は、車体2と、台車3と、電力変換装置4と、を備えている。鉄道車両1は、レール100等を敷いた専用通路(軌道)上を走行可能に構成される。また、鉄道車両1は、電力変換装置4を備える構成であれば、適宜設定できる。
As shown in FIG. 1 , the
車体2は、前後方向に長く構成される。例えば、車体2は、前後方向に長い略直方体形状に形成される。なお、車体2の形状は、この形状に限定されず、適宜設定可能である。車体2は、天井に重力方向で上方に向けて設けられたパンタグラフ2aを備える。パンタグラフ2aは、レール100上に一定の距離を開けて設定された架線101に接触可能に構成される。
The
台車3は、例えば、台車バネ11と、台車枠12と、複数の車軸13と、複数の車輪14と、主電動機15と、を備える。台車3は、例えば、車体2の床下における走行想定方向の両端部にそれぞれ設けられる。
The
台車バネ11は、例えば、空気バネである。台車枠12は、台車バネを介して車体2の床下に接続される。
The
複数の車軸13は、台車枠12に回転可能に支持される。例えば、車軸13は、台車枠12の走行想定方向の両端部に一対設けられる。車軸13は、鉄道車両1の幅方向に延びる。
A plurality of
車輪14は、車軸13の両端部に取り付けられる。本実施形態において、車輪14は、一つの台車3に4つ設けられる。
主電動機15は、車軸13を回転させる。主電動機15は、例えば、台車枠12に支持される。例えば、主電動機15は、一対の車軸13のそれぞれを回転可能に、一対設けられる。具体例として、主電動機15は、交流電力により回転する回転軸と、回転軸の回転を車軸13に伝達する伝達機構と、を有する。
The
図1に示すように、電力変換装置4は、車体2の床下であって、且つ、走行想定方向において、一対の台車3の間に設けられる。電力変換装置4は、鉄道車両1の外部、本実施形態においては、パンタグラフ2aを介して架線101から供給される電力を変換する。図2に示すように、電力変換装置4は、半導体素子21と、筐体22と、冷却器23と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
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る。具体例として、半導体素子21は、架線101からパンタグラフ2aを介して入力された直流電力を交流電力に変換する。また、半導体素子21は、変換した交流電力を主電動機15等に供給する。このような半導体素子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する。
The
例えば、電力変換ユニットは、筐体22内にまとめて収容されている。また、例えば、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。
For example, the power conversion units are collectively accommodated within the
筐体22は、半導体素子21を収容する。筐体22は、例えば、直方体の箱状に形成される。例えば、筐体22は、上部に車体2の床下に連結される取付片を備える。そして、筐体22は、取付片を介して、車体2の床下に連結される。
The
冷却器23は、半導体素子21を冷却する。具体的に説明すると、冷却器23は、半導体素子21で発生する熱を放熱するヒートシンク31と、ヒートシンク31に接合された受風部材32と、を備える。このような冷却器23は、ヒートシンク31の後述する複数のフィン42及び受風部材32が筐体22外に配置されることで、複数のフィン42及び受風部材32が走行風を受ける受風部を構成する。
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形成される。ヒートシンク31は、車体2の床下に電力変換装置4が設けられた状態において、一部が筐体22の底壁部22aから重力方向で下方に突出するとともに、他部が筐体22内に配置される。換言すると、ヒートシンク31は、底壁部22aを貫通して、筐体22に固定される。
The
具体的に説明すると、図2に示すように、ヒートシンク31は、受熱ブロック41と、複数のフィン42と、を備える。
Specifically, as shown in FIG. 2 , the
受熱ブロック41は、筐体22の内部に配置される。受熱ブロック41は、矩形方体状に構成される。受熱ブロック41は、車体2の床下に電力変換装置4が設けられた状態において、底壁部22aから重力方向で上方に向かって突出して、筐体22内に配置される。
The
受熱ブロック41は、上面に半導体素子21を搭載する。即ち、受熱ブロック41は、半導体素子21に接続される。本実施形態では、図2に示すように、受熱ブロック41の上部に、3つの半導体素子21が走行想定方向に互いに間隔をあけて配置される例を用いて説明する。
The
複数のフィン42は、受風部を構成する。複数のフィン42は、筐体22の外部に配置される。複数のフィン42は、車体2の床下に電力変換装置4が設けられた状態において、底壁部22aに対して重力方向で下方に向かって延びる。
The plurality of
フィン42は、一方向に長い矩形の薄板状に形成される。フィン42は、車体2の床下に電力変換装置4が設けられた状態において、鉄道車両1の幅方向を厚さ方向とし、走行想定方向を長手方向となる姿勢で受熱ブロック41に配置される。また、複数のフィン42は、フィン42の厚さ方向に所定の間隔を開けて配置される。
The
換言すると、複数のフィン42は、車体2の床下に電力変換装置4が設けられた状態において、主面が走行想定方向に沿った姿勢で、鉄道車両1の幅方向に所定の間隔を開けて平行に配置される。ここで、所定の間隔は、例えば、等間隔である。複数のフィン42は、隣り合うフィン42の間の隙間によって、走行風が流れる複数の流通路を構成する。複数のフィン42は、鉄道車両1の走行に伴い、主として走行想定方向に沿って流れる走行風を受け、走行風と熱交換を行う。
In other words, in a state where the
また、例えば、各フィン42は、走行想定方向で中央部の下面に受風部材32の後述する第2受風部材52の突起体52bの長手方向に直交する方向の断面形状と同形状の矩形状の切欠部70を有する。
Further, for example, each
受風部材32は、複数のフィン42の下面側に固定される。受風部材32は、一対の第1受風部材51と、第2受風部材52と、を備える。受風部材32は、複数のフィン42とともに、受風部を構成する。
The
第1受風部材51は、アルミニウム等の熱伝導率が高い材料により形成される。一対の第1受風部材51は、複数のフィン42の走行想定方向で両端側の下端にそれぞれ固定される。第1受風部材51は、一方向に長く構成される。第1受風部材51は、第1基部51aと、鍔部51bと、を含む。
The first
第1基部51aは、一方向に長い矩形板状に構成される。第1基部51aの長手方向の長さは、複数のフィン42の鉄道車両1の幅方向の一端側に配置されるフィン42から他端側に配置されるフィン42までの距離と同じ長さに設定される。
The
第1基部51aの短手方向の長さは、一対の第1受風部材51が複数のフィン42に固定されたときに、一対の第1基部51aが離間し、一対の第1基部51aの間に所定の隙間を生じさせる長さに設定される。
When the pair of first
ここで、所定の隙間は適宜設定されるが、当該隙間に第2受風部材52が配置された場合であっても、少なくとも複数のフィン42の下面の一部が外部に露出される隙間に設定される。
Here, the predetermined gap is appropriately set, but even if the second
第1基部51aは、重力方向を厚さ方向とし、そして、鉄道車両1の幅方向を長手方向として、複数のフィン42の下面であって、且つ、走行想定方向で複数のフィン42の両端部のそれぞれに固定される。第1基部51aは、例えば、自身の主面が複数のフィン42の下面に当接した状態で、溶接やロウ付け等によって、複数のフィン42に接合される。このような第1基部51aは、複数のフィン42に渡って接合されることで、複数のフィン42の強度を確保する補強部材を兼ねるとともに、走行風を複数のフィン42間の流通路に導入する案内部材を兼ねる。
The
鍔部51bは、長手方向の長さが第1基部51aの長手方向の長さと同じ長さを有する矩形板状に形成される。鍔部51bは、第1基部51aと一体に形成される。具体例として、鍔部51bは、走行想定方向を厚さ方向とし、鉄道車両1の幅方向を長手方向とし、そして、重力方向に沿って第1基部51aの走行想定方向で外側端部の下面から延びる。鍔部51bの走行想定方向の外面は、走行風を受ける。
The
鍔部51bは、走行想定方向で外側の端部が、複数のフィン42の走行想定方向の端部と、走行想定方向において一致する。換言すると、鍔部51bの走行想定方向で外側の側面が、複数のフィン42の走行想定方向の側面と、面一に設定される。
The
なお、各鍔部51bの走行想定方向の外側の端は、走行想定方向において、フィン42の端部よりもフィン42の中央部寄りの位置に配置されていてもよい。また、一対の鍔部51bの一方の走行想定方向の外側の端及び複数のフィン42の走行想定方向の外側の端が、走行想定方向において互いに一致し、そして、一対の鍔部51bの他方の走行想定方向の外側の端及び複数のフィン42の走行想定方向の外側の端が、走行想定方向において互いに一致していなくてもよい。
The outer end of each
また、一対の鍔部51bの下端は、重力方向で車体2の艤装限界と同一位置か、又は、重力方向で車体2の艤装限界よりも高い位置に配置される。
In addition, the lower ends of the pair of
第2受風部材52は、アルミニウム等の熱伝導率が高い材料により形成される。第2受風部材52は、複数のフィン42の走行想定方向で中央側の下端に固定される。第2受風部材52は、第2基部52aと、突起体52bと、を含む。
The second
第2基部52aは、一方向に長い矩形板状に構成される。第2基部52aの長手方向の長さは、複数のフィン42の鉄道車両1の幅方向の一端側に配置されるフィン42から他端側に配置されるフィン42までの距離と同じ長さに設定される。
The
第2基部52aの短手方向の長さは、一対の第1受風部材51が複数のフィン42に固定されたときに、一対の第1基部51aの間の隙間に配置可能であって、且つ、一対の第1基部51aと第2基部52aとの間に所定の隙間を生じさせる長さに設定される。
The length of the
第2基部52aは、重力方向を厚さ方向とし、そして、鉄道車両1の幅方向を長手方向として、複数のフィン42の下面であって、且つ、走行想定方向で複数のフィン42の両端部のそれぞれに固定される。第2基部52aは、例えば、自身の主面が複数のフィン42の下面に当接した状態で、溶接やロウ付け等によって、複数のフィン42に接合される。このような第2基部52aは、複数のフィン42に渡って接合されることで、複数のフィン42の強度を確保する補強部材を兼ねる。
The
突起体52bは、長手方向の長さが第2基部52aの長手方向の長さと同じ長さを有する矩形板状に形成される。具体例として、突起体52bは、走行想定方向を厚さ方向とし、鉄道車両1の幅方向を長手方向とし、そして、重力方向に沿って第2基部52aの走行想定方向で中央部の上面から延びる。突起体52bは、重力方向で流路部の下端側に配置され、流路部の走行想定方向の中央部において各流路部の開口断面積を縮小する。突起体52bの走行方向で前方の外面は、換言すると、突起体52bの風上側に位置する外面は、流通路を流れる走行風を受ける。
The
突起体52bは、複数のフィン42の切欠部70、及び、複数のフィン42間の流通路に配置される。突起体52bは、例えば、各フィン42に設けられた切欠部70に配置され、複数のフィン42の切欠部70に当接した状態で、溶接やロウ付け等によって、複数のフィン42に接合される。
The
このように構成された冷却器23は、複数のフィン42、一対の第1受風部材51、及び、第2受風部材52が筐体22の外部に配置される。そして、これら複数のフィン42、一対の第1受風部材51及び第2受風部材52が、走行想定方向に流れる走行風を受ける受風部を構成する。
In the cooler 23 configured as described above, the plurality of
次に、このように構成された鉄道車両1の電力変換装置4の作用について説明する。なお、鉄道車両1が走行想定方向で一方側に向かって走行する例を用いて説明する。
Next, the operation of the
先ず、鉄道車両1を走行させる場合は、電力変換装置4の半導体素子21は、架線101及びパンタグラフ2aを介して入力された直流電力を交流電力に変換する。そして、半導体素子21は、各主電動機15に変換した交流電力を供給する。各主電動機15は、供給された交流電力により回転する。主電動機15の回転力が車軸13に伝達されると、車軸13及び車輪14が回転する。これにより、鉄道車両1は、レール100に沿って、走行想定方向の一方側(走行方向の前方)に向かって走行する。
First, when the
この直流電力を交流電力に変換するときにおいて、半導体素子21では、電力変換時における電力損失に起因して熱が発生する。半導体素子21で発生した熱は、受熱ブロック41を介して各フィン42に伝達される。
When this DC power is converted into AC power, heat is generated in
一方、鉄道車両1が走行すると、鉄道車両1の周囲には主に走行想定方向の他方側(走行方向の後方)に向かって走行風が流れる。
On the other hand, when the
電力変換装置4の外部から流れ込んだ走行風は、一対の第1受風部材51のうち、走行想定方向で一方側に位置する第1受風部材51の第1基部51aの主面に沿って複数のフィン42間の流通路に流通する。そして、走行風は、複数のフィン42の外表面上、一対の第1受風部材51の外表面上、第2受風部材52の外表面上及び流通路内を通過する。その後、走行風は、電力変換装置4の外部に排出される。
The running wind that has flowed in from the outside of the
このとき、複数のフィン42と走行風との間で熱交換が行われることで、半導体素子21で発生する熱が複数のフィン42を介して放熱される。加えて、半導体素子21で発生した熱の一部は、複数のフィン42に接合された一対の第1受風部材51及び第2受風部材52に伝わり、そして、一対の第1受風部材51及び第2受風部材52を介して放熱される。
At this time, heat exchange is performed between the plurality of
ここで、流通路内を流通する走行風の一部は、第2受風部材52及び走行想定方向で他方側の第1受風部材51の間の隙間を通って流通路から排出され、走行想定方向の他方側の第1受風部材51の鍔部51bによって流れが妨げられる。また、複数のフィン42よりも下方を流れる走行風の一部も、鍔部51bによって流れが妨げられる。
Here, part of the running wind circulating in the flow passage passes through the gap between the second
このため、走行想定方向の他方側の鍔部51bよりも後方の領域に渦が形成される。これにより、走行想定方向の他方側の鍔部51bよりも後方の領域には、図2に示すように、走行想定方向の他方側の鍔部51bよりも前方の領域に比べて低圧の低圧領域Qが形成される。
Therefore, a vortex is formed in a region behind the
すると、複数のフィン42間の流通路内を流れる走行風が低圧領域Qに引き込まれることから、複数のフィン42間の流通路を通過する走行風の流量が増加する。このため、第2受風部材52及び走行方向で後方側の第1受風部材51の間の隙間を通って流通路から排出される走行風の一部は、流通路内に引き戻されることになり、流通路内を通過する走行風の流量が増大する。
Then, the running wind flowing through the flow passages between the
このように、走行想定方向に並ぶ2つの鍔部51bのうち、鉄道車両1の走行想定方向で他方側(走行方向で後方)に位置する鍔部51bは、走行風を受け、後方に低圧領域Qを形成することで、走行風の流量を増大させるために機能する。なお、一対の第1受風部材51は、鉄道車両1の走行方向に応じて、一方の鍔部51bがフィン42間の流通路を流れる走行風の流量を増大させるために機能する。
In this way, of the two
また、受風部材32は、一対の第1受風部材51を有することから、鉄道車両1の走行時において、走行想定方向の一方側の鍔部51bによっても走行風の流れが妨げられる。このため、走行想定方向の一方側の鍔部51bの後方の領域には、走行想定方向の一方側の鍔部51bの前方の領域に比べて低圧の低圧領域Sが形成される。即ち、走行想定方向の一方側の鍔部51bの後方の領域であって、且つ、走行想定方向の他方側の鍔部51bよりも前方の領域に低圧の低圧領域Sが形成される。しかしながら、第1受風部材51は、走行想定方向に沿って延びる第1基部51aを有することから、この第1基部51aによって、走行風の流れ方向が走行方向に沿うように案内され、低圧領域Sに走行風が引き込まれることが抑制される。このため、流通路内を通過する走行風の流量が増加することから、走行想定方向で他方側の鍔部51bの上方の流通路内を通過する走行風の流量も増加する。
In addition, since the
加えて、複数のフィン42の間を流通する走行風が、突起体52bによって流れが妨げられる。このため、突起体52bにおいて流通路の開口断面積が突起体52bの走行想定方向の一方側及び他方側と比較して縮小する。これにより、流路部の突起体52bの走行方向の後方側(風下側)において、局所的に走行風の流速が増大する。また、突起体52bは、突起体52bの走行方向で後方の流通路の領域に渦を形成し、当該領域に局所的に走行方向で突起体52bの前方よりも低圧となる。なお、第2受風部材52は、鉄道車両1の走行方向に応じて、突起体52bの走行想定方向のいずれか一方側の流通路を流れる走行風の流量を増大させるために機能する。
In addition, the running wind flowing between the plurality of
他方、鉄道車両1が停止しているときには、走行風は流れない。このため、流通路内の空気は、複数のフィン42との間で熱交換して、複数のフィン42の走行想定方向で一方側及び他方側から流れ出る。また、複数のフィン42の走行想定方向で一方側及び他方側から流通路内の空気が流れ出ることで、流通路内の圧力が低下し、複数のフィン42の下方の空気が、一対の第1受風部材51及び第2受風部材52の走行想定方向で生じる隙間から複数のフィン42間の流通路内に流れ込み、複数のフィン42との間で熱交換する。このように、鉄道車両1が停止しているときは、走行風を用いない自然対流により、半導体素子21で発生する熱が複数のフィン42から放熱される。
On the other hand, when the
このように構成された鉄道車両1の電力変換装置4によれば、冷却器23は、複数のフィン42の下面側に、一対の第1受風部材51及び一つの第2受風部材52を備える。この構成により、鉄道車両1の走行時に、走行風が第1受風部材51の鍔部51bの走行方向の後方に低圧領域Qが形成される。結果、冷却器23は、複数のフィン42間の流通路内を流れる走行風は、低圧領域Qに向かって引き込まれるため、走行方向で後方側の流通路を流れる走行風の流量を増加させることができる。加えて、冷却器23は、走行方向で後方側の流通路の複数のフィン42の下端であって、且つ、第2受風部材52及び走行方向で後方側の第1受風部材51の間の隙間から複数のフィン42の下方の領域から逃げようとする走行風を流通路内に引き戻すことができる。
According to the
また、走行風の流量が少ない場合、低圧領域Qと、この低圧領域Qの周囲との差圧が小さくなる。低圧領域Qと低圧領域Qの周囲との差圧が小さくなると、一般的に流通路の走行方向で後方側を通過する走行風の流量を増加させる効果が得られなくなる可能性がある。 Further, when the flow rate of running air is small, the differential pressure between the low pressure region Q and the surroundings of this low pressure region Q becomes small. If the differential pressure between the low pressure region Q and the surrounding area Q becomes small, there is a possibility that the effect of increasing the flow rate of the running wind passing through the flow passage on the rear side in the running direction generally cannot be obtained.
しかしながら、冷却器23は、第1受風部材51の第1基部51aによって、走行風の流れ方向が走行方向に沿うように案内され、走行方向で前方側に配置された第1受風部材51の鍔部51bの後方に生じる低圧領域Sに走行風が引き込まれることを抑制できる。即ち、走行方向で後方の第1受風部材51の後方の低圧領域Qと低圧領域Qの周囲との差圧が小さい場合であっても、走行方向で前方の第1受風部材51の第1基部51aによって、走行方向で前方の流通路内から複数のフィン42の下方へ走行風が逃げることを極力抑制することができる。
However, the cooler 23 is guided by the
また、一般的に複数のフィン42を備える冷却器23においては、走行方向で前方側から後方側に向かうほど境界層の発達が影響して複数のフィン42による熱交換性が低下していく。しかしながら、複数のフィン42の走行想定方向で中央部に第2受風部材52の突起体52bを設ける構成とすることで、走行方向で第2受風部材52の後方側の流通路において、局所的に走行風の流速が増加する。結果、フィン42と走行風との熱伝達が促進され、冷却器23は、冷却性能を向上することができる。
In general, in the cooler 23 having a plurality of
一対の第1受風部材51及び一つの第2受風部材52は、複数のフィン42と接合されているので、複数のフィン42の強度を確保することができる。さらに述べると、例えば、フィン42を薄くするとともに、フィン42の枚数を多くして複数のフィン42による放熱面積を増加させる場合、フィン42の強度が低下することが問題となる。しかしながら、複数のフィン42に受風部材32を接合することで、複数のフィン42及び受風部材32が一体の構造体となり、複数のフィン42の強度を向上することができる。また、強度に基づくフィン42の枚数や厚さの制約を緩和できることから、フィン42の設計の自由度を向上できるとともに、冷却性能を向上させることができる。
Since the pair of first
さらに、第1受風部材51及び第2受風部材52をアルミニウム等の熱伝導率が高い材料により形成することで、複数のフィン42とともに、走行風により効果的な放熱を行うことができる。即ち、冷却器23は、受風部材32によって放熱面積を増加させることが可能となり、冷却性能を向上させることができる。
Furthermore, by forming the first
上述したように本実施形態に係る電力変換装置4を有する鉄道車両1によれば、受風部材32を複数のフィン42に設けることで、走行風を効果的に複数のフィン間の流通路に供給し、所望の冷却性能及び強度を確保できる。
As described above, according to the
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上述した例では、第1受風部材51は、鍔部51bの走行想定方向で外側の端部を、走行想定方向で複数のフィン42の端部と走行想定方向で同位置に配置する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、鍔部51bの走行想定方向で外側の端部を走行想定方向で複数のフィン42の端部よりも外方に配置されていてもよく、また、複数のフィン42の端部から中央側にずれて配置されていてもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the present invention at the implementation stage. For example, in the example described above, the first
また、第1受風部材51及び第2受風部材52の形状は、上述した形状に限定されない。即ち、第1受風部材51は、複数のフィン42の下面に接合されるとともに、走行風を受けることで、走行方向の後方に低圧領域を構成できればよく、例えば、断面形状が矩形状の一方向に長い矩形柱状であってもよい。矩形柱状の第1受風部材51とした場合には、第1受風部材51の走行想定方向で外側の面が走行風を受ける鍔部51bを構成する。同様に、第2受風部材52は、複数のフィン42間の流路部の走行想定方向の中央部下方に配置され、流路部の開口断面積を局所的に縮小でき、そして、走行風を受けることができれば、断面形状が矩形状の一方向に長い矩形柱状であってもよい。
Further, the shapes of the first
また、上述した例では、冷却器23は、筐体22の下方から複数のフィン42、一対の第1受風部材51、及び、第2受風部材52が外部に配置される構成を説明したがこれに限定されない。即ち、複数のフィン42の間に形成される流通路を走行風が通過可能であればよく、このため、冷却器23は、筐体22の鉄道車両1の幅方向の側面側から複数のフィン42、一対の第1受風部材51、及び、第2受風部材52が外部に配置される構成であってもよい。
Further, in the above example, the cooler 23 has a configuration in which the plurality of
また、上述した例では、受風部材32は、一対の第1受風部材51及び一つの第2受風部材52を備える構成を説明したがこれに限定されない。例えば、図4に示す他の実施形態に係る電力変換装置4Aのように、受風部材32は、一対の第1受風部材51により構成され、そして、第2受風部材52を備えない構成であってもよい。一対の第1受風部材51を有する電力変換装置4Aは、走行方向で後方の第1受風部材51の鍔部51bにより、低圧領域Qを構成できることから、上述した受風部材32と同様の効果を得ることができる。
Moreover, in the above-described example, the configuration in which the
同様に、例えば、図5に示す他の実施形態に係る電力変換装置4Bのように、受風部材32は、第2受風部材52を備え、一対の第1受風部材51を備えない構成であってもよい。第2受風部材52を有する電力変換装置4Bは、突起体52bにより、複数のフィン42間の流通路の流速を局所的に増大することができる。
Similarly, for example, like a
また、上述した例では、電力変換装置4は、鉄道車両1に設けられる構成を説明したがこれに限定されず、例えば、自動車等の種々の車両に搭載することできる。
Moreover, in the above-described example, the
また、上述した例では、フィン42の走行想定方向で中央部の下面に第2受風部材52の突起体52bを配置する切欠部70を設ける構成を説明したがこれに限定されない。例えば、複数のフィン42を配置する切欠部を突起体52bに設ける構成であってもよい。即ち、複数のフィン42間の隙間により構成される走行風の流通路の下端側に突起体52bを配置可能であればよい。
Further, in the above-described example, the configuration in which the
また、上述したフィン42は、走行想定方向に延びる矩形板状である構成を説明したがこれに限定されない。即ち、複数のフィン42は、走行想定方向に沿って走行風が流れる流通路を構成可能であれば、例えばピン状等の形状であってもよいが、強度等を考慮すると上述したように矩形板状のフィン42とすることが好ましい。
Moreover, although the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1…鉄道車両、2…車体、2a…パンタグラフ、3…台車、4、4A、4B…電力変換装置、11…台車バネ、12…台車枠、13…車軸、14…車輪、15…主電動機、21…半導体素子、22…筐体、22a…底壁部、23…冷却器、31…ヒートシンク、32…受風部材、41…受熱ブロック、42…フィン、51…第1受風部材、51a…第1基部、51b…鍔部、52…第2受風部材、52a…第2基部、52b…突起体、70…切欠部、100…レール、101…架線、Q…低圧領域、S…低圧領域。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体素子が搭載された受熱ブロックと、
前記受熱ブロックに設けられ、前記車両の走行想定方向に直交する方向に所定の隙間を有して配置された複数のフィンと、
前記複数のフィンの前記走行想定方向で両端の下面にそれぞれ接合された一対の基部、及び、前記一対の基部のそれぞれから前記複数のフィンの下方に延びる、前記車両の走行風を受ける一対の鍔部を含む受風部材と、
を備える電力変換装置。 a semiconductor device capable of outputting electric power for driving a vehicle;
a heat receiving block on which the semiconductor element is mounted;
a plurality of fins provided on the heat receiving block and arranged with a predetermined gap in a direction perpendicular to the assumed running direction of the vehicle;
A pair of base portions respectively joined to lower surfaces of both ends of the plurality of fins in the assumed running direction, and a pair of flanges extending downward from the plurality of fins from each of the pair of base portions and receiving the running wind of the vehicle. A wind receiving member including a part;
A power conversion device comprising:
前記受風部材は、
前記第1基部及び前記鍔部により形成される一対の第1受風部材と、
前記複数のフィンの前記走行想定方向で中央部の下面に接合された第2基部及び前記第2基部から前記複数のフィンの間の隙間に延び、前記走行風を受ける突起体を含む第2受風部材と、
を具備する、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 the base is a first base;
The wind receiving member is
a pair of first wind receiving members formed by the first base and the flange;
A second base portion joined to lower surfaces of central portions of the plurality of fins in the assumed running direction, and a second receiver including a protrusion extending from the second base portion to a gap between the plurality of fins and receiving the running wind. a wind member;
The power converter according to any one of claims 1 to 3, comprising:
前記半導体素子が搭載された受熱ブロックと、
前記受熱ブロックに設けられ、前記車両の走行想定方向に直交する方向に所定の隙間を有して配置された複数のフィンと、
前記複数のフィンの前記走行想定方向で中央部の下面に接合された基部及び前記基部から前記複数のフィンの間の隙間に延び、前記車両の走行風を受ける突起体を含む受風部材と、
を備える電力変換装置。 a semiconductor device capable of outputting electric power for driving a vehicle;
a heat receiving block on which the semiconductor element is mounted;
a plurality of fins provided on the heat receiving block and arranged with a predetermined gap in a direction perpendicular to the assumed running direction of the vehicle;
a wind receiving member including a base portion joined to the lower surfaces of the central portions of the plurality of fins in the assumed running direction, and a protrusion extending from the base portion to a gap between the plurality of fins and receiving the running wind of the vehicle;
A power conversion device comprising:
前記複数のフィンは、それぞれ、前記走行想定方向で中央部の下端に、前記突起体が配置される切欠部が形成される、請求項4又は請求項5に記載の電力変換装置。 the protrusion extends along a direction in which the plurality of fins are arranged;
6. The power conversion device according to claim 4, wherein each of said plurality of fins has a notch portion in which said projecting body is arranged at a lower end of a central portion thereof in said assumed traveling direction.
前記電力変換装置が取り付けられる車体と、
を備える鉄道車両。 A power converter according to any one of claims 1 to 6;
a vehicle body to which the power conversion device is attached;
A railway vehicle with
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