JP7134376B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
鉄道車両の屋根に搭載され、走行風を利用して電子部品を冷却する自冷式の電力変換装置を例にして、実施の形態1に係る電力変換装置について説明する。
図1に示す電力変換装置1は、図示しない電源から供給される直流電力を負荷である電動機M1に供給するための三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機M1に供給する。なお電源は、例えば、架線から電力を取得する集電装置である。また電動機M1は、例えば、三相誘導電動機である。
受熱ブロック13は、Z軸の延伸方向に対向する第1主面13aおよび第2主面13bを有する。第1主面13aには、電子部品11が取り付けられる。第2主面13bには、ヒートパイプ14が取り付けられる。詳細には、第2主面13bに形成された溝に、ヒートパイプ14が挿入され、固定される。また受熱ブロック13は、筐体10に取り付けられることで、開口部10aを塞ぐ。なお受熱ブロック13は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。
上述した冷媒の循環と対流によって、電子部品11が冷却される。
電力変換装置1は、車両100の屋根100aの鉛直方向上端以外の場所に設けられてもよい。一例として、車両100の屋根100aに設けられた収容部100bに設けられる電力変換装置1について実施の形態2で説明する。なお実施の形態2では、屋根100aと一体に形成された収容部100bを例にして、電力変換装置1と電力変換装置1を収容する収容部100bについて説明する。
ヒートパイプ14の少なくともいずれかの鉛直方向上端は、車両100が水平に位置している状態で、屋根100aの鉛直方向上端より高く位置する。図6および図7に示すように、実施の形態2では、各ヒートパイプ14の鉛直方向上端は、屋根100aの鉛直方向上端より高く位置する。このため、電力変換装置1が収容部100bに設けられていても、各ヒートパイプ14に走行風A1が接触することが可能となり、電子部品11を冷却することが可能となる。
カバー20の内部に、より効果的に走行風A1を取り入れるために、導風部材21を備える電力変換装置について実施の形態3で説明する。
図8に示すように、電力変換装置1は、車両100の進行方向、すなわちX軸方向に交差する筐体10の外面に隣接した位置に設けられる導風部材21を備える。導風部材21は、走行風A1を冷却装置12に導く。詳細には、導風部材21は、カバー20に形成された通風口20aを介して、走行風A1をヒートパイプ14およびフィン15に導く。なお実施の形態3では、2つの導風部材21が、筐体10を挟んでX軸方向に並べて配置される。
一例として、実施の形態1に係る電力変換装置1は、筐体10を挟み、X軸方向に並べて設けられた2つの導風部材21を備えてもよい。換言すれば、車両100が水平に位置している状態で、屋根100aの鉛直方向上端に導風部材21を設けてもよい。
各ヒートパイプ14の鉛直方向上端の位置は、実施の形態に示したように異なってもよいし、互いに同じでもよい。
フィン15のY軸方向の幅の長さは、実施の形態に示したように異なってもよいし、互いに同じでもよい。
フィン15の形状は、上述の例に限られず、任意である。例えば、フィン15は、実施の形態に示すように平板部材で形成されてもよいし、曲げられた板状部材で形成されてもよい。
収容部100bは、屋根100aとは別体に形成されていてもよい。一例として、図13に示すように、収容部100bは、幅方向に対向する一対の屋根上カバー100cでもよい。一対の屋根上カバー100cのそれぞれの主面は、幅方向に対向する。また一対の屋根上カバー100cはそれぞれ、主面が平面である板状部材でもよいし、主面が曲面である板状部材でもよい。
Claims (22)
- 供給された電力を、負荷に供給するための電力に変換して、変換した前記電力を前記負荷に供給する電力変換部と、
前記電力変換部が有する電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口部を有し、車両の屋根に設置される筐体と、
一方の主面に前記電子部品が取り付けられ、前記筐体に取り付けられて前記開口部を塞ぐ受熱ブロックと、
前記受熱ブロックの他方の主面に取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される少なくとも1つのヒートパイプと、を備え、
前記車両が水平に位置している状態で、前記筐体は、鉛直方向に着脱可能に前記屋根に取り付けられ、
前記車両の前記屋根に設けられ、鉛直方向上部が開口している収容部に、前記筐体が収容される、
電力変換装置。 - 供給された電力を、負荷に供給するための電力に変換して、変換した前記電力を前記負荷に供給する電力変換部と、
前記電力変換部が有する電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口部を有し、車両の屋根に設置される筐体と、
一方の主面に前記電子部品が取り付けられ、前記筐体に取り付けられて前記開口部を塞ぐ受熱ブロックと、
前記受熱ブロックの他方の主面に取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される少なくとも1つのヒートパイプと、を備え、
前記車両の前記屋根に設けられ、鉛直方向上部が開口している収容部に、前記筐体が収容される、
電力変換装置。 - 前記車両が水平に位置している状態で、前記少なくとも1つのヒートパイプの少なくともいずれかの鉛直方向上端は、前記屋根の鉛直方向上端より高く位置する、
請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記車両が水平に位置している状態で、前記少なくとも1つのヒートパイプは、鉛直方向に延伸する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 複数の前記ヒートパイプを備え、
前記車両が水平に位置している状態で、前記複数のヒートパイプの内、前記車両の幅方向の中央に位置する前記ヒートパイプの鉛直方向上端は、前記複数のヒートパイプの内、前記車両の幅方向の端部に位置する前記ヒートパイプの鉛直方向上端より高く位置する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 供給された電力を、負荷に供給するための電力に変換して、変換した前記電力を前記負荷に供給する電力変換部と、
前記電力変換部が有する電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口部を有し、車両の屋根に設置される筐体と、
一方の主面に前記電子部品が取り付けられ、前記筐体に取り付けられて前記開口部を塞ぐ受熱ブロックと、
前記受熱ブロックの他方の主面に取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される複数のヒートパイプと、を備え、
前記車両が水平に位置している状態で、前記複数のヒートパイプの内、前記車両の幅方向の中央に位置する前記ヒートパイプの鉛直方向上端は、前記複数のヒートパイプの内、前記車両の幅方向の端部に位置する前記ヒートパイプの鉛直方向上端より高く位置する、
電力変換装置。 - 前記少なくとも1つのヒートパイプの外面に取り付けられる少なくとも1つのフィンをさらに備える、
請求項1から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記車両が水平に位置している状態で、前記少なくとも1つのフィンの少なくともいずれかは、前記屋根の鉛直方向上端より高く位置する、
請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記少なくとも1つのフィンは板状部材で形成され、
前記少なくとも1つのフィンの主面は、前記車両の進行方向に沿って延伸する、
請求項7または8に記載の電力変換装置。 - 前記少なくとも1つのフィンの少なくともいずれかの前記車両の幅方向の長さが前記車両の車体幅に占める割合は、閾値以上である、
請求項7から9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 複数の前記フィンを備え、
前記複数のフィンの内、鉛直方向上部に位置する前記フィンの前記車両の幅方向の長さは、前記複数のフィンの内、鉛直方向下部に位置する前記フィンの前記車両の幅方向の長さより短い、
請求項7から10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 供給された電力を、負荷に供給するための電力に変換して、変換した前記電力を前記負荷に供給する電力変換部と、
前記電力変換部が有する電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口部を有し、車両の屋根に設置される筐体と、
一方の主面に前記電子部品が取り付けられ、前記筐体に取り付けられて前記開口部を塞ぐ受熱ブロックと、
前記受熱ブロックの他方の主面に取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される少なくとも1つのヒートパイプと、
前記少なくとも1つのヒートパイプの外面に取り付けられる複数のフィンと、を備え、
前記複数のフィンの内、鉛直方向上部に位置する前記フィンの前記車両の幅方向の長さは、前記複数のフィンの内、鉛直方向下部に位置する前記フィンの前記車両の幅方向の長さより短い、
電力変換装置。 - 複数の前記フィンを備え、
前記複数のフィンのいずれかの熱伝導率は、他の前記フィンの熱伝導率と異なる、
請求項7から12のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記複数のフィンの内、鉛直方向上部に位置する前記フィンの熱伝導率は、前記複数のフィンの内、鉛直方向下部に位置する前記フィンの熱伝導率より高い、
請求項13に記載の電力変換装置。 - 供給された電力を、負荷に供給するための電力に変換して、変換した前記電力を前記負荷に供給する電力変換部と、
前記電力変換部が有する電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口部を有し、車両の屋根に設置される筐体と、
一方の主面に前記電子部品が取り付けられ、前記筐体に取り付けられて前記開口部を塞ぐ受熱ブロックと、
前記受熱ブロックの他方の主面に取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される少なくとも1つのヒートパイプと、
前記少なくとも1つのヒートパイプの外面に取り付けられる複数のフィンと、を備え、
前記複数のフィンの内、鉛直方向上部に位置する前記フィンの熱伝導率は、前記複数のフィンの内、鉛直方向下部に位置する前記フィンの熱伝導率より高い、
電力変換装置。 - 前記筐体に取り付けられ、前記少なくとも1つのヒートパイプおよび前記少なくとも1つのフィンを覆い、前記車両の進行方向に交差する二面に通風口を有するカバーをさらに備える、
請求項7から15のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記車両が水平に位置している状態で、前記少なくとも1つのヒートパイプと、前記受熱ブロックと、前記受熱ブロックに取り付けられた状態の前記電子部品と、を含むユニットは、鉛直方向に着脱可能に前記筐体に取り付けられる、
請求項1から16のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記筐体の前記車両の進行方向に交差する外面に隣接した位置に設けられ、前記車両の走行時に発生する走行風を前記少なくとも1つのヒートパイプに導く導風部材をさらに備える、
請求項1から17のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記車両が水平に位置している状態で、前記導風部材の前記筐体に近い端部の鉛直方向の高さは、前記導風部材の前記筐体から遠い端部の鉛直方向の高さより低い、
請求項18に記載の電力変換装置。 - 前記導風部材は、貫通方向が前記車両の進行方向に沿い、側面が切り欠かれた筒の形状を有し、
前記導風部材は、前記筒の切り欠かれた部分が前記屋根に対向する状態で前記屋根に取り付けられることで、前記屋根との間に、前記走行風を前記少なくとも1つのヒートパイプに導く通風路を形成する、
請求項18または19に記載の電力変換装置。 - 前記筐体の前記開口部を取り囲み、前記筐体および前記受熱ブロックのそれぞれに当接するシール部材をさらに備える、
請求項1から20のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記受熱ブロックは一枚の板状部材で形成される、
請求項1から21のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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