JP7408017B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本開示は、電子機器に関する。

鉄道車両に搭載される電子機器、例えば、電力変換装置は、電子部品で生じた熱を、冷却部を介して車両の走行によって生じる走行風に放熱することで、電子部品を冷却する。この種の電子機器の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている電力変換装置は、鉄道車両の屋根上に取り付けられ、筐体の上面および側面に取り付けられたフィンを有する。

特開２００９－１２４０３８号公報

特許文献１に開示される電力変換装置は、鉄道車両の走行時に生じる走行風をフィンの間に流すことで、電力変換装置の筐体内部に収容されている電子部品、例えば、半導体素子を冷却する。鉄道車両に搭載されている電子機器の内、例えば、空調機器、照明機器等に電力を供給する電力変換装置は、鉄道車両の走行時だけでなく停止時も動作する。このため、電力変換装置が備える電子部品は鉄道車両の停止中も発熱する。

上述のように鉄道車両の停止中も発熱する電子部品は、特許文献１に開示される電力変換装置において、鉄道車両の停止中には十分に冷却されない。換言すれば、特許文献１に開示される電力変換装置の自然対流による冷却性能は低い。この課題は、鉄道車両に搭載される空調機器、照明機器等に電力を供給する電力変換装置に限られず、車両の走行時だけでなく停止時にも発熱する電子部品を備える電子機器において生じ得る。

本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、車両の停止時にも電子部品を冷却可能な電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の電子機器は、伝熱性の受熱ブロックと、伝熱部材と、１つまたは複数のフィンと、筐体と、を備える。受熱ブロックは、電子部品が第１主面に取り付けられる。伝熱部材は、受熱ブロックの第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、第２主面から離れる方向に延び、受熱ブロックを介して電子部品から伝達された熱を第２主面から離れる方向に伝達する。１つまたは複数のフィンは、車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで伝熱部材に取り付けられ、受熱ブロックおよび伝熱部材を介して電子部品から伝達された熱を空気に放熱する。筐体は、電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口が形成され、車両の屋根に設置される。受熱ブロックは、第１主面で筐体の開口を塞いだ状態で筐体に取り付けられる。

本開示に係る電子機器は、電子部品から伝達された熱を伝達する伝熱部材と、車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで伝熱部材に取り付けられて、電子部品から伝達された熱を空気に放熱するフィンと、を備える。この結果、車両の停止時にも電子部品を冷却可能な電子機器が得られる。

実施の形態１に係る電子機器のブロック図 実施の形態１に係る電子機器の車両への搭載例を示す図 実施の形態１に係る電子機器の図２におけるIII－III線での矢視断面図 実施の形態１に係る電子機器の図３におけるIV－IV線での矢視断面図 実施の形態１に係る電子機器における走行風の例を示す図 水平に位置するフィンの周囲における自然対流の例を示す図 実施の形態１に係るフィンの周囲における自然対流の例を示す図 実施の形態１に係る電子機器における自然対流の流れの例を示す図 実施の形態２に係る電子機器の車両への搭載例を示す図 実施の形態２に係る電子機器の図９におけるX－X線での矢視断面図 実施の形態２に係る電子機器における自然対流の例を示す図 実施の形態３に係る電子機器の断面図 実施の形態３に係る電子機器の図１２におけるXIII－XIII線での矢視断面図 実施の形態３に係る電子機器における自然対流の流れの例を示す図 実施の形態４に係る電子機器の断面図 実施の形態４に係る電子機器の図１５におけるXVI－XVI線での矢視断面図 実施の形態に係る電子機器の第１変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第２変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第３変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第４変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第４変形例の断面図 実施の形態に係る電子機器の第５変形例の断面図

以下、本開示の実施の形態に係る電子機器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）
電子機器の一例に、鉄道車両に搭載されて、交流電源から供給される交流電力を負荷に供給するための交流電力に変換して、変換した交流電力を負荷に供給する電力変換装置がある。鉄道車両の屋根に搭載され、鉄道車両の走行によって生じる鉄道車両の進行方向と反対方向に向かう空気の流れである走行風、および自然対流を利用して電子部品を冷却する電力変換装置を例にして、実施の形態１に係る電子機器１について説明する。

図１に示す電子機器１は、交流き電方式の鉄道車両に搭載され、供給される交流電力を、負荷の一例である電動機６１および空調機器６２のそれぞれに適した交流電力に変換し、変換した交流電力を電動機６１および空調機器６２に供給する。電動機６１は、例えば、鉄道車両の推進力を生じさせる三相誘導電動機である。鉄道車両の走行時、具体的には、力行運転時に、電子機器１が電動機６１に電力を供給することで、鉄道車両の推進力が生じる。空調機器６２は、鉄道車両内の空調設備である。鉄道車両の運転中、具体的には、鉄道車両の走行時および停止時のいずれにおいても、電子機器１が空調機器６２に電力を供給することで、空調機器６２が動作し、鉄道車両内の温度が所望の温度に調節される。

電子機器１の各部について以下に説明する。電子機器１は、電源に接続される入力端子１ａと、接地される入力端子１ｂと、を備える。電子機器１はさらに、入力端子１ａに接続される電源から供給される交流電力を降圧する変圧器１１と、変圧器１１で降圧された交流電力を直流電力に変換するコンバータ１２と、コンバータ１２が出力する直流電力で充電されるコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１を介して入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ１３，１４と、を備える。

入力端子１ａは、例えば、電力供給線を介して変電所から供給される交流電力を取得する集電装置に電気的に接続される。電力供給線は、例えば、架線または第三軌条である。集電装置は、パンタグラフまたは集電靴である。入力端子１ｂは、図示しない接地ブラシを介してレールに短絡されることで、接地される。

変圧器１１は、一端が入力端子１ａに接続され、他端が入力端子１ｂに接続される一次巻線と、コンバータ１２に接続される二次巻線と、を有する。例えば、変圧器１１は、集電装置から供給される２５ｋＶの単相交流電力を１５２０Ｖの単相交流電力に降圧し、降圧した交流電力をコンバータ１２に供給する。

コンバータ１２は、直列に接続された２つのスイッチング素子ＳＷ１を２組備える。一方の組のスイッチング素子ＳＷ１と他方の組のスイッチング素子ＳＷ１は、互いに並列に接続される。一方の組の２つのスイッチング素子ＳＷ１の接続点に変圧器１１の二次巻線の一端が接続され、他方の組の２つのスイッチング素子ＳＷ１の接続点に変圧器１１の二次巻線の他端が接続される。

各スイッチング素子ＳＷ１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と、アノードがＩＧＢＴのエミッタ端子に接続されて、カソードがＩＧＢＴのコレクタ端子に接続される還流ダイオードと、を有する。図示しない制御部からのゲート信号が、コンバータ１２が備える各スイッチング素子ＳＷ１が有するＩＧＢＴのゲート端子に供給されて、ＩＧＢＴのオンオフ、すなわち、各スイッチング素子ＳＷ１のオンオフが制御される。各スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング動作によって、コンバータ１２は、変圧器１１から供給される交流電力を直流電力に変換する。

コンデンサＣ１は、コンバータ１２が出力する直流電力によって充電される。コンデンサＣ１の一端は、コンバータ１２の正極端子とインバータ１３，１４の一次側正極端子との接続点に接続される。コンデンサＣ１の他端は、コンバータ１２の負極端子とインバータ１３，１４の一次側負極端子との接続点に接続される。

インバータ１３は、直列に接続された２つのスイッチング素子ＳＷ２を３組備える。３組のスイッチング素子ＳＷ２はそれぞれ、三相交流電力のＵ相、Ｖ相、およびＷ相に対応する。Ｕ相に対応するスイッチング素子ＳＷ２、Ｖ相に対応するスイッチング素子ＳＷ２、およびＷ相に対応するスイッチング素子ＳＷ２は、互いに並列に接続される。各スイッチング素子ＳＷ２は、スイッチング素子ＳＷ１と同様に、ＩＧＢＴと、還流ダイオードと、を有する。図示しない制御部からのゲート信号が、インバータ１３が備える各スイッチング素子ＳＷ２が有するＩＧＢＴのゲート端子に供給されて、ＩＧＢＴのオンオフ、すなわち、各スイッチング素子ＳＷ２のオンオフが制御される。各スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング動作によって、インバータ１３は、直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機６１に供給する。

インバータ１４は、直列に接続された２つのスイッチング素子ＳＷ３を３組備える。３組のスイッチング素子ＳＷ３はそれぞれ、三相交流電力のＵ相、Ｖ相、およびＷ相に対応する。Ｕ相に対応するスイッチング素子ＳＷ３、Ｖ相に対応するスイッチング素子ＳＷ３、およびＷ相に対応するスイッチング素子ＳＷ３は、互いに並列に接続される。各スイッチング素子ＳＷ３は、スイッチング素子ＳＷ１と同様に、ＩＧＢＴと、還流ダイオードと、を有する。図示しない制御部からのゲート信号が、インバータ１４が備える各スイッチング素子ＳＷ３が有するＩＧＢＴのゲート端子に供給されて、ＩＧＢＴのオンオフ、すなわち、各スイッチング素子ＳＷ３のオンオフが制御される。各スイッチング素子ＳＷ３のスイッチング動作によって、インバータ１４は、直流電力を三相交流電力に変換する。

インバータ１４はさらに、直流電力から変換した三相交流電力の電圧を空調機器６２に適した電圧まで降圧する変圧器１５を有する。変圧器１５で降圧された三相交流電力が空調機器６２に供給される。

鉄道車両が走行している間は、コンバータ１２およびインバータ１３，１４が動作しているため、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３はオンオフを繰り返し、すなわち、スイッチング動作を行い、発熱している。一方、鉄道車両が停止している間、電動機６１に電力を供給する必要はないが、空調機器６２は、鉄道車両が停止している間も稼動する必要がある。このため、鉄道車両が停止している間は、インバータ１３は停止していて、コンバータ１２およびインバータ１４が動作している。換言すれば、スイッチング素子ＳＷ２は発熱していないが、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３はオンオフを繰り返し、発熱している。そこで、電子機器１は、鉄道車両の走行時には走行風によってスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却し、鉄道車両の停止時には自然対流によってスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３を含む電子部品を冷却するための構造を有する。

電子機器１の構造の詳細について以下に説明する。図２に示すように、電子機器１は、車両１００の屋根１００ａに設けられる。図２におけるIII－III線での矢視断面図である図３に示すように、電子機器１は、屋根１００ａに設置され、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を収容する筐体２０と、電子部品が第１主面２１ａに取り付けられ、筐体２０の開口２０ａを塞いだ状態で筐体２０に取り付けられる伝熱性の受熱ブロック２１と、を備える。電子機器１はさらに、受熱ブロック２１の第２主面２１ｂに取り付けられ、受熱ブロック２１を介して電子部品から伝達された熱を第２主面２１ｂから離れる方向に伝達する伝熱部材２２と、伝熱部材２２に取り付けられ、受熱ブロック２１および伝熱部材２２を介して電子部品から伝達された熱を空気に放熱するフィン２３と、を備える。

伝熱部材２２およびフィン２３の破損を抑制するために、電子機器１は、伝熱部材２２およびフィン２３を覆って筐体２０に取り付けられるカバー３０を備えることが好ましい。

図２および図３において、Ｚ軸は、車両１００が水平に位置している状態で、鉛直方向を示す。Ｘ軸は、車両１００の進行方向を示す。Ｙ軸は、車両１００の幅方向を示す。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交する。後続の図においても同様である。

筐体２０は屋根１００ａの鉛直方向上部に取り付けられる。筐体２０は、鉄道車両の予想される最大振動を受けても変形しない程度の剛性と強度を有する。例えば、筐体２０は、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成される。筐体２０の鉛直方向上部に開口２０ａが形成される。

受熱ブロック２１は、開口２０ａを塞いだ状態で筐体２０に取り付けられる。実施の形態１では、受熱ブロック２１は、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成され、開口２０ａを塞いだ状態で筐体２０の外面に取り付けられる平板部材である。受熱ブロック２１の第１主面２１ａに、発熱する電子部品、具体的には、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が取り付けられる。第１主面２１ａの反対に位置する第２主面２１ｂに伝熱部材２２が取り付けられる。車両１００が水平に位置している状態で、第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂは、水平になる。

伝熱部材２２は、第２主面２１ｂから離れる方向に延び、受熱ブロック２１を介して電子部品から伝達された熱を第２主面２１ｂから離れる方向に伝達する。実施の形態１では、伝熱部材２２は、内部に冷媒が封入されているヒートパイプを有する。具体的には、伝熱部材２２は、ヒートパイプとして、受熱ブロック２１に取り付けられる母管２４ａと、母管２４ａに取り付けられ、母管２４ａに連通する支管２４ｂと、を有する。母管２４ａおよび支管２４ｂの内部には、常温で気液二相の状態で存在する冷媒が封入されている。冷媒は、例えば、水である。

図３および図３におけるIV－IV線での矢視断面図である図４に示すように、Ｘ軸方向に延びる複数の母管２４ａがＹ軸方向に並べて設けられる。実施の形態１では、Ｘ軸方向に延びる８つの母管２４ａがＹ軸方向に並べて設けられる。母管２４ａは、受熱ブロック２１の第２主面２１ｂに形成された溝に挿入されて、接着剤による接着、溶接、はんだ付け等の取付方法によって受熱ブロック２１に取り付けられている。母管２４ａは、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成されるパイプである。各母管２４ａに対して複数の支管２４ｂが取り付けられる。

車両１００の走行時には、車両１００の進行方向の前方でフィン２３から伝達された熱で暖められた走行風が車両１００の進行方向の後方に流れる。このため、電子機器１において、車両１００の進行方向の後方に位置する電子部品は、車両１００の進行方向の前方に位置する電子部品と比べて十分に冷却されないことがある。上述のようにＸ軸方向に延びる母管２４ａが設けられ、母管２４ａの内部で冷媒の対流が生じることで、Ｘ軸方向に熱が分散され、Ｘ軸方向に並んで設けられる電子部品の冷却のばらつきが抑制される。

各支管２４ｂは、Ｚ軸方向に延びる。支管２４ｂは、溶接、はんだ付け等の取付方法によって母管２４ａに取り付けられ、母管２４ａに連通する。支管２４ｂは、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成されるパイプである。支管２４ｂの長さは、車両１００の進行方向に直交する断面、すなわちＹＺ平面における車両限界に含まれる長さに設定される。車両限界は、車両１００の最大寸法を示す。実施の形態１では、車両限界に応じて、支管２４ｂの長さが異なる。具体的には、Ｙ軸方向の両端部それぞれに位置する２つの母管２４ａに取り付けられている支管２４ｂのＺ軸方向の長さは、Ｙ軸方向の中央に位置する４つの母管の１４ａに取り付けられている支管２４ｂのＺ軸方向の長さより短い。

フィン２３は、伝熱部材２２に取り付けられる。詳細には、フィン２３に形成された貫通孔に伝熱部材２２が挿通された状態で、フィン２３は伝熱部材２２に取り付けられる。伝熱部材２２に取り付けられたフィン２３は、受熱ブロック２１および伝熱部材２２を介して電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する。実施の形態１では、フィン２３は、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成される平板部材である。

車両１００の走行時における電子部品の冷却性能を高めるため、フィン２３の主面は、Ｘ軸に平行であることが好ましい。車両１００の走行時に生じる走行風はＸ軸方向に流れるため、フィン２３の主面をＸ軸に平行にすることで、フィン２３からフィン２３の間を流れる走行風に熱を効率よく伝達することができる。この結果、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

車両１００の停止時に自然対流によって電子部品を冷却するために、フィン２３は、車両１００が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで伝熱部材２２に取り付けられる。主面が水平面に対して傾くとは、主面が水平面に平行でないことを意味する。フィン２３の主面が水平面に対して傾いていることで、フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気はフィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する。上述の空気の流れが生じることで、外部から空気が流入し、流入した空気にフィン２３から熱が伝達される。フィン２３の主面が水平面に対して傾いていることで、上述の空気の流れが生じて、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

実施の形態１では、複数のフィン２３が、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に並べて設けられている。図３に示すように、Ｙ軸方向に４つのフィン２３が並べられている。Ｙ軸方向の両端では、Ｚ軸方向に４つのフィン２３が並べられている。Ｙ軸方向の中央では、Ｚ軸方向に７つのフィン２３が並べられている。Ｙ軸方向の両端に位置するフィン２３はそれぞれ、車両１００が水平に位置している状態で、Ｙ軸方向の両端部の内、車両１００の中央に近い一方の端部２３１の鉛直方向の位置が他方の端部２３２の鉛直方向の位置より高くなる向きで伝熱部材２２、すなわち、支管２４ｂに取り付けられる。換言すれば、Ｙ軸方向の両端に位置するフィン２３は、水平ではなく、Ｙ軸方向の中央に向かって鉛直方向の位置が高くなる向きで伝熱部材２２に取り付けられている。

Ｙ軸方向の中央に位置するフィン２３はそれぞれ、車両１００が水平に位置している状態で、Ｙ軸方向の両端部の内、車両１００の中央に近い一方の端部２３１の鉛直方向の位置が他方の端部２３２の鉛直方向の位置より低くなる向きで伝熱部材２２、すなわち、支管２４ｂに取り付けられる。換言すれば、Ｙ軸方向の中央に位置するフィン２３は、水平ではなく、Ｙ軸方向の端部に向かって鉛直方向の位置が高くなる向きで伝熱部材２２に取り付けられている。

カバー３０は、受熱ブロック２１、伝熱部材２２、およびフィン２３を覆って、筐体２０に取り付けられる。カバー３０のＸ軸に沿う面には、外部の空気をカバー３０の内部に流入させ、伝熱部材２２およびフィン２３の近傍を流れた空気をカバー３０の外部に流出させるための複数の通風孔３０ａが形成される。図４に示すように、カバー３０のＸ軸に交差する面には、外部の空気をカバー３０の内部に流入させ、伝熱部材２２およびフィン２３の近傍を流れた空気をカバー３０の外部に流出させるための複数の通風孔３０ｂが形成される。

上記構成を有する電子機器１が備える電子部品の冷却について以下に説明する。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の少なくともいずれかで生じた熱は、受熱ブロック２１および母管２４ａを介して冷媒に伝達される。この結果、冷媒は気化する。気化した冷媒は支管２４ｂの内部をＺ軸正方向に移動する。冷媒は、Ｚ軸正方向に移動しながら熱を支管２４ｂおよびフィン２３を介して、伝熱部材２２の周囲の空気に伝達することで冷却され、液化する。液化した冷媒は支管２４ｂの内壁を伝ってＺ軸負方向に移動する。上述のように冷媒が気化と液化を繰り返しながら循環することで、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の少なくともいずれかで生じた熱が伝熱部材２２の周囲の空気に伝達され、発熱しているスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。

例えば車両１００がＸ軸正方向に走行する場合、図５に矢印ＡＲ１で示すようにＸ軸負方向に流れる走行風が生じる。図５において、図の複雑化を避けるために、一部の空気の流れについてのみ記載されている。走行風はフィン２３の間を通る。走行風がフィン２３の間を通ることで、フィン２３から走行風に熱が伝達されて、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。

車両１００の停止中は、図５に示す走行風は生じない。フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気の密度は、遠方の常温の空気、例えば、カバー３０の外部の空気の密度より低くなる。空気の密度の差により生じる浮力が空気の粘性力を上回ると、フィン２３の周囲に空気の流れが生じる。自然対流において粘性力に対する浮力の比は、下記（１）式のグラスホフ数Ｇｒで表される。グラスホフ数Ｇｒが大きいほど、自然対流が起きやすい。

上記（１）式において、ｇは重力加速度（単位：ｍ／ｓ^２）を示す。βは、流体、具体的には、空気の体膨張係数（単位：１／Ｋ）を示す。ΔＴは、代表温度差、具体的には、発熱体と流体との温度差、すなわち、フィン２３の温度と空気の温度差（単位：Ｋ）を示す。Ｌは、代表長さ、具体的には、空気の流れに沿う発熱体の長さ、例えばＹＺ平面において空気の流れに沿うフィン２３の長さを示す。νは、流体、具体的には、空気の動粘性係数（単位：ｍ^２／ｓ）を示す。

図６に示すように、車両が水平に位置している状態で、フィン４１の主面が水平になる向きでヒートパイプ４２に取り付けられている従来の電子機器では、鉛直方向上方に向かう空気の流れに沿うフィンの長さは、鉛直方向上方に向かう空気に接触するフィンの側面の鉛直方向の長さであって、十分に小さい値となるため、グラスホフ数Ｇｒが小さい。換言すれば、自然対流が起きにくい。わずかに生じた自然対流によって、鉛直方向下部に位置するフィン４１またはヒートパイプ４２の鉛直方向下部から熱を伝達されて鉛直方向上方に空気が移動しても、鉛直方向上部で水平に位置しているフィン４１によって移動が妨げられる。この結果、図６に矢印で示すようにＹ軸方向に隣接するヒートパイプ４２およびＺ軸方向に隣接するフィン４１に囲まれた空間で空気が滞留してしまう。このため、フィン４１の主面が水平に位置している従来の電子機器において、自然対流による冷却性能は低い。

一方、実施の形態１に係る電子機器１において、フィン２３は、主面が水平面に対して傾く向きで伝熱部材２２に取り付けられている。このため、フィンが水平に設けられている従来の電子機器と比べて、代表長さＬの値が大きくなり、グラスホフ数Ｇｒが大きくなる。換言すれば、フィンが水平に設けられている従来の電子機器と比べて自然対流が起きやすい。図７に示すように、鉛直方向下部に位置するフィン２３または支管２４ｂの鉛直方向下部から熱を伝達されて鉛直方向上方に移動した空気は、水平面に対して傾いているフィン２３に沿って、さらに鉛直方向上方に移動する。

この結果、図８に矢印ＡＲ２で示すように、カバー３０の内部の空気はフィン２３から熱を伝達されて暖められて、フィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する。鉛直方向上方に移動した空気は、カバー３０の鉛直方向上方に形成された通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出する。カバー３０の内部の空気が通風孔３０ａを通って流出すると、矢印ＡＲ３で示すように、カバー３０の側面に形成された通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部の空気がカバー３０の内部に流入する。さらに、図８には図示しない通風孔３０ｂを通ってカバー３０の外部の空気がカバー３０の内部に流入する。図８において、図の複雑化を避けるために、一部の空気の流れについてのみ記載されている。

カバー３０の内部に流入した空気は、上述のようにフィン２３から熱を伝達されて暖められ、フィン２３に沿って鉛直方向上方に移動し、通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出する。フィン２３が、主面が水平面に対して傾く向きで伝熱部材２２に取り付けられているため、フィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する空気の流れが生じる。このように自然対流を利用して、車両１００の停止時にもスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を冷却することが可能となる。

車両１００が水平に位置している状態でフィン２３の主面と水平面がなす角度を大きくすると、上記（１）式における代表長さＬの値が大きくなって、グラスホフ数Ｇｒが大きくなるため、自然対流による冷却性能が高くなる。しかしながら、車両１００が水平に位置している状態でフィン２３の主面と水平面がなす角度を大きくすると、１つのフィンが占める範囲のＺ軸方向の長さが長くなるため、車両限界内で設置できるフィン２３の枚数が少なくなってしまう。フィン２３の枚数が少なくなると、放熱面積の減少によって冷却性能が低下するため、車両１００が水平に位置している状態でフィン２３の主面と水平面がなす角度は、自然対流による冷却性能およびフィン２３を設置可能なスペースに応じて定められることが好ましい。

実施の形態１では、例えば、車両１００が水平に位置している状態でＹＺ平面においてフィン２３の主面と水平面がなす角度は、１５度以下の範囲であることが好ましい。さらには、ＹＺ平面においてフィン２３の主面と水平面がなす角度は、５度以上、１５度以下の範囲であることが好ましい。

以上説明した通り、実施の形態１に係る電子機器１は、車両１００が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで伝熱部材２２に取り付けられるフィン２３を備える。車両１００の停止時に、フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気がフィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する。フィン２３が水平面に対して傾いているため、フィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する空気の流れが生じて、車両１００の停止時にも、電子機器１は、自然対流を利用して、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

（実施の形態２）
電子機器１の設置位置ならびに伝熱部材２２およびフィン２３の配置は、上述の例に限られず、自然対流を利用して電子部品を冷却することが可能であれば、任意である。一例として、車両１００の屋根１００ａに形成された収容部１００ｂに設けられ、第２主面２１ｂに対して鋭角をなす方向に延びる伝熱部材２２を備える電子機器２について実施の形態２で説明する。

図９に示すように、車両１００の屋根１００ａには、鉛直方向上部が開口している凹部である収容部１００ｂが形成されている。詳細には、収容部１００ｂの開口面は、車両１００の屋根１００ａの鉛直方向上端と同じ面に位置する。収容部１００ｂは、電子機器２の筐体２０を収容する。詳細には、収容部１００ｂの底面に筐体２０の底面が取り付けられる。

冷却性能を高めるために、伝熱部材２２の少なくとも一部およびフィン２３の少なくとも一部は、屋根１００ａの鉛直方向上端より鉛直方向上側に位置することが好ましい。

電子機器２の構成要素は、実施の形態１に係る電子機器１と同様であるが、伝熱部材２２およびフィン２３の配置が電子機器１と異なる。詳細には、図９におけるX－X線での矢視断面図である図１０に示すように、伝熱部材２２は、第２主面２１ｂに対して鋭角をなす方向に延びる。具体的には、伝熱部材２２は、実施の形態１と同様の母管２４ａと、第２主面２１ｂに対して鋭角をなす方向に延びる向きで母管２４ａに取り付けられる支管２４ｂと、を有する。実施の形態２では、支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、かつ、車両１００の幅方向の中央から端部に向かう方向に延びる。図１０において、車両１００のＹ軸方向中心よりＹ軸負方向側に位置する伝熱部材２２が有する支管２４ｂの延伸方向Ｄ１および車両１００のＹ軸方向中心よりＹ軸正方向側に位置する伝熱部材２２が有する支管２４ｂの延伸方向Ｄ２を二点鎖線で示す。延伸方向Ｄ１が第２主面２１ｂとなす角θ１および延伸方向Ｄ２が第２主面２１ｂとなす角θ２は鋭角である。

具体的には、第２主面２１ｂにＹ軸方向に８つの母管２４ａが取り付けられる。第２主面２１ｂのＹ軸方向中央よりＹ軸負方向側に位置する４つの母管２４ａに取り付けられる支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、かつ、Ｙ軸負方向に向かう方向に延びる。一方、第２主面２１ｂのＹ軸方向中央よりＹ軸正方向側に位置する４つの母管２４ａに取り付けられる支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、かつ、Ｙ軸正方向に向かう方向に延びる。

フィン２３は、車両１００が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで伝熱部材２２に取り付けられる。具体的には、フィン２３は、主面が支管２４ｂの延伸方向に直交する向きで伝熱部材２２に取り付けられる。伝熱部材２２が、第２主面２１ｂに対して鋭角をなす方向に延びるため、支管２４ｂの延伸方向に直交するフィン２３の主面は、第２主面２１ｂに対して傾いている。車両１００が水平に位置している状態で、第２主面２１ｂは、水平になるため、フィン２３の主面は水平面に対して傾いている。

実施の形態２では、各フィン２３のＹ軸方向の両端部の内、車両１００の中央に近い一方の端部２３１の鉛直方向の位置が他方の端部２３２の鉛直方向の位置より高い。

車両１００の走行時は、実施の形態１と同様に走行風がフィン２３の間を通ることで、フィン２３から走行風に熱が伝達されて、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。

車両１００の停止中は、走行風は生じない。上述のようにフィン２３は、第２主面２１ｂに対して鋭角をなす方向に延びる支管２４ｂの延伸方向に主面が直交する向きで支管２４ｂに取り付けられている。このため、図１１に矢印ＡＲ４で示すように、カバー３０の内部の空気はフィン２３から熱を伝達されて暖められて、フィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する。鉛直方向上方に移動した空気は、通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出する。カバー３０の内部の空気が通風孔３０ａを通って流出すると、矢印ＡＲ５で示すように、通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部の空気がカバー３０の内部に流入する。さらに、図１１には図示しない通風孔３０ｂを通ってカバー３０の外部の空気がカバー３０の内部に流入する。図１１において、図の複雑化を避けるために、一部の空気の流れについてのみ記載されている。

カバー３０の内部に流入した空気は、上述のようにフィン２３から熱を伝達されて暖められ、フィン２３に沿って鉛直方向上方に移動し、通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出する。フィン２３が、第２主面２１ｂに対して鋭角をなす方向に延びる支管２４ｂの延伸方向に主面が直交する向きで支管２４ｂに取り付けられているため、フィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する空気の流れが生じる。このように自然対流を利用して、車両１００の停止時にもスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を冷却することが可能となる。

支管２４ｂの延伸方向と第２主面２１ｂとがなす鋭角が小さくなると、換言すれば、図１０に示す角θ１，θ２が小さくなると、上記（１）式における代表長さＬの値が大きくなって、グラスホフ数Ｇｒが大きくなるため、自然対流による冷却性能が高くなる。しかしながら、支管２４ｂの延伸方向と第２主面２１ｂとがなす鋭角が小さくなると、１つの支管２４ｂが占める範囲のＺ軸方向の長さが長くなり、車両限界内で設置できる支管２４ｂの本数が少なくなる。この結果、車両限界内で支管２４ｂに取り付けられるフィン２３の枚数が少なくなってしまう。フィン２３の枚数が少なくなると、放熱面積の減少によって冷却性能が低下するため、支管２４ｂの延伸方向と第２主面２１ｂとがなす鋭角の大きさは、自然対流による冷却性能およびフィン２３を設置可能なスペースに応じて定められることが好ましい。

例えば、支管２４ｂの延伸方向と第２主面２１ｂとがなす鋭角は、７５度以上であることが好ましい。さらには、支管２４ｂの延伸方向と第２主面２１ｂとがなす鋭角は、７５度以上、かつ、８５度以下であることが好ましい。

以上説明した通り、実施の形態２に係る電子機器２は、第２主面２１ｂに対して鋭角をなす方向に延びる伝熱部材２２と、伝熱部材２２の延伸方向に主面が直交する向きで伝熱部材２２に取り付けられるフィン２３と、を備える。車両１００の停止時に、フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気がフィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する。フィン２３が水平面に対して傾いているため、フィン２３に沿って鉛直方向上方に移動する空気の流れが生じて、車両１００の停止時にも、電子機器２は、自然対流を利用して、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

（実施の形態３）
伝熱部材２２の形状およびフィン２３の配置は、上述の例に限られず、走行風および自然対流を利用して電子部品を冷却することが可能であれば、任意である。実施の形態１，２と異なる伝熱部材とフィンとを備える電子機器３について、電子機器１，２と異なる点を中心に実施の形態３で説明する。

図１２および図１２におけるXIII－XIII線での矢視断面図である図１３に示すように、実施の形態３に係る電子機器３は、受熱ブロック２１に取り付けられ、受熱ブロック２１を介して電子部品から伝達された熱を第２主面２１ｂから離れる方向に伝達する伝熱部材５１と、伝熱部材５１に取り付けられ、受熱ブロック２１および伝熱部材５１を介して電子部品から伝達された熱を空気に放熱するフィン５２と、を備える。伝熱部材５１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに沿って並べて設けられる。フィン５２は、Ｙ軸方向に並べられて伝熱部材５１に取り付けられる。

電子機器３は、車両１００の進行方向であるＸ軸方向に延びる熱分散部材５３を備えることが好ましい。熱分散部材５３は、電子機器１が備える伝熱部材２２が有する母管２４ａと同じ役割を果たす。例えば、熱分散部材５３は、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成されるパイプで形成され、内部に冷媒が封入されている。冷媒は、常温で気液二相の状態で存在する物質、例えば、水である。

伝熱部材５１は、Ｙ軸方向に延びて全体として受熱ブロック２１に当接した状態で受熱ブロック２１に取り付けられる基部５１ａと、基部５１ａに取り付けられる延伸部５１ｂと、延伸部５１ｂに取り付けられる保持部５１ｃと、を有する。例えば、基部５１ａ、延伸部５１ｂ、および保持部５１ｃはそれぞれ、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成されるパイプで形成され、互いに連通している。これにより、基部５１ａ、延伸部５１ｂ、および保持部５１ｃは、Ｕ字形状のヒートパイプを形成する。基部５１ａ、延伸部５１ｂ、および保持部５１ｃが形成するヒートパイプの内部には、冷媒が封入されている。

基部５１ａは、受熱ブロック２１の第２主面２１ｂに形成される溝に挿入されて、接着剤による接着、はんだ付け等の取り付け方法によって受熱ブロック２１に取り付けられている。基部５１ａは、車両１００が水平に位置している状態で、水平方向に延びる。基部５１ａは、受熱ブロック２１に当接した状態でＹ軸方向に延びるため、基部５１ａの内部の冷媒に、受熱ブロック２１から効率よく熱が伝達される。実施の形態３では、基部５１ａの一端は、熱分散部材５３に連通している。

延伸部５１ｂの一端は、基部５１ａの他端に連通する。延伸部５１ｂは、Ｚ軸方向、具体的には、受熱ブロック２１から離れる方向に延び、受熱ブロック２１の第２主面２１ｂから離れる方向に熱を伝達する。

保持部５１ｃは、延伸部５１ｂの他端に連通し、延伸部５１ｂから離れる方向に延びる。詳細には、保持部５１ｃは、第２主面２１ｂに沿って延びる。実施の形態３では、保持部５１ｃは、車両１００が水平に位置している状態で、水平方向に延びる。保持部５１ｃには、フィン５２が取り付けられる。保持部５１ｃは、取り付けられたフィン５２を保持する。

実施の形態３では、電子機器３は、延伸部５１ｂの長さが互いに異なる３種類の伝熱部材５１を備える。Ｘ軸方向に互いに隣接する伝熱部材５１は、延伸部５１ｂの長さが異なる。

各フィン５２は、車両１００が水平に位置している状態で、主面が水平方向に直交するとみなせる向きで伝熱部材５１の保持部５１ｃに取り付けられる。換言すれば、車両１００が水平に位置している状態で、フィン５２の主面の法線方向は、水平方向に一致するとみなせる。主面が水平方向に直交するとみなせるとは、主面と水平面がなす角度が８０度以上、かつ、１００度以下の範囲にあることを意味するものとする。上述のようにフィン５２が伝熱部材５１に取り付けられることで、車両１００が水平に位置している状態で、フィン５２の主面は鉛直方向に沿うとみなすことができる。車両１００の走行時における電子部品の冷却性能を高めるため、フィン５２の主面は、Ｘ軸に平行であることが好ましい。換言すれば、車両１００の主面の法線方向は、Ｙ軸方向に一致することが好ましい。

熱分散部材５３は、Ｙ軸方向に並べて設けられる。詳細には、熱分散部材５３は、受熱ブロック２１の第２主面２１ｂに形成された溝に挿入されて、接着剤による接着、はんだ付け等の取り付け方法によって受熱ブロック２１に取り付けられている。各熱分散部材５３に対して複数の基部５１ａが取り付けられる。

上記構成を有する電子機器３が備える電子部品の冷却について以下に説明する。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の少なくともいずれかで生じた熱は、受熱ブロック２１および基部５１ａを介して冷媒に伝達される。この結果、冷媒は気化する。気化した冷媒は延伸部５１ｂの内部をＺ軸正方向に移動し、保持部５１ｃの内部に流入する。冷媒は、上述のように移動しながら熱を延伸部５１ｂまたは保持部５１ｃおよびフィン２３を介して、伝熱部材５１の周囲の空気に伝達することで冷却され、液化する。液化した冷媒は保持部５１ｃおよび延伸部５１ｂの内壁を伝って基部５１ａに戻る。上述のように冷媒が気化と液化を繰り返しながら循環することで、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の少なくともいずれかで生じた熱が伝熱部材５１の周囲の空気に伝達され、発熱しているスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。

車両１００の走行時は、実施の形態１と同様に走行風がフィン５２の間を通ることで、フィン５２から走行風に熱が伝達されて、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。

車両１００の停止中は、走行風は生じない。上述のように、フィン５２は、車両１００が水平に位置している状態で、主面が水平方向に直交する向きで伝熱部材５１の保持部５１ｃに取り付けられている。このため、図１４に矢印ＡＲ６で示すように、カバー３０の内部の空気は、フィン５２から熱を伝達されて暖められて、フィン５２に沿ってＺ軸正方向に移動する。Ｚ軸正方向に移動した空気は、通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出する。カバー３０の内部の空気が通風孔３０ａを通って流出すると、矢印ＡＲ７で示すように、通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部の空気がカバー３０の内部に流入する。さらに、図１４には図示しない通風孔３０ｂを通ってカバー３０の外部の空気がカバー３０の内部に流入する。図１４において、図の複雑化を避けるために、一部の空気の流れについてのみ記載されている。

カバー３０の内部に流入した空気は、上述のようにフィン５２から熱を伝達されて暖められ、フィン５２に沿って鉛直方向上方に移動し、通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出する。フィン５２が、車両１００が水平に位置している状態で、主面が水平方向に直交する向きで伝熱部材５１に取り付けられているため、フィン５２に沿って鉛直方向上方に移動する空気の流れが生じる。このように自然対流を利用して、車両１００の停止時にもスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を冷却することが可能となる。

以上説明した通り、実施の形態３に係る電子機器３は、車両１００が水平に位置している状態で主面が水平方向に直交する向きで伝熱部材５１に取り付けられるフィン５２を備える。車両１００の停止時に、フィン５２から熱を伝達されて暖められた空気がフィン５２に沿って鉛直方向上方に移動する。フィン５２に沿って鉛直方向上方に移動する空気の流れが生じて、車両１００の停止時にも、電子機器３は、自然対流を利用して、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

伝熱部材５１が受熱ブロック２１に当接した状態でＹ軸方向に延びる基部５１ａを有することで、受熱ブロック２１から伝熱部材５１への熱伝達効率が実施の形態１，２の場合よりもよいため、電子機器３の冷却性能が高い。

電子機器３が熱分散部材５３を備えるため、熱分散部材５３が受熱ブロック２１を介してスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３から伝達された熱を、Ｘ軸方向に分散することで、受熱ブロック２１のＸ軸方向の温度のばらつきが抑制される。この結果、Ｘ軸方向に並べて設けられる伝熱部材５１のそれぞれに同様に熱を伝達することができ、電子機器３の冷却性能が向上する。

（実施の形態４）
伝熱部材５１およびフィン５２の形状は、実施の形態３の例に限られない。電子機器３と異なる伝熱部材５１およびフィン５２を備える電子機器４について、電子機器３と異なる点を中心に実施の形態４で説明する。

図１５および図１５におけるXVI－XVI線での矢視断面図である図１６に示すように、電子機器４が備える伝熱部材５１は、基部５１ａと、延伸部５１ｂと、保持部５１ｄと、を有する。保持部５１ｄの延伸部５１ｂに取り付けられる一端の鉛直方向の位置は、他端の鉛直方向の位置より低い。これにより、保持部５１ｄにおいて液化した冷媒が、実施の形態３の場合よりも速やかに延伸部５１ｂおよび基部５１ａに到達する。この結果、冷媒の循環が速やかに行われるため、電子機器４の冷却性能が向上する。

実施の形態４では、電子機器４は、延伸部５１ｂの長さが互いに異なる４種類の伝熱部材５１を備える。Ｘ軸方向に互いに隣接する伝熱部材５１は、延伸部５１ｂの長さが異なる。

各フィン５２は、実施の形態３と同様に、車両が水平に位置している状態で、主面が水平方向に直交する向きで伝熱部材５１の保持部５１ｄに取り付けられる。実施の形態４では、車両１００の幅方向の中央において、フィン５２は、受熱ブロック２１の第２主面２１ｂから離れる方向に並べて設けられる。換言すれば、車両１００のＹ軸方向の中央において、フィン５２は、Ｚ軸方向に並べて設けられる。具体的には、図１５に示すように、Ｙ軸方向の中央に位置する４つの熱分散部材５３に取り付けられる伝熱部材５１に対して、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に並べられた複数のフィン５２が取り付けられる。

伝熱部材５１の内部に封入されている冷媒が、実施の形態３と同様に、気化と液化を繰り返しながら循環することで、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の少なくともいずれかで生じた熱が伝熱部材５１の周囲の空気に伝達され、発熱しているスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。

車両１００の走行時は、実施の形態１と同様に走行風がフィン５２の間を通ることで、フィン５２から走行風に熱が伝達されて、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。Ｚ軸方向にフィン５２が並べられている場合は、Ｚ軸方向に隣接しているフィン５２の間にも走行風が流れる。これにより、走行風に接するフィン５２の面積が実施の形態３と比べて大きくなるため、電子機器４の冷却性能が向上する。

車両１００の停止中は、走行風は生じない。この場合、実施の形態３と同様に、カバー３０の内部の空気は、フィン５２から熱を伝達されて暖められて、フィン５２に沿ってＺ軸正方向に移動する。フィン５２に沿ってＺ軸正方向に走行風が流れると、フィン５２の近傍に層流境界層が形成される。走行風がＺ軸正方向に流れる場合、Ｚ軸正方向に向かうにつれてフィン５２の表面での速度勾配が減少し、速度勾配が０になる位置、すなわち、剥離点において境界層の剥離が生じることがある。境界層が剥離すると、フィン５２から離れる方向に空気の流れが生じるため、フィン５２の近傍に空気を流すことが困難となる。

境界層の剥離を抑制するため、Ｚ軸方向に並べられるフィン５２の少なくともいずれかは、Ｚ軸方向に隣接する他のフィン５２からＹ軸方向にずれた位置に設けられることが好ましい。具体的には、図１５に示すように、Ｙ軸方向の中央に位置する２つの熱分散部材５３に取り付けられる伝熱部材５１に取り付けられる複数のフィン５２は、Ｙ軸方向における位置が互いに異なることが好ましい。Ｙ軸方向における位置をずらしてフィン５２を配置することで、車両１００の停止時に、Ｚ軸方向下部に位置するフィン５２から熱を伝達された空気がＺ軸正方向に移動すると、他のフィン５２に接触し、乱流が生じる。乱流が生じることでフィン５２の近傍で境界層剥離が生じることが抑制され、フィン５２の近傍に空気が流れることが可能となる。この結果、フィン５２の近傍に空気の流れが生じるので、電子機器４の冷却性能が向上する。

以上説明した通り、実施の形態４に係る電子機器４が備える伝熱部材５１が有する保持部５１ｄの延伸部５１ｂに取り付けられる一端の鉛直方向の位置は、他端の鉛直方向の位置より低い。これにより、液化した冷媒が速やかに延伸部５１ｂを通って基部５１ａに戻ることができるため、電子機器４の冷却性能は電子機器３よりも高い。

Ｚ軸方向に隣接するフィン５２のＹ軸方向の位置が互いにずれている場合は、フィン５２の近傍で境界層剥離が生じることが抑制されるため、電子機器４の冷却性能が向上する。

本開示は、上述の実施の形態に限られない。例えば、上述の実施の形態は任意に組み合わせることが可能である。

インバータ１４は、空調機器６２に限られず、車両１００の停止時に稼動している任意の負荷装置に電力を供給することができる。一例として、インバータ１４は、照明機器、車両１００のドア開閉装置等に電力を供給することができる。

筐体２０の形状は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を内部に収容し、屋根１００ａに取り付け可能な形状であれば、任意である。一例として、図１７に示す電子機器５が備える筐体２５の鉛直方向上面は、車両１００が水平に位置した状態で、水平面に対して傾いている。具体的には、車両１００が水平に位置した状態で、開口２５ａの開口面は水平面に対して傾いている。

上述のように、水平面に対して傾いている開口２５ａを塞ぐ受熱ブロック２１の第２主面２１ｂは、車両１００が水平に位置した状態で、水平面に対して傾いている。この場合、伝熱部材２２は、第２主面２１ｂに直交する方向に延びればよい。この結果、伝熱部材２２は、水平面に対して鋭角をなす方向に延びる。詳細には、支管２４ｂは、第２主面２１ｂに直交する方向に延びる向きで母管２４ａに取り付けられる。

この場合、フィン２３は、主面が伝熱部材２２の延伸方向に直交する向きで伝熱部材２２に取り付けられればよい。詳細には、フィン２３は、主面が支管２４ｂの延伸方向に直交する向きで支管２４ｂに取り付けられればよい。伝熱部材２２は、水平面に対して鋭角をなす方向に延びるため、フィン２３の主面は、水平面に対して傾いている。この結果、車両１００の停止中に、フィン２３に沿って鉛直方向上方に向かう空気の流れが生じ、自然対流によってスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

受熱ブロック２１は、筐体２０から離れる方向に突出する曲面を有する板状部材でもよい。この場合、伝熱部材２２は、車両１００が水平に位置している状態で、水平面に対して鋭角をなす方向に延伸すればよい。

受熱ブロック２１は、上述の実施の形態のように一枚の板状部材で形成されてもよいし、複数の板状部材を組み合わせて形成されてもよい。複数の受熱ブロック２１を備える電子機器６の例を図１８に示す。電子機器６は、複数の受熱ブロック２１と、各受熱ブロック２１に取り付けられる伝熱部材５１と、を備える。伝熱部材５１の構造は実施の形態３に係る電子機器３が備える伝熱部材５１と同じである。各受熱ブロック２１は、互いに当接した状態で、開口２０ａを塞いで筐体２０に取り付けられる。各受熱ブロック２１に伝熱部材５１が取り付けられているため、いずれかの伝熱部材５１に不具合が生じた場合に、不具合が生じた伝熱部材５１のみを交換することが可能となる。この結果、保守作業が容易となり、保守作業のコストも低減可能となる。

受熱ブロック２１に取り付けられる電子部品は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３に限られず、例えば、サイリスタ、ダイオード等の筐体２０，２５の内部に収容されている任意の電子部品である。

伝熱部材２２，５１は、ヒートパイプに限られず、第２主面２１ｂから離れる方向に熱を伝達する部材であれば任意である。一例として、伝熱部材２２，５１は、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成される棒状部材でもよい。

伝熱部材２２，５１の配置は、上述の例に限られず、自然対流を利用して電子部品を冷却することが可能であれば、任意である。具体的には、実施の形態３，４では、保持部５１ｃ，５１ｄは、延伸部５１ｂから車両１００の幅方向の中心に向かって延びるが、保持部５１ｃ，５１ｄの延伸方向は、上述の例に限られない。一例として、図１８の電子機器６が備える伝熱部材５１が有する保持部５１ｃの内、車両１００の幅方向の端部、換言すれば、Ｙ軸方向における端部に位置する伝熱部材５１が有する保持部５１ｃのように、保持部５１ｃは、延伸部５１ｂから車両１００の幅方向の端部に向かって延びてもよい。

他の一例として、図１９に示す電子機器７に示すように、車両１００のＹ軸方向の端部に近い位置に設けられる支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、かつ、車両１００のＹ軸方向の端部に近づく方向に延びてもよい。車両１００のＹ軸方向の中央に近い位置に設けられる支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、かつ、Ｙ軸方向の中央に近づく方向に延びてもよい。

詳細には、電子機器７において、車両１００のＹ軸負方向の端部に近い２つの支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、Ｙ軸負方向に向かう方向に延びる。車両１００のＹ軸正方向の端部に近い２つの支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、Ｙ軸正方向に向かう方向に延びる。Ｙ軸方向の中央に位置する４つの支管２４ｂの内、Ｙ軸負方向側に位置する２つの支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、かつ、Ｙ軸正方向に向かう方向に延びる。Ｙ軸方向の中央に位置する４つの支管２４ｂの内、Ｙ軸正方向側に位置する２つの支管２４ｂは、第２主面２１ｂから離れ、かつ、Ｙ軸負方向に向かう方向に延びる。

電子機器７が備える各支管２４ｂは、上述のように、第２主面２１ｂに対して鋭角をなす方向に延伸する。実施の形態１と同様に、フィン２３は、主面が支管２４ｂの延伸方向に直交する向きで支管２４ｂに取り付けられる。この結果、フィン２３の主面が水平面に対して傾いているため、鉛直方向上方に向かう空気の流れが生じて、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

母管２４ａおよび支管２４ｂの形状は、上述の例に限られず、第２主面２１ｂから離れる方向に熱を伝達する部材であれば任意である。一例として、母管２４ａおよび支管２４ｂは一体に形成されて、Ｕ字状またはＬ字状の形状のヒートパイプである伝熱部材２２を形成してもよい。

伝熱部材２２，５１の延伸方向に直交する断面の形状は、円形に限られず、扁平形状でもよい。扁平形状は、円の一部の幅を元の円より狭く変形することで得られる形状であり、楕円、流線型、長円等を含む。長円は、同一の直径である２つの円の外縁を２本の直線で繋いだ形状の外形を意味する。

一例として、断面が楕円形状である保持部５１ｃを有する伝熱部材５１を備える電子機器８を図２０に示す。断面積が同じである場合、断面が楕円形状の保持部５１ｃは、断面が円形の保持部５１ｃと比べて、表面積が大きい。この結果、電子機器８は、車両１００の走行時および停止時いずれの場合においても、保持部５１ｃの断面が円形である場合と比べて、冷却性能が高くなる。伝熱部材２２の延伸方向に直交する断面の形状を扁平形状にした場合も、同様の効果が得られる。

車両１００の停止時に空気がＺ軸正方向へ流れることを促進するため、図２１に示す電子機器８のように、断面が扁平形状である保持部５１ｃの少なくともいずれかの長手方向は、車両１００が水平に位置している状態で水平面に対して傾いていることが好ましい。

さらに、車両１００の走行時に走行風をフィン５２の鉛直方向における中央部分に流すために、同じフィン５２が取り付けられている複数の伝熱部材５１が有する保持部５１ｃの少なくともいずれかの長手方向は、車両１００が水平に位置している状態で水平面に対して傾いていることが好ましい。例えば、上述の保持部５１ｃの内、鉛直方向上部に位置する保持部５１ｃにおいて、車両１００の進行方向における該フィン５２の中心に近い一方の端部の鉛直方向の位置は、他方の端部の鉛直方向の位置より低いことが好ましい。また、上述の保持部５１ｃの内、鉛直方向下部に位置する保持部５１ｃにおいて、車両１００の進行方向における該フィン５２の中心に近い一方の端部の鉛直方向の位置は、他方の端部の鉛直方向の位置より高いことが好ましい。

フィン２３を伝熱部材２２に取り付ける向きは、上述の例に限られず、主面が水平面に対して傾いている形状であれば任意である。一例として、図２２に示す電子機器９のように、第２主面２１ｂに直交する方向に延びる支管２４ｂに対して、各フィン２３は、Ｙ軸方向の両端部の内、車両１００の中央に近い一方の端部２３１の鉛直方向の位置が他方の端部２３２の鉛直方向の位置より高くなる向きで取り付けられてもよい。

各フィン２３，５２は互いに同じ部材で形成されてもよいし、フィン２３，５２の少なくともいずれかは、他のフィン２３，５２と異なる部材で形成されてもよい。フィン２３，５２の少なくともいずれかを、他のフィン２３，５２と異なる部材で形成する場合、フィン２３，５２の少なくともいずれかの熱伝導率は、他のフィン２３，５２の熱伝導率と異なる。一例として、鉛直方向上部に位置するフィン２３の熱伝導率は、鉛直方向下部に位置するフィン２３の熱伝導率より高いことが好ましい。例えば、鉛直方向上部のフィン２３を銅で形成し、鉛直方向下部のフィン２３をアルミニウムで形成してもよい。

フィン２３，５２の個数、形状、および配置位置は、上述の例に限られず、任意である。一例として、フィン２３，５２は曲面を有する板状部材でもよい。他の一例として、各フィン２３，５２の形状は互いに異なってもよい。他の一例として、複数のフィン２３がＺ軸方向に並べられてもよい。この場合、鉛直方向下部のフィン２３は、全ての伝熱部材２２に取り付けられればよい。他の一例として、複数のフィン５２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに沿って並べられてもよい。フィン５２がＸ軸方向に並べられることで、車両１００の停止時に、フィン５２から熱を伝達されて暖められ、鉛直方向に向かう空気は、Ｘ軸方向に互いに隣接しているフィン５２の間を通って鉛直方向に移動することができる。この結果、電子機器３，４の冷却性能が向上する。

カバー３０の形状は、伝熱部材２２およびフィン２３または伝熱部材５１およびフィン５２を覆い、空気を内部に流入させることができる形状であれば任意である。一例として、カバー３０は、鉛直方向上面が曲面の形状を有してもよい。また他の一例として、カバー３０は、鉛直方向上面が平面の形状を有してもよい。カバー３０は、車両限界内で内部のスペースを最大限にする形状を有することが好ましい。

電子機器３－９は、電子機器２と同様に、車両１００の屋根１００ａに形成され、鉛直方向上部が開口している凹部である収容部１００ｂに設けられてもよい。

電子機器１－９の周囲に他の機器が設けられている場合、鉛直方向上部に位置するフィン２３は、鉛直方向下部に位置するフィン２３と比べて、外部から流入した空気に容易に接触することができる。同様に、フィン５２の鉛直方向上部は、フィン５２の鉛直方向下部と比べて、外部から流入した空気に容易に接触することができる。例えば、鉛直方向上部に位置するフィン２３の熱伝導率および鉛直方向上端の位置が他のフィン５２より高いフィン５２の熱伝導率を高くすることで、電子機器１－９の冷却性能を向上させることが可能となる。

電子機器１－９は、交流き電方式の鉄道車両に限られず、直流き電方式の鉄道車両に搭載されてもよい。電子機器１－９が搭載される車両は、鉄道車両に限られず、トロリーバス、路面電車等の走行風が生じる任意の移動体である。

本開示は、本開示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、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、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開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
本出願は、２０２１年６月１６日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０２１／０２２７９５号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。

１，２，３，４，５，６，７，８，９ 電子機器、１ａ，１ｂ 入力端子、１１ 変圧器、１２ コンバータ、１３，１４ インバータ、１５ 変圧器、２０，２５ 筐体、２０ａ，２５ａ 開口、２１ 受熱ブロック、２１ａ 第１主面、２１ｂ 第２主面、２２，５１ 伝熱部材、２３，４１，５２ フィン、２４ａ 母管、２４ｂ 支管、３０ カバー、３０ａ，３０ｂ 通風孔、４２ ヒートパイプ、５１ａ 基部、５１ｂ 延伸部、５１ｃ，５１ｄ 保持部、５３ 熱分散部材、６１ 電動機、６２ 空調機器、１００ 車両、１００ａ 屋根、１００ｂ 収容部、２３１，２３２ 端部、ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４，ＡＲ５，ＡＲ６，ＡＲ７ 矢印、Ｃ１ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ 延伸方向、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ スイッチング素子、θ１，θ２ 角。

Claims (21)

1. 車両に搭載される電子機器であって、
   電子部品が第１主面に取り付けられる伝熱性の受熱ブロックと、
   前記受熱ブロックの前記第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記受熱ブロックを介して前記電子部品から伝達された熱を前記第２主面から離れる方向に伝達する伝熱部材と、
   前記車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで前記伝熱部材に取り付けられ、前記受熱ブロックおよび前記伝熱部材を介して前記電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する１つまたは複数のフィンと、
   前記電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口が形成され、前記車両の屋根に設置される筐体と、を備え、
   前記受熱ブロックは、前記第１主面で前記筐体の前記開口を塞いだ状態で前記筐体に取り付けられる、
   電子機器。
2. 車両に搭載される電子機器であって、
   電子部品が第１主面に取り付けられる伝熱性の受熱ブロックと、
   前記受熱ブロックの前記第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記受熱ブロックを介して前記電子部品から伝達された熱を前記第２主面から離れる方向に伝達する伝熱部材と、
   前記車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで前記伝熱部材に取り付けられ、前記受熱ブロックおよび前記伝熱部材を介して前記電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する複数のフィンと、を備え、
   前記複数のフィンは、前記車両の幅方向に並べて設けられ、
   前記フィンはそれぞれ、前記車両が水平に位置している状態で、前記幅方向の両端部の内、前記車両の中央に近い一方の端部の鉛直方向の位置が他方の端部の鉛直方向の位置より低くなる向きで前記伝熱部材に取り付けられる、
   電子機器。
3. 車両に搭載される電子機器であって、
   電子部品が第１主面に取り付けられる伝熱性の受熱ブロックと、
   前記受熱ブロックの前記第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記受熱ブロックを介して前記電子部品から伝達された熱を前記第２主面から離れる方向に伝達する伝熱部材と、
   前記車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで前記伝熱部材に取り付けられ、前記受熱ブロックおよび前記伝熱部材を介して前記電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する複数のフィンと、を備え、
   前記複数のフィンは、前記車両の幅方向に４つずつ並べて設けられるフィンであり、
   前記複数のフィンの内、前記幅方向の両端に位置する前記フィンはそれぞれ、前記車両が水平に位置している状態で、前記幅方向の両端部の内、前記車両の中央に近い一方の端部の鉛直方向の位置が他方の端部の鉛直方向の位置より高くなる向きで前記伝熱部材に取り付けられ、
   前記複数のフィンの内、前記車両の幅方向の中央に位置する２つの前記フィンはそれぞれ、前記車両が水平に位置している状態で、前記幅方向の両端部の内、前記車両の中央に近い一方の端部の鉛直方向の位置が他方の端部の鉛直方向の位置より低くなる向きで前記伝熱部材に取り付けられる、
   電子機器。
4. 前記複数のフィンは、前記車両の幅方向および前記第２主面から離れる方向のそれぞれに並べて設けられる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 車両に搭載される電子機器であって、
   電子部品が第１主面に取り付けられる伝熱性の受熱ブロックと、
   前記受熱ブロックの前記第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記受熱ブロックを介して前記電子部品から伝達された熱を前記第２主面から離れる方向に伝達する伝熱部材と、
   前記車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで前記伝熱部材に取り付けられ、前記受熱ブロックおよび前記伝熱部材を介して前記電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する複数のフィンと、を備え、
   前記複数のフィンは、前記車両の幅方向および前記第２主面から離れる方向のそれぞれに並べて設けられ、
   前記フィンはそれぞれ、前記車両が水平に位置している状態で、主面が水平方向に直交するとみなせる向きで前記伝熱部材に取り付けられ、
   前記第２主面から離れる方向に並べられる前記フィンの少なくともいずれかは、前記第２主面から離れる方向に隣接する他の前記フィンから前記幅方向にずれた位置に設けられる、
   電子機器。
6. 前記伝熱部材は、前記車両が水平に位置している状態で鉛直方向に延びる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
7. 前記伝熱部材は、前記車両が水平に位置している状態で水平面に対して鋭角をなす方向に延びて、前記車両の幅方向に並べて設けられる複数の伝熱部材であり、
   前記複数の伝熱部材は、前記第２主面から離れ、かつ、前記幅方向の中央から端部に向かう方向に延びる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
8. 車両に搭載される電子機器であって、
   電子部品が第１主面に取り付けられる伝熱性の受熱ブロックと、
   前記受熱ブロックの前記第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記受熱ブロックを介して前記電子部品から伝達された熱を前記第２主面から離れる方向に伝達する伝熱部材と、
   前記車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで前記伝熱部材に取り付けられ、前記受熱ブロックおよび前記伝熱部材を介して前記電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する１つまたは複数のフィンと、を備え、
   前記伝熱部材は、前記車両が水平に位置している状態で水平面に対して鋭角をなす方向に延びて、前記車両の幅方向に並べて設けられる複数の伝熱部材であり、
   前記複数の伝熱部材は、前記第２主面から離れ、かつ、前記幅方向の中央から端部に向かう方向に延びる、
   電子機器。
9. 前記伝熱部材は、前記車両が水平に位置している状態で水平面に対して鋭角をなす方向に延びて、前記車両の幅方向に並べて設けられる複数の伝熱部材であり、
   前記複数の伝熱部材の内、前記車両の前記幅方向の端部に近い位置に設けられる前記伝熱部材は、前記第２主面から離れ、かつ、前記車両の前記幅方向の前記端部に近づく方向に延び、
   前記複数の伝熱部材の内、前記車両の前記幅方向の中央に近い位置に設けられる前記伝熱部材は、前記第２主面から離れ、かつ、前記車両の前記幅方向の中央に近づく方向に延びる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
10. 車両に搭載される電子機器であって、
    電子部品が第１主面に取り付けられる伝熱性の受熱ブロックと、
    前記受熱ブロックの前記第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記受熱ブロックを介して前記電子部品から伝達された熱を前記第２主面から離れる方向に伝達する伝熱部材と、
    前記車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで前記伝熱部材に取り付けられ、前記受熱ブロックおよび前記伝熱部材を介して前記電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する複数のフィンと、を備え、
    前記伝熱部材は、前記車両が水平に位置している状態で水平面に対して鋭角をなす方向に延びて、前記車両の幅方向に並べて設けられる複数の伝熱部材であり、
    前記複数の伝熱部材の内、前記車両の前記幅方向の端部に近い位置に設けられる前記伝熱部材は、前記第２主面から離れ、かつ、前記車両の前記幅方向の前記端部に近づく方向に延び、
    前記複数の伝熱部材の内、前記車両の前記幅方向の中央に近い位置に設けられる前記伝熱部材は、前記第２主面から離れ、かつ、前記車両の前記幅方向の中央に近づく方向に延びる、
    電子機器。
11. 前記受熱ブロックの前記第２主面は、前記車両が水平に位置している状態で水平面に対して傾いている、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の電子機器。
12. 前記伝熱部材は、
    前記受熱ブロックに取り付けられる基部と、
    前記基部に取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延びる延伸部と、
    前記延伸部に取り付けられ、前記延伸部から離れる方向に延び、前記フィンが取り付けられ、取り付けられた前記フィンを保持する保持部と、を有する、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の電子機器。
13. 前記保持部は、前記第２主面に沿って延びる、
    請求項１２に記載の電子機器。
14. 前記保持部の前記延伸部に取り付けられる一端の鉛直方向の位置は、他端の鉛直方向の位置より低い、
    請求項１２に記載の電子機器。
15. 前記保持部の延伸方向に直交する断面における形状は扁平形状であって、前記保持部の少なくともいずれかの前記断面における長手方向は、前記車両が水平に位置している状態で水平面に対して傾いている、
    請求項１２から１４のいずれか１項に記載の電子機器。
16. 車両に搭載される電子機器であって、
    電子部品が第１主面に取り付けられる伝熱性の受熱ブロックと、
    前記受熱ブロックの前記第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記受熱ブロックを介して前記電子部品から伝達された熱を前記第２主面から離れる方向に伝達する伝熱部材と、
    前記車両が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾く向きで前記伝熱部材に取り付けられ、前記受熱ブロックおよび前記伝熱部材を介して前記電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する１つまたは複数のフィンと、を備え、
    前記伝熱部材は、
    前記受熱ブロックに取り付けられる基部と、
    前記基部に取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延びる延伸部と、
    前記延伸部に取り付けられ、前記延伸部から離れる方向に延び、前記フィンが取り付けられ、取り付けられた前記フィンを保持する保持部と、を有し、
    前記保持部の延伸方向に直交する断面における形状は扁平形状であって、前記保持部の少なくともいずれかの前記断面における長手方向は、前記車両が水平に位置している状態で水平面に対して傾いている、
    電子機器。
17. 前記電子部品は、前記車両の走行によらず通電されて発熱する、
    請求項１から１６のいずれか１項に記載の電子機器。
18. 前記伝熱部材は、内部に冷媒が封入されているヒートパイプを有する、
    請求項１から１７のいずれか１項に記載の電子機器。
19. 前記電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口が形成され、前記車両の屋根に設置される筐体をさらに備え、
    前記受熱ブロックは、前記第１主面で前記筐体の前記開口を塞いだ状態で前記筐体に取り付けられる、
    請求項２，３および５のいずれか１項に記載の電子機器。
20. 前記車両の屋根に設けられ、鉛直方向上部が開口している凹部である収容部に、前記筐体が収容される、
    請求項１または１９に記載の電子機器。
21. 前記車両が水平に位置している状態で、前記伝熱部材および前記フィンのそれぞれの鉛直方向上端は、前記凹部の鉛直方向上端より高く位置する、
    請求項２０に記載の電子機器。

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