JPH06151665A - 電車用補助電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電車の力行時、制動時に正，負の加速力が垂
直配置のヒートパイプに作用した場合でも、ヒートパイ
プの付け根に繰り返し曲げ応力が生じるのを防止し、ひ
いてはヒートパイプのひび割れ或いは切損を防止する。 【構成】 車両本体に搭載された収納箱１０内を上部の
室１０４と下部の室１０５とに仕切る仕切板１０３を貫
通して上部及び下部の室に跨って位置すると共にトラン
ジスタモジュール６３ａＭ１，６３ａＭ２が熱的に接続
された下端受熱部１２ａ１から上端放熱部１２ａ２に跨
ってヒートパイプ１２ｂ３が穿設された受熱放熱板１２
ａと、各々上部の室内に配設され各々受熱放熱板の上端
放熱部の両側面から略直角をなして突出しかつ上端放熱
部に対応して上下に延在し相互間にヒートパイプの延在
方向に延在する通風路を形成する複数のフィン部１２ｃ
とを有し、受熱放熱板部と複数のフィン部とを一体形成
して仕切板に取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば電車用補助電
源に於けるチョッパを構成するＧＴＯサイリスタやイン
バータを構成する電力用トランジスタ等の半導体が、内
部に冷媒が封入されたヒートパイプによって冷却される
電車用補助電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば電車用補助電源に於けるチョッパ
を構成するＧＴＯサイリスタやインバータを構成する電
力用トランジスタ等の半導体のユニット、特に半導体が
内部に冷媒が封入されたヒートパイプによって冷却され
る半導体ユニットが使用される電車用補助電源装置は、
例えば、図４〜図６に示すように構成されている。

【０００３】図４は電車用補助電源装置が電車に取り付
けられた概略構成を示す図で、同図において、１はＤＣ
（直流）１５００Ｖの架線、２は線路、３は電車の車両
本体、４は車輪、５は前記車両本体３の天井部上に取り
付けられたパンタグラフで、そのシューは前記架線１に
圧接されている。６は前記車両本体３と前記線路２との
間の空間に配設され前記車両本体３の床部の下側面に取
り付けられた電車用補助電源装置で、前記パンタグラフ
５を介して前記架線１から１５００ＶのＤＣが入力され
る。

【０００４】７は蛍光灯等の車内照明、８は前記車両本
体３の上部に取り付けられた空気調和機、９は前記車両
本体３と前記線路２との間の空間に配設された前記車両
本体３の床部の下側面に取り付けられた圧縮機で、前記
車内照明７、空気調和機８、及び圧縮機９は何れも前記
電車用補助電源装置６のＡＣ（交流）出力により作動す
る。また、前記電車用補助電源装置６のＡＣ出力は、前
記車内照明７、空気調和機８、圧縮機９の電源としての
み使用されるのではなく、制御用電源やその他各種電気
機器の電源として使用される。

【０００５】また、図５は前記電車用補助電源装置６の
概略回路構成を示す図で、１１Ｎは前記電車用補助電源
装置６の入力即ち前記架線１から給電されるＤＣ入力
で、ＡＣ（交流）を全波整流して得られた脈流である。
６１は入力側フィルタで、その出力６１ＯＵＴはＤＣ１
５００Ｖである。６２はＧＴＯサイリスタ６２ａやフィ
ルタ６２ｂ等を主回路要素とするＧＴＯサイリスタチョ
ッパで、その出力６２ＯＵＴはＤＣ８００Ｖである。

【０００６】６３はパワートランジスタで、そのＡＣ出
力６３ＯＵＴは図示のように１パルスモードである。６
４はパワートランス（電力用変圧器）、６５は電力用コ
ンデンサで構成された出力側のフィルタで、その出力６
５０ＵＴは図示のようにＳｉｎウエーブ（正弦波）の３
相２００Ｖや３相４４０Ｖを出力する。

【０００７】図５において、架線１から給電された脈流
ＤＣ入力１ＩＮは、前記入力側フィルタ６１で脈流やノ
イズを含まない奇麗なＤＣ１５００Ｖとなり、次段のＧ
ＴＯサイリスタチョッパ６２に供給される。前記架線１
から給電された脈流ＤＣ入力１ＩＮの大きさはき電線の
負荷変化（他電車の通過、力行、惰行時電力回生など）
に依って変動するが、前記ＧＴＯサイリスタチョッパ６
２はその主機能によって常に一定値のＤＣ８００Ｖを出
力する。

【０００８】トランジスタインバータ６３は前記ＧＴＯ
サイリスタチョッパ６２からの定電圧ＤＣ８００Ｖを入
力し、前記１パルスモードのＡＣ出力６３０ＵＴに電力
変換する。トランジスタインバータ６３の１パルスモー
ドのＡＣ出力６３０ＵＴは、前記パワートランス６４で
３相２００Ｖや３相４４０Ｖに降圧され、更に出力側の
フィルタ６５で、奇麗なＳｉｎウエーブ（正弦波）とさ
れて前記図４に示される車内照明７、空気調和機８、圧
縮機９に給電される。

【０００９】また、図６は前記図５に示される電車用補
助電源装置６の回路構成を更に具体的に示す接続図で、
ＦＬ，ＳＬは何れもリアクトル、ＦＤ１，ＦＤ２はフラ
イホイールダイオード、６１Ｃ１，６１Ｃ２はコンデン
サで、前記図５における入力側フィルタ６１を構成して
いる。６２ａ１，６２ａ２はチョッパ素子で前記図５に
おけるＧＴＯサイリスタ６２ａである。６２ｂＣ１，６
２ｂＣ２は各々コンデンサで、前記図５におけるフィル
タ６２ｂで構成している。６２ＦＣ１，６２ＦＣ２は前
記チョッパ素子６２ａ１，６２ａ２に対応して設けられ
たチョッパ駆動回路で、対応する前記チョッパ素子６２
ａ１，６２ａ２をＯＮ−ＯＦＦ制御するものである。

【００１０】６３ａＭ１〜６３ａＭ６は、各々図示のよ
うに互いに逆並列接続されたパワートランジスタとフラ
イホイールダイオードから構成されたトランジスタモジ
ュールで、前記図５におけるトランジスタインバータ６
３を構成している。また、これらトランジスタモジュー
ル６３ａＭ１〜６３ａＭ６は構造上各々個別にユニット
化されている。６３ＦＣ１〜６３ＦＣ６は前記トランジ
スタモジュール６３ａＭ１〜６３ａＭ６に対応して設け
られたインバータ駆動回路で、対応するトランジスタモ
ジュール６３ａＭ１〜６３ａＭ６のトランジスタをＯＮ
−ＯＦＦ制御するものである。

【００１１】６４１，６４２はパワートランス（電力用
変圧器）で、図５におけるパワートランス（電力用変圧
器）で構成している。６５は出力フィルタ、６６は制御
回路で、前記各チョッパ駆動回路６２ＦＣ１〜６２ＦＣ
２を、前記ＧＴＯサイリスタチョッパ６２が前述の所定
の機能を発揮するように制御すると共に、前記各インバ
ータ駆動回路６２ＦＣ１〜６２ＦＣ６を、前記トランジ
スタインバータ６３が前述の所定の機能を発揮するよう
に制御するものである。ＯＬ１，ＯＬ２は出力リアクト
ルである。なお、この図６に示される電車用補助電源装
置の全体的動作、機能は前述の図５と同じであるので、
説明は省略する。

【００１２】さらに、図７は具体的な取り付け構造、及
び冷却構造を示す縦断面側面図であり、ＧＴＯサイリス
タチョッパ６２の近傍を示している。図８は図７におけ
るＧＴＯサイリスタチョッパ６２の取り付け部及びＧＴ
Ｏサイリスタチョッパ６２の冷却部のみを平面的に見た
部分平面図である。これら図７及び図８において、１０
は車両本体３（図４参照）の床部分下側面に取り付けら
れる箱体で、内部には仕切板１１により２つの収納室１
０１，１０２が形成されている。

【００１３】１２１，１２２，１２３，１２４は電車用
補助電源に於けるチョッパを構成するＧＴＯサイリスタ
やインバータを構成する電力用トランジスタ等の電力用
半導体を冷却する電力用半導体冷却ユニット、６２ａ１
１，６２ａ１２，６２ａ１３はＧＴＯサイリスタチョッ
パ６２ａ（図５参照）を構成するＧＴＯサイリスタで、
平型半導体素子である。

【００１４】前記電力用半導体冷却ユニット１２１，１
２２間に前記平型ＧＴＯサイリスタ６２ａ１１が、ま
た、前記電力用半導体冷却ユニット１２２，１２３間に
前述の平型ＧＴＯサイリスタ６２ａ１２が、さらに、前
記電力用半導体冷却ユニット１２３，１２４間に前記平
型ＧＴＯサイリスタ６２ａ１３がそれぞれ位置し、これ
ら交互に水平方向に並設された電力用半導体冷却ユニッ
ト１２１，１２２，１２３，１２４及び平型ＧＴＯサイ
リスタ６２ａ１１，６２ａ１２，６２ａ１３は、圧接機
構１３により各々水平方向に圧力が加えられ互いに圧接
されている。

【００１５】１４１は前記電力用半導体冷却ユニット１
２１に接続された端子、１４２は前記電力用半導体冷却
ユニット１２２に接続された端子、１４３は前記電力用
半導体冷却ユニット１２３に接続された端子、１４４は
前記電力用半導体冷却ユニット１２４に接続された端子
である。１５１，１５２は何れも前記仕切板１１に取り
付けられた例えば前記チョッパ駆動回路６２ＦＣ１〜６
２ＦＣ２、インバータ駆動回路６２ＦＣ１〜６２ＦＣ６
等（図６参照）の半導体付属部品、前記収納室１０１内
の上部に上下に互いに離間して並設して収納されてい
る。１５３は例えばトランス６４１，６４２、リアクト
ルＯＬ１，ＯＬ２等（図６参照）の電力機器、前記収納
室１０１内の上部に収納されている。

【００１６】ここで、前記電力用半導体冷却ユニット１
２１，１２２，１２３，１２４は何れも同じ構成であ
り、平板状の受熱ブロック１２ａと、この受熱ブロック
１２ａの側面から横方向に延在し互いに上下に離間して
並設されたヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３
と直交して延在し互いに横方向に離間して並設され前記
ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３に固定され
た多数の放熱フィン１２ｃとで構成されている。

【００１７】そして、前記ヒートパイプ１２ｂ１，１２
ｂ２，１２ｂ３は、図７に示されているように、前記受
熱ブロック１２ａに取り付けられている部分が先端より
低位置となるように僅かに傾斜して配設され、内部には
それぞれ冷媒１２ｂａが封入されている。また図７及び
図８に図示されているように、前記ヒートパイプ１２ｂ
１，１２ｂ２，１２ｂ３の延在方向と前記放熱フィン１
２ｃの延在方向とは直交している。

【００１８】また、前記ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ
２，１２ｂ３内の前記冷媒１２ｂａが作動するように、
前記多数の各放熱フィン１２ｃ間には通風路が形成され
ていて、これら通風路内に冷却空気１６が流入及び流出
し易いように、前記ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，
１２ｂ３の傾斜度合は僅かな度合にしてある。

【００１９】また、前記ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ
２，１２ｂ３、及び前記放熱フィン１２ｃは前記収納室
１０２内に収納され、前記受熱ブロック１２ａ及び平型
ＧＴＯサイリスタ６２ａ１１，６２ａ１２，６２ａ１３
は前記収納室１０２内に収納されている。

【００２０】図７及び図８において、平型ＧＴＯサイリ
スタ６２ａ１１，６２ａ１２，及び６２ａ１３が発生し
た熱は、受熱ブロック１２ａに伝達され、加熱された受
熱ブロック１２ａはヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，
１２ｂ３を加熱する。ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ
２，１２ｂ３が加熱されると、その内部の冷媒１２ｂａ
は蒸発して各ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ
３の先端へと移動する。

【００２１】この冷媒の移動の過程で、前記加熱された
蒸気は前記放熱フィン１２ｃを介して空気流１６によっ
て冷却され、液化して低位置の受熱ブロック１２ａ側へ
戻る。戻った冷媒液１２ｂａは再び平型ＧＴＯサイリス
タ６２ａ１１，６２ａ１２，及び６２ａ１３の発生熱に
よって前記受熱ブロック１２ａを介して加熱され、以下
前述の動作を繰り返し、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ
２，１２ｂ３による平型ＧＴＯサイリスタ６２ａ１１，
６２ａ１２，及び６２ａ１３の冷却が行われる。

【００２２】ところで、図７において、空気流１６は自
然対流では垂直方向に上昇するが、放熱フィン１２ｃは
真の垂直方向ではなく斜めの垂直方向に延在しているの
で、放熱フィン１２ｃ間の空気流路を流れる空気流１６
は放熱フィン１２ｃとの摩擦により流れが悪くなり、熱
交換効率の低下を来たす。また、電力用半導体冷却ユニ
ット１２１，１２２，１２３，１２４の上部に設けられ
た半導体付属部品１５３は、放熱フィン１２ｃと熱交換
して加熱された空気流１６によって加熱されてしまう。

【００２３】さらに、電力用半導体冷却ユニット１２
１，１２２，１２３，１２４は斜めに傾斜して設置され
ているので、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ
３の根元上部及び先端下部に図示のようなデッドスペー
スＡ，Ｂが生じ、箱体１０内の限られた空間の利用率が
悪く、コンパクトな構成とならない。

【００２４】この空間の利用率を向上するには、ヒート
パイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３を上下方向に延在
して垂直配置に改善すればよく、図７に示す従来装置に
おけるヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３の根
元上部及び先端下部のデッドスペースＡ，Ｂは無くな
る。しかし、図７における従来装置のヒートパイプ１２
ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３を単に垂直配置にしただけで
は、放熱フィン１２ｃが水平となり、放熱フィン１２ｃ
間の空気流路を流れる空気流１６は自然対流できないた
め、送風機による強制送風にしなければ熱交換効率が上
がらない。

【００２５】そこで、更に改善して放熱フィン１２ｃも
上下に延在する垂直配置としてヒートパイプ１２ｂ１，
１２ｂ２，１２ｂ３に取り付けることにより、放熱フィ
ン１２ｃ間の空気流路を流れる空気流１６が自然対流で
きるようにすればよい。放熱フィン１２ｃを垂直配置す
れば、放熱フィン１２ｃと空気流１６との摩擦が極小と
なり、図７の従来装置より熱交換効率は更に向上する。
つまり、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３及
び放熱フィン１２ｃの双方を前述のように改善すれば、
図７の従来装置に比べて、コンパクトな構成となるのみ
ならず、熱交換効率も向上する。

【００２６】ここで、前述のようにヒートパイプ１２ｂ
１，１２ｂ２，１２ｂ３及び放熱フィン１２ｃの双方を
垂直配置に改善することに更に検討を加えたところ、次
のような問題点が生じる可能性があることが考えられ
る。即ち、電車の補助電源用半導体を冷却する前述のヒ
ートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３及び放熱フィ
ン１２ｃは電車等の車両に搭載されているため、力行
時、制動時に正，負の加速力が前記改善された垂直配置
のヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３及び放熱
フィン１２ｃに作用した場合、ヒートパイプ１２ｂ１，
１２ｂ２，１２ｂ３の付け根部分に集中的に繰り返し曲
げ応力が生じる。

【００２７】特に、放熱フィン１２ｃをヒートパイプ１
２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３に直接取り付けた構造にし
た場合、放熱フィン１２ｃにかかる力行時、制動時にお
ける正，負の加速力がヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ
２，１２ｂ３に追加されるため、前記ヒートパイプ１２
ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３の付け根の繰り返し曲げ応力
が大きくなり、該付け根部分におけるヒートパイプ１２
ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３のひび割れ或いは切損を誘発
する原因となる。

【００２８】ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ
３がひび割れ或いは切損すれば、電力用半導体冷却ユニ
ット１２１，１２２，１２３，１２４の冷却機能が低下
して、平型ＧＴＯサイリスタ６２ａ１１，６２ａ１２，
及び６２ａ１３の冷却が進まず、チョッパの機能が低下
することになり、また、前記電力用半導体冷却ユニット
１２１，１２２，１２３，１２４に前記トランジスタモ
ジュール６３ａＭ１〜６３ａＭ６が取り付けられている
場合にはインバータの機能が低下することになり、車両
用補助電源としての機能が低下することになる。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】従来の電車用補助電源
装置では、前述のように、ヒートパイプ１２ｂ１，１２
ｂ２，１２ｂ３の根元上部及び先端下部のデッドスペー
スＡ，Ｂ（図７参照）が生じ空間の利用率が悪く、コン
パクトな構成とならない。この空間利用率を向上するた
めに、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３及び
放熱フィン１２ｃを、上下に延在した垂直配置の構成に
改善した場合、特に、放熱フィン１２ｃをヒートパイプ
１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３に直接取り付けた場合に
は、電車の力行時、制動時にヒートパイプ１２ｂ１，１
２ｂ２，１２ｂ３及び放熱フィン１２ｃに作用する正，
負の加速力が何れもヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，
１２ｂ３に作用する。

【００３０】そのため、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ
２，１２ｂ３にその取り付け部で繰り返し曲げ応力が生
じ、該取り付け部におけるヒートパイプ１２ｂ１，１２
ｂ２，１２ｂ３のひび割れ或いは切損を誘発する原因と
なる。ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３がひ
び割れ或いは切損すれば、冷却ユニット１２１，１２
２，１２３，１２４の冷却機能は低下し、ＧＴＯサイリ
スタ６２ａ１１，６２ａ１２および６２ａ１３は冷却さ
れ難くなってチョッパの機能が低下する可能性が生じ、
また、電力用半導体冷却ユニット１２１，１２２，１２
３，１２４に前記トランジスタモジュール６３ａＭ１〜
６３ａＭ６が取り付けられている場合にはインバータの
機能が低下する可能性が出て来るという問題が生じる。

【００３１】この発明は、前述のような課題を解決する
ためになされたもので、コンパクト化を図るためにヒー
トパイプ及び放熱フィンを上下方向に延在して垂直配置
することによって、力行時、制動時に正，負の加速力や
車両走行時の振動がヒートパイプに作用した場合でも、
ヒートパイプの取り付け部の付け根に繰り返し曲げ応力
が生じるのを抑制または防止し、ひいては、ヒートパイ
プの損傷、ひび割れ、或いは切損による補助電源用半導
体の機能、即ちチョッパやインバータの機能が低下する
可能性が出て来るのを防止することができる電車用補助
電源装置を得ることを目的とするものである。

【００３２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電車用補
助電源装置は、車両本体に搭載された収納箱、この収納
箱に固定され該収納箱内を上部の室と下部の室とに仕切
りほぼ水平方向に延在する仕切板、この仕切板を貫通し
て前記上部の室と前記下部の室とに跨って位置すると共
に下端受熱部から上端放熱部に跨って穿設されヒートパ
イプが挿入された挿入孔を有した受熱放熱板部と各々前
記上部の室内に配設され各々前記受熱放熱板部の上端放
熱部の両側面からほぼ直角をなして突出し且つ前記上端
放熱部に対応して上下に延在して相互間に前記ヒートパ
イプの延在方向と同方向に延在する通風路を形成する複
数のフィン部とを有すると共にこれら受熱放熱板部と複
数のフィン部とが一体成形により形成され前記仕切板に
取り付けられた冷却ユニット、及び前記冷却ユニットの
下端受熱部の側面に熱的に接続され前記下部の室内に位
置すると共に前記フィン部の下方に位置する補助電源用
半導体を備えたものである。

【００３３】

【作用】この発明における電車用補助電源装置において
は、補助電源が通電されて発熱すると、その熱は、ヒー
トパイプにより熱輸送されて複数の放熱フィンで放散さ
れる。放熱フィン部で、冷却空気流は、上下に垂直に延
在する放熱フィンに沿って下方から上方へと、小さな液
体抵抗下で自然対流する。ヒートパイプ及び放熱フィン
を共に上下に延在した垂直配置とした場合、電車の力行
時、制動時にヒートパイプ及び放熱フィンに加わる正，
負の加速力（慣性力）は何れもヒートパイプ取り付け部
の付け根に集中的に作用しようとするが、ヒートパイプ
及び放熱フィンは何れもその全長にわたって受熱放熱板
で支持されているので、前記ヒートパイプ及び放熱フィ
ンに加わる正，負の加速力（慣性力）は何れも該ヒート
パイプ及び放熱フィンの上下全長にわたって受熱放熱板
によって受けられ、ヒートパイプの一部に前記繰り返し
曲げ応力が集中的に生じることが無くなり、電車の力行
時、制動時に正，負の加速力に起因して生じる可能性が
あるヒートパイプの損傷、ひび割れ、切損、ひいてはチ
ョッパやインバータの機能低下が誘発される可能性が防
止される。

【００３４】

【実施例】

実施例１．図１〜図３はこの発明の一実施例を示す図
で、図１は正面図、図２は平面図、図３は側面図であ
る。図１〜図３において、１０は車両本体３（図４参
照）の床部の下側面に取り付けられる箱体で、内部には
仕切板１０３により上部の室１０４と下部の室１０５が
形成されている。

【００３５】１２１は電車用補助電源装置におけるチョ
ッパ部を構成するＧＴＯサイリスタやインバータを構成
する電力用トランジスタ等の電力用半導体を冷却する電
力用半導体冷却ユニットで、金属製の受熱放熱板１２ａ
と、金属製の一対の放熱フイン部１２ｃ，１２ｃとで構
成されており、前記受熱放熱板１２ａと、前記一対の放
熱フイン部１２ｃとは金型を使った一体成形により一体
物に形成されている。

【００３６】また、前記受熱放熱板１２ａは上下（垂
直）に延在しており、その下端部は受熱部１２ａ１であ
り、上端部は放熱部１２ａ２となっていて、これら受熱
部１２ａ１とは放熱部１２ａ２との中間部１２ａ３は前
記仕切板１０３を貫通しており、この貫通部において該
仕切板１０３に取付板１０３ａで取り付けられ支承され
ている。

【００３７】１２ａ４は前記受熱放熱板１２ａにその上
下に貫通して等間隔に穿設された３個の挿入孔で、ヒー
トパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３が挿入されてお
り、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３の外表
面と挿入孔１２ａ４の内周面との間の間隙は、良熱伝導
性ロー材にて充填され、前記受熱放熱板１２ａの熱が、
ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３に伝わり易
いようにしてある。

【００３８】１２ａ５は放熱部１２ａ２の一方の側面、
１２ａ６は前記受熱放熱板１２ａの他方の側面、１２ｃ
１は放熱部１２ａ２の一方の側面１２ａ５と等間隔に穿
設された偏平な多数の放熱フイン素板で、放熱部１２ａ
２の一方の側面１２ａ５と直角を成して延在していると
共に前記ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３の
延在方向と同方向に垂直に延在している。

【００３９】１２ｃ２は前記放熱部１２ａ２の他方の側
面１２ａ６と等間隔に穿設された多数の放熱フイン素板
で、前記放熱部１２ａ２の他方の側面１２ａ６と直角を
成して延在していると共に、前記ヒートパイプ１２ｂ
１，１２ｂ２，１２ｂ３の延在方向と同方向に垂直に延
在している。

【００４０】そして、前記多数の放熱フイン素板１２ｃ
１で前記放熱フイン部１２ｃの一方が構成され、前記多
数の放熱フイン素板１２ｃ２で前記放熱フイン部１２ｃ
の他方が構成されている。

【００４１】１２ｄ１は前記多数の放熱フイン素板１２
ｃ１間に形成された多数の通風路で、垂直方向に延在し
ている。１２ｄ２は前記多数の放熱フイン素板１２ｃ２
間に形成された多数の通風路で、垂直方向に延在してい
る。

【００４２】１３は前記一対の放熱フイン部１２ｃの上
部に形成された上部空間で、この上部空間１３に前記通
風路１２ｄ１，１２ｄ２がその上端で連通している。１
４は前記一対の放熱フイン部１２ｃと前記仕切板１０３
との間に形成された下部空間で、この下部空間１４に前
記通風路１２ｄ１，１２ｄ２がその下端で連通してい
る。

【００４３】６３ａＭ１は電車用補助電源装置における
インバータ６３ａ（図５参照）を構成する電力用トラン
ジスタ等の電力用半導体で、前記受熱部１２ａ２の側面
１２ａ５に取り付けられている。６３ａＭ２は電車用補
助電源装置におけるインバータ６３ａ（図５参照）を構
成する電力用トランジスタ等の電力用半導体で、前記放
熱部１２ａ２の他方の側面１２ａ６に取り付けられてい
る。

【００４４】なお、前記室１０４は外部空間に開放さ
れ、前記室１０５は外部空間に対して密閉されている。
また、前述の図１〜図３において、前述の図４〜図８と
同一または相当する部分には、該図４〜図８と同一の符
号を付している。

【００４５】次に、前述の実施例の動作および作用につ
いて説明する。図５において、架線１から給電された脈
流ＤＣ入力１ＩＮは、前記入力側フィルタ６１で脈流や
ノイズを含まない奇麗なＤＣ１５００Ｖとなり、次段の
ＧＴＯサイリスタチョッパ６２に供給される。前記架線
１から給電された脈流ＤＣ入力１ＩＮの大きさはき電線
の負荷変化（他電車の通過、力行、惰行時電力回生な
ど）に依って変動するが、ＧＴＯサイリスタチョッパ６
２はその主機能によって常に一定値のＤＣ８００Ｖを出
力する。

【００４６】トランジスタインバータ６３は前記ＧＴＯ
サイリスタチョッパ６２からの定電圧ＤＣ８００Ｖを入
力し、前記１パルスモードのＡＣ出力６３０ＵＴに電力
変換する。トランジスタインバータ６３の１パルスモー
ドのＡＣ出力６３０ＵＴは、前記パワートランス６４で
３相２００Ｖや３相４４０Ｖに降圧され、更に前記出力
側のフィルタ６５で、奇麗なＳｉｎウエーブ（正弦波）
とされて前記図４に示される車内照明７、空気調和機
８、圧縮機９に給電される。

【００４７】電車用補助電源装置の容量は通常４０ＫＶ
Ａ〜１７０ＫＶＡであるので、ＧＴＯサイリスタチョッ
パ６２やトランジスタインバータ６３の発熱量も多大で
あるため、前記チョッパ６２やインバータ６３を構成す
るＧＴＯサイリスタやトランジスタの冷却が充分行われ
るように放熱フィン部１２ｃを設けるのみでなく、ヒー
トパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３を併用してあ
る。

【００４８】さらに、電車用補助電源装置であるので、
図４に示されるように、車両本体３の下部に該補助電源
６が取り付けられる関係上、コンパクトな構成にしてあ
り、しかも、電車の走行時の力行時及び制動時に作用す
る加速力によってヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１
２ｂ３が損傷しないように構成してある。

【００４９】即ち、図１において、箱体１０内下部の室
１０５では、電車用補助電源６におけるインバータ６３
ａ（図５参照）を構成する電力用トランジスタ等の電力
用半導体６３ａＭ１，６３ａＭ２が両側の空間に位置す
ると共に、仕切板１０３の真下に位置して、電力用半導
体６３ａＭ１，６３ａＭ２のインバータ駆動回路６３Ｆ
Ｃ１，６３ＦＣ２が箱体１０に取り付けられている。

【００５０】また、図３において、箱体１０内上部及び
下部の室１０４，１０５の側方に隣接して設けられた室
１０７内に、リアクトル１５３（図６における出力リア
クトルＯＬ１，ＯＬ２）およびトランス（図６における
トランス６４１，６４２）等の電力機器が、互いに上下
に位置して仕切板１０６に取り付けられている。

【００５１】つまり、図７に示されている従来のものの
ように、ヒートパイプ１２を水平より僅かに斜めに配置
した場合のように、ヒートパイプ１２の下方の何も設け
られていない無駄な空間や、ヒートパイプ１２先端部上
方の何も設けられていない無駄な空間がなく、その分コ
ンパクトになっている。

【００５２】チョッパを構成するＧＴＯサイリスタやイ
ンバータを構成する電力用トランジスタ等の補助電源の
電力用半導体６３ａＭ１，６３ａＭ２・・・が通電され
て発熱すると、その熱は、ヒートパイプ１２ｂ１，１２
ｂ２，１２ｂ３により熱輸送されて複数の放熱フィン１
２ｃ１，１２ｃ２で放散される。

【００５３】放熱フィン部で、冷却空気流は、図１に示
す矢印ａ１，ａ２で示されているように、上下に延在す
る放熱フィン１２ｃ１，１２ｃ２に沿って下方から上方
へ、通風路１２ｄ１，１２ｄ２内を、小さいな流体抵抗
下で自然対流し、通風のための従来のような送風機は必
要としない。

【００５４】通風のための従来のような送風機を必要と
することなく冷却効果を向上すると共に収納箱１０内の
空間の利用効率を良くするために、ヒートパイプ１２ｂ
１，１２ｂ２，１２ｂ３及び放熱フィン１２ｃ１，１２
ｃ２を共に上下に延在したが、そのために、電車の力行
時、制動時に正，負の加速力によってヒートパイプ１２
ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３及び放熱フィン１２ｃ１，１
２ｃ２に加わる正，負の加速力（慣性力）によってヒー
トパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３の取り付け部に
繰り返し曲げ応力が生じることはない。

【００５５】これは、前述のヒートパイプ１２ｂ１，１
２ｂ２，１２ｂ３及び放熱フィン１２ｃ１，１２ｃ２に
加わる正，負の加速力（慣性力）は何れもヒートパイプ
１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３及び放熱フィン１２ｃ
１，１２ｃ２の上下全長にわたって受熱放熱板１２ａ部
によって受けられることにより、ヒートパイプ１２ｂ
１，１２ｂ２，１２ｂ３の一部に前記繰り返し曲げ応力
が集中的に生じることが無くなるからである。

【００５６】このため電車の力行時、制動時に正，負の
加速力に起因して生じる可能性のあるヒートパイプ１２
ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３の損傷、ひび割れ、切損、ひ
いてはチョッパやインバータの機能が低下する可能性が
無くなる。

【００５７】即ち、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，
１２ｂ３は、何れもその上端から下端までその全長にわ
たって、受熱放熱板１２ａにより包囲支持され、且つ放
熱フィン１２ｃは、受熱放熱板１２ａに一体に設けら
れ、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３には取
り付けられていないので、ヒートパイプ１２ｂ１，１２
ｂ２，１２ｂ３に加えられる前述の電車の力行時及び制
動時に作用する加減速力（慣性力Ｇ）は受熱放熱板部１
２ａにより受けられる。

【００５８】また、放熱フィン１２ｃに加えられる前述
の電車の力行時及び制動時に作用する加減速力（慣性力
Ｇ）は受熱放熱板部１２ａにより受けられ、前記ヒート
パイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３には作用しない。

【００５９】従って、ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ
２，１２ｂ３および放熱フィン１２ｃに加えられる前述
の電車の力行時及び制動時に作用する加減速力（慣性力
Ｇ）によって、該ヒートパイプ１２ｂ１，１２ｂ２，１
２ｂ３の取り付け部の一点に曲げ応力が繰り返し集中す
ることにより該応力集中部において当該ヒートパイプ１
２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ３が変形したり折損したり或
いはひび割れが生じて当該ヒートパイプ１２ｂ１，１２
ｂ２，１２ｂ３の熱移送機能が低下するようなことがな
くなる。即ち、電力用半導体ユニット１２１の冷却機能
が低下するようなことがなくなる。

【００６０】つまり、電車の力行時及び制動時に作用す
る加減速力（慣性力Ｇ）に起因した電力用半導体ユニッ
ト１２１の冷却機能の低下によって、前記平型ＧＴＯサ
イリスタ６２ａ１１，６２ａ１２，及び６２ａ１３が冷
却され難くなり、チョッパの機能が低下する可能性が出
てきたり、或いは前記トランジスタモジュール６３ａＭ
１〜６３ａＭ６が冷却されなくなり、インバータの機能
が低下する可能性が出てきたりして、車両用補助電源と
しての機能が低下する可能性が出て来るのを確実に防止
できる。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、車両
本体に搭載された収納箱、この収納箱に固定され該収納
箱内を上部の室と下部の室とに仕切りほぼ水平方向に延
在する仕切板、この仕切板を貫通して前記上部の室と前
記下部の室とに跨って位置すると共に下端受熱部から上
端放熱部に跨って穿設されヒートパイプが挿入された挿
入孔を有した受熱放熱板部と各々前記上部の室内に配設
され各々前記受熱放熱板部の上端放熱部の両側面からほ
ぼ直角をなして突出し且つ前記上端放熱部に対応して上
下に延在して相互間に前記ヒートパイプの延在方向と同
方向に延在する通風路を形成する複数のフィン部とを有
すると共にこれら受熱放熱板部と複数のフィン部とが一
体成刑により形成され前記仕切板に取り付けられた冷却
ユニット、及び前記冷却ユニットの下端受熱部の側面に
熱的に接続され前記下部の室内に位置すると共に前記フ
ィン部の下方に位置する補助電源用半導体を備えた構成
としたので、電車用補助電源となる電力用半導体が通電
されて発熱すると、その熱は、ヒートパイプにより熱輸
送されて複数の放熱フィンで外気中に放散され、その
際、放熱フィン部で、冷却空気流は、上下に延在する放
熱フィンに沿って下方から上方へ、小さな流体抵抗下で
自然対流し、通風のための従来のような送風機は必要と
しなく、また、通風のための従来のような送風機は必要
としないようにヒートパイプを斜めに水平方向に延在し
て設けた改良型の従来装置のように収納箱内空間の利用
効率が悪くならない効果がある。さらに、かかる効果の
みでなく、通風のための従来のような送風機は必要とす
ることなく冷却効果を向上するためにヒートパイプ及び
放熱フィンを共に上下方向に延在したが、電車の力行
時、制動時にヒートパイプ及び放熱フィンに加わる正，
負の加速力（慣性力）は何れも、ヒートパイプ及び放熱
フィンの上下全長にわたって受熱放熱板部によって受け
られるので、ヒートパイプの付け根に前記繰り返し曲げ
応力が集中的に生じることがなくなり、電車の力行時、
制動時に正，負の加速力に起因するヒートパイプの損
傷、ひび割れ、切損、によってチョッパやインバータの
機能が低下する可能性が生じることを確実に防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す要部拡大正面図であ
る。

【図２】この発明の実施例１を示す要部拡大平面図であ
る。

【図３】この発明の実施例１を示す全体側面図である。

【図４】電車用補助電源装置が電車に取り付けられた一
般的な概略構成を示す側面図である。

【図５】電車用補助電源装置の一般的な概略構成を示す
接続図である。

【図６】図５に示される電車用補助電源装置の詳細回路
構成を示す接続図である。

【図７】従来の電車用補助電源装置の電力用半導体冷却
ユニットを示す縦断側面図である。

【図８】図７に於けるＧＴＯサイリスタチョッパの取り
付け部および冷却部のみを平面的に見た部分平面図であ
る。

【符号の説明】

３ 車両本体 １０ 収納箱 １０３ 仕切板 １０４ 上部の室 １０５ 下部の室 １２ａ 受熱放熱板 １２ａ１ 下端受熱部 １２ａ２ 上端放熱部 １２ａ４ 挿入孔 １２ｂ１〜１２ｂ３ ヒートパイプ １２ｃ１，１２ｃ２ 複数のフィン １２ｄ１，１２ｄ２ 通風路 １２１ 冷却ユニット ６２ａ１，６２ａ２，６３ａＭ１〜６３ａＭ６ 電車
用補助電源となる電力用半導体

フロントページの続き (72)発明者 村瀬 孝志 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両本体に搭載された収納箱、この収納
   箱に固定され該収納箱内を上部の室と下部の室とに仕切
   りほぼ水平方向に延在する仕切板、この仕切板を貫通し
   て前記上部の室と前記下部の室とに跨って位置すると共
   に下端受熱部から上端放熱部に跨って穿設されヒートパ
   イプが挿入された挿入孔を有した受熱放熱板部と各々前
   記上部の室内に配設され各々前記受熱放熱板部の上端放
   熱部の両側面からほぼ直角をなして突出し且つ前記上端
   放熱部に対応して上下に延在して相互間に前記ヒートパ
   イプの延在方向と同方向に延在する通風路を形成する複
   数のフィン部とを有すると共にこれら受熱放熱板部と複
   数のフィン部とが一体成形により形成され前記仕切板に
   取り付けられた冷却ユニット、及び前記冷却ユニットの
   下端受熱部の側面に熱的に接続され前記下部の室内に位
   置すると共に前記フィン部の下方に位置する補助電源用
   半導体を備えた電車用補助電源装置。