WO2014155542A1 - 車両用電力変換装置 - Google Patents

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WO2014155542A1
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fin
protective
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貴之 川口
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention is a power conversion device for a vehicle.
  • a vehicular power conversion device mounted on a railway vehicle converts power taken from an overhead line by operating a semiconductor element for power conversion, and outputs the converted power to a motor for driving the vehicle.
  • the semiconductor element generates heat during a power conversion operation.
  • the vehicular power converter generally includes a cooler. Conventionally, a cooler that uses traveling air to cool a semiconductor element has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the cooler (cooling structure) of the vehicle power conversion device of Patent Document 1 is installed between the vehicle floor plate and the vehicle bottom surface, and is disposed on the radiator for cooling the vehicle power conversion device, and on the vehicle bottom surface before and after the radiator. With vents. Heat radiating fins are formed inside the radiator, and heat exchange is performed between the radiating fins and the air as air passes through the radiator.
  • ballasts crushed stone, gravel
  • the radiating fins are deformed or part of the radiating fins
  • This invention is made
  • a vehicle power converter includes: A semiconductor element that operates to generate electric power and generates heat; A plurality of heat dissipating fins that form a flow path in the axial direction by being arranged in parallel at intervals, and that dissipate heat from the semiconductor element into the air flowing through the flow path, A first protective fin having end faces opposite to each other having the same length in the juxtaposition direction as one end face of at least some of the heat dissipating fins; A second protective fin extending from the end face to the other end, having end faces opposite to each other having the same length in the juxtaposed direction as the other end face of at least some of the heat dissipating fins;
  • one and the other of the radiation fins are arranged so that the first protection fin and the second protection fin do not hinder the inflow and outflow of air to the flow path formed by the plurality of radiation fins. Is provided. Therefore, it is possible to protect the radiating fin from flying objects without greatly reducing the cooling performance.
  • FIG. 1 is a side view of a vehicle power conversion device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a front view of a vehicle power converter according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the vehicle power conversion device taken along line II shown in FIG. 2. It is a side view of the power converter device for vehicles concerning modification 1. It is a side view of the power converter device for vehicles concerning modification 2. It is a side view of the power converter device for vehicles concerning Embodiment 2 of the present invention. It is sectional drawing of the power converter device for vehicles in the II-II line shown in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the vehicle power conversion device taken along line III-III shown in FIG. 9. It is a figure which shows the example by which the vehicle power converter device which concerns on Embodiment 4 of this invention was mounted in the vehicle main body. It is a side view of the power converter device for vehicles concerning Embodiment 4. It is sectional drawing of the power converter device for vehicles in the IV-IV line shown in FIG. It is a side view of the power converter device for vehicles concerning modification 3.
  • the first axis direction and the second axis direction perpendicular to each other in the horizontal plane one of the first axis directions is the first axis positive direction
  • the other one of the first axis directions is the first axis negative direction
  • the right side viewed from the uniaxial positive direction is the second axial positive direction
  • the left side viewed from the first axial positive direction is the second axial negative direction
  • the vertical direction perpendicular to the first and second axial directions is used. This is for explanation and is not intended to limit the present invention.
  • a vehicle power conversion device 100 is a device mounted on an electric railway vehicle (hereinafter referred to as “vehicle”) such as a bullet train, and is a floor plate of a vehicle main body 102. It is attached to a recess 104 provided at the lower part of 105.
  • the concave portion 104 is a portion that forms a space (dent) protruding below the floor portion 103 of the vehicle main body 102 below the floor plate 105 of the vehicle main body 102.
  • the vehicle power conversion device 100 includes a housing 110, a semiconductor element 111, and a cooler 112 as shown in FIG.
  • the housing 110 and the semiconductor element 111 are disposed above the recess 104 as shown in FIG. 1.
  • the cooler 112 is provided below the recess 104 so as not to protrude downward from the bottom 103 of the vehicle main body 102.
  • FIG. 2 is a view of the vehicle power conversion device 100 as seen from the second axis positive direction.
  • FIG. 3 is a view of the vehicle power converter 100 as seen from the first axis positive direction.
  • FIG. 4 is a view of the cross section of the vehicle power converter 100 taken along the line II shown in FIG. 2 as viewed from the first axis positive direction. It is assumed that the vehicle travels in the first axis positive direction or the first axis negative direction, and the traveling direction in the present embodiment is the first axis positive direction as indicated by an arrow 150 in FIG.
  • the housing 110 is a box-like member that is open at the bottom as shown in FIGS. A lower end portion of the housing 110 is attached to the cooler 112, and the semiconductor element 111 is accommodated therein.
  • the semiconductor element 111 is a switching element, a diode element, or the like that operates to convert power supplied from the overhead line 115 via the panda graph 116, and generates heat during operation.
  • the semiconductor element 111 outputs the converted power to the motor 117.
  • the semiconductor element 111 may convert alternating current power into direct current power, or may convert direct current power into alternating current power.
  • the semiconductor element 111 may be formed using silicon as a material, but desirably, part or all of the semiconductor element 111 is a wide gap formed by a wide band gap semiconductor such as silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond. It is a semiconductor element.
  • the vehicle power conversion device 100 can be downsized. Since the heat resistance is high, the cooler 112 can be downsized. Since the power loss is low, it is possible to increase the efficiency of the semiconductor element 111 and, in turn, to perform highly efficient power conversion.
  • the cooler 112 is a device for cooling the semiconductor element 111, and for example, as shown in FIG. 2, a base part 120, a heat dissipation part 121, a first protection part 122, and a second protection part 123. And a first fastening member 124 and a second fastening member 125.
  • the base part 120 is a flat plate member, for example, as shown in FIG. 2, and has an upper surface and a lower surface that face each other.
  • the base portion 120 is made of a material having good thermal conductivity, and is made of a metal material such as aluminum or copper, for example.
  • the semiconductor element 111 is connected to the upper surface of the base part 120 so that heat generated from the semiconductor element 111 is transmitted to the base part 120.
  • a heat radiating part 121 is attached to the lower surface of the base part 120.
  • the heat dissipating part 121 includes a plurality of heat dissipating fins 130 and a drop-off preventing member 131.
  • the plurality of heat radiation fins 130 are fins for radiating heat generated by the semiconductor element 111, and are composed of a plurality of fins extending in the first axial direction.
  • each of the radiating fins 130 are arranged in the second axis direction at predetermined intervals on the lower surface of the base portion 120 so as to receive heat generated by the semiconductor element 111 from the base portion 120.
  • each of the radiating fins 130 may be provided by being press-fitted into a groove provided on the lower surface of the base portion 120, or may be provided integrally with the base portion 120 by extrusion molding or the like. May be provided by welding, brazing, or the like.
  • the intervals in the second axis direction of adjacent radiating fins 130 may be determined as appropriate, but are all the same (for example, 1 cm) in the present embodiment.
  • the heat radiating fins 130 extending in the first axial direction are arranged side by side in the second axial direction, whereby the plurality of heat radiating fins 130 form a flow path extending in the first axial direction.
  • each of the heat dissipating fins 130 may be determined as appropriate, but is the same in this embodiment.
  • Each of the radiating fins 130 is made of a material having good thermal conductivity, and is made of a metal material such as aluminum or copper, for example.
  • the drop-off prevention member 131 is a member that prevents the radiating fin 130 from dropping off.
  • the drop-off prevention member 131 is, for example, a flat plate member connected to the lower ends of the plurality of heat radiation fins 130 and is formed integrally with the plurality of heat radiation fins 130.
  • the drop-off prevention member 131 may be a rod-shaped member provided across both ends of the plurality of radiating fins 130 in the second axial direction. Further, the drop-off prevention member 131 may be a separate member from the plurality of heat radiating fins 130, and in this case, it may be attached to the lower end of the heat radiating fins 130.
  • the radiating fin 130 It can be prevented from falling off the ground.
  • each of the first protection part 122 and the second protection part 123 has one end (first axis positive direction side) and the other (first axis negative direction side) end of the heat dissipation part 121. It arrange
  • each of the 1st protection part 122 and the 2nd protection part 123 may be arrange
  • the first protection part 122 includes a plurality of first protection fins 135, a first connection part 136, and a first protection base part 137, for example, as shown in FIG.
  • the second protection portion 123 includes a plurality of second protection fins 140, a second connection portion 141, and a second protection base portion 142, and is parenthesized in FIG.
  • symbol is attached
  • the plurality of first protective fins 135 and the second protective fins 140 protect the respective end portions of the heat radiating fins 130 in the first axis positive direction and the first axis negative direction rather than the heat radiating fins 130, respectively.
  • a plurality of fins extending in the first axial direction. Each fin is provided side by side in the second axial direction.
  • each of the first protective fins 135 has the same width as each of the one end surfaces of all the heat radiating fins 130 and has end surfaces facing each other on the other side (first axial negative direction side). Each of the first protective fins 135 extends in the first axial positive direction from the other end surface. The height of the other end face of each of the first protective fins 135 may be equal to or higher than the height of one end face of the radiating fin 130 facing each other.
  • Each of the second protective fins 140 has one end face (on the first axis positive direction side) having the same width as each of the other end faces of all the heat radiation fins 130 and facing each other.
  • Each of the second protective fins 140 extends in the first axis negative direction from one end face thereof.
  • the height of one end face of each of the second protection fins 140 may be equal to or higher than the height of the other end face of the radiating fin 130 facing each other.
  • the width is the length in the second axis direction, that is, the direction in which the radiating fins 130 are arranged side by side.
  • the height is the length in the vertical direction, that is, the direction from the proximal end to the distal end of the radiating fin 130.
  • the widths of the radiation fins 130 are all the same and the intervals between the adjacent radiation fins 130 are the same, the widths of the first protection fins 135 and the second protection fins 140 are also the same. is there. Further, the interval between the adjacent first protective fins 135 and the interval between the adjacent second protective fins 140 are all the same.
  • each of the first protective fins 135 and the second protective fins 140 extends in the first axial direction substantially continuously with the radiating fins 130 facing each other.
  • the plurality of first protection fins 135 and the plurality of second protection fins 140 form a flow path communicating in the first axial direction without hindering the flow path formed by the heat dissipating fins 130.
  • the material of the first protective fins 135 and the second protective fins 140 may be any material as long as it has sufficient hardness so as not to be damaged even when a projectile such as ballast collides.
  • a metal such as aluminum or copper Material, hard rubber, etc.
  • Each of the first connection part 136 and the second connection part 141 is a flat plate connecting the lower ends (tips) of the plurality of first protection fins 135 and the lower ends (tips) of the plurality of second protection fins 140. It is a member.
  • the plurality of first protection fins 135 are integrated, the first protection fins 135 are prevented from falling to the ground in the same manner as the drop-off prevention member 131 prevents the radiation fins 130 from falling off. can do.
  • the plurality of second protection fins 140 are integrated, it is possible to prevent the second protection fins 140 from falling off the ground.
  • the first protection base portion 137 and the second protection base portion 142 are members to which the upper ends of the first protection fin 135 and the second protection fin 140 are attached, respectively.
  • the upper surfaces of the first protection base portion 137 and the second protection base portion 142 are attached in contact with the lower surface of the base portion 120.
  • the first protection fin 135 and the second protection fin 140 are provided on the lower surfaces of the first protection base portion 137 and the second protection base portion 142 in the same manner as the heat radiation fin 130 is attached to the base portion 120.
  • Each of the first protection base portion 137 and the second protection base portion 142 extends in the second axis positive direction and the second axis negative direction, respectively, more than the first protection fin 135 and the second protection fin 140. There is a hole in the part. This hole communicates with a hole that penetrates the base portion 120 and the recess 104.
  • 1st fastening member 124 and 2nd fastening member 125 are members which fasten base part 120 to crevice 104.
  • the first fastening member 124 and the second fastening member 125 are respectively in the first axis positive direction side and the first axis negative direction from the portion of the base portion 120 to which the heat radiating portion 121 is attached.
  • the side portion is fastened to the recess 104.
  • each of the first fastening member 124 and the second fastening member 125 is inserted into a hole penetrating the base portion 120, the recess 104, the first protection base portion 137, and the second protection base portion 142. It is comprised from the volt
  • the base portion 120 is a vehicle so that the upper surface of the base portion 120 is a semiconductor connection surface to which the semiconductor element 111 is connected, and the lower surface is a fin connection surface to which the heat radiation fin is connected. It is attached to the recess 104 of the main body 102 substantially horizontally. As a result, the heat dissipating part 121, the first protection part 122, and the second protection part 123 are arranged in a recess formed below the recess 104 as shown in FIG. .
  • the recesses formed by the recesses 104 take air into the heat radiating part 121 on the first axis positive direction side of the first protective part 122 and the first axis negative direction side of the second protective part 123, or air from the heat radiating part 121. Including space for exhausting.
  • the traveling wind passes through the flow path formed by the first protective fins 135, the flow path formed by the heat radiation fins 130, and the flow path formed by the second protective fins 140. Pass in order.
  • the traveling wind blows in the first axis negative direction.
  • the air flows as indicated by the arrow 151 and flows into the flow path in the heat dissipation section 121 via the flow path in the first protection section 122.
  • the air that has passed through the heat dissipating part 121 flows out through the flow path in the second protective part 123 as indicated by an arrow 152.
  • the semiconductor element 111 When the vehicle is traveling, the semiconductor element 111 generates heat due to the operation of converting electric power. The heat generated by the semiconductor element 111 is transmitted to the upper surface of the base portion 120. Since the base portion 120 is made of a material having good thermal conductivity, the heat from the semiconductor element 111 is transmitted downward in the base portion 120 and is transmitted from the lower surface thereof to the radiation fins 130. Since each of the radiating fins 130 is made of a material having good thermal conductivity, the heat from the semiconductor element 111 received from the base portion is transmitted inside and dissipated from the surface to the air flowing through the flow path. Thereby, the semiconductor element 111 is cooled.
  • Each of the first protective fins 135 has the same width as one end face of the heat radiating fin 130 and extends in the first axial positive direction from the other end face facing each other. Therefore, the first protective fin 135 does not block the flow path of the heat radiating part 121 and does not hinder the inflow of air into the flow path of the heat radiating part 121.
  • the first protection part 122 is preferably disposed in the vicinity of the heat dissipation part 121. You may arrange
  • each of the second protective fins 140 has the same width as the other end surface of the heat radiating fin 130 and extends in the first axis negative direction from one end surface facing each other. Therefore, the second protective fin 140 does not block the flow path of the heat radiating unit 121, and does not hinder the outflow of air from the flow path of the heat radiating unit 121.
  • the second protective part 123 is preferably disposed in the vicinity of the heat radiating part 121. You may arrange
  • the first protective part 122 and the second protective part 123 do not hinder the inflow of air into the heat radiating part 121 and the collection of air from the heat radiating part 121. . Therefore, even if the first protection part 122 and the second protection part 123 are provided, air is supplied to the heat dissipation part 121 almost the same as when the first protection part 122 and the second protection part 123 are not provided. Can be passed. Therefore, even if the first protection part 122 and the second protection part 123 are provided, the cooling performance of the cooler 112 is not greatly reduced.
  • the first protective fins 135 can be made of a material having good thermal conductivity, for example, a metal material such as aluminum or copper
  • the first protective fins 135 transmit the heat from the semiconductor element 111 received from the base part 120 inside. , Can be dissipated into the air flowing through the flow path. Therefore, the cooling performance of the cooler 112 can be improved by making the first protective fins 135 from a material having good thermal conductivity than the cooler provided with only the heat dissipating fins 130.
  • the second protective fin 140 from a material having good thermal conductivity, the cooling performance of the cooler 112 can be improved as compared with the cooler provided with only the radiation fin 130. Can do.
  • the ballast 155 spread around the rail 153 and the sleepers 154 may fly to the cooler 112 and collide with it.
  • the ballast or the like flying from the first axis positive direction or the first axis negative direction collides with the first protection fin 135 or the second protection fin 140. Therefore, the first protective fins 135 and the second protective fins 140 provided so as to face all the radiating fins 130 ensure that the flying objects collide with the end portions in the first axial direction of all the radiating fins 130. Can be prevented.
  • the plurality of first protective fins 135 are connected by the first connecting portion 136 and are integrally attached to the concave portion 104 of the vehicle main body 102. Therefore, even if any of the first protective fins 135 is damaged due to a collision with a flying object, the plurality of first protective fins 135 can be replaced by releasing the fastening by the first fastening member 124. Can do. Similarly, the plurality of second protection fins 140 can be replaced by releasing the fastening by the second fastening member 125. That is, it is not necessary to perform complicated operations such as removing the entire vehicle power conversion device 100 from the vehicle main body 102. Therefore, maintenance in the case of damage due to a collision of flying objects becomes easy.
  • the first fastening member 124 may be a member provided in a general vehicle power conversion device for fastening the base portion 120 to the vehicle main body 102. That is, in order to attach the first protective fin 135 to the vehicle main body 102, it is not necessary to perform special processing or add a special member to a general vehicle power converter. Therefore, the vehicle power conversion device 100 can be easily manufactured.
  • the first protective fins 135 may be arranged to face only a part of the radiating fins 130. Also by this, the heat radiation fin 130 in which the first protection fins 135 are opposed to each other can be protected without greatly reducing the cooling performance of the cooler 112.
  • the second protective fins 140 may be arranged so as to face only a part of the radiating fins 130, thereby protecting the radiating fins 130 arranged so as to face the second protective fins 140. be able to.
  • the first protective fins 135 are disposed so as to face only a part of the radiating fins 130.
  • the first protective fins 135 are disposed so as to face only every other radiating fin 130.
  • a crushed stone having a minimum length of about 5 cm is used for the ballast, and the widths of all the radiation fins and the adjacent intervals are each about 1 cm.
  • the interval between the adjacent first protective fins 135 is 3 cm, which is smaller than the size of the ballast.
  • the first protective fin 135 is disposed to face only a part of the heat radiating fin 130, not only the heat radiating fin 130 disposed to face the first protective fin 135, but also all the heat radiating fins 130. It can protect from the ballast which flies at one edge part of.
  • Modification 1 In the first embodiment, the example in which one end face of each of the first protection fins 135 is positioned on one plane perpendicular to the first axial direction has been described. However, the surface on which one end face of each of the first protective fins is positioned is not limited to one plane perpendicular to the first axial direction.
  • the vehicle power conversion device 200 according to the present modification has a configuration that is substantially the same as that of the vehicle power conversion device 100 according to the first embodiment.
  • each of the first protection unit 222 and the second protection unit 223 of the cooler 212 includes the first protection fin 135 and the second protection unit 213 according to the first embodiment.
  • a first protective fin 235 and a second protective fin 240 are provided instead of the protective fin 140.
  • Each of the first protective fins 235 and the second protective fins 240 is the first protective fin 135 and the second protective fin according to the first embodiment when the vehicle power converter 200 is attached to the vehicle main body 102. Similar to the fin 140, the tip is disposed downward.
  • each of the first protective fins 235 is positioned on a plane that gradually protrudes in the positive direction of the first axis as it goes upward.
  • the other end face of each of the second protective fins 240 is positioned on a plane that gradually protrudes in the negative direction of the first axis as it goes upward.
  • first protective fin 235 When a flying object collides with the first protective fin 235, it often flies and collides with one end face from an obliquely lower side. Similarly, when a projectile collides with the second protection fin 240, it often collides with the other end surface from obliquely below.
  • one end surface of the first protective fin 235 and the other end surface of the second protective fin 240 are positioned on a downwardly inclined surface, so that the surface is perpendicular to the first axial direction.
  • the collision area between the collision object and each can be made wider than in the case where the collision object is positioned at the position. Thereby, the force received when it collides is distributed. Therefore, it is possible to reduce damage such as deformation and omission of the first protective fins 235 and the second protective fins 240 due to flying objects.
  • Modification 2 Similar to the first modification, the present modification is another example of a surface on which one end face of each of the first protection fins and the other end face of each of the second protection fins are positioned.
  • the vehicle power conversion device 300 includes a configuration that is substantially the same as that of the vehicle power conversion device 100 according to the first embodiment.
  • each of the first protection unit 322 and the second protection unit 323 of the cooler 312 includes the first protection fin 135 and the second protection unit 323 according to the first embodiment.
  • a first protective fin 335 and a second protective fin 340 are provided instead of the protective fin 140.
  • Each of the first protective fins 335 and the second protective fins 340 includes the first protective fins 135 and the second protective fins according to the first embodiment when the vehicle power conversion device 300 is attached to the vehicle main body 102. Similar to the fin 140, the tip is disposed downward.
  • each of the first protective fins 335 is positioned on a curved surface that gradually protrudes in the positive direction of the first axis as it goes upward.
  • This curved surface has a convex shape protruding in the first axial positive direction and downward (lower left in the figure).
  • each of the second protective fins 340 is positioned on a curved surface that gradually protrudes in the negative first axis direction as it goes upward.
  • This curved surface has a convex shape protruding in the negative first axis direction and downward (lower right in the figure).
  • one end face of the first protective fin 335 and the other end face of the second protective fin 340 are positioned on a downwardly inclined surface. Therefore, the collision area between the collision object and the one end surface of the first protection fin 335 and the other end surface of the second protection fin 340 is larger than that in the case of being positioned on one plane perpendicular to the first axial direction. can do. Thereby, the force received when it collides is distributed. Therefore, it is possible to reduce damage such as deformation and omission of the first protective fin 335 and the second protective fin 340 due to flying objects.
  • FIG. 1 In vehicle power conversion device 400 according to the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, in addition to the configuration provided in vehicle power conversion device 100 according to Embodiment 1, cooler 412 has a tip-side protection. Part 460.
  • FIG. 7 is a view of the vehicular power converter 400 as seen from the second axis positive direction.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the vehicular power converter 400 taken along the line II-II shown in FIG. 7 as viewed from the first axis positive direction.
  • the front end side protection portion 460 is a flat plate-like member that is horizontally disposed on the outer side in the front end direction of the plurality of heat dissipating fins, that is, below the heat dissipating portion 121, and is made of the same material as the first protection fin 135. It should be done.
  • the distal-side protection unit 460 may be connected and fixed to the first connection unit 136 and the second connection unit 141 by an attachment member (not shown), or the first connection unit 136 and the second connection unit 141 may be fixed. And may be formed integrally.
  • the distal-side protection unit 460 has a slit 461 extending in the first axial direction.
  • the lower end of the heat radiating portion 121 can be protected from flying objects by the tip side protection portion 460.
  • the tips of the radiating fins 130 are exposed to the outside due to the drop prevention member 131 having a rod shape or the like, the generally fragile tips of the radiating fins 130 can be protected from flying objects.
  • the front end side protection part 460 has the slit 461, the flow of air around the heat radiating part 121 can be brought into a state close to that when the front end side protection part 460 is not provided. Thereby, the fall of the cooling performance of the cooler 412 can be suppressed.
  • Embodiment 3 FIG.
  • cooler 512 in addition to the configuration provided in vehicle power conversion device 400 according to Embodiment 2, cooler 512 has two ends.
  • a fin protection unit 565 is provided.
  • FIG. 9 is a view of the vehicular power conversion apparatus 500 as seen from the second axis positive direction.
  • FIG. 10 is a view of the cross section of the vehicular power conversion device 500 taken along the line III-III shown in FIG. 9 as seen from the first axis positive direction.
  • the end fin protection part 565 includes the second axis positive direction side of the radiation fin 130 provided at the end of the second axis positive direction and the second axis negative direction of the radiation fin 130 provided at the end of the second axis negative direction. It is a flat plate-like member provided along the upper and lower sides and the first axial direction. Each of the end fin protection portions 565 may be made of the same material as the first protection fin 135.
  • Each of the end fin protection portions 565 may be connected and fixed to, for example, the end portions of the first protection portion 122 and the second protection portion 123 by an attachment member (not shown). It may be formed integrally with the second protection part 123.
  • Each of the end fin protection portions 565 has a slit 566 extending in the first axial direction, as shown in FIG.
  • the end fin protection portion 565 can protect both sides of the heat radiation portion 121 from flying objects.
  • the end fin protection part 565 has the slit 566, the air flow around the heat radiation part 121 can be brought into a state close to that in the case where the end fin protection part 565 is not provided. Thereby, the fall of the cooling performance of the cooler 512 can be suppressed.
  • end fin protection part 565 may be provided only in either one of the second axis positive direction side and the second axis negative direction. Also by this, the side part of the heat radiation part 121 on the side where the end fin protection part 565 is provided can be protected from flying objects.
  • Embodiment 4 FIG.
  • base portion 120 is arranged along the first axis direction and the second axis direction, and as a result, each of radiation fins 130 is The example arrange
  • base portion 120 is arranged along the first axis direction and the vertical direction. Therefore, each of the radiation fins 130 is disposed along the first axial direction and the second axial direction.
  • vehicular power conversion device 600 has substantially the same configuration as vehicular power conversion device 100 according to the first embodiment, and replaces casing 110 according to the first embodiment.
  • a housing 610 is provided.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which the vehicle power conversion device 600 is mounted on the vehicle main body 602.
  • FIG. 12 is a view of the vehicle power converter 600 as viewed from the second axis positive direction.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of vehicle power converter 600 taken along the line IV-IV shown in FIG. 12 as viewed from the first axis positive direction.
  • the housing 610 is provided so as to be longer than the base portion 120 in the vertical direction and protrude upward from the base portion 120. Thereby, the upper surface of the housing 610 is attached in contact with the bottom 603 of the vehicle main body 602. Note that the housing 610 may have the same length as the base portion 120 in the first axial direction.
  • all of the heat dissipating fins 130, the first protective fins 135, and the second protective fins 140 are disposed along the first axial direction and the second axial direction.
  • the 1st protection part 122 and the 2nd protection part 123 form the flow path connected to a 1st axial direction, without inhibiting the flow path of the thermal radiation part 121.
  • FIG. Therefore, similarly to the first embodiment, even if the first protection unit 122 and the second protection unit 123 are provided, the cooling performance of the cooler 112 is not greatly reduced.
  • the first protective fins 135 and the second protective fins 140 can prevent flying objects from colliding with the end portions of the radiating fins 130 in the first axial direction.
  • the front end side protection portion is provided on the outer side in the front end direction of the plurality of heat radiation fins 130, that is, on the side of the heat radiation portion 121 (right side in FIG. 13). May be. Thereby, the side part of the thermal radiation part 121 can be protected from a flying object.
  • the end fin protection portion is disposed below the heat dissipating fin 130 that is disposed at the lowest position when the vehicle power conversion device 600 is attached to the vehicle main body 602. It may be arranged. Thereby, the lower part of the thermal radiation part 121 can be protected from a flying object.
  • one end face of each of the first protective fins is on one plane or one curved surface that gradually protrudes in the positive direction of the first axis as it goes upward. May be positioned.
  • the other end face of each of the second protective fins may be positioned on one plane or one curved surface that gradually protrudes in the negative direction of the first axis as it goes upward.
  • FIG. 14 is a side view of the vehicular power conversion device 700 according to the present modification viewed from the second axis negative direction.
  • cooler 712 replaces first protective portion 122 and second protective portion 123 of Embodiment 4 with first protective portion 722 and second protective portion 722.
  • the protection part 723 is provided.
  • the first protection unit 722 includes a first protection fin 735 and a first connection unit 736 instead of the first protection fin 135 and the first connection unit 136 of the fourth embodiment.
  • the first protective fins 735 form a flat surface that protrudes at the same inclination angle in the positive direction of the first axis as one end surface of the first protective fin 735 becomes longer as the length of the first axial direction increases. Accordingly, one end face of each of the first protective fins 735 is positioned on one plane. One end face of the first connection portion 736 may be positioned on the same plane as the one end face of each first protection fin 735.
  • the second protection unit 723 includes a second protection fin 740 and a second connection unit 741 instead of the second protection fin 140 and the second connection unit 141 of the fourth embodiment.
  • the second protective fins 740 form a flat surface that protrudes at the same inclination angle in the negative direction of the first axis as each other end face increases upward as the length in the first axial direction increases. .
  • the other end face of each of the second protective fins 740 is positioned on one plane.
  • the other end face of the second connection portion 741 may also be positioned on the same plane as the other end face of each second protection fin 740.
  • the present invention can be used for power conversion devices for electric railway vehicles such as Shinkansen and conventional lines.
  • Vehicle power conversion device 110 housing, 111 semiconductor element, 112, 212, 312, 412, 512, 712 cooler, 120 base portion, 121 heat dissipation portion, 122 222, 322, 722, first protective part, 123, 223, 323, 723, second protective part, 124, first fastening member, 125, second fastening member, 130 heat radiation fin, 131 drop-off prevention member, 135, 235, 335, 735, first protective fin, 136, 736, first connection, 137, first protection base, 140, 240, 340, 740, second protection fin, 141, 741, second connection, 142 2nd protection base part, 460 Front end side protection part, 461, 566 slit, 565 end fin protection .

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Abstract

半導体素子１１１は、電力を変換するために動作して発熱する。複数の放熱フィン１３０は、間隔を空けて並設されることで第１軸方向の流路を形成し、半導体素子１１１からの熱を受けて流路を流れる空気へ放散する。第１の防護フィン１３５は、少なくとも一部の放熱フィン１３０の第１軸正方向側の端面と並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、この端面から第１軸正方向に延びている。第２の防護フィン１４０は、少なくとも一部の前記放熱フィン１３０の第１軸負方向側の端面と並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、この端面から第１軸負方向に延びている。

Description

車両用電力変換装置
　本発明は、車両用の電力変換装置にする。
　鉄道車両に搭載される車両用電力変換装置は、電力変換のための半導体素子を動作させることで架線から取り込まれた電力を変換し、変換した電力を車両駆動用のモータへ出力する。半導体素子は電力の変換動作時に発熱する。半導体素子の過熱を防止するために、車両用電力変換装置は、一般的に、冷却器を備える。従来、半導体素子を冷却するために走行風を利用する冷却器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１の車両用電力変換装置の冷却器（冷却構造）は、車両床板と車両底面との間に設置され、車両用電力変換装置を冷却するラジエータと、ラジエータの前後における車両底面に配置された通気口を備える。このラジエータの内部には放熱フィンが形成されており、ラジエータ内部を空気が通り抜けることで放熱フィンと空気の間で熱交換が行われる。
特開２００６－３４７３０９号公報
　引用文献１に記載の車両用電力変換装置では、走行時にバラスト（砕石、砂利）などが通気口を介して放熱フィンに飛来し衝突することによって、放熱フィンが変形したり、放熱フィンの一部が欠落するなどの問題がある。
　本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、冷却性能を大きく低下させることなく、飛来物から放熱フィンを防護することができる車両用電力変換装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る車両用電力変換装置は、
　電力を変換するために動作して発熱する半導体素子と、
　間隔を空けて並設されることで軸方向の流路を形成し、半導体素子からの熱を受けて流路を流れる空気へ放散する複数の放熱フィンと、
　少なくとも一部の放熱フィンの一方の端面と並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、この端面から一方に延びた第１の防護フィンと、
　少なくとも一部の放熱フィンの他方の端面と並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、この端面から他方に延びた第２の防護フィンとを備える。
　本発明によれば、第１の防護フィンおよび第２の防護フィンが、複数の放熱フィンにより形成される流路への空気の流入および流出を阻害しないように、放熱フィンの一方および他方のそれぞれに設けられる。したがって、冷却性能を大きく低下させることなく、飛来物から放熱フィンを防護することが可能になる。
本発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置が車両本体に搭載された例を示す図である。 実施の形態１に係る車両用電力変換装置の側面図である。 実施の形態１に係る車両用電力変換装置の正面図である。 図２に示すI－I線における車両用電力変換装置の断面図である。 変形例１に係る車両用電力変換装置の側面図である。 変形例２に係る車両用電力変換装置の側面図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置の側面図である。 図７に示すII－II線における車両用電力変換装置の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る車両用電力変換装置の側面図である。 図９に示すIII－III線における車両用電力変換装置の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る車両用電力変換装置が車両本体に搭載された例を示す図である。 実施の形態４に係る車両用電力変換装置の側面図である。 図１２に示すIV－IV線における車両用電力変換装置の断面図である。 変形例３に係る車両用電力変換装置の側面図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。全図を通じて同一の要素には同一の符号を付す。実施の形態の説明では、水平面内において互いに垂直な第１軸方向および第２軸方向、第１軸方向の一方を第１軸正方向、第１軸方向の他方を第１軸負方向、第１軸正方向から見た右方を第２軸正方向、第１軸正方向から見た左方を第２軸負方向、第１軸方向および第２軸方向に垂直な上下方向を用いるが、これは説明のためであって、本発明を限定する趣旨ではない。
実施の形態１．
　本実施の形態に係る車両用電力変換装置１００は、図１に示すように、新幹線など電気鉄道車両（以下、「車両」と称する。）に搭載される装置であって、車両本体１０２の床板１０５の下部に設けられた凹部１０４に取り付けられる。凹部１０４は、車両本体１０２の床板１０５より下方において車両本体１０２の底部１０３より上方に突き出た空間（凹み）を形成する部分である。
　車両用電力変換装置１００は、図１に示すように、筐体１１０と、半導体素子１１１と、冷却器１１２と、を備えている。車両用電力変換装置１００が車両本体１０２に搭載される場合、図１に示すように、筐体１１０と半導体素子１１１とは、凹部１０４の上方に配置される。また、冷却器１１２は、車両本体１０２の底部１０３より下方へ突き出さないように凹部１０４の下方に設けられる。
　ここで、図２は、車両用電力変換装置１００を第２軸正方向から見た図である。図３は、車両用電力変換装置１００を第１軸正方向から見た図である。図４は、図２に示すＩ－Ｉ線における車両用電力変換装置１００の断面を第１軸正方向から見た図である。車両は第１軸正方向又は第１軸負方向に進行し、本実施の形態での進行方向は、図１の矢印１５０で示すように、第１軸正方向であるとする。
　筐体１１０は、例えば図２、図３に示すように、下方が開放した箱状の部材である。筐体１１０の下端部が冷却器１１２に取り付けられており、内部に半導体素子１１１が収容される。
　半導体素子１１１は、架線１１５からパンダグラフ１１６を介して供給される電力を変換するために動作するスイッチング素子、ダイオード素子などであって、動作時に発熱する。半導体素子１１１は、変換した電力をモータ１１７へ出力する。半導体素子１１１は、交流の電力を直流の電力に変換してもよく、直流の電力を交流の電力に変換してもよい。
　半導体素子１１１は、珪素を材料として形成されてもよいが、望ましくは、半導体素子１１１の一部または全部は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体によって形成されたワイドギャップ半導体素子である。
　ワイドギャップ半導体素子で形成された半導体素子１１１であれば、耐電圧性および許容電流密度が高いため、車両用電力変換装置１００の小型化が可能になる。耐熱性が高いため、冷却器１１２の小型化が可能になる。電力損失が低いため、半導体素子１１１の高効率化、ひいては高効率な電力変換が可能になる。
　冷却器１１２は、半導体素子１１１を冷却するための機器であって、例えば図２に示すように、ベース部１２０と、放熱部１２１と、第１の防護部１２２と、第２の防護部１２３と、第１の締結部材１２４と、第２の締結部材１２５とを備える。
　ベース部１２０は、例えば図２に示すように、平板状の部材であって、互いに対向する上面および下面を有する。
　ベース部１２０は、熱伝導性のよい材料で作られており、例えばアルミニウム、銅などの金属材料から作られる。ベース部１２０の上面には、半導体素子１１１からの発熱がベース部１２０に伝わるように半導体素子１１１が接続される。ベース部１２０の下面には、放熱部１２１が取り付けられる。
　放熱部１２１は、例えば図４に示すように、複数の放熱フィン１３０と、脱落防止部材１３１とを有する。
　複数の放熱フィン１３０は、半導体素子１１１が発する熱を放熱するためのフィンであって、第１軸方向に延びる複数のフィンから構成される。
　詳細には、複数の放熱フィン１３０は、図４に示すように、半導体素子１１１が発する熱をベース部１２０から受けるようにベース部１２０の下面に所定の間隔で第２軸方向に並べて設けられる。例えば、放熱フィン１３０の各々は、ベース部１２０の下面に設けられた溝に圧入して設けられてもよく、押出成形などによりベース部１２０と一体に設けられてもよく、ベース部１２０の下面に溶接、ろう付けなどにより設けられてもよい。
　隣り合う放熱フィン１３０の第２軸方向の各間隔は、適宜定められてよいが、本実施の形態ではすべて同じ（例えば、１ｃｍ）である。このように、第１軸方向に延びた放熱フィン１３０が第２軸方向に間隔を空けて並設されることによって、複数の放熱フィン１３０は第１軸方向に延びる流路を形成する。
　放熱フィン１３０の各々の第２軸方向の幅は、適宜定められてよいが、本実施の形態ではすべて同じである。放熱フィン１３０の各々は、熱伝導性のよい材料で作られており、例えばアルミニウム、銅などの金属材料から作られる。
　脱落防止部材１３１は、放熱フィン１３０の脱落を防止する部材である。脱落防止部材１３１は、例えば、複数の放熱フィン１３０の下端に接続した平板状部材であって、複数の放熱フィン１３０と一体に形成される。
　なお、脱落防止部材１３１は、複数の放熱フィン１３０の第２軸方向の両端間にわたって設けられる棒状の部材であってもよい。また、脱落防止部材１３１は、複数の放熱フィン１３０とは別体の部材であってもよく、この場合、放熱フィン１３０の下端に取り付けられるとよい。
　脱落防止部材１３１を設けることによって、例えば走行時の振動などのために放熱フィン１３０の一部につきベース部１２０との接合が緩やかになったり解かれた場合であっても、その放熱フィン１３０が地面に脱落することを防ぐことができる。
　第１の防護部１２２および第２の防護部１２３のそれぞれは、図２に示すように、放熱部１２１の一方（第１軸正方向側）および他方（第１軸負方向側）の端部の近傍に配置されて放熱フィン１３０の端部を防護する。なお、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３のそれぞれは、放熱部１２１の一方および他方の端部に当接して配置されてもよい。
　第１の防護部１２２は、例えば図３に示すように、複数の第１の防護フィン１３５と、第１の接続部１３６と、第１の防護ベース部１３７とを備える。また、第２の防護部１２３も同様に、複数の第２の防護フィン１４０と、第２の接続部１４１と、第２の防護ベース部１４２とを備えており、図３では括弧を付けた符号を付している。
　複数の第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０は、放熱フィン１３０のそれぞれの端部を防護するために、放熱フィン１３０のそれぞれよりも第１軸正方向および第１軸負方向において第１軸方向に延びた複数のフィンである。各フィンは第２軸方向に並べて設けられる。
　詳細には、第１の防護フィン１３５の各々は、すべての放熱フィン１３０の一方の端面のそれぞれと同じ幅を有して互いに対向する端面を他方（第１軸負方向側）に有する。そして、第１の防護フィン１３５の各々は、その他方の端面から第１軸正方向へ延びる。第１の防護フィン１３５の各々の他方の端面の高さは、対向する放熱フィン１３０の一方の端面の高さ以上であればよい。
　第２の防護フィン１４０の各々は、すべての放熱フィン１３０の他方の端面のそれぞれと同じ幅を有して互いに対向する端面を一方（第１軸正方向側）に有する。そして、第２の防護フィン１４０の各々は、その一方の端面から第１軸負方向へ延びる。第２の防護フィン１４０の各々の一方の端面の高さは、対向する放熱フィン１３０の他方の端面の高さ以上であればよい。
　ここで、幅は、第２軸方向、すなわち放熱フィン１３０の並設方向の長さである。高さは、上下方向、すなわち放熱フィン１３０の基端から先端へ向かう方向の長さである。
　本実施の形態では、放熱フィン１３０の幅がすべて同じであり、隣り合う放熱フィン１３０の間隔がすべて同じであるので、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０の幅もすべて同じである。また、隣り合う第１の防護フィン１３５の間隔および隣り合う第２の防護フィン１４０の間隔もすべて同じである。
　したがって、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０の各々は対向する放熱フィン１３０と概ね連続的に第１軸方向に延びる。これにより、複数の第１の防護フィン１３５および複数の第２の防護フィン１４０は、放熱フィン１３０が形成する流路を阻害することなく第１軸方向に連通する流路を形成する。
　第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０の材料は、バラストなどの飛来物が衝突しても破損しない程度の十分な硬度を有するものであればよく、例えば、アルミニウム、銅などの金属材料、硬質のゴムなどである。
　第１の接続部１３６および第２の接続部１４１のそれぞれは、複数の第１の防護フィン１３５の下端（先端）および複数の第２の防護フィン１４０の下端（先端）を接続する平板状の部材である。これにより、複数の第１の防護フィン１３５が一体化するので、脱落防止部材１３１により放熱フィン１３０の脱落が防止されるのと同様に、第１の防護フィン１３５が地面に脱落することを防止することができる。また、複数の第２の防護フィン１４０が一体化するので、第２の防護フィン１４０が地面に脱落することを防止することができる。
　第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２は、それぞれ、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０の上端が取り付けられる部材である。第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２のそれぞれの上面は、ベース部１２０の下面に当接して取り付けられる。第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２のそれぞれの下面には、放熱フィン１３０がベース部１２０に取り付けられるのと同様に、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０が、溝への圧入、一体成形、溶接、ろう付けなどにより取り付けられる。
　第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２のそれぞれは、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０よりも第２軸正方向および第２軸負方向のそれぞれに延びた部分に孔を有する。この孔は、ベース部１２０と凹部１０４とを貫通する孔に連通する。
　第１の締結部材１２４および第２の締結部材１２５は、ベース部１２０を凹部１０４に締結する部材である。例えば図２に示すように、第１の締結部材１２４および第２の締結部材１２５は、それぞれ、ベース部１２０のうち放熱部１２１が取り付けられる部分より第１軸正方向側および第１軸負方向側の部分を凹部１０４に締結する。第１の締結部材１２４および第２の締結部材１２５のそれぞれは、例えば、ベース部１２０と、凹部１０４と、第１の防護ベース部１３７および第２の防護ベース部１４２とを貫通する孔に挿設されるボルトと、そのボルトに螺合するナットとから構成される。
　これまで、本実施の形態に係る車両用電力変換装置１００の構成について説明した。ここから、車両用電力変換装置１００の動作を説明する。
　本実施の形態では、ベース部１２０の上面が、半導体素子１１１が接続される半導体取接続面となり、その下面が、放熱フィンが接続されるフィン接続面となるように、ベース部１２０は、車両本体１０２の凹部１０４に概ね水平に取り付けられる。これにより、放熱部１２１、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３は、図１に示すように、凹部１０４の下方に形成される凹みの中に配置されて、外気に曝される。凹部１０４が形成する凹みは、第１の防護部１２２の第１軸正方向側および第２の防護部１２３の第１軸負方向側に、放熱部１２１に空気を取り込みまたは放熱部１２１から空気を排出するための空間を含む。
　そのため、車両の走行時には、走行風の一部が、第１の防護フィン１３５により形成される流路、放熱フィン１３０により形成される流路、第２の防護フィン１４０により形成される流路を順に通過する。例えば、同図の矢印１５０が示す方向（第１軸正方向）へ向かって車両が走行する場合、走行風は第１軸負方向へ向かって吹く。その結果、空気は矢印１５１が示すように流れて、第１の防護部１２２内の流路を介して、放熱部１２１内の流路へ流れ込む。放熱部１２１内を通過した空気は、矢印１５２が示すように第２の防護部１２３内の流路を通って外部へ流れ出る。
　車両の走行時、半導体素子１１１は電力を変換する動作により発熱する。半導体素子１１１が発する熱は、ベース部１２０の上面に伝えられる。ベース部１２０は熱伝導性のよい材料で作られているので、半導体素子１１１からの熱は、ベース部１２０内を下方へ伝わり、その下面から放熱フィン１３０へ伝えられる。放熱フィン１３０のそれぞれは、熱伝導性のよい材料で作られているので、ベース部から受けた半導体素子１１１からの熱を内部で伝えて表面から、流路を流れる空気へ放散する。これにより、半導体素子１１１は冷却される。
　走行風の一部は、上述のように、第１の防護部１２２の流路を通過してから、放熱部１２１の流路へ流れ込む。第１の防護フィン１３５の各々は、放熱フィン１３０の一方の端面と同じ幅を有して互いに対向する他方の端面から第１軸正方向に延びる。そのため、第１の防護フィン１３５が、放熱部１２１の流路を塞ぐことはなく、放熱部１２１の流路への空気の流入を阻害することはない。
　ここで、第１の防護部１２２の流路から放熱部１２１の流路へ空気を円滑に流入させるためには、第１の防護部１２２は放熱部１２１の近傍に配置されることが望ましく、放熱部１２１に当接して配置されてもよい。
　放熱部１２１の流路を通過した空気は、上述のように、第２の防護部１２３の流路を通過して外部へ排出される。第２の防護フィン１４０の各々は、放熱フィン１３０の他方の端面と同じ幅を有して互いに対向する一方の端面から第１軸負方向に延びる。そのため、第２の防護フィン１４０が、放熱部１２１の流路を塞ぐことはなく、放熱部１２１の流路からの空気の流出を阻害することはない。
　ここで、放熱部１２１の流路から第２の防護部１２３の流路へ空気を円滑に流入させるためには、第２の防護部１２３は放熱部１２１の近傍に配置されることが望ましく、放熱部１２１に当接して配置されてもよい。
　このように、本実施の形態によれば、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３が放熱部１２１への空気の流入と放熱部１２１からの空気の集出を阻害することはない。そのため、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３を設けても、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３が設けられない場合とほとんど変わらずに、放熱部１２１に空気を通過させることができる。したがって、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３を設けても、冷却器１１２の冷却性能を大きく低下させることはない。
　第１の防護フィン１３５が熱伝導性のよい材料、例えばアルミニウム、銅などの金属材料から作れる場合、第１の防護フィン１３５はベース部１２０から受けた半導体素子１１１からの熱を内部で伝えて、流路を流れる空気へ放散することができる。したがって、第１の防護フィン１３５を熱伝導性のよい材料で作ることによって、放熱フィン１３０のみが備えられる冷却器よりも冷却器１１２の冷却性能を向上させることができる。第２の防護フィン１４０についても同様に、第２の防護フィン１４０を熱伝導性のよい材料で作ることによって、放熱フィン１３０のみが備えられる冷却器よりも冷却器１１２の冷却性能を向上させることができる。
　冷却器１１２は、上述のように外気に曝されているので、車両の走行時には、レール１５３および枕木１５４の周囲に敷き詰められたバラスト１５５などが冷却器１１２に飛来し、衝突することがある。
　本実施の形態によれば、第１軸正方向または第１軸負方向から飛んできたバラストなどは、第１の防護フィン１３５または第２の防護フィン１４０に衝突することになる。そのため、すべての放熱フィン１３０に対向して設けられる第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０によって、すべての放熱フィン１３０の第１軸方向の端部に飛来物が衝突することを確実に防ぐことができる。
　複数の第１の防護フィン１３５は、上述のように、第１の接続部１３６により接続されて一体的に車両本体１０２の凹部１０４に取り付けられる。そのため、第１の防護フィン１３５のいずれかが飛来物の衝突により破損した場合であっても、第１の締結部材１２４による締結を解くことで、複数の第１の防護フィン１３５を交換することができる。複数の第２の防護フィン１４０についても、同様に、第２の締結部材１２５による締結を解くことで交換することができる。すなわち、車両用電力変換装置１００全体を車両本体１０２から取り外すなどの複雑な作業をする必要がない。したがって、飛来物の衝突により破損などした場合のメンテナンスが容易になる。
　また、第１の締結部材１２４は、ベース部１２０を車両本体１０２に締結するために一般的な車両用電力変換装置に備えられる部材でよい。すなわち、第１の防護フィン１３５を車両本体１０２に取り付けるために、一般的な車両用電力変換装置に特別な加工を施したり特別な部材を追加する必要がない。したがって、車両用電力変換装置１００を容易に製造することができる。
　以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のように変形されてもよい。
　例えば、第１の防護フィン１３５が放熱フィン１３０の一部のみに対向して配置されてもよい。これによっても、冷却器１１２の冷却性能を大きく低下させることなく、第１の防護フィン１３５が対向して配置された放熱フィン１３０を防護することができる。第２の防護フィン１４０についても同様に、放熱フィン１３０の一部のみに対向して配置されてもよく、これによって、第２の防護フィン１４０が対向して配置された放熱フィン１３０を防護することができる。
　第１の防護フィン１３５が放熱フィン１３０の一部のみに対向して配置される場合の一例として、第１の防護フィン１３５が１つ置きの放熱フィン１３０にのみ対向して配置される形態を挙げることができる。バラストに最小長さが５ｃｍ程度の砕石が使用され、すべての放熱フィンの幅および隣り合う間隔がそれぞれ１ｃｍ程度であるとする。この場合、第１の防護フィン１３５を１つ置きの放熱フィン１３０にのみ対向して配置しても、隣り合う第１の防護フィン１３５の間隔は、３ｃｍでありバラストの大きさより狭い。そのため、第１の防護フィン１３５を放熱フィン１３０の一部のみに対向して配置しても、第１の防護フィン１３５に対向して配置された放熱フィン１３０だけでなく、すべての放熱フィン１３０の一方の端部を飛来するバラストから防護することができる。
変形例１．
　実施の形態１では、第１の防護フィン１３５の各々の一方の端面は、第１軸方向に垂直な一平面上に位置付けられる例を説明した。しかし、第１の防護フィンの各々の一方の端面が位置付けられる面は、第１軸方向に垂直な一平面に限られない。
　本変形例に係る車両用電力変換装置２００は、図５に示すように、実施の形態１に係る車両用電力変換装置１００と概ね同様の構成を備える。本変形例に係る車両用電力変換装置２００では、冷却器２１２の第１の防護部２２２および第２の防護部２２３のそれぞれが、実施の形態１に係る第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０に代わる、第１の防護フィン２３５および第２の防護フィン２４０を備える。
　第１の防護フィン２３５および第２の防護フィン２４０のそれぞれは、車両用電力変換装置２００が車両本体１０２に取り付けられた場合、実施の形態１に係る第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０と同様に、先端を下方に向けて配置される。
　第１の防護フィン２３５の各々の一方の端面は、同図に示すように、上方へいくに従って次第に第１軸正方向へ突き出す一平面上に位置付けられる。また、同図に示すように、第２の防護フィン２４０の各々の他方の端面は、上方へいくに従って次第に第１軸負方向へ突き出す一平面上に位置付けられる。
　飛来物が第１の防護フィン２３５に衝突する場合、その一方の端面に斜め下方から飛来して衝突することが多い。第２の防護フィン２４０についても同様に、飛来物が衝突する場合、その他方の端面に斜め下方から飛来して衝突することが多い。
　本変形例のように、第１の防護フィン２３５の一方の端面および第２の防護フィン２４０の他方の端面を下方へ傾斜した面上に位置付けることによって、第１軸方向に垂直な一平面上に位置付ける場合よりも、衝突物とそれぞれとの衝突面積を広くすることができる。これにより、衝突したときに受ける力は分散される。したがって、飛来物による第１の防護フィン２３５および第２の防護フィン２４０の変形、欠落などの損傷を減らすことが可能になる。
変形例２．
　本変形例は、変形例１と同様に、第１の防護フィンの各々の一方の端面および第２の防護フィンの各々の他方の端面が位置付けられる面の他の例である。
　本変形例に係る車両用電力変換装置３００は、図６に示すように、実施の形態１に係る車両用電力変換装置１００と概ね同様の構成を備える。本変形例に係る車両用電力変換装置３００では、冷却器３１２の第１の防護部３２２および第２の防護部３２３のそれぞれが、実施の形態１に係る第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０に代わる、第１の防護フィン３３５および第２の防護フィン３４０を備える。
　第１の防護フィン３３５および第２の防護フィン３４０のそれぞれは、車両用電力変換装置３００が車両本体１０２に取り付けられた場合、実施の形態１に係る第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０と同様に、先端を下方に向けて配置される。
　第１の防護フィン３３５の各々の一方の端面は、同図に示すように、上方へいくに従って次第に第１軸正方向へ突き出す一曲面上に位置付けられる。この曲面は、第１軸正方向および下方（同図では左下）へ突き出す凸状をなしている。
　また、同図に示すように、本変形例に係る第２の防護フィン３４０の各々の他方の端面は、上方へいくに従って次第に第１軸負方向へ突き出す一曲面上に位置付けられる。この曲面は、第１軸負方向および下方（同図では右下）へ突き出す凸状をなしている。
　本変形例によっても、変形例１と同様に、第１の防護フィン３３５の一方の端面および第２の防護フィン３４０の他方の端面は下方へ傾斜した面上に位置付けられる。そのため、第１軸方向に垂直な一平面上に位置付ける場合よりも、第１の防護フィン３３５の一方の端面および第２の防護フィン３４０の他方の端面のそれぞれと衝突物との衝突面積を広くすることができる。これにより、衝突したときに受ける力は分散される。したがって、飛来物による第１の防護フィン３３５および第２の防護フィン３４０の変形、欠落などの損傷を減らすことが可能になる。
実施の形態２．
　本実施の形態に係る車両用電力変換装置４００では、図７および図８に示すように、実施の形態１に係る車両用電力変換装置１００が備える構成に加えて、冷却器４１２が先端側防護部４６０を備える。
　ここで、図７は、車両用電力変換装置４００を第２軸正方向から見た図である。図８は、図７に示すII－II線における車両用電力変換装置４００の断面を第１軸正方向から見た図である。
　先端側防護部４６０は、複数の放熱フィンの先端方向の外側、すなわち放熱部１２１の下方に、水平に配置される平板状の部材であって、第１の防護フィン１３５と同様の材料から作られるとよい。先端側防護部４６０は、例えば、図示しない取付部材によって第１の接続部１３６および第２の接続部１４１に接続して固定されてもよく、第１の接続部１３６および第２の接続部１４１と一体に形成されてもよい。先端側防護部４６０は、図８に示すように、第１軸方向に延びるスリット４６１を有する。
　本実施の形態によれば、先端側防護部４６０により、放熱部１２１の下部を飛来物から防護することができる。特に、脱落防止部材１３１が棒状であるなどにより、放熱フィン１３０の先端が外部に露出している場合、一般的に脆弱な放熱フィン１３０の先端を飛来物から防護することができる。
　さらに、先端側防護部４６０がスリット４６１を有することによって、放熱部１２１の周囲の空気の流れを、先端側防護部４６０がない場合に近い状態にすることができる。これにより、冷却器４１２の冷却性能の低下を抑えることができる。
実施の形態３．
　本実施の形態に係る車両用電力変換装置５００では、図９および図１０に示すように、実施の形態２に係る車両用電力変換装置４００が備える構成に加えて、冷却器５１２が２つの端フィン防護部５６５を備える。
　ここで、図９は、車両用電力変換装置５００を第２軸正方向から見た図である。図１０は、図９に示すIII－III線における車両用電力変換装置５００の断面を第１軸正方向から見た図である。
　端フィン防護部５６５は、第２軸正方向の端に設けられた放熱フィン１３０の第２軸正方向側と、第２軸負方向の端に設けられた放熱フィン１３０の第２軸負方向側とのそれぞれに、上下および第１軸方向に沿って設けられる平板状の部材である。端フィン防護部５６５のそれぞれは、第１の防護フィン１３５と同様の材料から作られるとよい。
　端フィン防護部５６５のそれぞれは、例えば、図示しない取付部材によって第１の防護部１２２および第２の防護部１２３の端部などに接続して固定されてもよく、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３と一体に形成されてもよい。
　端フィン防護部５６５のそれぞれは、図９に示すように、第１軸方向に延びるスリット５６６を有する。
　本実施の形態によれば、端フィン防護部５６５により、放熱部１２１の両側部を飛来物から防護することができる。
　さらに、端フィン防護部５６５がスリット５６６を有することによって、放熱部１２１の周囲の空気の流れを、端フィン防護部５６５がない場合と近い状態にすることができる。これにより、冷却器５１２の冷却性能の低下を抑えることができる。
　なお、端フィン防護部５６５は、第２軸正方向側と第２軸負方向とのいずれか一方にのみ設けられてもよい。これによっても、端フィン防護部５６５が設けられる側の放熱部１２１の側部を飛来物から防護することができる。
実施の形態４．
　実施の形態１では、車両用電力変換装置１００が車両本体１０２に搭載される場合、ベース部１２０が第１軸方向および第２軸方向に沿って配置され、その結果、放熱フィン１３０の各々が第１軸方向および上下方向に沿って配置される例を説明した。本実施の形態では、図１１に示すように、車両用電力変換装置６００が車両本体６０２に搭載される場合、ベース部１２０が第１軸方向および上下方向に沿って配置される。そのため、放熱フィン１３０の各々は第１軸方向および第２軸方向に沿って配置される。
　車両用電力変換装置６００は、図１２および図１３に示すように、実施の形態１に係る車両用電力変換装置１００と概ね同様の構成を備え、実施の形態１に係る筐体１１０に代わる、筐体６１０を備える。
　ここで、図１１は、車両用電力変換装置６００が車両本体６０２に搭載された例を示す図である。図１２は、車両用電力変換装置６００を第２軸正方向から見た図である。図１３は、図１２に示すIV－IV線における車両用電力変換装置６００の断面を第１軸正方向から見た図である。
　筐体６１０は、例えば図１３に示すように、上下方向にベース部１２０よりも長く、ベース部１２０よりも上方に突き出して設けられる。これにより、筐体６１０の上面が車両本体６０２の底部６０３に当接して取り付けられる。なお、筐体６１０は、第１軸方向にはベース部１２０と同じ長さを有するとよい。
　本実施の形態によれば、放熱フィン１３０、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０のいずれもが第１軸方向および第２軸方向に沿って配置される。また、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３は、放熱部１２１の流路を阻害せずに第１軸方向へ連通する流路を形成する。そのため、実施の形態１と同様に、第１の防護部１２２および第２の防護部１２３を設けても、冷却器１１２の冷却性能を大きく低下させることはない。また、第１の防護フィン１３５および第２の防護フィン１４０によって、放熱フィン１３０の第１軸方向の端部に飛来物が衝突することを防ぐことができる。
　以上、本発明の実施の形態４について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のように変形されてもよい。
　例えば、本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、先端側防護部が、複数の放熱フィン１３０の先端方向の外側、すなわち放熱部１２１の側方（図１３では右方）に設けられてもよい。これによって、放熱部１２１の側部を飛来物から防護することができる。
　例えば、本実施の形態においても、実施の形態３と同様に、端フィン防護部が、車両用電力変換装置６００を車両本体６０２に取り付けた場合に最も下方に配置される放熱フィン１３０の下方に配置されてもよい。これによって、放熱部１２１の下部を飛来物から防護することができる。
変形例３．
　本実施の形態においても、変形例１および２で説明したように、第１の防護フィンの各々の一方の端面は、上方へいくに従って次第に第１軸正方向へ突き出す一平面上または一曲面上に位置付けられてもよい。第２の防護フィンの各々の他方の端面は、上方へいくに従って次第に第１軸負方向へ突き出す一平面上または一曲面上に位置付けられてもよい。
　図１４は、本変形例に係る車両用電力変換装置７００を第２軸負方向から見た側面図である。
　車両用電力変換装置７００では、冷却器７１２が、同図に示すように、実施の形態４の第１の防護部１２２および第２の防護部１２３に代わる、第１の防護部７２２および第２の防護部７２３を備える。
　第１の防護部７２２は、実施の形態４の第１の防護フィン１３５および第１の接続部１３６に代わる、第１の防護フィン７３５および第１の接続部７３６を備える。
　第１の防護フィン７３５は、第１軸方向の長さが上方へいくに従って長くなるとともに、各々の一方の端面が上方へいくに従って次第に第１軸正方向へ同じ傾斜角で突き出す平面を形成する。これによって、第１の防護フィン７３５の各々の一方の端面が、一平面上に位置付けられている。第１の接続部７３６の一方の端面も、各第１の防護フィン７３５の一方の端面と同じ一平面上に位置付けられるとよい。
　第２の防護部７２３は、実施の形態４の第２の防護フィン１４０および第２の接続部１４１に代わる、第２の防護フィン７４０および第２の接続部７４１を備える。
　第２の防護フィン７４０は、第１軸方向の長さが上方へいくに従って長くなるとともに、各々の他方の端面が上方へいくに従って次第に第１軸負方向へ同じ傾斜角で突き出す平面を形成する。これによって、第２の防護フィン７４０の各々の他方の端面が、一平面上に位置付けられている。第２の接続部７４１の他方の端面も、各第２の防護フィン７４０の他方の端面と同じ一平面上に位置付けられるとよい。
　これによって、変形例１および２と同様に、飛来物による第１の防護フィン７３５および第２の防護フィン７４０の変形、欠落などの損傷を減らすことが可能になる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々の変更を加えた態様やそれらと均等な技術的範囲をも含む。
　本発明は、新幹線、在来線などの電気鉄道車両用の電力変換装置などに利用することができる。
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００　車両用電力変換装置、１１０　筐体、１１１　半導体素子、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、７１２　冷却器、１２０　ベース部、１２１　放熱部、１２２、２２２、３２２、７２２　第１の防護部、１２３、２２３、３２３、７２３　第２の防護部、１２４　第１の締結部材、１２５　第２の締結部材、１３０　放熱フィン、１３１　脱落防止部材、１３５、２３５、３３５、７３５　第１の防護フィン、１３６、７３６　第１の接続部、１３７　第１の防護ベース部、１４０、２４０、３４０、７４０　第２の防護フィン、１４１、７４１　第２の接続部、１４２　第２の防護ベース部、４６０　先端側防護部、４６１、５６６　スリット、５６５　端フィン防護部。

Claims (9)

  1. 　電力を変換するために動作して発熱する半導体素子と、
    　間隔を空けて並設されることで軸方向の流路を形成し、前記半導体素子からの熱を受けて前記流路を流れる空気へ放散する複数の放熱フィンと、
    　少なくとも一部の前記放熱フィンの一方の端面と前記並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、当該端面から前記一方に延びた第１の防護フィンと、
    　少なくとも一部の前記放熱フィンの他方の端面と前記並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、当該端面から前記他方に延びた第２の防護フィンとを備える車両用電力変換装置。
  2. 　前記第１の防護フィンは、複数設けられ、すべての前記放熱フィンの前記一方の端面のそれぞれと前記並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、当該端面から前記一方へ延びており、
    　前記第２の防護フィンは、複数設けられ、すべての前記放熱フィンの他方の端面のそれぞれと前記並設方向に同じ長さを有して互いに対向する端面を有し、当該端面から他方へ延びている
    　請求項１に記載の車両用電力変換装置。
  3. 　前記複数の放熱フィンの先端方向の外側に配置され、前記第１の防護フィンおよび前記第２の防護フィンそれぞれに接続して設けられる先端側防護部をさらに備える
    　請求項１または２に記載の車両用電力変換装置。
  4. 　前記先端防護部は、前記軸方向に延びるスリットを有する
    　請求項３に記載の車両用電力変換装置。
  5. 　前記複数の放熱フィンの前記並設方向の外側の少なくとも一方に配置され、前記並設方向の前記少なくとも一方の端に配置された前記第１の防護フィンおよび前記第２の防護フィンに接続して設けられる端フィン防護部をさらに備える
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
  6. 　前記端フィン防護部は、前記軸方向に延びるスリットを有する
    　請求項５に記載の車両用電力変換装置。
  7. 　前記半導体素子が接続されて当該半導体素子からの熱が伝えられる半導体接続面と、前記放熱フィンが接続されて当該放熱フィンへ熱を伝えるフィン接続面とを有し、前記半導体接続面から前記フィン接続面へ熱を伝えるベース部をさらに備える
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
  8. 　前記ベース部とともに前記複数の第１の防護フィンを車両本体に締結する第１の締結部材と、
    　前記ベース部とともに前記複数の第２の防護フィンを車両本体に締結する第２の締結部材とをさらに備える
    　請求項７に記載の車両用電力変換装置。
  9. 　前記複数の第１の防護フィンの前記一方の端面は、当該各第１の防護フィンの先端方向を下方または側方へ向けた場合に、上方へいくに従って次第に前記一方へ突き出す一平面上または一曲面上に位置付けられ、
    　前記複数の第２の防護フィンの他方の端面は、当該各第２の防護フィンの先端方向を下方または側方へ向けた場合に、上方へいくに従って次第に前記一方へ突き出す一平面上または一曲面上に位置付けられる
    　請求項７または８に記載の車両用電力変換装置。
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