WO2019049405A1 - 鉄道車両の電力変換装置および電力変換装置を搭載した鉄道車両 - Google Patents

鉄道車両の電力変換装置および電力変換装置を搭載した鉄道車両 Download PDF

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cooling air
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舟越　砂穂
陽介 安田
西原　淳夫
秀一 寺門
敬介 堀内
邦彦 畑
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株式会社日立製作所
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    • F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels

Definitions

  • the present invention relates to a power converter for a railway vehicle, and more particularly to a cooling structure of the power converter.
  • the power conversion device of the railway vehicle is for controlling an electric motor for driving an electric railway vehicle or the like, and is installed under the floor of the railway vehicle or the like. Since the space under the floor of the railway vehicle is limited, it is desirable to efficiently cool the power semiconductor elements of the power conversion device with a cooling structure as small as possible.
  • a heat receiving member is installed vertically in the lower part of a vehicle body, a semiconductor element is attached to one side of the heat receiving member, and a heat pipe is installed.
  • a structure is known which is attached to the opposite side of the heat receiving member and dissipates the heat of the semiconductor element to the air by applying the wind generated by the traveling of the railway vehicle to the fins attached to the heat pipe.
  • a heat-receiving plate is provided above the heating element as in the element radiator shown in Patent Document 2.
  • a cooling structure in which a plate-like plate having a serpentine hole on the top is connected.
  • the height below the floor may not be sufficiently obtained, for example, as in some subway cars.
  • the power semiconductor device is disposed on the heat receiving member in the vertical direction as in the prior art, the overall height determined from the size of the device becomes too high.
  • the height of the power conversion device may be reduced by installing the heat receiving member horizontally, installing the power semiconductor device on the upper side thereof, and installing the cooler on the lower side of the heat receiving member. It is considered possible.
  • An object of the present invention is to provide a cooler for a power conversion device of a railway vehicle which is small in size and in which the cooling performance does not deteriorate even by collision of airborne objects and the like.
  • a power converter of a rail car concerning the present invention is provided with a self-excitation vibration type heat pipe which cools a power semiconductor element, and the self-excitation vibration type heat pipe concerned hits cooling air, for example.
  • It is a structure having a sealed flow path in which the working fluid is enclosed inside the heat sink member, and the thickness of the end partition of the self-oscillation type heat pipe in contact with the inlet portion or the outlet portion of the cooling air is between the flow paths. Make it thicker than the thickness of the internal partition that separates the
  • the present invention it is possible to avoid a situation in which the working fluid leaks out and the cooling performance is degraded by the occurrence of a hole in the fragile flow path of the self-excited vibration type heat pipe due to the collision of flying objects etc. It is possible to provide a power converter for a railway vehicle.
  • FIG. 1 is a view of a cooler of a power conversion device according to a first embodiment as viewed from a traveling direction.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cooler shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing a structure of a flat plate-like self-oscillation type heat pipe used for the cooler according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing a structure in which a flat plate-like self-excitation vibration-type heat pipe used in the cooler according to the first embodiment is bent.
  • FIG. 5 is a view showing a cross section in the thickness direction of a self-oscillation type heat pipe used for the cooler according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a view of a cooler of a power conversion device according to a first embodiment as viewed from a traveling direction.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cooler shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing a structure of a flat plate-like self-oscillation type heat pipe used
  • FIG. 6 is a view showing a structure of a heat radiating portion in which a plurality of self-oscillation type heat pipes are arranged in the traveling wind direction.
  • FIG. 7 is a view showing an arrangement configuration when the power conversion device according to each example of the present invention is mounted on a railway vehicle.
  • FIG. 8 is a view showing another arrangement configuration when the power conversion device according to the present invention is mounted on a railway vehicle.
  • FIG. 9 is a view showing still another arrangement configuration when the power conversion device according to the present invention is mounted on a railway vehicle.
  • FIG. 10 is a view showing a structure of a heat radiating portion by a self-oscillation type heat pipe of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the structure of the heat dissipation unit of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view of the heat dissipation unit of the power conversion device according to the third
  • FIG. 7 is a view showing an arrangement configuration when the power conversion device according to each example of the present invention is mounted on a railway vehicle.
  • the power conversion device according to the present invention is provided under the floor of a railway vehicle or the like, and controls the rotational speed of the motor by changing the frequency of the power supplied to the motor for driving the vehicle.
  • the power conversion device 500 shown in FIG. 7 is fixed to a vehicle body 501 in a suspended state.
  • a power semiconductor element 2 is attached to the upper portion of the heat receiving plate 1, and a heat radiating portion 20 using a self-excited vibration type heat pipe is attached to the lower portion of the heat receiving plate 1 on the opposite side.
  • the power semiconductor element 2 and other electronic components 22 such as a capacitor and a controller are sealed by a case 21.
  • FIG. 1 is a view of a cooler of a power conversion device according to a first embodiment as viewed from a traveling direction
  • FIG. 2 is a perspective view of the cooler.
  • Arrows 101 and 102 in FIG. 1 indicate the direction of the traveling wind generated by the progress of the vehicle. Since the vehicle moves in any of the front and rear directions, a traveling wind is generated in one of the directions of arrows 101 and 102.
  • a power semiconductor module 2 including power semiconductor elements such as a plurality of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) is disposed on the upper side of the heat receiving member 1 made of a metal such as an aluminum alloy, and a plurality of power semiconductors
  • the module 2 constitutes a power converter.
  • these power semiconductor modules are also referred to as power semiconductor elements.
  • the power semiconductor element 2 is fixed to the heat receiving member 1 by a screw or the like (not shown) via a member (not shown) such as grease.
  • a heat radiating portion 20 which is a heat sink member is provided.
  • the heat radiation part 20 shown in FIG. 1 is comprised from the self-excitation vibration type heat pipe 3 and the waveform fin 4 made of aluminum alloy etc.
  • FIG. The heat receiving member 1 and the self-excited vibration type heat pipe 3 are fixed by brazing or the like. Further, when the flow path length of the self-excited vibration type heat pipe 3 becomes too long, as shown in FIG. 2, the self-excited vibration type heat pipe 3 is divided into division types 31 to 34 divided in the traveling direction It may be a structure.
  • FIG. 3 is a view showing the structure of a flat self-excited vibration type heat pipe (split type 31), and arrow 103 indicates the direction of the traveling wind, and the lower part of the figure shows a cross section divided in the traveling wind 103 direction.
  • FIG. 4 is a figure which shows the structure which bend
  • the self-excited vibration type heat pipe (split type 31) shown in FIGS. 1 and 2 is configured by bending a flat self-excited vibration type heat pipe 31 having the structure shown in FIG. 3 as shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a cross section (AA cross section in FIG. 4) of the self-oscillation type heat pipe 31 in the thickness direction.
  • the working fluid water, florinates, fluorocarbons, alcohols, hydrocarbons such as butane, hydrofluoroethers, perfluoroketones, etc. are used.
  • the loss caused by the operation of the power semiconductor device 2 is heat, and the heat is transmitted to the self-oscillation type heat pipe 3 through the heat receiving member 1.
  • the working fluid sealed in the flow path 5 of the self-oscillating vibration-type heat pipe 3 vibrates in the flow path, whereby heat is transferred to the tip end side (downstream side) of the self-oscillating vibration-type heat pipe 3. Further, heat is transmitted from the self-oscillation type heat pipe 3 to the corrugated fin 4.
  • the traveling wind 101 or 102 FIG. 1
  • the thickness of the end partition 30 in contact with the inlet portion of the cooling air (the outlet when the traveling air direction is reverse). , Thicker than the internal partition wall 6.
  • the strength of the self-excited vibration type heat pipe 3 in the vicinity of the cooling air is increased, and holes etc. are formed in the self-excited vibration type heat pipe 3 when an impact such as ballast collides. To prevent it from opening. Thereby, the working fluid flowing inside the flow path 5 leaks to the outside, and the self-excited vibration type heat pipe does not function, and it is possible to prevent the heat radiation performance from being deteriorated.
  • FIG. 6 is a view showing the structure of a heat radiating portion formed by arranging a plurality of self-excited vibration type heat pipes in the direction of the traveling wind 103, and a cross section divided in the traveling wind 103 direction is shown in the lower part of the figure.
  • FIG. 6 shows an example in which the self-oscillating vibration type heat pipe is divided into four parts 31 to 34, in which the end partitions 30 of 31 and 34 in contact with the inlet and outlet parts of the cooling air are left It is thicker than the end partition 35 of the part. That is, the end partition walls 35 of the self-excited vibration type heat pipes 32 and 33 located in the middle are made thinner to enhance the heat radiation effect.
  • FIG. 8 is a view showing another arrangement configuration when the power conversion device according to the present invention is mounted on a railway vehicle.
  • a cover 23 is further provided around the heat radiating portion 20 formed of a self-excited vibration type heat pipe.
  • the cover 23 is made of metal such as aluminum, which can prevent the self-excited vibration type heat pipe from being damaged when a ballast or the like collides with the side surface or the bottom surface of the heat radiating portion 20.
  • a cover such as a punching plate also on the front and back portions of the heat radiating portion 20
  • FIG. 9 is a view showing still another configuration arrangement when the power conversion device according to the present invention is mounted on a railway vehicle.
  • the power conversion device 500 may be installed such that the heat receiving member 1 is in the vertical direction, depending on the arrangement and space of the surrounding devices. It has a structure that faces horizontally.
  • the structure which provided the cover 23 around the thermal radiation part 20 is shown similarly to FIG.
  • FIG. 10 is a view showing a structure of a heat radiating portion by a self-oscillation type heat pipe of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
  • the same parts as in the first embodiment are assigned the same reference numerals. Further, the arrangement configuration and the entire structure when mounted on a vehicle are the same as in the first embodiment.
  • arrows 103 indicate the direction of traveling wind
  • partition walls 36 and 37 of heat pipes are provided on self-oscillating vibration type heat pipes 31 and 34 located at the inlet and outlet portions in the direction of traveling wind 103,
  • the working fluid flow paths are completely separated and independent.
  • the lengths of the flow paths 51 and 52 closest to the traveling air inlet and outlet portions are shorter than the flow path 5 of the main body.
  • the working fluid may not be enclosed in the channels 51 and 52.
  • an impactor such as a ballast collides with a portion of the flow paths 51 and 52 within the flow path of the working fluid, and even if the hole is opened, the opposite side of the partition wall 36 (the inner side of the heat pipe The working fluid does not leak to the outside from the flow path 5 of the main body of. Therefore, it is possible to prevent the heat radiation performance from decreasing.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the structure of the heat radiating portion of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a side view of the heat radiating portion.
  • the vicinity of the portion where the cooling air of the corrugated fin 4 enters is set to project outward in the direction of the traveling air 103 from the flow path 3 of the working fluid.
  • flying objects such as ballast collide with the heat radiating portion
  • the portion protruding to the outside of the corrugated fin 4 is deformed to absorb the shock, and no hole is formed in the flow path 3 of the working fluid. Therefore, it is possible to prevent the heat radiation performance from decreasing.

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Abstract

自励振動型ヒートパイプを用いて冷却する鉄道車両の電力変換装置が飛来物等の衝突によって冷却性能が低下する事態を回避し、信頼性の高い電力変換装置の冷却構造を提供する。そのために、複数のパワー半導体素子により構成される鉄道車両の電力変換装置は、パワー半導体素子を冷却する自励振動型ヒートパイプを備え、当該自励振動型ヒートパイプは、例えば、冷却風が当たるヒートシンク部材の内部に作動流体を封入した密閉の流路を有する構造であり、冷却風の入口部分または出口部分にそれぞれ接する自励振動型ヒートパイプの端部隔壁の厚さを、流路の間を隔てる内部隔壁の厚さよりも厚くする。

Description

鉄道車両の電力変換装置および電力変換装置を搭載した鉄道車両
　本発明は、鉄道車両の電力変換装置に関し、特にその電力変換装置の冷却構造に関する。
　鉄道車両の電力変換装置は、電気鉄道車両等を駆動する電動機を制御するためのもので、鉄道車両の床下等に設置されている。鉄道車両の床下等のスペースは限られているため、できるだけ小型の冷却構造で効率的に電力変換装置のパワー半導体素子を冷却することが望まれている。
　従来の鉄道車両の電力変換装置における冷却構造としては、特許文献１に示されるように、受熱部材を車体下部に鉛直方向に設置し、半導体素子を受熱部材の一方の側に取付け、ヒートパイプを受熱部材の反対側に取付け、鉄道車両の走行により生じる風をヒートパイプに取り付けられたフィンに当てることによって半導体素子の熱を空気に放熱する構造が知られている。
　また、中央演算装置のような半導体素子の冷却に自励振動式のヒートパイプを適用した例として、特許文献２に示される素子放熱器のように、発熱素子の上部に受熱板を設け、その上部に蛇行した穴の開いたプレート状の板を接続した冷却構造が知られている。
特開２０１１－５０１６６号公報 特開２００６－８０４７１号公報
　本願発明者が、鉄道車両の電力変換装置を小型化することについて鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。
　鉄道車両の電力変換装置を鉄道車両の床下のスペースに設置する構造であっても、例えば一部の地下鉄車両のように、床下の高さを十分に取れない場合がある。そのような場合には、従来のようにパワー半導体素子を鉛直方向の受熱部材に配置すると、素子の大きさから決まる全体の高さが高くなり過ぎる。それに対処するために、受熱部材を水平に設置し、その上側にパワー半導体素子を設置して、受熱部材の下側に冷却器を設置することにより、電力変換装置の高さを低減することができると考えられる。
　しかし、従来のヒートパイプ冷却器では、重力によってヒートパイプ内の凝縮液が還流するため、放熱部を受熱部材より下側に設置する、いわゆるトップヒートの配置ができない。また、単なるプレートフィンを受熱部材に設けた構造で冷却した場合には、ヒートパイプと比べて冷却性能が低く、十分にパワー半導体素子を冷却できない。
　一方、トップヒート配置が可能な自励振動型ヒートパイプを鉄道車両に適用した場合は、鉄道車両が屋外を走行するため、バラストやその他の小さな飛来物が車両の下部に衝突する可能性がある。自励振動型ヒートパイプは細く脆弱であるため、上記の従来構造では、自励振動型ヒートパイプに飛来物が衝突すると、衝撃によりヒートパイプに穴が開いて中の流路の作動流体が漏れ出す恐れがある。作動流体が漏れると、冷却性能が不足し、電力変換装置のパワー半導体の温度が上昇し、最悪の場合は半導体が破損することにつながる。
　本発明の目的は、小型で構成されかつ飛来物等の衝突によっても冷却性能が低下することのない鉄道車両の電力変換装置の冷却器を提供することである。
　前記課題を解決するために、本発明に係る鉄道車両の電力変換装置は、パワー半導体素子を冷却する自励振動型ヒートパイプを備え、当該自励振動型ヒートパイプは、例えば、冷却風が当たるヒートシンク部材の内部に作動流体を封入した密閉の流路を有する構造であり、冷却風の入口部分または出口部分にそれぞれ接する自励振動型ヒートパイプの端部隔壁の厚さを、流路の間を隔てる内部隔壁の厚さよりも厚くする。
　本発明によれば、飛来物等の衝突によって自励振動型ヒートパイプの脆弱な流路に穴が開き、作動流体が漏れ出して冷却性能が低下する事態が回避できるので、信頼性の高い、鉄道車両の電力変換装置を提供できる。
図１は、実施例１に係る電力変換装置の冷却器を進行方向から見た図である。 図２は、図１に示す冷却器の斜視図である。 図３は、実施例１に係る冷却器に用いる平板状の自励振動型ヒートパイプの構造を示す図である。 図４は、実施例１に係る冷却器に用いる平板状の自励振動型ヒートパイプを折り曲げた構造を示す図である。 図５は、実施１に係る冷却器に用いる自励振動型ヒートパイプの厚さ方向の断面を示す図である。 図６は、複数の自励振動型ヒートパイプを走行風方向に並べた放熱部の構造を示す図である。 図７は、本発明の各実施例に係る電力変換装置を鉄道車両に搭載したときの配置構成を示す図である。 図８は、本発明に係る電力変換装置を鉄道車両に搭載したときの他の配置構成を示す図である。 図９は、本発明に係る電力変換装置を鉄道車両に搭載したときのさらに他の配置構成を示す図である。 図１０は、本発明の実施例２に係る電力変換装置の自励振動型ヒートパイプによる放熱部の構造を示す図である。 図１１は、本発明の実施例３に係る電力変換装置の放熱部の構造を示す斜視図である。 図１２は、実施例３に係る電力変換装置の放熱部の側面図である。
　本発明の実施の形態として、実施例１～３について、図面を用いて以下に説明する。
　図７は、本発明の各実施例に係る電力変換装置を鉄道車両に搭載したときの配置構成を示す図である。本発明に係る電力変換装置は、鉄道車両の床下等に設けられ、車両を駆動する電動機に供給する電力の周波数を変えることにより、電動機の回転速度の制御を行う。
　図７に示す電力変換装置５００は、車体５０１に吊り下げられた状態で固定されている。受熱板１の上部には、パワー半導体素子２が取り付けられ、反対側である受熱板１の下部には、自励振動型ヒートパイプを用いた放熱部２０が取り付けられている。パワー半導体素子２と、その他のコンデンサや制御装置等の電子部品２２は、ケース２１により密閉されている。
　図１は、実施例１に係る電力変換装置の冷却器を進行方向から見た図であり、図２は、この冷却器の斜視図である。図１における矢印１０１と１０２は、車両の進行により生じる走行風の方向を示す。車両は前後いずれの方向にも移動するので、それに伴って、矢印１０１と１０２のいずれかの方向に走行風が生じることになる。
　図１および図２において、アルミニウム合金等の金属からなる受熱部材１の上側には、複数のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子を含むパワー半導体モジュール２が設置され、複数のパワー半導体モジュール２により電力変換装置を構成している。以下、これらのパワー半導体モジュールについても、パワー半導体素子と呼称する。
　パワー半導体素子２は、グリース等の部材（図示せず）を介して、受熱部材１とねじ等（図示せず）によって固定される。受熱部材１におけるパワー半導体素子の設置面の反対側には、ヒートシンク部材である放熱部２０が設けられる。
　図１に示す放熱部２０は、自励振動型ヒートパイプ３とアルミニウム合金等でできた波形フィン４とから構成される。受熱部材１と自励振動型ヒートパイプ３とは、ロウ付け等によって固定される。また、自励振動型ヒートパイプ３の流路長が長くなり過ぎるような場合には、図２に示すように、自励振動型ヒートパイプ３を進行方向に分割した分割タイプ３１～３４とした構造でもよい。
　図３は、平板状の自励振動型ヒートパイプ（分割タイプ３１）の構造を示す図で、矢印１０３は走行風の方向を示し、図の下部に、この走行風１０３方向に分断した断面を示す。また、図４は、平板状の自励振動型ヒートパイプ（分割タイプ３１）を折り曲げた構造を示す図である。図１および図２に示す自励振動型ヒートパイプ（分割タイプ３１）は、図３に示す構造を有する平板状の自励振動型ヒートパイプ３１を図４に示すように折り曲げて構成される。
　自励振動型ヒートパイプ３１の内部構造としては、図３に示すように、作動流体を封入した密閉の流路として、例えば作動流体が流れる蛇行した流路５と、該流路５を隔てる内部隔壁６とが設けられている。また、図５に、自励振動型ヒートパイプ３１の厚さ方向の断面（図４におけるＡ－Ａ断面）を示す。作動流体としては、水、フロリナート類、代替フロン類、アルコール類、ブタン等の炭化水素類、ハイドロフルオロエーテル類またはパーフルオロケトン類等が使われる。
　次に、本発明に係る冷却器の動作態様について説明する。
　パワー半導体素子２が動作することによって生じる損失は熱となり、その熱は、受熱部材１を経て自励振動型ヒートパイプ３に伝えられる。自励振動型ヒートパイプ３の流路５に封入された作動流体が流路内で振動することにより、熱は自励振動型ヒートパイプ３の先端部側（下流側）へと伝えられる。更に、自励振動型ヒートパイプ３から波形フィン４に熱が伝えられる。車両の走行により生じる走行風１０１または１０２（図１）が波形フィン４の間を通過することにより、波形フィン４や自励振動型ヒートパイプ３の表面から熱が空気中へ放出される。
　また、自励振動型ヒートパイプ３の構造において、冷却風の入口部分（走行風方向が逆の場合は出口部分）に接する端部隔壁３０の厚さを、図３および図５に示すように、内部隔壁６よりも厚くする。このような構造とすることにより、自励振動型ヒートパイプ３の冷却風が当たる付近の強度を増加させ、バラスト等の飛来物が衝突したときなどに、自励振動型ヒートパイプ３に穴等が開くことを防止する。これにより、流路５の内部を流れる作動流体が外部に漏れて、自励振動型ヒートパイプが機能せず、放熱性能が低下することを防ぐことができる。冷却風の入口部分および出口部分に接する端部隔壁３０の厚さ（図３に示す「ｔ」）は、少なくとも、内部隔壁６の厚さ（図３に示す「ｗ」）と、冷却風の方向の流路５の幅（図３に示す「ｄ」）とを合わせた厚さ以上の厚さ（ｔ≧ｗ＋ｄ）とすることにより、十分な強度を確保することが望ましい。
　図６は、複数の自励振動型ヒートパイプを走行風１０３方向に並べて構成した放熱部の構造を示す図で、図の下部に、走行風１０３方向に分断した断面を示す。図６では、自励振動型ヒートパイプを３１～３４の４つに分割した例を示し、その中で冷却風の入口部分および出口部分に接する３１および３４の端部隔壁３０を、残る他の部分の端部隔壁３５よりも厚くしている。すなわち、中間に位置する自励振動型ヒートパイプ３２および３３の端部隔壁３５は薄くして、放熱の効果を高めるようにしている。なお、自励振動型ヒートパイプの種類を減らすために、端部隔壁の両側を厚くした１種類の自励振動型ヒートパイプから構成することも可能である。
　図８は、本発明に係る電力変換装置を鉄道車両に搭載したときの他の配置構成を示す図である。図７に示す配置構成と相違する点は、自励振動型ヒートパイプで構成される放熱部２０の周囲にさらにカバー２３を設けた点である。カバー２３はアルミ等の金属製で、これにより、放熱部２０の側面や底面にバラスト等が衝突したときに、自励振動型ヒートパイプにダメージが加わることを防止することができる。また、図示していないが、放熱部２０の前後の部分にも、パンチングプレート等のカバーを設けることにより、大きな飛来物が放熱部に直接に衝突することを避けることができる。
　図９は、本発明に係る電力変換装置を鉄道車両に搭載したときのさらなる他の構成配置を示す図である。図７および図８に示す配置構成とは異なり、周囲の機器の配置やスペースによっては、受熱部材１が鉛直方向となるように電力変換装置５００を設置してもよく、これにより放熱部２０は水平方向に向く構造となる。なお、図９では、図８と同様に、放熱部２０の周囲にカバー２３を設けた構成を示す。
　以上のとおり、図８および図９に示す配置構成によれば、自励振動型ヒートパイプ３にバラスト等の飛来物が衝突した時に、自励振動型ヒートパイプに穴が開いて放熱性能が低下することを防止することができる。
　図１０は、本発明の実施例２に係る電力変換装置の自励振動型ヒートパイプによる放熱部の構造を示す図である。なお、図面において実施例１と同じ部分は、同じ付番とする。また、車両に搭載したときの配置構成や全体の構造は、実施例１と同様である。
　図１０において、矢印１０３は走行風の方向であり、走行風１０３方向の入口部分および出口部分に位置する自励振動型ヒートパイプ３１および３４には、ヒートパイプの仕切り壁３６および３７を設け、作動流体の流路を完全に分離独立させている。この仕切り壁３６および３７に対して、走行風の入口部分および出口部分に最も近い側の流路５１および５２の長さは、本体の流路５よりも短くする。なお、流路５１および５２には、作動流体を封入しなくてもよい。この構造により、作動流体の流路の内で流路５１および５２の部分にバラスト等の飛来物が衝突し、万一、穴が開いた場合でも、仕切り壁３６の反対側（ヒートパイプの内側）の本体の流路５から作動流体が外部に漏れることはない。よって、放熱性能が低下することを防止することができる。
　図１１は、本発明の実施例３に係る電力変換装置の放熱部の構造を示す斜視図で、図１２は、その放熱部の側面図である。図１１および図１２に示すように、実施例３では、波形フィン４の冷却風が入る部分付近を、走行風１０３方向に作動流体の流路３より外側に突き出すように設置する。この構造により、バラスト等の飛来物が放熱部に衝突しても、波形フィン４の外側に突き出た部分が変形して衝撃を吸収し、作動流体の流路３に穴が開くことはない。よって、放熱性能が低下することを防止することができる。
１…受熱部材、２…パワー半導体素子、３…自励振動型ヒートパイプ、
４…波形フィン、５（５１、５２）…作動流体の流路、
６…流路の内部隔壁、２０…放熱部、２１…ケース、２２…電子部品、
２３…カバー、３０…冷却風の入口部分および出口部分の端部隔壁、
３１～３４…自励振動型ヒートパイプの分割タイプ、
３５…ヒートパイプの端部隔壁、３６、３７…ヒートパイプ内の仕切り壁、
１０１～１０３…走行風の方向、５００…電力変換装置、５０１…車体

Claims (13)

  1. 　複数のパワー半導体素子により構成される鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記パワー半導体素子を冷却する自励振動型ヒートパイプを備え、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、冷却風が当たるヒートシンク部材の内部に作動流体を封入した密閉の流路を有する構造であり、
    　前記冷却風の入口部分または出口部分にそれぞれ接する前記自励振動型ヒートパイプの端部隔壁の厚さを、前記流路の間を隔てる内部隔壁の厚さよりも厚くする
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、前記流路の間を隔てる内部隔壁が冷却風の方向に順に並ぶ
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  3. 　請求項１または２に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、平板形状の前記ヒートシンク部材を、前記冷却風の方向に略直交する方向に１回以上折り曲げられた形状に形成して構成され、当該折り曲げられた形状の間に放熱フィンを設けた
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記端部隔壁の厚さは、前記内部隔壁の厚さと、前記冷却風の方向の前記流路の幅とを合わせた厚さ以上である
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、前記冷却風の方向に１以上分割した構成である
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  6. 　複数のパワー半導体素子により構成される鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記パワー半導体素子を冷却する自励振動型ヒートパイプを備え、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、冷却風が当たるヒートシンク部材の内部に作動流体を封入した密閉の流路を有し、当該流路の間を隔てる内部隔壁が冷却風の方向に順に並ぶ構造であり、
    　前記冷却風の入口部分または出口部分に最も近い前記流路は、当該流路より内側にある前記流路から仕切り壁によって分離独立している
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  7. 　請求項６に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、平板形状の前記ヒートシンク部材を、前記冷却風の方向に略直交する方向に１回以上折り曲げられた形状に形成して構成され、当該折り曲げられた形状の間に放熱フィンを設けた
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  8. 　請求項６または７に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、前記冷却風の方向に１以上分割した構成である
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  9. 　複数のパワー半導体素子により構成される鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記パワー半導体素子を冷却する自励振動型ヒートパイプを備え、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、冷却風が当たるヒートシンク部材の内部に作動流体を封入した密閉の流路を有し、当該ヒートシンク部材の間に放熱フィンを設け、
    　前記放熱フィンは、前記冷却風の入口部分または出口部分を前記自励振動型ヒートパイプの前記冷却風の入口部分または出口部分よりも外側に突出させた構造を有する
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  10. 　請求項９に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、平板形状の前記ヒートシンク部材を、前記冷却風の方向に略直交する方向に１回以上折り曲げられた形状に形成して構成され、当該折り曲げられた形状の間に前記放熱フィンを設けた
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  11. 　請求項１から１０のいずれか１項に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記自励振動型ヒートパイプは、前記パワー半導体素子を取り付けた受熱部材の下側に配置されている
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  12. 　請求項１から１１のいずれか１項に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
    　前記自励振動型ヒートパイプで構成される放熱部の周囲にカバーを設ける
    ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
  13. 　請求項１から１２のいずれか１項に記載の鉄道車両の電力変換装置を搭載した鉄道車両。
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