WO2023073909A1

WO2023073909A1 - 電子機器

Info

Publication number: WO2023073909A1
Application number: PCT/JP2021/039975
Authority: WO
Inventors: 孝弘増山; 宏和高林
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-04
Also published as: JP7408031B2; EP4424539A1; JPWO2023073909A1

Abstract

電子機器（１）は、受熱ブロック（２１）と、伝熱部材（２２）と、フィン（２３）と、を備える。フィン（２３）の少なくともいずれかに、空気を受熱ブロック（２１）の第２主面（２１ｂ）から離れる方向に導く少なくとも１つの通風孔（２３ａ）が形成される。通風孔（２３ａ）が形成されるフィン（２３）において、車両の進行方向または幅方向の中心を含む第１領域において通風孔（２３ａ）の開口面積が占める比率は、第１領域を挟んで位置する第１領域と同面積の第２領域において通風孔（２３ａ）の開口面積が占める比率より高い。

Description

電子機器

　本開示は、電子機器に関する。

　電子機器には、通電時の発熱による電子部品の損傷を防ぐため、発熱体である電子部品に熱的に接続された冷却部を有するものがある。鉄道車両に搭載される電子機器、例えば、電力変換装置は、電子部品で生じた熱を、冷却部を介して車両の走行によって生じる走行風に放熱することで、電子部品を冷却する。この種の電子機器の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている電力変換装置は、鉄道車両の屋根上に取り付けられ、筐体の上面および側面に取り付けられたフィンを有する。

特開２００９－１２４０３８号公報

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

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

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

　上記目的を達成するために、本開示の電子機器は、車両に搭載される電子機器であって、伝熱性の受熱ブロックと、伝熱部材と、１つまたは複数のフィンと、を備える。受熱ブロックの第１主面に、電子部品が取り付けられる。伝熱部材は、受熱ブロックの第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、第２主面から離れる方向に延び、受熱ブロックを介して電子部品から伝達された熱を第２主面から離れる方向に伝達する。１つまたは複数のフィンは、伝熱部材に取り付けられ、受熱ブロックおよび伝熱部材を介して電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する。フィンの少なくともいずれかに、空気を第２主面から離れる方向に導く少なくとも１つの通風孔が形成される。通風孔が形成されるフィンにおいて、車両の進行方向または幅方向の中心を含む第１領域において通風孔の開口面積が占める比率は、第１領域を挟んで位置する第１領域と同面積の第２領域において通風孔の開口面積が占める比率より高い。

　本開示に係る電子機器が備えるフィンの内、通風孔が形成されるフィンにおいて、車両の進行方向または幅方向の中心を含む第１領域において通風孔の開口面積が占める比率は、第２領域において通風孔の開口面積が占める比率より高い。これにより、フィンから熱を伝達された空気は、第２領域から第１領域に移動し、第１領域の通風孔を通って受熱ブロックの第２主面から離れる方向に流れる。空気の対流が生じることで、車両の停止時にも電子部品を冷却可能な電子機器が得られる。

実施の形態に係る電子機器のブロック図実施の形態に係る電子機器の車両への搭載例を示す図実施の形態に係る電子機器の図２におけるIII－III線での矢視断面図実施の形態に係る電子機器の図３におけるIV－IV線での矢視断面図実施の形態に係る電子機器の上面図実施の形態に係る電子機器における走行風の例を示す図実施の形態に係る電子機器における自然対流の流れの例を示す図実施の形態に係る電子機器における自然対流の流れの例を示す図実施の形態に係る電子機器の第１変形例の断面図実施の形態に係る電子機器の第１変形例の図９におけるX－X線での矢視断面図実施の形態に係る電子機器に第１変形例における自然対流の例を示す図実施の形態に係る電子機器の第２変形例の断面図実施の形態に係る電子機器の第２変形例における自然対流の例を示す図実施の形態に係る電子機器の第３変形例の上面図実施の形態に係る電子機器の第４変形例の上面図実施の形態に係る電子機器の第５変形例の断面図実施の形態に係る電子機器の第５変形例の図１６におけるXVII－XVII線での矢視断面図実施の形態に係る電子機器の第６変形例の上面図実施の形態に係る電子機器の車両への搭載方法の他の例を示す図実施の形態に係る電子機器の図１９におけるXX－XX線での矢視断面図

　以下、本開示の実施の形態に係る電子機器について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

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

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

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

　正極端子１ａは、例えば、電力供給線を介して変電所から供給される交流電力を取得する集電装置に電気的に接続される。この場合、集電装置が電子機器１に電力を供給する電源に相当する。電力供給線は、例えば、架線または第三軌条である。集電装置は、パンタグラフまたは集電靴である。負極端子１ｂは、図示しない接地ブラシ、アースリング、車輪等を介してレールに短絡されることで、接地される。

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

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

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

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

　インバータ１３は、直列に接続された２つのスイッチング素子ＳＷ２を３組備える。３組のスイッチング素子ＳＷ２はそれぞれ、三相交流電力のＵ相、Ｖ相、およびＷ相に対応する。Ｕ相に対応するスイッチング素子ＳＷ２、Ｖ相に対応するスイッチング素子ＳＷ２、およびＷ相に対応するスイッチング素子ＳＷ２は、インバータ１３の一次側正極端子と一次側負極端子との間に互いに並列に接続される。Ｕ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ２の接続点、Ｖ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ２の接続点、およびＷ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ２の接続点はそれぞれ、電動機６１に接続される。

　各スイッチング素子ＳＷ２は、スイッチング素子ＳＷ１と同様に、ＩＧＢＴと、還流ダイオードと、を有する。図示しない制御部からのゲート信号が、インバータ１３が備える各スイッチング素子ＳＷ２が有するＩＧＢＴのゲート端子に供給されて、ＩＧＢＴのオンオフ、すなわち、各スイッチング素子ＳＷ２のオンオフが制御される。各スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング動作によって、インバータ１３は、直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機６１に供給する。

　インバータ１４は、直列に接続された２つのスイッチング素子ＳＷ３を３組備える。３組のスイッチング素子ＳＷ３はそれぞれ、三相交流電力のＵ相、Ｖ相、およびＷ相に対応する。Ｕ相に対応するスイッチング素子ＳＷ３、Ｖ相に対応するスイッチング素子ＳＷ３、およびＷ相に対応するスイッチング素子ＳＷ３は、インバータ１４の一次側正極端子と一次側負極端子との間に互いに並列に接続される。

　各スイッチング素子ＳＷ３は、スイッチング素子ＳＷ１と同様に、ＩＧＢＴと、還流ダイオードと、を有する。図示しない制御部からのゲート信号が、インバータ１４が備える各スイッチング素子ＳＷ３が有するＩＧＢＴのゲート端子に供給されて、ＩＧＢＴのオンオフ、すなわち、各スイッチング素子ＳＷ３のオンオフが制御される。各スイッチング素子ＳＷ３のスイッチング動作によって、インバータ１４は、直流電力を三相交流電力に変換する。

　インバータ１４はさらに、直流電力から変換した三相交流電力の電圧を空調機器６２に適した電圧まで降圧する変圧器１５を有する。Ｕ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ３の接続点、Ｖ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ３の接続点、およびＷ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ３の接続点はそれぞれ、変圧器１５に接続される。変圧器１５で降圧された三相交流電力が空調機器６２に供給される。

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

　電子機器１の構造の詳細について以下に説明する。図２に示すように、電子機器１は、車両１００の屋根１００ａに設けられる。図２におけるIII－III線での矢視断面図である図３に示すように、電子機器１は、電子部品が第１主面２１ａに取り付けられる伝熱性の受熱ブロック２１と、受熱ブロック２１の第２主面２１ｂに取り付けられ、受熱ブロック２１を介して電子部品から伝達された熱を第２主面２１ｂから離れる方向に伝達する伝熱部材２２と、を備える。電子機器１はさらに、伝熱部材２２に取り付けられ、受熱ブロック２１および伝熱部材２２を介して電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱する１つまたは複数のフィン２３と、を備える。

　電子機器１はさらに、屋根１００ａに設置され、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を収容する筐体２０を備えることが好ましい。この場合、受熱ブロック２１は、筐体２０の開口２０ａを塞いだ状態で筐体２０に取り付けられればよい。伝熱部材２２およびフィン２３の破損を抑制するために、電子機器１は、伝熱部材２２およびフィン２３を覆って筐体２０に取り付けられるカバー３０を備えることが好ましい。

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

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

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

　伝熱部材２２は、第２主面２１ｂから離れる方向に延び、受熱ブロック２１を介して電子部品から伝達された熱を第２主面２１ｂから離れる方向に伝達する。実施の形態では、伝熱部材２２は、内部に冷媒が封入されているヒートパイプを有する。具体的には、伝熱部材２２は、ヒートパイプとして、受熱ブロック２１に取り付けられる母管２４と、母管２４に取り付けられ、母管２４に連通する支管２５と、を有する。母管２４および支管２５の内部には、常温で気液二相の状態で存在する冷媒が封入されている。冷媒は、例えば、水である。実施の形態では、母管２４および支管２５は、ＸＺ平面に対して対称に配置される。

　図３および図３におけるIV－IV線での矢視断面図である図４に示すように、Ｘ軸方向に延びる複数の母管２４がＹ軸方向に並べて設けられる。実施の形態では、Ｘ軸方向に延びる２０本の母管２４がＹ軸方向に並べて設けられる。母管２４は、受熱ブロック２１の第２主面２１ｂに形成された溝に挿入されて、接着剤による接着、ろう付け、はんだ付け等の取付方法によって受熱ブロック２１に取り付けられている。母管２４は、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成されるパイプである。各母管２４に対して複数の支管２５が取り付けられる。

　各支管２５は、受熱ブロック２１から離れる方向、例えば、Ｚ軸正方向に延びる。支管２５は、溶接、ろう付け、はんだ付け等の取付方法によって母管２４に取り付けられ、母管２４に連通する。図５に示すように、実施の形態では、１つの母管２４に、Ｘ軸方向に並べられた８本の支管２５が取り付けられる。図５において、カバー３０の記載は省略されている。支管２５は、熱伝導率の高い部材、例えば、鉄、アルミニウム等の金属部材で形成されるパイプである。

　支管２５のＺ軸方向の長さは、車両１００の進行方向に直交する断面、すなわちＹＺ平面における車両限界内に設定される。車両限界は、車両１００の最大寸法を示す。実施の形態では、図３に示すように、Ｙ軸方向の両端部それぞれに２つずつ位置する母管２４に取り付けられている支管２５のＺ軸方向の長さは、Ｙ軸方向の中央に位置する８つの母管２４に取り付けられている支管２５のＺ軸方向の長さより短い。Ｙ軸方向の中央に位置する８つの母管２４とＹ軸方向の端部に位置する２つの母管２４との間に、４つの母管２４が設けられている。この４つの母管２４に取り付けられる支管２５のＺ軸方向の長さは、上述の８つの母管２４に取り付けられている支管２５のＺ軸方向の長さより短く、上述の２つの母管２４に取り付けられている支管２５のＺ軸方向の長さより長い。

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

　フィン２３の少なくともいずれかに、空気を第２主面２１ｂから離れる方向、例えば、Ｚ軸正方向に導く少なくとも１つの通風孔２３ａが形成される。フィン２３のＸ軸方向またはＹ軸方向の中心を含む第１領域において通風孔２３ａの開口面積が占める比率は、第１領域を挟んで位置する第１領域と同面積の第２領域において通風孔２３ａの開口面積が占める比率より高い。詳細には、フィン２３の主面におけるＸ軸方向またはＹ軸方向の中心を含む第１領域において通風孔２３ａの開口面積が占める比率は、該主面における第１領域を挟んで位置する第１領域と同面積の第２領域において通風孔２３ａの開口面積が占める比率より高い。

　実施の形態では、図５に示すように、一点鎖線で囲まれた領域である各フィン２３のＸ軸方向の中心を含む第１領域Ｒ１にＹ軸方向に直線状に並んで複数の円形の通風孔２３ａが形成される。各フィン２３において、第１領域Ｒ１を挟んで位置する二点鎖線で囲まれた領域である第２領域Ｒ２には、通風孔２３ａは形成されない。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１をＸ軸方向に挟んで位置する。第１領域Ｒ１の面積と第１領域Ｒ１よりＸ軸正方向側に位置する第２領域Ｒ２の面積および第１領域Ｒ１よりＸ軸負方向側に位置する第２領域Ｒ２の面積の合計とは同じである。

　第１領域Ｒ１に通風孔２３ａが形成されるのに対し、第２領域Ｒ２には通風孔２３ａが形成されないため、フィン２３の第１領域Ｒ１における通風孔２３ａの開口面積が占める比率、フィン２３の第２領域Ｒ２における通風孔２３ａの開口面積が占める比率より高い。

　車両１００の走行時における電子部品の冷却性能を高めるため、フィン２３の主面は、Ｘ軸に平行であることが好ましい。車両１００の走行時に生じる走行風はＸ軸方向に流れるため、フィン２３の主面をＸ軸に平行にすることで、フィン２３の間を流れる走行風にフィン２３から熱を効率よく伝達することができる。

　車両１００の停止時に自然対流によって電子部品を冷却するために、フィン２３には、上述のように通風孔２３ａが形成されている。フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気は通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に移動する。上述の空気の流れが生じることで、カバー３０の外部からカバー３０の内部に空気が流入し、流入した空気にフィン２３から熱が伝達される。車載機器１において、フィン２３の全面に亘って通風孔２３ａが形成されるのではなく、フィン２３のＸ軸方向の第１領域Ｒ１に通風孔２３ａが形成されている。このため、外部から流入した空気がフィン２３のＸ軸方向の第１領域Ｒ１に到達してから、Ｚ軸正方向に移動する。上述の空気の流れが生じることで、車両１００の停止時にも、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

　実施の形態では、複数のフィン２３が、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に並べて設けられている。図３に示すように、Ｙ軸方向に６つのフィン２３が並べられている。Ｙ軸方向の両端では、Ｚ軸方向に４つのフィン２３が並べられている。Ｙ軸方向の両端に位置するフィン２３に隣接する位置では、Ｚ軸方向に５つのフィン２３が並べられている。Ｙ軸方向の中央では、Ｚ軸方向に７つのフィン２３が並べられている。フィン２３はそれぞれ、車両１００が水平に位置している状態で、主面が水平になる向きで伝熱部材２２、すなわち、支管２５に取り付けられる。

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

　上記構成を有する電子機器１が備える電子部品の冷却について以下に説明する。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の少なくともいずれかで生じた熱は、受熱ブロック２１および母管２４を介して冷媒に伝達される。この結果、冷媒は気化する。気化した冷媒は母管２４から支管２５に流入し、支管２５の内部をＺ軸正方向に移動する。冷媒は、Ｚ軸正方向に移動しながら熱を支管２５およびフィン２３を介して、伝熱部材２２の周囲の空気に伝達することで冷却され、液化する。液化した冷媒は支管２５の内壁を伝ってＺ軸負方向に移動する。上述のように冷媒が気化と液化を繰り返しながら循環することで、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の少なくともいずれかで生じた熱が伝熱部材２２の周囲の空気に伝達され、発熱しているスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。

　例えば車両１００がＸ軸正方向に走行する場合、図６に矢印ＡＲ１で示すようにＸ軸負方向に流れる走行風が生じる。図６において、図の複雑化を避けるために、一部の空気の流れについてのみ記載されている。走行風はフィン２３の間を通る。走行風がフィン２３の間を通ることで、フィン２３から走行風に熱が伝達されて、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が冷却される。

　車両１００の停止中は、図６に示す走行風は生じない。電子機器１が備えるフィン２３には通風孔２３ａが形成されているため、フィン２３または支管２５から熱を伝達されて暖められた空気は、図７に矢印ＡＲ２で示すように、通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に移動する。図７において、図の複雑化を避けるために、一部の空気の流れについてのみ記載されている。Ｚ軸正方向に移動した空気は、カバー３０の鉛直方向上部に形成された通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出する。

　カバー３０の内部の空気が通風孔３０ａを通って流出すると、図８に矢印ＡＲ３，ＡＲ４で示すように、カバー３０のＸ軸方向に交差する面に形成された通風孔３０ｂを通ってカバー３０の外部の空気がカバー３０の内部に流入する。図８において、図の複雑化を避けるために、一部の空気の流れについてのみ記載されている。詳細には、矢印ＡＲ３で示すように、カバー３０のＸ軸正方向側の面に形成される通風孔３０ｂを通ってカバー３０の内部に流入した空気は、フィン２３の間をＸ軸負方向に流れ、フィン２３のＸ軸方向の第１領域Ｒ１に到達する。矢印ＡＲ４で示すように、カバー３０のＸ軸負方向側の面に形成される通風孔３０ｂを通ってカバー３０の内部に流入した空気は、フィン２３の間をＸ軸正方向に流れ、フィン２３のＸ軸方向の第１領域Ｒ１に到達する。

　カバー３０の内部に流入した空気は、上述のようにフィン２３の間を流れながらフィン２３から熱を伝達されて暖められ、フィン２３のＸ軸方向の第１領域Ｒ１に到達する。そして、暖められた空気は、フィン２３の通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に移動し、通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出する。フィン２３に通風孔２３ａが形成されているため、Ｚ軸正方向に流れる空気の流れが生じる。このように自然対流を利用して、車両１００の停止時にもスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を冷却することが可能となる。

　各フィン２３における通風孔２３ａの開口面積の合計を増大させると、放熱面積の減少によって冷却性能が低下するため、通風孔２３ａの開口面積の合計は、車両の走行時および停止時のそれぞれで求められる冷却性能に応じて定められることが好ましい。具体的には、通風孔２３ａの個数および各通風孔２３ａの形状は、車両の走行時および停止時のそれぞれで求められる冷却性能に応じて定められることが好ましい。

　以上説明した通り、実施の形態に係る電子機器１は、通風孔２３ａが形成されるフィン２３を備える。車両１００の停止時に、カバー３０の内部においてフィン２３から熱を伝達されて暖められた空気が通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に移動する。カバー３０の内部の空気が通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に移動し、カバー３０の通風孔３０ａを通ってカバー３０の外部に流出すると、カバー３０の外部の空気がカバー３０の内部に流入する。上述のように、車両１００の停止時にも空気の流れが生じるため、電子機器１は、自然対流を利用して、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を冷却することが可能となる。

　本開示は、上述の実施の形態に限られない。例えば、一部のフィン２３にのみ通風孔２３ａが形成されてもよい。一例として、図９および図９におけるX－X線での矢視断面図である図１０に電子機器２の構成を示す。電子機器２は、電子機器１と同様に配置されたフィン２３を備える。電子機器２において、Ｙ軸方向の中央であって、Ｚ軸正方向側に位置する４つのフィン２３には通風孔２３ａが形成されていない。

　電子機器２において、図１１に矢印ＡＲ２で示すように、フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気は、通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に移動する。Ｙ軸方向の第１領域Ｒ１において、フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気は、矢印ＡＲ５で示すように、通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に移動し、通風孔２３ａが形成されていないフィン２３に到達する。通風孔２３ａが形成されていないフィン２３に到達した空気は、矢印ＡＲ６に示すように、通風孔２３ａが形成されていないフィン２３を迂回してＺ軸正方向に移動する。一部のフィン２３に通風孔２３ａを形成しないことで、走行風による冷却性能の低下を抑制することが可能となる。

　他の一例である電子機器３の構成を図１２に示す。電子機器３において、Ｙ軸方向の中央に位置するフィン２３に通風孔２３ａが形成され、Ｙ軸方向の両端に位置するフィン２３のそれぞれには通風孔２３ａが形成されていない。換言すれば、Ｙ軸方向の両端に位置するフィン２３は、車両１００が水平に位置している状態で、Ｙ軸方向の両端部の内、車両１００の中央に近い一方の端部の鉛直方向の位置が他方の端部の鉛直方向の位置より高くなる向きで伝熱部材２２、具体的には支管２５に取り付けられる。

　電子機器３において、図１３に矢印ＡＲ２で示すように、フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気は、通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に移動する。Ｙ軸方向の両端部において、矢印ＡＲ７で示すように、フィン２３から熱を伝達されて暖められた空気は、フィン２３に沿って車両１００の中央に向かってから、フィン２３の間をＺ軸正方向に移動する。

　電子機器１において、各フィン２３に形成される通風孔２３ａの形状および大きさは同一であるが、通風孔２３ａの形状および大きさは、上述の例に限られない。さらに、通風孔２３ａの個数は、上述の例に限られない。詳細には、各フィン２３において、フィン２３のＸ軸方向またはＹ軸方向の第１領域Ｒ１における通風孔２３ａの開口面積が占める比率が第１領域Ｒ１を挟んで位置する第２領域Ｒ２における通風孔２３ａの開口面積が占める比率より高いのであれば、通風孔２３ａの形状、大きさ、および個数は任意である。

　一例として、通風孔２３ａの形状は円形に限られず、楕円形でもよいし、方形でもよい。各通風孔２３ａの形状は互いに異なる形状であってもよい。

　他の一例である電子機器４の構成を図１４に示す。電子機器４において、フィン２３に形成される各通風孔２３ａの形状は互いに同じであるが、一点鎖線で囲まれた領域であるＸ軸方向の第１領域Ｒ１には、第１領域Ｒ１をＸ軸方向に挟んで位置する一点鎖線で囲まれた領域である第２領域Ｒ２よりも多くの通風孔２３ａが形成されている。図１４において、図の複雑化を避けるため、カバー３０および伝熱部材２２の記載は省略されている。第１領域Ｒ１に、第２領域Ｒ２より多くの通風孔２３ａが形成されているため、カバー３０の外部から流入した空気の多くは第２領域Ｒ２から第１領域Ｒ１に移動し、第１領域Ｒ１に形成される通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に流れる。

　他の一例である電子機器５の構成を図１５に示す。電子機器５において、第１領域Ｒ１には、第２領域Ｒ２より大きい通風孔２３ａが形成されている。図１５において、図の複雑化を避けるため、カバー３０および伝熱部材２２の記載は省略されている。第１領域Ｒ１に、より大きい通風孔２３ａが形成されているため、カバー３０の外部から流入した空気の多くは第２領域Ｒ２から第１領域Ｒ１に移動し、第１領域Ｒ１に形成される通風孔２３ａを通ってＺ軸正方向に流れる。

　電子機器１において、Ｚ軸方向に並べられた各フィン２３における通風孔２３ａの位置および形状は同一であるが、Ｚ軸方向に並べられた各フィン２３の通風孔２３ａの位置および形状は互いに異なってもよい。一例として、図１６および図１６におけるXVII－XVII線での矢視断面図である図１７に電子機器６の構成を示す。電子機器６において、受熱ブロック２１に隣接した位置にあるフィン２３に形成される通風孔２３ａの開口面積の合計は、該フィン２３より受熱ブロック２１から遠い位置に設けられるフィン２３に形成される通風孔２３ａの開口面積の合計より小さい。

　詳細には、受熱ブロック２１に隣接した位置にあるフィン２３に形成される通風孔２３ａの直径は、該フィン２３より受熱ブロック２１から遠い位置に設けられるフィン２３に形成される通風孔２３ａの直径より小さい。さらに、Ｙ軸方向の中央部分において、受熱ブロック２１に隣接した位置にあるフィン２３には、１つの通風孔２３ａが形成されているのに対し、該フィン２３より受熱ブロック２１から遠い位置に設けられるフィン２３には３つの通風孔２３ａが形成されている。

　電子機器１が備えるフィン２３において、Ｘ軸方向の中心を含む第１領域Ｒ１に、Ｙ軸方向に直線状に並んで通風孔２３ａが形成されているが、通風孔２３ａを形成する位置は、上述の例に限られない。Ｘ軸方向に他の車載機器が隣接しているために、Ｘ軸方向にカバー３０の内部に空気を取り入れるよりもＹ軸方向にカバー３０の内部に空気を取り入れることが容易である場合の例である電子機器７の構成を図１８に示す。

　電子機器７が備えるフィン２３において、一点鎖線で囲まれた領域である各フィン２３のＹ軸方向の中心を含む第１領域Ｒ１に、Ｘ軸方向に直線状に並んで複数の円形の通風孔２３ａが形成される。第１領域Ｒ１を挟んで位置する二点鎖線で囲まれた領域である第２領域Ｒ２には、通風孔２３ａは形成されない。図の複雑化を避けるため、図１８において一部のフィン２３において、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２が示されている。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１をＹ軸方向に挟んで位置する。第１領域Ｒ１の面積と第１領域Ｒ１よりＹ軸正方向側に位置する第２領域Ｒ２の面積および第１領域Ｒ１よりＹ軸負方向側に位置する第２領域Ｒ２の面積の合計とは同じである。

　第１領域Ｒ１に通風孔２３ａが形成されるのに対し、第２領域Ｒ２には通風孔２３ａが形成されないため、フィン２３の第１領域Ｒ１における通風孔２３ａの開口面積が占める比率は、フィン２３の第２領域Ｒ２における通風孔２３ａの開口面積が占める比率より高い。

　第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の位置は、上述の例に限られない。第１領域Ｒ１を挟んで位置するとは、第１領域Ｒ１を囲んで位置することを含むものとする。例えば、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１の外周を囲んで位置してもよい。

　電子機器１－７の搭載位置は、上述の例に限られない。一例として、図１９および図１９におけるXX－XX線での矢視断面図である図２０に示すように、電子機器１は、車両１００の屋根１００ａに形成された収容部１００ｂに設けられてもよい。収容部１００ｂは、車両１００の屋根１００ａに形成され、鉛直方向上部が開口している凹部である。収容部１００ｂの開口面は、車両１００の屋根１００ａの鉛直方向上端と同じ面に位置する。収容部１００ｂは、電子機器１の筐体２０を収容する。詳細には、収容部１００ｂの底面に筐体２０の底面が取り付けられる。

　電子機器１の冷却性能を高めるために、伝熱部材２２の少なくとも一部およびフィン２３の少なくとも一部は、屋根１００ａの鉛直方向上端より鉛直方向上側に位置することが好ましい。

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

　筐体２０の形状は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品を内部に収容し、屋根１００ａに取り付け可能な形状であれば、任意である。

　受熱ブロック２１の形状は、上述の例に限られず、筐体２０の開口２０ａを塞ぎ、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を含む電子部品および伝熱部材２２が取り付け可能な形状であれば任意である。一例として、受熱ブロック２１は、厚さが一様でない板状部材で形成されてもよい。受熱ブロック２１は、一枚の板状部材で形成されてもよいし、複数の板状部材を組み合わせることで形成されてもよい。

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

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

　伝熱部材２２の配置、具体的には、支管２５の配置は、上述の例に限られず、自然対流を利用して電子部品を冷却することが可能であれば、任意である。

　伝熱部材２２の形状、具体的には、母管２４および支管２５の形状は、上述の例に限られず、第２主面２１ｂから離れる方向に熱を伝達することができる形状であれば任意である。一例として、母管２４および支管２５は一体に形成されて、Ｕ字状またはＬ字状の形状のヒートパイプである伝熱部材２２を形成してもよい。他の一例として、母管２４および支管２５の延伸方向に直交する断面の形状は、円形に限られず、扁平形状でもよい。扁平形状は、円の一部の幅を元の円より狭く変形することで得られる形状であり、楕円、流線形、長円等を含む。長円は、同一の直径である２つの円の外縁を２本の直線で繋いで得られる形状の外形を意味する。

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

　フィン２３の個数、形状、および配置位置は、上述の例に限られず、フィン２３のＸ軸方向またはＹ軸方向の中央部分に、空気をＺ軸正方向に導く通風孔２３ａが形成されていれば任意である。一例として、フィン２３は曲面を有する板状部材でもよいし、厚さが一様でない板状部材でもよい。他の一例として、フィン２３は平板部材であって、車両１００が水平に位置している状態で主面が水平面に対して傾いている向きで伝熱部材２２に取り付けられてもよい。他の一例として、各フィン２３の形状は互いに異なってもよい。例えば、Ｙ軸方向の幅が異なる複数のフィン２３がＺ軸方向に並べられてもよい。

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

　電子機器１－７は、交流き電方式の鉄道車両に限られず、直流き電方式の鉄道車両に搭載されてもよい。電子機器１－７が搭載される車両は、鉄道車両に限られず、トロリーバス、路面電車等の走行風が生じる任意の移動体である。

　本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。

　１，２，３，４，５，６，７　電子機器、１ａ　正極端子、１ｂ　負極端子、１１，１５　変圧器、１２　コンバータ、１３，１４　インバータ、２０　筐体、２０ａ　開口、２１　受熱ブロック、２１ａ　第１主面、２１ｂ　第２主面、２２　伝熱部材、２３　フィン、２３ａ，３０ａ，３０ｂ　通風孔、２４　母管、２５　支管、３０　カバー、６１　電動機、６２　空調機器、１００　車両、１００ａ　屋根、１００ｂ　収容部、ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４，ＡＲ５，ＡＲ６，ＡＲ７　矢印、Ｃ１　コンデンサ、Ｒ１　第１領域、Ｒ２　第２領域、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３　スイッチング素子。

Claims

　車両に搭載される電子機器であって、
　電子部品が第１主面に取り付けられる伝熱性の受熱ブロックと、
　前記受熱ブロックの前記第１主面の反対に位置する第２主面に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記受熱ブロックを介して前記電子部品から伝達された熱を前記第２主面から離れる方向に伝達する伝熱部材と、
　前記伝熱部材に取り付けられ、前記受熱ブロックおよび前記伝熱部材を介して前記電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱し、少なくともいずれかに、前記空気を前記第２主面から離れる方向に導く少なくとも１つの通風孔が形成される１つまたは複数のフィンと、を備え、
　前記通風孔が形成される前記フィンにおいて、前記車両の進行方向または幅方向の中心を含む第１領域において前記通風孔の開口面積が占める比率は、前記第１領域を挟んで位置する前記第１領域と同面積の第２領域において前記通風孔の開口面積が占める比率より高い、
　電子機器。
　前記電子部品を収容し、鉛直方向上部に開口が形成され、前記車両の屋根に設置される筐体をさらに備え、
　前記受熱ブロックは、前記第１主面で前記筐体の前記開口を塞いだ状態で前記筐体に取り付けられる、
　請求項１に記載の電子機器。
　前記フィンの前記進行方向の中心を含む前記第１領域に、前記幅方向に直線状に並んで前記通風孔が形成される、
　請求項１または２に記載の電子機器。
　前記フィンの前記幅方向の中心を含む前記第１領域に、前記進行方向に直線状に並んで前記通風孔が形成される、
　請求項１または２に記載の電子機器。
　前記幅方向に３つ以上の前記フィンが並べて設けられ、
　前記幅方向の中央に位置する前記フィンは、前記受熱ブロックに向く主面が平面である板状部材で形成され、前記車両が水平に位置している状態で、前記主面が水平な向きで前記伝熱部材に取り付けられる、
　請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器。
　前記幅方向の両端に位置する前記フィンはそれぞれ、前記車両が水平に位置している状態で、前記幅方向の両端部の内、前記車両の中央に近い一方の端部の鉛直方向の位置が他方の端部の鉛直方向の位置より高くなる向きで前記伝熱部材に取り付けられる、
　請求項５に記載の電子機器。
　前記幅方向の中央に位置する前記フィンに前記通風孔が形成され、前記幅方向の両端に位置する前記フィンのそれぞれには前記通風孔が形成されない、
　請求項５または６に記載の電子機器。
　前記フィンは、前記受熱ブロックに向く主面が平面である板状部材で形成され、前記車両が水平に位置している状態で、前記主面が水平な向きで前記伝熱部材に取り付けられる、
　請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
　前記受熱ブロックから離れる方向に複数の前記フィンが並べて設けられる、
　請求項１から８のいずれか１項に記載の電子機器。
　前記受熱ブロックに隣接した位置に設けられる前記フィンに形成される前記通風孔の開口面積の合計は、該フィンより前記受熱ブロックから遠い位置に設けられる前記フィンに形成される前記通風孔の開口面積の合計より小さい、
　請求項９に記載の電子機器。