特許 6855873 鉄道車両用電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6855873

(24)【登録日】2021年3月22日

(45)【発行日】2021年4月7日

(54)【発明の名称】鉄道車両用電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   B61C 17/00 20060101AFI20210329BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20210329BHJP

   H01L 23/467 20060101ALI20210329BHJP

【ＦＩ】

   B61C17/00 E

   H02M7/48 Z

   H01L23/46 C

【請求項の数】11

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-60365(P2017-60365)

(22)【出願日】2017年3月27日

(65)【公開番号】特開2018-161979(P2018-161979A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2020年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】神谷 陽

(72)【発明者】

【氏名】金子 公寿

(72)【発明者】

【氏名】植原 義久

【審査官】 長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０１３２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２３２３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１００６１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２７３２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２８６２３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００１−５２３８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３４６９４７５（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６１Ｃ １７／００

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両に搭載された電力変換装置本体と、
前記電力変換装置本体の熱を放熱する冷却部とを備え、
前記冷却部は、前記鉄道車両の走行方向に沿って延びるように設けられた複数のフィンを含み、
前記複数のフィンは、互いに隣り合うようにかつ所定の間隔を隔てて整列方向に並んで配置され、前記整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する第１フィンおよび第２フィンを含み、
前記第１フィンおよび前記第２フィンの前記走行方向における両端部には、前記第１フィンと前記第２フィンとが前記整列方向に対向する重なり領域を挟むように、前記第１フィンと前記第２フィンとが前記整列方向に対向しない非重なり領域が形成されており、
前記走行方向において、前記重なり領域における電力変換装置本体側の根元部の長さは、前記重なり領域における前記電力変換装置本体とは反対側の先端部の長さよりも長く、
前記整列方向から見て、前記重なり領域は、前記非重なり領域の間において、台形形状となるように配置されている、鉄道車両用電力変換装置。

【請求項2】

前記第１フィンと前記第２フィンとが交互に配置されている、請求項１に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項3】

前記第１フィンおよび前記第２フィンのうち少なくとも一方は、前記整列方向から見て長方形形状とは異なる多角形形状を有している、請求項１または２に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項4】

前記第１フィンおよび前記第２フィンのうち一方は、前記整列方向から見て長方形形状であり、
前記第１フィンおよび前記第２フィンのうち他方は、前記整列方向から見て台形形状または三角形形状である、請求項３に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項5】

前記走行方向および前記整列方向に直交し、かつ、前記複数のフィンが突出する突出方向において、前記第１フィンの突出高さと前記第２フィンの突出高さとが異なる、請求項４に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項6】

前記第１フィンおよび前記第２フィンのうち一方は、前記整列方向から見て長方形形状であり、
前記第１フィンおよび前記第２フィンのうち他方は、前記整列方向から見て平行四辺形形状である、請求項３に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項7】

前記第１フィンおよび前記第２フィンは、平行四辺形形状であり、
前記第１フィンにおける前記根元部と前記走行方向の一方端とがなす角度と、前記第２フィンにおける前記根元部と前記走行方向の他方端とがなす角度とが等しい、請求項３に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項8】

前記走行方向および前記整列方向に直交し、かつ、前記複数のフィンが突出する突出方向において、前記第１フィンの突出高さと前記第２フィンの突出高さとが略等しい、請求項６または７に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項9】

前記冷却部は、前記鉄道車両の床下空間に設置されるとともに、前記冷却部に設けられた前記複数のフィンは、前記鉄道車両の側方に向かって突出している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項10】

前記冷却部は、前記鉄道車両の床下空間に設置されるとともに、前記冷却部に設けられた前記複数のフィンは、前記鉄道車両の下方に向かって突出している、請求項１〜９のいずれか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【請求項11】

前記冷却部は、前記走行方向に所定の間隔を隔てて配置された、第１冷却部と第２冷却部とを含み、前記第１冷却部および前記第２冷却部は、それぞれ、前記第１フィンおよび前記第２フィンを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の鉄道車両用電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、鉄道車両用電力変換装置に関し、特に、走行時に鉄道車両に搭載された電力変換装置本体の熱を放熱する冷却部を備えた鉄道車両用電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、走行時に鉄道車両に搭載された電力変換装置本体の熱を放熱する冷却器を備えた鉄道車両用電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、大気へ熱放散するための複数の放熱フィンが電力変換装置本体の車体側方側に設置された複数の冷却器（冷却部）を備えた鉄道車両用電力変換装置が開示されている。上記特許文献１に記載の鉄道車両用電力変換装置では、突出する方向の長さを異ならせた平板状の複数の放熱フィンが上下方向に所定の間隔で配置されている。なお、上記特許文献１には明示されていないが、電力変換装置本体側では、放熱フィンの走行方向の長さが等しく、かつ、走行方向の全体にわたって放熱フィン同士が対向していると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許３４６９４７５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に記載された鉄道車両用電力変換装置では、所定の間隔で配置されている複数の放熱フィンが、電力変換装置本体側において、放熱フィンの走行方向の長さが等しく、かつ、走行方向の全体にわたって放熱フィン同士が対向しているため、走行風が放熱フィン間を通過する際に流路抵抗が生じる距離が長くなり、走行風の速度が低下し易い。このため、上記特許文献１に記載された鉄道車両用電力変換装置では、放熱フィン間を通過する走行風の流速が低下することにより、冷却器の冷却性能が低下してしまうという問題点があると考えられる。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、放熱フィン間を通過する走行風の流速の低下を抑制することにより、冷却部の冷却性能を改善することが可能な鉄道車両用電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の一の局面による鉄道車両用電力変換装置は、鉄道車両に搭載された電力変換装置本体と、電力変換装置本体の熱を放熱する冷却部とを備え、冷却部は、鉄道車両の走行方向に沿って延びるように設けられた複数のフィンを含み、複数のフィンは、互いに隣り合うようにかつ所定の間隔を隔てて整列方向に並んで配置され、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する第１フィンおよび第２フィンを含み、第１フィンおよび第２フィンの走行方向における両端部には、第１フィンと第２フィンとが整列方向に対向する重なり領域を挟むように、第１フィンと第２フィンとが整列方向に対向しない非重なり領域が形成されており、走行方向において、重なり領域における電力変換装置本体側の根元部の長さは、重なり領域における電力変換装置本体とは反対側の先端部の長さよりも長く、整列方向から見て、重なり領域は、非重なり領域の間において、台形形状となるように配置されている。

【0008】

この発明の一の局面による鉄道車両用電力変換装置は、上記のように、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する第１フィンおよび第２フィンを含み、第１フィンおよび第２フィンの走行方向における両端部には、第１フィンと第２フィンとが整列方向に対向する重なり領域を挟むように、第１フィンと第２フィンとが整列方向に対向しない非重なり領域が形成されている。また、走行方向において、重なり領域における電力変換装置本体側の根元部の長さは、重なり領域における電力変換装置本体とは反対側の先端部の長さよりも長い。これにより、第１フィンと第２フィンとが整列方向に対向しない非重なり領域において、隣り合うフィン同士の整列方向における間隔が、走行方向の長さが等しい１種類のフィンだけが並んで設けられる場合と比較して広くなるので、非重なり領域におけるフィン間の走行風の流路抵抗を低下させることができる。さらに、走行方向の両端部に非重なり領域が形成されていることにより、特に流路抵抗が大きくなるフィン間への走行風の入口において、流路抵抗を効果的に小さくすることができる。その結果、非重なり領域においてフィン間の走行風の流路抵抗が低下した分だけ、走行風の流速の低下を抑制し、冷却部の冷却性能を改善することができる。また、重なり領域において根元部の長さが先端部の長さより長いことにより、第１フィンおよび第２フィンの両方の根元部（基台に接合される部分）の長さを長くすることができるので、第１フィンと第２フィンとの走行方向の両端部に非重なり領域を設けて流路抵抗を低下させても、基台に対する第1フィンおよび第２フィンの両方の接合強度を確保することができる。

【0009】

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、第１フィンと第２フィンとが交互に配置されている。このように構成すれば、第１フィンと第２フィンとが整列方向に対向しない非重なり領域を、冷却部に同一枚数のフィンを設ける条件下において最も多く形成することができる。その結果、フィン間の走行風の流路抵抗を確実に低下させることができる。

【0010】

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、第１フィンおよび第２フィンのうち少なくとも一方は、整列方向から見て長方形形状とは異なる多角形形状を有している。このように構成すれば、たとえば、第１フィンおよび第２フィンを、それぞれ、長方形形状および台形形状、長方形形状および三角形形状、長方形形状および平行四辺形形状、整列方向から見て互いに逆向きに配置された２つの平行四辺形形状とすることにより、整列方向から見て互いに外形形状が異なり、非重なり領域を形成することが可能な第１フィンおよび第２フィンを容易に実現することができる。

【0011】

上記第１フィンおよび第２フィンのうち少なくとも一方が長方形形状とは異なる多角形形状を有している鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、第１フィンおよび第２フィンのうち一方は、整列方向から見て長方形形状であり、第１フィンおよび第２フィンのうち他方は、整列方向から見て台形形状または三角形形状である。このように構成すれば、第１フィンおよび第２フィンのうち一方が、製造が容易な長方形形状であるとともに、第１フィンおよび第２フィンのうち他方が、底辺を長方形形状と共通とした場合に底辺に対する両側に確実に非重なり領域を形成可能な台形形状または三角形形状であるので、重なり領域を挟むように第１フィンと第２フィンとが整列方向に対向しない非重なり領域を容易に形成することができる。

【0012】

上記第１フィンおよび第２フィンのうち一方が長方形形状であり、他方が台形形状または三角形形状である鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、走行方向および整列方向に直交し、かつ、複数のフィンが突出する突出方向において、第１フィンの突出高さと第２フィンの突出高さとが異なる。このように構成すれば、第１フィンの突出高さまたは第２フィンの突出高さを適宜変更することにより、重なり領域の大きさを容易に調整することができるので、たとえば、整列方向において、第１フィンの面積と第２フィンの面積とを略等しくすることが容易になる。ここで、整列方向において、第１フィンの面積と第２フィンの面積とを略等しくした場合、第１フィンからの放熱量と第２フィンからの放熱量とを略等しくすることができる。その結果、電力変換装置本体の第１フィンおよび第２フィンが設置される側の表面温度を均等化し易くなり、電力変換装置本体において熱抵抗のバラつきを抑制することができる。

【0013】

上記第１フィンおよび第２フィンのうち少なくとも一方が整列方向から見て長方形形状とは異なる多角形形状を有している鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、第１フィンおよび第２フィンのうち一方は、整列方向から見て長方形形状であり、第１フィンおよび第２フィンのうち他方は、整列方向から見て平行四辺形形状である。このように構成すれば、第１フィンおよび第２フィンのうち一方が、製造が容易な長方形形状であるとともに、第１フィンおよび第２フィンのうち他方が、底辺を長方形形状と共通とした場合に底辺に対する両側に確実に非重なり領域が形成される平行四辺形形状であるので、第１フィンと第２フィンとの走行方向の両端部に非重なり領域を容易に形成することができる。また、底辺を長方形形状と共通とした場合、第１フィンおよび第２フィンのうち他方が台形形状または三角形形状である場合と比較して、突出高さを一定（フィンの面積を一定）にしたまま非重なり領域の面積を大きくすることができる。

【0014】

上記第１フィンおよび第２フィンのうち少なくとも一方が長方形形状とは異なる多角形形状を有している鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、第１フィンおよび第２フィンは、平行四辺形形状であり、第１フィンにおける根元部と走行方向の一方端とがなす角度と、第２フィンにおける根元部と走行方向の他方端とがなす角度とが等しい。このように構成すれば、平行四辺形形状のフィン同士が整列方向から見て互いに逆向きとなるので、第１フィンおよび第２フィンのうち一方が長方形形状であり、他方が平行四辺形形状である場合と比較して、重なり領域を挟むように非重なり領域を一層容易に形成することができる。また、第１フィンおよび第２フィンが整列方向から見て互いに逆向きの平行四辺形形状であるので、重なり領域を挟むように形成される非重なり領域が、走行方向と直交する方向に延びる中心線に対して対称となるので、第１フィンおよび第２フィンのうち一方が長方形形状であり、他方が平行四辺形形状であり、非重なり領域が対称とならない場合と比較して、走行方向が反転した場合でも、走行風の流速の低下を等しく抑制することができる。

【0015】

上記第１フィンおよび第２フィンのうち一方は、長方形形状であり、他方は、平行四辺形形状である、または、第１フィンおよび第２フィンが平行四辺形形状である鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、走行方向および整列方向に直交し、かつ、複数のフィンが突出する突出方向において、第１フィンの突出高さと第２フィンの突出高さとが略等しい。このように構成すれば、たとえば、第１フィンと第２フィンとで根元部の長さを等しくした場合、整列方向において、第１フィンの面積と第２フィンの面積とを略等しくすることができるので、第１フィンからの放熱量と第２フィンからの放熱量とを略等しくすることができる。その結果、電力変換装置本体の第１フィンおよび第２フィンが設置される側の表面温度を均等化し易くなり、電力変換装置本体において熱抵抗のバラつきを抑制することができる。

【0016】

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、冷却部は、鉄道車両の床下空間に設置されるとともに、冷却部に設けられた複数のフィンは、鉄道車両の側方に向かって突出している。このように構成すれば、電力変換装置本体の側方に冷却部を設置するための空間が十分にある場合に、走行風の流速の低下を抑制することにより冷却性能を改善することができる冷却部を容易に設置することができる。また、冷却部を電力変換装置本体の側方に設けることにより、鉄道車両の走行時に、冷却部が鉄道車両の側方に露出した状態となる。これにより、他の装置などが多く取り付けられる鉄道車両の下方から走行風を取り込む場合と比べて、乱れの少ない走行風を取り込むことができるので、鉄道車両の側方からの走行風を冷却部により容易に取り込むことができる。この結果、冷却部の冷却性能（放熱性能）をより改善させることができる。

【0017】

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、冷却部は、鉄道車両の床下空間に設置されるとともに、冷却部に設けられた複数のフィンは、鉄道車両の下方に向かって突出している。このように構成すれば、電力変換装置本体の下方に冷却部を設置するための空間が十分にある場合に、走行風の流速の低下を抑制することにより冷却性能を改善することができる冷却部を容易に設置することができる。

【0018】

上記一の局面による鉄道車両用電力変換装置において、好ましくは、冷却部は、走行方向に所定の間隔を隔てて配置された、第１冷却部と第２冷却部とを含み、第１冷却部および第２冷却部は、それぞれ、第１フィンおよび第２フィンを含む。このように構成すれば、第１冷却部および第２冷却部のうち上流側の冷却部で流速の低下が抑制された走行風が第１冷却部および第２冷却部のうち下流側の冷却部に取り込まれるとともに、下流側の冷却部での流速の低下も抑制されるので、上流側の冷却部および下流側の冷却部のいずれにおいても、冷却性能を改善することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、上記のように、放熱フィン間を通過する走行風の流速の低下を抑制することにより、冷却器の冷却性能を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１実施形態による鉄道車両を示した側面図である。

【図2】本発明の第１実施形態による電力変換装置の冷却器を示した斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態による電力変換装置の冷却器を示した拡大平面図である。

【図4】本発明の第１実施形態による電力変換装置の冷却器における走行風の流速の測定を説明するための図である。

【図5】本発明の第１実施形態による電力変換装置の冷却器と従来例の電力変換装置の冷却器との走行風の流速を比較した図である。

【図6】本発明の第１実施形態の第１変形例による電力変換装置の冷却器を示した斜視図である。

【図7】本発明の第１実施形態の第１変形例による電力変換装置の冷却器を示した拡大平面図である。

【図8】本発明の第１実施形態の第２変形例による電力変換装置の冷却器を示した斜視図である。

【図9】本発明の第１実施形態の第２変形例による電力変換装置の冷却器を示した拡大平面図である。

【図10】本発明の第１実施形態の第３変形例による電力変換装置の冷却器を示した斜視図である。

【図11】本発明の第１実施形態の第３変形例による電力変換装置の冷却器を示した拡大平面図である。

【図12】本発明の第２実施形態による鉄道車両を示した側面図である。

【図13】本発明の第２実施形態による電力変換装置の冷却器を示した斜視図である。

【図14】本発明の第３実施形態による鉄道車両を示した側面図である。

【図15】本発明の第３実施形態による電力変換装置の冷却器を示した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0022】

［第１実施形態］
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による鉄道車両１０用の電力変換装置２０の構成について説明する。なお、電力変換装置２０は、特許請求の範囲の「鉄道車両用電力変換装置」の一例である。以下では、鉄道車両１０の走行方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向と直交する枕木方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に共に直交する上下方向をＺ軸方向として説明を行う。

【0023】

本発明の第１実施形態による電力変換装置２０は、図１および図２に示すように、鉄道車両１０における車体１１の床下空間１１ａに設置されている。ここで、鉄道車両１０の概略構成を簡潔に説明する。鉄道車両１０は、図１に示すように、車体１１と、架線２に供給されている電力を受電（集電）するパンタグラフ１２と、架線２からの電力を利用して駆動輪１３を回転させる誘導電動機１４（破線で示す）と、空調機や制御機器などその他の複数の機器類１５と、を備える。そして、電力変換装置２０は、鉄道車両１０の走行時に、架線２からの電力を半導体素子（図示せず）のスイッチングにより変換して、誘導電動機１４の回転制御を行う役割を有している。

【0024】

（電力変換装置の構成）
電力変換装置２０は、電力変換を行う半導体装置２１と、半導体装置２１内の半導体素子から発生する熱を外気に放熱するための複数の冷却器３０と、を備える。また、図２に示すように、電力変換装置２０は、車体１１の床下空間１１ａにおいて車体１１の下面１１ｂに吊り下げられて固定されている。また、電力変換装置２０では、半導体装置２１の側方（Ｙ２方向）に、複数の冷却器３０が配置されている。複数の冷却器３０は、車体１１の延びるＸ軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された、Ｘ１側の冷却器３１およびＸ２側の冷却器３２を含んでいる。なお、半導体装置２１は、特許請求の範囲の「電力変換装置本体」の一例である。また、冷却器３０は、特許請求の範囲の「冷却部」の一例である。また、冷却器３１および冷却器３２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１冷却部」および「第２冷却部」の一例である。

【0025】

（冷却器の構成）
冷却器３１および冷却器３２は、それぞれ、半導体装置２１のＹ２側の側面２１ａから側方（Ｙ２方向）に向かって突出するとともに、Ｘ軸方向に沿って薄板状に延びる複数のフィン４０を含む。複数のフィン４０は、図２に示すように、Ｚ軸方向から見て互いに外形形状が異なるとともに、Ｙ軸方向に突出する複数のフィン４１と複数のフィン４２とを含む。フィン４１およびフィン４２は、所定のフィンピッチを有して、互い違いにＺ軸方向に並ぶように隣接配置されている。すなわち、複数のフィン４１は、Ｚ軸方向においてフィン４２と隣り合うとともに、複数のフィン４２は、Ｚ軸方向においてフィン４１と隣り合うように配置されている。また、フィン４１およびフィン４２は、平板状の受熱板４３のＹ２側の表面上に固定されている。そして、受熱板４３を介して伝達された半導体素子から発生する熱がフィン４１およびフィン４２から放出される。なお、以降の説明では、複数のフィン４１およびフィン４２が並ぶＺ軸方向を「整列方向」と呼ぶ場合がある。

【0026】

フィン４１は、図３に示すように、Ｘ軸方向における長さＷ１、かつ、Ｙ軸方向における長さ（突出高さ）Ｈ１を有し、Ｚ軸方向から見て長方形形状となるように構成されている。また、フィン４２は、Ｙ軸方向における半導体装置２１側（Ｙ１側）の根元部の長さＷ１、Ｙ軸方向における半導体装置２１とは反対側（Ｙ２側）の先端部の長さＷ２、かつ、Ｙ軸方向における長さ（突出高さ）Ｈ２を有し、Ｚ軸方向から見て台形形状となるように構成されている。すなわち、フィン４１の半導体装置２１側の根元部の長さＷ１は、フィン４２の半導体装置２１側の根元部の長さＷ１と等しい。また、フィン４１およびフィン４２のうち一方（フィン４２）は、Ｚ軸方向から見て長方形形状とは異なる多角形形状を有している。また、第１実施形態の電力変換装置２０では、Ｚ軸方向から見て、フィン４１の面積は、フィン４２の面積と略等しくなるように構成されている。なお、フィン４１の半導体装置２１側の根元部とフィン４２の半導体装置２１側の根元部とは、Ｘ軸方向にずれないように配置されている。

【0027】

ここで、フィン４２における根元部の長さＷ１は先端部の長さＷ２よりも長い。また、フィン４１のＹ軸方向における突出高さＨ１は、フィン４２のＹ軸方向における突出高さＨ２よりも小さい。すなわち、フィン４１およびフィン４２が突出する突出方向において、フィン４１の突出高さＨ１と、フィン４２の突出高さＨ２とは異なっている。

【0028】

上記の構成により、第１実施形態の電力変換装置２０では、Ｚ軸方向から見て、フィン４１とフィン４２とが対向する重なり領域Ｓ１と、フィン４１とフィン４２とが対向しない非重なり領域Ｓ２とが形成されている。なお、重なり領域Ｓ１は、図面中において、斜線で示した領域である。

【0029】

重なり領域Ｓ１は、Ｙ軸方向における半導体装置２１側（Ｙ１側）の根元部の長さＷ１、Ｙ軸方向における半導体装置２１とは反対側（Ｙ２側）の先端部の長さＷ３を有し、Ｚ軸方向から見て台形形状に形成されている。ここで、根元部の長さＷ１は、フィン４１およびフィン４２の根元部の長さＷ１と等しく、先端部の長さＷ３よりも長い。

【0030】

非重なり領域Ｓ２は、Ｘ軸方向に重なり領域Ｓ１を挟むように、フィン４１のＸ軸方向における一方側（Ｘ１側）および他方側（Ｘ２側）にそれぞれ形成された非重なり領域Ｓ２ａおよび非重なり領域Ｓ２ｂと、重なり領域Ｓ１よりもＹ２側に形成された非重なり領域Ｓ２ｃとを含む。

【0031】

これにより、非重なり領域Ｓ２ａおよびＳ２ｂでは、Ｚ軸方向において、フィン４１同士が隣り合い、フィン４０間の間隔が所定のフィンピッチの２倍となる。したがって、非重なり領域Ｓ２ａおよびＳ２ｂでは、重なり領域Ｓ１よりも、フィン４０間の間隔が広くなるので、フィン４０間を走行風が通過する際の流路抵抗が小さくなる。

【0032】

なお、第１実施形態の電力変換装置２０では、フィン４１の面積とフィン４２の面積とが略等しくなるように構成されているので、フィン４１による非重なり領域Ｓ２ａと非重なり領域Ｓ２ｂの面積の合計は、フィン４２による非重なり領域Ｓ２ｃの面積と略等しい。

【0033】

（実施例）
次に、第１実施形態の電力変換装置２０において、鉄道車両１０がＸ１方向に走行した場合の走行風の流速および冷却器の冷却性能を計測熱流体解析により計算した結果について説明する。

【0034】

走行風の流速の計測算出は、図４に示すように、フィン４１のＹＺ平面における断面Ｄ１ａおよび断面Ｄ１ｂと、フィン４２のＹＺ平面における断面Ｄ２ａおよび断面Ｄ２ｂにおいて行った。断面Ｄ１ａおよび断面Ｄ２ａは、非重なり領域Ｓ２ａのＸ１側の端部近傍であり、断面Ｄ１ｂおよび断面Ｄ２ｂは、非重なり領域Ｓ２ｂのＸ２側の端部近傍である。すなわち、走行風の上流側の冷却器３１の入口近傍および出口近傍と、走行風の下流側の冷却器３２の入口近傍および出口近傍とにおける、走行風の流速を計測したの平均速度（各断面における体積流量を断面積で割った値）である。なお、フィン４０が全て長方形形状（フィン４１の形状）で構成されている場合の走行風の流速も比較例として計測計算した。

【0035】

図５には、断面Ｄ１ａ、断面Ｄ１ｂ，断面Ｄ２ａおよび断面Ｄ２ｂにおいて、それぞれ一定期間計測したおける走行風の平均速度を示している。（第１実施形態の電力変換装置２０における）長方形形状のフィン４１および台形形状のフィン４２とで構成された場合のフィン４０間の走行風の平均速度は、断面Ｄ１ａ、断面Ｄ１ｂ，断面Ｄ２ａおよび断面Ｄ２ｂのいずれにおいても、長方形形状のフィン４１のみから構成されたフィン４０間の走行風の平均速度よりも大きくなっている。これは、フィン４０間の流路抵抗が低下することにより、走行風の速度の低下が抑制されたためであると考えられる。なお、半導体装置２１が発熱している場合において、冷却器３０による放熱性能を計測したところ、比較例と比べて、半導体装置２１の温度の上昇を１０％程度抑制することができることが確認できた。

【0036】

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0037】

第１実施形態の電力変換装置２０では、上記のように、整列方向（Ｚ軸方向）から見て互いに異なる外形形状を有するフィン４１およびフィン４２を含み、フィン４１およびフィン４２の走行方向（Ｘ軸方向）における両端部（Ｘ１側およびＸ２側の端部）には、フィン４１とフィン４２とが整列方向に対向する重なり領域Ｓ１を挟むように、フィン４１とフィン４２とが整列方向に対向しない非重なり領域Ｓ２が形成されている。また、走行方向において、重なり領域Ｓ１における半導体装置２１側の根元部の長さＷ１は、重なり領域Ｓ１における半導体装置２１とは反対側の先端部の長さＷ３よりも長い。これにより、フィン４１とフィン４２とが整列方向に対向しない非重なり領域Ｓ２において、隣り合うフィン４０同士の整列方向における間隔が、走行方向の長さが等しい１種類のフィン４０だけが並んで設けられる場合と比較して広くなるので、非重なり領域Ｓ２におけるフィン４０間の走行風の流路抵抗を低下させることができる。さらに、走行方向の両端部に非重なり領域Ｓ２（Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ）が形成されていることにより、特に流路抵抗が大きくなるフィン４０間への走行風の入口において、流路抵抗を効果的に小さくすることができる。その結果、非重なり領域Ｓ２においてフィン４０間の走行風の流路抵抗が低下した分だけ、走行風の流速の低下を抑制し、冷却器３０の冷却性能を改善することができる。また、重なり領域Ｓ１において根元部の長さＷ１が先端部の長さＷ３より長いことにより、フィン４１およびフィン４２の両方の根元部（受熱板４３に接合される部分）の長さを長くすることができるので、フィン４１と４２フィンとの走行方向の両端部に非重なり領域Ｓ２を設けて流路抵抗を低下させても、受熱板４３に対するフィン４１およびフィン４２の両方の接合強度を確保することができる。

【0038】

また、第１実施形態の電力変換装置２０では、上記のように、フィン４１とフィン４２とが交互に配置されている。これにより、フィン４１とフィン４２とが整列方向（Ｚ軸方向）に対向しない非重なり領域Ｓ２を、冷却器３０に同一枚数のフィン４０を設ける条件下において最も多く形成することができる。その結果、フィン４０間の走行風の流路抵抗を確実に低下させることができる。

【0039】

また、第１実施形態の電力変換装置２０では、上記のように、フィン４１およびフィン４２のうち少なくとも一方（フィン４２）は、整列方向（Ｚ軸方向）から見て長方形形状とは異なる多角形形状（台形形状）を有している。これにより、フィン４１およびフィン４２を、それぞれ、長方形形状および台形形状の構成とすることにより、整列方向から見て互いに外形形状が異なり、非重なり領域Ｓ２を形成することが可能なフィン４１およびフィン４２を容易に実現することができる。

【0040】

また、第１実施形態の電力変換装置２０では、フィン４１およびフィン４２のうち一方（フィン４１）は、整列方向（Ｚ軸方向）から見て長方形形状であり、フィン４１およびフィン４２のうち他方（フィン４２）は、整列方向から見て台形形状である。これにより、フィン４１およびフィン４２のうち一方（フィン４１）が、製造が容易な長方形形状であるとともに、フィン４１およびフィン４２のうち他方（フィン４２）が、底辺を長方形形状と共通とすることにより底辺に対する両側に確実に非重なり領域Ｓ２を形成可能な台形形状であるので、重なり領域Ｓ１を挟むようにフィン４１とフィン４２とが整列方向に対向しない非重なり領域Ｓ２を容易に形成することができる。

【0041】

また、第１実施形態の電力変換装置２０では、上記のように、走行方向（Ｘ軸方向）および整列方向（Ｚ軸方向）に直交し、かつ、複数のフィン４０が突出する突出方向（Ｙ軸方向）おいて、フィン４１の突出高さＨ１とフィン４２の突出高さＨ２とが異なる。これにより、フィン４１の突出高さＨ１またはフィン４２の突出高さＨ２を適宜変更することにより、重なり領域Ｓ１の大きさを容易に調整することができるので、整列方向において、フィン４１の面積とフィン４２の面積とを略等しくすることが容易になる。また、整列方向において、フィン４１の面積とフィン４２の面積とを略等しくした場合、フィン４１からの放熱量とフィン４２からの放熱量とを略等しくすることができる。その結果、半導体装置２１のフィン４１およびフィン４２が設置される側の表面温度を均等化し易くなり、半導体装置２１において熱抵抗のバラつきを抑制することができる。

【0042】

また、第１実施形態の電力変換装置２０では、上記のように、冷却器３０は、鉄道車両１０の床下空間に設置されるとともに、冷却器３０に設けられた複数のフィン４０は、鉄道車両１０の側方（Ｙ２方向）に向かって突出している。これにより、半導体装置２１の側方に冷却器３０を設置するための空間が十分にある場合に、走行風の流速の低下を抑制することにより冷却性能を改善することができる冷却器３０を容易に設置することができる。また、冷却器３０を半導体装置２１の側方に設けることにより、鉄道車両１０の走行時に、冷却器３０が鉄道車両１０の側方に露出した状態となる。これにより、他の装置などが多く取り付けられる鉄道車両１０の下方から走行風を取り込む場合と比べて、乱れの少ない走行風を取り込むことができるので、鉄道車両１０の側方からの走行風を冷却器３０により容易に取り込むことができる。この結果、冷却器３０の冷却性能（放熱性能）をより改善させることができる。

【0043】

また、第１実施形態の電力変換装置２０では、上記のように、冷却器３０は、走行方向（Ｘ軸方向）に所定の間隔を隔てて配置された、冷却器３１と冷却器３２とを含み、冷却器３１および冷却器３２は、それぞれ、フィン４１およびフィン４２を含む。これにより、冷却器３１および冷却器３２のうち上流側の冷却器３０で流速の低下が抑制された走行風が冷却器３１および冷却器３２のうち下流側の冷却器３０に取り込まれるとともに、下流側の冷却器３０での流速の低下も抑制されるので、上流側の冷却器３０および下流側の冷却器３０のいずれにおいても、冷却性能を改善することができる。

【0044】

（第１実施形態の第１変形例）
次に、図６および図７を参照して、第１実施形態の第１変形例について説明する。この第１実施形態の第１変形例では、上記第１実施形態における台形形状のフィン４２の代わりに、三角形形状のフィン１４２を設けた例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付している。

【0045】

図６に示すように、第１実施形態の第１変形例による電力変換装置１２０では、半導体装置２１の側方（Ｙ２方向）に、複数の冷却器１３０が配置されている。複数の冷却器１３０は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された、Ｘ１側の冷却器１３１およびＸ２側の冷却器１３２を含んでいる。なお、冷却器１３０は、特許請求の範囲の「冷却部」の一例である。また、冷却器１３１および冷却器１３２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１冷却部」および「第２冷却部」の一例である。

【0046】

冷却器１３１および冷却器１３２は、それぞれ、半導体装置２１のＹ２側の側面２１ａから側方（Ｙ２方向）に向かって突出する複数のフィン１４０を含む。複数のフィン１４０は、図６に示すように、Ｚ軸方向から見て互いに外形形状が異なるとともに、Ｙ軸方向に突出する複数のフィン４１と複数のフィン１４２とを含む。フィン４１およびフィン１４２は、所定のフィンピッチを有して、互い違いにＺ軸方向に並ぶように隣接配置されている。

【0047】

フィン１４２は、図７に示すように、Ｙ軸方向における半導体装置２１側（Ｙ１側）の根元部の長さＷ１、かつ、Ｙ軸方向における長さ（突出高さ）Ｈ１２を有し、Ｚ軸方向から見て三角形形状（二等辺三角形形状）となるように構成されている。すなわち、フィン４１およびフィン１４２のうち一方（フィン１４２）は、Ｚ軸方向から見て長方形形状とは異なる多角形形状を有している。また、第１実施形態の第１変形例による電力変換装置１２０では、Ｚ軸方向から見て、フィン４１の面積は、フィン１４２の面積と略等しくなるように構成されている。

【0048】

ここで、フィン４１のＹ軸方向における突出高さＨ１は、フィン１４２のＹ軸方向における突出高さＨ１２よりも低い。すなわち、フィン４１およびフィン１４２とが突出する突出方向において、フィン４１の突出高さＨ１と、フィン１４２の突出高さＨ１２とは異なっている。

【0049】

上記の構成により、第１実施形態の第１変形例による電力変換装置１２０では、Ｚ軸方向から見て、フィン４１とフィン１４２とが対向する重なり領域Ｓ１１と、フィン４１とフィン１４２とが対向しない非重なり領域Ｓ１２とが形成されている。なお、重なり領域Ｓ１１は、図面中において、斜線で示した領域である。

【0050】

重なり領域Ｓ１１は、Ｙ軸方向における半導体装置２１側（Ｙ１側）の根元部の長さＷ１、Ｙ軸方向における半導体装置２１とは反対側（Ｙ２側）の先端部の長さＷ１３を有し、Ｚ軸方向から見て台形形状に形成されている。ここで、根元部の長さＷ１は、フィン４１およびフィン１４２の根元部の長さＷ１と等しく、先端部の長さＷ１３よりも長い。

【0051】

非重なり領域Ｓ１２は、Ｘ軸方向に重なり領域Ｓ１１を挟むように、フィン４１のＸ軸方向における一方側（Ｘ１側）および他方側（Ｘ２側）にそれぞれ形成された非重なり領域Ｓ１２ａおよび非重なり領域Ｓ１２ｂと、重なり領域Ｓ１１よりもＹ２側に形成された非重なり領域Ｓ１２ｃとを含む。

【0052】

これにより、非重なり領域Ｓ１２ａおよびＳ１２ｂでは、Ｚ軸方向において、フィン４１同士が隣り合い、フィン１４０間の間隔が所定のフィンピッチの２倍となる。したがって、非重なり領域Ｓ１２ａおよびＳ１２ｂでは、重なり領域Ｓ１１よりも、フィン１４０間の間隔が広くなるので、フィン１４０間を走行風が通過する際の流路抵抗が小さくなる。

【0053】

なお、第１実施形態の第１変形例による電力変換装置１２０では、フィン４１の面積とフィン１４２の面積とが略等しくなるように構成されているので、フィン４１による非重なり領域Ｓ１２ａと非重なり領域Ｓ１２ｂの面積の合計は、フィン１４２による非重なり領域Ｓ１２ｃの面積と略等しい。

【0054】

なお、第１実施形態の第１変形例のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

【0055】

第１実施形態の第１変形例による電力変換装置１２０では、上記のように、フィン４１およびフィン１４２のうち一方（フィン４１）は、整列方向（Ｚ軸方向）から見て長方形形状であり、フィン４１およびフィン１４２のうち他方（フィン１４２）は、整列方向から見て三角形形状である。これにより、フィン４１およびフィン１４２のうち一方（フィン４１）が、製造が容易な長方形形状であるとともに、フィン４１およびフィン１４２のうち他方（フィン１４２）が、底辺を長方形形状と共通とすることにより底辺に対する両側に確実に非重なり領域Ｓ１２を形成可能な三角形形状であるので、重なり領域Ｓ１１を挟むようにフィン４１とフィン４２とが整列方向に対向しない非重なり領域Ｓ１２を容易に形成することができる。

【0056】

なお、第１実施形態の第１変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0057】

（第１実施形態の第２変形例）
次に、図８および図９を参照して、第１実施形態の第２変形例について説明する。この第１実施形態の第２変形例では、上記第１実施形態における台形形状のフィン４２の代わりに、平行四辺形形状のフィン２４２を設けた例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付している。

【0058】

第１実施形態の第２変形例による電力変換装置２２０では、半導体装置２１の側方（Ｙ２方向）に、複数の冷却器２３０が配置されている。複数の冷却器２３０は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された、Ｘ１側の冷却器２３１およびＸ２側の冷却器２３２を含んでいる。なお、冷却器２３０は、特許請求の範囲の「冷却部」の一例である。また、冷却器２３１および冷却器２３２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１冷却部」および「第２冷却部」の一例である。

【0059】

冷却器２３１および冷却器２３２は、それぞれ、半導体装置２１のＹ２側の側面２１ａから側方（Ｙ２方向）に向かって突出する複数のフィン２４０を含む。複数のフィン２４０は、図８に示すように、Ｚ軸方向から見て互いに外形形状が異なるとともに、Ｙ軸方向に突出する複数のフィン４１と複数のフィン２４２とを含む。フィン４１およびフィン２４２は、所定のフィンピッチを有して、互い違いにＺ軸方向に並ぶように隣接配置されている。

【0060】

フィン２４２は、図９に示すように、Ｙ軸方向における半導体装置２１側（Ｙ１側）の根元部の長さＷ１、Ｙ軸方向における半導体装置２１の反対側（Ｙ２側）の先端部の長さＷ１、かつ、Ｙ軸方向における長さ（突出高さ）Ｈ１を有し、Ｚ軸方向から見て平行四辺形形状となるように構成されている。すなわち、フィン４１およびフィン２４２のうち一方（フィン２４２）は、Ｚ軸方向から見て長方形形状とは異なる多角形形状を有している。また、第１実施形態の第２変形例による電力変換装置２２０では、Ｚ軸方向から見て、フィン４１の面積は、フィン２４２の面積と略等しくなるように構成されている。

【0061】

ここで、フィン４１のＹ軸方向における突出高さＨ１は、フィン１４２のＹ軸方向における突出高さＨ１と略等しい。

【0062】

上記の構成により、第１実施形態の第２変形例による電力変換装置２２０では、Ｚ軸方向から見て、フィン４１とフィン２４２とが対向する重なり領域Ｓ２１と、フィン４１とフィン２４２とが対向しない非重なり領域Ｓ２２とが形成されている。なお、重なり領域Ｓ２１は、図面中において、斜線で示した領域である。

【0063】

重なり領域Ｓ２１は、Ｙ軸方向における半導体装置２１側（Ｙ１側）の根元部の長さＷ１、Ｙ軸方向における半導体装置２１とは反対側（Ｙ２側）の先端部の長さＷ２３を有し、Ｚ軸方向から見て台形形状に形成されている。ここで、根元部の長さＷ１は、フィン４１およびフィン２４２の根元部の長さＷ１と等しく、先端部の長さＷ２３よりも長い。

【0064】

非重なり領域Ｓ２２は、Ｘ軸方向に重なり領域Ｓ２１を挟むように、フィン４１のＸ軸方向における一方側（Ｘ１側）および他方側（Ｘ２側）にそれぞれ形成された非重なり領域Ｓ２２ａおよび非重なり領域Ｓ２２ｂを含む。

【0065】

これにより、非重なり領域Ｓ２２ａおよび非重なり領域Ｓ２２ｂでは、Ｚ軸方向において、それぞれ、フィン２４２同士およびフィン４１同士が隣り合い、フィン２４０間の間隔が所定のフィンピッチの２倍となる。したがって、非重なり領域Ｓ２２では、重なり領域Ｓ２１よりも、フィン２４０間の間隔が広くなるので、フィン２４０間を走行風が通過する際の流路抵抗が小さくなる。

【0066】

なお、第１実施形態の第２変形例による電力変換装置２２０では、フィン４１の面積とフィン２４２の面積とが略等しくなるように構成されているので、フィン２４２による非重なり領域Ｓ２２ａの面積は、フィン４１による非重なり領域Ｓ２２ｂの面積と略等しい。

【0067】

なお、第１実施形態の第２変形例のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

【0068】

第１実施形態の第２変形例による電力変換装置２２０では、上記のように、フィン４１およびフィン２４２のうち一方（フィン４１）は、整列方向（Ｚ軸方向）から見て長方形形状であり、フィン４１およびフィン２４２のうち他方（フィン２４２）は、整列方向から見て平行四辺形形状である。これにより、フィン４１およびフィン２４２のうち一方（フィン４１）が、製造が容易な長方形形状であるとともに、フィン４１およびフィン２４２のうち他方（フィン２４２）が、底辺を長方形形状と共通とし、底辺に対する両側に確実に非重なり領域Ｓ２２が形成される平行四辺形形状であるので、フィン４１とフィン２４２との走行方向（Ｘ軸方向）の両端部に非重なり領域Ｓ２２を容易に形成することができる。また、底辺を長方形形状と共通とした場合、フィン４１およびフィン２４２のうち他方（フィン２４２）が台形形状または三角形形状の場合と比較して、突出高さＨ１を一定（フィンの面積を一定）にしたまま非重なり領域Ｓ２２の面積を大きくすることができる。

【0069】

また、第１実施形態の第２変形例による電力変換装置２２０では、上記のように、走行方向（Ｘ軸方向）および整列方向（Ｚ軸方向）に直交し、かつ、複数のフィン２４０が突出する突出方向（Ｙ軸方向）において、フィン４１の突出高さＨ１とフィン２４２の突出高さＨ１とが略等しい。これにより、フィン４１とフィン４２とで根元部の長さＷ１が等しいことにより、整列方向において、フィン４１の面積とフィン２４２の面積とを略等しくすることができるので、フィン４１からの放熱量とフィン２４２からの放熱量とを略等しくすることができる。その結果、半導体装置２１のフィン４１およびフィン２４２が設置される側の表面温度を均等化し易くなり、半導体装置２１において熱抵抗のバラつきを抑制することができる。

【0070】

なお、第１実施形態の第２変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0071】

（第１実施形態の第３変形例）
次に、図１０および図１１を参照して、第１実施形態の第３変形例について説明する。この第１実施形態の第３変形例では、上記第１実施形態の第２変形例における長方形形状のフィン４１に代わりに、平行四辺形形状のフィン３４１を設けた例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態および上記第１実施形態の第２変形例と同様の構成には、同一の符号を付している。

【0072】

第１実施形態の第３変形例による電力変換装置３２０では、半導体装置２１の側方（Ｙ２方向）に、複数の冷却器３３０が配置されている。複数の冷却器３３０は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された、Ｘ１側の冷却器３３１およびＸ２側の冷却器３３２を含んでいる。なお、冷却器３３０は、特許請求の範囲の「冷却部」の一例である。また、冷却器３３１および冷却器３３２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１冷却部」および「第２冷却部」の一例である。

【0073】

冷却器３３１および冷却器３３２は、それぞれ、半導体装置２１のＹ２側の側面２１ａから側方（Ｙ２方向）に向かって突出する複数のフィン３４０を含む。複数のフィン３４０は、図１０に示すように、Ｚ軸方向から見て互いに外形形状が異なるとともに、Ｙ軸方向に突出する複数のフィン３４１と複数のフィン２４２とを含む。フィン３４１およびフィン２４２は、所定のフィンピッチを有して、互い違いにＺ軸方向に並ぶように隣接配置されている。

【0074】

フィン３４１は、図１１に示すように、Ｙ軸方向における半導体装置２１側（Ｙ１側）の根元部の長さＷ１、Ｙ軸方向における半導体装置２１の反対側（Ｙ２側）の先端部の長さＷ１、かつ、Ｙ軸方向における長さ（突出高さ）Ｈ１を有し、Ｚ軸方向から見て平行四辺形形状となるように構成されている。すなわち、フィン３４１およびフィン２４２は共に、Ｚ軸方向から見て長方形形状とは異なる多角形形状を有している。また、フィン３４１とフィン２４２とは、Ｚ軸方向から見て、半導体装置２１側の根元部が同一位置となるように配置され、かつ、フィン３４１の半導体装置２１側の根元部とＸ軸方向の一方端（Ｘ２側）とがなす角度Ａ１は、フィン２４２の半導体装置２１側の根元部とＸ軸方向の他方端（Ｘ１側）とがなす角度Ａ２と等しくなるように配置されている。すなわち、フィン３４１とフィン２４２とは、フィン３４１またはフィン２４２のＸ軸方向の中心を通りＹ軸方向に延びる中心線に対して対称となるように配置されている。また、第１実施形態の第３変形例による電力変換装置３２０では、Ｚ軸方向から見て、フィン３４１の面積は、フィン２４２の面積と略等しくなるように構成されている。

【0075】

ここで、フィン３４１のＹ軸方向における突出高さＨ１は、フィン２４２のＹ軸方向における突出高さＨ１と略等しい。

【0076】

上記の構成により、第１実施形態の第３変形例による電力変換装置３２０では、Ｚ軸方向から見て、フィン３４１とフィン２４２とが対向する重なり領域Ｓ３１と、フィン３４１とフィン２４２とが対向しない非重なり領域Ｓ３２とが形成されている。なお、重なり領域Ｓ３１は、図面中において、斜線で示した領域である。

【0077】

重なり領域Ｓ３１は、Ｙ軸方向における半導体装置２１側（Ｙ１側）の根元部の長さＷ１、Ｙ軸方向における半導体装置２１とは反対側（Ｙ２側）の先端部の長さＷ３３を有し、Ｚ軸方向から見て台形形状に形成されている。ここで、根元部の長さＷ１は、フィン３４１およびフィン２４２の根元部の長さＷ１と等しく、先端部の長さＷ３３よりも長い。

【0078】

非重なり領域Ｓ３２は、Ｘ軸方向に重なり領域Ｓ３１を挟むように、フィン４１のＸ軸方向における一方側（Ｘ１側）および他方側（Ｘ２側）にそれぞれ形成された非重なり領域Ｓ３２ａおよび非重なり領域Ｓ３２ｂを含む。

【0079】

これにより、非重なり領域Ｓ３２ａおよび非重なり領域Ｓ３２ｂでは、Ｚ軸方向において、それぞれ、フィン２４２同士およびフィン３４１同士が隣り合い、フィン３４０間の間隔が所定のフィンピッチの２倍となる。したがって、非重なり領域Ｓ３２では、重なり領域Ｓ３１よりも、フィン３４０間の間隔が広くなるので、フィン３４０間を走行風が通過する際の流路抵抗が小さくなる。

【0080】

なお、第１実施形態の第３変形例による電力変換装置３２０では、フィン３４１の面積とフィン２４２の面積とが略等しくなるように構成されているので、フィン２４２による非重なり領域Ｓ３２ａの面積は、フィン３４１による非重なり領域Ｓ３２ｂの面積と略等しい。

【0081】

なお、第１実施形態の第３変形例のその他の構成は、上記第１実施形態および上記第１実施形態の第２変形例と同様である。

【0082】

第１実施形態の第３変形例による電力変換装置３２０では、上記のように、フィン３４１およびフィン２４２は、平行四辺形形状であり、フィン３４１における根元部と走行方向（Ｘ軸方向）の一方端（Ｘ２側の端）とがなす角度Ａ１と、フィン２４２における根元部と走行方向の他方端（Ｘ１側の端）とがなす角度Ａ２とが等しい。これにより、平行四辺形形状のフィン３４０同士が整列方向（Ｚ軸方向）から見て互いに逆向きとなるので、フィン３４１およびフィン２４２のうち一方（フィン３４１）が長方形形状であり、他方（フィン２４２）が平行四辺形形状である場合と比較して、重なり領域Ｓ３１を挟むように非重なり領域Ｓ３２を一層容易に形成することができる。また、フィン３４１およびフィン２４２が整列方向から見て互いに逆向きの平行四辺形形状であるので、重なり領域Ｓ３１を挟むように形成される非重なり領域Ｓ３２が、走行方向と直交する方向に延びる中心線に対して対称となり、フィン３４１およびフィン２４２のうち一方（フィン３４１）が長方形形状であり、他方が平行四辺形形状である場合と比較して、走行方向が反転した場合でも、走行風の流速の低下を等しく抑制することができる。

【0083】

また、第１実施形態の第３変形例による電力変換装置３２０では、上記のように、走行方向（Ｘ軸方向）および整列方向（Ｚ軸方向）に直交し、かつ、複数のフィン３４０が突出する突出方向（Ｙ軸方向）において、フィン３４１の突出高さＨ１とフィン２４２の突出高さＨ１とが略等しい。これにより、フィン３４１とフィン２４２とで根元部の長さが等しいことにより、整列方向（Ｚ軸方向）において、フィン３４１の面積とフィン２４２の面積とを略等しくすることができるので、フィン３４１からの放熱量とフィン２４２からの放熱量とを略等しくすることができる。その結果、半導体装置２１のフィン３４１およびフィン２４２が設置される側の表面温度を均等化し易くなり、半導体装置２１において熱抵抗のバラつきを抑制することができる。

【0084】

なお、第１実施形態の第３変形例のその他の効果は、上記第１実施形態および上記第１実施形態の第２変形例と同様である。

【0085】

［第２実施形態］
次に、図１２および図１３を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態の冷却器３０と同様の構成の冷却器４３０を、半導体装置２１の下方に突出するように設けた例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付している。

【0086】

本発明の第２実施形態による鉄道車両４１０用の電力変換装置４２０は、図１２および図１３に示すように、半導体装置２１と、複数の冷却器４３０と、を備える。また、図１２に示すように、電力変換装置４２０では、半導体装置２１の下方（Ｚ１方向）に、複数の冷却器４３０が配置されている。複数の冷却器４３０は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された、Ｘ１側の冷却器４３１およびＸ２側の冷却器４３２を含んでいる。なお、電力変換装置４２０は、特許請求の範囲の「鉄道車両用電力変換装置」の一例である。また、冷却器４３０は、特許請求の範囲の「冷却部」の一例である。また、冷却器４３１および冷却器４３２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１冷却部」および「第２冷却部」の一例である。

【0087】

冷却器４３１および冷却器４３２は、それぞれ、半導体装置２１のＺ１側の下面２１ｂから下方（Ｚ１方向）に向かって突出するとともに、Ｘ軸方向に沿って薄板状に延びる複数のフィン４４０を含む。複数のフィン４４０は、図１３に示すように、Ｙ軸方向から見て互いに外形形状が異なるとともに、Ｚ軸方向に突出する複数のフィン４４１と複数のフィン４４２とを含む。フィン４４１およびフィン４４２は、所定のフィンピッチを有して、互い違いにＹ軸方向に並ぶように隣接配置されている。すなわち、複数のフィン４４１は、Ｙ軸方向においてフィン４４２と隣り合うとともに、フィン４４２は、Ｙ軸方向においてフィン４４１と隣り合うように配置されている。

【0088】

上記の構成により、第２実施形態の電力変換装置４２０では、上記第１実施形態の電力変換装置２０と同様に、Ｙ軸方向から見て、フィン４４１とフィン４４２とが対向する重なり領域Ｓ４１と、フィン４４１とフィン４４２とが対向しない非重なり領域Ｓ４２とが形成されている。これにより、フィン４４１およびフィン４４２のＸ軸方向の一方側（Ｘ１側）および他方側（Ｘ２側）に形成された非重なり領域Ｓ４２では、Ｙ軸方向において、フィン４４１同士が隣り合い、フィン４４０間の間隔が所定のフィンピッチの２倍となる。したがって、フィン４４１およびフィン４４２のＸ１側およびＸ２側に形成された非重なり領域Ｓ４２では、重なり領域Ｓ４１よりも、フィン４４０間の間隔が広くなるので、フィン４４０間を走行風が通過する際の流路抵抗が小さくなる。

【0089】

なお、第２実施形態による電力変換装置４２０の構成は、冷却器３０を半導体装置２１の側方に設けた上記第１実施形態の電力変換装置２０の構成を、冷却器４３０を半導体装置２１の下方に設けるように置き換えたものである。したがって、第２実施形態による電力変換装置４２０のその他の構成は、上記第１実施形態の電力変換装置２０のＹ軸方向（突出方向）およびＺ軸方向（整列方向）を、それぞれ、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に変更した点を除いて同様である。

【0090】

（第２実施形態の効果）
第２実施形態の電力変換装置４２０では、上記のように、整列方向（Ｙ軸方向）から見て互いに異なる外形形状を有するフィン４４１およびフィン４４２を含み、フィン４４１およびフィン４４２の走行方向（Ｘ軸方向）における両端部（Ｘ１側およびＸ２側の端部）には、フィン４４１とフィン４４２とが整列方向に対向する重なり領域Ｓ４１を挟むように、フィン４４１とフィン４４２とが整列方向に対向しない非重なり領域Ｓ４２が形成されている。これにより、第１実施形態の電力変換装置２０と同様に、フィン４４０間の走行風の流路抵抗を低下させることができる。その結果、フィン４４０間の走行風の流路抵抗が低下した分だけ、走行風の流速の低下を抑制し、冷却器４３０の冷却性能を改善することができる。

【0091】

また、第２実施形態の電力変換装置４２０では、上記のように、冷却器４３０は、鉄道車両４１０の床下空間に設置されるとともに、冷却器４３０に設けられた複数のフィン４４０は、鉄道車両４１０の下方（Ｚ１方向）に向かって突出している。これにより、半導体装置２１の下方に冷却器４３０を設置するための空間が十分にある場合に、走行風の流速の低下を抑制することにより冷却性能を改善することができる冷却器４３０を容易に設置することができる。

【0092】

なお、第２実施形態のその他の効果については、上記第１実施形態と同様である。

【0093】

［第３実施形態］
次に、図１４および図１５を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記第１実施形態の冷却器３０と同様の構成と、上記第２実施形態の冷却器４３０と同様の構成とを共に備える冷却器５３０の例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態および上記第２実施形態と同様の構成には、同一の符号を付している。

【0094】

本発明の第３実施形態による鉄道車両５１０用の電力変換装置５２０は、図１４および図１５に示すように、半導体装置２１と、複数の冷却器５３０と、を備える。また、図１４に示すように、電力変換装置５２０では、半導体装置２１の側方（Ｙ２方向）および下方（Ｚ１方向）に、複数の冷却器５３０が配置されている。複数の冷却器５３０は、半導体装置２１の側方において、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された、Ｘ１側の冷却器３１およびＸ２側の冷却器３２を含むとともに、半導体装置２１の下方において、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された、Ｘ１側の冷却器４３１およびＸ２側の冷却器４３２を含んでいる。なお、電力変換装置５２０は、特許請求の範囲の「鉄道車両用電力変換装置」の一例である。また、冷却器５３０は、特許請求の範囲の「冷却部」の一例である。

【0095】

なお、第３実施形態による電力変換装置５２０の構成は、冷却器３０を半導体装置２１の側方に設けた上記第１実施形態の電力変換装置２０の構成、および、冷却器４３０を半導体装置２１の下方に設けた上記第２実施形態の電力変換装置４２０の構成を、それぞれ、冷却器５３０として、半導体装置２１の側方および下方に設けたものである。したがって、第３実施形態による電力変換装置５２０の構成は、上記第１実施形態の電力変換装置２０および上記第２実施形態の電力変換装置４２０の構成を兼ねたものとなっている。

【0096】

したがって、第３実施形態の電力変換装置５２０では、上記第１実施形態の電力変換装置２０の効果と、上記第２実施形態の電力変換装置４２０の効果とを兼ね備えたものとなる。すなわち、フィン４０間およびフィン４４０間の走行風の流路抵抗が低下した分だけ、走行風の流速の低下を抑制し、冷却器５３０の冷却性能を改善することができる。その結果、冷却部が半導体装置２１の側方または下方のみに設けられる第１実施形態の電力変換装置２０および第２実施形態の電力変換装置４２０の構成と比較して、冷却器５３０の冷却性能を一層改善することができる。

【0097】

［その他の変形例］
今回開示された実施形態および変形例は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態および変形例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

【0098】

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、車体１１の床下空間１１ａに設置された電力変換装置２０、１２０、２２０、３２０、４２０および５２０に対して本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。たとえば、車体１１の屋根上に設置された電力変換装置に対して、本発明を適用してもよい。

【0099】

また、上記第１〜第３実施形態では、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有するフィン同士の面積が略等しくなるように構成したが、本発明はこれに限らない。本発明では、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有するフィン同士の面積を異ならせてもよい。

【0100】

また、上記第１〜第３実施形態では、走行方向に沿って、所定の間隔で、２台の冷却器が並ぶように構成したが、本発明はこれに限らない。本発明では、走行方向に沿って１台のみを設けてもよいし、３台以上の冷却器を所定の間隔で設けてもよい。

【0101】

また、上記第１〜第３実施形態では、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する２種類のフィンを、２台の冷却器において、同一の組み合わせとするように構成したが、本発明はこれに限らない。本発明では、２台の冷却器において、異なる組み合わせで、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する２種類のフィンを設けてもよい。たとえば、一方の冷却器を上記第１実施形態の冷却器３０に、他方の冷却器を上記第１実施形態の第２変形例の冷却器２３０としてもよい。

【0102】

また、上記第１〜第３実施形態では、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する２種類のフィンを、整列方向から見て、互いに違いに配置するように構成したが、本発明はこれに限らない。本発明では、整列方向から見て、同一の外形形状を有するフィンが隣り合う部分を含むように構成してもよい。つまり、少なくとも整列方向の一部において、同一の外形形状を有するフィンが隣り合う部分があればよく、整列方向の全てにおいて、互いに異なる外形形状を有する２種類のフィンが隣り合う必要はない。

【0103】

また、上記第１〜第３実施形態では、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する２種類のフィンを設けたが、本発明はこれに限らない。本発明では、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する３種類以上のフィンを設けてもよい。

【0104】

また、上記第１〜第３実施形態では、整列方向から見て互いに異なる外形形状を有する２種類のフィン同士を、半導体装置２１側の根元部の長さＷ１が等しく、かつ、２種類のフィンが走行方向にずれていない（走行方向において同一位置）となるように構成したが、本発明はこれに限らない。本発明では、２種類のフィン同士で、根元部の長さが異なってもよいし、走行方向にずれるように構成してもよい。

【0105】

また、上記第１および第３実施形態では、冷却器３１（１３１、２３１、３３１）および冷却器３２（１３２、２３２、３３２）を、半導体装置２１の一方（Ｙ２側）の側面に設けるように構成したが、本発明はこれに限られない。本発明では、冷却器３１（１３１、２３１、３３１）および冷却器３２（１３２、２３２、３３２）を、半導体装置２１の他方（Ｙ１側）の側面に設けてもよい。また、冷却器３１（１３１、２３１、３３１）および冷却器３２（１３２、２３２、３３２）を、半導体装置２１の両側の側面に設けてもよい。

【0106】

また、上記第１〜第３実施形態では、架線２からの電力を利用して走行する架空電車線方式の鉄道車両１０、４１０および５１０の電力変換装置２０、１２０、２２０、３２０、４２０および５２０に本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。走行用のレールとは別に並行して第三の給電用レール（第三軌条）が敷設され、この第三軌条に対して車体１１側に設けられた集電靴（コレクターシュー）が擦って集電する第三軌条方式の鉄道車両１０、４１０および５１０の電力変換装置に対して本発明を適用してもよい。

【0107】

また、上記第１〜第３実施形態では、架線２からの電力を利用して走行する架空電車線方式の鉄道車両１０、４１０および５１０の電力変換装置２０、１２０、２２０、３２０、４２０および５２０に本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。すなわち、ディーゼル機関を直接的な駆動源とする気動車に搭載された機器の冷却や、ディーゼル機関の発電によって誘導電動機１４を回転させる電気式気動車などの鉄道車両１０、４１０および５１０の電力変換装置の冷却に対して、本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0108】

１０、４１０、５１０ 鉄道車両
２０、１２０，２２０、３２０、４２０、５２０ 電力変換装置（鉄道車両用電力変換装置）
２１ 半導体装置（電力変換装置本体）
３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０ 冷却器（冷却部）
３１、１３１、２３１、３３１、４３１、５３１ 冷却器（第１冷却部）
３２、１３２、２３２、３３２、４３２、５３２ 冷却器（第２冷却部）
４０、１４０、２４０、３４０、４４０ フィン
４１、３４１、４４１ フィン（第１フィン）
４２、１４２、２４２、３４２、４４２ フィン（第２フィン）
Ａ１ （第１フィンにおける根元部と走行方向の一方端とがなす）角度
Ａ２ （第２フィンにおける根元部と走行方向の他方端とがなす）角度
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ１２ 突出高さ
Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１ 重なり領域
Ｓ２（Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃ）、Ｓ１２（Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂ、Ｓ１２ｃ）、Ｓ２２（Ｓ２２ａ、Ｓ２２ｂ）、Ｓ３２（Ｓ３２ａ、Ｓ３２ｂ）、Ｓ４２ 非重なり領域
Ｗ１ （重なり領域における）根元部の長さ
Ｗ３、Ｗ１３、Ｗ２３、Ｗ３３ （重なり領域における）先端部の長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】