特許 7027140 電力変換装置及び鉄道車両

(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】

(24)【登録日】2022-02-18

(45)【発行日】2022-03-01

(54)【発明の名称】電力変換装置及び鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20220221BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20220221BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

B60L3/00 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2017232546

(22)【出願日】2017-12-04

(65)【公開番号】P2019103269

(43)【公開日】2019-06-24

【審査請求日】2020-11-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 怜子

【審査官】石坂 知樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２０４３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７１４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０４８５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－００３２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５１３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－９８３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４３２５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｂ６０Ｌ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換部を構成する複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子を第１の面で支持する受熱板と、
前記受熱板に固定され、前記複数の半導体素子の間を仕切る第１仕切り部材と、
前記受熱板とともに前記第１仕切り部材を挟むように配置されたカバーと、
を備え、
前記カバーには、第２溝が形成され、
前記第１仕切り部材は、前記第２溝に嵌合されたことにより前記カバーに固定されている電力変換装置。

【請求項2】

前記受熱板には第１溝が形成され、
前記第１仕切り部材は、前記第１溝に嵌合されたことにより前記受熱板に固定されている請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記カバーにおける前記複数の半導体素子とは反対側に固定された第１電気機器を備える請求項１又は２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記受熱板に固定され、前記複数の半導体素子全体を挟むように配置された一対の第２仕切り部材を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項5】

電力変換部を構成する複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子を第１の面で支持する受熱板と、
前記受熱板に固定され、前記複数の半導体素子の間を仕切る第１仕切り部材と、
前記受熱板に固定され、前記複数の半導体素子全体を挟むように配置された一対の第２仕切り部材と、
前記受熱板の前記第１の面における前記一対の第２仕切り部材の外側に固定された第１電気機器と、
を備える電力変換装置。

【請求項6】

電力変換部を構成する複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子を第１の面で支持する受熱板と、
前記受熱板に固定され、前記複数の半導体素子の間を仕切る第１仕切り部材と、
前記受熱板における前記第１の面とは反対側の第２の面に固定された第２電気機器と、
を備える電力変換装置。

【請求項7】

前記受熱板を冷却液により冷却する放熱部を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記受熱板から突出する突部を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記受熱板を冷却するヒートパイプを備える請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載の電力変換装置を備える鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置及び鉄道車両に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両には、電力変換装置が備えられている場合がある。電力変換装置では、スイッチング動作を行う半導体素子、抵抗器等の電気機器により電力変換部が構成されている。半導体素子のスイッチング動作により、半導体素子から熱が発生する。半導体素子から熱を効果的に放熱させるために、半導体素子を固定した受熱板から放熱させることが検討されている。
半導体素子が故障しても電力変換装置を動作させるために、電力変換装置が複数の半導体素子を並列に備える場合がある。

【0003】

半導体素子が故障すると、故障した半導体素子が飛散する。このため、半導体素子毎に受熱板を用意し、半導体素子間の距離を確保することが好ましい。このように構成すると、故障した半導体素子の影響が他の半導体素子に及びにくくなる。
しかし、半導体素子毎に受熱板を用意すると、複数の受熱板が必要となる。また、受熱板の両面に半導体素子を取付けると、電力変換装置内に半導体素子用に確保すべきスペースが大きくなる。そのため通例では、電力変換装置は、複数の半導体素子を１つの受熱板の第１の面上に取付けて構成されている。

【0004】

しかしながら、上記の電力変換装置では、複数の半導体素子の１つが故障すると、故障した半導体素子が飛散したときに他の半導体素子が損傷する虞がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－０７１４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、受熱板の第１の面上の複数の半導体素子の１つが故障しても他の半導体素子が損傷することを抑えることができる電力変換装置及び鉄道車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の電力変換装置は、複数の半導体素子と、受熱板と、第１仕切り部材と、カバーと、を持つ。前記複数の半導体素子は、電力変換部を構成する。前記受熱板は、前記複数の半導体素子を第１の面で支持する。前記第１仕切り部材は、前記受熱板に固定され、前記複数の半導体素子の間を仕切る。前記カバーは、前記受熱板とともに前記第１仕切り部材を挟むように配置される。前記カバーには、第２溝が形成される。前記第１仕切り部材は、前記第２溝に嵌合されたことにより前記カバーに固定されている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態の鉄道車両を模式的に示す側面図。

【図2】一実施形態の鉄道車両における電力変換部のブロック図。

【図3】一実施形態の鉄道車両における電力変換装置の要部を側面視した断面図。

【図4】図１中のＩＶ－ＩＶ線に相当する断面図である。

【図5】一実施形態の変形例における電力変換装置の要部を側面視した断面図。

【図6】一実施形態の変形例における電力変換装置の要部を側面視した断面図。

【図7】一実施形態の変形例における電力変換装置の要部を側面視した断面図。

【図8】一実施形態の変形例における電力変換装置の要部を側面視した断面図。

【図9】一実施形態の変形例における電力変換装置の要部を側面視した断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態の電力変換装置及び鉄道車両を、図面を参照して説明する。

【0010】

以下、鉄道車両の一実施形態を図１から図９を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の鉄道車両１は、車体１１と、車輪２１と、本実施形態の電力変換装置３１と、制御部７１と、を備えている。
例えば、車体１１は、レール２２が延びる方向に長い直方体状に形成されている。車体１１内には、機械室１２が形成されている。機械室１２内に、電力変換装置３１が設置されている。車体１１の天面には、上方に向かってパンタグラフ１３が設けられている。パンタグラフ１３は、架線１４に架線１４の下方から接触可能になるように配置されている。パンタグラフ１３は、電力変換装置３１に電線４２（図２参照）等により接続されている。
なお、本実施形態では、パンタグラフ１３を介して架線１４から電力変換装置３１に電力供給を行うとして説明を行う。しかし、鉄道車両に搭載された発電機や蓄電装置から電力変換装置３１に電力供給を行ってもよい。

【0011】

車輪２１は、車体１１の幅方向に互いに間隔を空けて配置されている。車輪２１は、レール２２上に配置されている。車輪２１は、台車２３に設けられた回転軸２４周りに回転可能に支持されている。台車２３は、車体１１の底面に固定されている。
回転軸２４には、電動機２５Ａ，２５Ｂが図示しないギアボックス等を介して連結されている。電動機２５Ａ，２５Ｂは、電力変換装置３１に後述する電線４８，４９（図２参照）により接続されている。電動機２５Ａ，２５Ｂは、電力変換装置３１から交流による電力が入力されると、ギアボックス等を介して回転軸２４を回転させる。この例では、電動機２５Ａ，２５Ｂのいずれも回転軸２４を回転させることができる。

【0012】

図１及び図３に示すように、電力変換装置３１は、複数の半導体素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと、受熱板３３と、第１仕切り板（第１仕切り部材）３４Ａ，３４Ｂと、第２仕切り板（第２仕切り部材）３５Ａ，３５Ｂと、カバー３６と、第１電気機器３７Ａと、放熱部３８と、を備えている。
以下では、半導体素子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを、半導体素子３２Ａ～３２Ｃと略して示す場合がある。後述する第１溝５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ等についても同様である。

【0013】

この例では、図２に示すように、半導体素子３２Ａはコンバータを構成し、半導体素子３２Ｂ，３２Ｃはそれぞれインバータを構成する。なお、半導体素子３２Ａ～３２Ｃを含んで、電力変換部４１が構成される。コンバータを構成する半導体素子３２Ａは、パンタグラフ１３から電線４２を介して送られる交流を直流に変換する。インバータを構成する半導体素子３２Ｂ，３２Ｃは、電線４３，４４によりコンバータを構成する半導体素子３２Ａに並列に接続されている。インバータを構成する半導体素子３２Ｂ，３２Ｃは、直流を交流に変換する。
なお、この例では、コンバータやインバータを構成する半導体素子を１つのパッケージで示している。しかし、各相毎や各上下アーム毎等、複数の半導体素子でモジュール（パッケージ）を構成してもよい。

【0014】

電線４３，４４には、開放スイッチ４５，４６がそれぞれ設けられている。開放スイッチ４５は、電線４３を電流が流れる閉状態と、電線４３を電流が流れない開状態と、に切替えることができる。開放スイッチ４６は、開放スイッチ４５と同様に電線４４に対して閉状態と開状態とに切替えることができる。
半導体素子３２Ｂ，３２Ｃには、半導体素子３２Ｂ，３２Ｃが変換した交流の電流値を検出する電流センサが取付けられていることが好ましい。電流センサは、半導体素子３２Ｂ，３２Ｃが故障したか否かを検出するために用いられる。ただし、半導体素子３２Ｂ，３２Ｃの故障を検出するセンサは、これに限られない。
電流センサは、検出結果を定期的に制御部７１に送信する。

【0015】

半導体素子３２Ｂと電動機２５Ａとは、電線４８により接続されている。半導体素子３２Ｃと電動機２５Ｂとは、電線４９により接続されている。
なお、電力変換装置３１が駆動する電動機の数は特に限定されず、２つでもよいし、４つ以上でもよい。例えば、電力変換装置３１が誘導電動機を駆動するときは、インバータを構成する半導体素子で複数の誘導電動機を駆動してもよい。また、電力変換装置３１が同期電動機を駆動するときは、同期電動機と同数のインバータを構成する半導体素子を設けて駆動してもよい。

【0016】

図４に示すように、例えば、受熱板３３は厚さ方向に見た正面視において矩形状に形成されている。図３及び図４に示すように、受熱板３３内には、流路５２が形成されている。流路５２は、正面視における受熱板３３の中央部に形成されている。流路５２は、受熱板３３の長手方向に沿って延びている。なお、正面視において、流路５２の入口及び出口の幅は、流路５２の長手方向の中央部の幅よりも狭いことが好ましい。例えば、受熱板３３は、長手方向が上下方向に沿うように配置されている。
流路５２内には、図示しないコルゲートフィン等の伝熱促進部材が配置されている。伝熱促進部材は、流路５２の内面に固定されている。

【0017】

受熱板３３の第１の面３３ａには、第１溝５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄが形成されている。第１溝５３Ａ～５３Ｄは、受熱板３３の幅方向に延びるとともに、受熱板３３の長手方向に互いに間隔を空けて配置されている。第１溝５３Ａ～５３Ｄは、受熱板３３の長手方向に沿って、この順で並べて配置されている。第１溝５３Ａ～５３Ｄは、受熱板３３の幅方向の各端部に達していない。第１溝５３Ａ～５３Ｄは、受熱板３３内の流路５２に達していない（図３参照）。
受熱板３３の四隅には、貫通孔５４がそれぞれ形成されている。貫通孔５４は、受熱板３３を厚さ方向に貫通している。受熱板３３の正面視において、貫通孔５４は流路５２の外側に配置されている。
受熱板３３は、熱伝導率の大きいアルミニウムや銅等の金属で形成されている。受熱板３３をアルミニウムで形成すると、受熱板３３をより軽くすることができる。

【0018】

受熱板３３の第１の面３３ａにおける第１溝５３Ａと第１溝５３Ｂとの間の部分に、半導体素子３２Ａが支持されている。例えば、半導体素子３２Ａは伝熱性を有するグリースを介して受熱板３３の第１の面３３ａに固定されている。
同様に、受熱板３３の第１の面３３ａにおける第１溝５３Ｂと第１溝５３Ｃとの間の部分に、半導体素子３２Ｂが支持されている。受熱板３３の第１の面３３ａにおける第１溝５３Ｃと第１溝５３Ｄとの間の部分に、半導体素子３２Ｃが支持されている。半導体素子３２Ａ～３２Ｃは、受熱板３３の長手方向に沿って、この順で並べて配置されている。
半導体素子３２Ａ～３２Ｃは、正面視において流路５２が形成された範囲内に配置されていることが好ましい。

【0019】

図３に示すように、カバー３６は、受熱板３３と同様の板状に形成されている。カバー３６は、受熱板３３の第１の面３３ａに対向し、かつ受熱板３３に平行になるように配置されている。カバー３６は、受熱板３３とともに第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂ及び第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂを挟むように配置されている。
カバー３６における受熱板３３の第１の面３３ａに対向する第１の面３６ａには、第２溝５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄが形成されている。第２溝５６Ａ～５６Ｄは、第１溝５３Ａ～５３Ｄと同様に形成され、第１溝５３Ａ～５３Ｄにそれぞれ対向するように配置されている。
カバー３６の四隅には、貫通孔５７がそれぞれ形成されている。

【0020】

第２仕切り板３５Ａは、受熱板３３の第１溝５３Ａ及びカバー３６の第２溝５６Ａにそれぞれ嵌合されたことにより受熱板３３及びカバー３６に固定されている。同様に、第１仕切り板３４Ａは、受熱板３３の第１溝５３Ｂ及びカバー３６の第２溝５６Ｂにそれぞれ嵌合されたことにより受熱板３３及びカバー３６に固定されている。第１仕切り板３４Ｂは、受熱板３３の第１溝５３Ｃ及びカバー３６の第２溝５６Ｃにそれぞれ嵌合されたことにより受熱板３３及びカバー３６に固定されている。第２仕切り板３５Ｂは、受熱板３３の第１溝５３Ｄ及びカバー３６の第２溝５６Ｄにそれぞれ嵌合されたことにより受熱板３３及びカバー３６に固定されている。

【0021】

第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂ及び第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂは、受熱板３３の第１の面３３ａ及びカバー３６の第１の面３６ａにそれぞれ配置されている。第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂ及び第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂは、それぞれの厚さ方向が受熱板３３の長手方向になるように配置されている。
第１仕切り板３４Ａは、半導体素子３２Ａと半導体素子３２Ｂとの間を仕切っている。同様に、第１仕切り板３４Ｂは、半導体素子３２Ｂと半導体素子３２Ｃとの間を仕切っている。一対の第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂは、半導体素子３２Ａ～３２Ｃ全体を受熱板３３の長手方向に挟むように配置されている。

【0022】

第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂ及び第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂを形成する材料は、アルミニウム等の金属や樹脂等、特に限定されない。カバー３６を形成する材料も、同様である。カバー３６は、電気的な絶縁性を有する材料で形成してもよい。

【0023】

受熱板３３及びカバー３６は、ボルト５９及びナット６０により互いに固定されている。具体的には、ボルト５９が、カバー３６の貫通孔５７及び受熱板３３の貫通孔５４にそれぞれ挿入されている。受熱板３３におけるカバー３６とは反対側に突出したボルト５９に、ナット６０が嵌め合っている。ボルト５９及びナット６０により、第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂ、第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂを間に挟んだ受熱板３３及びカバー３６を受熱板３３が、厚さ方向に挟み込まれている。
なお、受熱板３３、カバー３６、及び第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂにより、受熱板３３の幅方向に形成された開口を塞ぐように、第２仕切り板を設けてもよい。

【0024】

第１電気機器３７Ａは、カバー３６における半導体素子３２Ａ～３２Ｃとは反対側の第２の面３６ｂに固定されている。例えば、第１電気機器３７Ａは、半導体素子３２Ａ～３２Ｃの駆動ための回路である。第１電気機器３７Ａは、半導体素子３２Ａ～３２Ｃに電気的に接続され、半導体素子３２Ａ～３２Ｃを制御する。

【0025】

放熱部３８は、受熱板３３を水等の冷却液により冷却する。図１に示すように、放熱部３８は、熱交換器６３と、配管６４と、ブロア（送風機）６５と、ポンプ６６と、を有している。
熱交換器６３には、フィンチューブ型等の任意の熱交換器が用いられる。熱交換器６３は、受熱板３３の流路５２内を流れた冷却液を放熱させる。配管６４は、受熱板３３の流路５２及び熱交換器６３に順次接続されている。配管６４には、冷却液を蓄えるためのタンク６８が設けられていることが好ましい。
ブロア６５には、ターボファンやシロッコファン等の任意のファンが用いられる。ブロア６５は、熱交換器６３に対向するように配置され、熱交換器６３に空気を流す。ポンプ６６は、配管６４に冷却液を流す。
このように、電力変換装置３１では、いわゆる循環式液冷方式の放熱部３８により受熱板３３が冷却される。

【0026】

制御部７１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等を有している。制御部７１は、鉄道車両１全体の制御を行う。制御部７１には、開放スイッチ４５，４６、ブロア６５、及びポンプ６６等が接続されている。制御部７１は、電流センサから送信された電流値に基づいて、半導体素子３２Ｂ，３２Ｃが故障したか否かを判断する。

【0027】

次に、以上のように構成された鉄道車両１の動作について説明する。なお、初期状態では、開放スイッチ４５，４６は閉状態になっている。
架線１４からパンタグラフ１３、電線４２を介して電力変換装置３１の半導体素子３２Ａに交流が供給されると、第１電気機器３７Ａは半導体素子３２Ａ～３２Ｃを駆動する。半導体素子３２Ａは、交流を直流に変換する。変換された直流は、電線４３，４４を通して半導体素子３２Ｂ，３２Ｃにそれぞれ供給される。半導体素子３２Ｂは、直流を交流に変換し、変換した交流を電動機２５Ａに供給する。電動機２５Ａは、ギアボックス等を介して回転軸２４を回転させる。レール２２上で車輪２１が回転する。
同様に、半導体素子３２Ｃが変換した交流により、電動機２５Ｂが車輪２１を回転させる。このように、電動機２５Ａ，２５Ｂの駆動力により、鉄道車両１が走行する。
電流センサは、半導体素子３２Ｂ，３２Ｃが変換した交流の電流値を、定期的に制御部７１に送信する。

【0028】

半導体素子３２Ａ～３２Ｃは、電力変換をするときに熱を発する。制御部７１は、ブロア６５及びポンプ６６を駆動する。
半導体素子３２Ａ～３２Ｃが発した熱は、受熱板３３及び伝熱促進部材を介して流路５２内の冷却液に伝達される。冷却液に熱が伝達されると、半導体素子３２Ａ～３２Ｃが冷却される。
流路５２内で加熱された冷却液は、ポンプ６６により配管６４内を流れ、熱交換器６３内に流れ込む。ブロア６５が機械室１２内の空気を熱交換器６３に流すことにより、冷却液の熱が熱交換器６３を介して空気に伝達される。こうして、機械室１２内の空気が加熱され、熱交換器６３内の冷却液が冷却される。熱交換器６３内で冷却された冷却液は、配管６４内を流れて再び受熱板３３の流路５２内に流れ込む。
なお、配管６４内を流れる冷却液の量が減少した場合は、冷却液がタンク６８内から配管６４内に供給される。

【0029】

例えば、鉄道車両１が走行している間に、半導体素子３２Ｃが故障したとする。故障した半導体素子３２Ｃは飛散するが、電力変換装置３１が第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂを備えるため、飛散して半導体素子３２Ａ，３２Ｂ側に向かった半導体素子３２Ｃが第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂにより遮られる。
また、電力変換装置３１が第２仕切り板３５Ｂを備えるため、飛散して半導体素子３２Ａ，３２Ｂとは反対側に向かった半導体素子３２Ｃが第２仕切り板３５Ｂにより遮られる。

【0030】

半導体素子３２Ｃが故障すると、半導体素子３２Ｃが変換した電流値が少なくなる。制御部７１は、電流センサが送信した電流値から、半導体素子３２Ｃが故障したと判断する。制御部７１は、開放スイッチ４６を開状態にし、半導体素子３２Ｃ及び電動機２５Ｂを制御対象から切り離す。
ただし、半導体素子３２Ｂが変換した交流により車輪２１が回転するため、鉄道車両１は走行を続ける。

【0031】

以上説明したように、本実施形態の電力変換装置３１によれば、故障して飛散した半導体素子３２Ｃが半導体素子３２Ａ，３２Ｂ側に向かったとしても、半導体素子３２Ｃは第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂにより遮られる。従って、受熱板３３の第１の面３３ａ上の半導体素子３２Ｃが故障しても半導体素子３２Ａ，３２Ｂが損傷することを抑えることができる。１枚の受熱板３３に複数の半導体素子３２Ａ～３２Ｃを固定することで、電力変換装置３１を小型化することができる。
第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂは、受熱板３３に形成された第１溝５３Ｂ，５３Ｃに嵌合されたことにより受熱板３３に固定されている。このため、受熱板３３のうち第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂを固定したい部分に流路５２が形成されていても、その部分に貫通孔を形成して流路５２に支障が生じることなく、受熱板３３に第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂを固定することができる。

【0032】

電力変換装置３１がカバー３６を備え、第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂはカバー３６に形成された第２溝５６Ｂ，５６Ｃに嵌合されたことによりカバー３６に固定されている。第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂを挟むように配置された受熱板３３及びカバー３６により第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂが固定されているため、受熱板３３及びカバー３６に第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂをより確実に固定することができる。カバー３６を用いて、第１電気機器３７Ａを段積みすることができる。
第１電気機器３７Ａは、カバー３６の第２の面３６ｂに固定されている。故障して飛散した半導体素子３２Ｃが第１電気機器３７Ａ側に向かったとしても、半導体素子３２Ｃはカバー３６により遮られる。従って、半導体素子３２Ｃが故障しても第１電気機器３７Ａが損傷することを抑えることができる。

【0033】

電力変換装置３１が、第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂを備える。故障して飛散した半導体素子３２Ｃが第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂの外側に向かったとしても、半導体素子３２Ｃは第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂにより遮られる。従って、半導体素子３２Ｃが故障しても第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂの外側に配置された部品等が損傷することを抑えることができる。
電力変換装置３１が、受熱板３３を冷却液により冷却する放熱部３８を備える。空気等の気体による冷却に比べて電熱性能が比較的高い冷却液により、受熱板３３を効率的に冷却することができる。

【0034】

また、本実施形態の鉄道車両１によれば、受熱板３３の第１の面３３ａ上の半導体素子３２Ｃが故障しても半導体素子３２Ａ，３２Ｂが損傷することを抑えた電力変換装置３１を用いて鉄道車両１を構成することができる。
なお、電力変換装置３１は、第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂ、カバー３６、第１電気機器３７Ａ、及び放熱部３８を備えなくてもよい。

【0035】

本実施形態の電力変換装置３１は、以下に説明するようにその構成を様々に変形させることができる。
図５に示す電力変換装置７６のように、電力変換装置３１の各構成に加えて、受熱板３３における第１の面３３ａとは反対側の第２の面３３ｂに固定された第２電気機器３７Ｂを備えてもよい。例えば、第２電気機器３７Ｂは抵抗器であり、半導体素子３２Ａ～３２Ｃに電気的に接続されている。
このように構成された変形例の電力変換装置７６では、故障して飛散した半導体素子３２Ｃが第２電気機器３７Ｂ側に向かったとしても、半導体素子３２Ｃは受熱板３３により遮られる。従って、半導体素子３２Ｃが故障しても第２電気機器３７Ｂが損傷することを抑えることができる。

【0036】

図６に示す電力変換装置８１のように、電力変換装置７６の各構成において、第１電気機器３７Ａが受熱板３３の第１の面３３ａに固定されてもよい。この変形例では、受熱板３３は、半導体素子３２Ａに対する半導体素子３２Ｃ側に長く形成されている。
第１電気機器３７Ａは、半導体素子３２Ｃに対する半導体素子３２Ｂとは反対側、すなわち、第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂの外側に配置されている。第１電気機器３７Ａと半導体素子３２Ｃとは、第２仕切り板３５Ｂにより仕切られている。
このように構成された変形例の電力変換装置８１では、故障して飛散した半導体素子３２Ｃが第１電気機器３７Ａ側に向かったとしても、半導体素子３２Ｃは第２仕切り板３５Ｂにより遮られる。従って、半導体素子３２Ｃが故障しても第１電気機器３７Ａが損傷することを抑えることができる。また、受熱板３３の第１の面３３ａに、半導体素子３２Ａ～３２Ｃだけでなく第１電気機器３７Ａも配置することができる。

【0037】

図７に示す電力変換装置８６のように、電力変換装置８１の第２電気機器３７Ｂを受熱板３３の第１の面３３ａに固定してもよい。この変形例では、第２電気機器３７Ｂは、第１電気機器３７Ａに対する半導体素子３２Ｃとは反対側に配置されている。
このように構成された変形例の電力変換装置８６では、故障して飛散した半導体素子３２Ｃが電気機器３７Ａ，３７Ｂ側に向かったとしても、半導体素子３２Ｃは第２仕切り板３５Ｂにより遮られる。従って、半導体素子３２Ｃが故障しても電気機器３７Ａ，３７Ｂが損傷することを抑えることができる。また、半導体素子３２Ａ～３２Ｃ及び電気機器３７Ａ，３７Ｂ（電力変換装置８６）を、受熱板３３の厚さ方向に薄く配置することができる。

【0038】

図８に示す電力変換装置９１のように、電力変換装置３１の放熱部３８に代えて、複数のフィン部材（突部）９２を備えてもよい。複数のフィン部材９２及び受熱板３３で、放熱フィン式の放熱部９３が構成される。複数のフィン部材９２は、受熱板３３の第２の面３３ｂから受熱板３３の厚さ方向に突出している。複数のフィン部材９２は、受熱板３３の長手方向に沿って上下方向に延びていることが好ましい。受熱板３３の幅方向に互いに間隔を空けて配置されている。
なお、受熱板３３に設けられるフィン部材９２の数に制限はなく、フィン部材９２の数は１つでもよい。

【0039】

このように構成された変形例の電力変換装置９１では、半導体素子３２Ａ～３２Ｃが発した熱は、受熱板３３及び複数のフィン部材９２を介して放熱部９３の近傍の空気に伝達される。空気に熱が伝達されると、半導体素子３２Ａ～３２Ｃが冷却される。
放熱部９３により加熱された空気は、膨張して密度が低くなる。密度が低くなった空気は、受熱板３３の幅方向に隣り合うフィン部材９２の間等を通って上方に移動する。放熱部９３は、いわゆる自然対流方式により冷却される。
このように構成された変形例の電力変換装置９１では、放熱部９３に冷却液を用いないため、放熱部９３を小型化することができる。
なお、電力変換装置９１が、放熱部９３に空気を流すブロア９４を備えてもよい。例えば、ブロア９４は、複数のフィン部材９２に沿って上方に向かって空気を流す。この場合、放熱部９３は、いわゆる強制対流方式により冷却され、自然対流方式に比べて冷却性能が向上する。

【0040】

図９に示す電力変換装置９６のように、電力変換装置３１の放熱部３８に代えて、受熱板３３を冷却するヒートパイプ９７を備えてもよい。例えば、ヒートパイプ９７は、上下方向に延びるように配置されている。ヒートパイプ９７の下端部が、受熱板３３の第２の面３３ｂに固定されている。ヒートパイプ９７の上端部には、複数のフィン部材９８が固定されていることが好ましい。ヒートパイプ９７内には、代替フロン等の作動液が封入されている。

【0041】

このように構成された変形例の電力変換装置９６では、半導体素子３２Ａ～３２Ｃが発した熱は、受熱板３３を介してヒートパイプ９７の下端部に伝達される。ヒートパイプ９７に熱が伝達されると、半導体素子３２Ａ～３２Ｃが冷却される。
ヒートパイプ９７の下端部内の作動液は、伝達された熱により気化して作動ガスとなる。作動ガスは、密度が低くなってヒートパイプ９７の上端部内に移動する。ヒートパイプ９７の上端部内に移動した作動ガスは、複数のフィン部材９８により熱が奪われる。熱が奪われた作動ガスは、液化して作動液になる。作動液は、密度が高くなってヒートパイプ９７の下端部内に移動する。
このように、ヒートパイプ９７の作動液の気化熱を利用して、半導体素子３２Ａ～３２Ｃを効率的に冷却することができる。

【0042】

なお、変形例の電力変換装置９６では、ヒートパイプ９７に代えて、圧縮機により高温かつ高圧にした作動ガスを絞り膨張させて冷却する放熱部を備えてもよい。

【0043】

なお、本実施形態では、第１仕切り板３４Ａは、受熱板３３に形成された第１溝５３Ｂに嵌合されたことにより受熱板３３に固定されているとした。しかし、第１仕切り板３４Ａは、受熱板３３のうち正面視において流路５２が形成されていない部分に設けられた貫通孔に、ボルト等により受熱板３３に固定されているとしてもよい。この場合、受熱板３３に第１溝５３Ｂは形成されない。第１仕切り板３４Ｂについても同様である。
第１仕切り部材が第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂであり、第２仕切り部材が第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂであるとした。しかし、第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂ及び第２仕切り板３５Ａ，３５Ｂの形状は、板状に限定されず、ブロック状等でもよい。

【0044】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第１仕切り板３４Ａ，３４Ｂを持つことにより、受熱板３３の第１の面３３ａ上の半導体素子３２Ａ～３２Ｃの１つが故障しても他の半導体素子が損傷することを抑えることができる。

【0045】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0046】

１…鉄道車両、３１，７６，８１，８６，９１，９６…電力変換装置、３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…半導体素子、３３…受熱板、３３ａ…第１の面、３３ｂ…第２の面、３４Ａ，３４Ｂ…第１仕切り板（第１仕切り部材）、３５Ａ，３５Ｂ…第２仕切り板（第２仕切り部材）、３６…カバー、３７Ａ…第１電気機器、３７Ｂ…第２電気機器、３８…放熱部、４１…電力変換部、５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ…第１溝、５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄ…第２溝、９２…フィン部材（突部）、９７…ヒートパイプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】