特許 7086699 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】2022-06-10

(45)【発行日】2022-06-20

(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】

   B61C 17/00 20060101AFI20220613BHJP

   H01L 23/467 20060101ALI20220613BHJP

【ＦＩ】

B61C17/00 E

H01L23/46 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018085756

(22)【出願日】2018-04-26

(65)【公開番号】P2019189110

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-03-05

(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】月成 勇起

(72)【発明者】

【氏名】藤原 伸人

【審査官】川村 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０３９４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３４７３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５１８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３１１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０９２８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１５８９３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６１Ｃ １７／００

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両を駆動する電力を出力可能な半導体素子と、
前記半導体素子に接続された受風部と、
前記受風部に対して、前記鉄道車両の走行想定方向及び上下方向に直交する直交方向のいずれか一方側、又は下方である配置向きに前記受風部に接合した状態で配置されるとともに、前記走行想定方向の両端部のうち、前記受風部の中央部寄りの端部を第１端部とし、前記第１端部とは反対側の端部を第２端部とする一対の導風ガイドと、
前記一対の導風ガイドの前記第２端部から前記配置向きに向かってそれぞれ延びる一対の鍔部と、
を備え、
前記受風部の前記走行想定方向の両端部における前記配置向きの端部には、前記配置向きとは反対の向きに向かって切り欠かれた切欠きがそれぞれ形成され、
前記一対の導風ガイドは、前記受風部のうち前記切欠きにおける前記配置向きとは反対の向きの底部にそれぞれ接合されている電力変換装置。

【請求項2】

鉄道車両を駆動する電力を出力可能な半導体素子と、
前記半導体素子に接続された受風部と、
前記受風部に対して、前記鉄道車両の走行想定方向及び上下方向に直交する直交方向のいずれか一方側、又は下方である配置向きに前記受風部に接合した状態で配置されるとともに、前記走行想定方向の両端部のうち、前記受風部の中央部寄りの端部を第１端部とし、前記第１端部とは反対側の端部を第２端部とする一対の導風ガイドと、
前記一対の導風ガイドの前記第２端部から前記配置向きに向かってそれぞれ延びる一対の鍔部と、
を備え、
前記一対の鍔部の少なくとも一方の前記走行想定方向の端は、前記走行想定方向において、前記受風部の端に一致しているか、前記受風部の端よりも前記受風部の中央部寄りの位置に配置されている電力変換装置。

【請求項3】

鉄道車両を駆動する電力を出力可能な半導体素子と、
前記半導体素子に接続された受風部と、
前記受風部に対して、前記鉄道車両の走行想定方向及び上下方向に直交する直交方向のいずれか一方側、又は下方である配置向きに前記受風部に接合した状態で配置されるとともに、前記走行想定方向の両端部のうち、前記受風部の中央部寄りの端部を第１端部とし、前記第１端部とは反対側の端部を第２端部とする一対の導風ガイドと、
前記一対の導風ガイドの前記第２端部から前記配置向きに向かってそれぞれ延びる一対の鍔部と、
前記一対の導風ガイドの前記第１端部から前記走行想定方向に沿って、かつ前記一対の導風ガイドの前記第２端部とは反対側に向かってそれぞれ延びる一対の整風部と、
を備える電力変換装置。

【請求項4】

前記一対の導風ガイドの前記第１端部同士は、前記走行想定方向に離間している、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】

請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置が取付けられる車体と、
を備え、
前記一対の鍔部は、前記車体の艤装限界に対して前記配置向きに一致しているか、前記艤装限界に対して前記配置向きとは反対の向きの範囲内にそれぞれ配置されている、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、架線から供給される電力を所望の電力に変換して主電動機等の駆動を制御する電力変換装置が搭載されている。この種の電力変換装置は、半導体素子と、半導体素子を冷却する冷却器と、を持つ。
上述した冷却器は、ポンプ等を用いた強制循環液冷方式やファン等を用いた強制空冷方式、走行風を用いた走行風自然空冷式に大別される。近時では、低騒音化や省エネ化、メンテナンスフリーの観点から、走行風自然空冷式が主流である。

【0003】

走行風自然空冷式の冷却器は、受熱ブロックと、複数のフィン（受風部）と、を持つ。受熱ブロックには、半導体素子が搭載されている。各フィンは、受熱ブロックに接続されている。各フィンは、車両前後方向に沿って互いに平行に延在している。従って、隣り合うフィン同士の間には、鉄道車両の走行時において、走行風が流通する流通路が形成される。走行風は、流通路内を通過する際にフィンとの間で熱交換を行う。これにより、半導体素子で発生する熱がフィンを介して放熱される。

【0004】

上述した従来の電力変換装置において、流通路内では、走行風が通過する際の圧力損失が大きい。そのため、鉄道車両における走行想定方向の前方から流通路内に流入する走行風が、流通路内における走行想定方向の後側端部まで到達せずに流通路から流出するおそれがある。

【0005】

また、一般的に電力変換装置は、鉄道車両の車体の外部に取付けられるため、鉄道車両が走行しているときに軌道のバラスト等が当たり、電力変換装置が変形する場合がある。このとき、電力変換装置の流通路が変形して、電力変換装置の冷却性能が低下するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００６－２２４７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、受風部に対して走行風を効果的に供給し、受風部の冷却性能及び強度を確保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】

【0008】

実施形態の電力変換装置は、半導体素子と、受風部と、一対の導風ガイドと、一対の鍔部と、を持つ。前記半導体素子は、鉄道車両を駆動する電力を出力可能である。前記受風部は、前記半導体素子に接続されている。前記一対の導風ガイドは、前記受風部に対して、前記鉄道車両の走行想定方向及び上下方向に直交する直交方向のいずれか一方側、又は下方である配置向きに前記受風部に接合した状態で配置されるとともに、前記走行想定方向の両端部のうち、前記受風部の中央部寄りの端部を第１端部とし、前記第１端部とは反対側の端部を第２端部とする。前記一対の鍔部は、前記一対の導風ガイドの前記第２端部から前記配置向きに向かってそれぞれ延びる。前記受風部の前記走行想定方向の両端部における前記配置向きの端部には、前記配置向きとは反対の向きに向かって切り欠かれた切欠きがそれぞれ形成される。前記一対の導風ガイドは、前記受風部のうち前記切欠きにおける前記配置向きとは反対の向きの底部にそれぞれ接合されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態の鉄道車両を示す概略側面図。

【図2】一実施形態の電力変換装置を示す断面図。

【図3】一実施形態の変形例の電力変換装置を示す断面図。

【図4】一実施形態の変形例の電力変換装置を示す断面図。

【図5】一実施形態の変形例の電力変換装置を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

図１は、鉄道車両１の概略側面図である。
図１に示すように、本実施形態の鉄道車両１は、車体２と、台車３と、本実施形態の電力変換装置４と、を持つ。
なお、本実施形態では、鉄道車両１の走行想定方向Ｘ及び上下方向Ｚにそれぞれ直交する方向は、鉄道車両１の幅方向（直交方向）Ｙに一致している。電力変換装置４を車体２に取付けた場合には、走行想定方向Ｘは鉄道車両１の走行方向となる。走行想定方向Ｘは、鉄道車両１の前後方向に一致している。
走行想定方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び上下方向Ｚは、Ｘ，Ｙ，Ｚの直交座標系を構成する。

【0012】

車体２は、走行想定方向Ｘに長い直方体形状に形成されている。車体２の内部には、乗客を収容可能な空間が形成されている。車体２の天井には、上方Ｚ１に向かってパンタグラフ６が突設されている。パンタグラフ６は、架線５に接触可能である。
なお、上方Ｚ１、及び後述する下方Ｚ２は、上下方向Ｚの一方側であり、後述する前方Ｘ１及び後方Ｘ２は、走行想定方向Ｘの一方側である。上方Ｚ１、下方Ｚ２、前方Ｘ１、及び後方Ｘ２の符号は、図中には示していない。

【0013】

台車３は、例えば空気ばね等の台車ばね７を介して車体２の床下における走行想定方向Ｘの両端部にそれぞれ取付けられている（一方の台車３は不図示）。台車３の走行想定方向Ｘの両端部には、幅方向Ｙに延びる一対の車軸１１が回転可能に支持されている。これら車軸１１の幅方向Ｙの両端部には、車輪１２がそれぞれ取付けられている（一方の車輪１２は不図示）。台車３には、各車軸１１をそれぞれ回転させる主電動機１３が搭載されている。
電力変換装置４は、車体２の床下において一対の台車３の間に位置する部分に搭載されている。

【0014】

図２は、電力変換装置４の断面図である。電力変換装置４は、鉄道車両１の外部から供給される電力を変換する。
電力変換装置４は、半導体素子２１と、半導体素子２１を収容する筐体２２と、半導体素子２１を冷却する冷却器２３と、を持つ。
筐体２２は、直方体の箱状に形成されている。筐体２２は、上部に設けられた図示しない取付け片を介して、車体２の床下に連結されている（図１参照）。

【0015】

半導体素子２１は、鉄道車両１を駆動する電力を出力可能に構成されている。具体的に、半導体素子２１は、架線５及びパンタグラフ６を介して直流電力が入力されるとともに、直流電力を交流電力に変換して主電動機１３等に供給する。半導体素子２１は、図示しない制御部等とともに電力変換ユニットを構成している。電力変換ユニットは、上述した筐体２２内にまとめて収容されている。なお、制御部は、半導体素子２１との間でスイッチング信号を送受信する。

【0016】

冷却器２３は、半導体素子２１で発生する熱を放熱するヒートシンク３１と、ヒートシンク３１に接合されたディフューザ３２と、を持つ。
ヒートシンク３１は、アルミニウム等の熱伝導率が高い材料により形成されている。ヒートシンク３１は、一部が筐体２２の底壁部２２ａから下方（配置向き）Ｚ２に向かって突出した状態で、底壁部２２ａを上下方向Ｚに貫通している。また、ヒートシンク３１は、受熱ブロック４１と、受風部４２と、を持つ。

【0017】

受熱ブロック４１は、底壁部２２ａに対して上方Ｚ１（配置向きとは反対の向き）に向かって突出している。すなわち、受熱ブロック４１は筐体２２の内部に位置している。受熱ブロック４１の上部に、上述した半導体素子２１が搭載されている。受熱ブロック４１は、半導体素子２１に接続されている。
本実施形態では、受熱ブロック４１の上部に、３つの半導体素子２１が走行想定方向Ｘに互いに間隔をあけて配置されている。

【0018】

受風部４２は、底壁部２２ａに対して下方Ｚ２に向かって突出している。すなわち、受風部４２は筐体２２の外部に位置している。受風部４２は、鉄道車両１の走行に伴い、主に走行想定方向Ｘに流れる走行風を受ける。

【0019】

受風部４２は複数のフィン４３を備えている（図２では１つのフィン４３のみ示している）。フィン４３は、幅方向Ｙを厚さ方向とする薄板状に形成されている。フィン４３は、幅方向Ｙに見たときに矩形状を呈している。
フィン４３は、受熱ブロック４１の下端面から下方Ｚ２に向かって突設されている。各フィン４３は、受熱ブロック４１の下端面において、幅方向Ｙに互いに間隔をあけて並設されている。各フィン４３は、走行想定方向Ｘに沿って互いに平行に延在している。
受風部４２の走行想定方向Ｘの両端部における下端部には、上方Ｚ１に向かって切り欠かれた切欠き４４がそれぞれ形成されている。より具体的には、一対の切欠き４４はフィン４３に形成されている。切欠き４４は、幅方向Ｙに見たときに矩形状を呈している。一対の切欠き４４は、受風部４２における走行想定方向Ｘの各端に達している。

【0020】

一対の切欠き４４は、走行想定方向Ｘに離間している。フィン４３における一対の切欠き４４により走行想定方向Ｘに挟まれた部分には、フィン４３における残りの部分よりも下方Ｚ２の突出した突出部４３ａが形成されている。
幅方向Ｙで隣り合うフィン４３同士の間には、走行風が通過する通風路Ｒが形成される。通風路Ｒは、走行想定方向Ｘの両側及び下方Ｚ２に向かって開放されている。

【0021】

ディフューザ３２は、受風部４２の一対の切欠き４４内にそれぞれ配置されている。また、一対のディフューザ３２は、受風部４２にそれぞれ接合されている。
なお、各ディフューザ３２は、受風部４２における走行想定方向Ｘの中央部を通りＹＺ平面に沿って延びる図示しない対称面に対して面対称に形成されている。従って、各ディフューザ３２に同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、以下の説明では、走行想定方向Ｘにおいて、受風部４２の中央部に近づく向きを走行想定方向Ｘの内側といい、受風部４２の中央部から離間する向きを走行想定方向Ｘの外側という場合がある。

【0022】

各ディフューザ３２は、走行想定方向Ｘにおいて中央の大部分を占める導風ガイド６１と、導風ガイド６１における走行想定方向Ｘの外側端部（第２端部）に配置された鍔部６２と、導風ガイド６１における走行想定方向Ｘの内側端部（第１端部）に配置された整風部６３と、を持つ。各ディフューザ３２では、導風ガイド６１、鍔部６２、及び整風部６３が一体に成形されている。

【0023】

導風ガイド６１は、上下方向Ｚを厚さ方向として走行想定方向Ｘに沿って延びる板状に形成されている。具体的に、導風ガイド６１は、走行想定方向Ｘの内側から外側に向かうに従い漸次、下方Ｚ２に向かって傾斜している。すなわち、導風ガイド６１では、受風部４２のうち切欠き４４における上方Ｚ１の底部との間の上下方向Ｚにおける距離が、走行想定方向Ｘの内側端部から外側端部に向かうに従い漸次増加している。なお、導風ガイド６１は、走行想定方向Ｘの全域にわたって、受風部４２のうち切欠き４４における上方Ｚ１の底部との間の上下方向Ｚにおける距離が一定でもよい。

【0024】

導風ガイド６１の走行想定方向Ｘの外側の端は、受風部４２における走行想定方向Ｘの外側の端に走行想定方向Ｘにおいて一致している。一対の導風ガイド６１の走行想定方向Ｘの内側端部同士は、走行想定方向Ｘに離間している。
導風ガイド６１は、受風部４２に対する下方Ｚ２であって、切欠き４４内に配置されている。導風ガイド６１の走行想定方向Ｘの内側端部は、受風部４２のうち切欠き４４における上方Ｚ１の底部に、溶接やロウ付け等により接合されている。導風ガイド６１の走行想定方向Ｘの外側端部は、受風部４２のうち切欠き４４における上方Ｚ１の底部から下方Ｚ２に離間している。

【0025】

鍔部６２は、走行想定方向Ｘを厚さ方向として上下方向Ｚに沿って延びる板状に形成されている。鍔部６２は、各導風ガイド６１における走行想定方向Ｘの外側端部から下方Ｚ２に向かって延びている。
各鍔部６２の走行想定方向Ｘの外側の端、及び受風部４２の走行想定方向Ｘの外側の端は、走行想定方向Ｘにおいて互いに一致している。鍔部６２の下端、及び受風部４２の下端は、上下方向Ｚに互いに一致している。
なお、各鍔部６２の走行想定方向Ｘの外側の端は、走行想定方向Ｘにおいて、受風部４２の端よりも受風部４２の中央部寄りの位置に配置されていてもよい。一対の鍔部６２の一方の走行想定方向Ｘの外側の端、及び受風部４２の走行想定方向Ｘの外側の端が、走行想定方向Ｘにおいて互いに一致し、一対の鍔部６２の他方の走行想定方向Ｘの外側の端、及び受風部４２の走行想定方向Ｘの外側の端が、走行想定方向Ｘにおいて互いに一致しなくてもよい。

【0026】

整風部６３は、上下方向Ｚを厚さ方向として走行想定方向Ｘに沿って延びる板状に形成されている。整風部６３は、導風ガイド６１における走行想定方向Ｘの内側端部から走行想定方向Ｘの内側（走行想定方向Ｘの外側端部とは反対側）に向かって延びている。
整風部６３は、切欠き４４内に配置され、受風部４２のうち切欠き４４における上方Ｚ１の底部に、溶接やロウ付け等により接合されている。
一対の整風部６３の走行想定方向Ｘの内側端部同士は、走行想定方向Ｘに離間していて、一対の整風部６３の走行想定方向Ｘの内側端部同士の間には、隙間Ｔが形成されている。

【0027】

ディフューザ３２を構成する導風ガイド６１、鍔部６２、及び整風部６３は、例えばアルミニウム製の板材をプレス加工することにより一体に形成されている。ディフューザ３２は、受風部４２との接合強度が走行想定方向Ｘから流入する走行風の影響で折損して、受風部４２からディフューザ３２が脱落しないように、形状が決められている。
ディフューザ３２の鍔部６２及び受風部４２は、車体２の艤装限界Ｌに対して上方Ｚ１の範囲内に配置されている。艤装限界Ｌは、車体２に電力変換装置４等の装備を設置しけても鉄道車両１の走行に支障にならない装備の設置範囲のことを意味する。例えば、車体２の下方Ｚ２の艤装限界Ｌは、鉄道車両１の台車ばね７が圧縮されて車体２が下がったときに、図示しない軌道に対して上方Ｚ１に所定の距離離れた面として規定される。
なお、鍔部６２及び受風部４２は、車体２の艤装限界Ｌに対して下方Ｚ２に一致していていてもよい。

【0028】

次に、以上のように構成された鉄道車両１の作用について説明する。
なお、以下の説明では、鉄道車両１が前方Ｘ１に向かって走行する場合について説明する。

【0029】

上述した鉄道車両１を走行させる場合は、まず、架線５及びパンタグラフ６を介して入力された直流電力を、半導体素子２１で交流電力に変換する。各半導体素子２１から各主電動機１３に交流電力を供給することにより、各主電動機１３が回転する。すると、主電動機１３の回転力が、車軸１１に伝達されることで、車軸１１及び車輪１２が回転する。これにより、鉄道車両１が図示しない軌道上を前方Ｘ１に向かって走行する。
なお、半導体素子２１では、電力変換時における電力損失に起因して熱が発生する。半導体素子２１で発生した熱は、受熱ブロック４１を介して受風部４２のフィン４３に伝達される。

【0030】

一方、鉄道車両１が走行すると、鉄道車両１の周囲には主に後方Ｘ２に向かって走行風が流れる。
電力変換装置４の外部から流れ込んだ走行風は、前方Ｘ１に位置するディフューザ３２の導風ガイド６１に導かれて走行想定方向Ｘに流通する。走行風は、受風部４２の外表面上や通風路Ｒ内を通過する。この際、受風部４２（フィン４３）と走行風との間で熱交換が行われることで、半導体素子２１で発生する熱が受風部４２を介して放熱される。
その後、走行風は、電力変換装置４の外部に排出される。

【0031】

ここで、電力変換装置４内を流通する走行風は、電力変換装置４から排出される際、後方Ｘ２のディフューザ３２（主に鍔部６２）によって流れが妨げられる。このため、後側のディフューザ３２よりも後方Ｘ２の領域に渦が形成される。これにより、後方Ｘ２のディフューザ３２（鍔部６２）よりも後方Ｘ２の領域には、後方Ｘ２のディフューザ３２よりも前方Ｘ１の領域に比べて低圧の低圧領域Ｑが形成される。

【0032】

すると、通風路Ｒ内を流れ、受風部４２のフィン４３の間を流通する走行風が低圧領域Ｑに引き込まれるため、後方Ｘ２のディフューザ３２の上方Ｚ１を通過する走行風の流量が増加する。これにより、通風路Ｒ内から下方Ｚ２に逃げようとする走行風が通風路Ｒ内に引き戻されることになり、通風路Ｒ内を通過する走行風の流量が増大する。
このように、走行想定方向Ｘに並ぶ２つのディフューザ３２は、鉄道車両１の走行方向である前方Ｘ１に対して後方Ｘ２に位置するディフューザ３２が走行風の流量を増大させるために機能する。すなわち、鉄道車両１が逆向きの後方Ｘ２に走行すれば、前方Ｘ１に位置するディフューザ３２が、走行風の流量を増大させるために機能する。

【0033】

ところで、鉄道車両１の走行時には、走行方向の前方Ｘ１のディフューザ３２によっても走行風の流れが妨げられて、前方Ｘ１のディフューザ３２において、前方Ｘ１の領域に比べて後方Ｘ２の領域（つまり、後方Ｘ２のディフューザ３２よりも前方Ｘ１の領域）に低圧の低圧領域Ｓが形成される。しかしながら、ディフューザ３２は、互いに対向する側に向かって（走行想定方向Ｘに向かって）延びる整風部６３を備えているため、この整風部６３によって、低圧領域Ｓに走行風が引き込まれるのが抑制される。このため、後方Ｘ２のディフューザ３２の上方Ｚ１を通過する走行風の流量がさらに増加する。

【0034】

なお、鉄道車両１が停止しているときには、走行風は流れない。通風路Ｒ内の空気は、受風部４２との間で熱交換して軽くなり、受風部４２から前方Ｘ１や後方Ｘ２に流れ出る。通風路Ｒ内の圧力が低下したため、電力変換装置４の下方Ｚ２の空気は、一対の整風部６３の隙間Ｔを通して通風路Ｒ内に流れ込み、受風部４２との間で熱交換する。
このように、走行風を用いない自然対流により、半導体素子２１で発生する熱が受風部４２を介して、電力変換装置４の外部に放熱される。

【0035】

以上説明したように、本実施形態の電力変換装置４では、ディフューザ３２が導風ガイド６１及び鍔部６２を備えている。走行風が後方Ｘ２のディフューザ３２（鍔部６２）の後方Ｘ２に形成された低圧領域Ｑに向かって引き込まれるため、後方Ｘ２のディフューザ３２の通風路Ｒを通過する走行風の流量を増加させることができる。これにより、受風部４２（通風路Ｒ）から逃げようとする走行風を通風路Ｒ内に引き戻すことができる。

【0036】

ここで、走行風の流量が少ない場合、後方Ｘ２のディフューザ３２の低圧領域Ｑと、この低圧領域Ｑの周囲との差圧が小さくなる。このため、上記後方Ｘ２のディフューザ３２の通風路Ｒを通過する走行風の流量を増加させる効果が得られなくなる可能性がある。しかしながら、ディフューザ３２は整風部６３を備えているので、前述の低圧領域Ｓに走行風が引き込まれるのが抑制される。つまり、後方Ｘ２のディフューザ３２の低圧領域Ｑと、この低圧領域Ｑの周囲との差圧が小さい場合であっても、通風路Ｒ内から下方Ｚ２へ逃げようとする走行風の流出量を極力抑制することができる。
とりわけ、鉄道車両１の低速走行時は、後方Ｘ２のディフューザ３２の低圧領域Ｑと、この低圧領域Ｑの周囲との差圧が小さい。しかしながら、ディフューザ３２の整風部６３によって、通風路Ｒ内から下方Ｚ２へ逃げようとする走行風の流出量を極力抑制することができる。

【0037】

また、受風部４２に導風ガイド６１及び整風部６３が接合されているため、受風部４２の強度を確保することができる。
以上のように、走行風の流量の多少によらず受風部４２に対して走行風を効果的に供給し、受風部４２の冷却性能及び強度を確保することができる。
例えば、受風部４２のフィン４３を薄くするとともにフィン４３の枚数を多くして複数のフィン４３による放熱面器を増加させる場合、フィン４３の強度が問題になる。しかし、受風部４２に導風ガイド６１及び整風部６３が接合されているため、複数のフィン４３の強度を確保し、ディフューザ３２を含めた受風部４２の冷却性能を向上させることができる。

【0038】

受風部４２に切欠き４４が形成され、ディフューザ３２の導風ガイド６１及び整風部６３が受風部４２のうち切欠き４４における上方Ｚ１の底部に接合されている。これにより、受風部４２及びディフューザ３２全体としての上下方向Ｚの長さを短くすることができる。
電力変換装置４が一対のディフューザ３２を備えるため、鉄道車両１が前方Ｘ１に走行する場合だけでなく、後方Ｘ２に走行する場合にも、上述した作用効果が奏功される。

【0039】

一対の整風部６３の走行想定方向Ｘの内側端部同士は、走行想定方向Ｘに離間している。例えば、鉄道車両１が停止しているときでも、電力変換装置４の下方Ｚ２の空気が、一対の整風部６３の隙間Ｔを通して受風部４２の外表面上や通風路Ｒ内を通過して、受風部４２と熱交換を行う。従って、鉄道車両１が停止しているときでも、受風部４２の冷却性能を確保することができる。
各鍔部６２の走行想定方向Ｘの外側の端、及び受風部４２の走行想定方向Ｘの外側の端は、走行想定方向Ｘにおいて互いに一致している。走行想定方向Ｘにおいて、一対の鍔部６２が受風部４２の外形よりも外側に突出しないため、受風部４２及び一対の鍔部６２全体としての走行想定方向Ｘの外形を小さく抑えることができる。

【0040】

ディフューザ３２が整風部６３を備えるため、通風路Ｒ内を流れる走行風を走行想定方向Ｘに沿って流れるように整流させ、受風部４２と走行風との熱交換を効率的に行わせることができる。
また、本実施形態の鉄道車両１によれば、ディフューザ３２の鍔部６２及び受風部４２は、車体２の艤装限界Ｌに対して上方Ｚ１の範囲内に配置されている。このため、車体２に電力変換装置４を取付けても、鉄道車両１の走行に支障が生じない。
電力変換装置４の冷却性能が優れているため、長期にわたって信頼性に優れた鉄道車両１を提供できる。

【0041】

本実施形態の電力変換装置４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３に示す電力変換装置４Ａのように、受風部４２に形成された切欠き４４Ａの下端部の幅方向Ｙに見た形状を、導風ガイド６１及び整風部６３の上面の形状に一致させてもよい。この変形例では、導風ガイド６１及び整風部６３は、走行想定方向Ｘの全範囲にわたって、受風部４２のうち切欠き４４Ａにおける上方Ｚ１の底部に接合されている。この変形例の電力変換装置４Ａの場合、受風部４２が備える複数のフィン４３は、本実施形態の電力変換装置４の複数のフィン４３に比べて、導風ガイド６１に接合されるために面積が広がっている。

【0042】

変形例の電力変換装置４Ａのように構成することにより、複数のフィン４３の放熱面積が増加し、電力変換装置４Ａの冷却性能を高めることができる。そして、受風部４２の複数のフィン４３とディフューザ３２とが接合される長さが増加するため、受風部４２の強度を増加させることができる。

【0043】

図４に示す電力変換装置４Ｂのように、変形例の電力変換装置４Ａに対して、各ディフューザ３２Ａは整風部６３を備えなくてもよい。この変形例では、受風部４２のうち切欠き４４Ｂにおける上方Ｚ１の底部の幅方向Ｙに見た形状は、導風ガイド６１の上面の形状に一致している。一対の導風ガイド６１における走行想定方向Ｘの内側端部間の隙間Ｔは、電力変換装置４Ａに比べて走行想定方向Ｘに広がっている。
変形例の電力変換装置４Ｂのように構成することにより、フィン４３の突出部４３ａにおける走行想定方向Ｘの長さを長くして複数のフィン４３の放熱面積を増加させ、電力変換装置４Ｂの冷却性能を高めることができる。

【0044】

図５に示す電力変換装置４Ｃのように、実施形態の電力変換装置４に対して、受風部４２に切欠き４４が形成されていなく、各ディフューザ３２は受風部４２の下端部に接合されていてもよい。
受風部４２が備える複数のフィン４３に突出部４３ａが形成されていないため、一対のディフューザ３２の下方Ｚ２を走行風が通過する際の圧力損失が減少する。これにより、低圧領域Ｑにおける圧力がより減少し、後方Ｘ２のディフューザ３２の通風路Ｒを通過する走行風の流量をさらに増加させることができる。

【0045】

本実施形態の電力変換装置４では、各鍔部６２の走行想定方向Ｘの外側の端は、走行想定方向Ｘにおいて、受風部４２の端よりも走行想定方向Ｘの外側に配置されていてもよい。
本実施形態では、配置向きは下方Ｚ２であるとした。しかし、配置向きはこれに限定されず、幅方向Ｙのいずれか一方側、すなわち、例えば筐体２２の右側であったり、左側であったりしてもよい。
電力変換装置は、鉄道車両１の車体２に限定されず、自動車等の種々の車両に搭載することができる。

【0046】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、配置向きに受風部４２に接合した状態で配置された一対の導風ガイド６１を持つことにより、受風部４２に対して走行風を効果的に供給し、鉄道車両１の全速度域で所望の冷却性能と受風部４２の強度を確保することができる。

【0047】

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】

【0048】

１…鉄道車両、２…車体、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…電力変換装置、２１…半導体素子、４２…受風部、４４，４４Ａ，４４Ｂ…切欠き、６１…導風ガイド、６２…鍔部、６３…整風部、Ｌ…艤装限界、Ｘ…走行想定方向、Ｙ…幅方向（直交方向）、Ｚ…上下方向、Ｚ２…下方

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】