特許 7598231 鉄道車両用の冷却装置

(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】

(24)【登録日】2024-12-03

(45)【発行日】2024-12-11

(54)【発明の名称】鉄道車両用の冷却装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20241204BHJP

   H01L 23/467 20060101ALI20241204BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

H01L23/40 C

H01L23/46 C

H05K7/20 T

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020197768

(22)【出願日】2020-11-30

(65)【公開番号】P2022085986

(43)【公開日】2022-06-09

【審査請求日】2023-09-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川下 道宏

(72)【発明者】

【氏名】安田 陽介

(72)【発明者】

【氏名】寺門 秀一

(72)【発明者】

【氏名】河野 恭彦

(72)【発明者】

【氏名】小暮 浩史

【審査官】鈴木 駿平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８８７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２５９９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０４９４０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１９５９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８７８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４１７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０７４４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０８３２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１５５５３７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／２９、２３／３４－２３／４７３

Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱部品を冷却する鉄道車両用の冷却装置であって、
前記発熱部品が固定された受熱板と、
前記発熱部品の固定面の反対面に取り付けられた片持ち梁構造の第１のフィンを含む複数のフィンと、
前記フィン間に接合された放熱部材と、を有し、
前記フィンには、前記フィンに対する前記放熱部材の接合位置を位置合せする箇所から前記フィン間へ突出する凸部が設けられている
ことを特徴とする冷却装置。

【請求項2】

前記受熱板と共に前記複数のフィン及び前記放熱部材を取り囲むように固定し、前記複数のフィン間の前記放熱部材を冷却風が通過するように通風路を形成するダクト
を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記通風路のうちの前記複数のフィン間以外の流路を閉塞する集風板
を有することを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。

【請求項4】

前記集風板は、前記複数のフィン間以外の流路へ流入しようとする冷却風の風向を前記複数のフィン間へ変化させて集風する第２の傾斜面
を有することを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。

【請求項5】

前記複数のフィンのうち、少なくとも１つは前記第１のフィンであり、前記第１のフィン以外は第２のフィンである
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の冷却装置。

【請求項6】

前記第１のフィンは、多穴扁平管であり、
前記放熱部材は、コルゲートフィンである
ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の冷却装置。

【請求項7】

一群をなす前記複数のフィン及び前記放熱部材の端部に片持ち梁構造の第３のフィンが設けられた
ことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の冷却装置。

【請求項8】

前記第３のフィンは、前記端部から前記複数のフィン間へ冷却風の風向を変化させて集風する第１の傾斜面を有する
ことを特徴とする請求項７に記載の冷却装置。

【請求項9】

前記第３のフィンは、前記端部への前記冷却風の回り込みを防止する折り返し面が設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。

【請求項10】

前記凸部が、前記フィンの片面に設けられた
ことを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の冷却装置。

【請求項11】

前記凸部が、前記フィンの両面に設けられた
ことを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の冷却装置。

【請求項12】

前記凸部は、前記フィン間へ突出する突出方向から前記放熱部材側へ向かう折り返し部分を有する
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の冷却装置。

【請求項13】

鉄道車両用の発熱部品を冷却する冷却装置であって、
前記発熱部品に固定された受熱板と、
前記発熱部品の固定面の反対面に固定された片持ち梁構造の複数のフィンと、
前記フィン間に接合された放熱部材と、
前記受熱板と共に前記複数のフィン及び前記放熱部材を取り囲むように固定し、前記複数のフィン間の前記放熱部材を冷却風が通過するように通風路を形成するダクトと、
前記通風路のうちの前記複数のフィン間以外の流路を閉塞する集風板と
を有することを特徴とする冷却装置。

【請求項14】

前記集風板は、前記複数のフィン間以外の流路へ流入しようとする冷却風の風向を前記複数のフィン間へ変化させて集風する傾斜面を有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両用の冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気鉄道車両（以下、鉄道車両）には、冷却を要する各種の機器が搭載されている。鉄道車両には、例えば車両を駆動する電動機を制御するために、コンバータやインバータ等の電力変換装置が搭載されている。これらの電力変換装置は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＧＴＯ（Gate Turn-Off Thyristor）等の半導体素子により、高周波数でスイッチングを行うことで電力変換を行う。

【0003】

半導体素子においては、通電時及びスイッチング時に熱が発生する。この熱により半導体素子が高温になると変換効率が低下し、場合によっては素子破壊が発生するおそれがある。このため、半導体素子を所定の温度範囲になるように冷却する必要があるが、電力変換装置等は、主に搭載スペースの限られた車両床下等に搭載されるため、小型の装置構成で複数個の半導体素子を効率良く冷却する必要がある。

【0004】

例えば特許文献１に、従来の鉄道車両の電力変換装置の一例が開示されている。特許文献１には、受熱部材を車体下部に鉛直方向に設置し、当該受熱部材の一面側にパワー半導体素子を取付け、受熱部材の反対面側にヒートパイプを取付け、車両の走行により生じる風をヒートパイプに設けたフィンに当てる構造が開示されている。この構造により、パワー半導体素子の熱を空気に放熱する。また、例えば特許文献２には、発熱体の冷却を小空間で有効に行うため、自励振動ヒートパイプ（ＰＨＰ：Pulsating Heat Pipe）を鉄道車両の電力変換装置に適用した冷却構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－５０１６６号公報

【文献】特開２０１８－８８７４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

鉄道車両が走行する際、冷却器は走行風に晒される。そのため、走行風によって冷却器の表面には変動する風圧が発生し、これに起因して冷却器の構造振動が発生する。また、走行時の車体振動も冷却器の構造振動が発生する一因となる。例えば特許文献２の冷却器では、受熱板に固定された片持ち梁構造の複数のフィンが別部材のフィンで相互に結合された構造になっているため、長手方向の一方である固定された基端部を中心に、長手方向の他方である端部が振動する基本振動モードが発生する。その結果、冷却器を構成する複数のフィン及び別部材のフィンには繰り返し応力が発生し、場合によっては疲労破壊に至る懸念がある。

【0007】

また、特許文献２においては、片持ち梁構造の複数のフィンとして多穴扁平管を選定し、自励振動ヒートパイプの冷却器を採用している。この冷却器では、半導体素子からの熱によって多穴扁平管全体が一定温度以上にならない限り、自励振動による冷却動作が開始されない。その結果、自励振動による冷却動作が開始するまでに半導体素子の温度が上昇し、電力変換装置の変換効率が低下する恐れがある。また、多穴扁平管の熱伝導率が低い場合は、冷却器自体の高さも制限される。

【0008】

そこで、冷却器の剛性を高め、走行風の振動で発生する応力を抑制することにより、冷却器の長期信頼性を確保することが望まれていた。さらに、電力変換装置の動作開始と共に多穴扁平管全体が一定温度以上になり、自励振動による冷却動作が瞬時に開始されるように、多穴扁平管の熱伝導率を高めることが望まれていた。

【0009】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却器の剛性を高めて走行風や走行振動で生じる冷却装置の構造振動を抑制し、さらに多穴扁平管の熱伝導率を高めて自励振動による冷却動作開始までの時間を短縮し、冷却器の長期信頼性を確保することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明では、発熱部品を冷却する鉄道車両用の冷却装置は、前記発熱部品が固定された受熱板と、前記発熱部品の固定面の反対面に取り付けられた片持ち梁構造の複数のフィンと、前記フィン間に接合された放熱部材と、を有し、前記フィンには、前記フィンに対する前記放熱部材の接合位置を位置合せする箇所から前記フィン間へ突出する凸部が設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、冷却器の剛性を高めて走行風や走行振動で生じる冷却装置の構造振動を抑制し、さらに多穴扁平管の熱伝導率を高めて自励振動による冷却動作開始までの時間を短縮し、冷却器の長期信頼性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】鉄道車両に搭載された電力変換装置の断面図である。

【図2】実施例１における冷却装置の正面図である。

【図3】実施例１における冷却装置の平面図である。

【図4】従来構造における多穴扁平管の断面図である。

【図5】実施例１における多穴扁平管の断面構造を示す図である。

【図6】実施例１における多穴扁平管の断面構造を示す図である。

【図7】実施例１における基本振動モードを示す図である。

【図8】従来構造における多穴扁平管とコルゲートフィンの接続を示す図である。

【図9】実施例１における多穴扁平管とコルゲートフィンの接続を示す図である。

【図10】実施例１における多穴扁平管とコルゲートフィンの接続を示す図である。

【図11】実施例１における多穴扁平管とコルゲートフィンの接続を示す図である。

【図12】実施例２における冷却装置の正面図である。

【図13】実施例２における片持ち梁構造フィンの断面構造を示す図である。

【図14】実施例２における片持ち梁構造フィンの断面構造を示す図である。

【図15】実施例３における冷却装置の正面図である。

【図16】実施例３における片持ち梁構造フィン（端部）の断面構造を示す図である。

【図17】強制風冷の従来構造における冷却装置の正面図である。

【図18】強制風冷の従来構造における冷却装置の平面図である。

【図19】実施例４における冷却装置の断面図である。

【図20】実施例４における冷却装置の平面図である。

【図21】実施例４における冷却装置の正面図である。

【図22】実施例４における集風板の詳細構造を示す図である。

【図23】実施例４における冷却装置の平面図（集風板の他例）である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施例の中で説明されている諸要素およびその組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また発明の構成に必須だが周知である構成については、図示および説明を省略する場合がある。また各図に示す各要素の数は一例であって、図示に限られるものではない。明細書全体を通して使用される用語は、例として提供されるものであり、限定を意図しない。

【0014】

以下の実施例では、開示の冷却構造を鉄道車両用の電力変換装置に適用する場合を例示するが、これに限らず、減流器など発熱する鉄道車両用の種々の装置や部品に適用可能である。

【0015】

数字に添え字を付した符号は、添え字によって同一又は類似の構成を区別するが、添え字を除いた数字のみでは同一又は類似の構成を総称する。

【0016】

（冷却装置５の概略構成）
実施例の説明に先立ち、電力変換装置１及び冷却装置５について説明する。図１は、鉄道車両２に搭載された電力変換装置１の断面図である。図１に示すように、ＸＹＺ座標系を定義する。ＸＹＺ座標系では、鉄道車両２の高さ方向をＺ軸の正方向、鉄道車両２の図１の紙面の左から右へ向かう幅方向をＹ軸の正方向、鉄道車両２の図１の紙面の奥から手間へ向かう進行方向をＸ軸の正方向とする。

【0017】

電力変換装置１は、鉄道車両２の床下等に設置され、鉄道車両２を駆動する電動機（図示せず）に供給する電力の周波数を調整することにより、電動機の回転速度を制御する。電力変換装置１の内部には電力変換回路を構成する複数の半導体素子３と、電気部品群４が設置される。半導体素子３は、通電時及びＯＮ／ＯＦＦ切替え時に熱を発生する。半導体素子３は高温になると変換効率が悪化するため、半導体素子３は冷却装置５が取り付けられて冷却される。

【0018】

冷却装置５は、半導体素子３及び電気部品群４を含んだ電力変換装置１を冷却する。冷却装置５には、鉄道車両２が走行した際に発生する走行風８が、鉄道車両２の進行方向であるＸ軸方向（図１の紙面に対する垂直方向）に冷却風として供給され、半導体素子３から発生する熱を放出する。なお、鉄道車両２は、前後何れの方向にも移動するので、Ｘ軸の正方向及び負方向（紙面垂直方向に対する両方向）に走行風が生じることになる。また、ここで半導体素子３とは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等である。

【実施例1】

【0019】

（実施例１の冷却装置５Ａの構成）
図２から図１１を用いて実施例１の冷却装置５Ａについて説明する。図２が冷却装置５Ａの正面図（Ｘ軸の正方向から見た図）、図３が冷却装置５Ａの平面図（Ｙ軸の正方向から見た図）である。

【0020】

冷却装置５Ａは、受熱板６、多穴扁平管７、コルゲートフィン９、スリッド板１０、ブロック板１１を含んで構成される。受熱板６、多穴扁平管７、コルゲートフィン９、スリッド板１０、及びブロック板１１は、例えば、アルミニウム合金や銅、その他の金属、又はそれらのうち何れかを組み合わせた合金から成る。

【0021】

なお、実施例１では片持ち梁構造の複数のフィンを多穴扁平管７としているが、熱伝導性を有する片持ち梁構造のフィンの一例に過ぎず、必ずしもそれに限定されるものではない。また、コルゲートフィン９も放熱部材の一例に過ぎず、必ずしもコルゲートフィンに限定されない。そのため、コルゲートフィン９に代えてコルゲートタイプでないフィンあるいはフィンとは異なる他の放熱部材を用いてもよい。

【0022】

複数の半導体素子３が、グリース等の部材（図示せず）を介して、ねじ等（図示せず）の機械的固定手法によって、受熱板６の一方の面（Ｙ軸の負方向の面）に固定される（図２）。受熱板６の他方の面（Ｙ軸の正方向の面）には、スリッド板１０及びブロック板１１を介して多穴扁平管７がロウ付け等の接着手法により接合される。

【0023】

多穴扁平管７は、複数の流路が長手方向（Ｙ軸方向）に形成された板状の構造である。複数配置した多穴扁平管７と流路を設けたブロック板１１及びスリッド板１０とを組み合わせることで、一続きの長い流路を形成している。また、多穴扁平管７の向かい合う表面同士を連結するようにして、多穴扁平管７間にコルゲートフィン９がロウ付け等によって接合される。

【0024】

このような構成とすることにより、多穴扁平管７、ブロック板１１、及びスリッド板１０に亘って形成される一続きの長い流路は、受熱板６と接する部分である受熱部と、コルゲートフィン９と接する部分である放熱部とが交互に設けられることになる。

【0025】

（実施例１の多穴扁平管７の凸部）
実施例１の冷却装置５Ａは、複数ある多穴扁平管７の少なくとも１つにおいて、従来断面に凸部が形成された構造である。図４から図６を用いて、多穴扁平管７の断面について説明する。図４が多穴扁平管７の従来断面、図５が実施例１において多穴扁平管７の片側のみに凸部を設けた断面、図６が実施例１において多穴扁平管７の両側に凸部を設けた断面である。

【0026】

図４に示すように、従来の多穴扁平管７の断面は走行風８の方向（Ｘ軸方向）に平坦に伸びる断面構造であった。一方、図５及び図６に示すように、実施例１の多穴扁平管７の断面においては、断面の長手方向（Ｘ軸方向）に対する垂直方向（Ｚ軸方向）に、また断面の片側もしくは両側に少なくとも１つの凸部を設けた構造である。図５の（ａ）が多穴扁平管７の片側のみにＩ型の凸部７Ａ（７Ａ１，７Ａ２）を設けた構造であり、図５の（ｂ）が多穴扁平管７の片側にＬ型の凸部７Ｂ（７Ｂ１，７Ｂ２）を設けた構造である。また、図６の（ａ）が多穴扁平管７の両側にＩ型の凸部７Ａ（７Ａ１，７Ａ２）を設けた構造であり、図６の（ｂ）が多穴扁平管７の両側にＬ型の凸部７Ｂ（７Ｂ１，７Ｂ２）を設けた構造である。

【0027】

このような断面構造にすることで多穴扁平管７の曲げ剛性が高まり、図７に示す冷却装置５Ａの基本振動モードによるＺ軸方向の振動を抑えることができる。その結果、多穴扁平管７、コルゲートフィン９、及びロウ付け部に発生する応力を低減でき、冷却装置５Ａの長期信頼性を確保することができる。また、多穴扁平管７の熱伝導率が向上し、自励振動による冷却動作を早期に開始することができる。なお、多穴扁平管７を押出し成形する場合は、実施例１の多穴扁平管７を、従来の多穴扁平管７と同じ工程で成形することができる。

【0028】

（実施例１の多穴扁平管７とコルゲートフィン９との接続）
図８から図１１を用いて、多穴扁平管７とコルゲートフィン９との接続について説明する。図８に従来構造における多穴扁平管７とコルゲートフィン９との接続構造、図９に実施例１において片側のみに凸部を設けた多穴扁平管７とコルゲートフィン９の接続構造、図１０に実施例１において両側に凸部を設けた多穴扁平管とコルゲートフィンの接続構造、図１１に実施例１において片側と両側に凸部を設けた多穴扁平管７とコルゲートフィン９との接続構造を示す。図９では、凸部７Ａ，７Ｂは、多穴扁平管７の一方の面から突出している態様を示すが、多穴扁平管７のＺ軸方向の他方の面から突出していてもよい。Ｚ軸方向に隣り合う多穴扁平管７が、図９、図１０、及び図１１の何れかの組み合わせでコルゲートフィン９を介して積層するように接合されて一群の多穴扁平管７及びコルゲートフィン９の積層体をなす。図１１の多穴扁平管７の組み合せは、一群の多穴扁平管７及びコルゲートフィン９を積層したＺ軸方向の端部に配置されることが好適である。何れのケースにおいても、多穴扁平管７の凸部が、多穴扁平管７に対するコルゲートフィン９の位置を位置合わせするので、位置合せ精度が向上する。

【0029】

（実施例１の効果）
実施例１では、冷却装置５Ａにおいて、片持ち梁構造のフィンである多穴扁平管７に、隣り合う多穴扁平管７間へ突出するＩ型の凸部７ＡやＬ型の凸部７Ｂを設けた。これにより、冷却装置５Ａの基本振動モードによる振動を抑制し、冷却装置５Ａに発生する応力を低減できる。また、凸部７Ａ，７Ｂの突出方向の断面２次モーメントを高めることができ、冷却装置５Ａの曲げ剛性が向上する。さらに、凸部７Ａ，７Ｂによって多穴扁平管７の断面積が大きくなることにより、熱伝導率が向上する。

【0030】

このように、走行風や車体振動で発生する片持ち梁構造フィンの構造振動に起因する応力を抑制でき、さらに片持ち梁構造のフィンが多穴扁平管の場合は自励振動による冷却動作開始までの時間を短縮できるため、冷却装置の長期信頼性を確保することができる。

【実施例2】

【0031】

（実施例２の冷却装置５Ｂの構成）
図１２～図１４を用いて、実施例２の冷却装置５Ｂについて説明する。実施例１との違いは、多穴扁平管７と片持ち梁構造フィン１２を併用している点である。図１２に冷却装置５Ｂの正面図を示す。図１２では、冷却装置５Ｂにおいて一部の多穴扁平管７に代えて片持ち梁構造フィン１２を併用した構造になっている。本実施例では、６本の多穴扁平管７に代えてそれぞれが片持ち梁構造フィン１２に置き換えられた構造とするが、併用する本数は任意で良い。また、片持ち梁構造フィン１２の配置も任意で良い。

【0032】

（実施例２の凸部１２Ａ，１２Ｂを有する片持ち梁構造フィン１２の断面構造）
図１３～図１４を用いて、片持ち梁構造フィン１２の断面構造について説明する。図１３及び図１４に示すように、片持ち梁構造フィン１２の断面においては、実施例１の多穴扁平管７の断面と同様に、断面の長手方向（Ｘ軸方向）に対する垂直方向（Ｚ軸方向）に、また断面の片側もしくは両側に少なくとも１つの凸部を設けた構造である。図１３の（ａ）が片持ち梁構造フィン１２の片側のみにＩ型の凸部１２Ａ（１２Ａ１，１２Ａ２）を設けた構造であり、図１３の（ｂ）が片持ち梁構造フィン１２の片側のみにＬ型の凸部１２Ｂ（１２Ｂ１，１２Ｂ２）を設けた構造である。また、図１４の（ａ）が片持ち梁構造フィン１２の両側にＩ型の凸部１２Ａ（１２Ａ１，１２Ａ２）を設けた構造であり、図１４の（ｂ）が片持ち梁構造フィン１２の両側にＬ型の凸部１２Ｂ（１２Ｂ１，１２Ｂ２）を設けた構造である。

【0033】

このような断面構造の片持ち梁構造フィン１２と多穴扁平管７を併用することにより、冷却装置５Ｂの曲げ剛性が高まり、冷却装置５Ｂの基本振動モードによる振動を抑えることができる。その結果、多穴扁平管７、コルゲートフィン９及びろう付け部に発生する応力を低減でき、冷却装置５Ｂの長期信頼性を確保することができる。また、多穴扁平管７を片持ち梁構造フィン１２で置き換えることにより、コストダウンを図ることができる。

【実施例3】

【0034】

（実施例３の冷却装置５Ｃの構成）
図１５～図１６を用いて、実施例３の冷却装置５Ｃについて説明する。実施例１及び実施例２との違いは、多穴扁平管７と片持ち梁構造フィン１２を併設したＺ軸方向の端部に、片持ち梁構造フィン（端部）１３を配置した点である。図１５に冷却装置５Ｃの正面図を示す。冷却装置５Ｃを構成する多穴扁平管７及び片持ち梁構造フィン１２の断面の形態は、端部の片持ち梁構造フィン（端部）１３を除き、図４に示す従来構造、図５、図６に示す実施例１の構造、もしくは図１３、図１４に示す実施例２の構造と同様である。

【0035】

（片持ち梁構造フィン（端部）１３の構成）
図１６に片持ち梁構造フィン（端部）１３の断面図を示す。図１６の（ａ）がＩ型の片持ち梁構造フィン（端部）１３Ａの構造、図１６の（ｂ）がＬ型の片持ち梁構造フィン（端部）１３Ｂの構造である。図２に示す実施例１の冷却装置５Ａのように、複数の多穴扁平管７、ブロック板１１及びスリッド板１０とで一続きの流路を構成する場合、流路を設けるブロック板１１の端部に多穴扁平管７が配置されないデッドスペースが生じる。そこで、図１６に示すように、ブロック板１１のデッドスペースを最大限に活用して、曲げ剛性が高い片持ち梁構造フィン（端部）１３Ａをブロック板１１のＺ軸方向の端部に配置する。つまり一群をなす複数の多穴扁平管７及びコルゲートフィン９の端部に片持ち梁構造フィン（端部）１３Ａを配置する。

【0036】

図１６の（ａ）に示す片持ち梁構造フィン（端部）１３Ａは、図中に示す矢印のように、ブロック板１１のＺ軸方向の端部から複数の多穴扁平管７へ冷却風の風向を変化させる傾斜面１３Ａ１を有する。また、図１６の（ｂ）に示す片持ち梁構造フィン（端部）１３Ｂは、図中に示す矢印のように、ブロック板１１のＺ軸方向の端部から複数の多穴扁平管７へ冷却風の風向を変化させる傾斜面１３Ｂ１を有する。さらに片持ち梁構造フィン（端部）１３Ｂは、図中に示す矢印のように、ブロック板１１のＺ軸方向の端部への冷却風の回り込みを防止する折り返し面１３Ｂ２を有する。これにより、冷却装置５Ｃの曲げ剛性が向上することに加えて、積層した多穴扁平管７及び片持ち梁構造フィン１２側への集風効果を得ることができ、冷却装置５Ｃの冷却性能向上を図ることができる。

【実施例4】

【0037】

図１７～図２１を用いて、実施例４の冷却装置５Ｄについて説明する。実施例１～３では、鉄道車両２が走行することで発生する走行風８を活用して半導体素子３を冷却することを想定していた。一方、実施例４では冷却ファンを活用した強制風冷で半導体素子３を冷却することを想定している。

【0038】

（実施例４の冷却装置５Ｄ）
図１７～図１８を用いて、強制風冷を用いる冷却装置５Ｄについて説明する。図１７が冷却装置５Ｄの正面図、図１８が冷却装置５Ｄの平面図である。図１８では、ＸＺ平面と平行なダクト１４の面の図示を省略している。

【0039】

図１７～図１８に示すように、強制風冷では冷却ファン（不図示）で起こした風の拡散を防ぐため、冷却装置５Ｄを取り囲むようにダクト１４を配置する。ダクト１４は、受熱板６と共に複数の多穴扁平管７及びコルゲートフィン９を取り囲むようにしてこれらを固定し、複数の多穴扁平管７間のコルゲートフィン９を強制風が通過するように通風路を形成する。その結果として、強制風がダクト１４内部をＸ軸方向へ通過するようになる。冷却装置５Ｄとダクト１４との間に、コルゲートフィン９以外の流路となり得るデッドスペースが存在する場合は、主にデッドスペースを強制風が通過することになる。

【0040】

また、複数の多穴扁平管７及びコルゲートフィン９は、受熱板６及びダクト１４によって固定されるので、冷却装置５Ｄの曲げ剛性が向上する。

【0041】

強制風がデッドスペースを通過することの防止を考慮した冷却装置５Ｄについて、図１９～図２１を用いて説明する。図１９は冷却装置５Ｄの正面方向から見たＸ軸方向のある断面図、図２０が冷却装置５Ｄの平面図、図２１が冷却装置５Ｄの正面図である。図２０では、ＸＺ平面と平行なダクト１４の面の図示を省略している。

【0042】

図１９に示すように、冷却装置５Ｄにおいて、Ｚ軸方向に積層した多穴扁平管７及びコルゲートフィン９の積層の両端部には、実施例３と同様に、片持ち梁構造フィン（端部）１３を配置する。これにより、冷却装置５Ｄの曲げ剛性が向上する他、デッドスペースを通過していた強制風を多穴扁平管７及びコルゲートフィン９側へ集風することができる。

【0043】

図２０の平面図に示すように、冷却装置５Ｄとダクト１４との間には、スペース１５が生じる。また、図２０中の破線で示すように、ブロック板１１間にも、スペース１５と平行なＸ軸方向の強制風の流路となるスペース１５１が生じる。

【0044】

そこで、図２０に示すように、スペース１５に風が漏れ入ることを防ぐため集風板１６（１６Ａ１）が、スペース１５１に風が漏れ入ることを防ぐため集風板１６（１６Ａ２）が設置される。図２１の正面図を用いて、冷却装置５Ｄの集風板１６について説明する。つまり、通風路のうちの多穴扁平管７間であるコルゲートフィン９以外の流路を閉塞するように集風板１６が設けられる。

【0045】

図２１に示すように、集風板１６は、コルゲートフィン９を通過する強制風を遮らないように、正面（Ｘ軸方向）から見て片持ち梁構造フィン（端部）１３とＸ軸方向に重なる位置に設置される。図２２に集風板１６の詳細構造を示す。

【0046】

図２２に示すように、集風板１６は、集風効果を高めるパターン１の構造（集風板１６Ａ１，１６Ａ２）の他、スペースに風が漏れることを防ぐことのみに特化したパターン２（集風板１６Ｂ１，１６Ｂ２）の構造を取ることが考えられる。

【0047】

集風板１６のパターン１の構造は、図２０にも示すように、集風板１６Ａ，１６Ｂのそれぞれが傾斜面１６Ａ１１，１６Ａ２１を有する構成である。図２２は、集風板１６のパターン１の構成として、図２０のＸ軸方向の最上部の集風板１６Ａ１，１６Ａ２を示している。集風板１６Ａ１，１６Ａ２によれば、Ｘ軸方向を流れる強制風が、スペース１５及びスペース１５１に流入しようとした強制風を流入回避させると共に、図２０に示す矢印方向へ風向を変更し、多穴扁平管７及びコルゲートフィン９側へ集風する。

【0048】

また、集風板１６のパターン２の構造は、図２３にも示すように、パターン１のような傾斜面を有さない構成である。図２３は、集風板１６のパターン２の構成として、図２３のＸ軸方向の最上方の集風板１６Ｂ１，１６Ｂ２を示している。集風板１６Ｂ１，１６Ｂ２によれば、簡易な部材で、強制風がスペース１５及びスペース１５１へ侵入することを阻止する。

【0049】

以上４つの実施例について述べたが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例における構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例における構成の一部について、他の構成の追加、削除、又は置換をすることも可能である。例えば、本発明は鉄道車両のみならず、自動車、航空機、又は船舶などの移動体用の冷却装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0050】

１：電力変換装置、２：鉄道車両、３：半導体素子、４：電気部品群、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ：冷却装置、６：受熱板、７：多穴扁平管、７Ａ，７Ａ１，７Ａ２，７Ｂ，７Ｂ１，７Ｂ２：凸部、９：コルゲートフィン、１０：スリッド板、１１：ブロック板、１２：片持ち梁構造フィン、１２Ａ，１２Ｂ：凸部、１３，１３Ａ，１３Ｂ：片持ち梁構造フィン（端部）、１３Ａ１，１３Ｂ１：傾斜面、１３Ｂ２：折り返し面、１４：ダクト、１５，１５１：スペース、１６，１６Ａ１，１６Ａ２，１６Ｂ，１６Ｂ１，１６Ｂ２：集風板、１６Ａ１１，１６Ａ２１：傾斜面

【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】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】