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JP2016078654A - Power conversion device and railway vehicle equipped with the same - Google Patents

Power conversion device and railway vehicle equipped with the same Download PDF

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JP2016078654A
JP2016078654A JP2014212190A JP2014212190A JP2016078654A JP 2016078654 A JP2016078654 A JP 2016078654A JP 2014212190 A JP2014212190 A JP 2014212190A JP 2014212190 A JP2014212190 A JP 2014212190A JP 2016078654 A JP2016078654 A JP 2016078654A
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Japan
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fin
fins
power conversion
railway vehicle
conversion device
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Pending
Application number
JP2014212190A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
舟越 砂穂
Saho Funakoshi
砂穂 舟越
田中 健
Takeshi Tanaka
健 田中
秀一 寺門
Shuichi Terakado
秀一 寺門
陽介 安田
Yosuke Yasuda
陽介 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively cool a power semiconductor of an electric power conversion system.SOLUTION: An electric power conversion system is equipped with: plural power semiconductor elements constituting a circuit of the electric power conversion system; plural first radiation fins; a first fin base which is a tabular component of which a surface on one side is connected to root parts of the plural first radiation fins and a surface on the other side is connected to the plural power semiconductor elements; and a fan which blasts air to the plural first radiation fins. The electric power conversion system is mounted on a railway vehicle and controls an electric motor which drives the railway vehicle. In the electric power conversion system, the plural first radiation fins are located in a direction in which a major heat transfer surface of the fin is substantially orthogonal to a direction of travel of the railway vehicle, a second fin base, which is a tabular component, is provided on tip sides of the plural first radiation fins, and a second radiation fin is provided on a face of the second fin base opposite to the first radiation fin. The second radiation fin is located in a direction in which a major heat transfer surface of the fin is substantially parallel to the direction of travel of the railway vehicle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換装置およびそれを搭載した鉄道車両に関する。   The present invention relates to a power conversion device and a railway vehicle equipped with the same.

電力変換装置は、電気鉄道車両等の車両を駆動する電動機を制御するためのもので、車両の床下等に設置されている。車両の床下等のスペースは限られているため、電力変換装置を小型化することが望まれている。従来の電力変換装置としては、特許文献1のように、半導体素子を取り付けたフィンベースに、車両の走行方向に沿って冷却フィンを設け、冷却フィンの間に走行風を流すことによって半導体素子を冷却する構造が知られている。   The power conversion device is for controlling an electric motor that drives a vehicle such as an electric railway vehicle, and is installed under the floor of the vehicle. Since the space under the floor of the vehicle is limited, it is desired to reduce the size of the power conversion device. As a conventional power conversion device, as disclosed in Patent Document 1, a cooling fin is provided along a traveling direction of a vehicle on a fin base to which a semiconductor element is attached, and a semiconductor element is formed by flowing a traveling wind between the cooling fins. A cooling structure is known.

特開2006−306399号公報JP 2006-306399 A

走行風による冷却のみでは十分にパワー半導体素子を冷却できない場合には、ファンを設けて強制的に送風することにより冷却することが考えられる。一方、パワー半導体素子を効果的に冷却するには、ファンによる風と併せて車両の走行に伴って生じる風、いわゆる走行風を活用することが有効であるが、従来の構造ではファンによる冷却風と走行風を両方活用することができないため、冷却器を大きくするか、ファンの動力を大きくする必要があるという課題があった。   In the case where the power semiconductor element cannot be sufficiently cooled only by cooling with traveling air, it is conceivable to provide a fan and cool it by forcibly blowing air. On the other hand, in order to effectively cool the power semiconductor element, it is effective to utilize the wind generated by the traveling of the vehicle together with the wind generated by the fan, that is, the so-called traveling wind. Since both the wind and running wind cannot be used, there is a problem that it is necessary to enlarge the cooler or increase the power of the fan.

本発明の目的は、電力変換装置を冷却するために、ファンによる冷却風に加えて車両の走行による風を取り込むことによって、小型でファン動力の小さい電力変換装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small-sized power conversion device with low fan power by taking in wind generated by traveling of a vehicle in addition to cooling air from a fan in order to cool the power conversion device.

前記目的を達成するために、本発明の電力変換装置では、電力変換装置の電気回路を構成する複数のパワー半導体素子と、複数の第1の放熱フィンと、複数の第1の放熱フィンの根元部分が一方側の面に接続され、複数のパワー半導体素子が他方側の面に接続された板状の部材である第1のフィンベースと、複数の第1の放熱フィンに空気を送風するファンと、を備え、鉄道車両に搭載されて、当該鉄道車両を駆動する電動機を制御する電力変換装置において、複数の第1の放熱フィンは、フィンの主要な伝熱面が鉄道車両の進行方向と略直交する向きに設置し、複数の第1の放熱フィンの先端側に板上の部材である第2のフィンベースを設け、第2のフィンベースの第1の放熱フィンと反対側の面に第2の放熱フィンを設け、第2の放熱フィンは、フィンの主要な伝熱面が鉄道車両の進行方向と略平行となる向きになるように設置した構造とした。   In order to achieve the object, in the power conversion device of the present invention, a plurality of power semiconductor elements, a plurality of first heat radiation fins, and a plurality of first heat radiation fins constituting an electric circuit of the power conversion device. A first fin base that is a plate-like member having a portion connected to one surface and a plurality of power semiconductor elements connected to the other surface, and a fan that blows air to the plurality of first radiation fins A plurality of first heat dissipating fins, the main heat transfer surfaces of the fins being in the traveling direction of the rail car, and a power converter that is mounted on the rail car and controls an electric motor that drives the rail car. Installed in a direction substantially orthogonal to each other, a second fin base, which is a member on the plate, is provided on the front end side of the plurality of first heat radiation fins, and the second fin base on the surface opposite to the first heat radiation fins. A second heat radiating fin is provided, and the second heat radiating fin is provided. Emissions was an installation structure as the main heat transfer surface of the fin is in the traveling direction and orientation substantially parallel railcar.

または、複数の第1の放熱フィンの主要な伝熱面が略水平な向きになるように設置する構造とした。   Or it was set as the structure installed so that the main heat-transfer surface of several 1st radiation fins may become a substantially horizontal direction.

本発明により、パワー半導体素子をフィンによる冷却風と走行風の両方によって効果的に冷却することができるので、小型でファン動力の小さな電力変換装置を提供することが可能である。   According to the present invention, the power semiconductor element can be effectively cooled by both the cooling air by the fins and the traveling air, so that it is possible to provide a small-sized power conversion device with small fan power.

本発明の一実施形態における電力変換装置の車両の進行方向と垂直な方向の鉛直断面図である。It is a vertical sectional view of the direction perpendicular to the advancing direction of vehicles of the power converter in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における電力変換装置の水平方向の断面図である。It is sectional drawing of the horizontal direction of the power converter device in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における電力変換装置の図1におけるA−A断面を示す図である。It is a figure which shows the AA cross section in FIG. 1 of the power converter device in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における電力変換装置の図1におけるB−B断面を示す図である。It is a figure which shows the BB cross section in FIG. 1 of the power converter device in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における電力変換装置のフィンベースの半導体素子の取付け面の温度分布と、第2のフィンがない図6の構造の温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution of the attachment surface of the fin base semiconductor element of the power converter device in one Embodiment of this invention, and the temperature distribution of the structure of FIG. 6 without a 2nd fin. 電力変換装置において第2のフィンを持たない冷却構造を示す図である。It is a figure which shows the cooling structure which does not have a 2nd fin in a power converter device. 本発明の電力変換装置を鉄道車両に搭載した構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which mounted the power converter device of this invention in the rail vehicle. 本発明の他の実施形態(第2の実施形態)における電力変換装置の水平方向の断面図である。It is sectional drawing of the horizontal direction of the power converter device in other embodiment (2nd Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施形態(第3の実施形態)における電力変換装置の車両の進行方向と垂直な方向の鉛直断面図である。It is a vertical sectional view in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle of the power conversion device in another embodiment (third embodiment) of the present invention. 本発明の他の実施形態(第3の実施形態)における電力変換装置の水平方向の断面図である。It is sectional drawing of the horizontal direction of the power converter device in other embodiment (3rd Embodiment) of this invention. 本発明の他の実施形態(第3の実施形態)における電力変換装置の図9におけるA−A断面を示す図である。It is a figure which shows the AA cross section in FIG. 9 of the power converter device in other embodiment (3rd Embodiment) of this invention.

本発明の実施の形態を、以下、図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図7に本発明の一実施形態における電力変換装置を鉄道車両に搭載したときの構成を示す。本発明の電力変換装置は鉄道車両の車体501の床下等に設けられ、車両を駆動する電動機に供給する電力の電圧や周波数を変えることにより、電動機の回転速度の制御を行う。図7において、電力変換装置500は、車体501に吊り下げられた状態で固定されている。また、電力変換装置の冷却フィンは鉄道車両の側面側に配置され、発熱素子であるパワー半導体モジュール6は鉄道車両の中央側に配置される。
[First Embodiment]
FIG. 7 shows a configuration when the power conversion device according to the embodiment of the present invention is mounted on a railway vehicle. The power conversion device of the present invention is provided under the floor of a vehicle body 501 of a railway vehicle and controls the rotation speed of the electric motor by changing the voltage and frequency of electric power supplied to the electric motor driving the vehicle. In FIG. 7, the power conversion device 500 is fixed in a state of being suspended from the vehicle body 501. Further, the cooling fins of the power converter are arranged on the side surface side of the railway vehicle, and the power semiconductor module 6 that is a heating element is arranged on the center side of the railway vehicle.

図1に本実施形態における電力変換装置の車両の進行方向と垂直な鉛直断面図、図2に進行方向と平行な水平断面図を示す。また、図3に図1におけるA−A断面図(進行方向と水平な鉛直断面図)、図4に図1におけるB−B断面図(進行方向と水平な鉛直断面図)を示す。図における矢印40、41はファンによる空気の流れのおおまかな方向を示す。また記号30、31および矢印32は、車両の進行方向を示す。鉄道車両は、一般的に前後方向のいずれにも走行する運用が行われるため、上り方向に走行する場合と下り方向に走行する場合とでは、発生する走行風の向きは逆向きとなる。   FIG. 1 shows a vertical cross-sectional view perpendicular to the traveling direction of the vehicle of the power conversion apparatus according to this embodiment, and FIG. 2 shows a horizontal cross-sectional view parallel to the traveling direction. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 (vertical cross-sectional view parallel to the traveling direction), and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. Arrows 40 and 41 in the figure indicate the general direction of air flow by the fan. Symbols 30 and 31 and an arrow 32 indicate the traveling direction of the vehicle. Since a railway vehicle is generally operated so as to travel in either the front-rear direction, the direction of the generated traveling wind is opposite between when traveling in the upward direction and when traveling in the downward direction.

図1から図4において、アルミニウム合金等の金属からなる板状の第1のフィンベース3の一方側の面には、複数のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子を含むパワー半導体モジュール6が設置されている。さらに複数のパワー半導体モジュール6がインバータ等の電力変換装置の電気回路を構成している。パワー半導体モジュール6は、グリース等の部材(図示せず)を介して第1のフィンベース3とねじ等(図示せず)によって固定される。第1のフィンベース3のパワー半導体モジュール6の側には、密閉されたケース8、9が設けられ、密閉されたケース内にはフィルタコンデンサやIGBT駆動回路等の電気部品7がパワー半導体モジュール6と共に設置されている。第1のフィンベース3のパワー半導体モジュール設置面とは反対側の面には、アルミニウム合金等の金属からなる第1のフィン1が設けられる。第1のフィンベース3と第1のフィン1とは、ろう付け等により固定する。第1のフィンベース3と第1のフィン1は、一体構造に加工ないしは成形しても良い。   1 to 4, a power semiconductor module including a plurality of power semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) on one surface of a plate-like first fin base 3 made of a metal such as an aluminum alloy. 6 is installed. Further, the plurality of power semiconductor modules 6 constitute an electric circuit of a power conversion device such as an inverter. The power semiconductor module 6 is fixed to the first fin base 3 by screws or the like (not shown) through a member such as grease (not shown). Sealed cases 8 and 9 are provided on the power semiconductor module 6 side of the first fin base 3, and electrical components 7 such as a filter capacitor and an IGBT drive circuit are provided in the power semiconductor module 6 in the sealed case. It is installed with. A first fin 1 made of a metal such as an aluminum alloy is provided on the surface of the first fin base 3 opposite to the power semiconductor module installation surface. The first fin base 3 and the first fin 1 are fixed by brazing or the like. The first fin base 3 and the first fin 1 may be processed or molded into an integral structure.

図3のA−A断面図に示すように、第1のフィン1の下側には複数のファン5を設置する。複数のファン5は、進行方向に沿って複数個配置され、図3におけるファン固定部材28によって固定される。ファン5は必ずしも複数個である必要はなく、要求される送風量が少ない場合には一つのファンにより構成しても良い。ファン5の周辺に異物が侵入しないようにするため、穴の開いた板状のカバー24、25を設け、カバー24、25と第1のフィンベース3の間には走行風の侵入を避けるために、仕切板21、22、26、27を設ける。図3のA−A断面図に示すように、第1のフィン1は、ファン5から送られる風が流れるように、フィンの主要な伝熱面が車両の進行方向と略直交する向きに設置する。なお、鉄道車両が前方向と後方向のいずれに進行した場合においても、ファン5による送風性能を同等に保つために、第1のフィン1は、鉛直方向とほぼ平行であることが望ましい。しかし、鉛直方向を軸にした回転方向に、第1のフィン1の主要な伝熱面を傾けて設置しても良い。   As shown in the AA cross-sectional view of FIG. 3, a plurality of fans 5 are installed below the first fin 1. A plurality of fans 5 are arranged along the traveling direction, and are fixed by the fan fixing member 28 in FIG. A plurality of fans 5 are not necessarily required, and may be constituted by a single fan when the required air volume is small. In order to prevent foreign matter from entering the periphery of the fan 5, plate-like covers 24, 25 with holes are provided, and in order to avoid intrusion of traveling wind between the covers 24, 25 and the first fin base 3. The partition plates 21, 22, 26 and 27 are provided. As shown in the AA sectional view of FIG. 3, the first fin 1 is installed in a direction in which the main heat transfer surface of the fin is substantially orthogonal to the traveling direction of the vehicle so that the wind sent from the fan 5 flows. To do. It should be noted that the first fin 1 is preferably substantially parallel to the vertical direction in order to keep the air blowing performance of the fan 5 equal when the railway vehicle travels forward or backward. However, the main heat transfer surface of the first fin 1 may be inclined with respect to the rotation direction about the vertical direction.

図1に示すように、第1のフィン1の先端側には板状の第2のフィンベース4を接続し、さらに第2のフィンベース4に第2のフィン2を設ける。図4のB−B断面図に示すように、第2のフィン2は、走行風を取り込むように、フィンの主要な伝熱面を進行方向と略平行かつ第2のフィンベースの主要面とほぼ直交する向き、つまりフィンの主要な伝熱面がほぼ水平となる向きに設置する。なお、走行風を取り込むことができれば、第2のフィンは、進行方向と平行となる向きから傾けて設置しても良いが、走行風を取り込み易くするために、進行方向と平行となる向きが望ましい。また、第2のフィンは、第2のフィンベースの主要面とほぼ直交する向きから傾けて設置しても良い。   As shown in FIG. 1, a plate-like second fin base 4 is connected to the front end side of the first fin 1, and the second fin base 4 is further provided with the second fin 2. As shown in the BB cross-sectional view of FIG. 4, the second fin 2 has a main heat transfer surface of the fin substantially parallel to the traveling direction and a main surface of the second fin base so as to take in the traveling wind. Install in the direction that is almost perpendicular, that is, the direction in which the main heat transfer surface of the fin is almost horizontal. If the traveling wind can be taken in, the second fin may be installed at an angle from the direction parallel to the traveling direction, but the direction parallel to the traveling direction is easy to capture the traveling wind. desirable. Further, the second fin may be installed inclined from a direction substantially orthogonal to the main surface of the second fin base.

第1のフィン1と第2のフィンベース4とは、ろう付け等により固定する。第2のフィンベース4と第2のフィン2とは、ろう付け等により固定する。第2のフィンベース4と第2のフィン2とを一体構造にしても良い。第2のフィン2の先端側には仕切板23を設ける。仕切板23は、第2のフィン2に入った走行風がフィン2の先端側から外側に漏れないようにして、フィン2の冷却効果を高めるとともに、フィン2を構造的に補強する役割も果たしている。   The first fin 1 and the second fin base 4 are fixed by brazing or the like. The second fin base 4 and the second fin 2 are fixed by brazing or the like. The second fin base 4 and the second fin 2 may be integrated. A partition plate 23 is provided on the tip side of the second fin 2. The partition plate 23 prevents the traveling wind that has entered the second fin 2 from leaking to the outside from the front end side of the fin 2, enhances the cooling effect of the fin 2, and also serves to structurally reinforce the fin 2. Yes.

パワー半導体モジュール6の内部に設けられたパワー半導体等が動作することによって発生した熱は第1のフィンベース3に伝えられ、更にそこからフィン1に伝えられ、更にフィン1の先端から第2のフィンベース4を経て、フィン2に伝えられる。ファン5によって送られた空気は、フィン1の下側からフィン1の間の部分に送られ、フィン1の間を移動しながらフィン1から熱を奪って冷却する。一方、フィン2の間には車両の走行に伴う走行風が流れることによってフィン2が冷却される。   Heat generated by the operation of a power semiconductor or the like provided inside the power semiconductor module 6 is transmitted to the first fin base 3, further from there to the fin 1, and further from the tip of the fin 1 to the second It is transmitted to the fin 2 through the fin base 4. The air sent by the fan 5 is sent to the portion between the fins 1 from the lower side of the fins 1, and cools by taking heat from the fins 1 while moving between the fins 1. On the other hand, the fin 2 is cooled by the traveling wind that flows along with the traveling of the vehicle between the fins 2.

本実施例では、ファン5を下側に配置して、下側から上側へ冷却風を送る例を示したが、ファン5は上側に配置しても良い。また、冷却風は、上側から下側に送り出しても良い。しかし、暖まった空気は上側へ対流する性質を考慮して、冷却風は下側から上側へ送り出した方がより望ましい。   In this embodiment, the fan 5 is arranged on the lower side and the cooling air is sent from the lower side to the upper side. However, the fan 5 may be arranged on the upper side. The cooling air may be sent from the upper side to the lower side. However, it is more desirable to send the cooling air from the lower side to the upper side in consideration of the property that the warm air convects upward.

図5(a)に第2のフィン2を設けない構造(図6に示す構造)における第1のフィンベース3のモジュール6を取付けた面の表面温度分布の数値解析結果を、図5(b)に第2のフィン2を設けた構造(図1から図4の構造)における第1のフィンベース3のモジュール6を取付けた面の表面温度分布の数値解析結果を示す。図中の数値は、フィンベース表面温度と周囲空気温度の差を正規化して示している。(a)の構造(図6)におけるフィン1の根本から先端までの高さは、(b)の構造(図1)における第1のフィン1の根元から先端までの高さと、第2のフィンベース4の厚さと、第2のフィン2の根本から先端までの高さと、を合計した寸法と等しくなる条件で解析した。また、図5内の矢印で示した走行風は、フィンベースの周囲を図5の左側から右側へ流れており、ファン5による冷却風は、フィンベース面上を図5の下側から上側へ流れている状態における解析結果である。   FIG. 5A shows the numerical analysis result of the surface temperature distribution of the surface on which the module 6 of the first fin base 3 is attached in the structure in which the second fin 2 is not provided (the structure shown in FIG. 6). ) Shows the results of numerical analysis of the surface temperature distribution of the surface on which the module 6 of the first fin base 3 is attached in the structure in which the second fins 2 are provided (the structure of FIGS. 1 to 4). The numerical values in the figure show the normalized difference between the fin base surface temperature and the ambient air temperature. The height from the root to the tip of the fin 1 in the structure (a) (FIG. 6) is the same as the height from the root to the tip of the first fin 1 in the structure (b) (FIG. 1). The analysis was performed under the condition that the thickness of the base 4 and the height from the root to the tip of the second fin 2 are equal to the total dimension. Further, the traveling wind indicated by the arrow in FIG. 5 flows around the fin base from the left side to the right side in FIG. 5, and the cooling air from the fan 5 flows on the fin base surface from the lower side to the upper side in FIG. 5. It is the analysis result in the flowing state.

図6のA−A断面(図3と同じ)における走行風の最も上流側のファン5の吸込口付近(図5の左下付近)において、フィン1等に邪魔されて下方向に向かう走行風の流れと、ファン5により生じる上方向に向かう空気流れとの相互作用により、ファンの吸込口付近に空気の圧力が非常に低くなる部分ができるため、走行風の上流側(図5の左側)のフィン1の間における風速が、走行風の下流側(図5の右側)のフィン1の間における風速に比べて小さくなる傾向がある。そのため、図5の(a)に示すように、走行風の比較的上流側(図5の左側)においてフィンベース3の表面温度が走行風の下流側よりも高くなっている。   In the vicinity of the suction port of the fan 5 on the most upstream side of the traveling wind in the AA cross section (same as FIG. 3) in FIG. 6 (near the lower left in FIG. 5), Due to the interaction between the air flow and the upward air flow generated by the fan 5, there is a portion where the air pressure is very low in the vicinity of the suction port of the fan, so the upstream side of the traveling wind (left side in FIG. 5) The wind speed between the fins 1 tends to be smaller than the wind speed between the fins 1 on the downstream side of the traveling wind (right side in FIG. 5). Therefore, as shown in FIG. 5A, the surface temperature of the fin base 3 is higher on the relatively upstream side of the traveling wind (left side in FIG. 5) than on the downstream side of the traveling wind.

それに対して、第2のフィン2を設けた構造(b)においては、第2のフィン2の間を通る走行風によって、走行風の上流側の第2のフィン2は下流側のフィンよりも冷却され易いため、第1のフィンベース3の表面温度分布は、図5の(b)に示すように、走行風の上流部分の第1のフィンベース3の表面温度が(a)よりも低くなり、フィンベース面の最高表面温度、すなわちパワーモジュール6内にあるパワー半導体素子の温度を構造(a)よりも低下させる効果があることが確認できる。   On the other hand, in the structure (b) in which the second fin 2 is provided, the second fin 2 on the upstream side of the traveling wind is more than the downstream fin due to the traveling wind passing between the second fins 2. Since the surface temperature distribution of the first fin base 3 is easy to be cooled, the surface temperature of the first fin base 3 in the upstream portion of the traveling wind is lower than that of (a) as shown in FIG. Thus, it can be confirmed that the maximum surface temperature of the fin base surface, that is, the temperature of the power semiconductor element in the power module 6 is lower than that of the structure (a).

以上説明したように本実施形態によれば、走行風の風上側の冷却性能が低くなるというファン冷却の有する課題を、第2のフィンベース4と第2のフィン2を設けて走行風を冷却に用いることで、課題となっていた走行風の風上側の冷却性能を向上させることができるので、冷却器全体の冷却性能を向上させることができ、電力変換装置の小型化やファン動力の低減が可能である。   As described above, according to the present embodiment, the problem of fan cooling that the cooling performance on the windward side of the traveling wind is lowered is provided by cooling the traveling wind by providing the second fin base 4 and the second fin 2. As a result, it is possible to improve the cooling performance of the windward side of the running wind, which has been a problem, so that the cooling performance of the entire cooler can be improved, the power converter is downsized and the fan power is reduced. Is possible.

[第2の実施形態]
図8に本発明の他の実施形態における電力変換装置の水平断面図を示す。本実施形態では、主要な電熱面が第1のフィン1に対して略直交する、つまり、進行方向と略平行かつ略鉛直な向きとなるフィン28を設けることにより、格子状のフィンを形成した。格子状のフィンを用いることにより冷却風の圧力損失が増加するが、伝熱面積の増加の効果によって冷却性能を更に向上することが可能である。本実施形態で言及していない構造については、第1の実施形態と同様であるものとする。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a horizontal sectional view of a power conversion device according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the grid-like fins are formed by providing the fins 28 whose main heating surface is substantially orthogonal to the first fins 1, that is, substantially parallel to the traveling direction and substantially perpendicular. . Although the pressure loss of the cooling air is increased by using the lattice-like fins, the cooling performance can be further improved by the effect of increasing the heat transfer area. The structures not mentioned in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

[第3の実施形態]
図9に本発明のさらに他の実施形態における電力変換装置の車両の進行方向と垂直な鉛直断面図、図10に進行方向と平行な水平断面図を示す。また、図11に図9におけるA−A断面(進行方向と平行な鉛直断面図)を示す。本実施形態において、第1のフィン60は、主要な伝熱面がほぼ水平となる向きに設置されており、ファン5は車両の進行方向またはその逆方向に送風するように設置されている。図9〜図11において、第2のフィンベース4および仕切板61、62に密接させて側カウル70、71、72、73を設置し、走行風が側カウルの内側、すなわちファン5や第1のフィン60部分にはあまり侵入しない構造にしている。本実施形態で言及していない構造については、第1の実施形態と同様であるものとする。
[Third Embodiment]
FIG. 9 shows a vertical cross-sectional view perpendicular to the traveling direction of the vehicle of the power conversion device in still another embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows a horizontal sectional view parallel to the traveling direction. FIG. 11 shows an AA cross section (vertical cross section parallel to the traveling direction) in FIG. In this embodiment, the 1st fin 60 is installed in the direction in which main heat-transfer surfaces become substantially horizontal, and the fan 5 is installed so that it may blow in the advancing direction of a vehicle, or the reverse direction. 9 to 11, side cowls 70, 71, 72, 73 are installed in close contact with the second fin base 4 and the partition plates 61, 62, and the traveling wind is inside the side cowls, that is, the fan 5 and the first The fin 60 has a structure that does not penetrate much. The structures not mentioned in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

本実施形態における構造では、側カウルの内側の第1のフィン60は主にファン5による送風で冷却され、側カウルの外側の第2のフィン2は走行風によって冷却される。特にファンの送風方向と走行風の方向が逆のときに、ファンによる冷却では温度が高くなるファンによる送風の下流部分を走行風によって良く冷却することができるので、第1のフィンベース3の表面の温度、すなわちパワーモジュール内の素子温度を低下させる顕著な効果が得られる。また、ファンの送風方向と走行風の方向が同じ場合においても、第1のフィンベース3温度を低下させる効果がある。   In the structure in the present embodiment, the first fin 60 inside the side cowl is mainly cooled by the air blown by the fan 5, and the second fin 2 outside the side cowl is cooled by the traveling wind. In particular, when the fan blowing direction and the traveling wind direction are opposite, the downstream portion of the blowing by the fan, whose temperature is increased by cooling by the fan, can be well cooled by the traveling wind, so the surface of the first fin base 3 A remarkable effect of reducing the temperature of the element, that is, the temperature of the element in the power module is obtained. Further, even when the fan blowing direction and the traveling wind direction are the same, there is an effect of lowering the first fin base 3 temperature.

以上のように本実施形態によれば、第2のフィンベース4と第2のフィン2を設けることによって冷却性能が向上し、電力変換装置の小型化やファンの動力の低減が可能である。   As described above, according to the present embodiment, the cooling performance is improved by providing the second fin base 4 and the second fin 2, and the power converter can be downsized and the power of the fan can be reduced.

1…第1のフィン
2…第2のフィン
3…第1のフィンベース
4…第2のフィンベース
5…ファン
6…パワー半導体素子
7…その他の電気部品
8、9…ケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st fin 2 ... 2nd fin 3 ... 1st fin base 4 ... 2nd fin base 5 ... Fan 6 ... Power semiconductor element 7 ... Other electrical components 8, 9 ... Case

Claims (5)

電力変換装置の電気回路を構成する複数のパワー半導体素子と、複数の第1の放熱フィンと、前記複数の第1の放熱フィンの根元部分が一方側の面に接続され、前記複数のパワー半導体素子が他方側の面に接続された板状の部材である第1のフィンベースと、前記複数の第1の放熱フィンに空気を送風するファンと、を備え、鉄道車両に搭載されて、当該鉄道車両を駆動する電動機を制御する電力変換装置において、
前記複数の第1の放熱フィンは、フィンの主要な伝熱面が前記鉄道車両の進行方向と略直交する向きに設置し、前記複数の第1の放熱フィンの先端側に板上の部材である第2のフィンベースを設け、前記第2のフィンベースの第1の放熱フィンと反対側の面に第2の放熱フィンを設け、前記第2の放熱フィンは、フィンの主要な伝熱面が前記鉄道車両の進行方向と略平行となる向きになるように設置したことを特徴とする電力変換装置。
A plurality of power semiconductor elements constituting an electric circuit of a power conversion device, a plurality of first heat radiation fins, and base portions of the plurality of first heat radiation fins are connected to one surface, and the plurality of power semiconductors A first fin base that is a plate-like member whose element is connected to the other side surface, and a fan that blows air to the plurality of first radiation fins, and is mounted on a railway vehicle. In a power conversion device that controls an electric motor that drives a railway vehicle,
The plurality of first radiating fins are installed in a direction in which a main heat transfer surface of the fins is substantially orthogonal to a traveling direction of the railway vehicle, and a member on a plate is provided at a tip side of the plurality of first radiating fins. A second fin base is provided, a second heat dissipating fin is provided on a surface of the second fin base opposite to the first heat dissipating fin, and the second heat dissipating fin is a main heat transfer surface of the fin. Is installed so as to be in a direction substantially parallel to the traveling direction of the railway vehicle.
請求項1に記載の電力変換装置において、前記ファンは、前記第1の放熱フィンの下側から上側へ空気を送風することを特徴とする電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the fan blows air from the lower side to the upper side of the first radiation fin. 請求項1または請求項2に記載の電力変換装置において、前記第1のフィンベースと前記第2のフィンベースの間には、フィンの主要な伝熱面の向きが前記鉄道車両の進行方向と略直交する前記第1の放熱フィンと、フィンの主要な伝熱面が前記鉄道車両の進行方向と略平行かつ略鉛直な向きの第3のフィンとを格子状に配置したことを特徴とする電力変換装置。     3. The power conversion device according to claim 1, wherein a direction of a main heat transfer surface of the fin is a traveling direction of the railway vehicle between the first fin base and the second fin base. The first heat dissipating fins that are substantially orthogonal to each other and the third fins in which the main heat transfer surfaces of the fins are substantially parallel and substantially perpendicular to the traveling direction of the railway vehicle are arranged in a grid pattern. Power conversion device. 電力変換装置の電気回路を構成する複数のパワー半導体素子と、複数の第1の放熱フィンと、前記複数の第1の放熱フィンの根元部分が一方側の面に接続され、前記複数のパワー半導体素子が他方側の面に接続された板状の部材である第1のフィンベースと、前記複数の第1の放熱フィンに空気を送風するファンと、を備え、鉄道車両に搭載されて、当該鉄道車両を駆動する電動機を制御する電力変換装置において、
前記複数の第1の放熱フィンは、フィンの主要な伝熱面が略水平な向きになるように設置し、前記複数の第1の放熱フィンの先端側に板上の部材である第2のフィンベースを設け、前記第2のフィンベースの第1の放熱フィンと反対側の面に第2の放熱フィンを設け、前記第2の放熱フィンは、フィンの主要な伝熱面が略水平な向きになるように設置したことを特徴とする電力変換装置。
A plurality of power semiconductor elements constituting an electric circuit of a power conversion device, a plurality of first heat radiation fins, and base portions of the plurality of first heat radiation fins are connected to one surface, and the plurality of power semiconductors A first fin base that is a plate-like member whose element is connected to the other side surface, and a fan that blows air to the plurality of first radiation fins, and is mounted on a railway vehicle. In a power conversion device that controls an electric motor that drives a railway vehicle,
The plurality of first radiating fins are installed such that the main heat transfer surfaces of the fins are oriented in a substantially horizontal direction, and a second member that is a member on a plate on the front end side of the plurality of first radiating fins. A fin base is provided, a second heat dissipating fin is provided on a surface of the second fin base opposite to the first heat dissipating fin, and the second heat dissipating fin has a substantially horizontal heat transfer surface of the fin. A power converter characterized by being installed to face.
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の電力変換装置を床下に搭載した鉄道車両。     A railway vehicle in which the power conversion device according to any one of claims 1 to 4 is mounted under a floor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017147437A (en) * 2016-02-15 2017-08-24 富士電機株式会社 Power conversion device
CN107525171A (en) * 2016-06-21 2017-12-29 丁文凯 Semiconductor air conditioner is fanned

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