JPH07277187A - 電気車の制御箱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電気車２の床下に搭載された制御箱１はその
下部に風胴８を構成しており、この部分は外気と通ずる
ように、両端部に通風口７を形成し、フィルタやルーバ
等による通風構造となっている。制御箱１の内部には送
風機９が収納されており、風胴８の内部を強制的に風が
流れる構造としている。半導体素子３はヒートパイプ式
冷却器を用いて冷却が行われる。 【効果】 風胴から密閉箱への水等の侵入を完全に防止
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気車の床下に搭載され
る電気車の制御箱に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気車を駆動する電動機に供給する電力
や電気車の車内の空調や電灯に供給する電力を生成する
電気車制御装置は、電気車の制御箱に収納されて電気車
の床下に搭載される。一般にこの電気車制御装置は半導
体素子を使って直流電力を交流電力に、又は交流電力を
直流電力に変換する電力変換装置で構成される。

【０００３】この電力変換装置に使用される半導体素子
の発熱を防止するため半導体冷却装置が必要となるが、
この半導体冷却装置には高い放熱性能が要求されること
から、一般的には冷媒の相変化を利用した沸騰冷却方
式、ヒートパイプ冷却方式が採用されている。

【０００４】これらの冷却方式では半導体素子を直接外
気にさらすことなく、冷媒が凝縮される放熱部のみを外
気にさらして、半導体素子から発生する熱を大気へ放散
している。

【０００５】又、大容量の半導体素子を冷却する場合
は、放熱部側に送風機を用いて強制的に風を流す強制風
冷方式が採られる。図５は電気車の制御箱を示す図で、
図５（ａ）は電気車側面から見た電気車の制御箱の正面
図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡＡ断面図、図５（ｃ）
は図５（ａ）のＢＢ断面図である。

【０００６】電気車の制御箱１（以下、制御箱という）
は電気車２の床下に搭載されている。制御箱１には電力
変換装置を構成する半導体素子３、抵抗器４、リアクト
ル５及び他の電気品６が収納されている。又電力変換装
置を冷却する手段として、制御箱１の内部へ外気が通流
するように制御箱１の両端部にフィルタやルーバーを設
けた通風口７を形成し、風胴８を制御箱１内部に形成し
ている。制御箱１の内部には送風機９が収納され、風胴
８に強制的に風を流す様にしている。

【０００７】半導体素子３はヒートパイプ式冷却器を用
いて冷却される。ヒートパイプ式冷却器は半導体素子３
が押圧される受熱部ブロック10とヒートパイプ11と放熱
フィン12とから構成される。半導体素子３から発生する
熱が受熱部ブロック10を介してヒートパイプ11に入熱さ
れると、ヒートパイプ11の内部に封入された冷媒が沸騰
して放熱フィン12の取付けられた側の端部へと上昇して
凝縮し、放熱フィン12から大気へ熱が放散される。凝縮
した冷媒は重力により受熱部ブロック10側へ戻り再び半
導体素子３からの熱をうけて沸騰する。このサイクルを
繰り返すことによりヒートパイプ式冷却器は、半導体素
子３から発生する熱を風胴８内へ放散することで半導体
素子３を冷却している。一方、送風機９から風胴８内に
強制的に風を流すことで、ヒートパイプ式冷却器の放熱
フィン12から大気への熱放散性能を向上させ、半導体素
子３から発生する大量の熱を有効に処理し冷却性能を向
上させている。

【０００８】ヒートパイプ式冷却器の受熱部ブロック10
と放熱フィン12とは仕切板13により水密的に仕切られ、
放熱フィン12のみを外気にさらす構成としている。仕切
板13はパッキン14を押し付けながら風胴８を構成する枠
体15に取付けられ、風胴８内部を外気へ通ずる領域と
し、半導体素子３が収納される領域は外気と遮断された
密閉領域とする構成にして、塵埃や水の侵入を防ぎ機器
の故障を防止している。

【０００９】抵抗器４、リアクトル５等の発熱部品もそ
の熱を外気へ放散する目的で風胴８内に収納されるがそ
の端子部等の導電部は風胴８内部に流入した水等による
短絡事故を防止するため仕切板13で仕切り、密閉領域側
へ配置している。

【００１０】一方、制御箱１には、ネジ止め等により着
脱可能な点検カバー16が設けられ、機器の組込み、取外
し、点検の際には、この点検カバー16を取外して作業す
ることになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ヒートパイプ式冷却器
は重力を利用して冷媒の循環を行う為、放熱フィンを上
方へ配置する必要があり、必然的に風胴は制御箱の上部
側となり、風胴下方が密閉領域となる。送風機により外
部から取り入れられる空気は、通風口に備えられたフィ
ルタによりある程度は塵埃や水、雪の侵入を防止できる
が、電気車の床下という環境下では、風胴の内部へ水等
が侵入することを完全には防止しきれない。風胴には電
気的に絶縁された部品のみが配置されているため、侵入
した水などによる短絡事故は防止することができる。し
かしながら、風胴は上部にあり風胴へ侵入した水は下方
へたまることになるため、パッキンやヒートパイプが仕
切板と貫通する部分の水密構造は強固なものとする必要
があり、材質の劣化を考慮する必要がある。

【００１２】また、半導体素子等は制御箱からの脱着を
考慮した取付構造とする必要があるのでパッキンの構造
を完全な水密構造とすることは困難である。そこで風胴
の下方の密閉領域はある程度の水の侵入、塵埃の侵入を
考慮して、絶縁距離を大きめにとる等の配慮をし、絶縁
劣化、短絡事故を防止する必要がある。

【００１３】又、風胴内は強制的に外気を流すことから
内部の汚れもひどく定期的な清掃が必要となるが、風胴
は電気車の床下の制御箱の上部に配置していることか
ら、その内部の清掃の際には制御箱を車体から降ろす、
又は、制御箱内部の部品類を取外す等の作業が伴い困難
な作業となってしまうという問題があった。

【００１４】そこで本発明は上記問題点を解決するため
になされたもので、風胴から密閉領域への水等の侵入を
完全に防止し、風胴を簡単に清掃できる電気車の制御箱
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために請求項１に記載の発明は、電気車の床下側に形成
され、半導体素子が押圧される受熱部ブロックが配置さ
れる密閉箱と、この密閉箱の下部に形成され、受熱部ブ
ロックに一端が挿入され内部に冷媒が封入されたヒ−ト
パイプの他端に取付けられた放熱フィンが配置される開
放箱とを有してなる。

【００１６】又請求項２に記載の発明は、ヒートパイプ
として内部に焼結金属層を有するヒ−トパイプを用いて
なる。又請求項３に記載の発明は、ヒートパイプとして
ループ形のヒートパイプを用いてなる。

【００１７】

【作用】上述した構成により、請求項１に記載の発明で
は、放熱フィンが収納される開放箱は半導体素子や受熱
部ブロックが収納される密閉箱の下方へ配置されている
ので外気より入り込んでくる水等は密閉領域側へ入り込
むことがない。又開放箱から密閉箱への水、塵埃などの
流入を防ぐことができ、密閉箱を清浄に保つことができ
る。

【００１８】又請求項２に記載の発明では、半導体素子
より発生する熱は受熱部ブロックを介してヒートパイプ
へと伝わる。ヒートパイプ内部の焼結金属層は毛細管力
が強いため、この毛細管力によりヒートパイプの内部に
封入された冷媒は焼結金属層の全域に渡って保持されて
いる。冷媒は半導体素子から発生した熱により蒸発し、
気体となった冷媒は反対側の端部へ圧力差により移動し
て放熱フィンにより大気へ熱を放散する。すると冷媒は
凝縮して液体に戻るが、冷媒は焼結金属層の毛細管力に
より受熱部ブロック側へと押し上げられるため、重力に
よる液戻りはしない。従って再び冷媒は受熱部ブロック
を介して半導体素子の熱をうけて気化することを繰り返
す。

【００１９】又請求項３に記載の発明では、ループ形の
ヒートパイプは内部を冷媒が一方向へ循環するため、受
熱部ブロック側を上方の密閉箱へ配置し、放熱フィン側
を下方の開放箱内へ配置できる。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照し詳細に説明
する。図１は本発明の一実施例である電気車の制御箱を
示す図で、図１（ａ）は電気車の制御箱の正面図、図１
（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ断面図である。本実施例にお
いて従来の技術で説明した同一の構成部材については同
一の符号を付ける。

【００２１】電気車２の床下に搭載された電気車の制御
箱（以下、制御箱という）１は、その下部に開放箱（以
下、風胴という）８を構成しており、この部分は外気と
通ずるように、両端部に通風口７を形成し、フィルタや
ルーバ等による通風構造となっている。制御箱１の内部
には送風機９が収納されており、風胴８の内部を強制的
に風が流れる構造としている。半導体素子３はヒートパ
イプ式冷却器を用いて冷却が行われる。ヒートパイプ式
冷却器は図２に示される構成をしている。図２はヒート
パイプ式冷却器の構成図である。ヒートパイプ式冷却器
は、内部に焼結金属層等のウィック111 を有するヒート
パイプ11ａとヒートパイプ11ａの上部に設けた受熱部ブ
ロック10及び下部に設けた放熱フィン12から構成され
る。

【００２２】そしてヒートパイプ式冷却器と半導体素子
３とを交互に積層させ、放熱フィン12側と受熱部ブロッ
ク10側とを仕切板13で水密的に仕切る構成にしている。
仕切板13には複数本のヒートパイプ11ａそれぞれが貫通
している。

【００２３】風胴８の下部には点検カバー16がネジ止め
等の方法により取付けられており、ヒ−トパイプ式冷却
器は放熱フィン12を下方にして、制御箱１へ収納され
る。ここで仕切板13と風胴８を構成する枠体15とはパッ
キン14を介して水密的に接続されている。すなわち仕切
板13より上部の受熱部ブロック10と、この受熱部ブロッ
ク10に押圧された半導体素子３とは制御箱１の密閉箱へ
収納され、仕切板13より下部の放熱フィン12は外気と通
ずる風胴８内に収納される。

【００２４】抵抗器４も風胴８内へ収納されるが、その
端子部は密閉箱である制御箱１の上部へ配置されてい
る。半導体素子３より発生する熱は受熱部ブロック10を
介してヒートパイプ11ａへと伝わる。ヒートパイプ11ａ
内部のウィック111 は毛細管力が強いため、この毛細管
力によりヒートパイプ11ａの内部に封入された冷媒はウ
ィック111 の全域に渡って保持されている。冷媒は半導
体素子３から発生した熱により蒸発し、気体となった冷
媒は反対側の端部へ圧力差により移動して放熱フィン14
により大気へ熱を放散する。すると冷媒は凝縮して液体
に戻るが、冷媒はウィック111 の毛細管力により受熱部
ブロック10側へと押し上げられるため、重力による液戻
りはしない。従って再び冷媒は受熱部ブロック10を介し
て半導体素子３の熱をうけて気化することを繰り返す。

【００２５】このようにして風胴８内へ放散された熱は
送風機９により送り込まれた空気により風胴８内から通
風口７を介して制御箱１の外部へと排出されることにな
る。又抵抗器４より発生する熱も同様に制御箱１の外部
へ排出される。

【００２６】従って本実施例によれば、半導体装置３等
から発生する熱は制御箱１を温度上昇させることなく良
好に外気へと熱放散することができる。又、制御箱１内
の風胴８は密閉箱の下方へ配置されているので外気より
入り込んでくる水等は密閉箱側へ入り込むことがない。
従って風胴８内に入り込んだ水、雪等は上方のパッキン
14側へ向かうことなく、下方の点検カバー16側へ重力に
より落下するので、密閉箱が清浄に保たれ、パッキン14
部の構造が簡単になる。又風胴８は外気に通ずる構造の
為、点検カバー16で完全に外気と仕切る必要性は無くな
る。

【００２７】風胴８内には外気から水、雪、塵埃等が入
り込み清掃が必要となるが半導体素子３等を外すことな
く、点検カバー16を取外すだけで風胴８は水洗い、気吹
き等が可能で簡単に清掃できる。

【００２８】又ヒートパイプ式冷却器は図３に示される
構成のものでもよい。図３はヒートパイプ式冷却器の構
成図である。本実施例のヒートパイプ式冷却器は、ヒー
トパイプとしてループ形細管ヒートパイプ11ｂを用いて
いる。このループ形細管ヒートパイプ11ｂは内部を冷媒
が一方向へ循環するため、受熱部ブロック10側を上方の
密閉箱へ配置し、放熱フィン12側を下方の風胴８内へ配
置できる。

【００２９】半導体素子３より発生する熱は受熱部ブロ
ック10を介してヒートパイプ11ｂへと伝わる。ヒートパ
イプ11ｂはル−プ形をしているため、半導体素子３から
発生した熱により蒸発した冷媒は、圧力差により一方向
に移動して放熱フィン14により大気へ熱を放散する。す
ると冷媒は凝縮して液体に戻るが、冷媒の流れは一方向
であるため受熱部ブロック10側へと押し上げられるた
め、重力による液戻りはしない。従って再び冷媒は受熱
部ブロック10を介して半導体素子３の熱をうけて気化す
ることを繰り返す。

【００３０】従って本実施例によれば、半導体装置３等
から発生する熱は制御箱１を温度上昇させることなく良
好に外気へと熱放散することができる。又、制御箱１内
の風胴８は密閉箱の下方へ配置されているので外気より
入り込んでくる水等は密閉箱側へ入り込むことがない。
従って風胴８内に入り込んだ水、雪等は上方のパッキン
14側へ向かうことなく、下方の点検カバー16側へ重力に
より落下するので、密閉箱が清浄に保たれ、パッキン14
部の構造が簡単になる。又風胴８は外気に通ずる構造の
為、点検カバー16で完全に外気と仕切る必要性は無くな
る。

【００３１】風胴８内には外気から水、雪、塵埃等が入
り込み清掃が必要となるが半導体素子３等を外すことな
く、点検カバー16を取外すだけで風胴８は水洗い、気吹
き等が可能で簡単に清掃できる。

【００３２】次に本発明の他の実施例を図４を参照して
説明をする。図４は本発明の他の実施例を示す電気車の
制御箱の正面図である。本実施例は送風機を用いずに制
御箱１の下部を通風口７から外気を取り込む開放箱８ａ
を形成して電気車走行時の走行風をこの開放領域８ａへ
導くようにしたものである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、制
御箱の密閉箱への水等の侵入を防ぐことができるので機
器の信頼性を向上させることができる。又風胴と密閉箱
との間は、風胴側が下方となり外気側となるので、水の
侵入を防ぐための構造を容易にすることができる。更に
風胴内の点検清掃が容易に行えるため、信頼性の向上と
機器の寿命の延命をはかることができる。又風胴が制御
箱の下部にある為、電気車走行時の走行風による冷却を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気車の制御箱の一実施例を示す図で
ある。

【図２】本発明の電気車の制御箱に収納されるヒートパ
イプ式冷却器の一実施例を示す図である。

【図３】本発明の電気車の制御箱に収納されるヒートパ
イプ式冷却器の他の実施例を示す図である。

【図４】本発明の電気車の制御箱の他の実施例を示す図
である。

【図５】従来の電気車の制御箱を示す図である。

【符号の説明】

１ 制御箱 ２ 電気車 ３ 半導体素子 ７ 通風口 ８ 風胴 ８ａ 開放箱 ９ 送風機 10 受熱部ブロック 11，11ａ，11ｂ ヒートパイプ 111 ウィック 12 放熱フィン 13 仕切板 14 パッキン 15 枠体 16 点検カバー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気車の床下側に形成され、半導体素子
   が押圧される受熱部ブロックが配置される密閉箱と、 この密閉箱の下部に形成され、前記受熱部ブロックに一
   端が挿入され内部に冷媒が封入されたヒ−トパイプの他
   端に取付けられた放熱フィンが配置される開放箱とを有
   する電気車の制御箱。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気車の制御箱におい
   て、 前記ヒートパイプとして内部に焼結金属層を有するヒ−
   トパイプを用いる電気車の制御箱。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電気車の制御箱におい
   て、 前記ヒートパイプとしてループ形のヒートパイプを用い
   る電気車の制御箱。