| 【発明の名称】 |
車両用電力変換装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐藤 充宏
【氏名】梅田 克也
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| 【要約】 |
【課題】冷却ユニットおよび電力変換装置の小形・軽量化を図った車両用電力変換装置を提供する。
【解決手段】複数個の冷却ユニットの放熱部を装置箱外に突出するように配置し、空気の自然対流と車両の走行風によって前記放熱部を介して前記冷却ユニットから発生する熱を外気中に排出し前記冷却ユニットを冷却する車両用電力変換装置において、走行風の流れに沿って各冷却ユニットの放熱部を直列に配置し、かつ冷却ユニットと接続してフィルタ回路を構成するフィルタコンデンサを前記装置内の冷却ユニット間に配置したので、進行方向後位のユニットの入風温度が、前位のユニットの排風のあおりを受けないことで低減し、ユニットの小形・軽量化が図れ、その結果電力変換装置全体の小形・軽量化を実現することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数個の冷却ユニットの放熱部を装置箱外に突出するように配置し、空気の自然対流と車両の走行風によって前記放熱部を介して前記冷却ユニットから発生する熱を外気中に排出し前記冷却ユニットを冷却する車両用電力変換装置において、走行風の流れに沿って各冷却ユニットの放熱部を直列に配置し、かつ冷却ユニットと接続してフィルタ回路を構成するフィルタコンデンサを前記装置内の冷却ユニット間に配置したことを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項２】 フィルタコンデンサの端子の向きを当該フィルタコンデンサが接続される冷却ユニット側に向けたことを特徴とする請求項１記載の車両用電力変換装置。
【請求項３】 フィルタコンデンサの端子の向きを車体中央側となる装置裏面側に向けたことを特徴とする請求項１記載の車両用電力変換装置。
【請求項４】 フィルタコンデンサと冷却ユニット間の配線を複数枚の薄板の導体で接続したことを特徴とする請求項１記載の車両用電力変換装置。
【請求項５】 複数個の冷却ユニットとフィルタコンデンサの配置関係を当該装置内で同一としたことを特徴とする請求項１記載の車両用電力変換装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自己発熱する半導体素子を冷却するユニットを収納する車両用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の複数個の冷却ユニットを収納した車両用電力変換装置を図７の平面図、図８の正面図を参照して説明する。図において、１は電力変換装置本体であり、その電力変換装置本体１内には、半導体素子の如き自己発熱する半導体素子を冷却する複数の冷却ユニット２，３と、冷却ユニットのフィルタコンデンサ４ａ，４ｂと、その他のユニット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが収納されている。フィルタコンデンサ４ａ，４ｂは場合によっては、冷却ユニット２，３に内蔵されている。冷却ユニット２，３は、自己発熱した素子を冷却する放熱部２ａ，３ａを有している。
【０００３】ところで、電力変換装置本体１に収納される複数個の冷却ユニット２，３は、放熱部の冷却に車両の走行風が放熱部に当たって冷却されることを期待して、車側側に突出して放熱部がくるように配置し、また主回路部分の配線インダクタンスを低減するために電力変換装置内に設置されている。そのため、フィルタコンデンサ４ａ，４ｂはユニット裏面側（車体中央側）に配置されている。また、残りのユニット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、電力変換装置１内の残りのスペースに配置されている。
【０００４】しかして、冷却ユニット２，３でそれぞれ発生した熱は、放熱部２ａ，３ａに伝わり自然冷却により外気に熱放散されることで、冷却ユニット２，３の冷却が行われる。車両走行中の場合は、前述の自然冷却以外に走行風が放熱部２ａ，３ａに当たることで冷却性能向上に寄与する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような車両制御装置の場合、車両の進行方向に対して後位の冷却ユニット放熱部３ａに入風する走行風は、前位の冷却ユニット放熱部２ａで熱放散された走行風となるため、前位の冷却ユニットに入風する走行風よりも温度の高い走行風が後位の冷却ユニットに入風することになる。
【０００６】したがって、冷却ユニットの冷却部は、前位のユニットのあおり分を考慮しなければならないため冷却部が大きくなり、結果として冷却ユニットが大きくなることから、小形・軽量化を阻害する等の問題がある。
【０００７】また、一方でフィルタコンデンサはフィルタ回路内の配線インダクタンスを小さくするために冷却ユニットの近傍に配置しなければならず、冷却ユニット内に内蔵するか、裏面側にできたスペースに配置しなければならない。
【０００８】冷却ユニットに内蔵させた場合は、ユニットとしての外形増・質量増となるため、冷却ユニットの取り扱いが困難となる。また、ユニットの裏面側のスペースに配置した場合は、冷却ユニットの裏面側を塞ぐ形となるため、ユニットへのアクセスがしにくくなり、メンテナンス性を悪化させる要因になるという問題がある。
【０００９】本発明は、このような点に鑑み、複数個の冷却ユニットの間にフィルタコンデンサを配置し、冷却ユニット間の間隔を大きくとることにより、進行方向に向かって後位の冷却ユニットの入風が前位ユニットの排風のあおりを受けないことで冷却性能を向上させると共に、フィルタコンデンサを冷却ユニットに内蔵させず、かつ裏面側のメンテナンススペースを阻害させず、冷却ユニットへのアクセスを良くする構成にすることで、冷却ユニットおよび電力変換装置の小形・軽量化を図った車両用電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、複数個の冷却ユニットの放熱部を装置箱外に突出するように配置し、空気の自然対流と車両の走行風によって前記放熱部を介して前記冷却ユニットから発生する熱を外気中に排出し前記冷却ユニットを冷却する車両用電力変換装置において、走行風の流れに沿って各冷却ユニットの放熱部を直列に配置し、かつ冷却ユニットと接続してフィルタ回路を構成するフィルタコンデンサを前記装置内の冷却ユニット間に配置したことを特徴とする。
【００１１】請求項１によると、複数個の冷却ユニットの間隔が大きくなるため、進行方向後位の冷却ユニットの放熱部に入風する走行風の温度が低減する。また、フィルタコンデンサも直近に配置されるため、フィルタコンデンサと冷却ユニット間の主回路配線インダクタンスが低減する。
【００１２】請求項２に係る発明は、フィルタコンデンサの端子の向きを当該フィルタコンデンサが接続される冷却ユニット側に向けたことを特徴とする。請求項２によると、請求項１の発明に比べ、さらにフィルタコンデンサと冷却ユニット間の配線長が短くなり、主回路配線インダクタンスが低減する。
【００１３】請求項３に係る発明は、フィルタコンデンサの端子の向きを車体中央側となる装置裏面側に向けたことを特徴とする。請求項３によると、フィルタコンデンサの端子が点検面に向くため、フィルタコンデンサに配線する配線作業を正対して行うことができる。
【００１４】請求項４に係る発明は、フィルタコンデンサと冷却ユニット間の配線を複数枚の薄板の導体で接続したことを特徴とする。請求項４によると、電位の異なる半導体間の表皮効果により主回路配線インダクタンスが低減する。
【００１５】請求項５に係る発明は、複数個の冷却ユニットとフィルタコンデンサの配置関係を装置内で同一としたことを特徴とする。請求項５によると、冷却ユニットとフィルタコンデンサ周辺の構成を同一にできることから、標準部品による部品点数の削減ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態（請求項１対応）の車両用電力変換装置の平面図であり、図２は正面図である。
【００１７】図において、複数個の冷却ユニット１２，１３は、電力変換装置本体１１に車両進行方向に沿って間隔を空けて配置されている。この冷却ユニット１２，１３間には、冷却ユニットのフィルタコンデンサ１４ａ，１４ｂが冷却ユニットに近接されて配置されている。さらに、フィルタコンデンサ１４ａ，１４ｂ間のスペースにその他のユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを配置している。
【００１８】しかして、車両用電力変換装置の動作時は、冷却ユニット内の半導体素子が発熱し、その熱が放熱部１２ａ，１３ａに伝達され、外気へ熱放散される。車両が走行中は、走行風により外気の循環が促進されるため、冷却性能が向上する。
【００１９】進行方向前位の冷却ユニット１２から、走行風により送風された排風は、後位の冷却ユニットに入風する前に外気と混合して温度が低下することから、進行方向後位の冷却ユニット１３の冷却効果が向上し、上記放熱部を含む冷却機構の小形・軽量化を図ることができる。したがって、電力変換装置１１の小形・軽量化を図ることができる。
【００２０】また、フィルタコンデンサ１４ａ，１４ｂが冷却ユニット１２，１３間に配置されたことで、冷却ユニットの裏面側を塞ぐものがなくなり、冷却ユニット１２，１３へアクセスし易くなり、メンテナンス性が向上する。加えて、車両用電力変換装置本体１１の枕木方向の寸法を小さくできることから、冷却ユニットの放熱部１２ａ，１３ａの寸法が大きくとれ、冷却ユニットの冷却性能が向上し、上記放熱部を含む冷却機構の小形・軽量化を図ることができる。したがって、結果的に車両用電力変換装置の小形・軽量化を図ることができる。
【００２１】図３は、本発明の第２の実施の形態（請求項１及び請求項２対応）の車両用電力変換装置の正面図である。図に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態の電力変換装置において、フィルタコンデンサ１４ａ，１４ｂの端子を冷却ユニット１２，１３側に向けて配置する構成としている。
【００２２】本実施の形態も図１の第１の実施の形態と同様に、進行方向後位の冷却ユニット１２に入風する走行風の温度が低減され、冷却効果が向上すると共に、冷却ユニットへのメンテナンス性が向上する上、電気性能も向上する。
【００２３】ところで、冷却ユニットの電気性能を向上させるには、フィルタ回路内の主回路配線インダクタンスを小さくする構成が求められる。本実施の形態によれば、フィルタコンデンサと冷却ユニットとの配線長が短くなり、主回路配線インダクタンスの低減が図れる。
【００２４】図４は、本発明の第３の実施の形態（請求項１及び請求項３対応）の車両用電力変換装置の平面図である。図に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態の車両用電力変換装置において、フィルタコンデンサ１４ａ，１４ｂの端子を装置の裏面側に向けて配置する構成としている。
【００２５】本実施の形態も図１の第１の実施の形態と同様に、進行方向後位の冷却ユニット１３に入風する走行風の温度が低減され、冷却効果が向上すると共に、冷却ユニットへのメンテナンス性が向上する上、フィルタコンデンサの端子への配線作業が裏面側から正対して行うことができるため、フィルタコンデンサ４ａ，４ｂへのメンテナンス性も向上する。
【００２６】図５は、本発明の第４の実施の形態（請求項１及び請求項４対応）の車両用電力変換装置の導体構成図である。図に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態の車両用電力変換装置において、フィルタコンデンサ１４ａ，１４ｂの端子と冷却ユニット１２，１３間の配線を複数枚の薄板の導体で接続したものである。電位の違う導体１６ａ，１６ｂ間には、薄板の絶縁板１７を挟んで各々の絶縁をとっている。この配線を薄板でそれぞれの電位の導体を沿わせたことで、導体に表皮効果が発生し、この間の配線インダクタンスを小さくすることができる。
【００２７】しかして、本実施の形態も図１の第１の実施の形態と同様に、進行方向後位の冷却ユニット１３に入風する走行風の温度が低減され、冷却効果が向上すると共に、冷却ユニットへのメンテナンス性が向上する上、電気性能も向上する。
【００２８】図６は、本発明の第５の実施の形態（請求項１及び請求項５対応）の車両用電力変換装置の平面図である。図に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態の車両用電力変換装置において、複数個の冷却ユニット１２，１３とフィルタコンデンサ１４ａ，１４ｂの配置構成を同一にしている。
【００２９】本実施の形態も図１の第１の実施形態と同様に、進行方向後位の冷却ユニット１３に入風する走行風の温度が低減され、冷却効果が向上すると共に、冷却ユニットへのメンテナンス性が向上する。また、冷却ユニットとフィルタコンデンサとの配置構成が同一のため、箱構成の簡素化・部品点数の削減が図れ、構成の標準化が達成できる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、冷却ユニットの間にフィルタコンデンサを配置することで、進行方向後位のユニットの入風温度が、前位のユニットの排風のあおりを受けないことで低減する。さらに、進行方向後位のユニットも効果的に冷却することができ、ユニットの小形・軽量化が図れ、その結果電力変換装置全体の小形・軽量化を実現することができる。さらにメンテナンス性に優れた車両用電力変換装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２１１７７
【氏名又は名称】東芝トランスポートエンジニアリング株式会社
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１２年９月２８日（２０００．９．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８７３３２
【弁理士】
【氏名又は名称】猪股 祥晃 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１１２４０３（Ｐ２００２−１１２４０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年４月１２日（２００２．４．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２９５８１４（Ｐ２０００−２９５８１４） |
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