【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、車両用半導体冷却装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図を参照して電車について説明する。 図
21は電車の構成図である。 図２２は、図２１のAA´断面図である。 電車は、パンタグラフ１，車両２，筐体３，電力変換装置４，台車５，誘導電動機６，車軸７，
車輪８から構成されている。 パンタグラフ１は車両２上面の外側に設けられている。 車両２の床下には、筐体３
が吊り下げられている。 電力変換装置４が、筐体３に設置されている（図２２参照）。 電力変換装置４は、地面（図示しない）と所定の角度を持って筐体３内に設置されている。 台車５が、車両２下面と接続されている。 誘導電動機６が、台車５の内部に設置されている。 誘導電動機６は、台車５に設けられた車軸７と係合している。
車輪８は、車軸７に固定されている。 車両２の内部は、
座席2a，金属の棒2b，網棚2c，つり革２ｄより構成されている。 座席2aは、車両の底面内側に設置されている。
金属の棒2bは、車両上面内側に設置されている。 網棚2C
は、車両側面内側に設置されている。 つり革2dは、金属の棒２ｂと契合している。 車両２下面外側には、筐体３
が係合している。 筐体３内部には、電力変換装置４が設置されている。 電力変換装置は、地面と７度の角度を形成するように斜めに設置されている。 【０００３】このように構成された車両２において、乗客は、座席2aに腰掛けること、網棚２ｃに荷物を置くこと，つり革２ｄを手で掴み車両が揺れたときに転倒しないようにすることが可能である。 このように構成された電車において、架線９から供給された架線電力（一般的には1500V以上）は、電力変換装置４に伝えられる。 電力変換装置４に伝えられた架線電力は、電力変換装置４
により所定の周波数所定の電圧の三相交流電力の電力に変換される。 電力変換装置４により、所定の周波数所定の電圧の三相交流電力に変換された電力は、誘導電動機６に与えられる。 誘導電動機６は、与えられた電力により駆動する。 誘導電動機６が駆動することにより、誘導電動機６と係合した車軸７は回転する。 車軸７の回転力は、車軸７と固定された車輪８に伝えられ、車輪８が回転する。 車輪８が回転することにより電車は前に進むことが出来る。 このように構成された電車の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。 図2３は電力変換装置の正面図である。 図2４は電力変換装置の上面図である。 電力変換装置４は、銅製の冷却ブロック１０，
銅製のヒートパイプ１１，半導体素子１２であるGTO，
銅製の放熱板１３，冷媒１４である水から構成されている。 冷却ブロック１０は所定の角度をもって、電力変換装置４内に設置されている。 ヒートパイプ１１は、冷却ブロック１０に接続されている。 冷却ブロック１０は、
ヒートパイプ１１の軸と地面（記載しない）が７度の角度を形成するように、電力変換装置４内に傾けて設置されている。 ヒートパイプ１１には、放熱板１３が係合している。 ヒートパイプ１１の内部には、冷媒１４が封入されている。 【０００４】冷却ブロック10は、熱伝導の良い銅を材料とし、直方体の部材である。 ヒートパイプ１１は、熱伝導性の良い銅を材料とし、中空状ではあるがヒートパイプ１１の両端は閉じられている棒である。 放熱板１３
は、熱伝導性の良い銅を材料とし、薄板を長方形に加工したものである。 このように構成された電力変換装置４
において、半導体素子１２は、パンタグラフ１より供給された架線電力を、所定の周波数所定の電圧の三相交流に変換する。 半導体素子１２が、架線電力を所定の周波数所定の電圧の三相交流に変換するさいには、必ず熱が発生する。 半導体素子１２から発生される熱は、冷却ブロック１０を介して、ヒートパイプ１１に封入された冷媒１４に伝わる。 冷媒１４に、半導体素子１２の発する熱が伝熱され、液体から気体への相変化を起こす。 気体となった冷媒１４は、ヒートパイプ１１内を上昇する。
冷媒１４は、ヒートパイプ１１，放熱板１３を介して空気と熱交換を行い、冷媒１４は気体から液体へ相変化する。 液体化した冷媒１４は、ヒートパイプ内を下降していく。 電力変換装置の冷却方式（半導体素子の冷却方式）として、上述した流体の気化現象を利用したヒートパイプ方式のほかにも走行風や自然風を利用した大型フィン方式などが従来より利用されてきた。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし従来の電力変換装置を使用し、冷却効率を更に上げようとした場合、装置自体を大きくさせるという方法しかない。 そのため、
近年の電力変換装置の大容量化に伴ない冷却効率の向上を求められたときに、装置を置くスペースの限られる車両用電力変換装置には、対応することができなかった。
そこで、本発明の目的は、装置の小型化を実現することと冷却効率の良い車両用半導体冷却装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明に基づく車両用電力変換装置は、電力を変換する半導体素子と、この半導体素子と係合する冷却ブロックと、この冷却ブロックと係合するヒートパイプと、このヒートパイプと係合し、
波型形状の放熱板と、前記ヒートパイプ内部に封入され、前記ヒートパイプ受熱部側で前記半導体素子の発する熱により液体から気体への相変化を起こし、前記ヒートパイプ放熱部側で前記放熱板を介して大気と熱交換をすることにより気体から液体への相変化を起こす冷媒とを備えることを特徴としている。 本発明に基づく車両用電力変換装置は、電力を変換する半導体素子と、この半導体素子と係合する冷却ブロックと、この冷却ブロックと係合するヒートパイプと、このヒートパイプと係合する波型形状の平板と、前記平板２枚の谷部同士を接合し断面形状が菱形形状をしている放熱板と、前記ヒートパイプ内部に封入され、前記ヒートパイプ受熱部側で前記半導体素子の発する熱により液体から気体への相変化を起こし、前記ヒートパイプ放熱部側で前記放熱板を介して大気と熱交換をすることにより気体から液体への相変化を起こす冷媒とを備えることを特徴としている。 【０００７】本発明に基づく車両用電力変換装置は、電力を変換する半導体素子と、この半導体素子と係合する冷却ブロックと、前記冷却ブロックと係合する波型形状の放熱板とを備えることを特徴としている。 本発明に基づく車両用電力変換装置は、電力を変換する半導体素子と、この半導体素子と係合する冷却ブロックと、この冷却ブロックと係合する波型形状の平板と、この平板２枚の谷部同士を接合し断面形状が菱形形状をしている放熱板とを備えることを特徴としている。 【０００８】 【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明に基づく第１の実施形態について図を参照して説明する。 図１
は、第１の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 図２は、第１の実施形態の車両用電力変換装置の上面図である。 図23に記載のものと構造上同一のものは、
同一符号を付して説明を省略する。 本実施形態の車両用電力変換装置は、銅製の冷却ブロック１0，銅製のヒートパイプ１１，半導体素子１２であるGTO素子，冷媒１
４である水，銅製の放熱板１５により構成されている。
ヒートパイプ１１は、冷却ブロック１０に接続されている。 冷却ブロック１０は、ヒートパイプ１１の軸と地面が７度の角度を形成するように、電力変換装置４内に傾けて設置されている。 ヒートパイプ１１は、本実施形態における放熱板１５と係合している。 ヒートパイプ１１
の内部には、冷媒１４が封入されている。 半導体素子１
２は、冷却ブロックとねじ止めにより接続されている。
本実施形態における放熱板１５は、銅製で波型形状に折曲されている。 このように構成された電力変換装置において、半導体素子１２は、パンタグラフ１より供給された架線電力を、所定の周波数所定の電圧の三相交流に変換する。 半導体素子１２が、架線電力を所定の周波数所定の電圧の三相交流に変換するさいには、必ず熱が発生する。 半導体素子１２から発生する熱は、冷却ブロック１０を介して、ヒートパイプ１１に封入された冷媒１４
に伝わる。 冷媒１４に、半導体素子１２の発する熱が伝熱することにより、液体から気体への相変化を起こす。
気体となった冷媒１４空気より密度が小さいため、ヒートパイプ１１内を上昇する。 冷媒１４は、上昇を続けながらも、ヒートパイプ１１，放熱板１５を介して空気と熱交換を行い、気体から液体へ相変化する。 液体化した冷媒１４は、ヒートパイプ内を下降していく。 半導体１
２は、上述したように冷媒１４に熱を伝えることにより冷却され、冷媒１４は、大気と熱交換することにより熱を放出する。 【０００９】このように構成された電力変換装置において、放熱板１５は、波型の形状をしているため、平版で形成された放熱板１３（従来の技術にて上述）に比べると、空気との接触面積が大きくなる。 また、平版の放熱板１３で隣り合う放熱板１３ａと放熱板１３ｂの間の距離（以後ピッチ）Xを小さくしていくと、より多くの放熱板を設けられるが、放熱板１３ａによって熱交換された空気を、放熱板１３ｂも熱交換しようとするため冷却効率が大幅に落ちる熱あおりという現象が起こってしまう。 それに対して、放熱板１５は、複数の波型の形状をしているため、ピッチをXとしたときに、山と山の隣合う地点では放熱板１５aと放熱板１５ｂとの間の距離はX
となる。 そのため熱あおりの影響が出てくる。 しかしその他の部分（例えば谷と谷）では、放熱板１５ａと放熱板１５ｂとの間の距離は、Ｘより大きくなる。 そのため、熱あおりの影響が少なくなり、冷却効率の低下もおこらない。 冷却効率の低下も起こらないため、より多くの放熱板１５をヒートパイプに接続することが可能になる。 このように構成された電力変換装置は、高い冷却性能を持った電力変換装置を、電力変換装置を巨大化しなくても得ることが出来る。 【００１０】（第２の実施形態）本発明に基づく第２の実施形態について図を参照し詳細に説明する。 図３は、
第2の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。
図４は、第2の実施形態の上面図である。 図5は、ヒートパイプの正面図である。 図6はヒートパイプの右側面図である。 図7は、ヒートパイプの上面図である。 図１に記載のものと構造上同一のものは、同一符号を付して説明を省略する。 本実施形態の車両用電力変換装置４は、
銅製の冷却ブロック１0，銅製のヒートパイプ１１，半導体素子１２であるIGBT，冷媒１４であるフロリナート，銅製の放熱板１６により構成されている。 本実施形態における放熱板16は、第1の実施形態の放熱板１５を二枚使用し、二枚の放熱板１５の谷部と谷部を接合して製造されている（図５参照）。 放熱板１6の断面形状は四角形を連続して連ねた形になっている。 このように構成された電力変換装置において、放熱板１6は、二枚の第1の実施形態の放熱板１５を二枚使用し、二枚の放熱板１５の谷部と谷部を接合されており、断面形状が四角形を連続して連ねた形になっているため、平版で形成された放熱板１３（従来の技術にて上述）に比べると、空気との接触面積が大きくなる。 また、平版の放熱板１３
で放熱板１３ａと放熱板１３ｂの間の距離（以後ピッチ）Xを小さくしていくと、より多くの放熱板を設けられるが、放熱板１３bによって熱交換された空気を、放熱板１３ｂも熱交換しようとするため冷却効率が大幅に落ちる熱あおりという現象が起こってしまう。 それに対して、放熱板１6は、複数の中空状の直方体が連続して形成されているため、ピッチをXとしたときに、山と山の隣合う地点では放熱板１６aと放熱板１６bとの間の距離はXとなる。 そのため熱あおりの影響が出てくる。 しかしその他の部分（例えば谷と谷）では、放熱板１６a
と放熱板１６ｂとの間の距離は、Ｘより大きくなる。 そのため、熱あおりの影響が少なくなり、冷却効率の低下もおこらない。 冷却効率の低下も起こらないため、より多くの放熱板１６をヒートパイプに接続することが可能になる。 【００１１】このように構成された電力変換装置は、高い冷却性能を持った電力変換装置を、電力変換装置を巨大化しなくても得ることが出来る。 （第３の実施形態）本発明に基づく第３の実施形態の車両用電力変換装置について図を参照し詳細に説明する。
図８は、第２の実施形態の正面図である。 図９は、第３
の実施形態の電力変換装置の上面図である。 図１０は、
第３の実施形態の電力変換装置のA部の詳細図である。
図１１は、第３の実施形態の電力変換装置のA部の詳細図である。 図１２は、第３の実施形態の電力変換装置の
A部の詳細図である。 図１に記載のものと構造上同一のものは、同一符号を付して説明を省略する。 本実施形態の電力変換装置は、銅製の冷却ブロック１０，銅製の放熱板１７，銅製のフレーム１８，銅製の放熱固定板１９
ａ，１９ｂ，銅製の放熱固定パイプ２０，銅製の仕切り板２１，リベット２２より構成されている。 放熱板１７
は、第２の実施形態の電力変換装置における16の形状と同一である。 しかし本実施形態における放熱板１7は、
波型の放熱板１７aと17bの放熱部側と受熱部側を合わせリベット２２により係合させている。 そのため、放熱板１７の断面形状は、略菱形を連続させた形状となっている。 （図１０及び図１１参照）。 【００１２】本発明に基づく第３の実施形態の車両用電力変換装置４において、半導体素子１２が冷却ブロック１０にねじ止めされている。 仕切り板21は、冷却ブロック１０と溶接により固定され、筐体３とボルトにより接続されている。 放熱固定板１9ａは、冷却ブロック１０
の端部と溶接により接続されている。 放熱固定板１9ｂ
は、仕切り板21の一面と冷却ブロック１０と溶接により接続されている。 放熱固定パイプ20の両端部は、放熱固定板１9ａ，放熱固定板１9ｂと溶接により接続され、複数の放熱板１７と係合する。 このように構成された車両用電力変換装置において、半導体素子１２は、パンタグラフ１より供給された架線電力を、所定の周波数所定の電圧の三相交流に変換する。 半導体素子１２が、架線電力を所定の周波数所定の電圧の三相交流に変換するさいには、必ず熱が発生する。 この熱は、冷却ブロック１０
に伝熱される。 冷却ブロック１０に伝わった熱は、放熱板１７に伝熱される。 放熱板１７は、空気と熱交換する。 本実施形態の車両用電力変換装置では、断面形状が四角形を連続させた形状である放熱板１７を使用しているため、空気との接触面積が従来の平板型の放熱板１３
より多いことは言うまでもない。 【００１３】このように構成された車両用電力変換装置４は、放熱板１７を冷却ブロック１０の溝にかしめて放熱部側の平板部分でリベット２２により止められているだけなので、放熱板１７は用意に交換することが出来る。 本実施形態の車両用電力変換装置は、冷却効率も高いため、大型化することなく電車に組み込むことが出来る。 本実施形態の車両用電力変換装置は、大型化する必要がないため、誘導電動機6の容量を上げられる。 本実施形態の車両用電力変換装置は、冷媒１４を使用していないため、冷媒１４の凍結の問題などから使用地の制限（例えば寒冷地など）のあった冷媒１４を使用している電力変換装置と違い、どの地域でも使用することが出来る。 また本実施形態の車両用電力変換装置は、冷媒１４
を密封する特殊な加工が不要となるため、コストも安くなる。 なお本実施形態の電力変換装置では、放熱板１７
は、波型の放熱板17aと17bを組合わせて製造していたが、放熱板１７は一体成型されていても構わない（図１
２参照）。 （第４の実施形態）本発明に基づく第４の実施形態について図を参照し詳細に説明する。 図１３は第４の実施形態の正面図である。 図１４は第４の実施形態の電力変換装置の正面図である。 図１５は第４の実施形態の放熱部の正面図である。 図１６は第４の実施形態の放熱部の正面図である。 図１に記載のものと構造上同一のものには、同一符号を付して説明を省略する。 【００１４】本実施形態の電力変換装置は、筐体３内部に設置されており、半導体素子１２であるGTO，アルミニウム製のケース１8，アルミニウム製の放熱固定板１9
ａ，１9ｂ，アルミニウム製の放熱固定パイプ２０，アルミニウム製の仕切り板２１，リベット２２，アルミニウム製の放熱板２３，アルミニウム製のゆれ止め板２
４，アルミニウム製の固定板２５より構成されている。
複数の放熱板２３は、放熱部の方向（地面に対して放熱部２３ａが上に向かう方向と地面に対して放熱部２３ａ
が下に向かう方向）により２つの群に別けられる。 ゆれ止め板２４は、放熱板群２３の揺れを抑制するために、
２つの放熱板群２３と地面に略水平な二つの面とそれぞれ接続される。 固定板２５aは、放熱板２３の端部とゆれ止め板２４の端部と係合する。 固定板２５ａと係合する、放熱板２３の端部と揺れとめ板２４の端部は、ボルト２２ｂにより固定板２５ａと接続される。 放熱板２３
の中央部は、ボルト2５Cにより接続され放熱板２３同士の接続を強化している。 ゆれ止め板２４は、放熱板２３
が電車の運行に伴ない大きな振動を起こさないように放熱固定板１９ａ，放熱固定板１９ｂとボルトによりねじ止めされ接続されている。 【００１５】本実施形態の放熱板２３は、一辺は波型２
３ａで、他の一辺は平坦２３ｂであるL字型をしている。 このL字型をしている放熱板２３を二つリベット２
２で合わせ使用している。 Ｌ字型をしている放熱板の平坦部２３ｂを接触させ並べていくため、車両内側（図１
3上では左側）では、放熱部２３ａの数が少ないが車両外側（図１3上では右側）の放熱板２３は放熱部２３ｂ
の数が多い。 そのため、車両外側の放熱板23のほうが冷却能力が高くなる。 このように構成された電力変換装置は、冷却ブロックとしての役割も持った放熱板２３を採用しているので、製造工程が大幅に減る。 そのため、コスト削減などといった効果も期待できる。 また、放熱板２３を図11（正面図）上で上下に配置していることから、かなりの冷却効率を期待できる。 また、本実施形態の電力変換装置は、ケース１８をボルトによりはずすことも出来るので、メンテナンスといった作業も容易に出来る。 また本実施形態の電力変換装置は、走行風を利用するために、図13のように設置する方法のほかにも、９
０度回転させて、自然風を取り入れる向きで設置しても良い。 （第５の実施形態）本発明に基づく第５の実施形態について図を参照し詳細に説明する。 図１７は、本発明に基づく第５の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 図１８は、本発明に基づく第５の実施形態の車両用電力変換装置の上面図である。 図1に記載してあるものと、構造上同一のものには同一符号を付して説明を省略する。 【００１６】第５の実施形態の車両用電力変換装置は、
冷却ブロック10，半導体素子12，放熱板２６，放熱板２
７により構成されている。 放熱板２６は、銅製で、波型形状をした平版である。 放熱板２７は、放熱板２６と同様熱伝導率の良い銅を材料とし、波型形状をしているが、放熱板１５とは、長手方向の長さが異なる（図１６
参照）。 このように構成された車両用電力変換装置において、放熱板２７は、冷却ブロック１０の中央部に一群として配置され、放熱板２６は、冷却ブロック１０の両端部に一群ずつ配置されている。 このように構成された車両用電力変換装置において、放熱板２７が冷却ブロック１０の中央部に配置されているため、熱あおり現象がおきにくいといった利点や、材料を削減できるので結果的にはコストの削減や軽重量化といったことも利点として挙げられる。 （第６の実施形態）本発明に基づく第６の実施形態の車両用電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。 図１９は、本発明に基づく第６の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 図２０は、本発明に基づく第６の実施形態の車両用電力変換装置の上面図である。 図１と構造上同一のものは、同符号を付して省略を説明する。 【００１７】本実施形態の車両用電力変換装置は、冷却ブロック１０,半導体１２,放熱板２８,放熱板２９より構成されている。 放熱板２８は、波型形状の放熱板と平板形状の放熱板を組合わせた形状になっている。 本実施形態では、両端が波型形状の放熱板で中央部分が平板形状の放熱板になっている。 放熱板２９は、波型形状の放熱板である。 本実施形態において、放熱板２９の長さは、放熱板２８の平板部分までの長さと同一にしてある。 このように構成された車両用電力変換装置において、放熱板２８と放熱板２９は交互に冷却ブロックに接続されているため、熱あおり現象を減少させることが出来る。 また、従来の放熱板で本実施形態の車両用電力変換装置のように、短い放熱板と長い放熱板を交互に配置したとしても、冷却面積の減少により充分な冷却能力を得ることが出来なかったが、本実施形態の車両用電力変換装置では、放熱板が波型形状を取っているため、十分な冷却面積を確保することができ充分な冷却能力を得ることが出来る。 本実施形態の車両用電力変換装置は、放熱板２８と放熱板２９を交互に配置することに限定はしない。 なぜなら、放熱板２８と放熱板２９を二枚ずつ交互に並べるといった方法も考えられ、放熱板２８と放熱板２９を二枚ずつ交互に並べても熱あおり現象の減少という効果は得られ、配置を変えるだけで無数に放熱板２
８と放熱板２９の組合わせは存在するからである。 【００１８】本発明では、放熱板の材料や製造方法などは限定しない。 なぜなら一体成型でも製造できるし、本発明第２の実施形態のもののように、二つの放熱板をリベットなどで合わせるという方法もあるからである。 また、本発明の実施の形態についても、放熱板２１の放熱部２１ａの数量を全て合わせて（図１6参照）、本発明第３の実施形態の電力変換装置に採用するなど組合わせによって色々考えられるため、本発明は、上述した第１
の実施形態，第２の実施形態，第３の実施形態，第４の実施形態，第５の実施形態,第６の実施形態のみに限定されないことは言うまでもない。 【００１９】 【発明の効果】装置を大型化することなく冷却効率の良い車両用半導体冷却装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明第１の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 【図２】本発明第２の実施形態の車両用電力変換装置の上面図である。 【図3】本発明第2の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 【図4】本発明第2の実施形態の車両用電力変換装置の上面図である。 【図５】ヒートパイプの正面図である。 【図６】ヒートパイプの右側面図である。 【図７】ヒートパイプの上面図である。 【図８】本発明第２の実施形態の車両用電力変換装置のＡ部の詳細図である。 【図９】本発明第２の実施形態の車両用電力変換装置のＡ部の詳細図である。 【図１０】本発明第3の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 【図１１】本発明第３の実施形態の車両用電力変換装置の上面図である。 【図１２】本発明第３の実施形態の車両用電力変換装置におけるヒートパイプと冷却ブロックの接続部の詳細図である。 【図１３】本発明第４の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 【図１４】本発明第４の実施形態の車両用電力変換装置のBB´断面図である。 【図１５】本発明第４の実施形態の車両用電力変換装置の放熱部の正面図である。 【図１６】放熱部の正面図である。 【図１７】本発明第５の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 【図１８】本発明第５の実施形態の車両用電力変換装置の上面図である。 【図１９】本発明第６の実施形態の車両用電力変換装置の正面図である。 【図２０】本発明第６の実施形態の車両用電力変換装置の上面図である。 【図２１】電車の構成図である。 【図２２】図２１のAA´断面図である。 【図２３】従来の電力変換装置の正面図である。 【図２４】従来の電力変換装置の上面図である。 【符号の説明】 １…パンタグラフ２…車両２ａ・・・座席２ｂ・・・棒２ｃ・・・網棚２ｄ・・・つり革３…筐体４…電力変換装置５…台車６…誘導電動機７…車軸８…車輪９…架線１０…冷却ブロック１１…ヒートパイプ１２…半導体素子１３…従来の放熱板１４…冷媒１５…本発明の第１の実施形態における放熱板１６…本発明第２の実施形態における放熱板１７…本発明の第３の実施形態における放熱板１８…フレーム１９，１９ａ，１９ｂ…放熱固定板２０…放熱固定パイプ２１…仕切り板２２…リベット２３…本発明第４の実施形態における放熱板２３ａ…放熱板における放熱部２３ｂ…放熱板における平坦部２４…ゆれ止め板２５…固定板２５ａ…固定板２５ｂ…ボルト２５Ｃ…ボルト２６…本発明第５の実施形態における放熱板２７…本発明第５の実施形態における放熱板２８…本発明第６の実施形態における放熱板２９…本発明第６の実施形態における放熱板