[发明专利]半导体冷却装置

说明书

本申请是申请号为200580032603.9，申请日为2005年10月18日，发明名称为“车辆用电源装置”的发明专利申请的的分案申请。

技术领域

本发明涉及被设置在铁道车辆的地板下供给车辆驱动用的电力的车辆用电源装置，特别是涉及对电源装置中所使用的半导体元件组进行冷却的冷却装置。

背景技术

作为设置在铁道车辆的地板下的车辆用电源装置，采用图26所示的电力变换装置。该电力变换装置通过具备被3相桥接的半导体开关元件(以下，简称为半导体元件)101、在各相的AK(阳极·阴极)间所连接的相电容器102、以及在直流端子PN间所连接的滤波电容器103的电路，将从铁道架线被输入直流端子PN的直流电力通过半导体元件101的开关变换成交流电力，并将此交流电力从交流端子UVW输出后提供给图示省略的各设备(电灯、空调等)。上述电路为了将由半导体元件101发生的热效率良好地除去而设置在半导体元件冷却单元104内。

图27是将现有的半导体元件冷却单元104的构成部分地利用截面来表示的侧视图(例如，参照日本特开2003-235112号公报)。在图27中，半导体元件冷却单元104被安装于车体105的地板所吊设的箱体106上，半导体元件101、相电容器102、滤波电容器103、栅极放大器107等被配置在箱体106之中的密闭部，半导体元件冷却单元104与箱体106侧的电连接也通过在此密闭部中利用螺栓等连接双方的端子或者省略了图示的导体来进行。

半导体元件101如在图28A中表示其侧视图，并在图28B中表示其主视图那样，经由受热块121与直管热导管108、散热片109以及边界板116一起作为传热组套112一体地组装起来。即，1相部分的半导体元件101被安装在受热块121的、例如表面上，并在其里面(背面)上安装着相电容器102。在受热块121的侧端面以多个直管热导管108大致平行地突出的方式将各一端接合起来。在直管热导管108上沿其长度方向以规定间隔嵌装着散热片109。在呈圆周状所形成的填密导槽119上安装了填料117的边界板116实施防水处理而被固定于最靠近受热块121的散热片109a。其中，半导体元件101构成发热部110，直管热导管108与散热片109构成散热部111，并由发热部110与散热部111而构成传热组套112。

在半导体元件冷却单元机架115中，如图29所示，并列形成有三个使内缘部115a向外侧突出的装配窗118。在这些装配窗118中分别自车侧一边插入传热组套112的发热部110，并利用在边界板116上所形成的装配孔120将边界板116用螺栓紧固于半导体元件冷却单元机架115，由此边界板116上所安装的填料117由内缘部115a按压，以保持与半导体元件冷却单元机架115边界的水密性，将传热组套112固定于半导体元件冷却单元机架115，并且散热片109被配置在箱体106之外的开放部。图30是表示该状态的Y-Y向视截面图。

在这里，半导体元件冷却单元机架115的被安装面，如图示那样倾斜形成。据此，直管热导管108的发热部110侧就成为下方，直管热导管108的内部中所封入的冷媒因在发热部110侧从半导体元件101发生的热而蒸发，在散热片109侧凝结后向大气进行热放散。凝结后的冷媒在直管热导管108的内部借助于重力反复进行向发热部110侧返回的循环。由于散热片109通过自然冷却向大气进行热放散，所以相对于地面大致垂直地设置，从散热片109之间上升气流就变得易于流通。

图31至图33表示铁道车辆的地板下所设置的、进行从直流到交流或者从交流到直流的变换的半导体电力变换装置的一例，图31是电力变换电路的构成图，图22是半导体电力变换装置的侧面截面图，图33是图32的A-A线截面图。

该半导体电力变换装置具有相互独立的两个逆变电路(invertercircuit：电力变换电路)，各逆变电路如图31所示具有3相桥接的六个半导体元件201；和被连接在正极端子以及负极端子间的滤波电容器202。

该电力变换装置，当从未图示的铁道架线向直流侧的端子P、N间输入直流电力，就通过以规定的顺序对半导体元件201进行接通/切断控制而变换成交流电力，并从交流侧的端子U、V、W输出后提供给电动机203。

在该电力变换装置中，设置有用于将从半导体元件201发生的热效率良好地除去的半导体冷却装置。