本发明涉及具备可装卸的半导体冷却单元的车辆用控制装置。
背景技术
车辆用控制装置包括对半导体元件进行冷却的半导体冷却单元，但半导体冷却单元是重物，半导体冷却单元向车辆用控制装置的装卸操作并不容易。
专利文献1所公开的车辆用控制装置中，对将半导体冷却装置装载于其上的底板框架设置支承半导体冷却装置的两端的凸缘，该底板框架形成有宽度比半导体冷却装置要窄的开口部。调节升降车的高度，将半导体冷却装置的两端装载到凸缘上，并使升降车移动，从而使半导体冷却装置在凸缘上移动，因此，半导体冷却装置向车辆用控制装置的安装变得容易。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-136221号公报
技术实现要素：
发明所要解决的技术问题
专利文献1所公开的车辆用控制装置中，外部空气流入半导体冷却装置的路径的一部分被设置于底板框架的凸缘所遮挡。因此，存在半导体冷却装置的冷却性能下降的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提高车辆用控制装置中的半导体冷却单元的冷却性能。
解决技术问题的技术方案
为了达到上述目的，本发明的车辆用控制装置包括搭载于车辆的壳体、分隔构件、半导体冷却单元、电子元器件及引导件。壳体形成有开口面与水平方向正交的开口部。分隔构件将壳体的内部划分为包含开口部的第1空间、及第2空间。分隔构件形成有孔，分隔构件的主面与开口面相对。半导体冷却单元收纳于第1空间，能在开口面与分隔构件相对的方向上装卸。电子元器件收纳于第2空间。引导件设置于包围第1空间的壳体的面，具有沿着半导体冷却单元的装卸方向延伸的形状。在包围第1空间的壳体的下侧形成有从壳体的外部引入空气的流入口。在包围第1空间的壳体的上侧形成有排出壳体的内部的空气的流出口。半导体冷却单元包括半导体元件、基板、散热器、盖体及卡紧构件。半导体元件与电子元器件进行电连接。基板安装有半导体元件。散热器形成于基板的与安装半导体元件的面相反侧的面，形成从铅直方向的下侧朝向上侧的空气的流路。盖体覆盖散热器的至少一部分，在至少一部分形成有贯通孔。卡紧构件设置于盖体，具有沿装卸方向延伸并与引导件卡紧的形状，沿引导件在装卸方向上移动。在半导体冷却单元收纳于第1空间的状态下，基板在半导体元件从分隔构件的孔露出至第2空间的状态下覆盖分隔构件的孔来进行配置。
发明效果
根据本发明，通过使设置于半导体冷却单元的盖体的卡紧构件与设置于壳体的面的引导件卡紧，从而不会产生与卡紧有关的流入口的遮挡，引导件能支承半导体冷却单元的重量，并且，能提高车辆用控制装置中的半导体冷却单元的冷却性能。
附图说明
图1是本发明实施方式1所涉及的车辆用控制装置的立体图。
图2是实施方式1所涉及的半导体冷却单元的立体图。
图3是实施方式1所涉及的车辆用控制装置的剖视图。
图4是实施方式1所涉及的车辆用控制装置的主视图。
图5是表示实施方式1所涉及的车辆用控制装置中的空气流动的图。
图6是表示实施方式1所涉及的半导体冷却单元的安装的图。
图7是表示实施方式1所涉及的半导体冷却单元的安装的图。
图8是表示实施方式1所涉及的半导体冷却单元的安装的图。
图9是表示实施方式1所涉及的车辆用控制装置的壳体的加固范围的图。
图10是实施方式1所涉及的车辆用控制装置的变形例的主视图。
图11是实施方式1所涉及的车辆用控制装置的变形例的主视图。
图12是本发明实施方式2所涉及的车辆用控制装置的主视图。
图13是实施方式2所涉及的半导体冷却单元的立体图。
图14是表示实施方式2所涉及的车辆用控制装置中的空气流动的图。
图15是本发明实施方式3所涉及的半导体冷却单元的侧视图。
图16是表示实施方式3所涉及的车辆用控制装置中的空气流动的图。
图17是本发明实施方式4所涉及的车辆用控制装置的主视图。
图18是表示实施方式4所涉及的车辆用控制装置中的空气流动的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对图中相同或相当的部分标注相同的标号。
(实施方式1)
图1是本发明实施方式1所涉及的车辆用控制装置的立体图。车辆用控制装置(以下称为控制装置)1搭载于车辆、例如铁路车辆。图2是实施方式1所涉及的半导体冷却单元的立体图。图3是实施方式1所涉及的车辆用控制装置的剖视图。图3是图1的a-a线处的剖视图。实施方式1中，设铅直方向为z轴方向，设车辆的前进方向为y轴方向，设车辆的宽度方向为x轴方向，若是铁路车辆则设轨枕方向为x轴方向。车辆朝y轴正方向或y轴负方向前进。实施方式1中，控制装置1安装于车辆的车体的地板下，因此，车体位于控制装置1的铅直方向的上侧。控制装置1向车体的安装方向并不限于图1的示例，也可以设y轴方向为轨枕方向，而车辆朝x轴正方向或x轴负方向移动。
控制装置1包括通过悬挂构件3安装于车体的壳体2。壳体2形成有开口面与x轴正交的开口部4。壳体2的内部通过形成孔8的主面与开口部4相对的分隔构件5，划分成包含开口部4的第1空间10、及第2空间20。在第1空间10内收纳有半导体冷却单元(以下称为冷却单元)11。在第2空间20内收纳有电子元器件、例如整流器或逆变器等功率转换器。在包围第1空间10的壳体2的下侧形成有从壳体2的外部引入空气的流入口6。在包围第2空间20的壳体2的上侧形成有排出壳体2的内部的空气的流出口7。实施方式1中，在包围第1空间10的壳体2的面中，铅直方向下侧的面即下表面成为开口，该开口为流入口6。实施方式1中，在包围第1空间10的壳体2的铅直方向上侧的面即上表面形成有流出口7。流入口6及流出口7的形状是任意的，可将流入口6及流出口7均设为开口，也可在壳体2的与水平方向正交的两个面的下方形成流入口6，并在该两个面的上方形成流出口7。
冷却单元11可在开口部4的开口面与分隔构件5相对的方向上装卸。冷却单元11的重量由后述的、设置于壳体2的引导件支承。冷却单元11包括半导体元件17、安装半导体元件17的基板12、形成于基板12的散热器13、盖体14、设置于盖体14的卡紧构件16。半导体元件17与收纳于第2空间20的未图示的电子元器件电连接。基板12安装有半导体元件17，在基板12的与安装半导体元件的面相反侧的面上形成有散热器13。散热器13形成朝向z轴正方向的空气流路。盖体14覆盖散热器13的至少一部分，并在至少一部分形成有贯通孔15。卡紧构件16设置于盖体14，具有沿装卸方向延伸并与引导件卡紧的形状，沿引导件在装卸方向上移动。
实施方式1中，散热器13呈翅片状，但散热器13的形状是形成朝向z轴正方向的空气流路的任意形状。实施方式1中，盖体14覆盖整个散热器13，在整个面上形成有贯通孔15。盖体14及壳体2的形状并不限于上述示例。例如，也可设盖体14的下表面开口，并在包围第1空间10的壳体2的下表面设置起到作为流入口6的功能的开口。
如图3所示，在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下，基板12在半导体元件17从分隔构件5的孔8露出至第2空间20的状态下覆盖分隔构件5的孔8来进行配置。分隔构件5的孔8被基板12覆盖，因此，空气不会从壳体2的外部流入第2空间20。
图4是实施方式1所涉及的车辆用控制装置的主视图。包围第1空间10的壳体2的面设置有引导件9，该引导件9具有沿冷却单元11的装卸方向延伸的形状，对冷却单元11的重量进行支承。实施方式1中，在包围第1空间10的壳体2的面中，对在y轴方向上相对的两个面分别设置引导件9，引导件9是滑轨。实施方式1中，卡紧构件16是在作为滑轨的引导件9上沿装卸方向移动并与引导件9卡紧的滑块。
图5是表示实施方式1所涉及的车辆用控制装置中的空气流动的图。图5中，利用黑色箭头表示空气流动。从流入口6流入壳体2内部的第1空间10的空气流入冷却单元11，在散热器13之间通过，从冷却单元11排出，并从流出口7排出到壳体2外部。在y轴方向上，在冷却单元11与壳体2之间产生与引导件9及卡紧构件16的y轴方向的宽度相应的空间。在该空间中，空气朝z轴正方向移动，同时一部分流入冷却单元11。因此，能抑制从散热器13释放出的热量传递到包围第1空间10的壳体2的面中在y轴方向上相对的两个面。空气在冷却单元11与壳体2之间朝z轴正方向移动，同时一部分流入冷却单元11，因此，未进行热交换的空气流入冷却单元11的背风侧。因此，能降低向风侧与背风侧的温度差。
图6至图8是表示实施方式1所涉及的半导体冷却单元的安装的图。冷却单元11是重物，因此，如图6所示，进行冷却单元11的安装的操作者将冷却单元11装载到升降车30上，并使升降车30移动到开口部4附近为止。实施方式1中，包围第1空间10的壳体2的铅直方向下侧的面为开口，该开口为流入口6。因此，如图7所示，操作者可从图6的状态进一步使升降车30朝x轴正方向移动。图7中，省略了壳体2的与y轴正交的面的一方的记载。图8是从x轴正方向的朝向观察图7而得到的图。在y轴方向上，在冷却单元11与壳体2之间产生空间，因此，可使升降车30的y轴方向的宽度比冷却单元11的y轴方向的宽度要宽。因此，能抑制在使装载有冷却单元11的升降车30移动时翻倒的情况。
图9是表示实施方式1所涉及的车辆用控制装置的壳体的加固范围的图。图9中，利用黑色圆点表示在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的位置。实施方式1中，引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置。引导件9设置于壳体2的与y轴方向正交的面的上部，因此，无需对壳体2的与y轴方向正交的整个面进行加固。例如，如图9中斜线所示的部分那样，仅对壳体2的与y轴方向正交的面的一部分进行加固，就能对冷却单元11的重量进行支承。由于仅对壳体2的与y轴方向正交的面的一部分进行加固，因此，能降低制造成本。
例如，在由于有线路而导致无法将升降车30移动到控制装置1的铅直方向下侧的情况下，操作者在使升降车30移动到开口部4附近后，使卡紧构件16的一部分与引导件9卡紧。之后，操作者需要推动冷却单元11，使冷却单元11朝x轴正方向移动。由于引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置，因此，能抑制在使冷却单元11在第1空间10中朝x轴正方向移动时的冷却单元11的滚动。同样地，能抑制为了卸下冷却单元11而使冷却单元11在第1空间10中朝x轴负方向移动时的冷却单元11的滚动。
图10是实施方式1所涉及的车辆用控制装置的变形例的主视图。引导件9及卡紧构件16的z轴方向的位置可任意决定。图10的示例中，在y轴方向上，在冷却单元11与壳体2之间也产生空间，因此，可使升降车30的y轴方向的宽度比冷却单元11的y轴方向的宽度要宽。因此，与上述示例同样地，能抑制在使装有冷却单元11的升降车30移动时的翻倒。此外，图10的示例中，引导件9的铅直方向的位置也高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置，因此，无需对壳体2的与y轴方向正交的面的整个面进行加固。因此，与上述示例同样地，能够降低制造成本。此外，能抑制使冷却单元11在第1空间10中朝x轴方向移动时的冷却单元11的滚动。
图11是实施方式1所涉及的车辆用控制装置的变形例的主视图。图11的示例中，在y轴方向上，在冷却单元11与壳体2之间也产生空间，因此，可使升降车30的y轴方向的宽度比冷却单元11的y轴方向的宽度要宽。因此，与上述示例同样地，能抑制在使装有冷却单元11的升降车30移动时的翻倒。
如以上说明的那样，根据本发明实施方式1所涉及的控制装置1，设置于壳体2的面的引导件9与设置于盖体14的卡紧构件16卡紧，因此，无需在铅直方向的下侧的面设置对冷却单元11的重量进行支承的凸缘，可提高控制装置1中的冷却单元11的冷却性能。此外，在y轴方向上，在冷却单元11与壳体2之间产生空间，因此，可使升降车30的y轴方向的宽度比冷却单元11的y轴方向的宽度要宽，能抑制在使装有冷却单元11的升降车30移动时的翻倒。在引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置的情况下，无需对壳体2的与y轴方向正交的面的整个面进行加固，可降低制造成本，能抑制在使冷却单元11在第1空间10中朝x轴方向移动时的冷却单元11的滚动。
(实施方式2)
图12是本发明实施方式2所涉及的车辆用控制装置的主视图。图13是实施方式2所涉及的半导体冷却单元的立体图。实施方式2所涉及的控制装置1包括与实施方式1不同形状的引导件9及卡紧构件16。引导件9是设置在包围第1空间10的壳体2的面中的铅直方向上侧的面的滑轨。卡紧构件16是在作为滑轨的引导件9上沿装卸方向移动并与引导件9卡紧的滑块。卡紧构件16具有从盖体14的与y轴正交的面朝铅直方向上侧延伸的形状。由于引导件9设置于铅直方向上侧的面，因此，与实施方式1相比，即使在y轴方向的宽度有限制的情况下，也能设置实施方式2所涉及的控制装置1。
图14是表示实施方式2所涉及的车辆用控制装置中的空气流动的图。与实施方式1同样地，从流入口6流入壳体2内部的第1空间10的空气流入冷却单元11，在散热器13之间通过，从冷却单元11排出，并从流出口7排出到壳体2外部。与实施方式1相比，y轴方向上的冷却单元11与壳体2之间的空间的y轴方向的宽度较窄，因此，通过该空间的空气的量减少，但在该空间中，空气朝z轴正方向移动，同时一部分流入冷却单元11。因此，能抑制从散热器13释放出的热量传递到包围第1空间10的壳体2的面中在y轴方向上相对的两个面。空气在冷却单元11与壳体2之间朝z轴正方向移动，同时一部分流入冷却单元11，因此，不进行热交换的空气流入冷却单元11的背风侧。因此，能降低向风侧与背风侧的温度差。
虽然冷却单元11与壳体2之间的y轴方向的间隔比实施方式1要窄，但可使升降车30的y轴方向的宽度比冷却单元11的y轴方向的宽度要宽。因此，能抑制在使装有冷却单元11的升降车30移动时的翻倒。设置于壳体2的铅直方向上侧的面的引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置。因此，与实施方式1同样地，能抑制使冷却单元11在第1空间10中朝x轴方向移动时的冷却单元11的滚动。
如以上说明的那样，根据本发明实施方式2所涉及的控制装置1，设置于壳体2的铅直方向上侧的面的引导件9与设置于盖体14的卡紧构件16卡紧，因此，无需在铅直方向的下侧的面设置对冷却单元11的重量进行支承的凸缘，可提高控制装置1中的冷却单元11的冷却性能。由于设置于壳体2的铅直方向上侧的面的引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置，因此，能抑制在使冷却单元11在第1空间10中朝x轴方向移动时的冷却单元11的滚动。
(实施方式3)
图15是本发明实施方式3所涉及的半导体冷却单元的侧视图。主视图与图4所示的实施方式1所涉及的冷却单元11相同。图16是表示车辆用控制装置中的空气流动的图。实施方式1中，在冷却单元11的盖体14的整个面上形成有贯通孔15，但在实施方式3中，在冷却单元11的盖体14的面中，在与y轴正交的面上未形成有贯通孔15。因此，与实施方式1不同，在冷却单元11与壳体2之间没有空气流动。然而，从流入口6流入壳体2内部的第1空间10的空气通过流入冷却单元11，在散热器13之间通过，从冷却单元11排出，并从流出口7排出到壳体2外部，从而可冷却半导体元件17。
图16的示例中，与图4所示的实施方式1所涉及的控制装置1同样地，在y轴方向上，在冷却单元11与壳体2之间产生空间，因此，可使升降车30的y轴方向的宽度比冷却单元11的y轴方向的宽度要宽。因此，能抑制在使装有冷却单元11的升降车30移动时的翻倒。
图16的示例中，与图4所示的实施方式1所涉及的控制装置1同样地，引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置。引导件9设置于壳体2的与y轴方向正交的面的上部，因此，无需对壳体2的与y轴方向正交的整个面进行加固，仅对壳体2的与y轴方向正交的面的一部分进行加固，就能对冷却单元11的重量进行支承。由于仅对壳体2的与y轴方向正交的面的一部分进行加固，因此，能降低制造成本。此外，与实施方式1同样地，能抑制使冷却单元11在第1空间10中朝x轴方向移动时的冷却单元11的滚动。
与图10及图11所示的实施方式1所涉及的控制装置1同样地，在实施方式3的控制装置1中，引导件9及卡紧构件16的z轴方向的位置也可任意决定。
如以上说明的那样，根据本发明实施方式3所涉及的控制装置1，设置于壳体2的面的引导件9与设置于盖体14的卡紧构件16卡紧，因此，无需在铅直方向的下侧的面设置对冷却单元11的重量进行支承的凸缘，可提高控制装置1中的冷却单元11的冷却性能。此外，在y轴方向上，在冷却单元11与壳体2之间产生空间，因此，可使升降车30的y轴方向的宽度比冷却单元11的y轴方向的宽度要宽，能抑制在使装有冷却单元11的升降车30移动时的翻倒。在引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置的情况下，无需对壳体2的与y轴方向正交的面的整个面进行加固，可降低制造成本，能抑制在使冷却单元11在第1空间10中朝x轴方向移动时的冷却单元11的滚动。
(实施方式4)
图17是本发明实施方式4所涉及的车辆用控制装置的主视图。实施方式4所涉及的控制装置1在实施方式1所涉及的控制装置1的结构的基础上，还包括遮蔽构件18，该遮蔽构件18从设置有引导件9的在y轴方向上相对的壳体2的两个面各自的铅直方向的最下部朝y轴方向突出，堵住从壳体2的铅直方向下侧朝向冷却单元11与壳体2之间的空气的流路。冷却单元11的铅直方向下侧的面的铅直方向的位置与该最下部的铅直方向的位置之差在阈值以下。通过将阈值设为足够小的值，从而冷却单元11的下表面的铅直方向的位置与该最下部的铅直方向的位置基本一致。因此，与实施方式1相比，即使在z轴方向的长度有限制的情况下，也能设置实施方式4所涉及的控制装置1。
图18是表示实施方式4所涉及的车辆用控制装置中的空气流动的图。由于设置有遮蔽构件18，因此，与实施方式1不同，在冷却单元11与壳体2之间没有空气流动。然而，从流入口6流入壳体2内部的第1空间10的空气通过流入冷却单元11，在散热器13之间通过，从冷却单元11排出，并从流出口7排出到壳体2外部，从而可冷却半导体元件17。
由于设置有遮蔽构件18，因此，升降车30的y轴方向的宽度的最大值为遮蔽构件18的y轴方向的间隔。与实施方式1相比，升降车30的y轴方向的宽度较窄，但与在壳体2的铅直方向下侧的面设置对冷却单元11的重量进行支承的凸缘的情况相比，可扩大升降车30的y轴方向的宽度。因此，能抑制在使装有冷却单元11的升降车30移动时的翻倒。
图18的示例中，与图4所示的实施方式1所涉及的控制装置1同样地，引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置。引导件9设置于壳体2的与y轴方向正交的面的上部，因此，无需对壳体2的与y轴方向正交的整个面进行加固，仅对壳体2的与y轴方向正交的面的一部分进行加固，就能对冷却单元11的重量进行支承。由于仅对壳体2的与y轴方向正交的面的一部分进行加固，因此，能降低制造成本。此外，与实施方式1同样地，能抑制使冷却单元11在第1空间10中朝x轴方向移动时的冷却单元11的滚动。
与图10及图11所示的实施方式1所涉及的控制装置1同样地，在实施方式4所涉及的控制装置1中，引导件9及卡紧构件16的z轴方向的位置也可任意决定。
如以上说明的那样，根据本发明实施方式4所涉及的控制装置1，设置于壳体2的面的引导件9与设置于盖体14的卡紧构件16卡紧，因此，无需在铅直方向的下侧的面设置对冷却单元11的重量进行支承的凸缘，可提高控制装置1中的冷却单元11的冷却性能。此外，可使升降车30的y轴方向的宽度最大扩大到遮蔽构件18的y轴方向的间隔，能抑制在使装有冷却单元11的升降车30移动时的翻倒。在引导件9的铅直方向的位置高于在冷却单元11收纳于第1空间10的状态下的冷却单元11的重心的铅直方向的位置的情况下，无需对壳体2的与y轴方向正交的面的整个面进行加固，可降低制造成本，能抑制在使冷却单元11在第1空间10中朝x轴方向移动时的冷却单元11的滚动。
本发明不限于上述实施方式。也可构成为将上述实施方式中的多个方式任意进行组合。例如，可将实施方式2所涉及的冷却单元11的与y轴正交的面如实施方式3所涉及的冷却单元11那样设为未形成有贯通孔15的面，也可对实施方式2、3所涉及的控制装置1设置遮蔽构件18。此外，引导件9及卡紧构件16的形状并不限于上述形状，例如，也可设引导件9为形成于壳体2的槽，卡紧构件16为与槽卡紧的沿冷却单元11的装卸方向延伸的突起。
本发明在不脱离本发明的广义思想与范围的情况下，可实现各种实施方式和变形。另外，上述实施方式用于对本发明进行说明，而不对本发明的范围进行限定。即，本发明的范围由权利要求的范围来表示，而不由实施方式来表示。并且，在权利要求的范围内及与其同等发明意义的范围内实施的各种变形也视为在本发明的范围内。
标号说明
1车辆用控制装置、2壳体、3悬挂构件、4开口部、5分隔构件、6流入口、7流出口、8孔、9引导件、10第1空间、11半导体冷却单元、12基板、13散热器、14盖体、15贯通孔、16卡紧构件、17半导体元件、18遮蔽构件、20第2空间、30升降车。