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JP2013048151A - Semiconductor cooling device for vehicle - Google Patents

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JP2013048151A
JP2013048151A JP2011185817A JP2011185817A JP2013048151A JP 2013048151 A JP2013048151 A JP 2013048151A JP 2011185817 A JP2011185817 A JP 2011185817A JP 2011185817 A JP2011185817 A JP 2011185817A JP 2013048151 A JP2013048151 A JP 2013048151A
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JP
Japan
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semiconductor
heat
rows
vehicle
receiving block
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011185817A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Sekimoto
暁郎 関本
Satoru Kurosawa
悟 黒澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2011185817A priority Critical patent/JP2013048151A/en
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Abstract

【課題】受熱ブロックの半導体取付面における温度バランスを良くし、冷却性能を向上することができる車両用半導体冷却装置を提供する。
【解決手段】車両用半導体冷却装置は、受熱ブロック、複数の半導体素子の列、放熱部材を備える。前記受熱ブロックは第1の面とこの第1の面の反対側に第2の面とを有する。前記複数の半導体素子の列は、前記受熱ブロックの第1の面に、発熱量が互いに異なる半導体素子の列どうしが交互に配置されている。前記放熱部材は前記受熱ブロックの第2の面に、長手方向端部が車両進行方向に一致するように配設されている。
【選択図】図1
The present invention provides a semiconductor cooling device for a vehicle that can improve the temperature balance on the semiconductor mounting surface of a heat receiving block and improve the cooling performance.
A semiconductor cooling device for a vehicle includes a heat receiving block, a plurality of rows of semiconductor elements, and a heat dissipation member. The heat receiving block has a first surface and a second surface opposite to the first surface. The plurality of semiconductor element rows are alternately arranged on the first surface of the heat-receiving block. The heat dissipating member is disposed on the second surface of the heat receiving block such that the end in the longitudinal direction coincides with the vehicle traveling direction.
[Selection] Figure 1

Description

本発明の実施形態は、車両用半導体冷却装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor cooling device for a vehicle.

例えば鉄道の車両の車体の床下には、車両の走行やその他の設備の制御を行うための制御装置が設けられており、制御装置の内部には、発熱源であるインバータやコンバータなどの半導体素子が収容されていることから、制御装置には、制御装置自体を冷却するための車両用半導体冷却装置が備えられている。   For example, a control device for controlling the running of the vehicle and other equipment is provided under the floor of the body of a railway vehicle. Inside the control device is a semiconductor element such as an inverter or converter that is a heat source. Therefore, the control device is provided with a vehicle semiconductor cooling device for cooling the control device itself.

従来、制御装置の内部には、一例に並べられたインバータやコンバータなどの半導体素子群を1アームとして、複数のアームを受熱ブロックの半導体素子取付面に列設する一方、受熱ブロックの半導体素子取付面と反対側の面にヒートシンクを取り付け、半導体素子群で発生した熱をヒートシンクで放熱する構造にされている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, in a control device, a group of semiconductor elements such as inverters and converters arranged as an example is one arm, and a plurality of arms are arranged on the semiconductor element mounting surface of the heat receiving block, while the semiconductor element mounting of the heat receiving block is mounted. A heat sink is attached to the surface opposite to the surface, and heat generated in the semiconductor element group is dissipated by the heat sink (see, for example, Patent Document 1).

通常、半導体素子群は、インバータの機能を構成する半導体素子群と、コンバータの機能を構成する半導体素子群とでそれぞれ機能毎にまとめて受熱ブロックに配置される。   Usually, the semiconductor element group is arranged in the heat receiving block for each function of the semiconductor element group constituting the function of the inverter and the semiconductor element group constituting the function of the converter.

特開2007−104784号公報JP 2007-104784 A

しかしながら、これら半導体素子群は、インバータとコンバータとで機能毎に熱損失が異なることから受熱ブロックの半導体素子取付面でみた場合、温度バランスが悪く、冷却効率が悪いという問題がある。   However, since these semiconductor element groups have different heat losses depending on the functions of the inverter and the converter, there is a problem that the temperature balance is poor and the cooling efficiency is poor when viewed from the semiconductor element mounting surface of the heat receiving block.

本発明が解決しようとする課題は、受熱ブロックの半導体素子取付面における温度バランスを良くし、冷却性能を向上することのできる車両用半導体冷却装置を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a vehicular semiconductor cooling device capable of improving the temperature balance on the semiconductor element mounting surface of the heat receiving block and improving the cooling performance.

実施形態の車両用半導体冷却装置は、受熱ブロック、複数の半導体素子の列、放熱部材を備える。前記受熱ブロックは第1の面とこの第1の面の反対側に第2の面とを有する。前記複数の半導体素子の列は、複数の半導体素子で列を構成し、発熱量が互いに異なる半導体素子の列どうしを交互に配置して前記第1の面に設けている。前記放熱部材は空冷用の間隙が設けられ、この間隙に気流が通過する方向と車両進行方向とを一致させるように前記第2の面に配設されている。   The vehicle semiconductor cooling device of the embodiment includes a heat receiving block, a row of a plurality of semiconductor elements, and a heat dissipation member. The heat receiving block has a first surface and a second surface opposite to the first surface. The plurality of rows of semiconductor elements are formed by a plurality of semiconductor elements, and rows of semiconductor elements having different calorific values are alternately arranged on the first surface. The heat radiating member is provided with a gap for air cooling, and is disposed on the second surface so that the direction in which the airflow passes through the gap coincides with the vehicle traveling direction.

第1実施形態の車両用半導体冷却装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor cooling device for vehicles of 1st Embodiment. 図1の車両用半導体冷却装置を矢印Aの方向から見たときの側面図である。It is a side view when the semiconductor cooling device for vehicles of FIG. 1 is seen from the direction of arrow A. 第1実施形態の効果を示す温度曲線である。It is a temperature curve which shows the effect of 1st Embodiment. 第2実施形態の車両用半導体冷却装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor cooling device for vehicles of 2nd Embodiment. 図4の側面図である。FIG. 5 is a side view of FIG. 4. 2パラ構成にした場合の1アーム分の半導体素子を示す配置図である。It is a layout view showing a semiconductor element for one arm when a two-para structure is adopted. 2パラ構成にした場合の1アーム分の回路図である。It is a circuit diagram for one arm in the case of a 2-para configuration. 第2実施形態の効果を示す温度曲線である。It is a temperature curve which shows the effect of 2nd Embodiment. 第3実施形態の車両用半導体冷却装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor cooling device for vehicles of 3rd Embodiment. 第3実施形態の効果を示す温度曲線である。It is a temperature curve which shows the effect of 3rd Embodiment. 車両速度に対するコンバータ損失とインバータ損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the converter loss with respect to vehicle speed, and inverter loss.

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
一般に、受熱面にインバータとコンバータを実装した車両用半導体冷却装置では、図11に示すように、車両速度に対するコンバータ損失14は、低速領域では損失が低く、高速領域では損失が高い。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
In general, in a vehicle semiconductor cooling device in which an inverter and a converter are mounted on a heat receiving surface, the converter loss 14 relative to the vehicle speed is low in the low speed region and high in the high speed region, as shown in FIG.

一方、車両速度に対するインバータ損失15は、低速領域では損失が高く、高速領域では損失が低い。またコンバータ損失14とインバータ損失15とを比較すると、全体として、コンバータ損失14の方が高い。すなわち、車両速度に対してはコンバータ損失14とインバータ損失15とは特性が全く異なるものである。損失はほぼ発熱量と考えることができる。   On the other hand, the inverter loss 15 with respect to the vehicle speed is high in the low speed region and low in the high speed region. Further, when the converter loss 14 and the inverter loss 15 are compared, the converter loss 14 is higher as a whole. That is, the converter loss 14 and the inverter loss 15 have completely different characteristics with respect to the vehicle speed. The loss can be considered as almost the calorific value.

そこで、このような車速と損失との関係を考慮し、以下、第1〜第3実施形態を説明する。
(第1実施形態)
(構成の説明)
図1は第1実施形態の車両用半導体冷却装置の構成を示す図、図2はそのA−A断面図である。
Accordingly, in consideration of the relationship between the vehicle speed and the loss, the first to third embodiments will be described below.
(First embodiment)
(Description of configuration)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor cooling device for a vehicle according to a first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA.

図1、図2に示すように、第1実施形態の車両用半導体冷却装置8は、半導体素子6、6a群、受熱ブロック9、放熱器または放熱部材としてのヒートシンク11などを有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the vehicle semiconductor cooling device 8 of the first embodiment includes semiconductor elements 6, 6 a group, a heat receiving block 9, a heat sink 11 as a radiator or a heat radiating member, and the like.

半導体素子6、6aは、機能毎に1つのアーム5を構成している。機能とはインバータまたはコンバータの機能である。コンバータの機能は、交流電圧を直流電圧へ変換する機能である。インバータの機能は、直流電圧を交流電圧へ変換する機能である。
この例では、半導体素子6は、インバータ素子またはコンバータ素子であり、半導体素子6aは、半導体素子6に比べて少し小型なクランプダイオードである(図7参照)。
The semiconductor elements 6 and 6a constitute one arm 5 for each function. A function is a function of an inverter or a converter. The function of the converter is a function of converting AC voltage into DC voltage. The function of the inverter is a function of converting a DC voltage into an AC voltage.
In this example, the semiconductor element 6 is an inverter element or a converter element, and the semiconductor element 6a is a slightly smaller clamp diode than the semiconductor element 6 (see FIG. 7).

受熱ブロック9の半導体素子取付面10には、1つのアーム5を構成する半導体素子6、6aの列22,23が交互にほぼ平行に5列配置され、実装されている。   On the semiconductor element mounting surface 10 of the heat receiving block 9, five rows 22 and 23 of semiconductor elements 6 and 6a constituting one arm 5 are alternately arranged in parallel and mounted.

半導体素子6、6aの列22は、インバータの機能を構成する列である。半導体素子6、6aの列23は、コンバータの機能を構成する列である。   A row 22 of the semiconductor elements 6 and 6a is a row constituting a function of the inverter. The row | line | column 23 of the semiconductor elements 6 and 6a is a row | line | column which comprises the function of a converter.

すなわち、半導体素子取付面10には、複数の半導体素子6,6aで列を構成し、発熱量が互いに異なる半導体素子の列22,23どうしを交互に配置した列22,23が設けられている。   That is, the semiconductor element mounting surface 10 is provided with rows 22 and 23 in which a plurality of semiconductor elements 6 and 6a form a row, and rows 22 and 23 of semiconductor elements having different heat generation amounts are alternately arranged. .

単相交流を一旦直流に変換しそれから3相交流に変換する電力変換では、コンバータの機能を構成する列23は1相分で2列必要であり、インバータの機能を構成する列22は、3相交流のU相、V相、W相の各相の分だけ3列必要であり、列は最低5列必要になる。   In power conversion in which single-phase alternating current is once converted into direct current and then converted into three-phase alternating current, two columns 23 constituting the converter function are required for one phase, and two columns 22 constituting the inverter function are three. Three rows are required for each of the U phase, V phase, and W phase of the phase alternating current, and at least five rows are required.

受熱ブロック9の半導体素子取付面10の半導体素子6、6aは、ケース8aで覆われている。   The semiconductor elements 6 and 6a on the semiconductor element mounting surface 10 of the heat receiving block 9 are covered with a case 8a.

受熱ブロック9の半導体素子取付面10の反対側の面には、ヒートシンク11が配設されている。ヒートシンク11には、放熱部材である複数の板状のフィン(放熱板)が列設されている。それぞれのフィンの長手方向端部は、送風方向18に対して風が抜ける方向にそれぞれ平行している。送風方向18は車両が進行する方向と同じであり、車両進行方向といえる。言い換えると、放熱部材は、その長手方向が車両進行方向一致し、放熱部材間の間隙が車両進行方向に沿って、設けられていることになる。   A heat sink 11 is disposed on the surface of the heat receiving block 9 opposite to the semiconductor element mounting surface 10. The heat sink 11 is provided with a plurality of plate-like fins (heat radiating plates) that are heat radiating members. The end portions of the fins in the longitudinal direction are parallel to the air blowing direction 18 in the direction in which the wind passes. The air blowing direction 18 is the same as the direction in which the vehicle travels, and can be said to be the vehicle traveling direction. In other words, the heat dissipating member has a longitudinal direction that coincides with the vehicle traveling direction, and a gap between the heat dissipating members is provided along the vehicle traveling direction.

すなわち、ヒートシンク11は、空冷用の間隙が設けられ、この間隙に風(気流)が通過する方向と車両進行方向とを一致させるように導体素子取付面10の反対側の面に配設されている。なお、半導体素子取付面10を第1の面、半導体素子取付面10の反対側の面を第2の面という。送風方向18は、この装置が車両に取り付けられた場合でいうと、車両進行方向と矢印の向きが逆の方向である。   That is, the heat sink 11 is provided with a gap for air cooling, and is disposed on the surface opposite to the conductor element mounting surface 10 so that the direction in which wind (airflow) passes and the vehicle traveling direction coincide with each other. Yes. The semiconductor element mounting surface 10 is referred to as a first surface, and the surface opposite to the semiconductor element mounting surface 10 is referred to as a second surface. The air blowing direction 18 is a direction in which the direction of the arrow is opposite to the vehicle traveling direction when this device is attached to the vehicle.

この車両用半導体冷却装置8は、ヒートシンク11の部分を外部に露出するように車両の床下17に取り付けられており、受熱ブロック9に列をなすように配置された半導体素子6、6aで生じた発熱をその裏側のヒートシンク11から外部へ放熱するものである。   The semiconductor cooling device 8 for a vehicle is attached to the under floor 17 of the vehicle so as to expose a portion of the heat sink 11 to the outside, and is generated by the semiconductor elements 6 and 6 a arranged in a row in the heat receiving block 9. The generated heat is radiated from the heat sink 11 on the back side to the outside.

換言すると、この車両用半導体冷却装置8は、複数の半導体素子6、6aで1つのアーム5を構成し、複数のアーム5を半導体素子取付面10に配置する上で、発熱量が互いに異なる複数個の半導体素子6、6aの列22,23を交互(一列おき)に配置して半導体素子取付面10に設けている。   In other words, in the semiconductor cooling device 8 for a vehicle, a plurality of semiconductor elements 6 and 6a constitute one arm 5 and the plurality of arms 5 are arranged on the semiconductor element mounting surface 10, and the plurality of heat generation amounts are different from each other. The rows 22 and 23 of the individual semiconductor elements 6 and 6a are arranged alternately (every other row) and provided on the semiconductor element mounting surface 10.

(作用の説明)
この第1実施形態の作用を説明する。
この第1実施形態では、発熱源でありかつ発熱量が互いに異なる複数個の1アームを構成している半導体素子6,6aの列、つまりインバータの1相を構成する半導体素子6,6aの列22と、コンバータの1相を構成する半導体素子6,6aの列23とを一つの受熱ブロック9の半導体素子取付面10に交互に配置したことにより、半導体素子取付面10への入熱が分散される。
(Description of action)
The operation of the first embodiment will be described.
In the first embodiment, a row of semiconductor elements 6 and 6a that constitute a plurality of arms that are heat sources and have different amounts of heat generation, that is, a row of semiconductor elements 6 and 6a that constitute one phase of an inverter. 22 and the row 23 of the semiconductor elements 6 and 6a constituting one phase of the converter are alternately arranged on the semiconductor element mounting surface 10 of one heat receiving block 9, so that the heat input to the semiconductor element mounting surface 10 is dispersed. Is done.

このことから、図3に示すように、インバータの機能を構成する半導体素子の列22とコンバータの機能を構成する半導体素子の列23とを機能毎にまとめて配置した場合の比較例の温度上昇曲線20とこの第1実施形態の温度上昇曲線24とを比較すると、この第1実施形態の温度上昇曲線24の方が冷却装置としての温度上昇の最大値と最小値間の温度差が小さくなり、受熱面全体の温度の均熱化が図られていることが分かる。   Therefore, as shown in FIG. 3, the temperature rise of the comparative example in the case where the semiconductor element row 22 constituting the inverter function and the semiconductor element row 23 constituting the converter function are collectively arranged for each function. When the curve 20 is compared with the temperature rise curve 24 of the first embodiment, the temperature rise curve 24 of the first embodiment has a smaller temperature difference between the maximum value and the minimum value of the temperature rise as the cooling device. It can be seen that the temperature of the entire heat receiving surface is equalized.

この結果、受熱ブロック9の反対側の面に列設したヒートシンクのフィンによる冷却効率が上がり、比較例よりも冷却装置の最大温度上昇値が低下した状態25を常に継続(維持)できるようになり、冷却性能を向上することができる。   As a result, the cooling efficiency by the fins of the heat sinks arranged on the opposite surface of the heat receiving block 9 is increased, and the state 25 in which the maximum temperature rise value of the cooling device is lower than that of the comparative example can always be continued (maintained). , Cooling performance can be improved.

(効果の説明)
このようにこの第1実施形態によれば、一つの受熱ブロック9の半導体素子取付面10に、発熱量が互いに異なる複数個の半導体素子6,6aの相毎の列22,23を交互に配置することにより、ヒートスポットを生じることなく本来のヒートシンク11のフィンの冷却効率を維持しながら、受熱ブロック9の半導体素子取付面10における均熱化を図り、冷却性能を向上することができる。
(Explanation of effect)
As described above, according to the first embodiment, the rows 22 and 23 for each phase of the plurality of semiconductor elements 6 and 6a having different heating values are alternately arranged on the semiconductor element mounting surface 10 of one heat receiving block 9. By doing so, while maintaining the cooling efficiency of the fins of the original heat sink 11 without generating a heat spot, it is possible to achieve a uniform temperature on the semiconductor element mounting surface 10 of the heat receiving block 9 and improve the cooling performance.

(第2実施形態)
次に、図4〜図8を参照して第2実施形態を説明する。
(構成の説明)
第1実施形態では、コンバータの機能を構成する半導体素子6、6aの列を1相2列で構成したが、この第2実施形態では、1相4列で構成するように2列を回路的に並列接続した構成(以下これを「2パラ」と称す)とし、コンバータの機能を構成する2つのアーム5a(列23aと列23b)の間に、インバータ1相分の機能を構成する半導体素子6、6aの列22を配置して実装している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
(Description of configuration)
In the first embodiment, the columns of the semiconductor elements 6 and 6a constituting the converter function are configured in one phase and two columns, but in the second embodiment, the two columns are configured in a circuit manner so as to be configured in one phase and four columns. Are connected in parallel to each other (hereinafter referred to as “two-para”), and a semiconductor element that constitutes a function of one phase of the inverter between two arms 5a (row 23a and row 23b) constituting the function of the converter A row 22 of 6 and 6a is arranged and mounted.

具体的に、この例では、受熱ブロック9の半導体素子取付面10には、1つのアーム5を構成する発熱量の異なる半導体素子6、6aの列22,23a,23bが交互にほぼ並行に7列配置され、実装されている。   Specifically, in this example, the semiconductor element mounting surface 10 of the heat receiving block 9 includes rows 22, 23 a, and 23 b of semiconductor elements 6 and 6 a that constitute one arm 5 and that have different calorific values alternately in parallel 7. Columns are arranged and implemented.

コンバータ1相分の機能を構成するアーム5aをそれぞれ列23aと列23bの2つにしたことで、コンバータ1相分のアームの数は4列必要であり、インバータの3列との合計では7列となる。   The number of arms for one phase of the converter is four because the number of arms 5a constituting the function for one phase of the converter is two in each of the row 23a and the row 23b. It becomes a column.

この場合、コンバータの列23a,23bの数に比べてインバータの列22の数が一つ少ないことから、機能の異なるアーム(発熱量の異なる列)が交互に配置されるように、両縁にコンバータの機能を構成する列23a,23bを配置し、その間にインバータの列22とコンバータの列23b,23aとを交互に配置している。   In this case, the number of inverter rows 22 is smaller by one than the number of converter rows 23a and 23b, so that arms with different functions (rows with different calorific values) are arranged alternately on both edges. The rows 23a and 23b constituting the converter function are arranged, and the inverter row 22 and the converter rows 23b and 23a are alternately arranged therebetween.

2パラのコンバータ、1アーム5a分の半導体素子の実装状態を図6に示し、その回路構成(半導体素子6,6aを並列接続した回路)を図7に示す。図7において、符号7はフィルタコンデンサであり、図6には示していない。   FIG. 6 shows a mounting state of a semiconductor element for a two-para converter and one arm 5a, and FIG. 7 shows a circuit configuration thereof (a circuit in which semiconductor elements 6 and 6a are connected in parallel). In FIG. 7, reference numeral 7 denotes a filter capacitor, which is not shown in FIG.

図7に示すように、この第2実施形態は、複数の半導体素子の列22,23a,23bのうち発熱量が高い半導体素子6,6aの列、二列23a,23b分を電気的に並列に接続している。   As shown in FIG. 7, in the second embodiment, among the plurality of semiconductor element rows 22, 23a, and 23b, the semiconductor elements 6 and 6a that generate a large amount of heat and the two rows 23a and 23b are electrically connected in parallel. Connected to.

(作用および効果の説明)
この第2実施形態では、第1実施形態と同様の効果が得られると共に、図6、7に示したように、例えば3レベルの主回路構成でコンバータを構成する半導体素子6、6aをそれぞれ2パラとした場合、コンバータの1アーム分の構成は半導体素子6,6aの2列23a、23bを並列接続した構成となる。
(Description of action and effect)
In the second embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and, as shown in FIGS. 6 and 7, for example, two semiconductor elements 6 and 6a constituting a converter with a three-level main circuit configuration are provided. In the case of para, the configuration for one arm of the converter is a configuration in which two rows 23a and 23b of the semiconductor elements 6 and 6a are connected in parallel.

そこで、図4,5に示したように、コンバータの1相を構成する2パラの半導体素子6,6aの列23a、23bの間にインバータの1相を構成する半導体素子の列22を配置することにより、損失が異なる素子列が交互に配置されることになる。   Therefore, as shown in FIGS. 4 and 5, a row 22 of semiconductor elements constituting one phase of the inverter is arranged between the rows 23a and 23b of the two parallel semiconductor elements 6 and 6a constituting one phase of the converter. As a result, element rows with different losses are alternately arranged.

従って、図8に示すように、インバータとコンバータの素子を機能毎にまとめて配置した比較例の温度上昇曲線20aと第2実施形態の温度上昇曲線24aとを比較すると、第2実施形態の温度上昇曲線24aの方が温度上昇の最大値と最小値間の温度差が小さくなり、受熱面全体の温度の均熱化を図ることができる。   Therefore, as shown in FIG. 8, when the temperature rise curve 20a of the comparative example in which the elements of the inverter and the converter are collectively arranged for each function is compared with the temperature rise curve 24a of the second embodiment, the temperature of the second embodiment is compared. In the rising curve 24a, the temperature difference between the maximum value and the minimum value of the temperature increase becomes smaller, and the temperature of the entire heat receiving surface can be equalized.

この結果、受熱ブロック9の反対側の面にほぼ並行に配置したヒートシンク11のフィンによる冷却効率が上がり、結果的には、比較例よりも冷却装置の最大温度上昇値が低下した状態25aを常に継続(維持)できるようになり、冷却性能を向上することができる。   As a result, the cooling efficiency by the fins of the heat sink 11 arranged substantially in parallel on the opposite surface of the heat receiving block 9 is increased, and as a result, the state 25a in which the maximum temperature rise value of the cooling device is lower than that of the comparative example is always maintained. It becomes possible to continue (maintain) and to improve the cooling performance.

(第3実施形態)
次に、図9,図10を参照して第3実施形態について説明する。
(構成の説明)
第1および第2実施形態では、半導体素子6、6aの列22,23あるいは列22,23a,23bを、ヒートシンク11への送風方向18と直交する方向に向けて配置していたが、この第3実施形態では、各相内の半導体素子6、6aの列22,23a,23bの方向を、ヒートシンク11への送風方向18と平行に配置している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.
(Description of configuration)
In the first and second embodiments, the rows 22 and 23 of the semiconductor elements 6 and 6a or the rows 22, 23a and 23b are arranged in a direction perpendicular to the air blowing direction 18 to the heat sink 11. In the third embodiment, the direction of the rows 22, 23 a, 23 b of the semiconductor elements 6, 6 a in each phase is arranged in parallel with the blowing direction 18 to the heat sink 11.

すなわち、この第3実施形態の車両用半導体冷却装置8は、個々の半導体素子6、6aの列22,23あるいは列22,23a,23bの方向を、送風方向18(車両進行方向と逆の方向)に沿って配置している。   That is, in the semiconductor cooling device 8 for a vehicle according to the third embodiment, the direction of the rows 22 and 23 of the individual semiconductor elements 6 and 6a or the rows 22, 23a and 23b is set to the air blowing direction 18 (the direction opposite to the vehicle traveling direction) ).

(作用および効果の説明)
この第3実施形態では、第1実施形態および第2実施形態と同様の効果が得られると共に、車両を走行させて送風すると、送風方向18に対して半導体素子取付面10は、風上29、風下30の影響が生じる。
(Description of action and effect)
In the third embodiment, the same effects as in the first embodiment and the second embodiment are obtained, and when the vehicle is driven and blown, the semiconductor element mounting surface 10 is upwind 29 in the blowing direction 18. The effect of leeward 30 occurs.

これにより、風下に配置される半導体素子部6、6aは、風上に配置される半導体素子6、6aからの熱のあおりを受けて、風上と風下の熱分布に差が生じる。   As a result, the semiconductor element sections 6 and 6a disposed on the lee receive heat from the semiconductor elements 6 and 6a disposed on the leeward, and a difference occurs in the heat distribution between the leeward and the leeward.

各相内の半導体素子6,6aの列22,23あるいは列22,23a,23bの方向が、送風方向18と平行であれば、風下の影響は風上に配置される素子からの影響のみとなり、アーム5の単位で温度分布が決まり、各列を送風方向18と直交する方向に配置した場合と比べて受熱ブロック9の受熱面における温度ばらつきを最小限に抑えることができる。   If the direction of the rows 22 and 23 of the semiconductor elements 6 and 6a or the rows 22, 23a and 23b in each phase is parallel to the blowing direction 18, the influence of the leeward is only the influence from the elements arranged on the windward side. The temperature distribution is determined by the unit of the arm 5, and the temperature variation on the heat receiving surface of the heat receiving block 9 can be minimized as compared with the case where each row is arranged in the direction orthogonal to the air blowing direction 18.

図10に示すように、インバータとコンバータの素子を機能毎にまとめて配置した比較例の温度上昇曲線20bと第3実施形態の温度上昇曲線24bとを比較すると、第3実施形態の温度上昇曲線24bの方が冷却装置の温度上昇の最大値と最小値間の温度差が小さくなり、受熱面全体の温度上昇の均熱化を図ることができる。   As shown in FIG. 10, when the temperature rise curve 20b of the comparative example in which the elements of the inverter and the converter are arranged for each function are compared with the temperature rise curve 24b of the third embodiment, the temperature rise curve of the third embodiment is compared. In the case of 24b, the temperature difference between the maximum value and the minimum value of the temperature rise of the cooling device becomes smaller, and the temperature rise of the entire heat receiving surface can be equalized.

この結果、受熱ブロック9の反対側の面にほぼ平行に配置したヒートシンク11のフィン効率が上がり、結果的に、比較例よりも冷却装置の最大温度上昇値が低下した状態25bを常に継続(維持)できるようになり、冷却性能を向上することができる。   As a result, the fin efficiency of the heat sink 11 disposed substantially parallel to the opposite surface of the heat receiving block 9 is increased, and as a result, the state 25b in which the maximum temperature rise value of the cooling device is lower than that of the comparative example is always maintained (maintained). ) To improve cooling performance.

すなわち、上述した各実施形態によれば、受熱ブロック9の半導体素子取付面10における温度バランスを良くし、車両用半導体冷却装置8の冷却性能を向上することができる。   That is, according to each embodiment mentioned above, the temperature balance in the semiconductor element attachment surface 10 of the heat receiving block 9 can be improved, and the cooling performance of the semiconductor cooling device 8 for vehicles can be improved.

なお上記実施形態では、主回路構成を3レベル主体で記載したが、当然のことながら2レベルの主回路構成においても同様な効果が得られることはいうまでもない。   In the above-described embodiment, the main circuit configuration is described mainly with three levels, but it goes without saying that the same effect can be obtained with a two-level main circuit configuration.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

5…アーム、6,6a…半導体素子、8…車両用半導体冷却装置、8a…ケース、9…受熱ブロック、10…半導体素子取付面、11…ヒートシンク、17…床下、22,23,23a,23b…半導体素子の列。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Arm, 6, 6a ... Semiconductor element, 8 ... Semiconductor cooling device for vehicles, 8a ... Case, 9 ... Heat receiving block, 10 ... Semiconductor element mounting surface, 11 ... Heat sink, 17 ... Under floor, 22, 23, 23a, 23b ... a row of semiconductor elements.

Claims (3)

第1の面とこの第1の面の反対側に第2の面とを有する受熱ブロックと、
前記受熱ブロックの第1の面に、発熱量が互いに異なる半導体素子の列どうしを交互に配置した複数の半導体素子の列と、
前記受熱ブロックの第2の面に、長手方向端部が車両進行方向に一致するように配設された放熱部材と
を具備する車両用半導体冷却装置。
A heat receiving block having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
A plurality of rows of semiconductor elements in which rows of semiconductor elements having different calorific values are alternately arranged on the first surface of the heat receiving block;
A vehicle semiconductor cooling device comprising: a heat radiating member disposed on a second surface of the heat receiving block so that a longitudinal end thereof coincides with a vehicle traveling direction.
前記複数の半導体素子の列のうち前記発熱量が高い半導体素子の列二列分を電気的に並列に接続した請求項1に記載の車両用半導体冷却装置。   2. The semiconductor cooling device for a vehicle according to claim 1, wherein two rows of semiconductor elements having a high calorific value among the rows of the plurality of semiconductor elements are electrically connected in parallel. 前記複数の半導体素子の列をそれぞれ、前記車両進行方向に沿って配置したことを特徴とする請求項1または2に記載の車両用半導体冷却装置。   The vehicle semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the plurality of rows of semiconductor elements are arranged along the vehicle traveling direction.
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