JP4483741B2

JP4483741B2 - 電力変換装置の冷却構造

Info

Publication number: JP4483741B2
Application number: JP2005243619A
Authority: JP
Inventors: 真角親泊; 秀明志津
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: JP2007059639A

Description

この発明は、電力変換装置の冷却構造に関するものである。

電力変換装置、例えば高圧インバータ装置においては、その容量に応じて複数個の単相インバータユニット（以下、ユニットと略称する。）を組合わせて構成する。従って、高圧インバータ装置の変換器盤においては、盤内に複数個収納されたユニットを効果的に冷却する必要がある。このような場合、一般に、盤内に風洞を設置することにより、各ユニットのパワー素子が搭載されたヒートシンク部を一括冷却するが、各ユニットのヒートシンク部以外の部分については熱が滞留することになり、特に実装された電気部品の冷却が問題になった。

図４（ａ），（ｂ）は従来の高圧インバータ装置の変換器盤の概略縦断側面図及び概略縦断正面図を示し、変換器盤１内にはその容量に応じて６個又は１８個又はそれらの倍数個（図４の場合は１８個である。）のユニット２がユニット支持枠３を介して上下方向に間隔を空けてかつ二列に取り付けられ、収納される。又、変換器盤１の前面には冷却風の流入孔１ａが設けられるとともに、変換器盤１内の後部には風洞４が設けられ、かつ変換器盤１の上部には風洞４と連通された冷却風の流出孔１ｂが設けられ、流出孔１ｂには換気ファン５が設けられる。又、各ユニット２はパワー素子（半導体スイッチング素子）２ａが搭載されたヒートシンク部２ｂを備える。各ユニット２は前方から通気可能であり、かつヒートシンク部２ｂは前方及び後方に通気可能であり、後方は風洞４に接続される。

上記構成において、換気ファン５の駆動により、冷却風は変換器盤１の前面の流入孔１ａから変換器盤１内に流入し、各ユニット２内に前面から流入し、そのヒートシンク部２ｂを前方から後方へ通流した後、風洞４内に流入し、流出孔１ａを介して変換器盤１から流出し、これにより各ヒートシンク部２ｂが冷却され、各ユニット２の冷却が行われる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、次のものがある。
実開平５−５５５８９号公報特許３４９６３９８号公報特開２０００−１５１１６１号公報特開２００２−１１１２６４号公報特開２００４−８７７１１号公報

ところで、変換器盤１は小型化が要求されており、このため各ユニット２は可能なかぎり密に収納されることになる。しかしながら、このように、密に収納されたユニット２間の雰囲気は、変換器盤１の筐体の底面やユニット２を支持するユニット支持枠３の棚板部３ａにより対流が遮られてよどむ状態となり、雰囲気温度が上昇してユニット２の性能に問題を生じかねなかった。そこで、変換器盤１内に密に収納されたユニット２間の空気に対流を促すため、変換器盤１内やユニット２に風洞４を換気する換気ファン５とは別のファンを設けることも考えられたが、ファン数の増加に伴って信頼性の低下につながった。又、各ユニット２のヒートシンク部２ｂに接続され、各ユニット２のヒートシンク部２ｂを冷却するための風洞４に、ユニット２間の空気を吸気するように、ヒートシンク部２ｂに接続される以外の場所に通気孔を設けることも考えられたが、この場合は、ヒートシンク部２ｂの冷却能力を低下させることになり、風洞４に設置するファンの容量を大きくする必要が生じてきた。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、冷却ファンの数を増加することなく、かつ単相インバータユニットのヒートシンク部の冷却能力を低下させることなく、盤内に密に収納された各ユニットを効果的に冷却することができ、各ユニットに実装されたパワー素子を効果的に冷却することができる電力変換装置の冷却構造を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る電力変換装置の冷却構造は、盤内にユニット支持枠を介して複数の単相インバータユニットが上下方向に間隔を空けて設けられ、盤前面に冷却風の流入孔が設けられるとともに、盤内後部には風洞が設けられ、かつ盤の上部に設けられ風洞と連通された冷却風の流出孔には換気ファンが設けられ、各単相インバータユニットは前部を除いてパワー素子が搭載されたヒートシンク部が設けられるとともに、前方から通気可能でかつヒートシンク部を介して風洞に通気可能である電力変換装置において、各単相インバータユニットの上面を通気可能に形成するとともに、各単相インバータユニットの底面に第１の通気孔を設けたものである。

この発明の請求項２に係る電力変換装置の冷却構造は、盤内にユニット支持枠を介して複数の単相インバータユニットが上下方向に間隔を空けて設けられ、盤前面に冷却風の流入孔が設けられるとともに、盤内後部には風洞が設けられ、かつ盤の上部に設けられ風洞と連通された冷却風の流出孔には換気ファンが設けられ、各単相インバータユニットは前部を除いてパワー素子が搭載されたヒートシンク部が設けられるとともに、前方から通気可能でかつヒートシンク部を介して風洞に通気可能である電力変換装置において、各単相インバータユニットの上面を通気不能に形成するとともに、該上面に第２の通気孔を設けものである。

請求項３に係る電力変換装置の冷却構造は、ヒートシンク部の前方からの吸気を遮蔽したものである。

請求項４に係る電力変換装置の冷却構造は、盤内にユニット支持枠を介して複数の単相インバータユニットが上下方向に間隔を空けて設けられ、盤前面に冷却風の流入孔が設けられるとともに、盤内後部には風洞が設けられ、かつ盤の上部に設けられ風洞と連通された冷却風の流出孔には換気ファンが設けられ、各単相インバータユニットは前部を除いてパワー素子が搭載されたヒートシンク部が設けられるとともに、前方から通気可能でかつヒートシンク部を介して風洞に通気可能である電力変換装置において、各単相インバータユニットの上面を通気可能に形成するとともに、単相インバータユニットと単相インバータユニットを支持するユニット支持枠の棚板部との間に隙間を設け、かつ棚板部の後部に第３の通気孔を設けるとともに、単相インバータユニットのヒートシンク部の無い前部底面に第４の通気孔を設けたものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、各ユニットの上面を通気可能に形成するとともに、各ユニットの底面に第１の通気孔を設けており、冷却風の一部は下側のユニットの上面から流出し、ユニット間を通り、上側のユニットの底面の第１の通気孔から流入する。このため、ヒートシンク部への冷却風の通流によって従来同様に冷却されるとともに、ユニット間の空気が冷却され、かつ下側のユニットの空気に対流を生じさせ、パワー素子の周囲温度を下げて、パワー素子の冷却効果を向上する。

請求項２によれば、ヒートシンク部ばかりでなく、ユニット間及びパワー素子にも冷却風を通流させており、パワー素子を直接、間接に冷却して、冷却効果を向上させることができる。

請求項３によれば、ヒートシンク部の前方からの吸気を遮蔽することにより、ユニット２間の空気に対流を巻き起こし、冷却効果を向上する。

請求項４によれば、冷却風は棚板部の第３の通気孔３ｂからユニットと棚板部との隙間を通り、ユニットの前部底面の第４の通気孔を通り、パワー素子を冷却してユニットの上面から流出する。このように、ユニット２内に対流を起こさせることにより、冷却効果を向上する。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態１による高圧インバータ装置の変換器盤の概略縦断側面一部拡大図を示し、ユニット２は前方が通気可能であるとともに、上面が通気可能に形成され、かつユニット２の底面においてはヒートシンク部２ｂが無い前部又はヒートシンク部２ｂがある後部、あるいはその両方に第１の通気孔２ｃ，２ｄを設ける。その他の構成は従来と同様である。

上記構成において、換気ファン５の駆動により、冷却風は従来同様に流入孔１ａから流入し、各ユニット２に前面から流入し、ヒートシンク部２ｂを通流して風洞４に入り、流出孔１ｂから流出する。又、下側のユニット２の前面及び第１の通気孔２ｃから流入した冷却風の一部は下側のユニット２の上面から流出し、ユニット２間を通り、上側のユニット２にその第１の通気孔２ｃ，２ｄから流入する。

実施最良形態１においては、従来同様にユニット２のヒートシンク部２ｂが冷却されるとともに、ユニット２間の空気も冷却され、かつユニット２のパワー素子２ａの雰囲気に対流をおこすことができ、各パワー素子２ａの周囲温度を下げることができ、各パワー素子２ａの冷却効果を向上することができる。ただし、ユニット２の底面の後部の通気孔２ｄから大量の冷却風を取り入れると、ヒートシンク部２ｂを前方から後方へ通流する冷却風が減少し、ヒートシンク部２ｂの冷却効果が減少するので、通気孔２ｄから取り入れる冷却風はあまり大量でない方がよい。又、冷却ファン等の追加の部材を設ける必要がないので、信頼性を低下させることがない。

実施最良形態２
図２は実施最良形態２による高圧インバータ装置の変換器盤の概略縦断側面一部拡大図を示し、ユニット２は前方が通気可能であるとともに、ユニット２の上面及び下面は通気不能とされ、ユニット２の上面には第２の通気孔２ｅが形成される。その他の構成は従来と同様である。

上記構成において、ヒートシンク部２ｂには従来同様に冷却風が通流し、一方では冷却風はユニット２間の空間から第２の通気孔２ｅを介して下側のユニット２内に流入し、パワー素子２ａを冷却した後、ヒートシンク部２ｂを前方から後方へ通流する。

実施最良形態２においては、冷却風はユニット２間から下側のユニット２の上面に設けた第２の通気孔２ｅを通ってパワー素子２ａを冷却した後、ヒートシンク部２ｂを通るので、パワー素子２ａを直接、間接に冷却することができ、パワー素子２ａの冷却効果を向上することができる。又、冷却ファン等の追加の部材を設ける必要がないので、信頼性を低下させることがない。さらに、ヒートシンク部２ｂの冷却効果を低下させることがない。

実施最良形態３
実施最良形態３においては、実施最良形態１又は２に加えて、ヒートシンク部２ｂの前方からの吸気を遮蔽したものである。実施最良形態１については、ヒートシンク部２ｂの前方から流入するはずの冷却風はユニット２の上面からユニット２間に流れ、さらに上側のユニット２の第１の通気孔２ｃ，２ｄへと流れ、ユニット２間の空気に対流を巻き起こし、冷却効果を向上する。実施最良形態２については、ヒートシンク部２ｂの前方から流入するはずの冷却風はパワー素子２ａを冷却して第２の通気孔２ｅから流出し、ユニット２間を通流する。このように、ユニット２間の空気に対流を巻き起こすことにより、冷却効果を向上する。又、冷却ファン等の追加の部材を設ける必要がないので、信頼性を低下させることがない。

実施最良形態４
図３は実施最良形態４による高圧インバータ装置の変換器盤の概略縦断側面一部拡大図を示し、ユニット２は前方が通気可能であるとともに、上面も通気可能に形成される。又、高圧インバータ装置の場合、その容量が大きくなると、各ユニット２も大きくなる。この場合、ユニット２を支持するユニット支持枠３の棚板部３ａが必要になってくる。しかし、棚板部３ａは各ユニット２の底面からの吸気を塞ぐことになる。そこで、ユニット２とユニット２を支持する棚板部３ａとの間に隙間６を設け、かつ棚板部３ａの後部に第３の通気孔３ｂを設けるとともに、各ユニット２のヒートシンク部２ｂが無い前部の底面に第４の通気孔２ｆを設ける。その他の構成は従来と同様である。

上記構成において、流入孔１ａからユニット２にその前方から流入した冷却風はヒートシンク部２ｂを通流してパワー素子２ａを冷却するとともに、流入孔１ａから下側のユニット２の棚板部３ａの第３の通気孔３ｂに流入した冷却風はユニット２と棚板部３ａとの隙間を通り、ユニット２の前部底面の第４の通気孔２ｆを通ってパワー素子２ａを冷却し、さらにユニット２の上面からユニット２間をとおり、上側のユニット２の棚板部３ａの第３の通気孔３ｂを通る。このように、ユニット２内に対流を起こさせることにより、パワー素子２ａを効果的に冷却する。又、冷却ファン等の追加の部材を設ける必要がないので、信頼性を低下させることがない。さらに、ヒートシンク部２ｂの冷却効果を低下させることがない。

この発明の実施最良形態１による高圧インバータ装置の変換器盤の概略縦断側面一部拡大図である。実施最良形態2による高圧インバータ装置の変換器盤の概略縦断側面一部拡大図である。実施最良形態１による高圧インバータ装置の変換器盤の概略縦断側面一部拡大図である。従来の高圧インバータ装置の変換器盤の概略縦断側面図及び概略縦断正面図である。

符号の説明

１…変換器盤
１ａ…流入孔
１ｂ…流出孔
２…単相インバータユニット
２ａ…パワー素子
２ｂ…ヒートシンク部
２ｃ，２ｄ…第１の通気孔
２ｅ…第２の通気孔
２ｆ…第４の通気孔
３…ユニット支持枠
３ａ…棚板部
３ｂ…第３の通気孔
４…風洞
５…換気ファン
６…隙間

Claims

盤内にユニット支持枠を介して複数の単相インバータユニットが上下方向に間隔を空けて設けられ、盤前面に冷却風の流入孔が設けられるとともに、盤内後部には風洞が設けられ、かつ盤の上部に設けられ風洞と連通された冷却風の流出孔には換気ファンが設けられ、各単相インバータユニットは前部を除いてパワー素子が搭載されたヒートシンク部が設けられるとともに、前方から通気可能でかつヒートシンク部を介して風洞に通気可能である電力変換装置において、各単相インバータユニットの上面を通気可能に形成するとともに、各単相インバータユニットの底面に第１の通気孔を設けたことを特徴とする電力変換装置の冷却構造。
盤内にユニット支持枠を介して複数の単相インバータユニットが上下方向に間隔を空けて設けられ、盤前面に冷却風の流入孔が設けられるとともに、盤内後部には風洞が設けられ、かつ盤の上部に設けられ風洞と連通された冷却風の流出孔には換気ファンが設けられ、各単相インバータユニットは前部を除いてパワー素子が搭載されたヒートシンク部が設けられるとともに、前方から通気可能でかつヒートシンク部を介して風洞に通気可能である電力変換装置において、各単相インバータユニットの上面を通気不能に形成するとともに、該上面に第２の通気孔を設けたことを特徴とする電力変換装置の冷却構造。
ヒートシンク部の前方からの吸気を遮蔽したことを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置の冷却構造。
盤内にユニット支持枠を介して複数の単相インバータユニットが上下方向に間隔を空けて設けられ、盤前面に冷却風の流入孔が設けられるとともに、盤内後部には風洞が設けられ、かつ盤の上部に設けられ風洞と連通された冷却風の流出孔には換気ファンが設けられ、各単相インバータユニットは前部を除いてパワー素子が搭載されたヒートシンク部が設けられるとともに、前方から通気可能でかつヒートシンク部を介して風洞に通気可能である電力変換装置において、各単相インバータユニットの上面を通気可能に形成するとともに、単相インバータユニットと単相インバータユニットを支持するユニット支持枠の棚板部との間に隙間を設け、かつ棚板部の後部に第３の通気孔を設けるとともに、単相インバータユニットのヒートシンク部の無い前部底面に第４の通気孔を設けたことを特徴とする電力変換装置の冷却構造。