(57)【要約】【課題】発熱モジュールを効率良く冷却することできて、しかも、小型化および軽量化できる電気装置を提供する。【解決手段】ヒートスプレッダ１の一方の表面の下部には、ＳｉＣスイッチング素子１１を含むモジュール２が取り付けられている。ヒートスプレッダ１の一方の表面の上部には冷却フィン３が取り付けられている。モジュール２の熱はヒートスプレッダ１を介して冷却フィン３に伝わって、冷却フィン３から外部に放熱される。ヒートスプレッダ１は、内部に空間が残るように液体が充填されたヒートパイプ４を内蔵している。ヒートパイプ４は、ヒートスプレッダ１の下部から鉛直方向に延びて上記ヒートスプレッダ１の上部に達している。このヒートパイプ４内では液体が気化と液化とを繰り返して循環し、モジュール２の熱が冷却フィン３に効率良く運ばれる。【選択図】図３
2010027760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱性部材と、
上記伝熱性部材の一方の表面の下部に取り付けられ、電気素子を含む発熱モジュールと、
上記伝熱性部材の一方の表面の上部に取り付けられ、上記発熱モジュールの熱を上記伝熱性部材を介して受けて放熱する放熱フィンと、
上記放熱フィンに対向するように配置され、上記放熱フィンに送風する送風装置と、
上記伝熱性部材の他方の表面の上部に隙間をあけて対向するように配置されたコンデンサ装置と、
上記伝熱性部材の一方の表面から上記伝熱性部材の他方の表面に貫通すると共に、上記送風装置から上記コンデンサ装置へ向かう風が通過する風通路と
を備え、
上記伝熱性部材は、内部に空間が残るように液体が充填されたヒートパイプを内蔵し、
上記ヒートパイプは、上記伝熱性部材の下部から上方に延びて上記伝熱性部材の上部に達していることを特徴とする電気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気装置において、
上記コンデンサ装置を搭載する荷台と、
上記伝熱性部材の他方の表面の下部に対向するように配置されると共に、上記コンデンサ装置に比べて上下方向の長さが短いリアクトル装置と
を備え、
上記コンデンサ装置は、上記発熱モジュールに電気的に接続される端子を下面に有することを特徴とする電気装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気装置において、
上記リアクトル装置は上記発熱モジュールに電気的に接続されていることを特徴とする電気装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の電気装置において、
上記電気素子はＳｉＣスイッチング素子であることを特徴とする電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスタック構造を有する電力変換装置等の電気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気装置としては、構成部品をファンで冷却する空冷方式を採用したものがあるが、冷却しなければならない構成部品が複数あると、この複数の構成部品の全てを１つのファンで効果的に冷却するのは困難である。
【０００３】
また、上記冷却しなければならない構成部品が複数ある場合、ファンを複数設置すれば、構成部品の全てを効果的に冷却できるが、装置が大型化してしまう。
【０００４】
このため、特開２００６−７４９６３号公報（特許文献１）の電気装置では水冷方式を採用している。より詳しく説明すると、上記電気装置は、リアクトル、コンデンサおよび半導体素子を備え、リアクトル、コンデンサおよび半導体素子を経由する導水ホースにポンプで冷却水を送る。これにより、上記リアクトル、コンデンサおよび半導体素子が一括冷却される。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の電気装置では、ポンプを設置するスペースを確保しなければならないため、小型化および軽量化できないという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−７４９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、発熱モジュールを効率良く冷却することできて、しかも、小型化および軽量化できる電気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の電気装置は、
伝熱性部材と、
上記伝熱性部材の一方の表面の下部に取り付けられ、電気素子を含む発熱モジュールと、
上記伝熱性部材の一方の表面の上部に取り付けられ、上記発熱モジュールの熱を上記伝熱性部材を介して受けて放熱する放熱フィンと、
上記放熱フィンに対向するように配置され、上記放熱フィンに送風する送風装置と、
上記伝熱性部材の他方の表面の上部に隙間をあけて対向するように配置されたコンデンサ装置と、
上記伝熱性部材の一方の表面から上記伝熱性部材の他方の表面に貫通すると共に、上記送風装置から上記コンデンサ装置へ向かう風が通過する風通路と
を備え、
上記伝熱性部材は、内部に空間が残るように液体が充填されたヒートパイプを内蔵し、
上記ヒートパイプは、上記伝熱性部材の下部から上方に延びて上記伝熱性部材の上部に達していることを特徴としている。
【０００８】
ここで、「上方に延び」とは、鉛直方向に延びたり、斜め上方に延びたりすることを意味する。
【０００９】
上記構成の電気装置によれば、上記ヒートパイプの下部に溜まった液体は、伝熱性部材を介して、発熱モジュールの熱を奪って気化する。この気化した気体は、上方に移動して、ヒートパイプの上部で冷却されて液化する。そして、上記液化した液体は、下方に移動して、再び、ヒートパイプの下部に溜まる。このような気化および液化がヒートパイプ内で繰り返される。つまり、上記ヒートパイプ内で液体が状態を変えながら循環する。
【００１０】
その結果、上記発熱モジュールから放熱フィンへ熱が効率良く移動するので、発熱モジュールを効率良く冷却することができる。
【００１１】
また、上記液体の循環に例えばポンプを用いなくてもよいから、設置スペースが小さく、小型化および軽量化することができる。
【００１２】
また、上記ヒートパイプが上方に延びていることによって、液体がスムーズに循環するので、発熱モジュールから熱をその液体で効率良く奪うことができる。つまり、上記発熱モジュールの冷却効果を高めることができる。
【００１３】
また、上記送風装置が放熱フィンに送風するので、放熱フィンの放熱効率を向上させることができる。このとき、上記送風装置が起こした風の一部が風通路を流れてコンデンサ装置に当たるので、コンデンサ装置の冷却効果を高めることができる。
【００１４】
一実施形態の電気装置は、
上記コンデンサ装置を搭載する荷台と、
上記伝熱性部材の他方の表面の下部に対向するように配置されると共に、上記コンデンサ装置に比べて上下方向の長さが短いリアクトル装置と
を備え、
上記コンデンサ装置は、上記発熱モジュールに電気的に接続される端子を下面に有する。
【００１５】
上記実施形態の電気装置によれば、上記コンデンサ装置の上下方向の長さよりも、リアクトル装置の上下方向の長さが短くて、コンデンサ装置は、発熱モジュールに電気的に接続される端子を下面に有するので、この端子と発熱モジュールとを結ぶ電気経路が短くなり、浮遊インダクタンスを小さくできる。
【００１６】
一実施形態の電気装置では、
上記リアクトル装置は上記発熱モジュールに電気的に接続されている。
【００１７】
上記実施形態の電気装置によれば、上記リアクトル装置を発熱モジュールに電気的に接続するので、リアクトル装置の熱を伝熱性部材の下部に運ぶことができる。
【００１８】
したがって、上記リアクトル装置も、発熱モジュールと同様に、ヒートパイプで効率良く冷却することができる。
【００１９】
一実施形態の電気装置は、
上記電気素子はＳｉＣスイッチング素子である。
【００２０】
上記実施形態の電気装置によれば、上記電気素子はＳｉＣスイッチング素子であるので、Ｓｉスイッチング素子に比べて、３倍以上の高温で動作できるし、約１０倍の高耐圧や１／１００の低損失化および１０倍の高速化が可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電気装置によれば、上記伝熱性部材は、内部に空間が残るように液体が充填されたヒートパイプを内蔵し、かつ、このヒートパイプは、伝熱性部材の下部から上方に延びて上記伝熱性部材の上部に達していることによって、ヒートパイプ内で液体が循環し、発熱モジュールの熱が放熱フィンに効率良く送られるので、発熱モジュールを効率良く冷却することができる。
【００２２】
また、上記液体の循環に例えばポンプを用いなくてもよいから、設置スペースが小さく、小型化および軽量化することができる。
【００２３】
また、上記ヒートパイプが上方に延びていることによって、液体がスムーズに循環するので、発熱モジュールの冷却効果を向上させることができる。
【００２４】
また、上記伝熱性部材の一方の表面から伝熱性部材の他方の表面に貫通する風通路があることによって、送風装置が起こした風の一部が風通路を流れてコンデンサ装置に当たるので、コンデンサ装置の冷却効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の電気装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施の形態の電力変換装置の前部を斜め上方から見た模式図である。また、図２は上記電力変換装置の後部を斜め上方から見た模式図である。なお、図２においては、図３のフレーム８、主回路導体１３、リアクトル用端子１６および抵抗用端子１７は図示していない。
【００２７】
上記電力変換装置は、図１，図２に示すように、伝熱性部材の一例としてのアルミ製のヒートスプレッダ１と、発熱モジュールの一例としてのモジュール２と、放熱フィンの一例としての銅製の冷却フィン３と、コンデンサ装置の一例としての直流平滑用コンデンサ５と、抵抗６と、リアクトル装置の一例としてのリアクトル７と、制御回路基板（図示せず）を含む制御回路ボックス９とを備えている。
【００２８】
上記ヒートスプレッダ１は２個あって、水平方向において所定の間隔を空けて配置されている。上記各ヒートスプレッダ１は略板状であり、一方の表面および他方の表面が鉛直方向に対して略平行になっている。そして、上記ヒートスプレッダ１同士の隙間が風通路１０である。
【００２９】
上記モジュール２は、ヒートスプレッダ１の一方の表面の下部に取り付けられて、冷却フィン３の下方に位置している。
【００３０】
上記冷却フィン３はヒートスプレッダ１の一方の表面の上部に取り付けられている。そして、上記冷却フィン３はモジュール２の熱をヒートスプレッダ１を介して受けて放熱する。
【００３１】
図３は上記電力変換装置を側方から見た模式図である。
【００３２】
上記各ヒートスプレッダ１は、液体が充填されて鉛直方向に延びるヒートパイプ４を複数内蔵している。この複数のヒートパイプ４は図３の紙面に対して垂直な方向に並び、各ヒートパイプ４がヒートスプレッダ１の下部から鉛直方向に延びてヒートスプレッダ１の上部に達している。このようなヒートパイプ４は、ヒートスプレッダ１の内部で密閉された直棒状の穴である。また、上記液体の容量はヒートパイプ４の容量の約１／３となっている。つまり、上記ヒートパイプ４内は液体で一杯になっておらず、空間がヒートパイプ４内に残っている。また、上記液体はヒートスプレッダ１の熱を吸収でるものであればよく、例えば水等を液体として使用できる。
【００３３】
上記モジュール２は、複数のＳｉＣスイッチング素子１１（図３では１つのみ図示）を含んでいる。また、上記モジュール２は、直流平滑用コンデンサ５、抵抗６およびリアクトル７に電気的に接続されるモジュール用端子１８を有している。
【００３４】
上記直流平滑用コンデンサ５は、ヒートスプレッダ１の他方の表面の上部に対して隙間をあけて対向するように配置されている。また、上記直流平滑用コンデンサ５は、端子の一例としてのコンデンサ用端子１５を下面に有している。また、上記直流平滑用コンデンサ５は、コンデンサ５および抵抗６に比べて鉛直方向の長さが長くなっている。
【００３５】
上記抵抗６，リアクトル７は、ヒートスプレッダ１の他方の表面の下部に対向するように配置され、直流平滑用コンデンサ５下に位置している。
【００３６】
また、上記電力変換装置は、荷台の一例としてのフレーム８と、送風装置の一例としてのファン１２と、例えば銅からなる主回路導体１３とを備えている。
【００３７】
上記ファン１２は、放熱フィン３に対向するように配置されている。そして、上記ファン１２は放熱フィン３に向けて風を送る。
【００３８】
上記フレーム８は直流平滑用コンデンサ５を搭載して支持する。このフレーム８において直流平滑用コンデンサ５を搭載する部分の下には、例えばマイカからなる絶縁支持材１４が配置されている。つまり、上記絶縁支持材１４は、直流平滑用コンデンサ５とリアクトル７との間に配置されている。
【００３９】
上記主回路導体１３は、水平方向に延びる部分と、この部分の一方の端部に連なって鉛直方向に延びる部分とを有している。上記水平方向に延びる部分は、絶縁支持材１４に設けられた溝内に挿入されて、コンデンサ用端子１５、リアクトル用端子１６および抵抗用端子１７に電気的に接続されている。一方、上記鉛直方向に延びる部分は、モジュール用端子１８に電気的に接続されている。
【００４０】
上記構成の電力変換装置によれば、ヒートパイプ４の下部に溜まった液体は、ヒートスプレッダ１を介して、モジュール２の熱を奪って気化する。この気化した気体は、鉛直方向に上昇して、ヒートパイプ４の上部で冷却される結果、液化して、再び、ヒートパイプ４の下部に溜まる。このような気化および液化がヒートパイプ４内で繰り返される。
【００４１】
その結果、上記ヒートパイプ４内で液体が循環するので、モジュール２の熱はヒートパイプ４内の液体によってヒートスプレッダ１の上部に運ばれ、そして、その上部から冷却フィン３に到達する。
【００４２】
上記構成の電力変換装置によれば、ヒートパイプ４の下部に溜まった液体は、ヒートスプレッダ１を介して、モジュール２の熱を奪って気化する。この気化した気体は、鉛直方向に上昇して、ヒートパイプ４の上部で、この上部に接続された冷却フィン３で冷却されて液化して、再び、液体となってヒートパイプ４の下部に溜まる。このような気化および液化がヒートパイプ４内で繰り返される。すなわち、上記ヒートパイプ４内で液体が循環する。
【００４３】
その結果、上記モジュール２から冷却フィン３へ熱が効率良く移動するので、モジュール２を効率良く冷却することができる。
【００４４】
また、上記液体の循環に例えばポンプを用いなくてもよいので、設置スペースは小さく、小型化および軽量化することができる。
【００４５】
また、上記ヒートパイプ４が上方に延びていることによって、ヒートパイプ４内の液体がスムーズに循環するので、モジュール２の熱をその液体に効率良く移すことができる。
【００４６】
また、上記ファン１２が冷却フィン３に送風するので、冷却フィン３の放熱効率を向上させることができる。このとき、上記ファン１２の風の一部が風通路１０を通ってコンデンサ５に当たるので、コンデンサ５の冷却効果を高めることができる。
【００４７】
また、上記コンデンサ５の上下方向の長さよりも、リアクトル７の上下方向の長さが短くて、コンデンサ５は、モジュール２に電気的に接続されるコンデンサ用端子１５を下面に有するので、このコンデンサ用端子１５とモジュール２とを電気的に接続する主回路導体１３が短くなり、浮遊インダクタンスを小さくできる。
【００４８】
また、上記抵抗６およびリアクトル７は主回路導体１３を介してモジュール２に電気的に接続されているので、抵抗６およびリアクトル７の熱が主回路導体１３を介してヒートスプレッダ１の下部に伝わる。
【００４９】
したがって、上記抵抗６およびリアクトル７の熱をヒートパイプ４で処理できるので、抵抗６およびリアクトル７の冷却効果を向上させることができる。
【００５０】
また、上記ＳｉＣスイッチング素子１１は、Ｓｉスイッチング素子に比べて、３倍以上の高温で動作できるし、約１０倍の高耐圧や１／１００の低損失化および１０倍の高速化が可能である。
【００５１】
図４は比較例の電力変換装置の断面図である。
【００５２】
上記比較例の電力変換装置は、直流平滑用コンデンサ５、抵抗６およびリアクトル７の配置が上記実施の形態の電力変換装置と異なっている。より詳しくは、上記比較例の電力変換装置は、フレーム４８を用いて、抵抗６およびリアクトル７を直流平滑用コンデンサ５上に配置している。
【００５３】
このように、上記抵抗６，リアクトル７の下方に直流平滑用コンデンサ５を配置すると、抵抗６およびリアクトル７よりも直流平滑用コンデンサ５の方が上下方向の長さが長いので、主回路導体１３よりも長い主回路導体５３を用いることになって、浮遊インダクタンスが大きくなる。
【００５４】
上記実施の形態では、鉛直方向に延びるヒートパイプ４を用いていたが、斜め上方に延びるヒートパイプを用いてもよい。
【００５５】
上記実施の形態では、２個のヒートスプレッダ１を用いていたが、２個のヒートスプレッダ１を合わせたものと略同じ大きさの１個のヒートスプレッダを用いてもよい。このヒートスプレッダを用いる場合、ヒートスプレッダを貫通する風通路を設け、ファン１２の風をその風通路を介して直流平滑用コンデンサ５に送る。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は本発明の一実施の形態の電力変換装置の模式斜視図である。
【図２】図２は上記電力変換装置の他の模式斜視図である。
【図３】図３は上記電力変換装置の模式断面図である。
【図４】図４は比較例の電力変換装置の模式断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  ヒートスプレッダ
２  モジュール
３  冷却フィン
４  ヒートパイプ
５  直流平滑用コンデンサ
６  抵抗
７  リアクトル
１０  ＳｉＣスイッチング素子
【図１】
2010027760.tif 000003
【図２】
2010027760.tif 000004
【図３】
2010027760.tif 000005
【図４】
2010027760.tif 000006