(57)【要約】【課題】冷却風の上流側のパワーモジュールと下流側のパワーモジュールとの熱干渉を低減でき、下流側のパワーモジュールに風が直接あたることを抑制できる電力変換装置を得ること。【解決手段】電力変換装置は、複数のパワーモジュールと、前記複数のパワーモジュールが配列されたベース部と前記ベース部を介して前記複数のパワーモジュールを冷却する複数の放熱フィンとを有するヒートシンクと、前記複数のパワーモジュールの配列方向に沿って前記複数の放熱フィンの間に冷却風を送風させる送風部とを備え、前記ベース部は、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成されており、段差部に開口部を有する。【選択図】図１
2014117011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパワーモジュールと、
前記複数のパワーモジュールが配列されたベース部と前記ベース部を介して前記複数のパワーモジュールを冷却する複数の放熱フィンとを有するヒートシンクと、
前記複数のパワーモジュールの配列方向に沿って前記複数の放熱フィンの間に冷却風を送風させる送風部と、
を備え、
前記ベース部は、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成されており、段差部に開口部を有する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記ベース部は、冷却風の送風方向に沿って配列された前記複数のパワーモジュールの間に前記段差部の前記開口部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
複数のパワーモジュールと、
前記複数のパワーモジュールが配列されたベース部と前記ベース部を介して前記複数のパワーモジュールを冷却する複数の放熱フィンとを有し、前記ベース部が前記複数のパワーモジュールの間に開口部を有するヒートシンクと、
前記複数のパワーモジュールの配列方向に沿って前記複数の放熱フィンの間に冷却風を送風させる送風部と、
前記複数の放熱フィン側から外気を前記開口部経由で前記複数の放熱フィンの間へ導入するように前記開口部を覆う外気導入路と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記外気導入路は、
前記開口部を外側から覆いながら延びた第１の筒部と、
前記第１の筒部に連通し前記ベース部に沿って平面視における前記ベース部の外側まで延びた第２の筒部と、
前記第２の筒部に連通し前記ベース部の外側で前記複数の放熱フィン側に延びた第３の筒部と、
を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ベース部は、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成されており、段差部に前記開口部を有する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
複数のパワーモジュールと、
前記複数のパワーモジュールが配列されたベース部と前記ベース部を介して前記複数のパワーモジュールを冷却する複数の放熱フィンとを有するヒートシンクと、
前記複数のパワーモジュールの配列方向に沿って前記複数の放熱フィンの間に冷却風を送風させる送風部と、
を備え、
前記ヒートシンクは、前記複数のパワーモジュールに対応して互いに分割された複数のヒートシンク体を有し、
前記複数のヒートシンク体は、冷却風の送風方向に沿って互いに隙間をあけて配置されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
前記複数のヒートシンク体は、１つのパワーモジュールが１つのヒートシンク体に配置されるように、前記複数のパワーモジュールに対応している
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記隙間は、冷却風の送風方向に垂直な方向から見た場合に略Ｖ形状を有している
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記隙間は、冷却風の送風方向に垂直な方向から見た場合に略逆Ｖ形状を有している
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記複数のヒートシンク体のそれぞれは、
パワーモジュールが配置されるベース体と、
前記ベース体を介して前記パワーモジュールを冷却する複数の放熱フィン体と、
を有し、
前記複数のヒートシンク体では、隣接するヒートシンク体の間で前記ベース体と前記複数の放熱フィン体との位置関係が異なる
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記複数のヒートシンク体を前記複数の放熱フィン側で側方から覆う仕切板をさらに備えた
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記複数のヒートシンク体の隙間における前記パワーモジュール側の部分を覆うとともに前記複数のパワーモジュール側の空間と前記複数の放熱フィン側の空間とを仕切る第２の仕切板をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記パワーモジュールは、ワイドバンドギャップ半導体で形成された半導体素子を有する
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の電力変換装置の場合、許容電流の観点から複数個のパワーモジュールをヒートシンク上に配置するが、ヒートシンクサイズの小型化のためにパワーモジュールは近接配置が希望される。そのためパワーモジュールは、ヒートシンクに設置されたファンの風路方向に直列に並べられる。
【０００３】
しかし、近接配置した場合、ヒートシンクを介してパワーモジュール同士の熱干渉が発生する。風路の上流（吸気側）から下流（排気側）にかけて温度が高くなり、パワーモジュール動作温度に不平衡が生ずる。
【０００４】
ここで、パワーモジュールは温度特性を持っているが、温度不平衡のため動作点が異なり特性にばらつきが出る。パワーモジュールは温度が高いほど発熱が大きいため、悪循環に陥りさらに特性が悪化する。
【０００５】
特許文献１には、風洞内に複数個の放熱フィンが直列に配置され複数個の放熱フィンの各々に受熱板を介して半導体素子が取り付けられた電力変換装置の冷却装置において、風洞を風の通路の風上側から風下側に行くにつれて絞って形成することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、複数個の放熱フィンをほぼ均等に冷却できるので、各相の半導体素子の温度上昇値の差は低減されるとされている。
【０００６】
特許文献２には、複数の電子部品がファンにより生じる冷却風の向きの方向に並んでベース部に備えられる電子部品冷却構造において、ベース部に、複数の電子部品を隔てるように通気孔を形成することが記載されている。これにより、特許文献２によれば、冷却フィンに通気孔を通して冷却風が供給されるので、複数の電子部品の間での熱の移動が制限され、許容温度の異なる電子部品を同一の冷却ファンで冷却することが可能となるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２５２５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６５７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術では、風洞内における受熱板の近傍を流れる風（空気）に着目した場合、上流側の半導体素子から受熱板及び放熱フィンを介して受けた熱を保持した風は、下流側の半導体素子の受熱板近傍の放熱フィン付近を流れるので、放熱フィンを介して上流側の半導体素子と下流側の半導体素子とが互いに熱干渉する可能性がある。
【０００９】
特許文献２に記載の技術では、通気孔が断面視において下流側の電子部品に近づくように傾斜しているので、通気孔に空気が吸い込まれる際に下流側の電子部品に直接あたる風が形成されやすい。電子部品に風が直接あたると、電子部品が電気的に劣化する可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却風の上流側のパワーモジュールと下流側のパワーモジュールとの熱干渉を低減でき、下流側のパワーモジュールに風が直接あたることを抑制できる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる電力変換装置は、複数のパワーモジュールと、前記複数のパワーモジュールが配列されたベース部と前記ベース部を介して前記複数のパワーモジュールを冷却する複数の放熱フィンとを有するヒートシンクと、前記複数のパワーモジュールの配列方向に沿って前記複数の放熱フィンの間に冷却風を送風させる送風部とを備え、前記ベース部は、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成されており、段差部に開口部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、各パワーモジュールの上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィンの間におけるパワーモジュール側の空間に導入できるので、放熱フィンを介した各パワーモジュール間における熱干渉を低減できる。また、各パワーモジュールの上流側の直前の空間に疑似的にエアーカーテンを形成できるので、パワーモジュールに風が直接あたることを抑制できる。すなわち、冷却風の上流側のパワーモジュールと下流側のパワーモジュールとの熱干渉を低減でき、下流側のパワーモジュールに風が直接あたることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における空気の流れを示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２における空気の流れを示す図である。
【図７】図７は、実施の形態３にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態４にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態４における空気の流れを示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態５にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態６にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態７にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態７にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態８にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態８にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態９にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態９にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態１〜９の変形例における半導体素子の特性を示す図である。
【図１９】図１９は、比較例における空気の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる電力変換装置１について説明する。
【００１６】
電力変換装置１は、例えば、直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を負荷に供給することで負荷を駆動するインバータを有する。例えば、インバータは、複数の半導体素子を有し、複数の半導体素子をそれぞれ所定のタイミングでスイッチング動作させることで、直流電力を交流電力に変換する。このため、複数の半導体素子のそれぞれは、発熱しやすい。
【００１７】
インバータにおける各半導体素子は、例えば、１以上のパワーモジュールとして実装される。例えば、電力変換装置１が直流電力を３相の交流電力に変換する場合、インバータでは、３相に対応した６つのトランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ又はＦＥＴなど）が用いられるが、各相ずつパワーモジュール化する場合、それぞれ２つの半導体素子を有する３つのパワーモジュールが必要になる。
【００１８】
あるいは、電力変換装置１が大容量の電力変換装置である場合、電力変換装置１は、複数のインバータを有し、複数のインバータで負荷を駆動する。例えば、インバータごとにパワーモジュール化する場合、それぞれ複数の半導体素子を有する複数のパワーモジュールが必要になる。
【００１９】
このように、電力変換装置１において、複数のパワーモジュールが必要になる場合、複数のパワーモジュールのそれぞれが発熱しやすいので、複数のパワーモジュールのそれぞれを冷却することが望まれる。このとき、複数のパワーモジュールをヒートシンクにおける平板状のベース部上に配置するが、ヒートシンクサイズの小型化のためにパワーモジュールは近接配置が希望される。そのためパワーモジュールは、ヒートシンクに設置されたファンの風路方向に直列に並べられる。
【００２０】
しかし、近接配置した場合、ヒートシンクを介してパワーモジュール同士の熱干渉が発生する。風路の上流（吸気側）から下流（排気側）にかけて温度が高くなり、パワーモジュール動作温度に不平衡が生ずる。
【００２１】
それに対して、例えば、図１９に示すように、ベース部ＢＳ９００における複数のパワーモジュールＰＭ９００−１，ＰＭ９００−２の間に通気孔ＢＳ９００ａを設け、通気孔ＢＳ９００ａが断面視において下流側のパワーモジュールＰＭ９００−２に近づくように傾斜させることが考えられる。この場合、通気孔ＢＳ９００ａに空気が吸い込まれる際に下流側のパワーモジュールＰＭ９００−２に直接あたる風が形成されやすい。パワーモジュールＰＭ９００−２に風が直接あたると、パワーモジュールＰＭ９００−２が電気的に劣化する可能性がある。例えば、パワーモジュールＰＭ９００−２における絶縁体に腐食等による絶縁劣化が発生して、絶縁不良が発生すると、本来導通すべきでない箇所で短絡等が発生する可能性がある。あるいは、例えば、パワーモジュールＰＭ９００−２における導電体に腐食等による導電劣化が発生して、導通不良が発生すると、本来導通すべき箇所で断線等が発生する可能性がある。このように、パワーモジュールＰＭ９００−２が電気的に劣化すると、パワーモジュールＰＭ９００−２が誤動作する可能性がある。
【００２２】
そこで、実施の形態１では、電力変換装置１において、図１及び図２に示すように、ヒートシンクに関する構成を工夫することで、冷却風の上流側のパワーモジュールと下流側のパワーモジュールとの熱干渉を低減しながら下流側のパワーモジュールに風が直接あたることの抑制を図る。図１は、電力変換装置１の構成を示す斜視図であり、図２は、電力変換装置１の構成を示す側面図である。
【００２３】
具体的には、電力変換装置１において、図１及び図２に示すように、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３、ヒートシンク１０、及び送風部２０を備える。
【００２４】
複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３は、例えば、送風部２０による冷却風の送風方向に沿って一列に並んでいる。各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３は、上記のように、１以上の（例えば、複数の）半導体素子を有し、その動作時に発熱しやすい。
【００２５】
ヒートシンク１０は、ベース部１１及び複数の放熱フィン１２を有する。ベース部１１には、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３が配列されている。複数の放熱フィン１２は、ベース部１１を介して複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３を冷却するように構成されている。例えば、複数の放熱フィン１２は、ベース部１１に対して、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の反対側に取り付けられている。
【００２６】
送風部２０は、図２に示すように、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の配列方向に沿って複数の放熱フィン１２の間に冷却風を送風させる。送風部２０は、例えば、送風ファン２１を有し、図２における左から右へ向かう方向へ吸気流が発生するように送風ファン２１を回転駆動させることで、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の配列方向に沿って複数の放熱フィン１２の間に冷却風を送風させる。
【００２７】
このとき、ヒートシンク１０において、ベース部１１は、図１及び図２に示すように、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成されており、各段差部１１ａ−１，１１ａ−２に開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を有する。
【００２８】
例えば、複数の放熱フィン１２のそれぞれは、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなる複数の部分を有する。例えば、複数の放熱フィン１２は、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３に対応するように、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなる複数の第１の放熱フィンＦＩＮ１−１〜ＦＩＮｋ−１、複数の第２の放熱フィンＦＩＮ１−２〜ＦＩＮｋ−２、及び複数の第３の放熱フィンＦＩＮ１−３〜ＦＩＮｋ−３を有する。また、例えば、ベース部１１は、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３に対応するように、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなる第１のベース部ＢＳ−１、第２のベース部ＢＳ−２、及び第３のベース部ＢＳ−３を有する。
【００２９】
例えば、第１の放熱フィンＦＩＮ１−１〜ＦＩＮｋ−１、第２の放熱フィンＦＩＮ１−２〜ＦＩＮｋ−２、及び第３の放熱フィンＦＩＮ１−３〜ＦＩＮｋ−３の下面を略均等な高さとした状態で、第１の放熱フィンＦＩＮ１−１〜ＦＩＮｋ−１、第２の放熱フィンＦＩＮ１−２〜ＦＩＮｋ−２、及び第３の放熱フィンＦＩＮ１−３〜ＦＩＮｋ−３の上面に、それぞれ、第１のベース部ＢＳ−１、第２のベース部ＢＳ−２、及び第３のベース部ＢＳ−３を取り付けることで、ベース部１１を、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成することができる。
【００３０】
また、例えば、第１のベース部ＢＳ−１、第２のベース部ＢＳ−２、及び第３のベース部ＢＳ−３の段差部１１ａ−１，１１ａ−２における第２の放熱フィンＦＩＮ１−２〜ＦＩＮｋ−２、及び第３の放熱フィンＦＩＮ１−３〜ＦＩＮｋ−３が露出された部分を開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２とすることができる。すなわち、各段差部１１ａ−１，１１ａ−２は、第２のベース部ＢＳ−２又は第３のベース部ＢＳ−３の端部で形成された壁面ＢＳ−２ａ，ＢＳ−３ａを上側に有するとともに、開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を下側に有する。
【００３１】
なお、開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２のベース部１１に沿った方向の幅及びベース部１１に垂直な方向の幅は、例えば各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３間における温度不平衡を許容上限レベル以下に低減でき、かつヒートシンク１０のサイズが最小となる大きさとすることが好ましい。
【００３２】
次に、電力変換装置１の動作について、図２を用いて説明する。図２では、冷たい空気を破線で示し、熱い空気を実線で示している。
【００３３】
図２における一番下側を右方向に向かう矢印で示す空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−１の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。また、図２における段差部１１ａ−１の開口部１１ｂ−１から導入された空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−２の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。また、図２における段差部１１ａ−２の開口部１１ｂ−２から導入された空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−３の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。このように、ベース部１１を冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成し、各段差部１１ａ−１，１１ａ−２に開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を有する構成することで、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィン１２の間におけるパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３側の空間に導入できるので、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３間における熱干渉を低減できる。
【００３４】
次に、開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２の近傍における空気の流れについて図３を用いて説明する。図３は、開口部１１ｂ−１近傍における空気の流れを例示的に示す図である。
【００３５】
例えば、図３に示すように、段差部１１ａ−１の開口部１１ｂ−１から第２の放熱フィンＦＩＮ１−２〜ＦＩＮｋ−２の間へ空気が吸い込まれる際に、開口部１１ｂ−１における上方の空気は、壁部ＢＳ−２ａに沿って垂直下方に向う流れとなる。すなわち、一点鎖線囲った領域は、疑似的にエアーカーテンＡＣのように機能し、図３中左側から下流側のパワーモジュールＰＭ−２に向う空気をパワーモジュールＰＭ−２の手前のエアーカーテンＡＣで遮断することができる。このように、ベース部１１を冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成し、各段差部１１ａ−１，１１ａ−２に開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を有する構成することで、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の上流側の直前の空間に疑似的にエアーカーテンＡＣを形成できるので、パワーモジュールＰＭ−２に風が直接あたることを抑制できる。
【００３６】
以上のように、実施の形態１では、電力変換装置１において、ベース部１１は、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成されており、段差部１１ａ−１，１１ａ−２に開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を有する。これにより、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィン１２の間におけるパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３側の空間に導入できるので、放熱フィン１２を介した各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３間における熱干渉を低減できる。また、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の上流側の直前の空間に疑似的にエアーカーテンＡＣを形成できるので、パワーモジュールＰＭ−２に風が直接あたることを抑制できる。すなわち、冷却風の上流側のパワーモジュールと下流側のパワーモジュールとの熱干渉を低減でき、下流側のパワーモジュールに風が直接あたることを抑制できる。したがって、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の近接配置によるヒートシンク１０のサイズ小型化と電力変換装置１の動作信頼性の向上とが可能となる。
【００３７】
また、実施の形態１では、ベース部１１は、冷却風の送風方向に沿って配列された複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の間に段差部１１ａ−１，１１ａ−２の開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を有する。これにより、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィン１２の間におけるパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３側の空間に導入でき、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の上流側の直前の空間に疑似的にエアーカーテンＡＣを形成できる。
【００３８】
なお、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３における各半導体素子は、例えば、半導体で形成され、例えば、シリコン又はＧａＡｓで形成されていてもよい。
【００３９】
また、送風部２０は、送風ファン２１に代えて、複数の放熱フィン１２の上流側に配置され、複数の放熱フィン１２の間において上流側から下流側へ向かう排気流を発生させるファンを有してもよい。
【００４０】
また、実施の形態１では、３個のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３について例示的に説明しているが、パワーモジュールの個数は２個であってもよいし、４個以上であってもよい。
【００４１】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる電力変換装置１ｉについて説明する。以下では、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２が２個の場合について例示的に説明するとともに、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００４２】
実施の形態１では、疑似的にエアーカーテンＡＣを形成することでパワーモジュールに風が直接あたることの抑制を図っているが、実施の形態２では、パワーモジュールに風が直接あたりにくい位置から外気を導入するための外気導入路を設けることでパワーモジュールに風が直接あたることの抑制を図る。
【００４３】
具体的には、電力変換装置１ｉは、図４及び図５に示すように、ヒートシンク１０に代えてヒートシンク１０ｉを備えるとともに、外気導入路３０ｉをさらに備える。図４は、外気導入路３０ｉを取り付ける前の状態における電力変換装置１ｉの構成を示す図であり、図５は、外気導入路３０ｉを取り付けた後の状態における電力変換装置１ｉの構成を示す図である。
【００４４】
ヒートシンク１０ｉは、ベース部１１ｉ及び複数の放熱フィン１２ｉを有する。ヒートシンク１０ｉにおいて、ベース部１１ｉは、図４及び図５に示すように、冷却風の送風方向に沿って平坦に形成されており、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の間に開口部１１ｂ−１ｉを有する。
【００４５】
例えば、複数の放熱フィン１２ｉのそれぞれは、冷却風の送風方向に沿って均等な高さを有する。例えば、複数の放熱フィン１２ｉは、冷却風の送風方向に沿って均等な高さを有する複数の第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｉ〜ＦＩＮｋ−１ｉを有する。また、例えば、ベース部１１ｉは、冷却風の送風方向に沿って均等な高さを有する第１のベース部ＢＳ−１ｉを有する。
【００４６】
例えば、第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｉ〜ＦＩＮｋ−１ｉの上面に第１のベース部ＢＳ−１ｉを取り付けることで、ベース部１１ｉを、冷却風の送風方向に沿って均等な高さになるように形成することができる。このベース部１１ｉ上に開口部１１ｂ−１ｉを設ける。
【００４７】
なお、開口部１１ｂ−１ｉの複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の配列方向の幅及び配列方向に垂直な方向の幅は、例えば各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２間における温度不平衡を許容上限レベル以下に低減でき、かつヒートシンク１０ｉのサイズが最小となる大きさとすることが好ましい。
【００４８】
外気導入路３０ｉは、複数の放熱フィン１２ｉ側から外気を開口部１１ｂ−１ｉ経由で複数の放熱フィン１２ｉの間へ導入するように開口部１１ｂ−１ｉを覆う。
【００４９】
具体的には、図５に示すように、外気導入路３０ｉは、第１の筒部３１ｉ、第２の筒部３２−１ｉ，３２−２ｉ、及び第３の筒部３３−１ｉ，３３−２ｉを有する。第１の筒部３１ｉは、開口部１１ｂ−１ｉ（図４参照）を外側から覆いながらベース部１１ｉから遠ざかるように延びている。例えば、第１の筒部３１ｉは、ベース部１１ｉに垂直な方向から透視した場合に、開口部１１ｂ−１ｉを囲むように延びている。また、例えば、第１の筒部３１ｉは、ベース部１１ｉに沿った方向から見た場合に、開口部１１ｂ−１ｉを覆う位置から、ベース部１１ｉから遠ざかるように、例えば、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２より高い位置まで延びている。
【００５０】
第２の筒部３２−１ｉ，３２−２ｉは、第１の筒部３１ｉに連通しベース部１１ｉに沿って平面視におけるベース部１１ｉの外側まで延びている。第２の筒部３２−１ｉ，３２−２ｉは、例えば、ベース部１１ｉに沿った方向であってパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の配列方向と交差する方向に延びている。例えば、第２の筒部３２−１ｉは、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の配列方向と交差する方向における第１の筒部３１ｉの一端から平面視におけるベース部１１ｉの外側まで延びている。第２の筒部３２−１ｉは、第１の筒部３１ｉの一端において第１の筒部３１ｉに連通されている。例えば、第２の筒部３２−２ｉは、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の配列方向と交差する方向における第１の筒部３１ｉの他端から平面視におけるベース部１１ｉの外側まで延びている。第２の筒部３２−２ｉは、第１の筒部３１ｉの他端において第１の筒部３１ｉに連通されている。
【００５１】
第３の筒部３３−１ｉ，３３−２ｉは、第２の筒部３２−１ｉ，３２−２ｉに連通しベース部１１ｉの外側で複数の放熱フィン１２ｉ側に延びている。第３の筒部３３−１ｉ，３３−２ｉは、例えば、ベース部１１ｉに（例えば垂直に）交差する方向であって複数の放熱フィン１２ｉ側に延びている。例えば、第３の筒部３３−１ｉは、第２の筒部３２−１ｉの第１の筒部３１ｉに連通されている側と反対側の一端から側面視におけるベース部１１ｉの上面より低い位置まで延びている（図６（ａ）参照）。第３の筒部３３−１ｉは、第２の筒部３２−１ｉの一端において第２の筒部３２−１ｉに連通されている。例えば、第３の筒部３３−２ｉは、第２の筒部３２−２ｉの第１の筒部３１ｉに連通されている側と反対側の一端から側面視におけるベース部１１ｉの上面より低い位置まで延びている（図６（ａ）参照）。第３の筒部３３−２ｉは、第２の筒部３２−２ｉの一端において第２の筒部３２−２ｉに連通されている。第３の筒部３３−１ｉ，３３−２ｉは、それぞれ、複数の放熱フィン１２ｉ側の一端に、外気を導入するための開口を有する。
【００５２】
次に、電力変換装置１ｉの動作について、図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）は、主に、ヒートシンク１０ｉの外部における空気の流れを示し、図６（ｂ）は、主に、ヒートシンク１０ｉの内部における空気の流れを示す。図６（ａ）、（ｂ）では、冷たい空気を破線で示し、熱い空気を実線で示している。
【００５３】
図６（ｂ）における一番下側を右方向に向かう矢印で示す空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−１の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。また、図６（ｂ）における外気導入路３０ｉを介して外部から導入された空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−２の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。このように、外気導入路３０ｉを設けて、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の間の開口部１１ｂ−１ｉに外気導入路３０ｉを介して外気を導入するように構成することで、各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィン１２ｉの間におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間に導入できるので、各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２間における熱干渉を低減できる。
【００５４】
また、例えば、図６（ａ）に示すように、外気導入路３０ｉから外気が吸い込まれる際に、外気導入路３０ｉの先端（第３の筒部３３−１ｉ，３３−２ｉにおける複数の放熱フィン１２ｉ側の一端）が例えばベース部１１ｉの上面１１ｉａより低い位置にあるので、ヒートシンク１０ｉの外部における空気流が形成される空間を、２点鎖線より下側の空間に限定できる。これにより、２点鎖線より上側の空間における空気流の発生を抑制できるので、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に風が直接あたることを抑制できる。
【００５５】
以上のように、実施の形態２では、外気導入路３０ｉが、複数の放熱フィン１２ｉ側から外気を開口部１１ｂ−１ｉ経由で複数の放熱フィン１２ｉの間へ導入するように開口部１１ｂ−１ｉを覆う。これにより、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に風が直接あたりにくい位置から外気を導入することができ、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に風が直接あたることを抑制できる。
【００５６】
また、実施の形態２では、外気導入路３０ｉにおいて、第１の筒部３１ｉが、開口部１１ｂ−１ｉを外側から覆いながらベース部１１ｉから遠ざかるように延びている。第２の筒部３２−１ｉ，３２−２ｉは、第１の筒部３１ｉに連通しベース部１１ｉに沿って平面視におけるベース部１１ｉの外側まで延びている。第３の筒部３３−１ｉ，３３−２ｉは、第２の筒部３２−１ｉ，３２−２ｉに連通しベース部１１ｉの外側で複数の放熱フィン１２ｉ側に延びている。これにより、開口部１１ｂ−１ｉを覆いながら、複数の放熱フィン１２ｉ側から外気を開口部１１ｂ−１ｉ経由で複数の放熱フィン１２ｉの間へ導入することができる。
【００５７】
実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる電力変換装置１ｊについて説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００５８】
実施の形態１では、疑似的にエアーカーテンＡＣを形成することでパワーモジュールに風が直接あたることの抑制を図っているが、実施の形態３では、パワーモジュールに風が直接あたりにくい位置から外気を導入するための外気導入路を設けることでパワーモジュールに風が直接あたることの抑制を図る。
【００５９】
具体的には、電力変換装置１ｊは、図７に示すように、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２をさらに備える。図７は、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２を取り付けた後の状態における電力変換装置１ｊの構成を示す図である。
【００６０】
外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２は、複数の放熱フィン１２側から外気を開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２（図１参照）経由で複数の放熱フィン１２の間へ導入するように開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を覆う。
【００６１】
具体的には、図７に示すように、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２は、第１の筒部３１ｊ、第２の筒部３２−１ｊ，３２−２ｊ、及び第３の筒部３３−１ｊ，３３−２ｊを有する。第１の筒部３１ｊは、開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２（図１参照）を外側から覆いながらベース部１１に沿うように延びている。例えば、第１の筒部３１ｊは、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の配列方向から透視した場合に、開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を囲むように延びている。また、例えば、第１の筒部３１ｊは、ベース部１１に垂直な方向から見た場合に、開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を覆う位置から、ベース部１１に沿うように、例えば、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の近傍で且つパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２より下流側の位置まで延びている。
【００６２】
第２の筒部３２−１ｊ，３２−２ｊは、第１の筒部３１ｊに連通しベース部１１に沿って平面視におけるベース部１１の外側まで延びている。第２の筒部３２−１ｊ，３２−２ｊは、例えば、ベース部１１に沿った方向であってパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の配列方向と交差する方向に延びている。例えば、第２の筒部３２−１ｊは、パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の配列方向と交差する方向における第１の筒部３１ｊの一端から平面視におけるベース部１１の外側まで延びている。第２の筒部３２−１ｊは、第１の筒部３１ｊの一端において第１の筒部３１ｊに連通されている。例えば、第２の筒部３２−２ｊは、パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の配列方向と交差する方向における第１の筒部３１ｊの他端から平面視におけるベース部１１の外側まで延びている。第２の筒部３２−２ｊは、第１の筒部３１ｊの他端において第１の筒部３１ｊに連通されている。
【００６３】
第３の筒部３３−１ｊ，３３−２ｊは、第２の筒部３２−１ｊ，３２−２ｊに連通しベース部１１の外側で複数の放熱フィン１２側に延びている。第３の筒部３３−１ｊ，３３−２ｊは、例えば、ベース部１１に（例えば垂直に）交差する方向であって複数の放熱フィン１２側に延びている。例えば、第３の筒部３３−１ｊは、第２の筒部３２−１ｊの第１の筒部３１ｊに連通されている側と反対側の一端から側面視におけるベース部１１の上面より低い位置まで延びている（図６（ａ）参照）。第３の筒部３３−１ｊは、第２の筒部３２−１ｊの一端において第２の筒部３２−１ｊに連通されている。例えば、第３の筒部３３−２ｊは、第２の筒部３２−２ｊの第１の筒部３１ｊに連通されている側と反対側の一端から側面視におけるベース部１１の上面より低い位置まで延びている（図６（ａ）参照）。第３の筒部３３−２ｊは、第２の筒部３２−２ｊの一端において第２の筒部３２−２ｊに連通されている。第３の筒部３３−１ｊ，３３−２ｊは、それぞれ、複数の放熱フィン１２側の一端に、外気を導入するための開口を有する。
【００６４】
次に、電力変換装置１ｊの動作について、実施の形態２と同様であるため、図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００６５】
図６（ｂ）における一番下側を右方向に向かう矢印で示す空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−１の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。また、図６（ｂ）における外気導入路３０ｊ−１を介して外部から導入された空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−２の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。さらに、図示しないが、外気導入路３０ｊ−２を介して外部から導入された空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−３の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。このように、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２を設けて、複数のパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の間の開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２に外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２を介して外気を導入するように構成することで、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィン１２の間におけるパワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３側の空間に導入できるので、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３間における熱干渉を低減できる。
【００６６】
また、例えば、図６（ａ）に示すように、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２から外気が吸い込まれる際に、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２の先端（第３の筒部３３−１ｊ，３３−２ｊにおける複数の放熱フィン１２側の一端）が例えばベース部１１の上面より低い位置にあるので、ヒートシンク１０ｊの外部における空気流が形成される空間を、２点鎖線より下側の空間に限定できる。これにより、２点鎖線より上側の空間における空気流の発生を抑制できるので、パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３に風が直接あたることを抑制できる。
【００６７】
以上のように、実施の形態３では、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２が、複数の放熱フィン１２側から外気を開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２経由で複数の放熱フィン１２の間へ導入するように開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を覆う。これにより、パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３に風が直接あたりにくい位置から外気を導入することができ、パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３に風が直接あたることを抑制できる。
【００６８】
また、実施の形態３では、ベース部１１は、冷却風の送風方向に沿って階段状に高さが高くなるように形成されており、段差部１１ａ−１，１１ａ−２に開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を有する。これにより、各外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２について高さの異なる開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２経由で複数の放熱フィン１２の間へ外気を導入できるので、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２を介して導入された外気同士の熱干渉も抑制できる。
【００６９】
また、実施の形態３では、外気導入路３０ｊ−１，３０ｊ−２において、第１の筒部３１ｊが、開口部１１ｂ−１を外側から覆いながらベース部１１に沿うように延びている。第２の筒部３２−１ｊ，３２−２ｊは、第１の筒部３１ｊに連通しベース部１１に沿って平面視におけるベース部１１の外側まで延びている。第３の筒部３３−１ｊ，３３−２ｊは、第２の筒部３２−１ｊ，３２−２ｊに連通しベース部１１の外側で複数の放熱フィン１２ｊ側に延びている。これにより、開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２を覆いながら、複数の放熱フィン１２側から外気を開口部１１ｂ−１，１１ｂ−２経由で複数の放熱フィン１２の間へ導入することができる。
【００７０】
実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる電力変換装置１ｐについて説明する。以下では、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２が２個の場合について例示的に説明するとともに、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００７１】
実施の形態１では、ヒートシンクを階段状にして段差部に開口部を形成することでパワーモジュールごとに外気を導入しているが、実施の形態４では、ヒートシンクをパワーモジュールごとに分割して隙間を形成することでパワーモジュールごとに外気を導入する。
【００７２】
具体的には、電力変換装置１ｐは、図８に示すように、ヒートシンク１０（図１参照）に代えて、ヒートシンク１０ｐを備える。ヒートシンク１０ｐは、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に対応して互いに分割された複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐを有する。複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐは、例えば、１つのヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐに１つのパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２が配置されるように、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に対応している。複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐは、冷却風の送風方向に沿って互いに隙間ＧＰをあけて配置されている。複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐは、例えば、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の間に隙間ＧＰを有する。
【００７３】
なお、隙間ＧＰにおける複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の配列方向の幅は、例えば各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２間における温度不平衡を許容上限レベル以下に低減でき、かつヒートシンク１０ｐのサイズが最小となる大きさとすることが好ましい。
【００７４】
各ヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐは、例えば、互いに同様の形状及び大きさを有する。各ヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐは、例えば、ベース部１１ｐ及び複数の放熱フィン１２ｐを有する。ヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐにおいて、ベース部１１ｐは、図８に示すように、冷却風の送風方向に沿って平坦に形成されている。
【００７５】
例えば、複数の放熱フィン１２ｐのそれぞれは、冷却風の送風方向に沿って均等な高さを有する。例えば、複数の放熱フィン１２ｐは、冷却風の送風方向に沿って均等な高さを有する複数の第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｐ〜ＦＩＮｋ−１ｐを有する。また、例えば、ベース部１１ｐは、冷却風の送風方向に沿って均等な高さを有する第１のベース部ＢＳ−１ｐを有する。
【００７６】
例えば、第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｐ〜ＦＩＮｋ−１ｐの上面に第１のベース部ＢＳ−１ｐを取り付けることで、ベース部１１ｐを、冷却風の送風方向に沿って均等な高さになるように形成することができる。
【００７７】
次に、電力変換装置１ｐの動作について、図９を用いて説明する。図９は、電力変換装置１ｐにおける空気の流れを示す図である。図９では、冷たい空気を破線で示し、熱い空気を実線で示している。
【００７８】
図９における一番下側を右方向に向かう矢印で示す空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−１の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。また、図９における隙間ＧＰから導入された空気は、最初冷たい空気であるが、パワーモジュールＰＭ−２の熱を受けて暖められた後、熱い空気として送風ファン２１まで流れる。このように、ヒートシンク１０ｐを複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の間で分割して複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐとし、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐの間に隙間ＧＰを有するように構成することで、各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィン１２の間におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間に導入できるので、各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２間における熱干渉を低減できる。
【００７９】
次に、隙間ＧＰの近傍における空気の流れについて説明する。
【００８０】
例えば、図９に示すように、隙間ＧＰからヒートシンク体１３−２ｐの第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｐ〜ＦＩＮｋ−１ｐの間へ空気が吸い込まれる際に、隙間ＧＰにおける上方の空気は、図３に示す場合と同様に、壁部ＢＳ−１ｐａ（図８参照）に沿って垂直下方に向う流れとなる。すなわち、一点鎖線囲った領域は、疑似的にエアーカーテンＡＣのように機能し、図３中左側から下流側のパワーモジュールＰＭ−２に向う空気をパワーモジュールＰＭ−２の手前のエアーカーテンＡＣで遮断することができる。このように、ヒートシンク１０ｐを複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の間で分割して複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐとし、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐの間に隙間ＧＰを有するように構成することで、各パワーモジュールＰＭ−１〜ＰＭ−３の上流側の直前の空間に疑似的にエアーカーテンＡＣを形成できるので、パワーモジュールＰＭ−２に風が直接あたることを抑制できる。
【００８１】
以上のように、実施の形態４では、ヒートシンク１０ｐが、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に対応して互いに分割された複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐを有する。複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐは、冷却風の送風方向に沿って互いに隙間ＧＰをあけて配置されている。これにより、各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィン１２ｐの間におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間に導入できるので、放熱フィン１２ｐを介した各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２間における熱干渉を低減できる。また、各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の上流側の直前の空間に疑似的にエアーカーテンＡＣを形成できるので、下流側のパワーモジュールＰＭ−２に風が直接あたることを抑制できる。すなわち、冷却風の上流側のパワーモジュールと下流側のパワーモジュールとの熱干渉を低減でき、下流側のパワーモジュールに風が直接あたることを抑制できる。
【００８２】
また、実施の形態４では、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐは、１つのパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２が１つのヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐに配置されるように、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に対応している。すなわち、ヒートシンク１０ｐを複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の間で分割して複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐとする。これにより、各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の上流側の直前の個所で冷たい空気を複数の放熱フィン１２ｐの間におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間に導入でき、各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の上流側の直前の空間に疑似的にエアーカーテンＡＣを形成できる。
【００８３】
また、実施の形態４では、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐが、同様の形状及び大きさを有する。これにより、ヒートシンク１０ｐの加工費・材料費を低減でき、電力変換装置１ｐの製造コストを低減できる。
【００８４】
実施の形態５．
次に、実施の形態５にかかる電力変換装置１ｑについて説明する。以下では、実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。
【００８５】
実施の形態４では、隙間ＧＰが側面視において略Ｉ形状であるが、実施の形態５では、隙間ＧＰ１が側面視において略Ｖ形状になる。
【００８６】
具体的には、図１０に示すように、電力変換装置１ｑの各ヒートシンク体１３−１ｑ，１３−２ｑにおいて、複数の放熱フィン１２ｑは図１０に示すような構成になる。図１０は、電力変換装置１ｑの構成を示す側面図である。例えば、複数の第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｑ〜ＦＩＮｋ−１ｑのそれぞれをベース部１１ｐから遠ざかるに従って幅が広くなるようにする。すなわち、複数の第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｑ〜ＦＩＮｋ−１ｑのそれぞれは、側面視において、各第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｐ〜ＦＩＮｋ−１ｐ（図９参照）が、図１０に破線の丸で示す下流側の上部近傍の部分で上流側に傾くテーパを有するように切断された略台形状を有する。これにより、隙間ＧＰ１が側面視において略Ｖ形状になる。これにより、隙間ＧＰから導入された空気を複数の放熱フィン１２ｑの間におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間に容易に導入できる（図１０参照）。
【００８７】
このように、実施の形態５では、複数のヒートシンク体１３−１ｑ，１３−２ｑの間の隙間ＧＰ１は、冷却風の送風方向に垂直な方向から見た場合に略Ｖ形状を有している。これにより、隙間ＧＰから導入された空気を複数の放熱フィン１２ｑの間におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間に容易に導入でき、放熱フィン１２ｐを介した各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２間における熱干渉を容易に低減できる。
【００８８】
実施の形態６．
次に、実施の形態６にかかる電力変換装置１ｎについて説明する。以下では、実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。
【００８９】
実施の形態４では、隙間ＧＰが側面視において略Ｉ形状であるが、実施の形態６では、隙間ＧＰ１が側面視において略逆Ｖ形状になる。
【００９０】
具体的には、図１１に示すように、電力変換装置１ｎの各ヒートシンク体１３−１ｎ，１３−２ｎにおいて、複数の放熱フィン１２ｎは図１１に示すような構成になる。図１１は、電力変換装置１ｎの構成を示す側面図である。例えば、複数の第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｎ〜ＦＩＮｋ−１ｎのそれぞれをベース部１１ｐから遠ざかるに従って幅が狭くなるようにする。これにより、隙間ＧＰ２が側面視において略逆Ｖ形状になる。すなわち、複数の第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｎ〜ＦＩＮｋ−１ｎのそれぞれは、側面視において、各第１の放熱フィンＦＩＮ１−１ｐ〜ＦＩＮｋ−１ｐ（図９参照）が、図１１に破線の丸で示す上下流両側の下部近傍の部分で下上流側にそれぞれ傾くテーパを有するように切断された略逆等脚台形状を有する。これにより、図１１に白抜き破線の矢印で示すように、パワーモジュールに風が直接あたりにくい位置で隙間ＧＰ２から複数の放熱フィン１２ｎの間へ空気を導入できる。
【００９１】
このように、実施の形態６では、複数のヒートシンク体１３−１ｎ，１３−２ｎの間の隙間ＧＰ２は、冷却風の送風方向に垂直な方向から見た場合に略Ｖ形状を有している。これにより、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に風が直接あたりにくい位置で隙間ＧＰ２から外気を導入することができ、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に風が直接あたることをさらに抑制できる。
【００９２】
また、実施の形態６では、複数の放熱フィン１２ｎのそれぞれが、略逆等脚台形状を有する。これにより、ヒートシンク１０ｎの配置体積を増やすことなく、複数の放熱フィン１２ｎによるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２の熱拡散効果を向上させることができる。
【００９３】
実施の形態７．
次に、実施の形態７にかかる電力変換装置１ｒについて説明する。以下では、実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。
【００９４】
実施の形態４では、複数のヒートシンク体のそれぞれにおけるベース部と放熱フィンとの位置関係が同様であるが、実施の形態７では、複数のヒートシンク体の間でベース部と放熱フィンとの位置関係を変化させる。
【００９５】
具体的には、図１２に示すように、電力変換装置１ｒのヒートシンク１０ｒにおいて、ヒートシンク体１３−１ｒにおけるベース部１１ｒと複数の放熱フィン１２ｒとの位置関係が、ヒートシンク体１３−２ｒにおけるベース部１１ｒと複数の放熱フィン１２ｒとの位置関係と異なる。例えば、ヒートシンク体１３−１ｒにおけるベース部１１ｒと複数の放熱フィン１２ｒとの位置関係は、ヒートシンク体１３−２ｒにおけるベース部１１ｒと複数の放熱フィン１２ｒとの位置関係と逆になっている。これにより、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２が冷却風の送風空間に対して上流と下流とで異なる面（例えば、右側面、左側面、上面のうちの異なる面）に位置するようになる。
【００９６】
このように、実施の形態７では、複数のヒートシンク体において、隣接するヒートシンク体の間でベース体と複数の放熱フィン体との位置関係が異なる。これにより、隣接するヒートシンク体を介した上流側のパワーモジュールと下流側のパワーモジュールとの間の熱干渉を低減できる。
【００９７】
実施の形態８．
次に、実施の形態８にかかる電力変換装置１ｓについて説明する。以下では、実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。
【００９８】
実施の形態４では、複数のヒートシンク体の間で隙間ＧＰが形成される箇所に特に制限を設けていないが、実施の形態８では、隙間ＧＰ’が形成される箇所に制限を設ける。
【００９９】
具体的には、電力変換装置１ｓは、仕切板５０ｓ−１，５０ｓ−２をさらに備える。仕切板５０ｓ−１，５０ｓ−２は、例えば、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐを両側から挟む。各仕切板５０ｓ−１，５０ｓ−２は、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐを複数の放熱フィン１２ｐ（図８参照）側で側方から覆う。例えば、仕切板５０ｓ−１は、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐを複数の放熱フィン１２ｐ側で第１の側方から覆う。また、仕切板５０ｓ−２は、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐを複数の放熱フィン１２ｐ側で第１の側方と反対側の第２の側方から覆う。これにより、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐの間の隙間ＧＰ（図９参照）が上部の隙間ＧＰ’に制限される。このとき、仕切板５０ｓ−１，５０ｓ−２は、筐体を兼ねたものとすることもできる。
【０１００】
このように、実施の形態８では、仕切板５０ｓ−１，５０ｓ−２が、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐを複数の放熱フィン１２ｐ側で側方から覆う。これにより、隙間ＧＰ’から導入された空気を複数の放熱フィン１２ｑの間におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間に容易に導入でき、放熱フィン１２ｐを介した各パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２間における熱干渉を容易に低減できる。
【０１０１】
また、実施の形態８では、仕切板５０ｓ−１，５０ｓ−２は、筐体を兼ねたものとすることができる。これにより、追加部品が発生しないので、電力変換装置１ｓを低コストで製造できる。
【０１０２】
実施の形態９．
次に、実施の形態９にかかる電力変換装置１ｔについて説明する。以下では、実施の形態８と異なる部分を中心に説明する。
【０１０３】
実施の形態８では、実施の形態４における隙間ＧＰの下側を制限しているが、実施の形態９では、隙間ＧＰのさらに上端側も制限する。
【０１０４】
具体的には、電力変換装置１ｓは、第２の仕切板６０ｔ−１，６０ｔ−２をさらに備える。第２の仕切板６０ｔ−１，６０ｔ−２は、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐの隙間ＧＰ’におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の部分（隙間ＧＰ’における上端側の部分）を覆う。また、第２の仕切板６０ｔ−１，６０ｔ−２は、複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間と複数の放熱フィン１２ｐ側の空間とを仕切る。すなわち、隙間ＧＰ’を仕切板５０ｓ−１，５０ｓ−２と第２の仕切板６０ｔ−１，６０ｔ−２との間の隙間ＧＰ”に制限する。これにより、ヒートシンク１０ｐの外部における空気流が形成される空間を、第２の仕切板６０ｔ−１，６０ｔ−２より下側の空間に限定できる。これにより、第２の仕切板６０ｔ−１，６０ｔ−２より上側の空間における空気流の発生を抑制できるので、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に風が直接あたることを抑制できる。
【０１０５】
以上のように、実施の形態９では、第２の仕切板６０ｔ−１，６０ｔ−２が、複数のヒートシンク体１３−１ｐ，１３−２ｐの隙間ＧＰ’におけるパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の部分を覆うとともに複数のパワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２側の空間と複数の放熱フィン１２ｐ側の空間とを仕切る。これにより、第２の仕切板６０ｔ−１，６０ｔ−２より上側の空間における空気流の発生を抑制できるので、パワーモジュールＰＭ−１，ＰＭ−２に風が直接あたることを抑制できる。
【０１０６】
なお、上記の実施の形態１〜実施の形態９において、各パワーモジュールにおける各半導体素子は、例えば、通常の半導体（例えば、シリコン又はＧａＡｓ）で形成されてもよいことが例示されているが、各半導体素子は、通常の半導体に代えて、ワイドバンドギャップ半導体で形成されてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、ＳｉＣ、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いて形成される半導体などである。
【０１０７】
各パワーモジュールにおける各半導体素子をワイドバンドギャップ半導体で形成した場合、例えばＳｉＣについて図１８に示されるように、同じ動作電流で比較したときに損失をより低くできるので、同じ動作電流に対する発熱量を低減でき、各パワーモジュールをヒートシンク上により近接配置できる。すなわち、各パワーモジュールにおける各半導体素子をワイドバンドギャップ半導体で形成するとともに、上記の実施の形態１〜実施の形態９に従ってＳｉＣデバイスに与える冷却特性を変えることにより、温度不平衡をさらに低減することができるため、ＳｉＣの低損失性を活かしたパワーモジュールの更なる近接配置と動作信頼性の向上とが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、パワーモジュールの冷却に有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１，１ｉ，１ｊ，１ｐ，１ｑ，１ｎ，１ｒ，１ｓ，１ｔ  電力変換装置、１０，１０ｉ，１０ｐ  ヒートシンク、２０  送風部、３０ｉ，３０ｊ  外気導入路、ＰＭ  パワーモジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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