(57)【要約】【課題】簡易な構成で、筐体内への磁性粉塵の侵入を防止できる半導体電力変換装置を提供する。【解決手段】半導体電力変換装置は、半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃを収納した筐体１０と、この筐体１０に設けた外部からの冷却風を吸気する吸気部１２に設けたエアフィルタ３２と、このエアフィルタ３２の外側に設置した磁性粉塵を除去する磁性粉吸着フィルタ３３とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体電力変換ユニットを収納した筐体と、
該筐体に設けた外部からの冷却風を吸気する吸気部に設けたエアフィルタと、
該エアフィルタの外側に設置した磁性粉塵を吸着する磁性粉吸着フィルタと
を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置。
【請求項２】
前記磁性粉吸着フィルタは、前記エアフィルタの外周側を覆う取付枠と、該取付枠に固定された前記エアフィルタを覆うフィルタ本体とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体電力変換装置。
【請求項３】
前記フィルタ本体は、磁性材料で構成される網状体を着磁して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体電力変換装置。
【請求項４】
前記取付枠が磁石体で構成され、前記フィルタ本体が磁性材料で構成される網状体で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体電力変換装置。
【請求項５】
前記筐体内に複数の前記半導体電力変換ユニットが上下方向に間隔を保って配置され、各半導体電力変換ユニットは、発熱側に一端が前記吸気部に対向して開口する冷却風通路を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体電力変換装置。
【請求項６】
前記筐体の前記各半導体電力変換ユニットにおける冷却風通路の他端側に連通されて当該冷却風通路での熱交換後の温風を回収する上下方向に延長する風洞を設け、該風洞の上端側に排気ファンを配置したことを特徴とする請求項５に記載の半導体電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体内に半導体電力変換ユニットを収納した半導体電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体電力変換装置において、その主となる電力変換を起こっているのが内部に収納された半導体電力変換ユニットである。この半導体電力変換ユニットは、電力変換の際に内部の半導体素子が発熱するため、冷却を行う必要がある。
従来から用いられている冷却方法は空冷方法であり、例えば特許文献１に記載されている電力変換装置が知られている。この電力変換装置は、電解コンデンサを内蔵する下部筐体と、スイッチングモジュール、整流器モジュール等を内蔵する上部筐体とが内部で連通された構成を有する。そして、下部筐体及び上部筐体には正面に通気孔が形成され、上部筐体の上面に排気ファンが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９１７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された従来例にあっては、排気ファンを駆動することにより、正面側の各通気孔から吸気された冷却風が内蔵部品を冷却して上部から排気される。このため、通常、正面側の各通気孔にはエアフィルタが装着されて粉塵を除去した空気を筐体内部に取り込むようにしている。
しかしながら、半導体電力変換装置を設置する周囲環境が、鉄粉等の導電物質が多く存在する環境である場合には、その微細な磁性粉塵は吸気口に取り付けたエアフィルタを通過してしまい、内蔵する半導体ユニット内部に進入することで短絡事故等が発生し、故障の原因となる可能性があるという未解決の課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、筐体内への磁性粉塵の侵入を阻止することができる半導体電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体電力変換装置の一態様は、半導体電力変換ユニットを収納した筐体と、この筐体に設けた外部からの冷却風を吸気する吸気部に設けたエアフィルタと、このエアフィルタの外側に設置した磁性粉塵を吸着する磁性粉吸着フィルタとを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、筐体に形成された吸気部にエアフィルタを配置し、その外側に磁性粉吸着フィルタを配置するので、磁性粉吸着フィルタで磁性粉塵を確実に吸着することができ、磁性粉塵が筐体内に収納されている半導体電力変換ユニットに影響を与えることを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のII線上の断面図である。
【図３】開閉扉の吸気部を示す拡大断面図である。
【図４】半導体電力変換ユニットの一例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る半導体電力変換装置の一実施形態について図面を伴って説明する。
半導体電力変換装置は、図１及び図２に示すように、筐体１０を有する。この筐体１０は、正面に開閉扉１１を有し、この開閉扉１１に例えば上下左右に４つの吸気部１２が形成されている。
また、筐体１０の天井板１０ａには、背面寄り位置に遠心型の排気ファン１３が配置されている。筐体１０内には、半導体電力変換機能を有する複数例えば３個の半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃが上下方向に所定間隔を保って多段に積み重ねられて開閉扉１１を通じて着脱可能に配置されている。
【００１０】
各半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃのそれぞれは、例えば図４に示すように、プリント基板１６上に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やパワー電界効果トランジスタやダイオード等を内蔵し作動時に発熱する半導体チップ１７ａ〜１７ｃや図示しない電解コンデンサ等が実装されている。これら、半導体チップ１７ａ〜１７ｃは、プリント基板１６とは反対側の上面側が前後方向に延長する冷却フィン１８ａを上面に有する冷却部材１８に取り付けられている。
【００１１】
半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの上部には、図２に示すように、冷却部材１８を囲む下端を開放した冷却風通路２０が形成されている。この冷却風通路２０の一端は吸気部１２に開口し、他端は半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの背面側と筐体１０の背面板１０ｂとの間に形成された上下方向に延長する風洞部２１に連通されている。この風洞部２１は、上部が排気ファン１３に連通している。なお、電解コンデンサについては別途冷却風通路を形成してもよく、冷却風通路２０を拡げて、拡げた冷却風通路内に臨ませるように配置するようにしてもよい。
【００１２】
一方、筐体１０の開閉扉１１に形成された吸気部１２は、図３に拡大図示するように、開閉扉１１に形成された筐体１０の内外を貫通する開口３１を有する。また、吸気部１２は、開口３１を外側から覆うように着脱可能に配置された塵埃を捕捉するエアフィルタ３２と、このエアフィルタ３２の外側に着脱自在に配置された微細な鉄粉等の磁性粉塵を吸着する電磁フィルタである磁性粉吸着フィルタ３３とを備えている。
【００１３】
磁性粉吸着フィルタ３３は、図３に示すように、エアフィルタ３２の外周側に配置された取付枠３３ａと、この取付枠３３ａの前面部にエアフィルタ３２の前面を覆うように配置された磁性材料で形成されたフィルタ本体としての網状体３３ｂとで電磁フィルタの構成を有している。ここで、網状体３３ｂは、粗いメッシュである場合には、複数枚を積層して構成することが好ましい。
【００１４】
この電磁フィルタを構成する一例は、取付枠３３ａを永久磁石や電磁石等の磁石体で構成するとともに、網状体３３ｂを例えばステンレス鋼の細線で形成された磁性金網で構成する。そして、磁石体の一辺のＮ極から出る磁束が磁性金網を通過して他方のＳ極に達する磁路を形成することにより、磁性金網を磁化して磁性金網に飛来する微細な鉄粉等の磁性粉体を吸着する。
【００１５】
なお、網状体３３ｂの面積が大きい場合には、取付枠３３ａの内側を格子状の格子部に形成し、各格子部での対向する辺の一方をＮ極及び他方をＳ極とするように構成すればよい。また、網状体としては、磁性金属材料で構成する場合に限らず、磁性体を含有させた有機繊維で網状体を形成するようにしてもよい。
電磁フィルタを構成する他の例は、取付枠３３ａを磁石体とすることなく、網状体３３ｂを例えばステンレス鋼製の磁性金網とし、この磁性金網全体を着磁することにより電磁フィルタを構成し、着磁した磁性金網で飛来する微細な鉄粉等の磁性粉体を吸着する。
【００１６】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
まず、筐体１０内に半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃが上下方向に所定間隔を保って積み重なるように配置され、各半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの冷却部材１８を筐体１０内に配置された冷却風通路２０内に挿通されているものとする。
この状態で、半導体電力変換装置を稼働させるには、排気ファン１３を回転駆動して冷却機能を発揮させた状態で、各半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃで電力変換動作を開始させる。
【００１７】
このとき、排気ファン１３を回転駆動することにより、この排気ファン１３が風洞部２１に連接されており、この風洞部２１が各半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの上部側の冷却風通路２０に連通し、これら冷却風通路２０の前端側が開閉扉１１の吸気部１２に開口している。
このため、図２に示すように、外気が磁性粉吸着フィルタ３３及びエアフィルタ３２を通じ、さらに開口３１を通じて冷却風通路２０内に冷却風として導入される。この冷却風通路２０内に導入された冷却風は冷却部材１８で熱交換を行うことにより、温風となり、この温風が風洞部２１に導入されて上昇し、排気ファン１３から遠心方向に外部に排気される強制空冷状態となる。
【００１８】
したがって、各半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの半導体チップ１７ａ〜１７ｃで生じる発熱が上方側の冷却部材１８に熱伝導されて冷却風通路２０の冷却風と熱交換され冷却される。このとき、冷却部材１８が半導体チップ１７ａ〜１７ｃの上方に配置されているので、半導体チップ１７ａ〜１７ｃの発熱が冷却部材１８に確実に熱伝導されることになり、半導体チップ１７ａ〜１７ｃの冷却効率を向上させることができる。
【００１９】
一方、半導体電力変換装置を微細な鉄粉等の磁性粉塵が多く浮遊する環境に配置した場合には、浮遊する磁性粉塵が冷却風とともに筐体１０内に吸い込まれることになる。この場合には、筐体１０の吸気部１２の一番外側に磁性粉吸着フィルタ３３が配置されているので、この磁性粉吸着フィルタ３３によって磁性粉塵が吸着除去され、磁性粉塵の筐体内への侵入が確実に阻止される。さらに、冷却風に含まれる塵埃は磁性粉吸着フィルタ３３で捕捉されることなく通過するが、次のエアフィルタ３２によって吸着除去され、筐体１０内には清浄な冷却風のみが導入されることになる。
【００２０】
したがって、磁性粉塵が多く浮遊する環境で半導体電力変換装置を稼働させる場合でも、磁性粉塵が筐体１０内に導入されることがない。このため、磁性粉塵が筐体１０内に導入されて半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの電流経路に付着して生じる短絡故障を確実に回避できる。
しかも、上述したように、磁性粉吸着フィルタ３３がエアフィルタ３２を覆うように形成されているので、既存の半導体電力変換装置に大きな設計変更を伴うことなく適用することができるとともに、磁性粉吸着フィルタ３３を有さない既存の半導体電力変換装置にも適用することが可能である。
【００２１】
なお、上記実施形態においては、開閉扉１１に４個の吸気部１２が形成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの冷却風通路２０の開口部に対向する位置にのみ吸気部を形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、筐体１０内に半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃが３台配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、１台以上任意数の半導体電力変換ユニットを配置するようにしてもよい。
【００２２】
また、上記実施形態においては、半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの上部側に冷却風通路２０を配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの下部側に冷却風通路を配置するようにしてもよく、上下両側に冷却風通路を配置するようにしてもよい。さらには、冷却風通路２０を半導体電力変換ユニット１５Ａ〜１５Ｃの全体を囲むように形成してもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１０…筐体、１１…開閉扉、１２…吸気部、１３…排気ファン、１５Ａ〜１５Ｃ…半導体電力変換ユニット、１６…プリント基板、１７ａ〜１７ｃ…半導体チップ、１８…冷却部材、１８ａ…冷却フィン、２０…冷却風通路、２１…風洞部、３１…開口、３２…エアフィルタ、３３…磁性粉吸着フィルタ、３３ａ…取付枠、３３ｂ…網状体
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015204415.tif 000005
【図４】
2015204415.tif 000006