(57)【要約】【課題】本発明は、半導体素子の冷却能力を低下させることなく共通の冷却用通路を利用してその他の電気部品を冷却することのできる半導体電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】半導体素子（１００）及び第二回路部品（１５０）を筐体内に備える半導体電力変換装置（１）において、上記筐体内には、該筐体の外部に冷却空気を送り出す風洞（２０）と、上記風洞内で上記冷却空気に曝されており、上記半導体素子から発生する熱を上記冷却空気に伝導させる冷却体（１０）と、を備え、上記風洞には更に、上記冷却体よりも風下側に上記第二回路部品により熱せられた空気を上記風洞内に導く開口部（２００）を備える。【選択図】図１
2008078423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子及び第二回路部品を筐体内に備える半導体電力変換装置であって、
前記筐体内には、
前記筐体の外部に冷却空気を送り出す風洞と、
前記風洞内で前記冷却空気に曝されており、前記半導体素子から発生する熱を前記冷却空気に伝導させる冷却体と、
が構成されており、
前記風洞には前記第二回路部品により熱せられた空気を前記風洞内に導く開口部が構成されている、
ことを特徴とする半導体電力変換装置。
【請求項２】
前記第二回路部品を取り巻く空間は前記開口部でのみ前記風洞内と導通している、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング動作により可変電圧を得る半導体素子を備えた半導体電力変換装置の構造に関するものであり、特に上記半導体素子を冷却するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体電力変換装置は、インバータ回路とコンバータ回路を組み合わせてなる半導体電力変換回路を筐体内に収納している。これらの回路は、例えばＩＧＢＴ（Insulated  gate  bipolar  transistor）やMOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ）等の半導体素子やコンデンサ等の他の電気部品で構成されており、その半導体素子のスイッチング動作により可変電圧を得ている。
【０００３】
その半導体素子やその他の電気部品は、半導体電力変換装置の動作で発熱し、装置全体を温度上昇させる。上記半導体素子を安定動作させるためには半導体素子を所定の温度範囲内に維持しなければならない。このため、通常、半導体電力変換装置ではそれを冷却するための工夫がなされている。
【０００４】
例えば、その筐体内部において、各部品を半導体素子郡と他の電気部品郡のように分けて配置して、更に受熱部と放熱部をもつ冷却体を上記半導体素子郡に隣接させて配置する。そしてその放熱部側をその筐体外部の大気中に露出させるように構成して上記半導体素子を自然冷却させる。
【０００５】
また、半導体素子の冷却が自然冷却だけでは十分でない場合は、その筐体内部に風洞とファンを設けて、上記冷却体の放熱部をその風洞内に露出させるように構成する。この場合、ファンの回転により風洞内を冷却風が通り抜けるため、その放熱部を積極的に冷却することができる。
【０００６】
なおこの他にも、上記その他の電気部品の冷却に関する技術を開示した文献がある。その文献では、主回路とコンデンサとの通風路を主回路通風路及びコンデンサ通風路のように分けて、それぞれの通風路を流体的に並列接続させた構成を開示している。この構成では主回路通風路の冷却風とコンデンサ通風路の冷却風とが分流されるため、相互の温度影響がなくある一定の冷却能力を得ることができる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−１５５６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来の半導体電力変換装置では、半導体素子の冷却が自然冷却だけでは十分でない場合、その筐体内に風洞を構成し、ファンなどでその風洞内に強制的に冷却風を送り込むようにして、冷却能力不足を回避していた。
【０００８】
しかし、このような構成では一般的に、その風洞を通じて冷却が行われるのは半導体素子のみであり、その他の電気部品は自然冷却に頼るものが多い。このため、他の電気部品の発熱量が高まるにつれて、その熱による温度上昇の影響も大きくなり、それらの電気部品を他の構造物から離して配置するなどの工夫が必要となる。よって、この構成にした場合に装置全体は大型化してしまい問題であった。
【０００９】
また、一部には、半導体素子の放熱部を基準とする風洞内の上手側に又は下手側に上記その他の電気部品を配置して、風洞内に取り込んだ冷却風によりその電気部品を冷却する構成のものもある。しかし、このような構成にも問題がある。
【００１０】
例えば半導体素子の放熱部の上手側に上記その他の電子部品を配置した場合は、半導体素子の放熱部に注がれる風は上記その他の電子部品の熱を奪った熱い空気である。このため、外部の空気を放熱部に注ぐ場合に比べて半導体素子を冷却する能力が著しく低下してしまうという問題が発生する。
【００１１】
一方、半導体素子の放熱部の下手側に上記その他の電子部品を配置した場合、その上手側に上記その他の電子部品を配置した場合においても同様に言えることだが、その冷却風の通路を電子部品によって遮断することになる。このため、風洞内における冷却風の風通しが悪くなり、風洞内を移動する冷却風の風速の低下を招く。この場合の風洞内の圧力損失は高く、更にその風速を補うためにファンを大型化しなければならないため問題である。
【００１２】
また、引用文献１のように、主回路とコンデンサの専用の冷却用通路を別々に設ける場合も、やはり、部品点数が多くなり装置が大型化するので問題である。
そこで本発明は、上記問題を鑑みてなされた発明であり、半導体素子の冷却能力を低下させることなく共通の冷却用通路を利用してその他の電気部品を強制的に冷却することのできる半導体電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するために以下のように構成する。
本発明の半導体電力変換装置の態様の一つは、半導体素子及び第二回路部品（上記半導体素子以外の電気部品であり、例えば発熱量の多いコンデンサなどがそれに相当する）を筐体内に備えることを前提に、上記筐体内には、該筐体の外部に冷却空気を送り出す風洞と、上記風洞内で上記冷却空気に曝されており、上記半導体素子から発生する熱を上記冷却空気に伝導させる冷却体と、を備え、上記風洞には上記第二回路部品により熱せられた空気を上記風洞内に導く開口部を備えるようにする。
【００１４】
なお、例えば、上記第二回路部品を取り巻く空間を上記開口部でのみ上記風洞内と導通するように構成しても良い。
本発明では、半導体素子の熱から冷却体を通じて熱せられた冷却空気がその風洞を通じて外部に強制的に送り出されると共に、上記第二回路部品周囲の熱せられた空気が上記風洞内に導かれる。この導かれた空気は、やはりその共通の風洞（共通の冷却通路、例えば冷却体の上手側を除く下手側の風洞である）を通じて外部に強制的に送り出される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、半導体素子の冷却能力を低下させることなく共通の冷却通路を利用してその他の電気部品を強制冷却することができる。
また、風洞内にその他の電気部品を配置しないため、風洞内の冷却風の風通しが悪くならない。このため、風洞内の圧力損失を低く抑えることができ、ファンの大きさも極めて小さくできる。
【００１６】
よって、装置全体をコンパクトに構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１には、本発明の半導体電力変換装置の内部構造の一例を示している。
【００１８】
図１（ａ）は、半導体電力変換装置の内部を斜め方向から作図したものである。
また、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ方向から作図した正面図である。
各図において、半導体電力変換装置の筐体を破線で示し、その内部構造を実線で示している。
【００１９】
本発明の半導体電力変換装置は、図１に一例として示した半導体電力変換装置１にある通り、冷却体１０と風洞２０とを備えている。
上記冷却体１０は、受熱部と放熱部とで構成されている。図の例では、水平に設置されている１枚の平板形状の部材１０−１が上記受熱部である。また、平板形状部材１０−１の下面から下方向に延びている数枚の放熱フィン１０−２が上記放熱部である。
【００２０】
上記平板形状部材１０−１と上記放熱フィン１０−２には、熱伝導の良い材料が使用されている。
上記風洞２０は、上記受熱部の下からその後方（図１（ａ）の右斜め上方）に渡って構成されている。
【００２１】
受熱部である平板形状部材１０−１の下に、正面と背面が開口した筒形状の風洞（前方の風洞）２０−１が設けられている。この前方の風洞２０−１は、内部で上記放熱フィン１０−２が剥き出しになっており、平板形状部材１０−１以外の外周面が板金部材で覆われている。
【００２２】
受熱部の後方には、これまた正面と背面が開口し、更に側面に開口部２００を有する筒形状の風洞（後方の風洞）２０−２が設けられている。本例の半導体電力変換装置１は、不図示のファンにより冷却風を正面から取り込んで背面から排気する形態のものである。このため、風洞２０内を冷却風が通り抜けしやすいように、その後方の風洞２０−２は前方の風洞２０−１よりも大きめに設計されている。
【００２３】
図２は、上記冷却体１０と風洞２０によって構成される冷却構造の分解図である。
同図に示されるように、後方の風洞２０−２の正面２０−２Ａは前方の風洞２０−１の背面２０−１Ｂと略同じ大きさにまたはそれよりも少し小さめに開口し、前方の風洞２０−１の背面２０−１Ｂと後方の風洞２０−２の正面２０−２Ａとを接続することにより、前方から後方にかけ、風洞２０を筒の内部で連通させている。  
【００２４】
そして、図１で示すように、平板形状部材１０−１の上面１０−１Ａに半導体素子郡（本例では、二つの半導体素子）１００を配置し、半導体素子郡１００から離れた位置の風洞２０外にその他の電気部品（本例では３つのコンデンサ）１５０を配置している。
【００２５】
筐体内のそのコンデンサ１５０が曝されている空間は、上記開口部２００でのみ風洞２０内の空間に通じている。
さて、ここで、風洞２０を通過する冷却風が各種電気部品を冷却する原理について説明する。
【００２６】
図３は、風洞内を流れる冷却風の向きを示した図である。
図３（ａ）は、図１（ａ）に冷却風の向きを加えた図である。ただし、風洞２０−２の開口部２００における空気の流れが分かりやすいように、同図ではコンデンサを横にずらして示している。
【００２７】
また、図３（ｂ）は、風洞２０内の空気の流れを装置上方から示した図である。本図は、図３（ａ）のＣ−Ｃ´線の位置から上側を省略して装置上方から示している。
半導体電力変換装置１の駆動中は、常に、半導体素子１００やコンデンサ１５０から大量の熱が発生する。半導体素子１００で発生した熱は、冷却体１０の平板形状部材１０−１で吸収されて放熱フィン１０−２へ伝導する。また、コンデンサ１５０で発生した熱は周囲に放たれ、コンデンサ１５０を取り囲んでいる空気に伝導する。
【００２８】
風洞２０内では、不図示のファンの回転により大気中の空気（冷却空気）が風洞２０の正面側から導かれている（矢印Ｗ１）。  
この冷却空気は、冷却風として先ず前方の風洞２０−１内を通過する。この通過時はその冷却風に曝されている放熱フィン１０−２から熱を奪うため、後方の風洞２０−２内にはそこで熱せられた冷却空気が冷却風として送り込まれる（矢印Ｗ２）。
【００２９】
後方の風洞２０−２では、その熱せられた冷却空気がそのまま後方まで送り出される（矢印Ｗ３）。この際、側面の開口部２００からコンデンサ１５０に熱せられた風洞２０外の空気が引き込まれる（矢印Ｗ４）。そして、それらの熱い空気を背面の開口部から大気中に放出する（矢印Ｗ５）。
【００３０】
このようにして、常に、半導体素子１００から発生した熱及びコンデンサ１５０から発生した熱は共通の風洞２０を通じて外部に強制的に放出され、半導体素子やコンデンサ等が所定範囲内に温度が保たれる。
【００３１】
なお、冷却体１０の構造や大きさ、ファンが発生する風力、及び風洞２０の形状等は、半導体素子１００やその他の電気部品１５０の冷却が十分に行える程度に設計されれば良い。
【００３２】
特に、開口部２００は、本例のように後方の風洞２００−２に設けることが望ましいが、前方の風洞２０−１に設けても良い。後者の場合においてもある程度の効果は得られる。
【００３３】
また、本例では風洞２０の側面に開口部２００を設けたが、その他の電気部品１５０が曝されている空間と風洞２０内とが連通すれば効果は得られるので、その他の面に開口部２００を設けても良い。またこのとき、その開口部２００の数や形状や大きさは適宜決めて良い。
【００３４】
本実施形態では、一例として、風洞の上記冷却体よりも風下側に開口部２００を備えるようにした。このため、半導体素子で発生した熱を基に冷却体を通じて熱せられた冷却空気がその風洞を通じて外部に強制的に送り出されると共に、上記冷却体よりも風下側の開口部２００において上記その他の電気部品周囲の熱せられた空気が上記風洞内に導かれる。この導かれた空気は、やはりその共通の風洞（共通の冷却通路、この場合は冷却体の上手側を除く下手側の風洞である）を通じて外部に強制的に送り出される。
【００３５】
以上より、半導体素子の冷却能力を低下させることなく共通の冷却通路を利用してその他の電気部品を強制冷却することができる。
また、風洞内の圧力損失を低く抑えることができ、装置内を冷却空気で効率よく通風できる。これは、ファンの大型化の抑止になる。
【００３６】
また、風洞に開口部を設けるだけでよいため、半導体電力変換装置の小型化、安価な製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の半導体電力変換装置の内部構造の一例である。
【図２】冷却体１０と風洞２０によって構成される冷却構造の分解図である。
【図３】風洞内を流れる冷却風の向きを示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      半導体電力変換装置
１０      冷却体
１０−１      平板形状の部材
１０−２      放熱フィン
１００      半導体素子郡
１５０      その他の電気部品
２０      風洞
２０−１      前方の風洞
２０−２      後方の風洞
２００      開口部
【図１】
2008078423.tif 000003
【図２】
2008078423.tif 000004
【図３】
2008078423.tif 000005