(57)【要約】    【課題】    ヒートシンクの一方の面に半導体素子，半導体モジュールが配置され、このヒートシンクの他方の面には前記半導体素子，半導体モジュールから発生する熱を放散するための複数のフィン部を備える電力変換装置において、前記フィン部を自然対流または強制対流により冷却する際に共通に使用できるヒートシンクを提供する。    【解決手段】  ヒートシンク３１のフィン部３１ａ，フィン部３１ｂそれぞれの端面での切欠き部３１ｃ位置はファンを設置したときの該ファンの外周にほぼ内接するフィン部３１ａ側に設定することで、自然対流により冷却する際のヒートシンク３１の切欠き部３１ｃに起因する僅かな冷却性能の低下で済ませるようにしつつ、前記ファンによる強制対流で冷却する際にもこのヒートシンク３１を用いるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクの一方の面に半導体素子，半導体モジュールが配置され、このヒートシンクの他方の面には前記半導体素子，半導体モジュールから発生する熱を放散するための複数のフィン部を備える電力変換装置において、
前記フィン部の端面の予め定めた位置から該フィン部に斜行する切欠き部を設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記フィン部の端面に冷却風を吐出するファンを配置した際に、前記切欠き部はこのファンからの冷却風の通風路を形成する位置に設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記冷却風の逆流を防止するカバーを前記ヒートシンクのファン側端部に設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記冷却風を導くとともに該冷却風の逆流を防止するエアガイドを前記切欠き部の側面に沿って設けたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子，半導体モジュールなどから形成される半導体電力変換回路を用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、この種の電力変換装置として代表的なインバータ装置の回路構成図であり、このインバータ装置１０には商用電源などからの交流電圧を整流する順変換器１１、この整流された電圧を平滑する電解コンデンサ１２、インバータ装置１０の負荷からの回生電力などにより電解コンデンサ１２の両端電圧が規定値以上に上昇するのを抑制するための抵抗１３ａ，トランジスタ１３ｂなどからなる抵抗放電回路１３、前記両端電圧を所望の周波数の交流電圧に変換して出力する逆変換器１４、この逆変換器１４を構成するＩＧＢＴなどを所望の動作状態に制御する制御回路１５、逆変換器１４へのゲート電源や制御回路１５への制御電源などを生成するＤＣ／ＤＣコンバータ１６などを備えている。ここで、ファン１７は、順変換器１１や逆変換器１４などからの発熱を放熱するための後述のヒートシンク２６を強制対流にて冷却する際に設置される。
【０００３】
図６は、図５に示したインバータ装置１０が組み込まれた模式的断面構成図であり、この図においては、筐体ケース２０内の主変換回路・電源回路基板２１の部品実装面には電解コンデンサ１２，ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を形成する絶縁トランス１６ａおよび電解コンデンサ１６ｂなどが配置され、また、主変換回路・電源回路基板２１の裏面には半導体モジュールで形成された順変換器１１および逆変換器１４が配置され、これら順変換器１１および逆変換器１４の一方の面がヒートシンク２２の取付け面に密着して固定されている。さらに、制御回路基板２３には図５に示した制御回路１６が配置され、この制御回路基板２３は筐体ケース２０に固着された筐体隔壁２４により保持されている。
【０００４】
また、図６において、２５は配電盤などにこのインバータ装置１０を据え付けるための取付け枠である。
【０００５】
図７は図５，６に示したインバータ装置１０を底面側から見た平面図であり、この図においては、その外形も大きく且つ発熱部品である図５に示した抵抗放電回路１３の抵抗１３ａがヒートシンク２２のフィン部２２ａ側に配置されている。
【０００６】
すなわち図７は、自然対流により冷却されるインバータ装置１０に用いられるヒートシンク２２の従来例を示したものであり、ヒートシンク２２に設けられた複数の平板状のフィン部２２ａは放熱面積を可能な限り大きくするために、ヒートシンク２２のベース部のほぼ全面に設置するとともに、ヒートシンク２２の冷却風入口部（図７の下側）は、冷却風の流動抵抗を低減するために、該入口部の開口を広く取っている。
【０００７】
図８は、図５，６に示したインバータ装置１０を底面側から見た図７とは別の平面図であり、この平面図が図７と異なる点は、図７に示したヒートシンク２２に代えてヒートシンク２６が設置され、また、図５に示した前述の抵抗１３ａがヒートシンク２６のフィン部２６ａ側に配置されるとともに、ヒートシンク２６の冷却風入口部（図８の下側）にファン１７が配置され、さらに、ガイド部２７をヒートシンク２６のフィン部２６ａ側に設けている。
【０００８】
すなわち図８に示した平面図は、ヒートシンク２６に設けられた複数の平板状のフィン部２６ａをファン１７による強制対流で冷却されるインバータ装置１０に用いられるヒートシンク２６の従来例を示し、このとき、ファン１７から離れた位置のフィン部にも冷却風を流すために、ファン１７から離れるに従って該フィン部の長さをより短くし、また、ガイド部２７はファン１７から吐出された冷却風をフィン部２６ｂに滑らかに導くとともに、ファン１７の吸気側に逆流して循環流れを形成しないようにしている。
【特許文献１】特開２００４−２８１４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図７および図８の平面図で示した従来の電力変換装置としてのインバータ装置からも明らかなように、前記ヒートシンクを自然対流にて冷却する場合と強制対流にて冷却する場合とでは、冷却性能をより引き出すために、それぞれのヒートシンクのフィン部の形状が大きく異なったものになっている。
【００１０】
しかしながら、この種のインバータ装置では同一体格のインバータ装置においても、扱う入出力の電圧値や負荷として適用するモータの容量の違いなどにより順変換器１１および逆変換器１４での発生損失に差が生ずることがあり、この発生損失の差を同一寸法のヒートシンクを用い、自然対流にて冷却する場合とファンによる強制対流にて冷却する場合とで吸収できることが望まれる。
【００１１】
このような場合、冷却性能の最適化を図るために、図７，８に示すような自然対流用と強制対流用とを別々のヒートシンク２２，２６を製作することになるが、高価なアルミダイカストの金型を製作することになるため、製造面でのコストアップが問題となる。
【００１２】
一方、自然対流用と強制対流用とを同一形状のヒートシンクを適用すると、例えば図７のヒートシンク２２を強制対流用とするとファンから離れた位置のフィン部に冷却風が流れなくなるという問題があり、図８のヒートシンク２６を自然対流用とすると放熱面積が小さくなって、冷却能力が低下するという問題がある。
【００１３】
この発明の目的は、上記要望に対応できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この第１の発明は、ヒートシンクの一方の面に半導体素子，半導体モジュールが配置され、このヒートシンクの他方の面には前記半導体素子，半導体モジュールから発生する熱を放散するための複数のフィン部を備える電力変換装置において、
前記フィン部の端面の予め定めた位置から該フィン部に斜行する切欠き部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、第２の発明は前記第１の発明の電力変換装置において、前記フィン部の端面に冷却風を吐出するファンを配置した際に、前記切欠き部はこのファンからの冷却風の通風路を形成する位置に設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、第３の発明は前記第２の発明の電力変換装置において、前記冷却風の逆流を防止するカバーを前記ヒートシンクのファン側端部に設けたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、第４の発明は前記第２の発明の電力変換装置において、前記冷却風を導くとともに該冷却風の逆流を防止するエアガイドを前記切欠き部の側面に沿って設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、前記半導体素子，半導体モジュールから発生する熱を放散するヒートシンクを、自然対流にて冷却する場合とファンによる強制対流にて冷却する場合とで、それぞれでの冷却性能を殆ど損なわずに同一形状にすることが可能となり、従って、このヒートシンクをダイカスト手法にて製作するときの高価な金型の台数も少なくでき、その結果、この電力変換装置のコスト低減にも寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、この発明の第１の実施例を示し、図５，６に示したインバータ装置１０を底面側から見た平面図であり、この平面図が図７に示した従来の平面図と異なる点は、図７に示したヒートシンク２２に代えてヒートシンク３１が設置され、また、図５に示した前述の抵抗１３ａがヒートシンク３１のフィン部３１ａ側の図７と同様の位置に配置され、さらに、ヒートシンク３１のフィン部をフィン部３１ａとフィン部３１ｂとに分割する切欠き部３１ｃを、ヒートシンク３１の冷却風入口部（図１の下側）の端面から該フィン部を斜行するように設けていることである。
【００２０】
なお、この平面図では、ヒートシンク３１のフィン部３１ａ，フィン部３１ｂを分割する切欠き部３１ｃ位置は、後述の如く、ファン１７を設置した際に、ファン１７から吐出される冷却風の一部が通る通風路を形成するように設置する。具体的には、ファン１７を設置したときの該ファンの外周にほぼ内接するフィン部３１ａの冷却風入口部の端部から冷却風の風下側に向かって斜行するように切欠き部３１ｃを設ける。
【００２１】
ここで、図１の平面図は、ファンを設けずに自然対流により冷却インバータ装置１０に用いた場合を示し、ヒートシンク３１に上述の切欠き部３１ｃを設けつつ、放熱表面積を可能な限り大きくするために、このヒートシンク３１に設けられた複数の平板状のフィン部３１ａ，３１ｂを切欠き部３１ｃを除いたヒートシンク３１の全面に設置している。このとき、ヒートシンク３１のフィン部３１ａ，フィン部３１ｂのいずれも図面下側から上側に向かって自然対流による冷却風が流れることが明らかであり、その結果、図７に示した従来例に比して、ヒートシンク３１の切欠き部３１ｃに起因する僅かな冷却性能の低下はあるものの、自然対流でも高い冷却性能を得ることができる。
【００２２】
図２は、この発明の第２の実施例を示し、図５，６に示したインバータ装置１０を底面側から見た平面図であり、この図が図８に示した従来の平面図と異なる点は、図８に示したヒートシンク２６に代えて図１に示した実施例と同一形状のヒートシンク３１が設置され、また、ファン１７が追加設置されて強制対流により冷却されるインバータ装置１０を用いた場合を示す。前述したようにファン１７の外周にほぼ内接するフィン部３１ｃの端部から斜行するようにヒートシンク３１の切欠き部３１ｃが設けられている。
【００２３】
その結果、切欠き部３１ｃはファン１７から吐出される冷却風の通風路を形成することになり、ファン１７から吐出した冷却風の一部は、矢印で示すように、ヒートシンク３１の切欠き部３１ｃを通ってファン１７から離れた位置のフィン部にも流すことになり、従って、ヒートシンク３１のフィン部３１ａ全体を冷却することができる。
【００２４】
図３は、この発明の第３の実施例を示し、この平面図が図２に示した実施例の平面図と異なる点は、ファン１７の側方のヒートシンク３１のフィン部３１ｂの端面側にＬ字形状のカバー３２が追加設置されていることである。
【００２５】
このカバー３２の設置により、ファン１７から吐出した冷却風が該ファンの吸込み側に逆流して循環流れが生ずるのを防止できるので、結果として、このヒートシンク３１を強制対流用として適用した場合の冷却性能をより引き出すことができる。
【００２６】
図４は、この発明の第４の実施例を示し、この平面図が図２に示した実施例の平面図と異なる点は、ヒートシンク３１の切欠き部３１ｃのフィン部３１ｂ側の端面に沿ってエアガイド３３が追加設置されていることである。
【００２７】
このエアガイド３３の設置により、ファン１７から吐出した冷却風が該ファンの吸込み側に逆流して循環流れが生ずるのを防止するとともに、ファン１７から吐出した冷却風を乱れなくヒートシンク３１のフィン部３１ａに導くことができるので、冷却風流れの圧力損失が低減され、このヒートシンク３１を強制対流用として適用した場合の冷却性能をより引き出すことができる。
【００２８】
なお、上述の図１〜４による実施例の説明では、半導体モジュールで形成された順変換器１１および逆変換器１４がヒートシンク３１の取付け面に密着して固定されている例について記載しているが、複数の半導体素子を組み合わせて形成される電力変換回路を用いた電力変換装置にも、この発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の第１の実施例を示す平面図
【図２】この発明の第２の実施例を示す平面図
【図３】この発明の第３の実施例を示す平面図
【図４】この発明の第４の実施例を示す平面図
【図５】電力変換装置としてのインバータ装置の回路構成図
【図６】図５の模式的断面構成図
【図７】従来例を示す平面図
【図８】図７とは別の従来例を示す平面図
【符号の説明】
【００３０】
１０‥インバータ装置、１１‥順変換器、１２‥電解コンデンサ、１３‥抵抗放電回路、１４‥逆変換器、１５‥制御回路、１６‥ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７‥ファン、２０‥筐体ケース、２１‥主変換回路・電源回路基板、２２‥ヒートシンク、２３‥制御回路基板、２４‥筐体隔壁、２５‥取付け枠、２６‥ヒートシンク、２７‥ガイド部、３１‥ヒートシンク、３２‥カバー、３３‥エアガイド。
【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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