(57)【要約】【課題】本発明の目的は、小形化することのできる電力変換装置を提供することである。【解決手段】筐体と、前記筐体内に内蔵され電力を変換する半導体素子と、前記筐体の一部に設けられ、冷却風の流れる冷却風洞と、前記筐体に格子状に設置され、その放熱部が前記冷却風洞に面する、複数の半導体素子冷却ユニットと、前記筐体内に設置され冷却風洞を複数の冷却風の通路に分割する整風板とを有し、前記半導体冷却ユニットの放熱部各々に対して、一つの冷却風の通路が設けられることを特徴とする電力変換装置。【選択図】　図１
2004140894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体内に内蔵され電力を変換する半導体素子と
前記筐体の一部に設けられ、冷却風の流れる冷却風洞と、
前記筐体に格子状に設置され、放熱部が前記冷却風洞に面する複数の半導体素子冷却ユニットと、
前記筐体内に設置され、前記冷却風洞を複数の冷却風の通路に分割する整風板とを有し、前記半導体冷却ユニットの放熱部各々に対して、一つの冷却風の通路を設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の電力変換装置において、
前記複数の半導体素子冷却ユニットのうち、冷却風の流出する側に配置された前記半導体素子冷却ユニット群を、前記半導体素子冷却ユニットのうち冷却風の流入する側に配置された前記半導体素子冷却ユニット群と横方向の位置をずらして設置したことを、
特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記請求項１記載の電力変換装置において、
前記複数の半導体冷却ユニットは、２行に並べられ、
前記２行に並べられた半導体素子のうち、冷却風の流出する側に配置された第１の半導体素子群を、冷却風の流入する側に配置した第２の半導体素子群と横方向の位置をずらして配置されることを、
特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
筐体と、
前記筐体内に内蔵され電力を変換する半導体素子と、
前記筐体に設置され前記半導体素子と係合する複数の半導体素子冷却ユニットと、
前記半導体素子冷却ユニット同士を隔てる整風板と、
前記整風板により隔てられた空間を、それぞれ一つの前記半導体素子冷却ユニットのみを冷却する冷却風の通路としたことを、
特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４記載の電力変換装置において、
冷却風の流入側に設けられた前記半導体素子冷却ユニットのための冷却風の通路を、冷却風の流入側の断面積は大きく冷却風の流出側の断面積は小さくしたことを、
特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至４記載の電力変換装置において、
冷却風の流出側に設けられた前記半導体素子冷却ユニットのための冷却風の通路を、冷却風の流入側の断面積は小さく冷却風の流出側の断面積は大きくしたことを、
特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
前記請求項１乃至４記載の電力変換装置において、
冷却風の通路の断面積を、前記半導体素子冷却ユニットの放熱部のある部分では大きく、それ以外の部分では冷却風の通路の断面積は小さくしたことを、
特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力変換装置は半導体素子のスイッチング動作により電力変換を行っている。そのため、電力変換装置内の回路は、半導体素子およびその周辺回路の電気部品で構成されている。この半導体素子及びその周辺回路の電気部品は、半導体素子冷却ユニットに収納されている。この半導体素子冷却ユニットは、電力変換装置内に収納されている。一般に半導体素子冷却ユニットは複数個が、電力変換装置内に収納されることが多い。
半導体素子冷却ユニットは半導体素子から発生する熱損失を効率良く外気へ放出し、半導体素子温度を許容温度以下に冷却するためのものである。冷却器の受熱部分には半導体素子が取り付けられ（図示しない）、装置外へ熱放散することになる。
従来の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図６は、従来の電力変換装置の正面図である。図７は、従来の電力変換装置のＡ−Ａ断面図である。図８は、従来の電力変換装置のＢ−Ｂ断面図である。尚、筐体１の高さ方向とは、電力変換装置の正面図（図６）において縦方向（Ｔ−Ｔ）のことである。筐体１の横方向とは、電力変換装置の正面図（図６）において、横方向（Ｙ−Ｙ）のことである。筐体１の奥行き方向とは、電力変換装置のＡ−Ａ断面図（図７）において、横方向（Ｏ−Ｏ）のことである。
【０００３】
従来の電力変換装置は、筐体１，半導体素子冷却ユニット２，電気部品３から構成されている。尚、電気部品３は、半導体素子冷却ユニット２以外の電気部品全般のことである。
このように構成された電力変換装置において、半導体冷却ユニット２及び電気部品３は、筐体１の内部に設置されている。
このように構成された電力変換装置において、筐体１は、仕切り板４によって、２つの空間に区切られている。仕切り板４により区切られる空間のうち、一方は、冷却風を冷却風を下方から上方へ流すため、筐体１の底面から上面へ貫通している空洞（以後冷却風洞５）となっている。それに対して、他方の空間は、半導体冷却ブロック２を仕切り板４に取り付けることにより外部と密閉された密閉空間となる。
このように構成された電力変換装置において、半導体冷却ブロック２は、電気部品実装部６，仕切り部７，放熱部８から構成されている。部品実装部６が、仕切り部７の一面（以後正面）と接続される。仕切り部７の正面の裏面（以後背面）には、放熱部８が接続されている。
このように構成された電力変換装置において、筐体１の仕切り板４と半導体冷却ブロック２の仕切り部７は、ボルト９によって接続される。半導体素子冷却ユニット２は、ボルト９により、冷却風洞５を流れる冷却風の進行方向に対して並列に筐体１内部に設置されている。尚、冷却風洞５内には複数個の放熱部８が並列に配置されているが、冷却風がこれら放熱部８にのみ送風されるよう、整風板１０がこれら隣り合う放熱部８の間に生じた空間を塞ぐ位置に設置される。
【０００４】
このように構成された電力変換装置において、電気部品実装部６から発生される熱は、仕切り部７を介して放熱部８へ伝熱される。放熱部８は、冷却風洞５を流れる冷却風によって冷却される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−４４８０８号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように構成された従来の電力変換装置では、複数個の放熱部８の間に空間があるため、電力変換装置自体も大きくなってしまった。また、放熱部８を複数行に並べて設置すると、冷却風の流入する側に設けられた半導体冷却ユニット２は、低い温度の冷却風により冷却されるが、冷却風の流出する側に設けられた半導体冷却ユニットは、冷却風の流入する側に設けられた半導体冷却ユニットを冷却し温まった冷却風により冷却されるため、冷却効率も悪くなるといった問題がある。また、電力変換装置の外部に電動送風機（図示しない）を設置するタイプの場合には、均一な風量を確保するために、電力変換装置と電動送風機を結ぶ通風ダクト（図示しない）内に整風板（図示しない）を設ける方法も従来存在する。しかし、通風ダクトに整風板を設置すると、通風ダクト内が複雑な形状になってしまい、圧力損失が大きくなり、その結果電動送風機を大形化しなければならないという問題が生じてくる。
そこで本発明の目的は、小形化することのできる電力変換装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく電力変換装置は、筐体と、前記筐体内に内蔵され電力を変換する半導体素子と前記筐体の一部に設けられ、冷却風の流れる冷却風洞と、前記筐体に格子状に設置され、その放熱部が前記冷却風洞に面する、複数の半導体素子冷却ユニットと、前記筐体内に設置され冷却風洞を複数の冷却風の通路に分割する整風板とを有し、前記半導体冷却ユニットの放熱部各々に対して、一つの冷却風の通路が設けられることを特徴とする。
本発明に基づく電力変換装置は、筐体と、前記筐体内に内蔵され電力を変換する半導体素子と、前記筐体に設置され前記半導体素子と係合する複数の半導体素子冷却ユニットと、前記半導体素子冷却ユニット同士を隔てる整風板と、前記整風板により隔てられた空間は、それぞれ一つの前記半導体素子冷却ユニットのみを冷却する冷却風の通路となることを特徴とする電力変換装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置について図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置の正面図である。図２は、本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置のＣ−Ｃ断面図である。図３は、本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置のＤ−Ｄ断面図である。尚、図６乃至図８に記載されたものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置は、筐体１，半導体素子冷却ユニット２，電気部品３から構成されている。
このように構成された電力変換装置において、半導体素子冷却ユニット２は、ボルト９によって筐体１と接続される。半導体素子冷却ユニット２は、筐体１に横方向に１行だけ並べられているのではなく、高さ方向に複数行並べられている。
このように構成された電力変換装置において、冷却風洞５は整風板１１により各半導体冷却ユニット２の各放熱部８に対して、それぞれ冷却風の通路がひとつ存在するように区切られる（例えば整風板１１ａと１１ｂにより区切られた冷却風の通路）。
【０００８】
このように構成された電力変換装置において、冷却風はこれら整風板１１ａ，１１ｂ等で仕切られたそれぞれの区間に並列に送風され、その仕切られた空間内に各１個収納された放熱部８を通過して装置外部へと排出されることになる。
又、冷却風洞５内には外部空気が送風されるので、塵埃、水分等を含んだ空気が入ってくるが、電気部品実装部６が収納される部屋とはガスケット９ａにより水密的に仕切られる為、電気部品実装部６では塵埃、水分等の浸入が防げる。そのため、冷却風は他の放熱部を通過することなく、それぞれの放熱部へ入風されるので、放熱部８への入風温度（到達した時の温度）は冷却風洞５への入風温度から上昇することがなく、それぞれの放熱部８で効率良く熱交換が行われる。また、並列に仕切られた冷却風洞５のそれぞれの圧力損失も合わせることができ、それぞれの放熱部８に対しバランス良い風量が得られる。
このように構成された電力変換装置において、冷却風の流入側に設けられた半導体素子冷却ユニット２の放熱部８の幅になるように整風板１１を設置したため、従来無駄になっていた、半導体素子冷却ユニット２の接続部分（ボルト９等）の空間も冷却風の流出側に設けられた半導体素子冷却ユニットの冷却に有効に活用することができる。そのため、複数個の半導体素子冷却ユニットを設置することが可能となるので、電力変換装置の小形化することができる。
【０００９】
このように構成された電力変換装置において、電力変換装置を小形化することができるため、結果として冷却風洞５部分の断面積は小さくなり、車体側の風洞も含め風洞構成が容易となる。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置について図を参照し詳細に説明する。図４は、本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置の正面図である。図５は、本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置のＣ−Ｃ断面図である。尚、図１乃至図３に記載されたものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置は、筐体１，半導体素子冷却ユニット２，電気部品３から構成されている。
本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置は、第１の実施の形態の電力変換装置と比べて、半導体素子冷却ユニット２の位置が異なる構成となっている。冷却風の流出する側に配置された一行の半導体素子冷却ユニット２ａ群の放熱部８ａと冷却風の流入する側に配置された一行の半導体素子冷却ユニット２ｂ群の放熱部８ｂは、冷却風の流れる方向に対し垂直方向（筐体１の横方向）の位置がずれるように配置されている。つまり冷却風の流入する側に配置された半導体素子冷却ユニット２ｂ群の放熱部８ｂ同士の間に、冷却風の流出する側に配置された半導体素子冷却ユニット２ａ郡の放熱部８ａが配置されている。
【００１０】
このように構成された電力変換装置において、冷却風洞５内は、第１の実施の形態と同様に整風板１１ｃにより冷却風の流れに沿って並列に仕切られ、それぞれ仕切られた範囲に放熱部８は１個ずつ配置される。
このように構成された電力変換装置において、冷却風の流入する側に配置された半導体素子冷却ユニット２ａ群の冷却風の通路（１１ａと１１ｂに囲まれた通路等）は、冷却風の流入する側の断面積は大きく、冷却風の流出する側の冷却風の通路の断面積は小さい。それに対して、冷却風の流出する側に配置された半導体素子冷却ユニット２ｂ郡の冷却風の通路（１１ｂと１１ｃに囲まれた通路等）は、冷却風の流入する側の断面積は小さく，冷却風の流出する側の冷却風の通路の断面積は大きくなっている。
このように構成された電力変換装置において、冷却風の通路の断面積の大きさを、放熱部８のある部分では大きくし、放熱部８のない部分では小さくすることによって冷却風の通路それぞれの圧力損失も合わせることができ、結果として冷却効率が向上する。
このように構成された電力変換装置において、冷却風洞５内に設ける整風板１０が第１の実施の形態の電力変換装置と比べると、比較的単純に構成でき、冷却風洞５内の圧力損失も比較的小さいメリットがある。これにより電力変換器の外部に電動送風機を設置する場合にも、この電動送風機を小形化することができる。
【００１１】
このように構成された電力変換装置において、冷却風の流出する側に設けられた半導体素子冷却ユニット２群は、冷却風の流入する側に設けられた半導体素子冷却ユニット２群と横方向の位置をずらして設置され、冷却風の流入する側に設けられた半導体素子間に整風板１１を設置することにより、外気温である冷却風が冷却風の流出する側に設けられた半導体素子冷却ユニット２ａ郡を冷却するため、冷却効率が向上する。
本発明に基づく第１の実施の形態及び第２の実施の形態の電力変換装置では、半導体素子冷却ユニットを筐体内に２行設置しているが、３行や４行に並べて整風板により冷却風の通路の断面積を調整すれば、冷却効率の向上が望め電力変換装置も小形化できるため、本発明は、２行のもののみに限定はしない。
尚、本発明に基づく第１の実施の形態及び第２の実施の形態の電力変換装置は、機関車に設置するために冷却風が下から上へ流れる構成を示しているが、本発明に基づく第１の実施の形態及び第２の実施の形態の電力変換装置を９０度回転させ電車の床下に収納しても同様に、電力変換装置の小形化という効果を達成することが出来るため、本発明は、機関車に限定はしない。
【００１２】
【発明の効果】
本発明により、小形化することの出来る電力変換装置を提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置の正面図である。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置のＣ−Ｃ断面図である。
【図３】本発明に基づく第１実施の形態の電力変換装置のＤ−Ｄ断面図である
【図４】本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置の正面図である。
【図５】本発明に基づく第２実施の形態の電力変換装置の断面図である
【図６】従来の電力変換装置の正面図である。
【図７】従来の電力変換装置のＡ−Ａ断面図である。
【図８】従来の電力変換装置のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１・・・筐体
２・・・半導体素子冷却ユニット
３・・・電気部品
４・・・仕切り板
５・・・冷却風洞
６・・・電気部品実装部
７・・・仕切り部
８・・・放熱部
９・・・ボルト
１０・・・整風板
【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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