(57)【要約】【課題】２群の電力変換回路を構成する場合に、小型・軽量化することにより装置設置容積および重量を最小限に抑えることができる半導体冷却装置を提供する。【解決手段】互いに独立した２群のインバータ回路５を収納した電力変換装置において、これら２群のインバータ回路５を構成する半導体素子５ａをそれぞれ独立した受熱ブロック７が共通の放熱フィン９を中央に挟み両端に構成されているので、２群のインバータ回路５に必要な半導体素子の冷却を１台の冷却器６で賄うことができ、装置を小型・軽量化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立した２群のインバータ回路を収納した半導体電力変換装置において、中央に放熱フィンを有する放熱部とその両端に受熱ブロックを有する受熱部とからなる冷却器と、前記冷却器両端のそれぞれの受熱ブロックに前記インバータ回路を構成するそれぞれの半導体素子を取り付け配置した構成であることを特徴とする半導体電力変換装置。
【請求項２】
冷却器の受熱部と放熱部の間は冷媒が封入された管内の沸騰・凝縮の変化を利用し熱輸送する複数のループ形状の管により熱輸送され、前記管に接合した放熱フィンにより放熱する構成であ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】
冷却器両端の受熱ブロックの間に前記受熱ブロックにほぼ垂直に接合した板状の放熱フィンを取り付け、熱伝導的に両端の受熱部と放熱部が一体となった構成であ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４】
放熱フィンの内部に熱輸送が可能な冷媒が封入されているフィンを有する冷却器であることを特徴とする請求項３に記載の半導体電力変換装置。
【請求項５】
互いに独立した２群のインバータ回路を収納した半導体電力変換装置において、これら２群のインバータ回路を構成する半導体素子をそれぞれ独立した受熱ブロックがそれぞれ共通する格子状放熱フィンの４面の内隣り合う位置に取付ける構成とすることを特徴とする半導体電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数組の電力変換回路を収納した半導体電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両用の電力変換装置は、図５（ａ）乃至（ｄ）に示すように鉄道車両の車体１の床下に直流から交流あるいは交流から直流に電力を変換する半導体電力変換装置２（以後電力変換装置２と呼ぶ）が設置されている。電力変換装置２は半導体冷却ユニット３と内部機器４とで構成されており、それぞれが図示省略の導体もしくは電線で接続されている。半導体冷却ユニット３は半導体素子５ａと冷却器６及び図示省略のその他電気機器で構成されている。
【０００３】
電力変換の際に半導体素子５より発生する熱を車体１外部に効率よく放熱するために、半導体素子５ａには冷却器６が取り付けられている。冷却器６は受熱ブロック７とヒートパイプ８と放熱フィン９で構成されており、複数本のヒートパイプ８は受熱ブロック７にハンダ接合され、複数枚の放熱フィン９はヒートパイプ８に貫通接合されている。
【０００４】
車体１内部の半導体素子５ａは密閉構造により車体１外部と隔離されており、半導体素子５ａで発生する熱が受熱ブロック７に伝達され、車体側方方向に伸びたヒートパイプ８を介して放熱フィン９へと伝わり、放熱フィン９から大気へ熱拡散される。
【０００５】
鉄道車両において、このように構成される電力変換装置は、２群以上の電力変換回路を構成する場合がある［特許文献１参照］。また駆動用電力供給は、複数の電動機にそれぞれ独立した電力を供給する場合があり、鉄道車両内の空調機器や照明機器への電力供給においては、待機２重系システム等がそれに相当する。
【特許文献１】特願２００３−１７８３８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した２群の電力変換回路を構成する場合は、図５(ｃ)に示すように、冷却器を２台取り付けなければならない。つまり、冷却器１台のみの構成に比べて、冷却器コストが２倍になるだけでなく、２倍の設置容積、重量となり、メンテナンスや占有面積拡大という点でマイナス面が大きい。
【０００７】
本発明は、上記状況に対処するためになされたもので、その課題は２群の電力変換回路を構成する場合に、小型・軽量化することにより装置設置容積および重量を最小限に抑えることができる半導体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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、互いに独立した２群のインバータ回路を収納した半導体電力変換装置において、中央に放熱フィンを有する放熱部とその両端に受熱ブロックを有する受熱部とからなる冷却器と、前記冷却器両端のそれぞれの受熱ブロックに前記インバータ回路を構成するそれぞれの半導体素子を取り付け配置した構成であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体電力変換装置において、冷却器の受熱部と放熱部の間は冷媒が封入された管内の沸騰・凝縮の変化を利用し熱輸送する複数のループ形状の管により熱輸送され、前記管に接合した放熱フィンにより放熱する構成であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の半導体電力変換装置において、冷却器両端の受熱ブロックの間に前記受熱ブロックにほぼ垂直に接合した板状の放熱フィンを取り付け、熱伝導的に両端の受熱部と放熱部が一体となった構成であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半導体電力変換装置において、放熱フィンの内部に熱輸送が可能な冷媒が封入されているフィンを有する冷却器であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、互いに独立した２群のインバータ回路を収納した半導体電力変換装置において、これら２群のインバータ回路を構成する半導体素子をそれぞれ独立した受熱ブロックがそれぞれ共通する格子状放熱フィンの４面の内隣り合う位置に取付ける構成とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、２群のインバータ回路を構成する半導体素子の冷却を１台の冷却器で賄うことができるので、半導体電力変換装置を小型・軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の最良の実施形態を図を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施形態である半導体電力変換装置の構成図であり、同図（ａ）は車両床下に設置された半導体電力変換装置を車両進行方向側より見た図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）〜（ｅ）は図１の冷却器と半導体素子部分の構成図であり、同図（ｃ）は側面図、同図（ｄ）は平面図、同図（ｅ）は同図（ｃ）をＢ方向からみた図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の電力変換装置２は車体１の床下に設置されている。この電力変換装置２は半導体冷却ユニット３と内部機器４とから構成されており、それぞれが図示省略の導体もしくは電線で接続されている。半導体冷却ユニット３は半導体素子５と冷却器６及び図示省略のその他電気機器で構成されており、それぞれが図示省略の導体もしくは電線で接続されている。
【００１６】
冷却器６は２つの受熱ブロック７と複数本のヒートパイプ８と複数枚の放熱フィン９で構成されている。そして、複数本のヒートパイプ８は２つの受熱ブロック７に挟まれた状態で接合され、複数枚の放熱フィン９はヒートパイプ８に貫通接合されている。２つの受熱ブロック７には第１群及び第２群の半導体素子５ａがそれぞれ取り付けられている。
【００１７】
半導体素子５ａは密閉構造により電力変換装置２外部と隔離されており、半導体素子５ａで発生する熱が受熱ブロック７に伝達され、ヒートパイプ８を介して放熱フィン９へと伝わり、放熱フィン９から大気へ熱拡散される。
【００１８】
本実施の形態によれば、２群のインバータ回路５に必要な半導体素子５ａの冷却を１台の冷却器で賄うことができるので、装置を小型・軽量化することができる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施形態である半導体電力変換装置の冷却器と半導体素子部分の構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は同図（ａ）をＢ方向からみた図であり、図示以外の構成は第１の実施形態と同じであるので同一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
【００２０】
図２に示すように、本実施形態の図示しない電力変換装置はずししない車体の床下に設置されている。この電力変換装置の冷却器６は受熱ブロック７と放熱フィン９で構成され、放熱フィン９は２つの受熱ブロック７に挟まれた状態で受熱ブロック７に垂直に接合されている。更に垂直に放熱フィン９が接合されている。２つの受熱ブロック７には第１群及び第２群の半導体素子５ａがそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
そして、半導体素子５ａは密閉構造により電力変換装置外部と隔離されており、半導体素子５ａで発生する熱が受熱ブロック７に伝達され、放熱フィン９を介して大気へ熱拡散される構成となっている。
【００２２】
本実施の形態によれば、２群のインバータ回路５に必要な半導体素子５ａの冷却を１台の冷却器で賄うことができ、装置を小型・軽量化することができる。
【００２３】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３実施形態である半導体電力変換装置の冷却器と半導体素子部分の構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は同図（ａ）をＢ方向からみた図であり、図示以外の構成は第１の実施形態と同じであるので同一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
【００２４】
図３に示すように、本実施形態の冷却器６は受熱ブロック７と板状ヒートパイプ１０および放熱フィン９で構成されている。複数の板状ヒートパイプ１０は２つの受熱ブロック７に挟まれた状態で接合され、複数枚の放熱フィン９は板状ヒートパイプ１０にハンダ接合されている。２つの受熱ブロック７には第１群及び第２群の半導体素子５ａがそれぞれ取り付けられている。
【００２５】
半導体素子５ａは密閉構造により電力変換装置２外部と隔離されており、半導体素子５ａで発生する熱が受熱ブロック７に伝達され、板状ヒートパイプ１０を介して放熱フィン９へと伝わり、放熱フィン９から大気へ熱拡散されるように構成されている。
【００２６】
本実施形態によれば、２群のインバータ回路５に必要な半導体素子５ａの冷却を１台の冷却器で賄うことができ、装置を小型・軽量化することができる。
【００２７】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４実施形態である半導体電力変換装置の構成図であり、同図（ａ）は車両床下に設置された半導体電力変換装置を車両側方側より見た図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は冷却器に半導体素子を取り付けた状態の平面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）をＢ方向から見た図であり、図示以外の構成は第１の実施形態と同じであるので同一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
【００２８】
図４に示すように、本実施形態の半導体電力変換装置２は、車体１の床下に設置されている。電力変換装置２は半導体冷却ユニット３と内部機器４とで構成されており、それぞれが図示省略の導体もしくは電線で接続されている。半導体冷却ユニット３は半導体素子５ａと冷却器６及び図示省略のその他電気機器で構成され、それぞれが図示省略の導体もしくは電線により接続されている。
【００２９】
冷却器６は受熱ブロック７と放熱フィン９で構成されており、２つの受熱ブロック７が直角に接合され、それぞれの受熱ブロック７に垂直に放熱フィン９が格子状に接合されている。受熱ブロック７の直角に構成されたそれぞれの面には第１群及び第２群の半導体素子５ａがそれぞれ取り付けられている。
【００３０】
半導体素子５ａは密閉構造により電力変換装置２外部と隔離されており、半導体素子５ａで発生する熱が受熱ブロック７に伝達され、放熱フィン９を介して大気へ熱拡散されるように構成されている。
【００３１】
本実施の形態によれば、２群のインバータ回路５に必要な半導体素子５ａの冷却を１台の冷却器で賄うことができるので、装置を小型・軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態である半導体電力変換装置の構成図であり、同図（ａ）は車両床下に設置された半導体電力変換装置を車両進行方向側より見た図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）〜（ｅ）は同図（ａ）の冷却器と半導体素子部分の構成図であり、同図（ｃ）は側面図、同図（ｄ）は平面図、同図（ｅ）は同図（ｃ）をＢ方向からみた図。
【図２】本発明の第２の実施形態である半導体電力変換装置の冷却器と半導体素子部分の構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は同図（ａ）をＢ方向からみた図。
【図３】本発明の第３実施形態である半導体電力変換装置の冷却器と半導体素子部分の構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は同図（ａ）をＢ方向からみた図。
【図４】本発明の第４実施形態である半導体電力変換装置の構成図であり、同図（ａ）は車両床下に設置された半導体電力変換装置２を車両側方側より見た図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は冷却器に半導体素子を取り付けた状態の平面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）をＢ方向から見た図。
【図５】従来の鉄道車両用の電力変換装置の構成図であり、同図（ａ）は車両床下に設置された半導体電力変換装置を車両進行方向側より見た図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）同図（ａ）の冷却器と半導体素子部分の側面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）をＢ方向からみた図。
【符号の説明】
【００３３】
１…車体、２…電力変換装置、３…半導体冷却ユニット、４…内部機器、５ａ…半導体素子、５…インバータ回路、６…冷却器、７…受熱ブロック、８…ヒートパイプ、９…放熱フィン、１０…板状ヒートパイプ。
【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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