CN104521337A - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力转换装置，其包括：半导体；主电路基板，其具有驱动上述半导体的电路；和箱体，其收纳上述半导体和上述主电路基板，在至少一面具有开口部，与上述箱体的开口部之间隔开规定的间隙地配置有盖。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及电力转换装置的冷却结构。

背景技术

在电力转换装置中，IGBT或DM(二极管模块)等半导体进行输入的电力的转换。关于对转换时产生的损失引起的发热的冷却，例如在专利文献1(日本特开2004-71594号公报)中记载了“一种冷却结构和使用该冷却机构的电力转换装置，其具有盘框2，将盘框2分隔的分隔件8a、8b，贯通分隔件8a、8b并在分隔件8a、8b的上方侧具有散热部7的热管9，和配置在分隔件8a、8b的下方侧的电气部件6，进而，在分隔件8a、8b的上方侧的门3a设置与外部直接连通的进气口4和排气口5，在分隔件8a、8b设置使设置有散热部7的部分与设置有电气部件6的部分连通的连通口11、12，在作为进气侧的连通口11设置导板10，从而将来自外部的空气流导向盘框2的内部整体，不仅通过热管9的吸热散热，也通过被导入的空气的自然对流进行电气部件6的冷却。”

此外，在专利文献2(日本特开2009-033910号公报)中记载了“在包括覆盖使功率半导体冷却的冷却翅片的箱体、具有驱动功率半导体的驱动电路的主电路基板和覆盖主电路基板的盖的电力转换装置中，具有在所述盖设置的进气口的上侧的所述主电路基板设置的第一通气口，和在该第一通气口的下侧并且是在所述冷却翅片的下侧设置的第二通气口，通过冷却风扇使来自第二通气口的空气流向所述冷却翅片。”

现有技术文献

专利文献1：日本特开2004-71594号公报

专利文献2：日本特开2009-033910号公报

发明内容

发明要解决的课题

在电力转换装置中，对转换时产生的损失引起的发热的冷却，如专利文献1中所记载的，一般通过冷却翅片进行自然风冷，或通过冷却翅片和冷却风扇进行强制风冷，或通过水冷装置等在冷却翅片的基体部设置流路进行冷却，防止温度上升导致的半导体的热破坏。

然而，伴随电力转换装置的小型化，主电路基板也必须小型化，结果主电路基板高密度地安装。主电路基板安装有铝电解电容器和电阻等多个部件，不能忽视主电路基板的散热。此外，因高密度安装，部件之间的间隙变窄，用于冷却的冷却风难以流动，现有的电力转换装置的自然对流所带来的冷却风难以使部件冷却，并且存在吸收了半导体散出的热的冷却翅片的热向主电路基板传递的问题。

此外，如专利文献2中所记载的那样，有在起到保护主电路基板的作用的主箱体为了冷却而设置多个开口部的情况。开口部起到吸入和排出使主电路基板冷却的空气的重要作用，但是，相应地会使在设置的场所漂浮的尘埃进入主箱体内部。结果，存在因灰尘等使在主电路基板安装的部件短路，不能实现原本的作用即主电路基板的保护的问题。

进而在恶劣的环境中在开口部堆积尘埃，要除去该尘埃时其从主箱体开口部进入主箱体内部，在该状态下对电力转换装置接通电源时导致短路。进而，保持使尘埃堆积在主箱体的上表面壁的开口部的状态时不能使主电路基板散出的热向外部空气排放，可能导致基板安装部件的热破坏。

此外，在电力转换装置的设置状况中，如果不为了半导体冷却和主电路基板冷却而在电力转换装置的左右、上下设置一定的空间，则不能得到原本的冷却性能。因此无论在现有的电力转换装置中怎样实现小型化，在用户处的设置中都需要确保冷却空间，结果，需要在用户处确保较大的设置环境。

本发明的目的在于解决上述课题，提供一种价廉地提高冷却性能，提高装置的动作上的安全性，缩小设置空间的电力转换装置。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，例如采用权利要求的范围中记载的结构。

本发明包括多种解决上述课题的方案，列举其中一例，一种电力转换装置，能够通过以下结构实现，其包括：半导体；具有驱动上述半导体的电路的主电路基板；收纳上述主电路基板和半导体的主箱体；使上述半导体的热散热的冷却翅片；用于使上述冷却翅片冷却的冷却风扇；用于控制从上述冷却风扇排出的风的方向的上面盖；上述主箱体形成为箱形的形状，为了进行主电路基板的冷却，上表面壁和下表面壁具有多个开口部，通过上述上面盖整流后的上述冷却风扇的风在设置于该上表面壁的开口部表面附近流动，使上述上表面壁的开口部表面附近成为负压状态，吸收在上述主箱体内部收纳的主电路基板释放的热。

发明效果

根据本发明，能够提供能够价廉地提高冷却性能，提高安全性能，缩小设置空间的电力转换装置。

附图说明

图1是现有的电力转换装置的概要图。

图2是采用在本发明的实施例1的电力转换装置的主箱体的上表面壁设置的开口部和在上面盖设置空间的结构的概要图。

图3是采用使本发明的实施例2的电力转换装置的上面盖的形状具有倾斜的结构的概要图。

图4是采用使本发明的实施例3的电力转换装置的上面盖的形状具有曲线状的倾斜的结构的概要图。

图5是采用使本发明的实施例4的电力转换装置的上面盖的形状从半圆状的圆顶起在中途变窄的结构的概要图。

图6是表示从现有的电力转换装置的右侧面观察的冷却风的流动的概要图。

图7是表示本发明的实施例1的电力转换装置的从右侧面观察的冷却风的流动的概要图。

图8是表示本发明的实施例2的电力转换装置的从右侧面观察的冷却风的流动的概要图。

图9是表示本发明的实施例3的电力转换装置的从右侧面观察的冷却风的流动的概要图。

图10是表示本发明的实施例4的电力转换装置的从右侧面观察的冷却风的流动的概要图。

图11是表示对本发明的实施例1至4的电力转换装置的从右侧面观察的尘埃的影响进行比较的概要图。

具体实施方式

对于本发明的电力转换装置，使用附图说明以下实施例。

首先，说明现有的电力转换装置。图1是现有的电力转换装置1a的概要图，本图是在以电力转换装置1a的通常的使用状态设置的状态下，按每个部件分解后的图。

图6是从侧面观察现有的电力转换装置的截面图，是表示冷却风的流动的图。

首先，在图1中，电力转换装置1a具有将输入的直流电力转换为交流电力的半导体5a和驱动半导体5a的主电路基板4a，主电路基板4a和半导体5a的周围被主箱体3a覆盖。

此外，在主箱体3a内部的连接主电路基板4a和半导体5a的面的相反侧安装有正面盖2a，此外，在与主箱体3a的设置面正交的下表面8a和上表面壁9a形成多个开口部10a，使空气能够流入流出。

在电力转换装置1a的通常的使用状态中，将正面盖2a配置在正面前侧、将冷却翅片6a配置在后侧(壁侧)、将主箱体下表面8a配置在下侧而使用。

此处，对半导体5a的冷却进行说明。采用下述结构：主电路基板4a由焊料固定于半导体5a，该半导体5a安装在邻接的冷却翅片6a的冷却翅片基底面11a，半导体5a中产生的热向冷却翅片6a传导，被在冷却翅片6a的上表面固定的冷却风扇7a强制风冷。即，如图6所示，半导体5a中产生的热向冷却风扇7a的冷却风传递，该冷却风从冷却翅片6a的下表面向上表面排出，从冷却翅片6a排出的冷却风就这样流向上方。

接着，对于主电路基板4a的冷却进行说明。主电路基板4a构成为通过在主箱体3a设置的开口部10a被自然风冷。即，如图6所示，主电路基板4a的冷却风从主箱体3a的下表面8a向在主箱体3a的上方设置的上表面壁9a流动，从在上表面壁9a设置的多个开口部10a排出，从多个开口部10a排出的冷却风也就这样流向上方。

即，含有来自半导体5a的热的冷却风和主电路基板4a的冷却风均在电力转换装置内从下方向上方流动，但这些冷却风被固定了半导体5a的冷却翅片6a的基底面11a完全隔断，冷却翅片6a与主电路基板4a的冷却是完全独立的。此外，向电力转换装置的外部排出后，也分别向上方流动，因此冷却翅片6a与主电路基板4a的冷却是完全独立的。

实施例1

在本实施例中，省略对于在图1的说明中已经叙述的电力转换装置的基本结构的说明，对与现有的电力转换装置的不同点进行叙述。

图2是本实施例的电力转换装置1b的结构图的例子。图7是从侧方观察本实施例的电力转换装置1b时的截面图，是表示冷却风的流动的图。实施例1的特征在于，在开口部10b和冷却翅片6b的上方设置上面盖11b这一点。

在本实施例的电力转换装置1b中，在形成于电力转换装置1b的主箱体3b的上表面壁9b的开口部10b和冷却翅片6b的上方空出规定的空间设置有上面盖11b。

此处，首先说明本实施例的特征即上面盖11b的结构。

采用下述结构：在上面盖11b的左右的侧面具有壁12b，该壁与主箱体3b的左右壁13b接触，不从该上面盖11b的左右的侧面进行空气的流入流出。

此外，在上面盖11b的后侧面也设置有壁，因此是也不从上面盖11b的后侧面进行空气的流入流出的结构。

此外，在上面盖11b的上表面也设置有盖，因此是也不从上面盖11b的上表面进行空气的流入流出的结构。

由此，在现有的电力转换装置1a中，来自冷却风扇7a的冷却风越过冷却风扇7a的上表面直接向上方排出，而在本实施例中，如图7的电力转换装置1b的截面图所示，从冷却风扇7b排出的冷却风越过冷却翅片6b的上表面后，与上面盖11b碰撞而使空气流改变，从电力转换装置1b的后侧方向正面前侧流动。即，越过冷却翅片6b的上表面后，在开口部10b与上面盖11b之间空出的空间中流动并从上面盖11b的正面前侧的空间向外部排出。

来自冷却风扇7b的冷却风是强制风冷，因此与来自主电路基板4b的自然风冷相比冷却风的流动更快。一般而言流速快的部位压强低，物体被拉向该压强低的部位。由于该性质，在开口部10b与上面盖11b之间使冷却风扇7b的流速快的冷却风流动时，成为开口部10b附近的压强较低的状态，因该较低的压强产生向上的空气流，从主电路基板4b释放的热被吸引，结果，比自然风冷流速更快的空气在主电路基板4b上流动。

这样，通过设置上面盖11b使来自主电路基板4b的冷却风的流速比现有技术快，因此主电路基板4b的冷却效率提高。

进而，通过将上面盖11b设置于在主箱体3b的上表面壁9b形成的开口部10b的上方，如图11所示即使电力转换装置的上方落下尘埃，也能够防止其进入主箱体3b内部，产品的可靠性、安全性提高。

进而，现有技术中使电力转换装置1a纵向配置多个的情况下，为了使从冷却风扇7a、主电路基板4a排出的加热后的冷却风不对配置在上方的电力转换装置1a造成影响，需要在上方确保冷却风流动的空间，因此需要空出电力转换装置1a之间的空间，而根据本发明，来自冷却风扇7b、主电路基板4b的冷却风从正面前侧排出，因此使电力转换装置1b纵向配置多个的情况下也不需要空出电力转换装置1b之间的空间，能够节省空间地配置较多的电力转换装置1b。

实施例2

图3是本发明的实施例2的电力转换装置1c的结构图的例子。此外，图8是从侧方观察本实施例的电力转换装置1c时的截面图，是表示冷却风的流动的图。关于本实施例，也对与实施例1同样的结构省略说明，对与现有的电力转换装置1a的不同点进行叙述。

本实施例中的上面盖11c的特征是，从侧面观察时，是从其对电力转换装置1c的设置面向正面前侧倾斜地扩大的形状，从正上方观察电力转换装置1c时，上面盖11c覆盖开口部10c的大部分区域。即，与电力转换装置1c的后方相比，越位于正面前侧，电力转换装置1c的上表面壁9c与上面盖11c之间的距离越长，从冷却风扇7c排出的冷却风大部分在通过开口部10c附近后向外部空气排出。

通过使上面盖11c成为相对于电力转换装置1c的上表面壁9c倾斜的形状，如图8所示从冷却风扇7c排出的冷却风垂直地吹到上面盖11c上，风流动的紊乱较少，在保持快的流速的状态下向电力转换装置1c的正面跟前方向流动，沿着上表面壁9c的开口部10c附近流动。

对上面盖11b相对于电力转换装置1b的上表面水平地配置的情况(图7)和倾斜地配置的情况(图8)进行比较，倾斜的图8中的风的流动更难以发生紊乱，因此能够使流速快的冷却风在接近开口部10c的位置流动，更能够使压强成为较低的状态。因此在主箱体3c的内部配置的主电路基板4c所释放的热的流动，被在接近上述开口部10c的位置流动的流速快的冷却风吸引，流速比自然对流快，冷却效果提高。因为能够使接近开口部10c的位置的压强降低，所以上面盖11c倾斜地配置时的冷却效果大于水平地配置时的冷却效果。

进而，因为能够与实施例1同样地防止尘埃，所以产品的可靠性、安全性提高。

进而，能够实现使电力转换装置1c纵向配置多个的情况下的节省空间化。

实施例3

图4是本发明的实施例3的电力转换装置1d的结构图的例子。此外，图9是从侧方观察本实施例的电力转换装置1d时的截面图，是表示冷却风的流动的图。关于本实施例，也对与实施例1同样的结构省略说明，对与现有的电力转换装置1a的不同点进行叙述。

本实施例中的上面盖11d的特征是，从侧面观察时是从其对电力转换装置1d的设置面向正面前侧倾斜地一边描绘出弧形一边扩大的板形状，从正上方观察电力转换装置1d时上面盖11d覆盖开口部10d的大部分区域。即，与电力转换装置1d的后方相比，越位于正面前侧，电力转换装置1d的上表面壁9d与上面盖11d之间的距离越长，从冷却风扇7d排出的冷却风大部分在通过开口部10d附近后向外部排出这一点与实施例2相同，但在本实施例中，上面盖11d构成为圆弧状这一点不同。

通过使上面盖11d成为相对于电力转换装置1d的上表面壁9b倾斜的圆弧状，局部来看，风吹到壁面上时反射角度变小。由此，能够如图9所示与实施例2相比进一步不使风的流动发生紊乱地使流速快的冷却风在接近开口部10d的位置流动。

对上面盖11d像实施例2那样相对于电力转换装置1c的上表面倾斜地直线配置的情况(图8)和形成为圆弧状地圆滑配置的情况(图9)进行比较，因为圆弧状的图9中风的流动更难以发生紊乱，所以更能够使流速快的冷却风在接近开口部10d的位置流动，更能够使压强成为较低的状态。因此在主箱体3d的内部配置的主电路基板4d所释放的热的流动，被在接近上述开口部10d的位置流动的流速快的冷却风吸引，流速比自然对流快，冷却效果提高。因为能够使接近开口部10d的位置的压强降低，所以上面盖11d是圆弧状时的冷却效果大于倾斜地直线配置时的冷却效果。

进而，通过使上面盖11d成为弧形状，能够提高该上面盖11d自身的强度。

进而，因为能够与实施例1同样地防止尘埃，所以产品的可靠性、安全性提高。

进而，能够实现使电力转换装置1d纵向配置多个的情况下的节省空间化。

实施例4

图5是本发明的实施例4的电力转换装置1e的结构图的例子。此外，图10是从侧方观察本实施例的电力转换装置1e时的截面图，是表示冷却风的流动的图。关于本实施例，也对与实施例1同样的结构省略说明，对与现有的电力转换装置1a的不同点进行叙述。

本实施例中的上面盖11e的特征是，从正上方观察时上面盖11e覆盖开口部10e的区域，从侧面观察时从其对电力转换装置1e的设置面向正面前侧倾斜地一边描绘出弧状一边扩大，途中在电力转换装置1e的开口部10e附近使上表面壁9e与上面盖11e的空间距离变窄。

即，在冷却翅片6e上部使上面盖11e成为圆弧状与实施例3相同，但在本实施例中在冷却翅片6e上部使冷却翅片6e与上面盖11e的空间距离较宽，在开口部10e上部使上表面壁9e与上面盖11e的空间距离较窄。

一般而言，流体从流路宽的位置流向流路窄的位置时流速变快。即，能够使开口部10e的邻近的上方的流速比从冷却风扇7e排出的冷却风的流速快。

对上面盖11e像实施例3那样配置为以相对于电力转换装置1d的上表面形成为圆弧状的方式圆滑地扩大至外部空气部分的情况(图9)，和上面盖11e配置为以形成为圆弧状的方式圆滑地扩大、之后使开口部10e的邻近的上方的空间距离变窄的情况(图10)进行比较时，使风从宽流路(空间距离)流向窄流路(空间距离)更能够使流速快的冷却风在接近开口部10e的位置流动，更能够使压强成为较低的状态。因此在主箱体3e的内部配置的主电路基板4e所释放的热的流动，被在接近上述开口部10e的位置流动的流速快的冷却风吸引，流速比自然对流快，冷却效果提高。因为能够使接近开口部10e的位置的压强降低，所以采用上面盖11e从宽流路(空间距离)流向窄流路(空间距离)的结构时的冷却效果大于以圆弧状地扩大至外部空气的方式配置时的冷却效果。

进而，能够与实施例3同样地提高上面盖11e自身的强度。

进而，因为能够与实施例1同样地防止尘埃，所以产品的可靠性、安全性提高。

进而，能够实现使电力转换装置1e纵向配置多个的情况下的节省空间化。

实施例5

实施例1至4是在上面盖11b-11e的左右侧面和后侧面具有壁，冷却风不能流入流出的方式，但也可以不具有这些壁。该情况下，能够防止来自开口部的尘埃和实现纵方向的节省空间化。

进而，也可以采用实施例1至4的上面盖11b-11e的左右侧面和后侧面的壁能够根据需要卸下或安装的结构。该情况下，能够采用与配置电力转换装置的空间的特征相应的使用方法，能够实现与用户需求相应的节省空间化和冷却效果提高。

此外，也可以是上面盖不覆盖整面，而是部分覆盖的结构。

在实施例1～4中，从冷却风扇7b-7e排出的冷却风因上面盖11b-11e而改变空气的流动，该冷却风通过电力转换装置1b-1e的开口部10b-10e上部，向电力转换装置1b-1e的正面排出至外部，但是只要流速快的冷却风在电力转换装置1b-1e的开口部10b-10e区域的邻近的上方流动，通过该处后，向外部排出的冷却风的方向也可以不限于正面。各实施例的特征均在于流速快的冷却风在电力转换装置1b-1e的开口部10b-10e区域的邻近的上方流动。

此外，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具有说明的所有结构。此外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，或者在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。此外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

附图标记说明

1a……现有的电力转换装置，2a……正面盖，3a……主箱体，4a……主电路基板，5a……半导体，6a……冷却翅片，7a……冷却风扇，8a……主箱体下表面，9a……主箱体上表面壁，10a……开口部，11a……冷却翅片基底面，1b……实施例1的电力转换装置，2b……正面盖，3b……主箱体，4b……主电路基板，5b……半导体，6b……冷却翅片，7b……冷却风扇，8b……主箱体下表面，9b……主箱体上表面壁，10b……开口部，11b……上面盖，12b……上面盖左右侧壁，13b……主箱体左右侧壁，14b……遮蔽板，1c……实施例2的电力转换装置，2c……正面盖，3c……主箱体，4c……主电路基板，5c……半导体，6c……冷却翅片，7c……冷却风扇，8c……主箱体下表面，9c……主箱体上表面壁，10c……开口部，11c……上面盖，12c……上面盖左右侧壁，13c……主箱体左右侧壁，14c……遮蔽板，1d……实施例3的电力转换装置，2d……正面盖，3d……主箱体，4d……主电路基板，5d……半导体，6d……冷却翅片，7d……冷却风扇，8d……主箱体下表面，9d……主箱体上表面壁，10d……开口部，11d……上面盖，12d……上面盖左右侧壁，13d……主箱体左右侧壁，14d……遮蔽板，1e……实施例4的电力转换装置，2e……正面盖，3e……主箱体，4e……主电路基板，5e……半导体，6e……冷却翅片，7e……冷却风扇，8e……主箱体下表面，9e……主箱体上表面壁，10e……开口部，11e……上面盖，12e……上面盖左右侧壁，13e……主箱体左右侧壁，14e……遮蔽板。

Claims (19)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

半导体；

主电路基板，其具有驱动所述半导体的电路；和

箱体，其收纳所述半导体和所述主电路基板，在至少一面具有开口部，

与所述箱体的开口部之间隔开规定的间隙地配置有盖。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述箱体的开口部在该电力转换装置的使用状态中设置在所述箱体的上表面，

所述盖隔开规定的间隙地配置在所述箱体的开口部的上部。

3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

与所述箱体邻接地还配置有对来自所述半导体和所述主电路基板的热进行散热的冷却翅片，

还包括对所述冷却翅片进行风冷的冷却风扇。

4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

来自所述冷却翅片的冷却风和来自所述盖的开口部的冷却风，从所述盖的开口部的某个面排出。

5.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

来自所述冷却翅片的冷却风和来自所述盖的开口部的冷却风，在该电力转换装置的使用状态中，从下方流向上方。

6.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

来自所述冷却翅片的冷却风，吹到所述盖并改变方向而在所述盖的开口部的附近流动。

7.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于：

在所述盖的开口部的附近流动的来自所述冷却翅片的冷却风，流速比从盖的开口部排出的冷却风快。

8.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

来自所述冷却翅片的冷却风和从所述盖的开口部排出的冷却风，在该电力转换装置的使用状态中，从后方流向前方。

9.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

由于与所述盖碰撞并改变方向而在所述盖的开口部的附近流动的来自所述冷却翅片的冷却风，从所述盖的开口部排出的冷却风的流速比在该电力转换装置内部的流速快。

10.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

从所述盖的开口部排出的冷却风和来自所述冷却翅片的冷却风，在所述盖与所述开口部之间流动。

11.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述盖以所述箱体的开口部的面与该盖的距离大致相同的方式配置。

12.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述盖与所述箱体的开口部的面平行。

13.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

在该电力转换装置的使用状态中，该电力转换装置的前方的所述盖与所述箱体的开口部的面的距离大于该电力转换装置的后方的所述盖与所述箱体的开口部的面的距离。

14.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

在该电力转换装置的使用状态中，从该电力转换装置的后方向前方去所述盖与所述箱体的开口部的面的距离扩大。

15.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述盖相对于所述箱体的开口部的面倾斜地配置。

16.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述盖相对于所述箱体的开口部的面倾斜地配置，在该电力转换装置的使用状态中，是从该电力转换装置的后方向前方去扩大的直线状的形状。

17.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述盖是圆弧状的。

18.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

在该电力转换装置的使用状态中，所述盖以从后方向前方去形成为弧形的同时间隙扩大的方式倾斜。

19.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

在该电力转换装置的使用状态中，该电力转换装置的前方的所述盖与所述箱体的开口部的面之间的距离比该电力转换装置的后方的所述盖与所述箱体的开口部的面之间的距离窄。