CN106888566B - 冷却装置和电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够高效地冷却电力转换器中的电力转换元件等发热体的冷却装置和电力转换装置。该冷却装置包括：受热体，其为矩形平板状，该受热体将一面作为发热体的搭载面来接受该发热体发出的热；多条散热片，该多条散热片以与该受热体的一侧边平行的方式突出设置于该受热体的另一面；风洞体，其具有与所述多条散热片的两端部分别相对的开口部，该风洞体以覆盖所述散热片的方式设置，且形成自所述开口部流入的空气的流通路径；以及排出口，其位于所述空气的流通路径的大致中央并在所述风洞体上开口，该排出口用于将在所述流通路径中流通的空气排出。

Description

冷却装置和电力转换装置

技术领域

本发明涉及能够利用少的风量将电力转换器中的半导体开关元件等发热体高效地冷却的冷却装置和将搭载有电力转换器的多台冷却装置收纳于壳体内而构成的电力转换装置。

背景技术

图4是表示将多个电力转换器1收纳于箱型的壳体2而构成的以往通常的电力转换装置3的概略结构的例子的图，图4的(a)示出了从前表面侧看所述电力转换装置3的内部构造时的结构，另外，图4的(b)示出了从侧面侧看所述电力转换装置3的内部构造时的结构。另外，图中的附图标记4是吸气扇，该吸气扇设于所述壳体2的上部，用于将随着所述电力转换器1的工作而被加热的该壳体2的内部的空气排出到外部。在例如专利文献1等中，详细地公开了如此构成的电力转换装置3。

在此，所述电力转换器1通常构成为包括由作为电力转换元件的半导体开关元件等构成的发热体并一体地包括用于冷却该发热体的冷却装置5。如在例如图5中对其概略结构示意性地示出的那样，该冷却装置5构成为包括：受热体7，该受热体7将一面作为所述发热体的搭载面，在该受热体7的另一面突出设置有平行的多个散热片6；以及风洞体8，该风洞体8以覆盖所述散热片6的方式设置。

该风洞体8在与所述散热片6的两端部分别对峙的端面具有开口部，在所述开口部之间形成了空气的流通路径。即，所述风洞体8用于形成使自一个开口部导入的空气沿着所述散热片6流通并将该空气朝向另一个开口部引导的、空气的流通路径。所述受热体7和所述散热片6发挥如下作用：传递自所述发热体发出的热，并通过与在所述流通路径中流动的空气之间进行热交换来冷却所述发热体。另外，图中的附图标记9是连接于所述风洞体8的所述另一个开口部的辅助风洞体。

顺带地说，通常，所述散热片6以在将所述电力转换器1收纳于所述壳体2的状态下自该电力转换器1的一端部所对峙的所述壳体2的前表面侧朝向所述电力转换器1的另一端部所对峙的所述壳体2的背面侧延伸的方式设置。因此，如图6的(a)和图6的(b)所示，在所述冷却装置5中，沿着所述散热片6形成自该冷却装置5的一个端部(前表面侧)朝向另一个端部(背面侧)去的气流而冷却所述电力转换器1的发热体。另外，图6的(a)示出了从下表面侧看所述冷却装置5时的空气流动，图6的(b)示出了从侧面侧看所述冷却装置5时的空气流动。

因此，在将分别具有所述结构的冷却装置5的多台电力转换器1以沿上下方向层叠的方式收纳于所述壳体2而构成的所述电力转换装置3中，如图4的(a)和图4的(b)所示，自所述壳体2的前表面侧导入到该壳体2内的空气以自所述各冷却装置5的前表面侧朝向背面侧的方式沿着所述风洞体8内的所述散热片6分别流动。并且，在吸收来自所述电力转换器1的发热体的热后自所述冷却装置5的背面侧排出的空气经由位于所述壳体2的背面侧进深部的空间2a被所述吸气扇4吸入并被放出到该壳体2的外部。

专利文献1：日本特开2012-186352号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，一体地设于所述电力转换器1并被收纳于所述壳体2的所述冷却装置5的散热片6如图4～图6所示那样，其以散热片面沿所述壳体2的前后方向延伸的方式设置。并且，以覆盖所述散热片6的方式设置的所述风洞体8被设置成使空气在所述散热片6的全长上沿一个方向流通。因此，由所述风洞体8形成的空气的流通路径变长，不可否认会招致该流通路径内的压力损失增大。并且，该压力损失导致在所述风洞体8内流通的空气的量减少，从而因与所述散热片6之间的热交换而温度上升的气流在所述流通路径的上风侧和下风侧产生大的温度差。

为了消除这样的不良状况，例如，作为所述吸气扇4，需要使用抽吸能力大的大型的吸气扇，或者需要对所述散热片6的形状进行设计以减小压力损失。但是，在提高了所述吸气扇4的抽吸能力的情况下，会使其运转声(叶片转动声)变大并且导致成本上升。另外，在降低了所述散热片6处的压力损失的情况下，反而会产生使该散热片6的散热性能变差这样的问题。

另外，为了防止所述散热片6的局部的温度上升，例如，需要增大所述吸气扇4的风量来增加在所述流通路径内流通的空气的绝对量，或者需要使所述散热片6大型化来提高其散热性能。但是，当实施这样的对策时，不仅会使所述冷却装置5大型化，还会使所述电力转换装置3大型化，从而产生使其制造成本(零件成本)增大这样的问题。

本发明是考虑到这样的情况而做出的，其目的在于提供一种能够在不招致制造成本(零件成本)增大的情况下提高散热片的散热性能从而高效地冷却发热体的冷却装置。

并且，本发明的目的在于，提供一种即使在将分别搭载有多台电力转换器的所述结构的多台冷却装置以沿上下方向层叠的方式收纳于箱型的壳体内而构成电力转换装置的情况下也能够高效地冷却所述多台电力转换器的电力转换装置。

用于解决问题的方案

为了达到所述目的，本发明所涉及的冷却装置的特征在于，该冷却装置包括：受热体，其为矩形平板状，由例如热导率高的材料形成，该受热体将一面作为发热体的搭载面来接受该发热体发出的热；多条散热片，该多条散热片以与该受热体的一侧边平行的方式突出设置于所述受热体的位于与所述搭载面相反的一侧的另一面；风洞体，其具有与所述多条散热片的两端部分别相对的开口部，该风洞体以将所述多条散热片一并覆盖的方式设置，且在该散热片之间形成了自所述开口部流入的空气的流通路径；以及排出口，其位于所述空气的流通路径的大致中央并在所述风洞体上开口，该排出口用于将在所述流通路径中流通的空气朝向与所述受热体相反的一侧排出。

另外，所述冷却装置的特征在于，还包括辅助风洞体，该辅助风洞体以与所述排出口相连通的方式设置，用于引导自该排出口排出的空气来使该空气沿与所述散热片的延伸方向正交的方向移动。

优选的是，所述散热片由例如与所述受热体形成为一体的翅片构成。另外，优选的是，所述排出口遍及所述多条散热片的排列方向上的整个宽度地设于所述风洞体中的与所述受热体的另一面对峙的部位。另外，所述发热体由例如电力转换器中的电力转换元件构成，具体而言由半导体开关元件构成。另外，在由所述风洞体形成的流通路径中流动的空气例如被吸气扇强制地抽吸而形成使所述散热片排热的气流。

另外，本发明所涉及的电力转换装置是通过将分别搭载有电力转换器的所述结构的多台冷却装置以沿上下方向层叠的方式收纳于箱型的壳体内而构成的，该电力转换装置的特征在于，所述壳体具有以使所述风洞体的开口部与该壳体的宽度方向上的两侧面对峙的方式分别收纳多台所述冷却装置的构造，所述壳体包括：第1空气流通路径，其形成于在所述壳体的前表面部设置的吸气口与各所述冷却装置的所述开口部之间；以及第2空气流通路径，其形成于在所述壳体的上部设置的排气口与多台所述冷却装置的各所述排出口之间。

优选的是，所述第2空气流通路径形成于所述壳体的背面侧进深部，该背面侧进深部位于被层叠地收纳于所述壳体内的多台所述冷却装置的后侧。另外，优选的是，在所述排气口设有用于将例如所述壳体内的空气向外部排出的吸气扇。

发明的效果

根据所述结构的冷却装置，由所述风洞体和平行地突出设置于所述受热体且沿一个方向延伸的所述多条散热片形成的空气的流通路径被在所述风洞体的大致中央部开口的所述排出口隔着而划分为两个区域。并且，自与所述散热片的两端部分别相对地设置的所述开口部分别流入到所述风洞体内的空气沿着所述散热片流通并自所述排出口排出到外部。因此，能够使由所述多条散热片和所述风洞体形成的空气的流通路径的长度为所述散热片的长度的大致一半。即，能够将自所述开口部起到所述排出口为止的空气的流通路径的长度缩短为在以遍及所述散热片的全长的方式形成空气的流通路径的情况下的大致一半左右。

其结果，能够在不改变由所述散热片和所述风洞体形成的流通路径的流路截面积的情况下抑制在该流通路径中流通的空气的压力损失。因此，能够与所述流通路径中的压力损失得到抑制的量相对应地增多在该流通路径中流通的空气的流量，由此能够提高对于所述散热片的排热效率。

另外，在所述结构的电力转换装置中，将以沿上下方向层叠的方式收纳于箱型的壳体的多台冷却装置中的所述风洞体的开口部分别设置为与所述壳体的宽度方向的两侧面对峙。并且，该电力转换装置构成如下构造：在设于所述壳体的前表面部的吸气口与所述各冷却装置的所述开口部之间形成第1空气流通路径，并且在设于所述壳体的上部的排气口与所述多台冷却装置的所述各排出口之间形成第2空气流通路径。

根据所述结构的电力转换装置，自设于所述壳体的前表面部的吸气口导入到该壳体内的空气沿着所述壳体的两侧面被引导至所述各冷却装置的风洞体内。然后，分别自各风洞体排出的空气经由所述壳体的位于所述多台冷却装置的后侧的背面侧进深部被引导至所述壳体内的设有所述吸气扇的上部。因此，根据所述电力转换装置，能够在所述壳体的内部以包围沿上下方向层叠的多台冷却装置的方式形成自所述壳体的前表面侧经由两侧面部、进一步经由背面侧进深部而到达上部的空气的流通路径。

其结果，能够有效地灵活使用所述壳体所形成的内部空间来供给分别冷却所述多台冷却装置所需要的空气，并且能够将自各冷却装置分别排出的空气高效地排出到外部。因此，能够高效地冷却分别搭载有所述多台冷却装置的电力转换器的发热体。进而，能够与对所述多台冷却装置的冷却效率的提高程度相对应地将对所述吸气扇所要求的抽吸能力抑制得低，从而能够起到能够降低该吸气扇的运转声、即所谓的叶片转动声等实用上的非常大的效果。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的冷却装置和构成为一体地包括该冷却装置的电力转换器的概略结构的图。

图2是表示图1所示的冷却装置中的空气流动的图。

图3是表示本发明所涉及的电力转换装置的概略结构和该电力转换装置中的空气流动的图。

图4是表示以往的电力转换装置的概略结构的例子和该电力转换装置中的空气流动的图。

图5是示意性地表示以往的冷却装置的概略的结构例的图。

图6是表示图5所示的冷却装置中的空气流动的图。

附图标记说明

10、电力转换器；11、冷却装置；12、受热体；13、散热片；14、风洞体；14a、开口部；14b、排出口；15、辅助风洞体；20、电力转换装置；21、壳体；22、吸气扇。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式所涉及的冷却装置和将构成为一体地包括该冷却装置的多个电力转换器以沿上下方向层叠的方式收纳于箱型的壳体内而构成的电力转换装置。

图1是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的冷却装置11和构成为一体地包括该冷却装置11的电力转换器10的概略结构的图。所述冷却装置11发挥将所述电力转换器10中的发热体(未图示)冷却的作用，其包括将一面作为所述发热体的搭载面的矩形平板状的受热体12。该受热体12由例如铝(Al)等热导率高的材料形成，用于接受所述发热体发出的热。另外，规定高度的多条散热片13以与所述受热体12形成为一体的方式与该受热体12的一边平行地突出设置于所述受热体12的位于与所述发热体的搭载面相反的一侧的另一面。这些散热片13由以规定的排列间距遍及所述受热体12的另一面的整个区域且平行地排列的翅片构成。

另外，在所述受热体12上，以覆盖所述多条散热片13的方式设有风洞体14。该风洞体14在所述散热片13所延伸的方向上的两端部具有与该散热片13的端部对峙的开口部14a，在该风洞体14的内部形成了沿着所述多条散热片13延伸的、空气的流通路径。另外，当然，也能够将覆盖所述散热片13和搭载于所述受热体12的所述电力转换器10的、该电力转换器10的箱型的壳体看做所述风洞体14。在该情况下，所述开口部14a设于所述壳体的两侧部。

另外，在所述风洞体14上开口形成有排出口14b，该排出口14b位于所述空气的流通路径的大致中央，用于将在所述流通路径中流通的空气排出。并且，在该实施方式中，还以与所述风洞体14的所述排出口14b相连通的方式设有辅助风洞体15。该辅助风洞体15在图1中作为背面侧的一面具有排气口，其发挥将在所述风洞体14内流通且自所述排出口14b排出后的空气向所述电力转换器10的背面侧引导的作用。

顺带地说，构成为包括如所述那样构成的冷却装置11的多台所述电力转换器10如例如图3的(a)和图3的(b)所示那样，以沿上下方向层叠的方式收纳于箱型的壳体21而构成电力转换装置20。特别是，所述多台电力转换器10以使所述各冷却装置11中的所述散热片13所延伸的方向成为所述壳体21的宽度方向的方式、换言之以使设于所述风洞体14的两侧部的开口部14a与所述壳体21的侧壁面隔开规定间隙地分别对峙的方式收纳于所述壳体21。

并且，在所述壳体21中，形成有自设于该壳体21的前表面侧的吸气口(未图示)朝向该壳体21的两侧面去而到达设于所述冷却装置11的两端部的所述开口部14a的第1空气流通路径。

另外，在所述壳体21的上表面部设有吸气扇22，该吸气扇22用于对该壳体21内的空气进行抽吸并将该空气向该壳体21的外部排出。另外，在所述壳体21的背面侧进深部形成了将所述多台冷却装置11的背面与所述吸气扇22之间连接起来的第2空气流通路径。而且，所述吸气扇22将该壳体21内的空气经由空间部(第2空气流通路径)21a向外部强制地排出，该空间部(第2空气流通路径)21a形成于收纳有所述多台电力转换器10的所述壳体21的背面侧进深部。

另外，图3的(a)示意性地示出了从前表面侧看所述电力转换装置20时的概略结构和该电力转换装置20中的空气流动。另外，图3的(b)示意性地示出了从侧面侧看所述电力转换装置20时的概略结构和该电力转换装置20中的空气流动。

根据如此构成的所述电力转换装置20，通过所述吸气扇22对所述壳体21内的空气的抽吸作用，如图3的(a)和图3的(b)所示，例如，外部气体(空气)自所述壳体21的前表面侧被导入到该壳体21的内部。然后，被导入到所述壳体21的内部后的空气经由所述第1空气流通路径被分别引导至所述冷却装置11，并经由该冷却装置11被引导至所述壳体21的背面侧进深部。具体而言，被引导至所述冷却装置11的空气在所述风洞体14内沿着所述散热片13流动，之后经过所述辅助风洞体15被排出到所述壳体21的背面侧进深部。之后，被引导至所述壳体21的背面侧进深部的空气被所述吸气扇22抽吸而被排出至外部。

特别是，在所述冷却装置11中，如图2的(a)和图2的(b)所示，自所述风洞体14的两端的所述开口部14a流入到该风洞体14中的空气沿着所述多条散热片13朝向该风洞体14的中央部流通。然后，在所述风洞体14中流通的空气自设于所述冷却装置11的下表面侧的大致中央部的所述排出口14b被排出，之后经由所述辅助风洞体15被引导至所述电力转换器10的背面侧。另外，在图2的(a)中，示意性地示出了从前表面侧看所述冷却装置11时的空气流动，另外，在图2的(b)中，示意性地示出了从侧面侧看所述冷却装置11时的空气流动。

因此，根据如所述那样构成的所述冷却装置11，沿着所述散热片13流动的空气的流路长度成为该散热片13的伸延长度的大致一半。因此，所述气流在所述散热片13所形成的空气的流通路径中受到的空气阻力减少，能够抑制在该流通路径中的压力损失。其结果，能够使沿着所述散热片13流动的气流在其风量不降低的情况下流通，从而能够维持该散热片13的冷却效率。

因此，根据所述结构的冷却装置11，不必使所述吸气扇22大型化来提高抽吸能力或者增大所述吸气扇22的风量。另外，也无需实施对所述散热片13的形状进行设计来减少空气阻力或者使所述散热片13大型化来扩大散热面积等对策。因此，能够在不招致所述冷却装置11的大型化的情况下确保针对所述电力转换器10所需的冷却能力。

特别是，在所述电力转换器1、10具有长方体形状且所述冷却装置5、11中的散热片6、13沿着所述电力转换器1、10的长度方向设置的情况下，在以往的电力转换装置3中，以使所述散热片6所延伸的方向成为所述壳体2的前后方向的方式设置所述电力转换器1。对于这一点，在该实施方式中，即使所述散热片13的长度与所述电力转换器1中的所述散热片6相同，也以使该散热片13所延伸的方向成为所述壳体21的宽度方向的方式设置所述电力转换器10。

因此，能够使沿着所述散热片13流动的空气的流路长度实质上成为以往的冷却装置5中的、沿着所述散热片6流动的空气的流路长度的一半。其结果，根据本发明，能够起到如下效果等实用上的非常大的效果：能够降低由沿着所述散热片13形成的流路的流路长度决定的空气摩擦损失，从而能够充分地发挥该散热片13的散热性能。

另外，本发明并不限定于所述实施方式。由例如矩形形状的平板体构成的所述受热体12的大小只要是适合于所述电力转换器10的大小、具体而言只要适合于所述电力转换器10的平面大小的形状、大小即可。另外，关于所述散热片13而言，只要以遍及所述受热体12的整个面的方式设置即可，同样地，所述散热片13的高度也只要根据自所述电力转换器10发出的热量进行相应设定即可。并且，在实施方式中，示出了将所述冷却装置11一体地设于所述电力转换器10的下表面侧的例子，但不言而喻，也能够将所述冷却装置11一体地设于所述电力转换器10的上表面侧。

另外，关于设于所述风洞体14的排出口14b的位置而言，例如，也可以是，在考虑到因所述电力转换器10中的发热体的布局位置而变化的所述受热体12的温度分布的基础上设定排出口14b的位置。除此以外，本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形来实施。

Claims (8)

1.一种冷却装置，其特征在于，

该冷却装置包括：

受热体，其为矩形平板状，该受热体将一面作为发热体的搭载面来接受该发热体发出的热；

多条散热片，该多条散热片以与该受热体的一侧边平行的方式突出设置于该受热体的另一面；

风洞体，其具有与所述多条散热片的两端部分别相对的开口部，该风洞体以覆盖所述散热片的方式设置，且形成了自所述开口部流入的空气的流通路径；以及

排出口，其位于所述空气的流通路径的大致中央并在所述风洞体上开口，该排出口用于将在所述流通路径中流通的空气排出。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

该冷却装置还包括辅助风洞体，该辅助风洞体以与所述排出口相连通的方式设置，用于引导自该排出口排出的空气来使该空气沿与所述散热片的延伸方向正交的方向移动。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，

所述散热片是与所述受热体形成为一体的翅片。

4.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，

所述排出口遍及所述多条散热片的排列方向上的整个宽度地设于所述风洞体中的与所述受热体的另一面对峙的部位。

5.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，

所述发热体是电力转换器中的电力转换元件，

在由所述风洞体形成的流通路径中流动的空气被吸气扇强制地抽吸。

6.一种电力转换装置，其是通过将多台搭载有电力转换器的权利要求1至4中任一项所述的冷却装置以沿上下方向层叠的方式收纳于箱型的壳体内而构成的，该电力转换装置的特征在于，

所述壳体具有以使所述风洞体的开口部与该壳体的宽度方向上的两侧面对峙的方式分别收纳多台所述冷却装置的构造，

所述壳体包括：

第1空气流通路径，其形成于在所述壳体的前表面部设置的吸气口与各所述冷却装置的所述开口部之间；以及

第2空气流通路径，其形成于在所述壳体的上部设置的排气口与多台所述冷却装置的各所述排出口之间。

7.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，

所述第2空气流通路径形成于所述壳体的背面侧进深部，该背面侧进深部位于被层叠地收纳于所述壳体内的多台所述冷却装置的后侧。

8.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，

在所述排气口设有用于将所述壳体内的空气向外部排出的吸气扇。