JP2001251859A - 電力変換装置 - Google Patents
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
Abstract
(57)【要約】
【課題】定格の低下を防ぐことのできる電力変換装置を
得ること。 【解決手段】吸熱ブロック１Ａの正面側の上段に対し
て、半導体素子２を横に４列に取り付ける。このうち、
中間の半導体素子の下側に対して、ダイオード３を取り
付ける。吸熱ブロック１Ａの裏面には、４個の半導体素
子２のうち、左側の２個の半導体素子と右側の２個の半
導体素子と対置する幅の溝を形成し、これらの溝に対し
てＵ字状の熱輸送管４Ａの基端をそれぞれ挿入しろう付
する。これらの熱輸送管４Ａには、放熱板５Ａを挿入す
る。
得ること。 【解決手段】吸熱ブロック１Ａの正面側の上段に対し
て、半導体素子２を横に４列に取り付ける。このうち、
中間の半導体素子の下側に対して、ダイオード３を取り
付ける。吸熱ブロック１Ａの裏面には、４個の半導体素
子２のうち、左側の２個の半導体素子と右側の２個の半
導体素子と対置する幅の溝を形成し、これらの溝に対し
てＵ字状の熱輸送管４Ａの基端をそれぞれ挿入しろう付
する。これらの熱輸送管４Ａには、放熱板５Ａを挿入す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を使っ
た電力変換装置に関する。
た電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、電気鉄道の車両の床下に取り付
けられるヒートパイプ冷却式の電力変換装置の一例を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図である。
けられるヒートパイプ冷却式の電力変換装置の一例を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図である。
【０００３】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）において、車
両の床下に吊設された図示しない箱体の内部の仕切り６
の内側に対して、ほぼ垂直に取り付けられたアルミニウ
ム合金製の受熱ブロック１Ｅの前面には、上段に４個の
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、半導体素子
という。）２がボルトとヘリサートで固定されている。
両の床下に吊設された図示しない箱体の内部の仕切り６
の内側に対して、ほぼ垂直に取り付けられたアルミニウ
ム合金製の受熱ブロック１Ｅの前面には、上段に４個の
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、半導体素子
という。）２がボルトとヘリサートで固定されている。
【０００４】これらの半導体素子２のうち、中間部の半
導体素子２の下側には、左側の一対の半導体素子２と右
側の一対の半導体素子に接続される２個のダイオード３
が横に固定されている。受熱ブロック１Ｅの裏面には、
上段の半導体素子１と下段のダイオード３の裏面となる
位置に対して、縦断面がＵ字状となる２条の溝が横に形
成されている。
導体素子２の下側には、左側の一対の半導体素子２と右
側の一対の半導体素子に接続される２個のダイオード３
が横に固定されている。受熱ブロック１Ｅの裏面には、
上段の半導体素子１と下段のダイオード３の裏面となる
位置に対して、縦断面がＵ字状となる２条の溝が横に形
成されている。
【０００５】これらの溝には、図５（ａ）においてＵ字
状に形成されヒートパイプを構成する銅管製の熱輸送管
４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄの底部が挿入され、受熱ブロッ
ク１にろう付されている。
状に形成されヒートパイプを構成する銅管製の熱輸送管
４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄの底部が挿入され、受熱ブロッ
ク１にろう付されている。
【０００６】各熱輸送管４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄは、仕
切り６の外側に突出し、図５（ｃ）に示すように、前端
よりも後端が上方となるように傾斜して固定されてい
る。各熱輸送管４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄは、アルミニウ
ム合金板から製作された複数枚の放熱板５Ｅが圧入され
ている。さらに、各輸送管４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄの底
部には、冷媒としての純水があらかじめ注入されてい
る。
切り６の外側に突出し、図５（ｃ）に示すように、前端
よりも後端が上方となるように傾斜して固定されてい
る。各熱輸送管４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄは、アルミニウ
ム合金板から製作された複数枚の放熱板５Ｅが圧入され
ている。さらに、各輸送管４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄの底
部には、冷媒としての純水があらかじめ注入されてい
る。
【０００７】このように構成された電力変換装置におい
ては、各半導体素子２は直列に接続され、両端は図示し
ない順変換装置の出力側の直流電源に接続され、各半導
体素子４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄの図示しないベース（端
子）に接続された信号線のオン・オフ信号によって通電
される。
ては、各半導体素子２は直列に接続され、両端は図示し
ない順変換装置の出力側の直流電源に接続され、各半導
体素子４Ｕ，４Ｖ，４Ｃ，４Ｄの図示しないベース（端
子）に接続された信号線のオン・オフ信号によって通電
される。
【０００８】この各半導体素子４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ，４Ｘ
のオン・オフによって、直流電力は所定の電圧と周波数
の交流電力に変換され、車両に搭載された誘導電動機が
速度制御され列車が走行する。
のオン・オフによって、直流電力は所定の電圧と周波数
の交流電力に変換され、車両に搭載された誘導電動機が
速度制御され列車が走行する。
【０００９】この半導体素子４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ，４Ｘの
オン・オフによって発生した熱は、まず、受熱ブロック
１Ｅに伝達され、この熱は、熱輸送管４Ｕ，４Ｖの底部
に注入された冷媒に伝達される。すると、この冷媒は沸
騰し、気化した蒸気は熱輸送管４Ｕ，４Ｖの内部の後方
に流入する。
オン・オフによって発生した熱は、まず、受熱ブロック
１Ｅに伝達され、この熱は、熱輸送管４Ｕ，４Ｖの底部
に注入された冷媒に伝達される。すると、この冷媒は沸
騰し、気化した蒸気は熱輸送管４Ｕ，４Ｖの内部の後方
に流入する。
【００１０】この流入した蒸気は、列車の走行風で冷却
される放熱板５Ｅで冷却された熱輸送管４Ｕ，４Ｖによ
って冷却され凝縮して水滴となる。この水滴は、熱輸送
管４Ｕ，４Ｖの内部を流下し、これらの熱輸送管４Ｕ，
４Ｖの底部に環流する。
される放熱板５Ｅで冷却された熱輸送管４Ｕ，４Ｖによ
って冷却され凝縮して水滴となる。この水滴は、熱輸送
管４Ｕ，４Ｖの内部を流下し、これらの熱輸送管４Ｕ，
４Ｖの底部に環流する。
【００１１】この環流した冷媒は、各半導体素子１から
伝達された受熱ブロック１Ｅの熱で再び沸騰し気化し
て、以下前述した冷却・凝縮・流下・気化の相変化を繰
り返す。なお、ダイオード３の裏面側に固定された各熱
輸送管４Ｗ，４Ｘの底部に注入された冷媒も同様であ
る。
伝達された受熱ブロック１Ｅの熱で再び沸騰し気化し
て、以下前述した冷却・凝縮・流下・気化の相変化を繰
り返す。なお、ダイオード３の裏面側に固定された各熱
輸送管４Ｗ，４Ｘの底部に注入された冷媒も同様であ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された電力変換装置においては、４個の半導体素子
２のうち、両側の半導体素子２は効率よく冷却される
が、これらの間の中央部の半導体素子は、両側の半導体
素子が発生する熱の影響を受けるので温度上昇が高くな
る。
構成された電力変換装置においては、４個の半導体素子
２のうち、両側の半導体素子２は効率よく冷却される
が、これらの間の中央部の半導体素子は、両側の半導体
素子が発生する熱の影響を受けるので温度上昇が高くな
る。
【００１３】すなわち、中央部の半導体素子は、両側の
半導体素子の熱の影響を受けて温度が両端よりも高くな
った吸熱ブロック１Ｅの中央部の温度の影響を受けるだ
けでなく、熱輸送管４Ｕ，４Ｖの内部を流下した冷媒
も、中央部では熱輸送管４Ｕ，４Ｖの底部の両側と比べ
て高温となるからである。すると、中央部の半導体素子
の温度上昇で、直列に接続された両側の半導体素子の通
電容量も決まるので、この電力変換装置の定格出力が低
下する。
半導体素子の熱の影響を受けて温度が両端よりも高くな
った吸熱ブロック１Ｅの中央部の温度の影響を受けるだ
けでなく、熱輸送管４Ｕ，４Ｖの内部を流下した冷媒
も、中央部では熱輸送管４Ｕ，４Ｖの底部の両側と比べ
て高温となるからである。すると、中央部の半導体素子
の温度上昇で、直列に接続された両側の半導体素子の通
電容量も決まるので、この電力変換装置の定格出力が低
下する。
【００１４】一方、鉄道車両では、ますます高速化する
列車に対応して、高出力化が要請され、車両の床下の限
られた空間に収納されるために外形が制約される。そこ
で、本発明の目的は、定格の低下を防ぐことのできる電
力変換装置を得ることである。
列車に対応して、高出力化が要請され、車両の床下の限
られた空間に収納されるために外形が制約される。そこ
で、本発明の目的は、定格の低下を防ぐことのできる電
力変換装置を得ることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、吸熱ブロックの片面に半導体素子が３列に固定さ
れ、吸熱ブロックの他面側にヒートパイプ式冷却器の一
対の熱輸送管の基端が半導体素子と対置して上下に埋設
された電力変換装置において、上側の熱輸送管を３列の
半導体素子の片側の半導体素子と中間部の半導体素子に
対置させ、下側の熱輸送管を３列の半導体素子の他側の
半導体素子と中間部の半導体素子に対置させたことを特
徴とする。
は、吸熱ブロックの片面に半導体素子が３列に固定さ
れ、吸熱ブロックの他面側にヒートパイプ式冷却器の一
対の熱輸送管の基端が半導体素子と対置して上下に埋設
された電力変換装置において、上側の熱輸送管を３列の
半導体素子の片側の半導体素子と中間部の半導体素子に
対置させ、下側の熱輸送管を３列の半導体素子の他側の
半導体素子と中間部の半導体素子に対置させたことを特
徴とする。
【００１６】請求項２に対応する発明は、片側の半導体
素子と他側の半導体素子をスイッチング半導体素子と
し、中間部の半導体素子をスイッチング半導体素子に接
続されるダイオードとしたことを特徴とする。
素子と他側の半導体素子をスイッチング半導体素子と
し、中間部の半導体素子をスイッチング半導体素子に接
続されるダイオードとしたことを特徴とする。
【００１７】請求項３に対応する発明は、吸熱ブロック
の片面に半導体素子が４列に固定され、吸熱ブロックの
他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送管の基端
が半導体素子と対置して上下に埋設された電力変換装置
において、上側の熱輸送管を４列の半導体素子の片側の
半導体素子とその内側の半導体素子と対置する第１の熱
輸送管と４列の半導体素子の他側の半導体素子とその内
側の半導体素子と対置する第２の熱輸送管で構成したこ
とを特徴とする。
の片面に半導体素子が４列に固定され、吸熱ブロックの
他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送管の基端
が半導体素子と対置して上下に埋設された電力変換装置
において、上側の熱輸送管を４列の半導体素子の片側の
半導体素子とその内側の半導体素子と対置する第１の熱
輸送管と４列の半導体素子の他側の半導体素子とその内
側の半導体素子と対置する第２の熱輸送管で構成したこ
とを特徴とする。
【００１８】請求項４に対応する発明は、吸熱ブロック
の片面に半導体素子が４列に固定され、吸熱ブロックの
他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送管の基端
が半導体素子と対置して上下に埋設された電力変換装置
において、上側の熱輸送管を４列の半導体素子の片側の
半導体素子とその内側の２個の半導体素子と対置させ、
下側の熱輸送管を４列の半導体素子の他側の半導体素子
とその内側の２個の半導体素子と対置させたことを特徴
とする。
の片面に半導体素子が４列に固定され、吸熱ブロックの
他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送管の基端
が半導体素子と対置して上下に埋設された電力変換装置
において、上側の熱輸送管を４列の半導体素子の片側の
半導体素子とその内側の２個の半導体素子と対置させ、
下側の熱輸送管を４列の半導体素子の他側の半導体素子
とその内側の２個の半導体素子と対置させたことを特徴
とする。
【００１９】請求項５に対応する発明は、半導体素子を
スイッチング半導体素子とし、これらのスイッチング半
導体素子の下側の吸熱ブロックに、スイッチング半導体
素子に接続されるダイオードを設けたことを特徴とす
る。
スイッチング半導体素子とし、これらのスイッチング半
導体素子の下側の吸熱ブロックに、スイッチング半導体
素子に接続されるダイオードを設けたことを特徴とす
る。
【００２０】請求項６に対応する発明は、熱輸送管をＵ
字状としたことを特徴とする。請求項７に対応する発明
は、熱輸送管をＬ形とし、吸熱ブロックの後方に突出す
るパイプを中央部で対置させたことを特徴とする。
字状としたことを特徴とする。請求項７に対応する発明
は、熱輸送管をＬ形とし、吸熱ブロックの後方に突出す
るパイプを中央部で対置させたことを特徴とする。
【００２１】このような手段によって、請求項１及び請
求項４に対応する発明では、中間部の半導体素子の後方
に２本の熱輸送管を対置させ、両側の半導体素子の後方
には１本の熱輸送管を対置させて、両側と比べて高温と
なる吸熱ブロックの中間部で冷却される半導体素子の冷
却条件を向上させる。
求項４に対応する発明では、中間部の半導体素子の後方
に２本の熱輸送管を対置させ、両側の半導体素子の後方
には１本の熱輸送管を対置させて、両側と比べて高温と
なる吸熱ブロックの中間部で冷却される半導体素子の冷
却条件を向上させる。
【００２２】請求項２に対応する発明では、両側のスイ
ッチング半導体素子から中間部のダイオードに接続され
る電線の長さを均等且つ短縮する。請求項３に対応する
発明では、外側の半導体素子は一対の熱輸送管の外側の
パイプと対置させ、内側の半導体素子は一対の熱輸送管
の内側のパイプと対置させる。
ッチング半導体素子から中間部のダイオードに接続され
る電線の長さを均等且つ短縮する。請求項３に対応する
発明では、外側の半導体素子は一対の熱輸送管の外側の
パイプと対置させ、内側の半導体素子は一対の熱輸送管
の内側のパイプと対置させる。
【００２３】請求項５に対応する発明では、ダイオード
の温度上昇を抑えて、温度上昇による整流特性の低下を
防ぐ。請求項７に対応する発明では、外側の半導体素子
と比べて冷却条件が劣る中間部の半導体素子の冷却効果
を上げる。
の温度上昇を抑えて、温度上昇による整流特性の低下を
防ぐ。請求項７に対応する発明では、外側の半導体素子
と比べて冷却条件が劣る中間部の半導体素子の冷却効果
を上げる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の電力変換装置の一
実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の
電力変換装置の第１の実施形態を示す図で、従来の技術
で示した図５に対応し、請求項３及び請求項５に対応す
る図である。
実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の
電力変換装置の第１の実施形態を示す図で、従来の技術
で示した図５に対応し、請求項３及び請求項５に対応す
る図である。
【００２５】図１において、従来の技術で示した図５と
特に異なるところは、上端の半導体素子の裏面側の熱輸
送管の曲げ幅を狭くして個数を４個としたことで、他
は、従来の技術で示した図５の冷却ブロックの大きさと
半導体素子の数及び配置と同一である。
特に異なるところは、上端の半導体素子の裏面側の熱輸
送管の曲げ幅を狭くして個数を４個としたことで、他
は、従来の技術で示した図５の冷却ブロックの大きさと
半導体素子の数及び配置と同一である。
【００２６】すなわち、図１で示した冷却ブロック１Ａ
には、上段の半導体素子のうち左側の一対の半導体素子
と右側の一対の半導体素子の裏面側に対して、幅が図５
と比べて約２分の１よりも更に狭い溝が上下２段にあら
かじめ形成されている。
には、上段の半導体素子のうち左側の一対の半導体素子
と右側の一対の半導体素子の裏面側に対して、幅が図５
と比べて約２分の１よりも更に狭い溝が上下２段にあら
かじめ形成されている。
【００２７】これらの各溝には、図１（ａ）に示すよう
に幅の狭いＵ字状に形成された銅管製の熱輸送管４Ａの
底部がそれぞれ挿入され、従来と同様に受熱ブロック１
Ａにろう付されている。なお、下側のダイオード３の裏
面側の溝と熱輸送管４Ｃ，４Ｄは、図５と同一である。
に幅の狭いＵ字状に形成された銅管製の熱輸送管４Ａの
底部がそれぞれ挿入され、従来と同様に受熱ブロック１
Ａにろう付されている。なお、下側のダイオード３の裏
面側の溝と熱輸送管４Ｃ，４Ｄは、図５と同一である。
【００２８】また、これらの熱輸送管４Ａ，４Ｂ，４
Ｃ，４Ｄに圧入された放熱板５Ａは、外形は図５で示し
た放熱板５Ｅと同一であるが、上部に対して、４個の熱
輸送管４Ａに対応して圧入穴が８箇所形成されている。
Ｃ，４Ｄに圧入された放熱板５Ａは、外形は図５で示し
た放熱板５Ｅと同一であるが、上部に対して、４個の熱
輸送管４Ａに対応して圧入穴が８箇所形成されている。
【００２９】このように熱輸送管４Ａ，４Ｂが配置され
た電力変換装置においては、中央部に配置された半導体
素子２は、両側の熱輸送管４Ａ，４Ｂの２本のパイプの
うちの中央側のパイプを流下した冷媒によって冷却され
るので、外側の半導体素子とほぼ同程度の冷却条件で冷
却される。
た電力変換装置においては、中央部に配置された半導体
素子２は、両側の熱輸送管４Ａ，４Ｂの２本のパイプの
うちの中央側のパイプを流下した冷媒によって冷却され
るので、外側の半導体素子とほぼ同程度の冷却条件で冷
却される。
【００３０】したがって、中央部の半導体素子の温度上
昇も両側の半導体素子と同程度に抑えることができるの
で、通電容量の低下を防ぐことができ、電力変換装置の
定格の低下を防ぐことができる。したがって、固定格の
場合には、例えば、熱輸送管４Ａ，４Ｂの長さを短くす
ることによって、この電力変換装置の外形を抑えること
もできる。
昇も両側の半導体素子と同程度に抑えることができるの
で、通電容量の低下を防ぐことができ、電力変換装置の
定格の低下を防ぐことができる。したがって、固定格の
場合には、例えば、熱輸送管４Ａ，４Ｂの長さを短くす
ることによって、この電力変換装置の外形を抑えること
もできる。
【００３１】なお、上記実施の形態においては、上段の
左右の一対の半導体素子の間と熱輸送管４Ａ，４Ｂの中
心を一致させた場合で説明したが、中央側に僅かに寄せ
て中央側の半導体素子の冷却効果を上げてもよい。
左右の一対の半導体素子の間と熱輸送管４Ａ，４Ｂの中
心を一致させた場合で説明したが、中央側に僅かに寄せ
て中央側の半導体素子の冷却効果を上げてもよい。
【００３２】また、上記実施の形態では、Ｕ字状の熱輸
送管４Ａ，４Ｂとしたが、Ｌ字状として吸熱ブロック１
の両側から後方に突き出る熱輸送管を省き、中央部分だ
けとして、中央の半導体素子と両側の半導体素子の温度
上昇値の差を減らしてもよい。
送管４Ａ，４Ｂとしたが、Ｌ字状として吸熱ブロック１
の両側から後方に突き出る熱輸送管を省き、中央部分だ
けとして、中央の半導体素子と両側の半導体素子の温度
上昇値の差を減らしてもよい。
【００３３】さらに、上記実施の形態では、半導体素子
２は１段の場合で説明したが、例えば、２段の場合でも
最下段のダイオード３を４個とする（図３（ｂ）参照）
ことで、同様に合計８本の熱輸送管として実施すること
ができる。
２は１段の場合で説明したが、例えば、２段の場合でも
最下段のダイオード３を４個とする（図３（ｂ）参照）
ことで、同様に合計８本の熱輸送管として実施すること
ができる。
【００３４】図２は、本発明の電力変換装置の第２の実
施の形態を示す図で、図１に対応し、請求項３に対応す
る図である。図２において、図１と特に異なるところ
は、熱輸送管の幅と配置で、半導体素子の数と配置など
は図１と同一である。
施の形態を示す図で、図１に対応し、請求項３に対応す
る図である。図２において、図１と特に異なるところ
は、熱輸送管の幅と配置で、半導体素子の数と配置など
は図１と同一である。
【００３５】すなわち、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に
示した冷却ブロック１Ｂは、図１で示した冷却ブロック
１Ａと外形は同一であるが、図２（ｂ）に示すように上
下に４段の溝が、いわゆる千鳥状にずれて形成され、個
数は４本となっている。
示した冷却ブロック１Ｂは、図１で示した冷却ブロック
１Ａと外形は同一であるが、図２（ｂ）に示すように上
下に４段の溝が、いわゆる千鳥状にずれて形成され、個
数は４本となっている。
【００３６】最上段の溝は、左端が左側の半導体素子の
左端よりも僅かに外側であり、右端は右端の半導体素子
の左側の半導体素子の右端から僅かに外側に突き出てい
る。２段目の溝は、最上段の溝とは逆に、右端が右端の
半導体素子の右端よりも僅かに外側で、左端は左端の半
導体素子の内側の半導体素子の左端から僅かに突き出て
いる。
左端よりも僅かに外側であり、右端は右端の半導体素子
の左側の半導体素子の右端から僅かに外側に突き出てい
る。２段目の溝は、最上段の溝とは逆に、右端が右端の
半導体素子の右端よりも僅かに外側で、左端は左端の半
導体素子の内側の半導体素子の左端から僅かに突き出て
いる。
【００３７】３段目の溝は、最上段の溝と左右方向の位
置が同一であり、４段目の溝は、２段目の溝と左右方向
の位置が同一である。したがって、これらの溝に底部が
挿入される熱輸送管４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈの幅も、こ
れらの溝の長さに対応して、図１で示した熱輸送管４
Ａ，４Ｂと熱輸送管４Ｃ，４Ｄのほぼ中間となってい
る。
置が同一であり、４段目の溝は、２段目の溝と左右方向
の位置が同一である。したがって、これらの溝に底部が
挿入される熱輸送管４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈの幅も、こ
れらの溝の長さに対応して、図１で示した熱輸送管４
Ａ，４Ｂと熱輸送管４Ｃ，４Ｄのほぼ中間となってい
る。
【００３８】なお、後方への突き出し長さは、上段から
下段まで図１と同様である。また、これらの熱輸送管４
Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈに挿入される放熱板５Ｂの幅も、
図１で示した放熱板５Ａと同一で、圧入穴の位置と数だ
けが異なっている。
下段まで図１と同様である。また、これらの熱輸送管４
Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈに挿入される放熱板５Ｂの幅も、
図１で示した放熱板５Ａと同一で、圧入穴の位置と数だ
けが異なっている。
【００３９】このように構成された電力変換装置におい
ては、上段の中間部の半導体素子は、最上段の熱輸送管
４Ｅと２段目の熱輸送管４Ｆの２本の熱輸送管を環流す
る冷媒で冷却されるので、両側の半導体素子とほぼ均一
に冷却することができる。
ては、上段の中間部の半導体素子は、最上段の熱輸送管
４Ｅと２段目の熱輸送管４Ｆの２本の熱輸送管を環流す
る冷媒で冷却されるので、両側の半導体素子とほぼ均一
に冷却することができる。
【００４０】したがって、下側のダイオード３の熱によ
る影響も緩和することができるので、電力変換装置の通
電容量の低下、すなわち、定格の低下を防ぐことができ
る。図３は、本発明の電力変換装置の第３の実施の形態
を示す図で、前述した図１及び図２に対応し、請求項４
に対応する図である。
る影響も緩和することができるので、電力変換装置の通
電容量の低下、すなわち、定格の低下を防ぐことができ
る。図３は、本発明の電力変換装置の第３の実施の形態
を示す図で、前述した図１及び図２に対応し、請求項４
に対応する図である。
【００４１】図３において、特に前述した図２と異なる
ところは、半導体素子２とダイオードの数がそれぞれ２
倍となった場合で、半導体素子２とダイオードとで合計
３段に配置され、それに対応して受熱ブロックと放熱板
の上下方向の高さも高くなっている。
ところは、半導体素子２とダイオードの数がそれぞれ２
倍となった場合で、半導体素子２とダイオードとで合計
３段に配置され、それに対応して受熱ブロックと放熱板
の上下方向の高さも高くなっている。
【００４２】すなわち、半導体素子２は、上下に２段で
合計８個であり、ダイオードは一段で４個となってい
る。これに対応して、熱輸送管と溝の配置は、各段とも
図２の上段の半導体素子２の背面側の配置と同様となっ
ている。
合計８個であり、ダイオードは一段で４個となってい
る。これに対応して、熱輸送管と溝の配置は、各段とも
図２の上段の半導体素子２の背面側の配置と同様となっ
ている。
【００４３】また、吸熱ブロック１Ｃの背面側にろう付
された３段の熱輸送管のうち、上段の熱輸送管４Ｅ，４
Ｆと中段の熱輸送管４Ｇ，４Ｈは、幅と長さとも図２で
示した熱輸送管４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈと同一であり、
下段の熱輸送管４Ｊ，４Ｈは、図３（ｃ）に示すように
順に更に長くなっている。
された３段の熱輸送管のうち、上段の熱輸送管４Ｅ，４
Ｆと中段の熱輸送管４Ｇ，４Ｈは、幅と長さとも図２で
示した熱輸送管４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈと同一であり、
下段の熱輸送管４Ｊ，４Ｈは、図３（ｃ）に示すように
順に更に長くなっている。
【００４４】放熱板５Ｃも、各熱輸送管４Ｅ，４Ｆ，４
Ｇ，４Ｈ，４Ｊ，４Ｋに対応して高さが増え、図２
（ｂ）の正面図に示す受熱ブロック１Ｃとともにほぼ正
方形に近い形状となっている。
Ｇ，４Ｈ，４Ｊ，４Ｋに対応して高さが増え、図２
（ｂ）の正面図に示す受熱ブロック１Ｃとともにほぼ正
方形に近い形状となっている。
【００４５】このように２段４列の半導体素子２と１段
４個のダイオード３が組み込まれた電力変換装置におい
ても、中央部の２個の半導体素子とダイオード３は、こ
れらの後方に上下に対置する２本の熱輸送管によって冷
却されるので、吸熱ブロック１Ｃの外周部と比べて高い
中央部の吸熱ブロック温度の影響を解消することがで
き、各段の半導体素子２とダイオード３の温度上昇の均
一化を図り、容量の低下を防ぐことができる。
４個のダイオード３が組み込まれた電力変換装置におい
ても、中央部の２個の半導体素子とダイオード３は、こ
れらの後方に上下に対置する２本の熱輸送管によって冷
却されるので、吸熱ブロック１Ｃの外周部と比べて高い
中央部の吸熱ブロック温度の影響を解消することがで
き、各段の半導体素子２とダイオード３の温度上昇の均
一化を図り、容量の低下を防ぐことができる。
【００４６】図４は、本発明の電力変換装置の第４の実
施の形態を示す図で、前述した図１〜図３に対応し、請
求項１に対応する図である。図４において、前述した各
実施の形態で示した図１〜図３と特に異なるところは、
半導体素子２とダイオード３が合計で３列４段に配置さ
れた場合を示す。
施の形態を示す図で、前述した図１〜図３に対応し、請
求項１に対応する図である。図４において、前述した各
実施の形態で示した図１〜図３と特に異なるところは、
半導体素子２とダイオード３が合計で３列４段に配置さ
れた場合を示す。
【００４７】この場合には、ダイオードと一対の半導体
素子２との接続線の長さを減らし、各組のインピーダン
スを等しくするためにダイオード３が中央部に配置され
ている。
素子２との接続線の長さを減らし、各組のインピーダン
スを等しくするためにダイオード３が中央部に配置され
ている。
【００４８】この３列の配置に対応して、各段の半導体
素子２およびダイオード３の背面側に形成された熱輸送
管のために形成された吸熱ブロック１Ｄの背面側の溝
も、左端の半導体素子と中央のダイオード３の上部と、
中央のダイオード３と右側の半導体素子２の下部の間に
対称的に形成されている。なお、これらの溝に底部が挿
入された熱輸送管も、図４（ｃ）に示すように、最上段
の熱輸送管４Ｌから最下段の熱輸送管４Ｔまで順に長さ
が長くなっている。
素子２およびダイオード３の背面側に形成された熱輸送
管のために形成された吸熱ブロック１Ｄの背面側の溝
も、左端の半導体素子と中央のダイオード３の上部と、
中央のダイオード３と右側の半導体素子２の下部の間に
対称的に形成されている。なお、これらの溝に底部が挿
入された熱輸送管も、図４（ｃ）に示すように、最上段
の熱輸送管４Ｌから最下段の熱輸送管４Ｔまで順に長さ
が長くなっている。
【００４９】このように半導体素子２およびダイオード
３と熱輸送管４Ｌ〜４Ｔが配置された電力変換装置にお
いても、両側の列の半導体素子２と比べて取付位置の関
係で冷却条件の劣る中央の列のダイオード３に対して、
その後方の上下に重なって配置された熱輸送管によっ
て、冷却条件の差を緩和することができるので、通電容
量の低下を防ぎ、定格の低下を防ぐことのできる電力変
換装置を得ることができる。
３と熱輸送管４Ｌ〜４Ｔが配置された電力変換装置にお
いても、両側の列の半導体素子２と比べて取付位置の関
係で冷却条件の劣る中央の列のダイオード３に対して、
その後方の上下に重なって配置された熱輸送管によっ
て、冷却条件の差を緩和することができるので、通電容
量の低下を防ぎ、定格の低下を防ぐことのできる電力変
換装置を得ることができる。
【００５０】なお、上記実施の形態では、半導体素子２
とダイオード３はそれぞれ上下に４段の例で示したが、
段数の如何にかかわらず、３段でも２段でも更に１段の
場合でも同様に適用することができる。
とダイオード３はそれぞれ上下に４段の例で示したが、
段数の如何にかかわらず、３段でも２段でも更に１段の
場合でも同様に適用することができる。
【００５１】
【発明の効果】請求項１に対応する発明によれば、吸熱
ブロックの片面に半導体素子が３列に固定され、吸熱ブ
ロックの他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送
管の基端が半導体素子と対置して上下に埋設された電力
変換装置において、上側の熱輸送管を３列の半導体素子
の片側の半導体素子と中間部の半導体素子に対置させ、
下側の熱輸送管を３列の半導体素子の他側の半導体素子
と中間部の半導体素子に対置させることで、中間部の半
導体素子の後方に２本の熱輸送管を対置させ、両側の半
導体素子の後方には１本の熱輸送管を対置させて、両側
と比べて高温となる吸熱ブロックの中間部で冷却される
半導体素子の冷却条件を向上させたので、定格の低下を
防ぐことのできる電力変換装置を得ることができる。
ブロックの片面に半導体素子が３列に固定され、吸熱ブ
ロックの他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送
管の基端が半導体素子と対置して上下に埋設された電力
変換装置において、上側の熱輸送管を３列の半導体素子
の片側の半導体素子と中間部の半導体素子に対置させ、
下側の熱輸送管を３列の半導体素子の他側の半導体素子
と中間部の半導体素子に対置させることで、中間部の半
導体素子の後方に２本の熱輸送管を対置させ、両側の半
導体素子の後方には１本の熱輸送管を対置させて、両側
と比べて高温となる吸熱ブロックの中間部で冷却される
半導体素子の冷却条件を向上させたので、定格の低下を
防ぐことのできる電力変換装置を得ることができる。
【００５２】請求項２に対応する発明によれば、片側の
半導体素子と他側の半導体素子をスイッチング半導体素
子とし、中間部の半導体素子をスイッチング半導体素子
に接続されるダイオードとすることで、両側のスイッチ
ング半導体素子から中間部のダイオードに接続される電
線の長さを均等且つ短縮したので、定格の低下を防ぎイ
ンダクタンを減らすことのできる電力変換装置を得るこ
とができる。
半導体素子と他側の半導体素子をスイッチング半導体素
子とし、中間部の半導体素子をスイッチング半導体素子
に接続されるダイオードとすることで、両側のスイッチ
ング半導体素子から中間部のダイオードに接続される電
線の長さを均等且つ短縮したので、定格の低下を防ぎイ
ンダクタンを減らすことのできる電力変換装置を得るこ
とができる。
【００５３】請求項３に対応する発明によれば、吸熱ブ
ロックの片面に半導体素子が４列に固定され、吸熱ブロ
ックの他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送管
の基端が半導体素子と対置して上下に埋設された電力変
換装置において、上側の熱輸送管を４列の半導体素子の
片側の半導体素子とその内側の半導体素子と対置する第
１の熱輸送管と４列の半導体素子の他側の半導体素子と
その内側の半導体素子と対置する第２の熱輸送管で構成
することで、外側の半導体素子は一対の熱輸送管の外側
のパイプと対置させ、内側の半導体素子は一対の熱輸送
管の内側のパイプと対置させたので、定格の低下を防ぐ
ことのできる電力変換装置を得ることができる。
ロックの片面に半導体素子が４列に固定され、吸熱ブロ
ックの他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送管
の基端が半導体素子と対置して上下に埋設された電力変
換装置において、上側の熱輸送管を４列の半導体素子の
片側の半導体素子とその内側の半導体素子と対置する第
１の熱輸送管と４列の半導体素子の他側の半導体素子と
その内側の半導体素子と対置する第２の熱輸送管で構成
することで、外側の半導体素子は一対の熱輸送管の外側
のパイプと対置させ、内側の半導体素子は一対の熱輸送
管の内側のパイプと対置させたので、定格の低下を防ぐ
ことのできる電力変換装置を得ることができる。
【００５４】請求項４に対応する発明によれば、吸熱ブ
ロックの片面に半導体素子が４列に固定され、吸熱ブロ
ックの他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送管
の基端が半導体素子と対置して上下に埋設された電力変
換装置において、上側の熱輸送管を４列の半導体素子の
片側の半導体素子とその内側の２個の半導体素子と対置
させ、下側の熱輸送管を４列の半導体素子の他側の半導
体素子とその内側の２個の半導体素子と対置させること
で、中間部の半導体素子の後方に２本の熱輸送管を対置
させ、両側の半導体素子の後方には１本の熱輸送管を対
置させて、両側と比べて高温となる吸熱ブロックの中間
部で冷却される半導体素子の冷却条件を向上させたの
で、定格の低下を防ぐことのできる電力変換装置を得る
ことができる。
ロックの片面に半導体素子が４列に固定され、吸熱ブロ
ックの他面側にヒートパイプ式冷却器の一対の熱輸送管
の基端が半導体素子と対置して上下に埋設された電力変
換装置において、上側の熱輸送管を４列の半導体素子の
片側の半導体素子とその内側の２個の半導体素子と対置
させ、下側の熱輸送管を４列の半導体素子の他側の半導
体素子とその内側の２個の半導体素子と対置させること
で、中間部の半導体素子の後方に２本の熱輸送管を対置
させ、両側の半導体素子の後方には１本の熱輸送管を対
置させて、両側と比べて高温となる吸熱ブロックの中間
部で冷却される半導体素子の冷却条件を向上させたの
で、定格の低下を防ぐことのできる電力変換装置を得る
ことができる。
【００５５】請求項５に対応する発明によれば、半導体
素子をスイッチング半導体素子とし、これらのスイッチ
ング半導体素子の下側の吸熱ブロックに、スイッチング
半導体素子に接続されるダイオードを設けることで、ダ
イオードの温度上昇による整流特性の低下を防いだの
で、定格の低下を防ぐことのできる電力変換装置を得る
ことができる。
素子をスイッチング半導体素子とし、これらのスイッチ
ング半導体素子の下側の吸熱ブロックに、スイッチング
半導体素子に接続されるダイオードを設けることで、ダ
イオードの温度上昇による整流特性の低下を防いだの
で、定格の低下を防ぐことのできる電力変換装置を得る
ことができる。
【００５６】請求項７に対応する発明によれば、熱輸送
管をＬ形とし、吸熱ブロックの後方に突出するパイプを
中央部で対置させることで、外側の半導体素子と比べて
冷却条件が劣る中間部の半導体素子の冷却効果を上げた
ので、定格の低下を防ぐことのできる電力変換装置を得
ることができる。
管をＬ形とし、吸熱ブロックの後方に突出するパイプを
中央部で対置させることで、外側の半導体素子と比べて
冷却条件が劣る中間部の半導体素子の冷却効果を上げた
ので、定格の低下を防ぐことのできる電力変換装置を得
ることができる。
【図１】本発明の電力変換装置の第１の実施の形態を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図。
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図。
【図２】本発明の電力変換装置の第２の実施の形態を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図。
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図。
【図３】本発明の電力変換装置の第３の実施の形態を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図。
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図。
【図４】本発明の電力変換装置の第４の実施の形態を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図。
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右
側面図。
【図５】従来の電力変換装置の実施形態を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図。
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…吸熱ブロック、２…半
導体素子、３…ダイオード、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，
４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈ，４Ｊ，４Ｋ，４Ｌ，４Ｍ，４
Ｎ，４Ｐ，４Ｑ，４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ…熱輸送管、５Ａ，
５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ…放熱板、６…仕切板。
導体素子、３…ダイオード、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，
４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈ，４Ｊ，４Ｋ，４Ｌ，４Ｍ，４
Ｎ，４Ｐ，４Ｑ，４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ…熱輸送管、５Ａ，
５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ…放熱板、６…仕切板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 隆 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5H006 BB05 CA01 CA05 CA07 CB01 CC02 HA04 5H007 BB06 CA01 CA03 CB05 CC03 HA03 HA06 5H740 BA01 BA11 BB05 BB07 BB08 BB10 MM08 PP06
Claims (7)
- 【請求項１】 吸熱ブロックの片面に半導体素子が３列
に固定され、前記吸熱ブロックの他面側にヒートパイプ
式冷却器の一対の熱輸送管の基端が前記半導体素子と対
置して上下に埋設された電力変換装置において、前記上
側の熱輸送管を前記３列の半導体素子の片側の半導体素
子と中間部の半導体素子に対置させ、前記下側の熱輸送
管を前記３列の半導体素子の他側の半導体素子と中間部
の半導体素子に対置させたことを特徴とする電力変換装
置。 - 【請求項２】 前記片側の半導体素子と他側の半導体素
子をスイッチング半導体素子とし、前記中間部の半導体
素子を前記スイッチング半導体素子に接続されるダイオ
ードとしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装
置。 - 【請求項３】 吸熱ブロックの片面に半導体素子が４列
に固定され、前記吸熱ブロックの他面側にヒートパイプ
式冷却器の一対の熱輸送管の基端が前記半導体素子と対
置して上下に埋設された電力変換装置において、前記上
側の熱輸送管を前記４列の半導体素子の片側の半導体素
子とその内側の半導体素子と対置する第１の熱輸送管と
前記４列の半導体素子の他側の半導体素子とその内側の
半導体素子と対置する第２の熱輸送管で構成したことを
特徴とする電力変換装置。 - 【請求項４】 吸熱ブロックの片面に半導体素子が４列
に固定され、前記吸熱ブロックの他面側にヒートパイプ
式冷却器の一対の熱輸送管の基端が前記半導体素子と対
置して上下に埋設された電力変換装置において、前記上
側の熱輸送管を前記４列の半導体素子の片側の半導体素
子とその内側の２個の半導体素子と対置させ、前記下側
の熱輸送管を前記４列の半導体素子の他側の半導体素子
とその内側の２個の半導体素子と対置させたことを特徴
とする電力変換装置。 - 【請求項５】 前記半導体素子をスイッチング半導体素
子とし、これらのスイッチング半導体素子の下側の前記
吸熱ブロックに、前記スイッチング半導体素子に接続さ
れるダイオードを設けたことを特徴とする請求項３又は
請求項４記載の電力変換装置。 - 【請求項６】 前記熱輸送管をＵ字状としたことを特徴
とする請求項１ないし請求項５記載の電力変換装置。 - 【請求項７】 前記熱輸送管をＬ形とし、前記吸熱ブロ
ックの後方に突出するパイプを中央部で対置させたこと
を特徴とする請求項１ないし請求項５記載の電力変換装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061393A JP2001251859A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061393A JP2001251859A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001251859A true JP2001251859A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=18581536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000061393A Pending JP2001251859A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001251859A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007104784A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Toshiba Corp | 車両用電力変換装置 |
| JP2011050166A (ja) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
| JP2011233562A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Hitachi Ltd | 電力変換装置および鉄道車両 |
| CN102569222A (zh) * | 2010-12-27 | 2012-07-11 | 株式会社日立制作所 | 冷却装置及具备该冷却装置的电力转换装置 |
| JP2012160669A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 電子部品冷却装置 |
| JP2013505416A (ja) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | クンストワドル ハンス | 発熱源用冷却装置 |
| JP2014031912A (ja) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Ntec Co Ltd | 放熱器 |
| GB2523625A (en) * | 2014-02-20 | 2015-09-02 | Hitachi Ltd | Power conversion device and railway vehicle equipped with the same |
| CN106231879A (zh) * | 2016-09-14 | 2016-12-14 | 绵阳富邦电控设备有限公司 | 一种易于散热的高频充电模块 |
-
2000
- 2000-03-07 JP JP2000061393A patent/JP2001251859A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2012138439A (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Hitachi Ltd | 冷却装置およびそれを備えた電力変換装置 |
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| GB2523625B (en) * | 2014-02-20 | 2016-06-08 | Hitachi Ltd | Power conversion device and railway vehicle equipped with the same |
| CN106231879A (zh) * | 2016-09-14 | 2016-12-14 | 绵阳富邦电控设备有限公司 | 一种易于散热的高频充电模块 |
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