JP2003033002A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことがで
き、しかも冷却気体に対面する部分の面積を増加させる
ことなく半導体素子の数を増加させることが可能な電力
変換装置を提供する。 【解決手段】 複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載
して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する
受熱板とを有するヒートシンク３ａ〜３ｆが複数個配置
され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニ
ットフレーム２ａ，２ｄを有する冷却ユニット１ａ，１
ｄを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数の
ヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却
気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対
して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入され
た冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フ
ィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユ
ニットの出口から導出されるように構成した。

Description

【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
し、特に、半導体素子より発生する熱を冷却する冷却機
構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、鉄道車両床下には、鉄道車両の
駆動用あるいは補助電源用の電力を供給するための電力
変換装置が取り付けられている。このような電力変換装
置では、電力変換装置を構成する半導体素子から発生す
る熱を強制的に大気へ放散するようにしている。すなわ
ち、半導体素子より発生する熱を、受熱板を介してに設
けられた放熱フィンに伝達し、電動送風機により風路に
強制的に空気を流して、放熱フィンから熱を大気へ放散
するようにしている。

【０００３】図３１は、例えば特開２００１−２５２５
４号公報に記載された従来の電力変換装置の概略断面図
である。電力変換装置１０１内に設けられた風洞１０２
内には、複数個の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０
４ｃが直列に配置され、これら複数個の放熱フィン１０
４ａ、１０４ｂ、１０４ｃはそれぞれの受熱板１０５
ａ、１０５ｂ、１０５ｃに取り付けられてヒートシンク
を構成している。これらの受熱板１０５ａ、１０５ｂ、
１０５ｃは、風洞１０２の壁の一部分となるよう取り付
けられ、風洞１０２の内外を仕切っている。一方、受熱
板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの放熱フィン１０４
ａ、１０４ｂ、１０４ｃが取り付けられた反対面には複
数個の半導体素子１０６が取り付けられる。図３１で
は、１個の受熱板１０５に電力変換装置１０１の３相分
のうちの１相分の半導体素子１０６が取り付けられてい
る。

【０００４】また、風洞１０２の断面形状は、風の通路
の大きさが風上側から風下側にいくにつれて絞られて形
成されている。すなわち、図３１の下部の風上側では、
電動送風機１０３により取り込まれる冷却風が、１個目
の放熱フィン１０４ａおよび２個目の放熱フィン１０４
ｂ以外にも流れるように放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ
の大きさよりも大きく形成されている。そして、放熱フ
ィン１０４ａ、１０４ｂより大きく形成された電力変換
装置１０１の風入口部には、ほぼ１個目の放熱フィン１
０４ａを覆う範囲に案内板１０８を設けて風洞１０２を
仕切った構成としている。

【０００５】このように、風洞１０２を風の通路が風上
側から風下側にいくにつれて絞って形成しているので、
風上側の１個目の放熱フィン１０４ａで暖められた空気
は２個目の放熱フィン４ｂに直接流入するが、案内板１
０８で仕切られて１個目の放熱フィン１０４ａをバイパ
スした空気の一部が２個目の放熱フィン１０４ｂの側面
から流入する。また、３個目の放熱フィン１０４ｃにつ
いても、１個目および２個目の放熱フィン１０４ａ、１
０４ｂで暖められた空気が流入するが、案内板１０８で
仕切られて１個目の放熱フィン１０４ａをバイパスした
空気の一部が流入する。従って、風洞１０２内に放熱フ
ィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを直列に配置して
も、ほぼ均等に冷却できる。これにより、冷却風の温度
の違いによる風上側の放熱フィン１０４ａと風下側の放
熱フィン１０４ｃとの放熱量を均等にできるので、電力
変換装置１００の各相の半導体素子１０６の温度上昇値
の差は低減される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の電力変換装置では、例えば２個目の放熱フ
ィン１０４ｂには、１個目の放熱フィン１０４ａをバイ
パスした空気の一部が流入するが、１個目の放熱フィン
１０４ａで暖められた空気も直接流入する。また、３個
目の放熱フィン１０４ｃには、１個目および２個目の放
熱フィン１０４ａ、１０４ｂをバイパスした空気が流入
するが、１個目および２個目の放熱フィン１０４ａ、１
０４ｂで暖められた空気も直接流入する。

【０００７】このように、下流側の放熱フィンには、上
流側で暖められた空気に加えて上流側の放熱フィンをバ
イパスした空気が一部流入するので、上流側で暖められ
た空気のみが流入する場合に比べると、下流側の放熱フ
ィンすなわちヒートシンクの冷却性能を向上させること
ができるが、下流側の放熱フィンには上流側の放熱フィ
ンをバイパスした空気のみが流れるわけではないので、
下流側のヒートシンクでは上流側のヒートシンクの熱干
渉は避けられないという問題点があった。

【０００８】なお、冷却用の空気が各ヒートシンクに分
岐して流れるように、各ヒートシンクを冷却用の空気の
流れに対して並列に配置することも考えられるが、半導
体素子数の増加に伴い冷却用の空気に面する部分の面積
が大きくなってしまい、設置可能な場所が限られるなど
の不都合が生じるという問題点がある。

【０００９】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を解決するためになされたものであり、他のヒートシ
ンクの熱干渉を防ぐことができ、しかも冷却気体に対面
する部分の面積を増加させることなく半導体素子の数を
増加させることが可能な電力変換装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の電力
変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載し
て半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達す
る受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上
記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニット
フレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、
上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、
Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と
交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列
に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷
却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フ
ィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユ
ニットの出口から導出されるように構成したものであ
る。

【００１１】また、本発明に係る第２の電力変換装置
は、複数の冷却ユニットを、冷却気体が上記各冷却ユニ
ットに分岐して流れるように冷却気体の流れに対して並
列に配置したものである。

【００１２】また、本発明に係る第３の電力変換装置
は、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィ
ンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流
れに沿って複数に仕切る仕切板を備えたものである。

【００１３】また、本発明に係る第４の電力変換装置
は、仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンクの端部に配
置したものである。

【００１４】また、本発明に係る第５の電力変換装置
は、仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンクの中央部に
配置したものである。

【００１５】また、本発明に係る第６の電力変換装置
は、冷却ユニットの入口と放熱フィン間の仕切板におけ
る放熱フィン側の位置と、冷却ユニットの出口と放熱フ
ィン間の仕切板における放熱フィン側の位置とは、一方
の位置がヒートシンクの端部であり、他方の位置がヒー
トシンクの中央部となるようにしたものである。

【００１６】また、本発明に係る第７の電力変換装置
は、仕切板の一部がユニットフレームの少なくとも一部
を兼用しているものである。

【００１７】また、本発明に係る第８の電力変換装置
は、冷却ユニットの入口から放熱フィン間に配置された
仕切板または上記放熱フィンの入口に突出物を設けたも
のである。

【００１８】また、本発明に係る第９の電力変換装置
は、放熱フィンの入口または出口に、風路への放熱フィ
ンの開口率を調節する手段を設けたものである。

【００１９】また、本発明に係る第１０の電力変換装置
は、放熱フィンの入口部に冷却ユニットの入口に向かっ
て配置され、または放熱フィンの出口部に冷却ユニット
の出口に向かって配置され、冷却気体を誘導する誘導体
を備えたものである。

【００２０】また、本発明に係る第１１の電力変換装置
は、放熱フィンは板状であり、誘導体は、放熱フィンの
入口側の部分を冷却ユニットの入口に向かって曲げたも
の、または放熱フィンの出口側の部分を冷却ユニットの
出口に向かって曲げたものである。

【００２１】また、本発明に係る第１２の電力変換装置
は、ヒートシンクの入口側の放熱フィンが、冷却ユニッ
トの入口から遠い程突出して階段状に形成されているも
のである。

【００２２】また、本発明に係る第１３の電力変換装置
は、放熱フィンは板状で、受熱板と交差する方向に複数
段配置されており、上記各段の放熱フィンを流れる冷却
気体はそれぞれ異なる方向に流れるように放熱フィンが
配置されているものである。

【００２３】また、本発明に係る第１４の電力変換装置
は、ヒートシンクには、複数の半導体素子が冷却気体の
流れに対して並列に搭載されているものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１〜図６は本発
明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための
図であり、より具体的には、図１は要部の構成を示す平
面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線断面図、（ｂ）は
図１のＢ−Ｂ’線断面図、図３は冷却気体の流れる様子
を示す説明図、図４は図１の電力変換装置に電気配線を
施した様子を示す平面図、図５は本発明の実施の形態１
による電力変換装置の別の構成を示す平面図、図６
（ａ）は図５を矢印Ａ方向から見た正面図、（ｂ）は図
５を矢印Ｂ方向から見た側面図である。なお、図１では
内部が分かりやすいように、ユニットフレーム蓋２１を
取り外して示している。また、図６（ａ）では分かりや
すいように、手前側の枠体６１を取り外して示してい
る。

【００２５】図１および図２において、１ａ、１ｄ（以
下、１で代表する場合もある。）は冷却ユニット、２
ａ、２ｄ（以下、２で代表する場合もある。）はユニッ
トフレーム側壁、２１はユニットフレーム蓋、２２はユ
ニットフレーム底板、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｆ
（以下、３で代表する場合もある。）はヒートシンク、
３１は受熱板、３２は放熱フィン、４ａ、４ｂ、４ｃ、
４ｄ、４ｆ（以下、４で代表する場合もある。）は半導
体素子である。

【００２６】ヒートシンク３は、複数の放熱フィン３２
と、半導体素子４を搭載して半導体素子４より発生する
熱を放熱フィン３２に伝達する受熱板３１とを有する。
冷却ユニット１は、ユニットフレーム側壁２、ユニット
フレーム蓋３１およびユニットフレーム底板３２を備え
て、放熱フィン３２へ例えば空気などの冷却気体を給排
する略クランク状（Ｓ字状）の風路を形成しており、ヒ
ートシンク３は、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却
気体の方向と交差する方向に沿って、冷却気体の流れに
対して並列に配置されている。また、本実施の形態で
は、放熱フィン３２は板状であり、複数の板状放熱フィ
ン３２が、ヒートシンク３の並んでいる方向と直交する
方向に冷却気体が流れるように並んで配置されている。
これは後出の各実施の形態においても特に断らない限り
同様である。また、本実施の形態では、上記のように構
成された複数の冷却ユニット１ａ、１ｄ（図１では代表
して２個記載している。）を備えており、冷却気体が各
冷却ユニット１ａ、１ｄに分岐して流れるように、冷却
気体の流れに対して並列に配置されている。更に、冷却
ユニット１内の各ヒートシンク２に冷却気体を強制的に
流すファン（図示せず）を備えている。

【００２７】次に、図３を用いて冷却気体の流れについ
て説明する。図３に示すように、冷却気体である外部の
空気が冷却ユニット１ａと１ｄに分岐して流れる。各冷
却ユニット１ａと１ｄに流入した空気の流れを、例え
ば、冷却ユニット１ａを例に説明すると、冷却ユニット
１ａの入口から導入された空気がその向きを変えて各ヒ
ートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの放熱フィンに分岐して流
れた後、また向きを変えて冷却ユニット１ａの出口から
導出される。なお、冷却ユニット１ｂの場合も同様に流
れる。

【００２８】このように、本実施の形態によれば、冷却
気体が各冷却ユニット１ａと１ｄに分岐して流れるの
で、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐことができ、冷却
ユニット１ａと１ｄとの冷却能力を等しくすることが可
能となる。また、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ、ヒー
トシンク３ｄと３ｅと３ｆに流れる空気も、他のヒート
シンクを通過せずに流れるので、他のヒートシンクの熱
干渉を防ぐことができる。さらに、風路はＳ字状であ
り、複数のヒートシンク３ａと３ｂと３ｃまたは３ｄと
３ｅと３ｆは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる空気の
方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並
列に配置されているので、ヒートシンクの数すなわち半
導体素子の数を増加させる場合は、上記方向に沿って並
べるヒートシンクの数を増やすことにより対応でき、冷
却ユニット１ａと１ｄの入口へ供給される冷却気体の流
れに対面する冷却ユニット部分の面積を増加させること
なくヒートシンクの数すなわち半導体素子の数を増加さ
せることが可能となる。

【００２９】また、図４に示すように、電気配線５ａに
よって、半導体素子４ａと４ｂと４ｃ、半導体素子４ｄ
と４ｅと４ｆがそれぞれ電気的に並列接続され、更に半
導体素子４ａ、４ｂ、４ｃと半導体素子４ｄ、４ｅ、４
ｆとが電気的に直列接続される電力変換装置において、
電気配線５ａの接続を非常に容易にできる。

【００３０】なお、上記では、２個の冷却ユニット１
ａ、１ｄを１段のみ配置した場合について示したが、図
５および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、複数段に積
層してもよい。図５および図６において、１ｇ、１ｊ、
１ｍ、１ｐは冷却ユニット、２ｇ、２ｍはユニットフレ
ーム側壁、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｍ、４ｎ、４
ｏ、４ｐは半導体素子、５ｇ、５ｍは電気配線、６１は
枠体、６２は棒状の棚である。なお、図５および図６で
は棚６２が棒状である場合について示したが、棚６２を
板状とし、さらに最下段の冷却ユニット１ｍ、１ｐにも
板状の棚６２を設け、板状の棚６２で冷却ユニット１
ａ、1ｄ、1ｇ、1ｊ、1ｍ、1ｐの底板２２と兼ねてもよ
い。

【００３１】このように複数段に積層して構成された電
力変換装置においても、外部の空気が各冷却ユニット１
ａ、１ｄ、１ｇ、１ｊ、１ｍ、１ｐに分岐して流れるの
で、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐことができ、上記
１段の場合と同様の効果が得られる。

【００３２】実施の形態２．図７〜図１０は本発明の実
施の形態２による電力変換装置を説明するための図であ
り、より具体的には、図７は冷却ユニットの構成を示す
平面図、図８は冷却気体の流れを説明する図、図９は仕
切板の効果を説明する図、図１０は冷却ユニットの別の
構成を示す平面図である。図７、図８および図１０にお
いて、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（以下、１０で代表する
場合もある。）は冷却ユニット１ａの入口から放熱フィ
ン３２までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切
る仕切板、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ（以下、１０で代表
する場合もある。）は放熱フィン３２から冷却ユニット
１ａの出口までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に
仕切る仕切板である。

【００３３】本実施の形態では、図７に示したように、
冷却ユニット１ａ内のヒートシンク３ａと３ｂの境界
と、ヒートシンク３ｂと３ｃの境界と、ヒートシンク３
ｃとユニットフレーム２ａの境界（以下、これらの境界
を単にヒートシンクの境界またはヒートシンクの端部と
呼ぶこともある。）から、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、
３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積を３等分
する位置間にそれぞれ仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃを
設け、ヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界
と、ヒートシンク３ａと３ｂの境界と、ヒートシンク３
ｂと３ｃの境界から、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ
に通じる冷却ユニット１ａの出口の断面積を３等分する
位置間にそれぞれ仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを設け
ている。各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１
０ｅ、１０ｆで仕切られた各風路はＳ字状となってい
る。

【００３４】このように構成されたものにおいては、上
記実施の形態１の効果に加えて、以下のような効果が得
られる。すなわち、各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃと
１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの放熱フィン３２側を、それぞ
れヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの境界（端部）に配置
することにより、図８に示すように、各ヒートシンク３
ａ、３ｂ、３ｃに流れる空気が冷却ユニット１ａの入口
から出口まで各仕切板１０により分岐され、冷却ユニッ
ト１ａの入口および出口側における仕切板１０の位置を
調整することにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ
に流れる冷却気体の風量を調整することが可能になる。
またさらに、冷却ユニット１ａの入口側および出口側に
おける各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０
ｅ、１０ｆの位置を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ
に通じる冷却ユニット１ａの入口および出口の断面積を
それぞれ３等分する位置とする（すなわち仕切板１０に
より仕切られた複数の風路において冷却ユニット１ａの
それぞれの出入口の断面積を同じにする）ことにより、
各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風
量を等しくすることができる。

【００３５】図９に仕切板１０を取付けた場合と取付け
ない場合の各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷
却気体（空気）の風量割合を示す。仕切板１０を取付け
ると各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体
の風量が均一化されることがわかる。このため、各ヒー
トシンク３ａ、３ｂ、３ｃ上に搭載される各半導体素子
４ａ、４ｂ、４ｃの冷却効率も等しくできるので、各半
導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの発熱による温度上昇も等し
くでき、例えば半導体素子４ａと４ｂと４ｃが電気的に
並列接続されている場合、半導体素子４ａと４ｂと４ｃ
間の分流も均一化できる。

【００３６】なお、上記では、各仕切板１０は平板状で
ある場合について示したが、図１０に示すように湾曲状
の仕切板１０を設けてもよく、この場合には、平板状の
仕切板１０に比べて、圧損を小さくできるので、各ヒー
トシンク３ａ、３ｂ、３ｃの放熱フィン３２に流れる冷
却気体の流速が増加し、冷却性が高まる。

【００３７】なお、図７、図８および図１０では、１個
の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１
の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各
冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数
段に配置してもよいのは言うまでもない。

【００３８】また、図７において、ヒートシンク３ｃと
ユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの入
口端部間に配置された仕切板１０ｃ、およびヒートシン
ク３ａとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット
１ａの出口端部間に配置された仕切板１０ｄは省略する
ことも可能である。

【００３９】なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口
から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２
から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板
１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風
路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全
く設けない場合に比べて、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、
３ｃに流れる冷却気体の風量の均一化を図ることができ
るという効果が得られる。

【００４０】実施の形態３．図１１および図１２は本発
明の実施の形態３による電力変換装置を説明するための
図であり、より具体的には、図１１は冷却ユニットの構
成を示す平面図、図１２（ａ）は図１１の冷却ユニット
を２個並べて配置した本実施の形態による電力変換装置
を示す平面図、（ｂ）は図７の冷却ユニットを２個並べ
て配置した実施の形態２による電力変換装置を示す平面
図である。本実施の形態では、図７におけるユニットフ
レーム側壁２ａを省略し、図１１に示すように、仕切板
１０ｃ、１０ｄをユニットフレームの一部とした。この
ような構造にすると、上記実施の形態２の効果に加え
て、部品点数を削減することができるという効果が得ら
れる。

【００４１】また、図１２（ａ）に示すように、複数の
冷却ユニット１ａ、１ｄを、冷却気体が各冷却ユニット
１ａ、１ｄに分岐して流れるように冷却気体の流れに対
して並列に配置すると、隣接する冷却ユニット１ａと１
ｄで仕切板１０ｄと１０ｉを共通化できるため、仕切板
１０の数を減らすことができる。さらに、図１２（ｂ）
に比べて、並列方向の長さを縮小（２個の場合Ｌだけ縮
小）することができ、更に冷却ユニットの数が多くなれ
ばなる程、電力変換装置の小型化を図ることができる。
なお、図１２において、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ（以
下、１０で代表する場合もある。）は冷却ユニット１ｄ
の入口から放熱フィン３２までの風路を冷却気体の流れ
に沿って複数に仕切る仕切板、１０ｊ、１０ｋ、１０ｌ
（以下、１０で代表する場合もある。）は放熱フィン３
２から冷却ユニット１ａの出口までの風路を冷却気体の
流れに沿って複数に仕切る仕切板である。

【００４２】なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口
から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２
から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板
１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風
路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全
く設けない場合に比べて、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、
３ｃに流れる冷却気体の風量の均一化を図ることができ
るという効果が得られる。例えば、図１２（ａ）におい
て、仕切板１０を冷却ユニット１ａの入口から放熱フィ
ン３２までの風路のみに設ける場合には、仕切板１０ｆ
と１０ｅおよび仕切板１０ｋと１０ｌを省くことにより
対応できる。

【００４３】実施の形態４．図１３および図１４は本発
明の実施の形態４による電力変換装置を説明するための
図であり、より具体的には、図１３は冷却ユニットの構
成を示す平面図、図１４は冷却ユニットの別の構成を示
す平面図である。図１３および図１４において、２０
ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ（以下、
２０で代表する場合もある。）は突出物であり、本実施
の形態では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン間
に配置された仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃに設けられ
ている。突出物２０は、例えばユニットフレーム蓋から
ユニットフレーム底板までに亘って畝状に形成されてお
り、冷却ユニット１ａの入口から流入し、仕切板１０
ａ、１０ｂ、１０ｃにより仕切られた各風路を流れる冷
却気体は、突出物２０によりその流線が変化する。した
がって、突出物２０の位置や形状などを調整することに
より各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整するこ
とが可能になる。また、図１４において、４ｓ、４ｔ、
４ｕは半導体素子である。

【００４４】図１３においては、冷却気体の流線が各突
出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃに当たってそれぞれ変化
し、冷却気体が各半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部
付近に対応する放熱フィンに主に流れるような位置に、
突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃをそれぞれ設けた。この
ように突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃを設けると、冷却
ユニット１ａの入口から流入した冷却気体の流線が突出
物２０ａ、２０ｂ、２０ｃによって半導体素子４ａ、４
ｂ、４ｃの中央部付近に対応する放熱フィンの方向に変
わり、その部分の風量が増加する。このため、最も発熱
量の大きい半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部の冷却
性が高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇を
効果的に抑制できる。

【００４５】また、図１４に示すように、ヒートシンク
３ａに半導体素子４ａと４ｓ、ヒートシンク３ｂに半導
体素子４ｂと４ｔ、ヒートシンク３ｃに半導体素子４ｃ
と４ｕというように、１つのヒートシンク３に複数個の
半導体素子４が搭載されている場合でも、各半導体素子
４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部付近に対
応する放熱フィンの方向に空気の流線が変化するように
それぞれ突出物２０ａと２０ｄ、２０ｂと２０ｅ、２０
ｃと２０ｆを設けることによって、各半導体素子４ａ、
４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部付近に対応する
放熱フィン部の風量が増加する。このため、最も発熱量
の大きい半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４
ｕの中央部の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｓ、
４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの温度上昇を効果的に抑制でき
る。

【００４６】また、図３１で示した従来の電力変換装置
では、各受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには２個
の半導体素子１０６が冷却気体の流れ方向に沿って（す
なわち冷却気体の流れに対して直列に）配置されていた
ので、下流側の半導体素子１０６は上流側の半導体素子
１０６の熱干渉を受けることになる。これに対して、図
１４においては、各受熱板すなわちヒートシンク３ａ、
３ｂ、３ｃには、それらヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ
の配置方向に沿って（すなわち冷却気体の流れに対して
並列に）複数の半導体素子４ａと４ｓ、４ｂと４ｔ、４
ｃと４ｕがそれぞれ搭載されている。このように構成さ
れたものにおいては、冷却気体が各半導体素子に対応し
た放熱フィンに分岐して流れるので、他の半導体素子の
熱干渉を防ぐことができる。

【００４７】また、例えば図１３において、１個のヒー
トシンク３に搭載する半導体素子４の数が増加した場合
に、従来のように冷却気体の流れに対して直列に配置し
た場合には、冷却ユニット１ａの入口へ供給される冷却
気体の流れに面するヒートシンク３部分の面積が増加し
てしまうが、図１４に示したように、冷却気体の流れに
対して並列に配置した場合には、ヒートシンク３の配置
方向に沿ったヒートシンク３部分の面積が増加し、冷却
ユニット１ａの入口へ供給される冷却気体の流れに面す
るヒートシンク３部分の面積は変わらない。したがっ
て、半導体素子４の数が増加しても、冷却ユニット１の
入口へ供給される冷却気体の流れに面する冷却ユニット
１部分の面積を増加させることなく半導体素子４の数を
増加させることが可能となる。

【００４８】実施の形態５．図１５および図１６は本発
明の実施の形態５による電力変換装置を説明するための
図であり、より具体的には、図１５は冷却ユニットの構
成を示す平面図、図１６は冷却ユニットの別の構成を示
す平面図である。上記実施の形態４では、突出物２０
ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆは冷却ユ
ニット１ａの入口から放熱フィン間に配置された仕切板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃに設けられていたが、本実施の
形態では、放熱フィン（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３
ｃ）の入口に設けられている。本実施の形態のように、
各半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中
央部付近に対応する放熱フィンの方向に空気の流線が変
化するように、放熱フィンの入口に突出物２０ａ、２０
ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆを設けても実施の
形態４の場合と同様な効果が得られる。

【００４９】なお、上記実施の形態４および５では、冷
却ユニット１の入口から放熱フィンまでの風路、および
放熱フィンから冷却ユニット１の出口までの風路の両方
に仕切板１０を設けた場合について示したが、冷却ユニ
ット１の入口から放熱フィンまでの風路のみに設けても
よく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に
比べて、各ヒートシンク３に流れる冷却気体の風量の調
節が可能となり、しかも、突出物２０の位置や形状など
を調整することにより、各放熱フィンに流れる冷却気体
の風量を調整することが可能になるという効果が得られ
る。

【００５０】実施の形態６．図１７は本発明の実施の形
態６による電力変換装置を説明するための図であり、よ
り具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図であ
る。図１７において、１０ｍ、１０ｎは仕切板である。
上記実施の形態２〜５では何れも、仕切板１０のヒート
シンク３側を、ヒートシンク３の境界（端部）に配置し
た場合について示したが、本実施の形態では、各仕切板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのヒ
ートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を、各ヒートシンク３
ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の端部ではなく中央部に
配置した。

【００５１】複数の仕切板１０により分離された各風路
を流れる冷却気体は、外側の仕切板（すなわち、例え
ば、仕切板１０ａと１０ｂで挟まれた風路では仕切板１
０ｂ側）に近い程、流速が速い。このため、上記のよう
に仕切板１０を配置することによって、最も発熱量の大
きい半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放
熱フィンを流れる冷却気体の流速が速まるため、この部
分の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温
度上昇を効果的に抑制できる。なお、詳細に述べれば、
半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放熱フ
ィンを流れる冷却気体の流速を速めるためには、冷却ユ
ニット１ａの入口側の仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃは
各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の中点
よりも多少冷却ユニット１ａの入口側と反対の方向にず
らせた位置に配置するのが望ましく、冷却ユニット１ａ
の出口側の仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆは各ヒートシ
ンク３ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の中点よりも多少
冷却ユニット１ａの出口側と反対の方向にずらせた位置
に配置するのが望ましい。

【００５２】なお、図１７では、１つのヒートシンク３
に１個の半導体素子４が搭載されている場合について示
したが、複数個の半導体素子４が冷却気体の流れに対し
て並列に搭載されている場合でも、仕切板１０の放熱フ
ィン側を各半導体素子４の中央部付近に配置すること
で、同様な効果が得られる。

【００５３】なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口
から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２
から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板
１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風
路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全
く設けない場合に比べて、最も発熱量の大きい半導体素
子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放熱フィンを流
れる冷却気体の流速が速まるため、この部分の冷却性が
高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇を効果
的に抑制できるという効果が得られる。

【００５４】実施の形態７．図１８および図１９は本発
明の実施の形態７による電力変換装置を説明するための
図であり、より具体的には、図１８は冷却ユニットの構
成を示す平面図、図１９は冷却ユニットの別の構成を示
す平面図である。図１８において、冷却ユニット１ａの
入口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０
ａ、１０ｂ、１０ｃのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側
を半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部付近に配置し、
冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３
ｃ間の仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのヒートシンク３
ａ、３ｂ、３ｃ側を、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの
端部（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃおよびユニットフ
レーム２ａの境界）に配置した。

【００５５】各仕切板１０をこのように配置することに
より、上述のように、複数の仕切板１０により分離され
た各風路を流れる冷却気体は、外側の仕切板に近い程、
流速が速いため、ヒートシンク３（放熱フィン）に流入
する冷却気体はヒートシンク３の中央部（半導体素子４
の中央部）付近で、ヒートシンク３から流出する冷却気
体はヒートシンク３の端部（半導体素子４の端部）で流
速が最も速くなる。このため、それぞれのヒートシンク
３ａ、３ｂ、３ｃ内部において流速分布の均一化が図
れ、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一
化できる。

【００５６】また、図１９に示すように、ヒートシンク
３ａに半導体素子４ａと４ｓ、ヒートシンク３ｂに半導
体素子４ｂと４ｔ、ヒートシンク３ｃに半導体素子４ｃ
と４ｕというように、１つのヒートシンク３に複数個の
半導体素子４が冷却気体の流れに対して並列に搭載され
ている場合でも、冷却ユニット１ａの入口とヒートシン
ク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ａ、１０ｂ、１０
ｃ、１０ｏ、１０ｐ、１０ｑのヒートシンク３ａ、３
ｂ、３ｃ側を半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｓ、４
ｔ、４ｕの中央部付近に配置し、冷却ユニット１ａの出
口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ｄ、
１０ｅ、１０ｆのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を、
各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの境界およびヒートシ
ンク３ａとユニットフレーム２ａの境界（各ヒートシン
ク３ａ、３ｂ、３ｃの端部）に、冷却ユニット１ａの出
口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ｒ、
１０ｓ、１０ｔのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側をそ
れぞれ半導体素子４ａと４ｓ、４ｂと４ｔ、４ｃと４ｕ
の境界に配置することにより、同様に、ヒートシンク３
ａ、３ｂ、３ｃそれぞれの内部の流速分布を均一化でき
る。したがって、１つのヒートシンク３に複数個の半導
体素子４が搭載される場合でも各半導体素子４の冷却性
を均一化できる。なお、図１９において、１０ｏ、１０
ｐ、１０ｑ、１０ｒ、１０ｓ、１０ｔは仕切板である。

【００５７】なお、図１８および図１９では、何れも、
冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３間の仕切板１
０のヒートシンク側を半導体素子４（ヒートシンク３）
の中央部付近に、冷却ユニット１ａの出口とヒートシン
ク３間の仕切板１０のヒートシンク３側を半導体素子４
（ヒートシンク３）の境界に配置した場合について示し
たが、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３間の仕
切板１０のヒートシンク３側を半導体素子４（ヒートシ
ンク３）の境界に、冷却ユニット１ａの出口とヒートシ
ンク３間の仕切板１０のヒートシンク３側を半導体素子
４（ヒートシンク３）の中央部付近に配置してもよく、
同様な効果が得られる。

【００５８】なお、上記実施の形態４〜７では、何れ
も、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施
の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却
気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段ある
いは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。ま
た、複数の冷却ユニットを配置する場合には、図１２に
示した実施の形態３と同様に、ユニットフレーム側壁２
ａを省略して仕切板をユニットフレームの一部としても
よく、部品点数を削減することができるという効果が得
られる。

【００５９】実施の形態８．図２０は本発明の実施の形
態８による電力変換装置を説明するための図であり、よ
り具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図であ
る。上記実施の形態２〜７では、何れも、仕切板１０
ａ、１０ｂ、１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側
を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニ
ット１ａの入口の断面積を３等分する位置に配置した場
合について示したが、本実施の形態では、仕切板１０
ａ、１０ｂ、１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側
を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニ
ット１ａの入口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシ
ンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置した。な
お、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃのヒートシンク３
ａ、３ｂ、３ｃ側は、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間
の境界およびヒートシンク３ｃとユニットフレーム側壁
２ａの境界（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの端部）に
配置した。

【００６０】各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる
風路において、冷却ユニット１ａの入口のそれぞれの断
面積を同じにすると、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ
へ流入する風量はヒートシンク３ａ＝ヒートシンク３ｂ
＝ヒートシンク３ｃとなるため、図２０に示す各領域
Ａ、Ｂ、Ｃの圧力は領域Ａ＞領域Ｂ＞領域Ｃとはなら
ず、領域Ａ→領域Ｂ→領域Ｃへ冷却気体が流れにくくな
る。すなわち、ヒートシンク３ａと３ｂの冷却気体が流
れにくくなり、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の冷却
性にばらつきが発生する。そこで、図２０に示すような
仕切板配置にすると、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃへ
流入する風量はヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞
ヒートシンク３ｃとなり、領域Ａ、Ｂ、Ｃの圧力は領域
Ａ＞領域Ｂ＞領域Ｃとなるため、領域Ａ→領域Ｂ、領域
Ｂ→領域Ｃへ空気が流れ易くなる。したがって、冷却ユ
ニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間に
仕切板を設けなくても、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３
ｃを流れる冷却気体の風量を均一化することができ、各
ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間における冷却性のばら
つきを抑制できる。

【００６１】なお、上記では、ヒートシンク３ａ、３
ｂ、３ｃの入口側に配置された仕切板１０ａ、１０ｂ、
１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側を、各ヒート
シンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入
口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒ
ートシンク３ｃとなる位置に配置したが、ヒートシンク
３ａ、３ｂ、３ｃの出口側に配置された仕切板における
冷却ユニット１ａの出口側を、各ヒートシンク３ａ、３
ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの出口の断面積がヒ
ートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃ
となる位置に配置してもよく、同様の効果が得られる。

【００６２】なお、上記では、各ヒートシンク３ａ、３
ｂ、３ｃを流れる冷却気体の風量が均一化されるよう
に、仕切板１０における冷却ユニット１ａの入口側また
は出口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる
冷却ユニット１ａの入口または出口の断面積がヒートシ
ンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる
位置に配置した場合について示したが、これに限るもの
ではなく、例えば半導体素子４ａと４ｂと４ｃとで発熱
にばらつきがある場合などには、一番発熱量の大きい半
導体素子が搭載されたヒートシンクに多くの冷却気体が
流れるようにしてもよい。

【００６３】なお、上記では、何れも、１個の冷却ユニ
ット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同
様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニッ
トに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置し
てもよいのは言うまでもない。

【００６４】実施の形態９．図２１および図２２は本発
明の実施の形態９による電力変換装置を説明するための
図であり、より具体的には、図２１（ａ）は冷却ユニッ
トの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａの方向
から見た正面図、図２２（ａ）は冷却ユニットの別の構
成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａの方向から見
た正面図である。図２１および図２２において、４０
ａ、４０ｂ、４０ｃは冷却気体の風路への放熱フィンの
開口率を調節するフィン開口率調節手段に相当するフィ
ン開口率調節用マスクである。

【００６５】本実施の形態では、例えば、図２１に示す
ように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に、大き
さが異なり冷却気体を通さないマスク４０ａ、４０ｂ、
４０ｃを設け、マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃの大きさ
を、マスク４０ａ＜マスク４０ｂ＜マスク４０ｃとした
（すなわち、冷却気体の風路への各放熱フィンの開口率
をヒートシンク３ａ＞３ｂ＞３ｃとした。）。

【００６６】図１に示したような仕切板やマスクを取付
けない場合には、冷却気体の風量は、風下側のヒートシ
ンクほど多く（ヒートシンク３ａ＜ヒートシンク３ｂ＜
ヒートシンク３ｃ）、ヒートシンク３ｃに流れる冷却気
体の風量が最も多いのが一般的である。そこで、ヒート
シンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に、大きさがマスク４０
ａ＜マスク４０ｂ＜マスク４０ｃとなるマスク４０ａ、
４０ｂ、４０ｃを設けることにより、各ヒートシンク３
ａ、３ｂ、３ｃに流入する冷却気体の風量を均一化する
ことができる。

【００６７】なお、図２２に示すように、フィン開口率
調節用マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃとして、メッシュ
状のマスクを用い、メッシュの開口率がマスク４０ａ＞
マスク４０ｂ＞マスク４０ｃとなるようにしてもよい。

【００６８】また、フィン開口率調節手段は、図２１お
よび図２２で示したフィン開口率調節用マスク４０ａ、
４０ｂ、４０ｃに限ったものではなく、各ヒートシンク
３ａ、３ｂ、３ｃにおけるフィンの開口率が３ａ＞３ｂ
＞３ｃとなるものであればよい。

【００６９】またさらに、図２１および図２２ではフィ
ン開口率調節用マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃをヒート
シンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に配置したが、ヒートシ
ンク３ａ、３ｂ、３ｃの出口に配置しても同様な効果が
得られる。

【００７０】なお、上記では、各ヒートシンク３ａ、３
ｂ、３ｃを流れる冷却気体の風量が均一化されるよう
に、冷却気体の風路への各放熱フィンの開口率をヒート
シンク３ａ＞３ｂ＞３ｃとした場合について示したが、
これに限るものではなく、例えば半導体素子４ａと４ｂ
と４ｃで発熱にばらつきがある場合などには、一番発熱
量の大きい半導体素子が搭載されたヒートシンクに多く
の冷却気体が流れるようにしてもよい。

【００７１】なお、上記では、何れも、１個の冷却ユニ
ット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同
様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニッ
トに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置し
てもよいのは言うまでもない。

【００７２】実施の形態１０．図２３は本発明の実施の
形態１０による電力変換装置を説明するための図であ
り、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図
である。図２３において、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは放
熱フィン中央部、５１ａ、５１ｂ、５１ｃは放熱フィン
入口部、５２ａ、５２ｂ、５２ｃは放熱フィン出口部で
ある。本実施の形態では、放熱フィンの入口側の部分
（放熱フィン入口部）５１ａ、５１ｂ、５１ｃを冷却ユ
ニット１ａの入口に向かって曲げると共に、放熱フィン
の出口側の部分（放熱フィン出口部）５２ａ、５２ｂ、
５２ｃを冷却ユニット１ａの出口に向かって曲げ、冷却
気体を誘導する誘導体とした。

【００７３】このように構成すると、冷却ユニット１ａ
の入口からヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィ
ン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流
れる冷却気体の風量を均一化することが可能となるの
で、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および
各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化で
きる。

【００７４】なお、図２３では、放熱フィンの入口側お
よび出口側の部分をそれぞれ冷却ユニットの入口および
出口に向かって曲げて誘導体としたので、誘導体を放熱
フィンで兼用することにより、部品点数を増加させるこ
となく、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一
化することが可能となった。しかし、これに限るもので
はなく、放熱フィンの入口部および出口部に、それぞれ
冷却ユニット１ａの入口および出口に向かって配置され
た誘導体を新たに設けてもよい。

【００７５】なお、上記では、放熱フィンの入口部およ
び出口部の両方に誘導体を設ける場合について示した
が、入口部にのみ設けてもよく、この場合にも誘導体を
全く設けない場合に比べて、冷却ユニット１ａの入口か
らヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間に冷
却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却
気体の風量を均一化することが可能となるので、ヒート
シンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシ
ンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化できるという
効果が得られる。

【００７６】なお、図２３において、ヒートシンク３ｃ
とユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの
入口端部間に配置された仕切板１０ｃ、およびヒートシ
ンク３ａとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニッ
ト１ａの出口端部間に配置された仕切板１０ｄは省略す
ることも可能である。

【００７７】なお、図２３では、何れも、１個の冷却ユ
ニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と
同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニ
ットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置
してもよいのは言うまでもない。また、複数の冷却ユニ
ットを配置する場合には、図１２に示した実施の形態３
と同様に、ユニットフレーム側壁２ａを省略して仕切板
をユニットフレームの一部としてもよく、部品点数を削
減することができるという効果が得られる。

【００７８】また、上記では、冷却ユニット１ａの入口
から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２
から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板
１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風
路のみに設けてもよい。さらに、誘導体の形状によって
は仕切板１０は無くてもよい。

【００７９】実施の形態１１．図２４および図２５は本
発明の実施の形態１１による電力変換装置を説明するた
めの図であり、より具体的には、図２４（ａ）は冷却ユ
ニットの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡
大して冷却気体の流れる様子を示す説明図、図２５は冷
却ユニットの別の構成を示す平面図である。本実施の形
態では、例えば、図２４（ａ）に示すように、ヒートシ
ンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口側の放熱フィンが、冷却ユ
ニット１ａの入口から遠い程突出して階段状に形成され
ている。

【００８０】このように構成されたものにおいては、図
２４（ｂ）に示すように、冷却ユニット１ａの入口から
流入した冷却気体は、階段状に突出した板状の放熱フィ
ンに当たって進路を曲げ、放熱フィン間に流入する。こ
のように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィ
ン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流
れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる。そ
の結果、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、お
よび各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一
化することが可能となる。また、図２３で示したように
放熱フィンの方向を変える必要がない。

【００８１】なお、図２５に示すように、ヒートシンク
３ａ、３ｂ、３ｃ入口側の放熱フィンのみならず、ヒー
トシンク３ａ、３ｂ、３ｃの出口側の放熱フィンも階段
状に形成してもよく、同様な効果が得られ、さらに、冷
却ユニット１ａの大きさを小型化できるという効果も得
られる。

【００８２】実施の形態１２．図２６は本発明の実施の
形態１２による電力変換装置を説明するための図であ
り、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図
である。本実施の形態では、ヒートシンク３ａ、３ｂ、
３ｃを冷却ユニット１ａ内に斜めに配置した。このよう
に構成することにより、実施の形態１１の場合と同様
に、冷却ユニット１ａの入口からヒートシンク３ａ、３
ｂ、３ｃの各放熱フィン間へ空気が均一に流入しやす
く、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および
各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化す
ることが可能となる。また、実施の形態１０のようにフ
ィン出入口の方向を変えたり、実施の形態１１のように
階段状に加工したりしなくてもよいので、製造が容易で
ある。

【００８３】なお、上記実施の形態１〜１２では、放熱
フィン３２は板状であり、複数板状放熱フィン３２が、
ヒートシンク３の並んでいる方向とほぼ直交する方向に
冷却気体が流れるように並んで配置されている場合につ
いて示したが、放熱フィンは板状に限らず、例えば棒状
などであってもよい。

【００８４】実施の形態１３．図２７〜図２９は本発明
の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための
図であり、より具体的には、図２７は冷却ユニットの構
成を示す平面図、図２８（ａ）は図２７のＡ−Ａ’線断
面図、（ｂ）は図２７のＢ−Ｂ’線断面図、図２９
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ冷却気体の流れる様子を示す
説明図である。図２８において、３２ａは上部放熱フィ
ン、３２ｂは下部放熱フィンである。

【００８５】本実施の形態では、放熱フィンは板状で、
受熱板３１と交差する方向に複数段（図２８では上部放
熱フィン３２ａと下部放熱フィン３２ｂの２段）配置さ
れており、各段の放熱フィン３２ａ、３２ｂを流れる冷
却気体はそれぞれ異なる（図２８および図２９では直交
する）方向に流れるように放熱フィン３２ａ、３２ｂが
配置されている。また、上記各実施の形態１〜１３で
は、ユニットフレーム側壁２ａは、端部に配置されたヒ
ートシンク３ａ、３ｃにまで延び、ヒートシンク３ａ、
３ｃの側面を覆っていたが、本実施の形態では、ヒート
シンク３ａ、３ｃの側面は開放されている。

【００８６】図２９（ａ）に示すように、ヒートシンク
３ａ、３ｂ、３ｃの上部放熱フィン３２ａに流れる冷却
気体は、その上部の半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの発熱
によって、ヒートシンク３ａ→ヒートシンク３ｂ→ヒー
トシンク３ｃに流れるにしたがい、徐々に温度が上昇す
る。このため、上部放熱フィン３２ａのみでは、半導体
素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度が半導体素子４ａ＜半導体
素子４ｂ＜半導体素子４ｃとなり、ばらつきが発生す
る。一方、図２９（ｂ）に示すように、ヒートシンク３
ａ、３ｂ、３ｃの下部放熱フィン３２ｂに流れる冷却気
体の風量は、ヒートシンク３ａ＜ヒートシンク３ｂ＜ヒ
ートシンク３ｃとなる。このため、下部放熱フィン３２
ｂのみでは、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度が半導
体素子４ａ＞半導体素子４ｂ＞半導体素子４ｃとなる。
従って、本実施の形態のように、両者を合せ持つことに
より、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の冷却性およ
び各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性の均一化
が図れ、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇も均一
化することができる。

【００８７】なお、放熱フィンの段数は２段に限ったも
のではなく、３段以上であってもよい。また、格段の放
熱フィンの配置方向は、直交する方向に限ったものでは
なく、異なる方向であればよい。

【００８８】なお、上記では、放熱フィン３２は板状で
あり、上部放熱フィン３２ａが、ヒートシンク３の並ん
でいる方向に冷却気体が流れるように並んで配置されて
おり、下部放熱フィン３２ｂが、ヒートシンク３の並ん
でいる方向と直交する方向に冷却気体が流れるように並
んで配置されている場合について示したが、放熱フィン
は板状に限らず、例えば棒状などであってもよく、この
場合には、複数段に分ける必要はなく、図２９（ａ）で
示した流れと（ｂ）で示した流れが自然に混ざり合って
上記と同様の効果が得られる。

【００８９】なお、上記実施の形態１１〜１３では、何
れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実
施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷
却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あ
るいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。

【００９０】実施の形態１４．図３０は本発明の実施の
形態１４による電力変換装置を説明するための図であ
り、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図
である。例えば図１において、ユニットフレーム側壁２
ａ、２ｄの形状を、図３０に示したようにしてもよく、
この場合には実施の形態３で図１１を用いて説明したの
と同様に、電力変換装置のコンパクト化が可能となる。
なお、この場合にも、各冷却ユニット１ａ、１ｄの風路
はＳ字状となっている。さらに、図１の構造に比べて、
ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間やヒートシンク３ｄ、
３ｅ、３ｆ間に流れる冷却気体の風量を均等化できると
いう効果が得られる。

【００９１】なお、上記のようなユニットフレーム側壁
２ａ、２ｄの形状は、図１に限らず、例えば図２０〜図
２２および図２７で示した冷却ユニットにも適用するこ
とができ、同様の効果が得られる。

【００９２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る第１の電力
変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を
搭載して半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに
伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置さ
れ、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユ
ニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであ
って、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシン
クは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の
方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対し
て並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入さ
れた冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの
放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記
冷却ユニットの出口から導出されるように構成したの
で、冷却気体が各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して
流れる結果、他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことがで
きる。さらに、風路はＳ字状であり、複数のヒートシン
クは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向
と交差する方向に沿って配置されているので、冷却ユニ
ットの入口へ供給される冷却気体の流れに対面する冷却
ユニット部分の面積を増加させることなくヒートシンク
の数すなわち半導体素子の数を増加させることが可能と
なる。

【００９３】また、本発明に係る第２の電力変換装置に
よれば、複数の冷却ユニットを、冷却気体が上記各冷却
ユニットに分岐して流れるように冷却気体の流れに対し
て並列に配置したので、冷却気体が各冷却ユニットに分
岐して流れる結果、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐこ
とができ、冷却ユニット間の冷却能力を等しくすること
が可能となる。また、半導体素子の数が増加しても、各
冷却ユニットに配置するヒートシンクの数を増やすこと
により、冷却ユニットの入口へ供給される冷却気体の流
れに面する冷却ユニット部分の面積を増加させることな
く半導体素子の数を増加させることが可能となる。

【００９４】また、本発明に係る第３の電力変換装置に
よれば、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱
フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体
の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備えたので、仕切
板の位置を調整することにより各放熱フィンに流れる冷
却気体の風量を調整することが可能になる。

【００９５】また、本発明に係る第４の電力変換装置に
よれば、仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンクの端部
に配置したので、冷却ユニットの入口側または出口側に
おける仕切板の位置を調整することにより各ヒートシン
クに流れる冷却気体の風量を調整することが可能にな
る。

【００９６】また、本発明に係る第５の電力変換装置に
よれば、仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンクの中央
部に配置したので、ヒートシンク中央部の放熱性を向上
させることができ、ヒートシンクの中央部に配置された
半導体素子を効果的に冷却することができる。

【００９７】また、本発明に係る第６の電力変換装置に
よれば、冷却ユニットの入口と放熱フィン間の仕切板に
おける放熱フィン側の位置と、冷却ユニットの出口と放
熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置とは、
一方の位置がヒートシンクの端部であり、他方の位置が
ヒートシンクの中央部となるようにしたので、ヒートシ
ンクの各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を均一化す
ることができる。

【００９８】また、本発明に係る第７の電力変換装置に
よれば、仕切板の一部がユニットフレームの少なくとも
一部を兼用しているので、部品点数を削減でき、しか
も、冷却ユニットの小型化すなわち電力変換装置の小型
化を図ることができる。

【００９９】また、本発明に係る第８の電力変換装置に
よれば、冷却ユニットの入口から放熱フィン間に配置さ
れた仕切板または上記放熱フィンの入口に突出物を設け
たので、突出物の位置や形状などを調整することにより
各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが
可能になる。

【０１００】また、本発明に係る第９の電力変換装置に
よれば、放熱フィンの入口または出口に、風路への放熱
フィンの開口率を調節する手段を設けたので、放熱フィ
ンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能にな
る。

【０１０１】また、本発明に係る第１０の電力変換装置
によれば、放熱フィンの入口部に冷却ユニットの入口に
向かって配置され、または放熱フィンの出口部に冷却ユ
ニットの出口に向かって配置され、冷却気体を誘導する
誘導体を備えたので、各放熱フィン間に冷却気体が流れ
やすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を
均一化することが可能となる結果、各ヒートシンク間の
冷却性、および各ヒートシンク内の冷却性を均一化する
ことが可能となる。

【０１０２】また、本発明に係る第１１の電力変換装置
によれば、放熱フィンは板状であり、誘導体は、放熱フ
ィンの入口側の部分を冷却ユニットの入口に向かって曲
げたもの、または放熱フィンの出口側の部分を冷却ユニ
ットの出口に向かって曲げたものであるので、誘導体を
放熱フィンで兼用することにより、部品点数を増加させ
ることなく、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を
均一化することが可能となる。

【０１０３】また、本発明に係る第１２の電力変換装置
によれば、ヒートシンクの入口側の放熱フィンが、冷却
ユニットの入口から遠い程突出して階段状に形成されて
いるので、各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくな
り、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化す
ることが可能となる結果、各ヒートシンク間の冷却性、
および各ヒートシンク内の冷却性を均一化することが可
能となる。

【０１０４】また、本発明に係る第１３の電力変換装置
によれば、放熱フィンは板状で、受熱板と交差する方向
に複数段配置されており、上記各段の放熱フィンを流れ
る冷却気体はそれぞれ異なる方向に流れるように放熱フ
ィンが配置されているので、各ヒートシンク間の冷却
性、および各ヒートシンク内の冷却性を均一化すること
が可能となる。

【０１０５】また、本発明に係る第１４の電力変換装置
によれば、ヒートシンクには、複数の半導体素子が冷却
気体の流れに対して並列に搭載されているので、冷却気
体が各半導体素子に対応した放熱フィンに分岐して流れ
る結果、他の半導体素子の熱干渉を防ぐことができる。
また、半導体素子の数が増加しても、冷却ユニットの入
口へ供給される冷却気体の流れに面する冷却ユニット部
分の面積を増加させることなく半導体素子の数を増加さ
せることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を
説明するための図である。

【図２】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を
説明するための図である。

【図３】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を
説明するための図である。

【図４】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を
説明するための図である。

【図５】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を
説明するための図である。

【図６】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を
説明するための図である。

【図７】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を
説明するための図である。

【図８】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を
説明するための図である。

【図９】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を
説明するための図である。

【図１０】 本発明の実施の形態２による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１１】 本発明の実施の形態３による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１２】 本発明の実施の形態３による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１３】 本発明の実施の形態４による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１４】 本発明の実施の形態４による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１５】 本発明の実施の形態５による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１６】 本発明の実施の形態５による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１７】 本発明の実施の形態６による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１８】 本発明の実施の形態７による電力変換装置
を説明するための図である。

【図１９】 本発明の実施の形態７による電力変換装置
を説明するための図である。

【図２０】 本発明の実施の形態８による電力変換装置
を説明するための図である。

【図２１】 本発明の実施の形態９による電力変換装置
を説明するための図である。

【図２２】 本発明の実施の形態９による電力変換装置
を説明するための図である。

【図２３】 本発明の実施の形態１０による電力変換装
置を説明するための図である。

【図２４】 本発明の実施の形態１１による電力変換装
置を説明するための図である。

【図２５】 本発明の実施の形態１１による電力変換装
置を説明するための図である。

【図２６】 本発明の実施の形態１２による電力変換装
置を説明するための図である。

【図２７】 本発明の実施の形態１３による電力変換装
置を説明するための図である。

【図２８】 本発明の実施の形態１３による電力変換装
置を説明するための図である。

【図２９】 本発明の実施の形態１３による電力変換装
置を説明するための図である。

【図３０】 本発明の実施の形態１４による電力変換装
置を説明するための図である。

【図３１】 従来の電力変換装置を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１ａ、１ｄ、１ｇ、１ｊ、１ｍ、１ｐ 冷却ユニット、
２ａ、２ｄ、２ｇ、２ｍ ユニットフレーム側壁、２１
ユニットフレーム蓋、２２ ユニットフレーム底板、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ ヒートシンク、
３１ 受熱板、３２ 放熱フィン、３２ａ 上部放熱フ
ィン、３２ｂ 下部放熱フィン、４ａ、４ｂ、４ｃ、４
ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｍ、４
ｎ、４ｏ、４ｐ、４ｑ、４ｒ、４ｓ、４ｔ、４ｕ 半導
体素子、５ｇ、５ｍ 電気配線、６１ 枠体、６２
棚、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０
ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ、１０ｋ、１０
ｌ、１０ｍ、１０ｎ、１０ｏ、１０ｐ、１０ｑ、１０
ｒ、１０ｓ、１０ｔ 仕切板、２０ａ、２０ｂ、２０
ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ 突出物、４０ａ〜４０ｃ
フィン開口率調節用マスク、５０ａ、５ｂ、５０ｃ
放熱フィン中央部、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ 放熱フィ
ン入口部、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ 放熱フィン出口
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 昭弘 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中武 浩 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 朝枝 健明 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 AA11 BA03 BA05 5H740 BA11 MM08 PP06

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載
   して半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達
   する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、
   上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニッ
   トフレームを有する冷却ユニットを備えたものであっ
   て、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンク
   は、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方
   向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して
   並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入され
   た冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放
   熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷
   却ユニットの出口から導出されるように構成したことを
   特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 複数の冷却ユニットを、冷却気体が上記
   各冷却ユニットに分岐して流れるように冷却気体の流れ
   に対して並列に配置したことを特徴とする請求項１記載
   の電力変換装置。
3. 【請求項３】 冷却ユニットの入口から放熱フィンまた
   は放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷
   却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備えたこと
   を特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンク
   の端部に配置したことを特徴とする請求項３記載の電力
   変換装置。
5. 【請求項５】 仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンク
   の中央部に配置したことを特徴とする請求項３記載の電
   力変換装置。
6. 【請求項６】 冷却ユニットの入口と放熱フィン間の仕
   切板における放熱フィン側の位置と、冷却ユニットの出
   口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置
   とは、一方の位置がヒートシンクの端部であり、他方の
   位置がヒートシンクの中央部となるようにしたことを特
   徴とする請求項３記載の電力変換装置。
7. 【請求項７】 仕切板の一部がユニットフレームの少な
   くとも一部を兼用していることを特徴とする請求項３記
   載の電力変換装置。
8. 【請求項８】 冷却ユニットの入口から放熱フィン間に
   配置された仕切板または上記放熱フィンの入口に突出物
   を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   に記載の電力変換装置。
9. 【請求項９】 放熱フィンの入口または出口に、風路へ
   の放熱フィンの開口率を調節する手段を設けたことを特
   徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
10. 【請求項１０】 放熱フィンの入口部に冷却ユニットの
    入口に向かって配置され、または放熱フィンの出口部に
    冷却ユニットの出口に向かって配置され、冷却気体を誘
    導する誘導体を備えたことを特徴とする請求項１または
    ２記載の電力変換装置。
11. 【請求項１１】 放熱フィンは板状であり、誘導体は、
    放熱フィンの入口側の部分を冷却ユニットの入口に向か
    って曲げたもの、または放熱フィンの出口側の部分を冷
    却ユニットの出口に向かって曲げたものであることを特
    徴とする請求項１０記載の電力変換装置。
12. 【請求項１２】 ヒートシンクの入口側の放熱フィン
    が、冷却ユニットの入口から遠い程突出して階段状に形
    成されていることを特徴とする請求項１または２記載の
    電力変換装置。
13. 【請求項１３】 放熱フィンは板状で、受熱板と交差す
    る方向に複数段配置されており、上記各段の放熱フィン
    を流れる冷却気体はそれぞれ異なる方向に流れるように
    放熱フィンが配置されていることを特徴とする請求項１
    または２記載の電力変換装置。
14. 【請求項１４】 ヒートシンクには、複数の半導体素子
    が冷却気体の流れに対して並列に搭載されていることを
    特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。