JP2004180424A - Stack structure of semiconductor power converter - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体電力変換装置のスタック構造、特に平滑用コンデンサの冷却方法を改良した半導体電力変換装置のスタック構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6に、半導体素子としてIGBT(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)を使用した、ごく一般的な電圧形インバータの例を示す。同図において、1,3,5,7,9,11はIGBT、2,4,6,8,10,12はFWD(フライホイールダイオード)、13は三相交流入力電源、14は整流回路、15は平滑コンデンサ、16はモータ負荷、17は電力変換装置スタックである。
【0003】
図7に従来公知のインバータスタック構造例を示す(例えば、特許文献1,2参照)。同図において、18,19,20,21は電解コンデンサ(平滑用コンデンサ)、22はIGBTモジュール、23は整流回路モジュール、24はヒートシンク、25はファン、26,27はコンデンサバンク側面板である。
すなわち、IGBTモジュール22と整流回路モジュール23をヒートシンク24上に設置するとともに、電解コンデンサ18,19,20,21をヒートシンク24の前面に配置し、ファン25によってIGBTモジュール22と整流回路モジュール23だけでなく、電解コンデンサ18〜21も同時に冷却するようにしたものである。
【0004】
【特許文献1】
特開平09−023079号公報(第3頁、図1)
【特許文献2】
特開平06−078562号公報(第4−5頁、図6−7)
【0005】
【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インバータスタックでは、冷却風の風下側に設置されたコンデンサには冷却風が当たり難く、十分に冷却できないと言う問題がある。
これを端的に説明するのが図8で、風下側に設置された電解コンデンサ20,21は風上側に設置された電解コンデンサ18,19に比べて冷却風が当たり難く冷却され難いため、ファン能力を上げる必要が生じ、装置が大型化するというわけである。
したがって、この発明の課題は、スタック内コンデンサ全てを均一に冷却できるようにして装置を小型化し、コストダウンを図ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、半導体素子からなる電力変換装置のスタック構造であって、
平滑用コンデンサを構成するコンデンサバンク内のコンデンサとコンデンサバンクの側面板との間に、デフレクター(冷却風ガイド板)を設けたことを特徴とする。また、前記デフレクターの形状を、前記コンデンサバンクの側面板を底辺とする三角形状とするか(請求項2の発明)、または、前記デフレクターの形状を、前記コンデンサバンクの側面板を底辺とした半円形状とするか(請求項3の発明)、もしくは前記デフレクターの形状を平面板状とし、前記コンデンサバンクの側面板に対して斜めに設置することができる(請求項4の発明)。
上記請求項1〜4の発明においては、前記コンデンサバンク内のコンデンサ群に対し、隣り合うコンデンサの中心部に別のデフレクターを設けることができる(請求項5〜7の発明)。
【0007】
すなわち、請求項1〜4の発明においては、風下側に設置された電解コンデンサへ直接冷却風を当てるべく、電解コンデンサとコンデンサバンク側面板との間に、デフレクター(冷却風ガイド板)を設置することを特徴とする。これら請求項1〜4の発明においては、前記コンデンサバンク内のコンデンサ群に対し、隣り合うコンデンサの中心部に別のデフレクターを設けることができる(請求項5〜7の発明)。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1の実施の形態を示す平面図である。
図示のように、平滑用コンデンサとしての電解コンデンサバンク内の、電解コンデンサとコンデンサバンク側面板との間に、風下側に設置された電解コンデンサ20,21へ直接風を当てるためのデフレクター(冷却風ガイド板)28,29を設けた点が特徴である。このデフレクターの形状は、図1の紙面と垂直な方向から見て、側面板26,27を底辺とした三角形とする。なお、その他は図7と同様である。
【0009】
したがって、ファン25から冷却風が吸い込まれると、デフレクター28,29があることにより、風向きが図1に矢印で示すように変わって、風下側に設置された電解コンデンサ20,21へ直接風が当たるようになり、これらが冷却されるようになる。また、デフレクターを三角形状とすることにより、冷却風がそのままヒートシンク24に吸い込まれるため、IGBTモジュール22および整流回路モジュール23も同時に冷却することができる。
【0010】
図2に図1の変形例を示す。
これは、デフレクター30,31の形状を図1の紙面と垂直な方向から見て、側面板27を底辺とする半円形状とした例である。その他は図1と同様なので、詳細は省略する。
図3に図1のさらなる変形例を示す。
これは、デフレクター32,33の形状を平板形状とし、コンデンサバンクの側面板26,27に対して斜めに設置したもので、その他は図1と同様なので詳細は省略する。
【0011】
図4はこの発明の第2の実施の形態を示す平面図である。
これは、図1と同様のデフレクター28,29の他に、上流側電解コンデンサ18,19と下流側電解コンデンサ20,21との中心部に、図4の紙面と垂直な方向から見て、ひし形形状をしたデフレクター34を付加したものである。
したがって、ファン25から冷却風が吸い込まれると、冷却風の流れは図の矢印で示すように、風下側に設置された電解コンデンサ20,21を冷却するだけでなく、冷却風がそのままヒートシンク24に吸い込まれるため、IGBTモジュール22および整流回路モジュール23も同時に冷却することができる。
【0012】
図5に図4の変形例を示す。
これは、図4のデフレクター34の代わりに、紙面と垂直な方向から見て、円形状のデフレクター35を設けたもので、その他は図4と同様である。
図4,図5ではデフレクター34,35を図1に示すものに対して設ける例を示したが、図2,図3に示すものに対しても同様に設けることができるのは言うまでもない。
【0013】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体電力変換装置のスタック構造において、平滑用コンダンサのコンデンサバンク内に、デフレクター(冷却風ガイド板)を設けることにより、IGBTモジュールや整流回路モジュールなどの半導体デバイスを冷却できるだけでなく、全ての電解コンデンサを均一に冷却できるため、ファン能力を低く設計することができ、装置の小型化およびコストダウンが可能となる。なお、この発明は冷却風の方向が逆の場合にも、上記と同様にして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す平面図
【図2】図1の第1の変形例を示す平面図
【図3】図1の第2の変形例を示す平面図
【図4】この発明の第2の実施の形態を示す平面図
【図5】図4の変形例を示す平面図
【図6】ごく一般的な電圧形インバータを示す回路図
【図7】電力変換装置スタック構造の従来例を示す斜視図
【図8】図7の平面図
【符号の説明】
1,3,5,7,9,11…IGBT(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)、2,4,6,8,10,12…FWD(フライフォイールダイオード)、13…三相交流入力電源、14…整流回路、15…平滑用コンデンサ、16…モータ負荷、17…電力変換装置スタック、18〜21…電解コンデンサ(平滑用コンデンサ)、22…IGBTモジュール、23…整流回路モジュール、24…ヒートシンク、25…ファン、26,27…コンデンサバンク側面板、28〜35…デフレクター(冷却風ガイド板)。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stack structure of a semiconductor power conversion device, and more particularly to a stack structure of a semiconductor power conversion device with an improved cooling method of a smoothing capacitor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 shows an example of a very common voltage-type inverter using an IGBT (insulated gate bipolar transistor) as a semiconductor element. In the figure, 1, 3, 5, 7, 9, 11 are IGBTs, 2, 4, 6, 8, 10, 12 are FWDs (flywheel diodes), 13 is a three-phase AC input power supply, 14 is a rectifier circuit, Reference numeral 15 denotes a smoothing capacitor, 16 denotes a motor load, and 17 denotes a power converter stack.
[0003]
FIG. 7 shows an example of a conventionally known inverter stack structure (for example, see Patent Documents 1 and 2). In the figure, 18, 19, 20, and 21 are electrolytic capacitors (smoothing capacitors), 22 is an IGBT module, 23 is a rectifier circuit module, 24 is a heat sink, 25 is a fan, and 26 and 27 are capacitor bank side plates.
That is, the
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-09-023079 (page 3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-06-078562 (page 4-5, FIG. 6-7)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional inverter stack as described above, there is a problem that the cooling air hardly hits the condenser installed on the leeward side of the cooling air, so that the cooling cannot be performed sufficiently.
FIG. 8 briefly explains this. In FIG. 8, the
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to reduce the size of the apparatus and to reduce the cost by uniformly cooling all the capacitors in the stack.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 has a stack structure of a power conversion device including a semiconductor element,
A deflector (cooling air guide plate) is provided between a capacitor in the capacitor bank constituting the smoothing capacitor and a side plate of the capacitor bank. Further, the shape of the deflector may be triangular with the side plate of the capacitor bank as the base (the invention of claim 2), or the shape of the deflector may be half with the side plate of the capacitor bank as the base. The shape of the deflector may be a circular plate (the invention of the third aspect), or the shape of the deflector may be a flat plate, and may be installed obliquely with respect to the side plate of the capacitor bank (the invention of the fourth aspect).
In the inventions of the above-described claims 1 to 4, another deflector can be provided at the center of the adjacent capacitors with respect to the capacitor group in the capacitor bank (the inventions of claims 5 to 7).
[0007]
That is, in the inventions of claims 1 to 4, a deflector (cooling wind guide plate) is provided between the electrolytic capacitor and the capacitor bank side plate so as to directly apply cooling air to the electrolytic capacitor provided on the leeward side. It is characterized by the following. In the inventions of claims 1 to 4, another deflector can be provided at the center of adjacent capacitors with respect to the capacitor group in the capacitor bank (the inventions of claims 5 to 7).
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, a deflector (cooling air) for directly blowing air to the
[0009]
Therefore, when the cooling air is sucked in from the
[0010]
FIG. 2 shows a modification of FIG.
This is an example in which the shape of the
FIG. 3 shows a further modification of FIG.
In this case, the
[0011]
FIG. 4 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.
This is because, in addition to the
Therefore, when the cooling air is sucked from the
[0012]
FIG. 5 shows a modification of FIG.
This is different from FIG. 4 in that a
FIGS. 4 and 5 show an example in which the
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a stack structure of a semiconductor power conversion device, a deflector (cooling air guide plate) is provided in a capacitor bank of a smoothing conductor, so that a semiconductor device such as an IGBT module or a rectifier circuit module can be cooled. In addition, since all the electrolytic capacitors can be uniformly cooled, the fan capacity can be designed to be low, and the size and cost of the device can be reduced. The present invention can be used in the same manner as above even when the direction of the cooling air is reversed.
[Brief description of the drawings]
1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a plan view showing a first modification of FIG. 1; FIG. 3 is a plan view showing a second modification of FIG. 1; FIG. 4 is a plan view showing a second embodiment of the present invention; FIG. 5 is a plan view showing a modification of FIG. 4; FIG. 6 is a circuit diagram showing a very common voltage source inverter; FIG. FIG. 8 is a perspective view showing a conventional example of a device stack structure. FIG. 8 is a plan view of FIG.
1, 3, 5, 7, 9, 11, IGBT (insulated gate bipolar transistor), 2, 4, 6, 8, 10, 12, FWD (flywheel diode), 13 three-phase AC input power supply, 14 ... Rectifier circuit, 15 ... Smoothing capacitor, 16 ... Motor load, 17 ... Power converter stack, 18-21 ... Electrolytic capacitor (smoothing capacitor), 22 ... IGBT module, 23 ... Rectifier circuit module, 24 ... Heat sink, 25 ... Fans, 26, 27 ... Condenser bank side plates, 28-35 ... Deflectors (cooling air guide plates).
Claims (7)
平滑用コンデンサを構成するコンデンサバンク内のコンデンサとコンデンサバンクの側面板との間に、デフレクター(冷却風ガイド板)を設置したことを特徴とする半導体電力変換装置のスタック構造。A stack structure of a power conversion device including a semiconductor element,
A stack structure of a semiconductor power conversion device, wherein a deflector (cooling air guide plate) is provided between a capacitor in a capacitor bank constituting a smoothing capacitor and a side plate of the capacitor bank.
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