JP2006012948A - 電力変換装置のコンデンサ取り付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数個のコンデンサを良好に冷却できるとともに実装密度を向上させることのできる電力変換装置のコンデンサ取り付け構造を提供する。
【解決手段】 複数個のコンデンサ４ａないし４ｄは、それぞれ長辺と短辺を有する断面楕円形のコンデンサにより構成する。各コンデンサ４ａないし４ｄには断面Ｌ字形のコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄを設け、それぞれ長辺側をコンデンサ４ａないし４ｄに固定させる。また各コンデンサ４ａないし４ｄは、長辺側が対向するように並べて配置し、隣合うコンデンサの長辺側と長辺側との間にコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｃをそれぞれ密着するように挟み込み、コンデンサ４ａないし４ｄの熱がコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄに伝導されるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力変換装置のコンデンサ取り付け構造に係り、特に冷却性能を向上した複数個のコンデンサの取り付け構造に関するものである。

電力変換装置は、近年、大容量化と同時に小型化されてきており、これに伴い、発熱損失の増大および実装密度の向上による冷却性能の向上や用品取り付け方法の改善、冷却に適した用品形状が必要になってきている。

電力変換装置では、電力を直流あるいは交流に変換するスイッチング素子と、このスイッチング素子で変換した電流を平滑にする複数個のコンデンサを備えている。複数個のコンデンサの冷却方法は、自冷が一般的であるが、最近の高密度実装化に伴い、直接コンデンサに冷却風を当てる強制風冷も増加する傾向にある。コンデンサを冷却する理由としては、コンデンサの温度が寿命を決める大きな要因となっており、長寿命化を図る上で、コンデンサの温度を低く抑える必要があることにある。このため、実装密度の上限は、コンデンサの冷却方法で変わってくる。

図６は従来の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造を示す斜視図である。

複数個のコンデンサ１ａないし１ｄはそれぞれ断面円形のもので、これらを並べて配置し、断面Ｌ字形のコンデンサ取り付け部材２に、これを貫通するように取り付けけている。

複数個のコンデンサ１ａないし１ｄは、隣合ったコンデンサとの間に冷却風を流せるように適当な間隙３を設けて配置することが望ましいが、このように構成しても、実際はコンデンサ取り付け部材２の部分で通風または自然対流が妨げられて良好な冷却効果が期待できず、各コンデンサ１ａないし１ｄの温度が上昇してしまい、寿命を短くしてしまう欠点がある。

また図７に示すように、長辺と短辺を持った断面楕円形（長円形）のコンデンサも開発製品化され、この形状の複数個のコンデンサ４ａないし４ｂを使用して長辺側が対向するように並べて配置し、コンデンサ取り付け部材２に取り付けけることも考えられている。このような楕円形のコンデンサ４ａないし４ｄは、図８（ａ）に示すように、周囲の空間（斜線部）５が、図８（ｂ）に示す円筒形のコンデンサ１ａないし１ｄの周囲の空間（斜線部）６よりも小さいために、無駄な空間を減らすことができ、実装密度を上げることができる。

しかしながら、このような楕円形の複数個のコンデンサ４ａないし４ｄを使用しても、隣合うコンデンサ間の間隙３を狭めると、冷却風が減少してコンデンサ４ａないし４ｄの温度が上昇してしまう。このため、長寿命化を図る上では、さらなる冷却方法の改善が望まれていた。

そこで本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、複数個のコンデンサを良好に冷却できるとともに実装密度を向上させることのできる電力変換装置のコンデンサ取り付け構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明による電力変換装置のコンデンサ取り付け構造は、複数個のコンデンサをそれぞれ長辺と短辺を有する断面楕円形のコンデンサにより構成するとともに各コンデンサを長辺側が対向するように並べて配置し、隣合うコンデンサの長辺側と長辺側との間に、コンデンサ取り付け部材を挟み込んで構成したことを特徴とする。

この場合、コンデンサ取り付け部材にヒートシンクを熱的に接続することができる。

またコンデンサとコンデンサ取り付け部材との間に熱伝導性シートを挟み込んで熱的に接続することもできる。

さらに複数個のコンデンサとコンデンサ取り付け部材を並置方向に締め付けて構成することもできる。

またコンデンサ取り付け部材を、高熱伝導率の用品により構成することもできる。

また本発明による電力変換装置のコンデンサ取り付け構造は、複数個のコンデンサをそれぞれ長辺と短辺を有する断面楕円形のコンデンサにより構成するとともに各コンデンサを長辺側が対向するように並べて配置し、隣合うコンデンサの長辺側と長辺側との間に、スイッチング素子を冷却するヒートシンクの放熱板の一部を介在させ、この放熱板の一部をコンデンサ取り付け部材として構成したことを特徴とする。

本発明によれば、コンデンサ取り付け部材を介した熱伝導により各コンデンサの放熱を行うことができるので、複数個のコンデンサの冷却を良好にして長寿命化できるとともに、断面楕円形のコンデンサを使用して各コンデンサを並置方向に密着させて配置したことにより実装密度を向上することができる。

図１は本発明の一実施の形態を示す電力変換装置のコンデンサ取り付け構造を示す斜視図である。図１において、複数個のコンデンサ４ａないし４ｄは、長辺と短辺を有する断面楕円形のコンデンサにより構成する。各コンデンサ４ａないし４ｄには、対応して断面Ｌ字形をなす複数個のコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄを設け、コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄの一辺を各コンデンサ４ａないし４ｄの長辺側に密着させて固定する。また各コンデンサ４ａないし４ｄは、隣合うコンデンサの長辺側が対向するように並べて配置し、そのうちコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｃが隣り合うコンデンサ４ａないし４ｄの長辺側と長辺側との間に挟み込まれるように密着させて固定する。

コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄは、たとえばアルミニウムや銅などの熱伝導率が大きな金属材料が好ましい。

コンデンサ４ａないし４ｄとコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄの固定方法は、それぞれ個々に接着したり、ネジ締結したりしても構わないし、また並置したコンデンサ４ａないし４ｄおよびコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄの全体をまとめて接着したり、ネジ締結したりしても構わない。

このように構成すると、コンデンサ４ａないし４ｄの放熱は、従来の間隙３に代わってコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄを介した熱伝導により促進され、コンデンサ４ａないし４ｄの温度上昇を抑制して各コンデンサ４ａないし４ｄの長寿命化を図ることができる。またコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄを介して複数個のコンデンサ４ａないし４ｄを密着して積層できるため、実装密度を向上することができる。

図２は本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第２の実施の形態を示す斜視図である。図２において、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、複数個のコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄの他辺に放熱用のヒートシンク８を固定し、コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄにヒートシンク８を熱的に接続して構成したところにある。このように構成すると、コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄを介して複数個のコンデンサ４ａないし４ｄの熱をヒートシンク８で冷却することができるので、各コンデンサ４ａないし４ｄの温度上昇を抑えることができ、各コンデンサ４ａないし４ｄの寿命を向上させることができる。

なお、このヒートシンク８の構造材料は、たとえばアルミニウムや銅などの熱伝導率が大きな金属材料が好ましい。また、冷却媒体は、空気以外の冷媒、例えば、水や沸騰冷媒を使用する構成のものであっても良い。

図３は本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第３の実施の形態を示す斜視図である。図３において、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、コンデンサ４ａないし４ｄとコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄの間に熱伝導性シート９ａないし９ｄをそれぞれ密着するように挟んで構成したところにある。熱伝導性シート９ａないし９ｄは、熱伝導率が高く、しかも柔らかくて固体との接触性のよいもの、たとえばアルミニウムや銀が好ましい。

このように構成すると、熱伝導性シート９ａないし９ｄが介在することにより、コンデンサ４ａないし４ｄとコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄの接触性が向上するので、各コンデンサ４ａないし４ｄの熱を、各コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄに全面にわたって伝導させることができるため、各コンデンサ４ａないし４ｄの温度上昇を抑えて寿命を向上させることができる。この構成は第２の実施形態にも同様に適用できる。

図４は本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第４の実施の形態を示す斜視図である。図４において、本実施の形態が第１の実施形態と異なる点は、各コンデンサ４ａないし４ｄと各コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄを積層した構成品をバンドや紐状体などの締結具１０を巻きつけて矢印で示す並置方向に締め付けて構成したところにある。

このように構成すると、各コンデンサ４ａないし４ｄと各コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄの接触性が向上するので、接触面での接触熱抵抗が低減できるため、各コンデンサ４ａないし４ｄから各コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄへの熱伝導性を向上することができ、各コンデンサ４ａないし４ｄの温度上昇を抑えて寿命を向上させることができる。この構成は第２および第３の実施の形態と組み合わせて実施することができる。

また上記各実施の形態におけるコンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄは、金属板に限らず、ヒートパイプなどの冷媒を内部に封入した高熱伝導率の用品を用いて構成することができる。このような用品を用いて構成すると、コンデンサ取り付け部材７ａないし７ｄの温度勾配が小さくなり、放熱性を高めることができるので、各コンデンサ７ａないし７ｄの温度上昇を高効率に抑えて各コンデンサ４ａないし４ｄの寿命をさらに向上させることができる。

さらにこのように構成すると、第２の実施の形態におけるヒートシンク８をコンデンサ４ａないし４ｄから離れた位置に配置しても、コンデンサ取り付け部材の温度勾配が小さいため、温度上昇を小さく抑えることができ、各コンデンサ４ａないし４ｄやコンデンサ取り付け部材の配置の自由度を向上することができる。

図５は本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第５の実施の形態を示す斜視図である。図５において、本実施の形態では、複数個のコンデンサ４ａないし４ｃをそれぞれ長辺と短辺を有する断面楕円形のコンデンサにより構成するとともに各コンデンサ４ａないし４ｃを長辺側が対向するように並べて配置し、隣合うコンデンサの長辺側と長辺側との間に、スイッチング素子１１を冷却するヒートシンク１２の放熱板１２ａの一部を介在させ、また各コンデンサ４ａないし４ｃの並置方向の外側に位置するコンデンサ４ａおよび４ｃの外側の長辺側にスイッチング素子１１を冷却するヒートシンク１２の放熱板１２ａの一部を密着するように宛がい、これら一部の放熱板１２ａをコンデンサ取り付け部材として構成したところに特徴を有する。

スイッチング素子１１を冷却するヒートシンク１２の放熱板１２ａの一部をコンデンサ取り付け部材として構成すると、各コンデンサ４ａないし４ｄの熱がコンデンサ支持部材である放熱板１２ａを介してヒートシンク１２に伝導されて冷却される一方、ヒートシンク１２は、スイッチング素子１１からの熱と各コンデンサ４ａないし４ｃからの熱で全体的に暖められるため、フィン効率が向上してヒートシンク１２の小型化を図ることができる。

また一般的にスイッチング素子１１とコンデンサ４ａないし４ｃでは発熱損失が異なるが、図５に示すように、コンデンサ４ａないし４ｃに接触するヒートシンク１２の放熱板１２ａの枚数を少なくしてスイッチング素子１１側と熱伝導に差をつけることで、ヒートシンク１２の温度上昇の分布を最適化することができ、ヒートシンク１２の小型化を図ることができる。

本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第１の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第２の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第３の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第４の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造における第５の実施の形態を示す斜視図である。 従来の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造を示す斜視図である。 他の従来の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造を示す斜視図である。 （ａ）は断面楕円形のコンデンサにおける実装密度を説明する断面図、（ｂ）は断面円形のコンデンサの実装密度を説明する断面図である。

符号の説明

１ａないし１ｄ、４ａないし４ｄ…コンデンサ
２，７ａないし７ｄ…コンデンサ取り付け部材
３…間隙
５，６…空間
８，１２…ヒートシンク
９ａないし９ｄ…熱伝導性シート
１０…締結具
１１…スイッチング素子
１２ａ…放熱板

Claims (6)

1. 複数個のコンデンサをそれぞれ長辺と短辺を有する断面楕円形のコンデンサにより構成するとともに各コンデンサを長辺側が対向するように並べて配置し、隣合うコンデンサの長辺側と長辺側との間に、コンデンサ取り付け部材を挟み込んで構成したことを特徴とする電力変換装置のコンデンサ取り付け構造。
2. 前記コンデンサ取り付け部材にヒートシンクを熱的に接続したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造。
3. 前記コンデンサと前記コンデンサ取り付け部材との間に熱伝導性シートを挟み込んで熱的に接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造。
4. 前記複数個のコンデンサとコンデンサ取り付け部材を並置方向に締め付けて構成し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のコンデンサ取り付け構造。
5. 前記コンデンサ取り付け部材を、高熱伝導率の用品により構成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電力変換装置のコンデンサ取り付け構造。
6. 複数個のコンデンサをそれぞれ長辺と短辺を有する断面楕円形のコンデンサにより構成するとともに各コンデンサを長辺側が対向するように並べて配置し、隣合うコンデンサの長辺側と長辺側との間に、スイッチング素子を冷却するヒートシンクの放熱板の一部を介在させ、この放熱板の一部をコンデンサ取り付け部材として構成したことを特徴とする電力変換装置のコンデンサ取り付け構造。
   
   

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