JP2006134904A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で且つ小型化を図ることができる新規な電力変換装置及びこの電力変換装置における冷却構造を提供する。
【解決手段】電源回路素子モジュールをケース１に実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、ケース１の回路素子モジュール実装面の裏面１１に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路３ａをケース１と一体的に設けてあり、ケース１とは別にカバー９を設け、カバー９と、ケース１の回路素子モジュール実装面の裏面１１と衝合して、カバー９とケース１の回路素子モジュール実装面の裏面とをシーリング６，７してある電力変換装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置に関するものであり、特に電力変換装置における冷却構造に関するものである。

従来、電源回路素子モジュール２をケース１に実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置における冷却構造は、ほとんどのものが空冷式であった。空冷式の場合、ケース１のモジュール実装面の裏面にフィンを設け、ファンにより強制的にケース１を冷却していた。先ず、このような構成より、ファンを取りつけるための場所が必要となり、それだけ、電力変換装置が大型になるという問題が生じた。

冷却構造の小型化を図るべく液冷式のものが開発された。但し、液冷式の場合は、ケース１内への液漏れ防止の対策が必要になる。そのため、例えば、冷水パイプを張り巡らせた冷却用シートを設け、このシートを電気機器に接触させて機器が発する熱を吸収して機器を冷却するものがあった（特許文献１参照）。 また、モジュール実装面の裏側に、別途冷却装置を取りつけ、モジュール実装面の裏面と冷却装置との間をシーリングする構成も発明された（特許文献２参照）。しかし、この場合、モジュールと別に冷却用シートを設けてあるため、小型化を図ることが非常に困難である。
特開２００４−１１９６２公報 特開２００１−３０８２４６公報

しかし、前者については、モジュールと別に冷却用シートを設けてあるため、小型化を図ることが非常に困難である。また、後者については、前者に比べて小型化されたが、モジュール実装面の裏側に、別途冷却装置を取りつけ、モジュール実装面の裏面と冷却装置との間をシーリングする構成であるため、この場合も電力変換装置の小型化を図る場合には、限界がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で且つ小型化を図ることができる新規な電力変換装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路を前記ケースと一体的に設けてあり、前記ケースとは別にカバーを設け、このカバーと、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面と衝合して、このカバーと前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面とをシーリングしてあることを特徴とする。

電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路を前記ケースと一体的に設けてあり、前記ケースとは別に、第二のケースを設け、二つのケースの回路素子モジュール実装面の裏面どうしを衝合して、二つのケースの回路素子モジュール実装面の裏面どうしをシーリングしてあることを特徴とする。

前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に設けた冷却流路に前記冷却液の流れ調整機構を設けてあることを特徴とする。

前記ケースのモジュール実装面の裏面及び前記カバー若しくは前記第二のケースのそれぞれ衝合面周縁に溝を形成し、この溝にＯリングを介入させて、前記ケースのモジュール実装面の裏面と、前記カバー若しくは前記第二のケースとが水密になるように、シーリングしてあることを特徴とする。

前記ケースに前記カバー若しくは前記第二のケースを固定手段により固定することにより、これらを一体化してあることを特徴とする。
また、前記ケースと前記カバー若しくは前記第二のケースとをネジ止めして、これらを一体化してあることを特徴とする。

本発明によれば、ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成し、冷却液が流れる冷却流路をケースと一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と熱抵抗の低減による冷却性の向上を図ることができる効果がある。また、この構成により、ケースの成型が容易になり、ケースの成型・加工のコストを低減することができる効果がある。

また、ケースのモジュール実装面の裏面を覆うカバー若しくは第二のケースを設け、このカバー若しくは第二のケースのモジュール実装面の裏面とケースのモジュール実装面の裏面とをシーリングしたことにより、ケース内外への液漏れ防止の対策を図ることができる効果がある。

また、冷却流路に冷却液の流れ調整機構を設けたことにより、複雑な形状を形成することなく、容易に冷却液を一定方向に流すことができ、冷却液の流れを調整したことによる冷却性能の向上を図ることができる効果がある。

発明を実施するための最良の形態に係る図を図１乃至図３に示す。なお、図１に分解斜視図を、図２に組立斜視図を、図３には図２図示組立図のＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。

図１図示の電力変換装置は、ケース１を備えてある。このケース１内に電源回路素子モジュール２を実装してインバータ、コンバータなどの電力変換装置を構成する。このケース１の回路素子モジュール２の実装面の裏面に底板１１をケース１と一体的に設けてある。この底板１１の表面積は、ケース１の回路素子モジュール実装面の面積より一回り大きく、底板１１にはいくらかの厚みを設けてある。この底板１１の厚みについては、冷却流路３ａの体積率によって決まる。なお、冷却流路３ａの体積率は、回路素子モジュール２の部品総熱損失より計算できる。
冷却流路３ａの体積率＝冷却流路３ａの体積／（底板１１の体積＋冷却流路３ａの体積）

底板１１の側部に不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路３ａの出入口３１，３２をそれぞれ形成し、さらに、底板１１の表面に凹部を形成し、冷却液が流れる冷却流路３ａを設けてあり、この冷却流路３ａをケース１と一体的に構成してある。

なお、本実施形態においては、冷却流路３ａをジャケット状に形成してある。また、本実施形態においては、冷却流路３ａの出入口３１，３２を一方の側面に二ヶ所設けてあるが、冷却流路３ａの出入口３１，３２をそれぞれ異なった側面に設けてもよい。さらに、底板１１についてはダイカスト成形してあることが最適であるが、普通鋳造であっても、その他の成形手段であってもよい。

本実施形態に係る電力変換装置にはカバー９を設けてある。このカバー９は底板１１と衝合し、冷却流路３ａに流れる冷却液の液漏れを防止するように、構成してある。本実施形態においては、カバー９の表面積並びに表面の形状を底板１１の表面積並びに表面の形状とほぼ同じに構成してある。

本実施形態に係る電力変換装置は、カバー９とケース１とをシーリング加工をしてある。具体的には、底板１１及びカバー９のそれぞれ衝合面周縁にＯリング用の溝５を形成し、この溝５にＯリング６を介入させるようにしてある。また、本実施形態においては、溝５を冷却流路３ａの外周に形成し、また、図３に示すように冷却流路３ａの出入口３１，３２と溝５とが交わらないように形成してある。一方、カバー９は底板１１と衝合した際に、溝５の位置が一致するように溝を形成してあり、底板１１とカバー９とをＯリング６を介在させて、衝合した際に、底板１１とカバー９とが水密になるようにしてある。

本実施形態に係る電力変換装置は、底板１１及びカバー９の四隅にネジ穴８を形成してあり、ネジ７を底板１１及びカバー９に螺合して、ネジ７で止めするようにしてある。

以上のように構成してある電力変換装置は、以下のように組み立てる。先ず、底板１１に形成した溝５にＯリング６を嵌合する。続いて、底板１１とカバー９とを衝合することにより、カバー９に形成した溝５にＯリング６が嵌合する。これにより、カバー９と底板１１とが水密な状態になる。さらに、カバー９の四隅からネジ７を通して、底板１１及びカバー９とをネジ７で螺合することにより、ケース１とカバー９とが一体化し、カバー９はケース１に固定される。

なお、本実施形態においては、ネジ７をカバー９の四隅から通して、カバー９をケース１に固定してあるが、カバー９が比較的薄い場合は、冷却液の圧力によりカバー９が撓むおそれがあるため、ネジ止めの本数を増してもよい。また、ネジ止めはカバー９をケース１に固定するための手段であるため、必ずしも四隅に限定する必要はない。さらに、本実施形態では、ネジ止めにより、カバー９をケース１に固定しているが、その他の固定手段、例えば、カバー９をケース１に接着したり、溶接することも可能である。これらについては下記実施例においても同様である。

以上より、カバー９がケース１に固定されることにより、冷却液は外へ漏れることを防止するとともにケース１内への液漏れも防止することができる。また、底板１１の表面に凹部を形成し、冷却流路３ａをケース１と一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケース１の成型が容易になり、ケース１の成型・加工のコストを低減することができる。

図４には本発明に係る電力変換装置の第一変形例の分解斜視図を示してある。なお、組立斜視図及び断面図については、図２及び図３とほぼ同様であるため、省略する。

図４図示の電力変換装置は、図１図示電力変換装置と同様に、ケース１を備え、このケース１の回路素子モジュール２の実装面の裏面に底板１１をケース１と一体的に設けてある。この底板１１の表面積は、ケース１の回路素子モジュール実装面の面積より一回り大きく、底板１１にはいくらかの厚みを設けてある。

本実施例においては、底板１１の表面に蛇行する溝を形成し、底板１１の表面に冷却液が底板１１中を流れるように冷却流路３ｂを設けてあり、この冷却流路３ｂをケース１と一体的に構成してある。このような構成にすることにより、冷却液を一定方向に流すことができる。なお、本実施例においても、冷却流路３ｂの出入口を側面に二ヶ所設けてある。また、本実施例においても、底板１１についてはダイカスト成形してあることが最適である。その他の構成については図１図示実施形態とほぼ同様であるため、説明を省略する。

以上のように構成してある電力変換装置は、図１図示電力変換装置と同様に組み立てることにより、図１図示電力変換装置と同様、カバー９がケース１に固定されることにより、冷却液は外へ漏れることを防止するとともにケース１内への液漏れも防止することができる。また、底板１１の表面に凹部を形成し、冷却流路３ｂをケース１と一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケース１の成型が容易になり、ケース１の成型・加工のコストを低減することができる。

図５には本発明に係る電力変換装置の第二変形例の分解斜視図を示してある。なお、組立斜視図及び断面図については、前記実施例とほぼ同様であるため、省略する。

図５図示の電力変換装置は、前記電力変換装置と同様に、ケース１を備え、このケース１の回路素子モジュール２の実装面の裏面に底板１１をケース１と一体的に設けてある。この底板１１の表面積は、ケース１の回路素子モジュール実装面の面積より一回り大きく、底板１１にはいくらかの厚みを設けてあり、この底板１１の表面に凹部を形成し、冷却液が流れる冷却流路３ｃを設けてあり、この冷却流路３ｃをケース１と一体的に構成してある。

本実施例においては、底板１１のほぼ中央部分に、三日月形の流れ調整機構４を設けてある。この流れ調整機構４は、冷却液が一定方向に流れるようにするものである。そのため、実施例では三日月形に形成してあるが、冷却液が一定方向に流れるように構成してあれば、形状は問わない。このように流れ調整機構４を設けることにより、図４図示実施例にような複雑な形状を形成することなく、容易に冷却液を一定方向に流すことができる。

前記実施例と同様に、冷却流路３ｂの出入口を側面に二ヶ所設けてある。なお、本実施例においても、底板１１についてはダイカスト成形してあることが最適である。その他の構成については図１図示実施形態とほぼ同様であるため、説明を省略する。

以上のように構成してある電力変換装置は、前記電力変換装置と同様に組み立てることにより、前記電力変換装置と同様、カバー９がケース１に固定されることにより、冷却液は外へ漏れることを防止するとともにケース１内への液漏れも防止することができる。また、底板１１の表面に凹部を形成し、冷却流路３ｃをケース１と一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケース１の成型が容易になり、ケース１の成型・加工のコストを低減することができる。

本発明に係る電力変換装置の第三変形例に係る図を図６乃至図８に示す。なお、図６に分解斜視図を、図７に組立斜視図を、図８には図７図示組立図のＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。

図６図示の電力変換装置は、概ね図１図示の電力変換装置と同様の構成をしているが、本実施例においては、カバー９ではなく、ケース１ａとは別に第二のケース１ｂを設けてある。この第二のケース１ｂ内にも電源回路素子モジュール２を実装してインバータ、コンバータなどの電力変換装置を構成する。このケース１ｂの回路素子モジュール２の実装面の裏面に底板１１ｂをケース１ｂと一体的に設けてある。この底板１１ｂの表面積は、第二のケース１ｂの回路素子モジュール実装面の面積より一回り大きく、ケース１ａに設けた底板１１ａの表面積とほぼ等しく、形状もほぼ同様であり、ケース１ａの底板１１ａと衝合することにより、冷却流路３ａに流れる冷却液の液漏れを防止するように構成してある。但し、底板１１ｂには冷却流路３ａを設けていないため、ケース１ａの底板１１ａと比べて薄く構成してある。

本実施例に係る電力変換装置においても、二つのケース１ａ，１ｂとをシーリング加工をしてある。本実施例においては、前記カバー９の構成とケース１ｂの底板１１ｂとはほぼ同様の構成をしているため、底板１１ａに形成したＯリング用の溝５についても、ネジ穴８の構成についても、図１図示の電力変換装置とほぼ同様である。

以上のように構成してある電力変換装置は、前記電力変換装置と同様に組み立てることにより、前記電力変換装置と同様、第二のケース１ｂがケース１ａに固定されることにより、冷却液は外へ漏れることを防止するとともに二つのケース１ａ，１ｂ内への液漏れも防止することができる。また、ケース１ａの底板１１ａの表面に凹部を形成し、冷却流路３ａをケース１と一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケース１ａ，１ｂの成型が容易になり、ケース１ａ，１ｂの成型・加工のコストを低減することができる。

図９には本発明に係る電力変換装置の第四変形例の分解斜視図を示してあり、図１０には本発明に係る電力変換装置の第五変形例の分解斜視図を示してある。なお、組立斜視図及び断面図については、図７及び図８とほぼ同様であるため、省略する。

また、図９図示の電力変換装置のケース１ａの構成は、図４図示の電力変換装置のケース１の構成とほぼ等しく、第二のケース１ｂの構成は、図６乃至図８図示の電力変換装置の第二のケース１ｂの構成とほぼ等しい。また、図１０図示の電力変換装置のケース１ａの構成は、図５図示の電力変換装置のケース１の構成とほぼ等しく、第二のケース１ｂの構成は、図６乃至図９図示の電力変換装置の第二のケース１ｂの構成とほぼ等しい。従って、作用及び効果は前記実施例とほぼ同様である。

なお、全ての実施例において、ケース１を直方体に形成してあるが、ケース１が複雑な構成であっても本発明を実施することが可能である。この場合、ケース１の回路素子モジュール実装面と同様の形状を有するカバー９、若しくはケース１ａの回路素子モジュール実装面と同様の実装面形状を第二のケース１ｂを構成すればよい。また、全ての実施例において、Ｏリングでシーリングをしているが、例えばパッキングでシーリングすることも可能であり、シーリングの手段についても本発明においては限定しない。

本発明によれば、ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成し、冷却液が流れる冷却流路をケースと一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケースの成型が容易になり、ケースの成型・加工のコストを低減することができる。以上のように、産業上利用可能性大なるものである。

また、ケースのモジュール実装面の裏面を覆うカバー若しくは第二のケースを設け、このカバー若しくは第二のケースのモジュール実装面の裏面とケースのモジュール実装面の裏面とをシーリングしたことにより、ケース内外への液漏れ防止の対策を図ることができる。以上のように、産業上利用可能性大なるものである。

また、冷却流路に冷却液の流れ調整機構を設けたことにより、複雑な形状を形成することなく、容易に冷却液を一定方向に流すことができ、冷却液の流れを調整したことによる冷却性能の向上を図ることができる。以上のように、産業上利用可能性大なるものである。

本発明に係る電力変換装置における発明を実施するための最良の形態の分解斜視図である。 図１図示実施形態における組立斜視図である。 図２図示組立図におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る電力変換装置における第一変形例の分解斜視図である。 本発明に係る電力変換装置における第二変形例の分解斜視図である。 本発明に係る電力変換装置における第三変形例の分解斜視図である。 図６図示実施形態における組立斜視図である。 図７図示組立図におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る電力変換装置における第四変形例の分解斜視図である。 本発明に係る電力変換装置における第五変形例の分解斜視図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ ケース
２ 回路素子モジュール
３ａ，３ｂ，３ｃ 冷却流路
３１，３２ 冷却流路３の出入口
４ 流れ調整機構
５ Ｏリング用の溝
６ Ｏリング
７ ネジ
８ ネジ穴
９ カバー
１１，１１ａ，１１ｂ ケース１の底板

Claims (6)

1. 電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路を前記ケースと一体的に設けてあり、前記ケースとは別にカバーを設け、このカバーと、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面と衝合して、このカバーと前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面とをシーリングしてあることを特徴とする電力変換装置。
2. 電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路を前記ケースと一体的に設けてあり、前記ケースとは別に、第二のケースを設け、二つのケースの回路素子モジュール実装面の裏面どうしを衝合して、二つのケースの回路素子モジュール実装面の裏面どうしをシーリングしてあることを特徴とする電力変換装置。
3. 前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に設けた冷却流路に前記冷却液の流れ調整機構を設けてあることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
4. 前記ケースのモジュール実装面の裏面及び前記カバー若しくは前記第二のケースのそれぞれ衝合面周縁に溝を形成し、この溝にＯリングを介入させて、前記ケースのモジュール実装面の裏面と、前記カバー若しくは前記第二のケースとが水密になるように、シーリングしてあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の電力変換装置。
5. 前記ケースに前記カバー若しくは前記第二のケースを固定手段により固定することにより、これらを一体化してあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の電力変換装置。
6. 前記ケースと前記カバー若しくは前記第二のケースとをネジ止めして、これらを一体化してあることを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。

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