JP2008043047A - Cooling structure for power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筐体内に収容されている半導体素子を強制空冷する電力変換装置の冷却構造に関するものである。 The present invention relates to a cooling structure for a power conversion device that forcibly air-cools a semiconductor element accommodated in a housing.
電力変換装置において半導体素子を冷却するヒートシンク部からの排気は高温になっている。このような高温の排気を電力変換装置の筐体内に排出することは、筐体内温度の上昇に繋がり他の部品に悪影響を与えることになる。 In the power converter, the exhaust from the heat sink that cools the semiconductor element is at a high temperature. Exhausting such high-temperature exhaust gas into the casing of the power conversion device leads to an increase in the temperature in the casing and adversely affects other components.
そこで、図5に示すように、筐体101内に収容した半導体素子等からなるインバータ部102の冷却フィン103に送風する冷却ファン104を設けると共に、上記筐体101の天版101aに形成した排気口105と上記冷却フィン103の排気側を接続した排気側のダクト106と、上記筐体101の前面101b,後面101c,或いは左右の側面101d,101eに形成した吸気口107と上記冷却フィン103の吸気側を接続した吸気側のダクト108と、を備えた電力変換装置が開発されている。
Therefore, as shown in FIG. 5, a
この電力変換装置において、上記冷却ファン104によって吸気口107から筐体101内に吸入された外気は、吸気側のダクト108を通って筐体101内に導入され、冷却フィン103を通過して、半導体素子等のインバータ部102を冷却し、排気側のダクト106および排気口105を通って筐体101の外部に排出される。(特許文献1)
ところで、上記従来の電力変換装置においては、専用の吸気側のダクト108と排気側のダクト106を使用することにより半導体素子等のインバータ部102を効果的に冷却すると共に、上記半導体素子等のインバータ部102からの排熱を筐体101内に拡散させることなく、筐体101外に排出させることができるという効果が有る反面、次に述べるような問題点があった。
(1)吸気側のダクト108と排気側のダクト106は、独立別個に形成されているため部品点数が増え、管理コスト等が高くなる。
(2)吸気側のダクト108と排気側のダクト106を別々に筐体101に組み付けなければならず、組立コストが高くなる。
By the way, in the above-described conventional power conversion device, by using the dedicated intake-
(1) Since the intake-
(2) The intake-
本願発明の目的は、上述のような吸気口から吸入した外気を吸気側のダクトを通して半導体素子等のインバータ部に向けて導入して、該インバータ部を冷却した後、上記外気を排気側のダクトを通して筐体の外部に排出するようにした電力変換装置の冷却構造において、排気側のダクトと吸気側のダクトを一体化することにより、部品点数の削減と組付工数の削減を図ったものである。 An object of the present invention is to introduce the outside air sucked from the intake port as described above toward an inverter part such as a semiconductor element through a duct on the intake side, cool the inverter part, and then introduce the outside air into the duct on the exhaust side. In the cooling structure of the power conversion device that is discharged to the outside through the housing, the exhaust side duct and the intake side duct are integrated to reduce the number of parts and the number of assembly steps. is there.
請求項1の発明は、半導体素子を収容した筐体と、該筐体内に冷却風を導入する冷却ファンと、該冷却ファンにより筐体に設けた吸気口から筐体内に導入された冷却風を上記半導体素子に導く吸気側のダクトと、上記半導体素子を冷却した冷却風を筐体に設けた排気口に導く排気側のダクトと、を備えた電力変換装置の冷却構造において、上記吸気側のダクトの一端側に上記筐体の吸気口に連なる第1の開口部を設け、他端側に上記半導体素子のヒートシンク部の吸気側に連なる第2の開口部を設けると共に、上記排気側のダクトの一端側に上記半導体素子のヒートシンク部の排気側に連なる第3の開口部を設け、他端側に上記筐体の排気口に連なる第4の開口部を設け、上記吸気側のダクトと排気側のダクトを、連結部を介して一体的に形成した。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a housing containing a semiconductor element, a cooling fan for introducing cooling air into the housing, and cooling air introduced into the housing from an air inlet provided in the housing by the cooling fan. In a cooling structure of a power converter comprising: an intake-side duct that leads to the semiconductor element; and an exhaust-side duct that guides cooling air that has cooled the semiconductor element to an exhaust port provided in a housing. A first opening connected to the intake port of the housing is provided on one end side of the duct, a second opening connected to the intake side of the heat sink portion of the semiconductor element is provided on the other end side, and the exhaust side duct is provided. A third opening connected to the exhaust side of the heat sink of the semiconductor element is provided on one end side of the semiconductor element, and a fourth opening connected to the exhaust port of the housing is provided on the other end side. The side duct is integrally formed through the connecting part. It was.
請求項2の発明は、請求項1の電力変換装置の冷却構造において、上記吸気側のダクトと排気側のダクトを、断面略矩形状の扁平な筒型に形成すると共に、上記吸気側のダクトの第1の開口部を、上記第2の開口部よりも幅広に形成し、上記排気側のダクトの第4の開口部を、上記第3の開口部よりも幅広に形成した。 According to a second aspect of the present invention, in the cooling structure of the power conversion device according to the first aspect, the intake side duct and the exhaust side duct are formed into a flat cylindrical shape having a substantially rectangular cross section, and the intake side duct is formed. The first opening is formed wider than the second opening, and the fourth opening of the exhaust side duct is formed wider than the third opening.
請求項3の発明は、請求項2の電力変換装置の冷却構造において、上記連結部を、上記吸気側のダクトの一側面と排気側のダクトの一側面を連結した板状に形成して、上記吸気側のダクトと排気側のダクトの間に上記半導体素子のヒートシンク部を挿入した。 According to a third aspect of the present invention, in the cooling structure of the power conversion device according to the second aspect, the connecting portion is formed in a plate shape in which one side surface of the intake side duct and one side surface of the exhaust side duct are connected, The heat sink part of the semiconductor element was inserted between the duct on the intake side and the duct on the exhaust side.
請求項4の発明は、請求項3の電力変換装置の冷却構造において、上記連結部を、上記吸気側のダクトと排気側のダクトの間に上記半導体素子のヒートシンク部を挿入した状態で該ヒートシンク部の側面に重なるようにした。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the cooling structure for a power conversion device according to the third aspect, wherein the heat sink portion of the semiconductor element is inserted between the intake side duct and the exhaust side duct. It overlapped with the side of the part.
(1)請求項1の発明は、上記吸気側のダクトと排気側のダクトを、連結部を介して一体的に形成したので、従来の吸気側のダクトと排気側のダクトを独立別個に形成していたものに較べて部品点数の削減と組立工数の削減を図ることができる。
(2)請求項2の発明は、上記第1の開口部を、上記第2の開口部よりも幅広に形成したので、上記幅広の第1の開口部から大量の外気を吸い込んで、幅狭の上記第2の開口部から外気を効果的に上記半導体素子のヒートシンク部に吹き付けることができる。そして、上記半導体素子のヒートシンク部を冷却した外気を上記排気側のダクトの幅広の第4の開口部および排気口から拡散させながら外部に排出することができる。
(3)請求項3の発明は、上記連結部において、上記吸気側のダクトと排気側のダクトの間に上記半導体素子のヒートシンク部を挿入することにより、上記半導体素子のヒートシンク部の一端側に上記吸気側のダクトを接続し、上記半導体素子のヒートシンク部の他端側に上記排気側のダクトを接続することができる。
(4)請求項4の発明は、上記連結部を上記ヒートシンク部の側面に重ね合わせることにより、上記連結部で上記ヒートシンク部の側面を塞いで、上記吸気側のダクトから導入した外気が上記排気側のダクトに導入される前にヒートシンク部の外部に漏れ出るのを防止することができる。
(1) In the first aspect of the present invention, the intake-side duct and the exhaust-side duct are integrally formed via the connecting portion, so that the conventional intake-side duct and the exhaust-side duct are formed separately and independently. Compared to what has been done, the number of parts and the number of assembly steps can be reduced.
(2) In the invention of
(3) In the invention of
(4) According to the invention of
図1は、本発明の電力変換装置の冷却構造の要部のプリント基板を取り外した状態を示す斜視図、図2はプリント基板の拡大斜視図、図3はダクトを取外した状態を示す斜視図、図4は要部のプリント基板を挿入した状態における冷却構造の断面図である。本発明の電力変換装置の冷却構造は、電力変換装置の第1〜第nまでの複数のプリント基板1a、1b…1nを挿脱可能に収容する筐体2と、該筐体2の上部の排気口2a近傍に設けられていて、該筐体2内に冷却風を導入する複数の冷却ファン3と、該冷却ファン3により筐体2の下部に設けた吸気口2bから筐体2内に導入された外気(以下、冷却風と称する)を上記第1のプリント基板1aに搭載されている大発熱量のCPU等の半導体素子4のヒートシンク部5に導いてこれを冷却する吸気側のダクト6と、半導体素子4を冷却した冷却風を上記筐体2の排気口2aに導く排気側のダクト7と、を備えている。なお、図1において、8は第1のプリント基板1aに搭載された他の部品、9は第1のプリント基板1aの一端部に取り付けられた支持部であり、該支持部9の上下端に設けた一対の取っ手10を利用して第1のプリント基板1aを筐体2へ挿脱する。
1 is a perspective view showing a state where a printed circuit board is removed from a main part of the cooling structure of the power conversion device of the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view of the printed circuit board, and FIG. 3 is a perspective view showing a state where a duct is removed. FIG. 4 is a cross-sectional view of the cooling structure in a state where the principal printed circuit board is inserted. The cooling structure of the power conversion device of the present invention includes a
図3に示すように、上記ヒートシンク部5は、ベースプレート5aに多数の板状のフィン5bを列設することにより形成されていて、上記フィン5bの隙間δが縦方向になるように上記半導体素子4に取り付けられている。
As shown in FIG. 3, the
上記吸気側のダクト6は、一端側(下端側)に上記筐体2の吸気口2bに連なる第1の開口部6aを備え、他端側(上端側)に上記ヒートシンク部5の吸気側の隙間δに連なる第2の開口部6bを備えている。
The intake-
上記排気側のダクト7は、一端側(下端側)に上記ヒートシンク部5の排気側の隙間δに連なる第3の開口部7aを備え、他端側(上端側)に上記筐体2の排気口2aに連なる第4の開口部7bを備えている。上記吸気側のダクト6と排気側のダクト7は、連結部11を介して一体的に結合されている。
The exhaust-
上記吸気側のダクト6と排気側のダクト7は、横断面略矩形状の扁平な筒型に形成されている。上記第1の開口部6aは、上記第2の開口部6bよりも幅広に形成されている。上記第1の開口部6aよりも幅狭な第2の開口部6bは、上記ヒートシンク部5の吸気側に、ほぼ隙間無く連続する。また、上記第4の開口部7bは、上記第3の開口部7aよりも幅広に形成されている。上記第4の開口部7bよりも幅狭な第3の開口部7aは、上記ヒートシンク部5の排気側に、ほぼ隙間無く連続する。上記開口部6a,6b,7a,7bの幅は、上記半導体素子5の発熱量に合わせて形成されている。
The intake-
上記連結部11は、板状に形成されていて、上記吸気側のダクト6の一側面6cと、排気側のダクト7の一側面7cを連結している。上記連結部11で連結されている吸気側のダクト6と排気側のダクト7の間には、上記ヒートシンク部5が挿入、配置される。上記連結部11は、上記吸気側のダクト6と排気側のダクト7の間に上記ヒートシンク部5を配置した状態で上記多数のフィン5bの先端部(ベースプレート5aと反対側の端部)側に重なって、これら多数のフィン5bの先端部側の隙間δを閉塞するようになっている。上記吸気側のダクト6と排気側のダクト7は、第1のプリント基板1aに固定されている。
The connecting
次に、上記電力変換装置の冷却構造の作用について説明する。上記冷却ファン3を回転させると、筐体2の下部に設けた吸気口2bから外気が吸引される。このとき吸引された外気の一部は、吸気側のダクト6によって上記ヒートシンク部5の吸気側の端部に導かれ、上記フィン5b間の隙間δに導入される。上記フィン5bの先端部側の隙間δは、上記板状の連結部11で塞がれた状態になっているので、ヒートシンク部5内に導入された外気は上記フィン5bの先端部側の隙間δから外部に逃げることなく、略全ての外気が上記フィン5b間を通って、ヒートシンク部5を冷却するので半導体素子5が効果的に冷却される。
Next, the effect | action of the cooling structure of the said power converter device is demonstrated. When the
そして、上記フィン5bを冷却した外気は、排気側のダクト7を介して排気口2aから上記筐体2外に排出される。従って、上記大発熱量の半導体素子4を冷却した高温の排気が上記第1のプリント基板1aに搭載されている他の部品8や、他のプリント基板1b,1c…等に搭載されている部品に悪影響を及ぼすのを防止するのである。なお、上記実施の形態においては、第1のプリント基板1aに搭載されている大発熱量の半導体素子4を専用のダクトで効果的に冷却すると共に、上記大発熱量の半導体素子4の排熱が他の部品8等に悪影響を及ぼすのを防止する場合を示したが、他のプリント基板1b,1c…等に大発熱量の半導体素子4が搭載されている場合には、上記第1のプリント基板1aの場合と同様のダクトを設けて、その大発熱の半導体素子4を冷却する。
And the outside air which cooled the said
1a〜1n…プリント基板
2…筐体
2a…排気口
2b…吸気口
3…冷却ファン
4…大発熱量の半導体素子(CPU)
5…ヒートシンク部
5b…板状のフィン
6…吸気側のダクト
6a…第1の開口部
6b…第2の開口部
7…排気側のダクト
7a…第3の開口部
7b…第4の開口部
8…他の部品
11…連結部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記吸気側のダクトは、一端側に上記筐体の吸気口に連なる第1の開口部を備え、他端側に上記半導体素子のヒートシンク部の吸気側に連なる第2の開口部を備え、
上記排気側のダクトは、一端側に上記半導体素子のヒートシンク部の排気側に連なる第3の開口部を備え、他端側に上記筐体の排気口に連なる第4の開口部を備え、
上記吸気側のダクトと排気側のダクトは、連結部を介して一体的に形成されていることを特徴とする電力変換装置の冷却構造。 A housing containing a semiconductor element, a cooling fan for introducing cooling air into the housing, and an intake side for guiding cooling air introduced into the housing from an air inlet provided in the housing by the cooling fan to the semiconductor element In the cooling structure of the power conversion device, including the duct and the duct on the exhaust side that guides the cooling air that has cooled the semiconductor element to the exhaust port provided in the housing,
The intake-side duct includes a first opening connected to the intake port of the housing on one end side, and a second opening connected to the intake side of the heat sink portion of the semiconductor element on the other end side,
The duct on the exhaust side includes a third opening connected to the exhaust side of the heat sink portion of the semiconductor element on one end side, and a fourth opening connected to the exhaust port of the housing on the other end side,
The cooling structure for a power conversion device, wherein the intake-side duct and the exhaust-side duct are integrally formed via a connecting portion.
The power converter according to claim 3, wherein the connecting portion overlaps a side surface of the heat sink portion in a state where the heat sink portion of the semiconductor element is inserted between the duct on the intake side and the duct on the exhaust side. Cooling structure.
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---|---|---|---|---|
JP2010177623A (en) * | 2009-02-02 | 2010-08-12 | Nec Corp | Heat sink, cooling structure and cooling method of heat generation source |
US8817470B2 (en) | 2009-10-16 | 2014-08-26 | Fujitsu Limited | Electronic device and complex electronic device |
CN105308741A (en) * | 2013-06-20 | 2016-02-03 | 三菱电机株式会社 | Vehicular power conversion device |
CN108336893A (en) * | 2018-02-24 | 2018-07-27 | 哈尔滨研拓科技发展有限公司 | A kind of power supply cabinet |
JP2020144492A (en) * | 2019-03-05 | 2020-09-10 | 株式会社チノー | Heating element cooling structure |
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2006
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