JP2008086087A - Power conversion equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子とコンデンサを最短接続するようにした電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device in which a semiconductor element and a capacitor are connected as short as possible.
従来、電力変換装置等にあって、半導体素子とコンデンサとの配線インダクタンスを低減することを目的とした特許提案が種々ある。特許文献1はそのうちの一例で、これには、半導体素子とコンデンサを最短接続するために、正極直流端子と負極直流端子とは、その間に絶縁体を挟んで積層化すると共に、コンデンサの対応する極に直接接続するようにしたものが記載されている。このように構成することで、配線インダクタンスが低減できる。
Conventionally, there are various patent proposals for reducing power wiring inductance between a semiconductor element and a capacitor in a power conversion device or the like.
一方、特許文献2には、電力変換装置を構成する複数個のモジュール型電力変換素子を冷却板に取り付け、これを筐体に収納する電力変換装置における問題点、すなわち電力変換素子の漏れ電流を低減する対策について記載されている。
前述した特許文献1にあっては、低インダクタンス化が可能であるものの、冷却性能の面では問題があるので何等かの対策を施す必要がある。
In the above-described
前述した特許文献2にあっては、冷却性能の面では問題がないものの、低インダクタンス化の対策については何等考慮されていない。
In
本発明は、低インダクタンス化を満足し、かつ冷却性能が向上する電力変換装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a power conversion device that satisfies low inductance and has improved cooling performance.
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、複数の半導体素子及び前記半導体素子が駆動した際の電圧変化を緩和するための複数のコンデンサ並びに前記半導体素子が駆動時に生ずるサージを抑制するためのスナバコンデンサを組み合わせ接続し、電源と負荷の間で電力変換を行うものであって、前記各半導体素子は、対向する位置に平行な面を有し、このうちの一方の面に電源端子を有し、かつ他方の面に複数の放熱フィンからなる放熱器を備えたものであり、前記各コンデンサは、柱状であってこの軸方向端面に直交するように端子を備えた電力変換装置において、
前記各コンデンサの端子と、前記半導体素子の電源端子と、前記スナバコンデンサの端子を電気的に接続するためのものであって断面L字状の接続導体と、
前記コンデンサの配列位置とは異なる位置であって前記放熱器に近接して配設され、前記放熱器を構成する放熱フィンを風によって冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンで発生する風が前記コンデンサに直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体と、
を具備し、
前記各コンデンサを同一方向に並置させると共に、前記半導体素子の対向する面を、前記コンデンサの配列方向と直角に配置固定し、かつ前記スナバコンデンサを前記半導体素子に近接して配設したことを特徴とする電力変換装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 1 suppresses a plurality of semiconductor elements, a plurality of capacitors for mitigating voltage changes when the semiconductor elements are driven, and a surge generated when the semiconductor elements are driven. A semiconductor capacitor is connected in combination to perform power conversion between a power source and a load, and each of the semiconductor elements has a plane parallel to the opposed position, and one of these planes has a power source A power conversion device having a terminal and a radiator having a plurality of radiation fins on the other surface, each capacitor having a columnar shape and having a terminal orthogonal to the axial end surface In
A connection conductor having an L-shaped cross section for electrically connecting a terminal of each capacitor, a power supply terminal of the semiconductor element, and a terminal of the snubber capacitor;
A cooling fan that is disposed at a position different from the arrangement position of the capacitors and close to the radiator, and cools the radiating fins constituting the radiator by wind;
An air flow restricting body for restricting an air flow direction so that the wind generated by the cooling fan does not directly hit the condenser;
Comprising
The capacitors are juxtaposed in the same direction, the opposing surfaces of the semiconductor elements are arranged and fixed at right angles to the arrangement direction of the capacitors, and the snubber capacitors are arranged close to the semiconductor elements. It is a power converter device.
前記目的を達成するため、請求項2に対応する発明は、複数の半導体素子及び前記半導体素子が駆動した際の電圧変化を緩和するための複数のコンデンサ並びに前記半導体素子が駆動時に生ずるサージを抑制するためのスナバコンデンサを組み合わせ接続し、電源と負荷の間で電力変換を行うものであって、前記各半導体素子は、対向する位置に平行な面を有し、このうちの一方の面に電源端子を有し、かつ他方の面に複数の放熱フィンからなる放熱器を備えたものであり、前記各コンデンサは、柱状であってこの軸方向端面に直交するように端子を備えた電力変換装置において、
前記各コンデンサの端子と、前記半導体素子の電源端子と、前記スナバコンデンサの端子を電気的に接続するためのものであって高低部分を有しかつ高低部分を連結した形状の接続導体と、
前記コンデンサの配列位置とは異なる位置であって前記放熱器に近接して配設され、前記放熱器を構成する放熱フィンを風によって冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンで発生する風が前記コンデンサに直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体と、
を具備し、
前記各コンデンサを同一方向に並置させると共に、前記半導体素子の対向する面を、前記コンデンサの配列方向と同一方向に配置固定し、かつ前記スナバコンデンサを前記半導体素子に近接して配設したことを特徴とする電力変換装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 2 suppresses a plurality of semiconductor elements, a plurality of capacitors for relaxing a voltage change when the semiconductor elements are driven, and a surge generated when the semiconductor elements are driven. A semiconductor capacitor is connected in combination to perform power conversion between a power source and a load, and each of the semiconductor elements has a plane parallel to the opposed position, and one of these planes has a power source A power conversion device having a terminal and a radiator having a plurality of radiation fins on the other surface, each capacitor having a columnar shape and having a terminal orthogonal to the axial end surface In
A connection conductor for electrically connecting the terminals of each capacitor, the power supply terminal of the semiconductor element, and the terminals of the snubber capacitor, having a high and low portion and connecting the high and low portions,
A cooling fan that is disposed at a position different from the arrangement position of the capacitors and close to the radiator, and cools the radiating fins constituting the radiator by wind;
An air flow restricting body for restricting an air flow direction so that the wind generated by the cooling fan does not directly hit the condenser;
Comprising
The capacitors are juxtaposed in the same direction, the opposing surfaces of the semiconductor elements are arranged and fixed in the same direction as the arrangement direction of the capacitors, and the snubber capacitors are arranged close to the semiconductor elements. It is the power converter device characterized.
本発明によれば、低インダクタンス化を満足し、かつ冷却性能が向上する電力変換装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device which satisfies the low inductance reduction and can improve cooling performance can be provided.
以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明するが、その前に本発明の概要について、図1〜図3を参照して説明する。ここで、本発明の受配電盤は、吸気盤例えば監視盤10及び制御保護盤20と、風洞盤例えば4個の電力変換器盤30及び連系変圧器盤40と、排気盤例えば補機盤50を順次所定方向に一直線上に並置し、各盤間連通させ、吸気盤を構成する筐体例えば制御保護盤20の筐体21内には、筐体21の側面に形成されている吸気用開口部121、122から所定距離だけ離隔して吸気用ファン22を内蔵させ、また排気盤例えば補機盤50を構成する筐体51内には、筐体51の側面に形成されている排気用開口部52から所定距離だけ離隔して排気用ファン53を内蔵させ、吸気用ファン22により取り込まれた吸気盤内の風を風洞盤に送り込み、最後に排気盤において排気用ファン53により外部に放出させる強制風冷の横断冷却方式である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but before that, an overview of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the distribution board of the present invention includes an intake panel such as a
監視盤10は、監視盤用筐体11の側壁であって、左側壁背面側及び背面側にそれぞれ吸気用開口部121、122が形成され、負荷例えばナトリウムイオウ電池等の充電及び放電が可能な電池に電力を供給可能な構成で全体の機器の監視を行なうためのものである。
The
制御保護盤20は、制御保護盤用筐体21内の背面側の空間である室に例えば4台の吸気用ファン22がそれぞれ上下方向に収納されると共に、盤全体の機器の制御を行う保護機器を収納したものである。この保護機器には、後述する冷却風が直接当らないようにすべき制御基板(図示せず)が含まれている。
The
電力変換器盤30は、例えば4台で構成され、その各々は変換器盤用筐体31内に電力供給源例えば電力系統からの交流電力を直流電力に変換した電力を前記負荷に供給する電力変換器を収納したものであって、電力変換器を構成する半導体デバイスは各々半導体素子32例えばIGBTに放熱フィン33とミニファン34が一体に形成されている。ここで、ミニファン34で発生する風が放熱フィン33に当り、これにより放熱フィン33を冷却することで、各半導体素子32が冷却される。この半導体素子32を冷却した後の風は、図3の矢印に示すように電力変換器盤30の筐体31内を循環するように、放熱フィン33にパネル35が一体に形成されている。
The
連系変圧器盤40は、連系変圧器盤用筐体41内に電力供給源例えば電力系統からの交流電圧を降圧する連系変圧器42が収納され、かつ筐体41の入口側にミニファン44(例えば各電力変換器盤30に備えているものと同じもの)が設けられている。これは、電力変換器盤30であってパネル35の外側にある、半導体素子32以外の回路素子例えばコンデンサ、リアクトル等が吸気用ファン22と排気用ファン53により発生する冷却風により冷却され、この冷却風が連系変圧器盤用筐体41内に導かれるように、ミニファン44が設けられている。
In the interconnection transformer panel 40, an
補機盤50は、補機盤用筐体51の側壁に排気用開口部52が形成され、補機盤用筐体51内であって排気用開口部から所定距離だけ離隔して排気用ファン53が収納設置され、かつ前記電力系統からの交流電力を取り込み可能な構成となっている。
The
そして、監視盤10と、制御保護盤20と、電力変換器盤30と、連系変圧器盤40と、補機盤50を順次所定方向に一直線状に並置した列盤構成とすると共に、各盤相互間を連通し、吸気用ファン22により吸気用開口部121、122を介して前記列盤内に外気を吸入し、排気用ファン53により排気用開口部52を介して列盤外部に排出することで、制御保護盤用筐体21の内部に発生する冷却風により、前記電力変換器及び前記連系変圧器を冷却するようにした受配電盤である。
The
以上述べた受配電盤は、強制風冷の横断冷却方式であるので、例えばナトリウムイオン電池を充電する用途に用いられる。 Since the distribution board described above is a forced air-cooling transverse cooling system, it is used, for example, for charging sodium ion batteries.
次に、図4乃至図13を参照して本発明の実施形態について説明する。始めに、図4、図5、図7乃至図13を参照して実施形態1について説明する。従来の電力変換装置は、複数の半導体素子01及び半導体素子01が駆動した際の電圧変化を緩和するための複数のコンデンサ02並びに半導体素子01が駆動時に生ずるサージを抑制するためのスナバコンデンサ04を組み合わせ接続し、図示しない電源及び負荷の間で電力変換を行うものであって、各半導体素子01は、対向する位置に平行な面011、012を有し、このうちの一方の面011に電源端子013を有し、かつ他方の面012に複数の放熱フィン061からなる放熱器06を備えたものであり、各コンデンサ02は、柱状であってこの軸方向端面に直交するように端子021を備えたものである。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 7 to 13. The conventional power conversion device includes a plurality of
このような構成の電力変換装置に以下の構成を具備したものである。すなわち、各コンデンサ02を同一方向に並置させると共に、半導体素子01の対向する面011、012を、コンデンサ02の配列方向と直角に配置固定し、かつスナバコンデンサ04を半導体素子01に近接して配設したものである。また、各コンデンサ02の端子021と、半導体素子01の電源端子013と、スナバコンデンサ04の端子を電気的に接続するためのものであって断面L字状の接続導体03と、コンデンサ02の配列位置とは異なる位置であって放熱器06に近接して配設され、放熱器06を構成する放熱フィン061を風によって冷却する冷却ファン05と、冷却ファン05で発生する風がコンデンサ02に直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体(風洞)07を具備したものである。
The power converter having such a configuration has the following configuration. That is, the
このように実施形態1によれば次のような作用効果が得られる。 Thus, according to the first embodiment, the following operational effects can be obtained.
1) 各コンデンサ02を同一方向に並置させると共に、半導体素子01の対向する面011、012を、コンデンサ02の配列方向と直角に配置固定し、各コンデンサ02の端子021と、半導体素子01の電源端子013と、スナバコンデンサ04の端子を、断面L字状の接続導体03で電気的に接続するようにしたので、低インダクタンス化が可能で、取付けスペースの省スペース化を可能となる。
1) The
2) 冷却ファン05で発生する風がコンデンサ02に直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体(風洞)07を設けたので、コンデンサ02を冷却ファン05の排気風から防ぎ、コンデンサ02の冷却性能向上が可能となる。
次に、図6を参照して実施形態2を説明する。実施形態1と同様に、従来の電力変換装置に、以下の構成を具備したものである。すなわち、各コンデンサ02を同一方向に並置させると共に、半導体素子01の対向する面011、012を、コンデンサ02の配列方向と同一方向に配置固定し、かつスナバコンデン04サを半導体素子01に近接して配設したものである。また、各コンデンサ02の端子021と、半導体素子01の電源端子013と、スナバコンデンサ04の端子を電気的に接続するためのものであって高低部分を有しかつ高低部分を連結した形状の接続導体09と、コンデンサ02の配列位置とは異なる位置であって放熱器06に近接して配設され、放熱器06を構成する放熱フィン061を風によって冷却する冷却ファン05と、冷却ファン05で発生する風がコンデンサ02に直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体(風洞)07を具備したものである。
2) Since the wind flow restricting body (wind tunnel) 07 for restricting the wind flow direction that prevents the wind generated by the cooling
Next,
このように実施形態2によれば次のような作用効果が得られる。 Thus, according to the second embodiment, the following operational effects can be obtained.
3) 各コンデンサ02を同一方向に並置させると共に、半導体素子01の対向する面011、012を、コンデンサ02の配列方向と同一方向に配置固定し、各コンデンサ02の端子021と、半導体素子01の電源端子013と、スナバコンデンサ04の端子を、断面L字状の接続導体03で電気的に接続するようにしたので、低インダクタンス化が可能となる。
3) The
4) 冷却ファン05で発生する風がコンデンサ02に直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体(風洞)07を設けたので、コンデンサ02を冷却ファン05の排気風から防ぎ、コンデンサ02の冷却性能向上が可能となる。
4) Since the wind flow restricting body (wind tunnel) 07 for restricting the wind flow direction that prevents the wind generated by the cooling
01…半導体素子、02…コンデンサ、03…接続導体、04…スナバコンデンサ、05…冷却ファン、06…放熱器、07…風流規制体、09…接続導体、10…監視盤、11…監視盤用筐体、011…一方の面、012…他方の面、013…電源端子、20…制御保護盤、21…筐体、21…制御保護盤用筐体、021…端子、22…吸気用ファン、30…電力変換器盤、31…変換器盤用筐体、31…筐体、32…半導体素子、33…放熱フィン、34…ミニファン、35…パネル、40…連系変圧器盤、41…連系変圧器盤用筐体、41…筐体、42…連系変圧器、44…ミニファン、50…補機盤、51…筐体、51…補機盤用筐体、52…排気用開口部、53…排気用ファン、061…放熱フィン、121、122…吸気用開口部。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記各コンデンサの端子と、前記半導体素子の電源端子と、前記スナバコンデンサの端子を電気的に接続するためのものであって断面L字状の接続導体と、
前記コンデンサの配列位置とは異なる位置であって前記放熱器に近接して配設され、前記放熱器を構成する放熱フィンを風によって冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンで発生する風が前記コンデンサに直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体と、
を具備し、
前記各コンデンサを同一方向に並置させると共に、前記半導体素子の対向する面を、前記コンデンサの配列方向と直角に配置固定し、かつ前記スナバコンデンサを前記半導体素子に近接して配設したことを特徴とする電力変換装置。 A combination of a plurality of semiconductor elements, a plurality of capacitors for alleviating voltage changes when the semiconductor elements are driven, and a snubber capacitor for suppressing a surge generated when the semiconductor elements are driven, are connected between the power source and the load. Each of the semiconductor elements has a surface parallel to the opposing position, has a power supply terminal on one surface, and a plurality of heat radiation fins on the other surface. In the power converter provided with a radiator, each capacitor is columnar and has a terminal so as to be orthogonal to this axial end face,
A connection conductor having an L-shaped cross section for electrically connecting a terminal of each capacitor, a power supply terminal of the semiconductor element, and a terminal of the snubber capacitor;
A cooling fan that is disposed at a position different from the arrangement position of the capacitors and close to the radiator, and cools the radiating fins constituting the radiator by wind;
An air flow restricting body for restricting an air flow direction so that the wind generated by the cooling fan does not directly hit the condenser;
Comprising
The capacitors are juxtaposed in the same direction, the opposing surfaces of the semiconductor elements are arranged and fixed at right angles to the arrangement direction of the capacitors, and the snubber capacitors are arranged close to the semiconductor elements. A power converter.
前記各コンデンサの端子と、前記半導体素子の電源端子と、前記スナバコンデンサの端子を電気的に接続するためのものであって高低部分を有しかつ高低部分を連結した形状の接続導体と、
前記コンデンサの配列位置とは異なる位置であって前記放熱器に近接して配設され、前記放熱器を構成する放熱フィンを風によって冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンで発生する風が前記コンデンサに直接当らないようにする風流方向を規制する風流規制体と、
を具備し、
前記各コンデンサを同一方向に並置させると共に、前記半導体素子の対向する面を、前記コンデンサの配列方向と同一方向に配置固定し、かつ前記スナバコンデンサを前記半導体素子に近接して配設したことを特徴とする電力変換装置。 A combination of a plurality of semiconductor elements, a plurality of capacitors for alleviating voltage changes when the semiconductor elements are driven, and a snubber capacitor for suppressing a surge generated when the semiconductor elements are driven, are connected between the power source and the load. Each of the semiconductor elements has a surface parallel to the opposing position, has a power supply terminal on one surface, and a plurality of heat radiation fins on the other surface. In the power converter provided with a radiator, each capacitor is columnar and has a terminal so as to be orthogonal to this axial end face,
A connection conductor for electrically connecting the terminals of each capacitor, the power supply terminal of the semiconductor element, and the terminals of the snubber capacitor, having a high and low portion and connecting the high and low portions,
A cooling fan that is disposed at a position different from the arrangement position of the capacitors and close to the radiator, and cools the radiating fins constituting the radiator by wind;
An air flow restricting body for restricting an air flow direction so that the wind generated by the cooling fan does not directly hit the condenser;
Comprising
The capacitors are juxtaposed in the same direction, the opposing surfaces of the semiconductor elements are arranged and fixed in the same direction as the arrangement direction of the capacitors, and the snubber capacitors are arranged close to the semiconductor elements. A power conversion device.
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