JP2014220334A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却能力を低下させることなく、装置の幅方向寸法を小型化する。【解決手段】インバータ装置１は、ヒートシンクベース２１と、ヒートシンクベース２１の後面ａに配置された上部フィン群２２及び下部フィン群２３とを備えたヒートシンク２０と、ヒートシンクベース２１の前面２１ｂに設けられた３つのパワーモジュール３６ａ、３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２と、上部フィン群２２及び下部フィン群２３を収納して冷却風の通風空間となる風洞１１を形成し、上部フィン群２２と下部フィン群２３との間に対応する位置に通風口１３０，１３０を備えた風洞ケース１０と、風洞ケース１０の上端部に設けられ、上部フィン群２２に冷却風を通風させるように構成された上部ファン２と、風洞ケース１０の下端部に設けられ、下部フィン群２３に冷却風を通風させるように構成された下部ファン３とを有する。【選択図】図２

Description

開示の実施形態は、電力変換装置に関する。

従来、ベースの上面に発熱部品を取り付け、ベースの背面に複数の冷却フィンを有するヒートシンクと、冷却風の通風空間となる風洞を形成し冷却フィンを収納するケースと、ケースに設けられ冷却風を冷却フィンに強制導入する２台のファンと、を備えた電子機器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２５０８９３号公報

電子機器の中には、例えば電力変換装置のように、配電盤や制御盤等の収納ボックス内で他の機器と並列に配置されて使用されるものがある。このような電子機器では、幅方向寸法の小型化が強く要望されている。

しかしながら、上記従来技術の電子機器は、２台のファンが幅方向に並列して配置されるので、幅方向寸法が大きくなる。仮に、幅方向寸法を小さくするためにファンを１台とした場合、風量が大幅に減少して冷却能力が低下する。このように、上記従来技術では、冷却能力を低下させることなく、幅方向寸法を小型化することができなかった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、冷却能力を低下させることなく、装置の幅方向寸法を小型化できる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、電力を変換する電力変換装置であって、ベースと、前記ベースの一方側の面に配置された第１のフィン群及び第２のフィン群と、を備えたヒートシンクと、前記ベースの他方側の面に設けられた複数の電気部品と、前記第１のフィン群及び前記第２のフィン群を収納して冷却風の通風空間となる風洞を形成し、前記第１のフィン群と前記第２のフィン群との間に対応する位置に通風口を備えたケースと、前記ケースの通風方向一方側の端部に設けられ、前記第１のフィン群に前記冷却風を通風させるように構成された第１のファンと、前記ケースの通風方向他方側の端部に設けられ、前記第２のフィン群に前記冷却風を通風させるように構成された第２のファンと、を有する電力変換装置が適用される。

本発明の電力変換装置によれば、冷却能力を低下させることなく、装置の幅方向寸法を小型化できる。

一実施の形態のインバータ装置の構成を模式的に表す斜視図である。 インバータ装置の構成を模式的に表す右側面図である。 インバータ装置の構成を模式的に表す分解斜視図である。 インバータ装置の構成を模式的に表す分解右側面図である。 インバータ装置の構成及び風洞における冷却風の流れを模式的に表す前面図である。 本体部の回路構成の一例を表す回路図である。 本願発明者等による冷却能力に関するシミュレーション結果を説明するための説明図である。 冷却風の向きを反対にする変形例における、インバータ装置の構成及び風洞における冷却風の流れを模式的に表す前面図である。 冷却風の向きが互いに同じ向きとなるように構成する変形例における、インバータ装置の構成及び風洞における冷却風の流れを模式的に表す前面図である。 インバータ装置の構成及び風洞における冷却風の流れを模式的に表す前面図である。 上部フィン群と下部フィン群との間にフィン群がある変形例における、インバータ装置の構成を模式的に表す右側面図である。 パワーモジュールを１つのみ配置する変形例における、インバータ装置の構成及び風洞における冷却風の流れを模式的に表す前面図である。

以下、一実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下では、電力変換装置をインバータ装置に適用した場合について説明する。また、図面中に「前」「後」「左」「右」「上」「下」の注記がある場合は、明細書中の説明における「前」「後」「左」「右」「上」「下」とは、その注記された方向を指す。但し、インバータ装置の位置関係は、「前」「後」「左」「右」「上」「下」の概念に限定されるものではない。また、明細書中の説明における「冷却風の流れ方向」とは、冷却風の実際の流れの向き（吸気口から排気口への向き）を指す。一方、明細書中の説明における「冷却風の通風方向」とは、冷却風の実際の流れの向きを指すのではなく、冷却風が流れうる方向（吸気口から排気口への向き及び排気口から吸気口への向きの両方を含む）を指す。

＜インバータ装置の構成＞
図１〜図５に示すように、本実施形態のインバータ装置１（電力変換装置）は、直流電力を交流電力に変換する装置である。このインバータ装置１は、設置状態において後述の本体部３０が前側、後述の風洞１１が後側、冷却風の通風方向が上下方向となるように、配電盤や制御盤等の盤（図示せず）内で他の機器（図示せず）と並列に配置され、使用される。このようなインバータ装置１は、略板形状に形成され開口１２０を備えた本体ベース１２（図５中では図示省略）と、本体ベース１２に設けられたヒートシンク２０（図５中では図示省略）と、本体ベース１２の前側に配置された本体部３０（後述の図６も参照）と、本体部３０を収納する本体ケース（図示せず）と、本体ベース１２の後側に配置され、冷却風の通風空間となる風洞１１を内部に形成する風洞ケース１０（ケース）とを有する。

風洞ケース１０は、略直方体形状を備え、長手方向が鉛直方向と略平行になるように、上記盤に配置される。この風洞ケース１０は、本体ベース１２の後面１２ａの左右両端にそれぞれ立設され上記通風口１３０，１３０をそれぞれ備えた外壁１３，１３と、外壁１３，１３の後側に取り付けられ上記風洞１１を覆うカバー１４（図５中では図示省略）とを備える。本体ベース１２及び外壁１３，１３は、アルミニウム合金等の材質により別体として構成されているが、一体として構成されてもよい。

図６に示すように、本体部３０は、端子台３１と、ダイオードモジュール３２（電気部品、第２の電気部品）と、直流リアクトル３３と、接点が開閉制御されるリレー３４と、平滑コンデンサ３５と、３つのパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ（電気部品、第１の電気部品）と、端子台３７とを備える。なお、図１〜図５中では、ダイオードモジュール３２及び３つのパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ以外の本体部３０の構成要素の図示を適宜省略している。

端子台３１は、例えば上記本体ケース内の下部に収納され、交流電源４の電源ケーブルを接続・中継する。

ダイオードモジュール３２は、端子台３１の端子と電気的に接続され、交流電源４から端子台３１を介して供給される３相（Ｒ，Ｓ，Ｔ相）交流電力を整流し、２本の直流バスＰ，Ｎへ直流電力を出力する。

直流リアクトル３３は、直流バスＰ（又は直流バスＮでもよい）に接続され、直流電力の力率を改善する。

平滑コンデンサ３５は、直流バスＰ，Ｎに接続され、ダイオードモジュール３２が整流した直流電圧の脈動成分を平滑化する。

パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジタ）等の半導体素子からなり、それぞれが電力変換回路を構成するスイッチング素子（図示せず）をそれぞれ備え、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）交流の各相に対応して設けられている。これらパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、直流バスＰ，Ｎにそれぞれ接続されると共に、端子台３７の端子と３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）交流の各相ごとに電気的に接続され、当該各相の交流電力を端子台３７を介してモータ５へ出力する。

端子台３７は、例えば上記本体ケース内の下部に収納され、モータ５のモータケーブルを接続・中継する。

図１〜図５に示すように、ヒートシンク２０は、略板形状のヒートシンクベース２１（ベース）と、上部フィン群２２（第１のフィン群）と、下部フィン群２３（第２のフィン群）とを備え、フィン群２２，２３が上記開口１２０に嵌め込まれることで上記風洞１１に収納されるように、上記本体ベース１２の前側に取り付けられ、ボルト等により固定されている。上部フィン群２２は、ヒートシンクベース２１の後面２１ａ（一方側の面）の上部に立設された複数のフィン２２０からなり、下部フィン群２３は、ヒートシンクベース２１の後面２１ａの下部に立設された複数のフィン２３０からなる。ヒートシンクベース２１、上部フィン群２２、及び下部フィン群２３は、アルミニウムや銅等の熱が伝導しやすい材質により一体あるいは別体として構成されている。上部フィン群２２及び下部フィン群２３は、ヒートシンクベース２１の後面２１ａにおいて上下に分離して配置されており、ヒートシンクベース２１の後面２１ａにおける上部フィン群２２と下部フィン群２３と間には、隙間Ｓ（図３及び図４参照）が形成されている。

このとき、上記風洞ケース１０の外壁１３，１３それぞれにおける上部フィン群２２と下部フィン群２３との間の隙間Ｓに対応する位置（例えば上部フィン群２２と下部フィン群２３との中央位置等）には、上記通風口１３０，１３０がそれぞれ設けられている。また、風洞ケース１０の上端部（通風方向一方側）には、上部フィン群２２に冷却風を通風させるように構成された上部ファン２（第１のファン）が設置されている。一方、風洞ケース１０の下端部（通風方向他方側）には、下部フィン群２３に冷却風を通風させるように構成された下部ファン３（第２のファン）が設置されている。また、風洞ケース１０内における上部フィン群２２と下部フィン群２３との間には、それぞれと接触しないように間隔を空けて、仕切り板６（板部材）が設置されている。なお、仕切り板６は、ヒートシンク２０のヒートシンクベース２１又は本体ベース１２、あるいは風洞ケース１０のカバー１４等と一体として構成されてもよい。仕切り板６は、上記風洞１１を、上部ファン２による冷却風の通風空間と下部ファン３による冷却風の通風空間とに区画すると共に、上記通風口１３０，１３０を、上部通風口１３０ａ，１３０ａと下部通風口１３０ｂ，１３０ｂとにそれぞれ区画する。

本実施形態では、上部ファン２及び下部ファン３は、冷却風の流れ方向が互いに反対向きとなるように構成されている。具体的には、図５に示すように、上部ファン２は、上部通風口１３０ａ，１３０ａから吸気して風洞ケース１０の上端部で排気するように、つまり冷却風の流れ方向が上向きとなる（下側が上流側、上側が下流側となる）ように構成され、上部フィン群２２に冷却風を通風させる。一方、下部ファン３は、下部通風口１３０ｂ，１３０ｂから吸気して風洞ケース１０の下端部で排気するように、つまり冷却風の流れ方向が下向きとなる（上側が上流側、下側が下流側となる）ように構成され、下部フィン群２３に冷却風を通風させる。すなわち、上部通風口１３０ａ，１３０ａは、上部ファン２による吸気口となり、下部通風口１３０ｂ，１３０ｂは、下部ファン３による吸気口となる。

また、ヒートシンクベース２１の前面２１ｂ（他方側の面）には、複数の電気部品が密着するように取り付けられている。この例では、ヒートシンクベース２１の前面２１ｂには、上記本体部３０のパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２が取り付けられている。パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、通電時に発熱する発熱量が比較的大きく、ダイオードモジュール３２は、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃよりも通電時に発熱する発熱量が小さい。図５に示すように、これらパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２は、ヒートシンクベース２１の前面２１ｂにおける、上記上部フィン群２２に対応する（下側が上流側、上側が下流側となる）上部領域Ｔ１（第１の領域）と、上記下部フィン群２３に対応する（上側が上流側、下側が下流側となる）下部領域Ｔ２（第２の領域）とに分けて配置されている。具体的には、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃのうちの２つ（この例ではパワーモジュール３６ａ，３６ｂ）が、上部領域Ｔ１に配置されると共に、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃのうちの残りの１つ（この例ではパワーモジュール３６ｃ）及びダイオードモジュール３２が、下部領域Ｔ２に配置されている。このとき、上部領域Ｔ１に配置されたパワーモジュール３６ａ，３６ｂの発熱量の合計は、下部領域Ｔ２に配置されたパワーモジュール３６ｃ及びダイオードモジュール３２の発熱量の合計よりも大きくなる。また、上部領域Ｔ１に配置されたパワーモジュール３６ａ，３６ｂは、当該上部領域Ｔ１の下側（上流側）において、上下方向（通風方向）に略垂直な方向、つまり左右方向に並列に配置されている。一方、下部領域Ｔ２に配置されたパワーモジュール３６ｃ及びダイオードモジュール３２は、パワーモジュール３６ｃが当該下部領域Ｔ２の上側（上流側）に配置されると共に、ダイオードモジュール３２がパワーモジュール３６ｃよりも当該下部領域Ｔ２の下側（下流側）に配置されている。

上記のようなヒートシンク１０は、ヒートシンクベース２１の前面２１ｂに密着されたパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２で発生され伝導された熱を拡散し、フィン群２２，２３で放熱することで、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２を冷却する。このとき、図４に示すように、上記上部領域Ｔ１（発熱量の合計が大きい方の領域）に対応する上部フィン群２２の上下方向長さＬ１は、上記下部領域Ｔ２（発熱量の合計が小さい方の領域）に対応する下部フィン群２３の上下方向長さＬ２よりも長く形成されることで、上部フィン群２２は下部フィン群２３よりも放熱量が大きくなるように構成されている。

以上説明したように、本実施形態のインバータ装置１では、ヒートシンク２０のヒートシンクベース２１の後面２１ａに上部フィン群２２及び下部フィン群２３が配置され、ヒートシンクベース２１の前面２１ｂにパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２が設けられる。また、風洞１１を形成する風洞ケース１０の中間位置には通風口１３０，１３０が設けられ、風洞ケース１０の上下両端部には上部ファン２及び下部ファン３が設けられる。そして、上部ファン２及び下部ファン３が駆動すると、上部ファン２により上部フィン群２２に冷却風が通風されると共に、下部ファン３により下部フィン群２３に冷却風が通風され、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２が冷却される。

＜シミュレーション結果＞
ここで、図７を参照しつつ、本願発明者等による、本実施形態に対する比較例のインバータ装置と本実施形態のインバータ装置１との冷却能力に関するシミュレーション結果について説明する。なお、ここでは、ダイオードモジュール３２については考慮しないものとする。図７（ａ）に示す比較例のインバータ装置１′において、本実施形態のインバータ装置１と大きく異なる点は、風洞ケース１０の上端部のみにファン２が設置され風洞ケース１０の下端部には吸気口１４０が備えられている点、風洞ケース１０の外壁１３，１３に通風口が備えられていない点、ヒートシンク２０に１つのフィン群（図示せず）のみが備えられている点である。また、比較例では、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃが、ヒートシンクのヒートシンクベース２１の前面２１ｂにおける上記１つのフィン群に対応する領域Ｔに配置されている。このとき、パワーモジュール３６ｃは、領域Ｔの下側（上流側）に配置されており、パワーモジュール３６ａ，３６ｂは、パワーモジュール３６ｃよりも領域Ｔの上側（下流側）において、上下方向（通風方向）に略垂直な方向、つまり左右方向に並列に配置されている。このような比較例では、風洞１１における冷却風の風量は１．０１２［ｍ^３／ｍｉｎ］となると共に、パワーモジュール３６ａの温度は１４２．０℃、パワーモジュール３６ｂの温度は１４３．６℃、パワーモジュール３６ｃの温度は１２３．８℃となっている。上記のような比較例の構成では、例えば左右方向に２台のファンを並列配置する場合に比べて、インバータ装置１′の幅方向寸法を（ファン１台分まで）小さくできるが、１台のファン２のみを用いて冷却風を通風させるので風量が少なくなり、冷却能力が低下する。また、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃが通風方向に直列に配置されることになるので、上流側のパワーモジュール３６ｃによる熱干渉により下流側のパワーモジュール３６ａ，３６ｂの温度が比較的高温になる。

これに対し、図７（ｂ）に示す本実施形態のインバータ装置１では、風洞１１における冷却風の風量（ファン２，３による合計の風量）は１．８８８［ｍ^３／ｍｉｎ］となると共に、パワーモジュール３６ａの温度は１２７．６℃、パワーモジュール３６ｂの温度は１２８．６℃、パワーモジュール３６ｃの温度は１１９．５℃となっている。すなわち、風洞１１における冷却風の風量は上記比較例よりも約８７％増加しており、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃの温度についてはいずれも上記比較例よりも低くなっている。

＜実施形態の効果＞
上記シミュレーション結果からも分かるように、本実施形態のような構成とすることにより、例えば左右方向に２台のファンを並列配置する場合に比べて、インバータ装置１の幅方向寸法を（ファン１台分まで）大幅に小さくできると共に、２台のファン２，３の両方を用いて冷却風を通風させるのでファン２台分の風量を確保できる。したがって、冷却能力を低下させることなく、インバータ装置１の幅方向寸法を小型化できる。

また、本実施形態では、ヒートシンク２０が一体に形成されたヒートシンクベース２１に２つのフィン群２２，２３を備えた構成とする。このように一体に形成されたベース構造とすることにより、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２の配置がフィン群２２，２３の配置により制限されることを回避でき、部品配置や配線の引き回しを含めた装置設計の自由度を向上できる。また、一体に形成されたベース構造とすることでインバータ装置１全体の強度を高めることができると共に、組立ても容易となる。

また、本実施形態では特に、上部フィン群２２と下部フィン群２３とが分離して配置される。これにより、上部フィン群２２と下部フィン群２３との中間位置に比較的大きな隙間Ｓを設けることができるので、通風口１３０，１３０より吸気する際の通風抵抗を低減し、吸気効率を向上することができる。

また、本実施形態では特に、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２は、上部フィン群２２に対応する上部領域Ｔ１と、下部フィン群２３に対応する下部領域Ｔ２とに分けて配置される。これにより、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２を２つの領域Ｔ１，Ｔ２に分けて、異なる２系統の冷却風によって別々に冷却することができる。この結果、上記比較例のような冷却風に対し直列配置された場合の上流側の電気部品による下流側の電気部品への熱干渉を回避でき、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２を効率的に冷却することができる。

また、本実施形態では特に、パワーモジュール３６ａ，３６ｂが上部領域Ｔ１の下側に配置されると共に、パワーモジュール３６ｃが下部領域Ｔ２の上側に配置される。このように、発熱量が比較的大きなパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃを上流側に配置することで、下流側に配置された場合の上流側の他の電気部品による熱干渉を回避でき、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃを効率的に冷却することができる。

また、本実施形態では特に、パワーモジュール３６ａ，３６ｂが、同じ領域Ｔ１に配置されると共に、左右方向に並列に配置される。これにより、直列配置された場合の上流側と下流側での熱干渉を回避でき、パワーモジュール３６ａ，３６ｂを均一且つ効率的に冷却することができる。

また、本実施形態では特に、パワーモジュール３６ｃとダイオードモジュール３２とが同じ領域Ｔ２に配置されると共に、ダイオードモジュール３２がパワーモジュール３６ｃよりも下側に配置される。このように、発熱量が比較的小さなダイオードモジュール３２をパワーモジュール３６ｃの下流側に配置することで、熱干渉の影響を低減でき、パワーモジュール３６ｃ及びダイオードモジュール３２を効率的に冷却することができる。

また、本実施形態では特に、発熱量の合計が大きい方の上部フィン群２２が、発熱量の合計が小さい方の下部フィン群２３よりも放熱量が大きくなるように構成される。具体的には、上部フィン群２２の上下方向の長さＬ１を下部フィン群２３の上下方向の長さＬ２よりも長くなるように形成する。つまり、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２を上部領域Ｔ１と下部領域Ｔ２とに分けて配置する場合、上部領域Ｔ１に配置されたパワーモジュール３６ａ，３６ｂの発熱量の合計と、下部領域Ｔ２に配置されたパワーモジュール３６ｃ及びダイオードモジュール３２の発熱量の合計とが異なる。そこで本実施形態のように部品の発熱量に応じてフィン群の長さを設定することにより、パワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２を効率的に冷却することができる。

また、本実施形態では特に、風洞ケース１０内における上部フィン群２２と下部フィン群２３との間に仕切り板６を設ける。これにより、上部ファン２及び下部ファン３それぞれによる冷却風の干渉（引っ張り）を防止できるので、風量の減少を抑制し、冷却効率を向上することができる。

また、本実施形態では特に、上部ファン２及び下部ファン３により、通風口１３０，１３０より吸気して風洞ケース１０の上下両端で排気することで、上部フィン群２２及び下部フィン群２３に冷却風を通風させる。これにより、幅方向に並列して配置された他の機器に対する排気の影響を無くすことができるので、本実施形態のように盤内で他の機器と並列に配置されて使用される場合に特に好適である。

＜変形例＞
なお、実施の形態は、上記内容に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順次説明する。

（１）冷却風の流れ方向を反対にする場合
上記実施形態では、上部ファン２は冷却風の流れ方向が上向きとなるように構成され、下部ファン３は冷却風の流れ方向が下向きとなるように構成されていたが、これに限定されるものではない。

すなわち、本変形例では、図８に示すように、上部ファン２は、風洞ケース１０の上端部から吸気して上部通風口１３０ａ，１３０ａで排気するように、つまり冷却風の流れ方向が下向きとなる（上側が上流側、下側が下流側となる）ように構成され、前述のヒートシンク２０の上部フィン群２２に冷却風を通風させる。一方、下部ファン３は、風洞ケース１０の下端部から吸気して下部通風口１３０ｂ，１３０ｂで排気するように、つまり冷却風の流れ方向が上向きとなる（下側が上流側、上側が下流側となる）ように構成され、前述のヒートシンク２０の下部フィン群２３に冷却風を通風させる。すなわち、上部通風口１３０ａ，１３０ａは、上部ファン２による排気口となり、下部通風口１３０ｂ，１３０ｂは、下部ファン３による排気口となる。

また、上記上部フィン群２２に対応する（上側が上流側、下側が下流側となる）上部領域Ｔ１に配置されたパワーモジュール３６ａ，３６ｂは、当該上部領域Ｔ１の上側（上流側）において、左右方向に並列に配置されている。一方、上記下部フィン群２３に対応する（下側が上流側、上側が下流側となる）下部領域Ｔ２に配置されたパワーモジュール３６ｃ及びダイオードモジュール３２は、パワーモジュール３６ｃが当該下部領域Ｔ２の下側（上流側）に配置されると共に、ダイオードモジュール３２がパワーモジュール３６ｃよりも当該下部領域Ｔ２の上側（下流側）に配置されている。

本変形例のインバータ装置１における上記以外の構成は、上記実施形態のインバータ装置１と同様である。

本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。本変形例は、インバータ装置１の上下方向には排気できないといった設置環境のニーズがある場合等に有効である。

（２）冷却風の流れ方向が互いに同じ向きとなるように構成する場合
上記実施形態及び（１）の変形例では、上部ファン２及び下部ファン３は、冷却風の流れ方向が互いに反対向きとなるように構成されていたが、これに限定されるものではない。図９及び図１０に示すように、上部ファン２及び下部ファン３は、冷却風の流れ方向が互いに同じ向きとなるように構成されてもよい。

図９に示す例では、上部ファン２は、上部通風口１３０ａ，１３０ａから吸気して風洞ケース１０の上端部で排気するように、つまり冷却風の流れ方向が上向きとなる（下側が上流側、上側が下流側となる）ように構成され、前述のヒートシンク２０の上部フィン群２２に冷却風を通風させる。一方、下部ファン３は、風洞ケース１０の下端部から吸気して下部通風口１３０ｂ，１３０ｂで排気するように、つまり冷却風の流れ方向が上向きとなる（下側が上流側、上側が下流側となる）ように構成され、前述のヒートシンク２０の下部フィン群２３に冷却風を通風させる。すなわち、上部通風口１３０ａ，１３０ａは、上部ファン２による吸気口となり、下部通風口１３０ｂ，１３０ｂは、下部ファン３による排気口となる。

また、上記上部フィン群２２に対応する（下側が上流側、上側が下流側となる）上部領域Ｔ１に配置されたパワーモジュール３６ａ，３６ｂは、当該上部領域Ｔ１の下側（上流側）において、左右方向に並列に配置されている。一方、上記下部フィン群２３に対応する（下側が上流側、上側が下流側となる）下部領域Ｔ２に配置されたパワーモジュール３６ｃ及びダイオードモジュール３２は、パワーモジュール３６ｃが当該下部領域Ｔ２の下側（上流側）に配置されると共に、ダイオードモジュール３２がパワーモジュール３６ｃよりも当該下部領域Ｔ２の上側（下流側）に配置されている。

一方、図１０に示す例では、上部ファン２は、風洞ケース１０の上端部から吸気して上部通風口１３０ａ，１３０ａで排気するように、つまり冷却風の流れ方向が下向きとなる（上側が上流側、下側が下流側となる）ように構成され、前述のヒートシンク２０の上部フィン群２２に冷却風を通風させる。一方、下部ファン３は、下部通風口１３０ｂ，１３０ｂから吸気して風洞ケース１０の下端部で排気するように、つまり冷却風の流れ方向が下向きとなる（上側が上流側、下側が下流側となる）ように構成され、前述のヒートシンク２０の下部フィン群２３に冷却風を通風させる。すなわち、上部通風口１３０ａ，１３０ａは、上部ファン２による排気口となり、下部通風口１３０ｂ，１３０ｂは、下部ファン３による吸気口となる。

また、上記上部フィン群２２に対応する（上側が上流側、下側が下流側となる）上部領域Ｔ１に配置されたパワーモジュール３６ａ，３６ｂは、当該上部領域Ｔ１の上側（上流側）において、左右方向に並列に配置されている。一方、上記下部フィン群２３に対応する（上側が上流側、下側が下流側となる）下部領域Ｔ２に配置されたパワーモジュール３６ｃ及びダイオードモジュール３２は、パワーモジュール３６ｃが当該下部領域Ｔ２の上側（上流側）に配置されると共に、ダイオードモジュール３２がパワーモジュール３６ｃよりも当該下部領域Ｔ２の下側（下流側）に配置されている。

本変形例のインバータ装置１における上記以外の構成は、上記実施形態又は上記（１）の変形例のインバータ装置１と同様である。

本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例では、インバータ装置１の上方には排気できるが下方には排気できない（図９）、あるいは、下方には排気できるが上方には排気できない（図１０）といった設置環境のニーズに柔軟に対応することができる。

（３）上部フィン群と下部フィン群との間にフィン群がある場合
上記実施形態では、上部フィン群２２と下部フィン群２３とは分離して配置されていたが、これに限定されるものではない。

すなわち、本変形例では、図１１に示すように、ヒートシンク２０は、前述のヒートシンクベース２１と、前述の上部フィン群２２と、前述の下部フィン群２３と、中間フィン群２４とを備え、フィン群２２，２３，２４が前述の開口１２０に嵌め込まれることで前述の風洞１１に収納されるように、前述の風洞ケース１０の本体ベース１２の前側に取り付けられ、ボルト等により固定されている。中間フィン群２４は、ヒートシンクベース２１の後面２１ａにおける上部フィン群２２と下部フィン群２３との間に、前述のフィン２２０と前述のフィン２３０とを連結するように立設された、これらフィン２２０及びフィン２３０よりも前後方向寸法が短い複数のフィン２４０からなる。中間フィン群２４は、上部フィン群２２及び下部フィン群２３と別体として構成してもよいし、一体として構成してもよい。一体として構成する場合、各フィンの中間部を凹部とする加工を施すことにより、各フィン群２２，２３，２４を形成することが可能である。本変形例のインバータ装置１における上記以外の構成は、上記実施形態のインバータ装置１と同様である。

本変形例においては、中間フィン群２４を設けることによりヒートシンク２０の放熱面積を増大して冷却能力を高めつつ、中間フィン群２４の前後方向寸法を短くすることにより通風口１３０より吸気又は排気する際の通風抵抗を低く抑えることが可能である。

（４）パワーモジュールを１つのみ配置する場合
上記実施形態では、パワーモジュールが３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）交流の各相に対応して設けられた３つのパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃからなる場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。

すなわち、本変形例では、前述の３つのパワーモジュール３６ａ，３６ｂ，３６ｃに代えて、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）交流の各相に対応したパワーモジュールが１つのモジュールとしてパッケージ化された１つのパワーモジュール３６が備えられている。そして、図１２に示すように、パワーモジュール３６及びダイオードモジュール３２は、ヒートシンクベース２１の前面２１ｂにおける前述の上部領域Ｔ１と前述の下部領域Ｔ２とに分けて配置されている。このとき、上部領域Ｔ１に配置されたパワーモジュール３６の発熱量は、下部領域Ｔ２に配置されたダイオードモジュール３２の発熱量よりも大きくなる。また、上部領域Ｔ１に配置されたパワーモジュール３６は、当該上部領域Ｔ１の下側（上流側）に配置されており、下部領域Ｔ２に配置されたダイオードモジュール３２は、当該下部領域Ｔ２の上側（上流側）に配置されている。本変形例のインバータ装置１における上記以外の構成は、上記実施形態のインバータ装置１と同様である。

本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（５）その他
以上では、ヒートシンク２０のヒートシンクベース２１の前面２１ｂに３つのパワーモジュール３６ａ、３６ｂ，３６ｃ又は１つのパワーモジュール３６が配置される場合を一例として説明したが、パワーモジュールの個数は特に限定されるものではなく、６つや９つあるいは他の個数等でもよい。さらには、ヒートシンク２０のヒートシンクベース２１の前面２１ｂにパワーモジュールが配置されない場合にも適用可能である。

また、以上では、ヒートシンク２０のヒートシンクベース２１の前面２１ｂに１つのダイオードモジュール３２が配置される場合を一例として説明したが、ダイオードモジュールの個数は特に限定されるものではなく、３つあるいは他の個数等でもよい。さらには、ヒートシンク２０のヒートシンクベース２１の前面２１ｂにダイオードモジュールが配置されない場合にも適用可能である。

また、以上では、ヒートシンク２０のヒートシンクベース２１の前面２１ｂにパワーモジュール及びダイオードモジュールが配置される場合を一例として説明したが、これらに代えて又は加えて他の電気部品（例えばリアクトルや平滑コンデンサ等）が配置されてもよい。

また、上記実施形態では、パワーモジュール３６ａ、３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２は、ヒートシンク２０のヒートシンクベース２１の前面２１ｂにおける上部領域Ｔ１及び下部領域Ｔ２に、当該領域Ｔ１，Ｔ２内からはみ出さないで配置される場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、パワーモジュール３６ａ、３６ｂ，３６ｃ及びダイオードモジュール３２は、領域Ｔ１，Ｔ２内から一部がはみ出した状態で配置されてもよい。

また、以上では、発熱量の合計が大きい方の上部領域Ｔ１に対応する上部フィン群２２は、発熱量の合計が小さい方の下部領域Ｔ２に対応する下部フィン群２３よりも上下方向の長さが長く形成されることで、当該下部フィン群２３よりも放熱量が大きくなるように構成される場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各フィン２２０の長さや間隔、厚み、個数、材質等の１つ以上が調整されることで、上部フィン群２２が下部フィン群２３よりも放熱量が大きくなるように構成されてもよい。

また、以上では、風洞ケース１０の上端部には上部ファン２が１つ設置され、風洞ケース１０の下端部には下部ファン３が１つ設置されていたが、これに限定されるものではない。例えば、風洞ケース１０の大きさや上部ファン・下部ファンの大きさに応じて、風洞ケース１０の上端部に上部ファンが複数設置され、風洞ケース１０の下端部に下部ファンが複数設置されてもよい。

また、以上では、風洞ケース１０の左右両側に通風口１３０，１３０が設けられていたが、これに限定されるものではなく、風洞ケース１０の左側又は右側のみに通風口１３０が設けられてもよい。

また、以上では、電力変換装置を、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置１に適用した場合について説明したが、電力変換装置は、これに限定されるものではない。例えば、電力変換装置は、交流電力から直流電力に変換するコンバータ装置や、交流電力から交流電力に変換するコンバータ装置（いわゆるマトリックスコンバータ装置）、あるいは、パワーコンディショナ等にも適用可能である。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用してもよい。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ インバータ装置（電力変換装置）
２ 上部ファン（第１のファン）
３ 下部ファン（第２のファン）
６ 仕切り板（板部材）
１０ 風洞ケース（ケース）
１１ 風洞
２０ ヒートシンク
２１ ヒートシンクベース（ベース）
２１ａ ベースの後面（ベースの一方側の面）
２１ｂ ベースの前面（ベースの他方側の面）
２２ 上部フィン群（第１のフィン群）
２３ 下部フィン群（第２のフィン群）
３２ ダイオードモジュール（電気部品、第２の電気部品）
３６ パワーモジュール（電気部品、第１の電気部品）
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ パワーモジュール（電気部品、第１の電気部品）
１３０ 通風口
Ｔ１ 上部領域（第１の領域）
Ｔ２ 下部領域（第２の領域）

Claims (11)

1. 電力を変換する電力変換装置であって、
   ベースと、前記ベースの一方側の面に配置された第１のフィン群及び第２のフィン群と、を備えたヒートシンクと、
   前記ベースの他方側の面に設けられた複数の電気部品と、
   前記第１のフィン群及び前記第２のフィン群を収納して冷却風の通風空間となる風洞を形成し、前記第１のフィン群と前記第２のフィン群との間に対応する位置に通風口を備えたケースと、
   前記ケースの通風方向一方側の端部に設けられ、前記第１のフィン群に前記冷却風を通風させるように構成された第１のファンと、
   前記ケースの通風方向他方側の端部に設けられ、前記第２のフィン群に前記冷却風を通風させるように構成された第２のファンと、を有する
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１のフィン群と前記第２のフィン群とは、
   分離して配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記複数の電気部品は、
   前記ベースの前記他方側の面における、前記第１のフィン群に対応する第１の領域と、前記第２のフィン群に対応する第２の領域と、に分けて配置される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記複数の電気部品は、
   前記第１の領域又は前記第２の領域における前記冷却風の流れ方向上流側に配置される１以上の第１の電気部品を含む
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記複数の電気部品は、
   複数の前記第１の電気部品を含み、
   前記複数の第１の電気部品は、
   前記第１の領域又は前記第２の領域のいずれか同じ領域に配置される場合、前記通風方向に略垂直な方向に並列に配置される
   ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記複数の電気部品は、
   前記第１の電気部品よりも発熱量が小さな第２の電気部品をさらに含み、
   前記第１の電気部品と前記第２の電気部品とが、前記第１の領域又は前記第２の領域のいずれか同じ領域に配置される場合、前記第２の電気部品は、前記第１の電気部品よりも前記流れ方向下流側に配置される
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の電力変換装置。
7. 前記第１のフィン群及び前記第２のフィン群は、
   前記第１の領域及び前記第２の領域のいずれか一方の領域に配置された電気部品の発熱量の合計が他方の領域に配置された電気部品の発熱量の合計よりも大きい場合に、前記発熱量の合計が大きい方の領域に対応するフィン群が、前記発熱量の合計が小さい方の領域に対応するフィン群よりも放熱量が大きくなるように、構成される
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記発熱量の合計が大きい方の領域に対応するフィン群は、
   前記発熱量の合計が小さい方の領域に対応するフィン群よりも、前記通風方向の長さが長くなるように形成される
   ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記ケース内における前記第１のフィン群と前記第２のフィン群との間に設けられ、前記風洞を、前記第１のファンによる前記冷却風の通風空間と、前記第２のファンによる前記冷却風の通風空間と、に区画する板部材をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記第１のファン及び前記第２のファンは、
    前記冷却風の流れ方向が互いに反対向きとなるように構成され、
    前記板部材は、
    前記通風口を、前記第１のファンと前記第２のファンとによる吸気口同士又は排気口同士に区画する
    ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
11. 前記第１のファン及び前記第２のファンは、
    前記冷却風の流れ方向が互いに同じ向きとなるように構成され、
    前記板部材は、
    前記通風口を、前記第１のファン及び前記第２のファンの一方による吸気口と、前記第１のファン及び前記第２のファンの他方による排気口と、に区画する
    ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。

Images