JP2016146438A - Power converter - Google Patents

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Kiyotoshi Tanaka
清俊 田中
信昌 佐々木
Nobumasa Sasaki
信昌 佐々木
裕樹 八木
Hiroki Yagi
裕樹 八木
重実 萱野
Shigemi Kayano
重実 萱野
健太 竹島
Kenta Takeshima
健太 竹島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that the internal temperature of a housing increases due to the heat released from a heating component, such as a conductor switching element or a reactor, into the housing.SOLUTION: A die-cast housing 10 is cooled by providing outer heat dissipation fins 10o on the upper outside and the back of the housing 10, and inner heat dissipation fins 10i are provided on the upper inside of the housing 10, at the same positions as the outer heat dissipation fins 10o on the upper outside and the back of the housing 10, so that the heat released into the housing 10 from heating components, such as a semiconductor switching element 4a, a DC reactor 3a, an AC reactor 5a, and the like, is transmitted to the inner heat dissipation fins 10i provided above the housing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、放熱構造を備えた電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device having a heat dissipation structure.

従来、太陽電池による太陽光発電、風力による風力発電、蓄電池、あるいは燃料電池等、直流電力を交流電力に変換して負荷もしくは電力系統に供給する電力変換装置が実用化されている。電力変換装置は、半導体スイッチング素子、リアクタ等の機能素子を有する電力変換回路によって直流電力を交流電力に変換している。   2. Description of the Related Art Conventionally, power conversion devices such as solar power generation using solar cells, wind power generation using wind power, storage batteries, or fuel cells have been put into practical use by converting DC power into AC power and supplying it to a load or power system. The power conversion device converts DC power into AC power by a power conversion circuit having functional elements such as a semiconductor switching element and a reactor.

これらの電力変換装置が動作するとき、半導体スイッチング素子、あるいはリアクタ等の発熱性部品は多くの熱を発生するため適切な放熱構造を有する筐体に収納し、冷却させる必要がある。特許文献1にはこの冷却構造について記載されている。   When these power converters operate, exothermic parts such as semiconductor switching elements or reactors generate a lot of heat, and thus must be housed in a casing having an appropriate heat dissipation structure and cooled. Patent Document 1 describes this cooling structure.

特許文献1では、アルミ合金をダイキャスト(die casting)加工して得られる前面部分に開口を有する略立方体形状の筐体の背面に放熱フィンを設け、送風機により放熱フィンを冷却する構造により放熱が行われる。ダイキャストとは、金型鋳造法のひとつで、金型に溶融した金属を圧入することにより、高い寸法精度を有する鋳物を短時間に大量に生産する鋳造方式である。   In Patent Document 1, heat radiation is provided by a structure in which heat radiation fins are provided on the rear surface of a substantially cubic housing having an opening in a front surface portion obtained by die casting of an aluminum alloy, and the heat radiation fins are cooled by a blower. Done. Die-casting is one of die casting methods, and is a casting method that produces a large amount of castings with high dimensional accuracy in a short time by press-fitting molten metal into the die.

特開2014−207845号公報JP 2014-207845 A

しかしながら、上記特許文献1の技術によれば、筐体に熱伝導により伝熱した熱は、筐体の背面の放熱フィンにより冷却可能であるが、半導体スイッチング素子、リアクタ等の発熱部品から筐体内部に放熱した熱は有効に放熱することが出来ず、その熱により筐体の内部温度が上昇するという問題があった。   However, according to the technique of Patent Document 1, the heat transferred to the housing by heat conduction can be cooled by the heat radiation fins on the back surface of the housing, but from the heat-generating parts such as semiconductor switching elements and reactors to the housing. The heat dissipated inside cannot be effectively dissipated, and there is a problem that the internal temperature of the housing rises due to the heat.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体スイッチング素子あるいはリアクタ等の発熱部品から筐体内部に放出した熱を有効に放熱することが出来、筐体内部の温度上昇を抑制することができる放熱構造を備えた電力変換装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and can effectively dissipate heat released from a heat generating component such as a semiconductor switching element or a reactor into the housing, thereby suppressing a temperature rise inside the housing. An object of the present invention is to obtain a power conversion device having a heat dissipation structure.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、半導体スイッチング素子を用いて、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、直流リアクタ、および交流リアクタを有する電力変換回路部と、電力変換回路部を収納するとともに、前面部に開口を有する筐体と、筐体の開口部を覆う前面カバーとを有する。そして筐体の外側には外側放熱フィン、筐体の内側には内側放熱フィンが設けられており、外側放熱フィンおよび内側放熱フィンは、筐体を介して、筐体上で一直線上に位置することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a power conversion device of the present invention uses a semiconductor switching element, an inverter circuit that converts DC power into AC power, a DC reactor, and power having an AC reactor The housing includes a conversion circuit unit, a power conversion circuit unit, a housing having an opening in the front surface portion, and a front cover that covers the opening of the housing. An outer heat radiation fin is provided on the outer side of the housing, and an inner heat radiation fin is provided on the inner side of the housing. The outer heat radiation fin and the inner heat radiation fin are located on the housing in a straight line through the housing. It is characterized by that.

本発明によれば、半導体スイッチング素子、リアクタ等の発熱部品から筐体内部に放出した熱を有効に筐体に熱伝導させることにより筐体内部の温度上昇を抑制することができるという効果を奏効する。   According to the present invention, it is possible to suppress an increase in temperature inside the casing by effectively conducting heat released from the heat generating components such as semiconductor switching elements and reactors to the inside of the casing. To do.

実施の形態1の電力変換装置の前面図Front view of power converter of Embodiment 1 実施の形態1の電力変換装置の要部拡大図The principal part enlarged view of the power converter device of Embodiment 1 実施の形態1の電力変換装置の横断面であるA−A断面図AA sectional view which is a cross section of the power converter of Embodiment 1 実施の形態1の電力変換装置の縦断面であるB−B断面図BB sectional view which is a longitudinal section of the power converter of Embodiment 1 実施の形態1の電力変換装置の背面斜視図The rear perspective view of the power converter of Embodiment 1 実施の形態1の電力変換装置のブロック図Block diagram of power converter of Embodiment 1 実施の形態2の電力変換装置の要部拡大図The principal part enlarged view of the power converter device of Embodiment 2

以下に、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, a power converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置の前面図、図2は、同電力変換装置の要部拡大図、図3は、図1の電力変換装置の横断面であるA−A断面図、図4は、図1の電力変換装置の縦断面であるB−B断面図、図5は、同電力変換装置の背面斜視図である。図6は、同電力変換装置のブロック図である。なお、本来電力変換装置の前面は前面カバーで覆われているが、図1においては、前面カバーを透視した状態で見た図を示すものとする。本実施の形態の電力変換装置100は、図1および図2に示すように、電力変換回路部2を収容する筐体10の外側に設けられた外側放熱フィン10oと、筐体10の内側に設けられた内側放熱フィン10iとが、筐体10を介して、一直線上に位置し、矢印に沿った伝熱パスが形成され効率よく放熱が行われるようにしたことを特徴とする。なお外側放熱フィン10oは背面Rでは背面外側放熱フィン10rを構成する。
Embodiment 1 FIG.
1 is a front view of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the power conversion device, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the power conversion device of FIG. -A sectional view, FIG. 4 is a BB sectional view which is a longitudinal section of the power converter of FIG. 1, and FIG. 5 is a rear perspective view of the power converter. FIG. 6 is a block diagram of the power converter. In addition, although the front surface of the power converter is originally covered with the front cover, FIG. 1 shows a view seen through the front cover. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the power conversion device 100 according to the present embodiment includes an outer radiating fin 10 o provided outside the casing 10 that houses the power conversion circuit unit 2, and an inner side of the casing 10. The provided inner radiating fin 10i is positioned on a straight line through the casing 10, and a heat transfer path along the arrow is formed so that heat can be efficiently radiated. The outer radiation fin 10o constitutes the rear outer radiation fin 10r on the rear surface R.

図6に示すように、本実施の形態の電力変換装置100の電気回路では、直流電力を生成する、例えば太陽電池等の直流電源1は、電力変換回路部2の直流側入力2inに接続される。電力変換回路部2の交流側出力2outは商用電力系統8に接続される。商用電力系統8には家電機器等の負荷7が接続される。電力変換回路部2は、直流電源1に高周波雑音等が流出しないように直流フィルタ回路3を介してインバータ回路4に接続される。直流フィルタ回路3には、直流電源1の電圧をインバータ回路4が動作可能な電圧まで昇圧する図示しない昇圧回路が含まれる。インバータ回路4では、入力された直流電力をインバータ技術により交流に変換する。インバータ回路4の出力は、商用電力系統8、あるいは家電機器等の負荷7に高周波雑音等が流出しないように交流フィルタ回路5を介して商用電力系統8に接続され、連系リレー6により商用電力系統8への接続の開閉を行う。 As shown in FIG. 6, in the electric circuit of the power conversion apparatus 100 according to the present embodiment, a DC power source 1 that generates DC power, for example, a solar cell, is connected to a DC side input 2 in of the power conversion circuit unit 2. Is done. The AC output 2 out of the power conversion circuit unit 2 is connected to the commercial power system 8. A load 7 such as a home appliance is connected to the commercial power system 8. The power conversion circuit unit 2 is connected to the inverter circuit 4 via the DC filter circuit 3 so that high-frequency noise or the like does not flow out to the DC power supply 1. The DC filter circuit 3 includes a booster circuit (not shown) that boosts the voltage of the DC power supply 1 to a voltage at which the inverter circuit 4 can operate. In the inverter circuit 4, the input DC power is converted into AC by inverter technology. The output of the inverter circuit 4 is connected to the commercial power system 8 via the AC filter circuit 5 so that high frequency noise or the like does not flow out to the commercial power system 8 or the load 7 such as home appliances. Open and close connection to system 8.

図1は、本実施の形態の電力変換装置100の前面図であり、アルミニウム合金をダイキャスト加工して得られる、前面部分に開口を有する略立法体形状の筐体10の内側に電力変換回路部2を構成する各部品が取り付けられる。各部品は筐体10内部全体に配されており、電力変換回路部2の発熱部品でありインバータ回路4の構成部品である半導体スイッチング素子4aは、筐体10に直接固定され、半導体スイッチング素子4aから発生する熱を直接筐体10に伝熱する。また、直流フィルタ回路3の直流リアクタ3a、交流フィルタ回路5の交流リアクタ5aは、筐体10の凹み部Oに取り付けられ、樹脂モールドまたは、絶縁性の熱伝導体により筐体10と熱結合され、直流リアクタ3a、交流リアクタ5aから発生する熱を直接筐体10に伝熱する。   FIG. 1 is a front view of a power conversion device 100 according to the present embodiment, which is obtained by die-casting an aluminum alloy, and has a power conversion circuit inside a substantially cubic body case 10 having an opening in the front portion. Each part which comprises the part 2 is attached. Each component is arranged throughout the housing 10, and the semiconductor switching element 4 a which is a heat generating component of the power conversion circuit unit 2 and a component of the inverter circuit 4 is directly fixed to the housing 10, and the semiconductor switching element 4 a. The heat generated from the heat is directly transferred to the housing 10. The direct current reactor 3a of the direct current filter circuit 3 and the alternating current reactor 5a of the alternating current filter circuit 5 are attached to the recessed portion O of the housing 10 and are thermally coupled to the housing 10 by a resin mold or an insulating heat conductor. The heat generated from the DC reactor 3a and the AC reactor 5a is directly transferred to the casing 10.

筐体10は、図3に示すように、背面に筐体10に伝熱された熱を放熱させるための背面外側放熱フィン10rが複数設けられている。図3は、図1のA−A断面図であるが、正確にはA−A断面を矢印方向から見た図である。また、筐体10の上部には図1に示すように上面の外側に複数の外側放熱フィン10oが設けられ、筐体10の内側にも、外側放熱フィン10oと同一位置に複数の内側放熱フィン10iが設けられている。   As shown in FIG. 3, the housing 10 is provided with a plurality of rear outer radiation fins 10 r for radiating the heat transferred to the housing 10 on the rear surface. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. Further, as shown in FIG. 1, a plurality of outer radiating fins 10 o are provided on the outer side of the upper surface at the upper portion of the housing 10, and a plurality of inner radiating fins are also provided on the inner side of the housing 10 at the same position as the outer radiating fins 10 o 10i is provided.

筐体10内には、図6に示すように、直流リアクタ3aを搭載した直流フィルタ回路3と、回路基板4b上に半導体スイッチング素子4aを搭載し、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路4と、交流リアクタ5aを搭載した交流フィルタ回路5とを有する電力変換回路部2が収納されている。実施の形態1にかかる電力変換装置では、例えば太陽電池モジュールからなる直流電源1からの直流電力を昇圧または降圧する図示しない昇降圧回路および直流リアクタ3aを含む直流フィルタ回路3を介して出力される直流電力をスイッチング制御して交流電力に変換する半導体スイッチング素子4aと、直流電力により電荷を蓄積する電解コンデンサ4cと、半導体スイッチング素子4aの出力から高周波成分を除去する交流リアクタ5aとが配されている。制御回路Cは、L字型の基板で構成され、交流電力を電力系統に連系するための連系リレー6を備え、半導体スイッチング素子4aあるいは連系リレー6を制御する。連系リレー6は、図6のブロック図には図示されているが、制御回路Cを構成する回路基板上で、図1のA−A断面より下方に配されているため、図3では、図示されていない。また制御回路CのL字型の基板に囲まれた領域に入出力端子Tiを備えた端子台Tが配置されている。 As shown in FIG. 6, a DC filter circuit 3 having a DC reactor 3a mounted therein and a semiconductor switching element 4a mounted on a circuit board 4b to convert the DC power into AC power, as shown in FIG. And a power conversion circuit unit 2 having an AC filter circuit 5 on which an AC reactor 5a is mounted. In the power conversion apparatus according to the first embodiment, for example, it is output via a DC filter circuit 3 including a step-up / step-down circuit (not shown) and a DC reactor 3a that step up or step down DC power from a DC power source 1 made of a solar cell module. A semiconductor switching element 4a that controls DC power to be converted into AC power, an electrolytic capacitor 4c that accumulates electric charge by DC power, and an AC reactor 5a that removes high-frequency components from the output of the semiconductor switching element 4a are arranged. Yes. The control circuit C is composed of an L-shaped substrate, includes a connection relay 6 for connecting AC power to the power system, and controls the semiconductor switching element 4a or the connection relay 6. Although the interconnection relay 6 is illustrated in the block diagram of FIG. 6, on the circuit board constituting the control circuit C, the interconnection relay 6 is disposed below the AA cross section of FIG. Not shown. The terminal block T with the input and output terminals T i in a region surrounded by the L-shaped substrate of the control circuit C is arranged.

図4は、本実施の形態の縦断面を示すB−B断面図であり、前面部分に開口を有する筐体10の前面を覆う前面カバー11は、屋外に設置された場合に雨水の侵入を防ぐためパッキン12にて筐体10との接触面を密閉した構造としている。筐体10の内側放熱フィン10iは、伝熱面積を増やし筐体10の内部の熱を熱交換し易くするため、筐体10の上部内側に略L字状に構成される。筐体10は、立方体であり、内側放熱フィン10iは、図4に示すように、筐体10上部に、筐体10の内壁に沿って筐体10の上面Uから背面Rに至るL字状の当接面をもつ。   FIG. 4 is a BB cross-sectional view showing a vertical cross section of the present embodiment, and the front cover 11 that covers the front surface of the housing 10 having an opening in the front portion infiltrates rainwater when installed outdoors. In order to prevent this, the contact surface with the casing 10 is sealed with the packing 12. The inner radiating fins 10 i of the housing 10 are configured in a substantially L shape inside the upper portion of the housing 10 in order to increase the heat transfer area and facilitate heat exchange of the heat inside the housing 10. As shown in FIG. 4, the housing 10 has a cubic shape, and the inner radiating fins 10 i are formed in an L shape extending from the upper surface U of the housing 10 to the rear surface R along the inner wall of the housing 10 as shown in FIG. It has a contact surface.

前述したように、内側放熱フィン10iおよび外側放熱フィン10oは、筐体10とともに、ダイキャストにより一体成型されている。そして、内側放熱フィン10iおよび外側放熱フィン10oは、厚さが等しい。また内側放熱フィン10iおよび外側放熱フィン10oで挟まれた領域の筐体10の厚さは、内側放熱フィン10iおよび外側放熱フィン10oの厚さに等しいかまたは小さい。これにより、内側放熱フィン10iから背面外側放熱フィン10rを含む外側放熱フィン10oへの良好な放熱パスを確保しつつ、筐体10を構成する材料をより少なくできる。   As described above, the inner radiating fins 10i and the outer radiating fins 10o are integrally molded together with the housing 10 by die casting. The inner radiating fin 10i and the outer radiating fin 10o have the same thickness. The thickness of the casing 10 in the region sandwiched between the inner radiating fins 10i and the outer radiating fins 10o is equal to or smaller than the thickness of the inner radiating fins 10i and the outer radiating fins 10o. Thereby, the material which comprises the housing | casing 10 can be decreased, ensuring the favorable thermal radiation path from the inner side radiation fin 10i to the outer side radiation fin 10o including the back surface outside radiation fin 10r.

半導体スイッチング素子4aは、例えば炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)系材料、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ(WBG:wide Band Gap)半導体により形成される。これらのWBG半導体によって形成された半導体スイッチング素子4aは、約200℃以上の高温動作が可能であるため、図4に示すように筐体10内において高温領域となる上部に配置される。そしてこの半導体スイッチング素子4aとインバータ回路4の回路基板4bとの電気的接続は、ボンディングワイヤ4wを介してワイヤボンディングにより達成される。なお、半導体スイッチング素子4aをWBG半導体で形成した場合は高温動作可能であるため、SiなどWBG半導体以外の材料で構成する場合に比べて筐体のサイズを小さくすることができる。ただし、その場合は筐体の内部温度が上昇し易くなる。   The semiconductor switching element 4a is formed of, for example, silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) -based material, or a wide band gap (WBG) semiconductor such as diamond. Since the semiconductor switching element 4a formed of these WBG semiconductors can operate at a high temperature of about 200 ° C. or higher, it is disposed in the upper part of the housing 10 as a high temperature region as shown in FIG. The electrical connection between the semiconductor switching element 4a and the circuit board 4b of the inverter circuit 4 is achieved by wire bonding via a bonding wire 4w. When the semiconductor switching element 4a is formed of a WBG semiconductor, it can operate at a high temperature, so that the size of the housing can be reduced as compared with the case where the semiconductor switching element 4a is made of a material other than the WBG semiconductor such as Si. However, in that case, the internal temperature of the housing easily rises.

電解コンデンサ4cは、低発熱部品である。高温環境下では寿命が短くなるため、筐体10内において低温となる領域に配置することが望ましいが、インバータ回路4の構成部品であり、半導体スイッチング素子4aの近傍に配置する必要もあるため、本実施の形態では、比較的低温となる領域である、筐体10の内壁の近傍に配置されている。可能であれば、電解コンデンサ4cは、筐体10の下部に配置されてもよい。   The electrolytic capacitor 4c is a low heat generating component. Since the life is shortened in a high temperature environment, it is desirable to arrange in a region where the temperature is low in the housing 10, but it is a component of the inverter circuit 4 and also needs to be arranged in the vicinity of the semiconductor switching element 4a. In the present embodiment, it is disposed in the vicinity of the inner wall of the housing 10, which is a region where the temperature is relatively low. If possible, the electrolytic capacitor 4c may be disposed in the lower part of the housing 10.

直流リアクタ3aおよび交流リアクタ5aは、半導体スイッチング素子4aと同様に、動作中の発熱量が大きい発熱部品であるため、半導体スイッチング素子4aと共に筐体10の内壁の近傍で放熱性の良好な位置に配置されるのが望ましい。   Since the DC reactor 3a and the AC reactor 5a are heat-generating components that generate a large amount of heat during operation, like the semiconductor switching element 4a, the DC reactor 3a and the AC reactor 5a are located near the inner wall of the housing 10 together with the semiconductor switching element 4a. It is desirable to be placed.

連系リレー6は、電解コンデンサ4cと同様に動作中の発熱量が小さい低発熱部品であり、高温環境下では使用電圧範囲が狭くなるため、発熱部品である半導体スイッチング素子4aよりも下方でかつ離れた位置に配されている。また電解コンデンサ4cと共に放熱性の良好な領域に配置されるのが望ましい。   Similarly to the electrolytic capacitor 4c, the interconnection relay 6 is a low heat generation component that generates a small amount of heat during operation, and the operating voltage range becomes narrow under a high temperature environment. Therefore, the interconnection relay 6 is located below the semiconductor switching element 4a that is a heat generation component and It is arranged at a remote location. Moreover, it is desirable to arrange | position in the area | region where heat dissipation is favorable with the electrolytic capacitor 4c.

以上のように、制御回路Cには連系リレー6など比較的低発熱部品が搭載されているため、動作中の発熱量は比較的小さい。   As described above, since the control circuit C is equipped with relatively low heat generating components such as the interconnection relay 6, the amount of heat generated during operation is relatively small.

図5は、本実施の形態の背面斜視図で、筐体10の背面Rには複数の背面外側放熱フィン10rを設け、背面Rの空気の流れをより良くするため、背面外側放熱フィン10rは高さ方向で3段に分割されている。分割数は3段に限定されるものではなく、適宜変更可能である。なお、本実施の形態では、外部の放熱を自然対流方式にて行っているが、背面外側放熱フィン10rを冷却出来るように図示しない送風機を取り付け、強制対流方式とすることもできる。   FIG. 5 is a rear perspective view of the present embodiment. A plurality of rear outer radiating fins 10r are provided on the rear surface R of the housing 10, and the rear outer radiating fins 10r are provided in order to improve the air flow on the rear surface R. It is divided into three stages in the height direction. The number of divisions is not limited to three, and can be changed as appropriate. In the present embodiment, external heat radiation is performed by a natural convection method. However, a forced convection method may be employed by attaching a blower (not shown) so that the rear outer radiation fins 10r can be cooled.

次に、本実施の形態の電力変換装置の放熱構造の動作について説明する。電力変換回路部2が動作すると、直流フィルタ回路3の直流リアクタ3a、および交流フィルタ回路5の交流リアクタ5aが発熱する。これらの発熱した熱は、筐体10の凹み部Oから筐体10に伝熱される。しかし、直流リアクタ3a、交流リアクタ5aは、厚みがあり、一部が前面に突出し、全体を筐体10の凹み部Oに埋め込むことは出来ないため、筐体10の内部にも放熱する。また、同様に電力変換回路部2が動作すると半導体スイッチング素子4aも発熱し、筐体10との接触面より筐体10に伝熱されるが、筐体10内部にも放熱する。そのほか、直流フィルタ回路3、インバータ回路4、交流フィルタ回路5の部品、例えば、電解コンデンサ4cの他、図示しないコイル部品、配線等の部品からも発熱し筐体10の内部に放熱する。   Next, operation | movement of the thermal radiation structure of the power converter device of this Embodiment is demonstrated. When the power conversion circuit unit 2 operates, the DC reactor 3a of the DC filter circuit 3 and the AC reactor 5a of the AC filter circuit 5 generate heat. The generated heat is transferred from the recessed portion O of the housing 10 to the housing 10. However, the direct current reactor 3a and the alternating current reactor 5a have a thickness, a part of the direct current reactor 3a protrudes to the front surface, and the whole cannot be embedded in the recessed portion O of the housing 10, so that heat is also radiated to the inside of the housing 10. Similarly, when the power conversion circuit unit 2 operates, the semiconductor switching element 4 a also generates heat and is transferred to the housing 10 from the contact surface with the housing 10, but also dissipates heat inside the housing 10. In addition, heat is generated from the components of the DC filter circuit 3, the inverter circuit 4, and the AC filter circuit 5, such as the electrolytic capacitor 4 c as well as components such as coil components and wiring (not shown), and is dissipated into the housing 10.

これら、筐体10の内部に放熱された熱は、内部の対流により筐体10の上部に伝達され、内側放熱フィン10iにより筐体10に伝熱される。また、内側放熱フィン10iと外側放熱フィン10oは、図2に示すように、筐体10に対して垂直方向に複数個配列されており、内側放熱フィン10iと外側放熱フィン10oとが、同一位置に設けられているため、内側放熱フィン10iと外側放熱フィン10o間の熱伝導パスが短くなり、熱伝達された内側放熱フィン10iの熱は、外側放熱フィン10oに熱伝導し易くなる。同様に、外側放熱フィン10oのうち背面外側放熱フィン10rを内側放熱フィン10iと同一位置に設けることにより、内側放熱フィン10iから背面外側放熱フィン10rへも熱伝導し易くなる。   The heat radiated to the inside of the casing 10 is transmitted to the upper part of the casing 10 by internal convection, and is transferred to the casing 10 by the inner radiation fins 10i. Further, as shown in FIG. 2, a plurality of inner radiating fins 10i and outer radiating fins 10o are arranged in a direction perpendicular to the casing 10, and the inner radiating fins 10i and the outer radiating fins 10o are located at the same position. Therefore, the heat conduction path between the inner radiating fins 10i and the outer radiating fins 10o is shortened, and the heat of the heat radiating fins 10i that has been transferred is easily conducted to the outer radiating fins 10o. Similarly, by providing the rear outer radiation fin 10r in the outer radiation fin 10o at the same position as the inner radiation fin 10i, heat conduction from the inner radiation fin 10i to the rear outer radiation fin 10r is facilitated.

筐体10の内部は、上部の方が温度が高くなるため、内側放熱フィン10iは、筐体10内の上部に設けると効果が大きい。しかし、筐体10内には、直流フィルタ回路3、インバータ回路4、交流フィルタ回路5の多数の部品を内蔵する必要があり、かつ、筐体10は、出来るだけ小さくすることが望ましい。内側放熱フィン10iは、インバータ回路4の回路基板4bの底面部と上面との間に略L字に設けることにより、放熱面積を広くすることが出来、より放熱し易くすることができる。   Since the inside of the housing 10 has a higher temperature at the top, the effect of providing the inner heat radiation fins 10 i at the top of the housing 10 is great. However, it is necessary to incorporate a large number of components such as the DC filter circuit 3, the inverter circuit 4, and the AC filter circuit 5 in the housing 10, and it is desirable that the housing 10 be as small as possible. By providing the inner heat radiation fin 10i in a substantially L shape between the bottom surface and the top surface of the circuit board 4b of the inverter circuit 4, the heat radiation area can be increased and heat radiation can be facilitated.

また、筐体10の背面Rに設けられた背面外部放熱フィン10rは、図5に示すように、高さ方向で一部が、3段に分割されている。上方の半導体スイッチング素子4a等、高発熱体の熱が均一に背面外部放熱フィン10rに伝熱しなかった場合は、図5に示すH部の温度が上昇する。背面外部放熱フィン10rが、3段に分割されていることにより、このような場合でも、背面外部放熱フィン10rの空気の流れは、矢印Arに示すように低温部にも流れ、効率よく放熱することができる。   Moreover, as shown in FIG. 5, the back surface external radiation fin 10r provided in the back surface R of the housing | casing 10 is partly divided | segmented into 3 steps | paragraphs in the height direction. When the heat of the high heating element such as the upper semiconductor switching element 4a is not uniformly transferred to the rear external heat radiation fin 10r, the temperature of the H portion shown in FIG. 5 rises. Since the rear external heat radiation fin 10r is divided into three stages, even in such a case, the air flow of the rear external heat radiation fin 10r also flows to the low temperature part as indicated by the arrow Ar, and efficiently radiates heat. be able to.

なお、本実施の形態では、内側放熱フィン10iの熱を外側放熱フィン10o、背面外側放熱フィン10rに熱伝導させるとして説明したが、直流フィルタ回路3、インバータ回路4、交流フィルタ回路5の発熱が少ない場合は、外側放熱フィン10oまたは背面外側放熱フィン10rのいずれか、あるいは一部を省略することも可能である。この場合も、内側放熱フィン10iに対して、筐体10の壁面を介して対向する領域の背面外部放熱フィン10rを残しておくことにより、効率よい放熱が実現される。   In the present embodiment, the heat of the inner radiating fin 10i is described as being conducted to the outer radiating fin 10o and the rear outer radiating fin 10r. However, the DC filter circuit 3, the inverter circuit 4, and the AC filter circuit 5 generate heat. If the number is small, it is possible to omit either one or a part of the outer radiating fin 10o or the rear outer radiating fin 10r. Also in this case, efficient heat radiation is realized by leaving the rear external heat radiation fin 10r in a region facing the inner heat radiation fin 10i through the wall surface of the housing 10.

また、本実施の形態では、屋外に設置するため、前面カバー11により筐体10内を外部と密閉とした構造にて説明したが、屋内設置機器の場合は、密閉構造とする必要はない。しかし、電力変換回路部2は高電圧回路を有するため、感電を防止するため密閉に近い構造とする必要があり、屋内設置の場合にも同様に適用できる。   Further, in the present embodiment, the structure in which the inside of the housing 10 is sealed from the outside by the front cover 11 in order to be installed outdoors has been described. However, in the case of indoor installation equipment, it is not necessary to have a sealed structure. However, since the power conversion circuit unit 2 has a high voltage circuit, it needs to have a structure close to sealing in order to prevent an electric shock, and can be similarly applied to an indoor installation.

このような構造により、半導体スイッチング素子4a、直流リアクタ3a、交流リアクタ5a等の発熱部品から筐体10内部に放熱した熱を内側放熱フィン10iにより筐体10に熱伝導させることにより筐体10内部の温度上昇を抑制することができる効果がある。   With such a structure, the heat radiated from the heat generating components such as the semiconductor switching element 4a, the DC reactor 3a, and the AC reactor 5a to the inside of the housing 10 is conducted to the housing 10 by the inner heat radiating fins 10i, whereby the inside of the housing 10 is This has the effect of suppressing the temperature rise.

実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置の要部拡大図である。本実施の形態の電力変換装置100は、電力変換回路部2を収容する筐体10の外側に設けられた外側放熱フィン10oが、筐体10と離れたところで、方向を変化し外側に向かうにつれて広がるように配置されたことを特徴とする。筐体10の外側に設けられた外側放熱フィン10oは筐体10と当接する領域の近傍では、筐体の内側に設けられた内側放熱フィン10iとが、筐体10を介して、一直線上に位置している。そして、筐体の外側では外方に広がるように構成されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is an enlarged view of a main part of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention. In the power conversion device 100 according to the present embodiment, the outer radiating fin 10o provided outside the housing 10 that houses the power conversion circuit unit 2 changes its direction and moves outward as it moves away from the housing 10. It is arranged to spread. The outer radiating fins 10o provided on the outer side of the casing 10 are in a straight line with the inner radiating fins 10i provided on the inner side of the casing in the vicinity of the region in contact with the casing 10. positioned. And it is comprised so that it may spread outside in the outer side of a housing | casing.

実施の形態2の電力変換装置によれば、内側放熱フィン10iから外側放熱フィン10oに向かう領域では、矢印に沿った効率の良い伝熱パスが形成され、さらに外側では外側放熱フィン10oが外側に広がるように曲がることで、さらに効率よい放熱が実現される。   According to the power conversion device of the second embodiment, an efficient heat transfer path along the arrow is formed in the region from the inner radiating fin 10i to the outer radiating fin 10o, and the outer radiating fin 10o is outward on the outer side. More efficient heat dissipation is realized by bending so as to spread.

以上説明してきたように、実施の形態1および2の電力変換装置によれば、筐体の外側に設けられた外側放熱フィンと、筐体の内側に設けられた内側放熱フィンは、筐体を介して、一直線上に位置することで、筐体内部で発生した熱を、内側放熱フィンから外側放熱フィンに一直線上を伝達することができ、熱抵抗を最小限に抑えることができ、放熱性を高めることが可能となる。   As described above, according to the power conversion devices of the first and second embodiments, the outer radiating fins provided outside the casing and the inner radiating fins provided inside the casing include the casing. The heat generated in the housing can be transferred from the inner radiating fins to the outer radiating fins in a straight line, minimizing thermal resistance, and heat dissipation. Can be increased.

また、内側放熱フィンは、筐体上部に、筐体の内壁に沿って筐体の上面から背面に至るL字状の当接面を有するため、上方への熱を上面および背面の2面に効率よく導き、かつ、相対向して設けられた外側放熱フィンに伝達することで、極めて効率よく放熱を実施することが可能となる。   Further, since the inner heat radiation fin has an L-shaped contact surface extending from the top surface of the housing to the back surface along the inner wall of the housing at the upper portion of the housing, heat from above is transferred to the two surfaces of the top surface and the back surface. By conducting efficiently and transmitting to the outer heat dissipating fins provided opposite to each other, heat can be radiated extremely efficiently.

内側放熱フィンおよび外側放熱フィンは、筐体と一体成型により形成されているため、極めて製造が容易でかつ放熱性も良好である。   Since the inner radiating fin and the outer radiating fin are formed by integral molding with the housing, they are extremely easy to manufacture and have good heat dissipation.

内側放熱フィンおよび外側放熱フィンで挟まれた領域の筐体の厚さは、内側放熱フィンおよび外側放熱フィンの厚さに等しいことから、鋳造法による製造が容易でかつ、放熱特性も良好である。あるいは内側放熱フィンおよび外側放熱フィンで挟まれた領域の筐体の厚さは、内側放熱フィンおよび外側放熱フィンの厚さよりも小さいか等しくすることで、筐体に沿った方向の熱抵抗を大きくしている。従って、筐体部分で横方向ではなく、内側放熱フィンおよび外側放熱フィンとを結ぶ方向に放熱パスを確保しつつ、筐体10を構成する材料をより少なくできる。   Since the thickness of the housing in the region sandwiched between the inner and outer radiating fins is equal to the thickness of the inner and outer radiating fins, manufacturing by casting is easy and the radiating characteristics are also good. . Alternatively, the thickness of the casing in the region sandwiched between the inner and outer radiating fins is smaller than or equal to the thickness of the inner and outer radiating fins, thereby increasing the thermal resistance in the direction along the casing. doing. Therefore, the material constituting the housing 10 can be reduced while securing the heat radiation path in the direction connecting the inner and outer heat radiation fins in the housing portion, not in the lateral direction.

電力変換回路部の交流出力は、商用電力系統に接続され、電力変換回路部の発熱量が高い場合にも、本実施の形態の電力変換装置によれば、効率よい放熱が実現可能である。また、半導体スイッチング素子としてワイドバンドギャップ半導体を使用して筐体のサイズを小さくした場合、筐体内の温度が高くなって他の部品に影響を及ぼすことを防ぐためにも、本実施の形態による効率よい放熱構造が有効である。   The AC output of the power conversion circuit unit is connected to a commercial power system, and even when the heat generation amount of the power conversion circuit unit is high, the power conversion device of the present embodiment can realize efficient heat dissipation. In addition, when a wide band gap semiconductor is used as a semiconductor switching element to reduce the size of the housing, the efficiency according to the present embodiment is also prevented in order to prevent the temperature inside the housing from increasing and affecting other components. A good heat dissipation structure is effective.

なお、前記実施の形態では、筐体、外側放熱フィン、内側放熱フィンをアルミニウム合金を用いたダイキャスト法で形成したが、アルミニウム合金の他、亜鉛合金等、融点の低い材料で構成するのが望ましい。熱伝導性の高い材料であれば、金属に限定されることなく樹脂材料を用いても良い。   In the above embodiment, the casing, the outer radiating fin, and the inner radiating fin are formed by die casting using an aluminum alloy. However, in addition to the aluminum alloy, the casing, the outer radiating fin, and the inner radiating fin may be made of a material having a low melting point such as a zinc alloy. desirable. As long as the material has high thermal conductivity, a resin material may be used without being limited to metal.

また、筐体内部のレイアウトについては適宜変更可能であることはいうまでもない。   Needless to say, the layout inside the housing can be changed as appropriate.

1 直流電源、2 電力変換回路部、3 直流フィルタ回路、3a 直流リアクタ、4 インバータ回路、4a 半導体スイッチング素子、5 交流フィルタ回路、5a 交流リアクタ、6 連系リレー、7 負荷、8 商用電力系統、10 筐体、10r 背面外側放熱フィン、10o 外側放熱フィン、10i 内側放熱フィン、11 前面カバー、12 パッキン、U 上面、R 背面、100 電力変換装置。   1 DC power supply, 2 power conversion circuit unit, 3 DC filter circuit, 3a DC reactor, 4 inverter circuit, 4a semiconductor switching element, 5 AC filter circuit, 5a AC reactor, 6 interconnection relay, 7 load, 8 commercial power system, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Housing | casing, 10r back surface outside radiation fin, 10o outside radiation fin, 10i inside radiation fin, 11 front cover, 12 packing, U upper surface, R back surface, 100 power converter.

Claims (9)

半導体スイッチング素子を用いて、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、直流リアクタ、および交流リアクタを有する電力変換回路部と、
前記電力変換回路部を収納するとともに、前面部に開口を有する筐体と、
前記筐体の開口部を覆う前面カバーと、
前記筐体の外側に設けられた外側放熱フィンと、
前記筐体の内側に設けられた内側放熱フィンとを有し、
前記外側放熱フィンおよび前記内側放熱フィンは、前記筐体上で、前記筐体を介して、
一直線上に位置することを特徴とする電力変換装置。
An inverter circuit that converts DC power into AC power using a semiconductor switching element, a DC reactor, and a power conversion circuit unit having an AC reactor,
While housing the power conversion circuit unit, a housing having an opening on the front surface,
A front cover covering the opening of the housing;
An outer radiating fin provided on the outside of the housing;
An inner heat dissipating fin provided inside the housing;
The outer radiating fin and the inner radiating fin are arranged on the casing via the casing.
A power conversion device, which is located on a straight line.
前記内側放熱フィンは、前記筐体上部に、前記筐体の内壁に沿って前記筐体の上面から背面に至るL字状の当接面をもつことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   2. The electric power according to claim 1, wherein the inner radiating fin has an L-shaped contact surface extending from an upper surface to a rear surface of the housing along an inner wall of the housing at an upper portion of the housing. Conversion device. 前記内側放熱フィンおよび前記外側放熱フィンは、前記筐体に対して垂直方向に複数個配列されており、前記筐体と一体成型により形成され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。   The said inner side radiation fin and the said outer side radiation fin are arranged in multiple numbers by the orthogonal | vertical direction with respect to the said housing | casing, The said housing | casing was formed by integral molding, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Power conversion device. 前記内側放熱フィンおよび前記外側放熱フィンは、厚さが等しいことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the inner radiating fin and the outer radiating fin have the same thickness. 前記内側放熱フィンおよび前記外側放熱フィンで挟まれた領域の前記筐体の厚さは、前記内側放熱フィンおよび前記外側放熱フィンの厚さよりも小さいかあるいは等しいことを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。   The thickness of the housing | casing of the area | region pinched | interposed by the said inner side radiating fin and the said outer side radiating fin is smaller than or equal to the thickness of the said inner side radiating fin and the said outer side radiating fin. Power converter. 前記内側放熱フィン、前記外側放熱フィンおよび前記筐体は、ダイキャストにより成形されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein the inner radiating fin, the outer radiating fin, and the casing are formed by die casting. 前記外側放熱フィンは、前記筐体上の面から離れた位置で外方に広がることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the outer radiating fin spreads outward at a position away from a surface on the housing. 前記半導体スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the semiconductor switching element is formed of a wide band gap semiconductor. 前記電力変換回路部の交流出力は、商用電力系統に接続されることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 8, wherein the AC output of the power conversion circuit unit is connected to a commercial power system.
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