JP4710184B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置に関し、特に、半導体素子より発生する熱を冷却する冷却機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄道車両床下には、鉄道車両の駆動用あるいは補助電源用の電力を供給するための電力変換装置が取り付けられている。このような電力変換装置では、電力変換装置を構成する半導体素子から発生する熱を強制的に大気へ放散するようにしている。すなわち、半導体素子より発生する熱を、受熱板を介してに設けられた放熱フィンに伝達し、電動送風機により風路に強制的に空気を流して、放熱フィンから熱を大気へ放散するようにしている。
【０００３】
図３１は、例えば特開２００１−２５２５４号公報に記載された従来の電力変換装置の概略断面図である。電力変換装置１０１内に設けられた風洞１０２内には、複数個の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃが直列に配置され、これら複数個の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃはそれぞれの受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに取り付けられてヒートシンクを構成している。これらの受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、風洞１０２の壁の一部分となるよう取り付けられ、風洞１０２の内外を仕切っている。一方、受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃが取り付けられた反対面には複数個の半導体素子１０６が取り付けられる。図３１では、１個の受熱板１０５に電力変換装置１０１の３相分のうちの１相分の半導体素子１０６が取り付けられている。
【０００４】
また、風洞１０２の断面形状は、風の通路の大きさが風上側から風下側にいくにつれて絞られて形成されている。すなわち、図３１の下部の風上側では、電動送風機１０３により取り込まれる冷却風が、１個目の放熱フィン１０４ａおよび２個目の放熱フィン１０４ｂ以外にも流れるように放熱フィン１０４ａ、１０４ｂの大きさよりも大きく形成されている。そして、放熱フィン１０４ａ、１０４ｂより大きく形成された電力変換装置１０１の風入口部には、ほぼ１個目の放熱フィン１０４ａを覆う範囲に案内板１０８を設けて風洞１０２を仕切った構成としている。
【０００５】
このように、風洞１０２を風の通路が風上側から風下側にいくにつれて絞って形成しているので、風上側の１個目の放熱フィン１０４ａで暖められた空気は２個目の放熱フィン４ｂに直接流入するが、案内板１０８で仕切られて１個目の放熱フィン１０４ａをバイパスした空気の一部が２個目の放熱フィン１０４ｂの側面から流入する。また、３個目の放熱フィン１０４ｃについても、１個目および２個目の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂで暖められた空気が流入するが、案内板１０８で仕切られて１個目の放熱フィン１０４ａをバイパスした空気の一部が流入する。従って、風洞１０２内に放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを直列に配置しても、ほぼ均等に冷却できる。これにより、冷却風の温度の違いによる風上側の放熱フィン１０４ａと風下側の放熱フィン１０４ｃとの放熱量を均等にできるので、電力変換装置１００の各相の半導体素子１０６の温度上昇値の差は低減される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の電力変換装置では、例えば２個目の放熱フィン１０４ｂには、１個目の放熱フィン１０４ａをバイパスした空気の一部が流入するが、１個目の放熱フィン１０４ａで暖められた空気も直接流入する。また、３個目の放熱フィン１０４ｃには、１個目および２個目の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂをバイパスした空気が流入するが、１個目および２個目の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂで暖められた空気も直接流入する。
【０００７】
このように、下流側の放熱フィンには、上流側で暖められた空気に加えて上流側の放熱フィンをバイパスした空気が一部流入するので、上流側で暖められた空気のみが流入する場合に比べると、下流側の放熱フィンすなわちヒートシンクの冷却性能を向上させることができるが、下流側の放熱フィンには上流側の放熱フィンをバイパスした空気のみが流れるわけではないので、下流側のヒートシンクでは上流側のヒートシンクの熱干渉は避けられないという問題点があった。
【０００８】
なお、冷却用の空気が各ヒートシンクに分岐して流れるように、各ヒートシンクを冷却用の空気の流れに対して並列に配置することも考えられるが、半導体素子数の増加に伴い冷却用の空気に面する部分の面積が大きくなってしまい、設置可能な場所が限られるなどの不都合が生じるという問題点がある。
【０００９】
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことができ、しかも冷却気体に対面する部分の面積を増加させることなく半導体素子の数を増加させることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームと上記風路を複数に仕切る仕切板とを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記仕切板は、上記放熱フィンから上記冷却ユニットの入口まで延伸し、および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口まで延伸し、上記冷却ユニットの入口から上記放熱フィンまでの風路および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口までの風路を、上記冷却気体の流れに沿って複数に仕切るものである。
【００１１】
また、本発明に係る第２の電力変換装置は、仕切板の上記放熱フィン側を、ヒートシンクの端部に配置したものである。
【００１２】
また、本発明に係る第３の電力変換装置は、仕切板の一部がユニットフレームの少なくとも一部を兼用しているものである。
【００１３】
また、本発明に係る第４の電力変換装置は、冷却ユニットの入口から放熱フィン間に配置された仕切板または放熱フィンの入口に突出物を設けたものである。
【００１４】
また、本発明に係る第５の電力変換装置は、放熱フィンの入口部に冷却ユニットの入口に向かって配置され、または放熱フィンの出口部に冷却ユニットの出口に向かって配置され、冷却気体を誘導する誘導体を備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係る第６の電力変換装置は、放熱フィンは板状であり、誘導体は、放熱フィンの入口側の部分を冷却ユニットの入口に向かって曲げたもの、または放熱フィンの出口側の部分を冷却ユニットの出口に向かって曲げたものである。
【００１６】
また、本発明に係る第７の電力変換装置は、放熱フィンは板状で、受熱板と交差する方向に複数段配置されており、各段の放熱フィンを流れる冷却気体はそれぞれ異なる方向に流れるように放熱フィンが配置されているものである。
【００１７】
また、本発明に係る第８の電力変換装置は、ヒートシンクには、複数の半導体素子が冷却気体の流れに対して並列に搭載されているものである。
【００１８】
また、本発明に係る第９の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンクの中央部に配置したものである。
【００１９】
また、本発明に係る第１０の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、冷却ユニットの入口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置と、冷却ユニットの出口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置とは、一方の位置がヒートシンクの端部であり、他方の位置がヒートシンクの中央部となるようにしたものである。
【００２０】
また、本発明に係る第１１の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、放熱フィンの入口または出口に、風路への放熱フィンの開口率を調節する手段を設けたものである。
【００２１】
また、本発明に係る第１２の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、ヒートシンクの入口側の放熱フィンが、冷却ユニットの入口から遠い程突出して階段状に形成されているものである。
【００２２】
また、本発明に係る第１３の電力変換装置は、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように冷却気体の流れに対して並列に配置したものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図６は本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１は要部の構成を示す平面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線断面図、図３は冷却気体の流れる様子を示す説明図、図４は図１の電力変換装置に電気配線を施した様子を示す平面図、図５は本発明の実施の形態１による電力変換装置の別の構成を示す平面図、図６（ａ）は図５を矢印Ａ方向から見た正面図、（ｂ）は図５を矢印Ｂ方向から見た側面図である。なお、図１では内部が分かりやすいように、ユニットフレーム蓋２１を取り外して示している。また、図６（ａ）では分かりやすいように、手前側の枠体６１を取り外して示している。
【００２５】
図１および図２において、１ａ、１ｄ（以下、１で代表する場合もある。）は冷却ユニット、２ａ、２ｄ（以下、２で代表する場合もある。）はユニットフレーム側壁、２１はユニットフレーム蓋、２２はユニットフレーム底板、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｆ（以下、３で代表する場合もある。）はヒートシンク、３１は受熱板、３２は放熱フィン、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｆ（以下、４で代表する場合もある。）は半導体素子である。
【００２６】
ヒートシンク３は、複数の放熱フィン３２と、半導体素子４を搭載して半導体素子４より発生する熱を放熱フィン３２に伝達する受熱板３１とを有する。
冷却ユニット１は、ユニットフレーム側壁２、ユニットフレーム蓋３１およびユニットフレーム底板３２を備えて、放熱フィン３２へ例えば空気などの冷却気体を給排する略クランク状（Ｓ字状）の風路を形成しており、ヒートシンク３は、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って、冷却気体の流れに対して並列に配置されている。
また、本実施の形態では、放熱フィン３２は板状であり、複数の板状放熱フィン３２が、ヒートシンク３の並んでいる方向と直交する方向に冷却気体が流れるように並んで配置されている。これは後出の各実施の形態においても特に断らない限り同様である。
また、本実施の形態では、上記のように構成された複数の冷却ユニット１ａ、１ｄ（図１では代表して２個記載している。）を備えており、冷却気体が各冷却ユニット１ａ、１ｄに分岐して流れるように、冷却気体の流れに対して並列に配置されている。
更に、冷却ユニット１内の各ヒートシンク２に冷却気体を強制的に流すファン（図示せず）を備えている。
【００２７】
次に、図３を用いて冷却気体の流れについて説明する。図３に示すように、冷却気体である外部の空気が冷却ユニット１ａと１ｄに分岐して流れる。
各冷却ユニット１ａと１ｄに流入した空気の流れを、例えば、冷却ユニット１ａを例に説明すると、冷却ユニット１ａの入口から導入された空気がその向きを変えて各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニット１ａの出口から導出される。なお、冷却ユニット１ｂの場合も同様に流れる。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、冷却気体が各冷却ユニット１ａと１ｄに分岐して流れるので、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐことができ、冷却ユニット１ａと１ｄとの冷却能力を等しくすることが可能となる。
また、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ、ヒートシンク３ｄと３ｅと３ｆに流れる空気も、他のヒートシンクを通過せずに流れるので、他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことができる。
さらに、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンク３ａと３ｂと３ｃまたは３ｄと３ｅと３ｆは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる空気の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置されているので、ヒートシンクの数すなわち半導体素子の数を増加させる場合は、上記方向に沿って並べるヒートシンクの数を増やすことにより対応でき、冷却ユニット１ａと１ｄの入口へ供給される冷却気体の流れに対面する冷却ユニット部分の面積を増加させることなくヒートシンクの数すなわち半導体素子の数を増加させることが可能となる。
【００２９】
また、図４に示すように、電気配線５ａによって、半導体素子４ａと４ｂと４ｃ、半導体素子４ｄと４ｅと４ｆがそれぞれ電気的に並列接続され、更に半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃと半導体素子４ｄ、４ｅ、４ｆとが電気的に直列接続される電力変換装置において、電気配線５ａの接続を非常に容易にできる。
【００３０】
なお、上記では、２個の冷却ユニット１ａ、１ｄを１段のみ配置した場合について示したが、図５および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、複数段に積層してもよい。図５および図６において、１ｇ、１ｊ、１ｍ、１ｐは冷却ユニット、２ｇ、２ｍはユニットフレーム側壁、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｍ、４ｎ、４ｏ、４ｐは半導体素子、５ｇ、５ｍは電気配線、６１は枠体、６２は棒状の棚である。
なお、図５および図６では棚６２が棒状である場合について示したが、棚６２を板状とし、さらに最下段の冷却ユニット１ｍ、１ｐにも板状の棚６２を設け、板状の棚６２で冷却ユニット１ａ、1ｄ、1ｇ、1ｊ、1ｍ、1ｐの底板２２と兼ねてもよい。
【００３１】
このように複数段に積層して構成された電力変換装置においても、外部の空気が各冷却ユニット１ａ、１ｄ、１ｇ、１ｊ、１ｍ、１ｐに分岐して流れるので、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐことができ、上記１段の場合と同様の効果が得られる。
【００３２】
実施の形態２．
図７〜図１０は本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図７は冷却ユニットの構成を示す平面図、図８は冷却気体の流れを説明する図、図９は仕切板の効果を説明する図、図１０は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。図７、図８および図１０において、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（以下、１０で代表する場合もある。）は冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ（以下、１０で代表する場合もある。）は放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板である。
【００３３】
本実施の形態では、図７に示したように、冷却ユニット１ａ内のヒートシンク３ａと３ｂの境界と、ヒートシンク３ｂと３ｃの境界と、ヒートシンク３ｃとユニットフレーム２ａの境界（以下、これらの境界を単にヒートシンクの境界またはヒートシンクの端部と呼ぶこともある。）から、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積を３等分する位置間にそれぞれ仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃを設け、ヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界と、ヒートシンク３ａと３ｂの境界と、ヒートシンク３ｂと３ｃの境界から、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの出口の断面積を３等分する位置間にそれぞれ仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを設けている。各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆで仕切られた各風路はＳ字状となっている。
【００３４】
このように構成されたものにおいては、上記実施の形態１の効果に加えて、以下のような効果が得られる。
すなわち、各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃと１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの放熱フィン３２側を、それぞれヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの境界（端部）に配置することにより、図８に示すように、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる空気が冷却ユニット１ａの入口から出口まで各仕切板１０により分岐され、冷却ユニット１ａの入口および出口側における仕切板１０の位置を調整することにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量を調整することが可能になる。
またさらに、冷却ユニット１ａの入口側および出口側における各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの位置を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口および出口の断面積をそれぞれ３等分する位置とする（すなわち仕切板１０により仕切られた複数の風路において冷却ユニット１ａのそれぞれの出入口の断面積を同じにする）ことにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量を等しくすることができる。
【００３５】
図９に仕切板１０を取付けた場合と取付けない場合の各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体（空気）の風量割合を示す。仕切板１０を取付けると各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量が均一化されることがわかる。このため、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ上に搭載される各半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの冷却効率も等しくできるので、各半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの発熱による温度上昇も等しくでき、例えば半導体素子４ａと４ｂと４ｃが電気的に並列接続されている場合、半導体素子４ａと４ｂと４ｃ間の分流も均一化できる。
【００３６】
なお、上記では、各仕切板１０は平板状である場合について示したが、図１０に示すように湾曲状の仕切板１０を設けてもよく、この場合には、平板状の仕切板１０に比べて、圧損を小さくできるので、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの放熱フィン３２に流れる冷却気体の流速が増加し、冷却性が高まる。
【００３７】
なお、図７、図８および図１０では、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
【００３８】
また、図７において、ヒートシンク３ｃとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの入口端部間に配置された仕切板１０ｃ、およびヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの出口端部間に配置された仕切板１０ｄは省略することも可能である。
【００３９】
なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に比べて、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量の均一化を図ることができるという効果が得られる。
【００４０】
実施の形態３．
図１１および図１２は本発明の実施の形態３による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１１は冷却ユニットの構成を示す平面図、図１２（ａ）は図１１の冷却ユニットを２個並べて配置した本実施の形態による電力変換装置を示す平面図、（ｂ）は図７の冷却ユニットを２個並べて配置した実施の形態２による電力変換装置を示す平面図である。
本実施の形態では、図７におけるユニットフレーム側壁２ａを省略し、図１１に示すように、仕切板１０ｃ、１０ｄをユニットフレームの一部とした。このような構造にすると、上記実施の形態２の効果に加えて、部品点数を削減することができるという効果が得られる。
【００４１】
また、図１２（ａ）に示すように、複数の冷却ユニット１ａ、１ｄを、冷却気体が各冷却ユニット１ａ、１ｄに分岐して流れるように冷却気体の流れに対して並列に配置すると、隣接する冷却ユニット１ａと１ｄで仕切板１０ｄと１０ｉを共通化できるため、仕切板１０の数を減らすことができる。さらに、図１２（ｂ）に比べて、並列方向の長さを縮小（２個の場合Ｌだけ縮小）することができ、更に冷却ユニットの数が多くなればなる程、電力変換装置の小型化を図ることができる。
なお、図１２において、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ（以下、１０で代表する場合もある。）は冷却ユニット１ｄの入口から放熱フィン３２までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板、１０ｊ、１０ｋ、１０ｌ（以下、１０で代表する場合もある。）は放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板である。
【００４２】
なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に比べて、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量の均一化を図ることができるという効果が得られる。例えば、図１２（ａ）において、仕切板１０を冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路のみに設ける場合には、仕切板１０ｆと１０ｅおよび仕切板１０ｋと１０ｌを省くことにより対応できる。
【００４３】
実施の形態４．
図１３および図１４は本発明の実施の形態４による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１３は冷却ユニットの構成を示す平面図、図１４は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。
図１３および図１４において、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ（以下、２０で代表する場合もある。）は突出物であり、本実施の形態では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン間に配置された仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃに設けられている。突出物２０は、例えばユニットフレーム蓋からユニットフレーム底板までに亘って畝状に形成されており、冷却ユニット１ａの入口から流入し、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより仕切られた各風路を流れる冷却気体は、突出物２０によりその流線が変化する。したがって、突出物２０の位置や形状などを調整することにより各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能になる。
また、図１４において、４ｓ、４ｔ、４ｕは半導体素子である。
【００４４】
図１３においては、冷却気体の流線が各突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃに当たってそれぞれ変化し、冷却気体が各半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部付近に対応する放熱フィンに主に流れるような位置に、突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃをそれぞれ設けた。このように突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃを設けると、冷却ユニット１ａの入口から流入した冷却気体の流線が突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃによって半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部付近に対応する放熱フィンの方向に変わり、その部分の風量が増加する。このため、最も発熱量の大きい半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００４５】
また、図１４に示すように、ヒートシンク３ａに半導体素子４ａと４ｓ、ヒートシンク３ｂに半導体素子４ｂと４ｔ、ヒートシンク３ｃに半導体素子４ｃと４ｕというように、１つのヒートシンク３に複数個の半導体素子４が搭載されている場合でも、各半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部付近に対応する放熱フィンの方向に空気の流線が変化するようにそれぞれ突出物２０ａと２０ｄ、２０ｂと２０ｅ、２０ｃと２０ｆを設けることによって、各半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部付近に対応する放熱フィン部の風量が増加する。このため、最も発熱量の大きい半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００４６】
また、図３１で示した従来の電力変換装置では、各受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには２個の半導体素子１０６が冷却気体の流れ方向に沿って（すなわち冷却気体の流れに対して直列に）配置されていたので、下流側の半導体素子１０６は上流側の半導体素子１０６の熱干渉を受けることになる。これに対して、図１４においては、各受熱板すなわちヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃには、それらヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの配置方向に沿って（すなわち冷却気体の流れに対して並列に）複数の半導体素子４ａと４ｓ、４ｂと４ｔ、４ｃと４ｕがそれぞれ搭載されている。このように構成されたものにおいては、冷却気体が各半導体素子に対応した放熱フィンに分岐して流れるので、他の半導体素子の熱干渉を防ぐことができる。
【００４７】
また、例えば図１３において、１個のヒートシンク３に搭載する半導体素子４の数が増加した場合に、従来のように冷却気体の流れに対して直列に配置した場合には、冷却ユニット１ａの入口へ供給される冷却気体の流れに面するヒートシンク３部分の面積が増加してしまうが、図１４に示したように、冷却気体の流れに対して並列に配置した場合には、ヒートシンク３の配置方向に沿ったヒートシンク３部分の面積が増加し、冷却ユニット１ａの入口へ供給される冷却気体の流れに面するヒートシンク３部分の面積は変わらない。したがって、半導体素子４の数が増加しても、冷却ユニット１の入口へ供給される冷却気体の流れに面する冷却ユニット１部分の面積を増加させることなく半導体素子４の数を増加させることが可能となる。
【００４８】
実施の形態５．
図１５および図１６は本発明の実施の形態５による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１５は冷却ユニットの構成を示す平面図、図１６は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。
上記実施の形態４では、突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆは冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン間に配置された仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃに設けられていたが、本実施の形態では、放熱フィン（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ）の入口に設けられている。
本実施の形態のように、各半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部付近に対応する放熱フィンの方向に空気の流線が変化するように、放熱フィンの入口に突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆを設けても実施の形態４の場合と同様な効果が得られる。
【００４９】
なお、上記実施の形態４および５では、冷却ユニット１の入口から放熱フィンまでの風路、および放熱フィンから冷却ユニット１の出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、冷却ユニット１の入口から放熱フィンまでの風路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に比べて、各ヒートシンク３に流れる冷却気体の風量の調節が可能となり、しかも、突出物２０の位置や形状などを調整することにより、各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能になるという効果が得られる。
【００５０】
実施の形態６．
図１７は本発明の実施の形態６による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。図１７において、１０ｍ、１０ｎは仕切板である。
上記実施の形態２〜５では何れも、仕切板１０のヒートシンク３側を、ヒートシンク３の境界（端部）に配置した場合について示したが、本実施の形態では、各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の端部ではなく中央部に配置した。
【００５１】
複数の仕切板１０により分離された各風路を流れる冷却気体は、外側の仕切板（すなわち、例えば、仕切板１０ａと１０ｂで挟まれた風路では仕切板１０ｂ側）に近い程、流速が速い。このため、上記のように仕切板１０を配置することによって、最も発熱量の大きい半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放熱フィンを流れる冷却気体の流速が速まるため、この部分の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇を効果的に抑制できる。
なお、詳細に述べれば、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放熱フィンを流れる冷却気体の流速を速めるためには、冷却ユニット１ａの入口側の仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃは各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の中点よりも多少冷却ユニット１ａの入口側と反対の方向にずらせた位置に配置するのが望ましく、冷却ユニット１ａの出口側の仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆは各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の中点よりも多少冷却ユニット１ａの出口側と反対の方向にずらせた位置に配置するのが望ましい。
【００５２】
なお、図１７では、１つのヒートシンク３に１個の半導体素子４が搭載されている場合について示したが、複数個の半導体素子４が冷却気体の流れに対して並列に搭載されている場合でも、仕切板１０の放熱フィン側を各半導体素子４の中央部付近に配置することで、同様な効果が得られる。
【００５３】
なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に比べて、最も発熱量の大きい半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放熱フィンを流れる冷却気体の流速が速まるため、この部分の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇を効果的に抑制できるという効果が得られる。
【００５４】
実施の形態７．
図１８および図１９は本発明の実施の形態７による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１８は冷却ユニットの構成を示す平面図、図１９は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。
図１８において、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部付近に配置し、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの端部（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃおよびユニットフレーム２ａの境界）に配置した。
【００５５】
各仕切板１０をこのように配置することにより、上述のように、複数の仕切板１０により分離された各風路を流れる冷却気体は、外側の仕切板に近い程、流速が速いため、ヒートシンク３（放熱フィン）に流入する冷却気体はヒートシンク３の中央部（半導体素子４の中央部）付近で、ヒートシンク３から流出する冷却気体はヒートシンク３の端部（半導体素子４の端部）で流速が最も速くなる。このため、それぞれのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内部において流速分布の均一化が図れ、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化できる。
【００５６】
また、図１９に示すように、ヒートシンク３ａに半導体素子４ａと４ｓ、ヒートシンク３ｂに半導体素子４ｂと４ｔ、ヒートシンク３ｃに半導体素子４ｃと４ｕというように、１つのヒートシンク３に複数個の半導体素子４が冷却気体の流れに対して並列に搭載されている場合でも、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｏ、１０ｐ、１０ｑのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｓ、４ｔ、４ｕの中央部付近に配置し、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの境界およびヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界（各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの端部）に、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ｒ、１０ｓ、１０ｔのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側をそれぞれ半導体素子４ａと４ｓ、４ｂと４ｔ、４ｃと４ｕの境界に配置することにより、同様に、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃそれぞれの内部の流速分布を均一化できる。したがって、１つのヒートシンク３に複数個の半導体素子４が搭載される場合でも各半導体素子４の冷却性を均一化できる。なお、図１９において、１０ｏ、１０ｐ、１０ｑ、１０ｒ、１０ｓ、１０ｔは仕切板である。
【００５７】
なお、図１８および図１９では、何れも、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３間の仕切板１０のヒートシンク側を半導体素子４（ヒートシンク３）の中央部付近に、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３間の仕切板１０のヒートシンク３側を半導体素子４（ヒートシンク３）の境界に配置した場合について示したが、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３間の仕切板１０のヒートシンク３側を半導体素子４（ヒートシンク３）の境界に、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３間の仕切板１０のヒートシンク３側を半導体素子４（ヒートシンク３）の中央部付近に配置してもよく、同様な効果が得られる。
【００５８】
なお、上記実施の形態４〜７では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
また、複数の冷却ユニットを配置する場合には、図１２に示した実施の形態３と同様に、ユニットフレーム側壁２ａを省略して仕切板をユニットフレームの一部としてもよく、部品点数を削減することができるという効果が得られる。
【００５９】
実施の形態８．
図２０は本発明の実施の形態８による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。
上記実施の形態２〜７では、何れも、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積を３等分する位置に配置した場合について示したが、本実施の形態では、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置した。なお、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側は、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の境界およびヒートシンク３ｃとユニットフレーム側壁２ａの境界（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの端部）に配置した。
【００６０】
各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる風路において、冷却ユニット１ａの入口のそれぞれの断面積を同じにすると、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃへ流入する風量はヒートシンク３ａ＝ヒートシンク３ｂ＝ヒートシンク３ｃとなるため、図２０に示す各領域Ａ、Ｂ、Ｃの圧力は領域Ａ＞領域Ｂ＞領域Ｃとはならず、領域Ａ→領域Ｂ→領域Ｃへ冷却気体が流れにくくなる。すなわち、ヒートシンク３ａと３ｂの冷却気体が流れにくくなり、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の冷却性にばらつきが発生する。
そこで、図２０に示すような仕切板配置にすると、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃへ流入する風量はヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなり、領域Ａ、Ｂ、Ｃの圧力は領域Ａ＞領域Ｂ＞領域Ｃとなるため、領域Ａ→領域Ｂ、領域Ｂ→領域Ｃへ空気が流れ易くなる。したがって、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間に仕切板を設けなくても、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃを流れる冷却気体の風量を均一化することができ、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間における冷却性のばらつきを抑制できる。
【００６１】
なお、上記では、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口側に配置された仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置したが、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの出口側に配置された仕切板における冷却ユニット１ａの出口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの出口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置してもよく、同様の効果が得られる。
【００６２】
なお、上記では、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃを流れる冷却気体の風量が均一化されるように、仕切板１０における冷却ユニット１ａの入口側または出口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口または出口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置した場合について示したが、これに限るものではなく、例えば半導体素子４ａと４ｂと４ｃとで発熱にばらつきがある場合などには、一番発熱量の大きい半導体素子が搭載されたヒートシンクに多くの冷却気体が流れるようにしてもよい。
【００６３】
なお、上記では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
【００６４】
実施の形態９．
図２１および図２２は本発明の実施の形態９による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図２１（ａ）は冷却ユニットの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａの方向から見た正面図、図２２（ａ）は冷却ユニットの別の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａの方向から見た正面図である。
図２１および図２２において、４０ａ、４０ｂ、４０ｃは冷却気体の風路への放熱フィンの開口率を調節するフィン開口率調節手段に相当するフィン開口率調節用マスクである。
【００６５】
本実施の形態では、例えば、図２１に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に、大きさが異なり冷却気体を通さないマスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃを設け、マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃの大きさを、マスク４０ａ＜マスク４０ｂ＜マスク４０ｃとした（すなわち、冷却気体の風路への各放熱フィンの開口率をヒートシンク３ａ＞３ｂ＞３ｃとした。）。
【００６６】
図１に示したような仕切板やマスクを取付けない場合には、冷却気体の風量は、風下側のヒートシンクほど多く（ヒートシンク３ａ＜ヒートシンク３ｂ＜ヒートシンク３ｃ）、ヒートシンク３ｃに流れる冷却気体の風量が最も多いのが一般的である。そこで、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に、大きさがマスク４０ａ＜マスク４０ｂ＜マスク４０ｃとなるマスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃを設けることにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流入する冷却気体の風量を均一化することができる。
【００６７】
なお、図２２に示すように、フィン開口率調節用マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃとして、メッシュ状のマスクを用い、メッシュの開口率がマスク４０ａ＞マスク４０ｂ＞マスク４０ｃとなるようにしてもよい。
【００６８】
また、フィン開口率調節手段は、図２１および図２２で示したフィン開口率調節用マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃに限ったものではなく、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃにおけるフィンの開口率が３ａ＞３ｂ＞３ｃとなるものであればよい。
【００６９】
またさらに、図２１および図２２ではフィン開口率調節用マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃをヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に配置したが、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの出口に配置しても同様な効果が得られる。
【００７０】
なお、上記では、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃを流れる冷却気体の風量が均一化されるように、冷却気体の風路への各放熱フィンの開口率をヒートシンク３ａ＞３ｂ＞３ｃとした場合について示したが、これに限るものではなく、例えば半導体素子４ａと４ｂと４ｃで発熱にばらつきがある場合などには、一番発熱量の大きい半導体素子が搭載されたヒートシンクに多くの冷却気体が流れるようにしてもよい。
【００７１】
なお、上記では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
【００７２】
実施の形態１０．
図２３は本発明の実施の形態１０による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。図２３において、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは放熱フィン中央部、５１ａ、５１ｂ、５１ｃは放熱フィン入口部、５２ａ、５２ｂ、５２ｃは放熱フィン出口部である。
本実施の形態では、放熱フィンの入口側の部分（放熱フィン入口部）５１ａ、５１ｂ、５１ｃを冷却ユニット１ａの入口に向かって曲げると共に、放熱フィンの出口側の部分（放熱フィン出口部）５２ａ、５２ｂ、５２ｃを冷却ユニット１ａの出口に向かって曲げ、冷却気体を誘導する誘導体とした。
【００７３】
このように構成すると、冷却ユニット１ａの入口からヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となるので、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化できる。
【００７４】
なお、図２３では、放熱フィンの入口側および出口側の部分をそれぞれ冷却ユニットの入口および出口に向かって曲げて誘導体としたので、誘導体を放熱フィンで兼用することにより、部品点数を増加させることなく、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となった。しかし、これに限るものではなく、放熱フィンの入口部および出口部に、それぞれ冷却ユニット１ａの入口および出口に向かって配置された誘導体を新たに設けてもよい。
【００７５】
なお、上記では、放熱フィンの入口部および出口部の両方に誘導体を設ける場合について示したが、入口部にのみ設けてもよく、この場合にも誘導体を全く設けない場合に比べて、冷却ユニット１ａの入口からヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となるので、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化できるという効果が得られる。
【００７６】
なお、図２３において、ヒートシンク３ｃとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの入口端部間に配置された仕切板１０ｃ、およびヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの出口端部間に配置された仕切板１０ｄは省略することも可能である。
【００７７】
なお、図２３では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
また、複数の冷却ユニットを配置する場合には、図１２に示した実施の形態３と同様に、ユニットフレーム側壁２ａを省略して仕切板をユニットフレームの一部としてもよく、部品点数を削減することができるという効果が得られる。
【００７８】
また、上記では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風路のみに設けてもよい。
さらに、誘導体の形状によっては仕切板１０は無くてもよい。
【００７９】
実施の形態１１．
図２４および図２５は本発明の実施の形態１１による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図２４（ａ）は冷却ユニットの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して冷却気体の流れる様子を示す説明図、図２５は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。
本実施の形態では、例えば、図２４（ａ）に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口側の放熱フィンが、冷却ユニット１ａの入口から遠い程突出して階段状に形成されている。
【００８０】
このように構成されたものにおいては、図２４（ｂ）に示すように、冷却ユニット１ａの入口から流入した冷却気体は、階段状に突出した板状の放熱フィンに当たって進路を曲げ、放熱フィン間に流入する。このように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる。その結果、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化することが可能となる。
また、図２３で示したように放熱フィンの方向を変える必要がない。
【００８１】
なお、図２５に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ入口側の放熱フィンのみならず、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの出口側の放熱フィンも階段状に形成してもよく、同様な効果が得られ、さらに、冷却ユニット１ａの大きさを小型化できるという効果も得られる。
【００８２】
実施の形態１２．
図２６は本発明の実施の形態１２による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。
本実施の形態では、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃを冷却ユニット１ａ内に斜めに配置した。
このように構成することにより、実施の形態１１の場合と同様に、冷却ユニット１ａの入口からヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間へ空気が均一に流入しやすく、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化することが可能となる。
また、実施の形態１０のようにフィン出入口の方向を変えたり、実施の形態１１のように階段状に加工したりしなくてもよいので、製造が容易である。
【００８３】
なお、上記実施の形態１〜１２では、放熱フィン３２は板状であり、複数板状放熱フィン３２が、ヒートシンク３の並んでいる方向とほぼ直交する方向に冷却気体が流れるように並んで配置されている場合について示したが、放熱フィンは板状に限らず、例えば棒状などであってもよい。
【００８４】
実施の形態１３．
図２７〜図２９は本発明の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図２７は冷却ユニットの構成を示す平面図、図２８（ａ）は図２７のＡ−Ａ’線断面図、（ｂ）は図２７のＢ−Ｂ’線断面図、図２９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ冷却気体の流れる様子を示す説明図である。
図２８において、３２ａは上部放熱フィン、３２ｂは下部放熱フィンである。
【００８５】
本実施の形態では、放熱フィンは板状で、受熱板３１と交差する方向に複数段（図２８では上部放熱フィン３２ａと下部放熱フィン３２ｂの２段）配置されており、各段の放熱フィン３２ａ、３２ｂを流れる冷却気体はそれぞれ異なる（図２８および図２９では直交する）方向に流れるように放熱フィン３２ａ、３２ｂが配置されている。
また、上記各実施の形態１〜１３では、ユニットフレーム側壁２ａは、端部に配置されたヒートシンク３ａ、３ｃにまで延び、ヒートシンク３ａ、３ｃの側面を覆っていたが、本実施の形態では、ヒートシンク３ａ、３ｃの側面は開放されている。
【００８６】
図２９（ａ）に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの上部放熱フィン３２ａに流れる冷却気体は、その上部の半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの発熱によって、ヒートシンク３ａ→ヒートシンク３ｂ→ヒートシンク３ｃに流れるにしたがい、徐々に温度が上昇する。このため、上部放熱フィン３２ａのみでは、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度が半導体素子４ａ＜半導体素子４ｂ＜半導体素子４ｃとなり、ばらつきが発生する。
一方、図２９（ｂ）に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの下部放熱フィン３２ｂに流れる冷却気体の風量は、ヒートシンク３ａ＜ヒートシンク３ｂ＜ヒートシンク３ｃとなる。このため、下部放熱フィン３２ｂのみでは、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度が半導体素子４ａ＞半導体素子４ｂ＞半導体素子４ｃとなる。
従って、本実施の形態のように、両者を合せ持つことにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の冷却性および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性の均一化が図れ、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇も均一化することができる。
【００８７】
なお、放熱フィンの段数は２段に限ったものではなく、３段以上であってもよい。
また、格段の放熱フィンの配置方向は、直交する方向に限ったものではなく、異なる方向であればよい。
【００８８】
なお、上記では、放熱フィン３２は板状であり、上部放熱フィン３２ａが、ヒートシンク３の並んでいる方向に冷却気体が流れるように並んで配置されており、下部放熱フィン３２ｂが、ヒートシンク３の並んでいる方向と直交する方向に冷却気体が流れるように並んで配置されている場合について示したが、放熱フィンは板状に限らず、例えば棒状などであってもよく、この場合には、複数段に分ける必要はなく、図２９（ａ）で示した流れと（ｂ）で示した流れが自然に混ざり合って上記と同様の効果が得られる。
【００８９】
なお、上記実施の形態１１〜１３では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
【００９０】
実施の形態１４．
図３０は本発明の実施の形態１４による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。
例えば図１において、ユニットフレーム側壁２ａ、２ｄの形状を、図３０に示したようにしてもよく、この場合には実施の形態３で図１１を用いて説明したのと同様に、電力変換装置のコンパクト化が可能となる。なお、この場合にも、各冷却ユニット１ａ、１ｄの風路はＳ字状となっている。
さらに、図１の構造に比べて、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間やヒートシンク３ｄ、３ｅ、３ｆ間に流れる冷却気体の風量を均等化できるという効果が得られる。
【００９１】
なお、上記のようなユニットフレーム側壁２ａ、２ｄの形状は、図１に限らず、例えば図２０〜図２２および図２７で示した冷却ユニットにも適用することができ、同様の効果が得られる。
【００９２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る第１の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームと上記風路を複数に仕切る仕切板とを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記仕切板は、上記放熱フィンから上記冷却ユニットの入口まで延伸し、および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口まで延伸し、上記冷却ユニットの入口から上記放熱フィンまでの風路および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口までの風路を、上記冷却気体の流れに沿って複数に仕切るので、冷却気体が各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れる結果、他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことが可能となる。また、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って配置されているので、冷却ユニットの入口へ供給される冷却気体の流れに対面する冷却ユニット部分の面積を増加させることなくヒートシンクの数すなわち半導体素子の数を増加させることが可能となる。さらに、仕切板の位置を調整することにより各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能となる。
【００９３】
また、本発明に係る第２の電力変換装置によれば、仕切板の上記放熱フィン側を、ヒートシンクの端部に配置したので、冷却ユニットの入口側または出口側における仕切板の位置を調整することにより各ヒートシンクに流れる冷却気体の風量を調整することが可能となる。
【００９４】
また、本発明に係る第３の電力変換装置によれば、仕切板の一部がユニットフレームの少なくとも一部を兼用しているので、部品点数を削減でき、しかも、冷却ユニットの小型化すなわち電力変換装置の小型化を図ることが可能となる。
【００９５】
また、本発明に係る第４の電力変換装置によれば、冷却ユニットの入口から放熱フィン間に配置された仕切板または放熱フィンの入口に突出物を設けたので、突出物の位置や形状などを調整することにより各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能となる。
【００９６】
また、本発明に係る第５の電力変換装置によれば、放熱フィンの入口部に冷却ユニットの入口に向かって配置され、または放熱フィンの出口部に冷却ユニットの出口に向かって配置され、冷却気体を誘導する誘導体を備えたので、各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる結果、各ヒートシンク間の冷却性、および各ヒートシンク内の冷却性を均一化することが可能となる。
【００９７】
また、本発明に係る第６の電力変換装置によれば、放熱フィンは板状であり、誘導体は、放熱フィンの入口側の部分を冷却ユニットの入口に向かって曲げたもの、または放熱フィンの出口側の部分を冷却ユニットの出口に向かって曲げたので、誘導体を放熱フィンで兼用することにより、部品点数を増加させることなく、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる。
【００９８】
また、本発明に係る第７の電力変換装置によれば、放熱フィンは板状で、受熱板と交差する方向に複数段配置されており、各段の放熱フィンを流れる冷却気体はそれぞれ異なる方向に流れるように放熱フィンが配置されているので、各ヒートシンク間の冷却性、および各ヒートシンク内の冷却性を均一化することが可能となる。
【００９９】
また、本発明に係る第８の電力変換装置によれば、ヒートシンクには、複数の半導体素子が冷却気体の流れに対して並列に搭載されているので、冷却気体が各半導体素子に対応した放熱フィンに分岐して流れる結果、他の半導体素子の熱干渉を防ぐことができる。また、半導体素子の数が増加しても、冷却ユニットの入口へ供給される冷却気体の流れに面する冷却ユニット部分の面積を増加させることなく半導体素子の数を増加させることが可能となる。
【０１００】
また、本発明に係る第９の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンクの中央部に配置したので、ヒートシンク中央部の放熱性を向上させることができ、ヒートシンクの中央部に配置された半導体素子を効果的に冷却することが可能となる。
【０１０１】
また、本発明に係る第１０の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、冷却ユニットの入口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置と、冷却ユニットの出口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置とは、一方の位置がヒートシンクの端部であり、他方の位置がヒートシンクの中央部となるようにしたので、ヒートシンクの各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる。
【０１０２】
また、本発明に係る第１１の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、放熱フィンの入口または出口に、風路への放熱フィンの開口率を調節する手段を設けたので、放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能となる。
【０１０３】
また、本発明に係る第１２の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、ヒートシンクの入口側の放熱フィンが、冷却ユニットの入口から遠い程突出して階段状に形成されているので、各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる結果、各ヒートシンク間の冷却性、および各ヒートシンク内の冷却性を均一化することが可能となる。
【０１０４】
また、本発明に係る第１３の電力変換装置によれば、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように冷却気体の流れに対して並列に配置したので、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れる結果、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐことができ、冷却ユニット間の冷却能力を等しくすることが可能となる。また、半導体素子の数が増加しても、各冷却ユニットに配置するヒートシンクの数を増やすことにより、冷却ユニットの入口へ供給される冷却気体の流れに面する冷却ユニット部分の面積を増加させることなく半導体素子の数を増加させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図２】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図３】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図４】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図５】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図６】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図７】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図である。
【図８】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図である。
【図９】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図である。
【図１０】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図である。
【図１１】 本発明の実施の形態３による電力変換装置を説明するための図である。
【図１２】 本発明の実施の形態３による電力変換装置を説明するための図である。
【図１３】 本発明の実施の形態４による電力変換装置を説明するための図である。
【図１４】 本発明の実施の形態４による電力変換装置を説明するための図である。
【図１５】 本発明の実施の形態５による電力変換装置を説明するための図である。
【図１６】 本発明の実施の形態５による電力変換装置を説明するための図である。
【図１７】 本発明の実施の形態６による電力変換装置を説明するための図である。
【図１８】 本発明の実施の形態７による電力変換装置を説明するための図である。
【図１９】 本発明の実施の形態７による電力変換装置を説明するための図である。
【図２０】 本発明の実施の形態８による電力変換装置を説明するための図である。
【図２１】 本発明の実施の形態９による電力変換装置を説明するための図である。
【図２２】 本発明の実施の形態９による電力変換装置を説明するための図である。
【図２３】 本発明の実施の形態１０による電力変換装置を説明するための図である。
【図２４】 本発明の実施の形態１１による電力変換装置を説明するための図である。
【図２５】 本発明の実施の形態１１による電力変換装置を説明するための図である。
【図２６】 本発明の実施の形態１２による電力変換装置を説明するための図である。
【図２７】 本発明の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための図である。
【図２８】 本発明の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための図である。
【図２９】 本発明の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための図である。
【図３０】 本発明の実施の形態１４による電力変換装置を説明するための図である。
【図３１】 従来の電力変換装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｄ、１ｇ、１ｊ、１ｍ、１ｐ 冷却ユニット、２ａ、２ｄ、２ｇ、２ｍ ユニットフレーム側壁、２１ ユニットフレーム蓋、２２ ユニットフレーム底板、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ ヒートシンク、３１ 受熱板、３２ 放熱フィン、３２ａ 上部放熱フィン、３２ｂ 下部放熱フィン、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｍ、４ｎ、４ｏ、４ｐ、４ｑ、４ｒ、４ｓ、４ｔ、４ｕ 半導体素子、５ｇ、５ｍ 電気配線、６１ 枠体、６２ 棚、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ、１０ｋ、１０ｌ、１０ｍ、１０ｎ、１０ｏ、１０ｐ、１０ｑ、１０ｒ、１０ｓ、１０ｔ 仕切板、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ 突出物、４０ａ〜４０ｃ フィン開口率調節用マスク、５０ａ、５ｂ、５０ｃ 放熱フィン中央部、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ 放熱フィン入口部、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ 放熱フィン出口部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置に関し、特に、半導体素子より発生する熱を冷却する冷却機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄道車両床下には、鉄道車両の駆動用あるいは補助電源用の電力を供給するための電力変換装置が取り付けられている。このような電力変換装置では、電力変換装置を構成する半導体素子から発生する熱を強制的に大気へ放散するようにしている。すなわち、半導体素子より発生する熱を、受熱板を介してに設けられた放熱フィンに伝達し、電動送風機により風路に強制的に空気を流して、放熱フィンから熱を大気へ放散するようにしている。
【０００３】
図３１は、例えば特開２００１−２５２５４号公報に記載された従来の電力変換装置の概略断面図である。電力変換装置１０１内に設けられた風洞１０２内には、複数個の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃが直列に配置され、これら複数個の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃはそれぞれの受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに取り付けられてヒートシンクを構成している。これらの受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、風洞１０２の壁の一部分となるよう取り付けられ、風洞１０２の内外を仕切っている。一方、受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃが取り付けられた反対面には複数個の半導体素子１０６が取り付けられる。図３１では、１個の受熱板１０５に電力変換装置１０１の３相分のうちの１相分の半導体素子１０６が取り付けられている。
【０００４】
また、風洞１０２の断面形状は、風の通路の大きさが風上側から風下側にいくにつれて絞られて形成されている。すなわち、図３１の下部の風上側では、電動送風機１０３により取り込まれる冷却風が、１個目の放熱フィン１０４ａおよび２個目の放熱フィン１０４ｂ以外にも流れるように放熱フィン１０４ａ、１０４ｂの大きさよりも大きく形成されている。そして、放熱フィン１０４ａ、１０４ｂより大きく形成された電力変換装置１０１の風入口部には、ほぼ１個目の放熱フィン１０４ａを覆う範囲に案内板１０８を設けて風洞１０２を仕切った構成としている。
【０００５】
このように、風洞１０２を風の通路が風上側から風下側にいくにつれて絞って形成しているので、風上側の１個目の放熱フィン１０４ａで暖められた空気は２個目の放熱フィン４ｂに直接流入するが、案内板１０８で仕切られて１個目の放熱フィン１０４ａをバイパスした空気の一部が２個目の放熱フィン１０４ｂの側面から流入する。また、３個目の放熱フィン１０４ｃについても、１個目および２個目の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂで暖められた空気が流入するが、案内板１０８で仕切られて１個目の放熱フィン１０４ａをバイパスした空気の一部が流入する。従って、風洞１０２内に放熱フィン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを直列に配置しても、ほぼ均等に冷却できる。これにより、冷却風の温度の違いによる風上側の放熱フィン１０４ａと風下側の放熱フィン１０４ｃとの放熱量を均等にできるので、電力変換装置１００の各相の半導体素子１０６の温度上昇値の差は低減される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の電力変換装置では、例えば２個目の放熱フィン１０４ｂには、１個目の放熱フィン１０４ａをバイパスした空気の一部が流入するが、１個目の放熱フィン１０４ａで暖められた空気も直接流入する。また、３個目の放熱フィン１０４ｃには、１個目および２個目の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂをバイパスした空気が流入するが、１個目および２個目の放熱フィン１０４ａ、１０４ｂで暖められた空気も直接流入する。
【０００７】
このように、下流側の放熱フィンには、上流側で暖められた空気に加えて上流側の放熱フィンをバイパスした空気が一部流入するので、上流側で暖められた空気のみが流入する場合に比べると、下流側の放熱フィンすなわちヒートシンクの冷却性能を向上させることができるが、下流側の放熱フィンには上流側の放熱フィンをバイパスした空気のみが流れるわけではないので、下流側のヒートシンクでは上流側のヒートシンクの熱干渉は避けられないという問題点があった。
【０００８】
なお、冷却用の空気が各ヒートシンクに分岐して流れるように、各ヒートシンクを冷却用の空気の流れに対して並列に配置することも考えられるが、半導体素子数の増加に伴い冷却用の空気に面する部分の面積が大きくなってしまい、設置可能な場所が限られるなどの不都合が生じるという問題点がある。
【０００９】
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことができ、しかも冷却気体に対面する部分の面積を増加させることなく半導体素子の数を増加させることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームと上記風路を複数に仕切る仕切板とを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記仕切板は、上記放熱フィンから上記冷却ユニットの入口まで延伸し、および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口まで延伸し、上記冷却ユニットの入口から上記放熱フィンまでの風路および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口までの風路を、上記冷却気体の流れに沿って複数に仕切るものである。
【００１１】
また、本発明に係る第２の電力変換装置は、仕切板の上記放熱フィン側を、ヒートシンクの端部に配置したものである。
【００１２】
また、本発明に係る第３の電力変換装置は、仕切板の一部がユニットフレームの少なくとも一部を兼用しているものである。
【００１３】
また、本発明に係る第４の電力変換装置は、冷却ユニットの入口から放熱フィン間に配置された仕切板または放熱フィンの入口に突出物を設けたものである。
【００１４】
また、本発明に係る第５の電力変換装置は、放熱フィンの入口部に冷却ユニットの入口に向かって配置され、または放熱フィンの出口部に冷却ユニットの出口に向かって配置され、冷却気体を誘導する誘導体を備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係る第６の電力変換装置は、放熱フィンは板状であり、誘導体は、放熱フィンの入口側の部分を冷却ユニットの入口に向かって曲げたもの、または放熱フィンの出口側の部分を冷却ユニットの出口に向かって曲げたものである。
【００１６】
また、本発明に係る第７の電力変換装置は、放熱フィンは板状で、受熱板と交差する方向に複数段配置されており、各段の放熱フィンを流れる冷却気体はそれぞれ異なる方向に流れるように放熱フィンが配置されているものである。
【００１７】
また、本発明に係る第８の電力変換装置は、ヒートシンクには、複数の半導体素子が冷却気体の流れに対して並列に搭載されているものである。
【００１８】
また、本発明に係る第９の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンクの中央部に配置したものである。
【００１９】
また、本発明に係る第１０の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、冷却ユニットの入口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置と、冷却ユニットの出口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置とは、一方の位置がヒートシンクの端部であり、他方の位置がヒートシンクの中央部となるようにしたものである。
【００２０】
また、本発明に係る第１１の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、放熱フィンの入口または出口に、風路への放熱フィンの開口率を調節する手段を設けたものである。
【００２１】
また、本発明に係る第１２の電力変換装置は、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、ヒートシンクの入口側の放熱フィンが、冷却ユニットの入口から遠い程突出して階段状に形成されているものである。
【００２２】
また、本発明に係る第１３の電力変換装置は、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように冷却気体の流れに対して並列に配置したものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図６は本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１は要部の構成を示す平面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線断面図、図３は冷却気体の流れる様子を示す説明図、図４は図１の電力変換装置に電気配線を施した様子を示す平面図、図５は本発明の実施の形態１による電力変換装置の別の構成を示す平面図、図６（ａ）は図５を矢印Ａ方向から見た正面図、（ｂ）は図５を矢印Ｂ方向から見た側面図である。なお、図１では内部が分かりやすいように、ユニットフレーム蓋２１を取り外して示している。また、図６（ａ）では分かりやすいように、手前側の枠体６１を取り外して示している。
【００２５】
図１および図２において、１ａ、１ｄ（以下、１で代表する場合もある。）は冷却ユニット、２ａ、２ｄ（以下、２で代表する場合もある。）はユニットフレーム側壁、２１はユニットフレーム蓋、２２はユニットフレーム底板、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｆ（以下、３で代表する場合もある。）はヒートシンク、３１は受熱板、３２は放熱フィン、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｆ（以下、４で代表する場合もある。）は半導体素子である。
【００２６】
ヒートシンク３は、複数の放熱フィン３２と、半導体素子４を搭載して半導体素子４より発生する熱を放熱フィン３２に伝達する受熱板３１とを有する。
冷却ユニット１は、ユニットフレーム側壁２、ユニットフレーム蓋３１およびユニットフレーム底板３２を備えて、放熱フィン３２へ例えば空気などの冷却気体を給排する略クランク状（Ｓ字状）の風路を形成しており、ヒートシンク３は、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って、冷却気体の流れに対して並列に配置されている。
また、本実施の形態では、放熱フィン３２は板状であり、複数の板状放熱フィン３２が、ヒートシンク３の並んでいる方向と直交する方向に冷却気体が流れるように並んで配置されている。これは後出の各実施の形態においても特に断らない限り同様である。
また、本実施の形態では、上記のように構成された複数の冷却ユニット１ａ、１ｄ（図１では代表して２個記載している。）を備えており、冷却気体が各冷却ユニット１ａ、１ｄに分岐して流れるように、冷却気体の流れに対して並列に配置されている。
更に、冷却ユニット１内の各ヒートシンク２に冷却気体を強制的に流すファン（図示せず）を備えている。
【００２７】
次に、図３を用いて冷却気体の流れについて説明する。図３に示すように、冷却気体である外部の空気が冷却ユニット１ａと１ｄに分岐して流れる。
各冷却ユニット１ａと１ｄに流入した空気の流れを、例えば、冷却ユニット１ａを例に説明すると、冷却ユニット１ａの入口から導入された空気がその向きを変えて各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニット１ａの出口から導出される。なお、冷却ユニット１ｂの場合も同様に流れる。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、冷却気体が各冷却ユニット１ａと１ｄに分岐して流れるので、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐことができ、冷却ユニット１ａと１ｄとの冷却能力を等しくすることが可能となる。
また、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ、ヒートシンク３ｄと３ｅと３ｆに流れる空気も、他のヒートシンクを通過せずに流れるので、他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことができる。
さらに、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンク３ａと３ｂと３ｃまたは３ｄと３ｅと３ｆは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる空気の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置されているので、ヒートシンクの数すなわち半導体素子の数を増加させる場合は、上記方向に沿って並べるヒートシンクの数を増やすことにより対応でき、冷却ユニット１ａと１ｄの入口へ供給される冷却気体の流れに対面する冷却ユニット部分の面積を増加させることなくヒートシンクの数すなわち半導体素子の数を増加させることが可能となる。
【００２９】
また、図４に示すように、電気配線５ａによって、半導体素子４ａと４ｂと４ｃ、半導体素子４ｄと４ｅと４ｆがそれぞれ電気的に並列接続され、更に半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃと半導体素子４ｄ、４ｅ、４ｆとが電気的に直列接続される電力変換装置において、電気配線５ａの接続を非常に容易にできる。
【００３０】
なお、上記では、２個の冷却ユニット１ａ、１ｄを１段のみ配置した場合について示したが、図５および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、複数段に積層してもよい。図５および図６において、１ｇ、１ｊ、１ｍ、１ｐは冷却ユニット、２ｇ、２ｍはユニットフレーム側壁、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｍ、４ｎ、４ｏ、４ｐは半導体素子、５ｇ、５ｍは電気配線、６１は枠体、６２は棒状の棚である。
なお、図５および図６では棚６２が棒状である場合について示したが、棚６２を板状とし、さらに最下段の冷却ユニット１ｍ、１ｐにも板状の棚６２を設け、板状の棚６２で冷却ユニット１ａ、1ｄ、1ｇ、1ｊ、1ｍ、1ｐの底板２２と兼ねてもよい。
【００３１】
このように複数段に積層して構成された電力変換装置においても、外部の空気が各冷却ユニット１ａ、１ｄ、１ｇ、１ｊ、１ｍ、１ｐに分岐して流れるので、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐことができ、上記１段の場合と同様の効果が得られる。
【００３２】
実施の形態２．
図７〜図１０は本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図７は冷却ユニットの構成を示す平面図、図８は冷却気体の流れを説明する図、図９は仕切板の効果を説明する図、図１０は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。図７、図８および図１０において、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（以下、１０で代表する場合もある。）は冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ（以下、１０で代表する場合もある。）は放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板である。
【００３３】
本実施の形態では、図７に示したように、冷却ユニット１ａ内のヒートシンク３ａと３ｂの境界と、ヒートシンク３ｂと３ｃの境界と、ヒートシンク３ｃとユニットフレーム２ａの境界（以下、これらの境界を単にヒートシンクの境界またはヒートシンクの端部と呼ぶこともある。）から、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積を３等分する位置間にそれぞれ仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃを設け、ヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界と、ヒートシンク３ａと３ｂの境界と、ヒートシンク３ｂと３ｃの境界から、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの出口の断面積を３等分する位置間にそれぞれ仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを設けている。各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆで仕切られた各風路はＳ字状となっている。
【００３４】
このように構成されたものにおいては、上記実施の形態１の効果に加えて、以下のような効果が得られる。
すなわち、各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃと１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの放熱フィン３２側を、それぞれヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの境界（端部）に配置することにより、図８に示すように、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる空気が冷却ユニット１ａの入口から出口まで各仕切板１０により分岐され、冷却ユニット１ａの入口および出口側における仕切板１０の位置を調整することにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量を調整することが可能になる。
またさらに、冷却ユニット１ａの入口側および出口側における各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの位置を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口および出口の断面積をそれぞれ３等分する位置とする（すなわち仕切板１０により仕切られた複数の風路において冷却ユニット１ａのそれぞれの出入口の断面積を同じにする）ことにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量を等しくすることができる。
【００３５】
図９に仕切板１０を取付けた場合と取付けない場合の各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体（空気）の風量割合を示す。仕切板１０を取付けると各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量が均一化されることがわかる。このため、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ上に搭載される各半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの冷却効率も等しくできるので、各半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの発熱による温度上昇も等しくでき、例えば半導体素子４ａと４ｂと４ｃが電気的に並列接続されている場合、半導体素子４ａと４ｂと４ｃ間の分流も均一化できる。
【００３６】
なお、上記では、各仕切板１０は平板状である場合について示したが、図１０に示すように湾曲状の仕切板１０を設けてもよく、この場合には、平板状の仕切板１０に比べて、圧損を小さくできるので、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの放熱フィン３２に流れる冷却気体の流速が増加し、冷却性が高まる。
【００３７】
なお、図７、図８および図１０では、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
【００３８】
また、図７において、ヒートシンク３ｃとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの入口端部間に配置された仕切板１０ｃ、およびヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの出口端部間に配置された仕切板１０ｄは省略することも可能である。
【００３９】
なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に比べて、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量の均一化を図ることができるという効果が得られる。
【００４０】
実施の形態３．
図１１および図１２は本発明の実施の形態３による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１１は冷却ユニットの構成を示す平面図、図１２（ａ）は図１１の冷却ユニットを２個並べて配置した本実施の形態による電力変換装置を示す平面図、（ｂ）は図７の冷却ユニットを２個並べて配置した実施の形態２による電力変換装置を示す平面図である。
本実施の形態では、図７におけるユニットフレーム側壁２ａを省略し、図１１に示すように、仕切板１０ｃ、１０ｄをユニットフレームの一部とした。このような構造にすると、上記実施の形態２の効果に加えて、部品点数を削減することができるという効果が得られる。
【００４１】
また、図１２（ａ）に示すように、複数の冷却ユニット１ａ、１ｄを、冷却気体が各冷却ユニット１ａ、１ｄに分岐して流れるように冷却気体の流れに対して並列に配置すると、隣接する冷却ユニット１ａと１ｄで仕切板１０ｄと１０ｉを共通化できるため、仕切板１０の数を減らすことができる。さらに、図１２（ｂ）に比べて、並列方向の長さを縮小（２個の場合Ｌだけ縮小）することができ、更に冷却ユニットの数が多くなればなる程、電力変換装置の小型化を図ることができる。
なお、図１２において、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ（以下、１０で代表する場合もある。）は冷却ユニット１ｄの入口から放熱フィン３２までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板、１０ｊ、１０ｋ、１０ｌ（以下、１０で代表する場合もある。）は放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路を冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板である。
【００４２】
なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に比べて、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流れる冷却気体の風量の均一化を図ることができるという効果が得られる。例えば、図１２（ａ）において、仕切板１０を冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路のみに設ける場合には、仕切板１０ｆと１０ｅおよび仕切板１０ｋと１０ｌを省くことにより対応できる。
【００４３】
実施の形態４．
図１３および図１４は本発明の実施の形態４による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１３は冷却ユニットの構成を示す平面図、図１４は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。
図１３および図１４において、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ（以下、２０で代表する場合もある。）は突出物であり、本実施の形態では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン間に配置された仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃに設けられている。突出物２０は、例えばユニットフレーム蓋からユニットフレーム底板までに亘って畝状に形成されており、冷却ユニット１ａの入口から流入し、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより仕切られた各風路を流れる冷却気体は、突出物２０によりその流線が変化する。したがって、突出物２０の位置や形状などを調整することにより各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能になる。
また、図１４において、４ｓ、４ｔ、４ｕは半導体素子である。
【００４４】
図１３においては、冷却気体の流線が各突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃに当たってそれぞれ変化し、冷却気体が各半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部付近に対応する放熱フィンに主に流れるような位置に、突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃをそれぞれ設けた。このように突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃを設けると、冷却ユニット１ａの入口から流入した冷却気体の流線が突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃによって半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部付近に対応する放熱フィンの方向に変わり、その部分の風量が増加する。このため、最も発熱量の大きい半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００４５】
また、図１４に示すように、ヒートシンク３ａに半導体素子４ａと４ｓ、ヒートシンク３ｂに半導体素子４ｂと４ｔ、ヒートシンク３ｃに半導体素子４ｃと４ｕというように、１つのヒートシンク３に複数個の半導体素子４が搭載されている場合でも、各半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部付近に対応する放熱フィンの方向に空気の流線が変化するようにそれぞれ突出物２０ａと２０ｄ、２０ｂと２０ｅ、２０ｃと２０ｆを設けることによって、各半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部付近に対応する放熱フィン部の風量が増加する。このため、最も発熱量の大きい半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００４６】
また、図３１で示した従来の電力変換装置では、各受熱板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには２個の半導体素子１０６が冷却気体の流れ方向に沿って（すなわち冷却気体の流れに対して直列に）配置されていたので、下流側の半導体素子１０６は上流側の半導体素子１０６の熱干渉を受けることになる。これに対して、図１４においては、各受熱板すなわちヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃには、それらヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの配置方向に沿って（すなわち冷却気体の流れに対して並列に）複数の半導体素子４ａと４ｓ、４ｂと４ｔ、４ｃと４ｕがそれぞれ搭載されている。このように構成されたものにおいては、冷却気体が各半導体素子に対応した放熱フィンに分岐して流れるので、他の半導体素子の熱干渉を防ぐことができる。
【００４７】
また、例えば図１３において、１個のヒートシンク３に搭載する半導体素子４の数が増加した場合に、従来のように冷却気体の流れに対して直列に配置した場合には、冷却ユニット１ａの入口へ供給される冷却気体の流れに面するヒートシンク３部分の面積が増加してしまうが、図１４に示したように、冷却気体の流れに対して並列に配置した場合には、ヒートシンク３の配置方向に沿ったヒートシンク３部分の面積が増加し、冷却ユニット１ａの入口へ供給される冷却気体の流れに面するヒートシンク３部分の面積は変わらない。したがって、半導体素子４の数が増加しても、冷却ユニット１の入口へ供給される冷却気体の流れに面する冷却ユニット１部分の面積を増加させることなく半導体素子４の数を増加させることが可能となる。
【００４８】
実施の形態５．
図１５および図１６は本発明の実施の形態５による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１５は冷却ユニットの構成を示す平面図、図１６は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。
上記実施の形態４では、突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆは冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン間に配置された仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃに設けられていたが、本実施の形態では、放熱フィン（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ）の入口に設けられている。
本実施の形態のように、各半導体素子４ａ、４ｓ、４ｂ、４ｔ、４ｃ、４ｕの中央部付近に対応する放熱フィンの方向に空気の流線が変化するように、放熱フィンの入口に突出物２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆを設けても実施の形態４の場合と同様な効果が得られる。
【００４９】
なお、上記実施の形態４および５では、冷却ユニット１の入口から放熱フィンまでの風路、および放熱フィンから冷却ユニット１の出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、冷却ユニット１の入口から放熱フィンまでの風路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に比べて、各ヒートシンク３に流れる冷却気体の風量の調節が可能となり、しかも、突出物２０の位置や形状などを調整することにより、各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能になるという効果が得られる。
【００５０】
実施の形態６．
図１７は本発明の実施の形態６による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。図１７において、１０ｍ、１０ｎは仕切板である。
上記実施の形態２〜５では何れも、仕切板１０のヒートシンク３側を、ヒートシンク３の境界（端部）に配置した場合について示したが、本実施の形態では、各仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の端部ではなく中央部に配置した。
【００５１】
複数の仕切板１０により分離された各風路を流れる冷却気体は、外側の仕切板（すなわち、例えば、仕切板１０ａと１０ｂで挟まれた風路では仕切板１０ｂ側）に近い程、流速が速い。このため、上記のように仕切板１０を配置することによって、最も発熱量の大きい半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放熱フィンを流れる冷却気体の流速が速まるため、この部分の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇を効果的に抑制できる。
なお、詳細に述べれば、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放熱フィンを流れる冷却気体の流速を速めるためには、冷却ユニット１ａの入口側の仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃは各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の中点よりも多少冷却ユニット１ａの入口側と反対の方向にずらせた位置に配置するのが望ましく、冷却ユニット１ａの出口側の仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆは各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ（半導体素子）の中点よりも多少冷却ユニット１ａの出口側と反対の方向にずらせた位置に配置するのが望ましい。
【００５２】
なお、図１７では、１つのヒートシンク３に１個の半導体素子４が搭載されている場合について示したが、複数個の半導体素子４が冷却気体の流れに対して並列に搭載されている場合でも、仕切板１０の放熱フィン側を各半導体素子４の中央部付近に配置することで、同様な効果が得られる。
【００５３】
なお、上記では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風路のみに設けてもよく、その場合にも、仕切板１０を全く設けない場合に比べて、最も発熱量の大きい半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部に対応する放熱フィンを流れる冷却気体の流速が速まるため、この部分の冷却性が高まり、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇を効果的に抑制できるという効果が得られる。
【００５４】
実施の形態７．
図１８および図１９は本発明の実施の形態７による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１８は冷却ユニットの構成を示す平面図、図１９は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。
図１８において、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの中央部付近に配置し、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの端部（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃおよびユニットフレーム２ａの境界）に配置した。
【００５５】
各仕切板１０をこのように配置することにより、上述のように、複数の仕切板１０により分離された各風路を流れる冷却気体は、外側の仕切板に近い程、流速が速いため、ヒートシンク３（放熱フィン）に流入する冷却気体はヒートシンク３の中央部（半導体素子４の中央部）付近で、ヒートシンク３から流出する冷却気体はヒートシンク３の端部（半導体素子４の端部）で流速が最も速くなる。このため、それぞれのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内部において流速分布の均一化が図れ、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化できる。
【００５６】
また、図１９に示すように、ヒートシンク３ａに半導体素子４ａと４ｓ、ヒートシンク３ｂに半導体素子４ｂと４ｔ、ヒートシンク３ｃに半導体素子４ｃと４ｕというように、１つのヒートシンク３に複数個の半導体素子４が冷却気体の流れに対して並列に搭載されている場合でも、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｏ、１０ｐ、１０ｑのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｓ、４ｔ、４ｕの中央部付近に配置し、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの境界およびヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界（各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの端部）に、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の仕切板１０ｒ、１０ｓ、１０ｔのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側をそれぞれ半導体素子４ａと４ｓ、４ｂと４ｔ、４ｃと４ｕの境界に配置することにより、同様に、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃそれぞれの内部の流速分布を均一化できる。したがって、１つのヒートシンク３に複数個の半導体素子４が搭載される場合でも各半導体素子４の冷却性を均一化できる。なお、図１９において、１０ｏ、１０ｐ、１０ｑ、１０ｒ、１０ｓ、１０ｔは仕切板である。
【００５７】
なお、図１８および図１９では、何れも、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３間の仕切板１０のヒートシンク側を半導体素子４（ヒートシンク３）の中央部付近に、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３間の仕切板１０のヒートシンク３側を半導体素子４（ヒートシンク３）の境界に配置した場合について示したが、冷却ユニット１ａの入口とヒートシンク３間の仕切板１０のヒートシンク３側を半導体素子４（ヒートシンク３）の境界に、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３間の仕切板１０のヒートシンク３側を半導体素子４（ヒートシンク３）の中央部付近に配置してもよく、同様な効果が得られる。
【００５８】
なお、上記実施の形態４〜７では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
また、複数の冷却ユニットを配置する場合には、図１２に示した実施の形態３と同様に、ユニットフレーム側壁２ａを省略して仕切板をユニットフレームの一部としてもよく、部品点数を削減することができるという効果が得られる。
【００５９】
実施の形態８．
図２０は本発明の実施の形態８による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。
上記実施の形態２〜７では、何れも、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積を３等分する位置に配置した場合について示したが、本実施の形態では、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置した。なお、仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃのヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ側は、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の境界およびヒートシンク３ｃとユニットフレーム側壁２ａの境界（ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの端部）に配置した。
【００６０】
各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる風路において、冷却ユニット１ａの入口のそれぞれの断面積を同じにすると、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃへ流入する風量はヒートシンク３ａ＝ヒートシンク３ｂ＝ヒートシンク３ｃとなるため、図２０に示す各領域Ａ、Ｂ、Ｃの圧力は領域Ａ＞領域Ｂ＞領域Ｃとはならず、領域Ａ→領域Ｂ→領域Ｃへ冷却気体が流れにくくなる。すなわち、ヒートシンク３ａと３ｂの冷却気体が流れにくくなり、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の冷却性にばらつきが発生する。
そこで、図２０に示すような仕切板配置にすると、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃへ流入する風量はヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなり、領域Ａ、Ｂ、Ｃの圧力は領域Ａ＞領域Ｂ＞領域Ｃとなるため、領域Ａ→領域Ｂ、領域Ｂ→領域Ｃへ空気が流れ易くなる。したがって、冷却ユニット１ａの出口とヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間に仕切板を設けなくても、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃを流れる冷却気体の風量を均一化することができ、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間における冷却性のばらつきを抑制できる。
【００６１】
なお、上記では、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口側に配置された仕切板１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける冷却ユニット１ａの入口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置したが、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの出口側に配置された仕切板における冷却ユニット１ａの出口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの出口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置してもよく、同様の効果が得られる。
【００６２】
なお、上記では、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃを流れる冷却気体の風量が均一化されるように、仕切板１０における冷却ユニット１ａの入口側または出口側を、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに通じる冷却ユニット１ａの入口または出口の断面積がヒートシンク３ａ＞ヒートシンク３ｂ＞ヒートシンク３ｃとなる位置に配置した場合について示したが、これに限るものではなく、例えば半導体素子４ａと４ｂと４ｃとで発熱にばらつきがある場合などには、一番発熱量の大きい半導体素子が搭載されたヒートシンクに多くの冷却気体が流れるようにしてもよい。
【００６３】
なお、上記では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
【００６４】
実施の形態９．
図２１および図２２は本発明の実施の形態９による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図２１（ａ）は冷却ユニットの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａの方向から見た正面図、図２２（ａ）は冷却ユニットの別の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａの方向から見た正面図である。
図２１および図２２において、４０ａ、４０ｂ、４０ｃは冷却気体の風路への放熱フィンの開口率を調節するフィン開口率調節手段に相当するフィン開口率調節用マスクである。
【００６５】
本実施の形態では、例えば、図２１に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に、大きさが異なり冷却気体を通さないマスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃを設け、マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃの大きさを、マスク４０ａ＜マスク４０ｂ＜マスク４０ｃとした（すなわち、冷却気体の風路への各放熱フィンの開口率をヒートシンク３ａ＞３ｂ＞３ｃとした。）。
【００６６】
図１に示したような仕切板やマスクを取付けない場合には、冷却気体の風量は、風下側のヒートシンクほど多く（ヒートシンク３ａ＜ヒートシンク３ｂ＜ヒートシンク３ｃ）、ヒートシンク３ｃに流れる冷却気体の風量が最も多いのが一般的である。そこで、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に、大きさがマスク４０ａ＜マスク４０ｂ＜マスク４０ｃとなるマスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃを設けることにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃに流入する冷却気体の風量を均一化することができる。
【００６７】
なお、図２２に示すように、フィン開口率調節用マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃとして、メッシュ状のマスクを用い、メッシュの開口率がマスク４０ａ＞マスク４０ｂ＞マスク４０ｃとなるようにしてもよい。
【００６８】
また、フィン開口率調節手段は、図２１および図２２で示したフィン開口率調節用マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃに限ったものではなく、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃにおけるフィンの開口率が３ａ＞３ｂ＞３ｃとなるものであればよい。
【００６９】
またさらに、図２１および図２２ではフィン開口率調節用マスク４０ａ、４０ｂ、４０ｃをヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口に配置したが、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの出口に配置しても同様な効果が得られる。
【００７０】
なお、上記では、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃを流れる冷却気体の風量が均一化されるように、冷却気体の風路への各放熱フィンの開口率をヒートシンク３ａ＞３ｂ＞３ｃとした場合について示したが、これに限るものではなく、例えば半導体素子４ａと４ｂと４ｃで発熱にばらつきがある場合などには、一番発熱量の大きい半導体素子が搭載されたヒートシンクに多くの冷却気体が流れるようにしてもよい。
【００７１】
なお、上記では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
【００７２】
実施の形態１０．
図２３は本発明の実施の形態１０による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。図２３において、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは放熱フィン中央部、５１ａ、５１ｂ、５１ｃは放熱フィン入口部、５２ａ、５２ｂ、５２ｃは放熱フィン出口部である。
本実施の形態では、放熱フィンの入口側の部分（放熱フィン入口部）５１ａ、５１ｂ、５１ｃを冷却ユニット１ａの入口に向かって曲げると共に、放熱フィンの出口側の部分（放熱フィン出口部）５２ａ、５２ｂ、５２ｃを冷却ユニット１ａの出口に向かって曲げ、冷却気体を誘導する誘導体とした。
【００７３】
このように構成すると、冷却ユニット１ａの入口からヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となるので、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化できる。
【００７４】
なお、図２３では、放熱フィンの入口側および出口側の部分をそれぞれ冷却ユニットの入口および出口に向かって曲げて誘導体としたので、誘導体を放熱フィンで兼用することにより、部品点数を増加させることなく、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となった。しかし、これに限るものではなく、放熱フィンの入口部および出口部に、それぞれ冷却ユニット１ａの入口および出口に向かって配置された誘導体を新たに設けてもよい。
【００７５】
なお、上記では、放熱フィンの入口部および出口部の両方に誘導体を設ける場合について示したが、入口部にのみ設けてもよく、この場合にも誘導体を全く設けない場合に比べて、冷却ユニット１ａの入口からヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となるので、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化できるという効果が得られる。
【００７６】
なお、図２３において、ヒートシンク３ｃとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの入口端部間に配置された仕切板１０ｃ、およびヒートシンク３ａとユニットフレーム２ａの境界から冷却ユニット１ａの出口端部間に配置された仕切板１０ｄは省略することも可能である。
【００７７】
なお、図２３では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
また、複数の冷却ユニットを配置する場合には、図１２に示した実施の形態３と同様に、ユニットフレーム側壁２ａを省略して仕切板をユニットフレームの一部としてもよく、部品点数を削減することができるという効果が得られる。
【００７８】
また、上記では、冷却ユニット１ａの入口から放熱フィン３２までの風路、および放熱フィン３２から冷却ユニット１ａの出口までの風路の両方に仕切板１０を設けた場合について示したが、どちらか一方の風路のみに設けてもよい。
さらに、誘導体の形状によっては仕切板１０は無くてもよい。
【００７９】
実施の形態１１．
図２４および図２５は本発明の実施の形態１１による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図２４（ａ）は冷却ユニットの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して冷却気体の流れる様子を示す説明図、図２５は冷却ユニットの別の構成を示す平面図である。
本実施の形態では、例えば、図２４（ａ）に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの入口側の放熱フィンが、冷却ユニット１ａの入口から遠い程突出して階段状に形成されている。
【００８０】
このように構成されたものにおいては、図２４（ｂ）に示すように、冷却ユニット１ａの入口から流入した冷却気体は、階段状に突出した板状の放熱フィンに当たって進路を曲げ、放熱フィン間に流入する。このように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる。その結果、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化することが可能となる。
また、図２３で示したように放熱フィンの方向を変える必要がない。
【００８１】
なお、図２５に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ入口側の放熱フィンのみならず、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの出口側の放熱フィンも階段状に形成してもよく、同様な効果が得られ、さらに、冷却ユニット１ａの大きさを小型化できるという効果も得られる。
【００８２】
実施の形態１２．
図２６は本発明の実施の形態１２による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。
本実施の形態では、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃを冷却ユニット１ａ内に斜めに配置した。
このように構成することにより、実施の形態１１の場合と同様に、冷却ユニット１ａの入口からヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの各放熱フィン間へ空気が均一に流入しやすく、ヒートシンク３ａと３ｂと３ｃ間の冷却性、および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性を均一化することが可能となる。
また、実施の形態１０のようにフィン出入口の方向を変えたり、実施の形態１１のように階段状に加工したりしなくてもよいので、製造が容易である。
【００８３】
なお、上記実施の形態１〜１２では、放熱フィン３２は板状であり、複数板状放熱フィン３２が、ヒートシンク３の並んでいる方向とほぼ直交する方向に冷却気体が流れるように並んで配置されている場合について示したが、放熱フィンは板状に限らず、例えば棒状などであってもよい。
【００８４】
実施の形態１３．
図２７〜図２９は本発明の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図２７は冷却ユニットの構成を示す平面図、図２８（ａ）は図２７のＡ−Ａ’線断面図、（ｂ）は図２７のＢ−Ｂ’線断面図、図２９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ冷却気体の流れる様子を示す説明図である。
図２８において、３２ａは上部放熱フィン、３２ｂは下部放熱フィンである。
【００８５】
本実施の形態では、放熱フィンは板状で、受熱板３１と交差する方向に複数段（図２８では上部放熱フィン３２ａと下部放熱フィン３２ｂの２段）配置されており、各段の放熱フィン３２ａ、３２ｂを流れる冷却気体はそれぞれ異なる（図２８および図２９では直交する）方向に流れるように放熱フィン３２ａ、３２ｂが配置されている。
また、上記各実施の形態１〜１３では、ユニットフレーム側壁２ａは、端部に配置されたヒートシンク３ａ、３ｃにまで延び、ヒートシンク３ａ、３ｃの側面を覆っていたが、本実施の形態では、ヒートシンク３ａ、３ｃの側面は開放されている。
【００８６】
図２９（ａ）に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの上部放熱フィン３２ａに流れる冷却気体は、その上部の半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの発熱によって、ヒートシンク３ａ→ヒートシンク３ｂ→ヒートシンク３ｃに流れるにしたがい、徐々に温度が上昇する。このため、上部放熱フィン３２ａのみでは、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度が半導体素子４ａ＜半導体素子４ｂ＜半導体素子４ｃとなり、ばらつきが発生する。
一方、図２９（ｂ）に示すように、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃの下部放熱フィン３２ｂに流れる冷却気体の風量は、ヒートシンク３ａ＜ヒートシンク３ｂ＜ヒートシンク３ｃとなる。このため、下部放熱フィン３２ｂのみでは、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度が半導体素子４ａ＞半導体素子４ｂ＞半導体素子４ｃとなる。
従って、本実施の形態のように、両者を合せ持つことにより、各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間の冷却性および各ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ内の冷却性の均一化が図れ、半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃの温度上昇も均一化することができる。
【００８７】
なお、放熱フィンの段数は２段に限ったものではなく、３段以上であってもよい。
また、格段の放熱フィンの配置方向は、直交する方向に限ったものではなく、異なる方向であればよい。
【００８８】
なお、上記では、放熱フィン３２は板状であり、上部放熱フィン３２ａが、ヒートシンク３の並んでいる方向に冷却気体が流れるように並んで配置されており、下部放熱フィン３２ｂが、ヒートシンク３の並んでいる方向と直交する方向に冷却気体が流れるように並んで配置されている場合について示したが、放熱フィンは板状に限らず、例えば棒状などであってもよく、この場合には、複数段に分ける必要はなく、図２９（ａ）で示した流れと（ｂ）で示した流れが自然に混ざり合って上記と同様の効果が得られる。
【００８９】
なお、上記実施の形態１１〜１３では、何れも、１個の冷却ユニット１ａしか示さなかったが、実施の形態１の場合と同様に、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように１段あるいは複数段に配置してもよいのは言うまでもない。
【００９０】
実施の形態１４．
図３０は本発明の実施の形態１４による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、冷却ユニットの構成を示す平面図である。
例えば図１において、ユニットフレーム側壁２ａ、２ｄの形状を、図３０に示したようにしてもよく、この場合には実施の形態３で図１１を用いて説明したのと同様に、電力変換装置のコンパクト化が可能となる。なお、この場合にも、各冷却ユニット１ａ、１ｄの風路はＳ字状となっている。
さらに、図１の構造に比べて、ヒートシンク３ａ、３ｂ、３ｃ間やヒートシンク３ｄ、３ｅ、３ｆ間に流れる冷却気体の風量を均等化できるという効果が得られる。
【００９１】
なお、上記のようなユニットフレーム側壁２ａ、２ｄの形状は、図１に限らず、例えば図２０〜図２２および図２７で示した冷却ユニットにも適用することができ、同様の効果が得られる。
【００９２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る第１の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームと上記風路を複数に仕切る仕切板とを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記仕切板は、上記放熱フィンから上記冷却ユニットの入口まで延伸し、および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口まで延伸し、上記冷却ユニットの入口から上記放熱フィンまでの風路および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口までの風路を、上記冷却気体の流れに沿って複数に仕切るので、冷却気体が各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れる結果、他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことが可能となる。また、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って配置されているので、冷却ユニットの入口へ供給される冷却気体の流れに対面する冷却ユニット部分の面積を増加させることなくヒートシンクの数すなわち半導体素子の数を増加させることが可能となる。さらに、仕切板の位置を調整することにより各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能となる。
【００９３】
また、本発明に係る第２の電力変換装置によれば、仕切板の上記放熱フィン側を、ヒートシンクの端部に配置したので、冷却ユニットの入口側または出口側における仕切板の位置を調整することにより各ヒートシンクに流れる冷却気体の風量を調整することが可能となる。
【００９４】
また、本発明に係る第３の電力変換装置によれば、仕切板の一部がユニットフレームの少なくとも一部を兼用しているので、部品点数を削減でき、しかも、冷却ユニットの小型化すなわち電力変換装置の小型化を図ることが可能となる。
【００９５】
また、本発明に係る第４の電力変換装置によれば、冷却ユニットの入口から放熱フィン間に配置された仕切板または放熱フィンの入口に突出物を設けたので、突出物の位置や形状などを調整することにより各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能となる。
【００９６】
また、本発明に係る第５の電力変換装置によれば、放熱フィンの入口部に冷却ユニットの入口に向かって配置され、または放熱フィンの出口部に冷却ユニットの出口に向かって配置され、冷却気体を誘導する誘導体を備えたので、各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる結果、各ヒートシンク間の冷却性、および各ヒートシンク内の冷却性を均一化することが可能となる。
【００９７】
また、本発明に係る第６の電力変換装置によれば、放熱フィンは板状であり、誘導体は、放熱フィンの入口側の部分を冷却ユニットの入口に向かって曲げたもの、または放熱フィンの出口側の部分を冷却ユニットの出口に向かって曲げたので、誘導体を放熱フィンで兼用することにより、部品点数を増加させることなく、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる。
【００９８】
また、本発明に係る第７の電力変換装置によれば、放熱フィンは板状で、受熱板と交差する方向に複数段配置されており、各段の放熱フィンを流れる冷却気体はそれぞれ異なる方向に流れるように放熱フィンが配置されているので、各ヒートシンク間の冷却性、および各ヒートシンク内の冷却性を均一化することが可能となる。
【００９９】
また、本発明に係る第８の電力変換装置によれば、ヒートシンクには、複数の半導体素子が冷却気体の流れに対して並列に搭載されているので、冷却気体が各半導体素子に対応した放熱フィンに分岐して流れる結果、他の半導体素子の熱干渉を防ぐことができる。また、半導体素子の数が増加しても、冷却ユニットの入口へ供給される冷却気体の流れに面する冷却ユニット部分の面積を増加させることなく半導体素子の数を増加させることが可能となる。
【０１００】
また、本発明に係る第９の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、仕切板の放熱フィン側を、ヒートシンクの中央部に配置したので、ヒートシンク中央部の放熱性を向上させることができ、ヒートシンクの中央部に配置された半導体素子を効果的に冷却することが可能となる。
【０１０１】
また、本発明に係る第１０の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、冷却ユニットの入口から放熱フィンまたは放熱フィンから冷却ユニットの出口までの風路を、冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、冷却ユニットの入口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置と、冷却ユニットの出口と放熱フィン間の仕切板における放熱フィン側の位置とは、一方の位置がヒートシンクの端部であり、他方の位置がヒートシンクの中央部となるようにしたので、ヒートシンクの各放熱フィンに流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる。
【０１０２】
また、本発明に係る第１１の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、放熱フィンの入口または出口に、風路への放熱フィンの開口率を調節する手段を設けたので、放熱フィンに流れる冷却気体の風量を調整することが可能となる。
【０１０３】
また、本発明に係る第１２の電力変換装置によれば、複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して半導体素子より発生する熱を放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、風路はＳ字状であり、複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って冷却気体の流れに対して並列に配置され、冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、ヒートシンクの入口側の放熱フィンが、冷却ユニットの入口から遠い程突出して階段状に形成されているので、各放熱フィン間に冷却気体が流れやすくなり、各放熱フィン間を流れる冷却気体の風量を均一化することが可能となる結果、各ヒートシンク間の冷却性、および各ヒートシンク内の冷却性を均一化することが可能となる。
【０１０４】
また、本発明に係る第１３の電力変換装置によれば、複数の冷却ユニットを、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れるように冷却気体の流れに対して並列に配置したので、冷却気体が各冷却ユニットに分岐して流れる結果、他の冷却ユニットの熱干渉を防ぐことができ、冷却ユニット間の冷却能力を等しくすることが可能となる。また、半導体素子の数が増加しても、各冷却ユニットに配置するヒートシンクの数を増やすことにより、冷却ユニットの入口へ供給される冷却気体の流れに面する冷却ユニット部分の面積を増加させることなく半導体素子の数を増加させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図２】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図３】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図４】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図５】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図６】 本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明するための図である。
【図７】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図である。
【図８】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図である。
【図９】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図である。
【図１０】 本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図である。
【図１１】 本発明の実施の形態３による電力変換装置を説明するための図である。
【図１２】 本発明の実施の形態３による電力変換装置を説明するための図である。
【図１３】 本発明の実施の形態４による電力変換装置を説明するための図である。
【図１４】 本発明の実施の形態４による電力変換装置を説明するための図である。
【図１５】 本発明の実施の形態５による電力変換装置を説明するための図である。
【図１６】 本発明の実施の形態５による電力変換装置を説明するための図である。
【図１７】 本発明の実施の形態６による電力変換装置を説明するための図である。
【図１８】 本発明の実施の形態７による電力変換装置を説明するための図である。
【図１９】 本発明の実施の形態７による電力変換装置を説明するための図である。
【図２０】 本発明の実施の形態８による電力変換装置を説明するための図である。
【図２１】 本発明の実施の形態９による電力変換装置を説明するための図である。
【図２２】 本発明の実施の形態９による電力変換装置を説明するための図である。
【図２３】 本発明の実施の形態１０による電力変換装置を説明するための図である。
【図２４】 本発明の実施の形態１１による電力変換装置を説明するための図である。
【図２５】 本発明の実施の形態１１による電力変換装置を説明するための図である。
【図２６】 本発明の実施の形態１２による電力変換装置を説明するための図である。
【図２７】 本発明の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための図である。
【図２８】 本発明の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための図である。
【図２９】 本発明の実施の形態１３による電力変換装置を説明するための図である。
【図３０】 本発明の実施の形態１４による電力変換装置を説明するための図である。
【図３１】 従来の電力変換装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｄ、１ｇ、１ｊ、１ｍ、１ｐ 冷却ユニット、２ａ、２ｄ、２ｇ、２ｍ ユニットフレーム側壁、２１ ユニットフレーム蓋、２２ ユニットフレーム底板、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ ヒートシンク、３１ 受熱板、３２ 放熱フィン、３２ａ 上部放熱フィン、３２ｂ 下部放熱フィン、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｍ、４ｎ、４ｏ、４ｐ、４ｑ、４ｒ、４ｓ、４ｔ、４ｕ 半導体素子、５ｇ、５ｍ 電気配線、６１ 枠体、６２ 棚、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ、１０ｋ、１０ｌ、１０ｍ、１０ｎ、１０ｏ、１０ｐ、１０ｑ、１０ｒ、１０ｓ、１０ｔ 仕切板、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ 突出物、４０ａ〜４０ｃ フィン開口率調節用マスク、５０ａ、５ｂ、５０ｃ 放熱フィン中央部、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ 放熱フィン入口部、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ 放熱フィン出口部。
Claims (13)
- 複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームと上記風路を複数に仕切る仕切板とを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記仕切板は、上記放熱フィンから上記冷却ユニットの入口まで延伸し、および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口まで延伸し、上記冷却ユニットの入口から上記放熱フィンまでの風路および／または上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口までの風路を、上記冷却気体の流れに沿って複数に仕切ることを特徴とする電力変換装置。
- 上記仕切板の上記放熱フィン側を、上記ヒートシンクの端部に配置したことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
- 上記仕切板の一部が上記ユニットフレームの少なくとも一部を兼用していることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
- 上記冷却ユニットの入口から上記放熱フィン間に配置された上記仕切板または上記放熱フィンの入口に突出物を設けたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
- 上記放熱フィンの入口部に上記冷却ユニットの入口に向かって配置され、または上記放熱フィンの出口部に上記冷却ユニットの出口に向かって配置され、上記冷却気体を誘導する誘導体を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
- 上記放熱フィンは板状であり、上記誘導体は、上記放熱フィンの入口側の部分を上記冷却ユニットの入口に向かって曲げたもの、または上記放熱フィンの出口側の部分を上記冷却ユニットの出口に向かって曲げたものであることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
- 上記放熱フィンは板状で、上記受熱板と交差する方向に複数段配置されており、上記各段の放熱フィンを流れる冷却気体はそれぞれ異なる方向に流れるように上記放熱フィンが配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
- 上記ヒートシンクには、複数の半導体素子が冷却気体の流れに対して並列に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
- 複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記冷却ユニットの入口から上記放熱フィンまたは上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口までの風路を、上記冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、上記仕切板の上記放熱フィン側を、上記ヒートシンクの中央部に配置したことを特徴とする電力変換装置。
- 複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記冷却ユニットの入口から上記放熱フィンまたは上記放熱フィンから上記冷却ユニットの出口までの風路を、上記冷却気体の流れに沿って複数に仕切る仕切板を備え、上記冷却ユニットの入口と上記放熱フィン間の上記仕切板における上記放熱フィン側の位置と、上記冷却ユニットの出口と上記放熱フィン間の上記仕切板における上記放熱フィン側の位置とは、一方の位置が上記ヒートシンクの端部であり、他方の位置が上記ヒートシンクの中央部となるようにしたことを特徴とする電力変換装置。
- 複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記放熱フィンの入口または出口に、上記風路への上記放熱フィンの開口率を調節する手段を設けたことを特徴とする電力変換装置。
- 複数の放熱フィンと、半導体素子を搭載して上記半導体素子より発生する熱を上記放熱フィンに伝達する受熱板とを有するヒートシンクが複数個配置され、上記放熱フィンへ冷却気体を給排する風路となるユニットフレームを有する冷却ユニットを備えたものであって、上記風路はＳ字状であり、上記複数のヒートシンクは、Ｓ字の中央付近に、上記風路を流れる冷却気体の方向と交差する方向に沿って上記冷却気体の流れに対して並列に配置され、上記冷却ユニットの入口から導入された冷却気体がその向きを変えて上記各ヒートシンクの放熱フィンに分岐して流れた後、また向きを変えて上記冷却ユニットの出口から導出されるように構成され、上記ヒートシンクの入口側の上記放熱フィンが、上記冷却ユニットの入口から遠い程突出して階段状に形成されていることを特徴とする電力変換装置。
- 複数の上記冷却ユニットを、上記冷却気体が上記各冷却ユニットに分岐して流れるように上記冷却気体の流れに対して並列に配置したことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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