JP6279054B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
半導体スイッチング素子を用いて直流電流を交流電流に変換する電力変換回路部、上記電力変換回路部を載置するとともに、冷却媒体を挿通させる第一の挿通路を有するヒートシンク、上記電力変換回路部を収納し、上記ヒートシンクとの間にパッキンを介して上記電力変換回路部を封止するとともに、冷却媒体を挿通させる第二の挿通路を有する筐体を備え、上記第一の挿通路と上記第二の挿通路は、上記ヒートシンクと上記筐体との接合面においてパッキンを介して接続されて冷却通路を構成し、上記電力変換回路部を封止する上記パッキンと、上記第一、第二の挿通路を接続する上記パッキンは、互いに独立な封止領域を形成するとともに、一体に設けられていることを特徴とするものである。
本発明の実施の形態1の電力変換装置1について、図1から図3を用いて説明する。図1は、電力変換装置1の分解斜視図、図2は、電力変換装置1の上面図である。また、図3は、図2のA−A断面図であり、電力変換装置1を構成するヒートシンク3および筐体4の内部に設けられた冷却媒体の通路となる一続きの冷却通路5を示す図である。
この電力変換装置1は、例えば、半導体スイッチング素子を用いて直流電流を交流電流に変換する、発熱部品である電力変換回路部2を備えた構成であり、この発熱部品からの熱を放熱させるために、冷却水等の冷却媒体を挿通させるための冷却通路5を、ヒートシンク3側にだけでなく、筐体4側にも設けた放熱構造を有している。
上述したように、冷却通路5の一方の端部は、接続部30に開口された冷却通路端部3aであり、図2に示すように、電力変換装置1の上面側に冷却通路5の他方の端部となる冷却通路端部4bが開口されている。
また、筐体4は、例えばアルミニウムによって構成できるが、熱伝導性の良い金属または樹脂によって構成することも可能である。筐体4を金属にて製作する場合、生産性の観点から、ダイキャスト加工が可能な熱伝導性の高い金属を用いることが可能であり、アルミニウム合金や亜鉛合金など、融点の低い材料で構成することが望ましい。そして、筐体4の材料は、熱伝導性の高い材質であれば、金属に限定されることなくモールド加工可能な樹脂材料を用いることも可能である。
なお、冷却媒体としては、液体だけでなく、気体である冷却ガス等を用いることも可能である。
なお、図2および図3において示した冷却通路5の第一の挿通路31、第二の挿通路41は、それぞれ、ヒートシンク3、筐体4を一方向に貫く、略直線状の空洞部によって構成されているが、例えば、挿通路の形状をカーブまたは蛇行させて流路長を稼ぐ形状に変形させることも可能である。
さらに、図2および図3の例では、第一の挿通路31の方が第二の挿通路41よりも通路の断面積が大きくなる場合を示したが、これに限定されることなく、必要となる放熱性能に応じて、適宜通路の断面積を調整して設けることが可能であることは言うまでもない。
次に、本発明の実施の形態2の電力変換装置1について、図4および図5を用いて説明する。上述の実施の形態1の構成に加え、実施の形態2による電力変換装置1は、ヒートシンク3と筐体4との接合にパッキンを用いたことを特徴としている。
図4は、ヒートシンク3の上面図であり、ヒートシンク3の上面は、筐体4との接合面である。図4に示すように、筐体4の筐体収納部42の周囲に回路部パッキン61aが設けられ、ヒートシンク3の開口部3bの周囲に冷却通路部パッキン61bが設けられ、回路部パッキン61aと冷却通路部パッキン61bは、両者を接続するパッキン接続部61cによって接続され一体化されている。ここでは、これら一体化されたパッキンを一体型パッキン61と称する。
図5に示すように、筐体4とヒートシンク3との間に一体型パッキン61が設置されたことにより、冷却通路部パッキン61bによって第一の挿通路31と第二の挿通路41の接続部の水密性を確保して両通路を接続するとともに、回路部パッキン61aによって筐体4とヒートシンク3との間の防水・防塵性を確保しつつ筐体収納部42内に配置される電力変換回路部2を封止することで、回路部を外部の水や異物から保護することができる。よって、この電力変換装置1を高温環境下で安定的に動作させることが可能となる。
そして、一つの一体型パッキン61をヒートシンク3と筐体4の間に配置すれば良いため、組み付け性に優れた電力変換装置1とすることができる。
ここで、一体型パッキン61が、Oリングのようなパッキンを使用する場合、例えば、筐体4の接合面側またはヒートシンク3の接合面側のパッキン配置箇所に凹部を設けて配置する。一方、一体型パッキン61がメタルガスケットなどである場合、フラット面同士を合わせてシール部を構成することが可能である。
次に、本発明の実施の形態3の電力変換装置1について、図6および図7を用いて説明する。上述の実施の形態2では、一体型パッキン61について説明したが、この実施の形態3では、図6のヒートシンク3の上面図に示すように、筐体収納部42に収納された電力変換回路部2を封止する回路部パッキン62aと、冷却通路5を封止する冷却通路部パッキン62bとを互いに離間し、独立な封止領域を形成する分離型パッキン62を用いる。
図7に示すように、筐体4とヒートシンク3との間に、分離型パッキン62を構成する回路部パッキン62aと冷却通路部パッキン62bが配設されたことにより、実施の形態2の場合と同様に、冷却通路部パッキン62bによって第一の挿通路31と第二の挿通路41の接続部の水密性を確保するとともに、回路部パッキン62aによって筐体4とヒートシンク3との間の防水・防塵性を確保し、筐体収納部42内に配置される電力変換回路部2を封止することで、外部の水や異物から保護することが可能となる。
そのため、例えば、分離型パッキン62の冷却通路部パッキン62bに不具合が生じ、
冷却水の漏れが発生した場合でも、回路部パッキン62aにより筐体収納部42内部への漏水を防止することができ、電力変換装置1の信頼性を確保することが可能となる。
なお、分離型パッキン62の材質については、上述した一体型のものと同様のものを用いることができる。
上述の実施の形態1から3では、冷却水を挿通させる冷却通路5の一方の端部となる入口(もしくは出口)を、ヒートシンク3に設け、冷却通路5の他方の端部となる出口(もしくは入口)を筐体4に設けているが、ヒートシンク3と筐体4との間の冷却通路5の接続部を複数設け、冷却水をUターンさせた流路とすることで出入口(両端部)をヒートシンク3もしくは筐体4に集約させることも可能である。
図8は、実施の形態4による電力変換装置1の分解斜視図である。この図8に示すように、ヒートシンク3側に、冷却通路の一端側となる第一の接続部30aと、冷却通路の他端側となる第二の接続部30bとが設けられ、筐体4側の冷却通路に接続されるヒートシンク側第一の開口部32a、ヒートシンク側第二の開口部32bが、ヒートシンク3の筐体4との接合面に開口されている。
つまり、ヒートシンク3側の第一の挿通路33aは、ヒートシンク側第一の開口部32aを介して筐体4のヒートシンク3との接合面に複数の開口部を有するU字形第二の挿通路46の一方の開口部に接続されている。そして、ヒートシンク3側の第一の挿通路33bは、ヒートシンク側第二の開口部32bを介してU字形第二の挿通路46の他方の開口部に接続されている。
bを開口し、筐体4内部の冷却媒体経路を長く稼ぐようにU字形にカーブして設けられている。
なお、図9および図10の例では、ヒートシンク3側の第一の挿通路33aと33bが直線状に伸びるように構成された場合を示しているが、各挿通路が蛇行・カーブする形状に変形させて用いること、挿通路の断面積を適宜調整して用いることが可能である。
このように、ヒートシンク3と筐体4との間の通水経路接続部を複数設けることで、冷却媒体をヒートシンク3側の冷却通路端部3a(入口)からヒートシンク3の内部(発熱部品直下を含む部分)を経由して筐体4へ挿通させ、その後再びヒートシンク3の冷却通路端部3aa(出口)へ挿通させるような複雑な経路の冷却通路を構成することが可能となる。
上述の実施の形態1から4の電力変換装置1は、ヒートシンク3および筐体4に冷却媒体を挿通させる冷却通路が一続きであり、1本の経路をたどるような構成であった。しかし、ヒートシンク3または筐体4の内部において、1本の冷却通路を複数本に分岐させた形状とする、あるいは、冷媒の流れを逆に見た場合には、複数本の冷却通路を1本に合流させた形状とすることも可能である。
この実施の形態5では、図12および図13を用い、冷却通路の分岐構造を有する電力変換装置1の例について説明する。
、第一の開口部47aに繋がる第二の挿通路48aと、第二の開口部47bに繋がる第二の挿通路48bが並行して延在しているが、合流部48において集約され、その経路が一本となり、筐体4の上面側に開口された冷却通路端部4bに繋がっている。
なお、図12および図13の例では、ヒートシンク3または筐体4に設けられる冷媒入出口が一つずつであり、流路の途中で二本に分岐された形状の冷却通路を例示したが、3本、4本…とより多数本に経路を分岐させることも可能である。
また、上述の例では、2本に分岐した冷却通路を1本に合流させて外部へ接続する場合について示したが、複数本の流路を合流させることなく、分岐させたまま外部に接続させる形態とすることも可能である。
上述の実施の形態1から5の電力変換装置1においては、電力変換回路部2を載置した領域においてヒートシンク3の昇温が顕著となる傾向がある。よって、ヒートシンク3の電力変換回路部2の直下領域において放熱性を向上させることが、放熱性向上のためには望ましい。そこで、この実施の形態6では、ヒートシンク3の電力変換回路部2の直下領域など、昇温が顕著となる領域における放熱性を向上させる変形例について、図14および図15を用いて説明する。
そして、図15に、図14のG−G断面に相当する電力変換装置1の断面図を示すように、このフィン7は、冷却媒体の流れに沿って伸びる形状であり、冷却媒体の流れの妨げとならない形状に形成されている。
この実施の形態6の電力変換装置1のように、発熱の大きいスイッチング素子の下部に位置するヒートシンク3の冷却通路にフィン7を設け、冷却通路の他の部分(昇温が顕著
ではない部分)にはフィン7を設けない構成とすることで、機器全体の圧損を低減させる
ことが可能となる。
3 ヒートシンク、 3a、3aa、4b 冷却通路端部、
3b、4a、開口部、 4 筐体、
5 冷却通路、 7 フィン、
30 接続部、 30a 第一の接続部、
30b 第二の接続部、 31、33a、33b、35a、35b 第一の挿通路、32a、36a ヒートシンク側第一の開口部、
32b、36b ヒートシンク側第二の開口部、
35 分岐部、 41、48a、48b 第二の挿通路、
42 筐体収納部、 45a、47a 筐体側第一の開口部、
45b、47b 筐体側第二の開口部、 46 U字形第二の挿通路、
48 合流部、 61 一体型パッキン、
61a、62a 回路部パッキン、 61b、62b 冷却通路部パッキン、
61c パッキン接続部、 62 分離型パッキン
Claims (7)
- 半導体スイッチング素子を用いて直流電流を交流電流に変換する電力変換回路部、
上記電力変換回路部を載置するとともに、冷却媒体を挿通させる第一の挿通路を有するヒートシンク、
上記電力変換回路部を収納し、上記ヒートシンクとの間にパッキンを介して上記電力変換回路部を封止するとともに、冷却媒体を挿通させる第二の挿通路を有する筐体を備え、
上記第一の挿通路と上記第二の挿通路は、上記ヒートシンクと上記筐体との接合面においてパッキンを介して接続されて冷却通路を構成し、
上記電力変換回路部を封止する上記パッキンと、上記第一、第二の挿通路を接続する上記パッキンは、互いに独立な封止領域を形成するとともに、一体に設けられていることを特徴とする電力変換装置。 - 上記第一の挿通路と上記第二の挿通路よりなる上記冷却通路は、一続きとなるように設けられ、上記冷却通路の一端部が上記ヒートシンクに、他端部が上記筐体に設けられたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
- 上記第一の挿通路と上記第二の挿通路よりなる上記冷却通路は、一続きとなるように設けられ、上記筐体または上記ヒートシンクに設けられた上記第二の挿通路または上記第一の挿通路はU字形状に形成され、上記接合面に開口された第一、第二の開口部の一方から冷却媒体が導入され、他方から冷却媒体が排出される構成であり、上記ヒートシンクまたは上記筐体には、二本の上記第一の挿通路または上記第二の挿通路が設けられ、上記第一、第二の開口部にそれぞれ接続されるとともに、上記冷却通路の両端部が上記ヒートシンクまたは上記筐体に設けられたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
- 上記第一の挿通路と上記第二の挿通路よりなる上記冷却通路は、途中で分岐された構造であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の電力変換装置。
- 分岐された上記冷却通路は、上記ヒートシンクまたは上記筐体において合流された構造であることを特徴とする請求項4記載の電力変換装置。
- 上記ヒートシンクは、上記電力変換回路部を載置した側の上記第一の挿通路の壁面部から通路内に突出するフィンを備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の電力変換装置。
- 上記冷却媒体は、液体であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の電力変換装置。
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