JPH07231057A - 半導体冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】受熱ブロックに取り付けられた素子の冷却を均
一にする。 【構成】受熱ブロック３Ａの両面に取り付けるゲートタ
ーンオフサイリスタ１Ａ，１Ｂとフライホイールダイオ
ード２Ａ，２Ｂの取付位置を、片面と他の片面とでは逆
にする。すなわち、発熱量の大きいゲートターンオフサ
イリスタ１Ａと発熱量の少ないフライホイールダイオー
ド２Ｂを受熱ブロック３Ａを介して対置させ、ゲートタ
ーンオフサイリスタ１Ｂとフライホイールダイオード２
Ａを受熱ブロック３Ａを介して対置させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に、発熱量の異なる
複数の半導体素子がヒートパイプで冷却される半導体冷
却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図12は、従来の半導体冷却装置の一例を
示す平面図、図13は、図12の前面図である。図12及び図
13において、銅材で製作され表面にニッケルめっきが施
された受熱ブロック13の右側面には、３個の円柱状の穴
が図13に示すように平行に形成され、これらの穴には、
ヒートパイプ４の左側がそれぞれ挿入されている。

【０００３】これらのヒートパイプ４の右側には、これ
らのヒートパイプ４の外径にほぼ等しい穴が冷却ブロッ
ク13と同様に３個等間隔に形成された複数枚の冷却フィ
ン５Ａが、図５及び図６において右側から挿入され、各
ヒートパイプ４に等間隔に配置され固定されている。各
ヒートパイプ４には、冷媒として純水が注入されてい
る。

【０００４】一方、受熱ブロック13の後面には、左側に
ゲートターンオフサイリスタ（以下、ＧＴＯと表わす）
１Ａが陽極側を受熱ブロック13側にして固定され、この
ＧＴＯ１Ａの右側には、このＧＴＯ１Ａに並列に接続さ
れるフライホイールダイオード（以下、ダイオードとい
う）２Ａが陰極側を受熱ブロック側にして固定されてい
る。

【０００５】同じく、受熱ブロック13の前面には、左側
にＧＴＯ１Ａと対称的にこのＧＴＯ１Ａと同形格のＧＴ
Ｏ１Ｂが陰極側を受熱ブロック側にして固定され、この
ＧＴＯ１Ｂの右側には、このＧＴＯ１Ｂに並列に接続さ
れ、ダイオード２Ａと同形格のダイオード２Ｂがダイオ
ード２Ａと対称的に陽極側を受熱ブロック側にして固定
されている。

【０００６】さらに、受熱ブロック13の右端底面中央に
は、銅板をＬ字形に折曲し、表面にニッケルめっきが施
された取付板10が一対の小ねじ９Ａで固定されている。
この取付板１０の後面には、ＧＴＯ１Ａに接続されるス
ナバダイオード６Ａが小ねじ９Ｂで固定され、この取付
板１０の前面には、スナバダイオード６Ａと同一形格で
ＧＴＯ１Ｂに接続されるスナバダイオード６Ｂが、スナ
バダイオード６Ａと対称的に小ねじ９Ｂで取り付けられ
ている。

【０００７】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、図示しない半導体電力変換装置に組み込まれる
ときには、左側の受熱ブロック13に対して、後述する図
16にも示すように、右側のヒートパイプ４の右端がやや
上方に位置するようとして収納される。したがって、先
述した冷煤は、ヒートパイプ４の左端に貯溜される。

【０００８】また、半導体電力変換装置の運転によっ
て、ＧＴＯ１Ａ，ＧＴＯ１Ｂやダイオード２Ａ，２Ｂ及
びスナバダイオード６Ａ，６Ｂの通電で発生した熱は、
受熱ブロック13を介して、各ヒートパイプ４の左端に貯
溜された冷煤に伝達される。この結果、この冷煤が加熱
されて気化すると、この気化熱によって受熱ブロック３
を冷却するとともに、この気化した冷煤は、ヒートパイ
プ４の内部を右方向に流れ、冷却フィン５Ａによって冷
却されたヒートパイプ４の内面に触れて徐々に冷却さ
れ、さらに右方向に流入すると、ヒートパイプ４の内面
で更に冷却されて凝縮し液化する。

【０００９】この液化した冷煤は、ヒートパイプ４の内
部を左方向に流下し、受熱ブロック13の内部に流入す
る。すると、ＧＴＯ１Ａ，ＧＴＯ１Ｂやダイオード２
Ａ，２Ｂなどで加熱された受熱ブロック３の熱を吸収し
沸騰して、以下、上記気化と冷却及び凝縮・液化・流下
の相変化と移動を繰り返し、ＧＴＯ１Ａ，ＧＴＯ１Ｂ，
ダイオード２Ａ，２Ｂなどが冷却される。

【００１０】一方、図14は、ＧＴＯ１Ａ，１Ｂの定格が
上がり、それに伴ってダイオード２Ａ，２Ｂの定格も上
がって、受熱ブロックとして大形の受熱ブロック13Ａが
採用された場合の従来の半導体冷却装置の一例を示す前
面図で、前述した図13に対応する図である。また、図15
は、図14の平面図で、同じく図12に対応する図である。

【００１１】図14及び図15においては、定格が一段と大
なるＧＴＯ１Ａ，１Ｂとダイオード２Ａ，２Ｂに伴っ
て、通電電流の増加に従って増加した発熱を冷却するた
めに、図12，図13で示した受熱ブロック13と比べてやや
大形の受熱ブロック13Ａに対して、ＧＴＯ１Ａ，１Ｂと
ダイオード２Ａ，２Ｂが図12と同様に取り付けられ、一
対の加圧具18とスタッド18ａで加圧されている。

【００１２】また、受熱ブロック13Ａには、４本のヒー
トパイプ４が挿入され、これらのヒートパイプ４には、
図12，13で示した放熱フィン５Ａと比べて大形の放熱フ
ィン５Ｄが挿入されている。また、受熱ブロック13の右
端の下面には、小形の受熱ブロック19が固定され、この
受熱ブロック19の後面には、ＧＴＯ１Ａに接続されるス
ナバダイオード６Ａが固定され、受熱ブロック19の前面
には、ＧＴＯ１Ｂに接続されるスナバダイオード６Ｂが
固定されている。

【００１３】次に、図16は、図14及び図15で示した半導
体冷却装置が、車両に搭載された箱体19Ａ，19ＡＢに収
納された状態を示す縦断面図である。図16において、左
側に示す箱体19Ａの底部左側には、ゲートアンプ14が収
納され、このゲートアンプ14の右側には、スナバコンデ
ンサ11が収納されている。これらのゲートアンプ14とス
ナバコンデンサ11の上部には、図14，図15で示した半導
体冷却装置が、前述したようにヒートパイプ４の右端を
上方にして収納されている。さらに、箱体19Ａの天井部
には、フィルタコンデンサ20が横に収納されている。

【００１４】この箱体19Ａの右側には、この箱体19Ａと
比べて僅かに大形の箱体19Ｂが図示しない仕切材を介し
て隣接され、前述したヒートパイプ４の右側の大部分と
放熱フィン５Ｄは、この箱体19ｂの内部に収納されてい
る。この箱体19Ｂの底板の中央部には、図示しない開口
部が設けられ、この開口部には、図示しない網板が設け
られている。箱体19Ｂの天井板には、図示しない開口部
が形成されて、図示しない網板が取り付けられている。

【００１５】このような箱体19Ａ，19Ｂに収納された半
導体冷却装置においては、箱体19Ｂの下部に形成された
開口部から侵入し矢印Ｘに示すように上昇した冷却空気
によって、放熱フィン５Ｄが冷却される。この冷却され
た放熱フィン５Ｄによって、この放熱フィン５Ｄに貫設
された各ヒートパイプ４が冷却され、このヒートパイプ
４の内部に流入した気相の冷媒が冷却され、凝縮し、液
化される。

【００１６】以下、前述したように、この液化した冷媒
の流下と加熱及び気化，冷却，凝縮，液化の相変化と移
動によって、受熱ブロック13Ａに取り付けられたＧＴＯ
１Ａ，１Ｂやダイオード２Ａ，２Ｂ及びスナバダイオー
ド６Ａ，６Ｂは冷却される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された半導体冷却装置においては、通電による損失
で発熱量の大きいＧＴＯ１ＡとＧＴＯ１Ｂが、受熱ブロ
ック13の左側の両側面にこの受熱ブロック13を挟んで対
向して取り付けられているので、この受熱ブロック１３
の左側の温度が右側と比べて高くなり、その結果、受熱
ブロック13の左側に取り付けられたＧＴＯ１Ａ，ＧＴＯ
１Ｂの冷却温度が受熱ブロック13の右側に取り付けられ
たダイオード２Ａ，２Ｂと比べて高くなるおそれがあ
る。

【００１８】一方、図５，図６で示したスナバダイオー
ド６Ａ，６Ｂは、板材で製作された取付板10によって冷
却されるが、この取付板10は板材のために、この取付板
10の取付面とスナバダイオード６の取付面との間の温度
勾配が大きく、また、受熱ブロック13との間の接触面の
温度勾配によって、スナバダイオード６Ａ，６Ｂの冷却
が阻害されるおそれがある。

【００１９】そのため、この取付板10と受熱ブロック13
の表面には、ニッケルめっきが施されて、酸化による熱
伝達率の低下を防ぎ、温度勾配の減少が図られている
が、それでも、長期間に亘る半導体電力変換装置の稼働
によって、ニッケルめっきの表面が酸化すると、受熱ブ
ロック13及び取付板10の間と、この取付板10とスナバダ
イオード６Ａ，６Ｂとの間における熱伝達率が低下する
おそれがある。

【００２０】一方、図14及び図15で示した半導体冷却装
置においても、スナバダイオード９は、受熱ブロック19
に取り付けられているので、この受熱ブロック19自体に
よる温度勾配は少ないが、この受熱ブロック19と受熱ブ
ロック13との境界面では、長期に亘る運転で形成された
酸化皮膜によって、熱伝達が損なわれるおそれがある。

【００２１】また、このスナバダイオード６Ａ，６Ｂの
下部には、スナバ回路の配線によるインダクタンスを減
らすために、スナバコンデンサ11が収納され、このスナ
バコンデンサ11の端子11ａと接続する電線の短縮による
インダクタンスの低減他は可能であるが、このスナバコ
ンデンサ11で加熱された冷却空気のために、スナバコン
デンサの冷却条件は低下する。

【００２２】さらに、図14，図15で示す半導体冷却装置
においては、冷却ブロック13Ａの幅が広くなるので、図
14で示した加圧具18の長さが長くなる。すると、この加
圧具18の両側に形成されたスタッド穴に貫通した締付ス
タッド18ａによる締付力に耐えるために、加圧具18は、
断面が大形の材料を採用しなければならず、図16で示し
た箱体19Ａの内部における配線空間が減少して、箱体19
Ａ，19Ｂを大形にしなければならなくなるおそれがあ
る。すると、収納空間が制約された先頭車両に搭載され
る半導体電力変換装置に組み込む半導体冷却装置には採
用できない。

【００２３】したがって、従来の半導体冷却装置におい
ては、ＧＴＯ１Ａ，１Ｂやスナバダイオード６Ａ，６Ｂ
の特性が低下し、半導体電力変換装置の定格を発揮でき
なくなるおそれもある。そこで、本発明の目的は、半導
体素子の冷却効率の不均衡を緩和し、半導体電力変換装
置の定格の低下を防ぐことのできる半導体冷却装置を得
ることである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
半導体冷却装置は、発熱量の異なる複数の半導体素子が
一対の対向する側面に配置された冷却ブロックの他の側
面にヒートパイプが貫設された半導体冷却装置におい
て、発熱量の大なる半導体素子と発熱量の小なる半導体
素子を冷却ブロックの一対の側面に対向して配置したこ
とを特徴とする。

【００２５】また、請求項２に記載の発明の半導体冷却
装置は、一対の対向する側面に半導体素子が配置された
冷却ブロックの他の側面に複数のヒートパイプが上下に
列をなして横に貫設された半導体冷却装置において、半
導体素子を対向する側面の上下に配置し、ヒートパイプ
を上下に配置された各半導体素子に対向して貫設したこ
とを特徴とする。

【００２６】また、請求項３に記載の発明の半導体冷却
装置は、一対の対向する側面に発熱量の異なる半導体素
子が配置された冷却ブロックの他の側面にヒートパイプ
が上下に列をなして横に貫設された半導体冷却装置にお
いて、発熱量の大なる半導体素子と発熱量の小なる半導
体素子を対向させて対向する側面の上下に配置し、ヒー
トパイプを上下に配置された各半導体素子に対向して貫
設したことを特徴とする。

【００２７】さらに、請求項４に記載の発明の半導体冷
却装置は、発熱量の大なる半導体素子をスイッチング素
子とし、発熱量の小なる半導体素子をダイオードとした
ことを特徴とする。

【００２８】

【作用】請求項１に記載の発明においては、各半導体素
子が配置される冷却ブロックの各配置部の受熱量は平準
化される。

【００２９】また、請求項２に記載の発明においては、
冷却ブロックの上部に配置された半導体素子は、冷却ブ
ロックの上部に貫設されたヒートパイプによって冷却さ
れ、冷却ブロックの下部に配置された半導体素子は、冷
却ブロックの下部に貫設されたヒートパイプパイプによ
って冷却されて、上下の半導体素子の冷却条件は平準化
される。

【００３０】また、請求項３に記載の発明においては、
半導体素子が上下に配置された冷却ブロックの上部と下
部との受熱量と冷却条件は、平準化され、上下配置され
た半導体素子の冷却条件も平準化される。

【００３１】さらに、請求項４に記載の発明において
は、対となるスイッチング素子とダイオードは、各対間
の冷却条件が平準化される。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の半導体冷却装置の一実施例を
図面を参照して説明する。図１は、本発明の半導体冷却
装置の一実施例を示す平面図で、従来の技術で示した図
12及び図15に対応する図、図２は、図１の前面図で、同
じく従来の技術で示した図13及び図14に対応する図であ
る。なお、図12，13及び図14，15と同一部分には、同一
符号を付し、説明を省略する。

【００３３】図１及び図２において、従来の技術で示し
た図12，13及び図14，15と異なるところは、受熱ブロッ
クの素子取付面の形状と、この受熱ブロックに取り付け
られたＧＴＯ１Ａ，ＧＴＯ１Ｂ及びダイオード６Ａ，６
Ｂの配列である。このうち、受熱ブロック３Ａは、従来
の技術の図12，図13で示した受熱ブロック13の右側下部
を下方に延長して凸部３ａを形成し、略Ｌ字形とした受
熱ブロックとなっている。

【００３４】この受熱ブロック３Ａの凸部３ａの右側面
には、小径の穴が加工され、この穴には、小径のヒート
パイプ７が挿入され、この左部には、純水が注入され、
このヒートパイプ７の右側には、小形の複数枚の放熱フ
ィン５Ｂが挿着されている。

【００３５】この受熱ブロック３Ａには、後面の左側
に、従来と同様にＧＴＯ１Ａが取り付けられ、このＧＴ
Ｏ１Ａの右側には、このＧＴＯ１Ａに接続されるダイオ
ード２Ａが取り付けられているが、受熱ブロック３Ａの
前面には、左側にＧＴＯ１Ａ，１Ｂと比べて発熱量の少
ないダイオード２Ｂが取り付けられ、このダイオード２
Ｂの右側に発熱量の多いＧＴＯ１Ｂが取り付けられて、
従来の技術で示した図12，13とは配置が逆となってい
る。さらに、受熱ブロック３Ａの右側の下部の前後面に
は、スナバダイオード６Ａ，６Ｂが取り付けられてい
る。

【００３６】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、受熱ブロック３Ａの左側には、後面に発熱量の
大きいＧＴＯ１Ａが取り付けられているのに対し、この
ＧＴＯ１Ａと対向する前面には発熱量の少ないダイオー
ド２Ｂが取り付けられているので、従来の技術で示した
図12，図13で示した半導体冷却装置の受熱ブロック13の
左側に比べて前後の素子から伝達される総受熱量が少な
くなり、且つ、受熱ブロック13の左右の温度差を減らす
ことができ、温度上昇を減らすことができるので、ＧＴ
Ｏ１Ａ，１Ｂの冷却効果を上げることができる。また、
スナバダイオード６Ａ，６Ｂは、凸部３ａに直接取り付
けられ、ヒートパイプ７の基部に近接しているので、冷
却効果を上げることができる。

【００３７】次に、図３は、本発明の半導体冷却装置の
他の実施例を示す前面図で、図２に対応する図である。
図３においては、受熱ブロック３Ｂは、左右の幅が短
く、上下が長くなっていて、半導体素子は上下に取り付
けられている。また、受熱ブロック３Ｂの右側下部には
凸部３ｂが形成され、この凸部３ｂの右側面には、図２
で示した受熱ブロック３Ａと同様に、ヒートパイプ７が
挿入され、このヒートパイプ７には、放熱フィン５ｂが
挿着されている。

【００３８】受熱ブロック３Ｂには、後面の上部に、破
線で示すダイオード２Ａが取り付けられ、このダイオー
ド２Ａの下部には、同じく破線で示すＧＴＯ１Ａが取り
付けられている。さらに、受熱ブロック３Ｂの前面に
は、上部にＧＴＯ１Ｂが取り付けられ、このＧＴＯ１Ｂ
の下部にダイオード２Ｂが取り付けられている。一方、
凸部３ｂの前後面には、図２と同様にスナバダイオード
６Ａ，６Ｂが取り付けられている。

【００３９】このように構成された半導体冷却装置にお
いても、受熱ブロック３Ｂの上部には、前面に発熱量の
大きいＧＴＯ１Ｂが取り付けられているのに対し、受熱
ブロック３Ｂの後面には、発熱量の少ないダイオード１
ＢがＧＴＯ１Ｂに対向して取り付けられているので、従
来の技術で示した図12，図13で示した半導体冷却装置の
受熱ブロック１３の左側に比べて素子からの総受熱量が
少なくなり、温度上昇を減らすことができるので、ＧＴ
Ｏ１Ａ，１Ｂの冷却効果を上げることができる。また、
スナバダイオード６Ａ，６Ｂは、凸部３ｂに直接取り付
けられているので、冷却効果を上げることができる。

【００４０】同様に、受熱ブロック３Ｂの下部には、前
面に発熱量の大きいＧＴＯ１Ａが取り付けられているの
に対し、受熱ブロック３Ｂの前面には、発熱量の少ない
ダイオード２ＢがＧＴＯ１Ａに対向して取り付けられて
いるので、従来の技術で示した図12，図13で示すの半導
体冷却装置の受熱ブロック13の左側に比べて素子からの
総受熱量が少なくなり、温度上昇を減らすことができる
ので、ＧＴＯ１Ａの冷却効果を上げることができる。

【００４１】次に、図４は、本発明の半導体冷却装置の
異なる他の実施例を示す前面図で、図２及び図３に対応
する図である。図４においては、図12，図13で示した受
熱ブロック１３に対し、この受熱ブロック13の下面右側
に、小形の受熱ブロック８が図示しないボルトで固定さ
れている。他のＧＴＯ１Ａ，ＧＴＯ１Ｂ及びダイオード
２Ａ，２Ｂとスナバダイオード６Ａ，６Ｂの配置は、図
２で示した半導体冷却装置と同様である。

【００４２】このように構成された半導体冷却装置にお
いても、各ＧＴＯ１Ａ，ＧＴＯ１Ｂ及びダイオード２
Ａ，２Ｂとスナバダイオード６Ａ，６Ｂは、冷却ブロッ
ク３Ｂには、発熱量の大なるＧＴＯ１Ａ，１Ｂと発熱量
の小なるダイオード２Ａ，２Ｂを前後に対置させること
で、ほぼ均一に冷却されるので、半導体電力変換装置の
定格の低下を防ぐことができる。

【００４３】なお、上記図１で示した実施例において、
ＧＴＯ１Ａとダイオード２Ｂの一組を受熱ブロック３Ａ
の左側とし、ＧＴＯ１Ｂとダイオード２Ａの一組を右側
としたときで説明したが、ＧＴＯ１Ａとダイオード２Ｂ
を右側とし、ＧＴＯ１Ｂとダイオード２Ａを左側として
もよい。図３及び図４においても同様に上下又は左右を
入れかえてもよい。

【００４４】また、上記実施例では、スイッチング素子
とダイオードは片側に各１個の場合で説明したが、取り
付ける素子の数の如何にかかわらず適用することができ
る。また、受熱ブロックにヒートパイプが挿入された例
で説明したが、ヒートパイプの有無の如何にかかわら
ず、発熱量の多いスイッチング素子と受熱ブロックを介
して発熱量の少ないダイオードを対置させることで、ス
イッチング素子とダイオードの数の如何にかかわらず適
用することができる。

【００４５】次に、図５は、請求項２及び請求項３に記
載の発明の半導体冷却装置の一実施例を示し、図２，図
３及び図４に対応する平面図、図６は図５の前面図であ
る。また、図７は、図５，図６で示す半導体冷却装置が
箱体19Ａ，19Ｂに収納された状態を示し、従来の技術で
示した図16に対応する図である。

【００４６】このうち、図５及び図６においては、略Ｌ
字形に形成された冷却ブロック３Ｃの右側面に対し、図
６において上方に一対のヒートパイプ４が右側から貫設
され、下方に一対のヒートパイプ４が上下対称的に貫設
されて、内側のヒートパイプ４の相互の間隔は、その外
側のヒートパイプ４との間隔と比べて僅かに広くなって
いる。

【００４７】また、この冷却ブロック３Ｃの前面側に
は、左側にＧＴＯ１Ｂが配置され、右側の上部にダイオ
ード２Ｂが、右側の下部の前後にスナバダイオード６
Ａ，６Ｂが配置されている。後面の左側には、ダイオー
ド２Ａが配置され、後面の右側上部にはＧＴＯ１Ａが配
置されている。

【００４８】さらに、受熱ブロック３Ｃの中央部には、
図６に示すように貫通穴３ｃが貫設され、この貫通穴３
ｃには、スタッド18ａが貫挿され、このスタッド18ａの
両端と受熱ブロック３Ｃの上端右側に横設されたスタッ
ド18ａによって、加圧具18は図示しないナットで両側か
ら締め付けられている。

【００４９】一方、受熱ブロック３Ｃの左側の上下にも
一対のスタッド18ａが横設され、加圧具18によってＧＴ
Ｏ１Ａとダイオード２Ｂは加圧されている。受熱ブロッ
ク３Ｃの上部左側に形成された切欠部の上部左側面に
は、交流側端子13ａが図14，図15と同様に突設されてい
る。

【００５０】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、受熱ブロック３Ｃの上下に位置するＧＴＯ１
Ａ，１Ｂとダイオード２Ａ，２Ｂは、図１，図２で示し
た半導体冷却装置と同様に、発熱量の大なるＧＴＯ１
Ａ，１Ｂと、発熱量が小なるダイオード２Ａ，２Ｂが一
対となって前後に対置しているので、図１，図２で示し
た半導体冷却装置と同様に、ＧＴＯ１Ａ，１Ｂ相互間
と、ダイオード２Ａ，２Ｂ相互間の温度差を減らすこと
ができる。

【００５１】また、受熱ブロック３Ｃの上部に位置する
ＧＴＯ１Ｂとダイオード２Ａは、これらと対置する上部
の一対のヒートパイプ４によって冷却され、受熱ブロッ
ク３Ｃの下部に位置するＧＴＯ１Ａとダイオード２Ｂ
も、これらと対置する下部の一対のヒートパイプ４によ
って冷却され、上下に対置した素子がそれぞれ個別に冷
却されるので、上下の素子の温度差を減らすことができ
る。

【００５２】なお、下側の一対のヒートパイプ４は、冷
却空気によって直接冷却されるので、上側の一対のヒー
トパイプ４と比べるとより冷却されるが、その差は、ス
ナバダイオード６Ａ，６Ｂが冷却すべき素子として付加
されることによって相殺され、上側のヒートパイプとほ
ぼ同一条件となる。

【００５３】さらに、交流側端子13ａが冷却ブロック３
Ｃの上端左端に形成された切欠部に突設されることで、
図７に示すように、箱体19Ａに収納されたときの部分的
突出を防ぐことができ、占有効率を上げることができる
ので、配線空間を得ることができる。

【００５４】次に、図８は、請求項２及び請求項３に記
載の発明の他の実施例を示す平面図、図９は図８の前面
図である。この場合には、冷却ブロックの形状を単純化
して、長方形の冷却ブロック３Ｄとした場合を示し、図
５，図６と同様に、ヒートパイプ４を上下に対称的な二
組とし、上下のヒートパイプ４の長さも等しくしたとき
を示す。なお、ＧＴＯ１Ａ，１Ｂと、ダイオード２Ａ，
２Ｂ及びスナバダイオード６Ａ，６Ｂの配置は、図５及
び図６と同一である。

【００５５】図８においては、冷却ブロック３Ｄが長方
形となったこと以外に、これに伴って、左側下部のＧＴ
Ｏ１Ｂとダイオード２Ａを締め付けるスタッド18ａを貫
通する貫通穴が冷却ブロック３Ｄの中央左側に貫設さ
れ、交流端子13ｂが冷却ブロック３Ｄの左側上部に形成
されている点が図５と異なる。

【００５６】この場合には、図５及び図６に示した半導
体冷却装置に比べて、上部に配置されたＧＴＯ１Ａとダ
イオード２Ｂと対置する冷却ブロックの部分が広くな
り、ヒートパイプ４の基端部が長くなるので、上部のＧ
ＴＯ１Ａとダイオード２Ｂの短時間過負荷耐量が下部の
ＧＴＯ１Ｂ，ダイオード２Ａと同等とすることができる
利点がある。

【００５７】また、図10は、請求項２及び請求項３に記
載の発明の異なる他の実施例を示す前面図で、図５で示
した冷却ブロック３Ｃに対して、モジュール形半導体素
子22を配置した例を示す。この場合にも、前後面に取り
付けられた、上下のモジュール形半導体素子22は、ほぼ
同一冷却条件で冷却される。

【００５８】同様に、図11は、請求項２及び請求項３に
記載の発明の更に異なる他の実施例を示す前面図で、図
８で示した冷却ブロック３Ｄに対して、図10と同じくモ
ジュール形半導体素子22を配置した例を示す。この場合
の図10に対する違いは、図５，図６に対する図８，図９
で示した半導体冷却装置と同様である。

【００５９】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
発熱量の異なる複数の半導体素子が一対の対向する側面
に配置された冷却ブロックの他の側面にヒートパイプが
貫設された半導体冷却装置において、発熱量の大なる半
導体素子と発熱量の小なる半導体素子を冷却ブロックの
一対の側面に対向し配置することで、各半導体素子が配
置される冷却ブロックの各配置部の受熱量を平準化した
ので、半導体素子の冷却効率の不均衡を緩和し、半導体
電力変換装置の定格の低下を防ぐことのできる半導体冷
却装置を得ることができる。

【００６０】また、請求項２に記載の発明によれば、一
対の対向する側面に半導体素子が配置された冷却ブロッ
クの他の側面に複数のヒートパイプが上下に列をなして
横に貫設された半導体冷却装置において、半導体素子を
対向する側面の上下に配置し、ヒートパイプを上下に配
置された各半導体素子に対向して貫設することで、冷却
ブロックの上部に配置された半導体素子を冷却ブロック
の上部に貫設されたヒートパイプによって冷却し、冷却
ブロックの下部に配置された半導体素子は、冷却ブロッ
クの下部に貫設されたヒートパイプパイプによって冷却
して、上下の半導体素子の冷却条件を平準化したので、
半導体素子の冷却効率の不均衡を緩和し、半導体電力変
換装置の定格の低下を防ぐことのできる半導体冷却装置
を得ることができる。

【００６１】また、請求項３に記載の発明によれば、一
対の対向する側面に発熱量の異なる半導体素子が配置さ
れた冷却ブロックの他の側面にヒートパイプが上下に列
をなして横に貫設された半導体冷却装置において、発熱
量の大なる半導体素子と発熱量の小なる半導体素子を対
向させて対向する側面の上下に配置し、ヒートパイプを
上下に配置された各半導体素子に対向して貫設すること
で、半導体素子が上下に配置された冷却ブロックの上部
と下部との受熱量と冷却条件を平準化し、上下配置され
た半導体素子の冷却条件も平準化したので、半導体素子
の冷却効率の不均衡を緩和し、半導体電力変換装置の定
格の低下を防ぐことのできる半導体冷却装置を得ること
ができる。

【００６２】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
発熱量の大なる半導体素子をスイッチング素子とし、発
熱量の小なる半導体素子をダイオードとすることで、対
となるスイッチング素子とダイオードの各対間の冷却条
件を平準化したので、半導体素子の冷却効率の不均衡を
緩和し、半導体電力変換装置の定格の低下を防ぐことの
できる半導体冷却装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体冷却装置の一実施例を示す平面
図。

【図２】図１の前面図。

【図３】本発明の半導体冷却装置の他の実施例を示す正
面図。

【図４】本発明の半導体冷却装置の異なる他の実施例を
示す正面図。

【図５】請求項２及び請求項３に記載の発明の半導体冷
却装置の一実施例を示す平面図。

【図６】図５の前面図。

【図７】図５及び図６で示した半導体冷却装置の作用を
示す断面図。

【図８】請求項２及び請求項３に記載の発明の半導体冷
却装置の他の実施例を示す平面図。

【図９】図８の前面図。

【図１０】請求項２及び請求項３に記載の発明の半導体
冷却装置の異なる他の実施例を示す前面図。

【図１１】請求項２及び請求項３に記載の発明の半導体
冷却装置の更に異なる他の実施例を示す前面図。

【図１２】従来の半導体冷却装置の一例を示す平面図。

【図１３】図12の前面図。

【図１４】従来の半導体冷却装置の他の一例を示す前面
図。

【図１５】図14の平面図。

【図１６】図14及び図15で示した従来の半導体冷却装置
の作用を示す断面図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…ケードターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、
２Ａ，２Ｂ…フライホイールダイオード（ダイオー
ド）、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，８，13…受熱ブロッ
ク、４、７…ヒートパイプ、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…放熱フ
ィン、６Ａ，６Ｂ…スナバダイオード，22…モジュール
形半導体素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮入 正樹 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝トランスポートエンジニアリング株式会 社内 (72)発明者 福田 和明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱量の異なる複数の半導体素子が冷却
   ブロックの一対の対向する側面に配置され、前記冷却ブ
   ロックの他の側面にヒートパイプが貫設された半導体冷
   却装置において、発熱量の大なる前記半導体素子と発熱
   量の小なる前記半導体素子を前記冷却ブロックの前記一
   対の側面に対向して配置したことを特徴とする半導体冷
   却装置。
2. 【請求項２】 冷却ブロックの一対の対向する側面に半
   導体素子が配置され、前記冷却ブロックの他の側面に複
   数のヒートパイプが上下に列をなして横に貫設された半
   導体冷却装置において、前記半導体素子を前記対向する
   側面の上下に配置し、前記ヒートパイプを前記上下に配
   置された前記各半導体素子に対向して貫設したことを特
   徴とする半導体冷却装置。
3. 【請求項３】 冷却ブロックの一対の対向する側面に発
   熱量の異なる半導体素子が配置され、前記冷却ブロック
   の他の側面にヒートパイプが上下に列をなして横に貫設
   された半導体冷却装置において、発熱量の大なる前記半
   導体素子と発熱量の小なる前記半導体素子を対向させて
   前記対向する側面の上下に配置し、前記ヒートパイプを
   前記上下に配置された前記各半導体素子に対向して貫設
   したことを特徴とする半導体冷却装置。
4. 【請求項４】 発熱量の大なる半導体素子をスイッチン
   グ素子とし、発熱量の小なる半導体素子をダイオードと
   したことを特徴とする請求項１，２又は請求項３に記載
   の半導体冷却装置。