JPH09271178A

JPH09271178A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH09271178A
Application number: JP8103214A
Authority: JP
Inventors: Shuji Miyake; 修治三宅; Yasuhiko Kamijo; 保彦上條; Koji Okuda; 浩司奥田
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電力変換装置の半導体素子の故障時または点
検時の繁雑な作業及び冷却ファンを不要にする。【解決手段】変圧器本体４と半導体素子５とを具備
し、半導体素子５を素子用放熱器６，２０に装着する。
変圧器本体４を絶縁油３が充填された変圧器タンク１に
収容する。半導体素子５を絶縁油３に浸漬しないよう
に、かつ素子用放熱器６，２０を絶縁油３に浸漬するよ
うに変圧器タンク１の側壁１ａに配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油冷式のインバー
タ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】インバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の
電力変換装置の電気的な構成として、主に変圧器本体と
半導体素子とがある。これらは使用時に発熱を伴うため
に、冷却する必要がある。また、高電圧で使用する場
合、電気的に絶縁する必要がある。図５は、従来の電力
変換装置を示す縦断面図である。同図において、１は変
圧器タンク、２は変圧器タンク１の側壁に設けた放熱
器、３は変圧器タンク１に充填された絶縁油、４は変圧
器本体、５は半導体素子、６は素子用放熱器であって、
半導体素子５を着脱自在に取付けられるヒートシンクで
ある。なお、制御装置及び電気的接続は省略している。

【０００３】この従来例においては、変圧器本体４，半
導体素子５及びヒートシンク６を絶縁油３に侵漬させて
いるので、変圧器本体４及び半導体素子５は、絶縁油３
の自然対流により冷却される。

【０００４】図６は、従来の電力変換装置の他の例を示
す縦断面図である。同図において、１は変圧器タンク、
２は放熱器、３は絶縁油、４は変圧器本体、５半導体素
子、６はヒートシンク、７は変圧器タンク１の側壁に設
けられ、半導体素子５及びヒートシンク６を変圧器タン
ク１の外部で収容するための箱体、８は箱体７内の上部
に設けられた冷却ファン、７ａ，７ｂはそれぞれ箱体７
の下部及び上部に設けられた吸込口及び吐出口である。
なお、制御装置及び電気的接続は省略している。

【０００５】この従来例においては、変圧器本体４は絶
縁油３の自然対流により冷却され、他方、半導体素子５
は、冷却用ファン８で吸引される冷却風が吸込口７ａ、
ヒートシンク６、吐出口７ｂを経て外部へ排出されるこ
とにより冷却される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の油冷式の電力変
換装置では、半導体素子５が故障した場合、または定期
的な点検を行う場合、変圧器タンク１の上部にネジ止め
して取付けた図示しないカバーを取り外し、半導体素子
５を油中から取り出さなければならないために、作業性
が悪いという問題があった。

【０００７】そこで、従来の他の例として示したよう
に、油却式及び強制風冷式の２つの方式を採用した電力
変換装置が考えられるが、それぞれが別々に構成され、
かつ冷却機能を有するようにしているために、装置が高
価となり、かつ大型化する問題がある。また、冷却ファ
ン８による強制風冷では、油冷よりも冷却効率が低下す
る問題がある。この問題を解決しようとすれば、冷却フ
ァン８の能力の高いものが必要となると共に、これを設
置するための適当な大きさの空間容積が必要となり、装
置が大型化し、かつ高価となる問題がある。さらに、冷
却ファンの寿命は変圧器本体４と比べて著しく小さく、
通常３〜５年であるために、定期的に取り替える必要が
あり、故障する前に点検しなければならないという問題
がある。

【０００８】本発明の目的は、半導体素子の故障時また
は点検時の繁雑な作業をなくし、しかも冷却ファンを用
いなくても半導体素子の冷却を低下させることのない電
力変換装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、変圧器本体と
半導体素子とを具備し、半導体素子を素子用放熱器に装
着した電力変換装置に係わるものである。

【００１０】請求項１に記載の発明は、変圧器本体が絶
縁油を充填した変圧器タンクに収容され、半導体素子が
絶縁油に浸漬されないように、かつ素子用放熱器が絶縁
油に浸漬されるように変圧器タンクの側壁に配設された
ものである。

【００１１】請求項２に記載の発明は、素子用放熱器に
ヒートシンクを用いたものである。

【００１２】請求項３に記載の発明は、素子用放熱器に
ヒートパイプ式冷却器を用いたものである。

【００１３】これにより、半導体素子が素子用放熱器に
装着されたままで、半導体素子と素子用放熱器の吸熱部
とが気中に露出した状態となり、また素子用放熱器の放
熱部が油中に存在することになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

＜第１の実施形態＞図１は本発明に係る電力変換装置の
第１の実施形態を示す縦断面図であり、素子用放熱器と
してヒートシンクを用いた例を示している。同図におい
て、１は変圧器タンク、２は放熱器、３は絶縁油、４は
変圧器本体、５は半導体素子、６はヒートシンクで、従
来例を示す図５及び図６と同様である。１０は変圧器タ
ンク１の側壁１ａの外部に設けられ、半導体素子５を覆
う箱体状のカバーであり、図示しない扉を有している。
この扉は、半導体素子５の故障時または点検時に開閉さ
れる。

【００１５】本実施形態は、カバー１０内の変圧器タン
ク１の側壁１ａに、ヒートシンク６が嵌り込む程度の切
抜き１ｂを設けて、その周縁にフランジ１１を溶接等に
より取付ける。このフランジ１１と接続させるために、
ヒートシンク６の吸熱部６ａにもフランジ１２を設け
て、半導体素子５を搭載した吸熱部６ａがカバー１０内
に、かつヒートシンク６の放熱部６ｂがタンク１内に位
置するように、ヒートシンク６を図示しないシール材を
介してフランジ結合によりタンク１に配設する。

【００１６】図２は本発明に適用するヒートシンクの概
略構成図である。ヒートシンク６はアルミまたは銅等か
らなり、半導体素子５を搭載して吸熱する吸熱部６ａ
と、櫛状に形成された放熱部６ｂとを有している。さら
に、吸熱部６ａの周縁にアルミまたは銅等からなるフラ
ンジ１２が溶接等により取付けられている。このフラン
ジ１２には、タンク１に取付けたフランジ１１と図示し
ないネジにより螺結させるためのネジ貫通孔１２ａが設
けられている。

【００１７】本実施形態においては、半導体素子５とヒ
ートシンク６の吸熱部６ａとが気中に露出した状態とな
るので、半導体素子５の故障時または点検時の繁雑な作
業が不要となり、半導体素子５を着脱する作業のみとな
る。また、ヒートシンク６の放熱部６ｂが油中に存在す
ることになるので、半導体素子５は従来と同様に冷却さ
れる。

【００１８】＜第２の実施形態＞図３は本発明に係る電
力変換装置の第２の実施形態を示す縦断面図であり、素
子用放熱器としてヒートパイプ式冷却器を用いた例を示
している。同図において、１は変圧器タンク、２は放熱
器、３は絶縁油、４は変圧器本体、５は半導体素子、１
０はカバーで、第１の実施形態を示す図１と同様であ
り、２０はヒートパイプ式冷却器である。

【００１９】本実施形態は、カバー１０内の変圧器タン
ク１の側壁１ａに、ヒートパイプ式冷却器２０が嵌り込
む程度の切抜き１ｂを設けて、その周縁にフランジ１１
を溶接等により取付ける。このフランジ１１と接続させ
るために、ヒートパイプ式冷却器２０の吸熱部２０ａに
もフランジ１２を設けて、半導体素子５を搭載した吸熱
部２０ａがカバー１０内に、かつヒートパイプ式冷却器
２０の放熱部２０ｃがタンク１内に位置するように、ヒ
ートパイプ式冷却器２０を図示しないシール材を介して
フランジ結合によりタンク１に配設する。

【００２０】図４は本発明に適用するヒートパイプ式冷
却器の概略構成図である。ヒートパイプ式冷却器２０は
アルミまたは銅等からなり、半導体素子５を搭載して吸
熱する吸熱部２０ａと、ヒートパイプ２０ｂに多数の放
熱フィン２０ｃ′を取付けた放熱部２０ｃとを有してい
る。さらに、放熱フィン２０ｃ′の近傍の吸熱部２０ａ
の周縁にアルミまたは銅等からなるフランジ１２が溶接
等により取付けられている。このフランジ１２には、タ
ンク１に取付けたフランジ１１と図示しないネジにより
螺結させるためのネジ貫通孔１２ａが設けられている。

【００２１】フランジ１２をヒートパイプ式冷却器２０
に取付ける場合、ヒートパイプ式冷却器２０をタンク１
に配設した際に、放熱部２０ｃが吸熱部２０ａよりも多
少高くなるように配慮すれば、ヒートパイプ２０ｂの熱
輸送が効率よく行われる。

【００２２】本実施形態においては、半導体素子５とヒ
ートパイプ式冷却器２０の吸熱部２０ａとが気中に露出
した状態となるので、半導体素子の故障時または点検時
の繁雑な作業が不要となり、半導体素子５を着脱する作
業のみとなる。また、ヒートパイプ式冷却器２０の放熱
部２０ｃが油中に存在することになるので、半導体素子
５は従来と同様に冷却される。さらに、ヒートパイプ式
冷却器２０に複数の半導体素子５を搭載する場合、この
吸熱部２０ａでの温度分布は均一化されているので、個
々の半導体素子５の冷却が満遍なく行える。

【００２３】上記の各実施形態で用いている半導体素子
５は、ＩＧＢＴと称されるもので、その内部と金属製の
放熱部とは電気的に絶縁されるように、モジュール化さ
れている。この半導体素子５を、タンク１と導通状態に
あるヒートシンク６の吸熱部６ａ、またはヒートパイプ
式冷却器２０の吸熱部２０ａに直接取付けても、何ら問
題は生じない。

【００２４】上記の半導体素子５は、ＩＧＢＴに限定さ
れるものではなく、内部と電気的に絶縁されていない素
子を用いてもよく、その場合は、例えばフランジ１１と
フランジ１２との間を絶縁すればよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
素子の故障時または点検時の繁雑な作業が不要となり、
また装置の大型化が防止でき、かつ高価となることが防
止できる。さらに、半導体素子の冷却を低下させること
なく、冷却ファンを不要にすることができる。また、冷
却ファンを用いないので、冷却ファンの点検作業が不要
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態を
示す縦断面図である。

【図２】本発明に適用するヒートシンクの概略構成図で
ある。

【図３】本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態を
示す縦断面図である。

【図４】本発明に適用するヒートパイプ式冷却器の概略
構成図である。

【図５】従来の電力変換装置を示す縦断面図である。

【図６】従来の電力変換装置の他の例を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】１変圧器タンク１ａ側壁３絶縁油４変圧器本体５半導体素子６素子用放熱器（ヒートシンク）２０素子用放熱器（ヒートパイプ式冷却器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変圧器本体と半導体素子とを具備し、前
記半導体素子を素子用放熱器に装着した電力変換装置に
おいて、前記変圧器本体が絶縁油を充填した変圧器タンクに収容
され、前記半導体素子が絶縁油に浸漬されないように、
かつ前記素子用放熱器が絶縁油に浸漬されるように変圧
器タンクの側壁に配設された電力変換装置。
【請求項２】前記素子用放熱器がヒートシンクである
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】前記素子用放熱器がヒートパイプ式冷却
器である請求項１に記載の電力変換装置。