WO2014147960A1 - 磁気部品の冷却構造及びこれを備えた電力変換装置 - Google Patents

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transformer
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case
housing
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佐久間　政喜
政和 鷁頭
西川　幸廣
泰仁 田中
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富士電機株式会社
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to a structure for cooling a magnetic component built in a casing and a power conversion device including the structure.
  • a power conversion device such as an AC / DC converter incorporates a magnetic component such as a transformer in a casing and fixes the magnetic component to the bottom of the casing.
  • a magnetic component such as a transformer
  • it is required to cool the magnetic component efficiently because the magnetic component is a heating element.
  • Patent Document 1 As a conventional device for cooling a transformer, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known.
  • an iron core and a transformer around which a coil is wound are accommodated in a duct, and a blower fan that blows cold air toward the outer periphery of the transformer coil, the transformer, A blower fan that blows cool air toward the rear surface of the fan is provided, and the transformer is cooled by the cool air generated by these blower fans.
  • the cold air generated by the blower fan flows while spreading toward the transformer, and the air volume of the cold air contacting the outer periphery of the coil and the back surface of the coil may be reduced.
  • the apparatus of patent document 1 requires the exclusive ventilation fan which cools a transformer, there exists a possibility that manufacturing cost may increase.
  • transformer becomes large sized, when arrange
  • the present invention has been made paying attention to such problems, and while improving the cooling efficiency of the magnetic parts, it is possible to reduce the size and cost of the magnetic parts without problems in terms of the arrangement space with other parts. It aims at providing a cooling structure and a power converter provided with the same.
  • a cooling structure for a magnetic component is a structure for cooling a magnetic component built in the housing, and the inside of the housing is enclosed by an internal fan arranged in the housing.
  • a cold air passage space through which cool air flows is provided, and a magnetic component placed on the bottom of the housing is fixed with a mounting member at a position facing the suction side of the internal fan in the cold air passage space.
  • the generated cool air flow was allowed to pass through the magnetic parts.
  • the cooling structure of the magnetic component according to this aspect the flow of rectified cold air generated on the suction side of the internal fan contacts the coil in the magnetic component, so that the heat generated in the coil is dissipated and the magnetic The cooling efficiency of the parts is increased.
  • the cooling structure for a magnetic component includes a top plate whose mounting member contacts the top surface of the magnetic component, and a pair of legs that extend downward from the top plate and are fixed to the bottom of the casing. It is a metal plate material provided with the part. According to the cooling structure for a magnetic component according to this aspect, since the attachment member is a simple structure made of a metal plate, the manufacturing cost can be reduced.
  • the bottom of the housing on which the magnetic component is placed is a cooling body.
  • the heat generated in the magnetic component is directly transferred from the mounting member to the bottom of the casing, which is a cooling body, so that the cooling efficiency of the magnetic component is further increased.
  • the power converter device which concerns on 1 aspect of this invention is an apparatus which is provided with the cooling structure of the magnetic component mentioned above, and converts AC power into DC power. According to the power conversion device according to this aspect, it is possible to provide a small and inexpensive power conversion device while improving the cooling efficiency of the magnetic components.
  • the cold air generated on the suction side of the internal fan is arranged by placing the magnetic component at a position facing the suction side of the internal fan in the cool air flow path space.
  • the rectified cold air generated by the internal fan is brought into contact with the coil in the magnetic component by increasing the air volume, so that the heat generated in the coil is dissipated and the magnetic component is cooled. Efficiency can be increased.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the power converter device provided with the cooling structure of the magnetic component which concerns on 1 aspect of this invention. It is the top view which removed the cover of the power converter and showed the inside. It is the figure which showed the case which comprises a housing
  • FIG. 1 shows the power converter 1 of the first embodiment used as an AC / DC converter
  • FIG. 2 shows the inside of the power converter 1 with the lid 10 removed.
  • a blower fan 3 is externally attached to one side surface in the longitudinal direction of a rectangular parallelepiped housing 2 constituting the power conversion device 1.
  • An input connector 4, a control connector 5, and an output connector 6 are provided in parallel on the other side surface of the casing 2 in the longitudinal direction.
  • a power conversion control unit which will be described later, is built in the housing 2.
  • the control connector 5 When a control signal is input to the control connector 5, the commercial power input to the input connector 4 is converted from AC to DC by the power conversion control unit. Thus, it is output from the output connector 6 as DC power.
  • the housing 2 includes a case 7, a chamber forming wall 8, a housing cover 9, and a lid body 10.
  • the case 7 has a bottomed box shape and has a rectangular shape in plan view, a rectangular bottom portion 7a, a pair of short side walls 7b and 7c rising from four sides of the bottom portion 7a, and a pair of long side walls. 7d, 7e.
  • the case 7 is formed, for example, by die-casting aluminum having a high thermal conductivity or an aluminum alloy.
  • the chamber forming wall 8 is disposed on one side of the case 7 in the longitudinal direction, and faces the abutting wall 8a that abuts one short side wall 7b of the case 7 and the one short side wall 7b of the case 7. It is comprised with the opposing wall 8b.
  • the housing cover 9 is provided so as to cover a part of the case 7 and the chamber forming wall 8.
  • the lid 10 is provided so as to close the inside of the housing 2 by closing the upper openings of the case 7 and the chamber forming wall 8.
  • a plurality of side wall fins 12 extending in the longitudinal direction are formed in one long side wall 7e of the case 7 in a region from the lower end to the upper part on the outer side.
  • the plurality of side wall fins 12 are formed in parallel at a predetermined interval in the vertical direction of the long side wall 7e.
  • the fin height of each side wall fin 12 is set to H1
  • the pitch of the side wall fins 12 is set to P1.
  • no side wall fin is formed outside the other long side wall 7 d of the case 7.
  • a plurality of bottom fins 13 extending in the longitudinal direction are also formed in the bottom 7a of the case 7 in the region from the left end to the right side of the lower surface thereof.
  • the plurality of bottom fins 13 are formed in parallel with a predetermined interval in the short direction of the bottom 7a.
  • the fin height of each bottom fin 13 is set to a value H2 (H2> H1) larger than the fin height H1 of the side wall fin 12.
  • the pitch of the bottom fins 13 is set to a value P2 (P2> P1) larger than the pitch P1 of the side wall fins 12.
  • the housing cover 9 is a cover member that covers the side wall fins 12 and the bottom fins 13 from the outside. As shown in FIGS. 2 and 3, the bottom 7a of the case 7 and the lower openings of the chamber forming wall 8 are formed. A rectangular plate-shaped bottom plate 9a that covers the base plate 9a and a pair of side plates 9b and 9c that rise from the edge of the bottom plate 9a and cover the pair of long side walls 7d and 7e of the case 7 and the side portions of the chamber forming wall 8 are formed. .
  • the space between the plurality of side wall fins 12 and the plurality of bottom fins 13 are formed on the outer periphery of the bottom 7a of the case 7 and the one long side wall 7e covered with the housing cover 9 as described above.
  • the space between is a plurality of flow paths 27 and 28 extending in the longitudinal direction of the case 7.
  • the lid 10 is fixed to the case 7 and the chamber forming wall 8 so as to close the upper openings of the case 7 and the chamber forming wall 8.
  • an inner space surrounded by one short side wall 7b of the case 7, the chamber forming wall 8, the housing cover 9, and the lid 10 is defined as a chamber 11 that is a wind tunnel. ing.
  • An opening 8c is formed in the facing wall 8b of the chamber forming wall 8 as a blowing inlet.
  • the blower fan 3 is mounted at the position of the opening 8c so that the blower port of the blower fan 3 faces the cooling air, and the cooling air generated by the blower fan 3 is fed into the chamber 11. .
  • a power conversion control unit and an internal fan 14 are housed inside the case 7.
  • the power conversion control unit includes a base substrate 15, an input side noise filter unit 16, a first reactor 17, a second reactor 18, an electric field capacitor group 19, a transformer 20, an output side noise filter unit 21, and a plurality of power conversion control units.
  • the semiconductor devices for example, MOS-FETs
  • D1 to D12 and the first to third circuit boards 23 to 25 are included.
  • the base substrate 15 is a member having a rectangular shape smaller than the planar shape of the bottom 7a of the case 7 and having a notch 15a formed on one long side.
  • the base substrate 15 is provided with a predetermined wiring pattern (not shown) for connecting to the input connector 4, the control connector 5 and the output connector 6 described above.
  • the base substrate 15 is fixed by bolting on a support base (not shown) formed on the upper surface of the bottom 7a of the case 7 with the notch 15a facing the one long side wall 7e of the case 7. .
  • the input side noise filter unit 16 the first reactor 17, the second reactor 18, the electric field capacitor group 19, the output side noise filter unit 21, the semiconductor devices D 1 to D 12, and the first to third circuit substrates 23. 25 are mounted, and the internal fan 14 is also disposed on the base substrate 15.
  • the transformer 20 is disposed inside the notch 15 a of the base substrate 15, and the transformer 20 is directly fixed to the bottom 7 a of the case 7 by an attachment member 30.
  • the transformer 20 includes an upper core 20a, a lower core 20b, a substantially cylindrical bobbin 20c, a primary coil 20d, and a secondary coil 20e.
  • the convex portion 20f provided on the upper core 20a and the convex portion 20g provided on the lower core 20b are fitted from above and below into a fitting hole 20h formed along the axis of the bobbin 20c.
  • the primary coil 20d is wound around the upper coil housing recess 20i provided at the top of the bobbin 20c
  • the secondary coil 20e is wound around the lower coil housing recess 20j provided at the bottom of the bobbin 20c. It is formed.
  • the mounting member 30 includes a rectangular top plate 30a that abuts on the upper surface of the upper core 20a of the transformer 20, and two opposite edges of the top plate 30a.
  • a pair of leg portions 30b extending downward in parallel with each other and a fixing portion 30c extending in a direction perpendicular to the lower ends of the pair of leg portions 30b.
  • a gap S1 is formed between the inner surface of the upper core 20a and the primary coil 20d wound around the upper coil housing recess 20i.
  • S1 is a passage space in the transformer through which cold air flows from one opening 30d1 to the other opening 30d2 (hereinafter referred to as a passage space S1 in the transformer). Further, a gap S2 is also formed between the inner surface of the lower core 20b and the secondary coil 20e wound around the lower coil housing recess 20j, and this gap S2 is also formed from one opening 30d1 to the other opening. It is set as the channel space in the transformer through which cold air flows up to 30d2 (hereinafter referred to as channel space S2 in the transformer).
  • the semiconductor devices D1 to D6 are mounted at a predetermined interval in the alignment direction along one short side of the base substrate 15.
  • the positions of the semiconductor devices D1 to D6 are mounted so as to be in direct contact with one short side wall 7b of the case 7 that defines the chamber 11.
  • the other semiconductor devices D7 to D12 are mounted at a predetermined interval in the alignment direction along one long side of the base substrate 15.
  • the positions of these semiconductor devices D7 to D12 are mounted so as to directly contact one long side wall 7e of the case 7 forming the side wall fins 12.
  • the third circuit board 25 extends and extends in the longitudinal direction at the center position in the short direction of the base substrate 15 and is mounted.
  • the second circuit board 24 is mounted on the base board 15 so as to extend in the longitudinal direction at a position close to the other short side wall 7c of the case 7 while standing parallel to the third circuit board 25.
  • the input side noise filter unit 16, the first reactor 17, the second reactor 18, and the electric field capacitor group 19 are located between the third circuit board 25 and the other long side wall 7d of the case 7 so as to be positioned between the base board. 15 is implemented.
  • the output-side noise filter unit 21 is mounted on the base substrate 15 so as to be positioned between the second circuit board 24 and one long side wall 7e of the case 7.
  • the first circuit board 23 extends in the longitudinal direction of the base substrate 15 and is mounted so as to be parallel to the one long side wall 7e at a position close to the one short side wall 7b.
  • the internal fan 14 is disposed on the base substrate 15 at a position close to one long side wall 7e between the output side noise filter unit 21 and the transformer 20, and the blowing side 14a faces the output side noise filter unit 21.
  • the suction side 14 b is disposed so as to face the transformer 20.
  • the transformer 20 is directly fixed to the bottom portion 7a by connecting the fixing portion 30c of the mounting member 30 to the bottom portion 7a of the case 7 via a fixing screw (not shown).
  • the control components such as the transformer 20 and the power conversion control unit in the case 7 generate heat, and in particular, the heat generation amount of the primary coil 20d and the secondary coil e of the transformer 20 is large.
  • the third circuit board 25 and the second circuit board 24 that stand up and are mounted at the central position in the short direction of the base board 15 function as wind direction plates, as indicated by broken line arrows in FIG.
  • a flow of cold air that circulates in the order of the output side noise filter unit 21, the input side noise filter unit 16, the first reactor, the second reactor, the electric field capacitor group 19, and the transformer 20 is generated.
  • the suction side 14b of the internal fan 14 sucks ambient air as a rectified flow having a substantially constant flow velocity. For this reason, the flow of the rectified cold air passes through the flow space S1, S2 in the transformer 20 of the transformer 20 facing the suction side 14b of the internal fan 14 with an increased air volume. As described above, the flow of the rectified cold air generated on the suction side 14b of the internal fan 14 flows in the flow passage spaces S1 and S2 of the transformer 20 with increasing air volume. The heat generated in the next coil e is dissipated.
  • the cold air blown from the blowout side 14a of the internal fan 14 does not come into contact with the control components having a large heat generation amount, such as the semiconductor devices D7 to D12 and the transformer 20, but comes into contact with the output side noise filter unit 21 with a small heat generation amount. Therefore, the heat generated by other control components (the output side noise filter unit 21, the input side noise filter unit 16, the first reactor, the second reactor, and the electric field capacitor group 19) is also cooled.
  • the blower fan 3 is driven, cold air taken from outside is sent into the chamber 11. Since the cold air sent into the chamber 11 enters the plurality of flow paths 28 formed on the bottom 7a side of the case 7 communicating with the chamber 11 and is discharged to the outside, the bottom 7a serves as a cooling body. Further, since the cold air enters the plurality of flow paths 27 formed on the side of one long side wall 7e communicating with the chamber 11 and is discharged to the outside, the one long side wall 7e also serves as a cooling body.
  • the cold air flow path space is a flow of cold air circulating in the order of the output side noise filter unit 21, the input side noise filter unit 16, the first reactor, the second reactor, the electric field capacitor group 19, and the transformer 20. It corresponds.
  • the flow of the rectified cold air generated on the suction side 14b of the internal fan 14 is increased in the amount of air flowing in the transformer flow path spaces S1, S2 of the transformer 20, so that the primary coil of the transformer 20
  • the heat generated in 20d and the secondary coil e is dissipated by the cold air flowing through the in-transformer channel spaces S1 and S2, and the cooling efficiency of the transformer 20 can be sufficiently increased.
  • the transformer 20 is fixed so as to be in direct contact with the bottom 7a of the case 7 serving as a cooling body, the heat generated in the transformer 20 is directly transferred from the mounting member 30 to the bottom 7a.
  • the cooling efficiency of the transformer 20 can be increased.
  • the internal fan 14 blows cold air toward the control component (output-side noise filter unit 21) that generates a small amount of heat, other control components (output-side noise filter unit 21, input-side noise filter unit 16).
  • the first reactor, the second reactor, and the electric field capacitor group 19) can be efficiently cooled.
  • the mounting member 30 of the present embodiment has a simple structure without mounting a fan on the mounting member 30 that fixes the transformer 20, the manufacturing cost can be reduced, and the arrangement inside the case 7 can be reduced. Sufficient space can be secured.
  • the magnetic component is not limited to the transformer 20, but may be a reactor or the like as long as it generates heat.
  • the mounting member 30 including the pair of leg portions 30b is shown as an example, but the paired leg portions are further divided, for example, composed of two leg portions, and a total of four pairs.
  • the shape may be a leg.
  • the magnetic part cooling structure and the power conversion device including the magnetic part cooling structure according to the present invention are small and inexpensive with no problem in terms of arrangement space with other parts while improving the cooling efficiency of the magnetic parts. Useful for making things.
  • SYMBOLS 1 Power converter device, 2 ... Housing

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Abstract

　筐体（２）内に配置した内部ファン（１４）により筐体内を冷風が流れる冷風流路空間を設ける。この冷風流路空間の内部ファンの吸い込み側（１４ｂ）に対向する位置に、筐体の底部に載置した磁気部品（２０）を取付け部材（３０）で固定する。そして、内部ファンの吸い込み側で発生した冷風の流れが磁気部品内を通過するようにした。

Description

磁気部品の冷却構造及びこれを備えた電力変換装置
　本発明は、筐体に内蔵されている磁気部品を冷却する構造及びこれを備えた電力変換装置に関する。
　ＡＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換装置は、トランスなどの磁気部品を筐体に内蔵し、且つ、その磁気部品を筐体の底部に固定しているのが一般的である。磁気部品を筐体に内蔵する際には、磁気部品が発熱体であることから磁気部品を効率良く冷却することが要求される。
　トランスを冷却する従来の装置として、例えば、特許文献１のものが知られている。
　この特許文献１のトランスの冷却装置は、鉄心とその鉄心にコイルが巻回されたトランスがダクトに収容されており、ダクトに、トランスのコイルの外周に向けて冷風を吹き付ける送風ファンと、トランスの裏面に向けて冷風を吹き付ける送風ファンを設け、これら送風ファンで発生した冷風によりでトランスを冷却するようにしている。
特開２００８－１８７０１４号公報
　ところで、特許文献１の装置は、送風ファンで発生した冷風がトランスに向かって広がりながら流れていき、コイルの外周、コイルの裏面に接触する冷風の風量が減少するおそれがあり、冷却効率の面で問題がある。
　また、特許文献１の装置は、トランスを冷却する専用の送風ファンを必要とするので、製造コストが増大するおそれがある。
　また、トランスを収容したダクトに複数の送風ファンを取付けた構造は大型となるので、筐体内部に配置する際に他の部品との配置スペースの面で問題がある。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、磁気部品の冷却効率を向上させながら、他の部品との配置スペースの面で問題がない小型で安価な磁気部品の冷却構造及びこれを備えた電力変換装置を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁気部品の冷却構造は、筐体に内蔵されている磁気部品を冷却する構造であって、筐体内に配置した内部ファンにより筐体内を冷風が流れる冷風流路空間を設け、この冷風流路空間の内部ファンの吸い込み側に対向する位置に、筐体の底部に載置した磁気部品を取付け部材で固定し、内部ファンの吸い込み側で発生した冷風の流れが磁気部品内を通過するようにした。
　この一態様に係る磁気部品の冷却構造によると、内部ファンの吸い込み側で発生する整流された冷風の流れが磁気部品内のコイルに接触するので、コイルで発生した熱は放熱されていき、磁気部品の冷却効率が高められる。
　また、本発明の一態様に係る磁気部品の冷却構造は、取付け部材が、磁気部品の上面に当接する天板と、この天板から下方に延びて筐体の底部に固定される一対の脚部とを備えた金属板材である。
　この一態様に係る磁気部品の冷却構造によると、取付け部材は金属板材からなる簡便な構造としているので、製造コストの低減化を図ることができる。
　また、本発明の一態様に係る磁気部品の冷却構造は、前記磁気部品が載置される筐体の底部は冷却体である。
　この一態様に係る磁気部品の冷却構造によると、磁気部品で発生した熱は取付け部材から冷却体である筐体の底部に直接伝熱されていくので、さらに磁気部品の冷却効率が高まる。
　また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、上述した磁気部品の冷却構造を備え、交流電力を直流電力に電力変換する装置である。
　この一態様に係る電力変換装置によると、磁気部品の冷却効率を向上させながら、小型で安価な電力変換装置を提供することができる。
　本発明に係る磁気部品の冷却構造及びこれを備えた電力変換装置によると、冷風流路空間の内部ファンの吸い込み側に対向する位置に磁気部品を配置し、内部ファンの吸い込み側で発生した冷風の流れが磁気部品内を通過するようにし、内部ファンで発生した整流された冷風が磁気部品内のコイルに風量を増大して接触するので、コイルで発生した熱は放熱され、磁気部品の冷却効率を高めることができる。
本発明の一態様に係る磁気部品の冷却構造を備えた電力変換装置を示す斜視図である。 電力変換装置の蓋体を取り外して内部を示した平面図である。 筐体を構成するケースをチャンバー形成壁側から示した図である。 図３の要部拡大図である。 電力変換装置の筐体に内蔵されているトランスの構成を示す図であり、（ａ）はトランスの構成部材を示す斜視図、（ｂ）は組み立てたトランスの断面図である。 電力変換装置のトランスが取付け部材を介して筐体に固定されている状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＣ－Ｃ線断面図である。 内部ファンの駆動で発生するケース内の冷風流れのイメージを示す図である。
　以下、本発明の一態様に係る磁気部品の冷却構造を備えた電力変換装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
　図１は、ＡＣ／ＤＣコンバータとして使用される第１実施形態の電力変換装置１を示すものであり、図２は、蓋体１０を取り外して電力変換装置１の内部を示すものである。
　図１に示すように、電力変換装置１を構成する直方体形状の筐体２には、その長尺方向の一方の側面に、送風ファン３が外付けされている。また、筐体２の長尺方向の他方の側面には、入力コネクタ４、制御コネクタ５、および出力コネクタ６が並列して設けられている。筐体２内には、後述する電力変換制御ユニットが内蔵されており、制御コネクタ５に制御信号を入力すると、入力コネクタ４に入力された商用電力が、電力変換制御ユニットにより交流から直流に変換されて出力コネクタ６から直流電力として出力されるようになっている。
　図１及び図２に示すように、筐体２は、ケース７、チャンバー形成壁８、筐体カバー９および蓋体１０を備えて構成されている。
　ケース７は、有底箱形状であって平面視が長方形をなしており、長方形状の底部７ａと、この底部７ａの４辺から立ち上がる一対の短辺側壁７ｂ，７ｃ、及び一対の長辺側壁７ｄ，７ｅとを備えている。ケース７は、例えば熱伝導率の高いアルミニウムや、アルミニウム合金をダイカスト成形することで形成されている。
　チャンバー形成壁８は、ケース７の長尺方向の一方に配置され、ケース７の一方の短辺側壁７ｂに当接する当接壁８ａと、ケース７の一方の短辺側壁７ｂに対向している対向壁８ｂとで構成されている。
　筐体カバー９は、ケース７及びチャンバー形成壁８の一部を覆うように設けられている。蓋体１０は、ケース７及びチャンバー形成壁８の上部開口部を閉塞して筐体２の内部を密閉するように設けられている。
　図３に示すように、ケース７の一方の長辺側壁７ｅには、その外側の下端から上部までの領域に、長尺方向に延在する複数の側壁フィン１２が形成されている。これら複数の側壁フィン１２は、長辺側壁７ｅの上下方向に所定間隔をあけて平行に形成されている。図４に示すように、各側壁フィン１２のフィン高さはＨ１に設定され、側壁フィン１２のピッチはＰ１に設定されている。なお、図２で示したように、ケース７の他方の長辺側壁７ｄの外側には、側壁フィンは形成されていない。
　また、図３に示すように、ケース７の底部７ａにも、その下面の左端部から右側までの領域に、長尺方向に延在する複数の底部フィン１３が形成されている。これら複数の底部フィン１３は、底部７ａの短尺方向に所定間隔をあけて平行に形成されている。図４に示すように、各底部フィン１３のフィン高さは、側壁フィン１２のフィン高さＨ１よりも大きな値Ｈ２（Ｈ２＞Ｈ１）に設定されている。さらに、底部フィン１３のピッチは、側壁フィン１２のピッチＰ１よりも大きな値Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）に設定されている。
　筐体カバー９は、上記側壁フィン１２および底部フィン１３を外側から覆うカバー部材となっており、図２及び図３に示すように、ケース７の底部７ａ及びチャンバー形成壁８の下部開口部を覆う長方形板状の底板９ａと、底板９ａの縁部から立ち上がってケース７の一対の長辺側壁７ｄ，７ｅ及びチャンバー形成壁８の側部を覆う一対の側板９ｂ，９ｃとで構成されている。
　このように、筐体カバー９で覆われたケース７の底部７ａ及び一方の長辺側壁７ｅの外周に、図３に示すように、複数の側壁フィン１２の間の空間及び複数の底部フィン１３の間の空間が、ケース７の長手方向に延在する複数の流路２７，２８となっている。そして、上記蓋体１０が、ケース７及びチャンバー形成壁８の上部開口部を閉塞するようにケース７及びチャンバー形成壁８に固定されている。これにより、ケース７の一方の短辺側壁７ｂと、チャンバー形成壁８と、筐体カバー９と、蓋体１０とで囲まれた内方側の空間が、風洞であるチャンバー１１として画成されている。
　このチャンバー１１に、筐体カバー９とケース７の底部７ａ及び一方の長辺側壁７ｅの外周の間に形成した複数の流路２７，２８の長手方向の一端が連通し、これら流路２７，２８の他端は大気に連通している。チャンバー形成壁８の対向壁８ｂには送風導入口として開口部８ｃが形成されている。そして、この開口部８ｃの位置に、送風ファン３の送風口が対向するように送風ファン３が装着されており、この送風ファン３で発生した冷却空気がチャンバー１１に送り込まれるようになっている。
　ケース７の内部には、電力変換制御ユニット及び内部ファン１４が収納されている。
　電力変換制御ユニットは、図２に示すように、ベース基板１５、入力側ノイズフィルタ部１６、第１リアクトル１７、第２リアクトル１８、電界コンデンサ群１９、トランス２０、出力側ノイズフィルタ部２１、複数の半導体デバイス（例えばＭＯＳ－ＦＥＴ）Ｄ１～Ｄ１２、第１～第３回路基板２３～２５などの制御部品を有して構成されている。
　ベース基板１５は、ケース７の底部７ａの平面形状より小さな長方形状をなし、一方の長辺側に切欠き１５ａを形成した部材である。ベース基板１５には、前述した入力コネクタ４、制御コネクタ５及び出力コネクタ６と接続する所定の配線パターン（不図示）が施されている。このベース基板１５は、切欠き部１５ａをケース７の一方の長辺側壁７ｅ側に向けながら、ケース７の底部７ａの上面に形成した支持台（不図示）上にボルト締めで固定されている。
　そして、ベース基板１５に、入力側ノイズフィルタ部１６、第１リアクトル１７、第２リアクトル１８、電界コンデンサ群１９、出力側ノイズフィルタ部２１、半導体デバイスＤ１～Ｄ１２及び第１～第３回路基板２３～２５が実装され、内部ファン１４も、ベース基板１５上に配置されている。
　また、図２に示すように、ベース基板１５の切欠き部１５ａの内側にトランス２０が配置されており、このトランス２０は、取付け部材３０によりケース７の底部７ａに直接固定されている。
　トランス２０は、図５（ａ）に示すように、上部コア２０ａと、下部コア２０ｂと、略円筒形状のボビン２０ｃと、一次コイル２０ｄと、二次コイル２０ｅとを備えている。そして、図５（ｂ）に示すように、上部コア２０ａに設けた凸部２０ｆ及び下部コア２０ｂに設けた凸部２０ｇが、ボビン２０ｃの軸に沿って形成した嵌合穴２０ｈに上下から嵌合し、ボビン２０ｃの上部に設けた上部コイル収納凹部２０ｉに一次コイル２０ｄを巻装し、ボビン２０ｃの下部に設けた下部コイル収納凹部２０ｊに二次コイル２０ｅを巻装することでトランス２０が形成される。
　取付け部材３０は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、トランス２０の上部コア２０ａの上面に当接する四角形状の天板３０ａと、天板３０ａの互いに対向する２辺の縁部から互いに平行に下方に延在する一対の脚部３０ｂと、これら一対の脚部３０ｂの下端から直交する方向に延在している固定部３０ｃとを備えた金属板材である。
　ここで、図６（ａ）、（ｃ）に示すように、上部コア２０ａの内面と上部コイル収納凹部２０ｉに巻装された一次コイル２０ｄとの間に隙間Ｓ１が形成されており、この隙間Ｓ１が、一方の開口部３０ｄ１から他方の開口部３０ｄ２まで冷風が流れるトランス内流路空間とされている（以下、トランス内流路空間Ｓ１と称する）。また、下部コア２０ｂの内面と下部コイル収納凹部２０ｊに巻装された二次コイル２０ｅとの間にも隙間Ｓ２が形成されており、この隙間Ｓ２も、一方の開口部３０ｄ１から他方の開口部３０ｄ２まで冷風が流れるトランス内流路空間とされている（以下、トランス内流路空間Ｓ２と称する）。
　具体的な制御部品及び内部ファン１４の配置について図５を参照して説明する。
　半導体デバイスＤ１～Ｄ６は、ベース基板１５の一方の短辺に沿って並び方向に所定間隔をあけて実装されている。これら半導体デバイスＤ１～Ｄ６の位置は、チャンバー１１を画成しているケース７の一方の短辺側壁７ｂに直に接触するように実装されている。他の半導体デバイスＤ７～Ｄ１２は、ベース基板１５の一方の長辺に沿って並び方向に所定間隔をあけて実装されている。これら半導体デバイスＤ７～Ｄ１２の位置は、側壁フィン１２を形成しているケース７の一方の長辺側壁７ｅに直に接触するように実装されている。
　また、第３回路基板２５は、ベース基板１５の短尺方向の中央位置において長尺方向に延在して立ち上がって実装されている。第２回路基板２４は、第３回路基板２５に平行に立ち上がりながらケース７の他方の短辺側壁７ｃに寄った位置で長尺方向に延在するようベース基板１５に実装されている。また、入力側ノイズフィルタ部１６、第１リアクトル１７、第２リアクトル１８、電界コンデンサ群１９は、第３回路基板２５とケース７の他方の長辺側壁７ｄとの間に位置するようにベース基板１５に実装されている。また、出力側ノイズフィルタ部２１は、第２回路基板２４とケース７の一方の長辺側壁７ｅの間に位置するようにベース基板１５に実装されている。
　第１回路基板２３は、一方の短辺側壁７ｂに寄った位置で、一方の長辺側壁７ｅと平行となるようにベース基板１５の長手方向に延在して立ち上がって実装されている。
　内部ファン１４は、出力側ノイズフィルタ部２１とトランス２０との間の一方の長辺側壁７ｅに寄った位置でベース基板１５上に配置され、吹き出し側１４ａが出力側ノイズフィルタ部２１に対面し、吸い込み側１４ｂがトランス２０に対面するように配置されている。
　そして、トランス２０は、取付け部材３０の固定部３０ｃをケース７の底部７ａに固定ネジ（不図示）を介して連結することで、底部７ａに直接固定されている。
　次に、この電力変換装置１の動作、冷却作用について説明する。
　本実施形態の電力変換装置１は、制御コネクタ５に制御信号を入力すると、入力コネクタ４に入力された商用電力が、ケース７内部に収納した電力変換制御ユニットにより交流から直流に変換され、出力コネクタ６から直流電力として出力される。この際、ケース７内のトランス２０や電力変換制御ユニット等の制御部品が発熱し、特に、トランス２０の一次コイル２０ｄ及び二次コイルｅの発熱量が大きい。
　内部ファン１４が駆動すると、ベース基板１５の短尺方向の中央位置に立ち上がって実装されている第３回路基板２５及び第２回路基板２４が風向板として機能し、図７の破線の矢印で示すように、出力側ノイズフィルタ部２１、入力側ノイズフィルタ部１６、第１リアクトル、第２リアクトル、電界コンデンサ群１９、トランス２０の順で循環する冷風の流れが発生する。
　ここで、内部ファン１４の吸い込み側１４ｂは、流速が略一定の整流された流れとして周囲の空気を吸引する。このため、内部ファン１４の吸い込み側１４ｂに対向しているトランス２０のトランス内流路空間Ｓ１，Ｓ２には、整流された冷風の流れが風量を増大して通過する。
　このように、内部ファン１４の吸い込み側１４ｂで発生した整流された冷風の流れがトランス２０のトランス内流路空間Ｓ１，Ｓ２に風量を増大して流れることから、トランス２０の一次コイル２０ｄ及び二次コイルｅで発生した熱は放熱されていく。
　また、内部ファン１４の吹き出し側１４ａから吹き出した冷風は、半導体デバイスＤ７～Ｄ１２やトランス２０など発熱量が大きい制御部品には接触せず、発熱量が小さい出力側ノイズフィルタ部２１に接触するようにしているので、他の制御部品（出力側ノイズフィルタ部２１、入力側ノイズフィルタ部１６、第１リアクトル、第２リアクトル、電界コンデンサ群１９）で発生した発熱も冷却する。
　そして、送風ファン３が駆動すると、外部から取り込んだ冷風がチャンバー１１に送り込まれる。チャンバー１１に送り込まれた冷風は、チャンバー１１に連通しているケース７の底部７ａ側に形成した複数の流路２８に入り込んで外部に排出されていくので、底部７ａは冷却体となる。また、チャンバー１１に連通している一方の長辺側壁７ｅ側に形成した複数の流路２７にも冷風が入り込んで外部に排出されていくので、一方の長辺側壁７ｅも冷却体となる。
　そして、トランス２０は、冷却体となるケース７の底部７ａに直に接触するように固定されているので、トランス２０で発生した熱は、取付け部材３０から底部７ａに直接伝熱され、放熱されていく。
　なお、本発明に係る冷風流路空間が、出力側ノイズフィルタ部２１、入力側ノイズフィルタ部１６、第１リアクトル、第２リアクトル、電界コンデンサ群１９、トランス２０の順で循環する冷風の流れに対応している。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態は、内部ファン１４の吸い込み側１４ｂで発生する整流された冷風の流れがトランス２０のトランス内流路空間Ｓ１，Ｓ２に風量を増大して流れるようにしたので、トランス２０の一次コイル２０ｄ及び二次コイルｅで発生した熱は、トランス内流路空間Ｓ１，Ｓ２を流れる冷風により放熱されていき、トランス２０の冷却効率を十分に高めることができる。
　また、トランス２０は、冷却体となるケース７の底部７ａに直に接触するように固定されているので、トランス２０で発生した熱は取付け部材３０から底部７ａに直接伝熱されていき、さらにトランス２０の冷却効率を高めることができる。
　また、内部ファン１４は、発熱量が小さい制御部品（出力側ノイズフィルタ部２１）側に冷風を吹き出すようにしているので、他の制御部品（出力側ノイズフィルタ部２１、入力側ノイズフィルタ部１６、第１リアクトル、第２リアクトル、電界コンデンサ群１９）の冷却も効率良く行うことができる。
　また、本実施形態の取付け部材３０は、トランス２０を固定する取付け部材３０にファンを装着せず、簡便な構造としているので、製造コストの低減化を図ることができるとともに、ケース７内部の配置スペースを十分に確保することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。例えば、磁気部品としては、トランス２０に限らず、発熱する電子部品であればリアクトルなどであってもよい。
　また、本実施形態では一対の脚部３０ｂを備えた取付け部材３０を例として示したが、対をなす脚部をさらに分割する、例えば２本の脚部からなるものとし、一対で計４本脚とする形状であってもよい。
　以上のように、本発明に係る磁気部品の冷却構造及びこれを備えた電力変換装置は、磁気部品の冷却効率を向上させながら、他の部品との配置スペースの面で問題がない小型で安価なものにするのに有用である。
　１…電力変換装置、２…筐体、３…送風ファン、４…入力コネクタ、５…制御コネクタ、６…出力コネクタ、７…ケース、７ａ…底部、７ｂ…短辺側壁、７ｃ…短辺側壁、７ｄ…長辺側壁、７ｅ…長辺側壁、８…チャンバー形成壁、８ａ…当接壁、８ｂ…対向壁、８ｃ…開口部、９…筐体カバー、９ａ…底板、９ｂ，９ｃ…側板、１０…蓋体、１１…チャンバー、１２…側壁フィン、１３…底部フィン、１４…内部ファン、１４ａ…吹き出し側、１４ｂ…吸い込み側、１５…ベース基板、１５ａ…切欠き部、１６…入力側ノイズフィルタ部、１７…第１リアクトル、１８…第２リアクトル、１９…電界コンデンサ群、２０…トランス、２０ａ…上部コア、２０ｂ…下部コア、２０ｃ…ボビン、２０ｄ…一次コイル、２０ｅ…二次コイル、２０ｆ…凸部、２０ｇ…凸部、２０ｈ…嵌合穴、２０ｉ…上部コイル収納凹部、２０ｊ…下部コイル収納凹部、２１…出力側ノイズフィルタ部、２３…第１回路基板、２４…第２回路基板、２５…第３回路基板、２６…支持台、２７，２８…流路、３０，３１…取付け部材、３０ａ，３１ａ…天板、３０ｂ、３１ｂ…脚部、３０ｃ、３１ｄ…固定部、３０ｄ１…一方の開口部、３０ｄ２…他方の開口部、トランス内流路空間…Ｓ１，Ｓ２、Ｄ１～Ｄ１２…半導体デバイス

Claims (4)

  1. 　筐体に内蔵されている磁気部品を冷却する構造であって、
    　前記筐体内に配置した内部ファンにより前記筐体内を冷風が流れる冷風流路空間を設け、
    　この冷風流路空間の前記内部ファンの吸い込み側に対向する位置に、前記筐体の底部に載置した前記磁気部品を取付け部材で固定し、前記内部ファンの前記吸い込み側で発生した冷風の流れが前記磁気部品内を通過するようにしたことを特徴とする磁気部品の冷却構造。
  2. 　前記取付け部材は、前記磁気部品の上面に当接する天板と、この天板から下方に延びて前記筐体の前記底部に固定される一対の脚部とを備えた金属板材であることを特徴とする請求項１記載の磁気部品の冷却構造。
  3. 　前記磁気部品が載置される筐体の底部は冷却体であることを特徴とする請求項１記載の磁気部品の冷却構造。
  4. 　請求項１乃至３の何れか１項記載の磁気部品の冷却構造を備え、交流電力を直流電力に電力変換することを特徴とする電力変換装置。
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