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技術 半導体電力変換装置の筐体構造

出願人 富士電機株式会社
発明者 宇埜暢祐城市洋大淵優
出願日 2014年12月18日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2014-255745
公開日 2016年6月23日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2016-115894
状態 特許登録済
技術分野 インバータ装置 半導体または固体装置の冷却等 電気装置の冷却等 配電盤 計算機・ガイダンスオペレータ
主要キーワード 強制風冷 電力変換機器 圧力損失値 半導体ユニット 電気品 換気孔 溶接加工 半導体電力変換装置
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この項目の情報は公開日時点(2016年6月23日)のものです。
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図面 (4)

課題

複数台半導体ユニットグループに分け、それぞれのグループごとに風洞を設けることで、風洞下部の圧力損失を大きくすることなく、下部の半導体ユニットにも十分な冷却風を通過させることが可能な半導体電力変換装置筐体構造を提供する。

解決手段

複数台の半導体ユニット111、複数台の半導体ユニットのグループごとに設けられた風洞140,141、および、筐体天井板に設けられた換気孔150から構成されている。半導体ユニット111を通過する冷却風130は、冷却ファン121により半導体ユニット111の正面より取り込まれ、半導体ユニット111を通過する際、内部の半導体を冷却した冷却風は前記グループごとに設けられた風洞140または風洞141を通り、筐体の天井板に設けられた換気孔150より装置外排気される。

概要

背景

半導体電力変換装置は、その筐体構造の内部に収納される半導体ユニット主体であり、当該半導体ユニットは電力変換を行うものであるが電力変換の際に内部の半導体発熱するため、冷却を行う必要がある。従来、半導体ユニットを冷却するには、冷却ファンを用いた強制風冷方式により冷却するのが一般的であった。

図3(a)は、下記特許文献1にも開示されているような、従来から用いられている複数台の半導体ユニットを多段積み重ねて搭載した半導体電力変換装置の筐体構造を示す正面図、図3(b)は図3(a)の側面図、および、図3(c)は図3(a)の複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す断面図で上面から見た図である。

図3に示されるように半導体電力変換装置1は、筐体内の上下に設けたトレー(不図示)にそれぞれ搭載された複数台の半導体ユニット11と、風洞40と、筐体の天井板(不図示)に設けられた換気孔50とから構成されている。半導体ユニット11には、それぞれ冷却ファン21が各ユニットの後部に配置されており、各半導体ユニット11を冷却風により冷却している。

図3(b)に示すように、各半導体ユニット11の冷却ファン21により正面より冷却風が取り込まれ、半導体ユニット11を通過する際、内部の半導体を冷却する。半導体を冷却した冷却風30は、風洞40を通り、筐体の天井板に設けられた換気孔50から外に排気される。

しかし上記した従来の、複数台の半導体ユニット11を搭載した半導体電力変換装置1では、それぞれの半導体ユニット11が冷却ファン21を駆動しており、下部の半導体ユニット11になるにつれ、上部の半導体ユニット11より排出される冷却風30により圧力損失が大きくなり、冷却風量風速が低下する。そのため、下部に置かれた半導体ユニット11を十分に冷却できずにいたため、半導体ユニット11を構成する電気品寿命低下や半導体の破損にいたる可能性があった。

概要

複数台の半導体ユニットをグループに分け、それぞれのグループごとに風洞を設けることで、風洞下部の圧力損失を大きくすることなく、下部の半導体ユニットにも十分な冷却風を通過させることが可能な半導体電力変換装置の筐体構造を提供する。複数台の半導体ユニット111、複数台の半導体ユニットのグループごとに設けられた風洞140,141、および、筐体の天井板に設けられた換気孔150から構成されている。半導体ユニット111を通過する冷却風130は、冷却ファン121により半導体ユニット111の正面より取り込まれ、半導体ユニット111を通過する際、内部の半導体を冷却した冷却風は前記グループごとに設けられた風洞140または風洞141を通り、筐体の天井板に設けられた換気孔150より装置外へ排気される。

目的

本発明の目的は、複数台の半導体ユニットをグループに分け、それぞれのグループごとに風洞を設けることで、風洞下部の圧力損失を大きくすることなく、下部の半導体ユニットにも十分な冷却風を通過させることが可能な半導体電力変換装置の筐体構造を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数台半導体ユニット多段積み重ねて搭載した半導体電力変換装置筐体構造において、複数の半導体ユニットに必要な冷却風を通過させるために、複数台の半導体ユニットのグループごとに風洞を設け、半導体ユニットを通過した冷却風が前記グループごとの風洞を介して前記筐体外に排気されることを特徴とする半導体電力変換機器の筐体構造。

請求項2

前記グループごとに設けられた風洞は、前記冷却風が前記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて奇数番目を通過するようにされた第1の風洞と、前記冷却風が前記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて偶数番目を通過するようにされた第2の風洞と、で構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体電力変換機器の筐体構造。

請求項3

前記第1及び第2の風洞は、前記筐体内に設けたトレー板金曲げ加工しさらに溶接することによって構成したことを特徴とすることを特徴とする請求項2記載の半導体電力変換機器の筐体構造。

請求項4

前記半導体ユニットのグループは上段から順に所定数の半導体ユニットで構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体電力変換機器の筐体構造。

請求項5

前記半導体ユニットのグループを構成する半導体ユニットの数は、下段よりも上段の方が多くなるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体電力変換機器の筐体構造。

請求項6

前記半導体ユニットのグループを構成する半導体ユニットの数は、上段よりも下段の方が多くなるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体電力変換機器の筐体構造。

請求項7

前記グループごとに設けられた風洞は、前記冷却風が前記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて第1及び第2の半導体ユニットを通過するようにされた第1の風洞と、前記冷却風が前記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて最上段から数えて第3及び第4の半導体ユニットを通過するようにされた第2の風洞と、前記冷却風が前記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて第5及び第6の半導体ユニットを通過するようにされた第3の風洞と、より構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体電力変換機器の筐体構造。

請求項8

前記第1ないし第3の風洞は、前記筐体内に設けたトレーに板金を曲げ加工しさらに溶接することによって構成したことを特徴とする請求項7記載の半導体電力変換機器の筐体構造。

技術分野

0001

本発明は、複数台半導体ユニットを含む半導体電力変換装置筐体構造に関する。

背景技術

0002

半導体電力変換装置は、その筐体構造の内部に収納される半導体ユニットが主体であり、当該半導体ユニットは電力変換を行うものであるが電力変換の際に内部の半導体発熱するため、冷却を行う必要がある。従来、半導体ユニットを冷却するには、冷却ファンを用いた強制風冷方式により冷却するのが一般的であった。

0003

図3(a)は、下記特許文献1にも開示されているような、従来から用いられている複数台の半導体ユニットを多段積み重ねて搭載した半導体電力変換装置の筐体構造を示す正面図、図3(b)は図3(a)の側面図、および、図3(c)は図3(a)の複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す断面図で上面から見た図である。

0004

図3に示されるように半導体電力変換装置1は、筐体内の上下に設けたトレー(不図示)にそれぞれ搭載された複数台の半導体ユニット11と、風洞40と、筐体の天井板(不図示)に設けられた換気孔50とから構成されている。半導体ユニット11には、それぞれ冷却ファン21が各ユニットの後部に配置されており、各半導体ユニット11を冷却風により冷却している。

0005

図3(b)に示すように、各半導体ユニット11の冷却ファン21により正面より冷却風が取り込まれ、半導体ユニット11を通過する際、内部の半導体を冷却する。半導体を冷却した冷却風30は、風洞40を通り、筐体の天井板に設けられた換気孔50から外に排気される。

0006

しかし上記した従来の、複数台の半導体ユニット11を搭載した半導体電力変換装置1では、それぞれの半導体ユニット11が冷却ファン21を駆動しており、下部の半導体ユニット11になるにつれ、上部の半導体ユニット11より排出される冷却風30により圧力損失が大きくなり、冷却風量風速が低下する。そのため、下部に置かれた半導体ユニット11を十分に冷却できずにいたため、半導体ユニット11を構成する電気品寿命低下や半導体の破損にいたる可能性があった。

先行技術

0007

特開2006−311679号公報

発明が解決しようとする課題

0008

図3に示したような従来の半導体電力変換装置の筐体構造では、それぞれの半導体ユニット11に必要な冷却風が、他の半導体ユニット11が排気する冷却風によって圧力損失が大きくなり、下部の半導体ユニット11を十分に冷却できずに搭載した電気品の寿命の低下や熱耐性が低い機器の破損にいたるという問題があった。

0009

そこで、本発明の目的は、複数台の半導体ユニットをグループに分け、それぞれのグループごとに風洞を設けることで、風洞下部の圧力損失を大きくすることなく、下部の半導体ユニットにも十分な冷却風を通過させることが可能な半導体電力変換装置の筐体構造を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記課題を解決するために請求項1記載の発明は、複数台の半導体ユニットを多段に積み重ねて搭載した半導体電力変換装置の筐体構造において、複数の半導体ユニットに必要な冷却風を通過させるために、複数台の半導体ユニットをグループに分け、それぞれのグループごとに風洞を設け、半導体ユニットを通過した冷却風が上記グループごとに設けられた風洞を介して上記筐体外に排気されることを特徴とするものである。

0011

また請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記グループごとに設けられた風洞は、上記冷却風が上記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて奇数番目を通過するようにされた第1の風洞と、上記冷却風が上記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて偶数番目を通過するようにされた第2の風洞と、で構成されていることを特徴とするものである。

0012

また請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、上記第1及び第2の風洞は、上記筐体内に設けたトレーに板金曲げ加工しさらに溶接することによって構成したことを特徴とすることを特徴とするものである。

0013

また請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記半導体ユニットのグループは上段から順に所定数の半導体ユニットで構成されていることを特徴とするものである。

0014

また請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記半導体ユニットのグループを構成する半導体ユニットの数は、下段よりも上段の方が多くなるように構成されていることを特徴とするものである。

0015

また請求項6記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記半導体ユニットのグループを構成する半導体ユニットの数は、上段よりも下段の方が多くなるように構成されていることを特徴とするものである。

0016

また請求項7記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記グループごとに設けられた風洞は、上記冷却風が上記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて第1及び第2の半導体ユニットを通過するようにされた第1の風洞と、上記冷却風が上記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて最上段から数えて第3及び第4の半導体ユニットを通過するようにされた第2の風洞と、上記冷却風が上記筐体に収納された半導体ユニットの最上段から数えて第5及び第6の半導体ユニットを通過するようにされた第3の風洞と、より構成されていることを特徴とするものである。

0017

また請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、上記第1ないし第3の風洞は、上記筐体内に設けたトレーに板金を曲げ加工しさらに溶接することによって構成したことを特徴とするものである。

発明の効果

0018

本発明によれば、複数台の半導体ユニットをグループに分け、それぞれのグループごとに風洞を設けて複数台の半導体ユニットを通過する冷却風を略均一にすることで風洞下部の圧力損失を高めることなく冷却することが可能となるため、半導体ユニット内部の機器の寿命の低下や機器の破損が起きる可能性を減らすことができる。つまり、複数台の半導体ユニットのグループごとに風洞を設けることで複数台の半導体ユニットを略均一に冷却できる半導体電力変換装置の筐体構造を実現することが可能となる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の第1の実施例に係る複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す、正面図、左側面図、右側面図、および、断面図である。
本発明の第2の実施例に係る複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す、正面図、側面図、および、断面図である。
従来の複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す、正面図、側面図、および、断面図である。

0020

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

0021

図1(a)は、本発明の第1の実施例に係る複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す正面図、図1(b)は図1(a)の左側面図、図1(c)は図1(a)の右側面図、および、図1(d)は図1(a)の複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す断面図で上面から見た図である。

0022

図1(a)において、半導体電力変換装置101は、多段に積み重ねられた複数台の半導体ユニット111、複数台の半導体ユニット111のグループごとに設けられた風洞140,141、および、筐体の天井板(不図示)に設けられた換気孔150から構成されている。

0023

半導体ユニット111を通過する冷却風130は、図1(b),(c),(d)に示すように、冷却ファン121により半導体ユニット111の正面より取り込まれ、半導体ユニット111を通過する際、内部の半導体を冷却した冷却風は複数台の半導体ユニットのグループごとに設けられた風洞140または風洞141を通り、筐体の天井板に設けられた換気孔150より装置外(筐体外)へ排気される。なお、複数台の半導体ユニット111のグループごとに設けられた風洞140、風洞141を互いに区画する構造自体は筐体内に設けたトレー(不図示)を考慮しつつ当業者が通常の創作力を発揮することで容易に実現できるものである。例えば、板金に曲げ加工を施しさらに溶接加工等を施すことで実現可能である。

0024

風洞140には最上段より数えて奇数段目の半導体ユニット111の冷却風が通り、風洞141には最上段より数えて偶数段目の半導体ユニット111の冷却風が通るようにされている。

0025

冷却風130が各半導体ユニットを通過し、複数台の半導体ユニット111のグループごとに設けられた風洞140,141を経て、筐体の天井板に設けられた換気孔150より装置外に排気されるまでの経路を分けることにより、風洞下部の圧力損失が大きくなることなく、筐体内に搭載された各半導体ユニット111の冷却を略均一に行うことができる。

0026

図2(a)は、本発明の第2の実施例に係る複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す正面図、図2(b)は図2(a)の側面図、および、図2(c)は図2(a)の複数台の半導体ユニットを含む半導体電力変換装置の筐体構造を示す断面図で上面から見た図である。

0027

図2(a)において、半導体電力変換装置201は、多段に積み重ねられた複数台の半導体ユニット211、複数台の半導体ユニット211のグループごとに設けられた風洞240,241,242、および、筐体の天井板(不図示)に設けられた換気孔250から構成されている。

0028

半導体ユニット211を通過する冷却風230は、図2(b),(c)に示すように、冷却ファン221により半導体ユニット211の正面より取り込まれ、半導体ユニット211を通過する際、内部の半導体を冷却する。

0029

半導体を冷却した冷却風は、複数台の半導体ユニットのグループごとに設けられた風洞240,241,242を通り、筐体の天井板に設けられた換気孔250より装置外へ排気される。

0030

図示されているように風洞240には最上段より2台の半導体ユニット211の冷却風が通り、風洞241にはその下にある2台の半導体ユニット211の冷却風が、風洞242には更にその下にある2台の半導体ユニット211の冷却風が通るようにされている。

0031

なお、複数台の半導体ユニット211のグループごとに設けられた風洞240、風洞241、風洞242を互いに区画する構造自体は筐体内に設けたトレー(不図示)を考慮しつつ当業者が通常の創作力を発揮することで容易に実現できるものである。例えば、板金に曲げ加工を施しさらに溶接加工等を施すことで実現可能である。

0032

冷却風230が各半導体ユニットを通過し、複数台の半導体ユニットのグループごとに設けられた風洞240,241,242を経て、筐体の天井板(不図示)に設けられた換気孔250より装置外に排気されるまでの経路を分けることにより、風洞下部の圧力損失が大きくなることなく、筐体内に搭載された各半導体ユニット211の冷却を略均一に行うことができる。

実施例

0033

なお、上記実施例では、各グループは2台の半導体ユニットで構成されているが、グループを構成する半導体ユニットの数は、適宜、選択することができる。各半導体ユニットの圧力損失値を適切にするため、例えば、上段のグループを構成する半導体ユニットの数を下段のグループを構成する半導体ユニットの数よりも多くすることができる。あるいは、下段のグループを構成する半導体ユニットの数を上段のグループを構成する半導体ユニットの数よりも多くすることができる。

0034

101、201半導体電力変換装置
111、211半導体ユニット
121、221冷却ファン
130、230冷却風
140、141、240、241、242風洞
150、250 換気孔

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