特開 2023-97547 コンデンサ冷却構造及び電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023097547

(43)【公開日】2023-07-10

(54)【発明の名称】コンデンサ冷却構造及び電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230703BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021213727

(22)【出願日】2021-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】小川 哲

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA21

5H770DA01

5H770DA24

5H770JA11W

5H770PA02

5H770PA05

5H770PA21

5H770PA42

5H770PA43

5H770QA08

5H770QA11

5H770QA16

5H770QA22

5H770QA27

5H770QA30

5H770QA33

5H770QA40

(57)【要約】

【課題】追加部品を要することなく平滑コンデンサを効率的に冷却し、平滑コンデンサを備えた装置の小型化とコストダウンを図ること。
【解決手段】セルユニット１は、冷却風Ｃが供されると共に高圧インバータ盤２の複数の平滑コンデンサ３が冷却風Ｃの流れ方向に並んで立設されるケース１０と、前記複数の平滑コンデンサ３の一端に面してケース１０の開口部１１に設けられ、当該複数の平滑コンデンサ３と高圧インバータ盤２の半導体部品４とを接続する導体Ｐ，ＰＮ，Ｎ間を絶縁する絶縁シート６と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却風が供されると共に電力変換装置の複数の平滑コンデンサが当該冷却風の流れ方向に並んで立設されるケースと、
複数の前記平滑コンデンサの一端側に面して前記ケースの開口部に設けられ、当該平滑コンデンサと前記電力変換装置の半導体部品を接続する導体間を絶縁する絶縁シートと、
を有することを特徴とするコンデンサ冷却構造。

【請求項2】

前記絶縁シートには、前記冷却風の風下側の部位に当該冷却風の吸気穴が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ冷却構造。

【請求項3】

前記冷却風の風下側の前記平滑コンデンサは、当該冷却風の風上側の前記平滑コンデンサから当該冷却風の流れ方向斜めの位置に配されることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ冷却構造。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載のコンデンサ冷却構造を有することを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧インバータユニット等の電力変換装置に適用される平滑コンデンサの冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

高圧インバータユニットに適用される複数の平滑コンデンサを備えたコンデンサバンクは、ヒートシンクの風上に配置された当該複数の平滑コンデンサに冷却風を供することで当該平滑コンデンサの冷却が図られる（特許文献１）。また、前記冷却風の流れ方向に沿って隣り合う前記平滑コンデンサの空間に対応した前記コンデンサバンクの内面には、当該内面の近傍を流れる当該冷却風を当該空間に案内する案内部材が設けられる。これにより、前記複数の平滑コンデンサに対して前記冷却風が均等に供され、当該複数の平滑コンデンサの均一な冷却が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１８０４２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のような従来のコンデンサ冷却構造は、少なくとも案内部材を追加部品として要するので、コストアップにつながる。

【0005】

本発明は、以上の事情を鑑み、追加部品を要することなく平滑コンデンサを効率的に冷却し、平滑コンデンサを備えた装置の小型化とコストダウンを図ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

そこで、本発明の一態様は、冷却風が供されると共に電力変換装置の複数の平滑コンデンサが当該冷却風の流れ方向に並んで立設されるケースと、複数の前記平滑コンデンサの一端側に面して前記ケースの開口部に設けられ、当該平滑コンデンサと前記電力変換装置の半導体部品を接続する導体間を絶縁する絶縁シートと、を有するコンデンサ冷却構造である。

【0007】

本発明の一態様は、前記コンデンサ冷却構造において、前記絶縁シートには、前記冷却風の風下側の部位に当該冷却風の吸気穴が形成されている。

【0008】

本発明の一態様は、前記コンデンサ冷却構造において、前記冷却風の風下側の前記平滑コンデンサは、当該冷却風の風上側の前記平滑コンデンサから当該冷却風の流れ方向斜めの位置に配されている。

【0009】

本発明の一態様は、上記のコンデンサ冷却構造を有する電力変換装置である。

【発明の効果】

【0010】

以上の本発明によれば、追加部品を要することなく平滑コンデンサを効率的に冷却できるので、平滑コンデンサを備えた装置の小型化とコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明のコンデンサ冷却構造の一態様であるセルユニットの斜視図。

【図2】本発明のコンデンサ冷却構造が適用される高圧インバータ盤の縦断面図。

【図3】本発明の実施形態１における冷却風の流れを説明したセルユニットの平面図。

【図4】本発明の実施形態２における冷却風の流れを説明したセルユニットの平面図。

【図5】本発明の実施形態３における冷却風の流れを説明したセルユニットの平面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0013】

［実施形態１］
図１に示された本発明のコンデンサ冷却構造の一態様であるセルユニット１は、電力変換装置の一態様である図２の高圧インバータ盤２に備えられる。

【0014】

高圧インバータ盤２は、単相インバータを搭載した複数のセルユニット１を直列に高圧インバータ盤２の高さ方向に多重に積層配置して成る。高圧インバータ盤２の前面部２０には冷却風Ｃの吸気口２１が設けられる。また、この高圧インバータ盤２の天井部２２にはセルユニット１の冷却に供された冷却風Ｃを排出する排気ファン２３が設置される。そして、高圧インバータ盤２内のセルユニット１の後方側（下流側）には、個々のセルユニット１から排出された冷却風Ｃが供されるダクト２４が確保される。

【0015】

セルユニット１は、冷却風Ｃが供されると共に前記単相インバータの複数の平滑コンデンサ３が冷却風Ｃの流れ方向に並んで立設されるケース１０を有する。ケース１０内の冷却風Ｃの最も下流側の平滑コンデンサ３の後方側の位置には、前記単相インバータの電力用半導体素子からなる半導体部品４が配置される。特に、半導体部品４は、前記後方側の位置に配されたヒートシンク５上に配される。

【0016】

また、平滑コンデンサ３の一端側（上端側）に面するケース１０の開口部１１には、平滑コンデンサ３と半導体部品４を接続する導体Ｐ，ＰＮ，Ｎ間を絶縁する絶縁シート６が配置される。導体ＰＮは、例えば図１のように平滑コンデンサ３を２並列３直列に接続する。導体Ｐは、前記２並列３直列の平滑コンデンサ３のうち冷却風Ｃの最上流側で並列する平滑コンデンサ３のＰ極側を半導体部品４のＰ極側と接続させる。導体Ｎは、前記２並列３直列の平滑コンデンサ３のうち冷却風Ｃの最下流側で並列する平滑コンデンサ３のＮ極側を半導体部品４のＮ極側と接続させる。

【0017】

図１～３を参照して実施形態１の作用効果について説明する。

【0018】

高圧インバータ盤２の排気ファン２３が作動すると、図３に示したように、外気が冷却風Ｃとして前面部２０の吸気口２１さらにはケース１０の吸気口１２を介してケース１０内に供される。ケース１０内に導入された冷却風Ｃは図２の高圧インバータ盤２のダクト２４に移行する。この移行の過程でケース１０内の複数の平滑コンデンサ３が上流側の平滑コンデンサ３から順次冷却に供される。平滑コンデンサ３を経た冷却風Ｃは、さらに、図３の半導体部品４及びヒートシンク５の冷却に供された後に、ケース１０の排気口１３を介して図２のダクト２４に供される。そして、高圧インバータ盤２内の個々のセルユニット１から移行した冷却風Ｃはダクト２４にて合流して排気ファン２３により高圧インバータ盤２の天井部２２から排出される。

【0019】

セルユニット１によれば、図１の導体Ｐ，ＰＮ，Ｎ間を絶縁する絶縁シート６が平滑コンデンサ３の一端側（上端側）に面してケース１０の開口部１１に配されることで、平滑コンデンサ３の一端が絶縁シート６により覆われ、冷却ガイドとして機能する風洞が形成される。したがって、平滑コンデンサ３の周囲の冷却風Ｃの風速が向上し、前記冷却風ガイドなしの場合と比べて平滑コンデンサ３の冷却効果が高まる。また、平滑コンデンサ３の下流側に半導体部品４のヒートシンク５が配置されたことで半導体部品４の冷却も可能となる。

【0020】

以上のセルユニット１によれば、複数の平滑コンデンサ３の一端側から冷却風Ｃが逃げないように当該複数の一端側を覆って絶縁シート６が設けられることで、当該複数の平滑コンデンサ３の冷却効果が得られる。特に、導体Ｐ，ＰＮ，Ｎ間を絶縁する絶縁シート６が平滑コンデンサ３の冷却ガイドとしても機能するので、追加部品を要することなく平滑コンデンサ３を効率的に冷却できることから、平滑コンデンサ３を備えた装置の小型化とコストダウンを図ることができる。

【0021】

［実施形態２］
図４に例示された実施形態２のセルユニット１は、絶縁シート６において、冷却風Ｃの風下側の部位に冷却風Ｃの吸気穴６１が形成される。吸気穴６１は、特に、絶縁シート６において風下側且つケース１０の内側面寄りの部位に形成されている。

【0022】

ケース１０内においては、冷却風Ｃの風上側の平滑コンデンサ３の発熱により、冷却風Ｃの風下につれて平滑コンデンサ３の周囲温度が高くなり、平滑コンデンサ３の冷却効果が小さくなることがある。これに対して、実施形態２によれば、吸気穴６１から冷却風Ｃが導入されるので、風上側の平滑コンデンサ３からの冷却風Ｃとセルユニット１の外部（外気）からの冷却風Ｃとが混合し、風下側の平滑コンデンサ３の周囲温度の低下を図ることができる。これにより、風下側の平滑コンデンサ３の冷却効果低下が緩和され、ケース１０内において風上側及び風下側の平滑コンデンサ３の均一な冷却効果が得られる。

【0023】

したがって、実施形態２のセルユニット１によれば、風下側での平滑コンデンサ３の周囲温度の低下を図ることができるので、実施形態１の効果に加えて、風下側の平滑コンデンサ３の冷却効果が向上する。

【0024】

［実施形態３］
図５に例示のセルユニット１は、冷却風Ｃの風下側の平滑コンデンサ３が、冷却風Ｃの風上側の平滑コンデンサ３から冷却風Ｃの流れ方向斜めの位置に配される。

【0025】

以上の実施形態３のセルユニット１によれば、実施形態１と比較して平滑コンデンサ３の配置スペースが増加するが、冷却風Ｃの風下側の平滑コンデンサ３と冷却風Ｃとの接触効率が実施形態１と比べて高まり、冷却効果が向上する。また、実施形態２の絶縁シート６と併用することで、さらに冷却効果が向上する。

【符号の説明】

【0026】

１…セルユニット、１０…ケース、１１…開口部、１２…吸気口、１３…排気口
２…高圧インバータ盤、２０…前面部、２１…吸気口、２２…天井部、２３…排気ファン、２４…ダクト
３…平滑コンデンサ
４…半導体部品
５…ヒートシンク
６…絶縁シート、６１…吸気穴
Ｃ…冷却風
Ｐ，ＰＮ，Ｎ…導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】