[发明专利]电力变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及具备进行电力变换用的开关的半导体元件和冷却半导体元件的冷却器的电力变换装置。

背景技术

作为一般产业领域的电动机用的电源，使用变换器和逆变器等的电力变换装置。变换器和逆变器等电力变换装置利用绝缘栅双极晶体管(IGBT)、闸流晶体管、晶体管、二极管等半导体元件，通过使电力或通或断进行电力变换。在半导体元件的损耗变成热量，该损耗的热使半导体元件的温度升高时，会导致其无法正常工作或者变换效率降低。在电力变换装置中将半导体元件冷却在规定的温度范围是重要的。另外，甚至包括驱动电路等，有时使用将半导体元件模块化的智能电源模块(IPM)。

在已有的电力变换装置中有利用热管进行半导体元件冷却的手段。热管是指在上下方向立着的管中密封致冷剂，使管的下部与冷却对象接触，在管的上部具备散热片等散热效率好的结构的构件。在下部，管中密封的致冷剂被冷却对象来的热量加热而蒸发。蒸发的致冷剂移动到管的上部，在管的上部热量被夺走又恢复为液体，沿着管的内壁传输，积存在下部。积存的致冷剂再次蒸发。这样，在热管中，通过使致冷剂蒸发，使热量从下部向上部移动，从上部向外部散发热量，使与下部接触的冷却对象冷却。

利用热管的电力变换装置中，将安装有发热的半导体元件的电路基板水平配置，使半导体元件向下，使热管与向上的电路基板背面侧接触。(例如参照专利文献1)

另外，也有具备安装内部具有流过冷却液的流道的半导体元件的受热板、将来自受热板的冷却液与空气之间进行热交换的热交换器、使受热板与热交换器间的冷却液循环的泵、以及对热交换器送冷却风的送风单元；将多组受热板、热交换器、泵以及送风单元在车体的长度方向的垂直方向上排列配置的电车用电力变换装置。送风单元和热交换器大致平行相对，热交换器和受热板处于垂直的位置关系。(例如参照专利文献2)

专利文献1

日本专利特开2002—134670号公报

专利文献2

日本专利特开平9—246767号公报

发明内容

在使用热管冷却的电力变换装置中，需要使热管垂直，使电路基板水平朝向，由于热管需要10cm左右以上的高度，所以难以将电路基板重叠配置。与电力变换装置的变换能力相应，半导体元件发热量和搭载半导体元件所需要的面积是一定的，由于从每单位面积的发热量决定热管的高度以及体积，所以对于规定发热量的电路基板，冷却装置也必须有规定的体积。

在采用利用泵使冷却液循环的冷却方法的电力变换装置中，泵和冷却液的储存箱等附属设备需要空间。另外，热交换器与受热板垂直，热交换器需要有规定的面积，所以受热板、热交换器、泵以及送风单元这一组构件无法以太小的间隔配置。

本发明的目的在于得到实现规定的变换能力且装置的必要的体积小于以往的电力变换装置。

本发明的电力变换装置具备：进行电力变换用的开关动作的半导体元件，具有利用致冷剂对该半导体元件进行冷却的元件冷却部、以及使热量从在该元件冷却部被加热的致冷剂中散发出的散热部、通过在所述元件冷却部使致冷剂沸腾、使致冷剂在所述散热部和所述元件冷却部之间循环的气泡泵型的、所述散热部相邻重叠的多个冷却器，以及产生向所述散热部吹的风的冷却扇。

本发明的电力变换装置由于具备：进行电力变换用的开关动作的半导体元件，具有利用致冷剂对该半导体元件进行冷却的元件冷却部、以及使热量从在该元件冷却部被加热的致冷剂中散发出的散热部、通过在所述元件冷却部使致冷剂沸腾、使致冷剂在所述散热部和所述元件冷却部之间循环的气泡泵型的、所述散热部相邻重叠的多个冷却器，以及产生向所述散热部吹的风的冷却扇；所以具有实现规定的变换能力且装置的必要体积小于以往的效果。

附图说明

图1是将本发明的实施形态1的电力变换装置安装在电车的状态的图。

图2是说明本发明的实施形态1的电力变换装置的结构的立体图。

图3是说明本发明的实施形态1的电力变换装置的结构的剖面图。

图4是搭载了构成本发明的实施形态1的电力变换装置的半导体元件的冷却模块的立体图。

图5是说明本发明的实施形态1的电力变换装置使用的冷却模块的结构和致冷剂的流动的图。

图6是说明本发明的实施形态1的电力变换装置的布线的连接方法的立体图。

图7是说明将本发明的实施形态1的电力变换装置从电车上取下的方法的图。

图8是说明本发明的实施形态2的电力变换装置的结构的立体图。

图9是说明本发明的实施形态3的电力变换装置的结构的立体图。