[发明专利]电力转换装置及电力转换装置用的导热管

说明书

本申请是申请人为东芝株式会社、申请日为1998年10月20日、申请号为98121527.0、题为“电力转换装置及电力转换装置用的导热管”的分案申请。

技术领域

本发明涉及由多个电功率半导体元件、元件冷却用的导热管式冷却器及导体和其他电气零件构成的电力转换装置以及电力转换装置用的导热管式冷却器。

背景技术

近年来，电力转换装置随着电功率半导体元件的大容量化和高速化而产生了发热损失增大的问题。因此，提高电功率半导体元件用冷却装置的冷却效率以解决发热损失的增大的问题、且避免装置的大型化就成为重要的技术课题。

图1为使用导热管式冷却器的自冷式电力转换装置的大致结构，如该图所示，电力转换装置的主要结构要素是作为冷却器的导热管式冷却器101、电功率半导体元件102、导体等电气零件103及框架104等。

该导热管式冷却器101如图1所示，主要由与电功率半导体元件102接触的受热部105、导热管106以及散热片107构成。散热片107垂直于导热管106配置。在由于形状的原因不设风扇等强制冷却系统而利用自然对流进行冷却的自冷式电力转换装置的场合，如果导热管式冷却器101的散热片107配置成水平状态，即导热管106配置成垂直状态，则空气会停滞在各散热片之间而降低冷却效率。另一方面，如果为了将散热片107配置成垂直状态而将导热管106配置成水平状态，则不能回收冷却液。从而，考虑到冷却液的回收，导热管式冷却器101一般是如图1那样倾斜一定角度横向配置。

上述结构的电力转换装置多用于变压器和整流器等，是电力工业领域不可缺少的设备。

然而，在使用上述传统导热管式冷却器的自冷式电力转换装置中，如前所述，由于导热管式冷却器101的散热片107的形状所导致的特性，其配置受到限制，如图1所示，要尽量地将散热片107配置成垂直状态，故装置的形状尺寸在很大程度上取决于导热管式冷却器101的形状尺寸。

而且，在考虑到主回路的结构及装置小型化而采用将构成主回路的堆架(stack)向上方堆积的结构时，由于在装置运转时各层的温度上升不同，就要采用使各层的冷却能力均匀化的结构，这样就使装置的高度增大。而且为了适应大容量的要求，要把导热管式冷却器与电功率半导体元件交替并联连接而构成主回路，这样就更无法避免装置的大型化。从以上理由出发，要使装置整体小型化，导热管式冷却器的配置方法及形状尺寸就成为一大问题。

另外，电力转换装置一般是把导热管式冷却器及其他电气零件等结构要素固定在框架上，为了防止运输时的振动或地震等引起半导体元件等零件的破损，在设计时要对整个装置形成复杂的防振系统，故作业非常困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种把利用自然对流进行冷却的导热管式冷却器做成沿垂直方向配置且可获得充分冷却效率的结构、装置主体的形状不易受导热管式冷却器配置的影响而使装置显著小型化的电力转换装置及电力转换装置用的导热管式冷却器；以及，

提供一种把半导体元件及导热管式冷却器等构成主回路的零件做成不直接固定在框架上的结构、在与装置主体之间设置弹簧减震系统以抑制主回路构件的振动、而足以承受运输时及地震时的振动的电力转换装置。

为了实现上述目的，本发明提供以下结构的电力转换装置及电力转换装置用的导热管式冷却器。即，

本发明的电力转换装置把具有电功率半导体元件及对该电功率半导体元件进行冷却用的导热管式冷却器的堆架沿垂直方向配置，同时在该堆架的下方配置包含与外部接线用的导体在内的电气零件，该导热管式冷却器设置具有空气的流入方向向下方倾斜、流出方向向上方倾斜的部分的散热片。

采用这种结构，装置纵深方向的形状不再依赖导热管式冷却器的形状，而且不需要采用向上方堆积的结构，故可实现装置整体的小型化和结构简单化。另外由于不采用向上方堆积的结构，可获得良好的冷却效率。此外，由于与外部接线用的导体、电容器等电气零件配置在堆架的下方，可实现装置整体的小型化和结构简单化，还可以避免在散热片之间发生滞留现象而使冷却效率降低，从而得到良好的冷却效率。

为了实现上述目的，本发明还提供以下结构的电力转换装置及电力转换装置用导热管式冷却器。即，