JP3777641B2 - Power converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置の放熱機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下図10に基づいて従来の電力変換装置について説明する。この電力変換装置1は、高周波磁界を発生して上部に載置した調理鍋2等を誘導加熱するために使用されている。高周波磁界を発生する誘導加熱コイル3は、高周波インバータ4からの高周波電流の供給を受けている。5は高周波インバータ4の一部を構成するスイッチング素子で、商用電源を高周波に電力変換している。スイッチング素子5はスイッチング動作時にスイッチング損失を発生し発熱するため、放熱フィン6によって冷却している。また7は、電力変換装置1全体を冷却するファンである。
【0003】
以上の構成によって、スイッチング素子5が商用電源を高周波にスイッチングして、高周波インバータ4が誘導加熱コイル3に高周波電流を供給しているものである。誘導加熱コイル3から発生した高周波磁界が調理鍋2と鎖交すると、磁性材料で構成した調理鍋2は誘導加熱されて発熱する。こうして調理鍋2中の調理物は加熱され、調理が進行する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の構成の電力変換装置は、スイッチング素子5に対する冷却が充分ではなく、使用しているファン7が大形になるという課題を有している。
【0005】
本発明はこのような従来の構成が有している課題を解決するもので、簡単な構成で、スイッチング素子に対する冷却が充分にできる電力変換装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の手段は、複数のスイッチング素子の発熱を、前記筐体に接続した前記遮蔽板で放熱し、筺体全体の熱容量を利用した冷却が出来、放熱フィンを設ける必要が無く、冷却構成を簡単にできる電力変換装置としている。
【0007】
本発明の第二の手段は、第一の放熱フィンと、前記筐体に接続した前記遮蔽板で放熱し、簡単な構成で効率の高い放熱が出来る電力変換装置としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
以下本発明の第一の実施形態について説明する。図1は本実施形態の構成を示す電力変換装置の全体構成を示す断面図である。電力変換装置8は、高周波磁界を発生して上部に載置した調理鍋9を誘導加熱する誘導加熱コイル10に高周波電流を供給する高周波インバータ11を備えている。12は商用電源を高周波に電力変換するスイッチング素子で、高周波インバータ11の一部を構成している。スイッチング素子12は、商用電源を高速でスイッチングしており、このスイッチングに伴う発熱が非常に大きいものである。本実施形態ではスイッチング素子12は、図2に示しているように放熱フィン13に取り付けて放熱している。このとき使用しているスイッチング素子12は、放熱フィン13とは電気的に絶縁されているものである。この放熱フィン13は、一部が筺体14の外部に露出しており、外気によって直接冷却されている。また15は、高周波インバータ11全体を冷却するファンである。
【0009】
以下本実施形態の動作について説明する。図示していない調理スタートボタンを押すと、高周波インバータ11は動作を開始して誘導加熱コイル10は高周波磁界を発生する。この高周波磁界は上部に載置している調理鍋9と鎖交して、調理鍋9は誘導加熱される。従って調理鍋9中の調理物は、加熱され、調理が進行する。このとき、高周波インバータ11の一部を構成しているスイッチング素子12は、商用電源を高速でスイッチングして高周波に電力変換しており発熱し、高温となっている。本実施形態ではこのスイッチング素子12は放熱フィン13に取り付けているため、このスイッチング素子12の発熱を効果的に抑制できるものである。つまり、放熱フィン13の一部が筺体14の外部に露出しているため、外気によって直接冷却されているものである。
【0010】
従って本実施形態によれば、スイッチング素子12を筺体外に露出して配置した放熱フィン13に取り付けて、放熱フィン13自身が外気によって冷却されていることを利用して、スイッチング素子12を効果的に冷却できる電力変換装置を実現できるものである。この結果、使用している冷却ファン15は従来より小型のもので十分となる。
【0011】
このとき図3に示しているように、一つの放熱フィン13に並列に接続した複数のスイッチング素子12を取り付けるようにすると、より大電流の流れる電力変換装置であっても簡単な構成とすることが出来る。
【0012】
またこのとき、図4に示しているように、複数のスイッチング素子12の両面をそれぞれ放熱フィン13a・13bによって放熱する構成とすれば、大電流の流れる電力変換装置であってもスイッチング素子の冷却が充分に出来るものとなる。もちろんこの場合、2つの放熱フィン13はいずれも一部が筺体14の外部に露出されており外気によって直接冷却される構成となっているものである。
【0013】
またこのとき、図5に示しているように放熱フィン13を筐体14の底部に露出させた構成とすれば、充分な冷却効果を有すると共に、高温となった放熱フィン13に人体が触れるおそれのない電力変換装置を実現できるものである。
【0014】
また、前記図1に示しているように、放熱フィン13を筐体14の側部に露出させるような構成とした場合には、放熱フィン13の外気に対する接触が良く、冷却効果の高い電力変換装置を実現できるものである。
【0015】
(実施形態2)
次に本発明の第二の実施形態について説明する。図6は本実施形態の全体構成を示す断面図である。12は、商用電源を高周波に電力変換する複数のスイッチング素子で、誘導加熱コイル10に高周波電流を供給する高周波インバータ11の一部を構成している。本実施形態ではスイッチング素子12は4個使用するようになっており、1個の第一の放熱フィン16に取り付けている。また図7に示しているように、各スイッチング素子12の上面には、ヒートパイプ18を取り付けた冷却板19を取り付けている。冷却板19はアルミニウム等の熱伝導率の高い金属によって構成している。またヒートパイプ18の端部は、筺体14から露出するように設けている第二の放熱フィン17に接続している。
【0016】
以下本実施形態の動作について説明する。スイッチング素子12はパッケージタイプのものを使用しており、第一の放熱フィン16・冷却板19との間は絶縁されている。本実施形態の高周波インバータ11は、4個のスイッチング素子12を使用しており、この4個のスイッチング素子の冷却を第一の放熱フィン16と、第二の放熱フィン17と、ヒートパイプ18とによって行うようにしているものである。つまり、スイッチング素子12の一面は第一の放熱フィン16に接触しており、他面は熱伝導率の高いアルミニウム等の金属によって構成した冷却板19を介してヒートパイプ18によって第二の放熱フィン17まで熱を移動させているものである。従って4個のスイッチング素子12は、両面から冷却されているものであり、結果として発熱を非常に低く抑えることができるものである。
【0017】
以上のように本実施形態によれば、複数のスイッチング素子12の発熱を第一の放熱フィン16とヒートパイプ18と第二の放熱フィン17とによって放熱する構成としているため、複数のスイッチング素子12の発熱を低く抑えることができ、高周波インバータ11に必要な冷却ファンを従来より小型化できる、もしくは不要とすることができるものである。
【0018】
特に本実施形態によれば、第二の放熱フィン17を筺体14の外部に露出させて配置しているため、更に冷却効果を高めることが出来るものである。
【0019】
またこのときスイッチング素子12の冷却を、図8に示しているように構成すれば、放熱フィンを設ける必要がなく冷却構成をより簡単にした電力変換装置を実現できるものである。つまり、スイッチング素子12にはヒートパイプ18を取り付けた冷却板19を取り付け、ヒートパイプ18の他端には同様に冷却板20を取り付けて、この冷却板20を電界または磁界を遮蔽する遮蔽板21に取り付けているものである。すなわち、スイッチング素子12の発熱はヒートパイプ18によって筺体14に接続した遮蔽板21に放熱する構成としているものである。すなわち、遮蔽板21を介して熱容量の非常に大きい筺体14を利用してスイッチング素子12を冷却できるものである。
【0020】
さらにこのとき、図9に示している冷却構成とすればより効果的な冷却が出来るものである。すなわち、それぞれに冷却板19を取り付けた4個のスイッチング素子12を放熱フィン13に取り付け、ヒートパイプ18の他端には図8で説明したと同様に冷却板20を介して遮蔽板21に取り付ける構成とするものである。
【0021】
【発明の効果】
本発明の第一の手段は、商用電源を高周波に電力変換するスイッチング素子と、一端を前記スイッチング素子に接続し他端を電界または磁界を遮蔽する遮蔽板に接続したヒートパイプと前記遮蔽板に接続した筐体とを備え、前記スイッチング素子の発熱を前記筐体に接続した前記遮蔽板で放熱することを特徴とすることを構成として、筺体全体の熱容量を利用した冷却が出来、放熱フィンを設ける必要が無く、冷却構成を簡単にできる電力変換装置を実現できる。
【0022】
本発明の第二の手段は、商用電源を高周波に電力変換する複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子を取り付けた第一の放熱フィンと、これらのスイッチング素子のそれぞれを一端に接続し他端を電界または磁界を遮蔽する遮蔽板に接続したヒートパイプと前記遮蔽板に接続した筐体とを備え、前記スイッチング素子の発熱を前記筐体に接続した前記遮蔽板で放熱することを構成として、簡単な構成で効率の高い放熱が出来る電力変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施形態である電力変換装置を示す断面図
【図2】 同、スイッチング素子の取付けた放熱フィンを示す斜視図
【図3】 同、複数のスイッチング素子を取付けた放熱フィンを示す斜視図
【図4】 同、複数のスイッチング素子の両面に取付けた放熱フィンを示す斜視図
【図5】 同、筺体底部に露出させた放熱フィンを示す電力変換装置の断面図
【図6】 本発明の第二の実施形態である電力変換装置を示す断面図
【図7】 同、第一の放熱フィン・第二の放熱フィン・ヒートパイプによる冷却を示す斜視図
【図8】 同、遮蔽板による冷却を示す斜視図
【図9】 同、放熱フィンと遮蔽板とによる冷却を示す斜視図
【図10】 従来の電力変換装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
12 スイッチング素子
13 放熱フィン
13a 放熱フィン
13b 放熱フィン
14 筐体
16 第一の放熱フィン
17 第二の放熱フィン
18 ヒートパイプ
21 遮蔽板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat dissipation mechanism of a power conversion device using a semiconductor switching element.
[0002]
[Prior art]
A conventional power conversion device will be described below with reference to FIG. This
[0003]
With the above configuration, the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional power converter has a problem that the cooling of the
[0005]
An object of the present invention is to solve the problem of such a conventional configuration, and to provide a power conversion device that can sufficiently cool a switching element with a simple configuration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the first means of the present invention, heat generated by a plurality of switching elements is radiated by the shielding plate connected to the housing, and cooling using the heat capacity of the entire casing can be performed, and there is no need to provide a radiating fin. The power conversion device can be simplified in configuration.
[0007]
The second means of the present invention is a power conversion device that radiates heat with the first radiating fin and the shielding plate connected to the casing, and that can radiate the heat efficiently with a simple configuration.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
The first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a power conversion device showing the configuration of the present embodiment. The
[0009]
The operation of this embodiment will be described below. When a cooking start button (not shown) is pressed, the high frequency inverter 11 starts operating and the
[0010]
Therefore, according to this embodiment, the
[0011]
At this time, as shown in FIG. 3, if a plurality of
[0012]
Further, at this time, as shown in FIG. 4, if both the surfaces of the plurality of
[0013]
At this time, if the
[0014]
In addition, as shown in FIG. 1, when the
[0015]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the present embodiment.
[0016]
The operation of this embodiment will be described below. The switching
[0017]
As described above, according to the present embodiment, since the heat generated by the plurality of switching
[0018]
In particular, according to the present embodiment, since the
[0019]
At this time, if the cooling of the switching
[0020]
Further, at this time, the cooling configuration shown in FIG. 9 can achieve more effective cooling. That is, four switching
[0021]
【The invention's effect】
The first means of the present invention includes a switching element that converts a commercial power source into high frequency, a heat pipe that has one end connected to the switching element and the other end connected to a shielding plate that shields an electric field or a magnetic field, and the shielding plate. And a heat sink of the switching element, wherein the heat generated by the switching element is dissipated by the shielding plate connected to the case. It is not necessary to provide a power conversion device that can simplify the cooling configuration.
[0022]
The second means of the present invention includes a plurality of switching elements for converting a commercial power source into a high frequency, a first radiating fin to which these switching elements are attached, each of these switching elements connected to one end and the other end A heat pipe connected to a shielding plate that shields an electric field or a magnetic field and a casing connected to the shielding plate, and the heat generation of the switching element is radiated by the shielding plate connected to the casing , A power converter that can dissipate heat efficiently with a simple configuration can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a power conversion apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a heat radiation fin to which switching elements are attached. FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a radiation fin attached to both surfaces of a plurality of switching elements. FIG. 5 is a sectional view of a power conversion device showing the radiation fin exposed on the bottom of the housing. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a power converter according to a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view showing cooling by the first radiating fin, the second radiating fin, and the heat pipe. Same perspective view showing cooling by shielding plate FIG. 9 Perspective view showing cooling by radiating fin and shielding plate FIG. 10 Cross sectional view showing configuration of conventional power conversion device
12 switching
Claims (2)
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