CN104105382B - 散热片和包括该散热片的电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种散热片，不仅有散热片正面侧的吸气口，还在从散热片正面至散热片背面的中间的任意的侧面上新设置多个吸气口，而且在从散热片正面至散热片背面的中间的任意的底面上设置吸气口，构成为在散热片的上游侧与下游侧之间获取从各吸气口新吸入的空气。能够从设置于散热片的正面至背面的中间的任意的侧面或底面的多个吸气口吸气，由此从散热片内部的任意部位吸入外部的新鲜空气，因从一方的吸气口向背面侧去的空气和在与其成直角的方向上从其他的多个吸气口吸入的空气所形成的两种空气气流矢量的碰撞而发生湍流。

Description

散热片和包括该散热片的电力转换装置

技术领域

本发明涉及散热片和具备该散热片的电力转换装置。

背景技术

一般而言，电力转换装置由以下几部分构成：输入变压器；与该变压器的次级端连接来构成逆变器电路的多个单位逆变器单元；和将控制部分别分开而收纳于独立的封闭盘中的配电盘。例如，下述专利文献1所述的电力转换装置中，在变压器盘1中收纳有输入变压器4，在转换器盘2中收纳上下层排列的多个（图示的例子为6个）单位逆变器单元5，在控制/输出盘3中收纳有控制部6、输出电缆7。

另外，变压器盘1和转换器盘2在盘的顶部设置有冷却风扇8、9，对于转换器盘2，将通过在盘的正面门2a开口的带过滤器的吸气口2a-1导入到盘内的外部空气（冷却空气）向各个逆变器单元5导风，将该排出空气通过在盘内的后部侧划分而成的风洞10向冷却风扇9、与该冷却风扇9连接的排气管道（未图示）向外排出。

另外，现有技术中，为了空冷半导体模块/元件而在逆变器单元内设置散热片，在通过强制空冷来冷却该散热片的情况下，采用从任意一面吸入空气，使空气通过散热片内，从其相对侧的面排出暖空气的结构。

图1是表示市售的现有的可变速驱动转换工作台的整体结构的图。即，图1（a）是表示转换工作台的整体结构的正面图，图1（b）是从表示图1（a）所示的转换工作台的整体结构的A-A部看的侧截面图。

如图1（a）和（b）所示，在转换工作台2中，通常设置有多个托架（未图示），在该托架上搭载图2所示的单元3。在转换工作台2的上表面载放换气扇1，且在转换工作台2的内部，多个单元3任意地配置于托架上。

如图2所示，在各单元3内部配置有散热片4、风洞5、半导体模块/元件6和（圆筒型）电容器7。换气扇1开始工作，在转换工作台2内部强制产生空气气流（图中用箭头表示空气气流），通过图1（b）所示的散热片4，经过风洞5产生穿过换气扇1的空气气流。这是为了得到强制的空气气流而对在半导体模块/元件6中产生的电力转换时发生的电力损失的发热进行强制空冷，使热量向外部逃逸的结构。

图3是表示单元内部的空气气流的概况的图，图3（a）是表示单元3的内部的平面图，图3（b）是从表示图3（a）所示的单元的内部的结构的B-B部看的侧截面图。

如图3（a）和（b）所示，用箭头表示通过了在设置于单元3内部的散热片4的正面侧所设置的吸气口8的外部空气，通过单元3内部的散热片4和风洞5而被排出之前的空气气流，如图3（b）所示，下风侧（排气）与上风侧（吸气）相比温度升高。

在此情况下，换气扇1开始工作，由此，在单元3内部，从吸气口8吸入外部空气，它通过散热片4内部流入风洞5，从风洞5向换气扇1排气。

半导体模块/元件6在散热片4上部表面配置有多个，从半导体模块/元件6产生的热量通过热传递传到散热片4内部，所传递的热量通过强制空冷被冷却。

如果是采用这种散热片4的强制空冷的冷却方式，如图3（b）所示，从所配置的多个半导体模块/元件6产生的热量，越往散热片4内部的空气气流的下游侧（排气侧），越容易受到上游侧（吸气侧）的热量的影响，即使配置于相同的散热片4上，也存在产生局部温度升高的部位这样的问题。另外，因主电路不同，发生半导体模块/元件6的电力转换时所发生的电力损失量的偏差，仍然会产生局部的高温部位。半导体模块/元件6的配置、电力转换时发生的电力损失量的偏差因与外部接口的连接、产品规格的关系受到制约，需在该制约条件下确定配置位置。

半导体模块/元件6所引起的温度偏差问题是局部温度升高，为了解决该问题，必须采取以下这些对策：（A）提高设置于转换工作台2的上表面的换气扇1的规格（增加整体的风量以提高风速），（B）为了降低散热片4的热阻力而扩大形状大小（增加与空气的接触面积）。

采取这些对策，确实对局部温度高的部位有效，但另一方面，在局部温度不会升高的其他部位，则变成过剩装备，转换工作台整体的效率降低，导致成本的增加以及整个装置的大型化。

如果是现有的散热片的强制空冷方式，散热片内的空气是在一定方向上的一定风速的空气气流（层流）。因与外部部件的接口的关系半导体模块/元件（发热体）的配置受到制约，不能断言已经充分地采取用来防止产生散热片上的温度分布局部上升的部位的对策。即，局部的温度上升最终是整个装置的热问题的瓶颈，为了冷却该部位，必须采取以下的对策。

（a）提高换气扇的规格，增加散热片所吸入的空气的绝对量。

（b）扩大散热片形状，提高热的散热性。

（c）将散热片的材质更改成散热性高的材料。

（d）为了提高湍流效应的热冷却性，将散热片形状做成复杂形状（在散热片内的气流部追加突起）。

如果采取上述（a）～（d）这些对策，则存在成本增大，且整个装置大型化这样的问题。

专利文献1：日本特开2007-174851号公报（图6）

发明内容

因此，本发明的课题在于，提供一种能够降低散热片特定部位的温度的散热片。

为了解决上述课题，第一发明的散热片，在收纳散热片的单元的正面设置有吸气口，还在上述散热片上的侧面上局部温度升高的部位附近设置有多个吸气口。

另外，第二发明的散热片，在收纳散热片的单元的底面设置有吸气口。

另外，第三发明的散热片，在散热片上设置有缺口部，形成通过该缺口部向上述散热片内导入新风的流入部。

另外，第四发明的散热片，在收纳散热片的单元的底面设置有用于调节吸气量和吸气位置的调节板。

结果是，即使在相同的散热片内，也能根据发热体的配置位置，调节想要局部地降低温度的部位，另外，还能局部地控制散热片内的风速（或者风量）。

另外，不必设置新的风道，只要在配置于已有的装置内的散热片的周边设置吸气口，就能从预期的部位（发热体的跟前）获得在散热片内被冷却的空气。

另外，按照设置于底面的吸气口调节功能，随着元件配置、散热片的形状的更改，能够更改吸气口的形状以与其相符，能够保持各个产品系列、产品容量的部件兼容性。

附图说明

图1是表示现有的可变速驱动转换工作台的整体结构的图。

图2是搭载于表示图1所示的转换工作台内部的单元的结构的图。

图3是表示图2所示的单元内部的空气气流的概略的图。

图4是表示本发明的实施方式1的散热片的结构的图。

图5是说明本发明的实施方式1的散热片的作用的图。

图6A是内置本发明的实施方式1的散热片的单元的仰视图。

图6B是表示安装于图6A所示的单元的底面来调节吸气量与吸气口位置的本发明的实施方式的调节板的结构的图。

图7是表示本发明的实施方式的调节板的安装情况的图。

图8是表示改变本发明的实施方式的调节板而产生的吸气口的模式的例子的图。

图9是表示本发明的实施方式2的散热片的结构的图。

图10是说明本发明的实施方式2的散热片的作用的图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的实施方式。

（实施方式1）

图4是表示本发明的实施方式1的散热片的结构的图。另外，图5是说明本发明的实施方式1的散热片的作用的图。

在图4和图5中，本发明的实施方式1的散热片的结构为，不仅设有散热片正面侧的吸气口，还在从散热片正面至散热片背面的中间的任意侧面或底面上设有多个吸气口，能够从所有的吸气口同时吸气。

即，在图4（a）、（b）和图5（a）、（b）中，在散热片4上，不仅设有散热片正面侧的吸气口8，还在散热片正面至散热片背面的中间的任意的侧面上设置多个吸气口9，而且还在散热片正面至散热片背面的中间的任意的底面上设置吸气口10，在散热片4的上游侧与下游侧之间获取从吸气口9以及10吸入的新鲜空气。

因此，也能从设置于散热片4的正面至背面的中间的任意的侧面或底面上的吸气口9和10吸气，由此，从散热片4内部的任意部位吸入外部的新鲜空气，因空气的流向的差异，即因其中一方的从吸气口8朝向背面侧的空气和在与其成直角的方向上从吸气口9和10吸入的空气这两种空气气流矢量的碰撞，产生湍流，能够不受来自配置吸气口的部分的散热片4内部的气流的上游侧的热量的影响而进行吸气。

像这样，在本实施方式中，在从散热片4的正面至背面的中间的任意的侧面或底面上设置吸气口，由此，因从外部吸入的空气气流的矢量产生湍流，因此，作为散热片4能够使用标准散热片，不会使成本增大，与现有的散热片内部相比能够大幅降低温度。另外，追加吸气口9和10，在从散热片4的正面至背面的中间的任意的侧面或底面上设置吸气口，从该部位制造新的空气气流，因此，不必设置风道就能降低温度。

此外，用来产生湍流的现有技术在于，必须采取将空气的流动面形成为凹凸的方法和使其形成复杂形状以使空气气流变成随机方向的方法等对策，因此，为了将散热片4形成为特殊形状，成本增加。

图6A是从底面看的单元3的仰视图，在单元3的底面，隔开间隔配置宽的吸气口用的孔与窄的吸气口用的孔。另外，图6B是表示能够改变配置于图6A的底面的吸气口用的孔的大小的调节板11的结构的图，在调节板11上设有：多个调节用的孔（2个大致正方形孔与2个长方形的孔）12、使调节板11能够在单元3内移动的缝隙状的滑动孔13。

图7是表示在图6A所示的单元3的底面安装有图6B所示的调节板11的情况的图。在图7中，从底面侧将图6B所示的调节板11紧贴在单元3上，用固定螺钉14将滑动孔13固定在某一位置，使得在该位置，设置于底面的吸气口10变成期望的大小。如果想改变调节板11的位置来改变设置于底面的吸气口10的大小，松动并移动固定用螺钉14，在所需位置再次固定。这样，能使调节板11向图4右侧所示的粗箭头方向移动，从而能够改变设置于单元3的底面的吸气口10的大小。改变设置于单元3的底面的吸气口10的大小表示能够改变从吸气口10所吸入的外部空气的量。

图8是表示改变设置于单元3的底面的吸气口的大小时的模式图。即，在图8的模式1中，固定螺钉14的第一行在滑动孔13的上端被固定，与图7所示的位置相同。在此情况下，窄的吸气口用的孔打开2/3左右，另外，对于宽的吸气口用的孔，设置于调节板13上的两个大致正方形的孔的上侧1/2左右打开。

在图8的模式2中，固定螺钉14的第一行在比滑动孔13的上端略低的位置被固定，在此情况下，窄的吸气口用的孔完全封闭，而对于宽幅的吸气口用的孔，设置于调节板13上的两个大致正方形的孔变成完全打开的状态。

在图8的模式3中，固定螺钉14的第一行与第二行在滑动孔13的上端和下端在大致均等的位置被固定，在此情况下，窄的吸气口用的孔完全封闭，另外，对于宽的吸气口用的孔，设置于调节板13上的两个大致正方形的孔的下侧1/2左右打开。

在图8的模式4中，固定螺钉14的第一行在滑动孔13的大致中间的位置被固定，在此情况下，窄的吸气口用的孔完全封闭，而宽幅的吸气口用的孔也完全封闭。即，设置于单元3的底面的吸气口变成不能发挥作用的状态。

在图8的模式5中，固定螺钉14的第一行在比滑动孔13的大致中间略低的位置被固定，在此情况下，对于窄的吸气口用的孔，设置于调节板13上的两个略正方形的孔的上侧1/2左右打开，宽的吸气口用的孔变成被调节板13完全封闭的状态。

在图8的模式6中，固定螺钉14的第二行在滑动孔13的下端被固定，在此情况下，对于窄的吸气口用的孔，设置于调节板11上的两个大致正方形的孔的下侧1/2左右打开，对于宽的吸气口用的孔，根据设置于调节板11上的两个长方形的孔的大小相应地打开。

像这样，将调节板11的位置在固定螺钉14的紧固位置沿着滑动孔13错开，从而能够改变设置于调节板11上的两个大致正方形的孔和两个长方形的孔、以及设置于单元3的底面上的窄的吸气口用的孔和宽的吸气口用的孔的大小，所以，能够根据散热片内部的散热状况自由地改变。即，根据想要冷却的部分的位置和想要吸入的量，从上述各种模式中选择最佳的设置于底面的吸气口的位置和形状非常重要。例如，在模式1中，将调节板11的位置设定在正面一侧，设置于底面的吸气口的形状大小变小，因此，适合进行局部的冷却，另外，在模式2中，设置于底面的吸气口的形状增大，因此，吸气量增多，对于进行大范围的冷却非常有效。

此外，作为散热片图中并未表示，也能采用板型、销型、中空散热片等众所周知的类型。在从底面侧吸气的情况下，板状的散热片（例如，板型、中空散热片）使风从散热片之间流入来进行吸气。

（实施方式2）

图9是表示本发明的实施方式2的散热片的结构的图。另外，图10是说明本发明的实施方式2的散热片的作用的图。

在图9和图10中，本发明的实施方式2的散热片与上述的本发明的实施方式1的散热片同样，不仅有散热片正面侧的吸气口，还在从散热片前面至散热片后面的中间的任意的侧面或者底面上新设置多个吸气口，能够从所有的吸气口同时吸气。

即，在图9（a）、（b）和图10（a）、（b）中，在从散热片前面至散热片后面的中间的任意的侧面上设置多个吸气口9，而且，在散热片4的风的流入部设置缺口，从该部位向内部吸入外部空气。此外，还在从散热片前面至散热片后面的中间的任意的底面上设置吸气口10。从吸气口10吸入的外部空气通过设置于上述散热片4的缺口部将外部空气吸入内部。

这样，与上述本发明的实施方式1的散热片同样，也能够从设置于从散热片4的正面至背面的中间的任意的侧面或底面的吸气口9和10吸气，由此，从散热片4内部的任意部位吸入外部的新鲜空气，因空气气流方向的差异，空气之间发生碰撞，结果产生湍流，能够不受来自配置吸气口的部分的散热片4内部的风流上游侧的热量的影响而进行吸气。结果，与现有的散热片内部相比能够大幅降低温度。另外，追加吸气口9和10，在散热片4的正面至背面的中间的任意的侧面或底面设置吸气口，从该部位制造新的空气气流，因此，不必设置风道就能降低温度。

此外，作为散热片，与上述本发明的实施方式1的散热片同样，能够采用板型、销型、中空散热片等众所周知的类型。作为散热片，销型散热片（散热片并非板状，而是由多个圆柱或角柱构成的类型）不必设置上述的缺口，只要在从散热片正面至背面的中间的任意的侧面上设置多个吸气口9即可。

Claims (8)

1.一种散热片，其特征在于：

在收纳散热片的单元的正面设置有第一吸气口，还在所述散热片上的侧面上局部温度升高的部位附近设置有多个第二吸气口，并且在所述单元的底面设置有第三吸气口，进一步在所述单元的底面设置有用于调节所述单元的底面设置的所述第三吸气口的吸气量和吸气口位置的调节板，在从所述第一吸气口吸入的空气与从所述第二吸气口以及所述第三吸气口吸入的空气之间发生气流矢量的碰撞，产生湍流。

2.如权利要求1所述的散热片，其特征在于：

在所述散热片上设置有缺口部，形成通过该缺口部向所述散热片内导入新风的流入部。

3.如权利要求1所述的散热片，其特征在于：

所述调节板能够在与所述单元的长边平行地设置的缝隙上移动来改变设置于所述单元的底面的所述第三吸气口的开口。

4.如权利要求3所述的散热片，其特征在于：

具有多种使所述调节板在所述缝隙上移动来改变设置于所述单元的底面的所述第三吸气口的开口的模式。

5.如权利要求4所述的散热片，其特征在于：

所述调节板，在依照所述散热片的外形的所述缝隙的内侧具有以成组的方式隔着间隔形成的多个孔，该孔形状各异。

6.如权利要求4或5所述的散热片，其特征在于：

所述调节板被在所述缝隙的规定位置进行临时固定的临时固定部件临时固定。

7.如权利要求6所述的散热片，其特征在于：

所述临时固定部件由压接在所述单元上来固定位置的多个螺钉构成，该螺钉两个一组且包括多组。

8.一种电力转换装置，其特征在于：

包括权利要求1至7中任一项所述的散热片和转换工作台，

权利要求1至7中任一项所述的散热片收纳在单元中而载置于所述转换工作台的多个托架上，并且换气扇被载置于所述转换工作台的上表面。