JP2002141164A - 大電力高周波誘導加熱用トランジスタインバータ装置 - Google Patents
大電力高周波誘導加熱用トランジスタインバータ装置Info
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Abstract
の性能を充分に発揮させることにより、大電力用のイン
バータ回路が容易に得られる大電力用トランジスタイン
バータ装置を提供する。 【解決手段】ヒートシンクに取り付けられた複数の半導
体スイッチング素子でその主回路が形成されるインバー
タ回路を備え、該インバータ回路から出力される高周波
電流によってワークを誘導加熱する大電力高周波誘導加
熱用トランジスタインバータ装置において、前記ヒート
シンクは、半導体スイッチング素子の接合面の裏側に冷
却水の流路が形成されると共に、該流路の少なくとも対
向する壁面に互いに突出状態でフィンをそれぞれ設けた
ことを特徴とする。前記フィンは、例えば流路内の冷却
水の流通方向に沿って傾斜して設けられる。
Description
入する際に使用される大電力高周波誘導加熱用トランジ
スタインバータ装置に関する。
用したトランジスタインバータ装置においては、その主
回路としてのインバータ回路に用いられる半導体スイッ
チング素子を冷却するために、各種構造のヒートシンク
が使用されている。その代表的なものとしては、例えば
特開平11−346480号公報に開示されているよう
に、インバータ主回路のIGBTモジュール、ブスバ
ー、コンデンサをヒートシンクの表面に接合して取り付
け、このヒートシンクの裏側に冷却水路を設けると共に
ヒートシンクの裏面にフィンを設けたインバータ装置が
提案されている。
ンバータ装置にあっては、ヒートシンクの冷却水路の上
面(IGBT接合面の裏面)に、フィンを下方に向けて
所定寸法突出させているのみであるため、冷却水路を流
れる冷却水によるヒートシンクの冷却を効率的に行うこ
とが難しいという問題点があった。すなわち、冷却水路
の上面側を流れる冷却水は、フィンを冷却してヒートシ
ンクの冷却に寄与するものの、冷却水路の下面側を流れ
る冷却水は、そのままストレートに流れてフィンやヒー
トシンクの上面の冷却にほとんど寄与することがなく、
冷却効率が劣ることになる。
には、その出力が例えば数十KW〜数百KWと大電力用
のトランジスタインバータ装置が使用されるが、このよ
うにトランジスタインバータ装置においては、大電力用
のSIT、FET、パワートランジスタ、IGBT等の
各種半導体スイッチング素子が使用されている。しか
し、この種の市場規模が極めて小さいことから、半導体
メーカにおいて、大電力用の半導体スイッチング素子の
製造がコスト的に採算が取れず、製造を中止しようとす
る動きがある。
えば中電力用の半導体スイッチング素子を使用して大電
力用のトランジスタインバータ装置を開発・製造する必
要があるが、その際、問題となるのが、半導体スイッチ
ング素子を如何に効率的に冷却して、その性能(出力特
性)を十分に引き出せるかどうかに掛かっているのが実
状である。
たもので、その目的は、半導体スイッチング素子を効率
的に冷却してその性能を充分に発揮させることにより、
大電力用のインバータ回路が容易に得られる大電力用ト
ランジスタインバータ装置を提供することにある。
く、本発明のうち請求項1記載の発明は、ヒートシンク
に取り付けられた複数の半導体スイッチング素子でその
主回路が形成されるインバータ回路を備え、該インバー
タ回路から出力される高周波電流によってワークを誘導
加熱する大電力高周波誘導加熱用トランジスタインバー
タ装置において、前記ヒートシンクは、半導体スイッチ
ング素子の接合面の裏側に冷却水の流路が形成されると
共に、該流路の少なくとも対向する壁面に互いに突出状
態でフィンをそれぞれ設けたことを特徴とする。また、
請求項2記載の発明は、前記フィンが、流路内の冷却水
の流通方向に沿って傾斜していることを特徴とする。
に基づいて詳細に説明する。図1及び図2は、本発明に
係わる大電力高周波誘導加熱用トランジスタインバータ
装置の一実施例を示し、図1がそのヒートシンク部分の
断面図、図2が図1のA−A線矢視図である。
3a(接合面)にSIT、FET、IGBT等の大電力
もしくは中電力用の半導体スイッチング素子2の接合面
2aが接合状態で取り付けられる素子接合板3と、この
素子接合板3と略同一形状に形成された下面板4と、素
子接合板3と下面板4の外周部を接合連結する平面視方
形状の側板5とで形成されている。
よって、ヒートシンク1の内部には冷却水の流路6が形
成されており、前記側板5の対向する壁面には冷却水供
給口7と冷却水排出口8が設けられている。この冷却水
供給口7と冷却水排水口8には、適宜配水管9、10が
接続され、この配水管9、10は冷却装置11に接続さ
れている。この冷却装置11で冷却された冷却水が配水
管9を介してヒートシンク1の流路6内に供給される。
なお、冷却装置11には、バルブ12を介して冷却水供
給源13が接続されている。また、前記素子接合板3、
下面板4及び側板5は、アルミニウム板か銅板等によっ
て形成され、その連結部がロウ付け等で固着されてい
る。
裏面3bと下面板4の内面4aには、複数のフィン1
4、15が一体的に固着されている。すなわち、素子接
合板3の裏面3bには、下方に垂直に所定寸法突出する
状態でフィン14が固着され、下面板4の内面4aに
は、前記フィン14間に位置する状態でかつ上方に垂直
に所定寸法突出する状態でフィン15が固着されてい
る。これらのフィン14、15は、素子接合板3や下面
板4と同材質の板によって形成され、例えばロウ付け等
により各板3、4に一体化されている。なお、フィン1
4、15の突出寸法は略同一に設定されており、これに
より流路6がジグザグ状に形成されている。
ッチング素子2を所定の条件で作動させる際に、冷却装
置11を作動させてヒートシンク1の流路6内に冷却水
を供給する。この冷却水により、フィン14やフィン1
4間の素子接合板3の裏面3bが冷却されて、素子接合
板3の表面3aが冷却される。この素子接合板3の表面
3aの冷却により、作動(オン・オフ)による通電で温
度上昇する半導体スイッチング素子2の接合面2aが冷
却、すなわち通電中の半導体スイッチング素子2が冷却
される。
に、流路6内を冷却装置11で所定温度に維持された冷
却水が流通すると共に、冷却流路6内にフィン14、1
5が設けられているため、このフィン14、15が冷却
水によって冷却されて、素子接合板3の冷却効率が高め
られる。特に、フィン14、15が素子接合板3の裏面
3bと下面板4の内面4aに互いに突出する方向に設け
られていることから、フイン15で冷却水がフィン14
側に指向する流れ、すなわち流路6内の冷却水がフィン
14、15でストレートな流れが阻害されつつジクザグ
状に流れ、フィン14、15と冷却水の接触時間が長く
なって、フィン14、15(つまり素子接合板3)がよ
り効率的に冷却されることになる。
ング素子2が効率的に冷却されることにより、通電時の
半導体スイッチング素子2の発熱が抑えられ、その能力
が充分に発揮されて出力定格に近い出力が容易に得ら
れ、例えば中電力用の半導体スイッチング素子2を使用
したインバータ回路に、従来では得られない大電力出力
を得ることができる。
クのそれぞれ他の実施例を示している。以下、上記実施
例と同一部位には同一符号を付して説明する。先ず、図
3に示すヒートシンク1の特徴は、前記下面板4に側板
5を一体化して上面が開口した箱形状に形成すると共
に、素子接合板3の裏面3b及び下面板4の内面4aか
ら突出するフィン14、15の突出高さを前記高さより
高くした点にある。このヒートシンク1は、フィン1
4、15の突出高さが互いにラップすることから、冷却
水の流路6がよりジグザグ状に形成されることになる。
は、フィン14、15をその長手方向において分割した
点にある。この分割方法としては、図4の左半分に示す
ように、比較的細かく分割しても良いし、図4の右半分
に示すように、比較的大きく分割することもできるし、
フィン14、15の高さ方向の所定位置にスリットを設
けることで分割状態とする等、適宜の分割構造を採用す
ることができる。
は、フィン14、15を流路6の冷却水の流通方向に沿
って傾斜して設けたものであり、この場合のフィン1
4、15の傾斜方向は、実線で示すように、流通方向に
向かって傾斜させたり、二点鎖線で示すように、反流通
方向に向かって傾斜させることができる。また、この実
施例の場合、二点鎖線で示すように、各フィン14、1
5を円弧形状に形成したり、この各フィン14、15の
傾斜角度や各板3、4に対する固定位置を適宜に異なら
せること等により、流通方向に略螺旋状の流路6が形成
されるように構成することもできる。
は、フィン14、15を冷却水の流通方向に直交する方
向ではなく、流通方向と略並行に設けたものである。こ
れらの各実施例においても、フィン14、15で流路6
内にジクザグ状の流路が形成され、フィン14、15を
介した素子接合板3の冷却効率を高めることができる。
ぞれに限定されるものでもなく、例えば図6に示す実施
例において、図4に示す実施例と同様にフィン14、1
5を複数に分割する等、各実施例を適宜に組み合わせる
ことができる。また、流路6内に冷却水を供給したり排
出する冷却水供給口7と冷却水排出口8の位置も、上記
各実施例に限定されず、例えば図1の二点鎖線で示すよ
うに下面板4に設けたり、図2に示すように側板5に複
数箇所設けたり、あるいは図6に示すように側板5の斜
めに対向する位置に設けて良い。さらに、上記各実施例
において、複数のフィン14、15の形状を異ならせた
り、例えば側板5に水平方向に突出するフィン14、1
5を設けることもできる。
明によれば、半導体スイッチング素子が接合されるヒー
トシンクの裏面に冷却水の流路を形成すると共に、この
流路の対向する壁面からフィンを互いに突出させて設け
ているため、流路内を流通する冷却水の各フィンに対す
る接触面積を大きくできて、冷却水によりヒートシンク
を効率的に冷却することができる。その結果、半導体ス
イッチング素子の能力を最大限に発揮できて、大電力用
のトランジスタインバータ装置を容易に得ることが可能
になる。
項1記載の発明の効果に加え、フィンが冷却水の流路内
において冷却水の流路方向に沿って傾斜しているため、
例えば傾斜状態によって冷却水の流通速度を調整できる
等、その流通状態を最適な状態に設定することができ
て、半導体スイッチング素子の冷却効率をより向上させ
ることができる等の効果を奏する。
装置の一実施例を示すヒートシンク部分の断面図
断面図
断面図
断面図
Claims (2)
- 【請求項1】ヒートシンクに取り付けられた複数の半導
体スイッチング素子でその主回路が形成されるインバー
タ回路を備え、該インバータ回路から出力される高周波
電流によってワークを誘導加熱する大電力高周波誘導加
熱用トランジスタインバータ装置において、前記ヒート
シンクは、半導体スイッチング素子の接合面の裏側に冷
却水の流路が形成されると共に、該流路の少なくとも対
向する壁面に互いに突出状態でフィンをそれぞれ設けた
ことを特徴とする大電力高周波誘導加熱用トランジスタ
インバータ装置。 - 【請求項2】前記フィンは、流路内の冷却水の流通方向
に沿って傾斜していることを特徴とする請求項1記載の
大電力高周波誘導加熱用トランジスタインバータ装置。
Priority Applications (1)
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JP2000331633A JP2002141164A (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 大電力高周波誘導加熱用トランジスタインバータ装置 |
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JP2000331633A JP2002141164A (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 大電力高周波誘導加熱用トランジスタインバータ装置 |
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ID=18807945
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