JP2011041397A - 車載用ｄｃ−ｄｃコンバータのヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載されて電動アシスト過給機又は電動コンプレッサの電動機の駆動に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータの、省スペース化と放熱効率の向上との両立の実現に寄与することができるヒートシンクを提供すること。
【解決手段】車載用ＤＣ−ＤＣコンバータの一面が開放された筐体３の内部を、２つの仕切壁３７，３７によって、２つのリアクトル収容部３３，３３と１つの基板収容部３５とに区画する。各リアクトル収容部３３には、２つで１つのリアクトル５を構成するリアクトル本体５１をそれぞれ収容する。各リアクトル本体５１は、コア５３及びコイル５５によって構成する。基板収容部３５の底面を基板固定部３５ａとし、パワー半導体系の実装基板７を直付けする。また、リブやスペーサ等を用いてパワー半導体系の実装基板７と平行に制御系の実装基板９を配置し、基板収容部３５に固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されて電動アシスト過給機又は電動コンプレッサの電動機の駆動に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクに関するものである。

電動アシスト過給機や電動コンプレッサを搭載した車両においては、バッテリの電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧してインバータにより交流としたのち、電動アシスト過給機や電動コンプレッサの電動機に供給して駆動する。このＤＣ−ＤＣコンバータはかなりの消費電力であることから、僅かな熱損失でもそのワッテージは大きくなる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの放熱設計が極めて重要となる。

ＤＣ−ＤＣコンバータにおける主な熱放出源の一つにリアクトルがある。リアクトルは、放熱効率を高めるために熱伝導率の高い筐体に収容される。筐体の内部は、熱伝導率の高い絶縁性樹脂によりモールドされる。このようにして放熱効率を高めたリアクトルは、ＤＣ−ＤＣコンバータにおけるもう一つの主な熱放出源であるパワー半導体の実装基板と共に、ヒートシンクに直付けされる（以上、特許文献１）。

特開２００８−１７８２１０号公報

上述した従来の構造では、筐体とヒートシンクとでリアクトルの放熱効率を高めているが、物理的に独立した存在である筐体とヒートシンクとの間に熱抵抗があることは否めない。また、車両に搭載される電動アシスト過給機や電動コンプレッサの電動機の駆動装置に対しては、スペースに余裕のないエンジンルームにコンパクトに配置できるように、ダウンサイジングの要求が高い。その点、リアクトルを収容した筐体をさらにヒートシンクに取り付けるという従来のＤＣ−ＤＣコンバータの構造には、省スペースの観点から改善の余地があった。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、車両に搭載されて電動アシスト過給機又は電動コンプレッサの電動機の駆動に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータの、省スペース化と放熱効率の向上との両立の実現に寄与することができるヒートシンクを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクは、車両に搭載されて電動アシスト過給機又は電動コンプレッサの電動機の駆動に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータのリアクトルを構成するコア及びコイルが収容されるリアクトル収容部と、前記リアクトル収容部と一体に形成され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの回路素子の実装基板が固定される基板固定部と、前記リアクトル収容部及び前記基板固定部と一体に形成され、これらリアクトル収容部及び基板固定部の両外表面に跨って延在する放熱フィンとを備えていることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクによれば、リアクトルを構成するコア及びコイルが収容されるリアクトル収容部と、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路素子の実装基板が固定される基板固定部とが、放熱フィンを備えるヒートシンク自体に設けられる。したがって、リアクトルの筐体として機能するリアクトル収容部から放熱フィンへの熱伝導経路が同一部品（ヒートシンク）内に構成されることになり、異部品間に熱伝達経路が跨る場合のような熱抵抗が存在しなくなる。このため、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。

しかも、それぞれ独立した部品であるリアクトルの筐体とヒートシンクとを組み付けるという構成を採用しないので、独立した部品どうしを組み付けて組立体とすることによるサイズ面での無駄をなくし、ＤＣ−ＤＣコンバータの省スペース化を図ることができる。

また、請求項２に記載した本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクは、請求項１記載の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクにおいて、前記リアクトル収容部を複数備えており、これら複数のリアクトル収容部にそれぞれ収容される前記コア及び前記コイルによって前記リアクトルが構成されることを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクによれば、請求項１記載の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータのリアクトルを、各リアクトル収容部にそれぞれ収容する複数組のコア及びコイルによって構成すると、一組のコア及びコイルによってリアクトルを構成する場合に比べて、コアの中心軸方向におけるリアクトルの寸法が小さくなる。このため、コアの中心軸方向におけるＤＣ−ＤＣコンバータの寸法を小型化することができる。

さらに、請求項３に記載した本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクは、請求項１又は２に記載した本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクにおいて、前記基板固定部が、前記リアクトル収容部とは区画された基板収容部を有しており、該基板収容部に前記実装基板が収容されて固定されることを特徴とする。

請求項３に記載した本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクによれば、請求項１又は２に記載した本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路素子の実装基板を固定する基板固定部の基板収容部が、リアクトル収容部とは区画して形成される。したがって、リアクトル収容部に高熱伝導性の樹脂を充填する際に、基板収容部にも樹脂を充填しなくて済むようにし、樹脂の使用量増加を防ぐことができる。

本発明の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクによれば、車両に搭載されて電動アシスト過給機又は電動コンプレッサの電動機の駆動に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータの、省スペース化と放熱効率の向上との両立の実現に寄与することができる。

本発明の一実施形態に係るヒートシンクを用いた車載用ＤＣ−ＤＣコンバータの外観を示す斜視図である。 図１の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクを開放面側から見た平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るヒートシンクを用いた車載用ＤＣ−ＤＣコンバータの外観を示す斜視図である。

図１中引用符号１で示す本実施形態の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータは、不図示のインバータと共に車両のエンジンルーム（図示せず）に設置されて、車両用の電動アシスト過給機や電動コンプレッサの電動機（図示せず）の駆動に用いられる。この車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、箱形の筐体３と、この筐体３に収容される２つのリアクトル本体５１，５１（図２参照）と、同じく筐体３に収容されるパワー半導体系の実装基板７及びパワー半導体の制御系の実装基板９（いずれも図３参照）とを備えている。

車載用ＤＣ−ＤＣコンバータの平面図である図２に示すように、筐体３の対向する２つの側面には、電源入力端子３９ａ（昇圧前）と電源出力端子３９ｂ（昇圧後）とがそれぞれ設けられている。また、この２つの側面を除く筐体３の外周面には、その全体に亘って、図１に示すように複数の放熱フィン３１が膨出形成されている。筐体３は、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料によって形成されている。そして、筐体３は、放熱フィン３１から周辺の雰囲気に熱を放出するヒートシンクとして機能する。

図２のＡ−Ａ線断面図である図３に示すように、筐体３の一面は開放されており、筐体３の内部は、図２に示すように、２つの仕切壁３７，３７によって、２つのリアクトル収容部３３，３３と１つの基板収容部３５とに区画されている。各リアクトル収容部３３には、２つで１つのリアクトル５を構成するリアクトル本体５１がそれぞれ収容される。

各リアクトル本体５１は、コア５３及びコイル５５によって構成されている。各リアクトル本体５１は、不図示のかご状位置決め部材によって、収容先のリアクトル収容部３３の内壁から所定の間隔が空くように位置決めされている。

リアクトル収容部３３の内壁とリアクトル本体５１との間隔は、コイル５５に流れる電流による誘導電流がリアクトル収容部３３の壁部（仕切壁３７を含む）に流れない程度であればよい。なお、コア５３にギャップがある場合は、ギャップからの漏れ磁束は他のコア５３部分からの漏れ磁束よりも圧倒的に大きくなる。そのため、コア５３のギャップ部分においては他の部分よりも、リアクトル収容部３３の内壁とリアクトル本体５１との間隔を大きくすることが望ましい。リアクトル収容部３３の内壁とリアクトル本体５１との間隔には、例えばエポキシ系樹脂等の熱伝導率が高い絶縁性樹脂５７が充填される。

図３に示すように、筐体３の開放面側から見た基板収容部３５の底面は、パワー半導体系の実装基板７（請求項中の実装基板に相当）が直付けされる基板固定部３５ａとされている。制御系の実装基板９は、リブやスペーサ等（図示せず）を用いてパワー半導体系の実装基板７と平行に配置され、基板収容部３５に固定される。

以上のようにして各リアクトル収容部３３にリアクトル本体５１をそれぞれ収容し、かつ、基板収容部３５に実装基板７，９を収容した筐体３の開放面は、不図示の蓋体によって水密状態に封止される。

以上に説明した構成を有する本実施形態の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ１では、各リアクトル収容部３３にそれぞれ収容されたリアクトル本体５１で発生した熱が、絶縁性樹脂５７及びリアクトル収容部３３（仕切壁３７を含む）を経て放熱フィン３１から周辺雰囲気に放出される。また、パワー半導体系の実装基板７で発生した熱も、基板固定部３５ａを経て放熱フィン３１から周辺雰囲気に放出される。

即ち、リアクトル本体５１や実装基板７から放熱フィン３１への熱伝達経路は、筐体３という単一部品によって構成される。このため、複数部品間に跨って熱伝達経路が構成されることによる熱抵抗に起因して、リアクトル本体５１や実装基板７の放熱効率が低下することがない。また、リアクトル本体５１の筐体をヒートシンクと別部品とする場合に比べて、複数部品を組み付けて組立体とすることによるサイズ面での無駄が発生しない。

このため、本実施形態の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ１の筐体３によれば、リアクトル本体５１や実装基板７の放熱効率の向上と、筐体３乃至車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ１の省スペース化との両立に寄与するヒートシンクを実現することができる。

なお、本実施形態では、パワー半導体系の実装基板７を直付けする基板固定部３５ａを、筐体３の一面に開放された基板収容部３５の一部として構成し、実装基板７，９の収容空間がリアクトル収容部３３とは区画されて筐体３に形成される場合について説明した。しかし、実装基板７，９の収容空間が筐体３に形成されず基板固定部３５ａが筐体３の外側に露出する構成であってもよい。

また、本実施形態では、筐体３に２つのリアクトル収容部３３，３３を形成したが、筐体３に形成するリアクトル収容部３３の数は１つ又は３つ以上の複数であってもよい。さらに、筐体３に形成するリアクトル収容部３３の数に合わせて、車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ１のリアクトルを構成するリアクトル本体５１の数を１又は３つ以上の複数としてもよい。

そして、本実施形態の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ１に代表されるように、筐体３に形成するリアクトル収容部３３を複数とし、各リアクトル収容部３３に１つずつ収容される複数のリアクトル本体５１により車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ１のリアクトルを構成すれば、各リアクトル本体５１のコア５３の中心軸方向における寸法が、リアクトルを一組のコア及びコイルで構成する場合に比べて小さくなる。

したがって、筐体３に形成するリアクトル収容部３３を１つとして、リアクトルを一組のコア及びコイルで構成するよりも、車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ１の寸法を小さくして省スペース化を図ることができる。

１ 車載用ＤＣ−ＤＣコンバータ
３ 筐体
５ リアクトル
７ 実装基板
９ 実装基板
３１ 放熱フィン
３３ リアクトル収容部
３５ 基板収容部
３５ａ 基板固定部
３７ 仕切壁
３９ａ 電源入力端子
３９ｂ 電源出力端子
５１ リアクトル本体
５３ コア
５５ コイル
５７ 絶縁性樹脂

Claims (3)

1. 車両に搭載されて電動アシスト過給機又は電動コンプレッサの電動機の駆動に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンクにおいて、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータのリアクトルを構成するコア及びコイルが収容されるリアクトル収容部と、
   前記リアクトル収容部と一体に形成され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの回路素子の実装基板が固定される基板固定部と、
   前記リアクトル収容部及び前記基板固定部と一体に形成され、これらリアクトル収容部及び基板固定部の両外表面に跨って延在する放熱フィンとを備えている、
   ことを特徴とする車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンク。
2. 前記リアクトル収容部を複数備えており、これら複数のリアクトル収容部にそれぞれ収容される前記コア及び前記コイルによって前記リアクトルが構成されることを特徴とする請求項１記載の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンク。
3. 前記基板固定部は、前記リアクトル収容部とは区画された基板収容部を有しており、該基板収容部に前記実装基板が収容されて固定されることを特徴とする請求項１又は２記載の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのヒートシンク。

Images