JP2013073949A - 電力変換装置及びそれを備えた冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置(30)は、パワー半導体チップ(50)と、該パワー半導体チップ(50)が接続される主回路が形成された主基板(51)とを備えている。電力変換装置(30)に、表面(52b)に絶縁層(54)を介してパワー半導体チップ(50)が実装され、裏面(52a)に冷却用流体が流通する冷却管(23a)が嵌め込まれる凹溝(52c)が形成されると共に、主基板(51)とは別部材で形成された放熱基板(52)と、該放熱基板(52)が主基板(51)と異なる面に位置するように放熱基板(52)を主基板(51)に固定する固定部材(53)とを設ける。
【選択図】図3
Description
−全体構成−
〈冷媒回路〉
図1に示すように、本発明の実施形態に係る空気調和装置(1)は、室外機(1A)と室内機(1B)とを有し、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路(10)を備えている。該冷媒回路(10)は、圧縮機(11)と室外熱交換器(12)と膨張弁(13)と室内熱交換器(14)とが順に冷媒配管によって接続されることにより形成されている。圧縮機(11)の吸入側にはアキュムレータ(15)が設けられる一方、吐出側には油分離器(16)が設けられている。また、冷媒回路(10)は四路切換弁(17)を備え、冷媒循環が可逆に構成されている。
室外機(1A)には、上記冷媒回路(10)の各構成部品の各駆動部に電力を供給するための電力変換装置(30)が設けられている。
ところで、上記ダイオード(35)と上記パワートランジスタ(37)をそれぞれ構成するパワー半導体チップ(50)は、稼動時に高温に発熱する。そこで、本実施形態では、パワー半導体チップ(50)が動作可能な温度よりも高温にならないように、冷媒回路(10)の冷媒によってパワー半導体チップ(50)を冷却することとしている。
次に、上記空気調和装置(1)の運転動作を説明する。上記空気調和装置(1)は、四路切換弁(17)を切り換えることにより、冷房運転と暖房運転とを行う。
冷却管(23a)の内部には、冷房運転時には室外熱交換器(12)で凝縮した冷媒が流れ、暖房運転時には室内熱交換器(14)で凝縮した後、膨張弁(13)で減圧された冷媒が流れる。該冷却管(23a)を流れる冷媒の温度は、運転条件や外気条件によって異なるが、冷房運転時には例えば45℃程度、暖房運転時には例えば4℃程度になっている。
次に、上記電力変換装置(30)の製造方法について説明する。
以上より、上記電力変換装置(30)によれば、放熱基板(52)の第2面(52b)にパワー半導体チップ(50)を実装する一方、第1面(52a)に冷却管(23a)を取り付ける凹溝(52c)を形成することとして、パワー半導体チップ(50)が実装される基板と冷却管(23a)が取り付けられる冷却器とを1つの部材によって構成することとした。そのため、実装基板と冷却器とを別部材によって構成した場合に比べてパワー半導体チップ(50)と冷却管(23a)との接触熱抵抗を大幅に低減することができる。よって、冷却管(23a)内を流通する冷却用流体によってパワー半導体チップ(50)を効率よく冷却することができる。また、実装基板と冷却器とを1つの部材によって構成したため、これらの間にサーマルグリスを塗布する必要がない。そのため、電力変換装置(30)の組立性を改善することができる。さらに、実装基板と冷却器とを1つの部材によって構成したため、従来の電力変換装置のように、パワー半導体チップ(50)が実装された基板と冷却器との間に放熱板が介在しない。そのため、電力変換装置(30)の重量及びコストを低減することができる。
実施形態2に係る空気調和装置(1)は、電力変換装置(30)の構成を一部変更したものである。図4に示すように、電力変換装置(30)の主基板(51)と放熱基板(52)との取り付け構造が実施形態1と異なる。
実施形態2では、実施形態1と同様にして、主基板(51)上に主回路を形成し、その後、主回路を構成する種々の電気部品を導体パターン(51a)上に半田実装する。一方、放熱基板(52)側では、実施形態1と同様にして、第2面(52b)に絶縁層(54)を形成し、該絶縁層(54)上に導体パターン(55)を形成する。
以上より、実施形態2によれば、主基板(51)と放熱基板(52)とを固定する固定部材を、主基板(51)に設けられた主回路の一部を構成する導体パターン(51a)と放熱基板(52)に設けられたパワー回路の一部を構成する導体パターン(55)とを電気的に接続する半田(53)によって構成することとした。そのため、固定部材を主回路と上記パワー回路とを電気的に接続する接続手段として兼用することができる。従って、電力変換装置(30)の部品点数を低減することができ、電力変換装置(30)の構成を容易化することができる。また、パワー半導体チップ(50)の半田付けと同時に主基板(51)と放熱基板(52)とを半田付けすることができるため、電力変換装置(30)の組み立て工数を低減することもできる。
実施形態3に係る空気調和装置(1)は、電力変換装置(30)の構成を一部変更したものである。図5に示すように、電力変換装置(30)の主基板(51)と放熱基板(52)との取り付け構造が実施形態1と異なる。
実施形態3では、実施形態1と同様にして、主基板(51)上に主回路を形成し、その後、主回路を構成する種々の電気部品を導体パターン(51a)上に半田実装する。一方、放熱基板(52)側では、実施形態1と同様にして、第2面(52b)に絶縁層(54)を形成し、該絶縁層(54)上に導体パターン(55)を形成し、複数のパワー半導体チップ(50)を導体パターン(55)上に半田実装する。
以上より、実施形態3によれば、接着剤によって主基板(51)と放熱基板(52)とを固定することとしたため、主基板(51)及び放熱基板(52)に何ら細工を施すことなく容易に固定作業を行うことができる。また、主基板(51)に開口(51b)を形成し、パワー半導体チップ(50)の少なくとも一部が開口(51b)内に位置するように主基板(51)と放熱基板(52)とを固定することにより、放熱基板(52)を主基板(51)と別体に構成することによる装置の大型化を最低限度に抑制することができる。また、通常、パワー半導体チップ(50)を電気回路に組み込む際には、ワイヤ等による配線作業が必要となる。そこで、上述のように、主回路とパワー回路とを電気的に接続する接続手段をワイヤ(61)によって構成することにより、放熱基板(52)におけるパワー回路の形成と、主基板(51)の主回路と放熱基板(52)のパワー回路との電気接続とをまとめて1つのワイヤボンディング工程において行うことができる。従って、電力変換装置(30)の組み立て工数を低減することができる。
上記各実施形態については、以下のような構成としてもよい。
10 冷媒回路
18 モータ(電気機器)
23a 冷却管
30 電力変換装置
50 パワー半導体チップ
51 主基板
51a 導体パターン(第1導体パターン)
51b 開口
52 放熱基板
52a 第1面(裏面)
52b 第2面(表面)
52c 凹溝
53 固定部材
54 絶縁層
55 導体パターン(第2導体パターン)
Claims (6)
- パワー半導体チップ(50)と、該パワー半導体チップ(50)が接続される主回路が形成された主基板(51)とを備えた電力変換装置であって、
表面(52b)に絶縁層(54)を介して上記パワー半導体チップ(50)が実装され、裏面(52a)に冷却用流体が流通する冷却管(23a)が嵌め込まれる凹溝(52c)が形成されると共に、上記主基板(51)とは別部材で形成された放熱基板(52)と、
上記放熱基板(52)が上記主基板(51)と異なる面に位置するように上記放熱基板(52)を主基板(51)に固定する固定部材(53)とを備えている
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1において、
上記放熱基板(52)には、上記パワー半導体チップ(50)を有するパワー回路が形成される一方、
上記固定部材(53)は、上記主回路と上記パワー回路とを電気的に接続している
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項2において、
上記固定部材(53)は、リード又はハーネスによって構成されている
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項2において、
上記主基板(51)には開口(51b)が形成され、
上記固定部材(53)は、上記主基板(51)に設けられて上記主回路の一部を構成する第1導体パターン(51a)と上記放熱基板(52)に設けられて上記パワー回路の一部を構成する第2導体パターン(55)とを電気的に接続する半田によって構成され、上記パワー半導体チップ(50)の少なくとも一部が上記開口(51b)内に位置するように上記放熱基板(52)と上記主基板(51)とを固定している
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1において、
上記主基板(51)には開口(51b)が形成され、
上記固定部材(53)は、上記パワー半導体チップ(50)の少なくとも一部が上記開口(51b)内に位置するように上記放熱基板(52)と上記主基板(51)とを接触させて固定するネジ部材又は接着剤であり、
上記放熱基板(52)には、上記パワー半導体チップ(50)を有するパワー回路が形成される一方、
上記主回路と上記パワー回路とは、ワイヤ、リボン、又はリードフレームによって電気的に接続されている
ことを特徴とする電力変換装置。 - 冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路(10)と、
上記冷媒回路(10)において冷凍サイクルを実行させるための電気機器(18)に電力を供給する請求項1乃至5のいずれか1つの電力変換装置(30)とを備え、
上記電力変換装置(30)の上記放熱基板(52)の上記凹溝(52c)には、上記冷媒回路(10)の冷媒配管が上記冷却管(23a)として嵌め込まれている
ことを特徴とする冷凍装置。
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- 2011-09-26 JP JP2011209619A patent/JP2013073949A/ja active Pending
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