JP2014127647A - 電力変換装置及び冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】部品のレイアウトの自由度が高い電気製品を得ること。
【解決手段】電子プリント基板２上に実装された一または複数の半導体デバイス３が電気品箱９に収納された電力変換装置であって、半導体デバイス３に接して設けられた受熱部５、該受熱部に接して設けられた伝熱部６、及び該伝熱部に接して設けられた放熱部７を備えるヒートパイプを備え、放熱部７の放熱面は、電気品箱９の外郭に沿って配され、放熱部７は受熱部５よりも高い位置に配され、ヒートパイプ中の冷媒は、重力と温度勾配によって自発的に循環する構造であることを特徴とする電力変換装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置及び該電力変換装置を備える冷蔵庫に関する。

冷蔵庫などの多くの電気製品に備えられている電力変換装置は、半導体デバイスを備える。このような半導体デバイスは、電力変換装置の動作によって発熱するため、ヒートシンクなどの放熱機構を要する。また、特許文献１には、制御用電子部品収納室を覆う金属製のカバーを放熱板として用いる冷蔵庫が開示されている。

特許第３７０４２５０号公報

しかしながら、従来の技術では、ヒートシンクが用いられる場合にはスペースの確保が必要である。また、制御用電子部品収納室を覆う金属製のカバーを放熱板として用いる場合には、発熱する半導体デバイスに接して金属製のカバーを備えねばならず、部品が実装される位置、設けられる部品のサイズなどが制約され、部品のレイアウトの自由度が小さいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品のレイアウトの自由度が高い電気製品を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、電子プリント基板上に実装された一または複数の半導体デバイスが電気品箱に収納された電力変換装置であって、前記半導体デバイスに接して設けられた受熱部、該受熱部に接して設けられた伝熱部、及び該伝熱部に接して設けられた放熱部を備えるヒートパイプを備え、前記放熱部の放熱面は、電気品箱の外郭に沿って配され、前記放熱部は前記受熱部よりも高い位置に配され、前記ヒートパイプ中の冷媒は、重力と温度勾配によって自発的に循環する構造であることを特徴とする。

本発明によれば、部品のレイアウトの自由度が高い電気製品を得ることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる冷蔵庫を示す図である。 図３は、実施の形態２にかかる電力変換装置の構成を示す図である。 図４は、実施の形態２にかかる冷蔵庫を示す図である。 図５は、実施の形態３にかかる電力変換装置の構成を示す図である。 図６は、実施の形態４にかかる電力変換装置の構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる冷蔵庫の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる電気製品に搭載される電力変換装置の実施の形態１の構成を示す図である。

図１に示す電力変換装置は、カバー１と、カバー１に固定された電子プリント基板２と、電子プリント基板２に固定された半導体デバイス３と、固定部材４と、固定部材４を用いて半導体デバイス３に固定された受熱部５と、受熱部５の熱を伝達する伝熱部６と、受熱部５とは離れた位置に配され、伝熱部６に接して備えられる放熱部７と、半導体デバイス３と受熱部５の間に備えられる高熱伝導板８ａと、放熱部７の放熱面に接して備えられる高熱伝導板８ｂと、これらの部品のすべてが収納された電気品箱９と、電子プリント基板２上に備えられたアルミ電解コンデンサ１１と、を備える。

カバー１の材料は、絶縁性材料であって、使用環境に耐えうる程度の耐熱性及び耐腐食性を有する材料である。このような材料として、ポリエチレン及びポリプロピレンなどの合成樹脂を例示することができる。

電子プリント基板２は、半導体デバイス３を配置する板状の部品であり、図１に示すようにカバー１に嵌装されている。

半導体デバイス３は、電力変換装置を動作させる制御等を行うものであり、例えばハンダを用いて電子プリント基板２に取り付けられている。

固定部材４としては、例えばネジを例示することができる。

受熱部５は、半導体デバイス３が発した熱を受ける部品である。

伝熱部６は、受熱部５の熱を放熱部７に伝える部品であり、内部には冷媒を備える。

放熱部７は、伝熱部６を介して伝導した熱を放出する部品である。放熱部７は、フィン状の構造などを有さず、凹凸加工されていない平坦な構造である。そのため、従来のフィン状構造の放熱部よりも占有スペースを小さくすることができる。

高熱伝導板８ａ，８ｂは、それぞれ、半導体デバイス３と受熱部５の間、放熱部７と電気品箱９との間での熱伝導がスムーズとなるように設けられているものであり、高熱伝導板８ａ，８ｂの材料は、熱伝導率の高い材料である。なお、半導体デバイス３の発熱量が大きくない場合には、高熱伝導板８ａ，８ｂの一方または双方が設けられていなくてもよい。

電気品箱９は、使用環境に耐えうる程度の耐熱性、耐腐食性及び機械的強度を有していればよい。

受熱部５、伝熱部６及び放熱部７はヒートパイプを構成しており、放熱部７は受熱部５よりも高い位置に配されている。半導体デバイス３が発した熱は、受熱部５から伝熱部６を介して放熱部７に伝わり、電気品箱９から放出される。

放熱部７が受熱部５よりも高い位置に配されているため、受熱部５にて加熱されたヒートパイプ内の冷媒は放熱部７へと流れる。このように、冷媒が受熱部５から放熱部７へ自然に流れるため、冷媒を循環させるためのポンプが不要である。

すなわち、本実施の形態の電力変換装置は、電子プリント基板２上に実装された一または複数の半導体デバイス３が電気品箱９に収納された電力変換装置であって、半導体デバイス３に接して設けられた受熱部５、受熱部５に接して設けられた伝熱部６、及び伝熱部６に接して設けられた放熱部７を備えるヒートパイプを備え、放熱部７の放熱面は、電気品箱９の外郭に沿って配され、放熱部７は受熱部５よりも高い位置に配され、前記ヒートパイプ中の冷媒は、重力と温度勾配によって自発的に循環する構造であることを特徴とする。なお、放熱面とは、放熱部７が有する最大面積の面であって、半導体デバイス３とは逆側の面をいう。

以上説明したように、ヒートパイプを用いて受熱部５と放熱部７を離れた位置に配したため、受熱部５が取り付けられる半導体デバイス３などの部品を従来よりも高い自由度で配置することができる。また、電子プリント基板２の位置の固定に精密な公差が要求されず、コストを抑えた構成とすることができる。

また、受熱部５と放熱部７が離れた位置に配されるため、半導体デバイス３と放熱部７も離れた位置に配されることになり、半導体デバイス３の近くに従来よりも耐熱性の低い部品を用いることも可能である。そのため、電流の流れるループを最小にするように部品を配置することで、電子プリント基板２のサイズを小さくすることもできる。また、ノイズの発生を抑える部品を選択することで、外因性のノイズの影響を抑える構成とすることもできる。

ところで、本実施の形態の電力変換装置は、冷蔵庫に適用することができる。図２は、図１の電力変換装置を冷蔵庫１３に適用した際の配置を示す図である。このように、本実施の形態の電力変換装置は、放熱面が冷蔵庫の側面または背面に略平行になるように配置される。

このように、図１に示す電力変換装置を適用することで、高効率で安価で信頼性のよい冷蔵庫を得ることができる。

実施の形態２．
図３は、本発明にかかる電気製品に搭載される電力変換装置の実施の形態２の構成を示す図である。

図３に示す電力変換装置は、図１の伝熱部６に代えて屈曲した伝熱部６ａを備え、電気品箱９に代えて電気品箱９ａを備える点が異なり、その他の構成は図１に示す電力変換装置と同様である。

図３に示す電力変換装置は、屈曲した伝熱部６ａを備えるため、放熱部７に接する高熱伝導板８ｂが向いている方向が図１に示す電力変換装置と異なる。すなわち、放熱面の方向が異なる。

図４は、図３の電力変換装置を冷蔵庫１３ａに適用した際の配置を示す図である。このように、本実施の形態の電力変換装置では、放熱面が冷蔵庫の上面に略平行になるように配置される。そのため、本実施の形態の冷蔵庫１３ａは、実施の形態１の冷蔵庫１３よりも側面または背面を狭くすることができるため、高さを低くすることができるという特有の効果を奏する。

このように、図３に示す電力変換装置を適用することで、高効率で安価で信頼性のよい冷蔵庫を得ることができる。また、配置する部品のレイアウトの自由度が増し、冷蔵庫内の容積を増やすことができる。

実施の形態３．
図５は、本発明にかかる電気製品に搭載される電力変換装置の実施の形態３の構成を示す図である。

図５に示す電力変換装置は、電子プリント基板２が外装材１０に覆われている点が異なり、その他の構成は図１に示す電力変換装置と同様である。

外装材１０は、絶縁性及び難燃性（耐熱性）のモールド樹脂によって形成されており、このような材料としてエポキシ樹脂を例示することができる。なお、外装材１０は、少なくともヒートパイプを構成している部品と、アルミ電解コンデンサ１１などの電子プリント基板２上の大型の部品以外を覆って設けられている。

図５に示す電力変換装置は、外装材１０を備えるため、電子プリント基板２の通電部に塵埃または虫などが付着して電力変換装置を故障させることを防ぐことができる。そのため、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態の構成と実施の形態２の構成を組み合わせてもよい。

実施の形態４．
図６は、本発明にかかる電気製品に搭載される電力変換装置の実施の形態４の構成を示す図である。

図６に示す電力変換装置は、半導体デバイス３に接して放熱板１２を有し、放熱板１２の半導体デバイス３に接する側が受熱部であり、放熱板１２の受熱部の裏面側が放熱部である。また、図５と同様に電子プリント基板２が外装材１０に覆われている。その他の構成は図１に示す電力変換装置と同様である。

放熱板１２は、フィン状の構造などを有さず、凹凸加工されていない平坦な構造の放熱板であり、例えばアルミニウム板などを例示することができる。放熱板１２は半導体デバイス３にて発生した熱を受熱し、半導体デバイス３と逆側の放熱部より自然放熱により放熱する。

図６に示す電力変換装置では、半導体デバイス３にワイドギャップ半導体が用いられている。ワイドギャップ半導体としては、ＳｉＣ及びＧａＮを例示することができる。半導体デバイス３にワイドギャップ半導体を用いることで、半導体デバイス３における電気的な損失を抑えることができ、放熱量を抑えることができる。そのため、放熱板１２のように、放熱構造を簡素な構造とすることができ、コストを抑えることができる。また、電気品箱９のサイズを小さくすることもできる。

また、図６に示す電力変換装置は、外装材１０を備えるため、実施の形態３と同様に、電子プリント基板２の通電部に塵埃または虫などが付着して電力変換装置を故障させることを防ぐことができる。そのため、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、図６に示す電力変換装置が備える半導体デバイス３にワイドギャップ半導体を適用する形態を説明したが、これに限定されず、図１、図３及び図５に示す電力変換装置にワイドギャップ半導体を適用してもよい。図１、図３及び図５に示す電力変換装置にワイドギャップ半導体を適用した場合にも、電気的な損失を抑えることができ、放熱量を抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、半導体デバイスの発熱によって部品の配置の制約を受ける電気製品に有用であり、特に、冷蔵庫に適している。

１ カバー、２ 電子プリント基板、３ 半導体デバイス、４ 固定部材、５ 受熱部、６，６ａ 伝熱部、７ 放熱部、８ａ，８ｂ 高熱伝導板、９，９ａ 電気品箱、１０ 外装材、１１ アルミ電解コンデンサ、１２ 放熱板、１３，１３ａ 冷蔵庫。

Claims (7)

1. 電子プリント基板上に実装された一または複数の半導体デバイスが電気品箱に収納された電力変換装置であって、
   前記半導体デバイスに接して設けられた受熱部、該受熱部に接して設けられた伝熱部、及び該伝熱部に接して設けられた放熱部を備えるヒートパイプを備え、
   前記放熱部の放熱面は、電気品箱の外郭に沿って配され、
   前記放熱部は前記受熱部よりも高い位置に配され、
   前記ヒートパイプ中の冷媒は、重力と温度勾配によって自発的に循環する構造であることを特徴とする電力変換装置。
2. 電子プリント基板上に実装された一または複数の半導体デバイスが屈曲した形の電気品箱に収納された電力変換装置であって、
   前記半導体デバイスに接して設けられた受熱部、該受熱部に接して設けられた屈曲型の伝熱部、及び該伝熱部に接して設けられた放熱部を備えるヒートパイプを備え、
   前記放熱部の放熱面は、電気品箱の外郭の前記受熱部とは異なる方向の面に沿って配され、
   前記放熱部は前記受熱部よりも高い位置に配され、
   前記ヒートパイプ中の冷媒は、重力と温度勾配によって自発的に循環する構造であることを特徴とする電力変換装置。
3. 前記半導体デバイス及び前記電子プリント基板が、
   絶縁性及び難燃性の樹脂により形成される外装材で覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記半導体デバイスを構成する半導体素子が、ワイドギャップ半導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記放熱部の放熱面が、凹凸加工されていない平坦な構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置を内部に含み、
   前記放熱部がユニットの外郭に沿って配されていることを特徴とする冷蔵庫。
7. 電子プリント基板上に実装された一または複数の半導体デバイスが電気品箱に収納された電力変換装置であって、
   前記半導体デバイスに接する受熱部と該受熱部の裏面に放熱部を有する放熱板を備え、
   前記半導体デバイス及び前記電子プリント基板が、絶縁性及び難燃性の樹脂により形成される外装材で覆われており、
   前記半導体デバイスがワイドギャップ半導体により設けられていることを特徴とする電力変換装置。

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