JP2014230417A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る電力変換装置は、筐体の内部に配置され、電子部品を冷却する冷媒を流すための2つ以上の貫通孔を有する台座部と、この貫通孔の端部の開口部を、2個ずつ連結して閉じた流路を構成する水路蓋とを備え、台座部の主要面上と、この主要面に垂直な側壁面に隣接して、電子部品を載置した。
【選択図】 図1
Description
その発熱量の増大(温度変化に直して考えた場合は、冷却器性能と放熱構造体の熱伝導率によっても変化するが、温度変化に直して考えると、水冷の場合では10Wの発熱量増加に対して0.1K(ケルビン)〜10K程度のオーダーで温度が上昇する)に対して、筐体温度を上げずに、その発熱を外に逃がす対策として、大型電子部品の載置面のみならず、その側面も冷却面として有効冷却面積を拡大し、ひいては全体として有効冷却面積を大きくしてゆくことが有効である。この目的のために貫通孔方向と垂直な台座部断面を拡大する必要がある。
電力変換に関わる複数の電子部品を収納する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、前記電子部品を冷却する冷媒を流すための複数の貫通孔を有する台座部と、
前記複数の貫通孔の端部に形成された開口部を、前記筐体の上下方向に互いに連結して、前記冷媒を流すための流路を構成する水路蓋と、
前記台座部の上部に形成された主要面に載置されている第一の電子部品と、
前記台座部の外形面であって前記主要面に垂直な側壁面に隣接して載置されている第二の電子部品と、を備えるように構成したものである。
本発明の実施の形態1を、以下、図1〜2を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態1に係る電力変換装置(車載用を含む)の構成の一例を示す断面図であり、図2は、図1のA2−A2断面を示す図である。なお、図1は図2のA1−A1断面を示す図でもある。
(1)台座部6内に貫通孔を1つ備える従来発明と比べて、台座部6内に貫通孔を2つ備えるとともに、これら貫通孔に流れる冷媒の流速が大きいため、冷却性能が向上する。
(2)磁性体部品が大きくなる場合、台座部高さは磁性体部品の高さ以上とすることが望ましい。しかし、従来発明では、台座部高さは、台座部厚み方向、つまり、水路から部品冷却面に至る方向の熱抵抗、台座部の軽量化のため、貫通孔の大きさに制限されてしまう(なお、台座部厚みとは、図1のLt1、あるいはLt2を意味する)。これに対して本発明では、磁性体部品5の高さ以上の台座部6を有する電力変換装置を備えているため、有効冷却面積(ここで有効とは、電気電子部品内の発熱箇所が冷却されるという意味で用いている。発熱体と冷却面との熱交換が活発であるほど有効である。)が大きくなる。
(3)磁性体部品5の高さ以上の台座部6の主要面3にスイッチング素子4を備えることで、同一の基板に実装することが可能となり、従来発明と比べてコスト安となる。
実施の形態2については、図5を用いて説明する。実施の形態1と異なる箇所を下記に記載する。それ以外は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
図5で、パイプ18を導入口、パイプ17を導出口とすることで、電子部品の冷却用の冷媒は、パイプ18から流入し、貫通孔15、連結流路19、貫通孔14を流れ、パイプ17より流出する(この一連の流路を主水路と呼ぶ)。パイプ18から流入した気泡は、主水路を通らず、浮力によって副流路22を通じてパイプ17から流出する。
気泡の熱伝導率は冷媒(具体的には水、ロングライフクーラントなど)と比べて桁が異なるほど低いため、気泡の侵入は冷却器の冷却性能を極端に悪化させる。本実施の形態では、気泡が主水路を通らないため、高い冷却効率を実現できる。
実施の形態3について、図6〜10を用いて説明する。実施の形態1と異なる箇所を下記に記載する。それ以外は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
には第一の貫通孔15a、貫通孔14aが形成され、第二の台座部6b内には第二の貫通孔14b、貫通孔15bが形成される。また、伝熱性能のよいポッティング剤25が凹部29内(図6参照)において、凹部29の内壁面と磁性体部品5との間隙を埋めるように充填され、磁性体部品5により発熱した熱を台座部6a、6bに伝熱している。
(1)従来発明では、貫通孔の長さLkを貫通孔直径Rkより大きくすることでスイッチング素子を冷却する主要面を増大させることは可能(図13参照)である。しかし、貫通孔の長さが貫通孔の直径より大きくなるにつれて、その孔の形成が難しくコスト高となることに対して、本実施の形態では、筐体の一辺の長さと等しい貫通孔を、水路蓋10を用いて連結させて流路を構成させるので、コスト安で有効冷却面積を増大させることができる。図13において、筐体102の内部には、スイッチング素子104、台座106、この台座106に載置された電子部品105が収納され、貫通孔114が筐体102に挿着されている。この図で貫通孔114の直径はRk、長さはLkである。
(2)本形態では2つの台座部で挟まれるように磁性体部品を収納する凹部が形成されるので、磁性体部品における一側壁面の一部分だけを冷却していた従来発明(例えば特許第4983959号公報参照)と比べて、磁性体部品における側壁面の全周囲(側壁面全体)を冷却できる本実施の形態は冷却性能が高い。
本実施の形態4について図14を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態3に比較して、電力変換装置を複数備えている点で異なる。例えば、図中、第一の電力変換装置1aは充電器、第二の電力変換装置1bは降圧DC/DCであるような場合である。本実施の形態においては、主要面3a、3bが台座部6c、6dの上下2箇所にそれぞれ配設されており、これらの主要面3a、3bにそれぞれ対応して、スイッチング素子4a、4bが載置されている。以上のように、一つの筐体に二つの電力変換装置を収納できるので、複数の電力変換装置を内蔵する筐体の共有化を図ることができるため、装置のコストダウン、省スペース化が可能となる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
電力変換に関わる複数の電子部品を収納する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、前記電子部品を冷却する冷媒を流すための複数の貫通孔を有する台座部と、
前記複数の貫通孔の端部に形成された開口部を、前記筐体の上下方向に互いに連結して、前記冷媒を流すための流路を構成する水路蓋と、
前記台座部の上部に形成された主要面に載置されている第一の電子部品と、
前記台座部の外形面であって前記主要面に垂直な側壁面に隣接して載置されている第二の電子部品と、
を備え、
前記流路は、上側に位置する貫通孔から下側に位置する貫通孔に向かう前記冷媒の流れ方向にその幅が拡大し縮小する形状、または上側に位置する貫通孔から下側に位置する貫通孔まで前記筐体の側壁面内で曲率半径を大きくして曲折させる形状を有するものである。
Claims (12)
- 電力変換に関わる複数の電子部品を収納する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、前記電子部品を冷却する冷媒を流すための複数の貫通孔を有する台座部と、
前記複数の貫通孔の端部に形成された開口部を、前記筐体の上下方向に互いに連結して、前記冷媒を流すための流路を構成する水路蓋と、
前記台座部の上部に形成された主要面に載置されている第一の電子部品と、
前記台座部の外形面であって前記主要面に垂直な側壁面に隣接して載置されている第二の電子部品と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記台座部の有効高さは、前記第二の電子部品の高さよりも大きくなるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記複数の貫通穴をつなぐ別の流路を有す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。
- 前記第二の電子部品の大きさは、前記第一の電子部品より大きいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記第一の電子部品と前記第二の電子部品は、同一基板上に実装されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記流路は、前記筐体の側壁面内で曲折されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記流路は、前記筐体の側壁面内で直線状に構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記流路の幅は、前記冷媒の流れ方向に拡大後、縮小されていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記流路の断面積は、冷媒の流れ方向に対して垂直な方向に一定であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記流路の幅が一定であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記流路内には突起物が設置されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は第一の電力変換装置と第二の電力変換装置を有し、
前記台座部の上壁面は前記第一の電力変換装置を構成する電子部品を、
前記台座部の下壁面は前記第二の電力変換装置を構成する電子部品を、
それぞれ冷却することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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