JP2015089179A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法バラツキが大きい電磁誘導機器であっても、バラツキの影響を受けることがなく電磁誘導機器と冷却部との間の熱抵抗を一定化させることができ、かつ熱抵抗を低減することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】この発明に係る電力変換装置は、プリント配線板４と、このプリント配線板４と電気的に接続されたリアクトル１と、このリアクトル１を介してプリント配線板４と対向して設けられリアクトル１を冷却する冷却器５と、リアクトル１を収納し、開口部がプリント配線板４側であって側面部の端面がプリント配線板４に接続された断面コの字形状の熱伝導性及び電気絶縁性を有するケース２と、を備えた電力変換装置であって、ケース２内のリアクトル１は、プリント配線板４側で空隙部を有してケース２の底面部２ａに当接している。【選択図】図１

Description

この発明は、例えば車両に搭載され、プリント配線板に電磁誘導機器が実装された電力変換装置に関するものである。

例えば電気自動車やハイブリッド自動車等のように、モータを駆動源の一つとする車両においては、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する充電器や、高圧バッテリの直流電源から補機用のバッテリの電圧（例えば１２Ｖ等）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータ等の電力変換装置が搭載されている。
これらの電力変換装置には、リアクトルやトランスなどの電磁誘導機器が搭載されているが、扱う電力が大きいことから発熱を伴い、何らかの放熱構造が必須である。

従来、プリント配線板に実装された電磁誘導機器の放熱性を向上させるものとして、電磁誘導機器を上面または下面のヒートシンクや冷却器に柔軟性のある放熱部材を介して取り付けることにより、電磁誘導機器の放熱を行っているものが知られている。
この他の技術としては、電磁誘導機器をケースに入れ、電磁誘導機器とケースとの間に放熱性の良い樹脂でポッティングし、ケースを冷却プレートに接触させることにより、電磁誘導機器の放熱を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−４１３５３号公報

しかしながら、従来の電磁誘導機器と冷却器の間に放熱部材を設置する構造においては、電磁誘導機器の寸法バラツキが大きいため、電磁誘導機器と冷却器との間の空隙部を設計上大きくする必要がある。
このため、電磁誘導機器と冷却器との間に放熱部材を設置したとしても、放熱部材と電磁誘導機器との間で空隙部が生じてしまい熱抵抗が大きくなるといった問題点があった。
また、電磁誘導機器の大きな寸法バラツキを吸収するためには、厚くかつ柔軟性のある高価な放熱部材が必要となり、高コストになるという問題点があった。

また、ケースに電磁誘導機器を入れ、樹脂でポッティングし、ケースを冷却器に接触させる構造においても、電磁誘導機器が最も小さい場合であっても電磁誘導機器とケースとの空隙部を満たすだけの樹脂量が必要となることから、コストが嵩むという問題点があった。

また、何れの電磁誘導機器の放熱構造を採用した場合でも、電磁誘導機器の寸法バラツキに応じて電磁誘導機器と冷却器、または電磁誘導機器とケースとの間の距離が変動するため、放熱部材、ポッティングを施したとしても、電磁誘導機器の寸法バラツキに応じて、電磁誘導機器と放熱部材、電磁誘導機器とケースとの間のそれぞれの熱抵抗がばらついてしまい、最悪の熱抵抗を想定して放熱設計をしなければならないという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、寸法バラツキが大きい電磁誘導機器であっても、バラツキの影響を受けることがなく電磁誘導機器と冷却部との間の熱抵抗を一定化させることができ、かつ熱抵抗を低減することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電力変換装置は、
プリント配線板と、
このプリント配線板と電気的に接続された電磁誘導機器と、
この電磁誘導機器を介して前記プリント配線板と対向して設けられ前記電磁誘導機器を冷却する冷却部と、
前記電磁誘導機器を収納し、開口部が前記プリント配線板側であって側面部の端面がプリント配線板に接続された断面コの字形状の熱伝導性及び電気絶縁性を有するケースと、を備えた電力変換装置であって、
前記ケース内の前記電磁誘導機器は、前記プリント配線板側で空隙部を有してケースの底面部に当接している。

この発明に係る電力変換装置は、
プリント配線板と、
このプリント配線板と電気的に接続された電磁誘導機器と、
この電磁誘導機器を介して前記プリント配線板と対向して設けられ前記電磁誘導機器を冷却する冷却部と、
前記電磁誘導機器を収納し、側面部の前記プリント配線板側の配線板側部位が前記プリント配線板に接続された断面コの字形状の熱伝導性及び電気絶縁性を有するケースと、を備えた電力変換装置であって、
前記ケース内の前記電磁誘導機器は、前記プリント配線板側で空隙部を有してケースの前記側面部の前記配線板側部位と反対側の反配線板側部位に当接している。

この発明に係る電力変換装置は、
プリント配線板と、
このプリント配線板と電気的に接続された電磁誘導機器と、
前記プリント配線板を介して前記電磁誘導機器と反対側に設けられ前記電磁誘導機器を冷却する冷却部と、
前記電磁誘導機器を収納し、開口部が前記プリント配線板側であって側面部の端面がプリント配線板に接続された断面コの字形状の熱伝導性及び電気絶縁性を有するケースと、
このケースの底面部と対向してケースを覆っているとともに前記冷却器と熱的に接続されたカバーと、を備えた電力変換装置であって、
前記ケース内の電磁誘導機器は、前記プリント配線板側で空隙部を有してケースの前記底面部に当接している。

この発明に係る電力変換装置によれば、ケース内の電磁誘導機器は、プリント配線板側で空隙部を有してケースの底面部に当接しているので、寸法バラツキが大きい電磁誘導機器であっても、バラツキの影響を受けることがなく電磁誘導機器と冷却部との間の熱抵抗を一定化させることができ、かつ熱抵抗を低減することができる。
また、断面コの字形状のケースの側面部がプリント配線板と冷却部との間に介在しているので、電力変換装置の耐震性が向上する。

この発明に係る電力変換装置によれば、ケース内の電磁誘導機器は、プリント配線板側で空隙部を有してケースの側面部の配線板側部位の反対側の反配線板側部位に当接しているので、寸法バラツキが大きい電磁誘導機器であっても、バラツキの影響を受けることがなく電磁誘導機器と冷却部との間の熱抵抗を一定化させることができ、かつ熱抵抗を低減することができる。
また、断面コの字形状のケースの底面部がプリント配線板と冷却部との間に介在しているので、電力変換装置の耐震性が向上する。

この発明に係る電力変換装置によれば、ケース内の電磁誘導機器は、プリント配線板側で空隙部を有してケースの底面部に当接しているので、寸法バラツキが大きい電磁誘導機器であっても、バラツキの影響を受けることがなく電磁誘導機器とカバーを介した冷却部との間の熱抵抗を一定化させることができ、かつ熱抵抗を低減することができる。
また、断面コの字形状のケースの側面部がプリント配線板とカバーとの間に介在しているので、電力変換装置の耐震性が向上する。

この発明の実施の形態１による電力変換装置の要部を示す側断面図である。 この発明の実施の形態２による電力変換装置の要部を示す側断面図である。 この発明の実施の形態３による電力変換装置の要部を示す側断面図である。

以下、この発明の各実施の形態の電力変換装置について説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の要部を示す側断面図である。
この電力変換装置は、車両に搭載されており、電磁誘導機器であるリアクトル１は、プリント配線板４に実装されている。
リアクトル１は、コア（図示せず）の周りにボビン（図示せず）を介して導線（図示せず）が巻回されており、通電により熱を発生する。
リアクトル１は、全体形状がほぼ円柱形状で、外表面が凹凸形状であり、複数の端子１ｂがプリント配線板４に向かって上方向に引き出されて、プリント配線板４の端子用穴４ａを貫通している。
各端子１ｂは、各端子用穴４ａに個別に挿入された状態で例えば半田付け等によってプリント配線板４に固定されている。リアクトル１は、各端子用穴４ａに個別に挿入された各端子１ｂを介してプリント配線板４に電気的に接続されている。プリント配線板４に対するリアクトル１の位置決めは、各端子１ｂを各端子用穴４ａに挿入することにより行われている。

リアクトル１を収納したケース２は、断面コ字形状の円筒形状であって放熱性、電気絶縁性に優れた、例えばＰＢＴ（polybutylene terephthalate）樹脂で構成され、樹脂成形で形成されている。このケース２は、底面部２ａに、貫通穴２ｄが形成されている。この底面部２ａには、リアクトル１の反端子側の面部１ａが当接している。
ケース２の底面部２ａからプリント配線板４に向かって垂直に延びたケース２の側面部２ｂは、その端面２ｃがプリント配線板４の当接し、接着剤（図示せず）で固定されている。

ケース２の底面部２ａと冷却部である冷却器５の壁部との間には放熱部材であるグリース３が介在している。
また、リアクトル１の反端子側の面部１ａは、貫通穴２ｄに充填された放熱部材であるグリース３を介して冷却器５の壁部と接続されている。
グリース３は、リアクトル１の下側のコーナ部とケース２の下側のコーナ部との間にも介在している。
グリース３は、接着性、プリント配線板４よりも高い熱伝導率を持ち、かつ所定の電気絶縁性能を有しており、リアクトル１、ケース２及び冷却器５のそれぞれの形状に合わせて変形しながらリアクトル１、ケース２及び冷却器５に密着している。
これにより、リアクトル１からの熱がグリース３を通して冷却器５へ伝わり易くなっている。

冷却器５の壁部は、熱伝導率が高い金属材料（例えばアルミニウム等）で構成されており、例えばアルミダイカスト成形により形成されている。冷却器５の内部には冷媒流路が設けられており、この冷媒流路に水や空気等の冷却媒体が流通することでリアクトル１が冷却される。

ケース２の側面部２ｂの高さは、リアクトル１の最大寸法高さよりも十分大きな高さであり、ケース２内にリアクトル１が収納されたときには、リアクトル１の端子側の面部１ｃとプリント配線板４との間には空隙部が形成されている。

上記構成の電力変換装置によれば、リアクトル１は、ケース２の側面部２ｂの高さは、リアクトル１の最大寸法高さよりも十分大きな高さであり、リアクトル１の端子側の面部１ｃとプリント配線板４との間には空隙部が形成されている。
従って、ケース２内に収納されるリアクトル１の寸法にバラツキが生じたとしても、そのバラツキは上記空隙部で吸収され、リアクトル１と冷却器５との間の寸法は、変動することなく、リアクトル１と冷却器５との間の熱抵抗を一定にすることができる。
また、ケース２の底面部２ａと冷却器５との間にはグリース３が介在しており、ケース２と冷却器５との間の熱抵抗は小さい。
また、ケース２のケース底面部２ａには、貫通穴２ｄが形成されており、この貫通穴２ｄに充填されたグリース３を介してリアクトル１と冷却器５とは熱的に接続されているので、リアクトル１と冷却器５との間の熱抵抗も低減することができる。
なお、図面では、リアクトル１の表面は直線状に記載されているが、実際にはその表面は凹凸形状であり、その凹凸部による空気の介在による熱抵抗の増大が懸念されるが、この凹凸部にグリース３が介在することから、リアクトル１と冷却器５との間の熱抵抗の低減の効果は大である。

また、電力変換装置は、車両に搭載されており、電磁誘導機器であるリアクトル１は、重量物であることから耐震性も同時に構造成立させる必要があるが、プリント配線板４と冷却器５との間に、ケース２の側面部２ｂが起立して設けられており、電力変換装置の耐震性が確保される。

また、ケース２は、放熱性、電気絶縁性に優れたＰＢＴ樹脂で構成されているので、安価に製造でき、周辺に配置された部品または冷却器５との電気絶縁状態を確保することができる。

実施の形態２.
図２は、この発明の実施の形態２の電力変換装置の要部を示す側断面図である。
この実施の形態では、プリント配線板４と冷却器５との間に、実施の形態１のケース２が９０度時計方向に回動して配置されている。
リアクトル１は、複数のＬ字形状の端子１ｂがプリント配線板４に向かって上方向に引き出されて、プリント配線板４の端子用穴４ａを貫通している。
各端子１ｂは、各端子用穴４ａに個別に挿入された状態で例えば半田付け等によってプリント配線板４に固定されている。

ケース２は、側面部２ｂのプリント配線板４と反対側の反配線板側部位がグリース３を介して冷却器５と接続されている。この反配線板側部位に貫通穴２ｄが形成されている。また、ケース２の側面部２ｂの反配線板側部位に、リアクトル１の側面部１ｄの下側部位が当接している。
また、ケース２は、側面部２ｂのプリント配線板４側の配線板側部位がプリント配線板４に接着剤（図示せず）を介して固定されている。
リアクトル１の側面部１ｄの下部は、貫通穴２ｄに充填された放熱部材であるグリース３を介して冷却器５と接続されている。
グリース３は、リアクトル１の下側のコーナ部とケース２の下側のコーナ部との間にも介在している。

ケース２の底面部２ａの高さは、リアクトル１の径方向の最大寸法よりも十分大きく、ケース２内にリアクトル１が収納されたときには、リアクトル１の側面部１ｄの上側部位とプリント配線板４との間には空隙部が形成されている。
他の構成は、実施の形態１の電力変換装置と同じである。

この実施の形態の電力変換装置によれば、ケース２の底面部２ａの径寸法は、リアクトル１の径寸法よりも十分大きく、リアクトル１の側面部１ｄの上側部位とプリント配線板４との間には空隙部が形成されている。
従って、ケース２内に収納されるリアクトル１の径寸法にバラツキが生じたとしても、そのバラツキは上記空隙部で吸収され、リアクトル１の側面部１ｄと冷却器５の壁部との間の寸法が変動することはなく、リアクトル１と冷却器５との間の熱抵抗を一定にすることができる。

また、プリント配線板４と冷却器５との間に、ケース２の底面部２ａが起立して設けられており、電力変換装置の耐振性が向上する。

また、ケース２の側面部２ｂには、貫通穴２ｄが形成されており、この貫通穴２ｄに充填されたグリース３を介してリアクトル１と冷却器５とは熱的に接続されているので、リアクトルと冷却器５との間の熱抵抗を低減することができる。
特に、ケース２の筒形状の側面部２ｂと冷却器５の平面状の壁部との間では周方向に沿って離間せざるを得ず、離間距離の増大に伴う熱抵抗の増大をグリース３が介在することで熱抵抗の低減効果は大である。

実施の形態３.
図３は、この発明の実施の形態３の電力変換装置の要部を示す側断面図である。
この実施の形態では、冷却器５に搭載されたプリント配線板４と、プリント配線板４を覆ったカバー６との間に、実施の形態１のケース２が１８０度時計方向に回動して配置されている。カバー６は、熱伝導性の高い例えばアルミニウムで構成されている。
冷却器５に向かって延びた、リアクトル１の各端子１ｂは、各端子用穴４ａに個別に挿入された状態で例えば半田付け等によってプリント配線板４に固定されている。リアクトル１は、各端子用穴４ａに個別に挿入された各端子１ｂを介してプリント配線板４に電気的に接続されている。プリント配線板４に対するリアクトル１の位置決めは、各端子１ｂを各端子用穴４ａに挿入することにより行われている。

ケース２は、底面部２ａに、貫通穴２ｄが形成されている。この底面部２ａは、カバー６の内壁面がグリース３を介して当接している。
リアクトル１の反端子側の面部１ａは、貫通穴２ｄに充填されたグリース３を介してカバー６と接続されている。
グリース３は、リアクトル１の上側のコーナ部とケース２の上側のコーナ部との間にも介在している。

ケース２の側面部２ｂの高さは、リアクトル１の最大寸法高さよりも十分大きな高さであり、ケース２内にリアクトル１が収納されたときには、リアクトル１の端子側の面部１ｃとプリント配線板４との間には空隙部が形成されている。
他の構成は、実施の形態１の電力変換装置と同じである。

この実施の形態の電力変換装置によれば、ケース２の側面部２ｂの高さ寸法は、リアクトル１の高さ寸法よりも十分大きく、リアクトル１の端子側面部１ｃとプリント配線板４との間には空隙部が形成されている。
従って、ケース２内に収納されるリアクトル１の高さ寸法にバラツキが生じたとしても、そのバラツキは、上記空隙部で吸収され、リアクトル１の底面部１ａとカバー６との間の寸法は変動することはなく、リアクトル１とカバー６との間の熱抵抗を一定にすることができる。

また、プリント配線板４とカバー６との間に、ケース２の側面部２ｂが起立して設けられており、電力変換装置の耐振性が向上する。

また、ケース２の反端子側の面部２ａには、貫通穴２ｄが形成されており、この貫通穴２ｄに充填されたグリース３を介してリアクトル１とカバー６とは熱的に接続されているので、リアクトルと冷却器５との間のカバー２を介した熱抵抗は低減される。
また、この実施の形態では、リアクトルと冷却器５とがカバー６を介して熱的に接続されており、プリント配線板４と冷却器５との間にリアクトル１を配置できないような電力変換装置の場合でも対処することができる。

なお、各上記実施の形態では、１個の貫通穴２ｄがケース２の反端子側の面部２ａまたは側面部２ｂの各中心に一個形成されているが、貫通穴の大きさ、形状、個数、位置は、このものに限定されない。
例えば、ケース２の反端子側の面部２ａ、側面部２ｂに、各上記実施の形態の貫通穴よりも小さな貫通穴を複数設け、反端子側の面部２ａ、側面部２ｂを冷却器５またはカバー６にグリース３を介して当接させてもよい。
この場合には、リアクトル１は、反端子側の面部２ａ、側面部２ｂから主に放熱されるので、リアクトル１から冷却器５またはカバー６への放熱効率のさらなる向上を図ることができる。

また、各上記実施の形態では、放熱部材としてグリース３を用いているが、リアクトル１、ケース２、冷却器５及びカバー６のそれぞれの形状に合わせて変形して、リアクトル１とケース２とを固定することができ、リアクトル１からの熱をケース２、冷却器５またはカバー６に伝えるものであればよいので、樹脂充填剤（例えばポッティング材等）を放熱部材として用いてもよい。

また、各上記実施の形態では、放熱部材として１種類のグリース３が設けられているが、リアクトル１とケース２とが固定でき、リアクトル１からの熱をケース２、冷却器５またはカバー６に伝えることができればよいので、放熱部材を２種類に分けて、固定と放熱の機能を別々に付与してもよい。
例えば、ケース２のコーナ部とリアクトル１のコーナ部との間にはリアクトル１とケース２とを固定するために、樹脂製の接着剤を設け、貫通穴２ｄには接着剤よりも熱伝導率の良い放熱部材や、柔軟性及び電気絶縁性を持つ放熱シートを設けてもよい。
このように、放熱部材を２種類に分けて、固定と放熱の機能を別々に付与することで、リアクトル１とケース２を固定しつつ、リアクトル１から冷却器５またはカバー６への放熱効率の向上を図ることができる。

また、実施の形態１、３の場合、リアクトル１の側面部１ｄとケース２の側面部２ｂとの間の隙間に放熱部材を介在させてもよい。

また、各上記実施の形態では、ケース２に貫通穴２ｄを設けたが、熱的に構造成立するのであれば、必ずしも貫通穴を設ける必要はない。
このように、貫通穴２ｄを設けなければ、貫通穴２ｄに充填されるグリース３の量が減少し、コスト低減を図ることができる。

また、各上記実施の形態では、ケース２が樹脂成型により形成されているが、電気絶縁性と放熱性を備えていればよいので、例えば、アルミダイカスト成形によって形成されたものに絶縁塗装を施してケース２を形成してもよい。
材料や加工方法はアルミダイカスト成形に限定されず、例えば、リアクトルの重量や発熱量に応じて、他の金属材料を切削加工でケース２を形成してもよい。

また、上記各実施の形態では、電磁誘導機器としてリアクトル１の場合について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、例えば、トランス、チョークコイル等であってもよい。
また、冷却器５は、電磁誘導機器を冷却するものであればよく、冷却器５の代わりに例えばヒートシンクであってもよい。
また、上記実施の形態では車両に搭載された電力変換装置について説明したが、例えば船外機に搭載したものであってもよい。

１ リアクトル（電磁誘導機器）、１ａ 反端子側の面部、１ｂ 端子、１ｃ 端子側の面部、１ｄ 側面部、２ ケース、２ａ 底面部、２ｂ 側面部、２ｃ 端面、２ｄ 貫通穴、３ グリース（放熱部材）、４ プリント配線板、４ａ 端子用穴、５ 冷却器（冷却部）、６ カバー。

Claims (13)

1. プリント配線板と、
   このプリント配線板と電気的に接続された電磁誘導機器と、
   この電磁誘導機器を介して前記プリント配線板と対向して設けられ前記電磁誘導機器を冷却する冷却部と、
   前記電磁誘導機器を収納し、開口部が前記プリント配線板側であって側面部の端面がプリント配線板に接続された断面コの字形状の熱伝導性及び電気絶縁性を有するケースと、を備えた電力変換装置であって、
   前記ケース内の前記電磁誘導機器は、前記プリント配線板側で空隙部を有してケースの底面部に当接している電力変換装置。
2. プリント配線板と、
   このプリント配線板と電気的に接続された電磁誘導機器と、
   この電磁誘導機器を介して前記プリント配線板と対向して設けられ前記電磁誘導機器を冷却する冷却部と、
   前記電磁誘導機器を収納し、側面部の前記プリント配線板側の配線板側部位が前記プリント配線板に接続された断面コの字形状の熱伝導性及び電気絶縁性を有するケースと、を備えた電力変換装置であって、
   前記ケース内の前記電磁誘導機器は、前記プリント配線板側で空隙部を有してケースの前記側面部の前記配線板側部位と反対側の反配線板側部位に当接している電力変換装置。
3. プリント配線板と、
   このプリント配線板と電気的に接続された電磁誘導機器と、
   前記プリント配線板を介して前記電磁誘導機器と反対側に設けられ前記電磁誘導機器を冷却する冷却部と、
   前記電磁誘導機器を収納し、開口部が前記プリント配線板側であって側面部の端面がプリント配線板に接続された断面コの字形状の熱伝導性及び電気絶縁性を有するケースと、
   このケースの底面部と対向してケースを覆っているとともに前記冷却器と熱的に接続されたカバーと、を備えた電力変換装置であって、
   前記ケース内の電磁誘導機器は、前記プリント配線板側で空隙部を有してケースの前記底面部に当接している電力変換装置。
4. 前記ケースと前記冷却部との間には、放熱部材が介在している請求項１または２に記載の電力変換装置。
5. 前記ケースと前記カバーとの間には、放熱部材が介在している請求項３に記載の電力変換装置。
6. 前記ケースと前記電磁誘導機器との間に放熱部材が介在している請求項１〜３の何れか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記ケースには、前記電磁誘導機器と前記冷却部とを連通し、前記放熱部材が充填された貫通穴が形成されている請求項４または６に記載の電力変換装置。
8. 前記ケースには、前記電磁誘導機器と前記カバーとを連通し、前記放熱部材が充填された貫通穴が形成されている請求項５に記載の電力変換装置。
9. 前記放熱部材は、接着性を有するものである請求項４〜８の何れか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記放熱部材は、グリースである請求項９に記載の電力変換装置。
11. 前記ケースは、樹脂で構成されている請求項１〜１０の何れか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記樹脂は、ＰＢＴ樹脂である請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 前記電力変換装置は、車両用電力変換装置である請求項１〜１２の何れか１項に記載の電力変換装置。

Images