JP2016019384A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつも、放電抵抗の放熱性を向上させること。【解決手段】ケース２１と放熱部材２２とが金属接合されている。これによれば、放電抵抗２０から発せられる熱が、ケース２１から、ケース２１と放熱部材２２との金属接合部位である接合部２４を介して、放熱部材２２に確実に伝達され、放熱部材２２にて放熱されるため、放電抵抗２０の放熱性が向上する。さらには、ケース２１と放熱部材２２とが金属接合されているため、ケース２１を放熱部材２２に取り付けるための取付部材等が必要無く、インバータ装置１０の小型化を図ることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、平滑コンデンサの電荷を放電する放電抵抗を備えた電子機器に関する。

例えば、電気自動車に搭載される電子機器としてのインバータ装置において、平滑コンデンサの電荷を放電する放電抵抗を備えたものが一般的に知られている（例えば特許文献１参照）。

図６に示すように、放電抵抗１００は、セラミックケース１０１内に収納されている。セラミックケース１０１内は、セメント１０２が充填されることにより封止されており、放電抵抗１００は、セメント１０２を介してセラミックケース１０１と熱的に結合されている。セラミックケース１０１には、一対のブラケット１０３が設けられている。そして、一対のブラケット１０３がボルト１０４によってインバータ装置１０５の筐体１０６（放熱部材）に固定されることにより、セラミックケース１０１が筐体１０６に取り付けられる。放電抵抗１００の放電時に、放電抵抗１００から発せられる熱は、セメント１０２、セラミックケース１０１及び一対のブラケット１０３を介して筐体１０６に伝達され、筐体１０６にて放熱される。これにより、放電抵抗１００の温度上昇が抑制される。

特開２０１３−９４８６号公報

しかしながら、インバータ装置１０５において、セラミックケース１０１を筐体１０６に取り付けるために、一対のブラケット１０３が必要となるため、これら一対のブラケット１０３が設けられる分だけ、インバータ装置１０５が大型化してしまっている。また、ボルト１０４の緩みによっては、一対のブラケット１０３と筐体１０６との接触が確保されていない場合がある。すると、一対のブラケット１０３を介したセラミックケース１０１から筐体１０６への熱の伝達が行われ難くなり、放電抵抗１００の放熱性が悪化してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、小型化を図りつつも、放電抵抗の放熱性を向上させることができる電子機器を提供することにある。

上記課題を解決する電子機器は、平滑コンデンサの電荷を放電する放電抵抗と、前記放電抵抗を収納するとともに前記放電抵抗と熱的に結合されるケースと、前記ケースと熱的に結合される放熱部材とを有し、前記ケースと前記放熱部材とが金属接合されている。

これによれば、放電抵抗から発せられる熱が、ケースから、ケースと放熱部材との金属接合部位を介して、放熱部材に確実に伝達され、放熱部材にて放熱することができるため、放電抵抗の放熱性を向上させることができる。さらには、ケースと放熱部材とが金属接合されているため、ケースを放熱部材に取り付けるための取付部材等が必要無く、電子機器の小型化を図ることができる。したがって、電子機器の小型化を図りつつも、放電抵抗の放熱性を向上させることができる。

上記電子機器において、前記ケースは箱状であり、前記ケースの外面の少なくとも二面が前記放熱部材に対して金属接合されていることが好ましい。これによれば、ケースの外面の一面のみが放熱部材に対して金属接合されている場合に比べると、ケースと放熱部材との金属接合部位を増やすことができるため、放電抵抗の放熱性をさらに向上させることができる。

上記電子機器において、前記放熱部材には、前記ケースが配置される凹部が形成されていることが好ましい。これによれば、ケースを放熱部材に対して位置決めし易くすることができ、ケースと放熱部材とを金属接合する際に、ケースが放熱部材に対して移動してしまうことを抑制することができる。よって、ケースと放熱部材とを金属接合する際の作業性を向上させることができる。

上記電子機器において、前記ケースと前記放熱部材との間には、前記ケースと前記放熱部材とを金属接合する際に前記ケースと前記放熱部材との金属接合部位に作用する熱応力を緩和する応力緩和部が設けられていることが好ましい。

これによれば、応力緩和部が、ケース及び放熱部材の線膨脹係数の相違に起因して発生する熱応力を分散させ、ケースと放熱部材との金属接合部位に作用する熱応力を緩和させることができる。その結果、熱応力によるケースの破壊を抑制することができる。

この発明によれば、小型化を図りつつも、放電抵抗の放熱性を向上させることができる。

実施形態におけるインバータ装置の電気的構成を示すブロック図。 インバータ装置の一部分を模式的に示す断面図。 別の実施形態におけるインバータ装置の一部分を模式的に示す断面図。 別の実施形態におけるインバータ装置の一部分を模式的に示す断面図。 別の実施形態におけるインバータ装置の一部分を模式的に示す断面図。 従来例におけるインバータ装置の一部分を模式的に示す断面図。

以下、電子機器を車載用のインバータ装置に具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。インバータ装置は、車両としての電気自動車に搭載されている。
図１に示すように、インバータ装置１０は、６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有している。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６には、パワー半導体素子が使用される。本実施形態では、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）が使用されている。

インバータ装置１０は、第１及び第２のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、第３及び第４のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４、第５及び第６のスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６がそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ１〜Ｄ６が、逆並列に、即ちカソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態に接続されている。第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５とダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５の組はそれぞれ上アームと呼ばれ、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６とダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６の組はそれぞれ下アームと呼ばれる。

スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のコレクタがそれぞれ配線１２を介して直流電源１１のプラス端子に接続され、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のエミッタがそれぞれ配線１３を介して直流電源１１のマイナス端子に接続される。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の間の接合点は走行用モータ１５のＵ相端子に、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の間の接合点は走行用モータ１５のＶ相端子に、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の間の接合点は走行用モータ１５のＷ相端子に、それぞれ接続される。

直流電源１１において、正極側の配線１２と、負極側の配線１３との間には平滑コンデンサ１４が接続されている。直列接続された上アーム用のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５及び下アーム用のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６に対し平滑コンデンサ１４が並列接続されている。直流電源１１からの電流が、平滑コンデンサ１４に流れると、平滑コンデンサ１４が充電される。平滑コンデンサ１４が充電されていれば、平滑コンデンサ１４から各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を介して走行用モータ１５へと電流が供給される。

インバータ装置１０は、直流電源１１から供給される直流電力を交流電力に変換し、走行用モータ１５へ交流電流を供給する。これにより走行用モータ１５が回転駆動され、電気自動車が走行する。

正極側の配線１２と負極側の配線１３との間において、平滑コンデンサ１４には放電抵抗２０が並列に接続されている。そして、平滑コンデンサ１４に充電された電荷は、放電抵抗２０にて消費されて放電される。放電抵抗２０は、インバータ装置１０が分解された場合において、平滑コンデンサ１４の両極が人体に影響の無い電圧になるまで放電をする。

図２に示すように、インバータ装置１０は、放電抵抗２０を収納するセラミック製のケース２１と、ケース２１と熱的に結合されるアルミニウム製の放熱部材２２とを有する。ケース２１は、一面が開口する有底箱状の本体部２１ａと、開口を閉鎖する平板状の蓋部２１ｂとから構成されている。ケース２１内は、セメント２３が充填されることにより封止されている。放電抵抗２０は、セメント２３を介してケース２１と熱的に結合されている。

放熱部材２２は、ケース２１を収容する収容凹部２２ａを有する。本体部２１ａの外底面と収容凹部２２ａの内底面とは金属接合されている。本体部２１ａの外底面と収容凹部２２ａの内底面との金属接合は、本体部２１ａの外底面と収容凹部２２ａの内底面とを面接触させた状態で、本体部２１ａの外底面と収容凹部２２ａの内底面との間を、アルミろう材を用いてろう付けすることで行われる。アルミろう材は、具体的にはＡｌ−Ｓｉ系のろう材である。よって、本体部２１ａの外底面と収容凹部２２ａの内底面との間には、ケース２１と放熱部材２２との金属接合部位である接合部２４が形成されている。そして、本体部２１ａの外底面と収容凹部２２ａの内底面とが金属接合されることにより、ケース２１が放熱部材２２に取り付けられている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
放電抵抗２０の放電時に、放電抵抗２０から発せられる熱は、セメント２３、ケース２１及び接合部２４を介して放熱部材２２に確実に伝達され、放熱部材２２にて放熱される。これにより、放電抵抗２０の温度上昇が抑制される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）ケース２１と放熱部材２２とが金属接合されている。これによれば、放電抵抗２０から発せられる熱が、ケース２１から、ケース２１と放熱部材２２との金属接合部位である接合部２４を介して、放熱部材２２に確実に伝達され、放熱部材２２にて放熱することができるため、放電抵抗２０の放熱性を向上させることができる。さらには、ケース２１と放熱部材２２とが金属接合されているため、ケース２１を放熱部材２２に取り付けるための取付部材等が必要無く、インバータ装置１０の小型化を図ることができる。したがって、インバータ装置１０の小型化を図りつつも、放電抵抗２０の放熱性を向上させることができる。

（２）ケース２１と放熱部材２２とが金属接合されている。よって、例えば、ケース２１にブラケットが設けられており、ブラケットがボルトによって放熱部材２２に固定されることにより、ケース２１が放熱部材２２に取り付けられる場合のように、ボルトの緩みによってケース２１が放熱部材２２から外れてしまう心配が無い。したがって、放電抵抗２０の放熱性を確実に維持することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図３に示すように、ケース２１の外面の少なくとも二面が放熱部材２２に対して金属接合されていてもよい。例えば、本体部２１ａの外底面と収容凹部２２ａの内底面とが金属接合されるとともに、本体部２１ａの外側面と収容凹部２２ａの内側面とが金属接合されていてもよい。これによれば、ケース２１の外面の一面のみが放熱部材２２に対して金属接合されている場合に比べると、ケース２１と放熱部材２２との金属接合部位である接合部２４を増やすことができるため、放電抵抗２０の放熱性をさらに向上させることができる。

○ 図４に示すように、収容凹部２２ａの内底面に、ケース２１が配置される凹部２５が形成されていてもよい。これによれば、ケース２１を放熱部材２２に対して位置決めし易くすることができ、ケース２１と放熱部材２２とを金属接合する際に、ケース２１が放熱部材２２に対して移動してしまうことを抑制することができる。よって、ケース２１と放熱部材２２とを金属接合する際の作業性を向上させることができる。

○ 図５に示すように、ケース２１と放熱部材２２との間に、ケース２１と放熱部材２２とを金属接合する際にケース２１と放熱部材２２との金属接合部位である接合部２４に作用する熱応力を緩和する応力緩和部としての溝２６が形成されていてもよい。溝２６は、収容凹部２２ａの内底面に複数形成されている。これによれば、各溝２６が、ケース２１及び放熱部材２２の線膨脹係数の相違に起因して発生する熱応力を分散させ、ケース２１と放熱部材２２との接合部２４に作用する熱応力を緩和させることができる。したがって、例えば、ろう付けの際に、ケース２１及び放熱部材２２の線膨脹係数の相違に起因して、放熱部材２２がケース２１に対して反るように変形して、ケース２１が熱応力により破壊することを抑制することができる。

○ 実施形態において、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材とは別の材質であるろう材を用いてろう付けを行ってもよい。
○ 実施形態において、ケース２１の材質は特に限定されるものではない。

○ 実施形態において、放熱部材２２の材質は特に限定されるものではない。
○ 実施形態において、ケース２１の形状は特に限定されるものではない。
○ 実施形態において、放電抵抗２０を、インバータ装置１０の放電抵抗用として用いたが、その他の装置での放電抵抗用として用いてもよい。

○ 実施形態において、インバータ装置１０は、電気自動車に搭載されていたが、車両としてのハイブリッド車やプラグインハイブリッド車等に搭載されていてもよい。
○ 実施形態において、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６としてＩＧＢＴを使用したが特に限定されるものではない。例えば、ＭＯＳＦＥＴでもよい。

１０…電子機器としてのインバータ装置、１４…平滑コンデンサ、２０…放電抵抗、２１…ケース、２２…放熱部材、２５…凹部、２６…応力緩和部としての溝。

Claims (4)

1. 平滑コンデンサの電荷を放電する放電抵抗と、
   前記放電抵抗を収納するとともに前記放電抵抗と熱的に結合されるケースと、
   前記ケースと熱的に結合される放熱部材とを有し、
   前記ケースと前記放熱部材とが金属接合されていることを特徴とする電子機器。
2. 前記ケースは箱状であり、前記ケースの外面の少なくとも二面が前記放熱部材に対して金属接合されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記放熱部材には、前記ケースが配置される凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子機器。
4. 前記ケースと前記放熱部材との間には、前記ケースと前記放熱部材とを金属接合する際に前記ケースと前記放熱部材との金属接合部位に作用する熱応力を緩和する応力緩和部が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電子機器。