JP2016174488A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関するもので、より詳細には回路基板に実装したコンデンサの冷却構造に関するものである。 The present invention relates to a power converter, and more particularly to a cooling structure for a capacitor mounted on a circuit board.
回路基板に大容量のコンデンサが実装される電力変換装置では、コンデンサからの発熱による影響を防止するため、種々の冷却構造が提供されている。例えば、特許文献1では、回路基板を覆う収容ケースにコンデンサを通過させる孔を形成し、コンデンサを収容ケースの外部に配設するようにしている。収容ケースの孔には、コンデンサの周囲を覆うキャップ部材が取り付けてある。このキャップ部材は、収容ケースに形成した孔から内部に水や塵埃が進入するのを防止するものである。この電力変換装置によれば、コンデンサからの発熱がキャップ部材の全面を介して収容ケースの外部に放出されることになり、冷却性能を向上させることが可能になる。 In power converters in which a large-capacity capacitor is mounted on a circuit board, various cooling structures are provided in order to prevent the influence of heat generated from the capacitor. For example, in Patent Document 1, a hole through which a capacitor passes is formed in a housing case that covers a circuit board, and the capacitor is disposed outside the housing case. A cap member that covers the periphery of the capacitor is attached to the hole of the housing case. This cap member prevents water and dust from entering through a hole formed in the housing case. According to this power conversion device, the heat generated from the capacitor is released to the outside of the housing case through the entire surface of the cap member, and the cooling performance can be improved.
ところで、上述の冷却構造においては、回路基板に実装するコンデンサの数に応じてキャップ部材を用意する必要がある。しかも、キャップ部材と収容ケースとの間には、シール部材を介在させなければならない。このため、取り扱い部品点数が多くなるという問題があるばかりでなく、電力変換装置の組み立て作業が煩雑化するおそれもある。 Incidentally, in the above-described cooling structure, it is necessary to prepare a cap member according to the number of capacitors mounted on the circuit board. In addition, a seal member must be interposed between the cap member and the housing case. For this reason, there is a problem that not only the number of handling parts increases, but also the assembly work of the power conversion device may be complicated.
本発明は、上記実情に鑑みて、部品点数が増える問題や組み立て作業が煩雑化する問題を招来することなく、コンデンサの冷却性能を向上させることのできる電力変換装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of improving the cooling performance of a capacitor without incurring the problem of increasing the number of parts and the problem of complicated assembly work. .
上記目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、コンデンサを実装した回路基板を収容ケースの内部に収容した電力変換装置において、前記収容ケースは、前記回路基板のコンデンサ実装面に対向して配置される主カバー部と、前記主カバー部において前記コンデンサに対応する部位に外部に突出する態様で形成し、内部に前記コンデンサを収容するコンデンサ収容部とを有し、前記主カバー部と前記コンデンサ収容部とを一体に成形したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power conversion device according to the present invention is a power conversion device in which a circuit board on which a capacitor is mounted is housed in a housing case. A main cover portion arranged in a manner that protrudes to the outside in a portion corresponding to the capacitor in the main cover portion, and a capacitor accommodating portion for accommodating the capacitor therein, the main cover portion The capacitor housing portion is integrally formed.
また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記収容ケースの外部において前記コンデンサ収容部を取り囲む位置に通風通路を構成するとともに、前記通風通路の一方から他方に向けて通気を行う通風ファンを配設したことを特徴とする。 According to the present invention, in the above-described power conversion device, a ventilation fan configured to form a ventilation passage at a position surrounding the capacitor housing portion outside the housing case and ventilate from one of the ventilation passages to the other is provided. It is characterized by being arranged.
また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記コンデンサ収容部を楕円柱状に形成し、前記通風通路の通気方向に沿う態様で前記回路基板に実装した複数のコンデンサを前記コンデンサ収容部の内部に収容したことを特徴とする。 Further, the present invention provides the above-described power converter, wherein the capacitor housing portion is formed in an elliptical column shape, and a plurality of capacitors mounted on the circuit board in a manner along the ventilation direction of the ventilation passage are provided inside the capacitor housing portion. It is characterized by having been accommodated in.
また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記コンデンサ収容部には、前記収容ケースの外部に連通する通気孔を形成し、かつ前記通気孔を透湿防水シートによって覆ったことを特徴とする。 Moreover, the present invention is characterized in that, in the above-described power converter, the capacitor housing portion has a vent hole communicating with the outside of the housing case, and the vent hole is covered with a moisture-permeable waterproof sheet. To do.
本発明によれば、収容ケースの主カバー部とコンデンサ収容部とを一体に成形しているため、回路基板に実装されるコンデンサの数に関わらず、部品点数が増大することはない。しかも、主カバー部とコンデンサ収容部との間にシール部材を設ける必要もない。従って、部品点数が増える問題や組み立て作業が煩雑化する問題を招来することなく、コンデンサの冷却性能を向上させることが可能となる。 According to the present invention, since the main cover portion and the capacitor housing portion of the housing case are integrally formed, the number of components does not increase regardless of the number of capacitors mounted on the circuit board. In addition, there is no need to provide a seal member between the main cover portion and the capacitor housing portion. Therefore, it is possible to improve the cooling performance of the capacitor without incurring the problem of increasing the number of parts and the problem of complicated assembly work.
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る電力変換装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a power converter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1〜図4は、本発明の実施の形態である電力変換装置を示したものである。ここで例示する電力変換装置1は、商用電源から供給される交流電圧を所望の周波数・振幅に変換した後にモータ等の負荷に供給するためのもので、回路基板2A,2Bを収容する収容ケース10と、電力変換装置1の構成部品であるIGBT等の半導体モジュール3やコンデンサ4を冷却するための通風部20とを備えている。
1 to 4 show a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention. The power conversion device 1 exemplified here is for supplying an AC voltage supplied from a commercial power source to a desired frequency / amplitude and then supplying it to a load such as a motor, and a housing case for housing the
収容ケース10は、第1ケース部11及び第2ケース部12を備えて構成したものである。第1ケース部11は、電力変換装置1の外郭の一部を構成するもので、樹脂材によってほぼ矩形の平板状を成すように構成してある。この第1ケース部11の内表面側には、互いに大きさの異なる2枚の回路基板2A,2Bが相互に積層した状態で支持してある。図2〜図5に示すように、外形寸法の大きな回路基板(以下、主回路基板2Aという)は、第1ケース部11よりもわずかに小さい矩形状に構成したもので、第1ケース部11の内表面に対向して配設してある。外形寸法の小さい回路基板(以下、副回路基板2Bという)は、第1ケース部11に対してほぼ1/2の幅を有したもので、図2において第1ケース部11の右半分となる部分に配設してある。副回路基板2Bには、主に、上述した半導体モジュール3やコンデンサ4等の発熱部品が集約して実装してある。図には明示していないが、これら主回路基板2A及び副回路基板2Bは、互いに電気的に接続され、電力変換に必要となる制御回路を構成している。
The
図5に示すように、本実施の形態で適用する半導体モジュール3は、略直方体状を成すもので、互いに平行となる上下の側面にネジ締結部3aを有している。ネジ締結部3aは、半導体モジュール3の側面において副回路基板2Bから離隔した放熱面3b側に位置する縁部から突出した舌片状部分である。それぞれのネジ締結部3aには、取付ネジBを挿通するためのネジ挿通孔3cが設けてある。主回路基板2A及び副回路基板2Bには、半導体モジュール3のネジ挿通孔3cに対向する部分にそれぞれ貫通口2aが形成してある。貫通口2aは、ネジ挿通孔3cよりも内径の大きな円形の開口である。
As shown in FIG. 5, the
コンデンサ4は、円柱状を成すもので、一方の端面を副回路基板2Bの実装面2Baに対向させた状態で副回路基板2Bに実装してある。本実施の形態では、副回路基板2Bの上端部において左上隅部分とその右斜め下部分にそれぞれコンデンサ4が配設してある。
The
第2ケース部12は、図2〜図4及び図6に示すように、第1ケース部11を覆う大きさを有した樹脂成形品であり、主カバー部12a及びコンデンサ収容部12bを有している。主カバー部12aは、回路基板2A,2Bの実装面2Aa,2Baに対向して配置される板状部分である。コンデンサ収容部12bは、副回路基板2Bに実装した個々のコンデンサ4を個別に収容するためのもので、主カバー部12aから外部に突出する態様で主カバー部12aと一体に成形してある。本実施の形態では、副回路基板2Bの実装面2Baに対向する部位のみが開口した有底円筒状の密閉容器となるようにコンデンサ収容部12bが構成してある。コンデンサ収容部12bの大きさは、内部にコンデンサ4を収容した場合にコンデンサ4の端面及び周面との間にそれぞれ0.5mmの隙間ができるように設定してある。
As shown in FIGS. 2 to 4 and 6, the
また、第2ケース部12の主カバー部12aには、半導体モジュール3に対応する部位に連通孔12cが設けてある。連通孔12cは、半導体モジュール3を挿通することができる一方、後述するヒートシンク30の受熱面30aよりも外形の小さい略矩形状の開口である。この連通孔12cの周囲には、第1ケース部11に非対向となる裏面側にシール溝12dが設けてある。シール溝12dは、無端状のシール材13を収容するための凹所である。
Further, the
図2からも明らかなように、この第2ケース部12には、裏面を左右に二分割するように仕切り壁部12eが設けてあるとともに、図2において右半分となる部分の上縁部に通風板部12fが設けてある。仕切り壁部12eは、第1ケース部11に対してほぼ直交するように立設した平板状部材である。通風板部12fは、多数の通風孔12gを有した平板状部材であり、図2において第2ケース部12の右半分の上方を覆うように設けてある。
As is apparent from FIG. 2, the
通風部20は、第2ケース部12を取り囲むように構成したフレーム部材40を備え、これら第2ケース部12とフレーム部材40との間に上下方向に沿った通風通路21を構成するものである。通風通路21の上端開口は、第2ケース部12に設けた通風板部12fによって覆われた状態となる。フレーム部材40は、アルミニウムやアルミニウム合金等の良好な熱伝導性を有する高熱伝導性材料によって成形したもので、図2及び図4に示すように、主板部41、側板部42及び補助側板部43を有している。主板部41は、第2ケース部12において仕切り壁部12eよりも右側に位置する部分を覆うことのできる外形寸法を有したものである。主板部41において第2ケース部12に対向する内表面には、上下方向に沿って多数のフィン嵌合溝41aが設けてある。側板部42は、主板部41の一方の縁部から第2ケース部12に向けてほぼ直角方向に延在した部分である。この側板部42は、主板部41を第2ケース部12に対向させた場合に、第2ケース部12の仕切り壁部12eに対向して配置されるように構成してある。補助側板部43は、主板部41のもう一方の縁部から第2ケース部12に向けてほぼ直角方向に延在した部分である。図からも明らかなように、補助側板部43は、側板部42に比べて主板部41からの延在長さが小さく構成してある。この補助側板部43は、主板部41を第2ケース部12に対向させた場合に仕切り壁部12eに重ね合わされるように構成してある。
The
フレーム部材40の内表面には、通風ファン50及びヒートシンク30が設けてある。通風ファン50は、図2に示すように、フレーム部材40において内表面の下端部に配設したものである。この通風ファン50は、駆動した場合に、通風板部12fの通風孔12gを介して外部の空気を通風通路21に導入する一方、通風通路21の空気を下端の開口から排出するように動作するものである。
A
ヒートシンク30は、フレーム部材40と同様、アルミニウムやアルミニウム合金等の良好な熱伝導性を有する高熱伝導性材料によって成形したものである。本実施の形態では、ベース部材の一方の表面に平坦な受熱面30aを有する一方、他方の表面に多数の冷却フィン30bが立設したヒートシンク30を適用している。ヒートシンク30の受熱面30aは、第2ケース部12のシール溝12dに収容したシール材13の全周に当接することのできる大きさの矩形状に構成してある。このヒートシンク30は、冷却フィン30bの先端部をそれぞれ主板部41のフィン嵌合溝41aに嵌合させることによってフレーム部材40と熱的に接続した状態でフレーム部材40に取り付けてある。フレーム部材40に対してヒートシンク30を取り付ける位置は、主板部41を第2ケース部12に対向させた場合に、第2ケース部12の連通孔12cを覆い、かつ受熱面30aの周縁部にシール材13の全周が対向する位置である。
As with the
図7に示すように、ヒートシンク30の受熱面30aには、一対のネジ締結孔31が設けてある。ネジ締結孔31は、半導体モジュール3に設けたネジ締結部3aのネジ挿通孔3cに対応して設けたものである。図3に示すように、ヒートシンク30のネジ締結孔31には、主回路基板2Aの貫通口2a、副回路基板2Bの貫通口2a及び半導体モジュール3のネジ挿通孔3cを介して取付ネジBが締結してある。この取付ネジBは、ヒートシンク30の受熱面30aに対して半導体モジュール3の放熱面3bを密着させるとともに、ヒートシンク30の受熱面30aに第2ケース部12のシール材13を密着させる機能を有している。
As shown in FIG. 7, the
上記のように構成した電力変換装置1は、例えば通風部20が室外に露出した状態で設置されることになる。主回路基板2A及び副回路基板2Bを収容した収容ケース10と、室外に露出した通風部20との間は、第2ケース部12によって隔絶されているため、通風通路21に雨水等の水が進入した場合にも、主回路基板2Aや副回路基板2Bに実装した制御回路や電子部品に影響を及ぼすおそれはない。
For example, the power conversion device 1 configured as described above is installed in a state where the
上述した設置状態で通風ファン50を駆動した場合には、通風板部12fの通風孔12gを介して通風通路21の内部に外部の空気が導入されることになる。通風通路21に導入された空気は、コンデンサ収容部12b及びヒートシンク30と順次熱交換した後に、下端の開口から通風通路21の外部に排出される。従って、電力変換装置1が動作している場合にコンデンサ4及び半導体モジュール3で発生した熱は、通風通路21を通過する空気によりコンデンサ収容部12b及びヒートシンク30を介して放熱されることになり、主回路基板2Aや副回路基板2Bに実装した電子部品に対する熱の影響を防止することができる。しかも、上述した電力変換装置1においては、コンデンサ収容部12bを第2ケース部12の主カバー部12aと一体に成形してある。従って、回路基板2A,2Bに実装されるコンデンサ4の数に関わらず、部品点数が増大することはない。さらに、主カバー部12aとコンデンサ収容部12bとの間には、水密性を確保するためのシール部材を設ける必要もない。従って、部品点数が増える問題や組み立て作業が煩雑化する問題を招来することなく、コンデンサ4の冷却性能を向上させることが可能となる。
When the
尚、上述した実施の形態では、コンデンサ収容部12bを通風通路21に配設しているため、コンデンサ4の冷却性能をより高めることが可能となるが、必ずしもコンデンサ収容部12bを通風通路21に配設する必要はない。
In the above-described embodiment, since the
また、上述した実施の形態では、個々のコンデンサ4を個別のコンデンサ収容部12bに配設しているが、本発明は必ずしもこれに限定されない。例えば、図8及び図9に示す変形例1のように、楕円状のコンデンサ収容部112bを第2ケース部12と一体に成形し、このコンデンサ収容部112bに複数(図示の例では2つ)のコンデンサ4を収容するように構成することも可能である。この場合、楕円の長径が通風部20の通気方向(図8中の矢印A)に沿って配置されるようにコンデンサ収容部112bを構成することが好ましい。すなわち、楕円の長径が通風部20の通気方向に沿って配置されるようにコンデンサ収容部112bを構成した場合には、コンデンサ収容部112bによって通風部20の通気が妨げられないため、コンデンサ4や半導体モジュール3の冷却性能が損なわれるおそれがなくなる。尚、図8及び図9の変形例1において実施の形態と同様の構成については同一の符号が付してある。
In the above-described embodiment, the
さらに、上述した実施の形態では、有底円筒状の密閉容器となるようにコンデンサ収容部12bを構成しているが、例えば、図10及び図11の変形例2のように、主カバー部12aと一体に設けたコンデンサ収容部212bの先端部に通気用の開口(通気孔)212cを形成すれば、コンデンサ4からコンデンサ収容部212bの内部に放出された熱が直接第2ケース部12の外部に放出されることになり、冷却性能をより向上させることが可能となる。但し、通気用の開口212cは、雨水等の水や塵埃の進入を防止するため、透湿防水シート212dによって覆う必要がある。尚、図10及び図11の変形例2において実施の形態と同様の構成については同一の符号が付してある。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
2B 回路基板
2Ba 実装面
4 コンデンサ
10 収容ケース
12a 主カバー部
12b コンデンサ収容部
20 通風部
21 通風通路
40 フレーム部材
50 通風ファン
112b コンデンサ収容部
212b コンデンサ収容部
212c 開口
212d 透湿防水シート
2B Circuit board
Claims (4)
前記収容ケースは、前記回路基板のコンデンサ実装面に対向して配置される主カバー部と、前記主カバー部において前記コンデンサに対応する部位に外部に突出する態様で形成し、内部に前記コンデンサを収容するコンデンサ収容部とを有し、前記主カバー部と前記コンデンサ収容部とを一体に成形したことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device that houses the circuit board on which the capacitor is mounted inside the housing case,
The housing case is formed with a main cover portion disposed to face a capacitor mounting surface of the circuit board, and in a form projecting to the outside at a portion corresponding to the capacitor in the main cover portion, and the capacitor is formed inside. A power conversion device comprising: a capacitor housing portion for housing, wherein the main cover portion and the capacitor housing portion are integrally formed.
前記通風通路の通気方向に沿う態様で前記回路基板に実装した複数のコンデンサを前記コンデンサ収容部の内部に収容したことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 Forming the capacitor housing in an elliptical column shape;
The power conversion device according to claim 2, wherein a plurality of capacitors mounted on the circuit board in a manner along a ventilation direction of the ventilation passage are accommodated in the capacitor accommodation portion.
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