JP2019193466A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力変換装置内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させる。【解決手段】電力変換装置１０は、第１発熱部品２５が実装された第１電力変換回路基板２０と、第２発熱部品３５が実装された第２電力変換回路基板３０と、第１電力変換回路基板２０に重ねられ、第１電力変換回路基板２０の熱を放熱する第１放熱部材４０Ａと、第２電力変換回路基板３０に重ねられ、第２電力変換回路基板３０の熱を放熱する第２放熱部材４０Ｂと、を備え、第１電力変換回路基板２０と第２電力変換回路基板３０とは、第１放熱部材４０Ａ及び第２放熱部材４０Ｂが外面側に配される向きで対向配置されている。【選択図】図２
Description
本明細書では、電力変換回路の熱を放熱する技術を開示する。
従来、電力変換回路の熱を放熱部材から放熱する技術が知られている。特許文献１のＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等に用いられる電気接続箱は、電子部品が実装される基板及びバスバーを有する回路部と、バスバーの下面に重ねられる放熱部材と、回路部の上面側を覆うシールドカバーとを備えている。回路部に実装された電子部品の熱は、バスバーから放熱部材に伝わり、放熱部材から外部に放熱されるように構成されている。
ところで、近年、電力変換回路の更なる高密度化が求められている。ここで、複数の電力変換回路を電力変換装置に搭載して高密度化する場合、複数の電力変換回路の熱を１つの放熱部材を介して放熱するだけでは放熱性が十分ではないことが懸念される。
本明細書に記載された技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電力変換装置内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させることを目的とする。
本明細書に記載された電力変換装置は、第１発熱部品が実装された第１電力変換回路基板と、第２発熱部品が実装された第２電力変換回路基板と、前記第１電力変換回路基板に重ねられ、前記第１電力変換回路基板の熱を放熱する第１放熱部材と、前記第２電力変換回路基板に重ねられ、前記第２電力変換回路基板の熱を放熱する第２放熱部材と、を備え、前記第１電力変換回路基板と前記第２電力変換回路基板とは、前記第１放熱部材及び前記第２放熱部材が外面側に配される向きで対向配置されている。
本構成によれば、第１発熱部品の熱は第１放熱部材から放熱され、第２発熱部品の熱は第２放熱部材から放熱されるため、各変換回路の熱をそれぞれの放熱部材から放熱することが可能になり、放熱性を向上させることが可能になる。また、第１電力変換回路基板と第２電力変換回路基板とは、第１放熱部材及び第２放熱部材を外面側に配して対向配置されているため、電力変換装置内の回路の密度を高めることができる。したがって、電力変換装置内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させることが可能になる。
本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記第１放熱部材は、前記第２発熱部品に対して伝熱的に配された熱受け部を有する。
このようにすれば、第２発熱部品の熱を第２放熱部材だけでなく、第１放熱部材から放熱することができるため、放熱性を向上させることができる。
前記第１放熱部材は、前記第２発熱部品に対して伝熱的に配された熱受け部を有する。
このようにすれば、第２発熱部品の熱を第２放熱部材だけでなく、第１放熱部材から放熱することができるため、放熱性を向上させることができる。
前記第２発熱部品は、前記第１発熱部品よりも高さ寸法が大きくされている。
このようにすれば、第１放熱部材の形状を複雑にすることなく、第２発熱部品を第１放熱部材に対して伝熱的に配置することができる。
このようにすれば、第１放熱部材の形状を複雑にすることなく、第２発熱部品を第１放熱部材に対して伝熱的に配置することができる。
前記第１放熱部材には、前記第２発熱部品の一部が進入する凹部が形成され、前記熱受け部は、前記凹部に設けられている。
このようにすれば、第１放熱部材の凹部内に前記第２発熱部品の一部を配することができるため、電力変換装置内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させることができる。
このようにすれば、第１放熱部材の凹部内に前記第２発熱部品の一部を配することができるため、電力変換装置内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させることができる。
前記第２発熱部品は、巻線及び磁性体コアを有するコイルである。
このようにすれば、発熱量の大きいコイルからなる第２発熱部品の熱を第２放熱部材だけでなく、第１放熱部材からも放熱することができる。
このようにすれば、発熱量の大きいコイルからなる第２発熱部品の熱を第２放熱部材だけでなく、第１放熱部材からも放熱することができる。
前記第１電力変換回路基板は、前記第１発熱部品が実装される導電路を有する第１基板を備え、前記第２電力変換回路基板は、前記第２発熱部品が実装される導電路を有する第２基板を備え、前記第１基板は、前記第２基板よりも面積が小さくなるように切り欠かれた切欠部を有し、前記第２発熱部品は、前記切欠部が切り欠かれて生じた空間に進入している。
このようにすれば、切欠部が切り欠かれて生じた空間に第２発熱部品を配することができるため、電力変換装置を小型化することができる。
このようにすれば、切欠部が切り欠かれて生じた空間に第２発熱部品を配することができるため、電力変換装置を小型化することができる。
本明細書に記載された技術によれば、電力変換装置内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させることが可能になる。
＜実施形態＞
本実施形態の電力変換装置１０について、図１〜図５を参照しつつ説明する。
本実施形態の電力変換装置１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両においてバッテリ等の電源からモータ等の負荷に至る経路上に搭載され、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータに用いることができる。電力変換装置１０は任意の向きで配置することができるが、以下では、図１のＸ方向を前方、Ｙ方向を右方、図２のＺ方向を上方として説明する。
本実施形態の電力変換装置１０について、図１〜図５を参照しつつ説明する。
本実施形態の電力変換装置１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両においてバッテリ等の電源からモータ等の負荷に至る経路上に搭載され、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータに用いることができる。電力変換装置１０は任意の向きで配置することができるが、以下では、図１のＸ方向を前方、Ｙ方向を右方、図２のＺ方向を上方として説明する。
電力変換装置１０は、図２に示すように、第１電力変換回路基板２０と、第１電力変換回路基板２０に対して対向配置される第２電力変換回路基板３０と、第１電力変換回路基板２０の下に重ねられる第１放熱部材４０Ａと、第２電力変換回路基板３０の上に重ねられる第２放熱部材４０Ｂとを備える。第１電力変換回路基板２０は、例えば直流の電圧（及び電流）の変換や、直流と交流との変換が可能とされており、導電路が形成された第１基板２１と、第１基板２１に実装される複数の第１発熱部品２５とを備える。第２電力変換回路基板３０は、例えば直流の電圧（及び電流）の変換や、直流と交流との変換が可能とされており、導電路が形成された第２基板３１と、第２基板３１に実装される複数の第２発熱部品３５とを備える。第１基板２１及び第２基板３１は、絶縁材料からなる絶縁板に銅箔等からなる導電路がプリント配線技術により形成されたプリント基板とされている。なお、プリント基板に銅や銅合金等の金属板材からなるバスバーを接着剤等により貼り合わせて基板を構成してもよい。
第１基板２１と第２基板３１とは対向配置されており、第１基板２１の下面は、第１放熱部材４０Ａに接着剤等からなる絶縁層５２により固定され、第２基板３１の上面は、第２放熱部材４０Ｂに接着剤等からなる絶縁層５２により固定されている。基板２１，３１には、スルーホール２４，３４が貫通形成されている。第１基板２１には、第２基板３１の左右方向の一方側と対向する部分が切り欠かれて電子部品を実装可能な面積が小さくされた切欠部２２が形成されている。
複数の第１発熱部品２５及び複数の第２発熱部品３５は、本実施形態では、例えば出力電圧を平滑化する複数のチョークコイルとされており、例えばトランスリンク型とすることができる。複数の第１発熱部品２５は、図４に示すように、第１基板２１及び第１放熱部材４０Ａにおける右方側（左右方向の一方側）に配され、第１基板２１上において前後方向に２つ設けられ、２つの第１発熱部品２５が互いに対向する向きで間隔を空けて配されている。第２発熱部品３５は、図５に示すように、第１基板２１及び第１放熱部材４０Ａにおける左方側（左右方向において第１発熱部品２５側とは反対側）に配され、第２基板３１上において前後方向に２つ設けられ、２つの第２発熱部品３５が同じ向きで（端子部３６Ａを側方に向けて）並んで設けられている。電力変換装置１０内で第１発熱部品２５と第２発熱部品３５とが互いに左右方向の反対側に配置されることで、発熱部品２５，３５の熱が左右方向に分散され、局所的な発熱が生じにくいようになっている。
各第２発熱部品３５は、一対の巻線３６と、フェライト等の高透磁率の磁性体からなるコア３７と、一対の巻線３６及びコア３７を収容するコイルケース３８とを備える。巻線３６は、銅、銅合金等の金属の外面にエナメル被覆が施されており、平角線が巻回されたいわゆるエッジワイズコイルとされている。各巻線３６は、コア３７の外部に導出された部分がＬ字状に屈曲されており、先端部に１対の端子部３６Ａを有する。この端子部３６Ａは、第２基板３１のスルーホール３４に挿通されて半田付けされ、第２基板３１の導電路に電気的に接続される。
コイルケース３８は、絶縁性を有する合成樹脂製であって、１方が開口された開口部を有する箱形であり、図３に示すように、コイルケース３８における第２基板３１に対向する底板部３９には、第２基板３１に載置される４つの足部３９Ａが第２基板３１側に突出している。なお、コイルケース３８内に巻線３６及びコア３７が収容された状態でポッティング剤を充填して防水性や熱伝導性を高めてもよい。第１発熱部品２５は、図４に示すように、コイルケース３８を有さず、コア３７の外面が露出しており、端子部３６Ａは、第１基板２１のスルーホール２４に挿通されて半田付けされ、第１基板２１の導電路に電気的に接続される。
図２に示すように、第２発熱部品３５は、第１発熱部品２５よりも高さ寸法（Ｚ方向の寸法）が大きくされており、本実施形態では、第２発熱部品３５の全体の高さ寸法は、第１発熱部品２５の全体の高さ寸法の２倍程度とされている。本実施形態では、第１電力変換回路基板２０と第２電力変換回路基板３０とは、出力に差があるものを用いられており、例えば、第１電力変換回路基板２０の出力を０．５ｋＷとし、第２電力変換回路基板３０の出力を２ｋＷとすることができる。なお、第１電力変換回路基板２０及び第２電力変換回路基板３０の出力は、これ限られず、例えば、第１電力変換回路基板２０と第２電力変換回路基板３０の出力を同じにしてもよい。
第１放熱部材４０Ａと第２放熱部材４０Ｂとは、共に、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼等の熱伝導性が高い金属類製であって、例えばアルミダイカスト等で成形される。第１放熱部材４０Ａは、第１電力変換回路基板２０が載置される板状の載置部４１Ａと、載置部４１Ａの外周縁部から起立する壁部５０とを有し、第２放熱部材４０Ｂは、第２電力変換回路基板３０が載置される板状の載置部４１Ｂと、載置部４１Ｂの外周縁部から起立する壁部５０とを有する。第１放熱部材４０Ａの壁部５０の先端部には、環状に延びる溝部５０Ａが形成され、第２放熱部材４０Ｂの壁部５０の先端部には、環状に延びて溝部５０Ａに嵌合する突条５０Ｂが形成されている。
載置部４１Ａ，４１Ｂは、基板２１，３１が載置される載置面４２を有し、載置面４２とは反対側は複数の放熱フィン４９Ａ，４９Ｂが櫛歯状に並んでいる。なお、本実施形態では、放熱部材４０Ａ，４０Ｂは放熱フィン４９Ａ，４９Ｂを有する構成としたが、これに限られず、放熱フィンを有さない放熱部材としてもよい。載置面４２には接着剤等が硬化して形成される絶縁層５２が積層されており、各放熱部材４０Ａ，４０Ｂと各基板２１，３１との間を接着しつつ絶縁する。
図４に示すように、第１放熱部材４０Ａの載置面４２は、第１基板２１の切欠部２２に沿うように窪んだ凹部４７が形成されている。凹部４７は、２つの第２発熱部品３５の領域が含まれるように前後方向に長い長方形状の領域に形成されており、凹部４７上には第１基板２１は設けられず、２つの第２発熱部品３５の下端部３５Ａが凹部４７内に逃げる（下端部３５Ａに当接しない）ように所定の深さで形成されている。凹部４７は、図２に示すように、底面４７Ａ（上面）に積層される伝熱部５１を介して第２発熱部品３５に伝熱的に接続される熱受け部４８を有する。熱受け部４８は、凹部４７の底面４７Ａのうち、第２発熱部品３５の下端部３５Ａが重なる領域とされる。
伝熱部５１は、熱伝導性が高い伝熱材やシートからなり、例えばシリコーングリスなどの放熱グリスや、放熱グリスに添加物を付加して粘着性を強くした粘着放熱グリスや、エポキシ系の接着剤等の絶縁性を有する粘着剤や接着剤、粘着シートや接着シートを用いることができる。伝熱材は、常温で硬化するものでも加熱により硬化するものでもよい。これにより、第２発熱部品３５の熱は、伝熱部５１を介して第１放熱部材４０Ａの熱受け部４８に伝わり、第２放熱部材４０Ｂの側面に一体的に形成された取付部４６から車両のボディに伝わる。
第１放熱部材４０Ａ及び第２放熱部材４０Ｂの載置面４２には、基板２１，３１をネジ５５（図２参照）でネジ留め可能なネジ孔（図示しない）が形成されている。また、図４，図５に示すように、第１放熱部材４０Ａの四隅の位置には、ネジ孔４４が形成され、第２放熱部材４０Ｂの四隅の位置には、ネジ孔４４に連なるネジ孔４５Ａを有して図示しないネジでネジ留め可能な留め部４５が形成されている。
図２に示すように、第２放熱部材４０Ｂの放熱フィン４９Ｂは、第１放熱部材４０Ａの放熱フィン４９Ａよりも上下方向の突出寸法が大きくされている。図１，図３に示すように、第１放熱部材４０Ａ及び第２放熱部材４０Ｂの前方には、合成樹脂製のカバー５３が装着される。カバー５３は、各基板２１，３１に電気的に接続された端子５６を露出させる露出孔５３Ａを有し、露出孔５３Ａから露出した端子５６を図示しない相手側の端子に接続可能とされる。
本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏する。
電力変換装置１０は、第１発熱部品２５が実装された第１電力変換回路基板２０と、第２発熱部品３５が実装された第２電力変換回路基板３０と、第１電力変換回路基板２０に重ねられ、第１電力変換回路基板２０の熱を放熱する第１放熱部材４０Ａと、第２電力変換回路基板３０に重ねられ、第２電力変換回路基板３０の熱を放熱する第２放熱部材４０Ｂと、を備え、第１電力変換回路基板２０と第２電力変換回路基板３０とは、第１放熱部材４０Ａ及び第２放熱部材４０Ｂが外面側に配される向きで対向配置されている。
電力変換装置１０は、第１発熱部品２５が実装された第１電力変換回路基板２０と、第２発熱部品３５が実装された第２電力変換回路基板３０と、第１電力変換回路基板２０に重ねられ、第１電力変換回路基板２０の熱を放熱する第１放熱部材４０Ａと、第２電力変換回路基板３０に重ねられ、第２電力変換回路基板３０の熱を放熱する第２放熱部材４０Ｂと、を備え、第１電力変換回路基板２０と第２電力変換回路基板３０とは、第１放熱部材４０Ａ及び第２放熱部材４０Ｂが外面側に配される向きで対向配置されている。
本実施形態によれば、第１発熱部品２５の熱は第１放熱部材４０Ａから放熱され、第２発熱部品３５の熱は第２放熱部材４０Ｂから放熱されるため、各変換回路２０，３０の熱をそれぞれの放熱部材４０Ａ，４０Ｂから放熱することが可能になり、放熱性を向上させることが可能になる。また、第１電力変換回路基板２０と第２電力変換回路基板３０とは、第１放熱部材４０Ａ及び第２放熱部材４０Ｂを外面側に配して対向配置されているため、電力変換装置１０内の回路の密度を高めることができる。したがって、電力変換装置１０内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させることが可能になる。
また、第１放熱部材４０Ａは、第２発熱部品３５に対して伝熱的に配された熱受け部４８を有する。
このようにすれば、第２発熱部品３５の熱を第２放熱部材４０Ｂだけでなく、第１放熱部材４０Ａから放熱することができるため、放熱性を向上させることができる。
このようにすれば、第２発熱部品３５の熱を第２放熱部材４０Ｂだけでなく、第１放熱部材４０Ａから放熱することができるため、放熱性を向上させることができる。
また、第２発熱部品３５は、第１発熱部品２５よりも高さ寸法が大きくされている。
このようにすれば、第１放熱部材４０Ａの形状を複雑にすることなく、第２発熱部品３５を第１放熱部材４０Ａに対して伝熱的に配置することができる。
このようにすれば、第１放熱部材４０Ａの形状を複雑にすることなく、第２発熱部品３５を第１放熱部材４０Ａに対して伝熱的に配置することができる。
また、第１放熱部材４０Ａには、第２発熱部品３５の下端部３５Ａ（一部）が進入する凹部４７が形成され、熱受け部４８は、凹部４７に設けられている。
このようにすれば、第１放熱部材４０Ａの凹部４７内に第２発熱部品３５の下端部３５Ａを配することができるため、電力変換装置１０内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させることができる。
このようにすれば、第１放熱部材４０Ａの凹部４７内に第２発熱部品３５の下端部３５Ａを配することができるため、電力変換装置１０内の回路の密度を高めつつ、放熱性を向上させることができる。
また、第２発熱部品３５は、巻線３６及び磁性体コア３７を有するコイルである。
このようにすれば、発熱量の大きいコイルからなる第２発熱部品３５の熱を第２放熱部材４０Ｂだけでなく、第１放熱部材４０Ａからも放熱することができる。
このようにすれば、発熱量の大きいコイルからなる第２発熱部品３５の熱を第２放熱部材４０Ｂだけでなく、第１放熱部材４０Ａからも放熱することができる。
また、第１電力変換回路基板２０は、第１発熱部品２５が実装される導電路を有する第１基板２１を備え、第２電力変換回路基板３０は、第２発熱部品３５が実装される導電路を有する第２基板３１を備え、第１基板２１は、第２基板３１よりも面積が小さくなるように切り欠かれた切欠部２２を有し、第２発熱部品３５は、切欠部２２で切り欠かれて生じた空間に進入している。
このようにすれば、切欠部２２が切り欠かれて生じた空間に第２発熱部品３５を配することができるため、電力変換装置１０を小型化することができる。
＜他の実施形態＞
本明細書に記載された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）発熱部品２５，３５は、チョークコイルとしたが、これに限られない。例えば、ＦＥＴ（Field effect transistor）等のリレー、抵抗、キャパシタ等としてもよい。
このようにすれば、切欠部２２が切り欠かれて生じた空間に第２発熱部品３５を配することができるため、電力変換装置１０を小型化することができる。
＜他の実施形態＞
本明細書に記載された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）発熱部品２５，３５は、チョークコイルとしたが、これに限られない。例えば、ＦＥＴ（Field effect transistor）等のリレー、抵抗、キャパシタ等としてもよい。
（２）第１発熱部品２５及び複数の第２発熱部品３５は、２つずつ設けられたが、これに限られず、例えば、第１発熱部品２５及び複数の第２発熱部品３５をそれぞれ一つとしてもよい。
（３）第２発熱部品３５は、コイルケース３８が熱受け部４８に対して伝熱的に配される構成としたが、これに限られず、第２発熱部品３５におけるコイルケース３８以外の部分が熱受け部４８に伝熱的に配される構成としてもよい。また、第２発熱部品３５と熱受け部４８との間に伝熱部５１を有する構成としたが、伝熱部５１を有さない構成としてもよく、例えば、第２発熱部品３５が熱受け部４８に直接接触する構成や、第２発熱部品３５と熱受け部４８との間に発熱部品２５，３５の熱が熱受け部４８に伝わる程度に隙間が形成される構成としてもよい。
（４）熱受け部４８は、第１放熱部材４０Ａの凹部４７に設けられる構成としたが、これに限られない。例えば、第１放熱部材４０Ａの凹部４７に代えて（又は凹部４７と共に）第２発熱部品３５側に突出する図示しない凸部を設け、第２発熱部品３５の熱は、伝熱的に配された凸部を介して第１放熱部材から放熱されるようにしてもよい。
１０： 電力変換装置
２０： 第１電力変換回路基板
２１： 第１基板
２２： 切欠部
２５： 第１発熱部品
３０： 第２電力変換回路基板
３１： 第２基板
３５： 第２発熱部品
３６： 巻線
３７： コア
４０Ａ： 第１放熱部材
４０Ｂ： 第２放熱部材
４７： 凹部
４８： 熱受け部
２０： 第１電力変換回路基板
２１： 第１基板
２２： 切欠部
２５： 第１発熱部品
３０： 第２電力変換回路基板
３１： 第２基板
３５： 第２発熱部品
３６： 巻線
３７： コア
４０Ａ： 第１放熱部材
４０Ｂ： 第２放熱部材
４７： 凹部
４８： 熱受け部
Claims (6)
- 第１発熱部品が実装された第１電力変換回路基板と、
第２発熱部品が実装された第２電力変換回路基板と、
前記第１電力変換回路基板に重ねられ、前記第１電力変換回路基板の熱を放熱する第１放熱部材と、
前記第２電力変換回路基板に重ねられ、前記第２電力変換回路基板の熱を放熱する第２放熱部材と、を備え、
前記第１電力変換回路基板と前記第２電力変換回路基板とは、前記第１放熱部材及び前記第２放熱部材が外面側に配される向きで対向配置されている、電力変換装置。 - 前記第１放熱部材は、前記第２発熱部品に対して伝熱的に配された熱受け部を有する請求項１に記載の電力変換装置。
- 前記第２発熱部品は、前記第１発熱部品よりも高さ寸法が大きくされている請求項２に記載の電力変換装置。
- 前記第１放熱部材には、前記第２発熱部品の一部が進入する凹部が形成され、前記熱受け部は、前記凹部に設けられている請求項２又は請求項３に記載の電力変換装置。
- 前記第２発熱部品は、巻線及び磁性体コアを有するコイルである請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記第１電力変換回路基板は、前記第１発熱部品が実装される導電路を有する第１基板を備え、
前記第２電力変換回路基板は、前記第２発熱部品が実装される導電路を有する第２基板を備え、
前記第１基板は、前記第２基板よりも面積が小さくなるように切り欠かれた切欠部を有し、前記第２発熱部品は、前記切欠部が切り欠かれて生じた空間に進入している請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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