JP3985453B2

JP3985453B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP3985453B2
Application number: JP2001005708A
Authority: JP
Inventors: 寿文田中
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: JP2002217574A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源からの入力を所望の電力に変換して出力側の負荷へ供給する電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力変換装置の回路には、トランスやスイッチング素子などの発熱量の大きな構成部品（以下、発熱部品と称す）が用いられているが、近年では、発熱部品の小型化が要求され、発熱部品の温度が高くなるという問題が顕著になっている。そこで、従来の電力変換装置では、発熱部品の放熱対策を行いながらも小型化を図るために、図７に示すようにプリント基板よりなる回路基板１の表面（図７における上面）に発熱部品２を実装するとともに裏面に面実装部品を実装した回路基板１を、一面が開放されたボディ３とボディ３の上記一面側に覆着されるカバー（図示せず）とで構成されるケースの底壁３ａとの間が規定距離になるように固定して、ケース内に熱伝導性の高い放熱用の樹脂を充填しているのが一般的である。すなわち、従来の電力変換装置では、発熱部品２で発生した熱をケース内に充填された樹脂およびケースを通してケースの外部へ放熱させるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電力変換装置では、十分な放熱性が得られず発熱部品２の温度が上昇し過ぎるという不具合があった。すなわち、ケース内において回路基板１および発熱部品２が樹脂により覆われているので、発熱部品２で発生した熱がケースの外部まで放熱されにくく、ケース内に熱がこもり、発熱量の小さな構成部品にまで熱が伝わってしまうので、熱破壊を防止するために定格の大きい構成部品を使用する必要があり、構成部品を実装する回路基板１の基板面積が大きくなり電力変換装置の大型化を招くというという不具合があった。また、従来の電力変換装置では、ケース内に放熱用の樹脂を充填する必要があるので、軽量化や低コスト化の面において不利であった。
【０００４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型軽量化および低コスト化を図れ且つ放熱性に優れた電力変換装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、電源からの入力を所望の電力に変換して出力側の負荷へ供給する電力変換回路と、電力変換回路を構成する構成部品の少なくとも一部が実装された基板と、前記基板が収納された金属製のケースとを備えた電力変換装置であって、前記基板において実装された複数の構成部品のうち相対的に発熱量の大きい構成部品であるトランスもしくはスイッチング素子からなり前記基板の一面側で基板端に実装された発熱部品に重なる部分の一部に前記ケースの側壁側が開放した切欠部が設けられるとともに、前記基板の他面側に相対的に発熱量の小さな構成部品が実装されてなり、発熱部品で発生した熱を前記ケースの外部へ放熱させる放熱部が前記切欠部を通り抜ける形で前記ケースにおける前記基板との対向面から連続一体に突設されてなり、かつ、発熱部品と前記基板との接続部が一直線上に配置されないことを特徴とするものであり、前記基板において実装された複数の構成部品のうち相対的に発熱量の大きな構成部品である発熱部品で発生した熱を金属製のケースから連続一体に突設された放熱部を通して前記ケースの外部へ放熱させることができるので、発熱部品で発生した熱をケースにおける基板との対向面とケースの側壁とに跨って放熱可能となって放熱性を向上させることができ、従来のようにケース内に放熱用の樹脂を充填することなく且つ別部材を用いることなく放熱性を向上させることができ、小型軽量化および低コスト化を図ることができる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記発熱部品と前記放熱部との間に熱伝導性および電気絶縁性を有する放熱シートを挟持させてあるので、前記発熱部品で発生した熱を効率良く放熱させることができ、また、放熱シートが電気絶縁性を有するので、前記発熱部品および前記ケースそれぞれの材料によらず前記発熱部品と前記ケースとの間の電気的絶縁性を確保することができる。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ケースは、前記放熱部に対応した部位の外面側にフィンが形成されているので、放熱性をさらに向上させることができるとともに、より一層の軽量化を図ることができる。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記放熱部を前記ケースにおける前記基板との対向面と前記ケースの側壁とに跨って設けてあるので、前記発熱部品で発生した熱の放熱経路の断面積を大きくすることができ、放熱性がさらに向上する。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記放熱部および前記側壁と前記発熱部品との間に熱伝導性および電気絶縁性を有する放熱シートが挟持されているので、前記発熱部品で発生した熱を効率良く放熱させることができ、また、放熱シートが電気絶縁性を有するので、前記発熱部品および前記ケースそれぞれの材料によらず前記発熱部品と前記ケースとの間の電気的絶縁性を確保することができる。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記ケースは、前記放熱部に対応した部位の外面側若しくは前記側壁の外面側にフィンが形成されているので、放熱性をさらに向上させることができるとともに、より一層の軽量化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（参考例１）
本参考例の電力変換装置は、図１に示すように、プリント基板からなる回路基板１が合成樹脂成形品である一面（図１（ａ）の上面）が開放されたボディ３とボディ３の上記一面側に覆着される合成樹脂成形品のカバーとで構成されるケースに納装されている。なお、本参考例では、回路基板１に、電源からの入力を所望の電力に変換して出力側の負荷たる放電灯へ供給する放電灯点灯回路からなる電力変換回路の構成部品、上記電源が接続される入力端子、上記放電灯が接続される出力端子などが実装されたものであるが、発熱量の大きな構成部品（以下、発熱部品と称す）２のみ図示してあり、本参考例の要旨にとくに影響しない部分については図示ならびに符号を省略してある。また、ケースは放熱効率を高めるために金属製としてもよい。
【００１２】
本参考例では、回路基板１における表面側（図１における上面側）に発熱部品２が配置されており、回路基板１において発熱部品２と重なる部分の一部に切欠部１ａが設けられ、ボディ３における回路基板１との対向面から発熱部品２に密着するように突出する放熱部４を連続一体に突設している点に特徴がある。ここに、切欠部１ａは、回路基板１において発熱部品２との接続部を除いた部位に設けられている。また、放熱部４の突出寸法は、ボディ３に回路基板１が固定された状態で放熱部４の先端面が発熱部品２に密着するように設定されている。
【００１３】
しかして、本参考例の電力変換装置では、発熱部品２の熱をボディ３の底壁３ａから連続一体に突設された放熱部４を介してケースの外部へ放熱させることができる（図１（ａ）中の矢印Ｃ１の向きへ放熱させることができる）ので、従来のようにケース内に放熱用の樹脂を充填することなく且つ別部材を用いることなく放熱性を向上させることができ、小型軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００１４】
（参考例２）
本参考例の電力変換装置の基本構成は参考例１と略同じであって、図２に示すように、発熱部品２とボディ３の放熱部４との間に電気絶縁性が高く且つ熱伝導性の高い材料からなる放熱シート５を挟持させている点に特徴がある。ここに、放熱シート５が、熱伝導部材を構成している。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１５】
しかして、本参考例の電力変換装置では、参考例１と同様に、発熱部品２の熱をボディ３の放熱部４を介してケースの外部へ放熱させることができる（図２（ａ）中の矢印Ｃ１の向きへ放熱させることができる）ので、従来のようにケース内に放熱用の樹脂を充填することなく放熱性を向上させることができ、また放熱シート５は従来構成においてケース内に充填される樹脂に比べれば軽量化および低コスト化を容易に実現することができるから、小型軽量化および低コスト化を図れる。
【００１６】
また、本参考例では、発熱部品２とボディ３の放熱部４との間に電気絶縁性が高く且つ熱伝導性が高い放熱シート５を挟持させてあるので、発熱部品２で発生した熱を効率良く放熱させることができ、しかも、発熱部品２およびケース３それぞれの材料によらず発熱部品２とボディ３との間の電気的絶縁性を確保することができ、発熱部品２が非絶縁素子であっても発熱部品２の熱をケース３の放熱部４を介して放熱させることができる。
【００１７】
（参考例３）
本参考例の電力変換装置の基本構成は参考例１と略同じであって、図３に示すように、ケースのボディ３に設けた放熱部４の外面側に放熱面積を拡大させたフィン４ａを設けてある点に特徴がある。ここに、フィン４ａは、ボディ３の外面において放熱部４に対応する部位から発熱部品２側へ複数の切り込み溝４ｂを設けることにより形成されている。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１８】
しかして、本参考例の電力変換装置では、参考例１と同様に、発熱部品２の熱をボディ３の底壁３ａから連続一体に突設された放熱部４を介してケースの外部へ放熱させることができる（図３（ａ）中の矢印Ｃ１の向きへ放熱させることができる）ので、従来のようにケース内に放熱用の樹脂を充填することなく且つ別部材を用いることなく放熱性を向上させることができ、小型軽量化および低コスト化を図ることができる。また、本参考例では、ボディ３における放熱部４に上述の切り込み溝４ｂを設けることでフィン４ａを形成してあるので、放熱性がさらに向上するとともに、より一層の軽量化を図ることができる。
【００１９】
（実施形態１）
本実施形態の電力変換装置の基本構成は参考例１と略同じであって、図４に示すように、回路基板１における切欠部１ａをボディ３の側壁３ｂの近傍に設けている点に特徴がある。ここにおいて、切欠部１ａはボディ３の側壁３ｂ側が開放される形状に形成されており、放熱部４はボディ３の底壁３ａとボディ３の側壁３ｂとに跨って設けられている。なお、参考例１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
しかして、本実施形態の電力変換装置では、参考例１と同様に、発熱部品２の熱をボディ３から連続一体に突設された放熱部４を介してケースの外部へ放熱させることができるので、従来のようにケース内に放熱用の樹脂を充填することなく且つ別部材を用いることなく放熱性を向上させることができ、小型軽量化および低コスト化を図ることができる。しかも、発熱部品２の熱をボディ３の底壁３ａおよび側壁３ｂを通して放熱させることができる（図４（ａ）中の矢印Ｃ１およびＣ２の向きへ放熱させることができる）ので、発熱部品２の熱を放熱させる放熱経路の断面積を大きくすることができ、参考例１よりもさらに放熱性を向上させることができる。
【００２１】
（実施形態２）
本実施形態の電力変換装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図５に示すように、発熱部品２とボディ３の放熱部４およびボディ３の側壁３ｂとの間に電気絶縁性が高く且つ熱伝導性の高い材料からなる放熱シート５を挟持させてある点に特徴がある。ここに、放熱シート５が熱伝導部材を構成している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
しかして、本実施形態の電力変換装置では、実施形態１と同様に、発熱部品２の熱をボディ３の放熱部４およびボディ３の側壁３ｂを介してケースの外部へ放熱させることができる（図５（ａ）中の矢印Ｃ１およびＣ２の向きへ放熱させることができる）ので、従来のようにケース内に放熱用の樹脂を充填することなく放熱性を向上させることができ、また放熱シート５は従来構成においてケース内に充填される樹脂に比べれば軽量化および低コスト化を容易に実現することができるから、小型軽量化および低コスト化を図れる。
【００２３】
また、本実施形態では、発熱部品２とボディ３の放熱部４およびボディ３の側壁３ｂとの間に電気絶縁性が高く且つ熱伝導性が高い放熱シート５を挟持させてあるので、発熱部品２で発生した熱を効率良く放熱させることができ、また、発熱部品２およびボディ３それぞれの材料によらず発熱部品２とボディ３との間の電気的絶縁性を確保することができ、発熱部品２が非絶縁素子であっても発熱部品２の熱をボディ３の放熱部４を介して放熱させることができる。また、回路基板１への発熱部品２の実装の際に、発熱部品２のコーナ部で放熱シート５を押さえており、発熱部品２のコーナ部とボディ３の放熱部４の先端面およびボディ３の側壁３ｂとの間に放熱シート５が挟持されるので、放熱シート５がずれるのを防ぐことができ、信頼性が向上する。
【００２４】
（実施形態３）
本実施形態の電力変換装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すように、回路基板１における切欠部１ａをボディ３の側壁３ｂの近傍に設け、ボディ３に設けた放熱部４の外面側に放熱面積を拡大させたフィン４ａを設けている点に特徴がある。ここにおいて、切欠部１ａはボディ３の側壁３ｂ側が開放される形状に形成されており、放熱部４はボディ３の底壁３ａにおける回路基板１との対向面とボディ３の側壁３ｂとに跨って設けられている。また、フィン４ａは、ボディ３の外面において放熱部４に対応する部位から発熱部品２側へ複数の切り込み溝４ｂを設けることにより形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
しかして、本実施形態の電力変換装置では、実施形態１と同様に、発熱部品２の熱をボディ３の放熱部４およびボディ３の側壁３ｂを介してケースの外部へ放熱させることができる（図６（ａ）中の矢印Ｃ１およびＣ２の向きへ放熱させることができる）ので、従来のようにケース内に放熱用の樹脂を充填する必要がなく、小型軽量化および低コスト化を図れるとともに放熱性を向上させることができる。また、本実施形態では、ボディ３における放熱部４に上述の切り込み溝４ｂを設けることでフィン４ａを形成してあるので、放熱性がさらに向上するとともに、より一層の軽量化を図ることができる。なお、フィン４ａは、ボディ３の側壁３ｂにおいて放熱部４に対応する部位に切り込み溝を設けることで形成してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電源からの入力を所望の電力に変換して出力側の負荷へ供給する電力変換回路と、電力変換回路を構成する構成部品の少なくとも一部が実装された基板と、前記基板が収納された金属製のケースとを備えた電力変換装置であって、前記基板において実装された複数の構成部品のうち相対的に発熱量の大きい構成部品であるトランスもしくはスイッチング素子からなり前記基板の一面側で基板端に実装された発熱部品に重なる部分の一部に前記ケースの側壁側が開放した切欠部が設けられるとともに、前記基板の他面側に相対的に発熱量の小さな構成部品が実装されてなり、発熱部品で発生した熱を前記ケースの外部へ放熱させる放熱部が前記切欠部を通り抜ける形で前記ケースにおける前記基板との対向面から連続一体に突設されてなり、かつ、発熱部品と前記基板との接続部が一直線上に配置されないことを特徴とするものであり、前記基板において実装された複数の構成部品のうち相対的に発熱量の大きな構成部品である発熱部品で発生した熱を金属製のケースから連続一体に突設された放熱部を通して前記ケースの外部へ放熱させることができるので、従来のようにケース内に放熱用の樹脂を充填することなく且つ別部材を用いることなく放熱性を向上させることができ、小型軽量化および低コスト化を図ることができるという効果がある。
【００２７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記発熱部品と前記放熱部との間に熱伝導性および電気絶縁性を有する放熱シートを挟持させてあるので、前記発熱部品で発生した熱を効率良く放熱させることができるという効果があり、また、放熱シートが電気絶縁性を有するので、前記発熱部品および前記ケースそれぞれの材料によらず前記発熱部品と前記ケースとの間の電気的絶縁性を確保することができるという効果がある。
【００２８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ケースは、前記放熱部に対応した部位の外面側にフィンが形成されているので、放熱性をさらに向上させることができるとともに、より一層の軽量化を図ることができるという効果がある。
【００２９】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記放熱部を前記ケースにおける前記基板との対向面と前記ケースの側壁とに跨って設けてあるので、前記発熱部品で発生した熱の放熱経路の断面積を大きくすることができ、放熱性がさらに向上するという効果がある。
【００３０】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記放熱部および前記側壁と前記発熱部品との間に熱伝導性および電気絶縁性を有する放熱シートが挟持されているので、前記発熱部品で発生した熱を効率良く放熱させることができるという効果があり、また、放熱シートが電気絶縁性を有するので、前記発熱部品および前記ケースそれぞれの材料によらず前記発熱部品と前記ケースとの間の電気的絶縁性を確保することができるという効果がある。
【００３１】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記ケースは、前記放熱部に対応した部位の外面側若しくは前記側壁の外面側にフィンが形成されているので、放熱性をさらに向上させることができるとともに、より一層の軽量化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は一部破断した要部概略斜視図である。
【図２】参考例２を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は一部破断した要部概略斜視図である。
【図３】参考例３を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は（ａ）の要部Ａの拡大図である。
【図４】実施形態１を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は一部破断した要部概略斜視図である。
【図５】実施形態２を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は一部破断した要部概略斜視図である。
【図６】実施形態３を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は（ａ）の要部Ｂの拡大図である。
【図７】従来例を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は一部破断した要部概略斜視図である。
【符号の説明】
１回路基板
１ａ切欠部
２構成部品（発熱部品）
３ボディ
４放熱部

Claims

電源からの入力を所望の電力に変換して出力側の負荷へ供給する電力変換回路と、電力変換回路を構成する構成部品の少なくとも一部が実装された基板と、前記基板が収納された金属製のケースとを備えた電力変換装置であって、前記基板において実装された複数の構成部品のうち相対的に発熱量の大きい構成部品であるトランスもしくはスイッチング素子からなり前記基板の一面側で基板端に実装された発熱部品に重なる部分の一部に前記ケースの側壁側が開放した切欠部が設けられるとともに、前記基板の他面側に相対的に発熱量の小さな構成部品が実装されてなり、発熱部品で発生した熱を前記ケースの外部へ放熱させる放熱部が前記切欠部を通り抜ける形で前記ケースにおける前記基板との対向面から連続一体に突設されてなり、かつ、発熱部品と前記基板との接続部が一直線上に配置されないことを特徴とする電力変換装置。
前記発熱部品と前記放熱部との間に熱伝導性および電気絶縁性を有する放熱シートを挟持させてなることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
前記ケースは、前記放熱部に対応した部位の外面側にフィンが形成されてなることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
前記放熱部を前記ケースにおける前記基板との対向面と前記ケースの側壁とに跨って設けてなることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
前記放熱部および前記側壁と前記発熱部品との間に熱伝導性および電気絶縁性を有する放熱シートが挟持されてなることを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
前記ケースは、前記放熱部に対応した部位の外面側若しくは前記側壁の外面側にフィンが形成されてなることを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。