JP6076277B2

JP6076277B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6076277B2
Application number: JP2014031718A
Authority: JP
Inventors: 雄二白形; 熊谷　隆; 隆熊谷; 中島　浩二; 浩二中島; 石倉　寿; 寿石倉; 悠士朗城戸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: JP2015156461A

Description

本発明は電力変換装置に関し、特に、車載用の直流の電圧変換用の装置に関するものである。

電力変換装置は一般に使用時の発熱量が比較的多い第１の発熱部品と、第１の発熱部品より発熱量の少ない第２の発熱部品とを有する。それぞれの発熱部品には耐熱性の低い素子が搭載されるため、電力変換装置には発熱部品を冷却するための冷却部材が設置されている。発熱量の多い第１の発熱部品は冷却能力の高い冷媒を用いて冷却することが好ましいが、設備の大型化を防ぐ観点から第２の発熱部品は冷媒を用いた冷却を行なわずに空冷用のヒートシンクを用いて冷却することが好ましい。

ただし冷却部材により冷却されるといえども、第１および第２の発熱部品の温度が上昇し、たとえば第１の発熱部品から第２の発熱部品に熱が移動し第２の発熱部品の温度が上昇する可能性がある。第２の発熱部品は第１の発熱部品より発熱量が少ないが、第２の発熱部品には第１の発熱部品以上に耐熱の低い素子が搭載される場合がある。このため第１の発熱部品から第２の発熱部品への熱の移動を確実に抑制する要請がある。

たとえば特許文献１においては、第１の発熱部品が水冷用の冷却部材上に配置された第１の構造体と、第２の発熱部品が空冷用のヒートシンク上に配置された第２の構造体とがそれぞれ外部から遮断されるようにケース内に収納されている。この場合、たとえば第１の発熱部品の発熱によりケース内の空気温度が上昇する。暖められたケース内の空気はケース内にとどまるため、第１の発熱部品から第２の発熱部品への熱の移動は起こりにくくなることから、第１の発熱部品から第２の発熱部品への熱干渉が低減される。

またたとえば特許文献２においては、第１の発熱部品を有する主回路部と、主回路部から離れて配置される第２の発熱部品を有する論理部とが、互いに独立した室内に設置されており、これらの室内の間に遮蔽部材が設けられている。主回路部の第１の発熱部品と論理部の第２の発熱部品とが配線部材により電気的に接続されている。遮蔽部材が主回路部と論理部とを熱的に隔離するため主回路部から論理部への熱の移動が抑制される。

特開２００４−２３２９００号公報特開平９−２３７９９２号公報

特許文献１においては、第１の発熱部品と第２の発熱部品との電気的な接続方法に関する記載がない。第１の発熱部品と第２の発熱部品とはそれぞれを収納するケースにより熱的に隔離されている。しかし第１の発熱部品と第２の発熱部品とを接続する配線部材およびその周囲において、第１の発熱部品から第２の発熱部品に熱が移動する可能性がある。

すなわち配線部材に熱伝導性の良好な銅などの金属材料が用いられれば、配線部材の熱抵抗が小さいため第１の発熱部品から第２の発熱部品に熱が移動する可能性がある。また配線部材がケースを貫通するように配置される場合、配線部材を貫通させるためにケースに設けられた穴と配線部材との間に隙間が存在すれば、その隙間から空気が移動し、第１の発熱部品から第２の発熱部品に熱が移動する可能性がある。

特許文献２においては、主回路部と論理部とを接続する配線部材と、配線部材が通る穴との間に隙間が存在する。この隙間は配線部材を通すのに必要な最小限の大きさであるとの記載があるものの、それでもこの隙間を通って主回路部の暖められた空気が論理部に移動し、論理部の空気温度が上昇し、第２の発熱部品の温度が上昇する可能性がある。

また特許文献２においては主回路部が筐体の下部に、論理部が筐体の上部に配置されている。このため主回路部の暖められた空気は密度が軽くなり上部に移動するため、主回路部の暖められた空気がいっそう論理部側に流れやすい状況となっている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１の発熱部品から第２の発熱部品への熱の移動をより確実に抑制できる電力変換装置を提供することである。

本発明の電力変換装置は、第１の収納部と、第２の収納部と、構造部材と、配線部材とを備えている。第１の収納部は、第１の発熱部品を収納し、冷媒を用いて第１の発熱部品を冷却することが可能な第１の冷却部材を含む。第２の収納部は、第２の発熱部品を収納し、空気を用いて第２の発熱部品を冷却することが可能な第２の冷却部材を含む。構造部材は、第１の収納部と第２の収納部との間に配置され、樹脂材料からなる。配線部材は、第１の発熱部品と第２の発熱部品とを電気的に接続する。配線部材は構造部材に接触するように貫通することにより第１の収納部側から第２の収納部側まで延在する。第１の収納部は第１の発熱部品を密閉するように収納し、かつ第２の収納部は第２の発熱部品を密閉するように収納する。第１および第２の収納部は構造部材と接触している。

本発明によれば、第１の収納部と第２の収納部との間に熱伝導率の低い材料からなる構造部材が配置され、かつ配線部材が構造部材に接触するように貫通し、配線部材と構造部材との間に隙間が形成されなくなる。このため、第１の発熱部品から第２の発熱部品への熱の移動をより確実に抑制できる。

実施の形態１の電力変換装置の外観の態様を示す概略斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。実施の形態１の電力変換装置に組み込まれる素子および電気回路の一例を示す回路図である。図１の電力変換装置の収納カバーを取り除いた、水冷部および空冷部の内部の態様を示す概略斜視図である。実施の形態１の電力変換装置のうち、図４のＶ−Ｖ線に沿う部分の概略断面図である。配線部材が構造部材を貫通する態様の第１の変形例を示す概略断面図である。配線部材が構造部材を貫通する態様の第２の変形例を示す概略断面図である。実施の形態１の電力変換装置の駆動時における内部の温度分布を示すデータ（Ａ）と、外側の温度分布を示すデータ（Ｂ）とである。実施の形態２の第１例の電力変換装置のうち、図５と同一の部分の概略断面図である。実施の形態２の第２例の電力変換装置のうち、図５と同一の部分の概略断面図である。実施の形態３の電力変換装置の部分的な概略平面図である。実施の形態３の電力変換装置のうち、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態の電力変換装置について図１〜図５を用いて説明する。まず図１および図２を用いて、電力変換装置の大まかな構成について説明する。

図１および図２を参照して、本実施の形態の電力変換装置１００は、第１の収納部としての水冷部１０と、第２の収納部としての空冷部２０と、水冷部１０と空冷部２０との間に配置される構造部材３０とを有している。水冷部１０は、冷却水などの、たとえば空冷より高い冷却効果を有する冷媒を用いて発熱部品を冷却する領域である。空冷部２０は、空気の冷却風を用いて発熱部品を冷却する領域である。水冷部１０と空冷部２０とは水平方向に沿って互いに隣り合うように並んでいる。

水冷部１０は水路１１と、水冷ヒートシンク１２と、収納カバー１３とを有している。水路１１は水冷部１０の部品を冷却するための冷媒である水の流路であり、たとえば図１および図２の紙面奥行き方向に延びており、たとえば矩形の断面形状を有している。水冷ヒートシンク１２はその上方に第１の発熱部品として配置される基板１４を冷却することが可能な第１の冷却部材である。水冷ヒートシンク１２は水路１１を流れる水を利用して基板１４を冷却する部材である。

収納カバー１３は水冷ヒートシンク１２と組み合わせて水冷部１０に密閉空間を形成するための部材である。収納カバー１３が閉じられると水冷ヒートシンク１２との間に密閉空間が形成され、その密閉空間の内部に基板１４が収納される。

空冷部２０は空冷ヒートシンク２１と、収納カバー２２とを有している。空冷ヒートシンク２１は、その上方に第２の発熱部品として配置される基板２３を冷却することが可能な第２の冷却部材として配置されている。空冷ヒートシンク２１は図の上方から下方に延びる部材が複数、図の左右方向に関して互いに間隔をあけて配置されたいわゆる櫛型の断面形状を有している。たとえば図示されないファンを用いてこの個々の部材の間に挟まれた領域に空気の冷却風が供給されることにより空冷ヒートシンク２１が冷却される。

収納カバー２２は空冷ヒートシンク２１と組み合わせて空冷部２０に密閉空間を形成するための部材である。収納カバー２２が閉じられると空冷ヒートシンク２１との間に密閉空間が形成され、その密閉空間の内部に基板２３が収納される。

図２の断面図において収納カバー１３は図の左側の端部すなわち構造部材３０の配置される側と反対側の端部に、図の上下方向に延びる壁状の部分を有している。また収納カバー１３は図の奥行き方向の両側の端部にも図の上下方向に延びる壁状の部分を有している。また収納カバー１３は基板１４の上方に基板１４と対向するように配置される天板状部を有している。収納カバー１３はこれらの壁状の部分および天板状部により構成されている。しかし収納カバー１３は図の右側の端部すなわち構造部材３０の配置される側の端部にも壁状の部分を有していてもよい。

同様に、図２の断面図において収納カバー２２は図の右側の端部すなわち構造部材３０の配置される側と反対側の端部に、図の上下方向に延びる壁状の部分を有している。また収納カバー２２は図の奥行き方向の両側の端部にも図の上下方向に延びる壁状の部分を有している。また収納カバー１３は基板２３の上方に基板２３と対向するように配置される天板状部を有している。収納カバー２２はこれらの壁状の部分および天板状部により構成されている。しかし収納カバー２２は図の左側の端部すなわち構造部材３０の配置される側の端部にも壁状の部分を有していてもよい。

水冷ヒートシンク１２および空冷ヒートシンク２１は、たとえば熱伝導性の良好な金属材料であるアルミニウムまたは銅などにより形成されることが好ましい。収納カバー１３，２２もヒートシンク１２，２１と同様の金属材料により形成されてもよいが、収納カバー１３，２２は樹脂材料により形成されてもよい。

構造部材３０は収納カバー１３，２２を閉じたときに水冷部１０内の密閉空間と空冷部２０内の密閉空間とを区画するように構成されており、たとえば板状の部材である。構造部材３０は水冷部１０の図の右端部および空冷部２０の左側の端部の壁状の部分を構成してもよい。

構造部材３０は樹脂材料または樹脂材料よりも熱伝導率の低い材料により形成されており、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）などの樹脂材料が板状に成型されたものである。

次に図３を用いて、基板１４，２３に形成される素子および回路について説明する。
図３を参照して、本実施の形態の電力変換装置１００に適用される回路は、たとえばいわゆるＤＣ／ＤＣコンバータ回路である。これは高電圧の直流電力をより低電圧の直流電力に変換する回路であり、たとえば車載の高圧バッテリから供給される１００Ｖ以上６００Ｖ以下の直流の高電圧を入力端子から入力し、車載補機系部品の電源電圧である１２Ｖ以上１６Ｖ以下程度の低電圧の直流電圧を出力端子から出力する。なお図３においては左側が入力側を、右側が出力側を示している。

入力側には、高電圧の直流電力が入力される入力端子ＩＮ１，ＩＮ２と、入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路ＩＮＶと、インバータ回路ＩＮＶの動作により発生する交流成分を吸収する入力コンデンサＩＮＣと、共振コイルＲＬとを主に有している。入力コンデンサＩＮＣはインバータ回路ＩＮＶの入力側に、共振コイルＲＬはインバータ回路ＩＮＶの出力側に、それぞれ配置されている。インバータ回路ＩＮＶには、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）からなる一次側スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４と、一次側スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４に並列接続された共振コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、ダイオードとを有している。共振コンデンサＣ１〜Ｃ４は、共振コイルＲＬと共振動作を起こし、一次側スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４のスイッチング損失を抑制する働きを担っている。

インバータ回路ＩＮＶの出力側にはトランスＴＲＳが接続されており、このトランスＴＲＳにより電圧値の変換がなされる。トランスＴＲＳは一次側コイル導体Ｈ１１と、一次側コイル導体Ｈ１１と磁気的に結合した二次側コイル導体Ｌ２１，Ｌ２２とからなる。一次側コイル導体Ｈ１１は上記の共振コイルＲＬと直列に接続された高電圧側巻線である。二次側コイル導体Ｌ２１，Ｌ２２はトランスＴＲＳ内において一次側コイル導体Ｈ１１と互いに対向するように配置された低電圧側巻線である。

トランスＴＲＳの出力側には、トランスＴＲＳから入力される低電圧の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路ＲＣＴが形成されている。整流回路ＲＣＴには、たとえばＭＯＳＦＥＴからなる二次側スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４と、ダイオードとを有している。二次側スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２は接地電位Ｇ１に、二次側スイッチング素子Ｓ２３，Ｓ２４は接地電位Ｇ２に、それぞれ接続されている。

またトランスＴＲＳを構成する二次側コイル導体Ｌ２１と二次側コイル導体Ｌ２２との接続箇所であるセンタータップＣＴＲからは平滑コイルＲＰＰ１および出力コンデンサＲＰＰ２が直列接続されており、出力コンデンサＲＰＰ２に並列に出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２が接続されている。また出力コンデンサＲＰＰ２は接地電位Ｇ３に接続されている。

平滑コイルＲＰＰ１および出力コンデンサＲＰＰ２は平滑回路ＲＰＰを構成し、これはセンタータップＣＴＲでの（整流回路ＲＣＴによる変換後の）直流電圧に含まれる交流成分を平滑する役割を有している。出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は平滑回路ＲＰＰにおいて平滑された低電圧の直流電圧を出力する端子である。

図４を参照して、図３に示す上記の各素子および回路は、通常は図１および図２に示す水冷部１０に配置される。具体的には、たとえば水冷部１０の水冷ヒートシンク１２の上方に配置された基板１４に、たとえば共振コンデンサＣ１〜Ｃ４および共振コイルＲＬが載置されている。平面視における基板１４の周囲には一次側スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４、二次側スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４が配置されており、これらは基板１４と電気的に接続されている。

その他、水冷ヒートシンク１２の上方に配置された他の基板に、たとえば平滑回路ＲＰＰおよびトランスＴＲＳが載置されている。したがってインバータ回路ＩＮＶ、トランスＴＲＳ、整流回路ＲＣＴおよび平滑回路ＲＰＰはすべて水冷部１０に配置され、収納カバー１３により密閉空間に収納される。

空冷部２０には、たとえばいわゆるコモンモードチョークコイル、駆動ＩＣ、制御ＩＣ、マイコンのような比較的発熱量の小さい電子部品が配置されており、これらが収納カバー２２により密閉空間に収納される。

水冷部１０の水冷ヒートシンク１２は構造部材３０に固定されることが好ましい。収納カバー１３はたとえば通常のネジにより、構造部材３０に（収納カバー１３が開閉動作可能となるように）固定されてもよいし、収納カバー１３は水冷ヒートシンク１２に対して着脱可能に被せられる構成であってもよい。同様に空冷部２０の空冷ヒートシンク２１は構造部材３０に固定されることが好ましい。収納カバー２２はたとえば通常のネジにより、構造部材３０に（収納カバー２２が開閉動作可能となるように）固定されてもよいし、収納カバー２２は空冷ヒートシンク２１に対して着脱可能に被せられる構成であってもよい。

次に図４および図５を用いて、水冷部１０の基板１４と空冷部２０の基板２３とを電気的に接続する部分について説明する。

水冷部１０に配置される素子および回路と、空冷部２０に配置される素子および回路とは、たとえば基板１４と基板２３とを接続する配線部材により互いに電気的に接続され、これにより一体の電力変換装置１００としての機能を発揮する。図４および図５を参照して、基板１４と基板２３とは、配線用のターミナルである配線部材４１，４２により互いに電気的に接続されている。

配線部材４１は銅などの電気伝導率に優れた金属材料により形成された長尺形状を有している。配線部材４１は構造部材３０を貫通することにより、水冷部１０側から空冷部２０側まで延在している。

構造部材３０が樹脂材料により形成される場合、配線部材４１はいわゆるインサート成型法またはアウトサート成型法により、構造部材３０を水冷部１０側から空冷部２０側まで貫通するように、構造部材３０に固定されている。

すなわち樹脂からなる構造部材３０を成型する金型内に配線部材４１がセットされた状態で構造部材３０を成型するための樹脂材料が投入されこれが成型される。したがって配線部材４１の表面は構造部材３０内において構造部材３０に接触するように貫通している。すなわち配線部材４１は、構造部材３０との貫通部分において構造部材３０との間に隙間を有さないように、構造部材３０を貫通している。なお構造部材３０内における配線部材４１，４２の表面は構造部材３０に完全に接触する（すなわち構造部材３０内における配線部材４１，４２の表面の全体が構造部材３０と接触する）ように構造部材を貫通することがより好ましい。

ここで配線部材４１が構造部材３０を貫通するとは、構造部材３０が水冷部１０から空冷部２０に向かう方向（水平方向）に、構造部材３０の水冷部１０側の表面から空冷部２０側の表面まで途切れることなくまっすぐ貫通する場合に限定されない。次に図５の点線で囲んだ領域Ａの態様の変形例を示す図６および図７を用いて、このことについて説明する。

たとえば図６を参照して、２本の配線部材４１が接続部４４により接続されており、接続部４４が構造部材３０内に配置されるように、２本の配線部材４１が構造部材３０内を延びていてもよい。すなわちこの場合は、厳密には１本の配線部材４１は構造部材３０の水冷部１０側の表面から空冷部２０側の表面まで貫通してはいないが、ここではこのような場合も配線部材４１は構造部材３０を貫通しているものとみなす。またたとえば図７を参照して、この配線部材４１は構造部材３０内において屈曲し複数方向に延在しながら構造部材３０の水冷部１０側の表面から空冷部２０側の表面に達するように延びている。ここではこのような場合も配線部材４１は構造部材３０を貫通しているものとみなす。

なおインサート成型法またはアウトサート成型法を用いて配線部材４１を構造部材３０に固定する場合、配線部材４１単独で基板１４と基板２３とを接続可能な長さにすることは困難である。このため配線部材４１の一方および他方の端部に配線部材４２が接続されている。ただしここでは配線部材４１と配線部材４２とを合わせて基板１４と基板２３とを接続する単一の配線部材と考えてもよい。

配線部材４２は配線部材４１と同様に、銅などの電気伝導率に優れた金属材料により形成された長尺形状を有している。水冷部１０、空冷部２０ともに、配線部材４１と配線部材４２とは導電性の接続部４４において互いに接続されている。接続部４４における接続方法としてはたとえば抵抗溶接またはＴＩＧ溶接による接続方法、リベットおよび端子台を用いてネジにより接続する方法、プレスフィットコネクタを用いた接続方法などを用いることができる。ここでは電力変換装置１００の全体の寸法および他の制約条件を考慮して最適な接続方法を選択することが好ましい。

配線部材４２と基板１４，２３との接続方法としては、たとえばはんだまたは溶接による接続方法、リベットを用いた接続方法、いわゆる超音波接合による接続方法などを用いることができる。

図５に示すように配線部材４２と基板１４，２３との接続箇所においては、配線部材４２が基板１４，２３の厚み（図５の上下）方向に延びるように屈曲している。そして配線部材４２が基板１４，２３の上側の主表面から下側の主表面の下方に突出するように上下方向に貫通しており、基板１４，２３の下側の主表面の下方に突出した部分がはんだなどにより基板１４，２３と接続されている。このため基板１４，２３はヒートシンク１２，２１上に対して若干浮かせるように配置（すなわち構造部材３０に固定）されることが好ましい。

たとえばあらかじめ上記のはんだなどの方法により配線部材４２が接続された基板１４，２３は、構造部材３０にヒートシンク１２，２１が接触するように組みつけられた後に、ヒートシンク１２，２１の一部の箇所にネジ等により固定されることが好ましい。基板１４，２３がヒートシンク１２，２１に固定された後に、基板１４，２３の配線部材４２と、配線部材４１とが、上記の接続方法により接続されることが好ましい。その後、構造部材３０に接触するように収納カバー１３，２２がヒートシンク１２，２１に被せられる。収納カバー１３，２２は、構造部材３０に固定されるか固定されないかにかかわらず、構造部材３０の少なくとも一部と接触するように、ヒートシンク１２，２１に被せられることが好ましい。

なお配線部材４１と配線部材４２との接続部４４、および配線部材４２の基板１４，２３との接続部には、温度サイクルによる大きな熱応力が加わる。このため接続部の破損などの不具合を抑制する観点から、配線部材４１，４２には応力緩和部４３が形成されることが好ましい。応力緩和部４３はたとえば配線部材４１，４２の延在する方向（図５の左右方向）に交差する方向（図５の上下方向）に突起するように湾曲する凸形状部として形成されていることが好ましい。応力緩和部４３は配線部材４１，４２の少なくともいずれかに１箇所以上形成されることが好ましい。

さらに本実施の形態においては、基板２３とヒートシンク２１とを接続する１つ以上の任意の数（たとえば図９においては２つ）の（第１の）支柱４５が設けられている。支柱４５は、基板２３の図５の下側の主表面とヒートシンク２１の上側の表面とを接続するように、図５の上下方向に延びる部材である。支柱４５は、ヒートシンク２１の上面に対して浮かぶように配置された基板２３を支持している。

支柱４５は基板２３の、配線部材４２との接続部に近い領域にて基板２３と接続されるように配置されることが好ましい。なお支柱４５は熱の伝導性に優れた金属材料により形成されることが好ましい。

次に、電力変換装置１００における熱の移動経路について説明しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。

水冷部１０においては、基板１４などに、上記の図３に示す各回路のように電力変換装置１００の中核をなす比較的発熱量の多い素子および回路が搭載されている。一方空冷部２０においては、基板２３などに、比較的発熱量の少ない素子および回路が搭載される。このため電力変換装置１００の駆動時には水冷部１０の温度が空冷部２０の温度よりも高くなる。

水冷部１０の素子および回路による発熱量のほとんどは水冷ヒートシンク１２の水路１１を流れる冷却水に吸収され、空冷部２０の素子および回路による発熱量のほとんどは空冷ヒートシンク２１を流れる冷却風に吸収される。しかし吸熱により水路１１の冷却水の温度が上昇すると、水冷ヒートシンク１２が水冷部１０の基板１４などを冷却する効果が弱くなり、水冷部１０の密閉空間内の空気温度が上昇する。水冷部１０の密閉空間内の空気温度が上昇すれば、水冷部１０から空冷部２０に熱が移動する可能性がある。

ここで水冷部１０から空冷部２０への熱の移動経路は以下の３通りが存在すると考えられる。１つ目は第１の収納部としての水冷部１０を構成する部材から第２の収納部としての空冷部２０を構成する部材への熱の移動であり、具体的には水冷ヒートシンク１２から空冷ヒートシンク２１への熱の移動と、収納カバー１３から収納カバー２２への熱の移動とが挙げられる。２つ目は水冷部１０内の密閉空間の空気から空冷部２０内の密閉空間の空気への熱の移動である。３つ目は水冷部１０から空冷部２０まで延びる配線部材４１，４２を介した熱の移動である。

１つ目の経路である、水冷ヒートシンク１２から空冷ヒートシンク２１への熱の移動、および収納カバー１３から収納カバー２２への熱の移動は、これらのヒートシンク１２，２１および収納カバー１３，２２が構造部材３０の少なくとも一部と接触していれば、構造部材３０により抑制される。これは構造部材３０が（ＰＰＳなどの）樹脂材料または樹脂材料よりも熱伝導率の低い材料により形成されるためである。

すなわちたとえば水冷ヒートシンク１２から空冷ヒートシンク２１の方へ移動しようとする熱は、まず水冷ヒートシンク１２からこれに接触する構造部材３０に伝えられる。しかし構造部材３０はその熱伝導率が低いため、水冷ヒートシンク１２から空冷ヒートシンク２１への熱の移動はほぼ断熱に近い状態となり、空冷ヒートシンク２１へはほとんど伝わらない。収納カバー１３から収納カバー２２への熱の移動についても同様であり、収納カバー１３と接触する構造部材３０によりほぼ断熱されるため収納カバー２２へはほとんど伝わらない。したがって上記１つ目の経路により水冷部１０から空冷部２０へ熱が伝わる可能性が低減される。

２つ目の経路である水冷部１０内の密閉空間の空気から空冷部２０内の密閉空間の空気への熱の移動についても上記と同様であり、水冷部１０と空冷部２０との間に配置されている構造部材３０によりほぼ断熱される。またそもそも、水冷部１０内および空冷部２０内はそれぞれ独立した密閉空間となっているため、水冷部１０内の空気と空冷部２０内の空気とが互いに混じり合う可能性が低減される。したがって上記２つ目の経路により水冷部１０から空冷部２０へ熱が伝わる可能性が低減される。

また本実施の形態においては、配線部材４１，４２が構造部材３０に接触するように貫通しており、構造部材３０内において配線部材４１，４２との間に隙間を有さない構成となっている。このため水冷部１０内の密閉空間の空気が配線部材４１，４２と構造部材３０との隙間を通って空冷部２０内の密閉空間へ伝わることが抑制される。したがって配線部材４１，４２の表面付近において、構造部材３０の断熱性により、水冷部１０内の密閉空間の熱が空冷部２０側に伝わることが抑制される。なお構造部材３０内の配線部材４１，４２の表面の全体が構造部材３０と接触すれば、構造部材３０内には配線部材４１，４２との隙間がまったく存在しなくなる。このため構造部材３０内の配線部材４１，４２の表面付近における、水冷部１０内の密閉空間から空冷部２０内の密閉空間への熱の伝播が、いっそう確実に抑制される。

以上より、本実施の形態においては、上記３つの熱の移動経路のうち１つ目および２つ目の経路についてはほぼ遮断されているため、主に３つ目の配線部材４１，４２を介して水冷部１０から空冷部２０に熱が移動するといえる。特に配線部材４１，４２に大電流を流す必要がある場合には、配線部材４１，４２の延在方向に交差する断面積を大きくする必要がある。このようにすれば配線部材４１，４２に大電流が流せる反面、配線部材４１，４２の熱抵抗が小さくなり水冷部１０から空冷部２０に熱が移動しやすくなる。

本実施の形態においては、基板２３と空冷ヒートシンク２１とを接続する支柱４５が設けられている。これにより、たとえ水冷部１０から配線部材４１，４２を介して空冷部２０の基板２３へ熱が伝わったとしても、その熱は空冷部２０の支柱４５を介して空冷ヒートシンク２１に速やかに伝わる。このため支柱４５は配線部材４１，４２から伝わった熱による基板２３の温度上昇を抑制することができる。

支柱４５は基板２３の配線部材４２との接続部に近い領域に設けられることが好ましい。このようにすれば、より速やかに配線部材４２からの熱を支柱４５に伝えることができるため、基板２３の温度上昇を抑制する効果がいっそう高められる。

なお基板２３の配線部材４２との接続部の近くには耐熱の低い素子などを配置しないことがより好ましい。また基板２３と支柱４５との間には接触抵抗低減のため、グリスまたは放熱シートを挟んでもよい。

以上により、本実施の形態の電力変換装置１００は、水冷部１０と空冷部２０との間に温度勾配を設けることができ、空冷部２０の温度上昇を抑制することができる。このため特に耐熱の低い安価な素子および電子部品を空冷部２０に搭載することにより電力変換装置１００のコストを削減することができる。また空冷部２０の温度サイクルを緩和させる（すなわち高温時においても過度な温度上昇を抑制し、空冷部２０の基板２３と部品との接合部の温度の時間変化ΔＴを小さくする）ことができる。このため基板２３上の素子などの配線の接続部を構成するはんだなどにクラックが入り、当該接続部が破損するなどの不具合を抑制することができ、当該接続部の信頼性を向上させることができる。

図８（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本実施の形態の構成を有する電力変換装置１００を駆動させた場合の温度分布の解析をすれば、水冷部１０よりも空冷部２０の温度が大幅に低いことがわかる。また空冷部２０内においては水冷部１０内よりも領域間の温度差ΔＴが小さくなっており、空冷部２０内のほぼすべての領域においてほぼ一定の温度を示すことがわかる。なお図８（Ａ）は主に水冷部１０および空冷部２０の特に基板１４，２３およびその上の搭載回路などの温度分布を示しており、図８（Ｂ）は主に水冷部１０および空冷部２０の収納カバー１３，２２およびヒートシンク１２，２１の表面の温度分布を示している。なおこの熱解析に用いた構造部材３０は、図の左右方向に関する厚みが６ｍｍであり、その材質はＰＰＳとしている。

その他、本実施の形態においては、水冷部１０と空冷部２０とが水平方向に沿って並ぶように配置されている。このため、たとえば水冷部１０の上方に積まれるように空冷部２０が配置される場合に起こり得る、水冷部１０の発する熱により内部の空気が暖められ、暖められた空気が上部の空冷部２０側に集まり、空冷部２０の温度が上昇する不具合の発生を抑制することができる。

また、一次側スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４にＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを用いることもできる。ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴは通常のＭＯＳＦＥＴに比べて水冷部１０側の温度が高くなる可能性がある。しかし本実施の形態の電力変換装置１００の構造を用いることにより空冷部２０に耐熱の低い部品を配置できるため、低コストでＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを用いた一次側スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４を実現することができる。

（実施の形態２）
図９を参照して、本実施の形態の第１例の電力変換装置２００は、実施の形態１の電力変換装置１００と基本的に同様の構成を有しているが、空冷部２０において配線部材４１，４２とヒートシンク２１とを接続するように１つ以上の任意の数（たとえば図９においては２つ）の（第２の）支柱４６が設けられている。この点において電力変換装置２００は電力変換装置１００と異なっている。

第２の支柱４６は、図９の上下方向に（ヒートシンク２１から配線部材４１，４２に向けて）延びる支柱本体４６ａと、配線部材４１，４２の図９の下側の主表面の一部に設けられ配線部材４１，４２と支柱本体４６ａとの間を電気的に絶縁する絶縁部材４６ｂとを含んでいる。配線部材４１，４２と支柱本体４６ａとの間に絶縁部材４６ｂが挟まれることにより、配線部材４１，４２と空冷ヒートシンク２１とが互いに電気的に絶縁されるため、配線部材４１，４２を流れる電流がヒートシンク２１の方に流れることが抑制される。支柱本体４６ａは図９の上下方向に延びる点において、基板２３とヒートシンク２１との間を図９の上下方向に延びる支柱４５と同様の外観形状を有している。

絶縁部材４６ｂとしてはたとえば接着剤または放熱シートを用いてもよく、配線部材４１，４２の表面上に絶縁部材４６ｂとしての樹脂材料を成型することにより形成されたものを用いてもよい。また、必要な絶縁耐圧が低い場合には、支柱本体４６ａの配線部材４１，４２側の端部（図９の上側の端部）の表面にアルマイト処理のような絶縁被膜を形成するための処理を施すことにより絶縁部材４６ｂが形成されてもよい。

支柱本体４６ａは、実施の形態１の第１の支柱４５と同様に熱の伝導性に優れた金属材料により形成されることが好ましい。

なお支柱４６は、図９に示すように配線部材４１と配線部材４２との双方に１本ずつ接続されていてもよいし、たとえば１本の支柱４６が配線部材４１と配線部材４２との双方を跨ぐように（接続部４４と接続されるように）配置されてもよい。

図１０を参照して、本実施の形態の第２例の電力変換装置３００は、電力変換装置２００と基本的に同様の構成を有しているが、空冷部２０のみならず水冷部１０にも、基板１４と水冷ヒートシンク１２とを接続する支柱４５、および配線部材４１，４２と水冷ヒートシンク１２とを接続する支柱４６が配置されている。この点において電力変換装置３００は電力変換装置２００と異なっているが、他の構成は電力変換装置２００と同様である。なお空冷部２０と同様に水冷部１０においても、支柱４５，４６の本数は任意である。また水冷部１０の支柱４５，４６の配置についても任意である。

以上をまとめると、実施の形態１，２においては、基板１４または基板２３と水冷ヒートシンク１２または空冷ヒートシンク２１とを接続する支柱４５を備えている。また実施の形態２においては、配線部材４１，４２と水冷ヒートシンク１２または空冷ヒートシンク２１とを接続する支柱４６を備えている。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、実施の形態１の作用効果に加え、以下の作用効果を奏する。

本実施の形態においては支柱４５に加え支柱４６が備えられることにより、水冷部１０から配線部材４１，４２により空冷部２０に伝わる熱が、基板２３に達する前に支柱４６から空冷ヒートシンク２１の方へ伝わる経路が形成される。このため実施の形態１のように支柱４５のみを有する場合よりも基板２３に到達する熱量を減少させることができるため、実施の形態１よりもさらに空冷部２０の基板２３および素子などの温度上昇を抑制する効果が高められる。このため基板２３上の素子などの配線の接続部を構成するはんだなどにクラックが入り、当該接続部が破損するなどの不具合をさらに確実に抑制することができ、当該接続部の信頼性をさらに向上させることができる。

（実施の形態３）
図１１および図１２を参照して、本実施の形態の電力変換装置４００は、実施の形態１の電力変換装置１００と基本的に同様の構成を有しているが、構造部材３０の表面に複数の貫通孔３１が形成されている点において電力変換装置１００と異なっている。

貫通孔３１は、構造部材３０を構成する板材の、図１２の断面図における最上部の表面を起点として形成されており、構造部材３０の最下面に達する孔部として形成されている。すなわち特に図１２の断面図に示すように、貫通孔３１は、構造部材３０を貫通する配線部材４１，４２が延在する方向（図１１の左右方向であり水冷部１０から空冷部２０に向かう方向）に交差する方向（図１２の上下方向）に延びている。貫通孔３１は図１１においては楕円形状に近い平面形状を有しているが、貫通孔３１の平面形状はこれに限らずたとえば矩形状であってもよい。

貫通孔３１は、構造部材３０のインサート成型またはアウトサート成型時に形成されてもよいし、構造部材３０のインサート成型またはアウトサート成型の後に形成されてもよい。貫通孔３１が形成された後の構造部材３０の厚みすなわち構造部材３０の樹脂などの配置される部分の図１２の左右方向の厚みが、構造部材３０に要求される最低限の強度が確保できる厚みとなるように、貫通孔３１の平面視におけるサイズが制御されることが好ましい。

本実施の形態においては構造部材３０が図１２の配線部材４１，４２の延在方向に交差する方向に延びる貫通孔３１を備えることにより、構造部材３０を構成する樹脂材料などが配線部材４１，４２の延在方向に関して不連続になる。すなわち構造部材３０の水冷部１０側の表面から空冷部２０側の表面に至るまでの構造部材３０内において、構造部材３０の樹脂材料などが配置されない領域（貫通孔３１）が配置される。

貫通孔３１は構造部材３０内の熱の伝導をいっそう妨げる熱抵抗としての役割を果たす。このため貫通孔３１が形成されることにより、構造部材３０における水冷部１０から空冷部２０への熱の伝導がいっそう抑制される。

また貫通孔３１内には外気が流れることが可能である。このため貫通孔３１内を流れる外気により構造部材３０を冷却させることができる。このため貫通孔３１が存在しない場合に比べて構造部材３０における水冷部１０から空冷部２０への熱の伝導がいっそう抑制される。

以上より電力変換装置４００は、基板２３上の素子などの配線の接続部を構成するはんだなどにクラックが入り、当該接続部が破損するなどの不具合をさらに確実に抑制することができ、当該接続部の信頼性をさらに向上させることができる。

なお上記においては実施の形態１の構成に貫通孔３１を組み合わせているが、実施の形態２の構成に貫通孔３１を組み合わせた構成を採用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０水冷部、１１水路、１２水冷ヒートシンク、１３，２２収納カバー、１４，２３基板、２０空冷部、２１空冷ヒートシンク、３０構造部材、３１貫通孔、４１，４２配線部材、４３応力緩和部、４４接続部、４５，４６支柱、４６ａ支柱本体、４６ｂ絶縁部材、１００，２００，３００，４００電力変換装置、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４共振コンデンサ、ＣＴＲセンタータップ、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３接地電位、Ｈ１１一次側コイル導体、ＩＮ１，ＩＮ２入力端子、ＩＮＣ入力コンデンサ、ＩＮＶインバータ回路、Ｌ２１，Ｌ２２二次側コイル導体、ＯＵＴ１，ＯＵＴ２出力端子、ＲＣＴ整流回路、ＲＬ共振コイル、ＲＰＰ１平滑コイル、ＲＰＰ２出力コンデンサ、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４一次側スイッチング素子、Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４二次側スイッチング素子、ＴＲＳトランス。

Claims

第１の発熱部品を収納し、冷媒を用いて前記第１の発熱部品を冷却することが可能な第１の冷却部材を含む第１の収納部と、
第２の発熱部品を収納し、空気を用いて前記第２の発熱部品を冷却することが可能な第２の冷却部材を含む第２の収納部と、
前記第１の収納部と前記第２の収納部との間に配置される、樹脂材料からなる構造部材と、
前記第１の発熱部品と前記第２の発熱部品とを電気的に接続する配線部材とを備え、
前記配線部材は前記構造部材に接触するように貫通することにより前記第１の収納部側から前記第２の収納部側まで延在し、
前記第１の収納部は前記第１の発熱部品を密閉するように収納し、かつ前記第２の収納部は前記第２の発熱部品を密閉するように収納し、
前記第１および第２の収納部は前記構造部材と接触している、電力変換装置。
前記構造部材内における前記配線部材の表面が前記構造部材に完全に接触するように、前記配線部材は前記構造部材を貫通する、請求項１に記載の電力変換装置。
前記第１または第２の発熱部品と前記第１または第２の冷却部材とを接続する第１の支柱をさらに備える、請求項１または２に記載の電力変換装置。
前記配線部材と前記第１または第２の冷却部材とを接続する第２の支柱をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第２の支柱は、前記第１または第２の冷却部材から前記配線部材に向けて延在する支柱本体と、前記配線部材と前記支柱本体とを電気的に絶縁するように接続する絶縁部材とを含む、請求項４に記載の電力変換装置。
前記構造部材の表面には、前記構造部材を貫通する前記配線部材が延在する方向に交差する方向に延びる貫通孔が形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記配線部材は、前記配線部材が延在する方向に交差する方向に突起するように湾曲する凸形状部を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第１の収納部と前記第２の収納部とは水平方向に沿って並ぶように配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。