JP6556954B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、携帯発電機等に用いられるインバータ式発電機には、エンジンの駆動にともなってエンジンに接続されたオルタネータに交流電圧を発生させ、発生した交流電圧を整流回路による整流および電解コンデンサによる平滑化によって直流電圧に変換し、変換された直流電圧をインバータで交流電圧に変換するものがある（例えば、特開２００３‐１０２２００号公報参照）。

また、インバータ式発電機においては、インバータで変換される交流電圧のノイズのレベルに応じて、インバータの出力側にノイズを低減するためのノイズフィルタを接続することがあった。

このようなインバータ式発電機において、各電子部品は、アルミニウム等の金属製の収納ケースに収納された状態で樹脂封止されていた。

また、自己発熱する電子部品に、熱による電気特性の悪化や故障が生じることを抑制するため、インバータ式発電機には、例えば、ファンによって外部から取り入れた冷却風を電子部品側に送風する等の対策がとられていた。

しかしながら、従来は、電子部品間での動作時の単位時間当たりの発熱量の相違と、封止部材の熱伝導率とを考慮した収納ケースの熱容量を設定する技術については、何ら有効な提案がなされていないのが実情であった。このため、従来は、電子部品の放熱効率を向上させることが困難であるといった問題があった。

なお、特開２０１３−７７６０４号公報には、電子部品を箱状のケースに収容した電子部品ユニットが開示されている。この電子部品ユニットでは、基板に装着された電子部品とケースとの間に放熱性樹脂層を設けることで、電子部品から発生する熱を放熱するようになっている。しかるに、特開２０１３−７７６０４号公報には、電子部品の封止部材の熱伝導率を考慮してケース自体の熱容量を設定することは開示されていない。

そこで、本発明は、電子部品間での動作時の単位時間当たりの発熱量の相違と、封止部材の熱伝導率とを考慮した収納ケースの熱容量を設定することで、電子部品の放熱効率を向上させることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電力変換装置は、
入力電圧を電力変換した出力電圧を出力する電力変換装置であって、
第１面および前記第１面の反対側の第２面を有する収納ケースと、
前記第１面上の第１領域に配置された、第１の発熱源である第１の電子部品と、
前記第１面上の第２領域に配置された、第２の発熱源である第２の電子部品と、
前記第１面上で前記第１及び第２の電子部品を封止する第１の封止部材と、を備え、
前記第２の電子部品は、前記第２領域上で前記第２の電子部品の素子を封止する第２の封止部材を有し、
前記第２の電子部品の動作時の単位時間当たりの発熱量は、前記第１の電子部品の動作時の単位時間当たりの発熱量よりも大きく、
前記第２の封止部材の熱伝導率は、前記第１の封止部材の熱伝導率よりも小さく、
前記第２領域と前記第２領域の反対側に位置する前記第２面上の領域との間の前記収納ケースの第２部分の熱容量は、前記第１領域と前記第１領域の反対側に位置する前記第２面上の領域との間の前記収納ケースの第１部分の熱容量よりも大きい。

前記電力変換装置において、
前記収納ケースの前記第２部分の厚みは、前記収納ケースの前記第１部分の厚みよりも厚くてもよい。

前記電力変換装置において、
前記第２の電子部品は、前記収納ケースの熱抵抗よりも小さい熱抵抗を有し、前記素子から生じた熱を前記収納ケースの前記第２部分側に放熱する放熱基板を更に有してもよい。

前記電力変換装置において、
前記第２の封止部材と前記放熱基板との熱膨張係数の差は、前記第１の封止部材と前記放熱基板との熱膨張係数の差よりも小さくてもよい。

前記電力変換装置において、
前記第１部分の厚みに対する前記第２部分の厚みの割合は、前記第２の封止部材の熱伝導率に対する前記第１の封止部材の熱伝導率の割合よりも大きくてもよい。

前記電力変換装置において、
前記放熱基板は、銅を含有し、
前記収納ケースは、アルミニウムを含有し、
前記第１の封止部材は、樹脂を含有し、
前記第２の封止部材は、前記第１の封止部材に含有される樹脂よりも前記放熱基板との熱膨張係数の差および熱伝導率が小さい樹脂を含有してもよい。

前記電力変換装置において、
前記第１の電子部品が配置される前記第１面上の前記第１領域は、前記第２面側に向かって凹むように前記第１面に設けられた第１凹部であり、前記第１領域の反対側に位置する前記第２面上の領域は、電子部品が配置されていない前記第１面上の領域の反対側に位置する前記第２面上の基準領域から第１の突出量で突出した第１凸部であり、
前記第２の電子部品が配置される前記第１面上の前記第２領域は、前記第２面側に向かって凹むように前記第１面に設けられた第２凹部であり、前記第２領域の反対側に位置する前記第２面上の領域は、前記第２面上の基準領域から前記第１の突出量よりも大きい第２の突出量で突出した第２凸部であってもよい。

前記電力変換装置において、
前記収納ケースの前記第２面上に配置された放熱フィンを更に備えてもよい。

前記電力変換装置において、
前記収納ケース内に配置され、前記収納ケースの前記第１面に対向する第３面および前記第３面の反対側の第４面を有する配線基板と、
前記配線基板の前記第４面上に配置され、前記第１及び第２の電子部品の動作を制御する制御部と、を更に備え、
前記第１の封止部材は、前記第１及び前記第２の電子部品とともに前記配線基板および前記配線基板の前記第４面上の前記制御部を封止していてもよい。

前記電力変換装置において、
前記第１の電子部品は、前記制御部により制御され、前記入力電圧を整流して出力する整流回路であり、
前記第２の電子部品は、前記制御部により制御され、前記整流回路が整流した電圧を変換して出力するモジュールであってもよい。

前記電力変換装置において、
前記第１面上の第３領域に配置され、前記モジュールが出力した電圧を調整して出力するリアクタと、
前記配線基板の前記第４面上に配置され、前記配線基板の配線を介して前記整流回路の入力に接続され、前記封止部材により前記配線基板との接続部分が封止され、前記入力電圧が供給される入力端子と、
前記配線基板の前記第４面上に配置され、前記配線基板の配線を介して整流回路の出力に接され、前記封止部材により前記配線基板との接続部分が封止され、前記整流回路が出力した電圧を平滑化する平滑化キャパシタと、
前記配線基板の前記第３面および前記第４面上に配置され、前記リアクタを含むＬＣフィルタが出力した電圧をフィルタリングして出力するノイズフィルタと、
前記配線基板の前記第４面上に配置され、前記配線基板に接続され、前記封止部材により前記配線基板との接続部分が封止され、前記ノイズフィルタから供給された電圧を前記出力電圧として出力する出力端子と、を更に備えてもよい。

本発明の一態様に係る電力変換装置は、入力電圧を電力変換した出力電圧を出力する電力変換装置であって、第１面および第１面の反対側の第２面を有する収納ケースと、第１面上の第１領域に配置された、第１の発熱源である第１の電子部品と、第１面上の第２領域に配置された、第２の発熱源である第２の電子部品と、第１面上で第１及び第２の電子部品を封止する第１の封止部材と、を備える。第２の電子部品は、第２領域上で第２の電子部品の素子を封止する第２の封止部材を有し、第２の電子部品の動作時の単位時間当たりの発熱量は、第１の電子部品の動作時の単位時間当たりの発熱量よりも大きく、第２の封止部材の熱伝導率は、第１の封止部材の熱伝導率よりも小さい。
そして、第２領域と第２領域の反対側に位置する第２面上の領域との間の収納ケースの第２部分の熱容量は、第１領域と第１領域の反対側に位置する第２面上の領域との間の収納ケースの第１部分の熱容量よりも大きい。
このように、本発明によれば、第１の電子部品と比較して動作時の単位時間当たりの発熱量が大きい第２の電子部品の素子が、第１の封止部材よりも熱伝導率が小さい第２の封止部材で封止されていることを考慮して、第１の電子部品が配置される収納ケースの第１部分の熱容量よりも大きくなるように、第２の電子部品が配置される収納ケースの第２部分の熱容量を設定することができる。
これにより、第２の電子部品から収納ケース側に第１の電子部品と比較して単位時間当たりに大きい発熱量の熱が伝搬することで、収納ケースの第２部分が短時間で熱飽和してしまうことを抑制することができるので、収納ケースの第２部分側への第２の電子部品の放熱を十分な時間継続して行うことができる。
したがって、本発明によれば、電子部品間での動作時の単位時間当たりの発熱量の相違と、封止部材の熱伝導率とを考慮した収納ケースの熱容量を設定することで、電子部品の放熱効率を向上させることができる。

図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置１００が適用される発電システム１０００の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１００の主要な構成の一例を示すブロック図である。 図３は、図２に示す電力変換装置１００の外観の構成の一例を示す平面図である。 図４は、図３に示す電力変換装置１００のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図５は、図３に示す電力変換装置１００の収納ケースＨの斜視図である。 図６は、図３に示す電力変換装置１００の収納ケースＨおよび収納ケースＨ上の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒの平面図である。 図７は、図３に示す電力変換装置１００の正面図である。 図８は、図３に示す電力変換装置１００の側面図である。 図９は、図３に示す電力変換装置１００の模式的な断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置１００が適用される発電システム１０００の構成の一例を示す図である。図２は、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１００の主要な構成の一例を示すブロック図である。図３は、図２に示す電力変換装置１００の外観の構成の一例を示す平面図である。図４は、図３に示す電力変換装置１００のＩＶ−ＩＶ断面図である。図５は、図３に示す電力変換装置１００の収納ケースＨの斜視図である。図６は、図３に示す電力変換装置１００の収納ケースＨおよび収納ケースＨ上の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒの平面図である。図７は、図３に示す電力変換装置１００の正面図である。図８は、図３に示す電力変換装置１００の側面図である。図９は、図３に示す電力変換装置１００の模式的な断面図である。

発電システム１０００は、例えば、図１に示すように、エンジンＥと、エンジンＥに接続されたオルタネータ（図示せず）によって駆動されるファンＸと、エンジンＥに接続され、オルタネータが出力した交流電圧（入力電圧）を電力変換した交流電圧（出力電圧）を出力する電力変換装置１００とを備える。

この発電システム１０００において、ファンＸが駆動することにより、外部から気流Ａが発電システム１０００の内部に流れ込み、電力変換装置１００及びエンジンＥの周囲に誘導される。これにより、電力変換装置１００及びエンジンＥが気流Ａにより冷却され、電力変換装置１００及びエンジンＥが発した熱が気流Ｂとともに外部に放出されることなる。

このような電力変換装置１００は、例えば、図２〜図４に示すように、収納ケースＨと、放熱フィンＺと、配線基板１０と、第１の封止部材１１と、入力端子ＴＩＮと、第１の電子部品の一例である整流回路Ｙと、平滑化キャパシタＣと、第２の電子部品の一例であるモジュールＭと、ＬＣフィルタ（リアクタＲ、第１のキャパシタＣ１Ｆ）ＦＸと、ノイズフィルタＦと、出力端子ＴＯＵＴと、制御部ＣＯＮと、を備える。なお、なお、図３において、各電子部品Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｒ、Ｆは、破線または二点鎖線の矩形枠で模式的に表現されている。

図３および図４に示すように、ノイズフィルタＦは、巻線部品（すなわち、例えば、コモンモードのチョークコイル）Ｗと、第２のキャパシタＣ２Ｆとを備える。キャパシタＣ１Ｆ、キャパシタＣ２Ｆは、それぞれが複数のキャパシタを含んでいてもよい。

以下、これらの電力変換装置１００の各構成部の詳細について順に説明する。

（収納ケースＨ）
収納ケースＨは、電力変換装置１００の各構成部を収納する。収納ケースＨは、発熱源である電子部品（例えば、モジュールＭや整流回路Ｙ）が発する熱を外部に放熱する観点から、熱伝導性を有している。収納ケースＨは、アルミニウムなどの金属で構成されていることによって熱伝導性を有していてもよい。

図４および図５に示すように、収納ケースＨは、第１面Ａ１と、第１面Ａ１の反対側の第２面Ａ２とを有する。第１面Ａ１は、上面または内面ということもでき、第２面Ａ２は、下面または外面ということもできる。

図５に示すように、収納ケースＨの第１面Ａ１上には、整流回路Ｙを配置するための第１領域と、モジュールＭを配置するための第２領域と、リアクタＲを配置するための第３領域と、巻線部品Ｗを配置するための第４領域とが設けられている。

具体的には、第１面Ａ１上には、第２面Ａ２側に向かって凹むように、第１領域の一例である第１凹部Ｓ１ｂと、第２領域の一例である第２凹部Ｓ２ｂと、第３領域の一例である第３凹部Ｓ３ｂと、第４領域の一例である第４凹部Ｓ４ｂとが設けられている。第２凹部Ｓ２ｂは、第１凹部Ｓ１ｂに隣接して設けられている。また、第３凹部Ｓ３ｂは、第２凹部Ｓ２ｂに隣接して設けられている。第４凹部Ｓ４ｂは、第３凹部Ｓ３ｂに隣接して設けられている。なお、図４〜図８に示すように、第１凹部Ｓ１ｂの反対側に位置する第２面Ａ２上の領域Ｓ１ａは、電子部品が配置されていない（すなわち、凹部が設けられていない）第１面Ａ１上の領域の反対側に位置する第２面Ａ２上の基準領域Ａ２１から、第１の突出量で突出した第１凸部Ｓ１ａとなっている。第２凹部Ｓ２ｂの反対側に位置する第２面Ａ２上の領域Ｓ２ａは、第２面Ａ２上の基準領域Ａ２１から第１の突出量よりも大きい第２の突出量で突出した第２凸部Ｓ２ａとなっている。第３凹部Ｓ３ｂの反対側に位置する第２面Ａ２上の領域Ｓ３ａは、第２面Ａ２上の基準領域Ａ２１から突出した第３凸部Ｓ３ａとなっている。第４凹部Ｓ４ｂの反対側に位置する第２面Ａ２上の領域Ｓ４ａは、第２面Ａ２上の基準領域Ａ２１から突出した第４凸部Ｓ４ａとなっている。

後述するように、動作時の単位時間当たりの発熱量が大きいモジュールＭの放熱効率を向上するため、モジュールＭが配置される第２凹部Ｓ２ｂと第２凹部Ｓ２ｂの反対側に位置する第２凸部Ｓ２ａとの間の収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの熱容量は、整流回路Ｙが配置される第１凹部Ｓ１ｂと第１凹部Ｓ１ｂの反対側に位置する第１凸部Ｓ１ａとの間の収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きい。

具体的には、図９に示すように、収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの厚みｔｈ２は、収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの厚みｔｈ１よりも厚い。

より具体的には、整流回路Ｙが配置される第１凹部Ｓ１ｂの反対側の第１凸部Ｓ１ａは、第２面Ａ２上の基準領域Ａ２１から第１の突出量で突出しているのに対して、モジュールＭが配置される第２凹部Ｓ２ｂの反対側の第２凸部Ｓ２ａは、基準領域Ａ２１から第１の突出量よりも大きい第２の突出量で突出している。

また、収納ケースＨには、第２面Ａ２から突出するように放熱フィンＺが設けられている。放熱フィンＺは、外部から供給された気流Ａにより冷却されることで、発熱源である電子部品（例えば、整流回路ＹおよびモジュールＭ）が発する熱を外部に放出する。放熱フィンＺは、例えば、アルミニウム等の金属材料を用いたダイカスト法などの金型鋳造法によって、第１ケース部Ｈ１と一体成型されていてもよい。

（配線基板１０）
配線基板１０は、電力変換装置１００の端子と電子部品あるいは電子部品同士を電気的に接続する複数の配線１０Ｙａ、１０Ｃａ、１０Ｃｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂ、１０Ｆａ、１０ａ、１０ｂおよび複数の電極１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｒ、１０Ｆが設けられた基板である。なお、図３では、配線基板１０に設けられた配線および電極を簡略化して表現している。図４に示すように、配線基板１０は、収納ケースＨ内に配置されており、収納ケースＨの第１面Ａ１に対向する第３面Ａ３と、第３面Ａ３の反対側の第４面Ａ４とを有する。

（電子部品、端子）
入力端子ＴＩＮは、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図３に示すように、入力端子ＴＩＮは、配線基板１０の配線１０Ｙａを介して整流回路Ｙの入力に接続されている。入力端子ＴＩＮには、入力電圧ＶＩＮが供給される。

第１の電子部品の一例である整流回路Ｙは、動作によって発熱する第１の発熱源の一例である。整流回路Ｙは、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第１凹部Ｓ１ｂに配置されている。図６に示すように、整流回路Ｙは、入力電圧ＶＩＮ、整流電圧、又は制御信号を入出力するための複数の端子ＹＴを有する。これらの端子ＹＴは、配線基板１０の電極１０Ｙにはんだ材等によって電気的に接続されている。整流回路Ｙの素子は、第１の封止部材１１とは異なる封止部材によって封止（例えば、樹脂封止）されていてもよい。この場合、整流回路Ｙの素子を封止する封止部材の熱伝導率は、後述するモジュールＭの第２の封止部材Ｍｃの熱伝導率よりも大きくてもよい。整流回路Ｙは、制御部ＣＯＮにより制御され、入力電圧ＶＩＮを整流して出力する。

平滑化キャパシタＣは、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図３に示すように、平滑化キャパシタＣは、配線基板１０の配線基板１０の配線１０Ｃａおよび電極１０Ｙを介して整流回路Ｙの出力に接続されている。平滑化キャパシタＣは、整流回路Ｙが出力した電圧を平滑化する。

第２の電子部品の一例であるモジュールＭは、動作により発熱する第２の発熱源の一例である。モジュールＭの動作時の単位時間当たりの発熱量は、第１の発熱源の一例である整流回路Ｙの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも大きい。

モジュールＭは、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第２凹部Ｓ２ｂに整流回路Ｙに隣接して配置されている。図６に示すように、モジュールＭは、整流電圧、交流電圧、又は制御信号を入出力するための複数の端子ＭＴを有する。これらの端子ＭＴは、配線基板１０の電極１０Ｍにはんだ材等によって電気的に接続されている。後述するように、モジュールＭは、第１の封止部材１１とは異なる第２の封止部材Ｍｃによって封止されている。図３に示すように、モジュールＭは、配線基板１０の配線１０Ｃｂを介して平滑化キャパシタＣの出力に接続されている。モジュールＭは、制御部ＣＯＮにより制御され、平滑化キャパシタＣが平滑化した電圧（すなわち、整流回路Ｙが整流した電圧）を変換して出力する。

図９に示すように、モジュールＭは、第２凹部Ｓ２ｂ上の放熱基板Ｍａと、放熱基板Ｍａ上の素子Ｍｂと、放熱基板Ｍａおよび素子Ｍｂ上の第２の封止部材Ｍｃとを有する。

放熱基板Ｍａは、第２凹部Ｓ２ｂの内底面に接するように第２凹部Ｓ２ｂ上に配置されている。放熱基板Ｍａは、収納ケースＨの熱抵抗よりも小さい熱抵抗を有する。例えば、収納ケースＨがアルミニウムで構成されているのに対して、放熱基板Ｍａは銅で構成されていてもよい。放熱基板Ｍａは、素子Ｍｂから生じた熱を収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐ側に放熱する。なお、収納ケースＨの熱抵抗よりも小さい熱抵抗を有する放熱基板Ｍａは、第１面Ａ１上の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒ、Ｗのうち、モジュールＭに特有の構成である。

素子Ｍｂは、図示しない絶縁層を介して放熱基板Ｍａ上に配置されている。素子Ｍｂの発熱によるモジュールＭの動作時の単位時間当たりの発熱量は、整流回路Ｙの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも大きい。

第２の封止部材Ｍｃは、第２凹部Ｓ２ｂ上でモジュールＭの素子Ｍｂを封止する。第２の封止部材Ｍｃは、例えば、黒色のエポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。

第２の封止部材Ｍｃの熱伝導率は、後述する第１の封止部材１１の熱伝導率よりも小さい。

また、第２の封止部材Ｍｃと放熱基板Ｍａとの熱膨張係数の差は、後述する第１の封止部材１１と放熱基板Ｍａとの熱膨張係数の差よりも小さい。

リアクタＲは、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第３凹部Ｓ３ｂにモジュールＭに隣接して配置されている。図６に示すように、リアクタＲは、モジュールＭが出力した電圧が入力され、調整した電圧を出力するための複数の端子ＲＴを有する。これらの端子ＲＴは、配線基板１０の電極１０Ｒにはんだ材等によって電気的に接続されている。図３に示すように、リアクタＲは、配線基板１０の配線１０Ｒａおよび電極１０Ｍを介してモジュールＭの出力に接続されている。リアクタＲは、モジュールＭが出力した電圧を調整して出力する。リアクタＲの出力（出力用の端子ＲＴ、電極１０Ｒ）は、配線基板１０の配線１０Ｒｂと配線基板１０の第４面Ａ４上に配置された第１のキャパシタＣ１Ｆとを介して、ノイズフィルタＦの入力に接続されている（図３）。

ノイズフィルタＦは、一部が配線基板１０の第３面Ａ３上に配置され、他の一部が配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図３に示される例において、ノイズフィルタＦのうち、巻線部品Ｗは、第３面Ａ３上であって、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第４凹部Ｓ４ｂ内に配置されている。ノイズフィルタＦのうち、第２のキャパシタＣ２Ｆは、第４面Ａ４上に配置されている。ノイズフィルタＦの巻線部品Ｗは、リアクタＲおよび第１のキャパシタＣ１Ｆで構成されるＬＣフィルタＦＸが出力した電圧をフィルタリングする過程でキャパシタＣ１Ｆ、Ｃ２Ｆとの間で電圧を入出力するための複数の端子ＷＴを有する。これらの端子ＷＴは、配線基板１０の電極１０Ｆにはんだ材等によって電気的に接続されている。ノイズフィルタＦは、ＬＣフィルタＦＸが出力した電圧をフィルタリングして出力する。

出力端子ＴＯＵＴは、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図３に示すように、出力端子ＴＯＵＴは、配線基板１０の配線１０Ｆａを介してノイズフィルタＦの出力に接続されている。出力端子ＴＯＵＴは、ノイズフィルタＦから供給された電圧を出力電圧ＶＯＵＴとして出力する。

制御部ＣＯＮは、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図３に示すように、制御部ＣＯＮは、配線１０ａおよび電極１０Ｙを介して整流回路Ｙに制御信号を入出力することで、整流回路Ｙの動作を制御するようになっている。また、制御部ＣＯＮは、配線１０ｂおよび電極１０Ｍを介してモジュールＭに制御信号を入出力することで、モジュールＭの動作を制御するようになっている。

（第１の封止部材１１）
第１の封止部材１１は、収納ケースＨの第１面Ａ１上で、整流回路Ｙ（第１の電子部品）、モジュールＭ（第２の電子部品）、リアクタＲおよび巻線部品Ｗを封止する。

また、第１の封止部材１１は、配線基板１０および配線基板１０の第４面Ａ４上の制御部ＣＯＮを封止する。

また、第１の封止部材１１は、入力端子ＴＩＮ、平滑化キャパシタＣ、ノイズフィルタＦおよび出力端子ＴＯＵＴのそれぞれと配線基板１０との接続部分を封止する。

第１の封止部材１１の熱伝導率は、モジュールＭの第２の封止部材Ｍｃの熱伝導率よりも大きい。また、第１の封止部材１１とモジュールＭの放熱基板Ｍａとの熱膨張係数の差は、第２の封止部材Ｍｃと放熱基板Ｍａとの熱膨張係数の差よりも大きい。第１の封止部材１１は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。第１の封止部材１１を構成する樹脂は、第２の封止部材Ｍｃを構成する樹脂よりも、熱伝導率が大きく、かつ、放熱基板Ｍａとの熱膨張係数差が大きい。

（電子部品間の発熱量及び放熱性の相違と封止部材の熱伝導率とを考慮した熱容量設定）
電力変換装置１００には、整流回路Ｙと比較して動作時の単位時間当たりの発熱量が大きいモジュールＭの素子Ｍｂが、第１の封止部材１１よりも熱伝導率が小さい第２の封止部材Ｍｃで封止されていることを考慮した収納ケースＨの熱容量が設定されている。

具体的には、モジュールＭから収納ケースＨ側に整流回路Ｙと比較して単位時間当たりに大きい発熱量の熱が伝搬することを考慮して、収納ケースＨが短時間で熱飽和することを抑制するため、モジュールＭが配置される収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの熱容量が、整流回路Ｙが配置される収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きく設定されている。

より具体的には、収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの厚みｔｈ２は、収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの厚みｔｈ１よりも厚くなっている。

また、第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きい第２部分Ｈ２Ｐの熱容量は、放熱基板Ｍａの熱伝導性によってモジュールＭから第２部分Ｈ２Ｐにより短時間で大きい発熱量の熱が伝搬することを考慮して、第２部分Ｈ２Ｐの熱飽和がより早まることを抑制するために設定された熱容量でもある。

また、第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きい第２部分Ｈ２Ｐの熱容量は、放熱基板Ｍａとの熱膨張係数差を小さくすることを意図して選択された第２の封止部材Ｍｃが、意図せずに第１の封止部材１１よりも小さい熱伝導率を有することを考慮して、収納ケースＨが短時間で熱飽和することを抑制するために設定された設定された熱容量でもある。

また、第２部分Ｈ２Ｐの熱容量を更に大きくするため、収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの厚みｔｈ１に対する第２部分Ｈ２Ｐの厚みｔｈ２の割合を、第２の封止部材Ｍｃの熱伝導率に対する第１の封止部材１１の熱伝導率の割合よりも大きくしてもよい。

以下、本実施形態によってもたらされる作用について説明する。

上述したように、本実施形態においては、整流回路Ｙ（第１の電子部品）と比較して動作時の単位時間当たりの発熱量が大きいモジュールＭ（第２の電子部品）の素子Ｍｂが、第１の封止部材１１よりも熱伝導率が小さい第２の封止部材Ｍｃで封止されていることを考慮して、モジュールＭが配置される収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの熱容量が、整流回路Ｙが配置される収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きくなるように設定されている。

これにより、モジュールＭから収納ケースＨ側に整流回路Ｙと比較して単位時間当たりに大きい発熱量の熱が伝搬することで、収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐが短時間で熱飽和してしまうことを抑制できるので、収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐ側へのモジュールＭの放熱を十分な時間継続して行うことができる。

したがって、本実施形態によれば、電子部品間での動作時の単位時間当たりの発熱量の相違と、封止部材の熱伝導率とを考慮して収納ケースの熱容量を設定することで、電子部品の放熱効率を向上させることができる。

また、上述したように、本実施形態においては、収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの厚みｔｈ２を第１部分Ｈ１Ｐの厚みｔｈ１より厚くしている（図９参照）。これにより、簡易な構成で、第２部分Ｈ２Ｐの熱容量を第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きくすることができる。

また、上述したように、本実施形態においては、整流回路Ｙ（第１の電子部品）と比較して動作時の単位時間当たりの発熱量が大きいモジュールＭ（第２の電子部品）の放熱性を確保するために、モジュールＭが、収納ケースＨよりも熱抵抗が小さい放熱基板Ｍａを有する。これにより、素子Ｍｂから生じた熱を放熱基板Ｍａによって収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐ側に迅速に放熱することができる。

そして、第２部分Ｈ２Ｐの熱容量は第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きいので、放熱基板Ｍａを通してモジュールＭから第２部分Ｈ２Ｐにより短時間で伝搬した大きい発熱量の熱によって第２部分Ｈ２Ｐの熱飽和がより早まることを抑制することができる。すなわち、第２部分Ｈ２Ｐの熱容量が大きいことで、第２部分Ｈ２Ｐを伝搬する熱によって第２部分Ｈ２Ｐが熱飽和するまでの時間を長くとることができる。

これにより、第２部分Ｈ２Ｐで生じた熱飽和の影響でモジュールＭの素子Ｍｂからの放熱が妨げられることを抑制することができるので、電子部品の放熱効率を更に向上させることができる。

また、上述したように、本実施形態においては、第２の封止部材Ｍｃと放熱基板Ｍａとの熱膨張係数の差が、第１の封止部材１１と放熱基板Ｍａとの熱膨張係数の差よりも小さくなっている。

これにより、放熱基板Ｍａ上において素子Ｍｂを封止する第２の封止部材Ｍｃの熱膨張係数を、放熱基板Ｍａの熱膨張係数に近づけることができるので、放熱基板Ｍａに対して第２の封止部材Ｍｃの相対的な熱膨張量が大きくなることを抑制することができる。この結果、第２の封止部材Ｍｃの熱膨張による応力が放熱基板Ｍａ上の素子Ｍｂや配線に作用して、素子Ｍｂや配線にクラック等の破損が生じることを抑制することができる。

このように、第１の封止部材１１と比較して放熱基板Ｍａとの熱膨張係数が近い第２の封止部材Ｍｃは、意図せずに第１の封止部材１１よりも熱伝導率が小さいことがあり得る。

しかるに、本実施形態によれば、収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの熱容量を意図的に第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きくすることで、第２の封止部材Ｍｃを通じた放熱が困難であることを、収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐを通じた放熱を容易化することで補填することができる。

また、上述したように、収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの厚みｔｈ１に対する第２部分Ｈ２Ｐの厚みｔｈ２の割合は、第２の封止部材Ｍｃの熱伝導率に対する第１の封止部材１１の熱伝導率の割合よりも大きくてもよい。このようにすることで、第２部分Ｈ２Ｐの熱容量を更に大きくすることができるので、モジュールＭ（第２の電子部品）の放熱効率を更に向上させることができる。

また、上述したように、本実施形態においては、整流回路Ｙが配置される第１面Ａ１上の第１領域が、第２面Ａ２側に向かって凹むように第１面Ａ１に設けられた第１凹部Ｓ１ｂとなっている。一方、第１領域の反対側の第２面Ａ２上の領域は、第２面Ａ２の基準領域２１から第１の突出量で突出した第１凸部Ｓ１ａとなっている。また、モジュールＭが配置される第１面Ａ１上の第２領域は、第２面Ａ２側に向かって凹むように第１面Ａ１に設けられた第２凹部Ｓ２ｂとなっている。一方、第２領域の反対側の第２面Ａ２上の領域は、第２面Ａ２上の基準領域２１から第１の突出量よりも大きい第２の突出量で突出した第２凸部Ｓ２ａとなっている（図９参照）。これにより、凹部Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂを介して第１面Ａ１上に整流回路ＹおよびモジュールＭを簡便かつ安定的に配置することができるとともに、凸部Ｓ１ａ、Ｓ２ａの突出量を調整することで、収納ケースＨの熱容量を簡便に調整することができる。

以上のように、本発明の一態様に係る電力変換装置１００は、入力電圧ＶＩＮを電力変換した出力電圧ＶＯＵＴを出力する電力変換装置１００であって、第１面Ａ１および第１面Ａ１の反対側の第２面Ａ２を有する収納ケースＨと、第１面Ａ１上の第１領域に配置された、第１の発熱源である第１の電子部品Ｙと、第１面Ａ１上の第２領域に配置された、第２の発熱源である第２の電子部品Ｍと、第１面Ａ１上で第１及び第２の電子部品Ｙ、Ｍを封止する第１の封止部材１１と、を備える。そして、第２の電子部品Ｍは、第２領域上で第２の電子部品Ｍの素子Ｍｂを封止する第２の封止部材Ｍｃを有し、第２の電子部品Ｍの動作時の単位時間当たりの発熱量は、第１の電子部品Ｙの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも大きく、第２の封止部材Ｍｃの熱伝導率は、第１の封止部材１１の熱伝導率よりも小さい。そして、第２領域と第２領域の反対側に位置する第２面Ａ２上の領域との間の収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの熱容量は、第１領域と第１領域の反対側に位置する第２面Ａ２上の領域との間の収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きい。

このように、第１の電子部品Ｙと比較して動作時の単位時間当たりの発熱量が大きい第２の電子部品Ｍの素子Ｍｂが、第１の封止部材１１よりも熱伝導率が小さい第２の封止部材Ｍｃで封止されていることを考慮して、第１の電子部品Ｙが配置される収納ケースＨの第１部分Ｈ１Ｐの熱容量よりも大きくなるように、第２の電子部品Ｍが配置される収納ケースＨの第２部分Ｈ２Ｐの熱容量を設定することができる。

これにより、第２の電子部品Ｍから収納ケースＨ（すなわち、第２部分Ｈ２Ｐ）側に第１の電子部品Ｙと比較して単位時間当たりに大きい発熱量の熱が伝搬することで、収納ケースＨが短時間で熱飽和してしまうことを抑制することができるので、収納ケースＨへの第２の電子部品Ｍの放熱を十分な時間継続して行うことができる。

したがって、本実施形態によれば、電子部品間での動作時の単位時間当たりの発熱量の相違と、封止部材の熱伝導率とを考慮した収納ケースの熱容量を設定することで、電子部品の放熱効率を向上させることができる。

なお、上述した実施形態においては、第１の電子部品として整流回路Ｙを例示し、第２の電子部品としてモジュールＭを例示した。しかしながら、第１の電子部品は整流回路Ｙに限定されるものではなく、また、第２の電子部品はモジュールＭに限定されるものではない。

上述した実施形態は、あくまで一例であって、発明の範囲を限定するものではない。発明の要旨を逸脱しない限度において、上述した実施形態に対して種々の変更を行うことができる。変更された実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (10)

1. 入力電圧を電力変換した出力電圧を出力する電力変換装置であって、
   第１面および前記第１面の反対側の第２面を有する収納ケースと、
   前記第１面上の第１領域に配置された、第１の発熱源である第１の電子部品と、
   前記第１面上の第２領域に配置された、第２の発熱源である第２の電子部品と、
   前記第１面上で前記第１及び第２の電子部品を封止する第１の封止部材と、を備え、
   前記第２の電子部品は、前記第２領域上で前記第２の電子部品の素子を封止する第２の封止部材を有し、
   前記第２の電子部品の動作時の単位時間当たりの発熱量は、前記第１の電子部品の動作時の単位時間当たりの発熱量よりも大きく、
   前記第２の封止部材の熱伝導率は、前記第１の封止部材の熱伝導率よりも小さく、
   前記第２領域と前記第２領域の反対側に位置する前記第２面上の領域との間の前記収納ケースの第２部分の熱容量は、前記第１領域と前記第１領域の反対側に位置する前記第２面上の領域との間の前記収納ケースの第１部分の熱容量よりも大きく、
   前記第２の電子部品は、前記素子から生じた熱を前記収納ケースの前記第２部分側に放熱する放熱基板を更に有し、
   前記第２の封止部材と前記放熱基板との熱膨張係数の差は、前記第１の封止部材と前記放熱基板との熱膨張係数の差よりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記収納ケースの前記第２部分の厚みは、前記収納ケースの前記第１部分の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記放熱基板は、前記収納ケースの熱抵抗よりも小さい熱抵抗を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１部分の厚みに対する前記第２部分の厚みの割合は、前記第２の封止部材の熱伝導率に対する前記第１の封止部材の熱伝導率の割合よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記放熱基板は、銅を含有し、
   前記収納ケースは、アルミニウムを含有し、
   前記第１の封止部材は、樹脂を含有し、
   前記第２の封止部材は、前記第１の封止部材に含有される樹脂よりも前記放熱基板との熱膨張係数の差および熱伝導率が小さい樹脂を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１の電子部品が配置される前記第１面上の前記第１領域は、前記第２面側に向かって凹むように前記第１面に設けられた第１凹部であり、前記第１領域の反対側に位置する前記第２面上の領域は、電子部品が配置されていない前記第１面上の領域の反対側に位置する前記第２面上の基準領域から第１の突出量で突出した第１凸部であり、
   前記第２の電子部品が配置される前記第１面上の前記第２領域は、前記第２面側に向かって凹むように前記第１面に設けられた第２凹部であり、前記第２領域の反対側に位置する前記第２面上の領域は、前記第２面上の基準領域から前記第１の突出量よりも大きい第２の突出量で突出した第２凸部であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記収納ケースの前記第２面上に配置された放熱フィンを更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記収納ケース内に配置され、前記収納ケースの前記第１面に対向する第３面および前記第３面の反対側の第４面を有する配線基板と、
   前記配線基板の前記第４面上に配置され、前記第１及び第２の電子部品の動作を制御する制御部と、を更に備え、
   前記第１の封止部材は、前記第１及び前記第２の電子部品とともに前記配線基板および前記配線基板の前記第４面上の前記制御部を封止していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記第１の電子部品は、前記制御部により制御され、前記入力電圧を整流して出力する整流回路であり、
   前記第２の電子部品は、前記制御部により制御され、前記整流回路が整流した電圧を変換して出力するモジュールであることを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記第１面上の第３領域に配置され、前記モジュールが出力した電圧を調整して出力するリアクタと、
    前記配線基板の前記第４面上に配置され、前記配線基板の配線を介して前記整流回路の入力に接続され、前記第１の封止部材により前記配線基板との接続部分が封止され、前記入力電圧が供給される入力端子と、
    前記配線基板の前記第４面上に配置され、前記配線基板の配線を介して前記整流回路の出力に接続され、前記第１の封止部材により前記配線基板との接続部分が封止され、前記整流回路が出力した電圧を平滑化する平滑化キャパシタと、
    前記配線基板の前記第３面および前記第４面上に配置され、前記リアクタを含むＬＣフィルタが出力した電圧をフィルタリングして出力するノイズフィルタと、
    前記配線基板の前記第４面上に配置され、前記配線基板に接続され、前記第１の封止部材により前記配線基板との接続部分が封止され、前記ノイズフィルタから供給された電圧を前記出力電圧として出力する出力端子と、を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。

Images