JP6727732B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体と半導体を制御する制御基板とを備えた電力変換装置に関する。

従来、互いに離れて設けられた第１バスバーおよび第２バスバーと、第１バスバーおよび第２バスバーを介して電流が供給される半導体と、半導体を制御する制御基板とを備えた電力変換装置が知られている。半導体は、第１バスバーと第２バスバーとに渡って設けられている。制御基板は、半導体に対向して設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−５３８４号公報

しかしながら、半導体に発生した熱は、半導体から輻射によって制御基板に伝わる。これにより、制御基板の温度が上昇してしまうという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体に発生した熱が制御基板に伝わることを抑制することができる電力変換装置を提供するものである。

この発明に係る電力変換装置は、互いに離れて設けられた第１バスバーおよび第２バスバーと、第１バスバーと第２バスバーとに渡って設けられ、第１バスバーおよび第２バスバーを介して電流が供給される半導体と、半導体に対向して設けられ、半導体を制御する制御基板と、半導体と制御基板との間に設けられ、第１バスバーおよび第２バスバーの何れか一方に接続された放熱板とを備え、放熱板は、半導体の側面に対向する側板を有している。

この発明に係る電力変換装置によれば、半導体と制御基板との間に設けられた放熱板が、第１バスバーおよび第２バスバーの何れか一方に接続されている。これにより、半導体に発生した熱が制御基板に伝わることを抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す構成図である。 図１の放熱板を示す斜視図である。 図２の放熱板を示す底面図である。 図１の半導体および放熱板を示す斜視図である。 図１の半導体および放熱板を示す底面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の放熱板を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す構成図である。電力変換装置は、筐体１と、筐体１に支持された放熱体２と、放熱体２を介して筐体１に支持された第１バスバー３および第２バスバー４とを備えている。また、電力変換装置は、第１バスバー３および第２バスバー４に渡って設けられた半導体５と、半導体５に対向して設けられた制御基板６と、半導体５と制御基板６との間に設けられた放熱板７Ａとを備えている。

筐体１の内部には、放熱体２、第１バスバー３、第２バスバー４、半導体５、制御基板６および放熱板７Ａが収容されている。なお、図１では、筐体１における底板部のみを示している。

放熱体２は、第１バスバー３と第２バスバー４とに渡って設けられている。なお、放熱体２は、第１バスバー３を支持する部分と、第２バスバー４を支持する部分とに分割された構成であってもよい。

第１バスバー３および第２バスバー４は、筐体１の底板部に沿って互いに離れて配置されている。第１バスバー３および第２バスバー４のそれぞれは、銅から構成されている。なお、第１バスバー３および第２バスバー４のそれぞれは、銅に限らず、電気伝導体から構成されていればよい。第１バスバー３および第２バスバー４は、電力変換装置における電流経路の一部を構成する。

半導体５には、第１バスバー３および第２バスバー４を介して、電流が供給される。半導体５のアノードは、第１バスバー３に電気的に接続されている。第１バスバー３には、直流電流が流れる。半導体５のカソードは、第２バスバー４に電気的に接続されている。

制御基板６は、筐体１に支持されている。制御基板６は、半導体５の天面５１に対向するように配置されている。半導体５の天面５１とは、半導体５における第１バスバー３および第２バスバー４に対向する面とは反対側の面である。制御基板６は、半導体５を制御する。

放熱板７Ａは、半導体５に取り付けられている。放熱板７Ａは、第２バスバー４に接続されている。放熱板７Ａは、半導体５に発生した熱が半導体５から輻射によって制御基板６に伝わることを抑制する。放熱板７Ａは、アルミニウムから構成されている。なお、放熱板７Ａは、アルミニウムに限らず、例えば、銅、鉄などの金属から構成されてもよい。放熱板７Ａは、熱伝導性の高い材料から構成されていればよい。放熱板７Ａとして、鉄が用いられた場合には、半導体５と半導体５の周囲に配置される部品との間における互いのノイズの影響が低減される。これにより、半導体５の周囲には、例えば、磁性体から構成された部品を配置することができる。

半導体５に発生した熱は、放熱板７Ａに伝わる。半導体５から放熱板７Ａへの熱の伝達としては、伝導、輻射および対流が挙げられる。半導体５から放熱板７Ａに伝わった熱は、第２バスバー４、放熱体２、筐体１の順に伝わる。筐体１に伝わった熱は、輻射によって筐体１の内部および外部に伝わる。これにより、放熱板７Ａの温度上昇が抑制される。放熱板７Ａは、深絞り加工方法を用いて平板から製造される。

図２は、図１の放熱板７Ａを示す斜視図である。図３は、図２の放熱板７Ａを示す底面図である。放熱板７Ａは、半導体５の天面５１に対向する天板７１と、半導体５の側面に対向する側板７２と、半導体５を支持する複数の爪部７３とを有している。側板７２は、半導体５における３つの側面に対向している。この例では、爪部７３の数は、３個となっている。

天板７１に対して垂直な方向に視た場合に、側板７２は、Ｕ字形状に形成されている。側板７２は、３個の板部から構成されている。側板７２は、第１側板部７２１、第２側板部７２２および第３側板部７２３を含んでいる。第１側板部７２１および第３側板部７２３は、互いに対向して配置されている。第２側板部７２２は、第１側板部７２１と第３側板部７２３との間に渡って配置されている。第１側板部７２１、第２側板部７２２および第３側板部７２３は、一体に形成されている。

３個の爪部７３は、第１側板部７２１、第２側板部７２２および第３側板部７２３のそれぞれに１個ずつ配置されている。

放熱板７Ａの表面は、めっき処理が施されている。これにより、放熱板７Ａが第２バスバー４に半田を用いて実装された場合に、放熱板７Ａと第２バスバー４との間の接着力が向上する。また、放熱板７Ａが第２バスバー４に半田を用いて実装された場合に、放熱板７Ａの表面に安定的に半田のフィレットが形成される。放熱板７Ａの表面に施されるめっき処理に用いられるめっきの種類としては、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉなどが挙げられる。

図４は、図１の半導体５および放熱板７Ａを示す斜視図である。図５は、図４の半導体５および放熱板７Ａを示す底面図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。天板７１は、半導体５の天面５１に面接触する当て部７１１を含んでいる。爪部７３は、半導体５の底面５２に面接触している。

当て部７１１が天面５１に当たり、爪部７３が底面５２に当たる。これにより、半導体５が放熱板７Ａに対して、半導体５の高さ方向に移動することが規制される。また、当て部７１１と天面５１との間に発生する摩擦力と、爪部７３と底面５２との間に発生する摩擦力とによって、半導体５が放熱板７Ａに対して、半導体５の幅方向および奥行方向に移動することが規制される。

放熱板７Ａは、半導体５を覆っている。これにより、電力変換装置の故障によって半導体５に大電流が流れた場合に、半導体５の周囲の部品への影響が低減される。

半導体５に放熱板７Ａを取り付ける手順としては、まず、爪部７３が側板７２に沿って延びた状態で、天面５１が天板７１に対向するとともに半導体５の側面が側板７２に対向するように、放熱板７Ａの内側に半導体５を挿入する。その後、当て部７１１が天面５１に面接触するとともに爪部７３が底面５２に面接触するように、爪部７３を折り曲げる。これにより、半導体５が放熱板７Ａに取り付けられる。

放熱板７Ａを第２バスバー４に実装する手順としては、まず、放熱板７Ａとともに半導体５を第２バスバー４に載せる。その後、半田を用いて、放熱板７Ａおよび半導体５の両方を第２バスバー４に対して同時に固定する。これにより、放熱板７Ａが第２バスバー４に実装される。

爪部７３の板厚を変更することによって、半導体５と第２バスバー４との間に設けられる半田の厚みが変更される。なお、第２バスバー４における半導体５に対向する面に凸部を形成し、凸部の高さ方向の寸法を変更することによって、半導体５と第２バスバー４との間に設けられる半田の厚みが変更されてもよい。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置によれば、半導体５と制御基板６との間に放熱板７Ａが設けられている。これにより、半導体５に発生した熱が半導体５から輻射によって制御基板６に伝わることを抑制することができる。また、放熱板７Ａが第２バスバー４に接続されている。これにより、半導体５から放熱板７Ａに伝わった熱を第２バスバー４に伝えることができる。半導体５に発生した熱が半導体５から輻射によって制御基板６に伝わることが抑制され、かつ、半導体５から放熱板７Ａに伝わった熱が第２バスバー４に伝わることによって、半導体５に発生した熱が制御基板６に伝わることを抑制することができる。

また、放熱板７Ａは、半導体５を支持する爪部７３を有している。これにより、放熱板７Ａを第２バスバー４に実装すると同時に、半導体５を第２バスバー４に実装することができる。したがって、第２バスバー４への半導体５および放熱板７Ａの組付性を向上させることができる。第２バスバー４への半導体５および放熱板７Ａの組付性が向上することによって、電力変換装置の組立工数を削減することができる。その結果、電力変換装置の組立コストを低減させることができる。

また、放熱板７Ａは、半導体５の天面５１を覆う天板７１を有し、天板７１は、半導体５の天面５１に当たる当て部７１１を含んでいる。これにより、半田を介して半導体５と第２バスバー４との間をより確実に接着することができる。半導体５と第２バスバー４との間が確実に接着されることによって、半導体５に発生した熱が第２バスバー４に伝導する効率を向上させることができる。その結果、半導体５の温度上昇を抑制することができる。また、半導体５と第２バスバー４との間が確実に接着されることによって、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。

また、放熱板７Ａの当て部７１１が半導体５の天面５１に当たる。これにより、半導体５に発生した熱が放熱板７Ａに伝わる。放熱板７Ａに伝わった熱は、第２バスバー４に伝わる。その結果、半導体５に発生した熱が制御基板６に伝わることを抑制することができる。

また、当て部７１１が天面５１に当たり、かつ、爪部７３が底面５２に当たる。これにより、放熱板７Ａに対する半導体５の移動が規制される。その結果、放熱板７Ａを第２バスバー４に実装すると同時に、半導体５をより安定して第２バスバー４に実装することができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の放熱板７Ｂを示す斜視図である。放熱板７Ｂは、天板７１に設けられた複数の放熱フィン７４を有している。天板７１には、複数の貫通孔７５が形成されている。放熱フィン７４は、貫通孔７５を通過した流体が放熱フィン７４に当たるように配置されている。言い換えれば、天板７１に対して垂直な方向に視た場合に、放熱フィン７４の一部が貫通孔７５に対して重なるように、放熱フィン７４が配置されている。貫通孔７５を通過する流体としては、例えば、空気が挙げられる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

放熱フィン７４および貫通孔７５は、天板７１の一部を切り、切られた天板７１の一部を折り曲げることによって形成される。言い換えれば、放熱フィン７４および貫通孔７５は、天板７１の一部を切り起こすことによって形成される。放熱フィン７４は、天板７１の上面に対して傾斜して配置されている。これにより、放熱フィン７４は、制御基板６に対向しない。放熱フィン７４の向きは、電力変換装置の使用形態に応じて決められる。

放熱板７Ｂの製造方法は、任意である。放熱板７Ｂの製造方法としては、例えば、ダイカストを用いた製造方法が挙げられる。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置によれば、放熱板７Ｂは、天板７１に設けられた複数の放熱フィン７４を有している。これにより、放熱板７Ｂの温度上昇を抑制することができる。放熱板７Ｂの温度上昇が抑制されることによって、半導体５の温度上昇を抑制することができる。

また、天板７１には、複数の貫通孔７５が形成されており、複数の放熱フィン７４は、貫通孔７５を通過した流体が放熱フィン７４に当たるように配置されている。これにより、放熱板７Ｂの温度上昇をより確実に抑制することができる。放熱板７Ｂの温度上昇がより確実に抑制されることによって、半導体５の温度上昇をより確実に抑制することができる。

なお、各上記実施の形態では、電力変換装置が１個の半導体５を備えた構成について説明した。しかしながら、電力変換装置が複数個の半導体５を備えた構成であってもよい。この場合、複数個の半導体５のそれぞれに対して、放熱板７Ａ、７Ｂが１個ずつ設けられる。

また、各上記実施の形態では、放熱板７Ａ，７Ｂが第２バスバー４に接続される構成について説明した。しかしながら、放熱板７Ａ、７Ｂが第１バスバー３および第２バスバー４の何れか一方に接続される構成であればよい。

また、各上記実施の形態では、放熱板７Ａ、７Ｂが半導体５とともに第２バスバー４に接続される構成について説明した。しかしながら、放熱板７Ａ、７Ｂが半導体５とは別々に第２バスバー４に接続される構成であってもよい。

また、上記実施の形態２では、放熱フィン７４が天板７１に設けられた構成について説明した。しかしながら、放熱フィン７４が放熱板７Ｂの側板７２に設けられた構成であってもよい。

また、上記実施の形態２では、貫通孔７５が天板７１に形成された構成について説明した。しかしながら、貫通孔７５が放熱板７Ｂの側板７２に形成された構成であってもよい。

１ 筐体、２ 放熱体、３ 第１バスバー、４ 第２バスバー、５ 半導体、６ 制御基板、７Ａ、７Ｂ 放熱板、５１ 天面、５２ 底面、７１ 天板、７２ 側板、７３ 爪部、７４ 放熱フィン、７５ 貫通孔、７１１ 当て部、７２１ 第１側板部、７２２ 第２側板部、７２３ 第３側板部。

Claims (5)

1. 互いに離れて設けられた第１バスバーおよび第２バスバーと、
   前記第１バスバーと前記第２バスバーとに渡って設けられ、前記第１バスバーおよび前記第２バスバーを介して電流が供給される半導体と、
   前記半導体に対向して設けられ、前記半導体を制御する制御基板と、
   前記半導体と前記制御基板との間に設けられ、前記第１バスバーおよび前記第２バスバーの何れか一方に接続された放熱板と
   を備え、
   前記放熱板は、前記半導体の側面に対向する側板を有している電力変換装置。
2. 前記放熱板は、前記半導体を支持する爪部を有している請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記放熱板は、前記半導体の天面を覆う天板を有し、
   前記天板は、前記半導体の天面に当たる当て部を含んでいる請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記放熱板は、放熱フィンを有している請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記放熱板には、貫通孔が形成されており、
   前記放熱フィンは、前記貫通孔を通過した流体が前記放熱フィンに当たるように配置されている請求項４に記載の電力変換装置。

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