JP6934992B1

JP6934992B1 - 電力変換装置

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Publication number: JP6934992B1
Application number: JP2020137790A
Authority: JP
Inventors: 裕人石山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2040-08-18
Also published as: US20220061185A1; US11696424B2; JP2022034139A; CN114079390A

Abstract

【課題】発熱部品の放熱性を確保しつつ、小型化、および低コスト化した電力変換装置を得ること。【解決手段】有底筒状に形成され、金属製の底壁の内面が冷却面である筐体と、板状に形成され、一方の面が冷却面と対向して筐体に収容され、複数の導電部を有した電気配線板と、電気配線板の一方の面に配置された第一発熱部品と、第一発熱部品よりも発熱密度が低く、かつ電気配線板からの突出高さが第一発熱部品の突出高さ以下であり、電気配線板の一方の面に配置された第二発熱部品と、第一発熱部品よりも発熱密度が低く、かつ電気配線板からの突出高さが第一発熱部品の突出高さよりも高く、電気配線板の他方の面に配置された第三発熱部品とを備える。【選択図】図１

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。

電気自動車又はハイブリッド自動車等のように、モータを駆動源の一つとする電動車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電力変換装置としては、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する充電器、高圧バッテリの直流電源から補助機器用のバッテリの電圧（例えば１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータ等が挙げられる。

近年、電動車両が普及することに伴い、電動車両に設けられる電力変換装置の実装スペースを縮小する理由などから電力変換装置の小型化の要求が強くなり、さらに低コスト化が求められている。

一方、電動車両に用いられる電力変換装置には、半導体スイッチング素子、各種抵抗、アルミ電解コンデンサなどの多くの電気部品が使用されている。これらの電気部品の多くは、導通により自己発熱する発熱部品である。発熱部品の発熱により、高温な環境が電力変換装置の内部に生じている。また、これらの発熱部品は、種類、仕様等によって高さの異なる部品である。そのため、高さの異なるこれらの発熱部品の熱を効率よく筐体へ放熱して発熱部品を冷却することが電力変換装置に求められている。

高さの異なった発熱する電気部品を効率よく放熱させる金属ケースの構造が開示されている（例えば特許文献１参照）。電気部品がプリント基板に搭載されている領域に対応した金属ケースの領域には、その電気部品の高さ寸法に応じた深さを有する凹部が形成されている。凹部の底壁と電気部品とは直接接触する。そのため、電気部品の熱は金属ケースに直接伝わり、金属ケースが放熱面として機能し、発熱部品の熱を効率よく金属ケースへ放熱して発熱部品を冷却することができる。

特開平１０−６５３８５号公報

上記特許文献１においては、金属ケースに設けられた凹部の底壁と電気部品とが直接接触するため、電気部品の熱を効率よく金属ケースへ放熱して電気部品を冷却することができる。しかしながら、高発熱性の電気部品の領域及び電気部品の形状に応じて金属ケースに凹部が形成されるため、複数個の高発熱性の電気部品が搭載される電力変換装置においては複数の異なる形状の凹部が形成されることになる。そのため、金属ケースの形状が複雑になり、筐体である金属ケースの凹部が設けられた面の面方向の熱抵抗が悪化するという課題があった。また、複数の凹部の形成で金属ケースの形状が複雑になり電力変換装置の生産性が悪化するため、電力変換装置の低コスト化が困難になるという課題があった。

また、電気部品には、プリント基板の搭載面に垂直な方向の高さが高い電気部品と、プリント基板の搭載面に垂直な方向の高さが低く、また搭載面への投影面積は小さい部品がある。これらの部品を同じ搭載面に搭載した電力変換装置においては、高さの高い電気部品の領域の金属ケースの凹部の深さは浅く、凹部そのものは小さい形状になるが、高さの低い電気部品の領域の凹部の深さは深く、凹部そのものは大きな形状になる。そのため、電気部品の形状及び高さに合わせた凹部を金属ケースに形成することで、金属ケースの面方向の形状は複雑になり面方向の熱抵抗が悪化する。それを避けるために、高さの低い電気部品の領域よりも金属ケースの面方向に十分に大きい形状の凹部を形成すると、高さの低い電気部品の周囲における電気部品の高さが凹部により制約され、基板のレイアウト性が悪化し、電力変換装置の小型化が困難になるという課題があった。

そこで、本願は、発熱部品の放熱性を確保しつつ、小型化、および低コスト化した電力変換装置を得ることを目的とする。

本願に開示される電力変換装置は、有底筒状に形成され、金属製の底壁の内面が冷却面である筐体と、板状に形成され、一方の面が冷却面と対向して筐体に収容され、複数の導電部を有した電気配線板と、電気配線板の一方の面に配置された第一発熱部品と、第一発熱部品よりも発熱密度が低く、かつ電気配線板からの突出高さが第一発熱部品の突出高さ以下であり、電気配線板の一方の面に配置された第二発熱部品と、第一発熱部品よりも発熱密度が低く、かつ電気配線板からの突出高さが第一発熱部品の突出高さよりも高く、電気配線板の他方の面に配置された第三発熱部品と、第一発熱部品及び第二発熱部品と冷却面との間に放熱部材とを備え、第一発熱部品及び第二発熱部品は、放熱部材を介して冷却面に接しており、電気配線板は、少なくとも一方の面に電気部品が配置されていない、一部の特定の板状部分を有し、電気配線板の一方の面の側の板状部分と冷却面との間に放熱部材を備え、第一発熱部品及び第二発熱部品は、板状部分の周囲に配置され、板状部分は、放熱部材を介して冷却面に接しているものである。

本願に開示される電力変換装置によれば、筐体の冷却面に対向する電気配線板の一方の面に最も発熱密度が高い第一発熱部品が配置され、第一発熱部品の電気配線板からの突出高さよりも突出高さが高い第三発熱部品が電気配線板の他方の面に配置されているので、一方の面に配置される電気部品の中で第一発熱部品を最も冷却面に接近させて配置することができるため、最も発熱密度が高い第一発熱部品の放熱性を確保することができる。また、冷却面は水平面であり筐体の構造が簡素化されるため、電力変換装置を小型化することができる。また、筐体の構造が簡素化されるため電力変換装置の生産性は向上し、電力変換装置を低コスト化することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の概略を示す断面図である。実施の形態１に係る電力変換装置の外観の概略を示す平面図である。実施の形態１に係る電力変換装置のプリント基板の部品配置を示す平面図である。実施の形態１に係る電力変換装置のプリント基板の部品配置を示す平面図である。実施の形態１に係る電力変換装置の別のプリント基板の部品配置を示す平面図である。実施の形態１に係る別の電力変換装置の概略を示す断面図である。実施の形態２に係る電力変換装置の概略を示す断面図である。実施の形態２に係る別の電力変換装置の概略を示す断面図である。実施の形態２に係る別の電力変換装置の概略を示す断面図である。

以下、本願の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る電力変換装置１の概略を示す断面図、図２は電力変換装置１のカバー４の側の外観の概略を示す平面図、図３は電力変換装置１のプリント基板５の第一の実装面５ａにおける高発熱部品の配置を示す平面図、図４は電力変換装置１のプリント基板５の第二の実装面５ｂにおける高発熱部品の配置を示す平面図、図５は実施の形態１に係る別の電力変換装置１のプリント基板５の第二の実装面５ｂにおける高発熱部品の配置を示す平面図、図６は実施の形態１に係る別の電力変換装置１の概略を示す断面図である。図１は図２のＡ−Ａ断面位置で切断した電力変換装置１の断面図、図６は図２のＡ−Ａ断面位置と同等の位置で切断した別の電力変換装置１の断面図である。電力変換装置１は、モータを駆動源の一つとする電気自動車またはハイブリッド自動車等の車両に搭載される装置である。電力変換装置１は、所定の電力（例えば商用の交流電力）を別の所定の電力（例えば直流電力）に変換して出力する装置である。

＜電力変換装置１の構成＞
電力変換装置１の構成について説明する。電力変換装置１は、図１に示すように、電力の変換を行う電力変換部２を備えた電気配線板であるプリント基板５と、プリント基板５を収容して外部に熱を放散する筐体３と、筐体３の開口を覆って筐体３の内部を密閉するカバー４とを有する。なお、図には電力変換装置１の入出力に関わる開口等の部位は示していない。

筐体３は、有底筒状に形成され、金属製の底壁３ａの内面が冷却面３ｅである。本実施の形態では、底壁３ａは矩形板状に形成されるが、底壁３ａの形状はこれに限るものではない。筒状の外周壁３ｂは、冷却面３ｅを取り囲み冷却面３ｅから垂直方向に立設して設けられる。冷却面３ｅは、冷却面３ｅから垂直方向に延出した同一高さの複数のボス３ｄを備える。ボス３ｄは、プリント基板５を筐体３に固定する部位である。ボス３ｄは端面にねじ穴３ｆを備え、プリント基板５は締結具１０をねじ穴３ｆに締結することでボス３ｄに固定される。底壁３ａの外面は、複数のフィン３ｃを備える。フィン３ｃを備えたことで、電力変換装置１は筐体３から外部への放熱を促進することができる。外周壁３ｂは端面にねじ穴３ｇを備え、カバー４は締結具９をねじ穴３ｇに締結することで外周壁３ｂに固定される。

筐体３は、アルミニウムなどの熱伝導率の優れた金属材料で形成され、例えば、アルミダイカスト成形により作製される。アルミダイカスト成形では底壁３ａと外周壁３ｂとが同じ材料で作製されるが、底壁３ａと外周壁３ｂとは異なる金属材料でも構わない。また外周壁３ｂは金属製に限るものではなく、底壁３ａが金属製で、外周壁３ｂは金属以外の、例えば樹脂材料であっても構わない。

冷却面３ｅは、ボス３ｄ以外に冷却面３ｅから延出した部位を有さない水平面である。本実施の形態においては、冷却面３ｅはボス３ｄを除く全ての部分が水平面で構成されているが、水平面の構成はこれに限るものではない。後述する板状部分５ｃと半導体スイッチング素子６と抵抗７とアルミ電解コンデンサ８とが配置されたプリント基板５の部分に対向する冷却面３ｅの部分が、少なくとも水平面であればよい。板状部分５ｃと半導体スイッチング素子６と抵抗７とアルミ電解コンデンサ８とが配置されたプリント基板５の部分が高発熱な領域であるため、この領域に対向する冷却面３ｅが水平面であれば、冷却面３ｅの面方向の放熱性を確保することができる。

カバー４は冷却面３ｅと対向し、外周壁３ｂで取り囲まれた筐体３の開口を覆う。カバー４は、アルミニウムなどの金属材料で板状に形成され、例えば、板金により作製される。カバー４は、外周に沿って複数の貫通孔４ａを備える。カバー４は、図２に示すように、破線で示した貫通孔４ａを貫通する締結具９で筐体３の外周壁３ｂに固定される。

プリント基板５は板状に形成され、図１に示すように、一方の面である第一の実装面５ａが冷却面３ｅと対向して筐体３に収容され、複数の導電部１２を有する。他方の面である第二の実装面５ｂはカバー４と対向する。プリント基板５の基体は、エポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する樹脂材料で形成される。導電部１２は、第一の実装面５ａ、第二の実装面５ｂ、及びプリント基板５の内部に形成される。プリント基板５の内部に形成される導電部１２は、内層パターン１２ｄである。内層パターン１２ｄは図１において１層で示しているがこれに限るものではなく、例えば４層の内層パターン１２ｄがプリント基板５の内部に形成される。４層の内層パターン１２ｄが形成された場合、プリント基板５に形成される導電部１２は、表裏面の導電部１２と４層の内層パターン１２ｄとで６層になる。これらの導電部１２は、スルーホール（図示せず）を介して所定の箇所で電気的かつ熱的に接続される。第一の実装面５ａ及び第二の実装面５ｂには、所定の部位にレジスト膜（図示せず）が形成される。第一の実装面５ａ及び第二の実装面５ｂに形成された導電部１２は、レジスト膜が設けられた箇所で絶縁性が保たれると共に、外部環境から保護される。

＜電力変換部２＞
電力変換部２は、複数の電気部品を備える。電気部品は、半導体スイッチング素子６、抵抗７、アルミ電解コンデンサ８、及び制御部品などの他の電気部品（図示せず）で構成される。半導体スイッチング素子６、抵抗７、アルミ電解コンデンサ８、及び他の電気部品は、プリント基板５の第一の実装面５ａまたは第二の実装面５ｂに実装される。半導体スイッチング素子６、抵抗７、アルミ電解コンデンサ８、及び他の電気部品がプリント基板５に設けられた導電部１２で電気的に接続されることにより、電力変換部２が形成される。半導体スイッチング素子６、抵抗７、及びアルミ電解コンデンサ８は高発熱部品であり、他の電気部品は低発熱部品である。

第一発熱部品である半導体スイッチング素子６は、プリント基板５の第一の実装面５ａに配置され、半田付けによりプリント基板５に実装される。半導体スイッチング素子６は、導通により自己発熱し、電力変換部２が備えた電気部品の中で最も発熱密度が高い。第二発熱部品である抵抗７は導通により自己発熱し、半導体スイッチング素子６よりも発熱密度が低く、かつプリント基板５からの突出高さが半導体スイッチング素子６の突出高さ以下である。抵抗７は第一の実装面５ａに配置され、半田付けによりプリント基板５に実装される。第三発熱部品であるアルミ電解コンデンサ８は導通により自己発熱し、半導体スイッチング素子６よりも発熱密度が低く、かつプリント基板５からの突出高さが半導体スイッチング素子６の突出高さよりも高い。アルミ電解コンデンサ８は第二の実装面５ｂに配置され、半田付けによりプリント基板５に実装される。なお、第一の実装面５ａに配置される他の電気部品のプリント基板５からの突出量は、半導体スイッチング素子６の突出高さ以下である。

この構成によれば、半導体スイッチング素子６の突出高さよりも突出高さの高いアルミ電解コンデンサ８が第二の実装面５ｂに配置されているので、第一の実装面５ａに配置される電気部品の中で最も発熱密度が高い半導体スイッチング素子６を最も冷却面３ｅに接近させて配置することができる。そのため、最も発熱密度が高い発熱部品である半導体スイッチング素子６の放熱性を確保することができる。また、冷却面３ｅは水平面であり、冷却面３ｅの面方向の放熱性が凹部もしくは延出部で阻害されることがないため、半導体スイッチング素子６の放熱性をさらに確保することができる。また、冷却面３ｅは水平面であり、筐体３の構造が簡素化されるため電力変換装置１を小型化することができる。また、筐体３の構造が簡素化されるため電力変換装置１の生産性は向上し、電力変換装置１を低コスト化することができる。半導体スイッチング素子６とアルミ電解コンデンサ８がプリント基板５の異なる実装面に分けて配置されており、プリント基板５を挟んでそれぞれを接近させることができるため、それぞれを接続する導電部１２を簡略化できるので、プリント基板５を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。

＜放熱部材１１＞
電力変換装置１は、半導体スイッチング素子６及び抵抗７と冷却面３ｅとの間に放熱部材１１を備える。半導体スイッチング素子６及び抵抗７は、放熱部材１１を介して冷却面３ｅに接している。放熱部材１１は、例えば、軟性を有した固体もしくは弾性体である。放熱部材１１は、具体的には、高い熱伝導性を有する半固体状の放熱材、または液状からシート状の弾性体に硬化する非接着放熱材であり、例えば、シリコーン材料にフィラーが所定量で配合されたギャップフィラーである。放熱部材１１を備えることで、半導体スイッチング素子６及び抵抗７の放熱性をさらに向上させることができる。

電力変換装置１を構成する部材の熱膨張、熱収縮が繰り返されることで、放熱部材１１が介在した各部品と冷却面３ｅとの間の距離は変動する。放熱部材１１を液状とした場合、上述した距離の変動により、放熱部材１１が各部品と冷却面３ｅとの間から押し出され、当初の位置に放熱部材１１が介在しなくなるおそれがある。放熱部材１１が軟性を有した固体もしくは弾性体である場合、放熱部材１１が変形して距離の変動に追従し、常に各部品及び冷却面３ｅと放熱部材１１とが密着している状態となる。そのため、発熱部品である半導体スイッチング素子６及び抵抗７の放熱性を確保することができる。

本実施の形態では、プリント基板５を電気配線板として示したが、電気配線板はプリント基板５に限るものではない。電気配線板は、例えば、銅材またはアルミ材などの導電材料のバスバーを基体とし、電気絶縁性を有する樹脂で覆われた樹脂成形部品であっても構わない。バスバーに各発熱部品が搭載され、バスバーと各発熱部品とは半田付けもしくは溶接などで接続される。プリント基板５を電気配線板として用いた場合、積層される導電部１２の高さがバスバーと比較して大幅に低減できるため、電気配線板を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。

＜部品配置の構成＞
プリント基板５の第一の実装面５ａ及び第二の実装面５ｂにおける高発熱部品の部品配置について説明する。電力変換装置１は、半導体スイッチング素子６、抵抗７、及びアルミ電解コンデンサ８をそれぞれ複数備える。本実施の形態では、電力変換装置１は、６個の半導体スイッチング素子６、３個の抵抗７、及び６個のアルミ電解コンデンサ８を備える。なお、各部品の個数はこれに限るものではなく、上述した個数から増減した個数でもよく、一つであっても構わない。

プリント基板５は、少なくとも第一の実装面５ａに電気部品が配置されていない、一部の特定の板状部分５ｃを有する。板状部分５ｃは、図１、図３、及び図４において破線で囲まれた部分である。半導体スイッチング素子６及び抵抗７は、図３に示すように、第一の実装面５ａの板状部分５ｃの周囲に配置される。本実施の形態では、２個の半導体スイッチング素子６と１個の抵抗７の３個の電気部品を対にして、第一の実装面５ａにおいて矩形に設けられた板状部分５ｃの周囲の３方向に分散して配置される。板状部分５ｃの大きさは、例えば、半導体スイッチング素子６が５×５ｍｍ程度の場合、３０×４０ｍｍ程度の大きさで設けられる。抵抗７と板状部分５ｃとの間の距離は、半導体スイッチング素子６と板状部分５ｃとの間の距離以上である。電力変換装置１は、図１に示すように、第一の実装面５ａの側の板状部分５ｃと冷却面３ｅとの間に放熱部材１１を備え、板状部分５ｃは放熱部材１１を介して冷却面３ｅに接している。

アルミ電解コンデンサ８は、図４に示すように、第二の実装面５ｂにおいて矩形の板状部分５ｃの周囲に配置される。本実施の形態では、２個のアルミ電解コンデンサ８を対にして、板状部分５ｃの周囲の３方向に分散して６個のアルミ電解コンデンサ８が配置される。本実施の形態では、板状部分５ｃを第一の実装面５ａ及び第二の実装面５ｂにおいて矩形に設けたが、板状部分５ｃの形状はこれに限るものではない。板状部分５ｃの形状は板状部分５ｃの周囲に高発熱部品が配置できる形状であればよく、例えば円形であっても構わない。

この構成によれば、周囲に高発熱部品が配置された一つの板状部分５ｃと冷却面３ｅとが放熱部材１１を介して熱的に接続されているため、高発熱部品と冷却面３ｅとの間に板状部分５ｃと放熱部材１１を介した低熱抵抗の放熱経路が形成されるので、高発熱部品の放熱性を向上させることができる。また、３個の電気部品を対にして第一の実装面５ａの板状部分５ｃの周囲の３方向に分散して配置するため、面積の小さい板状部分５ｃを一つに集約して設けることができるので、プリント基板５を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。また、２個のアルミ電解コンデンサ８を対にして第二の実装面５ｂの板状部分５ｃの周囲の３方向に分散して配置するため、面積の小さい板状部分５ｃを一つに集約して設けることができるので、プリント基板５を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。また、抵抗７と板状部分５ｃとの間の距離は、半導体スイッチング素子６と板状部分５ｃとの間の距離以上であるため、第一の実装面５ａの電気部品が配置されるスペースが限られていても、半導体スイッチング素子６の放熱経路を優先的に形成することができ、半導体スイッチング素子の放熱性を向上させることができる。

半導体スイッチング素子６、抵抗７、及びアルミ電解コンデンサ８は、それぞれが配置されたプリント基板５の部分で、プリント基板５が第一の実装面５ａ及び第二の実装面５ｂに備えた導電部１２である部品導電部１２ａと熱的かつ電気的に接続される。板状部分５ｃは、導電部１２である領域導電部１２ｂを第一の実装面５ａ及び第二の実装面５ｂに備える。部品導電部１２ａと領域導電部１２ｂとは、導電部１２である接続導電部１２ｃを介して熱的かつ電気的に接続されている。部品導電部１２ａと領域導電部１２ｂと接続導電部１２ｃとは、スルーホールを介して内層パターン１２ｄとも熱的かつ電気的に接続されている。

この構成によれば、高発熱部品は導電部１２を介して板状部分５ｃと熱的に接続されているため、高発熱部品と冷却面３ｅとの間に板状部分５ｃと放熱部材１１を介したさらに低熱抵抗の放熱経路が形成されるので、高発熱部品の放熱性をさらに向上させることができる。

半導体スイッチング素子６が接続された部品導電部１２ａと、領域導電部１２ｂと、接続導電部１２ｃとは、プリント基板５の第一の実装面５ａにおいて外部に露出した、レジスト膜が設けられていない導電部１２である。外部に露出した導電部１２とすることで、導電部１２の放熱性を向上させることができる。また、領域導電部１２ｂと放熱部材１１とが直接接することで、板状部分５ｃから冷却面３ｅに至る放熱経路をさらに低熱抵抗で形成できるため、さらに高発熱部品の放熱性を向上させることができる。

本実施の形態では、２個のアルミ電解コンデンサ８を対にして板状部分５ｃの周囲の３方向に分散して６個のアルミ電解コンデンサ８を配置したが、アルミ電解コンデンサ８の配置はこれに限るものではない。板状部分５ｃの周囲の２方向もしくは１方向にアルミ電解コンデンサ８を配置してもよく、また、図５に示すように、板状部分５ｃの内側で第二の実装面５ｂにアルミ電解コンデンサ８を配置しても構わない。最も発熱密度が高い発熱部品である半導体スイッチング素子６の放熱経路を十分に確保するために、第一の実装面５ａには板状部分５ｃの内側に電気部品を配置しない。しかし第二の実装面５ｂには、板状部分５ｃの内側に電気部品を配置しても構わない。第二の実装面５ｂにおいて板状部分５ｃの内側にアルミ電解コンデンサ８が配置された場合、プリント基板５を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。

また本実施の形態では、放熱部材１１をそれぞれの高発熱部品と冷却面３ｅとの間に設けたが、放熱部材１１の配置構成はこれに限るものではない。図６に示すように、同じ高発熱部品（図６においては半導体スイッチング素子６）が接近して設けられた箇所では、放熱部材１１を結合させてひとつの放熱部材１１として２つの高発熱部品と冷却面３ｅとの間に設けても構わない。また、全ての放熱部材１１を一体化して設けても構わない。放熱部材１１を結合させて設けた場合、製造工程を簡略化でき、生産性を向上させることができる。また、放熱部材１１は絶縁性を備えた部材であっても構わない。放熱部材１１は絶縁性を備えている場合、プリント基板５と冷却面３ｅとの距離を短縮できるため、電力変換装置１を小型化することができる。

また本実施の形態では、２個の半導体スイッチング素子６と１個の抵抗７の３個の電気部品を対にして矩形に設けられた板状部分５ｃの周囲の３方向に分散して配置したが、電気部品の配置はこれに限るものではない。板状部分５ｃの周囲における２方向もしくは１方向に電気部品を配置させても構わない。また、板状部分５ｃは一つに限るものではなく、複数の板状部分５ｃをプリント基板５に設けてそれぞれの板状部分５ｃの周囲に電気部品を配置させても構わない。

以上のように、実施の形態１による電力変換装置１において、筐体３の冷却面３ｅに対向するプリント基板５の第一の実装面５ａに最も発熱密度が高い発熱部品である半導体スイッチング素子６が配置され、半導体スイッチング素子６の突出高さよりも高いアルミ電解コンデンサ８が第二の実装面５ｂに配置されているので、第一の実装面５ａに配置される電気部品の中で半導体スイッチング素子６を最も冷却面３ｅに接近させて配置することができるため、最も発熱密度が高い半導体スイッチング素子６の放熱性を確保することができる。また、冷却面３ｅは水平面であり筐体３の構造が簡素化されるため、電力変換装置１を小型化することができる。また、筐体３の構造が簡素化されるため電力変換装置１の生産性は向上し、電力変換装置１を低コスト化することができる。

また、半導体スイッチング素子６及び抵抗７が放熱部材１１を介して冷却面３ｅに接している場合、半導体スイッチング素子６及び抵抗７の放熱性をさらに向上させることができる。また、周囲に高発熱部品が配置されたプリント基板５における一つの板状部分５ｃと冷却面３ｅとが放熱部材１１を介して熱的に接続されている場合、高発熱部品と冷却面３ｅとの間に板状部分５ｃと放熱部材１１を介した低熱抵抗の放熱経路が形成されるので、高発熱部品の放熱性をさらに向上させることができる。また、部品導電部１２ａと領域導電部１２ｂとが接続導電部１２ｃを介して熱的かつ電気的に接続されている場合、高発熱部品は導電部１２を介して板状部分５ｃと熱的に接続されているため、高発熱部品と冷却面３ｅとの間に板状部分５ｃと放熱部材１１を介したさらに低熱抵抗の放熱経路が形成されるので、高発熱部品の放熱性をさらに向上させることができる。

また、抵抗７と板状部分５ｃとの間の距離が半導体スイッチング素子６と板状部分５ｃとの間の距離以上である場合、半導体スイッチング素子６の放熱経路を優先的に形成することができるため、半導体スイッチング素子の放熱性を向上させることができる。また、部品導電部１２ａと領域導電部１２ｂと接続導電部１２ｃとがプリント基板５の第一の実装面５ａにおいて外部に露出した導電部１２である場合、導電部１２の放熱性を向上させることができる。また、領域導電部１２ｂと放熱部材１１とが直接接することで、板状部分５ｃから冷却面３ｅに至る放熱経路をさらに低熱抵抗で形成できるため、高発熱部品の放熱性をさらに向上させることができる。また、２個の半導体スイッチング素子６及び１個の抵抗７を対にして第一の実装面５ａの板状部分５ｃの周囲の３方向に分散して配置させた場合、面積の小さい板状部分５ｃを一つに集約させてプリント基板５に設けることができるため、プリント基板５を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。

また、２個のアルミ電解コンデンサ８を対にして第二の実装面５ｂの板状部分５ｃの周囲の３方向に分散して配置させた場合、面積の小さい板状部分５ｃを一つに集約して設けることができるので、プリント基板５を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。また、第二の実装面５ｂにおいて板状部分５ｃの内側にアルミ電解コンデンサ８を配置させた場合、プリント基板５を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。また、放熱部材１１が軟性を有した固体もしくは弾性体である場合、放熱部材１１が変形して各部品と冷却面３ｅとの間の距離の変動に追従し、常に各部品及び冷却面３ｅと放熱部材１１とが密着している状態となるため、発熱部品である半導体スイッチング素子６及び抵抗７の放熱性を確保することができる。

また、電気配線板がプリント基板である場合、積層される導電部１２の高さが低減できるため、電気配線板を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。第一発熱部品が半導体スイッチング素子６であり、第三発熱部品がアルミ電解コンデンサ８である場合、半導体スイッチング素子６とアルミ電解コンデンサ８とはプリント基板５の異なる実装面に分けて配置され、プリント基板５を挟んでそれぞれを接近させることができるため、それぞれを接続する導電部１２を簡略化できるので、プリント基板５を小型化でき、電力変換装置１を小型化することができる。また、筐体３の底壁３ａの外面にフィン３ｃを備えた場合、筐体３から外部への放熱を促進することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置１について説明する。図７は実施の形態２に係る電力変換装置１の概略を示す断面図、図８及び図９はそれぞれ実施の形態２に係る別の電力変換装置１の概略を示す断面図である。図７、図８及び図９は、図２のＡ−Ａ断面位置と同等の位置で切断した実施の形態２に係る電力変換装置１の断面図である。実施の形態２に係る電力変換装置１は、実施の形態１に示した電力変換装置１に加えて、さらに放熱部材１１を備えた構成になっている。

アルミ電解コンデンサ８、プリント基板５の第二の実装面５ｂの側の板状部分５ｃ、半導体スイッチング素子６が配置されたプリント基板５の第二の実装面５ｂの側の部分、及び抵抗７が配置されたプリント基板５の第二の実装面５ｂの側の部分のうち少なくとも１つは、カバー４との間に設けられた放熱部材１１を介してカバー４に接している。図７に示した電力変換装置１は、アルミ電解コンデンサ８とカバー４との間に放熱部材１１を備える。アルミ電解コンデンサ８は、放熱部材１１を介してカバー４に接している。この構成によれば、アルミ電解コンデンサ８で生じた熱は放熱部材１１を介してカバー４に放熱されるため、アルミ電解コンデンサ８の放熱性を向上させることができる。

図８に示した電力変換装置１は、アルミ電解コンデンサ８とカバー４との間、及び第二の実装面５ｂの側の板状部分５ｃとカバー４との間に放熱部材１１を備える。アルミ電解コンデンサ８及び第二の実装面５ｂの側の板状部分５ｃは、放熱部材１１を介してカバー４に接している。この構成によれば、板状部分５ｃの周囲に配置された高発熱部品で生じた熱は、板状部分５ｃ及び放熱部材１１を介して冷却面３ｅとカバー４に放熱されるため、高発熱部品の放熱性を向上させることができる。

図９に示した電力変換装置１は、アルミ電解コンデンサ８とカバー４との間、及び抵抗７が配置されたプリント基板５の第二の実装面５ｂの側の部分とカバー４との間に放熱部材１１を備える。アルミ電解コンデンサ８及び抵抗７が配置されたプリント基板５の第二の実装面５ｂの側の部分は、放熱部材１１を介してカバー４に接している。この構成によれば、アルミ電解コンデンサ８で生じた熱は放熱部材１１を介してカバー４に放熱され、抵抗７生じた熱は放熱部材１１を介して冷却面３ｅとカバー４に放熱されるため、アルミ電解コンデンサ８及び抵抗７の放熱性を向上させることができる。

本実施の形態では、カバー４と接する放熱部材１１の設置例を図７から図９に示したが、放熱部材１１を設置構成はこれらに限るものではない。他の組み合わせでもよく、さらに半導体スイッチング素子６が配置されたプリント基板５の第二の実装面５ｂの側の部分とカバー４との間に放熱部材１１を備えた構成でも構わない。

以上のように、実施の形態２による電力変換装置１において、アルミ電解コンデンサ８、プリント基板５の第二の実装面５ｂの側の板状部分５ｃ、半導体スイッチング素子６が配置されたプリント基板５の第二の実装面５ｂの側の部分、及び抵抗７が配置されたプリント基板５の第二の実装面５ｂの側の部分のうち少なくとも１つは、カバー４との間に設けられた放熱部材１１を介してカバー４に接しているため、半導体スイッチング素子６、抵抗７、及びアルミ電解コンデンサ８の何れかで生じた熱は放熱部材１１を介してカバー４に放熱されるので、半導体スイッチング素子６、抵抗７、及びアルミ電解コンデンサ８の放熱性を向上させることができる。

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１電力変換装置、２電力変換部、３筐体、３ａ底壁、３ｂ外周壁、３ｃフィン、３ｄボス、３ｅ冷却面、３ｆねじ穴、３ｇねじ穴、４カバー、４ａ貫通孔、５プリント基板、５ａ第一の実装面、５ｂ第二の実装面、５ｃ板状部分、６半導体スイッチング素子、７抵抗、８アルミ電解コンデンサ、９締結具、１０締結具、１１放熱部材、１２導電部、１２ａ部品導電部、１２ｂ領域導電部、１２ｃ接続導電部、１２ｄ内層パターン

Claims

有底筒状に形成され、金属製の底壁の内面が冷却面である筐体と、
板状に形成され、一方の面が前記冷却面と対向して前記筐体に収容され、複数の導電部を有した電気配線板と、
前記電気配線板の一方の面に配置された第一発熱部品と、
前記第一発熱部品よりも発熱密度が低く、かつ前記電気配線板からの突出高さが前記第一発熱部品の突出高さ以下であり、前記電気配線板の一方の面に配置された第二発熱部品と、
前記第一発熱部品よりも発熱密度が低く、かつ前記電気配線板からの突出高さが前記第一発熱部品の突出高さよりも高く、前記電気配線板の他方の面に配置された第三発熱部品と、
前記第一発熱部品及び前記第二発熱部品と前記冷却面との間に放熱部材と、を備え、
前記第一発熱部品及び前記第二発熱部品は、前記放熱部材を介して前記冷却面に接しており、
前記電気配線板は、少なくとも一方の面に電気部品が配置されていない、一部の特定の板状部分を有し、
前記電気配線板の一方の面の側の前記板状部分と前記冷却面との間に前記放熱部材を備え、
前記第一発熱部品及び前記第二発熱部品は、前記板状部分の周囲に配置され、
前記板状部分は、前記放熱部材を介して前記冷却面に接している電力変換装置。
前記板状部分は前記導電部である領域導電部を備え、
前記第一発熱部品、前記第二発熱部品、及び前記第三発熱部品は、それぞれが配置された前記電気配線板の部分で、前記電気配線板が備えた前記導電部である部品導電部と熱的かつ電気的に接続され、
前記領域導電部と前記部品導電部とは、前記導電部である接続導電部を介して熱的かつ電気的に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
前記第二発熱部品と前記板状部分との間の距離は、前記第一発熱部品と前記板状部分との間の距離以上である請求項１に記載の電力変換装置。
前記第一発熱部品が接続された前記部品導電部と、前記領域導電部と、前記接続導電部とは、前記電気配線板の一方の面において外部に露出した前記導電部である請求項２に記載の電力変換装置。
複数の前記第一発熱部品を備え、
複数の前記第一発熱部品は、前記板状部分の周囲に分散して配置されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
複数の前記第三発熱部品を備え、
複数の前記第三発熱部品は、前記板状部分の周囲に分散して配置されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第三発熱部品は、前記板状部分の内側で前記電気配線板の他方の面に配置されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記冷却面と対向し、筒状の外周壁で取り囲まれた前記筐体の開口を覆う、金属製のカバーを備え、
前記第三発熱部品、前記電気配線板の他方の面の側の前記板状部分、前記第一発熱部品が配置された前記電気配線板の他方の面の側の部分、及び前記第二発熱部品が配置された前記電気配線板の他方の面の側の部分のうち少なくとも１つは、前記カバーとの間に設けられた前記放熱部材を介して前記カバーに接している請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記放熱部材は、軟性を有した固体もしくは弾性体である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記電気配線板は、プリント基板である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第一発熱部品は半導体スイッチング素子であり、前記第三発熱部品はアルミ電解コンデンサである請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記筐体の前記底壁の外面にフィンを備えた請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。