JP7419994B2 - 電気機器 - Google Patents
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Description
最初に本開示の実施態様が列挙されて説明される。
以下に、本開示の実施形態が説明される。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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全ての変更が含まれることが意図される。
本開示の実施形態が図1から図3を参照しつつ説明される。以下の説明では、図1および図2における上側を上とし、図1における紙面手前で図2における左側を前とし、図1における紙面奥左側で図2における紙面奥側を左として説明する。なお、複数の同一部材については、一部の部材にのみ符号を付し、他の部材の符号を省略する場合がある。
本実施形態では、自動車等の車両に搭載される電気機器10について例示する。電気機器10は、入力された直流の電圧を所定レベルの直流の電圧に変換して出力するスイッチング型のDC-DCコンバータ(直流電圧変換装置)を含む機器であって、周知の回路構成を有する。本実施形態にかかる回路構成は、特に限定されないが、直流電圧を交流電圧に変換する第1のコンバータ、交流電圧の変圧を行うトランス(変圧器)、交流電圧を直流電圧に変換する第2のコンバータを備え、出力電圧を整える整流回路や、共振回路、平滑回路等を有して構成される。トランスは、電圧を昇圧させるものでも降圧させるものでも構わないが、本実施形態に係る電気機器10は、トランスによって電圧を降圧させる降圧コンバータを含むものとする。以下の説明では、第1のコンバータに係るスイッチング素子を高圧側スイッチング素子、第2のコンバータに係るスイッチング素子を低圧側スイッチング素子と称することがある。
図1および図2に示されるように、筐体11は、上方に開口した直方体深箱状の本体11Mと、本体11Mの上部の開口を閉止する蓋体11Lと、を有する。本体11Mおよび蓋体11Lは、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属を含む材料で形成されている。金属の中でも、アルミニウムやアルミニウム合金のように熱伝導率の高い金属を含む材料で形成されていることが好ましく、場合によっては、ステンレス鋼の表面に銅めっきやニッケルめっきを施したものを用いてもよい。表面積が比較的小さい蓋体11Lに銅合金を用いたり銅めっきを施したりして、蓋体11Lをヒートシンクとして機能させてもよい。本体11Mは、矩形状の底壁と、底壁の周縁から立ち上がる4枚の側壁とを有し、回路基板20を収容可能な大きさに一体的に形成されている。蓋体11Lは、本体11Mの開口を水密に閉止可能であることが好ましい。
図1および図2に示されるように、筐体11の内部には、長方形平板状の回路基板20が収容されている。回路基板20は、例えば絶縁材料からなる絶縁板の実装面に、プリント配線技術によって導電路が形成された周知の構成の平板状の部材である。導電路は、例えば銅等の金属を含む材料で形成される。電気機器10において、回路基板20は、当該回路基板20の板面である基板面20A,20Bの法線が水平となる姿勢で、筐体11の内部に配されている。換言すれば、回路基板20は、基板面20A,20Bが鉛直方向に延びたいわゆる縦型姿勢で、筐体11の内部に収容されている。
図1および図2に示されるように、回路基板20の基板面20A,20B上には、種々の電子部品30が実装されている。図1および図2に示されるように、基板面20A,20B上に実装された電子部品30と、筐体11の本体11Mの内面との間には、それぞれ絶縁性液冷媒40が流通可能な隙間が形成されている。電子部品30には、例えば抵抗、コイル、コンデンサ、ヒューズ、リレー、ダイオード、IC(Integrated Circuit)や、FET(Field Effect Transistor)等のスイッチング素子等が含まれる。より具体的には、図1および図2に示されるように、高圧側スイッチング素子である高圧側FET31Aや、低圧側スイッチング素子である低圧側FET31B、トランス32、共振回路を構成する共振コイル33A、チョークコイル33B等が含まれる。
図1および図2に示されるように、筐体11の内部には、絶縁性液冷媒40が充填されている。本実施形態では、絶縁性液冷媒40は、回路基板20全体が浸漬するように、筐体11の内部を満たしている。絶縁性液冷媒40が筐体11の内部を完全に満たしている必要は無く、電子部品30が絶縁性液冷媒40中に浸漬していればよい。複数の電子部品30が配されている場合、一部の電子部品30が浸漬されていればよいが、少なくとも筐体の下部に配置する発熱量の大きなスイッチング素子やコイルが浸漬されていることが好ましく、全ての電子部品30が浸漬されていることがさらに好ましい。
図1および図2に示されるように、回路基板20の基板面20Aには、バスバー51が配されている。バスバー51は、金属板材をプレス成形又はフォーミング加工することによって一方向に長い長手平板状に形成した導電部材である。本実施形態では、銅を含む材料で形成され、非常に高い熱伝導率を有するバスバー51を使用する。図1および図2に示されるように、バスバー51は、長手方向が上下方向に一致し、基板面20Aに対して板面が垂直になるように基板面20A上に配され、基板面20A上に形成された導電路に電気的に接続される。これにより、前述したように、バスバー51と電子部品30は、ランド52を含む導電路等の金属部材を介して接続される。なお、図2に示されるように、基板面20A上に配された状態で、バスバー51の前端縁と筐体11の本体11Mの前壁の内面との間には、絶縁性液冷媒40が流通可能な隙間が形成されている。
続いて、本実施形態の電気機器10における熱分散および放熱の一例について説明する。
電気機器10への通電が開始されると、筐体11内において絶縁性液冷媒40中に浸漬された電子部品30が発熱する。図1および図2に示されるように筐体11の最下部に配された高圧側FET31Aや低圧側FET31B、トランス32において、特に大きな熱が発生する。これらの電子部品30で発生した熱は、活電部等に接触する絶縁性液冷媒40に伝達される。熱を伝達された絶縁性液冷媒40は温度が上昇し、比重が小さくなるので、矢線F1のように上昇する。絶縁性液冷媒40は、バスバー51に沿って矢線F2,F3のようにさらに上昇する。周囲の絶縁性液冷媒40をまきこんで上昇流を発生させながら上昇した絶縁性液冷媒40は、最上部の液面(本実施形態では筐体11の蓋体11Lの下面)付近に到達すると、矢線F4,F5のように液面(蓋体11Lの下面)に沿って筐体11の左右端部に移動する。
本実施形態の作用効果について、改めて説明する。
本実施形態に係る電気機器10は、筐体11と、筐体11の内部に配される回路基板20と、筐体11の内部に配され、通電によって発熱する少なくとも1つの電子部品30と、を備え、筐体11の内部には、絶縁性液冷媒40が充填され、回路基板20は、当該回路基板20の板面である基板面20A,20Bの法線が水平となる姿勢で配され、電子部品30は、筐体11の下部側に配され、絶縁性液冷媒40中に浸漬されている。
本開示は上記記述および図面によって説明された実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に開示された技術の技術的範囲に含まれる。
11: 筐体
11L: 蓋体
11M: 本体
20: 回路基板
20A,20B: 基板面
30: 電子部品
31: FET
31A: 高圧側FET
31B: 低圧側FET
31L: 端子部
31M: 本体部
32: トランス
33: コイル
33A: 共振コイル
33B: チョークコイル
40: 絶縁性液冷媒
51: バスバー
52: ランド
Claims (8)
- 筐体と、
前記筐体の内部に配される回路基板と、
前記筐体の内部に配され、通電時の発熱量が互いに異なる複数の電子部品と、
前記電子部品と接続された平板状のバスバーと、を備え、
前記筐体の内部には、絶縁性液冷媒が充填され、
前記回路基板は、当該回路基板の板面である基板面の法線が水平となる姿勢で配され、
複数の前記電子部品は前記発熱量が下部から上部に向かって減少するように前記回路基板の前記基板面に配置されると共に前記絶縁性液冷媒中に浸漬されており、
前記バスバーは長手方向が鉛直方向に沿うように配置され、前記バスバーの板面が前記回路基板の前記基板面に対し垂直となる姿勢で配され、
前記回路基板の前記基板面及び前記バスバーの前記板面に沿って鉛直方向に延びる前記絶縁性液冷媒の流路が形成されている、電気機器。 - 複数の前記電子部品を備え、
前記電子部品は、一方の前記基板面および他方の前記基板面の両基板面上に実装されている、請求項1に記載の電気機器。 - 前記絶縁性液冷媒の単位体積当たり塵埃粒子の含有量は、空気の単位体積当たりの塵埃粒子の含有量より低い、請求項1又は請求項2に記載の電気機器。
- 前記筐体は、金属を含む材料で形成されている、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電気機器。
- 前記筐体と前記電子部品との間には、前記絶縁性液冷媒が流通可能な流路が形成されている、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電気機器。
- 前記バスバーは金属を含んで形成され、前記バスバーと前記電子部品とが、金属を含んで形成された金属部材を介して接続されている、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電気機器。
- 複数の前記電子部品を備え、前記バスバーは、複数の前記電子部品の間において鉛直方向に延びるように配されている、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の電気機器。
- 複数の前記電子部品は、前記筐体の内部において、上下方向について1/2の高さより下方に配された前記電子部品からの発熱量の合計が、通電時の全ての前記電子部品からの発熱量の70%以上を占めるように配されている、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の電気機器。
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