WO2018198953A1 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2018198953A1
WO2018198953A1 PCT/JP2018/016252 JP2018016252W WO2018198953A1 WO 2018198953 A1 WO2018198953 A1 WO 2018198953A1 JP 2018016252 W JP2018016252 W JP 2018016252W WO 2018198953 A1 WO2018198953 A1 WO 2018198953A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat sink
housing
electrical component
heat
conversion device
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/016252
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
篤史 一瀬
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to CN201890000510.0U priority Critical patent/CN210157083U/zh
Publication of WO2018198953A1 publication Critical patent/WO2018198953A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device suitable for in-vehicle use.
  • Environmentally friendly vehicles such as electric vehicles are equipped with power converters such as chargers, inverters and DC-DC converters.
  • the power conversion device includes an electrical component such as a power semiconductor element that generates heat when energized.
  • the electrical component is thermally connected to a heat sink (heat radiating member) for efficiently radiating generated heat to the outside.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a structure in which a heat sink formed of a member different from a casing is attached to an opening formed in the casing and is thermally connected to an electrical component.
  • the casing is often manufactured by die casting from the viewpoint of waterproofness, heat dissipation, vibration resistance, and the like. Since die casting can be processed into a complicated shape and has high dimensional accuracy, the heat sink and the housing can be formed integrally.
  • the casing and the heat sink are configured as separate members, but in this case as well, the casing and the heat sink are each manufactured by die casting.
  • the electrical circuit and electrical components housed in the power conversion device do not change greatly even if the type (vehicle type) of the vehicle on which the power conversion device is mounted is different.
  • the mounting position of the power conversion device varies depending on the vehicle type, and the required outer size and shape are different. Therefore, at least the casing of the power conversion device has been developed for each vehicle type.
  • This disclosure provides a power conversion device that can easily cope with a design change and can reduce costs.
  • the power conversion device includes a circuit board, an electrical component, a heat sink, a box-shaped housing, and a seal member.
  • the electrical component is mounted on the circuit board.
  • the heat sink includes a component placement portion on which an electrical component is placed and a heat dissipation portion that dissipates heat generated by the electrical component.
  • the housing is configured as a separate member from the heat sink, and accommodates the heat sink and electrical components. An opening is provided in the housing.
  • the seal member is interposed between the heat sink and the housing. The heat sink is attached to the housing in a state where the heat radiating portion is exposed to the outside from the opening of the housing.
  • a power conversion device that can easily cope with a design change and can reduce costs.
  • FIG. 1A is a top perspective view illustrating an appearance of a charger that is an example of a power conversion device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a bottom perspective view of the charger shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state where the circuit board is removed from the charger illustrated in FIG. 1A.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the charger shown in FIG. 1A, showing a state seen from above.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a state where the charger shown in FIG. 3 is viewed from below.
  • FIG. 5A is a perspective view showing a state in which an electrical component (FET) is attached to the heat sink shown in FIG. 3, and is a view seen from above.
  • FIG. FET electrical component
  • FIG. 5B is a perspective view showing a state where the heat sink and the electrical component (FET) shown in FIG. 5A are viewed from below.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the structure of the heat sink and the electrical component (FET) shown in FIG. 5A.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion where the heat sink and the electrical component (FET) are arranged in the charger shown in FIG. 1A.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are diagrams illustrating an appearance of a charger 1 that is an example of a power conversion device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1A is a perspective view of the charger 1 as seen from above
  • FIG. 1B is a perspective view of the charger 1 as seen from below.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state of the charger 1 with the circuit board 40 removed.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the charger 1 as viewed from above.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the charger 1 as viewed from below. 3 and 4, the electrical component 41 mounted on the upper surface of the circuit board 40 and the boss 14 standing on the housing 10 are omitted.
  • the charger 1 includes a housing 10, a heat sink 20, an electrical component 30, a circuit board 40, and the like.
  • the circuit board 40 is a printed board on which a predetermined circuit pattern is formed.
  • the circuit board 40 is disposed to face the bottom surface of the housing 10.
  • Electrical components 30 and 41 are mounted on the circuit board 40.
  • the electrical component 30 is mounted on the lower surface of the circuit board 40 (surface facing the housing 10) for heat dissipation.
  • the electrical component 41 includes, for example, a film capacitor and a relay.
  • the electrical component 41 is mounted on the upper surface of the circuit board 40 because the necessity of heat dissipation is low.
  • the electrical component 30 is a component that self-heats when energized.
  • power semiconductor elements such as field effect transistors (FETs) 30B and 30C, a diode 30D, and a bridge diode 30E, a coil 30F, a transformer 30A, and the like.
  • FETs field effect transistors
  • diode 30D diode
  • bridge diode 30E bridge diode
  • coil 30F coil 30F
  • transformer 30A transformer 30A
  • Standardized general-purpose products can be applied to the FETs 30B and 30C, the diode 30D, and the bridge diode 30E that are power semiconductor elements.
  • the lead part 32 of the electrical component 30 is electrically connected to a circuit pattern (not shown) of the circuit board 40 (see FIG. 5A).
  • the heat radiation surface 31a of the electrical component 30 is thermally connected to the component placement surface 21a of the heat sink 20 (see FIG. 6).
  • An insulating sheet 54 is interposed between the power semiconductor elements FET 30 ⁇ / b> B and 30 ⁇ / b> C, the diode 30 ⁇ / b> D, and the heat sink 20.
  • the heat sink 20 is in thermal contact with the electrical component 30 and dissipates heat generated by the electrical component 30 to the outside. That is, the heat sink 20 includes heat sinks 20A to 20F, and the heat sinks 20A to 20F are provided corresponding to the transformer 30A, FETs 30B and 30C, the diode 30D, the bridge diode 30E, and the coil 30F, which are electrical components.
  • the heat sinks 20A to 20E corresponding to the transformer 30A, the FETs 30B and 30C, the diode 30D, and the bridge diode 30E are attached to the housing 10 from the inside of the housing 10 (upper side in FIGS. 3 and 4).
  • the heat sink 20F corresponding to the coil 30F is attached to the housing 10 from the outside of the housing 10 (the lower side in FIGS. 3 and 4). Note that whether the heat sink 20 is attached to the housing 10 from the inside or the outside is not particularly limited.
  • the heat sink 20 is preferably formed by die casting. That is, the heat sink 20 is preferably a die cast product. Thereby, even if the heat sink 20 has a complicated shape, it can be accurately manufactured. Moreover, when mass-producing the heat sink 20, cost reduction can be achieved. In addition, since a metal mold
  • the housing 10 is a box-shaped member that houses the heat sink 20, the electrical component 30, and the circuit board 40.
  • the housing 10 is formed by subjecting a metal plate (for example, a steel plate) to sheet metal processing including punching, bending, and drawing. That is, the housing
  • casing 10 is a sheet metal processed product comprised with the metal plate. In general, it is possible to reduce the cost by performing sheet metal processing rather than die casting.
  • the housing 10 has a concave chamber 11 for accommodating a transformer 30A, FETs 30B and 30C, a diode 30D, a bridge diode 30E, a coil 30F, a circuit board 40, and the like, which are electrical components.
  • a flange 12 is formed on the upper edge of the concave chamber 11 so as to project outward.
  • a lid (not shown) having a symmetrical shape with the housing 10 is attached to the housing 10 so as to cover the opening surface of the concave chamber 11.
  • the flange 12 of the housing 10 and the flange (not shown) of the lid are overlapped and screwed to fix both.
  • the housing 10 has an opening 13 on the bottom surface of the concave chamber 11.
  • the openings 13 are provided corresponding to the heat sinks 20A to 20F (openings 13A to 13E).
  • the heat radiating portion 22 (see FIG. 5B) of the heat sink 20 is exposed to the outside of the housing 10 through the opening 13.
  • the component placement portion (see the component placement portion 21 in FIG. 5A) of the heat sink 20 on which the transformer 30A, FET 30B, 30C, diode 30D, bridge diode 30E, and coil 30F are mounted is the concave chamber 11 of the housing 10. Placed inside.
  • the concave chamber 11, the flange 12 and the opening 13 can be easily formed by sheet metal processing.
  • the housing 10 is formed by sheet metal processing, the design (for example, the size and shape of the housing 10, the position of the opening 13 (in other words, the transformer 30A, the FETs 30B and 30C, the diode 30D, the bridge diode 30E, and the coil 30F) Even if there is a change in each mounting position, etc., it can be easily and inexpensively handled.
  • a boss 14 having a screw hole for fixing the heat sink 20 and the like is erected on the bottom surface of the housing 10 (see FIG. 2).
  • the boss 14 is formed on the bottom surface of the concave chamber 11 by welding, for example.
  • a screw hole through which a screw (reference numeral omitted, see FIG. 1B) for fixing the heat sink 20 is inserted is formed on the bottom surface of the housing 10.
  • FIG. 5A and 5B are views showing a state in which the FET 30B is attached to the heat sink 20B.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the structure of the heat sink 20B and the FET 30B.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion of the charger 1 where the heat sink 20B and the FET 30B are disposed. 5A, 5B, 6 and 7, the insulating sheet 54 (see FIG. 3) is omitted.
  • the FET 30B is a lead insertion type general-purpose transistor, and includes a package part 31 and a lead part 32.
  • One main surface of the package part 31 is a heat radiating surface 31a.
  • the lead part 32 extends from the package part 31 in a bent state, and is connected to the circuit board 40 by soldering, for example.
  • the heat sink 20B includes a component placement portion 21, a heat dissipation portion 22, a fixing portion 23, a flange 24, and a groove 25.
  • the component mounting portion 21 has the FET 30B mounted thereon, and plays a role of transferring heat generated in the FET 30B to the heat radiating portion 22. Moreover, the component mounting part 21 has the component mounting surface 21a in which FET30B is mounted.
  • the component placement surface 21 a is inclined with respect to the circuit board surface of the circuit board 40. By inclining the component mounting surface 21a, the bottom area of the concave chamber 11 can be reduced as compared with the case where the component mounting surface 21a is made parallel to the substrate surface of the circuit board 40.
  • the heat radiation part 22 is provided on the surface of the component placement part 21 opposite to the part placement surface 21a.
  • the heat radiating part 22 radiates heat generated by the FET 30B.
  • the heat radiation part 22 has a plate-shaped heat radiation fin (reference number omitted).
  • the shape in particular of a radiation fin is not restrict
  • the fixing part 23 has a positioning pin 23a and a screw hole 23b.
  • the urging member 51 is fixed to the fixing portion 23.
  • the flange 24 is formed to protrude outward from the component placement portion 21 and the fixing portion 23.
  • the flange 24 is provided with a screw hole 26 for screwing to the housing 10.
  • the groove 25 is provided along the outer periphery on the lower surface of the component placement portion 21, the fixing portion 23, and the flange 24, that is, the surface that contacts the housing 10.
  • a seal member 53 (see FIG. 7) is disposed in the groove 25.
  • the heat sink 20B is configured to include the component mounting portion 21, the heat radiating portion 22, the fixing portion 23, the flange 24, and the groove 25 that have a complicated shape. That is, by integrating the structures that are difficult to manufacture by sheet metal processing into the heat sink 20, the casing 10 does not include a complicated structure, and the casing 10 can be formed by a low-cost manufacturing method such as sheet metal processing. Become.
  • the heat sink 20 can be formed by die casting. In particular, when the component mounting portion 21 and the heat dissipation portion 22 are integrally formed, higher heat transfer properties and heat dissipation properties can be realized.
  • the urging member 51 has four leaf springs 51a and a connecting portion 51b that connects the leaf springs 51a.
  • the connecting portion 51b has an insertion hole (reference numeral omitted) through which the screw 52 is inserted and an insertion hole 51c through which the positioning pin 23a of the heat sink 20B is inserted.
  • the FET 30B is placed on the component placement portion 21 so that the heat radiating surface (not shown) of the package portion 31 is in surface contact with the component placement surface 21a.
  • the urging member 51 is attached to the heat sink 20B.
  • the urging member 51 is positioned by inserting the positioning pin 23a of the heat sink 20B into the insertion hole 51c.
  • the urging member 51 is fixed by tightening a screw 52 into the screw hole 26 of the heat sink 20B through an insertion hole (not shown).
  • the leaf spring 51a is in a state of pressing the FET 30B toward the heat sink 20B. That is, the four FETs 30B are collectively pressed and fixed to the heat sink 20B.
  • the lead portion 32 of the FET 30B is electrically connected to a circuit pattern (not shown) of the circuit board 40, for example, by soldering.
  • the FET 30B is mounted in a state inclined with respect to the circuit board 40.
  • the FET 30B Since the FET 30B is mounted to be inclined with respect to the circuit board 40, the FET 30B can be pressed and fixed by the biasing member 51 without increasing the space between the housing 10 and the circuit board 40, and the insulation distance. Can be secured. Further, by pressing and fixing the FET 30B to the heat sink 20B, the contact thermal resistance is reduced, so that the heat radiation efficiency is improved and the vibration resistance is also improved. Furthermore, since a standardized general-purpose product is used for the FET 30B, the cost can be reduced.
  • the heat sink 20B is attached to the casing 10 through the opening 13 formed in the casing 10 with the heat radiating portion 22 exposed to the outside (see FIG. 7). Specifically, the heat sink 20 ⁇ / b> B is fixed to the housing 10 by tightening a screw (reference numeral: see FIG. 2) from the outside of the housing 10 in a screw hole 26 provided in the flange 24. At this time, the seal member 53 is disposed in the groove 25 of the heat sink 20B. Thereby, since the housing
  • the structure of the heat sink 20B and the FET 30B has been described above as an example, but the basic portions of the structures of the other heat sinks 20A, 20C to 20F, the transformer 30A, the FET 30C, the diode 30D, the bridge diode 30E, and the coil 30F are also described. Is the same.
  • the groove 25 in which the seal member 53 is disposed is formed on the upper surface.
  • the charger 1 (power conversion device) generates heat in the circuit board 40, the electrical component 30 mounted on the circuit board 40, the component placement unit 21 on which the electrical component 30 is placed, and the electrical component 30.
  • a heat sink 20 having a heat radiating portion 22 that dissipates the heat, a box-shaped housing 10 that houses the heat sink 20 and the electrical component 30, and a seal member 53 that is interposed between the heat sink 20 and the housing 10. .
  • the housing 10 is configured by a member different from the heat sink 20.
  • the heat sink 20 is attached to the housing 10 in a state where the heat radiating portion 22 is exposed to the outside through the opening 13 formed in the housing 10.
  • the housing 10 and the heat sink 20 are configured as separate members, and the housing 10 is formed by sheet metal processing, so that required specifications (for example, external size and shape) for the charger 1 are different.
  • required specifications for example, external size and shape
  • the heat sink 20 can be used regardless of the design of the housing 10.
  • a design change such as a layout of the electrical component 30 is performed in the development stage, it can be easily handled only by a design change of the housing 10. Therefore, according to the charger 1, it can respond to a design change easily and can reduce cost.
  • the circuit board 40 and the electrical component 30 accommodated in the charger 1 are not significantly changed. Therefore, the heat sink 20 and the electrical component 30 can be expected to be shared across a plurality of vehicle types. Therefore, according to the charger 1, the expansion
  • the charger 1 has been described as a power converter, but the above-described structure may be applied to other in-vehicle power converters such as an inverter and a DC-DC converter.
  • the heat sink 20 may be manufactured by a manufacturing method other than die casting, and forging or extrusion can be applied. Further, for example, the groove for arranging the seal member 53 may be formed in the housing 10 instead of the heat sink 20.
  • the housing 10 may be manufactured by a manufacturing method other than sheet metal processing.
  • the housing 10 can be manufactured by resin molding. That is, the housing 10 may be a molded product made of resin.
  • the power conversion device according to the present disclosure is suitable for a vehicle-mounted power conversion device such as a charger, an inverter, a DC-DC converter, or the like.

Abstract

電力変換装置は、回路基板と、電気部品と、ヒートシンクと、箱状の筐体と、シール部材とを有する。電気部品は、回路基板に実装されている。ヒートシンクは、電気部品が載置される部品載置部と、電気部品で発熱した熱を放熱する放熱部とを有する。筐体は、ヒートシンクとは別部材として構成され、ヒートシンクと電気部品とを収容している。筐体には開口が設けられている。シール部材は、ヒートシンクと筐体との間に介在している。ヒートシンクは、筐体の開口から放熱部が外部に露出する状態で、筐体に取り付けられている。

Description

電力変換装置
　本開示は、電力変換装置に関し、特に、車載用として好適な電量変換装置に関する。
　電気自動車等の環境対応車には、充電器、インバーター及びＤＣ－ＤＣコンバーター等の電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、通電により発熱するパワー半導体素子等の電気部品を有する。通常、電気部品は、発生した熱を外部に効率よく放熱するためのヒートシンク（放熱部材）と熱的に接続される。特許文献１、２には、筐体とは別部材で構成されたヒートシンクが、筐体に形成された開口に取り付けられ、電気部品と熱的に接続された構造が開示されている。
　また、電力変換装置においては、防水性、放熱性、耐振動性などの観点から、筐体はダイカスト成形によって製造されることが多い。ダイカスト成形は、複雑な形状に加工することができ、寸法精度も高いため、ヒートシンクと筐体を一体的に形成することができる。特許文献１、２では、筐体とヒートシンクが別部材で構成されているが、この場合も、筐体とヒートシンクは、それぞれダイカスト成形によって製造される。
特開２００１－１６８５６０号公報 特開２０１３－１６２０１７号公報
　電力変換装置の内部に収容される電気回路や電気部品は、その電力変換装置が搭載される車両の種類（車種）が異なっていても、大きく変わらない。しかし、車種によって、電力変換装置の搭載位置は様々であり、要求される外形サイズや形状は異なる。そのため、少なくとも電力変換装置の筐体は、車種ごとに開発されている。
　しかしながら、ダイカスト成形は、金型の設計及び作製に長時間を要し、金型費用も高価である。したがって、車種ごとに設計を行うことは開発コストの増大に繋がる。また、開発段階において電気部品のレイアウト等の設計を変更する場合にも、金型を作製し直すこととなるため、やはり開発コストが増大してしまう。このように、従来の電力変換装置では、筐体がダイカスト成形により形成されているため、低コスト化が困難である。
　本開示は、設計変更に容易に対応することができ、低コスト化を図ることができる電力変換装置を提供する。
　本開示の一態様に係る電力変換装置は、回路基板と、電気部品と、ヒートシンクと、箱状の筐体と、シール部材とを有する。電気部品は、回路基板に実装されている。ヒートシンクは、電気部品が載置される部品載置部と、電気部品で発熱した熱を放熱する放熱部とを有する。筐体は、ヒートシンクとは別部材として構成され、ヒートシンクと電気部品とを収容している。筐体には開口が設けられている。シール部材は、ヒートシンクと筐体との間に介在している。ヒートシンクは、筐体の開口から放熱部が外部に露出する状態で、筐体に取り付けられている。
　本開示によれば、設計変更に容易に対応することができ、低コスト化可能な電力変換装置が提供される。
図１Ａは、本開示の実施の形態に係る電力変換装置の一例である充電器の外観を示す上面斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す充電器の下面斜視図である。 図２は、図１Ａに示す充電器から回路基板を取り外した状態を示す図である。 図３は、図１Ａに示す充電器の分解斜視図であって、上方から見た状態を示す図である。 図４は、図３に示す充電器を下方から見た状態を示す分解斜視図である。 図５Ａは、図３に示すヒートシンクに電気部品（ＦＥＴ）を取り付けた状態を示す斜視図であって、上方から見た状態を示す図である。 図５Ｂは、図５Ａに示すヒートシンクと電気部品（ＦＥＴ）とを下方から見た状態を示す斜視図である。 図６は、図５Ａに示すヒートシンクと電気部品（ＦＥＴ）との構造を示す分解斜視図である。 図７は、図１Ａに示す充電器における、ヒートシンクと電気部品（ＦＥＴ）とが配置された部分の断面図である。
　以下、本開示の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
　図１Ａ、図１Ｂは、本開示の実施の形態に係る電力変換装置の一例である充電器１の外観を示す図である。図１Ａは、充電器１を上方から見た斜視図であり、図１Ｂは、充電器１を下方から見た斜視図である。図２は、回路基板４０を取り外した充電器１の状態を示す図である。図３は、充電器１を上方から見た分解斜視図である。図４は、充電器１を下方から見た分解斜視図である。なお、図３及び図４では、回路基板４０の上面に実装される電気部品４１、筐体１０に立設されるボス１４は省略されている。
　図１Ａ、図１Ｂ、図２及び図３に示すように、充電器１は、筐体１０、ヒートシンク２０、電気部品３０及び回路基板４０等を有する。
　回路基板４０は、所定の回路パターンが形成されたプリント基板である。回路基板４０は、筐体１０の底面に対向して配置される。回路基板４０には、電気部品３０、４１が実装される。電気部品３０は、放熱のために、回路基板４０の下面（筐体１０に対向する面）に実装される。電気部品４１は、例えば、フィルムコンデンサー及びリレーを含む。電気部品４１は、放熱の必要性が低いため、回路基板４０の上面に実装される。
　電気部品３０は、通電によって自己発熱する部品であり、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３０Ｂ、３０Ｃ、ダイオード３０Ｄ、ブリッジダイオード３０Ｅ等の電力用半導体素子（いわゆるパワー半導体）、コイル３０Ｆ及びトランス３０Ａ等を含む。電力用半導体素子であるＦＥＴ３０Ｂ、３０Ｃ、ダイオード３０Ｄ、ブリッジダイオード３０Ｅには、規格化された汎用品を適用できる。
　電気部品３０のリード部３２は、回路基板４０の回路パターン（図示略）と電気的に接続される（図５Ａ参照）。また、電気部品３０の放熱面３１ａは、ヒートシンク２０の部品載置面２１ａと熱的に接続される（図６参照）。電力用半導体素子ＦＥＴ３０Ｂ、３０Ｃ、ダイオード３０Ｄとヒートシンク２０との間には、絶縁シート５４が介装される。
　ヒートシンク２０は、電気部品３０と熱的に接触し、電気部品３０で発熱した熱を外部に放熱する。すなわち、ヒートシンク２０はヒートシンク２０Ａ～２０Ｆを含み、ヒートシンク２０Ａ～２０Ｆは、電気部品であるトランス３０Ａ、ＦＥＴ３０Ｂ、３０Ｃ、ダイオード３０Ｄ、ブリッジダイオード３０Ｅ、コイル３０Ｆのそれぞれに対応して設けられる。トランス３０Ａ、ＦＥＴ３０Ｂ、３０Ｃ、ダイオード３０Ｄ、ブリッジダイオード３０Ｅに対応するヒートシンク２０Ａ～２０Ｅは、筐体１０の内側（図３、図４では上側）から筐体１０に取り付けられる。コイル３０Ｆに対応するヒートシンク２０Ｆは、筐体１０の外側（図３、図４では下側）から筐体１０に取り付けられる。なお、筐体１０に対してヒートシンク２０を内側から取り付けるか、外側から取り付けるかは、特に制限されない。
　ヒートシンク２０は、ダイカスト成形により形成されるのが好ましい。すなわち、ヒートシンク２０は、ダイカスト成形品であることが好ましい。これにより、ヒートシンク２０が複雑な形状を有していても、精度よく作製することができる。また、ヒートシンク２０を量産する場合に低コスト化を図ることができる。なお、従来のように、筐体とヒートシンクをダイカスト成形により一体的に形成する場合に比較すると、金型は小さくなるので、ダイカスト成形に要するコストは低減される。電気部品３０及びヒートシンク２０の具体的な固定構造については後述する。
　筐体１０は、ヒートシンク２０、電気部品３０及び回路基板４０を収容する箱状の部材である。筐体１０は、金属材料の板材（例えば、スチール板）に抜き加工、曲げ加工及び絞り加工を含む板金加工を施すことにより形成される。すなわち、筐体１０は、金属板で構成されている板金加工品である。なお、一般的に、ダイカスト成形するよりも板金加工を行った方が低コスト化することができる。
　筐体１０は、電気部品であるトランス３０Ａ、ＦＥＴ３０Ｂ、３０Ｃ、ダイオード３０Ｄ、ブリッジダイオード３０Ｅ、コイル３０Ｆ、回路基板４０等を収容する凹室１１を有する。凹室１１の上縁には、外側に張り出すフランジ１２が形成されている。筐体１０には、凹室１１の開口面を覆うように、筐体１０と対称的な形状を有する蓋体（図示略）が取り付けられる。例えば、筐体１０のフランジ１２と蓋体のフランジ（図示略）を重ね合わせて、ネジ止めすることにより、両者は固定される。
　筐体１０は、凹室１１の底面に開口１３を有する。開口１３は、ヒートシンク２０Ａ～２０Ｆのそれぞれに対応して設けられる（開口１３Ａ～１３Ｅ）。開口１３を介して、ヒートシンク２０の放熱部２２（図５Ｂ参照）が筐体１０の外部に露出する。一方、トランス３０Ａ、ＦＥＴ３０Ｂ、３０Ｃ、ダイオード３０Ｄ、ブリッジダイオード３０Ｅ、コイル３０Ｆが搭載されるヒートシンク２０の部品載置部（図５Ａの部品載置部２１を参照）は、筐体１０の凹室１１の内部に配置される。凹室１１、フランジ１２及び開口１３は、板金加工により容易に形成することができる。筐体１０は、板金加工により形成されるので、設計（例えば、筐体１０のサイズや形状、開口１３の位置（言い換えると、トランス３０Ａ、ＦＥＴ３０Ｂ、３０Ｃ、ダイオード３０Ｄ、ブリッジダイオード３０Ｅ、コイル３０Ｆのそれぞれの搭載位置）などに変更があっても、容易かつ低コストに対応することができる。
　また、筐体１０の底面には、ヒートシンク２０等を固定するためのネジ孔を有するボス１４が立設されている（図２参照）。ボス１４は、例えば、溶着により凹室１１の底面に形成される。また、図示を省略するが、筐体１０の底面には、ヒートシンク２０を固定するためのネジ（符号略、図１Ｂ参照）が挿通されるネジ穴が形成されている。
　以下に、ヒートシンク２０と電気部品３０の固定構造について、ＦＥＴ３０Ｂを例に挙げて説明する。図５Ａ、図５Ｂは、ヒートシンク２０ＢにＦＥＴ３０Ｂを取り付けた状態を示す図である。図６は、ヒートシンク２０Ｂ及びＦＥＴ３０Ｂの構造を示す分解斜視図である。図７は、充電器１におけるヒートシンク２０Ｂ及びＦＥＴ３０Ｂが配置された部分の断面図である。なお、図５Ａ、図５Ｂ、図６及び図７では、絶縁シート５４（図３参照）は省略されている。
　図５Ａ、図５Ｂ、図６及び図７に示すように、ここでは、４つのＦＥＴ３０Ｂが並設され、付勢部材５１によって１つのヒートシンク２０Ｂに押圧固定されている。
　ＦＥＴ３０Ｂは、リード挿入型の汎用トランジスタであり、パッケージ部３１及びリード部３２を有する。パッケージ部３１の一方の主面が放熱面３１ａである。リード部３２は、パッケージ部３１から屈曲した状態で延び、例えば、半田付けにより回路基板４０に接続される。
　ヒートシンク２０Ｂは、部品載置部２１、放熱部２２、固定部２３、フランジ２４及び溝２５を有する。
　部品載置部２１は、ＦＥＴ３０Ｂが載置され、ＦＥＴ３０Ｂで発生する熱を放熱部２２へ伝熱する役割を果たす。また、部品載置部２１は、ＦＥＴ３０Ｂが載置される部品載置面２１ａを有する。部品載置面２１ａは、回路基板４０の基板面に対して傾斜している。部品載置面２１ａを傾斜させることで、回路基板４０の基板面と平行にする場合に比べ、凹室１１の底面積を小さくすることができるが、基板面と平行にしても構わない。
　放熱部２２は、部品載置部２１の部品載置面２１ａとは反対側の面に設けられる。放熱部２２は、ＦＥＴ３０Ｂで発熱した熱を放熱する。放熱部２２は、板状の放熱フィン（符号略）を有する。なお、放熱フィンの形状は特に制限されず、例えば、ピン形状であってもよい。
　固定部２３は、位置決めピン２３ａ及びネジ孔２３ｂを有する。固定部２３には、付勢部材５１が固定される。フランジ２４は、部品載置部２１及び固定部２３から外側に張り出して形成される。フランジ２４には、筐体１０にネジ止めするためのネジ孔２６が設けられる。
　溝２５は、部品載置部２１、固定部２３及びフランジ２４の下面、すなわち筐体１０と接触する面において、外周に沿って設けられる。溝２５には、シール部材５３（図７参照）が配置される。
　このように、ヒートシンク２０Ｂは、複雑な形状である部品載置部２１、放熱部２２、固定部２３、フランジ２４及び溝２５を含めて構成される。すなわち、板金加工では作製困難な構造をヒートシンク２０に纏めることにより、筐体１０には複雑な構造が含まれず、筐体１０を、板金加工等の低コストの製造方法により形成することが可能となる。
　なお、ヒートシンク２０は、ダイカスト成形により形成することができる。特に部品載置部２１と放熱部２２が一体的に成形されることにより、より高い伝熱性及び放熱性を実現することができる。
　付勢部材５１は、４つの板バネ５１ａ及び板バネ５１ａを連結する連結部５１ｂを有する。連結部５１ｂは、ネジ５２が挿通される挿通孔（符号略）及びヒートシンク２０Ｂの位置決めピン２３ａが挿通される挿通孔５１ｃを有する。
　ＦＥＴ３０Ｂは、パッケージ部３１の放熱面（符号略）が部品載置面２１ａと面接触するように部品載置部２１に載置される。この状態で、付勢部材５１がヒートシンク２０Ｂに取り付けられる。具体的には、付勢部材５１は、挿通孔５１ｃにヒートシンク２０Ｂの位置決めピン２３ａが挿通されることにより位置決めされる。そして、付勢部材５１は、挿通孔（図示略）を介してヒートシンク２０Ｂのネジ孔２６にネジ５２が締め付けられることにより、固定される。このとき、板バネ５１ａは、ＦＥＴ３０Ｂをヒートシンク２０Ｂに向けて押圧している状態となる。すなわち、４つのＦＥＴ３０Ｂは、一括してヒートシンク２０Ｂに押圧固定される。また、ＦＥＴ３０Ｂのリード部３２は、例えば半田付けにより、回路基板４０の回路パターン（図示略）と電気的に接続される。ＦＥＴ３０Ｂは、回路基板４０に対して傾いた状態で実装されることとなる。
　ＦＥＴ３０Ｂは回路基板４０に対して傾いて実装されるので、筐体１０と回路基板４０との間のスペースを大きくすることなく、付勢部材５１によってＦＥＴ３０Ｂを押圧固定することができるとともに、絶縁距離を確保することができる。また、ＦＥＴ３０Ｂをヒートシンク２０Ｂに押圧固定することにより、接触熱抵抗が小さくなるので放熱効率が向上し、耐振動性も向上する。さらには、ＦＥＴ３０Ｂには規格化された汎用品を用いるので、低コスト化を図ることができる。
　ヒートシンク２０Ｂは、筐体１０に形成された開口１３を介して、放熱部２２が外部に露出する状態で、筐体１０に取り付けられる（図７参照）。具体的には、ヒートシンク２０Ｂは、フランジ２４に設けられたネジ孔２６に、筐体１０の外側からネジ（符号略、図２参照）が締め付けられることにより、筐体１０に固定される。このとき、ヒートシンク２０Ｂの溝２５にシール部材５３が配置される。これにより、筐体１０とヒートシンク２０Ｂは水密に固定されるので、充電器１の防水性が確保される。なお、シール部材５３には、Ｏリング又は液体ガスケット等を適用できる。
　以上、ヒートシンク２０ＢとＦＥＴ３０Ｂの構造を例に挙げて説明したが、その他のヒートシンク２０Ａ、２０Ｃ～２０Ｆとトランス３０Ａ、ＦＥＴ３０Ｃ、ダイオード３０Ｄ、ブリッジダイオード３０Ｅ、コイル３０Ｆの構造についても、基本的な部分については同様である。なお、筐体１０に対して外側から取り付けられるヒートシンク２０Ｆの場合、シール部材５３が配置される溝２５は、上面に形成される。
　このように、充電器１（電力変換装置）は、回路基板４０と、回路基板４０に実装される電気部品３０と、電気部品３０が載置される部品載置部２１及び電気部品３０で発熱した熱を放熱する放熱部２２を有するヒートシンク２０と、ヒートシンク２０及び電気部品３０を収容する箱状の筐体１０と、ヒートシンク２０と筐体１０との間に介在するシール部材５３と、を有する。筐体１０は、ヒートシンク２０とは別部材で構成される。ヒートシンク２０は、筐体１０に形成された開口１３から放熱部２２が外部に露出する状態で筐体１０に取り付けられる。
　充電器１では、筐体１０とヒートシンク２０が別部材で構成されており、筐体１０は板金加工により形成されているので、充電器１に対する要求仕様（例えば、外形サイズや形状）が異なっても、筐体１０の設計を変更するだけでよく、ヒートシンク２０は筐体１０の設計にかかわらず流用することができる。また、開発段階において電気部品３０のレイアウト等の設計変更を行う場合にも、筐体１０の設計変更だけで容易に対応することができる。したがって、充電器１によれば、設計変更に容易に対応することができ、低コスト化することができる。
　一般に、充電器１が搭載される車種が異なっていても、充電器１の内部に収容される回路基板４０や電気部品３０は大きく変わらない。そのため、ヒートシンク２０及び電気部品３０は、複数の車種にわたって共用化を見込むことができる。したがって、充電器１によれば、複数車種に対する展開も可能となり、さらに低コスト化することができる。
　以上、本開示を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
　本実施の形態では、電力変換装置として充電器１を説明したが、これ以外に、インバーター、ＤＣ－ＤＣコンバーター等の他の車載用の電力変換装置に上述の構造を適用してもよい。
　ヒートシンク２０は、ダイカスト成形以外の製法で作製されてもよく、鍛造又は押出成形を適用することができる。また例えば、シール部材５３を配置するための溝は、ヒートシンク２０ではなく、筐体１０に形成されてもよい。
　さらに、筐体１０は、板金加工以外の製法で作製されてもよい。例えば、筐体１０は、樹脂成形によって作製することができる。すなわち、筐体１０は、樹脂製の成形品でもよい。
　以上の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。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。
　本開示に係る電力変換装置は、充電器、インバーター、ＤＣ－ＤＣコンバーター等の車載用の電力変換装置に好適である。
１　　充電器（電力変換装置）
１０　　筐体
１２，２４　　フランジ
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ　　開口
１４　　ボス
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ　　ヒートシンク
２１　　部品載置部
２１ａ　　部品載置面
２２　　放熱部
２３　　固定部
２３ａ　　位置決めピン
２３ｂ，２６　　ネジ孔
２５　　溝
３０，４１　　電気部品
３０Ａ　　トランス
３０Ｂ，３０Ｃ　　電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
３０Ｄ　　ダイオード
３０Ｅ　　ブリッジダイオード
３０Ｆ　　コイル
３１　　パッケージ部
３１ａ　　放熱面
３２　　リード部
４０　　回路基板
５１　　付勢部材
５１ａ　　板バネ
５１ｂ　　連結部
５１ｃ　　挿通孔
５２　　ネジ
５３　　シール部材
５４　　絶縁シート

Claims (8)

  1. 回路基板と、
    前記回路基板に実装された電気部品と、
    前記電気部品が載置される部品載置部と、前記電気部品で発熱した熱を放熱する放熱部とを有するヒートシンクと、
    前記ヒートシンクとは別部材として構成され、前記ヒートシンクと前記電気部品とを収容するとともに、開口が設けられた箱状の筐体と、
    前記ヒートシンクと前記筐体との間に介在するシール部材と、を備え、
    前記ヒートシンクは、前記筐体の前記開口から前記放熱部が外部に露出する状態で、前記筐体に取り付けられている、
    電力変換装置。
  2. 前記筐体は、金属板で構成されている、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記筐体は、樹脂製である、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 前記ヒートシンクは、ダイカスト成形品である、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 前記ヒートシンクには、前記シール部材が配置される溝が設けられている、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 前記電気部品を前記部品載置部に押圧固定する付勢部材をさらに備え、
    前記ヒートシンクは、前記付勢部材を固定するための固定部を有する、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  7. 前記付勢部材は、板バネであり、
    前記固定部は、前記付勢部材を位置決めする位置決めピンと、前記付勢部材をネジ止めするネジ孔を含む、
    請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 前記電気部品は、通電により発熱する電力用半導体素子を含む、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
PCT/JP2018/016252 2017-04-28 2018-04-20 電力変換装置 WO2018198953A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201890000510.0U CN210157083U (zh) 2017-04-28 2018-04-20 电力转换装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017089991A JP2018191388A (ja) 2017-04-28 2017-04-28 電力変換装置
JP2017-089991 2017-04-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018198953A1 true WO2018198953A1 (ja) 2018-11-01

Family

ID=63919647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/016252 WO2018198953A1 (ja) 2017-04-28 2018-04-20 電力変換装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2018191388A (ja)
CN (1) CN210157083U (ja)
WO (1) WO2018198953A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220209513A1 (en) * 2020-12-24 2022-06-30 Hyundai Mobis Co., Ltd. Heat dissipation assembly structure for power part

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7147598B2 (ja) * 2019-01-29 2022-10-05 株式会社デンソー 電源装置
JP7279847B2 (ja) 2020-03-05 2023-05-23 富士電機株式会社 電力変換装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09207583A (ja) * 1996-02-09 1997-08-12 Hitachi Ltd 電気車の電子部品冷却構造
JP2014067767A (ja) * 2012-09-25 2014-04-17 Stanley Electric Co Ltd ヒートシンク及びこれを備えた照明装置
JP2016134442A (ja) * 2015-01-16 2016-07-25 日立アプライアンス株式会社 屋外設置機器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09207583A (ja) * 1996-02-09 1997-08-12 Hitachi Ltd 電気車の電子部品冷却構造
JP2014067767A (ja) * 2012-09-25 2014-04-17 Stanley Electric Co Ltd ヒートシンク及びこれを備えた照明装置
JP2016134442A (ja) * 2015-01-16 2016-07-25 日立アプライアンス株式会社 屋外設置機器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220209513A1 (en) * 2020-12-24 2022-06-30 Hyundai Mobis Co., Ltd. Heat dissipation assembly structure for power part
US11925007B2 (en) * 2020-12-24 2024-03-05 Hyundai Mobis Co., Ltd. Heat dissipation assembly structure for power part

Also Published As

Publication number Publication date
CN210157083U (zh) 2020-03-17
JP2018191388A (ja) 2018-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5823020B2 (ja) 電力変換装置
US8670234B2 (en) Electronic control device
CN110383612B (zh) 电气连接箱
WO2016104108A1 (ja) 回路構成体及び電気接続箱
WO2018198953A1 (ja) 電力変換装置
CN108293311B (zh) 电气接线盒
WO2016002748A1 (ja) 電気接続箱
JP5252793B2 (ja) 電装品ユニット
US20220256730A1 (en) Power supply device with a heat generating component
US10553841B2 (en) Power storage module
CN110024243B (zh) 电气连接箱
JP2012216871A (ja) 電装品ユニット
WO2017098703A1 (ja) 発熱電子部品の放熱装置、およびその製造方法、並びに車載充電器
JP4688751B2 (ja) 半導体装置
JP6249992B2 (ja) コネクタモジュールの放熱構造
JP6194868B2 (ja) 電気接続箱
JP2019004022A (ja) 電気接続箱及びその据付構造
JP2548239Y2 (ja) 車載用オーディオ装置
JP4619750B2 (ja) 電子ユニット
WO2018193625A1 (ja) 電力変換装置
JP2009224707A (ja) 発熱部品の放熱構造及び電動パワーステアリング装置のコントロールユニット並びに発熱部品集合体の製造方法
JP2018207676A (ja) 車載充電器
JP2014220925A (ja) リレーユニット
JPH08307077A (ja) プリント基板実装品およびプリント基板実装ユニット品
JP2013098273A (ja) 回路構成体

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18789966

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18789966

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1