WO2019026161A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2019026161A1
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module
disposed
storage case
wiring board
reactor
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市川　正人
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a power converter.
  • an AC voltage is generated in an alternator by driving an engine, and the generated AC voltage is converted into a DC voltage by rectification by a rectifier circuit and smoothing by an electrolytic capacitor.
  • an apparatus that converts the DC voltage into an AC voltage by an inverter (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-102200).
  • a noise filter for reducing noise is connected to the output side of the inverter according to the level of the noise of the AC voltage converted by the inverter.
  • the power conversion device is configured by resin sealing in a state where the electronic component is stored in the storage case.
  • a rectifier circuit for rectifying an alternating voltage and an H bridge circuit for converting power are configured as one module sealed.
  • a voltage obtained by rectifying an input voltage (AC voltage) from the module is output to a smoothing capacitor outside the module, and the DC voltage smoothed by the smoothing capacitor is the module. Is input to an electronic component that converts the voltage of Thereafter, the AC voltage converted by the module is output as the output voltage of the power conversion device via the reactor and the noise filter.
  • AC voltage input voltage
  • a power converter that outputs an output voltage obtained by power converting an input voltage
  • a storage case having a first surface and a second surface opposite to the first surface
  • a wiring board disposed in the storage case and having a third surface opposite to the first surface of the storage case and a fourth surface opposite to the third surface
  • a rectifying module Y which is disposed in a first area on the first surface of the storage case, is electrically connected to the wiring board, and rectifies and outputs the input voltage
  • An H-bridge module disposed adjacent to the rectification module in a second region on the first surface of the storage case, electrically connected to the wiring board, and converting and outputting a voltage rectified by the rectification module
  • a reactor disposed adjacent to the H-bridge module in a third region on the first surface of the storage case, electrically connected to the wiring board, and adjusting and outputting a voltage output from the H-bridge module
  • a control unit disposed on the fourth surface of the wiring board and controlling operations of the rectification module and
  • the rectifying module has a second sealing member different from the first sealing member, and a circuit portion of the rectifying module is sealed by the second sealing member.
  • the H-bridge module has a third sealing member different from the first sealing member, and a circuit portion of the H-bridge module is sealed by the third sealing member. It is characterized by
  • the first direction in which the rectifying module and the H bridge module are adjacent is different from the second direction in which the H bridge module and the reactor are adjacent on the first surface of the storage case,
  • the fourth surface of the wiring substrate so that the smoothing capacitor is positioned adjacent to the rectifying module and above the region adjacent to the H bridge module in the second direction on the opposite side to the reactor. It is characterized by being placed on top.
  • the device may further include an input terminal to which the input voltage is supplied.
  • the first sealing member is disposed on the fourth surface of the wiring substrate, connected to the wiring substrate, and a connection portion with the wiring substrate is sealed by the first sealing member, and the voltage supplied from the noise filter is It further comprises an output terminal for outputting as an output voltage.
  • the amount of heat generated per unit time during operation of the rectifying module, the H bridge module, and the reactor disposed on the first surface of the storage case is disposed on the fourth surface of the wiring board It is characterized in that the amount of heat generation per unit time during operation of the smoothing capacitor and the noise filter is larger.
  • the heat generation amount per unit time during the operation of the H bridge module is larger than the heat generation amount per unit time during the operation of the rectification module.
  • a calorific value per unit time during operation of the reactor is smaller than a calorific value per unit time during operation of the rectifying module and the H bridge module.
  • the first region of the first surface in which the rectifying module is disposed is a first recess formed to be recessed in the first surface of the storage case, and the second surface side of the first recess is And projecting from the second surface of the storage case.
  • the second region of the first surface in which the H-bridge module is disposed is a second recess formed to be recessed in the first surface of the storage case, and the second surface side of the second recess is disposed. Is projecting from the second surface of the storage case.
  • the third region of the first surface in which the reactor is disposed is a third recess formed to be recessed in the first surface of the storage case, and the second surface side of the third recess is: It protrudes from the said 2nd surface of the said storage case, It is characterized by the above-mentioned.
  • the apparatus may further include a heat dissipating fin disposed on the second surface of the storage case.
  • the heat radiation fin is housed on the second surface with respect to a region ranging from the first region where the rectification module of the first surface is disposed to the second region where the H bridge module is disposed. It is characterized by extending so as to continuously face each other through the case.
  • the radiation fin is provided on the second surface so as to extend in a direction parallel to a first direction in which the first region and the second region are adjacent on the first surface. It is characterized by
  • the heat dissipating fins are configured to dissipate heat generated by at least the rectifying module and the H bridge module to the outside by being cooled by an air flow supplied from the outside. At least a part of the air flow induced by the heat dissipating fins is disposed to avoid the second surface side of the third recess in which the reactor is disposed.
  • a power conversion device is a power conversion device that outputs an output voltage obtained by power conversion of an input voltage, and includes a first surface and a storage case having a second surface opposite to the first surface.
  • a wiring board disposed in the storage case and having a third surface facing the first surface of the storage case and a fourth surface opposite to the third surface, and the first surface of the storage case
  • a rectifying module Y disposed in the first area of the storage case, electrically connected to the wiring board, and rectifying and outputting the input voltage; and the rectifying module in the second area on the first surface of the storage case.
  • An H-bridge module disposed adjacent to and electrically connected to the wiring board and converting and outputting a voltage rectified by the rectifying module, and the H-bridge module in a third area on the first surface of the storage case
  • a reactor electrically connected to the wiring board, and adjusting and outputting a voltage output from the H-bridge module, and a reactor disposed on the fourth surface of the wiring board, the rectification module and the H-bridge
  • a control unit for controlling the operation of the module and the fourth surface of the wiring board are connected to the output of the rectification module via the wiring of the wiring board, and the voltage output from the rectification module is smoothed
  • the power conversion device can reduce the size while optimizing the current path in consideration of the margin of thermal design.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power generation system 1000 to which the power conversion device 100 according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the main configuration of the power conversion device 100 according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a top view showing an example of the external appearance of the power conversion device 100 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of power conversion device 100 shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a bottom view of the storage case H of the power conversion device 100 shown in FIG. 6 is a side view of the storage case H shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view of the storage case H shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an example of the state before sealing in which the first to third electronic components Y, M, R are mounted on the storage case H shown in FIG.
  • FIG. 9 is a top view showing an example of a state before resin sealing in which the first to third electronic components Y, M, R are mounted on the storage case H shown in FIG.
  • FIG. 10 is a top view showing an example of the wiring board 10 shown in FIG. 3 and FIG.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power generation system 1000 to which the power conversion device 100 according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a main configuration of the power conversion device 100 according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a top view which shows an example of a structure of the external appearance of the power converter device 100 shown in FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of power conversion device 100 shown in FIG. 5 is a bottom view of the storage case H of the power conversion device 100 shown in FIG. 6 is a side view of the storage case H shown in FIG. 7 is a perspective view of the storage case H shown in FIG. Further, FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an example of a state before sealing in which the first to third electronic components Y, M, R are mounted on the storage case H shown in FIG. 9 is a top view showing an example of the state before resin sealing, in which the first to third electronic components Y, M, R are mounted on the storage case H shown in FIG. 10 is a top view showing an example of the wiring substrate 10 shown in FIG. 3 and FIG.
  • FIG. 2 shows a state in which each electronic component of the power conversion device 100 and the wiring substrate 10 are sealed by the first sealing member 11.
  • FIG. 4 shows a cross section of the power conversion device 100 along a straight line parallel to the second direction D2 passing through the fourth electronic component W.
  • the power generation system 1000 includes a fan X driven by an engine E and an alternator (not shown) connected to the engine E, and an AC voltage (input voltage VIN) output from the alternator. And a power converter 100 for outputting an AC voltage (output voltage VOUT) subjected to power conversion.
  • the air flow A which is cooling air
  • the air flow A flows from the outside into the power generation system 1000 and is induced around the power conversion device 100 and the engine E.
  • the power conversion device 100 and the engine E are cooled by the air flow A that is the cooling air, and the heat generated by the power conversion device 100 and the engine E is released to the outside together with the air flow B.
  • such a power conversion device 100 includes a storage case H, a radiation fin Z, a first sealing member 11, a wiring board 10, and an input terminal TIN.
  • the noise filter F includes the capacitor C2F and the fourth electronic component W.
  • the storage case H is a first surface (upper surface) A1 which is an inner surface (electronic component mounting surface) of the storage case H and a second surface opposite to the first surface A1. It has two surfaces A2 (lower surface, outer surface).
  • the storage case H and the radiation fin Z are made of, for example, aluminum and integrally molded.
  • the first electronic component Y is disposed, for example, in a first area S1 on the first surface A1 of the storage case H, as shown in FIGS. 8 and 9.
  • the first electronic component Y is a first heat source that generates heat by operation.
  • the first electronic component Y is electrically connected to the wiring board 10, is controlled by the control unit CON, and is a rectifier circuit that rectifies and outputs an input voltage (AC voltage) VIN. (Rectifying module).
  • the first electronic component Y is molded by a second sealing member (sealing resin) different from the first sealing member 11. That is, the rectifying module Y has a second sealing member different from the first sealing member 11, and the circuit portion of the rectifying module Y is sealed by the second sealing member.
  • the first electronic component Y includes a plurality of terminals YT for inputting and outputting an input voltage VIN, a rectified voltage, or a control signal. These terminals YT are electrically connected to the electrodes 10Y of the wiring substrate 10 by solder or the like (FIG. 3, FIG. 10).
  • the first electronic component (rectification module) Y is electrically connected to the wiring substrate 10.
  • the input (terminal YT for input, electrode 10Y) of the rectification module Y is connected to the input terminal TIN through the wiring 10Ya of the wiring substrate 10, and the output of the rectification module Y (terminal YT for output, electrode 10Y) is connected to the smoothing capacitor C via the wiring 10Ca of the wiring substrate 10 (FIG. 3).
  • the first region S1 of the first surface A1 in which the first electronic component Y is disposed is formed to be recessed in the first surface A1 of the storage case H.
  • the second surface A2 side of the first recess S1b is a protrusion S1a protruding from the second surface A2 of the storage case H (FIG. 5).
  • the second electronic component M is, for example, as shown in FIGS. 8 and 9, in the second region S2 on the first surface A1 of the storage case H in the first direction D1 in the first electronic component Y. It is located adjacent to.
  • the second electronic component M is a second heat source that generates heat by operation.
  • the second electronic component M is electrically connected to the wiring substrate 10, controlled by the control unit CON, and rectified by the rectifier circuit (first electronic component) Y. It is an H bridge module (H bridge circuit) that converts and outputs.
  • the second electronic component M is molded by a third sealing member (sealing resin) different from the first sealing member 11. That is, the H-bridge module M has a third sealing member different from the first sealing member 11, and the circuit portion of the H-bridge module M is sealed by the third sealing member.
  • a third sealing member sealing resin
  • the second electronic component M includes a plurality of terminals MT for inputting and outputting a rectified voltage, an AC voltage, or a control signal. These terminals MT are electrically connected to the electrode 10M of the wiring substrate 10 by a solder material or the like (FIG. 3, FIG. 10).
  • the second electronic component (H bridge module) M is electrically connected to the wiring board 10.
  • the input (terminal MT for input, electrode 10M) of the H-bridge module M is connected to the output (terminal MT for output, electrode 10Y) of the rectification module Y via the wiring 10Ca and 10Cb of the wiring substrate 10
  • the output (terminal MT for output, electrode 10M) of the H bridge module M is connected to the input (terminal MT for input, electrode 10Y) of the reactor R via the wiring 10Ra of the wiring substrate 10 Figure 3).
  • the heat generation amount per unit time during operation of the second electronic component (H bridge module) M is larger than the heat generation amount per unit time during operation of the first electronic component (rectification module) Y. It has become.
  • the second region S2 of the first surface A1 in which the second electronic component M is disposed is formed to be recessed in the first surface A1 of the storage case H.
  • the second surface A2 side of the second concave portion S2b is a convex portion S2a protruding from the second surface A2 of the storage case H (FIG. 5).
  • the third electronic component R is a second electronic component (in the second direction D) in the third region S3 on the first surface A1 of the storage case H.
  • H bridge module is arranged adjacent to M).
  • the third electronic component R is a third heat source that generates heat by operation.
  • the third electronic component R is electrically connected to the wiring substrate 10, adjusts the voltage output from the H bridge module M (removes the high frequency component), and outputs it. It is a reactor.
  • the third electronic component R is provided with a plurality of terminals RT for receiving the voltage output from the H-bridge module M and outputting the adjusted voltage.
  • These terminals RT are electrically connected to the electrode 10Y of the wiring substrate 10 by a solder material or the like (FIG. 3, FIG. 10).
  • the third electronic component (reactor) R is electrically connected to the wiring substrate 10.
  • the input (terminal RT for input, electrode 10R) of the reactor R is connected to the output of the H bridge module M through the wiring 10Ra of the wiring substrate 10, and the output of the reactor R (terminal RT for output).
  • the electrode 10R is connected to the input of the noise filter F via the wiring 10Rb of the wiring substrate 10 and the capacitor C1F disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10 (FIG. 3).
  • the calorific value per unit time during operation of the third electronic component (reactor) R is equal to that during operation of the first electronic component (rectification module) Y and the second electronic component (H bridge module) M. It is smaller than the calorific value per unit time.
  • the third region S3 of the first surface A1 in which the third electronic component R is disposed is formed to be recessed in the first surface A1 of the storage case H.
  • the second surface A2 side of the third concave portion S3b is a convex portion S3a protruding from the second surface A2 of the storage case H (FIG. 5).
  • the fourth electronic component W is adjacent to the third electronic component R in the fourth region S4 on the first surface A1 of the storage case H, as shown in FIGS. 4, 8 and 9, for example. It is arranged as.
  • the fourth electronic component R is a winding constituting the noise filter F.
  • the fourth region S4 of the first surface A1 in which the fourth electronic component R is disposed is formed to be recessed in the first surface A1 of the storage case H.
  • the second surface A2 side of the fourth concave portion S4b is a convex portion S4a protruding from the second surface A2 of the storage case H (FIG. 5).
  • the first to fourth electronic components Y, M, R, and W are arranged along the outer periphery of the substantially rectangular first surface (inner surface) A1 of the storage case H (that is, along the current path through which current flows). ) Are arranged.
  • the storage case H stores the first to fourth electronic components Y, M, R, and W, so that the space can be reduced, and the size of the power conversion device 100 can be reduced.
  • the wiring substrate 10 is disposed in the storage case H, for example, as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the wiring substrate 10 has a third surface A3 (lower surface) opposite to the first surface A1 of the storage case H and a fourth surface A4 (upper surface) opposite to the third surface A3.
  • the wiring board 10 includes a plurality of wirings 10Ya, 10Ca, 10Cb, 10Ra, 10Rb, 10Fa, 10a, 10b, and a plurality of electrodes 10Y, 10M, 10R, 10F.
  • the input terminal TIN is disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10, as shown in FIGS. 3 and 10, for example.
  • the input terminal TIN is connected to the input of the rectification module (first electronic component Y) via the wiring of the wiring board 10.
  • the input terminal TIN is adapted to be supplied with an input voltage VIN.
  • the input terminal TIN is electrically connected to the electrode 10Y via the wiring 10Ya of the wiring substrate 10.
  • the smoothing capacitor C is disposed, for example, on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10, as shown in FIGS.
  • the smoothing capacitor C is, for example, an H bridge module M adjacent to the rectifying module Y (first region S1) and opposite to the reactor R (third region S3) as shown in FIGS. 3 and 8. It is disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10 so as to be located above the region adjacent to the (second region S2) and the second direction D2.
  • the smoothing capacitor C is connected to the output (output terminal YT, electrode 10Y) of the rectification module (first electronic component) Y via the wiring 10Ca of the wiring substrate 10.
  • the connection portion with the wiring substrate 10 is sealed by the first sealing member 11.
  • the smoothing capacitor C is configured to smooth the voltage output from the rectifying module (first electronic component) Y.
  • the smoothing capacitor C is electrically connected to the electrode 10Y via the wiring 10Ca of the wiring substrate 10. Furthermore, for example, as shown in FIG. 3, the smoothing capacitor C is electrically connected to the electrode 10M via the wiring 10Cb of the wiring substrate 10. That is, the smoothing capacitor C is connected to the input (input terminal MT, electrode 10 M) of the H-bridge module M through the wiring 10 Cb of the wiring substrate 10.
  • the capacitor CF2 of the noise filter F is disposed, for example, on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10, as shown in FIGS.
  • the noise filter F filters the voltage output from the LC filter FX configured by the third electronic component (reactor) R and the capacitor CF1, and outputs the filtered voltage to the output terminal TOUT.
  • the input of the noise filter F is connected to the output of the reactor R through the wiring 10Rb of the wiring substrate 10 and the capacitor CF1.
  • the output of the noise filter F is electrically connected to the output terminal TOUT through the wiring 10 Fa of the wiring substrate 10.
  • the capacitor CF2 of the noise filter F is disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10, and connected to the output (terminal RT for output, electrode 10R) of the reactor R via the wiring 10Fa of the wiring substrate 10, The voltage output from the LC filter FX is filtered and output.
  • the output terminal TOUT is disposed, for example, on the fourth surface (upper surface) A4 of the wiring board 10, as shown in FIGS.
  • the output terminal TOUT is connected to the wiring substrate 10, and the connection portion with the wiring substrate 10 is sealed by the first sealing member 11.
  • the output terminal TOUT is configured to output the voltage supplied from the noise filter F as an output voltage VOUT.
  • control unit CON is disposed on the fourth surface A4 of the wiring board 10.
  • the control unit CON is configured to control the operation of the first electronic component (rectification module) Y and the second electronic component (H bridge module) M.
  • the control unit CON is configured to control the operation of the first electronic component (rectification module) Y by inputting / outputting a control signal via the wiring 10 a and the electrode 10 Y of the wiring substrate 10 shown in FIG. 3. .
  • control unit CON inputs / outputs control signals via the wiring 10b and the electrodes 10M of the wiring substrate 10 shown in FIG. 3 to control the operation of the second electronic component (H bridge module) M. It has become.
  • the first sealing member 11 includes the first to fourth electronic components Y, M, R, and W on the first surface A1 of the storage case H. It is designed to seal.
  • the first sealing member 11 includes the control unit CON, a part of the input terminal TIN, a part of the smoothing capacitor C, and a capacitor of the noise filter F on the wiring board 10 and the fourth surface A4 of the wiring board 10 A part of the CF2 and a part of the output terminal TOUT are sealed.
  • the first sealing member 11 is, for example, a sealing resin such as an epoxy resin.
  • the heat dissipating fins Z are disposed, for example, on the second surface (outer surface) A2 of the storage case H, as shown in FIGS. 4 to 8.
  • the heat dissipating fins Z are configured to be cooled by an air flow supplied from the outside of the power generation system 1000 so as to release the heat generated by at least the first and second electronic components M to the outside.
  • the heat dissipating fins Z are arranged on the second surface A2 from the first region S1 to the second electronic component M in which the first electronic component Y of the first surface A1 is disposed. It extends so as to continuously face the area extending over the second area S2 via the storage case H. That is, the heat dissipating fins Z are in contact with the protrusions S2a and S3a on the second surface A2 side of the first recess S1b and the second recess S2b.
  • the radiation fin Z extends in a direction parallel to the first direction D1 where the first region S1 and the second region S2 are adjacent on the first surface A1. It is provided on two surfaces A2.
  • a plurality of the radiation fins Z are provided so as to extend in a direction parallel to the first direction D1.
  • This radiation fin Z has the flat form which protruded from 2nd surface A2 of storage case H, as shown, for example in FIG.
  • the heat radiation fin Z is a region facing the third region S3 in which the third electronic component R of the first surface A1 is disposed on the second surface A2. Is not provided. Then, for example, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, the radiation fin Z is not in contact with the second surface A2 side of the third recess S3b. In other words, the radiation fin Z is not provided for the third electronic component R which is a reactor.
  • the calorific value per unit time during operation of the second electronic component (H bridge module) M is the heat generation per unit time during operation of the first electronic component (rectification module) Y. It is larger than the amount.
  • the calorific value per unit time during operation of the third electronic component (reactor) R is the first electronic component (H bridge module) Y and the second electronic component (rectification module)
  • the calorific value per unit time at the time of operation of M is smaller.
  • the second electronic component (H bridge module) M and the first electronic component (rectification module) Y which generate a large amount of heat, are disposed adjacent to each other.
  • the radiation fins Z for radiating the heat of the first and second electronic components Y and M are arranged in a first direction D1 from the module M side to the rectification module Y side such that the induction direction of the air flow is away from the reactor R.
  • the first direction D1 in which the first electronic component Y and the second electronic component M are adjacent is the first direction This is different from the second direction D2 in which the two electronic components M and the third electronic component R are adjacent to each other.
  • the radiation fin Z is disposed such that at least a part of the air flow induced by the radiation fin Z avoids the second surface A2 side of the third recess S3b in which the third electronic component R is disposed.
  • the air flow (cooling air) is guided along the radiation fin Z so as to be separated from the third electronic component (reactor) R adjacent to the second electronic component (module) M, and the third electron
  • the heat generated by the second electronic component (module) M having a large calorific value and the heat generated by the first electronic component (rectification module) Y are dissipated in order while heat generation from the component (reactor) R is avoided.
  • the calorific value per unit time during operation of the rectifying module Y, the H bridge module M, and the reactor R disposed on the first surface A1 of the storage case H is on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10
  • the rectifying module Y having a large heat generation amount, the H bridge module M, and the reactor R are disposed on the first surface A1 of the storage case H having high heat dissipation, and the smoothing capacitor C having a small heat generation amount, And, by arranging the noise reduction filter F and the control unit CON to reduce the influence of heat on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10, the arrangement of each component is optimized while improving the heat dissipation and controllability. be able to.
  • the power conversion device is a power conversion device that outputs an output voltage obtained by power conversion of an input voltage, and the first surface and the second surface opposite to the first surface
  • a storage case a wiring board disposed in the storage case and having a third surface opposite to the first surface of the storage case and a fourth surface opposite to the third surface, and a first surface on the first surface of the storage case
  • a rectifying module Y which is disposed in one area, is electrically connected to the wiring board, rectifies and outputs an input voltage, and is disposed adjacent to the rectifying module in a second area on the first surface of the storage case,
  • An H-bridge module electrically connected to the substrate and converting and outputting a voltage rectified by the rectifying module, and a third region on the first surface of the storage case, disposed adjacent to the H-bridge module, on the wiring substrate Electrically connected, H bridge A reactor that regulates and outputs the voltage output by the Joule, a controller that is disposed on the fourth surface of the wiring board and
  • the power conversion device can reduce the size while optimizing the current path in consideration of the margin of thermal design.
  • Power Conversion Device 1000 Power Generation System E Engine X Fan A, B Airflow H Storage Case Z Heat Dissipation Fin 11 First Sealing Member 10 Wiring Board TIN Input Terminal TOUT Output Terminal Y First Electronic Component (Rectification Circuit, Rectification Module) M Second electronic component (H bridge circuit, H bridge module) R Third electronic component (reactor) W fourth electronic component, C Smoothing Capacitor FX LC Filter F Noise Filter CON Control Section CF1, C2F Capacitors 10Ya, 10Ca, 10Cb, 10Ra, 10Rb, 10Fa, 10a, 10b Wirings 10Y, 10M, 10R, 10F Electrodes

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Abstract

電力変換装置は、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、収納ケース内に配置され、収納ケースの第１面に対向する第３面および第３面の反対側の第４面を有する配線基板と、収納ケースの第１面上で、整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタを封止するとともに、配線基板、及び、配線基板の第４面上の、制御部、平滑化キャパシタ、並びに、ノイズフィルタを封止する、第１の封止部材と、を備える。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換装置に関する発明である。
　従来、携帯型発電機等に用いられる発電機には、エンジンの駆動により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）。
　さらに、上記従来の発電機においては、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が接続されている。
　このような発電機において、電子部品を収納ケース内に収納された状態で樹脂封止して電力変換装置が構成されている。
　そして、このような電力変換装置には、熱設計のマージンを考慮して各電子部品（モジュール）に流れる電流のアンバランスを抑制することで、小型化及び低コスト化を図るものがある（例えば、特開２０１７‐１７９１１号公報参照）。
　しかしながら、従来の電力変換装置では、大電流が流れて発熱量が大きい整流回路や電力を変換するＨブリッジ回路の電流経路と、発熱量が小さい平滑化キャパシタ、ノイズフィルタや制御部の電流経路との関係について十分に検討されていない。
　そして、例えば、従来の電力変換装置では、交流電圧を整流する整流回路と電力を変換するＨブリッジ回路とが封止された１つのモジュールとして構成されているものがある。
　このような従来の電力変換装置では、当該モジュールから入力電圧（交流電圧）を整流した電圧が当該モジュールの外部の平滑化キャパシタに出力され、この平滑化キャパシタにより平滑化された直流電圧が当該モジュールの電圧を変換する電子部品に入力される。その後、当該モジュールにより変換された交流電圧が、リアクタ及びノイズフィルタを経由して、電力変換装置の出力電圧として出力されることになる。
　このように、上記従来の電力変換装置では、当該１つのモジュールから電圧を入出力する電流経路が複数存在するため、この１つのモジュールの複数の電流経路に基づいて熱設計のマージンを検討する必要がある。すなわち、従来の電力変換装置では、熱設計のマージンを考慮して当該電力変換装置のサイズを適切に縮小できない問題がある。
　そこで、本発明では、熱設計のマージンを考慮して電流経路を最適化しつつ、サイズの縮小を図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実施形態に従った電力変換装置は、
　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、
　前記収納ケースの前記第１面上の第１領域に配置され、前記配線基板に電気的に接続され、前記入力電圧を整流して出力する整流モジュールＹと、
　前記収納ケースの前記第１面上の第２領域に前記整流モジュールに隣接して配置され、前記配線基板に電気的に接続され、前記整流モジュールが整流した電圧を変換して出力するＨブリッジモジュールと、
　前記収納ケースの前記第１面上の第３領域に前記Ｈブリッジモジュールに隣接して配置され、前記配線基板に電気的に接続され、Ｈブリッジ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、前記整流モジュール及びＨブリッジモジュールの動作を制御する制御部と、
　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モジュールの出力に接続され、前記整流モジュール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４面上に配置され、前記配線基板の配線を介して前記リアクタを含むＬＣフィルタの出力に接続され、前記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、
　前記収納ケースの前記第１面上で、前記整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタを封止するとともに、前記配線基板、及び、前記配線基板の前記第４面上の、前記制御部、平滑化キャパシタ、並びに、ノイズフィルタを封止する、第１の封止部材と、を備える
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記整流モジュールは、前記第１の封止部材とは異なる第２の封止部材を有し、前記整流モジュールの回路部分は、前記第２の封止部材で封止され、
　前記Ｈブリッジモジュールは、前記第１の封止部材とは異なる第３の封止部材を有し、前記Ｈブリッジモジュールの回路部分は、前記第３の封止部材で封止されている
　ていることを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記整流モジュールと前記Ｈブリッジモジュールとが隣接する第１の方向は、前記収納ケースの前記第１面上において、前記Ｈブリッジモジュールと前記リアクタとが隣接する第２の方向と、異なり、
　前記平滑化キャパシタは、前記整流モジュールに隣接し且つ前記リアクタと反対側で前記Ｈブリッジモジュールと前記第２の方向に隣接する領域の上方に、位置するように、前記配線基板の前記第４面上に配置されている
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　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モジュールの入力に接続され、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をさらに備える
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　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をさらに備える
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記収納ケースの前記第１面上に配置された、前記整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタの動作時の単位時間当たりの発熱量は、前記配線基板の前記第４面上に配置された平滑化キャパシタ、及び、ノイズフィルタの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、大きい
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記Ｈブリッジモジュールの動作時の単位時間当たりの発熱量が前記整流モジュールの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、大きい
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記リアクタの動作時の単位時間当たりの発熱量は、前記整流モジュール及び前記Ｈブリッジモジュールの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、小さいことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記整流モジュールが配置される前記第１面の前記第１領域は、前記収納ケースの前記第１面に凹むように形成された第１凹部であり、前記第１凹部の前記第２面側は、前記収納ケースの前記第２面から突出している
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記Ｈブリッジモジュールが配置される前記第１面の前記第２領域は、前記収納ケースの前記第１面に凹むように形成された第２凹部であり、前記第２凹部の前記第２面側は、前記収納ケースの前記第２面から突出している
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記リアクタが配置される前記第１面の前記第３領域は、前記収納ケースの前記第１面に凹むように形成された第３凹部であり、前記第３凹部の前記第２面側は、前記収納ケースの前記第２面から突出している
　ことを特徴とする。
　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さらに備えることを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記放熱フィンは、前記第２面上において、前記第１面の前記整流モジュールが配置された前記第１領域から前記Ｈブリッジモジュールが配置された前記第２領域に亘る領域に対して、前記収納ケースを介して連続して対向するように、延在している
　ことを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記放熱フィンは、前記第１面上で前記第１領域と前記第２領域とが隣接する第１の方向に平行な方向に延在するように、前記第２面上に設けられていることを特徴とする。
　前記電力変換装置において、
　前記放熱フィンは、外部から供給された気流により冷却されることで、少なくとも前記整流モジュール及びＨブリッジモジュールが発する熱を外部に放出するように構成されるとともに、
　前記放熱フィンにより誘導される気流の少なくとも一部が、前記リアクタが配置される前記第３凹部の前記第２面側を避けるように配置されている
　ことを特徴とする。
　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、前記収納ケースの前記第１面上の第１領域に配置され、前記配線基板に電気的に接続され、前記入力電圧を整流して出力する整流モジュールＹと、前記収納ケースの前記第１面上の第２領域に前記整流モジュールに隣接して配置され、前記配線基板に電気的に接続され、前記整流モジュールが整流した電圧を変換して出力するＨブリッジモジュールと、前記収納ケースの前記第１面上の第３領域に前記Ｈブリッジモジュールに隣接して配置され、前記配線基板に電気的に接続され、Ｈブリッジ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、前記整流モジュール及びＨブリッジモジュールの動作を制御する制御部と、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モジュールの出力に接続され、前記整流モジュール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４面上に配置され、前記配線基板の配線を介して前記リアクタの出力に接続され、前記リアク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、前記収納ケースの前記第１面上で、前記整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタを封止するとともに、前記配線基板、及び、前記配線基板の前記第４面上の、前記制御部、平滑化キャパシタ、並びに、ノイズフィルタを封止する、第１の封止部材と、を備える。
　これにより、発熱量が大きい整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタを放熱性が高い収納ケースＨの第１面上に配置するとともに、発熱量が小さいされた平滑化キャパシタ、及び、ノイズフィルタや熱の影響を低減すべき制御部を配線基板の第４面上に配置することで、放熱性及び制御性を向上しつつ、各部品の配置を最適化することができる。
　すなわち、本発明の一態様に係る電力変換装置は、熱設計のマージンを考慮して電流経路を最適化しつつ、サイズの縮小を図ることができる。
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上面図である。 図４は、図３に示す電力変換装置１００の構成の一例を示す断面図である。 図５は、図３に示す電力変換装置１００の収納ケースＨの下面図である。 図６は、図５に示す収納ケースＨの側面図である。 図７は、図５に示す収納ケースＨの斜視図である。 図８は、図７に示す収納ケースＨに、第１ないし第３の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒを搭載した、封止前の状態の一例を示す斜視図である。 図９は、図７に示す収納ケースＨに、第１ないし第３の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒを搭載した、樹脂封止前の状態の一例を示す上面図である。 図１０は、図３、図４に示す配線基板１０の一例を示す上面図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面に基づいて説明する。
第１の実施形態
　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。また、図２は、図１に示第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。また、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上面図である。また、図４は、図３に示す電力変換装置１００の構成の一例を示す断面図である。また、図５は、図３に示す電力変換装置１００の収納ケースＨの下面図である。また、図６は、図５に示す収納ケースＨの側面図である。また、図７は、図５に示す収納ケースＨの斜視図である。また、図８は、図７に示す収納ケースＨに、第１ないし第３の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒを搭載した、封止前の状態の一例を示す斜視図である。また、図９は、図７に示す収納ケースＨに、第１ないし第３の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒを搭載した、樹脂封止前の状態の一例を示す上面図である。また、図１０は、図３、図４に示す配線基板１０の一例を示す上面図である。
　なお、図２においては、簡単のため、電力変換装置１００が入力電圧ＶＩＮを出力端子ＴＯＵＴに電力変換するために必要な構成を示し、その他の構成については省略している。また、図３においては、電力変換装置１００の各電子部品及び配線基板１０が第１の封止部材１１により封止された状態を示している。また、図４においては、第４の電子部品Ｗを通る第２の方向Ｄ２に平行な直線に沿った電力変換装置１００の断面を示している。
　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）により駆動するファンＸと、該オルタネータが出力した交流電圧（入力電圧ＶＩＮ）を電力変換した交流電圧（出力電圧ＶＯＵＴ）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、外部から冷却風である気流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が冷却風である気流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となる。
　このような電力変換装置１００は、例えば、図２、図３に示すように、収納ケースＨと、放熱フィンＺと、第１の封止部材１１と、配線基板１０と、入力端子ＴＩＮと、出力端子ＴＯＵＴと、第１の電子部品（整流モジュール）Ｙと、第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍと、ＬＣフィルタ（第３の電子部品（リアクタ）Ｒ、キャパシタCF1）ＬＣと、平滑化キャパシタＣと、ノイズフィルタＦと、制御部ＣＯＮと、を備える。
　なお、ノイズフィルタＦには、キャパシタＣ２Ｆと、第４の電子部品Ｗと、が含まれる。
　そして、例えば、図４ないし図９に示すように、収納ケースＨは、当該収納ケースＨの内面（電子部品搭載面）である第１面（上面）Ａ１および第１面Ａ１の反対側の第２面Ａ２（下面、外面）を有する。
　この収納ケースＨと放熱フィンＺとは、例えば、アルミニウムにより構成されており、一体成型されている。
　また、第１の電子部品Ｙは、例えば、図８、図９に示すように、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第１領域Ｓ１に配置されている。この第１の電子部品Ｙは、動作することにより発熱する第１の発熱源である。
　この第１の電子部品Ｙは、例えば、図２に示すように、配線基板１０に電気的に接続され、制御部ＣＯＮにより制御され、入力電圧（交流電圧）ＶＩＮを整流して出力する整流回路（整流モジュール）である。
　この第１の電子部品Ｙは、第１の封止部材１１とは異なる第２の封止部材（封止樹脂）によりモールドされている。すなわち、整流モジュールＹは、第１の封止部材１１とは異なる第２の封止部材を有し、整流モジュールＹの回路部分は当該第２の封止部材で封止されている。
　そして、この第１の電子部品Ｙは、例えば、図８、図９に示すように、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を備える。これらの端子ＹＴは、配線基板１０の電極１０Ｙにはんだ材等により電気的に接続されている（図３、図１０）。
　このように、第１の電子部品（整流モジュール）Ｙは、配線基板１０に電気的に接続されている。特に、この整流モジュールＹの入力（入力用の端子ＹＴ、電極１０Ｙ）は、配線基板１０の配線１０Ｙａを介して、入力端子ＴＩＮに接続され、整流モジュールＹの出力（出力用の端子ＹＴ、電極１０Ｙ）は、配線基板１０の配線１０Ｃａを介して、平滑化キャパシタＣに接続されている（図３）。
　ここで、例えば、図７ないし図９に示すように、第１の電子部品Ｙが配置される第１面Ａ１の第１領域Ｓ１は、収納ケースＨの第１面Ａ１に凹むように形成された第１凹部Ｓ１ｂである。そして、この第１凹部Ｓ１ｂの第２面Ａ２側は、収納ケースＨの第２面Ａ２から突出している凸部Ｓ１ａである（図５）。
　また、第２の電子部品Ｍは、例えば、図８、図９に示すように、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第２領域Ｓ２に、第１の電子部品Ｙに第１の方向Ｄ１に隣接して配置されている。この第２の電子部品Ｍは、動作することにより発熱する第２の発熱源である。
　この第２の電子部品Ｍは、例えば、図２に示すように、配線基板１０に電気的に接続され、制御部ＣＯＮにより制御され、整流回路（第１の電子部品）Ｙが整流した電圧を変換して出力するＨブリッジモジュール（Ｈブリッジ回路）である。
　この第２の電子部品Ｍは、第１の封止部材１１とは異なる第３の封止部材（封止樹脂）によりモールドされている。すなわち、ＨブリッジモジュールＭは、第１の封止部材１１とは異なる第３の封止部材を有し、ＨブリッジモジュールＭの回路部分は当該第３の封止部材で封止されている。
　そして、この第２の電子部品Ｍは、例えば、図８、図９に示すように、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を備える。これらの端子ＭＴは、配線基板１０の電極１０Ｍにはんだ材等により電気的に接続されている（図３、図１０）。
　このように、第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍは、配線基板１０に電気的に接続されている。特に、このＨブリッジモジュールＭの入力（入力用の端子ＭＴ、電極１０Ｍ）は、配線基板１０の配線１０Ｃａ、１０Ｃｂを介して、整流モジュールＹの出力（出力用の端子ＭＴ、電極１０Ｙ）に接続され、ＨブリッジモジュールＭの出力（出力用の端子ＭＴ、電極１０Ｍ）は、配線基板１０の配線１０Ｒａを介して、リアクタＲの入力（入力用の端子ＭＴ、電極１０Ｙ）に接続されている（図３）。
　なお、この第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍの動作時の単位時間当たりの発熱量が、第１の電子部品（整流モジュール）Ｙの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、大きくなっている。
　ここで、例えば、図７ないし図９に示すように、第２の電子部品Ｍが配置される第１面Ａ１の第２領域Ｓ２は、収納ケースＨの第１面Ａ１に凹むように形成された第２凹部Ｓ２ｂである。そして、この第２凹部Ｓ２ｂの第２面Ａ２側は、収納ケースＨの第２面Ａ２から突出している凸部Ｓ２ａである（図５）。
　また、第３の電子部品Ｒは、例えば、図８、図９に示すように、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第３領域Ｓ３に、第２の方向Ｄに第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍと隣接するように配置されている。この第３の電子部品Ｒは、動作することにより発熱する第３の発熱源である。
　この第３の電子部品Ｒは、例えば、図２に示すように、配線基板１０に電気的に接続され、ＨブリッジモジュールＭが出力した電圧を調整して（高周波成分を除去して）出力するリアクタである。
　この第３の電子部品Ｒは、例えば、図８、図９に示すように、Ｈブリッジモジュール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を備える。これらの端子ＲＴは、配線基板１０の電極１０Ｙにはんだ材等により電気的に接続されている（図３、図１０）。
　このように、第３の電子部品（リアクタ）Ｒは、配線基板１０に電気的に接続されている。特に、このリアクタＲの入力（入力用の端子ＲＴ、電極１０Ｒ）は、配線基板１０の配線１０Ｒａを介して、ＨブリッジモジュールＭの出力に接続され、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上に配置されたキャパシタC1F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）。
　なお、この第３の電子部品（リアクタ）Ｒの動作時の単位時間当たりの発熱量は、第１の電子部品（整流モジュール）Ｙ及び第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、小さくなっている。
　ここで、例えば、図７ないし図９に示すように、第３の電子部品Ｒが配置される第１面Ａ１の第３領域Ｓ３は、収納ケースＨの第１面Ａ１に凹むように形成された第３凹部Ｓ３ｂである。そして、この第３凹部Ｓ３ｂの第２面Ａ２側は、収納ケースＨの第２面Ａ２から突出している凸部Ｓ３ａである（図５）。
　また、第４の電子部品Ｗは、例えば、図４、図８、図９に示すように、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第４領域Ｓ４に、第３の電子部品Ｒと隣接するように配置されている。この第４の電子部品Ｒは、ノイズフィルタＦを構成する巻線である。
　ここで、例えば、図７ないし図９に示すように、第４の電子部品Ｒが配置される第１面Ａ１の第４領域Ｓ４は、収納ケースＨの第１面Ａ１に凹むように形成された第４凹部Ｓ４ｂである。そして、この第４凹部Ｓ４ｂの第２面Ａ２側は、収納ケースＨの第２面Ａ２から突出している凸部Ｓ４ａである（図５）。
　このように、第１ないし第４の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒ、Ｗは、収納ケースＨの略矩形の第１面（内面）Ａ１の外周に沿って（すなわち、電流が流れる電流経路に沿って）配置されている。
　これにより、収納ケースＨが第１ないし第４の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒ、Ｗを収納するためスペースを縮小して、電力変換装置１００のサイズの縮小を図ることができる。
　また、配線基板１０は、例えば、図３、図４に示すように、収納ケースＨ内に配置されている。この配線基板１０は、収納ケースＨの第１面Ａ１に対向する第３面Ａ３（下面）および第３面Ａ３の反対側の第４面Ａ４（上面）を有する。
　そして、この配線基板１０は、複数の配線１０Ｙａ、１０Ｃａ、１０Ｃｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂ、１０Ｆａ、１０ａ、１０ｂと、複数の電極１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｒ、１０Ｆと、を備える。
　また、入力端子ＴＩＮは、例えば、図３、図１０に示すように、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。この入力端子ＴＩＮは、配線基板１０の配線を介して整流モジュール（第１の電子部品Ｙ）の入力に接続されている。
　この入力端子ＴＩＮは、第１の封止部材１１により配線基板１０との接続部分が封止されている。この入力端子ＴＩＮは、入力電圧ＶＩＮが供給されるようになっている。
　この入力端子ＴＩＮは、例えば、図３に示すように、配線基板１０の配線１０Ｙａを介して電極１０Ｙに電気的に接続されている。
　また、平滑化キャパシタＣは、例えば、図３、図１０に示すように、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。
　特に、この平滑化キャパシタＣは、例えば、図３、図８に示すように、整流モジュールＹ（第１領域Ｓ１）に隣接し且つリアクタＲ（第３領域Ｓ３）と反対側でＨブリッジモジュールＭ（第２領域Ｓ２）と第２の方向Ｄ２に隣接する領域の上方に、位置するように、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。
　この平滑化キャパシタＣは、配線基板１０の配線１０Ｃａを介して整流モジュール（第１の電子部品）Ｙの出力（出力用の端子ＹＴ、電極１０Ｙ）に接続されている。
　この平滑化キャパシタＣは、例えば、図３、図１０に示すように、第１の封止部材１１により配線基板１０との接続部分が封止されている。この平滑化キャパシタＣは、整流モジュール（第１の電子部品）Ｙが出力した電圧を平滑化するようになっている。
　この平滑化キャパシタＣは、例えば、図３に示すように、配線基板１０の配線１０Ｃａを介して電極１０Ｙに電気的に接続されている。さらに、この平滑化キャパシタＣは、例えば、図３に示すように、配線基板１０の配線１０Ｃｂを介して電極１０Ｍに電気的に接続されている。すなわち、この平滑化キャパシタＣは、配線基板１０の配線１０Ｃｂを介して、ＨブリッジモジュールＭの入力（入力用の端子ＭＴ、電極１０Ｍ）に接続されている。
　また、ノイズフィルタＦのキャパシタＣＦ２は、例えば、図３、図４に示すように、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。このノイズフィルタＦは、第３の電子部品（リアクタ）ＲとキャパシタＣＦ１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して、出力端子ＴＯＵＴに出力するようになっている。
　このノイズフィルタＦの入力は、例えば、図３に示すように、配線基板１０の配線１０ＲｂとキャパシタＣＦ１を介してリアクタＲの出力に接続されている。そして、このノイズフィルタＦの出力は、配線基板１０の配線１０Ｆａを介して出力端子ＴＯＵＴに電気的に接続されている。
　特に、ノイズフィルタＦのキャパシタＣＦ２は、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置され、配線基板１０の配線１０Ｆａを介してリアクタＲの出力（出力用の端子ＲＴ、電極１０Ｒ）に接続され、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ようになっている。
　また、出力端子ＴＯＵＴは、例えば、図３、図１０に示すように、配線基板１０の第４面（上面）Ａ４上に配置されている。この出力端子ＴＯＵＴは、配線基板１０に接続され、第１の封止部材１１により配線基板１０との接続部分が封止されている。
　この出力端子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として出力するようになっている。
　また、制御部ＣＯＮは、例えば、図３、図４に示すように、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。この制御部ＣＯＮは、例えば、図２に示すように、第１の電子部品（整流モジュール）Ｙ及び第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍの動作を制御するようになっている。
　この制御部ＣＯＮは、図３に示す配線基板１０の配線１０ａ及び電極１０Ｙを介して制御信号を入出力して、第１の電子部品（整流モジュール）Ｙの動作を制御するようになっている。
　さらに、制御部ＣＯＮは、図３に示す配線基板１０の配線１０ｂ及び電極１０Ｍを介して、制御信号を入出力して、第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍの動作を制御するようになっている。　
　また、第１の封止部材１１は、例えば、図３、図４に示すように、収納ケースＨの第１面Ａ１上で、第１ないし第４の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒ、Ｗを封止するようになっている。
　さらに、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、入力端子ＴＩＮの一部、平滑化キャパシタＣの一部、ノイズフィルタＦのキャパシタＣＦ２の一部、及び、出力端子ＴＯＵＴの一部を封止するようになっている。
　この第１の封止部材１１は、例えば、エポキシ樹脂等の封止樹脂である。
　また、放熱フィンＺは、例えば、図４ないし図８に示すように、収納ケースＨの第２面（外面）Ａ２上に配置されている。
　この放熱フィンＺは、発電システム１０００の外部から供給された気流により冷却されることで、少なくとも第１及び第２の電子部品Ｍが発する熱を外部に放出するように構成されている。
　この放熱フィンＺは、例えば、図５に示すように、第２面Ａ２上において、第１面Ａ１の第１の電子部品Ｙが配置された第１領域Ｓ１から第２の電子部品Ｍが配置された第２領域Ｓ２に亘る領域に対して、収納ケースＨを介して連続して対向するように、延在している。すなわち、放熱フィンＺは、第１凹部Ｓ１ｂ及び第２凹部Ｓ２ｂの第２面Ａ２側の凸部Ｓ２ａ、Ｓ３ａに接している。
　さらに、図５に示すように、放熱フィンＺは、第１面Ａ１上で第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２とが隣接する第１の方向Ｄ１に平行な方向に延在するように、第２面Ａ２上に設けられている。
　また、この放熱フィンＺは、例えば、図５に示すように、第１の方向Ｄ１に平行な方向に延在するように、複数個設けられている。
　そして、この放熱フィンＺは、例えば、図６に示すように、収納ケースＨの第２面Ａ２から突出した平板状の形状を有する。
　なお、放熱フィンＺは、例えば、図５、図６に示すように、第２面Ａ２上において、第１面Ａ１の第３の電子部品Ｒが配置された第３領域Ｓ３に対向する領域には、設けられていない。そして、例えば、図５、図６に示すように、放熱フィンＺは、第３凹部Ｓ３ｂの第２面Ａ２側に接していない。言い換えれば、放熱フィンＺがリアクタである第３の電子部品Ｒ用には設けられていない。
　ここで、既述のように、第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍの動作時の単位時間当たりの発熱量が第１の電子部品（整流モジュール）Ｙの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、大きくなっている。
　さらに、既述のように、第３の電子部品（リアクタ）Ｒの動作時の単位時間当たりの発熱量は、第１の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｙ及び第２の電子部品（整流モジュール）Ｍの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、小さくなっている。
　そこで、既述のように、発熱量が高い第２の電子部品（Ｈブリッジモジュール）Ｍと第１の電子部品（整流モジュール）Ｙとを隣接して配置している。そして、これら第１、第２の電子部品Ｙ、Ｍの熱を放熱する放熱フィンＺを、気流の誘導方向がリアクタＲから離れるようにモジュールＭ側から整流モジュールＹ側に向かう第１の方向Ｄ１に沿うように、設けている。
　そして、例えば、図５ないし図９に示すように、収納ケースＨの第１面Ａ１上において、第１の電子部品Ｙと第２の電子部品Ｍとが隣接する第１の方向Ｄ１は、第２の電子部品Ｍと第３の電子部品Ｒとが隣接する第２の方向Ｄ２と、異なる。
　すなわち、放熱フィンＺは、放熱フィンＺにより誘導される気流の少なくとも一部が第３の電子部品Ｒが配置される第３凹部Ｓ３ｂの第２面Ａ２側を避けるように配置されている。
　これにより、例えば、気流（冷却風）は、第２の電子部品（モジュール）Ｍに隣接する第３の電子部品（リアクタ）Ｒから離れるように放熱フィンＺに沿って誘導され、第３の電子部品（リアクタ）Ｒからの煽り熱を避けながら、発熱量が大きい第２の電子部品（モジュール）Ｍで生じた熱および第１の電子部品（整流モジュール）Ｙで生じた熱を順に放熱する。
　このようにして、電力変換装置１００の発熱源である電子部品から生じた熱の放熱性の向上を図ることができる。
　特に、収納ケースＨの第１面Ａ１上に配置された、整流モジュールＹ、ＨブリッジモジュールＭ、及び、リアクタＲの動作時の単位時間当たりの発熱量は、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置された平滑化キャパシタＣ、及び、ノイズフィルタＦの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、大きくなっている。
　これにより、発熱量が大きい整流モジュールＹ、ＨブリッジモジュールＭ、及び、リアクタＲを放熱性が高い収納ケースＨの第１面Ａ１上に配置するとともに、発熱量が小さいされた平滑化キャパシタＣ、及び、ノイズフィルタＦや熱の影響を低減すべき制御部ＣＯＮを配線基板１０の第４面Ａ４上に配置することで、放熱性及び制御性を向上しつつ、各部品の配置を最適化することができる。
　すなわち、電力変換装置１００の熱設計のマージンを考慮して電流経路を最適化しつつ、サイズの縮小を図ることができる。
　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、収納ケース内に配置され、収納ケースの第１面に対向する第３面および第３面の反対側の第４面を有する配線基板と、収納ケースの第１面上の第１領域に配置され、配線基板に電気的に接続され、入力電圧を整流して出力する整流モジュールＹと、収納ケースの第１面上の第２領域に整流モジュールに隣接して配置され、配線基板に電気的に接続され、整流モジュールが整流した電圧を変換して出力するＨブリッジモジュールと、収納ケースの第１面上の第３領域にＨブリッジモジュールに隣接して配置され、配線基板に電気的に接続され、Ｈブリッジ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、配線基板の第４面上に配置され、整流モジュール及びＨブリッジモジュールの動作を制御する制御部と、配線基板の第４面上に配置され、配線基板の配線を介して整流モジュールの出力に接続され、整流モジュールが出力した電圧を平滑化する平滑化キャパシタと、配線基板の第４面上に配置され、配線基板の配線を介してリアクタの出力に接続され、リアク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、収納ケースの第１面上で、整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタを封止するとともに、配線基板、及び、配線基板の第４面上の、制御部、平滑化キャパシタ、並びに、ノイズフィルタを封止する、第１の封止部材と、を備える。
　これにより、発熱量が大きい整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタを放熱性が高い収納ケースＨの第１面上に配置するとともに、発熱量が小さいされた平滑化キャパシタ、及び、ノイズフィルタや熱の影響を低減すべき制御部を配線基板の第４面上に配置することで、放熱性及び制御性を向上しつつ、各部品の配置を最適化することができる。
　すなわち、本発明の一態様に係る電力変換装置は、熱設計のマージンを考慮して電流経路を最適化しつつ、サイズの縮小を図ることができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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。
１００　電力変換装置
１０００　発電システム
Ｅ　エンジン
Ｘ　ファン
Ａ、Ｂ　気流
Ｈ　収納ケース
Ｚ　放熱フィン
１１　第１の封止部材
１０　配線基板
ＴＩＮ　入力端子
ＴＯＵＴ　出力端子
Ｙ　第１の電子部品（整流回路、整流モジュール）
Ｍ　第２の電子部品（Ｈブリッジ回路、Ｈブリッジモジュール）
Ｒ　第３の電子部品（リアクタ）
Ｗ　第４の電子部品、
Ｃ　平滑化キャパシタ
ＦＸ　ＬＣフィルタ
Ｆ　ノイズフィルタ
ＣＯＮ　制御部
ＣＦ１、Ｃ２Ｆ　キャパシタ
１０Ｙａ、１０Ｃａ、１０Ｃｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂ、１０Ｆａ、１０ａ、１０ｂ　配線
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｒ、１０Ｆ　電極

Claims (15)

  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、
    　前記収納ケースの前記第１面上の第１領域に配置され、前記配線基板に電気的に接続され、前記入力電圧を整流して出力する整流モジュールと、
    　前記収納ケースの前記第１面上の第２領域に前記整流モジュールに隣接して配置され、前記配線基板に電気的に接続され、前記整流モジュールが整流した電圧を変換して出力するＨブリッジモジュールと、
    　前記収納ケースの前記第１面上の第３領域に前記Ｈブリッジモジュールに隣接して配置され、前記配線基板に電気的に接続され、Ｈブリッジ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、前記整流モジュール及びＨブリッジモジュールの動作を制御する制御部と、
    　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モジュールの出力に接続され、前記整流モジュール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４面上に配置され、前記配線基板の配線を介して前記リアクタを含むＬＣフィルタの出力に接続され、前記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、
    　前記収納ケースの前記第１面上で、前記整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタを封止するとともに、前記配線基板、及び、前記配線基板の前記第４面上の、前記制御部、平滑化キャパシタ、並びに、ノイズフィルタを封止する、第１の封止部材と、を備える
    　ことを特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記整流モジュールは、前記第１の封止部材とは異なる第２の封止部材を有し、前記整流モジュールの回路部分は、前記第２の封止部材で封止され、
    　前記Ｈブリッジモジュールは、前記第１の封止部材とは異なる第３の封止部材を有し、前記Ｈブリッジモジュールの回路部分は、前記第３の封止部材で封止されている
    　ていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記整流モジュールと前記Ｈブリッジモジュールとが隣接する第１の方向は、前記収納ケースの前記第１面上において、前記Ｈブリッジモジュールと前記リアクタとが隣接する第２の方向と、異なり、
    　前記平滑化キャパシタは、前記整流モジュールに隣接し且つ前記リアクタと反対側で前記Ｈブリッジモジュールと前記第２の方向に隣接する領域の上方に、位置するように、前記配線基板の前記第４面上に配置されている
    　ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　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モジュールの入力に接続され、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をさらに備える
    　ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　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をさらに備える
    　ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記収納ケースの前記第１面上に配置された、前記整流モジュール、Ｈブリッジモジュール、及び、リアクタの動作時の単位時間当たりの発熱量は、前記配線基板の前記第４面上に配置された平滑化キャパシタ、及び、ノイズフィルタの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、大きい
    　ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  7. 　前記Ｈブリッジモジュールの動作時の単位時間当たりの発熱量が前記整流モジュールの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、大きい
    　ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 　前記リアクタの動作時の単位時間当たりの発熱量は、前記整流モジュール及び前記Ｈブリッジモジュールの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも、小さいことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 　前記整流モジュールが配置される前記第１面の前記第１領域は、前記収納ケースの前記第１面に凹むように形成された第１凹部であり、前記第１凹部の前記第２面側は、前記収納ケースの前記第２面から突出している
    　ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  10. 　前記Ｈブリッジモジュールが配置される前記第１面の前記第２領域は、前記収納ケースの前記第１面に凹むように形成された第２凹部であり、前記第２凹部の前記第２面側は、前記収納ケースの前記第２面から突出している
    　ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
  11. 　前記リアクタが配置される前記第１面の前記第３領域は、前記収納ケースの前記第１面に凹むように形成された第３凹部であり、前記第３凹部の前記第２面側は、前記収納ケースの前記第２面から突出している
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
  12. 　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さらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
  13. 　前記放熱フィンは、前記第２面上において、前記第１面の前記整流モジュールが配置された前記第１領域から前記Ｈブリッジモジュールが配置された前記第２領域に亘る領域に対して、前記収納ケースを介して連続して対向するように、延在している
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。
  14. 　前記放熱フィンは、前記第１面上で前記第１領域と前記第２領域とが隣接する第１の方向に平行な方向に延在するように、前記第２面上に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
  15. 　前記放熱フィンは、外部から供給された気流により冷却されることで、少なくとも前記整流モジュール及びＨブリッジモジュールが発する熱を外部に放出するように構成されるとともに、
    　前記放熱フィンにより誘導される気流の少なくとも一部が、前記リアクタが配置される前記第３凹部の前記第２面側を避けるように配置されている
    　ことを特徴とする請求項１４に記載の電力変換装置。
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