WO2023095304A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2023095304A1
WO2023095304A1 PCT/JP2021/043452 JP2021043452W WO2023095304A1 WO 2023095304 A1 WO2023095304 A1 WO 2023095304A1 JP 2021043452 W JP2021043452 W JP 2021043452W WO 2023095304 A1 WO2023095304 A1 WO 2023095304A1
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WO
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power conversion
substrate
shield member
core
conversion device
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PCT/JP2021/043452
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴昭 ▲高▼原
浩一 有澤
遥 松尾
知宏 沓木
祐輔 森本
佑弥 近藤
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the present disclosure relates to power converters.
  • a power conversion device has a power conversion circuit that includes an inverter circuit that drives a load (for example, a motor) and a converter circuit that supplies a DC voltage to the inverter circuit. See, for example, US Pat.
  • the device described in Patent Literature 1 includes a reactor that suppresses harmonics.
  • the reactor is fixed to a mounting plate different from the printed circuit board on which the drive circuit for driving the switching elements of the inverter circuit and the converter circuit is mounted. Therefore, it was necessary to secure an arrangement space for the reactor.
  • the reactor is connected to the printed circuit board via wiring. Therefore, there is a possibility that the power conversion circuit malfunctions due to noise emitted from the wiring that connects the reactor and the printed circuit board.
  • An object of the present disclosure is to prevent malfunction of the power conversion circuit due to noise while reducing the space for arranging the reactor.
  • a power conversion device includes a first substrate, a power conversion circuit provided on the first substrate, and a second substrate arranged at a position overlapping the first substrate. , a core and a winding pattern provided on the second substrate, a reactor electrically connected to the power conversion circuit and disposed between the power conversion circuit and the winding pattern, and a shield member for shielding noise generated in the winding pattern.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of a power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a configuration of a power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the core of the reactor shown in FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 1 is a plan view showing a part of the configuration of a power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of a second substrate and winding patterns shown in FIGS. 1 to 3;
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on a comparative example.
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of a power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a configuration of a power converter according to Embod
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a converter circuit according to a comparative example; 1 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of a power converter according to Embodiment 1; FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of a power converter according to Modification 1 of Embodiment 1; 11 is a plan view showing the configuration of the first printed circuit board and the shield member shown in FIG. 10; FIG. FIG. 9 is a plan view showing the configuration of a second substrate and a shield member of a power conversion device according to Modification 2 of Embodiment 1; FIG. 7 is a side view showing the configuration of a power conversion device according to Embodiment 2; FIG. 11 is a side view showing the configuration of a power conversion device according to Embodiment 3; FIG. 11 is a perspective view showing a part of the configuration of a power conversion device according to Embodiment 3;
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a power converter 100 according to Embodiment 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 1, the power conversion device 100 has a converter circuit 120 and an inverter circuit 130 as power conversion circuits.
  • the converter circuit 120 converts the AC voltage output from the power supply unit (for example, the AC power supply) 110 into a DC voltage.
  • the inverter circuit 130 is connected to the output terminal of the converter circuit 120 .
  • the inverter circuit 130 generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal for turning the load section 1 on and off.
  • the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 are provided on the first printed circuit board 10 shown in FIG. 2 and the like, which will be described later.
  • a load unit 1 is connected to the inverter circuit 130 .
  • the load unit 1 is, for example, a compressor motor.
  • FIG. 2 is a side view showing the configuration of the power converter 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a part of the configuration of the power conversion device 100 according to Embodiment 1.
  • the power converter 100 includes a first printed board 10 as a first board, an insulating board 20 as a second board, a cooler 30, and a reactor 50. have.
  • coordinate axes of an xyz orthogonal coordinate system are shown to facilitate understanding between the drawings.
  • the x-axis and y-axis are coordinate axes parallel to the surface 30 a of the cooler 30 facing the first printed circuit board 10 .
  • the z-axis is a coordinate axis orthogonal to the x-axis and the y-axis.
  • the first printed circuit board 10 includes a first power semiconductor 2 forming a switching element of the converter circuit 120 (see FIG. 1) and a second power semiconductor forming a switching element of the inverter circuit 130 (see FIG. 1). 3 is implemented.
  • the first printed board 10 has a double-sided board and a wiring pattern (for example, a copper foil layer).
  • the wiring pattern is a wiring pattern of a drive circuit that drives the first power semiconductor 2 and the second power semiconductor 3 .
  • the number of wiring pattern layers in the first printed circuit board 10 is, for example, four or less. Thereby, the cost of the first printed circuit board 10 can be reduced.
  • the first power semiconductor 2 and the second power semiconductor 3 are arranged on the cooler 30 . Thereby, the temperature rise of the first power semiconductor 2 and the second power semiconductor 3 can be suppressed.
  • the insulating substrate 20 is arranged at a position overlapping the first printed circuit board 10 .
  • the insulating substrate 20 is arranged to be thermally connected to the cooler 30 .
  • the insulating substrate 20 is in contact with the surface 30a of the cooler 30 facing the +z-axis direction.
  • the insulating substrate 20 is attached with an adhesive such as silicon grease. may be in direct contact with the surface 30a of the cooler 30 facing the +z-axis direction.
  • a winding pattern 21 is formed on the surface of the insulating substrate 20 facing the +z-axis direction.
  • a plurality of insulating substrates 20 and a plurality of winding patterns 21 constitute a multilayer wiring board 25 (see FIG. 9 described later) as a second printed board.
  • the insulating substrate 20 is made of, for example, glass epoxy resin.
  • a wiring pattern may be formed on the surface of the insulating substrate 20 facing the ⁇ z-axis direction.
  • a thermally conductive sheet such as TIM (Thermal Interface Material) having insulating properties is placed between the wiring pattern and the cooler 30.
  • the reactor 50 suppresses harmonics generated in the converter circuit 120 (see FIG. 1).
  • Reactor 50 is electrically connected to converter circuit 120 .
  • Reactor 50 includes a core 40 and a winding pattern 21 provided on insulating substrate 20 .
  • the core 40 penetrates the insulating substrate 20 in the z-axis direction.
  • the cooler 30 is made of a metal material (eg, aluminum).
  • Core 40 is arranged to be in thermal connection with cooler 30 . Specifically, the core 40 is in contact with the concave portion 30b provided on the surface 30a of the cooler 30 facing the +z-axis direction.
  • the core 40 is fixed to the recess 30b by a fixing member 45 and a fastening member (for example, screw) 46. As shown in FIG. Thereby, the temperature rise of the core 40 can be suppressed.
  • the core 40 may be arranged in the vicinity of the cooler 30 without being in contact with the cooler 30 .
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the core 40 shown in FIGS. 1-3.
  • the core 40 has an E-shaped first split core 41 and an I-shaped second split core 42 .
  • the first split core 41 has a flat plate portion 41a, a first projecting portion 41c, a second projecting portion 41d, and a third projecting portion 41e.
  • the first protruding portion 41c, the second protruding portion 41d, and the third protruding portion 41e protrude toward the insulating substrate 20 from the surface 41b of the flat plate portion 41a facing the -z-axis direction.
  • Recesses 41f and 41g are provided between the first protrusion 41c and the second protrusion 41d and between the second protrusion 41d and the third protrusion 41e.
  • the insulating substrate 20 (see FIG. 2) is engaged with the recesses 41f and 41g.
  • the core 40 is configured by a combination of the E-shaped first split core 41 and the I-shaped second split core 42, but the configuration is not limited to this.
  • the core 40 may have a configuration in which two E-shaped split cores are engaged.
  • the I-shaped second split core 42 is arranged closer to the cooler 30 than the E-shaped first split core 41 . side, and the second split core 42 may be placed on the first printed circuit board 10 side.
  • FIG. 5 is a plan view showing part of the configuration of the power converter 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 in the first embodiment, when the first printed circuit board 10 is viewed in the z-axis direction (that is, in plan view), the winding pattern 21 (see FIG. 2) of the reactor 50 is The provided insulating substrate 20 is arranged at a position overlapping the first printed circuit board 10 .
  • the installation space for the reactor 50 is reduced, so the power conversion device 100 can be downsized.
  • FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the insulating substrate 20 and the winding pattern 21 shown in FIGS. As shown in FIG. 6, the insulating substrate 20 has through holes 22 . The through hole 22 is engaged with the second projecting portion 41d of the core 40 shown in FIG.
  • the winding pattern 21 is a conductive film pattern formed on the insulating substrate 20 by patterning.
  • the winding pattern 21 surrounds the through hole 22 .
  • the winding pattern 21 is arranged in the recesses 41f, 41g of the core 40 shown in FIG. At this time, the winding pattern 21 surrounds the second projecting portion 41d.
  • the reactor 50 as a planar reactor is configured.
  • a bobbin that is required to secure an insulation distance between the core and the winding in a conventional reactor is not required.
  • the power conversion device 100 has a shield member 60 arranged between the first printed circuit board 10 and the insulating substrate 20 .
  • the shield member 60 shields noise generated in the winding pattern 21 (see FIG. 3).
  • the problem to be solved by the first embodiment and the effect of providing the shield member 60 in the power conversion device 100 will be described in comparison with a comparative example.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a power conversion device 100A according to a comparative example.
  • the reactor 50A is electrically connected via the wiring 51 to the printed circuit board 10A on which the converter circuit 120A and the inverter circuit 130A are mounted. It differs from the power conversion device 100 .
  • the reactor 50A is fixed to a sheet metal member or the like provided in a device (for example, a compressor) provided with the power conversion device 100A.
  • the reactor 50A is provided separately from the printed circuit board 10A, it is necessary to secure an extra arrangement space for the reactor 50A. Further, when high-frequency noise is emitted from the wiring connecting the printed circuit board 10A and the reactor 50A, there is a possibility that the circuit mounted on the printed circuit board 10A malfunctions.
  • ⁇ Iron loss of core 40> when the reactor 50A is used in a relatively low frequency range such as commercial frequency, the size and weight of the reactor 50A increase.
  • a method of driving the switching elements forming the converter circuit 120A at a high frequency is conceivable. For example, if the power conversion device has a boost chopper circuit 121B (see FIG. 8 described below), the switching element can be driven at a high frequency.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a converter circuit 120A according to a comparative example.
  • the converter circuit 120A has a rectifier circuit 121A and a boost chopper circuit 121B.
  • the boost chopper circuit 121B has a reactor 50B, a diode 122, a switching element (for example, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)) 123, and a capacitor 121C.
  • a positive main terminal (ie, drain) of the switching element 123 is connected to the reactor 50B, and a negative main terminal (ie, source) of the switching element 123 is connected to the rectifier circuit 121A.
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • the iron loss of the core 40 forming the reactor 50 significantly increases in proportion to the 2.5th to 3.0th power of the switching frequency. Therefore, in order to downsize the reactor 50, the iron loss of the core 40 needs to be reduced.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of the power conversion device 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. The shield member 60 is arranged between the power conversion circuit (that is, the converter circuit 120 and the inverter circuit 130) mounted on the first printed circuit board 10 and the winding pattern 21, and is generated in the winding pattern 21. Shield noise. As a result, superimposition of noise on the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 is suppressed, so malfunction of the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 can be prevented. Therefore, since the first printed circuit board 10 can be arranged close to the reactor 50, the size of the power conversion device 100 can be reduced.
  • the shield member 60 partially covers the winding pattern 21 in plan view. Note that the shield member 60 may cover the entire winding pattern 21 . That is, the shield member 60 only needs to cover at least a portion of the winding pattern 21 .
  • the shield member 60 has an insulating substrate 65 as an insulating portion and a shield pattern 66 as a first shield pattern.
  • the insulating substrate 65 is arranged between the winding pattern 21 and the shield pattern 66 .
  • the shield pattern 66 is formed on the surface 65 a of the insulating substrate 65 facing the first printed circuit board 10 .
  • the potential of the shield member 60 is, for example, the same as the potential of the cooler 30 on which the insulating substrate 20 is arranged. In other words, no potential difference occurs between shield member 60 and cooler 30 . This makes it more difficult for noise generated in the winding pattern 21 to be superimposed on the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 .
  • the shield member 60 may be electrically floating from the potential of the cooler 30 . Even in this case, the shield member 60 functions as a shield member that shields magnetic coupling of noise generated in the winding pattern 21, and can prevent noise from being superimposed on the converter circuit 120 and the inverter circuit 130. .
  • Embodiment 1 As shown in FIG. 2, core 40 is in contact with recess 30b of cooler 30, so core 40 can be cooled. Moreover, since the insulating substrate 20 provided with the winding pattern 21 is in contact with the cooler 30, the winding pattern 21 can be cooled. As a result, heat is radiated from reactor 50, so that iron loss of core 40 can be reduced even when switching element 123 is driven at a high frequency by boost chopper circuit 121B. Therefore, reactor 50 can be miniaturized. At least one of the core 40 and the winding pattern 21 may be in contact with the cooler 30 .
  • the power conversion device 100 has multiple insulating substrates 20 and multiple winding patterns 21 stacked in the z-axis direction.
  • the power conversion device 100 has a plurality of insulating substrates 20 stacked in the z-axis direction, and winding patterns 21 are formed on both surfaces 20a and 20b of the insulating substrates 20 in the z-axis direction.
  • a three-layer winding pattern 21 is formed.
  • a double-sided board is used for the first printed circuit board 10 .
  • an inexpensive double-sided board is used for the first printed circuit board 10, and only the plurality of winding patterns 21 that constitute the reactor 50 have a multilayer structure.
  • the cost of the power converter 100 can be reduced.
  • the number of layers of the winding pattern 21 provided in the power conversion device 100 is not limited to three layers, and may be two layers or less, or may be four layers or more.
  • the insulating substrate 20 provided with the winding pattern 21 forming the reactor 50 is arranged at a position overlapping the first printed circuit board 10 .
  • the distance between reactor 50 and first printed circuit board 10 on which converter circuit 120 (see FIG. 1) is mounted can be shortened. Therefore, wiring connecting converter circuit 120 and reactor 50 can be reduced, and the arrangement space of reactor 50 can be reduced.
  • the power conversion device 100 is arranged between the power conversion circuit (that is, the converter circuit 120 and the inverter circuit 130) and the winding pattern 21, and the It has a shielding member 60 for shielding noise.
  • the power conversion circuit that is, the converter circuit 120 and the inverter circuit 130
  • the winding pattern 21 the winding pattern 21
  • the It has a shielding member 60 for shielding noise.
  • the insulating substrate 20 on which the winding pattern 21 forming the reactor 50 is formed is arranged at a position overlapping the first printed circuit board 10 . Therefore, the distance between the converter circuit 120 mounted on the first printed circuit board 10 and the reactor 50 can be shortened. Therefore, wiring connecting converter circuit 120 and reactor 50 can be reduced.
  • the potential of the shield member 60 is the same as the potential of the cooler 30 .
  • superposition of noise generated in the winding pattern 21 on the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 can be further suppressed. Therefore, malfunction of the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 can be further suppressed.
  • reactor 50 can be miniaturized.
  • the insulating substrate 20 provided with the winding pattern 21 is in contact with the cooler 30 .
  • heat is radiated from the winding pattern 21, so iron loss of the core 40 can be reduced. Therefore, reactor 50 can be miniaturized.
  • the power conversion device 100 has the first printed circuit board 10 including a double-sided board, and a plurality of winding patterns 21 laminated in the z-axis direction.
  • the power conversion device 100 an inexpensive double-sided board is used for the first printed circuit board 10, and only the plurality of winding patterns 21 that constitute the reactor 50 have a multilayer structure. The cost of the conversion device 100 can be reduced.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of power converter 101 according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 10 components that are the same as or correspond to components shown in FIGS. 2 and 9 are labeled with the same reference numerals as those shown in FIGS.
  • a power conversion device 101 according to Modification 1 of Embodiment 1 differs from power conversion device 100 according to Embodiment 1 in that shield member 61 is provided on first printed circuit board 10 . Except for this point, the power converter 101 according to the first modification of the first embodiment is the same as the power converter 100 according to the first embodiment. Therefore, FIG. 2 will be referred to in the following description.
  • the power conversion device 101 has a first printed circuit board 10, an insulating substrate 20, a reactor 50 (see FIG. 2), and a shield member 61.
  • FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the first printed circuit board 10 and the shield member 61 shown in FIG. 10.
  • the first printed circuit board 10 has a double-sided board 11 as an insulating portion, wiring patterns 12 and a shield member 61 .
  • the wiring pattern 12 is a wiring pattern of a driving circuit for driving the first power semiconductor 2 and the second power semiconductor 3 (see FIG. 2).
  • the wiring pattern 12 is formed on the surface 11a of the double-sided board 11 facing the +z-axis direction.
  • the shield member 61 is a shield pattern (second shield pattern) provided on the surface 11b of the double-sided substrate 11 facing the insulating substrate 20 (see FIG. 2) (that is, the surface facing the -z-axis direction).
  • second shield pattern provided on the surface 11b of the double-sided substrate 11 facing the insulating substrate 20 (see FIG. 2) (that is, the surface facing the -z-axis direction).
  • wiring patterns of a drive circuit for driving the first power semiconductor 2 and the second power semiconductor 3 are provided. may be formed.
  • the shield member 61 overlaps the IC (Integrated Circuit) 4 mounted on the surface 11a of the double-sided board 11 facing the +z-axis direction and the signal line 4a connected to the IC 4 in plan view. placed in position.
  • the IC4 is, for example, the IC of the converter circuit 120 (see FIG. 1) or the IC of the inverter circuit 130 (see FIG. 1).
  • the signal line 4a is an example of the wiring pattern 12 shown in FIG.
  • the shield member 61 shields noise generated in the winding pattern 21 . As a result, superimposition of noise on the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 is suppressed, so malfunction of the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 can be prevented.
  • shield member 61 is arranged on surface 11 b of double-sided substrate 11 facing insulating substrate 20 to shield noise generated in winding pattern 21 .
  • superimposition of noise on the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 is suppressed, so malfunction of the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 can be prevented. Therefore, since the first printed circuit board 10 can be arranged close to the reactor 50, the size of the power conversion device 100 can be reduced.
  • FIG. 12 is a plan view showing a part of the configuration of power conversion device 102 according to Modification 2 of Embodiment 1.
  • a power conversion device 102 according to Modification 2 of Embodiment 1 differs from power conversion device 100 according to Embodiment 1 in that a shield member 62 is provided with a slit 62b. Except for this point, the power converter 102 according to the second modification of the first embodiment is the same as the power converter 100 according to the first embodiment. 2 and 4 are therefore referred to in the following description.
  • the power conversion device 102 has a first printed circuit board 10, an insulating substrate 20, a reactor 50 (see FIG. 2), and a shield member 62.
  • the shield member 62 has a through hole 62a and a slit 62b.
  • the through hole 62a is a hole through which the core 40 penetrates.
  • a second projecting portion 41d (see FIG. 4) of the core 40 is engaged with the through hole 62a.
  • the slit 62b extends from the through hole 62a to the outer circumference 62c of the shield member 62. As shown in FIG.
  • the slit 62b extends in a direction perpendicular to the length direction of the winding pattern 21 in the example shown in FIG. Since the shield member 62 has the slit 62b, a one-turn short circuit can be suppressed and an eddy current can be prevented from flowing on the surface of the shield member 62.
  • shield member 62 has through hole 62 a through which core 40 penetrates, and slit 62 b extending from through hole 62 a to outer periphery 62 c of shield member 62 .
  • slit 62 b extending from through hole 62 a to outer periphery 62 c of shield member 62 .
  • FIG. 13 is a side view showing the configuration of power conversion device 200 according to Embodiment 2. As shown in FIG. 13, the same or corresponding components as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals as those shown in FIG. A power conversion device 200 according to the second embodiment differs from the power conversion device 100 according to the first embodiment in that the first printed circuit board 10 is directly arranged on the insulating substrate 20 . Except for this point, the power converter 200 according to the second embodiment is the same as the power converter 100 according to the first embodiment. Therefore, FIG. 9 will be referred to in the following description.
  • the power conversion device 200 has a first printed circuit board 210, an insulating substrate 20, a reactor 50, and a shield member 60 (see FIG. 9). 13, illustration of the shield member 60 is omitted.
  • the first printed board 210 and the insulating board 20 are electrically connected. Specifically, the first printed circuit board 210 is laminated on the insulating substrate 20, and the first printed circuit board 210 and the insulating substrate 20 are in close contact with each other. In other words, in the second embodiment, the first printed circuit board 210 is arranged directly on the insulating substrate 20 without the terminals 70 shown in FIG. Thereby, the power conversion device 200 can be made thinner.
  • the insulating substrate 20 is connected to the first printed circuit board 210 by soldering, for example.
  • the first printed circuit board 210 has a through hole 214 as an engaged portion that engages with the core 40 .
  • Core 40 engages through hole 214 and through hole 22 .
  • the power conversion device 200 is arranged between the power conversion circuit (that is, the converter circuit 120 and the inverter circuit 130) and the winding pattern 21, and the It has a shielding member 60 for shielding noise.
  • the power conversion circuit that is, the converter circuit 120 and the inverter circuit 130
  • the winding pattern 21 the winding pattern 21
  • the It has a shielding member 60 for shielding noise.
  • the first printed circuit board 210 on which the power conversion circuit (that is, the converter circuit 120 and the inverter circuit 130) is mounted is arranged directly on the insulating substrate 20.
  • the power conversion device 200 can be made thinner. can.
  • FIG. 14 is a side view showing the configuration of power conversion device 300 according to Embodiment 3.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a part of the configuration of the power conversion device 300 according to Embodiment 3.
  • FIG. 14 and 15 components that are the same as or correspond to those shown in FIGS. 2 and 3 are labeled with the same reference numerals as those shown in FIGS.
  • the power conversion device 300 according to Embodiment 3 differs from the power conversion device 100 according to Embodiment 1 in that the member fixing the core 40 shields noise generated in the winding pattern 21 . Except for this point, the power converter 300 according to the third embodiment is the same as the power converter 100 according to the first embodiment. Therefore, FIG. 1 will be referred to in the following description.
  • the power converter 300 has a first printed board 10, an insulating board 20, a cooler 30, a reactor 50, and a shield member 360.
  • the shield member 360 is arranged between the power conversion circuit (that is, the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 shown in FIG. 1) and the winding pattern 21 to shield noise generated in the winding pattern 21. As a result, superimposition of noise on the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 is suppressed, so malfunction of the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 can be prevented.
  • the shield member 360 also has the function of fixing the core 40 to the cooler 30 .
  • the shield member 360 has a fixing portion 361 that fixes the core 40 to the cooler 30 and a fastened portion 362 to which the fastening member 46 is fastened.
  • the fixed portion 361 is in contact with the outer surface 40 a of the core 40 .
  • the fixing portion 361 presses the core 40 .
  • the core 40 is thereby fixed to the cooler 30 .
  • the fixing portion 361 is arranged at a position overlapping the winding pattern 21 in plan view. In the example shown in FIG. 15 , the fixed portion 361 partially covers the winding pattern 21 . Note that the fixing portion 361 may cover the entire winding pattern 21 . That is, the shield member 360 only needs to cover at least part of the winding pattern 21 .
  • the shield member 360 is made of, for example, a metal material. In the example shown in FIGS. 14 and 15, shield member 360 is made of the same material as cooler 30 .
  • the shield member 360 is made of, for example, an aluminum material. Thereby, the heat dissipation of the core 40 of the reactor can be improved.
  • the power conversion device 300 is arranged between the power conversion circuit (that is, the converter circuit 120 and the inverter circuit 130) and the winding pattern 21, and the power generated in the winding pattern 21 It has a shielding member 360 for shielding noise. As a result, superimposition of noise on the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 is suppressed, so malfunction of the converter circuit 120 and the inverter circuit 130 can be prevented. Therefore, since the first printed circuit board 10 can be arranged close to the reactor 50, the size of the power conversion device 300 can be reduced.
  • the shield member 360 fixes the core 40 to the cooler 30 .
  • the fixing structure of the core 40 and the noise shielding structure can be realized by one member. Therefore, compared with the power conversion device 100 according to Embodiment 1, the number of parts in the power conversion device 300 can be reduced.

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Abstract

電力変換装置（１００）は、第１の基板（１０）と、第１の基板（１０）上に備えられた電力変換回路（１２０、１３０）と、第１の基板（１０）と重なる位置に配置された第２の基板（２５）と、リアクトル（５０）と、シールド部材（６０）とを有する。リアクトル（５０）は、コア（４０）及び第２の基板（２５）上に備えられた巻線パターン（２１）を含み、電力変換回路（１２０、１３０）に電気的に接続されている。シールド部材（６０）は、電力変換回路（１２０、１３０）と巻線パターン（２１）との間に配置され、巻線パターン（２１）で発生するノイズをシールドする。

Description

電力変換装置
　本開示は、電力変換装置に関する。
　負荷（例えば、モータ）を駆動するインバータ回路と、インバータ回路に直流電圧を供給するコンバータ回路とを含む電力変換回路を有する電力変換装置が知られている。例えば、特許文献１を参照。特許文献１に記載の装置では、高調波を抑制するリアクトルが、備えられている。
特開２０１３－０８８０７１号公報（図７）
　しかしながら、特許文献１に記載の装置では、インバータ回路及びコンバータ回路のそれぞれのスイッチング素子を駆動させる駆動回路が実装されたプリント基板と異なる取付板に、リアクトルが固定されている。そのため、リアクトルの配置スペースを確保する必要があった。
　また、特許文献１に記載された装置では、リアクトルは、プリント基板と配線を介して接続されている。そのため、リアクトルとプリント基板とをつなぐ配線から放出されるノイズによって電力変換回路が誤動作するおそれがあった。
　本開示は、リアクトルの配置スペースを低減しつつ、ノイズに基づく電力変換回路の誤動作を防止することを目的とする。
　本開示の一態様に係る電力変換装置は、第１の基板と、前記第１の基板上に備えられた電力変換回路と、前記第１の基板と重なる位置に配置された第２の基板と、コア及び前記第２の基板上に備えられた巻線パターンを含み、前記電力変換回路に電気的に接続されたリアクトルと、前記電力変換回路と前記巻線パターンとの間に配置され、前記巻線パターンで発生するノイズをシールドするシールド部材とを有することを特徴とする。
　本開示によれば、リアクトルの配置スペースを低減しつつ、ノイズに基づく電力変換回路の誤動作を防止できる。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す側面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成の一部を示す斜視図である。 図２及び３に示されるリアクトルのコアの構成を示す構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成の一部を示す平面図である。 図１から３に示される第２の基板及び巻線パターンの構成を示す平面図である。 比較例に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。 比較例に係るコンバータ回路の構成の一例を示す回路図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成の一部を示す断面図である。 実施の形態１の変形例１に係る電力変換装置の構成の一部を示す断面図である。 図１０に示される第１のプリント基板及びシールド部材の構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例２に係る電力変換装置の第２の基板及びシールド部材の構成を示す平面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す側面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す側面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の構成の一部を示す斜視図である。
　以下に、本開示の実施の形態に係る電力変換装置を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、実施の形態を適宜組み合わせること及び各実施の形態を適宜変更することが可能である。
《実施の形態１》
　図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、電力変換装置１００は、電力変換回路としてのコンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０を有する。
　コンバータ回路１２０は、電源部（例えば、交流電源）１１０から出力された交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ回路１３０は、コンバータ回路１２０の出力端に接続されている。インバータ回路１３０は、負荷部１をオン、オフ駆動するためのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成する。コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０は、後述する図２などに示される第１のプリント基板１０上に備えられている。インバータ回路１３０には、負荷部１が接続されている。負荷部１は、例えば、圧縮機のモータなどである。
　図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成を示す側面図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成の一部を示す斜視図である。図２及び３に示されるように、電力変換装置１００は、第１の基板としての第１のプリント基板１０と、第２の基板としての絶縁基板２０と、冷却器３０と、リアクトル５０とを有する。なお、図面には、図面相互間の理解を容易にするためにｘｙｚ直交座標系の座標軸が示されている場合がある。ｘ軸及びｙ軸は、冷却器３０の、第１のプリント基板１０と対向する面３０ａに平行な座標軸である。ｚ軸は、ｘ軸及びｙ軸に直交する座標軸である。
　第１のプリント基板１０には、コンバータ回路１２０（図１参照）のスイッチング素子を構成する第１のパワー半導体２と、インバータ回路１３０（図１参照）のスイッチング素子を構成する第２のパワー半導体３とが実装されている。第１のプリント基板１０は、両面基板と、配線パターン（例えば、銅箔層）とを有する。配線パターンは、第１のパワー半導体２及び第２のパワー半導体３を駆動する駆動回路の配線パターンである。第１のプリント基板１０における配線パターンの層数は、例えば、４層以下である。これにより、第１のプリント基板１０のコストを低減することができる。
　第１のパワー半導体２及び第２のパワー半導体３は、冷却器３０上に配置されている。これにより、第１のパワー半導体２及び第２のパワー半導体３の温度上昇を抑制することができる。
　絶縁基板２０は、第１のプリント基板１０と重なる位置に配置されている。絶縁基板２０は、冷却器３０に熱的に接続するように配置されている。絶縁基板２０は、冷却器３０の＋ｚ軸方向を向く面３０ａに接している。具体的には、絶縁基板２０の－ｚ軸方向を向く面（すなわち、冷却器３０側の面）に配線パターンが形成されていない場合に、絶縁基板２０は、シリコングリス等の接着剤を介して冷却器３０の＋ｚ軸方向を向く面３０ａに直接、接していてもよい。絶縁基板２０の＋ｚ軸方向を向く面には、巻線パターン２１が形成されている。実施の形態１では、複数の絶縁基板２０と複数の巻線パターン２１とによって、第２のプリント基板としての多層配線基板２５（後述する図９参照）が構成されている。
　絶縁基板２０は、例えば、ガラスエポキシ樹脂から形成されている。絶縁基板２０の－ｚ軸方向を向く面には、配線パターンが形成されていてもよい。この場合、配線パターンと冷却器３０との間を絶縁するために、例えば、絶縁性を有するＴＩＭ（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌ）等の熱伝導シートが、当該配線パターンと冷却器３０との間に配置されていてもよい。
　リアクトル５０は、コンバータ回路１２０（図１参照）において発生した高調波を抑制する。リアクトル５０は、コンバータ回路１２０に電気的に接続されている。リアクトル５０は、コア４０と、絶縁基板２０上に備えられた巻線パターン２１とを含む。コア４０は、絶縁基板２０をｚ軸方向に貫通している。
　冷却器３０は、金属材料（例えば、アルミ）などから形成されている。コア４０は、冷却器３０に熱的に接続するように配置されている。具体的には、コア４０は、冷却器３０の＋ｚ軸方向を向く面３０ａに設けられた凹部３０ｂに接している。コア４０は、固定部材４５及び締結部材（例えば、ネジ）４６によって凹部３０ｂに固定されている。これにより、コア４０の温度上昇を抑制することができる。なお、コア４０は、冷却器３０に接しないで、冷却器３０の近傍に配置されていてもよい。
　図４は、図１から３に示されるコア４０の構成を示す構成図である。図４に示されるように、コア４０は、Ｅ型の第１の分割コア４１と、Ｉ型の第２の分割コア４２とを有する。第１の分割コア４１は、平板部４１ａと、第１の突出部４１ｃと、第２の突出部４１ｄと、第３の突出部４１ｅとを有する。第１の突出部４１ｃ、第２の突出部４１ｄ及び第３の突出部４１ｅは、平板部４１ａの－ｚ軸方向を向く面４１ｂから絶縁基板２０側に突出している。第１の突出部４１ｃと第２の突出部４１ｄとの間、及び第２の突出部４１ｄと第３の突出部４１ｅとの間には、凹部４１ｆ、４１ｇが設けられている。凹部４１ｆ、４１ｇには、絶縁基板２０（図２参照）が係合する。なお、図４に示す例では、Ｅ型の第１の分割コア４１とＩ型の第２の分割コア４２との組み合わせによってコア４０が構成されているが、この構成に限られない。例えば、コア４０は、２つのＥ型の分割コアが係合された構成であってもよい。また、図４に示す例では、Ｉ型の第２の分割コア４２がＥ型の第１の分割コア４１より冷却器３０側に配置されているが、第１の分割コア４１が冷却器３０側に配置されて、第２の分割コア４２が第１のプリント基板１０側に配置されていてもよい。
　図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成の一部を示す平面図である。図５に示されるように、実施の形態１では、第１のプリント基板１０をｚ軸方向に見たときに（すなわち、平面視で）、リアクトル５０の巻線パターン２１（図２参照）が備えられた絶縁基板２０が、第１のプリント基板１０と重なる位置に配置されている。これにより、後述する図７に示される比較例に係る電力変換装置１００Ａと比較して、リアクトル５０の配置スペースが低減されるため、電力変換装置１００を小型化することができる。
　図６は、図１から３に示される絶縁基板２０及び巻線パターン２１の構成を示す平面図である。図６に示されるように、絶縁基板２０は、貫通穴２２を有する。貫通穴２２には、図４に示されるコア４０の第２の突出部４１ｄが係合する。
　巻線パターン２１は、絶縁基板２０にパターニングによって形成された導電性を有する膜パターンである。巻線パターン２１は、貫通穴２２を囲んでいる。コア４０の第２の突出部４１ｄが貫通穴２２に係合したとき、巻線パターン２１は、図４に示されるコア４０の凹部４１ｆ、４１ｇに配置される。このとき、巻線パターン２１は、第２の突出部４１ｄを囲んでいる。これにより、プレーナリアクトルとしてのリアクトル５０が構成される。実施の形態１によれば、従来のリアクトルにおいてコアと巻線との間の絶縁距離を確保するために必要なボビンが不要となる。
　図５に戻って、電力変換装置１００の他の構成について説明する。電力変換装置１００は、第１のプリント基板１０と絶縁基板２０との間に配置されたシールド部材６０を有する。シールド部材６０は、巻線パターン２１（図３参照）で発生したノイズをシールドする。以下では、比較例と対比しながら、実施の形態１が解決しようとする課題及びシールド部材６０が電力変換装置１００に備えられていることによる効果などについて説明する。
〈ノイズの遮蔽〉
　図７は、比較例に係る電力変換装置１００Ａの構成を示すブロック図である。比較例に係る電力変換装置１００Ａでは、リアクトル５０Ａが、コンバータ回路１２０Ａ及びインバータ回路１３０Ａが実装されたプリント基板１０Ａに配線５１を介して電気的に接続されている点で、実施の形態１に係る電力変換装置１００と相違する。比較例では、リアクトル５０Ａは、電力変換装置１００Ａが備えられた装置（例えば、圧縮機）に備えられた板金部材等に固定されている。
　このように、比較例では、リアクトル５０Ａが、プリント基板１０Ａと別体に設けられるため、リアクトル５０Ａの配置スペースを余分に確保する必要がある。また、当該プリント基板１０Ａとリアクトル５０Ａとを接続する配線から高周波のノイズが放出された場合、プリント基板１０Ａに実装されている回路が誤動作するおそれがあった。
〈コア４０の鉄損〉
　また、リアクトル５０Ａを商用周波数などの比較的低周波の領域で使用した場合、リアクトル５０Ａのサイズ及び重量が大きくなる。ここで、リアクトル５０Ａの小型化を実現するために、コンバータ回路１２０Ａを構成するスイッチング素子を高周波駆動させる方法が考えられる。例えば、電力変換装置が昇圧チョッパ回路１２１Ｂ（以下に述べる図８参照）を有することで、スイッチング素子を高周波駆動させることができる。
　図８は、比較例に係るコンバータ回路１２０Ａの構成の一例を示す回路図である。図８に示されるように、コンバータ回路１２０Ａは、整流回路１２１Ａと、昇圧チョッパ回路１２１Ｂとを有する。昇圧チョッパ回路１２１Ｂは、リアクトル５０Ｂと、ダイオード１２２と、スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））１２３と、コンデンサ１２１Ｃとを有する。スイッチング素子１２３の正極主端子（すなわち、ドレイン）がリアクトル５０Ｂに接続され、スイッチング素子１２３の負極主端子（すなわち、ソース）が整流回路１２１Ａに接続されている。
　ここで、スイッチング素子１２３の高周波化に伴うヒステリシス損及び渦電流損が発生する。これにより、リアクトル５０を構成するコア４０の鉄損は、スイッチング周波数の２．５乗から３．０乗に比例して著しく上昇する。よって、リアクトル５０を小型化するためには、コア４０の鉄損を低減する必要がある。
〈シールド部材６０〉
　次に、シールド部材６０が電力変換装置１００に備えられていることによる効果について説明する。図９は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成の一部を示す断面図である。シールド部材６０は、第１のプリント基板１０に実装された電力変換回路（すなわち、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０）と巻線パターン２１との間に配置されて、且つ巻線パターン２１で発生するノイズをシールドする。これにより、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０へのノイズの重畳が抑制されるため、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０の誤動作を防止できる。よって、第１のプリント基板１０を、リアクトル５０に近接して配置することができるため、電力変換装置１００を小型化することができる。
　上述した図６に示す例では、シールド部材６０は、平面視で、巻線パターン２１の一部を覆っている。なお、シールド部材６０は、巻線パターン２１の全部を覆っていてもよい。すなわち、シールド部材６０は、巻線パターン２１の少なくとも一部を覆っていればよい。
　図９に示されるように、シールド部材６０は、絶縁部としての絶縁基板６５と、第１のシールドパターンとしてのシールドパターン６６とを有する。絶縁基板６５は、巻線パターン２１とシールドパターン６６との間に配置されている。シールドパターン６６は、絶縁基板６５の、第１のプリント基板１０と向き合う面６５ａ上に形成されている。
　シールド部材６０の電位は、例えば、絶縁基板２０が配置されている冷却器３０の電位と同じである。言い換えれば、シールド部材６０と冷却器３０との間に電位差は生じていない。これにより、巻線パターン２１で発生したノイズが、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０に一層重畳され難くなる。なお、シールド部材６０は、冷却器３０の電位から電気的に浮いた状態であってもよい。この場合であっても、シールド部材６０は、巻線パターン２１で発生したノイズの磁気結合を遮蔽する遮蔽部材として機能し、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０へのノイズの重畳を防止することができる。
〈コア４０の鉄損の低減〉
　実施の形態１では、図２に示されるように、コア４０が冷却器３０の凹部３０ｂに接しているため、コア４０を冷却することができる。また、巻線パターン２１が備えられた絶縁基板２０が冷却器３０に接しているため、巻線パターン２１を冷却することができる。これにより、リアクトル５０が放熱されるため、昇圧チョッパ回路１２１Ｂによって、スイッチング素子１２３が高周波駆動した場合であっても、コア４０の鉄損を低減することができる。したがって、リアクトル５０を小型化することができる。なお、コア４０及び巻線パターン２１のうちの少なくとも一方が、冷却器３０に接していてもよい。
　図９に示す例では、電力変換装置１００は、ｚ軸方向に積層された複数の絶縁基板２０及び複数の巻線パターン２１を有する。電力変換装置１００は、ｚ軸方向に積層された複数の絶縁基板２０を有し、当該絶縁基板２０のｚ軸方向の両側の面２０ａ、２０ｂに巻線パターン２１が形成されている。これにより、図９に示す例では、３層の巻線パターン２１が形成されている。一方、上述したように、第１のプリント基板１０には、両面基板が用いられている。このように、電力変換装置１００において、第１のプリント基板１０には安価な両面基板が用いられ、且つリアクトル５０を構成する複数の巻線パターン２１のみに多層構造が構成されていることによって、電力変換装置１００のコストを低減することができる。なお、電力変換装置１００に備えられる巻線パターン２１の層数は３層に限られず、２層以下であってもよく、４層以上であってもよい。
　また、実施の形態１では、リアクトル５０を構成する巻線パターン２１が備えられた絶縁基板２０が、第１のプリント基板１０と重なる位置に配置されている。これにより、コンバータ回路１２０（図１参照）が実装されている第１のプリント基板１０とリアクトル５０との間の距離を短くすることができる。よって、コンバータ回路１２０とリアクトル５０とを結ぶ配線を削減することができ、リアクトル５０の配置スペースを低減することができる。
〈実施の形態１の効果〉
　以上に説明した実施の形態１によれば、電力変換装置１００は、電力変換回路（すなわち、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０）と巻線パターン２１との間に配置されて巻線パターン２１で発生するノイズをシールドするシールド部材６０を有する。これにより、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０へのノイズの重畳が抑制されるため、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０の誤動作を防止できる。よって、第１のプリント基板１０を、リアクトル５０に近接して配置することができるため、電力変換装置１００を小型化することができる。
　また、実施の形態１によれば、リアクトル５０を構成する巻線パターン２１が形成された絶縁基板２０が、第１のプリント基板１０と重なる位置に配置されている。これにより、第１のプリント基板１０に実装されているコンバータ回路１２０とリアクトル５０との間の距離を短くすることができる。よって、コンバータ回路１２０とリアクトル５０とを結ぶ配線を削減することができる。
　また、実施の形態１によれば、シールド部材６０の電位は、冷却器３０の電位と同じである。これにより、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０に、巻線パターン２１で発生したノイズの重畳を一層抑制することができる。したがって、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０の誤動作を一層抑制することができる。
　また、実施の形態１によれば、リアクトル５０のコア４０は、冷却器３０に接している。これにより、コア４０が放熱されるため、コア４０の鉄損を低減することができる。したがって、リアクトル５０を小型化することができる。
　また、実施の形態１によれば、巻線パターン２１が備えられている絶縁基板２０は、冷却器３０に接している。これにより、巻線パターン２１が放熱されるため、コア４０の鉄損を低減することができる。したがって、リアクトル５０を小型化することができる。
　また、実施の形態１によれば、電力変換装置１００は、両面基板を含む第１のプリント基板１０と、ｚ軸方向に積層された複数の巻線パターン２１とを有する。言い換えれば、電力変換装置１００において、第１のプリント基板１０には安価な両面基板が用いられ、且つリアクトル５０を構成する複数の巻線パターン２１のみに多層構造が構成されていることによって、電力変換装置１００のコストを低減することができる。
《実施の形態１の変形例１》
　図１０は、実施の形態１の変形例１に係る電力変換装置１０１の構成の一部を示す断面図である。図１０において、図２及び９に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２及び９に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態１の変形例１に係る電力変換装置１０１は、シールド部材６１が第１のプリント基板１０に備えられている点で、実施の形態１に係る電力変換装置１００と相違する。これ以外の点については、実施の形態１の変形例１に係る電力変換装置１０１は、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同じである。そのため、以下の説明では、図２を参照する。
　図１０に示されるように、電力変換装置１０１は、第１のプリント基板１０と、絶縁基板２０と、リアクトル５０（図２参照）と、シールド部材６１とを有する。
　図１１は、図１０に示される第１のプリント基板１０及びシールド部材６１の構成を示す平面図である。図１１に示されるように、第１のプリント基板１０は、絶縁部としての両面基板１１と、配線パターン１２と、シールド部材６１とを有する。配線パターン１２は、第１のパワー半導体２及び第２のパワー半導体３（図２参照）を駆動する駆動回路の配線パターンである。配線パターン１２は、両面基板１１の＋ｚ軸方向を向く面１１ａに形成されている。
　シールド部材６１は、両面基板１１の、絶縁基板２０（図２参照）と向き合う面（すなわち、－ｚ軸方向を向く面）１１ｂ上に備えられたシールドパターン（第２のシールドパターン）である。なお、両面基板１１の－ｚ軸方向を向く面１１ｂには、シールド部材６１に加えて、第１のパワー半導体２及び第２のパワー半導体３（図２参照）を駆動する駆動回路の配線パターンが形成されていてもよい。
　図１１に示されるように、シールド部材６１は、平面視で、両面基板１１の＋ｚ軸方向を向く面１１ａに実装されたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）４と、ＩＣ４に接続された信号線４ａと重なる位置に配置されている。ＩＣ４は、例えば、コンバータ回路１２０（図１参照）のＩＣ又はインバータ回路１３０（図１参照）のＩＣである。信号線４ａは、図１０に示される配線パターン１２の一例である。シールド部材６１は、巻線パターン２１で発生したノイズをシールドする。これにより、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０へのノイズの重畳が抑制されるため、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０の誤動作を防止できる。
〈実施の形態１の変形例１の効果〉
　以上に説明した実施の形態１の変形例１によれば、シールド部材６１は、両面基板１１の、絶縁基板２０と向き合う面１１ｂ上に配置され、巻線パターン２１で発生したノイズをシールドする。これにより、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０へのノイズの重畳が抑制されるため、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０の誤動作を防止できる。よって、第１のプリント基板１０を、リアクトル５０に近接して配置することができるため、電力変換装置１００を小型化することができる。
《実施の形態１の変形例２》
　図１２は、実施の形態１の変形例２に係る電力変換装置１０２の構成の一部を示す平面図である。実施の形態１の変形例２に係る電力変換装置１０２は、シールド部材６２にスリット６２ｂが設けられている点で、実施の形態１に係る電力変換装置１００と相違する。これ以外の点については、実施の形態１の変形例２に係る電力変換装置１０２は、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同じである。そのため、以下の説明では、図２及び４を参照する。
　図１２に示されるように、電力変換装置１０２は、第１のプリント基板１０と、絶縁基板２０と、リアクトル５０（図２参照）と、シールド部材６２とを有する。
　シールド部材６２は、貫通孔６２ａと、スリット６２ｂとを有する。貫通孔６２ａは、コア４０が貫通する孔である。貫通孔６２ａには、コア４０の第２の突出部４１ｄ（図４参照）が係合する。スリット６２ｂは、貫通孔６２ａからシールド部材６２の外周６２ｃまで繋がっている。スリット６２ｂは、図１２に示す例では、巻線パターン２１の長さ方向に直交する方向に伸びている。シールド部材６２がスリット６２ｂを有していることによって、１ターンショートが抑制され、シールド部材６２の表面で渦電流が流れることを防止できる。
〈実施の形態１の変形例２の効果〉
　以上に説明した実施の形態１の変形例２によれば、シールド部材６２は、コア４０が貫通する貫通孔６２ａと、貫通孔６２ａからシールド部材６２の外周６２ｃまで繋がるスリット６２ｂとを有する。これにより、１ターンショートが抑制され、シールド部材６２の表面で渦電流が流れることを防止できる。
《実施の形態２》
　図１３は、実施の形態２に係る電力変換装置２００の構成を示す側面図である。図１３において、図２に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態２に係る電力変換装置２００は、第１のプリント基板１０が絶縁基板２０上に直接、配置されている点で実施の形態１に係る電力変換装置１００と相違する。これ以外の点については、実施の形態２に係る電力変換装置２００は、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同じである。そのため、以下の説明では、図９を参照する。
　図１３に示されるように、電力変換装置２００は、第１のプリント基板２１０と、絶縁基板２０と、リアクトル５０と、シールド部材６０（図９参照）とを有する。なお、図１３では、シールド部材６０の図示は省略されている。
　第１のプリント基板２１０及び絶縁基板２０が電気的に接続されている。具体的には、第１のプリント基板２１０は、絶縁基板２０に積層されていて、第１のプリント基板２１０及び絶縁基板２０は密着している。言い換えれば、実施の形態２では、第１のプリント基板２１０が、図２に示される端子７０を介さずに絶縁基板２０上に直接、配置されている。これにより、電力変換装置２００を薄型化することができる。絶縁基板２０は、例えば、第１のプリント基板２１０とはんだ付けによって接続されている。
　第１のプリント基板２１０は、コア４０と係合する被係合部としての貫通穴２１４を有する。コア４０は、貫通穴２１４及び貫通穴２２に係合する。
〈実施の形態２の効果〉
　以上に説明した実施の形態２によれば、電力変換装置２００は、電力変換回路（すなわち、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０）と巻線パターン２１との間に配置されて巻線パターン２１で発生するノイズをシールドするシールド部材６０を有する。これにより、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０へのノイズの重畳が抑制されるため、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０の誤動作を防止できる。よって、第１のプリント基板１０を、リアクトル５０に近接して配置することができるため、電力変換装置２００を小型化することができる。
　また、実施の形態２によれば、電力変換回路（すなわち、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０）が実装された第１のプリント基板２１０は、絶縁基板２０上に直接、配置されている。これにより、第１のプリント基板２１０と絶縁基板２０とが端子７０（図２参照）を介して接続されている実施の形態１の構成と比較して、電力変換装置２００を薄型化することができる。
《実施の形態３》
　図１４は、実施の形態３に係る電力変換装置３００の構成を示す側面図である。図１５は、実施の形態３に係る電力変換装置３００の構成の一部を示す斜視図である。図１４及び図１５において、図２及び３に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２及び３に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態３に係る電力変換装置３００は、コア４０を固定する部材が、巻線パターン２１で発生するノイズをシールドする点で、実施の形態１に係る電力変換装置１００と相違する。これ以外の点については、実施の形態３に係る電力変換装置３００は、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同じである。そのため、以下の説明では、図１を参照する。
　図１４及び１５に示されるように、電力変換装置３００は、第１のプリント基板１０と、絶縁基板２０と、冷却器３０と、リアクトル５０と、シールド部材３６０とを有する。
　シールド部材３６０は、電力変換回路（すなわち、図１に示されるコンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０）と巻線パターン２１との間に配置されて、巻線パターン２１で発生するノイズをシールドする。これにより、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０へのノイズの重畳が抑制されるため、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０の誤動作を防止できる。
　実施の形態３では、シールド部材３６０は、コア４０を冷却器３０に固定する機能も有する。シールド部材３６０は、コア４０を冷却器３０に固定する固定部３６１と、締結部材４６が締結される被締結部３６２とを有する。固定部３６１は、コア４０の外面４０ａに接触している。被締結部３６２が締結部材４６を介して冷却器３０に締結されることで、固定部３６１は、コア４０を押圧する。これにより、コア４０が、冷却器３０に固定される。
　固定部３６１は、平面視で、巻線パターン２１と重なる位置に配置されている。図１５に示す例では、固定部３６１は、巻線パターン２１の一部を覆っている。なお、固定部３６１は、巻線パターン２１の全部を覆っていてもよい。すなわち、シールド部材３６０は、巻線パターン２１の少なくとも一部を覆っていればよい。
　シールド部材３６０は、例えば、金属材料から形成されている。図１４及び１５に示す例では、シールド部材３６０は、冷却器３０と同一の素材から形成されている。シールド部材３６０は、例えば、アルミ材料から形成されている。これにより、リアクトルのコア４０の放熱性を向上させることができる。
〈実施の形態３の効果〉
　以上に説明した実施の形態３によれば、電力変換装置３００は、電力変換回路（すなわち、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０）と巻線パターン２１との間に配置されて巻線パターン２１で発生するノイズをシールドするシールド部材３６０を有する。これにより、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０へのノイズの重畳が抑制されるため、コンバータ回路１２０及びインバータ回路１３０の誤動作を防止できる。よって、第１のプリント基板１０を、リアクトル５０に近接して配置することができるため、電力変換装置３００を小型化することができる。
　また、実施の形態３によれば、シールド部材３６０は、コア４０を冷却器３０に固定している。これにより、コア４０の固定構造及びノイズのシールド構造を１つの部材によって実現することができる。よって、実施の形態１に係る電力変換装置１００と比較して、電力変換装置３００における部品点数を削減することができる。
　１　負荷部、　２、３　パワー半導体、　４　ＩＣ、　４ａ　信号線、　１０、２１０　第１のプリント基板、　１１　両面基板、　１１ａ、１１ｂ、２０ａ、２０ｂ、３０ａ、４１ｂ、６５ａ　面、　１２　配線パターン、　２０　絶縁基板、　２１　巻線パターン、　２２　貫通穴、　２５　多層配線基板、　３０　冷却器、　３０ｂ　凹部、　４０　コア、　４０ａ　外面、　４１　第１の分割コア、　４１ａ　平板部、　４１ｃ　第１の突出部、　４１ｄ　第２の突出部、　４１ｅ　第３の突出部、　４１ｆ、４１ｇ　凹部、　４２　第２の分割コア、　４５　固定部材、　４６　締結部材、　５０　リアクトル、　６０、６１、６２、３６０　シールド部材、　６２ａ　貫通孔、　６２ｂ　スリット、　６２ｃ　外周、　６５　絶縁基板、　６６　シールドパターン、　７０　端子、　１００、１０１、１０２、２００、３００　電力変換装置、　１１０　電源部、　１２０　コンバータ回路、　１３０　インバータ回路、　２１４　貫通穴、　３６１　固定部、　３６２　被締結部。

Claims (10)

  1. 　第１の基板と、
    　前記第１の基板上に備えられた電力変換回路と、
    　前記第１の基板と重なる位置に配置された第２の基板と、
    　コア及び前記第２の基板上に備えられた巻線パターンを含み、前記電力変換回路に電気的に接続されたリアクトルと、
    　前記電力変換回路と前記巻線パターンとの間に配置され、前記巻線パターンで発生するノイズをシールドするシールド部材と
    　を有する電力変換装置。
  2. 　前記シールド部材は、前記第２の基板の、前記第１の基板と向き合う面上に備えられた第１のシールドパターンを有する
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記シールド部材は、前記第１の基板の、前記第２の基板と向き合う面上に備えられた第２のシールドパターンを有する
    　請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  4. 　冷却器を更に有し、
    　前記シールド部材は、前記コアを前記冷却器に固定する固定部を有する
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　冷却器を更に有し、
    　前記コア及び前記第２の基板の少なくとも一方は、前記冷却器に接し、又は前記冷却器の近傍に配置されている
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 　前記冷却器は、前記コアが接する凹部を有する
    　請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記シールド部材の電位は、前記冷却器の電位と同一である
    　請求項５又は６に記載の電力変換装置。
  8. 　前記シールド部材は、前記コアが貫通する貫通孔と、前記貫通孔から前記シールド部材の外周まで繋がるスリットとを有する、
    　請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 　前記電力変換回路と前記巻線パターンとを電気的に接続する端子を更に有する
    　請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記第１の基板は、前記第２の基板上に直接、配置されている
    　請求項１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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JP2012016108A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Toshiba Lighting & Technology Corp スイッチング電源モジュールおよび電気機器

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