JP2019134534A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
これらの部品は、冷却器に取り付けて外部へ放熱すると共に、部品間を電気的に接続する部品(例えばプリント基板等)に電気的に接続する必要があるが、部品の高さが異なる中で部品の放熱と電気的な接続を両立させる必要がある。
また、スイッチング素子のリード長さに応じてプリント基板が固定されているので、
冷却が必要な高さの異なる部品が複数あった場合に各部品の高さに応じた基板を各部品に設ける必要があり、基板の固定点の増加、基板間の接続部品の追加による、大型化、コスト上昇を招く。
スイッチング素子、前記スイッチング素子とは別の発熱部品、および前記スイッチング素子および前記発熱部品を冷却する冷却面を有した冷却器を備えた電力変換装置において、
前記冷却面は、扁平な面で形成されており、
前記スイッチング素子および前記発熱部品が、前記冷却面の同じ面内に所定の距離を隔てて、並設されており、
前記スイッチング素子は、素子本体と、前記発熱部品の端子と電気的に接続される端子とを備えており、
前記素子本体の、前記冷却面と反対の側に、絶縁部材が配設されており、
前記素子本体の、前記冷却面の側に、電気的絶縁性および熱伝導性を有する絶縁放熱部材が当接されており、
自己の弾性復元力が、前記絶縁部材の前記冷却面と反対の側に、作用する弾性の固定部材が設けられており、
前記発熱部品は、前記絶縁部材の前記固定部材と反対の側に、配設されており、
前記弾性復元力により、前記絶縁部材を介して、前記素子本体が前記絶縁放熱部材に圧接され、前記絶縁放熱部材が前記冷却面に圧接されている
ものである。
スイッチング素子、前記スイッチング素子とは別の発熱部品、および前記スイッチング素子および前記発熱部品を冷却する冷却面を有した冷却器を備えた電力変換装置において、
前記冷却面は、扁平な面で形成されており、
前記スイッチング素子および前記発熱部品が、前記冷却面の同じ面内に所定の距離を隔てて、並設されており、
前記スイッチング素子は、素子本体と、前記発熱部品の端子と電気的に接続される端子とを備えており、
前記素子本体の、前記冷却面と反対の側に、絶縁部材が配設されており、
前記素子本体の、前記冷却面の側に、電気的絶縁性および熱伝導性を有する絶縁放熱部材が当接されており、
自己の弾性復元力が、前記絶縁部材の前記冷却面と反対の側に、作用する弾性の固定部材が設けられており、
前記発熱部品は、前記絶縁部材の前記固定部材と反対の側に、配設されており、
前記弾性復元力により、前記絶縁部材を介して、前記素子本体が前記絶縁放熱部材に圧接され、前記絶縁放熱部材が前記冷却面に圧接されている
ので、小型化、低コスト化を妨げず、スイッチング素子およびスイッチング素子と高さの異なる発熱部品の放熱性を確保すると共に、絶縁性向上を図ることが可能である。
以下、実施の形態1を図1および図2によって説明する。
図1は、実施の形態1における電力変換装置の要部を例示する縦断側面図である。
また、図2は、実施の形態1におけるスイッチング素子を例示する斜視図である。
実施の形態1では、電力変換装置1、電力変換部2、冷却器3、冷却面3a、平面3b、冷却フィン3c、流路3d、ボス部3e1,3e2、第一凹部3f、第二凹部3g、カバー4、スイッチング素子5、素子本体5a、スイッチング素子5の端子であるリード端子5b、内部電極5c、樹脂部5d、切欠き5e、第一貫通孔5f、素子本体下面5g、素子本体上面5h、発熱部品6、発熱部品本体6a、発熱部品6の端子である接続用端子6b、主回路配線板であるプリント基板7、締結具81,82,83、絶縁放熱部材9、第二貫通孔9a、第三貫通孔9b、ほぼ板状の絶縁部材10、絶縁部材本体10a、中間端子部10b、開口部10c、第一突起部10d、第二突起部10e、第三突起部10f、平面部10g、垂直平面部10h、第四貫通孔10j、ベンド部10k、第五貫通孔10m、板状の固定部材11、弾性変形部11a、固定部11b、第一曲折部11c、第二曲折部11d、第三曲折部11e、隙間緩衝部材12、および収納空間73asが設けられ、各々、図1、図2に例示のように形成され、相対的に配置されている。
絶縁放熱部材9、絶縁部材10、固定部材11、および隙間緩衝部材12は、それぞれ個別の部材である。
また、冷却面3aから垂直に伸びた高さの異なる複数のボス部3e1,3e2を有し、ボス部3e1,3e2の先端面には、ねじ穴が設けられている。
また、冷却器3の側壁部(すなわち収納空間73asを形成する側壁部)に設けられた複数のボス部3e1,3e1のねじ穴に螺合された複数の締結具81によって、各ボス部3e1,3e1の先端面(すなわち冷却器3の流路3dと反対側の端面)に、プリント基板7の実装面と冷却器3の冷却面3aとが対向するように、プリント基板7が冷却器3に取り付けられている。
素子本体5aは、内部電極5cが絶縁性を有する樹脂部5dで覆われることで形成されており、樹脂部5dに形成された複数(この例では2箇所)の切欠き5eにより、内部電極5cが表面に剥き出しになっている。また、素子本体5aの中央部には、第一貫通孔5fが設けられている。
リード端子5bは、図示のように、素子本体5aから、冷却面3aに対して水平方向に突出し、途中で、冷却面3aに対して垂直方向に且つ冷却面3aとは反対の方向に曲折して延在している。
また、素子本体5aの上方には、絶縁部材10が素子本体上面5hに当接した状態で設けられ、さらに、絶縁部材10の上方には、弾性の固定部材11が設けられている。
また、弾性の固定部材11の弾性復元力により、絶縁部材10は素子本体5aに、素子本体5aの内部電極5cは絶縁放熱部材9に、絶縁放熱部材9は冷却面3aに、それぞれ圧接されている。従って、素子本体5aの発熱は、絶縁放熱部材9を介して、冷却器3の冷却面3aに良好に伝熱され、素子本体5aの良好な放熱性と耐震性が確保される。
開口部10cは、素子本体5aの位置に対応して形成されており、開口部10cに素子本体5aが嵌め込まれている状態下で、絶縁部材本体10aと素子本体5aとの間に極わずかな間隙が形成されるような大きさをもつ。
また、絶縁部材本体10aは、素子本体5aの第一貫通孔5fの位置、形状に応じ、冷却面3aに向かって垂直に伸びた第一突起部10dと素子本体5aの外側に位置し冷却面3aに向かって伸びた第二突起部10eおよび第三突起部10fを有している。
また、冷却器3には、第二突起部10eおよび第三突起部10fの位置、形状に応じた第一凹部3fおよび第二凹部3gが設けられている。
また、絶縁放熱部材9には、絶縁部材10の、第二突起部10eおよび第三突起部10fの各々の位置、および形状に応じた第二貫通孔9aおよび第三貫通孔9bが設けられている。
同様に、第二貫通孔9aおよび第三貫通孔9bのうち、第二貫通孔9aは、図1における紙面の手前に位置しているので図示されている。第三貫通孔9bは、第二貫通孔9aより、図1における紙面の奥側に位置しているので、第二貫通孔9aの陰となっていて、図1には図示されていない。
同様に、第二突起部10eおよび第三突起部10fのうち、第二突起部10eは、図1における紙面の手前に位置しているので図示されているが、第三突起部10fは、第二突起部10eより、図1における紙面の奥側に位置しているので、第二突起部10eの陰となっていて、図1には図示されていない。
この例の場合、絶縁部材本体10aと一体成形により構成されている。
また、平面部10gは、スイッチング素子5のリード端子5bの位置、形状に応じた第四貫通孔10jを有し、垂直平面部10hは、U字形状に曲折されたベンド部10kを有している。
第四貫通孔10jにスイッチング素子5のリード端子5bが挿通され、リード端子5bと平面部10gが半田付けされることにより、リード端子5bと絶縁部材10の中間端子部10bが電気的に接続されている。
弾性変形部11aは、固定部11bの一端から順に上方に曲折された第一曲折部11c、下方に曲折された第二曲折部11d、さらに、上方に曲折された第三曲折部11eで構成されている。
固定部11bは、冷却面3aからプリント基板7の側へ所定距離隔てた位置における、冷却面3aと水平をなす平面、に位置して形成されている。
固定部材11は、第三曲折部11eが絶縁部材10の上面に圧接されることで弾性復元力が絶縁部材10に作用し、絶縁部材10を介してスイッチング素子5が冷却面3aに押圧された状態で、冷却器3に、ボス部3e1より内側に設けられたボス部3e2、のねじ穴に螺合された締結具82により、冷却器3に取り付けられている。
ボス部3e2は、素子本体5aの、リード端子5bが突出している面の側と反対の側に位置し、素子本体5aよりも外側に設けられている。また、ボス部3e2は、その先端位置が素子本体上面5hよりも高い位置になるように形成されている。
発熱部品6の接続用端子6b、および絶縁部材10の中間端子部10bは、それぞれプリント基板7の各貫通孔に挿通された状態で半田付けされることで、それぞれプリント基板7と電気的に接続されている。
スイッチング素子5の内部電極5cと冷却器3との電気的な絶縁を確保しつつ、スイッチング素子5の熱を最短経路で冷却面3aに伝えることができ、スイッチング素子5と冷却面3aとの間の熱抵抗を低減することができる。
さらに、絶縁部材10の中間端子部10bにベンド部10kが設けられているので、自重方向のひずみをベンド部10kで吸収することができ、絶縁部材10の中間端子部10bとプリント基板7との接続部へのストレスを、より抑制することができる。
それぞれ放熱が必要な、高さの異なるスイッチング素子5と発熱部品6とが、同じ収納空間73as内に混在し、発熱部品6の高さに合わせてプリント基板7が配置されている場合であっても、プリント基板7の高さやその他周辺部品の配置に応じて中間端子部10bの形状を自由に変更することができ、スイッチング素子5や発熱部品6の放熱性の低下を防止しつつ、プリント基板7や発熱部品6を含む周辺部品の配置の自由度を向上することができる。
さらに、各部品の高さに応じて冷却面3aの高さを変える必要がなく、冷却面3aを扁平な1つの平面で形成することができ、冷却器3の簡素化の実現、延いては、小型化、低コスト化を実現することができる。
特に、絶縁放熱部材9の第二貫通孔9a、第三貫通孔9bと、冷却器3の第一凹部3f、第二凹部3gを同様の位置、大きさとし、これら第二貫通孔9a、第三貫通孔9b、第一凹部3f、第二凹部3gに、共通に、絶縁部材10の第二突起部10e、第三突起部10fを、挿通しているので、冷却器3、絶縁放熱部材9、スイッチング素子5、および絶縁部材10の相互間の位置ばらつきの抑制効果は大である。
これによっても、同様の効果を得ることができる。
冷却面3aは、段部を持たない1つの平面で形成され、
スイッチング素子5は、素子本体5aと素子本体5aから外方に突出するリード端子5bとを備えており、
素子本体5a上部に、絶縁部材10を、素子本体5a下部に、優れた絶縁性および熱伝導性を有する絶縁放熱部材9を、それぞれ介して、絶縁部材10の上部に設けられた固定部材11の弾性復元力により、素子本体5a下部が冷却面3aに伝熱可能に当接されると共に、
スイッチング素子5のリード端子5b先端が、主回路配線板であるプリント基板7と電気的に接続されている。
絶縁部材10の開口部10c内に素子本体5aが収容され、素子本体5aの第一貫通孔5fに絶縁部材10の第一突起部10dが嵌合されていると共に、冷却器3の第一凹部3f及び第二凹部3gに絶縁部材10の第二突起部10e、第三突起部10fが各々嵌合されている。
冷却面3aは、扁平な面で形成されており、
スイッチング素子5および発熱部品6が、冷却面3aの同じ面内に所定の距離を隔てて、並設されており、
スイッチング素子5は、素子本体5aと、発熱部品6の端子6bと電気的に接続される端子5bとを備えており、
素子本体5aの、冷却面3aと反対の側に、絶縁部材10が配設されており、
素子本体5aの、冷却面3aの側に、電気的絶縁性および熱伝導性を有する絶縁放熱部材9が当接されており、
自己の弾性復元力が、絶縁部材10の冷却面3aと反対の側に、作用する弾性の固定部材11が設けられており、
発熱部品6は、絶縁部材10の固定部材11と反対の側に、配設されており、
固定部材11の弾性復元力により、絶縁部材10を介して、素子本体5aが絶縁放熱部材9に圧接され、絶縁放熱部材9が冷却面3aに圧接されている。
以下、実施の形態2を図3によって、実施の形態1と異なる部分を主体に説明し、実施の形態1と同一あるいは相当する部分についての説明は割愛する。
図3は、実施の形態2における電力変換装置の要部を例示する縦断側面図である。
図3において、直線状の中間端子部10bは、絶縁部材10を樹脂で成形する際に、インサート成形により、絶縁部材10に一体に設けられている。
スイッチング素子5と発熱部品6とは、図1に例示されているプリント基板7を使用することなく、直線状の中間端子部10bによって、電気的に接続されるように構成されている。
また、中間端子部10bは、絶縁部材本体10aから突出した部分に、スイッチング素子5のリード端子5bの位置、形状に応じた第四貫通孔10j、および締結具83の位置、形状に応じた第五貫通孔10mを有しており、第四貫通孔10jにスイッチング素子5のリード端子5bが挿通した状態で、リード端子5bと半田付けされると共に、リード端子5bの第五貫通孔10mに締結具83が挿通され、リード端子5bと発熱部品6の接続用端子6bとが接触した状態で接続用端子6bのねじ穴に締結具83が螺合されることで、絶縁部材10の中間端子部10bを介してスイッチング素子5と発熱部品6とが電気的に接続されている。
さらに、絶縁部材10の中間端子部10bの先端が、発熱部品6の接続用端子6bに、締結具83で固定されているので、中間端子部10bの耐振性確保のための部品を新たに追加する必要がなく、より小型化、低コスト化を実現することができる。
3c 冷却フィン、3d 流路、3e1 ボス部、3e2 ボス部、3f 第一凹部、
3g 第二凹部、4 カバー、5 スイッチング素子、5a 素子本体、
5b リード端子、5c 内部電極、5d 樹脂部、5e 切欠き、5f 第一貫通孔、
5g 素子本体下面、5h 素子本体上面、6 発熱部品、6a 発熱部品本体、
6b 接続用端子、7 プリント基板、81 締結具、82 締結具、83 締結具、
9 絶縁放熱部材、9a 第二貫通孔、9b 第三貫通孔、10 絶縁部材、
10a 絶縁部材本体、10b 中間端子部、10c 開口部、10d 第一突起部、
10e 第二突起部、10f 第三突起部、10g 平面部、10h 垂直平面部、
10j 第四貫通孔、10k ベンド部、10m 第五貫通孔、11 固定部材、
11a 弾性変形部、11b 固定部、11c 第一曲折部、11d 第二曲折部、
11e 第三曲折部、12 隙間緩衝部材、73as 収納空間
スイッチング素子、前記スイッチング素子とは別の発熱部品、および前記スイッチング素子および前記発熱部品を冷却する冷却面を有した冷却器を備えた電力変換装置において、
前記冷却面は、扁平な面で形成されており、
前記スイッチング素子および前記発熱部品が、前記冷却面の同じ面内に所定の距離を隔てて、前記冷却面に対して水平方向に並設されており、
前記スイッチング素子は、素子本体と、前記発熱部品の端子と電気的に接続される端子とを備えており、
前記素子本体の、前記冷却面と反対の側に、絶縁部材が配設されており、
前記素子本体の、前記冷却面の側に、電気的絶縁性および熱伝導性を有する絶縁放熱部材が当接されており、
自己の弾性復元力が前記絶縁部材の前記冷却面と反対の側に作用する弾性の固定部材が、前記絶縁部材の、前記発熱部品と前記水平方向の反対の側に、配設されており、
前記発熱部品は、前記絶縁部材の前記固定部材と前記水平方向の反対の側に、配設されており、
前記弾性復元力により、前記絶縁部材を介して、前記素子本体が前記絶縁放熱部材に圧接され、前記絶縁放熱部材が前記冷却面に圧接されており、
前記冷却器は、前記冷却面の前記スイッチング素子の側に、第一凹部を備え、
前記スイッチング素子は、前記素子本体の中央部に、第一貫通孔を備え、
前記絶縁部材は、前記第一貫通孔に対応した第一突起部と、前記第一凹部に対応した第二突起部と、前記冷却面の側に前記素子本体に対応した開口部とを備え、
前記絶縁部材の前記開口部の中に前記素子本体が収容され、
前記素子本体の前記第一貫通孔に前記絶縁部材の前記第一突起部が嵌合され、
前記冷却器の前記第一凹部に前記絶縁部材の前記第二突起部が嵌合されている
ものである。
スイッチング素子、前記スイッチング素子とは別の発熱部品、および前記スイッチング素子および前記発熱部品を冷却する冷却面を有した冷却器を備えた電力変換装置において、
前記冷却面は、扁平な面で形成されており、
前記スイッチング素子および前記発熱部品が、前記冷却面の同じ面内に所定の距離を隔てて、前記冷却面に対して水平方向に並設されており、
前記スイッチング素子は、素子本体と、前記発熱部品の端子と電気的に接続される端子とを備えており、
前記素子本体の、前記冷却面と反対の側に、絶縁部材が配設されており、
前記素子本体の、前記冷却面の側に、電気的絶縁性および熱伝導性を有する絶縁放熱部材が当接されており、
自己の弾性復元力が前記絶縁部材の前記冷却面と反対の側に作用する弾性の固定部材が、前記絶縁部材の、前記発熱部品と前記水平方向の反対の側に、配設されており、
前記発熱部品は、前記絶縁部材の前記固定部材と前記水平方向の反対の側に、配設されており、
前記弾性復元力により、前記絶縁部材を介して、前記素子本体が前記絶縁放熱部材に圧接され、前記絶縁放熱部材が前記冷却面に圧接されており、
前記冷却器は、前記冷却面の前記スイッチング素子の側に、第一凹部を備え、
前記スイッチング素子は、前記素子本体の中央部に、第一貫通孔を備え、
前記絶縁部材は、前記第一貫通孔に対応した第一突起部と、前記第一凹部に対応した第二突起部と、前記冷却面の側に前記素子本体に対応した開口部とを備え、
前記絶縁部材の前記開口部の中に前記素子本体が収容され、
前記素子本体の前記第一貫通孔に前記絶縁部材の前記第一突起部が嵌合され、
前記冷却器の前記第一凹部に前記絶縁部材の前記第二突起部が嵌合されている
ので、小型化、低コスト化を妨げず、スイッチング素子およびスイッチング素子と高さの異なる発熱部品の放熱性を確保すると共に、絶縁性向上を図ることが可能である。
Claims (18)
- スイッチング素子、前記スイッチング素子とは別の発熱部品、および前記スイッチング素子および前記発熱部品を冷却する冷却面を有した冷却器を備えた電力変換装置において、
前記冷却面は、扁平な面で形成されており、
前記スイッチング素子および前記発熱部品が、前記冷却面の同じ面内に所定の距離を隔てて、並設されており、
前記スイッチング素子は、素子本体と、前記発熱部品の端子と電気的に接続される端子とを備えており、
前記素子本体の、前記冷却面と反対の側に、絶縁部材が配設されており、
前記素子本体の、前記冷却面の側に、電気的絶縁性および熱伝導性を有する絶縁放熱部材が当接されており、
自己の弾性復元力が、前記絶縁部材の前記冷却面と反対の側に、作用する弾性の固定部材が設けられており、
前記発熱部品は、前記絶縁部材の前記固定部材と反対の側に、配設されており、
前記弾性復元力により、前記絶縁部材を介して、前記素子本体が前記絶縁放熱部材に圧接され、前記絶縁放熱部材が前記冷却面に圧接されている
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記絶縁部材の前記冷却面からの高さは、前記発熱部品の前記冷却面からの高さおよび前記固定部材の前記冷却面から最も遠い部位の高さ、のいずれよりも低い
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子の端子は、前記スイッチング素子の前記発熱部品の側に、配設され、
前記発熱部品の端子は、前記発熱部品の前記スイッチング素子の側に、配設されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記冷却器は、前記冷却面の前記スイッチング素子の側に、第一凹部を備え、
前記スイッチング素子は、前記素子本体の中央部に、第一貫通孔を備え、
前記絶縁部材は、前記第一貫通孔に対応した第一突起部と、前記第一凹部に対応した第二突起部と、前記冷却面の側に前記素子本体に対応した開口部とを備え、
前記絶縁部材の前記開口部の中に前記素子本体が収容され、
前記素子本体の前記第一貫通孔に前記絶縁部材の前記第一突起部が嵌合され、
前記冷却器の前記第一凹部に前記絶縁部材の第二突起部が嵌合されている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁放熱部材は、前記第一凹部に対応した第二貫通孔を備えており、
前記絶縁部材の前記第二突起部は、前記絶縁放熱部材の前記第二貫通孔を貫通して、前記冷却器の前記第一凹部に嵌合されている
ことを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記固定部材は、前記絶縁部材よりも前記冷却面から遠い位置で、前記冷却器と締結具により固定されている
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記発熱部品は、隙間緩衝部材を介して前記冷却面に搭載されている
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記発熱部品は、トランスおよびリアクトルの何れか一である
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記冷却器には、前記冷却面に対して垂直方向に延びた少なくとも1つの冷却フィンが、前記冷却面と反対側の面に設けられている
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記冷却器は、前記冷却フィンと熱交換する流体が通る少なくとも1つの密閉された流路を備えている
ことを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子と前記発熱部品とを、前記スイッチング素子の前記端子と前記発熱部品の前記端子とを介して、電気的に接続する主回路配線板を備え、
前記主回路配線板と前記冷却面との間に、収納空間が形成されており、
前記収納空間の中に、前記スイッチング素子と前記発熱部品と前記固定部材とが収納されている
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子および前記発熱部品は、各々個別に前記主回路配線板に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子の前記端子は、前記絶縁部材に保持された中間端子部を介して、前記主回路配線板に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁部材の前記中間端子部は、前記スイッチング素子の前記端子と少なくとも1箇所で電気的に接続され、
前記中間端子部の先端は、前記主回路配線板と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項13に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁部材の前記中間端子部は、少なくとも1箇所が曲折されている
ことを特徴とする請求項13または請求項14に記載の電力変換装置。 - 前記主回路配線板がプリント基板で構成されている
ことを特徴とする請求項11から請求項15のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子の前記端子は、前記絶縁部材に保持された中間端子部を介して、前記冷却面と平行な空間領域内で、前記発熱部品の端子に、電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁部材の前記中間端子部は、締結具により、前記発熱部品の前記端子に、電気的および機械的に接続されている
ことを特徴とする請求項17に記載の電力変換装置。
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