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公開番号2021182828
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211125
出願番号2020087790
出願日20200520
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人特許業務法人ぱるも特許事務所
主分類H02M 7/04 20060101AFI20211029BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】安価に製造できる電力変換措置を提供する。
【解決手段】電力変換装置100は、筺体60と、筐体60内部に並べて配置した冷却器70および回路基板80と、冷却器70の回路基板80側の第1面70aに配置した第1回路部品20a〜20dと、冷却器70の第1面70aの裏側の第2面70bに配置した第2回路部品10とを備え、第1回路部品20a〜20dの端子20atは、回路基板80と接続され、第2回路部品10の端子10tは、冷却器70に設けられた貫通孔70hを通って回路基板80と接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
筺体と、
前記筐体内部に並べて配置した冷却器および回路基板と、
前記冷却器の前記回路基板側の第1面に配置した第1回路部品と、
前記冷却器の前記第1面の裏側の第2面に配置した第2回路部品とを備え、
前記第1回路部品の端子は、前記回路基板と接続され、
前記第2回路部品の端子は、前記冷却器に設けられた貫通孔を通って前記回路基板と接続されている電力変換装置。
続きを表示(約 350 文字)【請求項2】
前記第1回路部品は、前記第1面又は前記第2面の法線方向に見たときに、前記冷却器を挟んで、少なくとも一部が前記第2回路部品と重なって配置されている請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記貫通孔は、前記第1面又は前記第2面の法線方向に見たときに、少なくとも一部が、前記第2回路部品と重なって配置されている請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記第1回路部品は、半導体スイッチング素子であり、
前記第2回路部品は、磁性部品である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記第2回路部品は、トランス又はリアクトル、又はCMCである請求項4に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本願は、電力変換装置に関するものである。
続きを表示(約 4,800 文字)【背景技術】
【0002】
電力変換装置には電力変換回路と呼ばれる回路が筐体内部に収納されており、電力変換回路は、大電流が流れる主回路部と、それらを制御する制御部と、部品同士を電気的に接続する回路基板とバスバー等の端子延長部材で構成されることが一般的である。
【0003】
そして、制御部は、主に小電力で駆動するセンサ、ドライバ、マイコン、制御回路用電源等で構成され、主回路部は、主に大電力用途のスイッチング素子、コンデンサ、リアクトル、トランス等で構成され、回路基板には制御部と主回路部の部品の一部が接続されている。
【0004】
また、主回路部には、制御部と比較して、大電流が流れることから、主回路部に実装されているトランス、リアクトル、スイッチング素子、コンデンサ、CMC(コモンモードチョークコイル)等の部品は発熱量が大きくなるため、温度上昇抑制用として底面に放熱フィン又は水路を有する放熱ベースを配置した筐体が用いられることが多い。
【0005】
このような、筐体底面に放熱フィン又は水路を配置した電力変換装置は、一般的に、トランス、リアクトル、スイッチング素子、コンデンサ、CMC(コモンモードチョークコイル)等の高発熱部品を筐体底面に配置し、高発熱部品の熱を筐体底面の放熱ベースに逃がす構成となっているため、高放熱特性を有する。そして、上述の高発熱部品は、リード線、或いはバスバー等を介して高発熱部品の上部に配置されている回路基板に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特許第6486443号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、このような電力変換装置は、高さが異なる部品を筐体底面に配置することから、スイッチング素子等の高さの低い部品は基板との距離が大きくなるため、筐体に段差を設け、高さの低い部品の底面の高さを変更する必要がある。そのため、段差を形成する分の加工費及び材料費が掛かり、電力変換装置が高コスト化する問題が生じる。
【0008】
例えば、特許文献1には、リアクトル及びコンデンサ等の部品を、筐体内に段差を設けて作製した凹部に配置し、同一基板に電気的に接続する構成が開示されている。
【0009】
筐体底面に段差を設ける以外の方法として、高さが低い部品と基板の間にバスバー等の端子延長部材を配置する方法と、高さが低い部品の端子長を延長する方法があるが、前者はバスバーを、後者は端子長を延長した半導体パッケージのカスタム品を作製する必要があるため、やはり、電力変換装置が高コスト化するという課題があった。
【0010】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、安価に製造できる電力変換措置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本願に開示される電力変換装置は、
筺体と、
前記筐体内部に並べて配置した冷却器および回路基板と、
前記冷却器の前記回路基板側の第1面に配置した第1回路部品と、
前記冷却器の前記第1面の裏側の第2面に配置した第2回路部品とを備え、
前記第1回路部品の端子は、前記回路基板と接続され、
前記第2回路部品の端子は、前記冷却器に設けられた貫通孔を通って前記回路基板と接続されているものである。
【発明の効果】
【0012】
本願に開示される電力変換装置によれば、安価に製造できる電力変換措置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
実施の形態1による電力変換装置の断面図である。
実施の形態1によるブリッジレスPFC回路の構成を示す図である。
実施の形態1による電力変換装置の他の構成を示す断面図である。
実施の形態1による電力変換装置の他の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
実施の形態1.
以下、実施の形態1による電力変換装置を、図を用いて説明する。
図1は、電力変換装置100の断面図である。
図2は、電力変換装置100の電力変換回路の一例としてのブリッジレスPFC(Power Factor Collection)回路50の構成を示す図である。
ブリッジレスPFC回路50は、PFCリアクトル10と、スイッチング素子20a〜20dとをブリッジ型に接続するコンバータ20と、入力電源30と、平滑コンデンサ40とを備える。そして、入力電源30の一端が、スイッチング素子20aと20bを接続する配線1にPFCリアクトル10を介して接続されている。また、入力電源30の他端が、スイッチング素子20cと20dを接続する配線2に接続されている。
【0015】
平滑コンデンサ40の一端が、スイッチング素子20aと20cとを接続する配線3に、他端が、スイッチング素子20bと20dとを接続する配線4にそれぞれ接続されている。PFCリアクトル10は、入力電源30と、スイッチング素子20a及び20bを接続する配線1の間に、直列に接続された構成である。ブリッジレスPFC回路50は、入力電源30の電圧を平滑コンデンサ40の直流電圧Vdcに変換する機能を有する。
【0016】
図1は、電力変換装置100の断面図であるが、スイッチング素子20aの存在する部分で切断した図である。図1に示すように、電力変換装置100は、筐体60と、筐体60の内部に、間隔を開けて平行に配置された冷却器70と回路基板80と、スイッチング素子20a〜20dと、PFCリアクトル10とを備えている。
【0017】
筐体60は、伝熱性の材料で形成されており、例えば、アルミ等の金属材料で形成されている。冷却器70は、水路を有する放熱ベースである。
【0018】
スイッチング素子20a〜20d(第1回路部品)は、冷却器70と回路基板80の間にあって、冷却器70の回路基板80側の第1面70a(図1における紙面上側の面)上に配置されている。また、PFCリアクトル10(第2回路部品)は、冷却器70の第1面70aの裏側の第2面70b(図1における紙面下側の面)上に配置されている。
【0019】
回路基板80は、例えば、ガラスエポキシ基板であり、スイッチング素子20a〜20dとPFCリアクトル10、入力電源30、平滑コンデンサ40を電気的に接続する上述の配線1〜4を有し、スイッチング素子20a〜20dを制御する制御部の少なくとも一部が実装されており、図2に示すブリッジレスPFC回路50の一部を構成している。
【0020】
スイッチング素子とは、(Gangallium nitride)、SiC(Silicon Carbide)等のワイドバンドギャップ材料又はSi(Silicon)で作製された大電力用途のダイオード、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor )、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のベアチップを板状の半導体パッケージで封止した素子のことである。
【0021】
以下の説明では、スイッチング素子20aを例に説明するが、他のスイッチング素子20b〜20dについても同様である。スイッチング素子20aは、放熱のための冷却面20acを有し、冷却面20acが、冷却器70の第1面70a上に接触するように、図示しない絶縁シートを介して実装されている。
【0022】
スイッチング素子20aの端子20atは、冷却面20acの裏側に向かって延出して回路基板80に接続されている。PFCリアクトル10は、巻線と磁性材料で形成された磁性部品である。PFCリアクトル10の端子10tは、冷却器70の貫通孔70hを通って、回路基板80の配線1に接続されている。
【0023】
次に、実施の形態1による電力変換装置100の効果について説明する。
図1に示すように、電力変換装置100は、冷却器70の第1面70a上にスイッチング素子20aを配置し、冷却器70の第1面70aの裏側の第2面70b上に、PFCリアクトル10を配置し、冷却器70に貫通孔70hを形成して、PFCリアクトル10の端子10tを貫通孔70hに通して回路基板80に接続している構成である。
【0024】
実装面の法線方向Xの高さが異なるスイッチング素子20aとPFCリアクトル10とが、平板状の冷却器70の一方の面にそれぞれ配置されているので、スイッチング素子20aとPFCリアクトル10の高さを合わせる必要が無い。したがって、スイッチング素子20aを回路基板80に接続する際に、高さ調整用の筐体の段差、或いは、端子を延長する部材が不要となり、それらのコストを抑制できる。
【0025】
図3は、電力変換装置100の他の構成を示す断面図である。スイッチング素子20aの存在する部分で切断した断面を示している。スイッチング素子20aは、冷却器70の第1面70a又は第2面70bの法線方向Xに見たときに、少なくともその一部が、PFCリアクトル10と重なって配置されている。
【0026】
このように、スイッチング素子20aと、PFCリアクトル10とを、冷却器70の表裏で重複する位置に配置することによって、冷却器70の第1面70a及び第2面70bの表面積を低減し、筐体60を小型化できる。
【0027】
図4は、電力変換装置100の他の構成を示す断面図である。
貫通孔70hは、冷却器70の第1面70a又は第2面70bの法線方向Xに見たときに、少なくともその一部が、PFCリアクトル10と重なるように配置されている。
【0028】
これにより、PFCリアクトル10の端子10tの端子長を短くすることができるため、端子長延長により生じるコストを抑制できる。
【0029】
冷却器70の第1面70aに配置される回路部品は、スイッチング素子20a〜20dのみに制限していないが、スイッチング素子20a〜20dと同様に、部品端子の延長が高コストとなる部品を配置することが好ましい。例えば、上述の法線方向Xの部品高さが大きく、部品端子の延長が低コストであるPFCリアクトル10を冷却器70の第1面70aに、部品高さが低く、部品端子の延長が高コストなスイッチング素子20aを冷却器の第2面70bに配置する場合について検討する。
【0030】
第2面70bに配置されたスイッチング素子20aの端子20atは、貫通孔70hを通って、冷却器70の第1面70a側の回路基板80に接続する必要があることから、端子長は少なくとも、冷却器70の上記法線方向Xの厚さと、PFCリアクトル10の高さとの和となる。この和が、スイッチング素子20aの端子20atの端子長よりも大きい場合、スイッチング素子20aは、回路基板80と接続できなくなる。
(【0031】以降は省略されています)

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