(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の部品面に実装される半導体スイッチング素子と、
前記回路基板の前記部品面と反対側の半田面に面実装され、金属のリード端子と抵抗体を備えたシャント抵抗器と、
前記回路基板の半田面側に設けられ、前記シャント抵抗器で発生する熱を放熱する放熱器と、
前記シャント抵抗器と前記放熱器の間に介在された高熱伝導率を有する絶縁材と、
を備え、
前記半導体スイッチング素子で発生する熱は、前記絶縁材を介在して前記放熱器で放熱され、
前記シャント抵抗器で発生する熱は、前記抵抗体から前記リード端子と前記絶縁材を介在して前記放熱器に伝熱される伝熱経路と、前記抵抗体から前記絶縁材を介在して前記放熱器に伝熱される伝熱経路により放熱されることを特徴とする電子回路部品の冷却構造。
【請求項２】
前記リード端子と抵抗体は、同一の金属で構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子回路部品の冷却構造。
【請求項３】
前記高熱伝導率を有する絶縁材は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子回路部品の冷却構造。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の電子回路部品の冷却構造を用いたことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回路基板に面実装されるシャント抵抗器の冷却構造を改良した電子回路部品の冷却構造及びそれを用いたインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー化の流れからインバータを備えた電動機が増加している。これらのインバータ装置には、過電流によるインバータ破壊を防止する目的、あるいは電動機の位置センサレスベクトル制御を目的として、電源部の直流電流や電動機に流れる電流を検出する電流検出回路が設けられている。
【０００３】
上述の電流検出回路の構成として、一般的にはカレントセンサやシャント抵抗器で構成した電流検出回路が用いられるが、上記カレントセンサは物理的なサイズが大きいため、インバータ装置が大型化する課題がある。
【０００４】
一方、シャント抵抗器を用いた電流検出装置は、近年の技術進歩により、０．数ミリΩの超低抵抗値で基板に面実装可能な小型のシャント抵抗器が開発されており、小型の電流検出回路が構築できる利点を有している。
【０００５】
しかしながら、シャント抵抗器は電流値の２乗で発熱するため、インバータ装置の電流容量が大きくなると、シャント抵抗器での発熱が無視できないものとなり、その発熱が問題となる。
【０００６】
特に、面実装型の平板状シャント抵抗器では、発生した熱が主として基板を介して放熱されるため、インバータ装置の電流容量が大きくなると、上記シャント抵抗器で発生した熱の影響により、周囲の部品や基板温度を上昇させてしまう問題が発生する。
【０００７】
そこで、例えば図７に示すインバータ装置のように、樹脂からなる回路基板７の部品面側に実装された半導体スイッチング素子１を冷却するために、回路基板７の部品面と反対側の半田面側に設けられたヒートシンク９との間に高熱伝導率を有する絶縁材８を介在させ、回路基板７の部品面側に実装されたシャント抵抗器４で発生する熱を、シャント抵抗器４のリード端子４ｂ、回路パターン６、樹脂の回路基板７を経由して放熱する構成が考えられる。なお、符号４ａはシャント抵抗器４の抵抗体を示している。
【０００８】
また、例えば特開２００９−１００８２号公報（特許文献１）には、基板上に実装されたシャント抵抗器に対する上記以外の冷却方法として、シャント抵抗器の基板とは反対側に放熱器を設けることで、シャント抵抗器で発生した熱を放熱器から放熱するようにした構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１００８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように電流容量が大きなインバータ装置では、パワー素子やシャント抵抗器などの発熱部品からの熱を放熱させるために、図７に示すように回路基板７とヒートシンク９との間に高熱伝導率を有する絶縁材８を介在して、ヒートシンク９で構成された放熱器で冷却する構成が用いられる。しかし、上述のようなシャント抵抗器４の冷却手段を用いても、シャント抵抗器４で発生する発熱量が大きく、シャント抵抗器４の冷却が不十分となる場合には、さらなるシャント抵抗器４の冷却手段が必要となる。
【００１１】
また、特許文献１のような構成を用いればシャント抵抗器のさらなる冷却は可能となるが、半導体スイッチング素子を冷却する放熱器とは別に、シャント抵抗器の上面側にもシャント抵抗器を冷却する放熱器が必要となり、インバータ装置が大型化するという問題がある。
【００１２】
この発明は、上記問題を解決するものであり、面実装型のシャント抵抗器を回路基板の半田面側に実装し、従来のインバータ装置で用いられるヒートシンクなどの放熱器をシャント抵抗器の冷却に用いる電子回路部品の冷却構造及びそれを用いたインバータ装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る電子回路部品の冷却構造は、回路基板の部品面に実装される半導体スイッチング素子と、前記回路基板の前記部品面と反対側の半田面に面実装され、金属のリード端子と抵抗体を備えたシャント抵抗器と、前記回路基板の半田面側に設けられ、前記シャント抵抗器で発生する熱を放熱する放熱器と、前記シャント抵抗器と前記放熱器の間に介在された高熱伝導率を有する絶縁材と、を備え、前記半導体スイッチング素子で発生する熱は、前記絶縁材を介在して前記放熱器で放熱され、前記シャント抵抗器で発生する熱は、前記抵抗体から前記リード端子と前記絶縁材を介在して前記放熱器に伝熱される伝熱経路と、前記抵抗体から前記絶縁材を介在して前記放熱器に伝熱される伝熱経路により放熱されるものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、シャント抵抗器はシャント抵抗器のリード端子から放熱される経路に加え、新たにシャント抵抗器の抵抗体から高熱伝導率を有する絶縁材を介在して半導体スイッチング素子の熱を放熱する放熱器に直接放熱される複数の冷却経路が構成でき、シャント抵抗器を冷却するための新たな放熱器が不要で、かつシャント抵抗器の冷却性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置を示す概略側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電子回路部品の放熱経路を示す概略側面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置を示す概略側面図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置の回路図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置を示す概略側面図である。
【図７】従来の電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明に係る電子回路部品の冷却構造及びそれを用いたインバータ装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置の回路図の一例である。インバータ装置２０は、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子１を複数有した三相インバータ装置であり、直流電源２からの直流電圧を半導体スイッチング素子１のスイッチング動作によって、三相交流電圧へ変換し、電動機３を駆動する回路構成となる。
【００１８】
また、インバータ装置２０には、直流電源２の電流を検出するために、シャント抵抗器４を含む電流検出回路５が設けられている。シャント抵抗器４を流れる電流によって発生する、シャント抵抗器４の両端電圧を用いた電流検出回路５によって、シャント抵抗器４に流れている電流値が検出できるようになっている。
【００１９】
次に、実施の形態１に係るインバータ装置２０を図２に基づいて説明する。この図２は、上記インバータ装置２０の概略断面図である。
【００２０】
図２に示すように、実施の形態１に係るインバータ装置２０は、両面に配線パターン６が形成された樹脂製の回路基板７の部品面側に、半導体スイッチング素子１が実装されている。さらに回路基板７の部品面と反対側の半田面には抵抗体４ａとリード端子４ｂからなるシャント抵抗器４が面実装されている。また、回路基板７の半田面側には、高熱伝導率を有し、電気的に絶縁可能な絶縁材８を介在して、ヒートシンク９が設けられる。ヒートシンク９は、自然または強制的に風が送りこまれる空冷式の放熱器であり、半導体スイッチング素子１やシャント抵抗器４から発生する熱をヒートシンク９によって放熱する構成となっている。
【００２１】
ところで、図２においては、回路基板７に半導体スイッチング素子１とシャント抵抗器４が実装されているのみであるが、実際のインバータ装置２０は、その他の回路部品も備えていることは勿論である。しかし、ここでは上記その他の回路部品は省略されている。
【００２２】
なお、高熱伝導率を有する絶縁材８は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、例えばグラファイトシート、熱伝導ゲル、シリコンゴムシート、シリコーングリスなどに代表されるものである。
【００２３】
次に、実施の形態１に係る電子回路部品の冷却構造を用いることによる効果について図３に基づいて説明する。図３は、シャント抵抗器４の放熱経路を示す概略図である。
図３に示すように、シャント抵抗器４で発生する熱は、抵抗体４ａ、リード端子４ｂ、配線パターン６、絶縁材８を介在してヒートシンク９に伝熱される伝熱経路Ａと、抵抗体４ａから絶縁材８を介在してヒートシンク９に伝熱される伝熱経路Ｂの、複数の伝熱経路で放熱が可能となる。従って、従来のインバータ装置の冷却に用いられる放熱用のヒートシンク９に加えてシャント抵抗器４を冷却するための新たな放熱器を設けずに、シャント抵抗器４の冷却性能を高めることができるようになる。
【００２４】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置について説明する。図４は、実施の形態２に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置を示す概略断面図である。なお、図４において、図２に示す実施の形態１の構成要素と同一または相当する部分には同一符号を付すことにより、その説明を省略する。
【００２５】
この実施の形態２は、インバータ装置３０の放熱器が、水冷式放熱器１０となっている点が実施の形態１と異なるのみで、その他の構成は実施の形態１と同様である。水冷式放熱器１０は、アルミなどの金属で構成されたハウジング１０ａの内部に、クーラントなどの冷却媒体が流れる流路１０ｂが構成されている。このような水冷式放熱器１０を用いることにより、ヒートシンクを用いた空冷式の放熱器と比較して、さらなる放熱効果が見込まれ、よりシャント抵抗器４の温度上昇を抑制できる。また、放熱性能が向上するため、放熱器を小型化することが可能となり、インバータ装置４０全体の小型化が可能となる。
【００２６】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置について図５と図６に基づいて説明する。
図５は、実施の形態３に係る電子回路部品の冷却構造を用いたインバータ装置４０の回路図の一例である。なお、図５において、図１に示す実施の形態１における構成要素と同一または相当する部分には同一符号が付されている。インバータ装置４０の動作は実施の形態１と同様であるが、実施の形態３は、直流電源２の電流を検出するためにシャント抵抗器４を並列接続し、電流検出回路５が設けられた構成が実施の形態１とは異なる。
【００２７】
シャント抵抗器４は一般的に定格電力が規定されており、定格電力以上で使用した場合には信頼性が低下する。電流容量が大きなインバータ装置４０で、シャント抵抗器４が定格電力を超えてしまうような場合、実施の形態３の構成のようにシャント抵抗器４を並列接続することで、例えば同抵抗値のシャント抵抗器を２並列接続した場合、シャント抵抗器１個あたりに流れる電流は１／２となり、シャント抵抗器４を１つで構成した場合と比較すると、その発熱量（電力）を１／４にできる。
【００２８】
また、図６に示す実施の形態３に係るインバータ装置４０の概略側面図からわかるように、実施の形態１同様に並列接続したシャント抵抗器４のどちら側もヒートシンク９までの伝熱経路を複数の伝熱経路で構成できるため、シャント抵抗器４の発熱量（電力）と温度上昇が抑制できる構成となる。
【００２９】
なお、実施の形態３では、シャント抵抗器４を２並列としているが、その並列数は上述した実施の形態のみに限られるものではない。また、放熱器としてヒートシンク９が用いられているが、実施の形態２のように、水冷式放熱器１０（図４参照）を用いれば、シャント抵抗器４およびインバータ装置４０のさらなる冷却効果が見込める。
【００３０】
以上、この発明の実施の形態１から３について説明したが、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、シャント抵抗器４は、抵抗体４ａとリード端子４ｂを接合した面実装型のシャント抵抗器４に限らず、抵抗体４ａとリード端子４ｂが１つの金属で構成された面実装型の金属シャント抵抗器であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  半導体スイッチング素子、２  直流電源、３  電動機、４  シャント抵抗器、４ａ  抵抗体、４ｂ  リード端子、５  電流検出回路、６  配線パターン、７  回路基板、８  絶縁材、９  ヒートシンク、１０  水冷式放熱器、１０ａ  ハウジング、１０ｂ  流路、２０、３０、４０  インバータ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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