(57)【要約】【課題】空冷方式による冷却効果が維持されるとともに、放射ノイズの漏えいと外部からの放射ノイズの侵入が抑制される電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は電力変換回路を構成する電子部品１０、電力変換回路を制御する制御回路が形成されている制御回路基板２０、電子部品１０及び制御回路基板２０を内部に収納する筐体３０を備える。第１側壁３１には複数の第１貫通孔３１ａが形成されている。第２側壁３２には複数の第２貫通孔３２ａが形成されている。第１側壁３１と第２側壁３２との対向方向Ｚにおいて、複数の第１貫通孔３１ａの全域及び複数の第２貫通孔３２ａの全域が電子部品１０に対向している。【選択図】図３
2015109759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を構成する電子部品（１０）と、
該電力変換回路を制御する制御回路が形成されている制御回路基板（２０、２００）と、
互いに対向する第１側壁（３１）及び第２側壁（３２）を有するとともに、上記電子部品（１０）及び上記制御回路基板（２０、２００）を内部に収納する筐体（３０）と、
を備え、
上記第１側壁（３１）には複数の第１貫通孔（３１ａ、３１０ａ）が形成されており、
上記第２側壁（３２）には複数の第２貫通孔（３２ａ、３２０ａ）が形成されており、
上記第１側壁（３１）と上記第２側壁（３２）との対向方向において、上記複数の第１貫通孔（３１ａ、３１０ａ）の全域及び上記複数の第２貫通孔（３２ａ、３２０ａ）の全域が上記電子部品（１０）に対向していることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項２】
上記電力変換回路はコンバータ回路であって、上記電子部品（１０）として、一次コイルと二次コイルとを有するトランス（１３）と、上記一次コイルに接続されて一次側回路を形成する一次側電子部品（１１）と、上記二次コイルに接続されて二次側回路を形成する二次側電子部品（１２）と、を備え、上記トランス（１３）は上記一次側回路と上記二次側回路との間に配置されているとともに、上記１次側回路と上記２次側回路とが電気的に絶縁され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（１）。
【請求項３】
上記複数の第１貫通孔（３１ａ、３１０ａ）及び上記複数の第２貫通孔（３２ａ、３２０ａ）の少なくとも一部は、上記対向方向において上記トランス（１３）に対向し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（１）。
【請求項４】
上記電子部品（１０）のうち少なくとも一つは、上記複数の第１貫通孔（３１ａ、３１０ａ）の一部に対向しているとともに、上記複数の第２貫通孔（３２ａ、３２０ａ）の一部に対向していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【請求項５】
上記対向方向が鉛直方向に平行であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【請求項６】
上記第１側壁（３１）は鉛直方向上側に位置するとともに、上記第２側壁（３２）は鉛直方向下側に位置し、上記複数の第２貫通孔（３２ａ）の総開口面積は、上記複数の第１貫通孔（３１ａ）の総開口面積よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置（１）。
【請求項７】
上記複数の第１貫通孔（３１ａ）及び上記複数の第２貫通孔（３２ａ）の少なくとも一部の外縁部（３１ｂ、３２ｂ）は、上記筐体（３０）の内側又は外側に突出していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【請求項８】
上記電子部品（１０）として、少なくともパワー半導体素子（１２）、チョークコイル（１４）及びトランス（１３）が備えられており、該パワー半導体素子（１２）、該チョークコイル（１４）及び該トランス（１３）のうち少なくとも一つは、上記制御回路基板（２００）よりも上記鉛直方向の上方側に位置することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【請求項９】
上記筐体（３０）は導電性材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【請求項１０】
上記電子部品（１０）の少なくとも一つは上記筐体（３０）の内側底面（３７）に配置されているとともに、該内側底面（３７）と反対側の外側底面（３８）には上記対向方向に沿って延在する複数の冷却フィン（４１）を有する冷却器（４０）が備えられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空冷方式の冷却構造を有する電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されているように、電力変換装置の筐体の側壁に多数の貫通孔を設けて、筐体内に空気流通させて内部の電子部品等を冷却するように構成されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８１７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の構成では、筐体の複数の側壁に多数の貫通孔が設けられており、貫通孔が設けられている領域が比較的広い。そのため、電力変換装置内で生じる放射ノイズが当該貫通孔を介して外部に漏えいしやすくなっている。また、当該貫通孔を介して、外部からの電磁波などの放射ノイズが電力変換装置内に侵入しやすくなっている。これらを抑制するには、貫通孔の大きさを小さくしたり、貫通孔の数を減らしたりすることにより、貫通孔が設けられている領域を相対的に削減することが考えられる。しかし、単にこれらのようにすれば、貫通孔を介して筐体内を流通する空気の量が全体として減ることとなり、必要以上に冷却効果が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、空冷方式による冷却効果が維持されるとともに、放射ノイズの漏えいと外部からの放射ノイズの侵入が抑制される電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、電力変換回路を構成する電子部品と、
該電力変換回路を制御する制御回路が形成されている制御回路基板と、
互いに対向する第１側壁及び第２側壁を有するとともに、上記電子部品及び上記制御回路基板を内部に収納する筐体と、
を備え、
上記第１側壁には複数の第１貫通孔が形成されており、
上記第２側壁には複数の第２貫通孔が形成されており、
上記第１側壁と上記第２側壁との対向方向において、上記複数の第１貫通孔の全域及び上記複数の第２貫通孔の全域が上記電子部品に対向していることを特徴とする電力変換装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記電力変換装置においては、第１側壁と第２側壁との対向方向において、第１側壁に設けられる複数の第１貫通孔の全域と、第２側壁に設けられる複数の第２貫通孔の全域とが電力変換回路を構成する電子部品に対向している。これにより、当該第１貫通孔及び第２貫通孔を介して筐体に流入する空気が電子部品に積極的に接触させられる。そして、複数の第１貫通孔の全域及び複数の第２貫通孔の全域が電子部品に対向していることにより、両貫通孔が設けられる領域が過剰に大きくなることが防止される。その結果、両貫通孔を過剰に大きくしなくとも空冷方式による冷却効果が維持されるとともに、電力変換装置の内部で生じる放射ノイズの漏えい及び外部から飛来する放射ノイズの侵入が抑制される。
【０００８】
以上のごとく、本発明によれば、空冷方式による冷却効果が維持されるとともに、放射ノイズの漏えいと外部からの放射ノイズの侵入が抑制される電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１における、電力変換装置の斜視図である。
【図２】実施例１における、電力変換装置の上面図である。
【図３】実施例１における、電力変換装置の正面図である。
【図４】実施例１における、電力変換装置の下面図である。
【図５】図４における、V-V線位置断面図である。
【図６】実施例２における、図４のV-V線位置相当の断面図である。
【図７】実施例３における、電力変換装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の電力変換装置は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に使用することができる。
【００１１】
本明細書において、「対向方向」とは、互いに対向する面上の点を結ぶ直線の方向を指すものとし、平行に配置された２つの面における対向方向は、両方の面に垂直な方向を指すものとする。
【実施例】
【００１２】
（実施例１）
本例の実施例に係る電力変換装置につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、電子部品１０、制御回路基板２０及び筐体３０を備える。
電子部品１０は、電力変換回路を構成している。
制御回路基板２０には、上記電力変換回路を制御する制御回路が形成されている。
筐体３０は電子部品１０及び制御回路基板２０を内部に収納している。そして、筐体３０は互いに対向する第１側壁３１及び第２側壁３２を有する。第１側壁３１には複数の第１貫通孔３１ａが形成されている。また、第２側壁３２には複数の第２貫通孔３２ａが形成されている。
さらに、第１側壁３１と上記第２側壁３２との対向方向Ｚにおいて、複数の第１貫通孔３１ａの全域及び複数の第２貫通孔３２ａの全域が電子部品１０に対向している
【００１３】
以下、本例の電力変換装置１について、詳述する。
筐体３０は、図１に示すように、蓋３０ａと本体３０ｂとからなる。蓋３０ａ及び本体３０ｂはいずれも導電性材料からなる。導電性材料としては、鉄、鉄合金、銅合金、アルミニウム合金等を採用することができ、本例では、アルミニウム合金を採用した。蓋３０ａは、図３に示すように、矩形の天井部３５と、その周囲に立設された４個の側壁（第１側壁３１、第２側壁３２、第３側壁３３、第４側壁３４）とを備える。本体３０ｂは矩形の板状部材である。蓋３０ａが本体３０ｂの主面の一方（内側底面３７）を覆っている。これにより、蓋３０ａと本体３０ｂの間に収納空間３６が形成されている。なお、第１側壁３１と第２側壁３２との対向方向をＺ方向とし、第３側壁３３と第４側壁３４との対向方向をＹ方向とし、天井部３５と本体３０ｂとの対向方向をＸ方向とする。
【００１４】
収納空間３６には、電子部品１０及び制御回路基板２０が収容されている。電子部品１０は、高圧の直流電力を降圧する電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ回路）を形成している。電子部品１０として、一次コイルと二次コイルとを有するトランス１３と、上記一次コイルに接続されて一次側回路を形成する一次側電子部品１１と、上記二次コイルに接続されて二次側回路を形成する二次側電子部品１２と、二次側電子部品１２と出力端子１５との間に接続されるチョークコイル１４と、を備える。一次側電子部品１１、二次側電子部品１２はいずれもパワー半導体である。トランス１３は一次側回路と二次側回路との間に配置されており、一次側回路と二次側回路とが電気的に絶縁されている。図２に示すように、一次側電子部品１１、二次側電子部品１２、トランス１３及びチョークコイル１４は、筐体３０の本体３０ｂの内側底面３７に配設されている。
【００１５】
図２に示すように、筐体３０の第１側壁３１には複数の第１貫通孔３１ａが形成されている。第１貫通孔３１ａはいずれも円柱状の貫通孔である。そして、複数の第１貫通孔３１ａの全域が、Ｚ方向（第１側壁３１と第２側壁３２との対向方向）において、一次側電子部品１１、二次側電子部品１２、トランス１３及びチョークコイル１４のいずれかに対向している。
【００１６】
また、図４に示すように、筐体３０の第２側壁３２には複数の第２貫通孔３２ａが形成されている。第２貫通孔３２ａはいずれも円柱状の貫通孔である。そして、複数の第２貫通孔３２ａの全域が、Ｚ方向（第１側壁３１と第２側壁３２との対向方向）において、一次側電子部品１１、二次側電子部品１２、トランス１３及びチョークコイル１４のいずれかに対向している。
【００１７】
すなわち、図３に示すように、一次側電子部品１１、二次側電子部品１２、トランス１３及びチョークコイル１４はいずれも、それぞれの第１側壁３１側の側面が第１貫通孔３１ａに対向しており、それぞれの第２側壁３２側の側面が第２貫通孔３２ａに対向している。
【００１８】
図１に示すように、第１側壁３１と第２側壁３２との対向方向Ｚは、鉛直方向に平行となっている。そして、図３に示すように、各第１貫通孔３１ａの鉛直方向に第２貫通孔３２ａがそれぞれ形成されている。すなわち、図５に示すように、各第２貫通孔３２ａは、第１貫通孔３１ａを通る鉛直方向に平行な仮想直線Ｌ上に形成されている。各第２貫通孔３２ａの直径ｄ２は、各第１貫通孔３１ａの直径ｄ１よりも小さい。これにより、複数の第２貫通孔３２ａの総開口面積は、複数の第１貫通孔３１ａの総開口面積よりも小さくなっている。複数の第２貫通孔３２ａの総開口面積は、例えば、複数の第１貫通孔３１ａの総開口面積の０．２〜０．９倍とすることができ、本例では、０．５倍である
【００１９】
図５に示すように、複数の第１貫通孔３１ａの外縁部３１ｂは、筐体３０の内側に筒状に突出している。これにより、第１突出部３１ｂが形成されている。また、複数の第２貫通孔３２ａの外縁部３２ｂも、筐体３０の内側に筒状に突出している。これにより、第２突出部３２ｂが形成されている。第１突出部３１ｂ及び第２突出部３２ｂは、例えば、バーリング加工等の絞り加工により形成することができる。
【００２０】
また、図１、図２及び図４に示すように、内側底面３７と反対側の外側底面３８には、冷却器４０が備えられている。冷却器４０は、第１側壁３１と第２側壁３２との対向方向Ｚに沿って延在するとともに、外側底面３８にＸ方向に立設されている複数の冷却フィン４１を有する。複数の冷却フィン４１の先端部には複数の冷却フィン４１全体のＸ方向側を覆うフィンカバー４２が設けられている。フィンカバー４２は、外側底面３８のＹ方向の両端部にＸ方向に立設された脚部３９に取り付けられている。これにより、外側底面３８、冷却フィン４１及びフィンカバー４２により、対向方向Ｚに延びる空気流路４３が複数形成されている。
【００２１】
また、図１、図２に示すように、筐体３０の収納空間３６に収納された制御回路基板２０は、電力変換回路の一次側回路を構成する一次側電子部品１１に電気的に接続されている。制御回路基板２０には、一次側電子部品１１の動作を制御する制御回路が形成されている。制御回路基板２０は、内側底面３７に立設されたボス３７ａを介して、内側底面３７に平行に配設されている。そして、制御回路基板２０は、本体３０ｂの内側底面３７に配設された一次側電子部品１１、二次側電子部品１２、トランス１３及びチョークコイル１４を覆っている。
【００２２】
次に、本例の電力変換装置１における作用効果について、詳述する。
本例の電力変換装置１によれば、第１側壁３１と第２側壁３２との対向方向Ｚにおいて、第１側壁３１に設けられる複数の第１貫通孔３１ａの全域と、第２側壁３２に設けられる複数の第２貫通孔３２ａの全域とが電力変換回路を構成する電子部品１０に対向している。これにより、当該第１貫通孔３１ａ及び第２貫通孔３２ａを介して筐体３０に流入する空気が電子部品１０に積極的に接触させられる。そして、複数の第１貫通孔３１ａの全域及び複数の第２貫通孔３２ａの全域が電子部品１０に対向していることにより、両貫通孔３１ａ、３２ａが設けられる領域が過剰に大きくなることが防止される。その結果、両貫通孔３１ａ、３２ａを過剰に大きくしなくとも空冷方式による冷却効果が維持されるとともに、電力変換装置１の内部で生じる放射ノイズの漏えい及び外部から飛来する放射ノイズの侵入が抑制される。
【００２３】
さらに、電力変換回路はコンバータ回路であって、電子部品１０として、一次コイルと二次コイルとを有するトランス１３と、上記一次コイルに接続されて一次側回路を形成する一次側電子部品１１と、上記二次コイルに接続されて二次側回路を形成する二次側電子部品１２と、を備える。そして、トランス１３は上記一次側回路と上記二次側回路との間に配置されているとともに、上記１次側回路と上記２次側回路とが電気的に絶縁されている。このような、コンバータ回路を有する電力変換装置においても、空冷方式による冷却効果の維持が図られるとともに、電力変換装置１の内部で生じる放射ノイズの漏えい及び外部から飛来する放射ノイズの侵入が効果的に抑制される。
【００２４】
さらに、複数の第１貫通孔３１ａ及び複数の第２貫通孔３２ａは、対向方向Ｚにおいてトランス１３に対向している。これにより、発熱量の多いトランス１３を、第２貫通孔３２ａから流入して第１貫通孔３１ａから流出する空気に積極的に接触させることができる。その結果、装置の冷却効果が向上する。
【００２５】
さらに、電子部品１０は、複数の第１貫通孔３１ａに対向しているとともに、複数の第２貫通孔３２ａに対向している。これにより、第２貫通孔３２ａから筐体３０内に流入して第１貫通孔３１ａから流出する空気の流路上に電子部品１０が配置されていることとなるため、当該空気によって当該電子部品１０が積極的に冷却されることとなる。
【００２６】
また、本例では、第１側壁３１と第２側壁３２との対向方向Ｚは、鉛直方向に平行な方向となっている。これにより、第２貫通孔３２ａから流入して第１貫通孔３１ａから流出する空気の流路は、鉛直方向に下方から上方に向かって形成されることとなる。そのため、煙突効果による当該鉛直方向に下方から上方への空気の流れ（自然対流）が促されて、冷却効果が向上する。
【００２７】
さらに、第１側壁３１は鉛直方向上側に位置するとともに、第２側壁３２は鉛直方向下側に位置し、複数の第２貫通孔３２ａの総開口面積は、複数の第１貫通孔３１ａの総開口面積よりも小さい。これにより、空気が下方側の第２貫通孔３２ａから上方側の第１貫通孔３１ａに向けて流通する際に、流入口となる第２貫通孔３２ａの方が小さいため、流入する際に空気の流速が高まる。これにより、筐体３０での空気の流通が促されて、冷却効果が一層向上する。
【００２８】
また、複数の第１貫通孔３１ａの外縁部３１ｂ及び複数の第２貫通孔３２ａの外縁部３２ｂは、上記筐体３０の内側に突出している。これにより、両貫通孔３１ａ、３２ａを介して、電力変換装置１の内部で生じた放射ノイズが漏えいすること、及び外部から飛来する放射ノイズが侵入することが一層抑制される。
【００２９】
なお、複数の第１貫通孔３１ａの外縁部３１ｂ及び複数の第２貫通孔３２ａの外縁部３２ｂは、筐体３０の外側に突出していてもよい。特に、鉛直方向上側に位置する複数の第１貫通孔３１ａの外縁部３１ｂが筐体３０の外側に突出している場合には、筐体３０内の空気が第１貫通孔３１ａから外部に排出される際の空気の流通を円滑にすることができ、冷却効果が一層向上する。
【００３０】
また、筐体３０は導電性材料からなる。これにより、筐体３０内の電子部品１０に対してシールド効果が奏され、外部から飛来する放射ノイズが筐体３０に収納されている電子部品１０に及ぼす影響を低減できる。
【００３１】
電子部品１０は筐体３０の本体３０ｂの内側底面３７に配置されているとともに、内側底面３７と反対側の外側底面３８には対向方向Ｚに沿って延在する複数の冷却フィン４１を有する冷却器４０が備えられている。これにより、複数の冷却フィン４１の間を流通する空気の流通方向と、第１貫通孔３１ａと第２貫通孔３２ａを介して筐体３０内を流通する空気の流通方向とが同じ方向となるため、装置全体の冷却効果が向上する。
【００３２】
なお、本例では、冷却フィン４１による空冷方式の冷却器４０に替えて、水冷方式などの冷却器を採用してもよい。
【００３３】
また、本例では複数の第１貫通孔３１ａ及び複数の第２貫通孔３２ａはいずれも円柱状としたが、楕円柱状、四角柱状などとすることができる。また、第１貫通孔３１ａ及び第２貫通孔３２ａはそれぞれ、扁平な開口部を有するスリット状とすることができる。また、複数の第１貫通孔３１ａのうち、一部の第１貫通孔３１ａが他の第１貫通孔３１ａと異なる形状であってもよい。同様に、複数の第２貫通孔３２ａのうち、一部の第２貫通孔３２ａが他の第２貫通孔３２ａと異なる形状であってもよい。
【００３４】
以上のごとく、本実施例によれば、空冷方式による冷却効果が維持されるとともに、放射ノイズの漏えいと外部からの放射ノイズの侵入が抑制される電力変換装置１を提供することができる。
【００３５】
（実施例２）
本例の電力変換装置は、実施例１における第１貫通孔３１ａ及び第２貫通孔３２ａ（図２、図４）に替えて、図６に示す第１貫通孔３１０ａ及び第２貫通孔３２０ａを備える。その他の構成要素は実施例１の場合と同様であり、本例においても実施例１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００３６】
図６に示すように、第１貫通孔３１０ａと第２貫通孔３２０ａとは、同じ直径ｄ３を有している。そして、各第１貫通孔３１０ａは第２貫通孔３２０ａにそれぞれ対向しており、対向する第１貫通孔３１０ａと第２貫通孔３２０ａとは、鉛直方向に平行な仮想直線Ｌ上に形成されている。なお、本例では、突出部３１ｂ、３２ｂ（図５参照）は形成されていない。
【００３７】
本実施例の電力変換装置１によれば、複数の第１貫通孔３１０ａの総開口面積は、複数の第２貫通孔３２０ｂの総開口面積と同じであるが、第１貫通孔３１０ａと第２貫通孔３２０ａと仮想直線Ｌ上に配列しているため、第２貫通孔３２０ａから流入した空気が対向する第１貫通孔３１０ａから積極的に流出することとなる。その結果、当該空気の流通が促されて、冷却効果が向上する。
【００３８】
（実施例３）
本例の電力変換装置は、実施例１における制御回路基板２０（図３）に替えて、図７に示す制御回路基板２００を備える。その他の構成要素は実施例１の場合と同様であり、本例においても実施例１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００３９】
制御回路基板２００は、実施例１における制御回路基板２０と同様に、一次側電子部品１１を制御する制御回路が形成されており、図７に示すように、ボス３７ａを介して筐体３０の内側底部３７に取り付けられている。制御回路基板２００は、制御回路基板２０（図３）において、トランス１３の一部、二次側電子部品１２及びチョークコイル１４を覆っていた部分が切り欠かれている。これにより、制御回路基板２００は、トランス１３の一部、二次側電子部品１２及びチョークコイル１４を覆っていない。そのため、トランス１３の一部、二次側電子部品１２（パワー半導体）及びチョークコイル１３は、制御回路基板２００よりも鉛直方向の上方側に位置している。
【００４０】
本実施例の電力変換装置１によれば、第２貫通孔３２ａから流入して第１貫通孔３１ａから流出する空気の流路において、制御回路基板２００よりも下流側に、より発熱量の多いトランス１３、二次側電子部品１２（パワー半導体）及びチョークコイル１３が配設されている。これにより、トランス１３、二次側電子部品１２（パワー半導体）及びチョークコイル１３から発せられる熱が制御回路基板２００に実装された電子部品等に影響を及ぼすことが抑制される。さらに、トランス１３、二次側電子部品１２（パワー半導体）及びチョークコイル１３から発せられる熱は第１貫通孔３１ａを介して筐体３０から素早く排出されるため、筐体３０内に熱が蓄積されることが抑制される。なお、本例の電力変換装置１においても、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００４１】
１  電力変換装置
１０  電子部品
１１  一次側電子部品
１２  二次側電子部品
１３  トランス
２０、２００  制御回路基板
３０  筐体
３１  第１側壁
３１ａ、３１０ａ  第１貫通孔
３２  第２側壁
３２ａ、３２０ａ  第２貫通孔
４０  冷却器
【図１】
2015109759.tif 000003
【図２】
2015109759.tif 000004
【図３】
2015109759.tif 000005
【図４】
2015109759.tif 000006
【図５】
2015109759.tif 000007
【図６】
2015109759.tif 000008
【図７】
2015109759.tif 000009