(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュール及びコンデンサを実装した回路基板を収容ケースの内部に収容した電力変換装置において、
前記収容ケースは、前記回路基板のコンデンサ実装面に対向して配置されるとともに前記回路基板を覆う主カバー部と、前記主カバー部において前記コンデンサに対応する部位に外部に突出する態様で形成し、内部に前記コンデンサを収容するコンデンサ収容部と、前記主カバー部の端部から前記回路基板の端面を覆うように突出している側面と、前記主カバー部において前記半導体モジュールに対応する部位に形成した連通孔と、を有するケース部を備え、
前記コンデンサ収容部は、前記回路基板のコンデンサ実装面に対向する部位のみが開口した密閉容器となるように構成したものであり、
前記連通孔は、前記半導体モジュールを挿通することができる大きさを有し、
前記連通孔の周囲には、前記回路基板に対して非対向となる面に、無端状のシール材を収容するためのシール溝が設けられ、
前記主カバー部と前記ケース部の側面と前記コンデンサ収容部とを一体に成形したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記収容ケースの外部において前記コンデンサ収容部を取り囲む位置に通風通路を構成するとともに、前記通風通路の一方から他方に向けて通気を行う通風ファンを配設したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記コンデンサ収容部を楕円柱状に形成し、
前記通風通路の通気方向に沿う態様で前記回路基板に実装した複数のコンデンサを前記コンデンサ収容部の内部に収容したことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【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もので、より詳細には回路基板に実装したコンデンサの冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板に大容量のコンデンサが実装される電力変換装置では、コンデンサからの発熱による影響を防止するため、種々の冷却構造が提供されている。例えば、特許文献１では、回路基板を覆う収容ケースにコンデンサを通過させる孔を形成し、コンデンサを収容ケースの外部に配設するようにしている。収容ケースの孔には、コンデンサの周囲を覆うキャップ部材が取り付けてある。このキャップ部材は、収容ケースに形成した孔から内部に水や塵埃が進入するのを防止するものである。この電力変換装置によれば、コンデンサからの発熱がキャップ部材の全面を介して収容ケースの外部に放出されることになり、冷却性能を向上させることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の冷却構造においては、回路基板に実装するコンデンサの数に応じてキャップ部材を用意する必要がある。しかも、キャップ部材と収容ケースとの間には、シール部材を介在させなければならない。このため、取り扱い部品点数が多くなるという問題があるばかりでなく、電力変換装置の組み立て作業が煩雑化するおそれもある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みて、部品点数が増える問題や組み立て作業が煩雑化する問題を招来することなく、コンデンサの冷却性能を向上させることのできる電力変換装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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、コンデンサを実装した回路基板を収容ケースの内部に収容した電力変換装置において、前記収容ケースは、前記回路基板のコンデンサ実装面に対向して配置される主カバー部と、前記主カバー部において前記コンデンサに対応する部位に外部に突出する態様で形成し、内部に前記コンデンサを収容するコンデンサ収容部とを有し、前記主カバー部と前記コンデンサ収容部とを一体に成形したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記収容ケースの外部において前記コンデンサ収容部を取り囲む位置に通風通路を構成するとともに、前記通風通路の一方から他方に向けて通気を行う通風ファンを配設したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記コンデンサ収容部を楕円柱状に形成し、前記通風通路の通気方向に沿う態様で前記回路基板に実装した複数のコンデンサを前記コンデンサ収容部の内部に収容したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上述した電力変換装置において、前記コンデンサ収容部には、前記収容ケースの外部に連通する通気孔を形成し、かつ前記通気孔を透湿防水シートによって覆ったことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、収容ケースの主カバー部とコンデンサ収容部とを一体に成形しているため、回路基板に実装されるコンデンサの数に関わらず、部品点数が増大することはない。しかも、主カバー部とコンデンサ収容部との間にシール部材を設ける必要もない。従って、部品点数が増える問題や組み立て作業が煩雑化する問題を招来することなく、コンデンサの冷却性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である電力変換装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した電力変換装置の要部分解斜視図である。
【図３】図３は、図１に示した電力変換装置の断面側面図である。
【図４】図４は、図１に示した電力変換装置の平面一部破断図である。
【図５】図５は、図１に示した電力変換装置に適用する回路基板の斜視図である。
【図６】図６は、図１に示した電力変換装置の収容ケースを構成する第２ケース部の斜視図である。
【図７】図７は、図１に示した電力変換装置の通風部を構成するフレーム部材の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の変形例１である電力変換装置に適用する第２ケース部の斜視図である。
【図９】図９は、図８に示した電力変換装置に適用する回路基板の第２ケース部の斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の変形例２である電力変換装置の要部断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した電力変換装置の要部を一部破断して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る電力変換装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１〜図４は、本発明の実施の形態である電力変換装置を示したものである。ここで例示する電力変換装置１は、商用電源から供給される交流電圧を所望の周波数・振幅に変換した後にモータ等の負荷に供給するためのもので、回路基板２Ａ，２Ｂを収容する収容ケース１０と、電力変換装置１の構成部品であるＩＧＢＴ等の半導体モジュール３やコンデンサ４を冷却するための通風部２０とを備えている。
【００１４】
収容ケース１０は、第１ケース部１１及び第２ケース部１２を備えて構成したものである。第１ケース部１１は、電力変換装置１の外郭の一部を構成するもので、樹脂材によってほぼ矩形の平板状を成すように構成してある。この第１ケース部１１の内表面側には、互いに大きさの異なる２枚の回路基板２Ａ，２Ｂが相互に積層した状態で支持してある。図２〜図５に示すように、外形寸法の大きな回路基板（以下、主回路基板２Ａという）は、第１ケース部１１よりもわずかに小さい矩形状に構成したもので、第１ケース部１１の内表面に対向して配設してある。外形寸法の小さい回路基板（以下、副回路基板２Ｂという）は、第１ケース部１１に対してほぼ１／２の幅を有したもので、図２において第１ケース部１１の右半分となる部分に配設してある。副回路基板２Ｂには、主に、上述した半導体モジュール３やコンデンサ４等の発熱部品が集約して実装してある。図には明示していないが、これら主回路基板２Ａ及び副回路基板２Ｂは、互いに電気的に接続され、電力変換に必要となる制御回路を構成している。
【００１５】
図５に示すように、本実施の形態で適用する半導体モジュール３は、略直方体状を成すもので、互いに平行となる上下の側面にネジ締結部３ａを有している。ネジ締結部３ａは、半導体モジュール３の側面において副回路基板２Ｂから離隔した放熱面３ｂ側に位置する縁部から突出した舌片状部分である。それぞれのネジ締結部３ａには、取付ネジＢを挿通するためのネジ挿通孔３ｃが設けてある。主回路基板２Ａ及び副回路基板２Ｂには、半導体モジュール３のネジ挿通孔３ｃに対向する部分にそれぞれ貫通口２ａが形成してある。貫通口２ａは、ネジ挿通孔３ｃよりも内径の大きな円形の開口である。
【００１６】
コンデンサ４は、円柱状を成すもので、一方の端面を副回路基板２Ｂの実装面２Ｂａに対向させた状態で副回路基板２Ｂに実装してある。本実施の形態では、副回路基板２Ｂの上端部において左上隅部分とその右斜め下部分にそれぞれコンデンサ４が配設してある。
【００１７】
第２ケース部１２は、図２〜図４及び図６に示すように、第１ケース部１１を覆う大きさを有した樹脂成形品であり、主カバー部１２ａ及びコンデンサ収容部１２ｂを有している。主カバー部１２ａは、回路基板２Ａ，２Ｂの実装面２Ａａ，２Ｂａに対向して配置される板状部分である。コンデンサ収容部１２ｂは、副回路基板２Ｂに実装した個々のコンデンサ４を個別に収容するためのもので、主カバー部１２ａから外部に突出する態様で主カバー部１２ａと一体に成形してある。本実施の形態では、副回路基板２Ｂの実装面２Ｂａに対向する部位のみが開口した有底円筒状の密閉容器となるようにコンデンサ収容部１２ｂが構成してある。コンデンサ収容部１２ｂの大きさは、内部にコンデンサ４を収容した場合にコンデンサ４の端面及び周面との間にそれぞれ０．５ｍｍの隙間ができるように設定してある。
【００１８】
また、第２ケース部１２の主カバー部１２ａには、半導体モジュール３に対応する部位に連通孔１２ｃが設けてある。連通孔１２ｃは、半導体モジュール３を挿通することができる一方、後述するヒートシンク３０の受熱面３０ａよりも外形の小さい略矩形状の開口である。この連通孔１２ｃの周囲には、第１ケース部１１に非対向となる裏面側にシール溝１２ｄが設けてある。シール溝１２ｄは、無端状のシール材１３を収容するための凹所である。
【００１９】
図２からも明らかなように、この第２ケース部１２には、裏面を左右に二分割するように仕切り壁部１２ｅが設けてあるとともに、図２において右半分となる部分の上縁部に通風板部１２ｆが設けてある。仕切り壁部１２ｅは、第１ケース部１１に対してほぼ直交するように立設した平板状部材である。通風板部１２ｆは、多数の通風孔１２ｇを有した平板状部材であり、図２において第２ケース部１２の右半分の上方を覆うように設けてある。
【００２０】
通風部２０は、第２ケース部１２を取り囲むように構成したフレーム部材４０を備え、これら第２ケース部１２とフレーム部材４０との間に上下方向に沿った通風通路２１を構成するものである。通風通路２１の上端開口は、第２ケース部１２に設けた通風板部１２ｆによって覆われた状態となる。フレーム部材４０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の良好な熱伝導性を有する高熱伝導性材料によって成形したもので、図２及び図４に示すように、主板部４１、側板部４２及び補助側板部４３を有している。主板部４１は、第２ケース部１２において仕切り壁部１２ｅよりも右側に位置する部分を覆うことのできる外形寸法を有したものである。主板部４１において第２ケース部１２に対向する内表面には、上下方向に沿って多数のフィン嵌合溝４１ａが設けてある。側板部４２は、主板部４１の一方の縁部から第２ケース部１２に向けてほぼ直角方向に延在した部分である。この側板部４２は、主板部４１を第２ケース部１２に対向させた場合に、第２ケース部１２の仕切り壁部１２ｅに対向して配置されるように構成してある。補助側板部４３は、主板部４１のもう一方の縁部から第２ケース部１２に向けてほぼ直角方向に延在した部分である。図からも明らかなように、補助側板部４３は、側板部４２に比べて主板部４１からの延在長さが小さく構成してある。この補助側板部４３は、主板部４１を第２ケース部１２に対向させた場合に仕切り壁部１２ｅに重ね合わされるように構成してある。
【００２１】
フレーム部材４０の内表面には、通風ファン５０及びヒートシンク３０が設けてある。通風ファン５０は、図２に示すように、フレーム部材４０において内表面の下端部に配設したものである。この通風ファン５０は、駆動した場合に、通風板部１２ｆの通風孔１２ｇを介して外部の空気を通風通路２１に導入する一方、通風通路２１の空気を下端の開口から排出するように動作するものである。
【００２２】
ヒートシンク３０は、フレーム部材４０と同様、アルミニウムやアルミニウム合金等の良好な熱伝導性を有する高熱伝導性材料によって成形したものである。本実施の形態では、ベース部材の一方の表面に平坦な受熱面３０ａを有する一方、他方の表面に多数の冷却フィン３０ｂが立設したヒートシンク３０を適用している。ヒートシンク３０の受熱面３０ａは、第２ケース部１２のシール溝１２ｄに収容したシール材１３の全周に当接することのできる大きさの矩形状に構成してある。このヒートシンク３０は、冷却フィン３０ｂの先端部をそれぞれ主板部４１のフィン嵌合溝４１ａに嵌合させることによってフレーム部材４０と熱的に接続した状態でフレーム部材４０に取り付けてある。フレーム部材４０に対してヒートシンク３０を取り付ける位置は、主板部４１を第２ケース部１２に対向させた場合に、第２ケース部１２の連通孔１２ｃを覆い、かつ受熱面３０ａの周縁部にシール材１３の全周が対向する位置である。
【００２３】
図７に示すように、ヒートシンク３０の受熱面３０ａには、一対のネジ締結孔３１が設けてある。ネジ締結孔３１は、半導体モジュール３に設けたネジ締結部３ａのネジ挿通孔３ｃに対応して設けたものである。図３に示すように、ヒートシンク３０のネジ締結孔３１には、主回路基板２Ａの貫通口２ａ、副回路基板２Ｂの貫通口２ａ及び半導体モジュール３のネジ挿通孔３ｃを介して取付ネジＢが締結してある。この取付ネジＢは、ヒートシンク３０の受熱面３０ａに対して半導体モジュール３の放熱面３ｂを密着させるとともに、ヒートシンク３０の受熱面３０ａに第２ケース部１２のシール材１３を密着させる機能を有している。
【００２４】
上記のように構成した電力変換装置１は、例えば通風部２０が室外に露出した状態で設置されることになる。主回路基板２Ａ及び副回路基板２Ｂを収容した収容ケース１０と、室外に露出した通風部２０との間は、第２ケース部１２によって隔絶されているため、通風通路２１に雨水等の水が進入した場合にも、主回路基板２Ａや副回路基板２Ｂに実装した制御回路や電子部品に影響を及ぼすおそれはない。
【００２５】
上述した設置状態で通風ファン５０を駆動した場合には、通風板部１２ｆの通風孔１２ｇを介して通風通路２１の内部に外部の空気が導入されることになる。通風通路２１に導入された空気は、コンデンサ収容部１２ｂ及びヒートシンク３０と順次熱交換した後に、下端の開口から通風通路２１の外部に排出される。従って、電力変換装置１が動作している場合にコンデンサ４及び半導体モジュール３で発生した熱は、通風通路２１を通過する空気によりコンデンサ収容部１２ｂ及びヒートシンク３０を介して放熱されることになり、主回路基板２Ａや副回路基板２Ｂに実装した電子部品に対する熱の影響を防止することができる。しかも、上述した電力変換装置１においては、コンデンサ収容部１２ｂを第２ケース部１２の主カバー部１２ａと一体に成形してある。従って、回路基板２Ａ，２Ｂに実装されるコンデンサ４の数に関わらず、部品点数が増大することはない。さらに、主カバー部１２ａとコンデンサ収容部１２ｂとの間には、水密性を確保するためのシール部材を設ける必要もない。従って、部品点数が増える問題や組み立て作業が煩雑化する問題を招来することなく、コンデンサ４の冷却性能を向上させることが可能となる。
【００２６】
尚、上述した実施の形態では、コンデンサ収容部１２ｂを通風通路２１に配設しているため、コンデンサ４の冷却性能をより高めることが可能となるが、必ずしもコンデンサ収容部１２ｂを通風通路２１に配設する必要はない。
【００２７】
また、上述した実施の形態では、個々のコンデンサ４を個別のコンデンサ収容部１２ｂに配設しているが、本発明は必ずしもこれに限定されない。例えば、図８及び図９に示す変形例１のように、楕円状のコンデンサ収容部１１２ｂを第２ケース部１２と一体に成形し、このコンデンサ収容部１１２ｂに複数（図示の例では２つ）のコンデンサ４を収容するように構成することも可能である。この場合、楕円の長径が通風部２０の通気方向（図８中の矢印Ａ）に沿って配置されるようにコンデンサ収容部１１２ｂを構成することが好ましい。すなわち、楕円の長径が通風部２０の通気方向に沿って配置されるようにコンデンサ収容部１１２ｂを構成した場合には、コンデンサ収容部１１２ｂによって通風部２０の通気が妨げられないため、コンデンサ４や半導体モジュール３の冷却性能が損なわれるおそれがなくなる。尚、図８及び図９の変形例１において実施の形態と同様の構成については同一の符号が付してある。
【００２８】
さらに、上述した実施の形態では、有底円筒状の密閉容器となるようにコンデンサ収容部１２ｂを構成しているが、例えば、図１０及び図１１の変形例２のように、主カバー部１２ａと一体に設けたコンデンサ収容部２１２ｂの先端部に通気用の開口（通気孔）２１２ｃを形成すれば、コンデンサ４からコンデンサ収容部２１２ｂの内部に放出された熱が直接第２ケース部１２の外部に放出されることになり、冷却性能をより向上させることが可能となる。但し、通気用の開口２１２ｃは、雨水等の水や塵埃の進入を防止するため、透湿防水シート２１２ｄによって覆う必要がある。尚、図１０及び図１１の変形例２において実施の形態と同様の構成については同一の符号が付してある。
【符号の説明】
【００２９】
２Ｂ      回路基板
２Ｂａ      実装面
４      コンデンサ
１０      収容ケース
１２ａ      主カバー部
１２ｂ      コンデンサ収容部
２０      通風部
２１      通風通路
４０      フレーム部材
５０      通風ファン
１１２ｂ      コンデンサ収容部
２１２ｂ      コンデンサ収容部
２１２ｃ      開口
２１２ｄ      透湿防水シート
【図１】
0006458575.tif 000002
【図２】
0006458575.tif 000003
【図３】
0006458575.tif 000004
【図４】
0006458575.tif 000005
【図５】
0006458575.tif 000006
【図６】
0006458575.tif 000007
【図７】
0006458575.tif 000008
【図８】
0006458575.tif 000009
【図９】
0006458575.tif 000010
【図１０】
0006458575.tif 000011
【図１１】
0006458575.tif 000012