(57)【要約】【課題】パワー制御装置において、パワー制御装置全体が大型化してしまうという課題を解決し、小型で低コストなパワー制御装置を提供する。【解決手段】基板１に垂直方向に実装した発熱部品４と、発熱部品４と熱的に接するように取付けたＬ型放熱器５を基板１に実装し、Ｌ型放熱器５の側面と上面で囲まれた基板１の空間に電子部品２を配置し、ケース本体６に収納してケースフタ８で密閉したことにより、有効的な部品配置と最適な放熱とが行なえるために小型化が可能となり、パワー制御装置の占有体積を大幅に削減することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を実装する基板と、前記基板に垂直方向に実装された発熱部品と、前記発熱部品に熱的に接するように取付けられたＬ型放熱器と、前記Ｌ型放熱器の側面と上面で囲まれたスペースに配置した電子部品と、前記基板に実装された準発熱部品とからなり、部品を実装した前記基板を収納するケース本体と、前記ケース本体を密閉するケースカバーとを備えたことを特徴とするパワー制御装置。
【請求項２】
前記電子部品の中に電解コンデンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のパワー制御装置。
【請求項３】
前記準発熱部品を前記Ｌ型放熱器に熱的に接するように取付けたことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか一項に記載のパワー制御装置。
【請求項４】
前記ケースフタを金属板とし、前記Ｌ型放熱器の上面と前記ケースフタとの間を熱的に接するように取付けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワー制御装置。
【請求項５】
前記Ｌ型放熱器の上面と前記ケースフタとの間を熱的に接するために高熱伝導性材料を用いたことを特徴とする請求項４に記載のパワー制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを可変速駆動するインバータやスイッチング電源などのパワー制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パワーエレクトロニクスの進歩に伴い、あらゆる分野でパワー制御装置が使用されてきている。例えば、冷蔵庫や空気調和機などにおいて省エネルギー等の目的でインバータが使用されたり、また炊飯器等においても誘導過熱が使用されている。
【０００３】
従来のパワー制御装置としては、特にそのパワー素子での放熱の改善がなされたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら上記従来のパワー制御装置を説明する。
【０００５】
図７は、従来のパワー制御装置の断面図である。図７に示すように、パワー変換器１０１が大型の放熱器１０２に取付けられ、第一基板１０３が第一スペーサー１０４により放熱器１０２に固定されている。第一基板１０３はパワー変換器１０１と電気的に接続されており、平滑コンデンサ１０５や制御電源を作り出す電圧レギュレータ１０６などが実装されている。
【０００６】
第二基板１０７にはマイコン（図示せず）等の主に制御部品が実装されており、第二スペーサー１０８により第一基板１０３に固定されている。カバー１０９はこれらの回路を被うように取付けられている。
【０００７】
以上のように構成された従来のパワー制御装置について、以下その動作を説明する。
【０００８】
発熱が大きい部品であるパワー変換器１０１からの熱を、放熱器１０２に伝達して放熱することでパワー変換器１０１を冷却する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２８３８８３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成は、パワー変換器１０１で発生した熱は放熱器１０２で放熱されるが、パワー変換器１０１を平面的に配置しているために大型の放熱器１０２が必要となり、そのスペースが大型化するという欠点があった。
【００１１】
本発明は従来の課題を解決するもので、発熱部品を垂直方向に配置しＬ型放熱器に取付けることにより、小型化できるパワー制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、上記従来の構成は、他の発熱部品はその放熱のために小型のヒートシンクが必要となる。ここでいう他の放熱部品とは例えば制御回路に電源を供給する電源回路の部品などで、例えば電圧を安定させる電圧レギュレータ１０６などがそれにあたる。このように小形とはいえヒートシンクが別途必要となるため、回路全体に大型化し、組立てのための工数が多くかかり、コストが高くつくという欠点があった。
【００１３】
本発明の他の目的は、メインの発熱部品の放熱器を使用して準発熱部品も有効に放熱させることにより、補助となるヒートシンクを省略し、小型で低コストなパワー制御装置を提供することである。
【００１４】
また、上記従来の構成は、他の発熱部品の熱はたとえ放熱を行ったとしてもカバー１０９内で放熱を行うので内部の温度が上昇する。特に電解コンデンサ１０５は影響を受けやすく、一般的には１０℃温度が高くなると寿命が半分になるといわれるように、その寿命が影響を受ける。従って寿命を確保するために、より性能の高く、コストも高い電解コンデンサが必要になるという欠点があった。
【００１５】
本発明の他の目的は、温度影響が大きい部品に対して温度を低下させ、信頼性を向上させると共に、小型化、低コスト化が実現できるパワー制御装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、部品を実装する基板と、前記基板に垂直方向に実装された発熱部品と、前記発熱部品に熱的に接するように取付けられたＬ型放熱器と、前記Ｌ型放熱器の側面と上面で囲まれたスペースに配置した電子部品と、前記基板に実装された準発熱部品とからなり、部品を実装した前記基板を収納するケース本体と、前記ケース本体を密閉するケースカバーとを備えたものであり、Ｌ型放熱器の空間スペースに電子部品を配置するため、小型化が図れるという作用を有する。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、電子部品の中に電解コンデンサを含むとしたものであり、大型部品である電解コンデンサがＬ型放熱器の空間スペースを最大限に活用できるので、更に小型化が図れるという作用を有する。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１から請求項２のいずれか一項に記載の発明において、準発熱部品を前記Ｌ型放熱器に熱的に接するように取付けたものであり、準発熱部品の放熱を発熱部品の放熱器を使用して行なうので、準発熱部品の補助となるヒートシンクが省略でき、小型で低コストが図れるという作用を有する。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ケースフタを金属板とし、前記Ｌ型放熱器の上面と前記ケースフタとの間を熱的に接するように取付けたものであり、Ｌ型放熱器の発熱がケースフタへ熱伝導するので、ケース内部の温度上昇を抑えることができるという作用を有する。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記Ｌ型放熱器の上面と前記ケースフタとの間を熱的に接するために高熱伝導性材料を用いたものであり、放熱器とケースフタの平面粗度や組立て作業による接触面のばらつきを吸収することができ、最大限に効率よく放熱できるという作用を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるパワー制御装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるパワー制御装置の断面図である。
【００２３】
図１において、１は基板であり、電子部品２、準発熱部品３やマイコン（図示せず）等を含む制御回路が実装されている。ここでいう準発熱部品３とは制御用電源安定化のための電圧レギュレータなどをさす。
【００２４】
４は発熱部品であり、一般的にパワー制御装置ではメインの動作を行なうパワー素子であり、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどが使われる。また発熱部品４としては整流用のダイオードなどもこれらの部品の一つである。この発熱部品４は基板１上に垂直方向に実装されている。
【００２５】
５はＬ型放熱器であり、発熱部品４とＬ型の側面で熱的に十分接触しており、発熱部品４で発生した熱を拡散させ、放熱する役目をする。Ｌ型放熱器５の側面と上面で囲まれた空間には、電子部品２を配置している。
【００２６】
６はケース本体であり、各部品を実装した基板１をスペーサ７により固定し、内部に収納する。８はケースフタであり、ケース本体の開口部に取付けられ、塵埃などの侵入を防ぐ。
【００２７】
図２は本発明の実施の形態１によるパワー制御装置の一例の回路図である。ここではパワー制御装置の一例として、モータを可変速駆動するインバータについて説明する。
【００２８】
図２において、９は商用電源であり、日本の一般家庭の場合、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚが一般的に使用されている。
【００２９】
１０はコンバータであり、商用電源９の交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ１０は４個の整流ダイオード１１ａ〜１１ｄをブリッジ接続して、商用電源９の全波整流を行なう。また電解コンデンサ１２はブリッジ接続された整流ダイオード１１ａ〜１１ｄの正電圧出力と負電圧出力に接続され、全波整流された電圧を平滑して直流電圧を得る。
【００３０】
１３はインバータであり、コンバータ１０の直流電圧出力を入力として任意周波数、任意電圧の三相交流に変換する。インバータ１３はＩＧＢＴ１４ａ〜１４ｆを各々三相ブリッジ接続しており、また各々のＩＧＢＴ１４ａ〜１４ｆには並列に高速ダイオード１４ｇ〜１４ｌが接続されている。高速ダイオード１４ｇ〜１４ｌはＩＧＢＴ１４ａ〜１４ｆがオフしたときの環流電流を流す働きをする。
【００３１】
１５はモータであり、インバータ１３の三相交流出力で駆動される。このモータ１５はインバータ１３の出力周波数に応じた回転数で回転する。
【００３２】
１６は制御回路であり、マイコンなどを使用してインバータ１３を駆動するための波形を生成したり、インバータ１３の異常動作を検出（検出回路は図示せず）して、保護動作などを行なう。
【００３３】
１７は電源回路で、コンバータ１０の直流出力を入力とし、制御回路１６を動作させる電源（例えば５Ｖ）を出力する。ここで電源回路１７はスイッチング電源を使用しており、ＭＯＳＦＥＴ１８ａ、スイッチングトランス１８ｂ、ダイオード１８ｃ、コンデンサ１８ｄ、電圧レギュレータ１８ｅなどが使用されている。
【００３４】
ここで、図２と図１の対比で更に詳細な説明を加える。
【００３５】
図１における発熱部品４は、図２における整流ダイオード１１ａ〜１１ｄやＩＧＢＴ１４ａ〜１４ｆ、高速ダイオード１４ｇ〜１４ｌであり、特にモータ１５を駆動する電力が通過する素子なので、損失が大きく発熱も大きい。これらの発熱部品４は全て基板１に垂直方向に実装されている。
【００３６】
また、図１における準発熱部品３は、図２におけるＭＯＳＦＥＴ１８ａ、ダイオード１８ｃ、電圧レギュレータ１８ｅなどであり、パワーとしては制御回路１６を駆動させる電力のみであるので、損失は前記発熱部品４ほど大きくはないが、うまく放熱させないと温度上昇が大きい様な部品で、基板１に実装されている。
【００３７】
また、図１における電子部品２は、図２におけるマイコンを含む制御回路１６やＩＧＢＴ１４ａ〜１４ｆを駆動するためのドライブ回路（図示せず）などであり、Ｌ型放熱器５の側面と上面で囲まれたスペースにおいて、基板１に実装させている。
【００３８】
以上のように構成されたパワー制御装置について、更に詳しく説明する。
【００３９】
発熱部品４はパワー制御を行なうメインの電力を扱う素子であるため、非常に損失が大きく発熱も大きい。例えば５００Ｗの出力を得るとき、変換効率が９５％であるとしても、２５Ｗの損失が発生することになる。
【００４０】
このような大きな損失による発熱を有効的に放熱させるには、大型の放熱器を用いる必要がある。発熱部品４で発生した発熱はＬ型放熱器５で、ケース内に放熱させる。
【００４１】
このようにすることにより、発熱部品４からの熱は放熱され、Ｌ型放熱器５の側面と上面で囲まれた空間スペースに電子部品２が配置できる。
【００４２】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、発熱部品４からの発熱をＬ型放熱器５を通して放熱することができる。また、Ｌ型放熱器５は熱拡散に有効である表面積が大きく、ブロック型よりも基板１での実装面積が少なくでき、側面と上面との囲まれたスペースに電子部品２が配置でき、小型化が著しく向上する。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２によるパワー制御装置の断面図である。
【００４４】
図３において、図１に示した実施の形態１と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施の形態は、実施の形態１における電子部品２に電解コンデンサ１２を含むようにする。
【００４６】
このようにすることにより、Ｌ型放熱器５の側面と上面に囲まれたスペースに大型の電解コンデンサ１２を実装することができる。尚、このとき電解コンデンサ１２外郭とＬ型放熱器５の側面及び上面との空間距離は、３ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００４７】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、電子部品２の実装位置に電解コンデンサ１２を含むようにしたので、空間スペースを最大限に活用することができ、大幅な小型化が可能にできる。
【００４８】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態２によるパワー制御装置の断面図である。
【００４９】
図４において、図１〜３に示した実施の形態１〜２と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態は、実施の形態１〜２における準発熱部品３をＬ型放熱器５に、発熱部品４とともに熱的に接するように取付ける。
【００５１】
このようにすることにより、準発熱部品３から発生する熱は、Ｌ型放熱器５を使用して放熱されることになる。
【００５２】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、メインの発熱部品４の放熱器を使用して準発熱部品３も有効に放熱させることにしたので、準発熱部品３の補助となるヒートシンクを省略でき、低コスト化が図れるだけでなく、不要となるヒートシンクのスペースに他の部品が配置でき、小型化が可能にできる。
【００５３】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４によるパワー制御装置の断面図である。
【００５４】
図５において、図１〜４に示した実施の形態１〜３と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５５】
本実施の形態は、実施の形態１〜３におけるケースフタ８を金属板とし、Ｌ型放熱器５の上面とケースフタ８との間を熱的に接するように取付ける。
【００５６】
このようにすることにより、発熱部品４あるいは準発熱部品３から発生する熱は、Ｌ型放熱器５からケースフタ８と熱伝導し、ケース外へと放熱されることになる。
【００５７】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、ケースフタ８を金属板とし、Ｌ型放熱器５の上面とケースフタ８との間を熱的に接するようにしたので、小さなＬ型放熱器５で十分に放熱させることができ、装置の小型化が可能になる。
【００５８】
また、ケース内の温度上昇を低くすることができるので、温度影響の受けやすい部品、特に電解コンデンサ１２の熱影響を少なくすることができ、電解コンデンサ１２の寿命が向上する。従って同一寿命で良い場合は、更に寿命の短い安価な電解コンデンサ１２を使用することができる。
【００５９】
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態４によるパワー制御装置の断面図である。
【００６０】
図６において、図５に示した実施の形態４と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６１】
本実施の形態は、実施の形態４におけるＬ型放熱器５の上面とケースフタ８との間の熱的接触に高熱伝導性材料１８を用いたものである。
【００６２】
このようにすることにより、発熱部品４あるいは準発熱部品３から発生する熱は、Ｌ型放熱器５から高熱伝導性材料１８、そしてケースフタ８と熱伝導し、ケース外へと放熱されることになる。
【００６３】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、Ｌ型放熱器５の上面とケースフタ８の間に高熱伝導性材料１８を挿入したので、Ｌ型放熱器５およびケースフタ８の表面粗度や組立てばらつきによる熱伝導の不均一が解消でき、高効率な放熱が行なえるので、装置の小型化が更に可能になる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、部品を実装する基板と、前記基板に垂直方向に実装された発熱部品と、前記発熱部品に熱的に接するように取付けられたＬ型放熱器と、前記Ｌ型放熱器の側面と上面で囲まれたスペースに配置した電子部品と、前記基板に実装された準発熱部品とを備えたことにより、非常に容易な手段で発熱部品の放熱が行なうことができ、従来より小型化が可能になるという効果がある。
【００６５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、電子部品の中に電解コンデンサを含むことにより、Ｌ型放熱器の上面と側面で囲まれたスペースに大型部品である電解コンデンサを配置することができ、装置の実装体積が小さくできるという効果がある。
【００６６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１から請求項２に記載の発明に加えて、準発熱部品をＬ型放熱器に熱的に接するように取付けたことにより、準発熱部品の放熱補助のためのヒートシンクを不要にでき、小型化、低コスト化ができるという効果がある。
【００６７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の発明に加えて、ケースフタを金属板とし前記Ｌ型放熱器の上面と前記ケースフタとの間を熱的に接するように取付けたことにより、放熱器の一面とケースフタとの間に高熱伝導性材料を介したことにより、放熱器を小さくして装置の小型化が実現できるとともに、ケース内の温度を外部に放熱するので、電解コンデンサに与える熱影響が非常に小さくなり、寿命が著しく延びることになる。従って、寿命の短い電解コンデンサが使用でき、低コスト化が可能にできるという効果がある。
【００６８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明に加えて、Ｌ型放熱器の上面と前記ケースフタとの間を熱的に接するために高熱伝導性材料を用いたことにより、接触ばらつきによる熱伝導の低下を防ぐことができ、更に高効率な放熱が可能にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるパワー制御装置の断面図
【図２】同実施の形態１によるパワー制御装置の一例の回路図
【図３】本発明の実施の形態２によるパワー制御装置の断面図
【図４】本発明の実施の形態３によるパワー制御装置の断面図
【図５】本発明の実施の形態４によるパワー制御装置の断面図
【図６】本発明の実施の形態５によるパワー制御装置の断面図
【図７】従来のパワー制御装置の断面図
【符号の説明】
１    基板
２    電子部品
３    準発熱部品
４    発熱部品
５    Ｌ型放熱器
６    ケース本体
８    ケースカバー
１２  電解コンデンサ
１９  高熱伝導性材料
【図１】
2004281652.tif 000003
【図２】
2004281652.tif 000004
【図３】
2004281652.tif 000005
【図４】
2004281652.tif 000006
【図５】
2004281652.tif 000007
【図６】
2004281652.tif 000008
【図７】
2004281652.tif 000009