(57)【要約】【課題】  パワー素子の実装面積を小さくし、電力変換装置の小型化を達成するとともに、回路基板のそりをなくし、高い実装信頼性を有し、高効率でパワー素子を冷却できる電力変換装置の冷却構造を得る。【解決手段】  本発明の電力変換装置の冷却構造は、複数のパワー素子１と、パワー素子を実装する回路基板２と、パワー素子を冷却するヒートシンクとを備えたもので、ヒートシンクをコの字型ヒートシンク４とし、このコの字内部に複数のパワー素子を表裏に実装した回路基板を装着し、ヒートシンクと回路基板との間に弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体３を備えている。また、コの字型ヒートシンクは、少なくとも２個の部材と、留め具とからなる。また、コの字型ヒートシンクは、電力変換装置の出力を取り出すケーブル取出し穴を有したものである。【選択図】    図１
2005150454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパワー素子と、前記パワー素子を実装する回路基板と、前記パワー素子を冷却するヒートシンクとを備えた電力変換装置の冷却構造において、
前記ヒートシンクをコの字型ヒートシンクとし、このコの字内部に前記複数のパワー素子を表裏に実装した前記回路基板を装着し、前記ヒートシンクと前記回路基板との間に弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体を備えたことを特徴とする電力変換装置の冷却構造。
【請求項２】
前記コの字型ヒートシンクは、少なくとも２個の部材と、留め具とからなることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置の冷却構造。
【請求項３】
前記コの字型ヒートシンクは、電力変換装置の出力を取り出すケーブル取出し穴を有することを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクスの分野、特にモータドライブ用インバータ装置やサーボドライブ装置に使用する電力変換装置の冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置、特にディスクリート部品により前記電力変換装置を構成するものは、それぞれのパワー素子は、回路基板上に平面的に配置される。パワー素子の冷却は、パワー素子から回路基板へ熱を移動させる冷却構造や、パワー素子から直接ヒートシンクへ熱を移動させる冷却構造をとる。前者は、回路基板に熱伝導性の良い材料のもの、例えばセラミック基板などを使用する場合が多く、後者はパワー素子とヒートシンクを熱伝導性の良い絶縁体で接触させる場合が多い（例えば、特許文献１参照）。
図４は、従来の電力変換装置の冷却構造を示す概略図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）の回路基板の平面図である。図において、１はパワー素子、２は回路基板、８はヒートシンク、９はシリコンラバーである。６個のパワー素子１は、回路基板２の部品面、もしくははんだ面、つまり片面に実装され電力変換装置を構成する。パワー素子１の冷却構造は、パワー素子１へ熱伝導性の良い絶縁体であるシリコンラバー１１を介して、パワー素子１から直接ヒートシンク８へ熱を移動させ、冷却する。ここにあげた特許文献１中では、ヒートシンクがバスバー、パワー素子が電子部品とされており、バスバーをプリント板へはんだづけし、電子部品をバスバーにより冷却する構成となっているが、構成としては図４と同等である。
このように、従来の電力変換装置は、パワー素子を回路基板上の片面に配置され、その配線パターンも平面的なものとなる。また、その冷却は、回路基板、もしくは、熱伝導性の良い絶縁体を介してヒートシンクへ熱を移動させることにより冷却される。
【特許文献１】特開平５−６７８８９号公報（第１−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電力変換装置、特にディスクリート部品により前記電力変換装置を構成しているものは、パワー素子は、回路基板上の片面に配置される構成となっており、パワー素子の実装面積を小さくできず、また、電力変換装置のインバータ回路を構成するには、回路基板上の配線パターンも平面的な配置となり、パワー素子の冷却のためのヒートシンクが板状であり回路基板の片面を覆うため、パワー素子が実装された面の他の部品の高さが制限されるという設計時の制約があり、特に小型化を達成することができないという問題があった。
また、熱伝導性の良い絶縁体を介してヒートシンクへ熱を移動させることにより冷却する構成は、ヒートシンクと回路基板の間に、熱伝導性の良い絶縁体を挟み込み、その後、回路基板をヒートシンクへ固定するため、回路基板にそりが発生し、回路基板上の部品に応力がかかるため、部品の実装信頼性が低下するという問題もあった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、パワー素子の実装面積を小さくし、電力変換装置の小型化を達成するとともに、回路基板のそりをなくし、高い実装信頼性を有し、高効率でパワー素子を冷却できる電力変換装置の冷却構造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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、複数のパワー素子と、前記パワー素子を実装する回路基板と、前記パワー素子を冷却するヒートシンクとを備えた電力変換装置の冷却構造において、  前記ヒートシンクをコの字型ヒートシンクとし、このコの字内部に前記複数のパワー素子を表裏に実装した前記回路基板を装着し、前記ヒートシンクと前記回路基板との間に弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体を備えたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記コの字型ヒートシンクは、少なくとも２個の部材および留め具からなるものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記コの字型ヒートシンクは、電力変換装置の出力を取り出すケーブル取出し穴を有するものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、複数のパワー素子は、回路基板の表裏に対称に実装するため、パワー素子の実装面積を小さくでき、電力変換装置のインバータ回路を構成する回路基板上の配線パターンも立体的な配置となり小型化できる。同時に、コの字型のヒートシンクにより、パワー素子を冷却するため、パワー素子が実装された面の他の部品の高さが制限されることがなくなり、設計時の制約が消え、特に小型化を達成することができる。同時に、弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体を介してコの字型のヒートシンクへ挟み込むため、この字型ヒートシンクと弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体との良好な接触状態が得られ、さらに、回路基板がそることがなく、部品の高い実装信頼性が実現できる。
また、請求項２に記載の発明によると、コの字型ヒートシンクは、少なくとも２個の部材からなり、留め具により組み立てられるため、弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体を付した回路基板を容易に挟み込むことができる。
また、請求項３に記載の発明によると、コの字型ヒートシンクは、ケーブル取出し穴を有するため、スペースを回路基板と外部の出力または入力のインターフェースへ使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明の実施例１を示す電力変換装置の冷却構造の概略図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）の回路基板の平面図、図２はそのコの字型ヒートシンクの組立て方法を示す側断面図である。本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、３は弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体（例えば、シリコンラバー）、４はコの字型ヒートシンクとなっている。本発明が特許文献１と異なる部分は、パワー素子を回路基板の部品面及びはんだ面に配置して電力変換装置のインバータ回路を構成し、コの字型をしたヒートシンク４を備え、回路基板２上の部品面及びはんだ面に実装したパワー素子１を冷却できる点である。
図１に示すように、６個のパワー素子１を、回路基板２の部品面及びはんだ面に対称となる形（もしくは、対称に近い形）で実装する。パワー素子１より発生した熱は、弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体３、例えば一般的に放熱シートと呼ばれるもの、を介してコの字型をしたヒートシンク４へ移動させ、冷却する。
【０００８】
コの字型をしたヒートシンク４の組立て方法を図２に示す。図において、４ａはコの字型ヒートシンクのＬ形部材、４ｂはＩ形部材、５は留め具、６はケーブル、７はケーブル取出し穴である。
図２に示すように、コの字型ヒートシンク４は、Ｌ形部材４ａとＩ形部材４ｂの２個の部材からなり、ねじなどの留め具５によりパワー素子１が部品面及びはんだ面に実装された回路基板２を挟み込む、ここでパワー素子１は弾力性を有した熱伝導性の良い絶縁体３で覆われているため、回路基板２の厚み方向に押しつぶされ、コの字型ヒートシンク４と絶縁体３が良好な接触状態となる。
【実施例２】
【０００９】
図３は、本発明の実施例２を示す電力変換装置の冷却構造の概略図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。図において、６はケーブル、７はケーブル取出し穴である。
コの字型ヒートシンク４は、ケーブル取出し穴を有しているため、回路基板２と外部の出力または入力のインターフェースをとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明は、回路基板上の部品面及びはんだ面にパワー素子を実装し、コの字型ヒートシンクを有することによって、小型化することができるので、パワーエレクトロニクス分野に限らず、エレクトロニクス分野全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１を示す電力変換装置の冷却構造の概略図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）の回路基板の平面図である。
【図２】図１のコの字型ヒートシンクの組立て方法を示す側断面図である。
【図３】本発明の実施例２を示す電力変換装置の冷却構造の概略図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図４】従来の電力変換装置の冷却構造を示す概略図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）の回路基板の平面図である。上面及び側断面図
【符号の説明】
【００１２】
１  パワー素子
２  回路基板
３  絶縁体
４  コの字型ヒートシンク
４ａ  Ｌ形部材
４ｂ  Ｉ形部材
５  留め具
６  ケーブル
７  ケーブル取出し穴
８  ヒートシンク
９  シリコンラバー
【図１】
2005150454.tif 000003
【図２】
2005150454.tif 000004
【図３】
2005150454.tif 000005
【図４】
2005150454.tif 000006