(57)【要約】【課題】ヒートシンク上へ複数のパワースイッチング素子を実装する際の作業を簡略化して作業効率を向上することが可能な電力変換装置を得る。【解決手段】電力変換装置２は、所定のブリッジ回路を構成する複数のパワースイッチング素子１５と、複数のパワースイッチング素子１５の放熱を行うためのヒートシンク２２と、パワースイッチング素子１５の外形に対応する形状の複数の凹部４１が所定方向に沿って形成された押さえ板２１と、を備え、各凹部４１に各パワースイッチング素子１５が嵌め込まれた押さえ板２１を、ヒートシンク２２の所定の箇所に固定することにより、複数のパワースイッチング素子１５がヒートシンク２２に接触する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子の放熱を行うためのヒートシンクと、
前記スイッチング素子の外形に対応する形状の複数の凹部が所定方向に沿って形成された押さえ板と、
を備え、
各前記凹部に各前記スイッチング素子が嵌め込まれた前記押さえ板を、前記ヒートシンクの所定の箇所に固定することにより、前記複数のスイッチング素子が前記ヒートシンクに接触する、電力変換装置。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、前記押さえ板を収容するための収容部を有し、
前記収容部には、第１の位置決め構造が形成されており、
前記押さえ板には、前記第１の位置決め構造に対応する第２の位置決め構造が形成されており、
前記押さえ板が前記ヒートシンクに固定されることにより、前記第１の位置決め構造及び前記第２の位置決め構造によって、前記複数のスイッチング素子が前記ヒートシンクに押し付けられる、請求項１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、電力変換装置に関し、特に、複数のパワースイッチング素子を用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１には、電気自動車に搭載されているバッテリを商用電源によって充電するための電力変換装置（ＡＣ−ＤＣコンバータ）が開示されている。商用電源からの出力は、全波整流回路によって整流されて昇圧型力率改善回路に入力される。昇圧型力率改善回路からの出力は、ブリッジ回路によって高周波電圧に変換されてトランスに入力される。トランスからの出力は、全波整流回路によって整流された後に平滑回路によって平滑されてバッテリに供給される。ブリッジ回路は、ＩＧＢＴ等の複数のパワースイッチング素子を用いて構成されている。
【０００３】
一般的に、パワースイッチング素子からの発熱を効果的に放熱すべく、パワースイッチング素子は単一のヒートシンク上に配列して実装される。その際、複数のパワースイッチング素子が導電性のヒートシンクを介して意図せず電気的に接続されることを防止すべく、各パワースイッチング素子は絶縁シートを介してヒートシンク上に実装される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３３８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、治具を用いた位置決め作業や、複数のパワースイッチング素子をねじ止めによって１個ずつヒートシンクに固定する作業は、作業者にとって煩雑であり、作業効率が悪いという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、ヒートシンク上へ複数のパワースイッチング素子を実装する際の作業を簡略化して作業効率を向上することが可能な電力変換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】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る電力変換装置は、所定のブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子の放熱を行うためのヒートシンクと、前記スイッチング素子の外形に対応する形状の複数の凹部が所定方向に沿って形成された押さえ板と、を備え、各前記凹部に各前記スイッチング素子が嵌め込まれた前記押さえ板を、前記ヒートシンクの所定の箇所に固定することにより、前記複数のスイッチング素子が前記ヒートシンクに接触することを特徴とするものである。
【０００８】
第１の態様に係る電力変換装置によれば、各凹部に各スイッチング素子が嵌め込まれた押さえ板を、ヒートシンクの所定の箇所に固定することにより、複数のスイッチング素子がヒートシンクに接触する。従って、複数のスイッチング素子をネジ止めによって一個ずつヒートシンクに固定する必要ないため、ヒートシンクへ複数のスイッチング素子を実装する際の固定作業が簡略化され、作業効率を向上することが可能となる。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る電力変換装置は、第１の態様に係る電力変換装置において特に、前記ヒートシンクは、前記押さえ板を収容するための収容部を有し、前記収容部には、第１の位置決め構造が形成されており、前記押さえ板には、前記第１の位置決め構造に対応する第２の位置決め構造が形成されており、前記押さえ板が前記ヒートシンクに固定されることにより、前記第１の位置決め構造及び前記第２の位置決め構造によって、前記複数のスイッチング素子が前記ヒートシンクに押し付けられることを特徴とするものである。
【００１０】
第２の態様に係る電力変換装置によれば、押さえ板がヒートシンクに固定されることにより、第１の位置決め構造及び第２の位置決め構造によって、複数のスイッチング素子がヒートシンクに押し付けられる。スイッチング素子がヒートシンクに押し付けられることにより、スイッチング素子はヒートシンクに確実に接触する。その結果、スイッチング素子からヒートシンクへの熱伝導が良好となるため、スイッチング素子の放熱効率を向上することが可能となる。しかも、複数のスイッチング素子に関して一括して位置決めを行うことができるため、ヒートシンク上へ複数のスイッチング素子を実装する際の位置決め作業が簡略化され、作業効率を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヒートシンク上へ複数のパワースイッチング素子を実装する際の作業を簡略化して作業効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の適用例を簡略化して示す図である。
【図２】電力変換装置の構成を簡略化して示す回路図である。
【図３】放熱部の構造を示す斜視図である。
【図４】放熱部の構造を示す側面図である。
【図５】ヒートシンクの構造を示す斜視図である。
【図６】押さえ板の構造を示す斜視図である。
【図７】パワースイッチング素子の構造を示す斜視図である。
【図８】パワースイッチングユニットの構造を示す斜視図である。
【図９】パワースイッチングユニットの構造を示す側面図である。
【図１０】パワースイッチングユニットをヒートシンクに取り付ける工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置２の適用例を簡略化して示す図である。電力変換装置２は、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の電動自動車に適用され、当該電動自動車に搭載されているバッテリ３を商用電源１によって充電するための充電装置として使用される。
【００１５】
図２は、電力変換装置２の構成を簡略化して示す回路図である。図２の接続関係で示すように、電力変換装置２は、整流回路５、力率改善回路６、ブリッジ回路７、トランス８、整流回路９、及び平滑回路１０を備えて構成されている。ブリッジ回路７は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の複数のパワースイッチング素子１５を用いて構成されている。商用電源１からの出力は、整流回路５によって整流されて力率改善回路６に入力される。力率改善回路６からの出力は、ブリッジ回路７によって高周波電圧に変換されてトランス８に入力される。トランス８からの出力は、整流回路９によって整流された後に平滑回路１０によって平滑されてバッテリ３に供給される。
【００１６】
図３は、放熱部１００の構造を示す斜視図である。図４は、図３中に示したＸＹＺ直交座標のＸ方向から眺めた放熱部１００の構造を示す側面図である。図３，４に示すように、放熱部１００は、押さえ板２１及びヒートシンク２２を備えて構成されている。押さえ板２１は樹脂等によって形成されており、ヒートシンク２２は金属等によって形成されている。図３を参照して、図示しないファンによってヒートシンク２２の一方の側面内にＸ方向から冷却風が送り込まれることにより、ヒートシンク２２が冷却される。冷却風は、ヒートシンク２２の他方の側面から排出される。
【００１７】
図５、図６、図７はそれぞれ、ヒートシンク２２、押さえ板２１、パワースイッチング素子１５の単体の構造を示す斜視図である。
【００１８】
図５を参照して、ヒートシンク２２には、表面積の増大によって放熱効率を高めるための放熱フィンが形成されている。また、ヒートシンク２２には、押さえ板２１を収容するための収容部３０が形成されている。収容部３０には、上面６１及び傾斜面６２を有する位置決め構造６０が形成されている。
【００１９】
図６を参照して、押さえ板２１には、それぞれに１個のパワースイッチング素子１５を収容するための複数（この例では６個）の凹部４１が形成されている。凹部４１は、Ｘ方向に沿って互いに離間して形成されている。凹部４１の形状は、パワースイッチング素子１５の外形形状に対応しており、１個の凹部４１に１個のパワースイッチング素子１５を嵌め込んで固定することが可能である。また、押さえ板２１には、底面５１及び傾斜面５２を有する位置決め構造５０が形成されている。傾斜面５２の傾斜角度は、ヒートシンク２２における傾斜面６２の傾斜角度に等しく設定されている。
【００２０】
図７を参照して、パワースイッチング素子１５は樹脂によってパッケージングされており、例えばＩＧＢＴのゲート電極、コレクタ電極、エミッタ電極に接続された３本のリードがパッケージ本体から突出している。
【００２１】
図４を参照して、放熱部１００を組み立てる際には、押さえ板２１の各凹部４１に各パワースイッチング素子１５が嵌め込まれる。そして、全ての凹部４１にパワースイッチング素子１５が嵌め込まれた状態の押さえ板２１が、ヒートシンク２２の収容部３０に収容される。その後、図３に示すように、ヒートシンク２２と押さえ板２１とが、複数箇所でネジ止めされることによって互いに固定される。これにより、図４に示すように、押さえ板２１から突出している各パワースイッチング素子１５の放熱面がヒートシンク２２に接触する。なお、各パワースイッチング素子１５とヒートシンク２２との間には絶縁シート７０が介在しており、これにより、複数のパワースイッチング素子１５が導電性のヒートシンク２２を介して意図せず電気的に接続されることが防止される。また、必要に応じて各パワースイッチング素子１５とヒートシンク２２との間にグリースを塗布してもよい。
【００２２】
また、図４を参照して、ヒートシンク２２と押さえ板２１とを固定することにより、押さえ板２１の位置決め構造５０の底面５１及び傾斜面５２と、ヒートシンク２２の位置決め構造６０の上面６１及び傾斜面６２とがそれぞれ当接する。これにより、各パワースイッチング素子１５がヒートシンク２２に押し付けられ、両者の接触が確実なものとなる。
【００２３】
このように本実施の形態に係る電力変換装置２によれば、各凹部４１に各パワースイッチング素子１５が嵌め込まれた押さえ板２１を、ヒートシンク２２の所定の箇所に固定することにより、複数のパワースイッチング素子１５がヒートシンク２２に接触する。従って、複数のパワースイッチング素子１５をネジ止めによって１個ずつヒートシンク２２に固定する必要ないため、ヒートシンク２２へ複数のパワースイッチング素子１５を実装する際の固定作業が簡略化され、作業効率を向上することが可能となる。
【００２４】
また、本実施の形態に係る電力変換装置２によれば、押さえ板２１がヒートシンク２２に固定されることにより、位置決め構造５０，６０によって、複数のパワースイッチング素子１５がヒートシンク２２に押し付けられる。パワースイッチング素子１５がヒートシンク２２に押し付けられることにより、パワースイッチング素子１５はヒートシンク２２に確実に接触する。その結果、パワースイッチング素子１５からヒートシンク２２への熱伝導が良好となるため、パワースイッチング素子１５の放熱効率を向上することが可能となる。しかも、複数のパワースイッチング素子１５に関して一括して位置決めを行うことができるため、ヒートシンク２２へ複数のパワースイッチング素子１５を実装する際の位置決め作業が簡略化され、作業効率を向上することが可能となる。
【００２５】
＜変形例＞
図８及び図９はそれぞれ、変形例に係るパワースイッチングユニット９５の構造を示す斜視図及び側面図である。パワースイッチングユニット９５は、複数（この例では６個）のパワースイッチング素子１５を互いに離間しつつ一列に並べた状態で、エポキシ樹脂を用いた射出成形等によって一体的にモールドしたものである。図９に示すように、パワースイッチング素子１５はその周囲が全体的にパッケージ９０によって覆われており、パワースイッチング素子１５の放熱面１６とパッケージ９０の主面９１との間の樹脂の厚みは、０．５ｍｍ程度に設定されている。これにより、約１０ｋＶ以上の耐圧が確保される。なお、ＩＧＢＴの複数（この例では６個）のベアチップを一列に並べた状態で一体的に樹脂封止することによって、パワースイッチングユニット９５を形成することもできる。
【００２６】
図１０は、パワースイッチングユニット９５をヒートシンク２２に取り付ける工程を示す斜視図である。パワースイッチングユニット９５は、複数の箇所でネジ止めされることによってヒートシンク２２に固定される。なお、本変形例の構造においては、ヒートシンク２２とパワースイッチング素子１５の放熱面１６との間にパッケージ９０の樹脂が介在しているため、絶縁シート７０（図４参照）を省略することもできる。また、必要に応じてパワースイッチングユニット９５とヒートシンク２２との間にグリースを塗布してもよい。
【００２７】
本変形例によれば、パワースイッチングユニット９５をヒートシンク２２の所定の箇所に固定することにより、複数のパワースイッチング素子１５がヒートシンク２２に一括して固定される。従って、複数のパワースイッチング素子１５をネジ止めによって１個ずつヒートシンク２２に固定する必要ないため、ヒートシンク２２へ複数のパワースイッチング素子１５を実装する際の固定作業が簡略化され、作業効率を向上することが可能となる。
【００２８】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２９】
２  電力変換装置
７  ブリッジ回路
１５  パワースイッチング素子
２１  押さえ板
２２  ヒートシンク
３０  収容部
４１  凹部
５０，６０  位置決め構造
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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