(57)【要約】【課題】発熱部品間での熱干渉を抑制することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】本体部２１と端子部２２，２３とを有する第１の発熱部品２０と、本体部３１と端子部３２，３３とを有する第２の発熱部品３０と、第１の発熱部品２０の端子部２２，２３及び第２の発熱部品３０の端子部３２，３３が電気的に接続される基板５０と、を備える。第１の発熱部品２０の本体部２１は第１の被覆部材６５によって覆われており、第２の発熱部品３０の本体部３１は第２の被覆部材６６によって覆われている。第１の被覆部材６５及び第２の被覆部材６６は冷却材と接触する。第１の被覆部材６５の一部としての一側面６５ａと第２の被覆部材６６の一部としての一側面６６ａとが互いに対向する空間には冷却材が流れる流路９０ａが形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と端子部とを有する第１の発熱部品と、
本体部と端子部とを有する第２の発熱部品と、
前記第１の発熱部品の端子部及び前記第２の発熱部品の端子部が電気的に接続される基板と、
を備える電力変換装置であって、
前記第１の発熱部品の本体部は第１の被覆部材によって覆われており、
前記第２の発熱部品の本体部は第２の被覆部材によって覆われており、
前記第１の被覆部材及び前記第２の被覆部材は冷却材と接触し、
前記第１の被覆部材の一部と前記第２の被覆部材の一部とが互いに対向する空間には冷却材が流れる流路が形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の被覆部材及び前記第２の被覆部材の少なくとも一方は金属製である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】
前記第１の被覆部材と前記第２の被覆部材とは一体化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。
【請求項４】
前記第１の発熱部品と前記第２の発熱部品とは隣り合っていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記基板の一方の面に前記第１の発熱部品の本体部及び前記第２の発熱部品の本体部が配置され、
前記基板の一方の面にキャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つが配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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ある。
【背景技術】
【０００２】
車載電力変換装置の一般的な構造の一例を図３に示す。図３に示すように筐体１００の突部１００ａ，１００ｂに基板１０１がねじ１０２，１０３により固定され、基板１０１には発熱部品１０４，１０５，１０６等が搭載され、その上には冷却器１０７が放熱部材１０８，１０９，１１０を介して配置されている。発熱部品１０４，１０５，１０６は、コイル、トランス、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワーダイオード等である。なお、特許文献１に開示の半導体装置においては、使用時に発熱する半導体素子と、半導体素子の放熱のための冷却液を収容する冷却器とを有し、半導体素子は、冷却器の一面における内面側に取り付けられており、冷却器の内部には、半導体素子と冷却液との接触を防ぐ防水層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４５３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、発熱部品間で熱干渉が発生する。即ち、図３における発熱部品１０４と発熱部品１０５との間、及び、発熱部品１０５と発熱部品１０６との間で熱干渉する。
本発明の目的は、発熱部品間での熱干渉を抑制することができる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明では、本体部と端子部とを有する第１の発熱部品と、本体部と端子部とを有する第２の発熱部品と、前記第１の発熱部品の端子部及び前記第２の発熱部品の端子部が電気的に接続される基板と、を備える電力変換装置であって、前記第１の発熱部品の本体部は第１の被覆部材によって覆われており、前記第２の発熱部品の本体部は第２の被覆部材によって覆われており、前記第１の被覆部材及び前記第２の被覆部材は冷却材と接触し、前記第１の被覆部材の一部と前記第２の被覆部材の一部とが互いに対向する空間には冷却材が流れる流路が形成されていることを要旨とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、第１の被覆部材及び第２の被覆部材は冷却材と接触し、且つ、第１の被覆部材の一部と第２の被覆部材の一部とが互いに対向する空間には冷却材が流れるため、第１の発熱部品と第２の発熱部品との間で熱干渉しにくく、発熱部品間での熱干渉を抑制することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、前記第１の被覆部材及び前記第２の被覆部材の少なくとも一方は金属製であることを要旨とする。
請求項２に記載の発明によれば、ノイズシールド可能となる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、前記第１の被覆部材と前記第２の被覆部材とは一体化されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、部品点数を減らすことができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、前記第１の発熱部品と前記第２の発熱部品とは隣り合っていることを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、より小型化可能となる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置において、前記基板の一方の面に前記第１の発熱部品の本体部及び前記第２の発熱部品の本体部が配置され、前記基板の一方の面にキャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つが配置されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明によれば、キャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つを第１の発熱部品の本体部及び第２の発熱部品の本体部に近づけて配置しても熱に弱いキャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つに熱を伝えにくくできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発熱部品間での熱干渉を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における車載充電器のブロック図。
【図２】車載充電器の断面構造図。
【図３】背景技術を説明するための断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を車載充電器を例として具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の車載充電器１０は、ＡＣフィルタ１１とＰＦＣ回路（力率改善回路）１２と平滑コンデンサ部１３とＤＣ／ＤＣコンバータ１４と整流回路１５と平滑コイル部１６とＤＣフィルタ１７を備えている。そして、車両の外部からＡＣ１００〜２００Ｖを入力してＡＣフィルタ１１とＰＦＣ回路１２と平滑コンデンサ部１３を通してＤＣ／ＤＣコンバータ１４においてＤＣ／ＤＣ変換して整流回路１５と平滑コイル部１６とＤＣフィルタ１７を通して３００〜５００Ｖバッテリに供給して３００〜５００Ｖバッテリを充電する。
【００１５】
ＡＣフィルタ１１はコイルを有し、ＰＦＣ回路１２はパワーＭＯＳＦＥＴ、パワーダイオード、コイルを有し、平滑コンデンサ部１３はコンデンサを有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４はパワーＭＯＳＦＥＴ、トランス、コイルを有する。整流回路１５はパワーダイオードを有し、平滑コイル部１６はコイルを有し、ＤＣフィルタ１７はコイルを有する。
【００１６】
ここで、背の高い部品としてＤＣ／ＤＣコンバータ１４のトランス、ＰＦＣ回路１２のコイル、平滑コンデンサ部１３のコンデンサなどがある。また、重たい部品としてＤＣ／ＤＣコンバータ１４のトランス、ＰＦＣ回路１２のコイル、平滑コイル部１６のコイルなどがある。さらに、冷却が必要な部品として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のパワーＭＯＳＦＥＴ、整流回路１５のパワーダイオード、ＰＦＣ回路１２のコイル、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のトランスがある。
【００１７】
図２に示す車載充電器１０の断面構造において、本体部２１と端子部２２，２３とを有する第１の発熱部品２０と、本体部３１と端子部３２，３３とを有する第２の発熱部品３０と、本体部４１と端子部４２，４３とを有する電子部品４０を備える。各本体部２１，３１，４１は円柱もしくは、多角柱形状をしており、直方体形状であれば、６面を有する。さらに、第１の発熱部品２０の端子部２２，２３、第２の発熱部品３０の端子部３２，３３及び電子部品４０の端子部４２，４３が電気的に接続される基板５０を備える。発熱部品２０，３０は、発熱量が大きいコイル、トランス等であり、他にも、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を構成するパワーＭＯＳＦＥＴ等であり、図２においては発熱部品２０，３０の高さは異なっている。電子部品４０は、熱に弱い半導体部品や熱により性能低下する抵抗部品などであり、例えば、キャパシタ素子も挙げることができ、キャパシタ素子は電力平滑、フィルタ用の電解コンデンサ、フィルムコンデンサ等である。なお、電子部品４０は、広義には、熱に弱い部品や熱により性能劣化する部品（パワーＭＯＳＦＥＴを制御する制御用半導体素子、抵抗部品、コンデンサ等）である。
【００１８】
このように、電子部品４０は、キャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つである。
発熱部品と基板を区切っている金属板６０は水平方向に延びており、金属板６０の上面に第１の発熱部品２０、第２の発熱部品３０及び電子部品４０が離間して配置されている。各本体部２１，３１，４１は、その一面が金属板６０の上面と当接している（面接触している）。金属板６０上に配された第１の発熱部品２０は、断面コ字状の金属製蓋材６１で囲まれている。金属製蓋材６１と金属板６０とは一体化されており、金属製蓋材６１と金属板６０の間に隙間は無い。
【００１９】
このように、断面コ字状の金属製蓋材６１における開口部が金属板６０で塞がれた構造をなし、第１の被覆部材６５を構成している。そして、第１の発熱部品２０の本体部２１は第１の被覆部材６５によって覆われている。
【００２０】
同様に、金属板６０上に配された第２の発熱部品３０は、断面コ字状の金属製蓋材６２で囲まれている。金属製蓋材６２と金属板６０とは一体化されており、金属製蓋材６２と金属板６０の間に隙間は無い。このように、断面コ字状の金属製蓋材６２における開口部が金属板６０で塞がれた構造をなし、第２の被覆部材６６を構成している。そして、第２の発熱部品３０の本体部３１は第２の被覆部材６６によって覆われている。
【００２１】
金属板６０上に配された電子部品４０は、断面コ字状の金属製蓋材６３で囲まれている。金属製蓋材６３と金属板６０とは一体化されており、金属製蓋材６３と金属板６０の間に隙間は無い。このように、断面コ字状の金属製蓋材６３における開口部が金属板６０で塞がれた構造をなし、第３の被覆部材６７を構成している。そして、電子部品４０の本体部４１は第３の被覆部材６７によって覆われている。
【００２２】
また、金属板６０上に配された発熱部品２０，３０、電子部品４０及び金属製蓋材６１，６２，６３は、断面コ字状の金属製蓋材６８で囲まれている。つまり、断面コ字状の金属製蓋材６８における開口部が金属板６０で塞がれた構造をなし、金属製蓋材６１，６２，６３は金属製蓋材６８によって覆われている。金属製蓋材６８と金属板６０の間に隙間は無い。
【００２３】
金属製蓋材６８の内部における金属製蓋材６１，６２，６３の外部との間の空間が冷却材通路９０となっている。冷却材通路９０に冷却材が流れる。冷却材は液体（例えば水）でも気体（例えば空気）でもよい。そして、第１の被覆部材６５、第２の被覆部材６６及び第３の被覆部材６７は冷却材と接触する。
【００２４】
ここで、第１の被覆部材６５の一部としての一側面６５ａと第２の被覆部材６６の一部としての一側面６６ａとが互いに対向する空間には冷却材が流れる流路９０ａが形成されている。また、第２の被覆部材６６の一部である他の側面６６ｂと第３の被覆部材６７の一部である一側面６７ａとは互いに対向している。その対向する空間に冷却材が流れる。
【００２５】
第１の被覆部材６５、第２の被覆部材６６及び第３の被覆部材６７は金属製である。広義には、第１の被覆部材６５及び第２の被覆部材６６の少なくとも一方は金属製である。第１の被覆部材６５と第２の被覆部材６６と第３の被覆部材６７とは一体化されており、一つの部品である。第１の発熱部品２０と第２の発熱部品３０とは隣り合っているとともに、第２の発熱部品３０と電子部品４０とは隣り合っている。
【００２６】
また、基板５０の一方の面である上面に第１の発熱部品２０の本体部２１、第２の発熱部品３０の本体部３１及び電子部品４０が配置されている。つまり、基板５０の一方の面である上面に電子部品（キャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つ）４０が配置されている。
【００２７】
第１の発熱部品２０の端子部２２，２３は、下方に延びており、金属板６０を貫通し、基板５０に対しコネクタ５１または、半田、ねじ等により電気的に接続されている。第２の発熱部品３０の端子部３２，３３は、下方に延びており、金属板６０を貫通し、基板５０に対しコネクタ５２または、半田、ねじ等により電気的に接続されている。電子部品４０の端子部４２，４３は、下方に延びており、金属板６０を貫通し、基板５０に対しコネクタ５３または、半田、ねじ等により電気的に接続されている。
【００２８】
金属板６０の下面側に配された基板５０は、断面コ字状の金属製蓋材７０で囲まれている。つまり、断面コ字状の金属製蓋材７０における開口部が金属板６０で塞がれた構造をなし、基板５０は金属製蓋材７０によって覆われている。金属製蓋材７０と金属板６０の間に隙間は無い。
【００２９】
次に、作用について説明する。
車載充電器１０の駆動に伴い第１の発熱部品２０の本体部３１、第２の発熱部品３０の本体部３１が発熱する。この熱は冷却材通路９０に流れる冷却材との間で熱交換される。
【００３０】
図２に示すように装置を上下に２分割することで基板５０から発熱部品２０，３０を分離して、分離した発熱部品２０，３０側の筐体（金属板６０、蓋材６１，６２，６８）は送風もしくは水流を与えることで強制冷却を行うことができる。なお、放熱バランスが保てるなら金属製蓋材６８を外し、自然冷却することも可能である。
【００３１】
以上のごとく、発熱部品２０，３０から基板５０への熱放散が防げるので、基板５０の周辺の容量（占有容量）を減らすことが可能であり、装置の小型化が可能となる。
以下、図３と比較する。
【００３２】
図３の構成とした場合には発熱部品１０４，１０５，１０６の１面（上面）からしか放熱できなかったが、図２の本実施形態においては発熱部品２０，３０の５面（下面以外の面）から冷却することが可能となる。その結果、ヒートシンクレスでも発熱部品２０，３０の温度上昇を抑えることが可能となり、ヒートシンク削減による小型化、部品コスト低減が図られる。発熱部品の損失が大きく、発熱大となる場合でも、図３の構成とした場合に比べヒートシンクを小型化することが可能となる。
【００３３】
また、図３の構成とした場合において耐久性を確保すべくコンデンサ容量を増やすことでコンデンサ自己発熱を低減させるとコンデンサを余分に搭載する必要があるとともに、部品を近接して置けないため装置の小型化ができず、さらにヒートシンクによる放熱を行う場合、ヒートシンク分のサイズアップ、コストアップが発生する。
【００３４】
これに対し本実施形態では、発熱部品２０，３０と基板５０を熱的に分離し、基板５０の温度、内気温度の低減が図られる。また、専用ヒートシンクを用いずに発熱部品２０，３０が効率よく冷却される。また、筐体内に発熱部品を置いた場合の熱分布として、発熱部品の温度が高くなると筐体の温度も高くなるが、筐体の外部に発熱部品２０，３０を配置した場合の熱分布として、発熱部品２０，３０の温度を低くできるとともに基板５０を囲う筐体（金属板６０、蓋材７０）の温度も低くできる。これにより、基板５０を囲う筐体（金属板６０、蓋材７０）の温度上昇が抑えられる。
【００３５】
また、金属製の被覆部材６５，６６，６７がグランド電位にされることによりノイズシールドすることができる。
図３の構成では発熱部品間で熱干渉が発生する。より詳しくは、各発熱部品１０４，１０５，１０６が冷却器１０７と基板１０１の両方に面しているため発熱部品１０４，１０５，１０６からの熱が基板１０１側にも伝わりやすくなっており、装置を小型化すると発熱部品１０４，１０５，１０６が接近するため動作不良や寿命低減等を引き起こす懸念がある。これを防止するためには発熱部品１０４と発熱部品１０５との間の距離Ｌ１、及び、発熱部品１０５と発熱部品１０６との間の距離Ｌ２を大きくする必要があり、こうすると装置の小型化を阻害することになってしまう。
【００３６】
本実施形態では、発熱部品と発熱部品との間の熱干渉を抑制することにより発熱部品と発熱部品とを近づけて配置でき、その結果、小型化が図られる。つまり、発熱部品の周りに空間を区画形成して冷却材を流すことにより発熱部品間の熱干渉を抑制して発熱部品同士を接近して配置でき、その結果、小型化が図られる。特に、背の高い部品を基板の１面に集めつつ熱干渉を避け小型化を図ることが可能となる。
【００３７】
また、背の高い発熱部品２０，３０、電子部品４０を冷却材通路側に配置することにより基板５０側には背の高い発熱部品が無いため基板５０に対し筐体（金属製蓋材７０）までの距離を小さくできる。
【００３８】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電力変換装置としての車載充電器１０の構成として、本体部２１と端子部２２，２３とを有する第１の発熱部品２０と、本体部３１と端子部３２，３３とを有する第２の発熱部品３０と、第１の発熱部品２０の端子部２２，２３及び第２の発熱部品３０の端子部３２，３３が電気的に接続される基板５０と、を備える。第１の発熱部品２０の本体部２１は第１の被覆部材６５によって覆われており、第２の発熱部品３０の本体部３１は第２の被覆部材６６によって覆われている。第１の被覆部材６５及び第２の被覆部材６６は冷却材と接触する。第１の被覆部材６５の一部としての一側面６５ａと第２の被覆部材６６の一部としての一側面６６ａとが互いに対向する空間には冷却材が流れる流路９０ａが形成されている。
【００３９】
よって、第１の被覆部材６５及び第２の被覆部材６６は冷却材と接触し、且つ、第１の被覆部材６５の一部と第２の被覆部材６６の一部とが互いに対向する空間には冷却材が流れるため、第１の発熱部品２０と第２の発熱部品３０との間で熱干渉しにくく、発熱部品間での熱干渉を抑制することができる。
【００４０】
また、小型化すると冷却材は流れにくくなり、流れにくいと熱干渉しやすくなるが、第１の被覆部材６５及び第２の被覆部材６６は冷却材と接触しているので、熱干渉抑制と小型化とを図ることができる。
【００４１】
（２）第１の被覆部材６５及び第２の被覆部材６６の少なくとも一方は金属製である。よって、ノイズシールド可能となる。
（３）第１の被覆部材６５と第２の被覆部材６６とは一体化されている。よって、部品点数を減らすことができる。
【００４２】
（４）第１の発熱部品２０と第２の発熱部品３０とは隣り合っている。よって、より小型化可能となる。
（５）基板５０の一方の面に第１の発熱部品２０の本体部２１及び第２の発熱部品３０の本体部３１が配置され、基板５０の一方の面に電子部品（キャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つ）４０が配置（実装）されている。つまり、基板５０には熱に弱い半導体部品や熱により性能低下する抵抗部品などが実装されている。そして、電子部品（キャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つ）４０を第１の発熱部品２０の本体部２１及び第２の発熱部品３０の本体部３１に近づけて配置しても熱に弱い電子部品（キャパシタ素子および抵抗部品および制御用半導体素子の少なくとも一つ）４０に熱を伝えにくくできる。
【００４３】
また、基板５０における発熱部品２０，３０の配置面とは反対の面に電子部品４０を配置すると基板５０の両面に背の高い部品が配置されるので小型化には不向きになるとともに実装性の悪化を招く。本実施形態では発熱部品２０，３０に電子部品４０（キャパシタ素子など熱に弱い部品）を近づけて配置することができる。
【００４４】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・被覆部材６５，６６，６７は導電性フィラーやフェライトなどの入った樹脂でもよい。つまり、導電性樹脂、ノイズ吸収性樹脂とすることによりノイズを吸収することができる。
【００４５】
・被覆部材６５，６６，６７は熱的に干渉しなければシールド機能は無くてもよく、この場合、樹脂製とすることもできる。
・被覆部材６５，６６，６７の下面（金属板６０の下面）にも冷却材を流すことにより、即ち、金属製蓋材（基板筐体）７０と金属製蓋材（冷却筐体）６８の間に冷却材通路を設けることで発熱部品２０，３０における６面を冷却面にすることも可能である。
【００４６】
・金属板６０、蓋材６１，６２，６３，６８，７０は、一体化されていてもよいし、部品毎に分割されていてもよい。
・第１の発熱部品２０の本体部２１と第１の被覆部材６５との間、第２の発熱部品３０の本体部３１と第２の被覆部材６６との間、及び、電子部品４０の本体部４１と第３の被覆部材６７との間は、サーマルコンパウンドを充填してよい。
【００４７】
・第１の発熱部品２０の本体部２１と第１の被覆部材６５とは密着させてもよい。同様に、第２の発熱部品３０の本体部３１と第２の被覆部材６６とは密着させてもよい。電子部品４０の本体部４１と第３の被覆部材６７とは密着させてもよい。
【００４８】
・図２では２つの発熱部品２０，３０と電子部品４０が配される場合を示したが、発熱部品の数は「２」でも「３」以上でもよい。
・電力変換装置は車載充電器に代わり、例えば、車載ＡＣインバータ、車載ＤＣ／ＤＣコンバータ、車載走行用インバータに適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０…車載充電器、２０…第１の発熱部品、２１…本体部、２２，２３…端子部、３０…第２の発熱部品、３１…本体部、３２，３３…端子部、４０…電子部品、５０…基板、６５…第１の被覆部材、６５ａ…一側面、６６…第２の被覆部材、６６ａ…一側面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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