電力変換装置

【課題】パワースイッチング素子の放熱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、を備え、ヒートシンク２２は、互いに離間することによって電気的に絶縁された複数のブロック２２Ａに分割されており、各パワースイッチング素子１５は、ブロック２２Ａとの間に絶縁シートを介在させることなく、各ブロック２２Ａに接触して取り付けられている。

【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、絶縁シートは熱抵抗が大きいため（例えば、熱伝導率１Ｗ／ｍ℃、厚み０．２ｍｍの絶縁シートの熱抵抗は、約０．８３℃／Ｗ）、パワースイッチング素子からヒートシンクへの熱伝導が絶縁シートによって阻害され、その結果、パワースイッチング素子の放熱効率が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、パワースイッチング素子の放熱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、を備え、前記ヒートシンクは、互いに離間することによって電気的に絶縁された複数のブロックに分割されており、各前記スイッチング素子は、前記ブロックとの間に絶縁シートを介在させることなく、各前記ブロックに接触して取り付けられてい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、各スイッチング素子は、ヒートシンクのブロックとの間に絶縁シートを介在させることなく、各ブロックに接触して取り付けられている。スイッチング素子とブロックとの間に絶縁シートが介在しないことにより、スイッチング素子からヒートシンクへの熱伝導が絶縁シートによって阻害される事態を回避できる。その結果、絶縁シートを用いる場合と比較して、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、ヒートシンクは、互いに離間することによって電気的に絶縁された複数のブロックに分割されている。そのため、複数の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という事態を回避することができる。
【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、前記複数のブロックを所定方向に沿って配列して収容するための第１の収容部と、所定の押さえ板を収容するための第２の収容部と、を有する枠体をさらに備え、前記押さえ板には、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ており、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、前記第２の収容部に収容して固定することにより、前記第１の収容部に収容された各前記ブロックに各前記スイッチング素子が接触す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、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、第２の収容部に収容して固定することにより、第１の収容部に収容された各ブロックに各スイッチング素子が接触する。従って、各スイッチング素子を各ブロックに個別にねじ止めする場合と比較して、位置決め作業や固定作業を簡略化することが可能となる。
【００１１】
本発明の第３の態様に係る電力変換装置は、第２の態様に係る電力変換装置において特に、前記第２の収容部には、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。
【００１２】
第３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】
【００１３】
本発明によれば、パワー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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】放熱部を分解して示す斜視図である。
【図６】枠体の構造を示す斜視図である。
【図７】押さえ板の構造を示す斜視図である。
【図８】ブロックの構造を示す斜視図である。
【図９】パワースイッチング素子の構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
電力変換装置２が動作するとパワースイッチング素子１５は発熱するため、電力変換装置２には、パワースイッチング素子１５からの発熱をヒートシンク２２によって放熱するための放熱部１００が設けられる。
【００１９】
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５は、放熱部１００を分解して示す斜視図である。図３〜５に示すように、放熱部１００は、枠体２０、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。枠体２０及び押さえ板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。また、図５に示すように、ヒートシンク２２は、複数（この例では６個）のブロック２２Ａに分割されている。図３を参照して、図示しないファンによって枠体２０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、枠体２０の他方の側面から排出される。
【００２０】
図６、図７、図８、図９はそれぞれ、枠体２０、押さえ板２１、ブロック２２Ａ、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。
【００２１】
図６を参照して、枠体２０には、それぞれに１個のブロック２２Ａを収容するための複数（この例では６個）の第１収容部３１が形成されている。第１収容部３１は、Ｘ方向に沿って互いに離間して形成されている。また、枠体２０には、押さえ板２１を収容するための第２収容部３２が形成されている。第２収容部３２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。また、枠体２０には、各第１収容部３１と第２収容部３２との間に開口３３が形成されおり、これにより、各第１収容部３１と第２収容部３２とは空間的に繋がっている。
【００２２】
図７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の形成ピッチは、枠体２０における第１収容部３１の形成ピッチに等しく設定されている。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、枠体２０における傾斜面６２の傾斜角度に等しく設定されている。
【００２３】
図８を参照して、ブロック２２Ａ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。
【００２４】
図９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。
【００２５】
図５を参照して、放熱部１００を組み立てる際には、枠体２０の各第１収容部３１に各ブロック２２Ａが収容される。第１収容部３１同士が互いに離間していることにより、第１収容部３１に収容されたブロック２２Ａ同士も互いに離間し、これにより、隣り合うブロック２２Ａ同士は互いに電気的に絶縁される。また、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、枠体２０の第２収容部３２に収容される。その後、図３に示すように、枠体２０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、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の放熱面が枠体２０の開口３３内に進入することにより、各ブロック２２Ａに接触する。本実施の形態に係る放熱部１００においては、各パワースイッチング素子１５と各ブロック２２Ａとの間に絶縁シートは介在していない。また、必要に応じて各パワースイッチング素子１５と各ブロック２２Ａとの間にグリースを塗布してもよい。
【００２６】
また、図４を参照して、枠体２０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、枠体２０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が各ブロック２２Ａに押し付けられ、両者の接触が確実なものとなる。
【００２７】
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、各パワースイッチング素子１５は、ヒートシンク２２のブロック２２Ａとの間に絶縁シートを介在させることなく、各ブロック２２Ａに接触して取り付けられている。パワースイッチング素子１５とブロック２２Ａとの間に絶縁シートが介在しないことにより、パワースイッチング素子１５からヒートシンク２２への熱伝導が絶縁シートによって阻害される事態を回避できる。その結果、絶縁シートを用いる場合と比較して、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、ヒートシンク２２は、互いに離間することによって電気的に絶縁された複数のブロック２２Ａに分割されている。そのため、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という事態を回避することができる。
【００２８】
また、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、枠体２０の第２収容部３２に収容して固定することにより、第１収容部３１に収容された各ブロック２２Ａに各パワースイッチング素子１５が接触する。従って、各パワースイッチング素子１５を各ブロック２２Ａに個別にねじ止めする場合と比較して、位置決め作業や固定作業を簡略化することが可能となる。
【００２９】
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上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。
【００３０】
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】
【００３１】
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
２０枠体
２１押さえ板
２２ヒートシンク
２２Ａブロック
３１第１収容部
３２第２収容部
４１凹部
５０，６０位置決め構造

【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、
を備え、
前記ヒートシンクは、互いに離間することによって電気的に絶縁された複数のブロックに分割されており、
各前記スイッチング素子は、前記ブロックとの間に絶縁シートを介在させることなく、各前記ブロックに接触して取り付けられている、電力変換装置。
【請求項２】
前記複数のブロックを所定方向に沿って配列して収容するための第１の収容部と、
所定の押さえ板を収容するための第２の収容部と、
を有する枠体をさらに備え、
前記押さえ板には、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ており、
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、前記第２の収容部に収容して固定することにより、前記第１の収容部に収容された各前記ブロックに各前記スイッチング素子が接触する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２の収容部には、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２に記載の電力変換装置。

【図１】