JP5747892B2 - 車載用電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、DCDCコンバータ装置、インバータ装置等の車載用電力変換装置に関する。

プラグインハイブリッド車、電気自動車等の車両には、DCDCコンバータ装置、インバータ装置等の電力変換装置が搭載されている。これらの電力変換装置に含まれる電力変換回路には、大電流が流れるため、その回路を構成する電子部品、例えばスイッチング素子は非常に高温となり、通常放熱対策として水冷式の冷却方法が採られており、装置が大型化しやすい。一方、電力変換装置周辺には多くの装置が搭載されており、車両に搭載される電力変換装置は、形状、サイズともに制約が大きい。

従来の電力変換装置は、筐体に一体的に形成される台座部内を一直線上に貫通する主流路を１つと、それと交差する１対の副流路とを備え、主流路の両端の開口部には蓋が取り付けられると共に、１対の副流路は、それぞれ冷媒の導入口と導出口になっており、ポンプからの冷媒を供給するホースと連結している。台座部の主面には、発熱密度（単位面積、単位時間当たりの発熱量：単位Ｗ／ｍ^２）が大きい電子部品、例えばスイッチング素子が載置され、主流路及び副流路により構成される冷媒流路を流れる冷媒により冷却される。なお、この電力変換装置において、筐体と台座部、並びに冷媒流路は鋳造を用いることで、一体にして製造されている。（例えば、特許文献１）

また、別の従来の電力変換装置は、筐体内の台座部に電子部品を載置し、筐体の台座部裏面には凹部を設け、この凹部を水路カバーにより覆うことで、台座部に載置された電子部品を冷却する冷媒が流れる冷媒流路が形成される。水路カバーには冷媒の導入口と導出口が形成されると共に、導入口と導出口にはホースと接続するパイプが取付けられ、この水路カバーは筐体にボルトで固定されている。（例えば、特許文献２）

特開２０１１−２３４４７７号公報 特開２００４−２９７８８７号公報

上記に取り上げた２つの電力変換装置は、発熱性の電子部品を台座部主面に載置し、台座部下方の冷媒流路を流れる冷媒により冷却している。一方、近年の電力変換装置は高出力化が進み、発熱密度の大きい電子部品の点数が増える傾向にある。また、電子部品の各発熱密度も大きくなっており、互いに熱干渉させないため、電子部品を互いにより離間して載置する傾向にもある。これらの傾向に対して、電力変換装置は冷媒流路を下方に備えた台座部の主面面積を大きくする、つまり電子部品を冷却可能とする電子部品の載置面、すなわち放熱面の面積（以降、放熱面積と略記）を大きくする必要がある。

そこで、特許文献１に記載の電力変換装置は、放熱面積を拡大するために、主流路を流れる冷媒が流れる方向（以降、主流方向と略記）に台座部を伸ばすことが考えられる。それに伴い、台座部を貫通する主流路も伸びるように鋳型にて鋳造しなければならない。鋳造に際して、鋳型の主流路を形成する柱状部は、鋳型の他の部分に比べ鋳型に流し込まれる溶融した金属の圧力（以降、鋳造時圧力と略記）に対して弱く、変形の恐れがある。

この柱状部は、鋳造時圧力により変形量が大きくなると、鋳型の再製作が必要となるため、鋳型の寿命に大きく影響する。柱状部が長いほど変形量が大きくなるため、１本の柱状部でも主流路を形成可能であるが、鋳型を長寿命化させるため、対向する１対の柱状部を組合わせて、１本の主流路を形成している。（特許文献１の図２参照）

しかし、主流路を伸ばすとなると、対向する１対の柱状部により主流路を形成するとしても、それぞれの柱状部の長さは主流路を伸ばす長さに比例して長くなる。いずれかの柱状部が鋳造時圧力により変形すると、この場合も鋳型の再製作が必要となる。つまり、主流路を伸ばすと、鋳型の短寿命化を引き起こすという問題があった。

また、放熱面積を拡大するために、台座部を上から見て主流方向とは直交する方向（以降、主流直交方向と略記）に台座部を大きくし、電子部品を主流方向に対して並列に載置することが考えられる。並列に載置する場合、互いが熱干渉をしないようにするため、互いに離間して載置する必要がある。これに対応して、主流路は並列に並ぶ電子部品の両方を冷却するよう主流直交方向に大きく形成されることとなる。この主流路において、電子部品の下方にある箇所は電子部品の冷却に大きく寄与するが、両電子部品間の下方にある箇所は電子部品の冷却にあまり寄与しない。一般に、冷媒を供給するポンプの出力が一定である場合、冷媒流路の主流方向に垂直な断面（以降、貫通孔断面と略記）の断面積は小さくした方が流速が速くなるため冷却性が高く、圧力損失等の悪影響が及ぶため小ささに限度はあるが、限度を超えない程度に断面積を小さくすることが望まれる。しかし、この主流直交方向に大きい主流路は、電子部品の冷却に寄与しない箇所も含めて貫通孔断面を成しており、電子部品の冷却に寄与する箇所だけで貫通孔断面を成す場合に比して、断面積が大きくなり冷却性が損なわれるという問題があった。

そこで、断面積を小さくするため、貫通孔断面全体が縦に薄い形状とすることも考えられるが、この場合、鋳型の柱状部も断面が縦に薄い形状となるため、鋳造時圧力による変形が起こりやすく、鋳型の短寿命化の恐れがある。

また、断面積を小さくするため、貫通孔断面を、電子部品の下方は縦の厚さを確保し、両電子部品間の下方は縦に薄くする、例えば凹状の断面とすることも考えられる。凹状断面となるように主流路を形作るには鋳型の柱状部も凹状断面となる。しかし複雑な鋳型形状は、鋳型の製作が難しく、また鋳造時圧力による鋳型の短寿命化の恐れもある。

このように放熱面積を大きくするために、１本の主流路を下方に備えた台座部では、台座部及び主流路を、主流方向に伸ばす、主流直交方向に大きくするといった方法が採られ、その際には以下の課題がある。まず、鋳型が短寿命化すると頻繁に鋳型の再製作が必要となる、あるいは鋳型の製作が難しいことにより、鋳型のコストアップとなり結果として生産コストの上昇という課題がある。また、冷媒流路の断面積増による冷却性の悪化という課題もある。これらは１本の主流路にて放熱面積の拡大を図るために起こる課題である。そこで引用文献１の改良発明として、主流路を複数本備えた電力変換装置とすることが考えられる。

主流路を複数本備えた場合、１本の主流路に対して１対の導入口、導出口が存在し、個々にホースが取付けられる。そのため、複数の主流路に対しては、ホースを複数本備える、または二股のホース形態とする等、ホースの数、形態を変更しなければならない。それでは、ホース等の配管の引き回し自由度が下がり、電力変換装置の搭載性が悪化する。

一方、特許文献２に記載の電力変換装置は、筐体の凹部及び水路カバーを大きくすることで台座部主面の面積を大きくし、その結果、放熱面積を大きくすることが可能である。しかし、導入口及び導出口に取付けられるパイプを含めた水路カバーが筐体下方に取付けられるため、電力変換装置の下面が凹凸形状となる。下面を車両に対する設置面とした場合、設置面に凹凸があるため、設置自由度が下がり、電力変換装置の搭載性が悪化する。

以上のような問題を解決するためになされたもので、本発明は、生産コストを抑えると共に冷却性及び搭載性を損なわずに、発熱性の電子部品を冷却可能な放熱面の面積を拡大させる車載用電力変換装置を得ることを目的とする。

本発明に係る車載用電力変換装置は、電力変換回路を構成する電子部品と、電子部品を載置する載置面を有し、鋳造により成型された筐体と、載置面に載置された電子部品の下方において筐体と一体的に形成され、筐体内を貫通すると共に、筐体の対向する側壁面に開口部を有し、載置面の広がる方向に並ぶ複数の貫通孔と、同一の側壁面にある異なる貫通孔の開口部を連結する第１の水路蓋とを備え、貫通孔、第１の水路蓋及び第１の水路蓋に覆われる側壁面によって冷媒流路が構成され、この冷媒流路は、冷媒の導入口及び導出口が貫通孔に連通するとともに、貫通孔の上方にあたる載置面を第１の載置面として、第１の載置面に載置される電子部品を冷却する冷媒が全ての貫通孔を直列に連通して流れ、複数の貫通孔のうち２つの貫通孔の間に、第１の載置面に載置された電子部品とは別の電子部品を載置する凹部を設けると共に、この凹部の内壁面を通じて、別の電子部品は冷媒によって両側方より冷却され、凹部を構成する貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔は、鋳造により上下方向に並ぶように分割されて形成され、この分割された貫通孔同士を側壁面で連結する第２の水路蓋を備え、第１の水路蓋は、この分割された貫通孔の少なくとも一方と他の貫通孔とを連結し、第１の載置面に載置される電子部品はスイッチング素子であり、凹部に載置される電子部品はリアクトルまたはコンデンサであるものである。

この発明によれば、生産コストを抑えると共に冷却性及び搭載性を損なわずに、発熱性の電子部品を冷却可能とする電子部品の載置面、すなわち放熱面の面積を拡大させることができる。

本発明の実施の形態１に係る車載用電力変換装置の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る車載用電力変換装置の断面図であり、図３のＡ１−Ａ１の矢印方向から見た断面図である。 図２のＡ２−Ａ２の矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態２に係る車載用電力変換装置の断面図であり、図５のＣ２−Ｃ２の矢印方向から見た断面図である。 図４のＣ１−Ｃ１の矢印方向から見た断面図である。 図４のＢ−Ｂの矢印方向から見た断面図である。 図４のＣ３−Ｃ３の矢印方向から見た断面図である。 図４のＣ４−Ｃ４の矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態３に係る車載用電力変換装置の筐体の側壁面を示した図である。 図９に示す側壁面に対向する側壁面を示した図である。 本発明の実施の形態４に係る車載用電力変換装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中における同等または対応する部品、箇所については同番号を付す。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る車載用電力変換装置の構成を示す斜視図を示すものである。
図１において、車載用電力変換装置１は、熱伝導性の筐体２内に電力変換回路３を構成する電子部品として、スイッチング素子４とそれより大型の磁性体部品５を収納している。磁性体部品５としてはコンデンサやリアクトル等が挙げられる。発熱密度の大きいスイッチング素子４は、台座部６ａ、６ｂの主面７に載置され、台座部６ａ、６ｂ内を貫通孔８、９が貫通している。これら貫通孔８、９は第１の水路蓋１０により筐体２の側壁面１１で連結し、貫通孔内を流れる冷媒の導入口１２、導出口１３を備える。この導入口１２、導出口１３にはパイプ１４が接続されており、このパイプ１４にはホース等の配管（図示しない）が取付けられる。ホース等の配管の先にはこの車載用電力変換装置１に冷媒を供給するポンプ等の冷媒供給手段（図示しない）が接続する。ポンプにより供給された冷媒は、導入口１２から流入し、貫通孔８、９、第１の水路蓋１０及び第１の水路蓋１０により覆われる筐体２の側壁面１１によって形成される冷媒流路１５を流れ、導出口１３より流出する。冷媒流路１５を流れる冷媒により、台座部６ａ、６ｂの主面７に載置されたスイッチング素子４は冷却されることとなる。磁性体部品５は、台座部６ａ、６ｂの間に形成される凹部１６に載置されている。

スイッチング素子４は、高速スイッチングにより発熱密度が大きく、高熱となるためスイッチング素子４下方の貫通孔により直接冷却することが必要である。一方、磁性体部品５は、スイッチング素子４に比べ大きな電子部品であるため、台座部の主面に載置するなど下方から直接冷却するとなると、車載用電力変換装置が大型化してしまう。しかし、磁性体部品５はスイッチング素子４に比べ発熱密度が小さいため、スイッチング素子４のように下方から直接冷却する必要性が少ない。そこで本実施の形態では、磁性体部品５を、凹部１６に載置するように、貫通孔を内部に備える台座部の主面７より下方に設けられた載置面に載置することで装置の小型化を図っている。

この筐体２と台座部６ａ、６ｂとは、鋳造により互いに一体成型している。鋳造では複数の鋳型を組合せ、鋳型の中に溶融したアルミ等の金属を流し込み、金属が冷却して固化すると鋳型を適した方向に引き抜くことで完成する。貫通孔８、９は鋳造の際に、鋳型の貫通孔を形作る柱状部（図示しない）により台座部６ａ、６ｂ内を貫通するように成型している。

図２は、本発明の実施の形態１に係る車載用電力変換装置の断面図であり、図３のＡ１−Ａ１断面図を示し、図３は、同様に図２のＡ２−Ａ２断面図を示す。
図２に示すように、筐体２は第１の台座部６ａと第２の台座部６ｂを並行して備えることにより凹部１６が形成され、凹部１６には第１の台座部６ａと第２の台座部６ｂに挟まれるように磁性体部品５が載置される。第１の台座部６ａ内には第１の貫通孔８が形成され、第２の台座部６ｂ内には第２の貫通孔９が形成されると共に、両台座部６ａ、６ｂの主面７には、スイッチング素子４が載置されている。また、伝熱性のポッティング剤２０が凹部１６内において、凹部１６の内壁面１６ａと磁性体部品５との間隙を埋めるように充填され、磁性体部品５により発熱した熱を台座部６ａ、６ｂに伝熱している。車両搭載時に筐体２の上面は保護カバー２１により覆われる。この構成では、電子部品を載置する載置面とは、両台座部の主面７及び磁性体部品５が載置される面を指し、第１の載置面とは、両台座部の主面７を指す。

この構成により、図２の左右方向となる載置面の広がる方向に、電子部品は並んで載置され、それに伴い、載置面の広がる方向に２つの貫通孔８、９は並んで設けられる。このうちスイッチング素子４は２つの台座部６ａ、６ｂ内を貫通する貫通孔８、９を流れる冷媒によりそれぞれ下方から冷却され、磁性体部品５は貫通孔８、９を流れる冷媒により両側方から冷却される。この載置面の広がる方向とは、載置面の長手方向、短手方向に拘るものではない。

ここで、台座部６ａ、６ｂの高さは磁性体部品５の高さより高い、つまり磁性体部品５は台座部６ａ、６ｂの主面７より図の下方に収納されていることが望ましく、ポッティング剤２０は磁性体部品５を覆うように充填してあることが望ましい。伝熱材としてポッティング剤２０を挙げたが、磁性体部品５により発した熱を筐体２、特に凹部１６の内壁面１６ａに伝熱するものであればよく、ゲルや放熱シート等も挙げられる。凹部１６の内壁面１６ａと磁性体部品５との距離が十分に近い等、磁性体部品５が発する熱が台座部６ａ、６ｂに伝熱されるようであれば伝熱材はなくてもよい。

２つの貫通孔８、９内を流れる冷媒は、第１の貫通孔８に対しては紙面の手前から奥に向かう方向に流れ、第２の貫通孔９に対しては紙面の奥から手前に向かう方向に流れるが、逆方向に流れるような構成でも問題ない。貫通孔断面は図２のような長方形や円等にすることにより簡単に形成できる。

図３に示すように、第１の貫通孔８の両端には、開口部３０ａ、３０ｂが筐体２の側壁面１１に形成され、第２の貫通孔９の両端には、開口部３１ａ、３１ｂが筐体２の側壁面１１に形成される。入口用のパイプ１４が取付けられた冷媒の導入口１２は、第１の貫通孔８と連通しており、出口用のパイプ１４が取付けられた冷媒の導出口１３は、第２の貫通孔９と連通している。

第１の貫通孔８と第２の貫通孔９を直列的につなぎ合わせるために、第１の貫通孔８の開口部３０ａと第２の貫通孔９の開口部３１ａとを覆うように、お椀形状の第１の水路蓋１０を筐体２の側壁面１１に装着する。第１の水路蓋１０の縁にはシール剤を塗布して、ボルトにて固定することで、第１の水路蓋１０と筐体２の側壁面１１との連結箇所から冷媒が漏れることが防止可能である。第１の水路蓋１０は、コストを下げるために板金のプレス成型や硬い樹脂で形成することが望ましい。

第１の水路蓋１０は、お椀形状であり、その角部１０ａはＲ形状や斜面などのなだらかな形状であり、同様に、第１の水路蓋１０に覆われる側壁面１１の角部１１ａもＲ形状や斜面などのなだらかな形状とする。第１の水路蓋１０の角部１０ａをなだらかな形状とすることで、角部１０ａへの冷媒流れの澱みを防止する。一方、側壁面１１の角部１１ａをなだらかな形状とすることで、冷媒流れの剥離を回避して、角部１１ａにおける冷媒の圧力損失を低下させることが可能である。第１の水路蓋１０の角部１０ａ及び第１の水路蓋１０に覆われる側壁面１１の角部１１ａのうち、一方のみ上記の処理をする場合も効果はある。

第１の貫通孔８の開口部３０ｂと第２の貫通孔９の開口部３１ｂには、それらの開口部を塞ぐために、蓋３４が取付けられている。蓋３４は、冷媒流れの澱み解決のため、貫通孔内側方向、つまり図３の上方向に凸とすることで冷媒が留まるデッドスペースを埋めるのが望ましい。

この構成により、冷媒流路１５を流れる冷媒は、入口用のパイプ１４を介して導入口１２より流入し、第１の貫通孔８、第１の水路蓋１０、第２の貫通孔９の内部をこの順に通過し、出口用のパイプ１４を取付けた導出口１３より流出する。図３に示す矢印は冷媒の流れる方向を示している。

以上の図１乃至図３に本実施の形態１における車載用電力変換装置を例示したが、図２において電子部品を載置する載置面に凹凸があったが、磁性体部品５の高さがあまり高くない場合等、載置面は凹部１６を設けずに平坦な面にしてもよい。
また、図２において２つの貫通孔８、９が形成されたが、２以上の複数の貫通孔を備えてもよい。その際、複数の貫通孔が載置面の広がる方向に並ぶとは、貫通孔が平行に並ぶことのみを意味するわけではなく、図の上下方向にずれて並んでもよい。そのため載置面が階段状に形成され、それに伴い貫通孔が階段状に並ぶように形成されてもよい。また、１つの台座部に対して複数の貫通孔が並んで形成されてもよく、筐体上方から見た際に、貫通孔の一部同士が重なる場合もよい。これらは載置される電子部品のレイアウト等を考慮して複数の貫通孔の位置、形状等を決定することになる。

また第１の水路蓋１０は蓋という形状のため、その成型、加工が簡単であり、第１の水路蓋１０で覆われる筐体２の側壁面１１をも冷媒流路１５の構成とするため、この側壁面を有効利用することができる。また、第１の水路蓋に代わってホース等の弾性のある連結部材を用いた場合は第１の水路蓋１０に比べて耐久性が悪化するため、積極的に第１の水路蓋１０を用いる。

また、第１の水路蓋１０に覆われる筐体２の側壁面１１を窪ませ、第１の水路蓋１０を板状に形成することで、窪んだ側壁面１１と第１の水路蓋１０の間を冷媒が流通することも可能である。この場合、第１の水路蓋１０がお椀状に形成する場合に比べて小型化が図れる。
また、図３において、開口部３０ｂ及び開口部３１ｂを蓋３４により塞いだが、これら蓋３４の代わりに第１の水路蓋１０にて開口部３０ｂ及び開口部３１ｂを覆うことで、開口部３０ｂ及び開口部３１ｂを連結し、冷媒が２つの第１の水路蓋１０に並列して流れるようにしてもよい。
また、３以上の複数の貫通孔を有する場合に、第１の水路蓋１０は２つの貫通孔の開口部を連結するのみならず、３以上の複数の貫通孔の開口部を連結するようにしてもよい。このように、冷媒が全ての貫通孔を連通して流れるとは、導入口１２より流入した冷媒の流れが直列、並列に拘らず、全ての貫通孔を通って導出口１３より導出することを言う。

また、導入口１２と導出口１３を、筐体２の図３の左右方向に対向する側面同士に設けたが、それぞれが複数の貫通孔の少なくとも１つに連通していればよく、例えば開口部３０ｂを導入口１２とし、開口部３１ｂを導出口１３とすることも可能である。この場合、筐体２の図の左右方向の側面に開口部を設けるように筐体２を鋳造する必要はなくなる。

以上のように、このように構成された車載用電力変換装置によれば、複数の貫通孔が電子部品の載置面の広がる方向に並ぶことにより、貫通孔を流れる冷媒によって貫通孔上方に載置される電子部品は冷却されるため、電子部品を冷却可能とする電子部品の載置面、すなわち放熱面の面積を拡大させることができる。また、本発明は、放熱面の面積を拡大するために取られる下記の手段に対して、以下の効果（ア）〜（カ）を有するものであり、すなわち、生産コストを抑えると共に冷却性及び搭載性を損なわずに、放熱面の面積を拡大させることができるものである。
（ア）１本の貫通孔を主流方向に伸ばした場合に比して、必要な放熱面積を得るために貫通孔を複数にしたため、貫通孔を成型する柱状部を短くすることができる。そのため、鋳型の長寿命化が可能となり、鋳型を再製作する頻度を抑え、結果として生産コストが抑えられる。
（イ）１本の貫通孔を主流直交方向に大きくした場合に比して、貫通孔断面は電子部品の下方にのみあるため、その断面積が小さくなることで冷媒の流速が大きくなり、冷却性が向上する。
（ウ）さらに、１本の貫通孔を主流直交方向に大きくした場合の改良として考えられる、１本の貫通孔を主流直交方向に大きくし、かつ貫通孔断面全体を上下方向に薄くした場合に比して、貫通孔断面の上下方向の厚さを確保でき、鋳型の長寿命化が可能となり、生産コストが抑えられる。
（エ）同様の改良として、１本の貫通孔を主流直交方向に大きくし、かつ貫通孔断面を電子部品の下方は上下方向の厚さを確保し、両電子部品間の下方は上下方向に薄くした場合に比して、貫通孔断面が長方形や円等の簡単な形状で形成可能なため、鋳型の長寿命化が可能であるとともに、シンプルな柱状部形状を形成できるため鋳型の製作が簡単化し、生産コストが抑えられる。

（オ）また、第１の水路蓋が貫通孔の開口部同士を連結するため、導入口及び導出口に取付けられる配管の数及び形態を変更する必要がなくなる。そのため、複数の貫通孔を有し、それぞれの貫通孔に配管を取付ける場合に比して、配管の引き回し自由度が向上し、搭載性が向上する。

（カ）さらに、貫通孔の開口部は筐体の側壁面にあり、同一の側壁面にある貫通孔の開口部同士を第１の水路蓋が連結するため、車載用電力変換装置の下面は、冷媒流路を構成することによる凹凸形状がない。そのため、筐体裏面の凹部を水路カバーで覆うことで冷媒流路を構成する場合に比して、設置自由度が向上し、搭載性が向上する。

また、複数の貫通孔は、各貫通孔の上方の放熱面となる第１の載置面に載置された電子部品の下方に設けられ、それら全ての貫通孔を連通して冷媒が流れるように冷媒流路を形成したため、貫通孔と、貫通孔の開口部を連結する第１の水路蓋は、第１の載置面に載置される電子部品を冷却するための必要以上に余計な構成を取らず、小型化、低コスト化が可能となる。また、同一の側壁面にある貫通孔の開口部を連結するため、連結が容易であると共に、連結する第１の水路蓋の形成も容易である。

この電力変換装置は車両に搭載されるものであり、上記で挙げられた、冷却性の向上、配管の引き回し自由度の向上、設置自由度の向上といった効果は特に、搭載物の冷却性や形状、配置等の制約が大きい車両において発揮されるものであり、多様な車両への搭載を可能とする。

以上の効果を有する構成に加えて、本実施の形態では、２つの貫通孔の間に電子部品を載置する凹部を設けている。すなわち、第１の台座部６ａと第２の台座部６ｂに挟まれるように磁性体部品５が載置される。従来は、この磁性体部品５を積極的に冷却する構成ではなかったところ、２つの貫通孔の間に電子部品を載置する凹部を設けたため、この電子部品は両側方より冷却が可能となり、この電子部品に対する冷却性が向上する。また、この磁性体部品５を冷却するために、磁性体部品５の下方に新たに冷媒流路を形成するわけではなく、既存の冷媒流路１５を用いるため、筐体２が上下方向に大型化することを抑制し、貫通孔数を維持するため、製造コストが抑制される。

また、本実施の形態では、凹部の内壁面と凹部に載置された電子部品の間隙を充填する伝熱材を備えている。すなわち、ポッティング剤２０が２つの台座部６ａ、６ｂの間において磁性体部品５の周囲を充填している。この構成により、冷媒流路と凹部に載置される電子部品間の熱伝導性が向上し、この電子部品の冷却性がさらに向上する。

また、本実施の形態では、凹部に載置される電子部品は第１の載置面となる台座部６ａ、６ｂの主面７より下方に収納されている。すなわち、２つの台座部６ａ、６ｂの主面７より磁性体部品５は図２において下方にある。この構成により、伝熱材を凹部に載置される電子部品の頂部まで充填可能となるため、電子部品の頂部から発せられる熱も伝熱材を介して冷媒流路に熱伝導するため、この電子部品の冷却性がさらに向上する。また、冷却性向上のためにこの電子部品に対向する側面の面積を大きくするような貫通孔の形成が可能なため、貫通孔形成の自由度が向上する。

また、本実施の形態では、第１の載置面となる台座部６ａ、６ｂの主面７にスイッチング素子４を載置し、凹部１６にリアクトルまたはコンデンサである磁性体部品５が載置される。この構成により、スイッチング素子４は下方を流れる冷媒により直接冷却され、これより発熱密度の小さい磁性体部品５は両側方を流れる冷媒により、伝熱材又は空気層を介して間接冷却されることで、両電子部品の冷却性を確保する。また、スイッチング素子４に比べ大きい磁性体部品５は凹部に載置されることで、装置が大型化しない。

また、本実施の形態では、載置面の広がる方向の断面において、第１の水路蓋に覆われる筐体の側壁面の角部と、第１の水路蓋の角部はＲ形状や斜面などのなだらかな形状である。すなわち、図３を見たときに、第１の水路蓋１０の角部１０ａと筐体２の側壁面１１の角部１１ａとはなだらかな形状である。この構成により、冷媒流れの澱みを防止すると共に、冷媒流れの剥離を回避して、角部における冷媒の圧力損失を低下させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１に対して冷媒流路の形状を変更した形態である。そこで、図４は実施の形態２に係る車載用電力変換装置の断面図であり、図５のＣ２−Ｃ２断面図を示す。同様に、図５は図４のＣ１−Ｃ１断面図を示し、図６は図４のＢ−Ｂ断面図を示し、図７は図４のＣ３−Ｃ３断面図を示し、図８は図４のＣ４−Ｃ４断面図を示す。

実施の形態１における第１の貫通孔８を本実施の形態２では図４の上下方向に分割し、第１の貫通孔８ａと第１の貫通孔８ｂとする。第２の貫通孔９に関しても同様に考える。
図４に示すように、第１の台座部６ａには、台座上部に第１の貫通孔８ａと、台座下部に第１の貫通孔８ｂとが形成されており、第２の台座部６ｂには、台座上部に第２の貫通孔９ａと、台座下部に第２の貫通孔９ｂが形成されている。後述する冷媒の導入口及び導出口と第１の水路蓋及び第２の水路蓋により、第１の貫通孔８ａ及び第２の貫通孔９ｂにおいて、冷媒は紙面の奥から手前に向かう方向に流れ、第１の貫通孔８ｂ及び第２の貫通孔９ａにおいて、冷媒は紙面の手前から奥に向かう方向に流れる。

図５、図６、図７に示すように、第２の水路蓋として、第２の水路蓋４４ａは、第１の貫通孔８ａの開口部４０ａと第１の貫通孔８ｂの開口部４１ａとを連結させる。一方で、第２の水路蓋４４ｂは、第２の貫通孔９ａの開口部４２ａと第２の貫通孔９ｂの開口部４３ａとを連結させる。

図５に示すように、第１の水路蓋１０ｂは、第１の貫通孔８ａの開口部４０ｂと第２の貫通孔９ａの開口部４２ｂとを連結させる。また、図６、図７、図８に示すように、第１の貫通孔８ｂの開口部４１ｂと第２の貫通孔９ｂの開口部４３ｂはそれぞれ蓋３４で覆われている。蓋３４は、冷媒流れの澱み解決のため、貫通孔内側方向に凸とすることで冷媒が留まるデッドスペースを埋めるのが望ましい。

図６、図７、図８に示すように、第１の貫通孔８ｂに冷媒の導入口１２を設け、第２の貫通孔９ｂに冷媒の導出口１３を設ける。図５、図７、図８に示すように、第１の水路蓋１０ｂ、第２の水路蓋４４ａ、４４ｂは、お椀形状であり、それぞれの角部１０ａ、４４ｃはなだらかな形状であることがが望ましい。また、それら水路蓋に覆われる筐体２の側壁面１１の角部１１ａもなだらかな形状であることが望ましい。

この構成により、冷媒は導入口１２より流入して、第１の貫通孔８ｂ、第２の水路蓋４４ａ、第１の貫通孔８ａ、第１の水路蓋１０ｂ、第２の貫通孔９ａ、第２の水路蓋４４ｂ、第２の貫通孔９ｂの順に流れ、導出口１３より流出する。なお、図５乃至図８に記載の矢印は冷媒の流れる向きを表す。その他の構成は、実施の形態１の構成に準ずる。

以上のように、本実施の形態の車載用電力変換装置によれば、複数の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔は上下方向に分割されたため、貫通孔断面積を小さくすることができ、冷媒の流速が大きくなり、冷却性が向上する。また、この分割された貫通孔同士を筐体の同一の側壁面で連結する第２の水路蓋を備え、第１の水路蓋は、この分割された貫通孔の少なくとも一方と他の貫通孔とを連結する構成としたことにより、冷媒が全ての貫通孔を連通して流れる。すなわち、実施の形態１における第１の貫通孔８、第２の貫通孔９がそれぞれ第１の貫通孔８ａ及び第１の貫通孔８ｂ、第２の貫通孔９ａ及び第２の貫通孔９ｂに分割され、これら貫通孔の開口部を第１の水路蓋として第１の水路蓋１０ｂが、第２の水路蓋として第２の水路蓋４４ａ及び第２の水路蓋４４ｂが連結することで、冷却性が向上する。

ここで、台座部６ａ、６ｂ上のスイッチング素子４のみを冷却するために貫通孔を設ける場合は貫通孔を上下方向に厚くする必要がない。一方、台座部６ａ、６ｂにより形成された凹部１６に載置された磁性体部品５をも貫通孔によって冷却する場合、磁性体部品５に対する冷却性を向上させるため、貫通孔の磁性体部品５に対向する側面積は大きくする必要がある。側面積を大きくすると、貫通孔断面積も大きくなるため、冷媒の流速が遅くなり冷却性が低下する。そこで、貫通孔を上下方向に分割して冷媒の流速を大きくするとともに、貫通孔の磁性体部品５に対向する側面積をも確保することで、スイッチング素子４、磁性体部品５の両部品に対して冷却性をさらに向上するものである。

本実施の形態では、上下方向に２つに分割したが、これに限定されず、３以上の複数に分割するものでもよい。また、上下方向に分割されつつ載置面の広がる方向である図４の左右方向に互いに少しずれて配置されてもよく、第１の貫通孔８のみを上下方向に分割するものでもよい。また、載置面の広がる方向に貫通孔は２つ並ぶとは限らず、２以上の複数の貫通孔が並び、その複数の貫通孔の少なくとも１つが上下方向に分割されていればよい。この分割された貫通孔と他の貫通孔との間に、電子部品を載置する凹部を設け、この電子部品を冷却する。

また、本実施の形態では、台座６ａ、６ｂの上部にある第１の貫通孔８ａと第２の貫通孔９ａの両開口部４０ｂ、４２ｂを第１の水路蓋１０ｂにて連結したが、台座６ａ、６ｂの下部にある第１の貫通孔８ｂと第２の貫通孔９ｂの両開口部４１ｂ、４３ｂを第１の水路蓋１０ｂで連結するように台座部下部にある貫通孔同士を連結することで冷媒流路を形成してもよい。また、第１の貫通孔８ａと第２の貫通孔９ｂの両開口部４０ｂ、４３ｂを第１の水路蓋１０ｂで連結するように台座部上部にある貫通孔と他の台座部下部にある貫通孔を連結することで冷媒流路を形成してもよい。この冷媒流路の形成は、導入口と導出口の配置や、車載用電力変換装置周辺のレイアウトに対応して、適宜決められる。

また、筐体２の同一側壁面１１にある開口部を全て覆う水路蓋を備えても良い。この場合、この水路蓋は、第１の水路蓋及び第２の水路蓋を兼用する。この時、水路蓋の内側に冷媒の流れる方向を誘導する凹凸を設けてもよい。

実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態２に対して、台座の数と冷媒流路の形状を変更した形態である。図９は、実施の形態３に係る車載用電力変換装置の筐体の側壁面を示した図であり、図２及び図４の断面図と同じ方向から見たものである。図１０は、図９に示す側壁面に対向する側壁面を示した図である。

図９、図１０に示すように、台座部（図示しない）にスイッチング素子４が載置され、それぞれの台座部間には磁性体部品（図示しない）が台座部に挟まれるように載置されている。また、電子部品を載置する載置面の広がる方向及び上下方向に、すなわち図の左右方向及び上下方向に複数の貫通孔が並び、左右方向においては、第１の水路蓋１０ｃ、１０ｄが貫通孔を連結し、上下方向においては、第２の水路蓋５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅが貫通孔を連結している。

冷媒は、貫通孔５１に設けられた導入口より流入し、全ての貫通孔を直列に流れ、貫通孔５２に設けられた導出口より流出する。

以上のように、発熱性の電子部品の点数が増えた場合、新たに台座部とその台座部内を貫通する貫通孔を設け、その台座部に電子部品を載置することで、電子部品を冷却することが可能である。また、このとき台座部間に載置された磁性体部品も両側方より冷却される。
このように、載置面の広がる方向に貫通孔が複数並ぶ形態と、貫通孔が上下方向に複数に分割された形態とが組み合わさっていても、実施の形態１や実施の形態２に記載の効果を有する。

実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態２に対して筐体の形状を変更したものである。図１１は、実施の形態４に係る車載用電力変換装置の断面図であり、図２及び図４の断面図に対応するものである。

図１１に示すように、電力変換回路３を構成するスイッチング素子４ａと磁性体部品５ａ、第２の電力変換回路３ｂを構成するスイッチング素子４ｂと磁性体部品５ｂが筐体２に収納される。第１の台座部６ａと第２の台座部６ｂの主面７に、スイッチング素子４ａが、第３の台座部６ｃと第４の台座部６ｄの主面７ｂに、スイッチング素子４ｂが、載置される。また、磁性体部品５ａは第１の台座部６ａと第２の台座部６ｂの間に、磁性体部品５ｂは第３の台座部６ｃと第４の台座部６ｄの間に、それぞれ載置され、台座部と磁性体部品の間隙にポッティング剤２０を充填する。この構成では、第２の載置面として、主面７ｂと磁性体部品５ｂを載置する面が挙げられる。

第１の台座部６ａ及び第３の台座部６ｃの内部に第１の貫通孔８ａ及び第１の貫通孔８ｂが貫通して形成され、第２の台座部６ｂ及び第４の台座部６ｄの内部に第２の貫通孔９ａ及び第２の貫通孔９ｂが貫通して形成される。貫通孔は上下に分割されることで冷媒の流速を大きくしているが、実施の形態１のように分割されていない貫通孔でもよい。

この構成により、全ての貫通孔を直列に流れる冷媒により、主面７に載置されたスイッチング素子４ａを冷却し、磁性体部品５ａを両側方より積極的に冷却すると共に、主面７ｂに載置されたスイッチング素子４ｂを冷却し、磁性体部品５ｂを両側方より積極的に冷却する。

以上のように、電力変換回路とは別の第２の電力変換回路を構成する第２の電子部品を備え、貫通孔の下方に第２の載置面を設け、第２の電子部品は第２の載置面に載置されることによって、電力変換回路の電子部品のみならず、第２の電力変換回路の電子部品も、冷媒流路を流れる冷媒により冷却することが可能となる。すなわち、車載用電力変換装置の下面は、冷媒流路１５を構成することによる凹凸形状がないため、その下面に容易に第２の電力変換回路３ｂの載置面を形成することが可能となり、両電力変換回路が筐体２及び冷媒流路１５を共有することによって、車載用電力変換装置の部品点数を削減し、小型化が可能となる。この構成では、１個の筐体２内に２つの電力変換回路３、３ｂの電子部品を収納することで、１つの冷媒流路１５により両電子部品を冷却することが可能となる。さらに、本実施の形態では、電力変換回路３と第２の電力変換回路３ｂの両載置面には冷媒流路を形成する第１の水路蓋、第２の水路蓋及び蓋がないため、これらと筐体とのシール箇所から冷媒が漏れても、両載置面には冷媒が流入せずに装置外へ漏れるため、電気的な短絡状態となることはない。

また、１つの電力変換回路を上下に配置するのではなく、別々の電力変換回路を上下それぞれに配置するため、上下の電子部品を接続する必要がなく、回路構成が複雑にならない。

以上に説明した実施の形態１から４に本発明は限定されることはなく、車載用電力変換装置において、各実施の形態の効果を満たす構成であればよい。

１ 車載用電力変換装置
２ 筐体
３ 電力変換回路
３ｂ 第２の電力変換回路
４ スイッチング素子
４ａ スイッチング素子
４ｂ スイッチング素子
５ 磁性体部品
５ａ 磁性体部品
５ｂ 磁性体部品
６ａ 第１の台座部
６ｂ 第２の台座部
６ｃ 第３の台座部
６ｄ 第４の台座部
７ 主面
７ｂ 主面
８ 第１の貫通孔
８ａ 第１の貫通孔
８ｂ 第１の貫通孔
９ 第２の貫通孔
９ａ 第２の貫通孔
９ｂ 第２の貫通孔
１０ 第１の水路蓋
１０ａ （第１の水路蓋の）角部
１０ｂ 第１の水路蓋
１１ 側壁面
１１ａ （側壁面の）角部
１２ 導入口
１３ 導出口
１５ 冷媒流路
１６ 凹部
１６ａ （凹部の）内壁面
２０ ポッティング剤
３０ａ （第１の貫通孔の）開口部
３０ｂ （第１の貫通孔の）開口部
３１ａ （第２の貫通孔の）開口部
３１ｂ （第２の貫通孔の）開口部
４０ａ （第１の貫通孔の）開口部
４０ｂ （第１の貫通孔の）開口部
４１ａ （第１の貫通孔の）開口部
４１ｂ （第１の貫通孔の）開口部
４２ａ （第２の貫通孔の）開口部
４２ｂ （第２の貫通孔の）開口部
４３ａ （第２の貫通孔の）開口部
４３ｂ （第２の貫通孔の）開口部
４４ａ 第２の水路蓋
４４ｂ 第２の水路蓋

Claims (5)

1. 電力変換回路を構成する電子部品と、
   前記電子部品を載置する載置面を有し、鋳造により成型された筐体と、
   前記載置面に載置された前記電子部品の下方において筐体と一体的に形成され、前記筐体内を貫通すると共に、前記筐体の対向する側壁面に開口部を有し、前記載置面の広がる方向に並ぶ複数の貫通孔と、
   同一の前記側壁面にある異なる前記貫通孔の前記開口部を連結する第１の水路蓋と、
   を備え、
   前記貫通孔、前記第１の水路蓋及び前記第１の水路蓋に覆われる前記側壁面により、導入口及び導出口が前記貫通孔に連通するとともに、前記貫通孔の上方にあたる前記載置面を第１の載置面として、前記第１の載置面に載置される前記電子部品を冷却する冷媒が全ての前記貫通孔を直列に連通して流れる冷媒流路が構成され、
   複数の前記貫通孔のうち２つの前記貫通孔の間に、前記第１の載置面に載置された前記電子部品とは別の前記電子部品を載置する凹部を設けると共に、この凹部の内壁面を通じて、前記別の電子部品は前記冷媒によって両側方より冷却され、
   前記凹部を構成する前記貫通孔のうち少なくとも１つの前記貫通孔は、鋳造により上下方向に並ぶように分割されて形成され、
   この分割された前記貫通孔同士を前記側壁面で連結する第２の水路蓋を備え、
   前記第１の水路蓋は、この分割された前記貫通孔の少なくとも一方と他の前記貫通孔とを連結し、
   前記第１の載置面に載置される前記電子部品はスイッチング素子であり、前記凹部に載置される電子部品はリアクトルまたはコンデンサである
   ことを特徴とする車載用電力変換装置。
2. 前記内壁面と前記リアクトルまたはコンデンサの間隙を充填する伝熱材
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の車載用電力変換装置。
3. 前記リアクトルまたはコンデンサは前記第１の載置面より下方に収納されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車載用電力変換装置。
4. 前記載置面の広がる方向の断面において、前記第１の水路蓋に覆われる前記側壁面の角部及び前記第１の水路蓋の角部はなだらかな形状である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車載用電力変換装置。
5. 前記電力変換回路とは別の第２の電力変換回路を構成する第２の電子部品を備え、
   前記貫通孔の下方に第２の載置面を設け、前記第２の電子部品は前記第２の載置面に載置される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車載用電力変換装置。

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