JP3791772B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波する電力変換器用ノイズフィルタを搭載した電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータなどの電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作は、キャリア周波数を数ｋＨｚから十数ｋＨｚ程度としたパルス幅変調（ＰＷＭ）された駆動信号に基づいて行われ、このスイッチング動作により数十ｋＨｚ以上の周波数成分のスイッチングノイズが電力変換器から発生する。
【０００３】
近年、このようなスイッチングノイズの周波数成分のうち、百ｋＨｚ以上の成分が外部機器に与える悪影響を抑制するべく、当該する電力変換器に様々の法的規制が敷かれ、これに対応するために電力変換用ノイズフィルタが用いられている。
【０００４】
従来、この種の電力変換用ノイズフィルタとしては、フェライト、非晶質合金、結晶合金などからなるコアに電線を巻回してなる単体のリアクトルと、フィルムやチップなどからなる単体のコンデンサとを、例えば、逆Ｌ形に接続して該フィルタを構成し、１つのユニットになったものを電力変換器の前段に配線し、半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波するようにしている。
【０００５】
近年、省スペースに対応するためや電力変換器とノイズフィルタユニットとの配線の手間を省くために、これらのノイズフィルタを電力変換器の内部に設置したものが要求されてきている。
【０００６】
図８および図９は、ノイズフィルタをプリント基板上に実装した構成例を表わしている。図８は、その断面形状を表わし、図９はその立体形状を表わしたものである。
【０００７】
リアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３等のノイズフィルタ用各素子は、それぞれプリント基板７にピン挿入方式で実装されることによって、ノイズフィルタ基板８を構成している。
【０００８】
図１０は、図８および図９のノイズフィルタ基板８を電力変換器内に組み込んで構成した例である。
【０００９】
この電力変換器は、各機能によって上段、中段、下段と分かれており、ＣＰＵ等の信号処理や制御を行う制御基板９と、前述した図８のノイズフィルタを実装したプリント基板７と、整流回路３とスイッチング素子５１からなるインバータ回路５が実装された主回路モジュール１０とから構成されている。
【００１０】
ノイズフィルタ基板８は、制御基板９と主回路モジュール１０との間に配置される。発熱の少ない制御基板９は、通常一番上部に配置される。
【００１１】
発熱の大きい主回路モジュール１０は、冷却しやすくするため、セラミック基板や金属ベース基板等放熱性に優れた放熱プレート６０を介して、通常放熱フィン１１の中央部に直接搭載される。なお、この主回路モジュール１０は、シリコーンゲル７０によって封止されている。
放熱フィン１１の周囲には、端子ブロック４３が設けられており、この端子ブロック４３に固定された支柱４１を介して、プリント基板７と制御基板９とが多段構成されている。
【００１２】
そして、これら各構成部品８，９，１０を、端子ブロック４３に固定されたケース１２で覆うことによって、電力変換器が構成される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、この種のノイズフィルタを構成するリアクトル２１からは、主に銅損等からなる発生ロスによる発熱があり、図１０に示したように、電力変換器内部のプリント基板７上に実装すると、ケース１２内部の雰囲気温度が上昇してしまう。特に、電力変換器の容量が大きくなると、ケース内部の雰囲気温度の上昇は顕著となる。
【００１４】
しかも、電力変換器は、もともとパワー半導体の発生ロスが大きく、その冷却には最新の注意が払われており、さらなる熱源によるケース１２内部雰囲気温度の上昇は、プリント基板７すなわち制御基板９の温度上昇を招いて、部品の耐熱寿命を縮めることになり、問題である。
【００１５】
また、図１０に示したような３段構造では、電力変換器全体の放熱性が悪くなり、容積も大きくなってしまうという問題がある。
【００１６】
さらに、リアクトル２１を電力変換器内部のプリント基板７上に実装するのでは冷却効果が小さく、できるだけ放熱フィン１１に接するように配置することが望ましいが、リアクトル２１の巻線と放熱フィン１１との間には、通常対地電位が発生し、適切に絶縁をとらなければならない。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、ノイズフィルタによる発生熱を放熱フィンに効率よく放散させると同時に、必要な絶縁性を得ることが可能な電力変換装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源から供給される電力を変換して電気機器を制御する電力変換装置であって、装置本体から発生するノイズ成分を除去するノイズフィルタ部と、前記電源から前記ノイズフィルタ部を介して供給される電力の整流機能、および、前記電気機器を制御する機能を有する駆動部と、薄膜樹脂絶縁層と金属板とが積層された基板により構成され、所定の熱伝導特性および絶縁特性を有する放熱容器と、放熱用基板とを具え、前記放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する樹脂絶縁材を用いて前記ノイズフィルタ部を封止して収納し、前記ノイズフィルタ部が収納された前記放熱容器と、前記駆動部とを、前記放熱用フィン上に直接取り付けることによって、電力変換装置を構成する。
【００１９】
本発明は、電源から供給される電力を変換して電気機器を制御する電力変換装置であって、装置本体から発生するノイズ成分を除去するノイズフィルタ部と、前記電源から前記ノイズフィルタ部を介して供給される電力の整流機能、および、前記電気機器を制御する機能を有する駆動部と、薄膜樹脂絶縁層と金属板とが積層された基板により構成され、所定の熱伝導特性および絶縁特性を有する放熱容器と、放熱用基板とを具え、前記放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する第１の樹脂絶縁材を用いて前記ノイズフィルタ部を封止し、かつ、第２の樹脂絶縁材を用いて前記駆動部を封止して一体に収納し、前記ノイズフィルタ部および前記駆動部が一体に収納された前記放熱容器を、前記放熱用フィン上に直接取り付けることによって、電力変換装置を構成する。
【００２０】
ここで、前記放熱容器は、前記薄膜樹脂絶縁層と前記金属板とが積層された基板の４辺を折り曲げることによって箱状の容器として構成してもよい。
【００２１】
前記ノイズフィルタ部および前記駆動部に接続され、前記電気機器を駆動制御するための信号処理を行う信号処理部をさらに具え、前記信号処理部は、前記放熱用フィンの周辺部に立設された支持体の上部に取り付けてもよい。
【００２２】
前記放熱容器を構成する前記薄膜樹脂絶縁層は、高熱伝導特性を有する部材により構成してもよい。
【００２３】
前記放熱容器を構成する前記薄膜樹脂絶縁層は、折り曲げが可能な可とう性の部材を有する樹脂シートにより構成してもよい。
【００２４】
前記樹脂絶縁材は、高熱伝導特性を有する部材により構成してもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２６】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
【００２７】
本発明は、電力変換器用のノイズフィルタを搭載した電力変換装置の構造、および、そのノイズフィルタを収納する放熱用基板の構造に特徴を有するものである。
【００２８】
（放熱用基板）
まず、ノイズフィルタの収納容器として用いられる放熱用基板の構造について説明する。
【００２９】
図３は、放熱用基板の構造例を示す。
【００３０】
この放熱用基板は、薄膜樹脂絶縁層１３と金属板１４とからなる積層板１５によって構成される。
【００３１】
金属板１４は、アルミ板，銅板，鉄板、又は、その他の金属板からなる。薄膜樹脂絶縁層１３は、樹脂材料からなる。この薄膜樹脂絶縁層１３を金属板１４に積層することによって、積層板１５が構成される。
【００３２】
以下、この積層板１５の作製方法について説明する。
【００３３】
まず、薄膜樹脂絶縁層１３と金属板１４との接着性を得るために、金属板１４の接着面は、凹凸を形成するための粗化処理が行われる。
【００３４】
この粗化処理は、金属板１４がアルミ板からなる場合は、アルマイト処理にて微細な空孔を形成することによってなされ、また、金属板１４が銅板からなる場合は、黒化処理と呼ばれる微細な針状酸化物を形成させて凹凸を形成することによってなされる。この黒化処理の他にも、マイクロエッチングと呼ばれる銅表面を数μｍ凹状にエッチングする方法でも十分な接着力が得られる。
【００３５】
次に、これらの粗化処理を行った金属板１４に対して、薄膜樹脂絶縁層１３を張り付けることによって、積層板１５を作製する。
【００３６】
この張り付けの方法としては、別途ポリエチレンシート等のキャリアーシートに樹脂（エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等）を塗工し、いわゆるＢステージ（液状の樹脂に熱を加えてある程度固化させる処理）まで乾燥させたプリプレグ状のものを金属板１４に加熱真空プレス機で張り合わせて硬化させることによって行う。キャリア用のポリエチレンシートは、硬化後、剥離することによって取り外せる。
【００３７】
また、他の張り付け方法として、予めエポキシ樹脂やポリイミド樹脂でシート状に成形されたＢステージのボンディングシートと呼ばれるものを直接金属板１４に重ね、同様に、加熱真空プレス機で張り合わせて硬化させることによって行うことも可能である。
【００３８】
さらに、他の張り付け方法として、液状の樹脂を金属板１４に直接塗工し、成形用のステンレス板を介して加熱真空プレス機で張り合わせることによっても行うことができる。
【００３９】
これらいずれかの張り付け方法によって薄膜樹脂絶縁層１３を形成してもよいが、その厚みは４０μｍから２００μｍの間が好ましい。４０μｍ未満の厚みになると絶縁破壊電圧が低くなり、絶縁性が得られなくなるからである。また、２００μｍを超える厚みになると、熱抵抗が大きくなり、リアクトルＬ２１からの発熱を効率良く放散させることができなくなる。
【００４０】
（放熱容器）
次に、ノイズフィルタを収納する放熱容器について説明する。
【００４１】
図４は、成形された積層板１５を所定の面積に切断して、４辺を所定の深さに折り曲げて加工した放熱容器の構造を示す。
【００４２】
このようにして折り曲げて構成された積層板１５内に、伝導ノイズ用フィルタ部品が収納されることになる。この場合、折り曲げはプレス機を用いて行うことができる。折り曲げた側面の角部には隙間ができるので、例えば、シリコーン系樹脂等で目止めを行う。
【００４３】
（ノイズフィルタモジュール）
図５は、図４の折り曲げ加工した積層板１５を用いて構成されるノイズフィルタモジュール２の構造を示す。
【００４４】
ノイズフィルタモジュール２は、折り曲げ加工した積層板１５内に、リアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３等のノイズフィルタ用素子を配設し、樹脂絶縁材１６で封止することによって構成される。
【００４５】
ノイズフィルタ用のリアクトルＬ２１は、リード線を上部に向けることによって他の回路と接続が可能である。
【００４６】
ここで、熱の発生源となるリアクトルＬ２１を放熱容器である積層板１５内に収納するに際して、その積層板１５の熱膨張係数と、封止用の樹脂絶縁材１６の熱膨張係数とを、略同等の値に設定する。ただし、ここでいう、略同等とは、同等な値を含むものとする。
【００４７】
具体的には、積層板１５を構成する金属板１４の熱膨張係数と、樹脂絶縁材１６の熱膨張係数とを、同等若しくはできる限り同等に近い値に設定する。例えば、金属板１４としてアルミニウムを使用した場合には、その熱膨張係数は２３×１０-6（℃-1）であるため、樹脂絶縁材１６の熱膨張係数もそのアルミニウムの値に近い特性をもつ材料を使用する。また、例えば、金属板１４として銅を使用した場合には、その熱膨張係数は１６×１０-6（℃-1）であるため、樹脂絶縁材１６の熱膨張係数もその銅の値に近い特性をもつ材料を使用する。
【００４８】
このように樹脂絶縁材１６を用いて積層板１５内に伝導ノイズ用フィルタ部品を樹脂封止することにより、以下のような利点がある。
【００４９】
リアクトルＬ２１のロスにより発生する熱を、樹脂絶縁材１６中に効率良く分散させることができる。
【００５０】
すなわち、リアクトルＬ２１に巻回されている電線には、通常ポリウレタン等の樹脂により被覆されたエナメル電線を用いる。ただし、エナメル線の被覆は薄く絶縁性がなくそれを接地される金属面に直接接するわけにはいかない。しかし、本積層板１５は、適切な絶縁耐圧が得られる薄膜樹脂絶縁層１３を用いているので、直接エナメル電線を置いても、絶縁性は何ら問題とならない。逆に、薄膜樹脂絶縁層１３に直接リアクトルＬ２１を接することにより、ロスにより発生する熱を効率よく金属板１４側に放散させることができる。
【００５１】
また、各リード線８０を樹脂材により固定することができ、他の回路との配線時等の外力に耐えることが可能となり、変形等も生じない。
【００５２】
さらに、積層板１５、特に金属板１４の熱膨張係数と、樹脂絶縁材１６の熱膨張係数とを略同等としたことにより、熱の上昇による剥がれやクラック等を無くすことができる。
【００５３】
（電力変換装置）
図１は、電力変換装置の構成例を示す。
【００５４】
放熱フィン１１上には、図５のノイズフィルタモジュール２と、主回路モジュール１０とが直接搭載されている。
【００５５】
また、放熱フィン１１の周辺部に設けられた支柱４１の上端部には、制御基板９がネジ等によって固定されている。この制御基板９には、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０、制御回路１００等が搭載されている。
【００５６】
制御基板９は、各種の制御等を行う電子部品を搭載したプリント基板（ガラエポ基板等）により構成されている。この制御基板９は、接続用ピン４２を介して、ノイズフィルタモジュール２および主回路モジュール１０と電気的に接続されている。
【００５７】
このような構造とすることにより、以下の利点が得られる。
【００５８】
（１）ノイズフィルタモジュール２は、放熱フィン１１に直接接しているので、リアクトルＬ２１で発生した熱を下方の放熱フィン１１側に効率よく放散させることができる。
【００５９】
これにより、ノイズフィルタモジュール２内で熱が発生しても、ケース１２内の雰囲気温度の上昇を従来の構造に比べて極力抑えることができる。また、これに伴い、他の部品も耐熱対策を緩和させることができるため、高価な部品や耐熱用の余分な部材を具備する必要がなくなり、部品コストを抑えることができる。
【００６０】
（２）ケース１２内の空間部には、制御基板９が設けられているだけであり、従来の図８に示した３段構成に比べて、極めて単純な構造とすることができる。
【００６１】
これにより、組み付け工程を大幅に簡略化できるため、作業効率を改善し、歩留まりを向上させることができる。また、プリント基板の枚数を半分以下に削減できることから、部品点数を大幅に削減することができ、製造コストを大幅に抑えることができる。さらに、従来の３段構成を２段構成にできることから、ケース１２の高さを抑えることができ、スペース的にも小型化を図ることができる。
【００６２】
（回路構成）
図２は、図１の電力変換装置の電気的な回路構成を示す。
【００６３】
電力変換装置は、ノイズフィルタモジュール２と、主回路モジュール１０と、制御基板９との３つの回路部に大別される。
【００６４】
ノイズフィルタモジュール２は、３相交流電源１と入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔを介して３本の電力ラインにそれぞれ直列に接続されたリアクトルＬ２１と、接地コンデンサＣｙ２２と、相間コンデンサＣｘ２３とからなる。
【００６５】
このノイズフィルタモジュール２は、インバータ等の電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズ等の高調波ノイズ成分を濾波する機能をもつ。
【００６６】
主回路モジュール１０は、ノイズフィルタ２に接続された整流回路３と、整流回路３の一対の出力端子間に接続された平滑用コンデンサ４と、この平滑用コンデンサ４に接続されたインバータ回路５とからなっている。
【００６７】
インバータ回路５は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなるスイッチング素子５１を有し、各素子はオン，オフ制御される。なお、電気機器、ここではインバータ回路５の負荷として、三相誘導電動機（モータ）６が接続されている。
【００６８】
制御回路９は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０、各種の信号処理や制御を行うＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む制御回路１００等からなっている。
【００６９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、整流回路３の出力端子と接続され、３相交流電源１の電力を整流した電力が入力される。このＤＣ−ＤＣコンバータ９０により所定の値に変換された電力は、制御回路１００に供給される。
【００７０】
制御回路１００は、インバータ回路５のスイッチング素子５１のゲート端子に接続されている。この制御回路１００からの制御信号に基づいて、スイッチング素子５１がオン，オフ制御され、これにより、パルス幅変調（ＰＷＭ）された出力電圧Ｖ０が出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力され、三相誘導電動機６が回転する。
【００７１】
［第２の例］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図６および図７に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００７２】
本例では、所定の放熱性および絶縁性を有する放熱容器としての積層板１５の構造を変えた場合の例である。
【００７３】
（第１の変形例）
第１の変形例を、図６に基づいて説明する。
図６において、積層板１５は、放熱フィン１１の全面に渡って形成されている。この積層板１５は、その中央部分で仕切り板２００によって、２つの部屋１１０，１２０に仕切られている。
【００７４】
積層板１５内の一方の部屋１１０には、リアクトルＬ２１と、接地コンデンサＣｙ２２と、相間コンデンサＣｘ２３とからなるノイズフィルタモジュール２の各部品が収納されており、樹脂絶縁材１６によって封止されている。
【００７５】
積層板１５内の他方の部屋１２０には、整流回路３と、平滑用コンデンサ４と、インバータ回路５とからなる主回路モジュール１０の各部品が収納されており、シリコーンゲル７０によって封止されている。
【００７６】
このように積層板１５を底面部で共通化した構造としたことにより、放熱面積を広くとることができると共に、部品の共通化を図って部品点数を削減することが可能となる。従って、組み付け工程の簡略化と、生産コストを一層低減することができる。
【００７７】
（第２の変形例）
第２の変形例を、図７に基づいて説明する。
【００７８】
この例では、積層板１５を、底面部のみならずその周辺側面部も共通化して一体に構成したものである。
【００７９】
このような一体構造により、放熱面積を底面のみならず側面まで一段と広げることができ、部品点数もさらに削減することができる。
【００８０】
［第３の例］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００８１】
本例は、積層板１５の構成材料についての例である。
【００８２】
リアクトルＬ２１で発生した熱を効率よく薄膜樹脂絶縁層１３を介して金属板１４に伝えるには、薄膜樹脂絶縁層１３の熱伝導率ができるだけ高い方が有効である。
【００８３】
そこで、本例では、薄膜樹脂絶縁層１３として、樹脂材と無機充填材とを適宜配合した材料を用いる。樹脂材には、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂をベースとした材料を用いる。無機充填材には、石英，アルミナ，窒化硼素，窒化アルミ，酸化珪素，酸化マグネシウム等若しくはそれらの混合物を用いる。
【００８４】
これらの材料から形成される薄膜樹脂絶縁層１３の熱伝導率は１．０〜１０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲、好ましくは、１．０〜７Ｗ／ｍ・Ｋの範囲のものを用いるのが好ましい。
【００８５】
なお、無機充填材を含んだ薄膜樹脂絶縁層１３を折り曲げると、クラックが生じてしまうが、ノイズフィルタ２用のリアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３等の各素子は、折り曲げ部分からは十分に離れており、絶縁不良などの不具合の心配はない。
【００８６】
［第４の例］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００８７】
本例は、積層板１５を構成する薄膜樹脂絶縁層１３の折り曲げ部分に、クラックが生じないよう可とう性のある樹脂材を使用する場合の例である。
【００８８】
可とう性のある樹脂材としては、エポキシ系やポリイミド系の無機充填材を含有していないボンディングシートを用いる。
【００８９】
無機充填材を含有しないと熱伝導率が小さくなるので、絶縁層の厚みは４０μｍ〜７５μｍが適しており、好ましくは４０μｍ〜５０μｍの範囲である。４０μｍ以下の厚みになると絶縁信頼性が得られなくなり、また、７５μｍを超えると熱抵抗が高くなり、好ましくない。
【００９０】
［第５の例］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００９１】
本例は、ノイズフィルタモジュール２の封止用部材として用いられる樹脂絶縁材１６の構成材料についての例である。
【００９２】
石英，アルミナ，窒化硼素，窒化アルミ，酸化珪素，酸化マグネシウム等の無機充填材、若しくは、それらの混合物の無機充填材を、エポキシ樹脂，ウレタン樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂材に添加することによって、高熱伝導性の樹脂絶縁材１６を作製する。
【００９３】
この場合、樹脂絶縁材１６の熱伝導特性として、例えば熱伝導率は、１．０〜１０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲、好ましくは、１．０〜７Ｗ／ｍ・Ｋの範囲のものを用いるのが好ましい。
【００９４】
熱伝導率の高い樹脂絶縁材１６を用いることにより、ノイズフィルタ２用のリアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３等の各素子から発生する熱を、特に、リアクトルＬ２１から発生する熱を全体に分散させることができる。
【００９５】
このように全体に分散した熱は、積層板１５を介して放熱フィン１１に放散させることができる。分散させた結果、発熱密度を低減でき、単位面積当たりの熱抵抗を小さくすることができる。
【００９６】
また、樹脂絶縁材１６は、熱応力による歪みを生じさせないために、熱膨張係数はリアクトルＬ２１にフェライトコアを用いる場合はそれに合わせることが必要である。高熱伝導率を得るための無機充填材を添加させることは、熱膨張係数を下げることができるので、同時に熱応力の低減にもつながる。
【００９７】
絶縁樹脂１６の充填は、常圧下又は１〜１５０（Ｔｏｒｒ）［＝１３３〜１９．９５×１０3（Ｐａ）］の減圧下で行う。好ましくは、１〜５０（Ｔｏｒｒ）［＝１３３〜６．６５×１０3（Ｐａ）］の減圧下で行った方が、リアクトルＬ２１等と積層板１５の間の隙間にボイドが残留しにくく、好適である。
【００９８】
なお、上記各例では、電気機器として、三相誘導電動機６を使用した例について説明したが、これに限るものではなく、例えば、誘導加熱コイル、スイッチング電源、無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕninterruptible Ｐower Ｓystem）等にも応用できるものである。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する樹脂絶縁材を用いてノイズフィルタ部を封止して収納し、該ノイズフィルタ部が収納された放熱容器と、駆動部とを、放熱用フィン上に直接取り付けて搭載したので、熱発生源であるノイズフィルタにより発生する熱を放熱容器を介して放熱用フィン側に効率よく放散させ、密閉されたケース内部の雰囲気温度の上昇を極力抑えることができると共に、必要な絶縁性も同時に確保することができ、これにより、単純な構成で組み付けを簡素化すると共に、安価で小型なノイズフィルタを搭載した電力変換装置を作製することができる。
【０１００】
また、本発明によれば、放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する第１の樹脂絶縁材を用いてノイズフィルタ部を封止し、かつ、第２の樹脂絶縁材を用いて駆動部を封止して一体に収納し、ノイズフィルタ部および駆動部が一体に収納された放熱容器を、放熱用フィン上に直接取り付けて搭載したので、放熱用フィン側に一段と効率よく放散させることができると共に、部品の共通化によって組み付けがさらに簡素化され、より一層安価で小型なノイズフィルタを搭載した電力変換装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、ノイズフィルタモジュールが収納された放熱容器を放熱フィン上に直接搭載した電力変換装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の電力変換装置における電気回路の構成を簡略化して示す回路図である。
【図３】積層板の構造を示す断面図である。
【図４】積層板を箱状に折り曲げ加工した放熱容器の構造を示す断面図である。
【図５】積層板からなる放熱容器内にノイズフィルタモジュールを収納して樹脂絶縁材で封止した構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における第１の変形例を示すものであり、ノイズフィルタモジュールおよびモータ駆動部が一体に収納された放熱容器を放熱フィン上に直接搭載した電力変換装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における第２の変形例を示すものであり、ノイズフィルタモジュールおよびモータ駆動部が一体に収納された放熱容器を放熱フィン上に直接搭載した電力変換装置の構成を示す断面図である。
【図８】従来のノイズフィルタ用部品等をプリント基板上に実装した断面図である。
【図９】従来のノイズフィルタ用部品等をプリント基板上に実装した斜視図である。
【図１０】ノイズフィルター用部品等が実装されたプリント基板を電力変換装置内に搭載した従来の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ ノイズフィルタモジュール
３ 整流回路
４ 平滑用コンデンサ
５ インバータ回路
６ 三相誘導電動機
７ プリント基板
８ ノイズフィルタ基板
９ 制御基板
１０ 主回路モジュール
１１ 放熱フィン
１２ ケース
１３ 薄膜樹脂絶縁層
１４ 金属板
１５ 積層板
１６ 樹脂絶縁層
２１ リアクトル
２２ 接地コンデンサ
２３ 相間コンデンサ
４１ 支柱
４２ 接続用ピン
４３ 端子ブロック
４４ 金属ベース基板
５１ スイッチング素子
６０ 放熱プレート
７０ シリコーンゲル
１００ 制御回路
１１０，１２０ 部屋
２００ 仕切り板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波する電力変換器用ノイズフィルタを搭載した電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータなどの電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作は、キャリア周波数を数ｋＨｚから十数ｋＨｚ程度としたパルス幅変調（ＰＷＭ）された駆動信号に基づいて行われ、このスイッチング動作により数十ｋＨｚ以上の周波数成分のスイッチングノイズが電力変換器から発生する。
【０００３】
近年、このようなスイッチングノイズの周波数成分のうち、百ｋＨｚ以上の成分が外部機器に与える悪影響を抑制するべく、当該する電力変換器に様々の法的規制が敷かれ、これに対応するために電力変換用ノイズフィルタが用いられている。
【０００４】
従来、この種の電力変換用ノイズフィルタとしては、フェライト、非晶質合金、結晶合金などからなるコアに電線を巻回してなる単体のリアクトルと、フィルムやチップなどからなる単体のコンデンサとを、例えば、逆Ｌ形に接続して該フィルタを構成し、１つのユニットになったものを電力変換器の前段に配線し、半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波するようにしている。
【０００５】
近年、省スペースに対応するためや電力変換器とノイズフィルタユニットとの配線の手間を省くために、これらのノイズフィルタを電力変換器の内部に設置したものが要求されてきている。
【０００６】
図８および図９は、ノイズフィルタをプリント基板上に実装した構成例を表わしている。図８は、その断面形状を表わし、図９はその立体形状を表わしたものである。
【０００７】
リアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３等のノイズフィルタ用各素子は、それぞれプリント基板７にピン挿入方式で実装されることによって、ノイズフィルタ基板８を構成している。
【０００８】
図１０は、図８および図９のノイズフィルタ基板８を電力変換器内に組み込んで構成した例である。
【０００９】
この電力変換器は、各機能によって上段、中段、下段と分かれており、ＣＰＵ等の信号処理や制御を行う制御基板９と、前述した図８のノイズフィルタを実装したプリント基板７と、整流回路３とスイッチング素子５１からなるインバータ回路５が実装された主回路モジュール１０とから構成されている。
【００１０】
ノイズフィルタ基板８は、制御基板９と主回路モジュール１０との間に配置される。発熱の少ない制御基板９は、通常一番上部に配置される。
【００１１】
発熱の大きい主回路モジュール１０は、冷却しやすくするため、セラミック基板や金属ベース基板等放熱性に優れた放熱プレート６０を介して、通常放熱フィン１１の中央部に直接搭載される。なお、この主回路モジュール１０は、シリコーンゲル７０によって封止されている。
放熱フィン１１の周囲には、端子ブロック４３が設けられており、この端子ブロック４３に固定された支柱４１を介して、プリント基板７と制御基板９とが多段構成されている。
【００１２】
そして、これら各構成部品８，９，１０を、端子ブロック４３に固定されたケース１２で覆うことによって、電力変換器が構成される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、この種のノイズフィルタを構成するリアクトル２１からは、主に銅損等からなる発生ロスによる発熱があり、図１０に示したように、電力変換器内部のプリント基板７上に実装すると、ケース１２内部の雰囲気温度が上昇してしまう。特に、電力変換器の容量が大きくなると、ケース内部の雰囲気温度の上昇は顕著となる。
【００１４】
しかも、電力変換器は、もともとパワー半導体の発生ロスが大きく、その冷却には最新の注意が払われており、さらなる熱源によるケース１２内部雰囲気温度の上昇は、プリント基板７すなわち制御基板９の温度上昇を招いて、部品の耐熱寿命を縮めることになり、問題である。
【００１５】
また、図１０に示したような３段構造では、電力変換器全体の放熱性が悪くなり、容積も大きくなってしまうという問題がある。
【００１６】
さらに、リアクトル２１を電力変換器内部のプリント基板７上に実装するのでは冷却効果が小さく、できるだけ放熱フィン１１に接するように配置することが望ましいが、リアクトル２１の巻線と放熱フィン１１との間には、通常対地電位が発生し、適切に絶縁をとらなければならない。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、ノイズフィルタによる発生熱を放熱フィンに効率よく放散させると同時に、必要な絶縁性を得ることが可能な電力変換装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源から供給される電力を変換して電気機器を制御する電力変換装置であって、装置本体から発生するノイズ成分を除去するノイズフィルタ部と、前記電源から前記ノイズフィルタ部を介して供給される電力の整流機能、および、前記電気機器を制御する機能を有する駆動部と、薄膜樹脂絶縁層と金属板とが積層された基板により構成され、所定の熱伝導特性および絶縁特性を有する放熱容器と、放熱用基板とを具え、前記放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する樹脂絶縁材を用いて前記ノイズフィルタ部を封止して収納し、前記ノイズフィルタ部が収納された前記放熱容器と、前記駆動部とを、前記放熱用フィン上に直接取り付けることによって、電力変換装置を構成する。
【００１９】
本発明は、電源から供給される電力を変換して電気機器を制御する電力変換装置であって、装置本体から発生するノイズ成分を除去するノイズフィルタ部と、前記電源から前記ノイズフィルタ部を介して供給される電力の整流機能、および、前記電気機器を制御する機能を有する駆動部と、薄膜樹脂絶縁層と金属板とが積層された基板により構成され、所定の熱伝導特性および絶縁特性を有する放熱容器と、放熱用基板とを具え、前記放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する第１の樹脂絶縁材を用いて前記ノイズフィルタ部を封止し、かつ、第２の樹脂絶縁材を用いて前記駆動部を封止して一体に収納し、前記ノイズフィルタ部および前記駆動部が一体に収納された前記放熱容器を、前記放熱用フィン上に直接取り付けることによって、電力変換装置を構成する。
【００２０】
ここで、前記放熱容器は、前記薄膜樹脂絶縁層と前記金属板とが積層された基板の４辺を折り曲げることによって箱状の容器として構成してもよい。
【００２１】
前記ノイズフィルタ部および前記駆動部に接続され、前記電気機器を駆動制御するための信号処理を行う信号処理部をさらに具え、前記信号処理部は、前記放熱用フィンの周辺部に立設された支持体の上部に取り付けてもよい。
【００２２】
前記放熱容器を構成する前記薄膜樹脂絶縁層は、高熱伝導特性を有する部材により構成してもよい。
【００２３】
前記放熱容器を構成する前記薄膜樹脂絶縁層は、折り曲げが可能な可とう性の部材を有する樹脂シートにより構成してもよい。
【００２４】
前記樹脂絶縁材は、高熱伝導特性を有する部材により構成してもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２６】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
【００２７】
本発明は、電力変換器用のノイズフィルタを搭載した電力変換装置の構造、および、そのノイズフィルタを収納する放熱用基板の構造に特徴を有するものである。
【００２８】
（放熱用基板）
まず、ノイズフィルタの収納容器として用いられる放熱用基板の構造について説明する。
【００２９】
図３は、放熱用基板の構造例を示す。
【００３０】
この放熱用基板は、薄膜樹脂絶縁層１３と金属板１４とからなる積層板１５によって構成される。
【００３１】
金属板１４は、アルミ板，銅板，鉄板、又は、その他の金属板からなる。薄膜樹脂絶縁層１３は、樹脂材料からなる。この薄膜樹脂絶縁層１３を金属板１４に積層することによって、積層板１５が構成される。
【００３２】
以下、この積層板１５の作製方法について説明する。
【００３３】
まず、薄膜樹脂絶縁層１３と金属板１４との接着性を得るために、金属板１４の接着面は、凹凸を形成するための粗化処理が行われる。
【００３４】
この粗化処理は、金属板１４がアルミ板からなる場合は、アルマイト処理にて微細な空孔を形成することによってなされ、また、金属板１４が銅板からなる場合は、黒化処理と呼ばれる微細な針状酸化物を形成させて凹凸を形成することによってなされる。この黒化処理の他にも、マイクロエッチングと呼ばれる銅表面を数μｍ凹状にエッチングする方法でも十分な接着力が得られる。
【００３５】
次に、これらの粗化処理を行った金属板１４に対して、薄膜樹脂絶縁層１３を張り付けることによって、積層板１５を作製する。
【００３６】
この張り付けの方法としては、別途ポリエチレンシート等のキャリアーシートに樹脂（エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等）を塗工し、いわゆるＢステージ（液状の樹脂に熱を加えてある程度固化させる処理）まで乾燥させたプリプレグ状のものを金属板１４に加熱真空プレス機で張り合わせて硬化させることによって行う。キャリア用のポリエチレンシートは、硬化後、剥離することによって取り外せる。
【００３７】
また、他の張り付け方法として、予めエポキシ樹脂やポリイミド樹脂でシート状に成形されたＢステージのボンディングシートと呼ばれるものを直接金属板１４に重ね、同様に、加熱真空プレス機で張り合わせて硬化させることによって行うことも可能である。
【００３８】
さらに、他の張り付け方法として、液状の樹脂を金属板１４に直接塗工し、成形用のステンレス板を介して加熱真空プレス機で張り合わせることによっても行うことができる。
【００３９】
これらいずれかの張り付け方法によって薄膜樹脂絶縁層１３を形成してもよいが、その厚みは４０μｍから２００μｍの間が好ましい。４０μｍ未満の厚みになると絶縁破壊電圧が低くなり、絶縁性が得られなくなるからである。また、２００μｍを超える厚みになると、熱抵抗が大きくなり、リアクトルＬ２１からの発熱を効率良く放散させることができなくなる。
【００４０】
（放熱容器）
次に、ノイズフィルタを収納する放熱容器について説明する。
【００４１】
図４は、成形された積層板１５を所定の面積に切断して、４辺を所定の深さに折り曲げて加工した放熱容器の構造を示す。
【００４２】
このようにして折り曲げて構成された積層板１５内に、伝導ノイズ用フィルタ部品が収納されることになる。この場合、折り曲げはプレス機を用いて行うことができる。折り曲げた側面の角部には隙間ができるので、例えば、シリコーン系樹脂等で目止めを行う。
【００４３】
（ノイズフィルタモジュール）
図５は、図４の折り曲げ加工した積層板１５を用いて構成されるノイズフィルタモジュール２の構造を示す。
【００４４】
ノイズフィルタモジュール２は、折り曲げ加工した積層板１５内に、リアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３等のノイズフィルタ用素子を配設し、樹脂絶縁材１６で封止することによって構成される。
【００４５】
ノイズフィルタ用のリアクトルＬ２１は、リード線を上部に向けることによって他の回路と接続が可能である。
【００４６】
ここで、熱の発生源となるリアクトルＬ２１を放熱容器である積層板１５内に収納するに際して、その積層板１５の熱膨張係数と、封止用の樹脂絶縁材１６の熱膨張係数とを、略同等の値に設定する。ただし、ここでいう、略同等とは、同等な値を含むものとする。
【００４７】
具体的には、積層板１５を構成する金属板１４の熱膨張係数と、樹脂絶縁材１６の熱膨張係数とを、同等若しくはできる限り同等に近い値に設定する。例えば、金属板１４としてアルミニウムを使用した場合には、その熱膨張係数は２３×１０-6（℃-1）であるため、樹脂絶縁材１６の熱膨張係数もそのアルミニウムの値に近い特性をもつ材料を使用する。また、例えば、金属板１４として銅を使用した場合には、その熱膨張係数は１６×１０-6（℃-1）であるため、樹脂絶縁材１６の熱膨張係数もその銅の値に近い特性をもつ材料を使用する。
【００４８】
このように樹脂絶縁材１６を用いて積層板１５内に伝導ノイズ用フィルタ部品を樹脂封止することにより、以下のような利点がある。
【００４９】
リアクトルＬ２１のロスにより発生する熱を、樹脂絶縁材１６中に効率良く分散させることができる。
【００５０】
すなわち、リアクトルＬ２１に巻回されている電線には、通常ポリウレタン等の樹脂により被覆されたエナメル電線を用いる。ただし、エナメル線の被覆は薄く絶縁性がなくそれを接地される金属面に直接接するわけにはいかない。しかし、本積層板１５は、適切な絶縁耐圧が得られる薄膜樹脂絶縁層１３を用いているので、直接エナメル電線を置いても、絶縁性は何ら問題とならない。逆に、薄膜樹脂絶縁層１３に直接リアクトルＬ２１を接することにより、ロスにより発生する熱を効率よく金属板１４側に放散させることができる。
【００５１】
また、各リード線８０を樹脂材により固定することができ、他の回路との配線時等の外力に耐えることが可能となり、変形等も生じない。
【００５２】
さらに、積層板１５、特に金属板１４の熱膨張係数と、樹脂絶縁材１６の熱膨張係数とを略同等としたことにより、熱の上昇による剥がれやクラック等を無くすことができる。
【００５３】
（電力変換装置）
図１は、電力変換装置の構成例を示す。
【００５４】
放熱フィン１１上には、図５のノイズフィルタモジュール２と、主回路モジュール１０とが直接搭載されている。
【００５５】
また、放熱フィン１１の周辺部に設けられた支柱４１の上端部には、制御基板９がネジ等によって固定されている。この制御基板９には、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０、制御回路１００等が搭載されている。
【００５６】
制御基板９は、各種の制御等を行う電子部品を搭載したプリント基板（ガラエポ基板等）により構成されている。この制御基板９は、接続用ピン４２を介して、ノイズフィルタモジュール２および主回路モジュール１０と電気的に接続されている。
【００５７】
このような構造とすることにより、以下の利点が得られる。
【００５８】
（１）ノイズフィルタモジュール２は、放熱フィン１１に直接接しているので、リアクトルＬ２１で発生した熱を下方の放熱フィン１１側に効率よく放散させることができる。
【００５９】
これにより、ノイズフィルタモジュール２内で熱が発生しても、ケース１２内の雰囲気温度の上昇を従来の構造に比べて極力抑えることができる。また、これに伴い、他の部品も耐熱対策を緩和させることができるため、高価な部品や耐熱用の余分な部材を具備する必要がなくなり、部品コストを抑えることができる。
【００６０】
（２）ケース１２内の空間部には、制御基板９が設けられているだけであり、従来の図８に示した３段構成に比べて、極めて単純な構造とすることができる。
【００６１】
これにより、組み付け工程を大幅に簡略化できるため、作業効率を改善し、歩留まりを向上させることができる。また、プリント基板の枚数を半分以下に削減できることから、部品点数を大幅に削減することができ、製造コストを大幅に抑えることができる。さらに、従来の３段構成を２段構成にできることから、ケース１２の高さを抑えることができ、スペース的にも小型化を図ることができる。
【００６２】
（回路構成）
図２は、図１の電力変換装置の電気的な回路構成を示す。
【００６３】
電力変換装置は、ノイズフィルタモジュール２と、主回路モジュール１０と、制御基板９との３つの回路部に大別される。
【００６４】
ノイズフィルタモジュール２は、３相交流電源１と入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔを介して３本の電力ラインにそれぞれ直列に接続されたリアクトルＬ２１と、接地コンデンサＣｙ２２と、相間コンデンサＣｘ２３とからなる。
【００６５】
このノイズフィルタモジュール２は、インバータ等の電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズ等の高調波ノイズ成分を濾波する機能をもつ。
【００６６】
主回路モジュール１０は、ノイズフィルタ２に接続された整流回路３と、整流回路３の一対の出力端子間に接続された平滑用コンデンサ４と、この平滑用コンデンサ４に接続されたインバータ回路５とからなっている。
【００６７】
インバータ回路５は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなるスイッチング素子５１を有し、各素子はオン，オフ制御される。なお、電気機器、ここではインバータ回路５の負荷として、三相誘導電動機（モータ）６が接続されている。
【００６８】
制御回路９は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０、各種の信号処理や制御を行うＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む制御回路１００等からなっている。
【００６９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、整流回路３の出力端子と接続され、３相交流電源１の電力を整流した電力が入力される。このＤＣ−ＤＣコンバータ９０により所定の値に変換された電力は、制御回路１００に供給される。
【００７０】
制御回路１００は、インバータ回路５のスイッチング素子５１のゲート端子に接続されている。この制御回路１００からの制御信号に基づいて、スイッチング素子５１がオン，オフ制御され、これにより、パルス幅変調（ＰＷＭ）された出力電圧Ｖ０が出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力され、三相誘導電動機６が回転する。
【００７１】
［第２の例］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図６および図７に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００７２】
本例では、所定の放熱性および絶縁性を有する放熱容器としての積層板１５の構造を変えた場合の例である。
【００７３】
（第１の変形例）
第１の変形例を、図６に基づいて説明する。
図６において、積層板１５は、放熱フィン１１の全面に渡って形成されている。この積層板１５は、その中央部分で仕切り板２００によって、２つの部屋１１０，１２０に仕切られている。
【００７４】
積層板１５内の一方の部屋１１０には、リアクトルＬ２１と、接地コンデンサＣｙ２２と、相間コンデンサＣｘ２３とからなるノイズフィルタモジュール２の各部品が収納されており、樹脂絶縁材１６によって封止されている。
【００７５】
積層板１５内の他方の部屋１２０には、整流回路３と、平滑用コンデンサ４と、インバータ回路５とからなる主回路モジュール１０の各部品が収納されており、シリコーンゲル７０によって封止されている。
【００７６】
このように積層板１５を底面部で共通化した構造としたことにより、放熱面積を広くとることができると共に、部品の共通化を図って部品点数を削減することが可能となる。従って、組み付け工程の簡略化と、生産コストを一層低減することができる。
【００７７】
（第２の変形例）
第２の変形例を、図７に基づいて説明する。
【００７８】
この例では、積層板１５を、底面部のみならずその周辺側面部も共通化して一体に構成したものである。
【００７９】
このような一体構造により、放熱面積を底面のみならず側面まで一段と広げることができ、部品点数もさらに削減することができる。
【００８０】
［第３の例］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００８１】
本例は、積層板１５の構成材料についての例である。
【００８２】
リアクトルＬ２１で発生した熱を効率よく薄膜樹脂絶縁層１３を介して金属板１４に伝えるには、薄膜樹脂絶縁層１３の熱伝導率ができるだけ高い方が有効である。
【００８３】
そこで、本例では、薄膜樹脂絶縁層１３として、樹脂材と無機充填材とを適宜配合した材料を用いる。樹脂材には、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂をベースとした材料を用いる。無機充填材には、石英，アルミナ，窒化硼素，窒化アルミ，酸化珪素，酸化マグネシウム等若しくはそれらの混合物を用いる。
【００８４】
これらの材料から形成される薄膜樹脂絶縁層１３の熱伝導率は１．０〜１０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲、好ましくは、１．０〜７Ｗ／ｍ・Ｋの範囲のものを用いるのが好ましい。
【００８５】
なお、無機充填材を含んだ薄膜樹脂絶縁層１３を折り曲げると、クラックが生じてしまうが、ノイズフィルタ２用のリアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３等の各素子は、折り曲げ部分からは十分に離れており、絶縁不良などの不具合の心配はない。
【００８６】
［第４の例］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００８７】
本例は、積層板１５を構成する薄膜樹脂絶縁層１３の折り曲げ部分に、クラックが生じないよう可とう性のある樹脂材を使用する場合の例である。
【００８８】
可とう性のある樹脂材としては、エポキシ系やポリイミド系の無機充填材を含有していないボンディングシートを用いる。
【００８９】
無機充填材を含有しないと熱伝導率が小さくなるので、絶縁層の厚みは４０μｍ〜７５μｍが適しており、好ましくは４０μｍ〜５０μｍの範囲である。４０μｍ以下の厚みになると絶縁信頼性が得られなくなり、また、７５μｍを超えると熱抵抗が高くなり、好ましくない。
【００９０】
［第５の例］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００９１】
本例は、ノイズフィルタモジュール２の封止用部材として用いられる樹脂絶縁材１６の構成材料についての例である。
【００９２】
石英，アルミナ，窒化硼素，窒化アルミ，酸化珪素，酸化マグネシウム等の無機充填材、若しくは、それらの混合物の無機充填材を、エポキシ樹脂，ウレタン樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂材に添加することによって、高熱伝導性の樹脂絶縁材１６を作製する。
【００９３】
この場合、樹脂絶縁材１６の熱伝導特性として、例えば熱伝導率は、１．０〜１０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲、好ましくは、１．０〜７Ｗ／ｍ・Ｋの範囲のものを用いるのが好ましい。
【００９４】
熱伝導率の高い樹脂絶縁材１６を用いることにより、ノイズフィルタ２用のリアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３等の各素子から発生する熱を、特に、リアクトルＬ２１から発生する熱を全体に分散させることができる。
【００９５】
このように全体に分散した熱は、積層板１５を介して放熱フィン１１に放散させることができる。分散させた結果、発熱密度を低減でき、単位面積当たりの熱抵抗を小さくすることができる。
【００９６】
また、樹脂絶縁材１６は、熱応力による歪みを生じさせないために、熱膨張係数はリアクトルＬ２１にフェライトコアを用いる場合はそれに合わせることが必要である。高熱伝導率を得るための無機充填材を添加させることは、熱膨張係数を下げることができるので、同時に熱応力の低減にもつながる。
【００９７】
絶縁樹脂１６の充填は、常圧下又は１〜１５０（Ｔｏｒｒ）［＝１３３〜１９．９５×１０3（Ｐａ）］の減圧下で行う。好ましくは、１〜５０（Ｔｏｒｒ）［＝１３３〜６．６５×１０3（Ｐａ）］の減圧下で行った方が、リアクトルＬ２１等と積層板１５の間の隙間にボイドが残留しにくく、好適である。
【００９８】
なお、上記各例では、電気機器として、三相誘導電動機６を使用した例について説明したが、これに限るものではなく、例えば、誘導加熱コイル、スイッチング電源、無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕninterruptible Ｐower Ｓystem）等にも応用できるものである。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する樹脂絶縁材を用いてノイズフィルタ部を封止して収納し、該ノイズフィルタ部が収納された放熱容器と、駆動部とを、放熱用フィン上に直接取り付けて搭載したので、熱発生源であるノイズフィルタにより発生する熱を放熱容器を介して放熱用フィン側に効率よく放散させ、密閉されたケース内部の雰囲気温度の上昇を極力抑えることができると共に、必要な絶縁性も同時に確保することができ、これにより、単純な構成で組み付けを簡素化すると共に、安価で小型なノイズフィルタを搭載した電力変換装置を作製することができる。
【０１００】
また、本発明によれば、放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する第１の樹脂絶縁材を用いてノイズフィルタ部を封止し、かつ、第２の樹脂絶縁材を用いて駆動部を封止して一体に収納し、ノイズフィルタ部および駆動部が一体に収納された放熱容器を、放熱用フィン上に直接取り付けて搭載したので、放熱用フィン側に一段と効率よく放散させることができると共に、部品の共通化によって組み付けがさらに簡素化され、より一層安価で小型なノイズフィルタを搭載した電力変換装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、ノイズフィルタモジュールが収納された放熱容器を放熱フィン上に直接搭載した電力変換装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の電力変換装置における電気回路の構成を簡略化して示す回路図である。
【図３】積層板の構造を示す断面図である。
【図４】積層板を箱状に折り曲げ加工した放熱容器の構造を示す断面図である。
【図５】積層板からなる放熱容器内にノイズフィルタモジュールを収納して樹脂絶縁材で封止した構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における第１の変形例を示すものであり、ノイズフィルタモジュールおよびモータ駆動部が一体に収納された放熱容器を放熱フィン上に直接搭載した電力変換装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における第２の変形例を示すものであり、ノイズフィルタモジュールおよびモータ駆動部が一体に収納された放熱容器を放熱フィン上に直接搭載した電力変換装置の構成を示す断面図である。
【図８】従来のノイズフィルタ用部品等をプリント基板上に実装した断面図である。
【図９】従来のノイズフィルタ用部品等をプリント基板上に実装した斜視図である。
【図１０】ノイズフィルター用部品等が実装されたプリント基板を電力変換装置内に搭載した従来の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ ノイズフィルタモジュール
３ 整流回路
４ 平滑用コンデンサ
５ インバータ回路
６ 三相誘導電動機
７ プリント基板
８ ノイズフィルタ基板
９ 制御基板
１０ 主回路モジュール
１１ 放熱フィン
１２ ケース
１３ 薄膜樹脂絶縁層
１４ 金属板
１５ 積層板
１６ 樹脂絶縁層
２１ リアクトル
２２ 接地コンデンサ
２３ 相間コンデンサ
４１ 支柱
４２ 接続用ピン
４３ 端子ブロック
４４ 金属ベース基板
５１ スイッチング素子
６０ 放熱プレート
７０ シリコーンゲル
１００ 制御回路
１１０，１２０ 部屋
２００ 仕切り板
Claims (7)
- 電源から供給される電力を変換して電気機器を制御する電力変換装置であって、
装置本体から発生するノイズ成分を除去するノイズフィルタ部と、
前記電源から前記ノイズフィルタ部を介して供給される電力の整流機能、および、前記電気機器を制御する機能を有する駆動部と、
薄膜樹脂絶縁層と金属板とが積層された基板により構成され、所定の熱伝導特性および絶縁特性を有する放熱容器と、
放熱用基板と
を具え、
前記放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する樹脂絶縁材を用いて前記ノイズフィルタ部を封止して収納し、
前記ノイズフィルタ部が収納された前記放熱容器と、前記駆動部とを、前記放熱用フィン上に直接取り付けたことを特徴とする電力変換装置。 - 電源から供給される電力を変換して電気機器を制御する電力変換装置であって、
装置本体から発生するノイズ成分を除去するノイズフィルタ部と、
前記電源から前記ノイズフィルタ部を介して供給される電力の整流機能、および、前記電気機器を制御する機能を有する駆動部と、
薄膜樹脂絶縁層と金属板とが積層された基板により構成され、所定の熱伝導特性および絶縁特性を有する放熱容器と、
放熱用基板と
を具え、
前記放熱容器内に、該放熱容器の薄膜樹脂絶縁層の熱伝導特性と略同等の熱伝導特性を有する第１の樹脂絶縁材を用いて前記ノイズフィルタ部を封止し、かつ、第２の樹脂絶縁材を用いて前記駆動部を封止して一体に収納し、
前記ノイズフィルタ部および前記駆動部が一体に収納された前記放熱容器を、前記放熱用フィン上に直接取り付けたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記放熱容器は、前記薄膜樹脂絶縁層と前記金属板とが積層された基板の４辺を折り曲げることによって箱状の容器として構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
- 前記ノイズフィルタ部および前記駆動部に接続され、前記電気機器を制御するための信号処理を行う信号処理部をさらに具え、
前記信号処理部は、前記放熱用フィンの周辺部に立設された支持体の上部に取り付けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記放熱容器を構成する前記薄膜樹脂絶縁層は、高熱伝導特性を有する部材からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記放熱容器を構成する前記薄膜樹脂絶縁層は、折り曲げが可能な可とう性の部材を有する樹脂シートからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記樹脂絶縁材は、高熱伝導特性を有する部材からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電力変換装置。
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