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JP7591466B2 - Power conversion unit and power conversion device - Google Patents
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JP7591466B2 - Power conversion unit and power conversion device - Google Patents

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本発明は、電力変換ユニットおよび電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion unit and a power conversion device.

近年の地球温暖化の防止の観点から、CO排出量を削減するために、化石燃料の使用量を減らす様々な取り組みが行われている。例えば、自動車については、動力源の電動化が行われており、モータを搭載したハイブリッド自動車や電気自動車の普及が進められている。化石燃料を使用していたエンジンを電動化すると、CO排出量が少なくなるため、地球温暖化の抑制に貢献することが期待されている。 In recent years, various efforts have been made to reduce the use of fossil fuels in order to reduce CO2 emissions from the perspective of preventing global warming. For example, the power source of automobiles has been electrified, and hybrid automobiles and electric automobiles equipped with motors are becoming more popular. By electrifying engines that used fossil fuels, CO2 emissions are reduced, and it is expected that this will contribute to the prevention of global warming.

モータの回転速度の制御には、電力変換装置が広く用いられている。電力変換装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の他、その他の製品でも、モータの稼働効率の向上に必要不可欠となっている。一般に、電力変換装置は、電力を利用するモータや、電力を貯める蓄電池等の主機に対して、補機として備えられている。 Power conversion devices are widely used to control the rotational speed of motors. Power conversion devices are essential for improving the operating efficiency of motors in hybrid and electric vehicles, as well as other products. In general, power conversion devices are installed as auxiliary equipment to main equipment such as motors that use electricity and storage batteries that store electricity.

現在、動力源としてのモータ、蓄電池等の普及に伴って、動力システムの小型化や軽量化が求められている。また、動力システムの重要なコンポーネントであるモータ、蓄電池等には、高電圧化や大容量化が要求されている。電力変換装置についても、出力密度の向上の観点や、設置上の制約を小さくする観点等から、小型化や軽量化が求められている。また、高電圧や大容量に対応した性能が求められている。 Currently, with the widespread use of motors, storage batteries, and other power sources, there is a demand for smaller and lighter power systems. In addition, motors, storage batteries, and other important components of power systems are required to have higher voltages and larger capacities. There is also a demand for smaller and lighter power conversion devices from the perspective of improving output density and reducing installation constraints. There is also a demand for performance that can handle high voltages and large capacities.

モータ、蓄電池等が普及すると、これらの機器は、必然的に様々な環境下で使用されるようになる。モータ、蓄電池等の普及に伴って、補機を含めた機器の使用環境も拡大することが想定される。そのため、電力変換装置には、小型化、軽量化や、高電圧や大容量に対応可能な性能だけでなく、様々な使用環境に対応できる性能が要求されてきている。 As motors, storage batteries, etc. become more widespread, these devices will inevitably be used in a variety of environments. As motors, storage batteries, etc. become more widespread, it is expected that the environments in which these devices, including auxiliary equipment, are used will also expand. For this reason, power conversion devices are required to be not only compact, lightweight, and capable of handling high voltages and large capacity, but also capable of handling a variety of usage environments.

例えば、標高が100m高くなる毎に、気温は約0.6℃ずつ下がる。低温では、結露し易くなるため、標高が高い場所で電力変換装置を使用する場合、回路の短絡、回路素子の劣化や破損、材料の劣化や変質等が起こり易くなる。また、標高が高い場所では、気温だけでなく、気圧も低くなるため、電力変換装置には、標高が低い場所で使用する場合とは異なる性能が要求される。低気圧環境下では、パッシェンの法則にしたがって気中放電が起こり易くなることが知られている。 For example, for every 100 m increase in altitude, the temperature drops by approximately 0.6°C. Condensation is more likely to occur at low temperatures, so when a power conversion device is used at high altitude, it is more likely to cause short circuits, deterioration or damage to circuit elements, and deterioration or alteration of materials. Furthermore, at high altitudes, not only the temperature but also the air pressure is lower, so power conversion devices are required to have different performance than when used at low altitudes. It is known that in low-pressure environments, aerial discharges are more likely to occur according to Paschen's law.

主機の高電圧化や大容量化に伴って、低温劣化、熱劣化、熱応力による機械的な破壊や、短絡、絶縁破壊等が生じ易い環境においても、所望の動作を長期間にわたって持続できるように、信頼性が高い設計の電力変換装置が望まれている。常温・常圧から逸脱した温度・気圧や、温度変化・気圧変化に対して耐性が高い設計であれば、同一仕様の装置を種々の環境で使用できるため、装置の量産性やコスト効率の改善が期待される。 As main engines become higher voltage and larger capacity, there is a demand for highly reliable power conversion devices designed to maintain the desired operation for long periods of time, even in environments prone to low-temperature degradation, thermal degradation, mechanical destruction due to thermal stress, short circuits, and insulation breakdown. If the device is designed to be resistant to temperatures and air pressures that deviate from normal temperature and pressure, as well as temperature and air pressure changes, it will be possible to use devices with the same specifications in a variety of environments, which is expected to improve the mass production and cost efficiency of the devices.

特許文献1には、電力変換装置の小型化に関連する技術が記載されている。また、電力変換装置の筐体やプリント基板に用いられる一般的な樹脂材料について記載されている。 Patent Document 1 describes technology related to miniaturizing power conversion devices. It also describes typical resin materials used for the housings and printed circuit boards of power conversion devices.

特開2020-178406号公報JP 2020-178406 A

現在、電力変換装置には、小型化、軽量化や、高電圧や大容量に対応可能な性能が要求されてきている。また、常温・常圧から逸脱した温度・気圧や、温度変化・気圧変化に対して耐性が高いことが求められている。気圧の低下や結露が生じ易い使用環境であっても、電気絶縁性が長期間確保されることが重要になっており、高い絶縁信頼性が求められている。 Currently, power conversion devices are required to be compact, lightweight, and capable of handling high voltages and large capacity. They are also required to have high resistance to temperatures and pressures that deviate from normal temperature and pressure, as well as temperature and pressure changes. It is important to maintain electrical insulation for a long period of time even in operating environments where air pressure drops and condensation are likely to occur, and high insulation reliability is required.

一般に、電力変換装置は、回路素子が実装された回路基板や、回路素子の熱を外部に放熱する放熱機構等を、筐体内に内蔵している。放熱機構としては、熱伝導性が高い材料で形成された放熱部材や、冷媒を循環させる熱交換機構等が、筐体の内部から外部に向けて伝熱経路を形成している。筐体の内部の空間には、回路素子、回路基板、放熱機構等を電気的に絶縁するために、電気絶縁性の封止樹脂(モールド樹脂)が充填されている。 In general, a power conversion device incorporates within its housing a circuit board on which circuit elements are mounted, a heat dissipation mechanism that dissipates heat from the circuit elements to the outside, and other components. The heat dissipation mechanism includes a heat dissipation member made of a material with high thermal conductivity, and a heat exchange mechanism that circulates a refrigerant, which form a heat transfer path from the inside of the housing to the outside. The space inside the housing is filled with an electrically insulating sealing resin (molding resin) to electrically insulate the circuit elements, circuit board, heat dissipation mechanism, and other components.

封止樹脂に、空気、水分等の低分子量の成分が含まれていると、電力変換装置が低気圧環境下におかれた場合に、これらの成分が膨張・蒸発して、封止樹脂中にボイドを生じたり、封止樹脂と他の構成要素との間の隙間を拡大させたりする。また、電力変換装置が低温環境下におかれた場合、水分が結露し易いため、水分が筐体の内部の空間において局所的に集中し易くなる。 If the sealing resin contains low molecular weight components such as air and moisture, these components will expand and evaporate when the power conversion device is placed in a low-pressure environment, causing voids in the sealing resin and expanding the gaps between the sealing resin and other components. In addition, if the power conversion device is placed in a low-temperature environment, moisture is likely to condense, making it easy for the moisture to concentrate locally in the space inside the housing.

封止樹脂にボイドが生じたり、封止樹脂が回路基板等から剥離して隙間を生じたりすると、大電圧が印加された場合に、ボイドや隙間に電界が集中し、空隙内で放電が起こり易くなるため、封止樹脂による電気絶縁性が低下するという問題がある。特に、電力変換装置を低気圧環境下で使用する場合、パッシェンの法則にしたがって気中放電が起こり易くなるため、電気絶縁性が著しく低下する虞がある。 If voids occur in the sealing resin or if the sealing resin peels off from the circuit board or the like to create gaps, when a large voltage is applied, an electric field will concentrate in the voids or gaps, making it easier for discharges to occur in the gaps, resulting in a problem of reduced electrical insulation provided by the sealing resin. In particular, when a power conversion device is used in a low-pressure environment, air discharges are more likely to occur in accordance with Paschen's law, and there is a risk of a significant decrease in electrical insulation.

封止樹脂としては、未硬化の状態で流動性を示す熱硬化性樹脂のポッティング材が広く用いられている。通常、ポッティング材としては、ボイドや隙間を抑制するために、未硬化の状態で低粘度を示す材料が選択されている。また、筐体の内部の空間への充填時には、ボイドや隙間が生じないように、脱気したポッティング材が減圧条件下で充填されている。 As a sealing resin, a thermosetting resin potting material that shows fluidity in an uncured state is widely used. Normally, a material that shows low viscosity in an uncured state is selected as the potting material to suppress voids and gaps. In addition, when filling the space inside the housing, degassed potting material is filled under reduced pressure conditions to prevent the formation of voids and gaps.

しかし、このような充填法を用いた場合であっても、封止樹脂に含まれる空気、水分等の低分子量の成分を完全に除去することは困難である。また、筐体や回路基板には、軽量で加工性に優れるため、樹脂材料が用いられることがある。樹脂材料には、空気、水分等の低分子量の成分が含まれ得る。樹脂材料に含まれている低分子量の成分は、電力変換装置を低気圧環境下で使用する場合、気圧差によって封止樹脂の側に移行する虞がある。 However, even when such a filling method is used, it is difficult to completely remove low molecular weight components such as air and moisture contained in the sealing resin. Furthermore, resin materials are sometimes used for housings and circuit boards because they are lightweight and easy to process. The resin material may contain low molecular weight components such as air and moisture. When the power conversion device is used in a low pressure environment, the low molecular weight components contained in the resin material may migrate to the sealing resin side due to the pressure difference.

特許文献1に記載された技術では、装置に内蔵された発熱部品を冷却するために、放熱に関係する構造を改良している。しかし、特許文献1に記載された装置は、内部から外部への放熱性は改善されるものの、低気圧環境下で使用する場合に、絶縁信頼性を確保できる対策が講じられていない。 The technology described in Patent Document 1 improves the heat dissipation structure in order to cool the heat-generating components built into the device. However, although the device described in Patent Document 1 improves heat dissipation from the inside to the outside, it does not take measures to ensure insulation reliability when used in a low-pressure environment.

そこで、本発明は、常温・常圧から逸脱した温度・気圧においても動作の信頼性が高く、封止樹脂中のボイドや封止樹脂の表面の隙間が抑制されて、高い電気絶縁性能が保たれる電力変換ユニット、および、それを備えた電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a power conversion unit that has high operational reliability even at temperatures and pressures that deviate from normal temperature and pressure, suppresses voids in the sealing resin and gaps on the surface of the sealing resin, and maintains high electrical insulation performance, and a power conversion device equipped with the same.

上記の課題を解決するため、本発明に係る電力変換ユニットは、筐体と、前記筐体の内側の空間に配置された放熱板と、前記放熱板と熱的に接続された回路基板と、前記回路基板上に設けられたスイッチング素子と、前記筐体の内側の空間に充填された封止樹脂と、を備え、前記回路基板と前記封止樹脂との間にガスバリア性の材料を有する。 To solve the above problems, the power conversion unit of the present invention comprises a housing, a heat sink disposed in the space inside the housing, a circuit board thermally connected to the heat sink, a switching element provided on the circuit board, and a sealing resin filled in the space inside the housing, and has a gas barrier material between the circuit board and the sealing resin.

また、本発明に係る電力変換装置は、前記の電力変換ユニットと、前記電力変換ユニットに接続されており、電気的に接地されたフレームと、を備える。 The power conversion device according to the present invention also includes the power conversion unit and a frame that is connected to the power conversion unit and is electrically grounded.

本発明によれば、常温・常圧から逸脱した温度・気圧においても動作の信頼性が高く、封止樹脂中のボイドや封止樹脂の表面の隙間が抑制されて、高い電気絶縁性能が保たれる電力変換ユニット、および、それを備えた電力変換装置を提供することができる。 The present invention provides a power conversion unit that has high operational reliability even at temperatures and pressures that deviate from normal temperature and pressure, suppresses voids in the sealing resin and gaps on the surface of the sealing resin, and maintains high electrical insulation performance, and a power conversion device equipped with the same.

本発明の実施形態1に係る電力変換ユニットの斜視図である。1 is a perspective view of a power conversion unit according to a first embodiment of the present invention; 本発明の実施形態1に係る電力変換ユニットの断面図である。1 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a first embodiment of the present invention. スイッチング素子の熱を放熱する伝熱経路の構造を示す図である。1A and 1B are diagrams illustrating a structure of a heat transfer path for dissipating heat from a switching element. 本発明の実施形態2に係る電力変換ユニットの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の実施形態2に係る電力変換ユニットを分割した状態を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a power conversion unit according to a second embodiment of the present invention is divided. 本発明の実施形態3に係る電力変換ユニットの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施形態4に係る電力変換ユニットの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施形態5に係る電力変換ユニットの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の実施形態6に係る電力変換ユニットの回路の一例を示す。13 shows an example of a circuit of a power conversion unit according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の実施形態7に係る電力変換ユニットの斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a power conversion unit according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の実施形態7に係る電力変換ユニットの断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a seventh embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係る電力変換ユニット、および、それを備えた電力変換装置について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。 The following describes a power conversion unit according to one embodiment of the present invention, and a power conversion device including the same, with reference to the drawings. Note that in the following drawings, common configurations are given the same reference numerals and duplicated descriptions are omitted.

<<実施形態1>>
図1Aは、本発明の実施形態1に係る電力変換ユニットの斜視図である。図1Bは、本発明の実施形態1に係る電力変換ユニットの断面図である。図1Bは、図1AのI-I線の断面図に相当する。
図1Aおよび図1Bに示すように、本実施形態に係る電力変換ユニットUは、入力側の入力側ユニット(入力側電力変換部)14と、出力側の出力側ユニット(出力側電力変換部)15とによって構成されている。
<<Embodiment 1>>
Fig. 1A is a perspective view of a power conversion unit according to a first embodiment of the present invention. Fig. 1B is a cross-sectional view of the power conversion unit according to the first embodiment of the present invention. Fig. 1B corresponds to a cross-sectional view taken along line II in Fig. 1A.
As shown in Figures 1A and 1B, the power conversion unit U of this embodiment is composed of an input side unit (input side power conversion section) 14 on the input side and an output side unit (output side power conversion section) 15 on the output side.

電力変換ユニットUは、スイッチング素子1(図1B参照)、回路基板2、共振コンデンサ3(図8参照)、平滑コンデンサ4(図8参照)、筐体5a、5b、筐体蓋6a、6b、上部電極板7、下部電極板8、封止樹脂9、Oリング10、冷却路11、放熱板12等を備えている。 The power conversion unit U includes a switching element 1 (see FIG. 1B), a circuit board 2, a resonant capacitor 3 (see FIG. 8), a smoothing capacitor 4 (see FIG. 8), housings 5a and 5b, housing lids 6a and 6b, an upper electrode plate 7, a lower electrode plate 8, a sealing resin 9, an O-ring 10, a cooling path 11, a heat sink 12, etc.

電力変換ユニットUは、空気、水分等の低分子量の成分に起因する封止樹脂9中のボイドや、これらの成分に起因して封止樹脂9が剥離して生じる封止樹脂9の表面の隙間を抑制するために、封止樹脂9と他の構成要素との間に、ガスバリア材(ガスバリア性の材料)20a,20bを備えている。 The power conversion unit U is provided with gas barrier materials (materials with gas barrier properties) 20a, 20b between the sealing resin 9 and other components to prevent voids in the sealing resin 9 caused by low molecular weight components such as air and moisture, and gaps on the surface of the sealing resin 9 caused by peeling of the sealing resin 9 due to these components.

図1Aおよび図1Bに示すように、入力側ユニット14は、入力側の筐体5aと、筐体5aを閉じる入力側の筐体蓋6aを備えている。出力側ユニット15は、出力側の筐体5bと、筐体5bを閉じる入力側の筐体蓋6bを備えている。入力側の筐体5aおよび出力側の筐体5bは、それぞれ、一面が開口した形状に設けられている。入力側および出力側の筐体蓋6a,6bは、それらの開口を覆うように、開閉自在にねじ止めされている。 As shown in Figures 1A and 1B, the input side unit 14 includes an input side housing 5a and an input side housing cover 6a that closes the housing 5a. The output side unit 15 includes an output side housing 5b and an input side housing cover 6b that closes the housing 5b. The input side housing 5a and the output side housing 5b each have an opening on one side. The input side and output side housing covers 6a, 6b are screwed in place so as to cover the openings and can be opened and closed freely.

入力側の筐体5aおよび筐体蓋6aと、出力側の筐体5bおよび筐体蓋6bとは、電力変換ユニットUの外郭を形成している。電力変換ユニットUは、入力側ユニット14と出力側ユニット15との合わせ構造に設けられており、筐体蓋6a,6bを両外側にして突き合わされ、ボルトn1で互いに接合されている。 The input side housing 5a and housing cover 6a, and the output side housing 5b and housing cover 6b form the outer shell of the power conversion unit U. The power conversion unit U is provided in a mating structure of the input side unit 14 and the output side unit 15, with the housing covers 6a, 6b butted together on both outsides and joined together with bolts n1.

図1Bに示すように、入力側の筐体5aの内部および出力側の筐体5bの内部には、それぞれ、回路基板2が収容されている。回路基板2には、複数のスイッチング素子1、共振コンデンサ3(図8参照)、平滑コンデンサ4(図8参照)等の回路素子が実装されている。入力側ユニット14と出力側ユニット15とは、回路の構成要素、回路の放熱に関係する構成要素等が、互いに同様の構成要素で構成されている。 As shown in FIG. 1B, a circuit board 2 is housed inside the input side housing 5a and the output side housing 5b. Circuit elements such as a plurality of switching elements 1, a resonant capacitor 3 (see FIG. 8), and a smoothing capacitor 4 (see FIG. 8) are mounted on the circuit board 2. The input side unit 14 and the output side unit 15 are composed of similar circuit components, components related to heat dissipation of the circuit, etc.

スイッチング素子1等の回路素子は、ユニットの作動中、それ自体の抵抗によってジュール熱を生じる発熱部品となる。回路上の発熱は、回路素子や材料に熱劣化、熱応力等を生じ、誤作動や経年劣化に繋がる。そのため、発熱部品が生じた熱は、入力側ユニット14と出力側ユニット15との間に設けられる冷却路11に放熱される。 Circuit elements such as the switching element 1 become heat-generating components that generate Joule heat due to their own resistance while the unit is in operation. Heat generation in the circuit causes thermal degradation and thermal stress in the circuit elements and materials, leading to malfunctions and deterioration over time. Therefore, the heat generated by the heat-generating components is dissipated to the cooling path 11 provided between the input unit 14 and the output unit 15.

スイッチング素子1は、回路基板2に対して、ボンディングワイヤやリードを介して電気的に接続されている。スイッチング素子1は、筐体5a,5bの内部の回路基板2よりも内側に配置されている。スイッチング素子1の回路基板2と反対側の面には、上部電極板7が接している。スイッチング素子1の端子は、上部電極板7に電気的に接続されている。 The switching element 1 is electrically connected to the circuit board 2 via bonding wires and leads. The switching element 1 is disposed inside the circuit board 2 inside the housings 5a and 5b. The surface of the switching element 1 opposite the circuit board 2 is in contact with the upper electrode plate 7. The terminal of the switching element 1 is electrically connected to the upper electrode plate 7.

上部電極板7は、スイッチング素子1と共に回路を形成している。上部電極板7のスイッチング素子1と反対側の面には、放熱板12が接している。放熱板12の上部電極板7と反対側の面には、下部電極板8が接している。上部電極板7および下部電極板8は、電気伝導性であり、熱伝導性が高い材料で形成される。放熱板12は、電気絶縁性であり、熱伝導性が高い材料で形成される。下部電極板8は、接地電位とすることができる。 The upper electrode plate 7 forms a circuit together with the switching element 1. The surface of the upper electrode plate 7 opposite the switching element 1 is in contact with the heat sink 12. The surface of the heat sink 12 opposite the upper electrode plate 7 is in contact with the lower electrode plate 8. The upper electrode plate 7 and the lower electrode plate 8 are formed of an electrically conductive material with high thermal conductivity. The heat sink 12 is formed of an electrically insulating material with high thermal conductivity. The lower electrode plate 8 can be at ground potential.

上部電極板7および放熱板12は、複数のスイッチング素子1のそれぞれに備えられている。上部電極板7および放熱板12は、筐体5a,5bの筐体蓋6a,6bと反対側の面を貫通するように配置されている。下部電極板8は、筐体5a,5bの筐体蓋6a,6bと反対側の面に設けられた凹部に配置されている。下部電極板8は、スイッチング素子1毎に備えられた放熱板12と接している。 The upper electrode plate 7 and the heat sink 12 are provided for each of the multiple switching elements 1. The upper electrode plate 7 and the heat sink 12 are arranged so as to penetrate the surface of the housings 5a and 5b opposite the housing lids 6a and 6b. The lower electrode plate 8 is arranged in a recess provided on the surface of the housings 5a and 5b opposite the housing lids 6a and 6b. The lower electrode plate 8 is in contact with the heat sink 12 provided for each switching element 1.

スイッチング素子1と上部電極板7は、互いに積層されて熱的に接続されている。また、上部電極板7と放熱板12は、互いに積層されて熱的に接続されている。また、放熱板12と下部電極板8は、互いに積層されて熱的に接続されている。このような構成要素によって、発熱部品から冷却路11に向けて放熱する伝熱経路が形成されている。 The switching element 1 and the upper electrode plate 7 are stacked on top of each other and thermally connected. The upper electrode plate 7 and the heat sink 12 are stacked on top of each other and thermally connected. The heat sink 12 and the lower electrode plate 8 are stacked on top of each other and thermally connected. These components form a heat transfer path that dissipates heat from the heat-generating component toward the cooling path 11.

放熱板12は、筐体5a、5bと一体成形されている。一体成形すると、放熱板12や筐体5a、5bの製造が容易になり、電力変換ユニットUの製造プロセスを短縮することができる。但し、放熱板12は、筐体5a、5bと別体として設けてもよい。 The heat sink 12 is molded integrally with the housings 5a and 5b. Integral molding makes it easier to manufacture the heat sink 12 and the housings 5a and 5b, and shortens the manufacturing process of the power conversion unit U. However, the heat sink 12 may be provided separately from the housings 5a and 5b.

筐体5a、5bや筐体蓋6a、6bは、適宜の材料で形成することができる。筐体5a、5bや筐体蓋6a、6bの材料としては、ガラス繊維強化ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ABS樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を用いることができる。 The housings 5a, 5b and the housing lids 6a, 6b can be made of an appropriate material. Examples of materials that can be used for the housings 5a, 5b and the housing lids 6a, 6b include glass fiber reinforced polyphenylene sulfide (PPS), ABS resin, polyamide, epoxy resin, unsaturated polyester resin, etc.

筐体5a、5bや筐体蓋6a、6bの材料の線膨張係数は、隣接する部品からの剥離やクラックを防止する観点から、上部電極板7、下部電極板8および放熱板12の線膨張係数に近いことが好ましい。 The linear expansion coefficient of the materials of the housings 5a, 5b and the housing lids 6a, 6b is preferably close to that of the upper electrode plate 7, the lower electrode plate 8, and the heat sink 12 in order to prevent peeling or cracking from adjacent components.

放熱板12は、電気絶縁性であり、且つ、熱伝導性が高い材料である限り、適宜の材料で形成することができる。放熱板12の材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の無機物や、高熱伝導性の樹脂材料を用いることができる。高熱伝導性の樹脂材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の熱伝導率が高いフィラを添加したエポキシ樹脂等が挙げられる。 The heat sink 12 can be made of any suitable material as long as it is electrically insulating and has high thermal conductivity. Materials that can be used for the heat sink 12 include inorganic substances such as aluminum oxide, aluminum nitride, and silicon nitride, and resin materials with high thermal conductivity. Examples of resin materials with high thermal conductivity include epoxy resins to which fillers with high thermal conductivity such as aluminum oxide and aluminum nitride have been added.

電力変換ユニットUでは、電力変換機能を持つ電力変換部を、入力側ユニット14と、出力側ユニット15とに分けている。入力側ユニット14と出力側ユニット15は、冷却路11を挟んで対向して配置されている。このような構造によると、入力側ユニット14と出力側ユニット15との電気絶縁性や、各ユニットから冷却路11への放熱性が確保され易くなる。 In the power conversion unit U, the power conversion section with power conversion function is divided into an input side unit 14 and an output side unit 15. The input side unit 14 and the output side unit 15 are arranged opposite each other with the cooling path 11 in between. This structure makes it easier to ensure electrical insulation between the input side unit 14 and the output side unit 15, and heat dissipation from each unit to the cooling path 11.

入力側ユニット14の下部電極板8および出力側ユニット15の下部電極板8は、それぞれ、冷却路11の壁部を形成している。冷却路11には、発熱部品を除熱するための冷却媒体が流される。 The lower electrode plate 8 of the input unit 14 and the lower electrode plate 8 of the output unit 15 each form the wall of the cooling path 11. A cooling medium is passed through the cooling path 11 to remove heat from the heat-generating components.

冷却路11は、入力側ユニット14と出力側ユニット15との間に形成されており、入力側冷却路11aと出力側冷却路11bとによって構成されている。入力側冷却路11aは、入力側の筐体5aの筐体蓋6aと反対側の面に接するように設けられている。出力側冷却路11bは、出力側の筐体5bの筐体蓋6bと反対側の面に接するように設けられている。 The cooling path 11 is formed between the input side unit 14 and the output side unit 15, and is composed of the input side cooling path 11a and the output side cooling path 11b. The input side cooling path 11a is provided so as to contact the surface of the input side housing 5a opposite the housing lid 6a. The output side cooling path 11b is provided so as to contact the surface of the output side housing 5b opposite the housing lid 6b.

入力側ユニット14と出力側ユニット15との接合面には、Oリング10が取り付けられている。Oリング10を設けると、冷却路11からの冷却媒体の漏洩を防止できる。 An O-ring 10 is attached to the joint surface between the input unit 14 and the output unit 15. The provision of the O-ring 10 helps prevent leakage of the cooling medium from the cooling path 11.

なお、図1B等において、下部電極板8は、冷却路11に接しているが、冷却路11に非接触で近接するように設けてもよい。例えば、冷却路11の壁部を形成する部材として、下部電極板8に代えて、熱伝導性が高い別の部材を用いることができる。このような部材を下部電極板8と冷却路11との間に配置して伝熱経路を形成することができる。 In FIG. 1B and other figures, the lower electrode plate 8 is in contact with the cooling path 11, but it may be provided so as to be in close proximity to the cooling path 11 without contacting it. For example, instead of the lower electrode plate 8, another material with high thermal conductivity can be used as a material forming the wall of the cooling path 11. Such a material can be disposed between the lower electrode plate 8 and the cooling path 11 to form a heat transfer path.

図2は、スイッチング素子の熱を放熱する伝熱経路の構造を示す図である。図2は、図1BのII線の矢視図に相当する。
図2に示すように、上部電極板7は、スイッチング素子1よりも幅広に設けられる。スイッチング素子1は、上部電極板7の中央寄りに配置される。また、放熱板12は、上部電極板7よりも幅広に設けられる。上部電極板7は、放熱板12の中央寄りに配置される。また、下部電極板8は、放熱板12よりも幅広に設けられる。
Fig. 2 is a diagram showing the structure of a heat transfer path for dissipating heat from a switching element, and corresponds to a view taken along line II in Fig. 1B.
2 , the upper electrode plate 7 is provided to be wider than the switching element 1. The switching element 1 is disposed toward the center of the upper electrode plate 7. In addition, the heat sink 12 is provided to be wider than the upper electrode plate 7. The upper electrode plate 7 is disposed toward the center of the heat sink 12. In addition, the lower electrode plate 8 is provided to be wider than the heat sink 12.

このような構造に設けると、スイッチング素子1からの熱が、順次、面積がより大きい構成要素に伝熱していく。スイッチング素子1から下部電極板8に向けて伝熱面積が拡大していくため、スイッチング素子1からの放熱性を向上させることができる。また、上部電極板7と下部電極板8との沿面距離が長くなるため、電極間の電気絶縁性を確保することができる。上部電極板7よりも幅広い放熱板12によって、上部電極板7と下部電極板8との絶縁と放熱を両立することができる。 When configured in this manner, heat from the switching element 1 is transferred to successively larger components. The heat transfer area expands from the switching element 1 toward the lower electrode plate 8, improving heat dissipation from the switching element 1. In addition, the creepage distance between the upper electrode plate 7 and the lower electrode plate 8 is increased, ensuring electrical insulation between the electrodes. The heat sink 12, which is wider than the upper electrode plate 7, allows for both insulation between the upper electrode plate 7 and the lower electrode plate 8 and heat dissipation.

図1Bに示すように、入力側ユニット14の筐体5aの内部や、出力側ユニット15の筐体5bの内部には、空間pが設けられる。筐体5a,5bの内部の空間pには、回路の構成要素、回路の放熱に関係する構成要素等が収容される。空間pの他の領域には、封止樹脂9が充填される。 As shown in FIG. 1B, a space p is provided inside the housing 5a of the input unit 14 and inside the housing 5b of the output unit 15. The space p inside the housings 5a and 5b accommodates components of the circuit, components related to heat dissipation of the circuit, etc. The other areas of the space p are filled with sealing resin 9.

封止樹脂9は、電気絶縁性の確保や、回路素子等の保護に作用する。封止樹脂9によって、回路基板2と筐体5a,5bとの間や、回路基板2と筐体蓋6a,6bとの間や、回路基板2の導体同士の間や、回路素子の周囲等が電気的に絶縁される。また、回路素子や配線等が、筐体5a,5bの外部から加わる外力や、トラッキングによる絶縁破壊や材料の劣化の要因となる水分、塵埃等から保護される。 The sealing resin 9 acts to ensure electrical insulation and protect the circuit elements, etc. The sealing resin 9 electrically insulates between the circuit board 2 and the housings 5a and 5b, between the circuit board 2 and the housing covers 6a and 6b, between the conductors of the circuit board 2, and around the circuit elements. It also protects the circuit elements, wiring, etc. from external forces applied from outside the housings 5a and 5b, and from moisture, dust, etc. that can cause insulation breakdown due to tracking and material deterioration.

封止樹脂9としては、電気的安定性、柔軟性、耐熱性、耐湿性、成形性等の点で、未硬化状態で流動性を有し、硬化後に流動性を持たないシリコーン系の樹脂が好ましい。シリコーン系の樹脂としては、オルガノポリシロキサンが挙げられる。封止樹脂9としては、例えば、シリコーンゲルや、シリコーンエラストマを用いることができる。 As the sealing resin 9, a silicone-based resin that has fluidity in an uncured state and does not have fluidity after curing is preferred in terms of electrical stability, flexibility, heat resistance, moisture resistance, moldability, etc. Examples of silicone-based resins include organopolysiloxane. As the sealing resin 9, for example, a silicone gel or a silicone elastomer can be used.

スイッチング素子1等の回路素子や、回路素子を電気的に接続するボンディングワイヤは、封止樹脂9とは異なる封止材で封止してもよい。例えば、ボンディングワイヤは、エポキシ樹脂等で封止することが好ましい。ボンディングワイヤが露出する構造の場合、弾性率が低く柔軟性が高い封止材を用いると、ワイヤの破損を防ぐことができる。 Circuit elements such as the switching element 1 and bonding wires that electrically connect the circuit elements may be sealed with a sealing material different from the sealing resin 9. For example, it is preferable to seal the bonding wires with epoxy resin or the like. In a structure in which the bonding wires are exposed, using a sealing material with a low elastic modulus and high flexibility can prevent the wires from being damaged.

封止樹脂9としては、ボンディングワイヤよりも高い強度を有するリードで回路素子を電気的に接続する場合、応力による破損を考慮する必要がなくなることから、シリコーンゲルよりも弾性率が高いシリコーンエラストマを用いることが好ましい。接着性の高いシリコーンエラストマを用いることで、低気圧環境や低温環境であっても、気体の膨張によるボイドが生じ難く、さらに剥離し難いことから、部分放電を起こし難くなる。 When the circuit elements are electrically connected using leads that are stronger than bonding wires, it is preferable to use a silicone elastomer with a higher elastic modulus than silicone gel as the sealing resin 9, since there is no need to consider damage due to stress. By using a silicone elastomer with high adhesiveness, voids due to gas expansion are less likely to occur even in low-pressure or low-temperature environments, and peeling is also less likely to occur, making partial discharge less likely to occur.

一方、シリコーンゲルは、低気圧環境で、気体の膨脹によるボイドを生じ易い。また、低温環境で、結露を蓄積し易い。しかし、電力変換ユニットUでは、ガスバリア材20a,20bで酸素や水蒸気を遮断するため、シリコーンゲルを用いることもできる。封止樹脂9としてシリコーンゲルを用いると、低い弾性率が得られるため、スイッチング素子1等の回路素子や、回路基板2や、ボンディングワイヤ自体や、その接合部にかかる応力を、大きく緩和することができる。また、シリコーンゲルを用いると、柔軟性や密着性が高い封止樹脂9が得られる。 On the other hand, silicone gel is prone to voids due to gas expansion in low pressure environments. It is also prone to condensation accumulation in low temperature environments. However, in the power conversion unit U, silicone gel can also be used because the gas barrier materials 20a, 20b block oxygen and water vapor. When silicone gel is used as the sealing resin 9, a low elastic modulus can be obtained, which can greatly reduce the stress applied to circuit elements such as the switching element 1, the circuit board 2, the bonding wires themselves, and their joints. Furthermore, when silicone gel is used, a sealing resin 9 with high flexibility and adhesion can be obtained.

図1Bに示すように、封止樹脂9の周囲には、ガスバリア材(ガスバリア性の材料)20a,20bが備えられる。ガスバリア材20a,20bは、酸素、水蒸気等のガス透過性が低い樹脂材料によって、フィルム、薄膜等として設けられる。図1Bにおいて、入力側ユニット14には、入力側のガスバリア材20aが備えられている。出力側ユニット15には、出力側のガスバリア材20bが備えられている。 As shown in FIG. 1B, gas barrier materials (materials with gas barrier properties) 20a and 20b are provided around the sealing resin 9. The gas barrier materials 20a and 20b are provided as films, thin films, etc., using resin materials with low gas permeability to oxygen, water vapor, etc. In FIG. 1B, the input side unit 14 is provided with an input side gas barrier material 20a. The output side unit 15 is provided with an output side gas barrier material 20b.

ガスバリア材20a,20bは、回路基板2と封止樹脂9との間や、筐体5a,5bと封止樹脂9との間や、筐体蓋6a,6bと封止樹脂9との間に介装することができる。すなわち、回路基板2と封止樹脂9との界面や、筐体5a,5bと封止樹脂9との界面や、筐体蓋6a,6bと封止樹脂9との界面に位置するように、相互に密着した状態に配置できる。 The gas barrier materials 20a, 20b can be interposed between the circuit board 2 and the sealing resin 9, between the housings 5a, 5b and the sealing resin 9, or between the housing lids 6a, 6b and the sealing resin 9. In other words, they can be arranged in close contact with each other so as to be located at the interface between the circuit board 2 and the sealing resin 9, the interface between the housings 5a, 5b and the sealing resin 9, or the interface between the housing lids 6a, 6b and the sealing resin 9.

封止樹脂9は、空気、水分等の低分子量の成分を含んでいることがある。低分子量の成分は、低気圧環境下で、膨張や蒸発を起こす。そのため、これらの成分が封止樹脂9中に含まれていると、ユニットが低気圧環境下におかれた場合に、封止樹脂9中にボイドを生じることがある。また、封止樹脂と他の構成要素との間の隙間を拡大させて、封止樹脂9を他の構成要素の表面から剥離させる。封止樹脂が剥離すると、封止樹脂9と他の構成要素との間に大きな隙間を生じる。 The sealing resin 9 may contain low molecular weight components such as air and moisture. Low molecular weight components expand and evaporate in a low pressure environment. Therefore, if these components are contained in the sealing resin 9, voids may occur in the sealing resin 9 when the unit is placed in a low pressure environment. In addition, the gap between the sealing resin and other components may be enlarged, causing the sealing resin 9 to peel off from the surfaces of the other components. When the sealing resin peels off, a large gap occurs between the sealing resin 9 and the other components.

また、ユニットが低温環境下におかれた場合、水分が結露するため、水分が筐体5a,5bの内部の空間において局所的に集中し易くなる。水分がスイッチング素子1等の回路素子や回路基板2の周辺に移行すると、トラッキングによる絶縁破壊が起こり易くなる。また、集中した水分が蒸発すると、ユニットが低気圧環境下におかれた場合に、ボイドや隙間を生じ易くなる。 Furthermore, if the unit is placed in a low-temperature environment, moisture condenses and tends to concentrate locally in the space inside the housings 5a and 5b. If the moisture migrates to the periphery of the circuit board 2 or to circuit elements such as the switching element 1, insulation breakdown due to tracking becomes more likely to occur. Furthermore, if the concentrated moisture evaporates, voids and gaps are more likely to occur if the unit is placed in a low-pressure environment.

封止樹脂9がボイドや隙間を生じると、大電圧が印加された場合に、ボイドや隙間に電界が集中し、これらの空隙内で放電が起こり易くなる。特に、ユニットが低気圧環境下におかれた場合、パッシェンの法則にしたがって気中放電が起こり易くなるため、封止樹脂9の内部や周囲で絶縁破壊が起こり易くなる。封止樹脂9による電気絶縁性が低下するため、長期的に求められる絶縁信頼性が損なわれるという問題がある。 If voids or gaps occur in the sealing resin 9, when a large voltage is applied, an electric field will concentrate in the voids or gaps, making it easier for discharges to occur within these gaps. In particular, if the unit is placed in a low-pressure environment, air discharges are more likely to occur in accordance with Paschen's law, making it easier for insulation breakdown to occur inside and around the sealing resin 9. This reduces the electrical insulation provided by the sealing resin 9, which creates the problem of compromising the insulation reliability required over the long term.

封止樹脂9は、未硬化の状態で脱気しておくことにより、空気、水分等の低分子量の成分を予め除去しておくことも可能である。また、封止樹脂9は、空気、水分等が侵入しないように、減圧条件下で筐体5a,5bの内部に充填することも可能である。しかし、脱気したり減圧条件下で充填したりしても、封止樹脂9中に含まれる低分子量の成分を完全に除くことは容易ではない。これらの成分は、筐体5a,5bの内部の空間において局所的に集中して問題を起こす可能性がある。 It is possible to remove low molecular weight components such as air and moisture from the sealing resin 9 beforehand by degassing it while it is uncured. The sealing resin 9 can also be filled into the interior of the housings 5a and 5b under reduced pressure conditions to prevent the intrusion of air, moisture, and the like. However, even if the sealing resin 9 is degassed or filled under reduced pressure conditions, it is not easy to completely remove the low molecular weight components contained in the sealing resin 9. These components may concentrate locally in the space inside the housings 5a and 5b and cause problems.

また、筐体5a,5bや回路基板2等に樹脂材料が用いられる場合、樹脂材料中に空気、水分等の低分子量の成分が含まれていることがある。これらの成分が封止樹脂9中に含まれていると、ユニットが低気圧環境下におかれた場合に、気圧差によって拡散して、封止樹脂9中に移行する可能性がある。封止樹脂9中に移行した空気、水分等の低分子量の成分は、封止樹脂9にボイドや隙間を生じ、封止樹脂9による電気絶縁性を低下させる。 In addition, when a resin material is used for the housings 5a, 5b or the circuit board 2, the resin material may contain low molecular weight components such as air and moisture. If these components are contained in the sealing resin 9, they may diffuse due to the pressure difference and migrate into the sealing resin 9 when the unit is placed in a low pressure environment. The low molecular weight components such as air and moisture that migrate into the sealing resin 9 create voids and gaps in the sealing resin 9, reducing the electrical insulation provided by the sealing resin 9.

これに対し、ガスバリア材20a,20bを、回路基板2と封止樹脂9との間や、筐体5a,5bと封止樹脂9との間や、筐体蓋6a,6bと封止樹脂9との間に設けると、筐体5a,5bや回路基板2等に含まれていた酸素、水蒸気等のガスが、封止樹脂9の側に移行するのを防ぐことができる。また、封止樹脂9の脱気や、封止樹脂9の充填条件にかかわらず、封止樹脂9中に含まれていた水分や、筐体5a,5bの外部から内部に侵入した水分の結露を防止できる。筐体5a,5bの内部の空間において、結露が局所的に集中するのを防ぐことができる。 In contrast, if gas barrier materials 20a, 20b are provided between the circuit board 2 and the sealing resin 9, between the housings 5a, 5b and the sealing resin 9, or between the housing lids 6a, 6b and the sealing resin 9, it is possible to prevent gases such as oxygen and water vapor contained in the housings 5a, 5b and the circuit board 2 from migrating to the sealing resin 9 side. In addition, regardless of the degassing of the sealing resin 9 or the filling conditions of the sealing resin 9, it is possible to prevent condensation of moisture contained in the sealing resin 9 or moisture that has infiltrated from the outside of the housings 5a, 5b into the inside. It is possible to prevent condensation from concentrating locally in the space inside the housings 5a, 5b.

そのため、ユニットが低気圧環境下や低温環境下におかれた場合に、封止樹脂9がボイドや隙間を生じるのを抑制できる。封止樹脂9中のボイドや封止樹脂9の剥離が抑制され、封止樹脂9の内部や周囲で絶縁破壊が起こり難くなる。封止樹脂9による高い電気絶縁性能が長期間にわたって保たれるため、絶縁信頼性が高いユニットが得られる。また、常温・常圧から逸脱した温度・気圧においても、絶縁破壊による故障が起こり難く、動作の信頼性が高いユニットが得られる。 Therefore, when the unit is placed in a low-pressure or low-temperature environment, the formation of voids or gaps in the sealing resin 9 can be suppressed. Voids in the sealing resin 9 and peeling of the sealing resin 9 are suppressed, making it difficult for dielectric breakdown to occur inside or around the sealing resin 9. Since the high electrical insulation performance of the sealing resin 9 is maintained for a long period of time, a unit with high insulation reliability is obtained. Furthermore, even at temperatures and pressures that deviate from normal temperature and pressure, failure due to dielectric breakdown is unlikely to occur, and a unit with high operational reliability is obtained.

ガスバリア材20a,20bは、筐体5a,5bの内部に封止樹脂9を充填する前に、回路基板2の表面や、筐体5a,5bの内面や、筐体蓋6a,6bの内面に対し、貼付、圧着等によって配置することができる。 The gas barrier materials 20a, 20b can be placed on the surface of the circuit board 2, the inner surfaces of the housings 5a, 5b, or the inner surfaces of the housing lids 6a, 6b by adhering, pressing, or the like, before filling the inside of the housings 5a, 5b with the sealing resin 9.

ガスバリア材20a,20bは、単層構造のフィルムまたは薄膜であってもよいし、積層構造のフィルムまたは薄膜であってもよい。ガスバリア材20a,20bとしては、酸素バリア性と水蒸気バリア性の両方を備えた材料、および、酸素バリア性を備えた材料と水蒸気バリア性を備えた材料との組み合わせのうち、いずれを用いることもできる。 The gas barrier materials 20a and 20b may be a film or thin film with a single layer structure, or a film or thin film with a laminated structure. As the gas barrier materials 20a and 20b, any of materials having both oxygen barrier properties and water vapor barrier properties, and a combination of a material having oxygen barrier properties and a material having water vapor barrier properties can be used.

酸素バリア性と水蒸気バリア性の両方を備えた材料としては、酸素のガス透過係数が、25℃において、0.001×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下、且つ、水蒸気のガス透過係数が300×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下の材料が挙げられる。このような材料を用いると、材料自体の酸素バリア性や水蒸気バリア性が高いため、酸素、水蒸気等のガスの拡散を、薄い層で効率的に抑制できる。 Examples of materials that have both oxygen barrier properties and water vapor barrier properties include materials that have an oxygen gas permeability coefficient of 0.001× 10-10 cm3 (STP)cm/( cm2 ·s·cmHg) or less and a water vapor gas permeability coefficient of 300× 10-10 cm3 (STP)cm/( cm2 ·s·cmHg) or less at 25° C. When such materials are used, the material itself has high oxygen barrier properties and water vapor barrier properties, so that the diffusion of gases such as oxygen and water vapor can be efficiently suppressed with a thin layer.

このような材料の具体例としては、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、MXDナイロン等や、これらの変性体が挙げられる。MXDナイロンは、メタ-キシレンジアミン(MXD)を縮合させたポリアミドであり、アジピン酸との縮合体であるポリアミドMXD-6や、その他の脂肪族ポリカルボン酸、芳香族ポリカルボン酸等との縮合体や変性体が挙げられる。 Specific examples of such materials include ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene chloride (PVDC), MXD nylon, and modified products thereof. MXD nylon is a polyamide obtained by condensing meta-xylylenediamine (MXD), and examples of such materials include polyamide MXD-6, which is a condensate with adipic acid, and condensates and modified products with other aliphatic polycarboxylic acids, aromatic polycarboxylic acids, and the like.

酸素バリア性を備えた材料と水蒸気バリア性を備えた材料との組み合わせとしては、酸素のガス透過係数が、25℃において、0.001×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下の材料と、水蒸気のガス透過係数が、25℃において、300×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下の材料とが積層された材料が挙げられる。このような材料を用いると、層構成や各層厚さの自由度が大きくなる。 An example of a combination of a material with oxygen barrier properties and a material with water vapor barrier properties is a laminate of a material having an oxygen gas permeability coefficient of 0.001×10 −10 cm 3 (STP) cm/(cm 2 s cmHg) or less at 25° C. and a material having a water vapor gas permeability coefficient of 300×10 −10 cm 3 (STP) cm/(cm 2 s cmHg) or less at 25° C. Use of such materials allows greater freedom in the layer structure and thickness of each layer.

酸素のガス透過係数が0.001×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下の材料の具体例としては、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、MXDナイロンや、これらの単量体を含む変性体が挙げられる。 Specific examples of materials with an oxygen gas permeability coefficient of 0.001× 10-10 cm3 (STP)cm/( cm2 ·s·cmHg) or less include ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene chloride (PVDC), MXD nylon, and modified products containing these monomers.

水蒸気のガス透過係数が300×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下の材料の具体例としては、前記の酸素バリア性を備えた材料や、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)等のポリエチレン(PE)や、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル(PEs)や、ナイロン6(PA6)、ナイロン66(PA66)等のポリアミド(PA)や、ポリ塩化ビニル(PVC)や、これらの単量体を含む変性体が挙げられる。 Specific examples of materials having a water vapor gas permeability coefficient of 300× 10-10 cm3 (STP)cm/( cm2 ·s·cmHg) or less include materials having the above-mentioned oxygen barrier properties, polyethylenes (PE) such as low-density polyethylene (LDPE) and high-density polyethylene (HDPE), polyolefins such as polypropylene (PP), polyesters (PEs) such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), and polyethylene naphthalate (PEN), polyamides (PA) such as nylon 6 (PA6) and nylon 66 (PA66), polyvinyl chloride (PVC), and modified products containing these monomers.

ガスバリア材20a,20bの厚さは、特に限定されるものではないが、酸素バリア性や水蒸気バリア性を備えた材料について、例えば、300μm以上600μm以下に設けることができる。 The thickness of the gas barrier materials 20a, 20b is not particularly limited, but for materials with oxygen barrier properties or water vapor barrier properties, the thickness can be set to, for example, 300 μm or more and 600 μm or less.

ガスバリア材20a,20bは、酸素バリア性や水蒸気バリア性を備えた樹脂材料に加えて、基材や、強度、剛性、耐傷性、耐ピンホール性、耐熱性、耐水性、耐湿性、耐油性、耐薬品性等の他の機能性を示す保護層や、金属や無機物のガスバリア層や、材料同士を接着させる接着層等と共に多層化されてもよい。多層化の方法としては、材料に応じて、ラミネート法、共押出法、物理的・化学的成膜法等、適宜の方法を用いることができる。 The gas barrier materials 20a and 20b may be multi-layered with a base material, a protective layer exhibiting other functionality such as strength, rigidity, scratch resistance, pinhole resistance, heat resistance, water resistance, moisture resistance, oil resistance, and chemical resistance, a gas barrier layer of a metal or inorganic material, and an adhesive layer for bonding materials together, in addition to a resin material having oxygen barrier properties and water vapor barrier properties. As a method for multi-layering, an appropriate method such as a lamination method, a co-extrusion method, or a physical or chemical film formation method can be used depending on the material.

ガスバリア材20a,20bの層構成は、特に限定されるものではないが、例えば、ガスバリア層(酸素・水蒸気)、ガスバリア層(酸素)/ガスバリア層(水蒸気)、基材(保護層)/ガスバリア層(酸素・水蒸気)、基材(保護層)/ガスバリア層(酸素)/ガスバリア層(水蒸気)、基材(保護層)/ガスバリア層(酸素・水蒸気)/基材(保護層)、基材(保護層)/ガスバリア層(酸素)/ガスバリア層(水蒸気)/基材(保護層)、基材(保護層)/接着層/ガスバリア層(酸素・水蒸気)/接着層/基材(保護層)等が挙げられる。 The layer structure of the gas barrier materials 20a, 20b is not particularly limited, but examples include gas barrier layer (oxygen/water vapor), gas barrier layer (oxygen)/gas barrier layer (water vapor), substrate (protective layer)/gas barrier layer (oxygen/water vapor), substrate (protective layer)/gas barrier layer (oxygen)/gas barrier layer (water vapor), substrate (protective layer)/gas barrier layer (oxygen/water vapor)/substrate (protective layer), substrate (protective layer)/gas barrier layer (oxygen)/gas barrier layer (water vapor)/substrate (protective layer), substrate (protective layer)/adhesive layer/gas barrier layer (oxygen/water vapor)/adhesive layer/substrate (protective layer), etc.

基材としては、前記の水蒸気バリア性を備えた材料の二軸延伸材、例えば、ポリエチレン(PE)や、ポリプロピレン(PP)や、これらの共重合体等のポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル(PEs)や、ナイロン6(PA6)、ナイロン66(PA66)等のポリアミド(PA)等の二軸延伸材を用いることができる。 As the substrate, biaxially oriented materials having the water vapor barrier properties described above can be used, for example, polyolefins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and copolymers of these, polyesters (PEs) such as polyethylene terephthalate (PET), and polyamides (PA) such as nylon 6 (PA6) and nylon 66 (PA66).

なお、図1Bにおいて、ガスバリア材20a,20bは、回路基板2と封止樹脂9との間のうち、回路基板2のスイッチング素子1の側のみに介装されている。このような配置であると、大電圧が印加され易い回路素子に対する電気絶縁性を確保し、封止樹脂9のみで絶縁可能な反対側への介装を省略できる。しかし、ガスバリア材20a,20bは、回路基板2のスイッチング素子1の側に加え、回路基板2のスイッチング素子1と反対側に介装してもよい。 In FIG. 1B, the gas barrier materials 20a and 20b are interposed only on the side of the circuit board 2 facing the switching element 1 between the circuit board 2 and the sealing resin 9. This arrangement ensures electrical insulation for the circuit elements to which a large voltage is likely to be applied, and makes it possible to omit the need to interpose the material on the opposite side, which can be insulated only by the sealing resin 9. However, the gas barrier materials 20a and 20b may be interposed on the opposite side of the circuit board 2 facing the switching element 1, in addition to the side of the circuit board 2 facing the switching element 1.

また、図1Bにおいて、ガスバリア材20a,20bは、回路基板2と封止樹脂9との間、筐体5a,5bと封止樹脂9との間、および、筐体蓋6a,6bと封止樹脂9との間に、それぞれ介装されている。しかし、ガスバリア材20a,20bは、少なくとも回路基板2と封止樹脂9との間に備えられる限り、筐体5a,5bと封止樹脂9との間や、筐体蓋6a,6bと封止樹脂9との間に備えられなくてもよい。これらの間には、大電圧が印加され難く、封止樹脂9のみで電気絶縁性が確保され易いためである。 In FIG. 1B, gas barrier materials 20a and 20b are respectively interposed between the circuit board 2 and the sealing resin 9, between the housings 5a and 5b and the sealing resin 9, and between the housing lids 6a and 6b and the sealing resin 9. However, as long as gas barrier materials 20a and 20b are provided at least between the circuit board 2 and the sealing resin 9, they do not have to be provided between the housings 5a and 5b and the sealing resin 9 or between the housing lids 6a and 6b and the sealing resin 9. This is because a large voltage is unlikely to be applied between these spaces, and electrical insulation can easily be ensured by the sealing resin 9 alone.

<<実施形態2>>
図3は、本発明の実施形態2に係る電力変換ユニットの断面図である。図3は、図1AのI-I線の断面図に相当する。
図3に示すように、筐体5a,5bの内部の空間pには、封止樹脂9が充填されていない未充填部13を設けることができる。図3には、筐体5a,5bの内部の空間pに未充填部13を設けた電力変換ユニットU1を示す。電力変換ユニットU1の他の構成は、前記の電力変換ユニットUと略同様である。
<<Embodiment 2>>
Fig. 3 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a second embodiment of the present invention. Fig. 3 corresponds to the cross-sectional view taken along line II in Fig. 1A.
As shown in Fig. 3, the space p inside the housings 5a, 5b can be provided with an unfilled portion 13 that is not filled with the sealing resin 9. Fig. 3 shows a power conversion unit U1 in which the unfilled portion 13 is provided in the space p inside the housings 5a, 5b. Other configurations of the power conversion unit U1 are substantially similar to those of the power conversion unit U described above.

未充填部13は、空気が存在してよいが、筐体5a,5bの外部に対して気密性が確保されることが好ましい。未充填部13は、回路基板2よりも筐体蓋6a,6bの側に形成することが好ましい。すなわち、未充填部13を形成する場合、回路基板2の筐体蓋6a,6bの側の面は、封止樹脂9で覆われることが好ましい。 Air may be present in the unfilled portion 13, but it is preferable that airtightness is ensured from the outside of the housings 5a and 5b. The unfilled portion 13 is preferably formed on the housing lid 6a, 6b side rather than the circuit board 2. In other words, when forming the unfilled portion 13, it is preferable that the surface of the circuit board 2 facing the housing lid 6a, 6b is covered with the sealing resin 9.

未充填部13は、筐体5a,5bの内部の空間pに、未硬化の状態の封止樹脂9を中間の高さまで充填する方法で形成できる。未硬化の状態の封止樹脂9は、筐体5a,5bの内部の空間pに対し、回路基板2が位置する底部側に充填する。未硬化の状態の封止樹脂9を、回路基板2が埋没する高さ、且つ、筐体蓋6a,6bの側に空洞が残る高さまで充填して硬化させる。 The unfilled portion 13 can be formed by filling the space p inside the housings 5a, 5b with uncured sealing resin 9 up to the middle height. The uncured sealing resin 9 is filled into the space p inside the housings 5a, 5b on the bottom side where the circuit board 2 is located. The uncured sealing resin 9 is filled to a height where the circuit board 2 is buried and a cavity remains on the housing lids 6a, 6b side, and then cured.

未充填部13を設けると、スイッチング素子1等の発熱部品が生じた熱が封止樹脂9に伝熱し、封止樹脂9が熱膨張したとしても、封止樹脂9の一部が未充填部13に逃げることができる。膨張した封止樹脂9から、筐体5a,5bの内面、筐体蓋6a,6bの内面、回路基板2への押圧を抑制できるため、筐体5a,5b、筐体蓋6a,6b、回路基板2等の変形や破損、断線等を防ぐことができる。 By providing the unfilled portion 13, heat generated by heat-generating components such as the switching element 1 is transferred to the sealing resin 9, and even if the sealing resin 9 thermally expands, a portion of the sealing resin 9 can escape to the unfilled portion 13. This can prevent the expanded sealing resin 9 from pressing the inner surfaces of the housings 5a and 5b, the inner surfaces of the housing lids 6a and 6b, and the circuit board 2, thereby preventing deformation, damage, and disconnection of the housings 5a and 5b, the housing lids 6a and 6b, the circuit board 2, etc.

なお、図3において、ガスバリア材20a,20bは、回路基板2と封止樹脂9との間、および、筐体5a,5bと封止樹脂9との間に介装されている。ガスバリア材20a,20bは、未充填部13には介装されていない。未充填部13では、封止樹脂9の剥離の問題が生じず、また、大電圧が印加され難いため、ガスバリア材20a,20bを省略できる。 In FIG. 3, the gas barrier materials 20a and 20b are interposed between the circuit board 2 and the sealing resin 9, and between the housings 5a and 5b and the sealing resin 9. The gas barrier materials 20a and 20b are not interposed in the unfilled portion 13. In the unfilled portion 13, the sealing resin 9 does not peel off, and a large voltage is not easily applied, so the gas barrier materials 20a and 20b can be omitted.

図4は、本発明の実施形態2に係る電力変換ユニットを分割した状態を示す断面図である。
図4に示すように、入力側ユニット14と出力側ユニット15とは、分割自在な構造に設けることができる。入力側ユニット14と出力側ユニット15とは、電力変換ユニットU1の設置前、運転後等であっても、ボルトn1(図1A参照)を取り外して自在に分割できる。なお、図1Aおよび図1Bに示す電力変換ユニットUについても、同様の構造に設けることができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the power conversion unit according to the second embodiment of the present invention is divided.
As shown in Fig. 4, the input side unit 14 and the output side unit 15 can be provided in a freely separable structure. The input side unit 14 and the output side unit 15 can be freely separated by removing the bolt n1 (see Fig. 1A) even before the power conversion unit U1 is installed or after it is in operation. The power conversion unit U shown in Figs. 1A and 1B can also be provided in a similar structure.

入力側ユニット14と出力側ユニット15を分割自在な構造に設けると、電力変換ユニットU1の組み立て後であっても、運転を終了した後等に、ユニット毎に絶縁性の試験を行うことができる。絶縁性が不良であることが確認されたユニットのみを交換できるため、コストや廃棄物を削減できる。 By providing the input side unit 14 and the output side unit 15 with a structure that can be freely separated, it is possible to perform insulation tests on each unit even after the power conversion unit U1 has been assembled, such as after operation has been terminated. Only units that have been confirmed to have poor insulation can be replaced, reducing costs and waste.

<<実施形態3>>
図5は、本発明の実施形態3に係る電力変換ユニットの断面図である。図5は、図1AのI-I線の断面図に相当する。
図5に示すように、封止樹脂9が充填されていない未充填部13には、水分を吸着する吸湿剤16を配置することができる。図5には、未充填部13に吸湿剤16を配置した電力変換ユニットU2を示す。電力変換ユニットU2の他の構成は、前記の電力変換ユニットU1と略同様である。
<<Embodiment 3>>
Fig. 5 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a third embodiment of the present invention. Fig. 5 corresponds to the cross-sectional view taken along line II in Fig. 1A.
As shown in Fig. 5, a moisture absorbent 16 that absorbs moisture can be placed in the unfilled portion 13 that is not filled with the sealing resin 9. Fig. 5 shows a power conversion unit U2 in which a moisture absorbent 16 is placed in the unfilled portion 13. Other configurations of the power conversion unit U2 are substantially similar to those of the power conversion unit U1 described above.

吸湿剤16としては、シリカゲル、ゼオライト、酸化カルシウム等を用いることができる。吸湿剤16は、筐体5a,5bの内部の空間に設けられた収納部16bに収納されている。収納部16bは、未充填部13に配置されており、封止樹脂9と同じ空間に位置している。収納部16bは、粒子状、粉末状等の吸湿剤16を収納するために、通気性を有する包装体、容器等として設けることができる。 The moisture absorbent 16 may be silica gel, zeolite, calcium oxide, or the like. The moisture absorbent 16 is stored in a storage section 16b provided in the internal space of the housings 5a and 5b. The storage section 16b is disposed in the unfilled section 13 and is located in the same space as the sealing resin 9. The storage section 16b may be provided as a breathable package, container, or the like to store the moisture absorbent 16 in particulate, powder, or other form.

吸湿剤16を未充填部13に配置すると、封止樹脂9が充填された空間の水分を吸着して除去することができる。未充填部13の水分が封止樹脂9中に移行するのを抑制できるため、ユニットが低気圧環境下や低温環境下におかれた場合に、封止樹脂9がボイドや隙間を生じるのを抑制することができる。ガスバリア材20a,20bを、回路基板2のスイッチング素子1と反対側に介装しなくとも、水分による影響を大きく低減することができる。 By disposing the moisture absorbent 16 in the unfilled portion 13, it is possible to absorb and remove moisture from the space filled with the sealing resin 9. This can prevent the moisture in the unfilled portion 13 from migrating into the sealing resin 9, and therefore prevent the sealing resin 9 from creating voids or gaps when the unit is placed in a low-pressure or low-temperature environment. Even without placing gas barrier materials 20a, 20b on the side of the circuit board 2 opposite the switching element 1, the effects of moisture can be greatly reduced.

<<実施形態4>>
図6は、本発明の実施形態4に係る電力変換ユニットの断面図である。図6は、図1AのI-I線の断面図に相当する。
図6に示すように、筐体5a,5bと筐体蓋6a,6bとの接合面には、Oリング17を備えることができる。図6には、Oリング17を備えた電力変換ユニットU3を示す。電力変換ユニットU3の他の構成は、前記の電力変換ユニットU2と略同様である。
<<Embodiment 4>>
Fig. 6 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a fourth embodiment of the present invention. Fig. 6 corresponds to the cross-sectional view taken along line II in Fig. 1A.
As shown in Fig. 6, the joint surfaces between the housings 5a, 5b and the housing covers 6a, 6b may be provided with O-rings 17. Fig. 6 shows a power conversion unit U3 equipped with the O-ring 17. Other configurations of the power conversion unit U3 are substantially similar to those of the power conversion unit U2.

Oリング17を設けると、筐体5a,5bと筐体蓋6a,6bとの隙間における気密性が向上するため、筐体5a,5bの外部から内部への空気、水分等の侵入を抑制できる。筐体蓋6a,6bを開閉自在な構造に設けた場合であっても、筐体蓋6a,6bを閉じた状態において、吸湿剤16や封止樹脂9の急速な吸湿を防ぐことができる。そのため、封止樹脂9がボイドや隙間を生じるのを長期間にわたって抑制できる。 By providing the O-ring 17, the airtightness in the gap between the housings 5a, 5b and the housing lids 6a, 6b is improved, so that the intrusion of air, moisture, etc. from the outside to the inside of the housings 5a, 5b can be suppressed. Even if the housing lids 6a, 6b are configured to be freely opened and closed, rapid moisture absorption by the moisture absorbent 16 and sealing resin 9 can be prevented when the housing lids 6a, 6b are closed. Therefore, the occurrence of voids and gaps in the sealing resin 9 can be suppressed for a long period of time.

<<実施形態5>>
図7は、本発明の実施形態5に係る電力変換ユニットの断面図である。図7は、図1AのI-I線の断面図に相当する。
図7に示すように、電力変換ユニットU1の外側には、盤内フレーム18を配置することができる。電力変換ユニットU1と、電力変換ユニットU1に電気的に接続された盤内フレーム18と、によって電力変換装置Sが構成される。
<<Embodiment 5>>
Fig. 7 is a cross-sectional view of a power conversion unit according to a fifth embodiment of the present invention. Fig. 7 corresponds to the cross-sectional view taken along line II in Fig. 1A.
7, an in-board frame 18 can be disposed outside the power conversion unit U1. The power conversion unit U1 and the in-board frame 18 electrically connected to the power conversion unit U1 constitute a power conversion device S.

盤内フレーム18は、入力側ユニット14の外側と出力側ユニット15の外側に配置されている。盤内フレーム18は、板状の部材等として設けられ、電気的に接地される。盤内フレーム18は、電気伝導性が高い材料で形成し、下部電極板8と電気的に接続することができる。盤内フレーム18を設けると、電力変換ユニットU1に触れた場合に、感電を防ぐことができる。 The internal frame 18 is disposed outside the input unit 14 and outside the output unit 15. The internal frame 18 is provided as a plate-shaped member or the like, and is electrically grounded. The internal frame 18 is formed from a material with high electrical conductivity, and can be electrically connected to the lower electrode plate 8. Providing the internal frame 18 can prevent electric shock when touching the power conversion unit U1.

なお、図7において、盤内フレーム18には、単一の電力変換ユニットU1が接続されているが、複数の電力変換ユニットU1を接続してもよい。盤内フレーム18は、複数個を列状、格子状等に組み立て、複数の電力変換ユニットU1を接続することもできる。盤内フレーム18は、電力変換ユニットU1を収容ないし支持する構造に設けることができる。 In FIG. 7, a single power conversion unit U1 is connected to the in-panel frame 18, but multiple power conversion units U1 may be connected. Multiple in-panel frames 18 can be assembled in a row or grid to connect multiple power conversion units U1. The in-panel frame 18 can be provided in a structure that houses or supports the power conversion units U1.

電力変換装置Sは、複数の電力変換ユニットU1と、電力変換ユニットU1を収容して支持する盤内フレーム18と、を備えることができる。電力変換装置Sは、複数の電力変換ユニットU1が、互いに直列または並列に電気的に接続された構成とすることができる。このような電力変換装置Sによると、高電圧化や大容量化がなされたモータ、蓄電池等の主機に接続する場合に、高電圧や大容量に対応可能な性能を容易に実現できる。 The power conversion device S can include multiple power conversion units U1 and an in-panel frame 18 that houses and supports the power conversion units U1. The power conversion device S can be configured such that the multiple power conversion units U1 are electrically connected to each other in series or parallel. With such a power conversion device S, when connected to a main device such as a motor or storage battery that has a high voltage or large capacity, it is easy to achieve performance that can handle high voltages and large capacity.

図7には、電力変換ユニットU1を備える電力変換装置Sを示したが、図1Aおよび図1Bに示す電力変換ユニットU、図5に示す電力変換ユニットU2、図6に示す電力変換ユニットU3についても、同様の電力変換装置Sを構成することができる。電力変換装置Sを構成する各ユニットにおいて、ガスバリア材20a,20bは、少なくとも回路基板2と封止樹脂9との間に備えられる限り、筐体5a,5bと封止樹脂9との間や、筐体蓋6a,6bと封止樹脂9との間に備えられなくてもよい。 Although FIG. 7 shows a power conversion device S including a power conversion unit U1, a similar power conversion device S can be configured for the power conversion unit U shown in FIG. 1A and FIG. 1B, the power conversion unit U2 shown in FIG. 5, and the power conversion unit U3 shown in FIG. 6. In each unit constituting the power conversion device S, the gas barrier materials 20a, 20b do not have to be provided between the housings 5a, 5b and the sealing resin 9 or between the housing lids 6a, 6b and the sealing resin 9, as long as they are provided at least between the circuit board 2 and the sealing resin 9.

<<実施形態6>>
図8は、本発明の実施形態6に係る電力変換ユニットの回路の一例を示す。
図8に示すように、入力側ユニット14および出力側ユニット15には、入力側回路Uaと出力側回路Cbで構成される電力変換回路Cを内蔵できる。入力側回路Caと出力側回路Cbとは、高周波トランス19を介して電磁気的に結合している。
<<Embodiment 6>>
FIG. 8 shows an example of a circuit of a power conversion unit according to a sixth embodiment of the present invention.
8, a power conversion circuit C consisting of an input circuit Ua and an output circuit Cb can be built into the input unit 14 and the output unit 15. The input circuit Ca and the output circuit Cb are electromagnetically coupled via a high-frequency transformer 19.

前記の電力変換ユニットU,U1,U2,U3は、AC/DC変換を行う機能を備えることができる。入力側回路Caと出力側回路Cbと高周波トランス19は、AC-DCコンバータと共振形のDC-DCコンバータを形成している。高周波トランス19は、筐体5a,5bの内部の空間に収容することができる。 The power conversion units U, U1, U2, and U3 can have the function of performing AC/DC conversion. The input circuit Ca, the output circuit Cb, and the high-frequency transformer 19 form an AC-DC converter and a resonant DC-DC converter. The high-frequency transformer 19 can be housed in the space inside the housings 5a and 5b.

入力側回路Caは、第1ブリッジ回路部1aや、第2ブリッジ回路部1bや、共振コンデンサ3や、平滑コンデンサ4や、高周波トランス19の一次コイルを備えている。出力側回路Cbは、第3ブリッジ回路部1cや、平滑コンデンサ4や、高周波トランス19の二次コイルを備えている。 The input circuit Ca includes a first bridge circuit section 1a, a second bridge circuit section 1b, a resonant capacitor 3, a smoothing capacitor 4, and a primary coil of a high-frequency transformer 19. The output circuit Cb includes a third bridge circuit section 1c, a smoothing capacitor 4, and a secondary coil of a high-frequency transformer 19.

ブリッジ回路部1a,1b,1cは、それぞれ、スイッチング素子1と、逆並列に接続された還流ダイオードによって、フルブリッジ型回路として形成されている。スイッチング素子1としては、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、GaN、Si、SiC等の半導体素子を用いることができる。 Each of the bridge circuit sections 1a, 1b, and 1c is formed as a full-bridge type circuit by a switching element 1 and a freewheeling diode connected in anti-parallel. As the switching element 1, a semiconductor element such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), GaN, Si, or SiC can be used.

第1ブリッジ回路部1aは、入力側回路Caの入力側の正負端子間に電気的に接続されている。第1ブリッジ回路部1aには、平滑コンデンサ4が並列に接続されている。入力側回路Caの平滑コンデンサ4には、第2ブリッジ回路部1bが並列に接続されている。第2ブリッジ回路部1bの中点には、共振回路が並列に接続されている。 The first bridge circuit section 1a is electrically connected between the positive and negative terminals on the input side of the input circuit Ca. A smoothing capacitor 4 is connected in parallel to the first bridge circuit section 1a. The second bridge circuit section 1b is connected in parallel to the smoothing capacitor 4 of the input circuit Ca. A resonant circuit is connected in parallel to the midpoint of the second bridge circuit section 1b.

共振回路は、高周波トランス19の一次コイルと、共振コンデンサ3を備えている。高周波トランス19の一次コイルは、入力側回路Caの正負端子間に電気的に接続されている。高周波トランス19の二次コイルは、出力側回路Cbの正負端子間に電気的に接続されている。 The resonant circuit includes a primary coil of a high-frequency transformer 19 and a resonant capacitor 3. The primary coil of the high-frequency transformer 19 is electrically connected between the positive and negative terminals of the input circuit Ca. The secondary coil of the high-frequency transformer 19 is electrically connected between the positive and negative terminals of the output circuit Cb.

高周波トランス19の二次コイルには、第3ブリッジ回路部1cの中点が並列に接続されている。第3ブリッジ回路部1cには、平滑コンデンサ4が並列に接続されている。出力側回路Cbの平滑コンデンサ4は、出力側回路Cbの出力側の正負端子間に電気的に接続されている。 The midpoint of the third bridge circuit section 1c is connected in parallel to the secondary coil of the high-frequency transformer 19. A smoothing capacitor 4 is connected in parallel to the third bridge circuit section 1c. The smoothing capacitor 4 of the output side circuit Cb is electrically connected between the positive and negative terminals on the output side of the output side circuit Cb.

第1ブリッジ回路部1aには、電源から交流電流が入力される。入力された交流電流は、全波整流されて直流電流に変換される。第2ブリッジ回路部1bでは、直流電流が方形波等の交流電流に変換される。高周波トランス19は、交流電流を高周波に変換する。共振コンデンサ3は、共振によりスイッチング時の電流・電圧を下げて、スイッチング損失を低減する。第3ブリッジ回路部1cでは、交流電流が直流電流に変換される。 The first bridge circuit section 1a receives AC current from a power source. The input AC current is full-wave rectified and converted to DC current. In the second bridge circuit section 1b, the DC current is converted to AC current such as a square wave. The high-frequency transformer 19 converts the AC current to a high frequency. The resonant capacitor 3 reduces the current and voltage during switching through resonance, thereby reducing switching losses. In the third bridge circuit section 1c, the AC current is converted to DC current.

図8に示す回路によると、共振形のDC-DCコンバータによってスイッチング損失が低減されるため、周波数が高い場合であっても、電力の損失を抑制しつつAC/DC変換することができる。また、電力の損失を抑制して高周波数に変換できるため、高周波トランス19に大型のコアを用いる必要がなく、トランスの小型化が可能になる。そのため、ユニットの小型化および軽量化を図ることができる。 According to the circuit shown in FIG. 8, the resonant DC-DC converter reduces switching losses, so even when the frequency is high, AC/DC conversion can be performed while suppressing power loss. In addition, because conversion to high frequencies can be performed while suppressing power loss, there is no need to use a large core for the high-frequency transformer 19, making it possible to miniaturize the transformer. This allows the unit to be made smaller and lighter.

<<実施形態7>>
図9は、本発明の実施形態7に係る電力変換ユニットの斜視図である。図10は、本発明の実施形態7に係る電力変換ユニットの断面図である。
図9および図10に示すように、ユニットの外郭を形成する筐体および筐体蓋は、樹脂で形成された多孔質とすることができる。図9および図10には、樹脂で形成された多孔質の外郭を備えた電力変換ユニットU4を示す。電力変換ユニットU4は、電力変換装置Sを構成したり、図8に示す回路を備えたりすることができる。
<<Embodiment 7>>
Fig. 9 is a perspective view of a power conversion unit according to a seventh embodiment of the present invention. Fig. 10 is a cross-sectional view of the power conversion unit according to the seventh embodiment of the present invention.
As shown in Figures 9 and 10, the housing and housing cover forming the outer shell of the unit can be made of porous resin. Figures 9 and 10 show a power conversion unit U4 having a porous outer shell made of resin. The power conversion unit U4 can form a power conversion device S or can be equipped with the circuit shown in Figure 8.

電力変換ユニットU4において、入力側ユニット14は、入力側の筐体5cと、筐体5cを閉じる入力側の筐体蓋6cを備えている。出力側ユニット15は、出力側の筐体5dと、筐体5dを閉じる入力側の筐体蓋6dを備えている。入力側の筐体5cおよび出力側の筐体5dは、それぞれ、一面が開口した形状に設けられている。入力側および出力側の筐体蓋6c,6dは、それらの開口を覆うように取り付けられている。 In the power conversion unit U4, the input side unit 14 includes an input side housing 5c and an input side housing lid 6c that closes the housing 5c. The output side unit 15 includes an output side housing 5d and an input side housing lid 6d that closes the housing 5d. The input side housing 5c and the output side housing 5d each have an opening on one side. The input side and output side housing lids 6c, 6d are attached to cover their openings.

筐体6c,6dの一面には、冷却管用の貫通孔21が設けられている。貫通孔21からは、冷却管22が、筐体6c,6dの内部から外部に引き出されている。冷却管22は、筐体6c,6dの内部において、冷却路形成部材23に接続している。冷却路形成部材23の内部には、冷却路11が形成されている。冷却路形成部材23は、熱伝導性が高い材料で形成される。 A through hole 21 for the cooling pipe is provided on one side of the housings 6c, 6d. From the through hole 21, the cooling pipe 22 is pulled out from the inside of the housings 6c, 6d to the outside. The cooling pipe 22 is connected to a cooling path forming member 23 inside the housings 6c, 6d. The cooling path 11 is formed inside the cooling path forming member 23. The cooling path forming member 23 is formed of a material with high thermal conductivity.

冷却路形成部材23は、下部電極板8の放熱板12と反対側の面に接している。下部電極板8と冷却路形成部材23は、互いに積層されて熱的に接続されている。冷却路形成部材23の内部の冷却媒体は、筐体6c,6dの外部との間で、冷却管22を通じて循環される。 The cooling path forming member 23 is in contact with the surface of the lower electrode plate 8 opposite the heat sink plate 12. The lower electrode plate 8 and the cooling path forming member 23 are stacked on top of each other and thermally connected. The cooling medium inside the cooling path forming member 23 is circulated through the cooling pipe 22 between the housings 6c and 6d and the outside.

このような構成要素によって、スイッチング素子1等の発熱部品が生じた熱を筐体6c,6dの外部に向けて放熱する伝熱経路が形成される。冷却管22を用いた放熱機構によると、筐体6c,6dの外部に向けて強制的な放熱が可能になる。 These components form a heat transfer path that dissipates heat generated by heat-generating components such as the switching element 1 to the outside of the housings 6c and 6d. The heat dissipation mechanism using the cooling pipes 22 makes it possible to forcibly dissipate heat to the outside of the housings 6c and 6d.

筐体6c,6dには、冷却管22が挿通される貫通孔21と同様に、電極から外部端子を引き出す不図示の貫通孔が設けられる。外部端子用の貫通孔は、例えば、冷却管用の貫通孔21と反対側の面に設けることができる。 The housings 6c and 6d are provided with through holes (not shown) for drawing out external terminals from the electrodes, similar to the through holes 21 through which the cooling pipes 22 are inserted. The through holes for the external terminals can be provided, for example, on the surface opposite the through holes 21 for the cooling pipes.

このような冷却管用の貫通孔21や、外部端子用の貫通孔を設けると、筐体5c,5dおよび筐体蓋6c,6dで形成される外郭のうち、冷却管用の貫通孔21や、外部端子用の貫通孔を除いた領域を、断熱性や気密性が高い多孔質の構造に設けることができる。 By providing such through holes 21 for the cooling pipes and through holes for the external terminals, the area of the outer shell formed by the housings 5c, 5d and the housing lids 6c, 6d, excluding the through holes 21 for the cooling pipes and the through holes for the external terminals, can be made into a porous structure with high thermal insulation and airtightness.

筐体5c,5dおよび筐体蓋6c,6dは、電気抵抗率が高い樹脂で形成される。筐体5c,5dおよび筐体蓋6c,6dは、樹脂マトリクス中の気孔が主として閉気孔(独立気泡)で構成された多孔質とされる。筐体5c,5dの内部の空間は、冷却管用の貫通孔21や、外部端子用の貫通孔を除いて、気密性の構造に設けられる。 The housings 5c, 5d and the housing lids 6c, 6d are made of a resin with high electrical resistivity. The housings 5c, 5d and the housing lids 6c, 6d are made porous with the pores in the resin matrix being mainly closed pores (closed bubbles). The internal space of the housings 5c, 5d is made airtight, except for the through-holes 21 for the cooling pipes and the through-holes for the external terminals.

多孔質の筐体5c,5dおよび筐体蓋6c,6dは、例えば、樹脂を発泡させた硬質フォーム状の発泡体や、樹脂マトリクス中に気孔を分散させた成形体として形成することができる。筐体5c,5dおよび筐体蓋6c,6dは、内部への温度や気圧の影響を小さくするために、主として閉気孔を有するが、一部に開気孔を有してもよい。 The porous housings 5c, 5d and housing lids 6c, 6d can be formed, for example, as a hard foamed body made by foaming resin, or as a molded body with air pores dispersed in a resin matrix. The housings 5c, 5d and housing lids 6c, 6d mainly have closed pores in order to reduce the effects of temperature and air pressure on the inside, but may also have some open pores.

多孔質の筐体5c,5dおよび筐体蓋6c,6dを形成する方法としては、原料樹脂中にガス生成反応や熱分解反応でガスを発生させる方法、原料樹脂中にガスを注入して気孔を分散させる方法、原料樹脂を攪拌・剪断して気孔を分散させる方法、原料樹脂中にポロジェンを分散させて硬化後の略閉気孔から離脱させる方法、原料樹脂中に中空構造のフィラを分散させる方法、原料樹脂中に高嵩密度のフィラを分散させて攪拌・剪断して気孔を分散させる方法等、適宜の方法を用いることができる。 The porous housings 5c, 5d and housing lids 6c, 6d can be formed by any suitable method, such as generating gas in the raw resin by a gas generation reaction or a thermal decomposition reaction, injecting gas into the raw resin to disperse pores, stirring and shearing the raw resin to disperse pores, dispersing porogens in the raw resin and releasing them from the nearly closed pores after curing, dispersing hollow fillers in the raw resin, and dispersing high bulk density fillers in the raw resin and stirring and shearing them to disperse pores.

筐体5c,5dおよび筐体蓋6c,6dの材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリウレタン(PU)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(mPPE)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)等を用いることができる。 Materials that can be used for the housings 5c, 5d and the housing covers 6c, 6d include, for example, epoxy resin, polyurethane (PU), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), polycarbonate (PC), modified polyphenylene ether (mPPE), polyamide (PA), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), etc.

中空構造のフィラとしては、例えば、ガラスバルーン、シリカバルーン等や、アルミナ、ジルコニア、カーボン、フライアッシュ、シラス、パーライト等で形成された中空構造の無機フィラや、架橋アクリル樹脂、架橋スチレン-アクリル樹脂等で形成された中空構造の有機フィラ等を用いることができる。高嵩密度のフィラとしては、例えば、フレーク状、多孔質状、繊維状等のフィラが挙げられる。 Examples of fillers with a hollow structure include glass balloons, silica balloons, etc.; inorganic fillers with a hollow structure made of alumina, zirconia, carbon, fly ash, shirasu, perlite, etc.; and organic fillers with a hollow structure made of cross-linked acrylic resin, cross-linked styrene-acrylic resin, etc. Examples of high bulk density fillers include flake-shaped, porous, and fibrous fillers.

このような多孔質の外郭を形成すると、非多孔質である外郭の場合と比較して、ユニットを軽量化することができる。また、断熱性や気密性が高い構造になるため、ユニットが置かれる外部環境の常温・常圧から逸脱した温度・気圧や、温度変化・気圧変化に対して高い耐性が得られる。筐体内の内部環境は、外部環境の温度・気圧に影響され難くなるため、装置が置かれる外部環境に対して内部環境が平常に保たれ易くなり、外部環境を原因とする低温劣化、熱劣化、熱応力や、低気圧下の放電による短絡、絶縁破壊等を生じ難くすることができる。 By forming such a porous outer shell, the unit can be made lighter than a non-porous outer shell. In addition, because the structure has high insulation and airtightness, it has high resistance to temperature and pressure that deviate from the normal temperature and pressure of the external environment in which the unit is placed, as well as to temperature and pressure changes. Since the internal environment within the housing is less susceptible to the temperature and pressure of the external environment, the internal environment is more likely to be kept normal relative to the external environment in which the device is placed, making it less likely that low-temperature deterioration, heat deterioration, and thermal stress caused by the external environment, as well as short circuits and insulation breakdown due to discharge under low pressure, will occur.

このような多孔質の外郭を形成した場合、ガスバリア材20a,20bは、回路基板2と封止樹脂9との間や、多孔質である筐体5c,5dと封止樹脂9との間や、多孔質である筐体蓋6c,6dとの間に介装することができる。筐体5c,5dや筐体蓋6c,6dを形成する樹脂材料中には、空気、水分等の低分子量の成分が含まれていることがある。しかし、ガスバリア材20a,20bを設けると、酸素、水蒸気等のガスが、封止樹脂9の側に移行するのを防ぐことができる。筐体5c,5dや筐体蓋6c,6dは、容積が大きいため、非多孔質である外郭の場合と比較して、ガスバリア性が大きく作用する。 When such a porous outer shell is formed, the gas barrier materials 20a, 20b can be interposed between the circuit board 2 and the sealing resin 9, between the porous housings 5c, 5d and the sealing resin 9, or between the porous housing lids 6c, 6d. The resin material forming the housings 5c, 5d and the housing lids 6c, 6d may contain low molecular weight components such as air and moisture. However, by providing the gas barrier materials 20a, 20b, it is possible to prevent gases such as oxygen and water vapor from migrating to the sealing resin 9. The housings 5c, 5d and the housing lids 6c, 6d have a large volume, so the gas barrier properties are more effective than in the case of a non-porous outer shell.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成に他の構成を加えたりすることが可能である。また、或る実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、構成の削除、構成の置換をすることも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are included as long as they do not deviate from the technical scope. For example, the above-described embodiments are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of an embodiment with another configuration, or to add another configuration to the configuration of an embodiment. It is also possible to add other configurations to, delete configurations, or replace configurations with respect to part of the configuration of an embodiment.

例えば、前記の電力変換ユニットにおいて、回路の構成要素、回路の放熱に関係する構成要素は、各図に図示されている。しかし、これらの構成要素の配置、構成等は、図示される形態に限定されるものではない。これらの構成要素は、電力変換の機能、電気絶縁の機能、放熱の機能等が損なわれない限り、適宜の配置、構成とすることができる。 For example, in the power conversion unit described above, the components of the circuit and the components related to heat dissipation of the circuit are illustrated in each figure. However, the arrangement and configuration of these components are not limited to the forms shown in the figures. These components can be arranged and configured as appropriate as long as the power conversion function, electrical insulation function, heat dissipation function, etc. are not impaired.

前記の電力変換ユニットにおいて、冷却媒体を供給および排出する経路や、回路と電気的に接続される入出力端子は、筐体の適宜の場所に設けることができる。また、前記の電力変換ユニットは、AC/DC変換を行う構成とされているが、DC/AC変換、電圧、電流、周波数等の他の変換を行う装置とされてもよい。また、AC/DC変換を行う回路は、図8に示す回路に限定されるものではない。 In the power conversion unit, the paths for supplying and discharging the cooling medium and the input/output terminals electrically connected to the circuit can be provided in appropriate locations on the housing. Furthermore, although the power conversion unit is configured to perform AC/DC conversion, it may also be a device that performs other conversions such as DC/AC conversion, voltage, current, and frequency conversion. Furthermore, the circuit that performs AC/DC conversion is not limited to the circuit shown in FIG. 8.

1 スイッチング素子
2 回路基板
3 共振コンデンサ
4 平滑コンデンサ
5a、5b,5c,5d 筐体
6a、6b,6c,6d 筐体蓋
7 上部電極板
8 下部電極板
9 封止樹脂
10 Oリング
11 冷却路
12 放熱板
13 未充填部
14 入力側ユニット(入力側電力変換部)
15 出力側ユニット(出力側電力変換部)
16 吸湿剤
16b 収納部
17 Oリング
18 盤内フレーム
19 高周波トランス
20a,20b ガスバリア材(ガスバリア性の材料)
21 貫通孔
22 冷却管
23 冷却路形成部材
U,U1,U2,U3,U4 電力変換ユニット
S 電力変換装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 Switching element 2 Circuit board 3 Resonant capacitor 4 Smoothing capacitor 5a, 5b, 5c, 5d Housing 6a, 6b, 6c, 6d Housing cover 7 Upper electrode plate 8 Lower electrode plate 9 Sealing resin 10 O-ring 11 Cooling path 12 Heat sink 13 Unfilled portion 14 Input side unit (input side power conversion portion)
15 Output side unit (output side power conversion section)
16: Moisture absorbent 16b: Storage section 17: O-ring 18: Inner panel frame 19: High frequency transformer 20a, 20b: Gas barrier material (material having gas barrier properties)
21: Through hole 22: Cooling pipe 23: Cooling path forming member U, U1, U2, U3, U4: Power conversion unit S: Power conversion device

Claims (10)

筐体と、前記筐体の内側の空間に配置された放熱板と、前記放熱板と熱的に接続された回路基板と、前記回路基板上に設けられたスイッチング素子と、前記筐体の内側の空間に充填された封止樹脂と、を備え、
前記回路基板と前記封止樹脂との間にガスバリア性の材料を有する電力変換ユニット。
a housing; a heat sink disposed in a space inside the housing; a circuit board thermally connected to the heat sink; a switching element provided on the circuit board; and a sealing resin filled in the space inside the housing;
The power conversion unit has a gas barrier material between the circuit board and the sealing resin.
請求項1に記載の電力変換ユニットにおいて、
前記筐体と前記封止樹脂との間または前記筐体を閉じる筐体蓋と前記封止樹脂との間にガスバリア性の材料を有する電力変換ユニット。
2. The power conversion unit according to claim 1,
The power conversion unit has a gas barrier material between the housing and the sealing resin, or between a housing lid that closes the housing and the sealing resin.
請求項1または請求項2に記載の電力変換ユニットにおいて、
前記ガスバリア性の材料は、酸素のガス透過係数が0.001×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下、且つ、水蒸気のガス透過係数が300×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下の材料を含む電力変換ユニット。
3. The power conversion unit according to claim 1,
The gas barrier material has a gas permeability coefficient for oxygen of 0.001×10 −10 cm 3 (STP) cm/(cm 2 ·s ·cmHg) or less and a gas permeability coefficient for water vapor of 300×10 −10 cm 3 (STP) cm/(cm 2 ·s ·cmHg) or less.
請求項1に記載の電力変換ユニットにおいて、
前記ガスバリア性の材料は、エチレン-ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、または、MXDナイロンを含む電力変換ユニット。
2. The power conversion unit according to claim 1,
The gas barrier material comprises an ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyvinylidene chloride, or MXD nylon.
請求項1に記載の電力変換ユニットにおいて、
前記ガスバリア性の材料は、酸素のガス透過係数が0.001×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下の材料と、水蒸気のガス透過係数が300×10-10cm(STP)cm/(cm・s・cmHg)以下の材料とが積層された材料を含む電力変換ユニット。
2. The power conversion unit according to claim 1,
The gas barrier material is a power conversion unit comprising a laminate of a material having an oxygen gas permeability coefficient of 0.001× 10-10 cm3 (STP) cm/( cm2 ·s·cmHg) or less and a material having a water vapor gas permeability coefficient of 300× 10-10 cm3 (STP) cm/( cm2 ·s·cmHg) or less.
請求項1に記載の電力変換ユニットにおいて、
前記封止樹脂は、シリコーンゲルまたはシリコーンゴムである電力変換ユニット。
2. The power conversion unit according to claim 1,
The power conversion unit, wherein the sealing resin is silicone gel or silicone rubber.
請求項1に記載の電力変換ユニットにおいて、
前記筐体の内部の空間に前記封止樹脂が充填されていない未充填部が形成されている電力変換ユニット。
2. The power conversion unit according to claim 1,
A power conversion unit in which an unfilled portion that is not filled with the sealing resin is formed in the space inside the housing.
請求項7に記載の電力変換ユニットにおいて、
前記未充填部に吸湿剤が配置されている電力変換ユニット。
8. The power conversion unit according to claim 7,
A power conversion unit, wherein a moisture absorbent is disposed in the unfilled portion.
請求項1に記載の電力変換ユニットにおいて、
前記筐体は、閉気孔で構成された多孔質である電力変換ユニット。
2. The power conversion unit according to claim 1,
The power conversion unit has a housing that is porous and has closed pores.
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の電力変換ユニットと、前記電力変換ユニットに接続されており、電気的に接地されたフレームと、を備える電力変換装置。 A power conversion device comprising a power conversion unit according to any one of claims 1 to 9 and a frame connected to the power conversion unit and electrically grounded.
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