特許 5864672 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5864672

(24)【登録日】2016年1月8日

(45)【発行日】2016年2月17日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20160204BHJP

   H02M 3/00 20060101ALI20160204BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20160204BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

   H02M3/00 Y

   H02M7/12 Z

【請求項の数】9

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-106708(P2014-106708)

(22)【出願日】2014年5月23日

(65)【公開番号】特開2015-57037(P2015-57037A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2014年5月23日

(31)【優先権主張番号】20-2013-0007679

(32)【優先日】2013年9月12日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】593121379

【氏名又は名称】エルエス産電株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＬＳＩＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】オム ジュン ソク

【審査官】 宮地 将斗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１３０９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４３２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３６１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２７３４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８

Ｈ０２Ｍ ３／００

Ｈ０２Ｍ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ホールディング部を具備するヒートシンクと、
前記ヒートシンクの上部に位置する複数の半導体素子と、
前記半導体素子を前記ヒートシンクの方に加圧して固定する固定アセンブリと、を含み、
前記固定アセンブリは、
前記半導体素子の上部に位置する下部押圧部と、
弾性を有し、前記下部押圧部の上部で前記下部押圧部を下方に加圧しながら前記ホールディング部に結合される上部押圧部と、を含み、
前記上部押圧部は、下部から上部に行くほど左右方向の距離が遠くなり、前記上部押圧部の中央領域から延長される挿入部を含み、前記挿入部を前記ホールディング部に挿入して固定するための固定バーを含む、電力変換装置。

【請求項2】

前記ホールディング部は、下部に凹んで形成される溝部を含み、
前記上部押圧部は、一部が下方に突出される中央ベンディング部を含み、
前記中央ベンディング部は弾性を有する、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記中央ベンディング部は、中央部分が下方に向かって突出されて左右両端部に行くほど上方に向かって延長される、請求項１に記載の電力返還装置。

【請求項4】

前記挿入部は、前記中央ベンディング部から下方に向かって延長される内側部と、前記内側部の下端から上部に向かって延長される外側部と、を含み、
外力が加えられていない状態で前記内側部と前記外側部との間の距離は上部に行くほどより遠くなる、請求項３に記載の電力返還装置。

【請求項5】

前記外側部には外側に突出される突出部が具備される、請求項４に記載の電力返還装置。

【請求項6】

前記突出部の外側面は前記外側部の外側面より大きく傾斜する、請求項５に記載の電力返還装置。

【請求項7】

前記バーの一側面には、前記突出部の内側に挿入可能な突起部が具備される、請求項６に記載の電力返還装置。

【請求項8】

前記下部押圧部は、前記上部押圧部が結合される切開部を含む、請求項７に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記下部押圧部は、
左右方向に延長される板状の水平延長部と、
前記水平延長部から上方に向かって延長される上下延長部と、を含み、前記切開部は前記上下延長部の上端に具備される、請求項８に記載の電力返還装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置とは、ある電力を電圧、周波数などが異なる電力に変換する装置をいう。

【0003】

最近、殆どの電力変換装置はプリント回路基板と、プリント回路基板に実装される多数の半導体素子を含む。

【0004】

図１は、従来の電力変換装置の一例を示す図である。

【0005】

図１を参照すると、従来の電力変換装置ではプリント回路基板１０の上に固定されたヒートシンク２０に締結孔２０Ａが形成され、電力用半導体素子３０の上部側には締結孔２０Ａと一致するように固定孔３０Ａが形成されてスクリュー４０締結によって電力用半導体素子３０ヒートシンク２０に固定させる。

【0006】

しかし、このような従来の電力用半導体素子の固定構造は電力用半導体素子のシートシンク組み立てる際に作業者が一々スクリューで締めたり、解いたりして電力用半導体素子をヒートシンクに固定又は分離させるようにしているため、電力用半導体素子の着脱作業が複雑で不便であるだけでなく、それによって生産性の低下を誘発する限界がある。

【0007】

また、プリント回路基板と半導体素子のはんだ付け（Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）の後でボルト締結が行われるため、ボルト締結過程で半導体素子に捻りが発生する恐れがあり、これは装置の耐久性を低下させる原因となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は電力変換装置に関するものであり、より詳しくは、半導体素子の容易な結合が可能な電力変換装置に関するものである。

【0009】

本発明は前記のような問題点を解決するために、半導体素子のボルト締結なしに簡単に結合可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一実施例による電力変換装置は、ホールディング部を具備するヒートシンクと、前記ヒートシンクの上部に位置する複数の半導体素子と、前記半導体素子を前記ヒートシンクの方に加圧して固定する固定アセンブリと、を含み、前記固定アセンブリは、前記半導体素子の上部に位置する下部押圧部と、前記下部押圧部の上部で前記下部押圧部を下方に加圧しながら前記ホールディング部に結合される上部押圧部と、を含む。

【0011】

前記ホールディング部は下部に凹んで形成される溝部を含み、前記上部押圧部は、一部が下方に突出される中央ベンディング部と、前記中央ベンディング部の左右方向端部に具備されて下部から上部に行くほど左右方向の距離がより遠くなる挿入部と、を含む。

【0012】

前記固定アセンブリは、前記挿入部に挿入される固定バーを更に含む。

【0013】

前記中央ベンディング部は、中央部分が下方に向かって突出されて左右両端部に行くほど上方に向かって延長される。

【0014】

前記挿入部は前記中央ホールディング部から下部に向かって延長される内側部と、前記内側部の下端から上方に向かって延長される外側部と、を含み、外力が加えられていない状態で前記内側部と前記外側部との間の距離は上部に行くほどより遠くなる。

【0015】

前記外側部には外側に突出される突出部が具備される。

【0016】

前記突出部の外側面は前記外側部の外側面より大きく傾斜する。

【0017】

前記バーの一側面には、前記突出部の内側に挿入可能な突起部が具備される。

【0018】

前記下部押圧部は前記上部押圧部が結合される切開部を含む。

【0019】

前記下部押圧部は、左右方向に延長される板状の水平延長部と、前記水平延長部から上方に向かって延長される上下延長部と、を含み、前記切開部は前記上下延長部の上端に具備される。

【0020】

本発明によるとボルト締結なしに簡単に半導体素子を組み立てることができるため、組立工数及び部品点数を減らすと共に製造コストを節減することができる。

【0021】

また、製品の耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】従来の電力変換装置を概略的に示す図である。

【図2】本発明の一実施例による電力変換装置の一部構成を示す分解斜視図である。

【図3】本発明の一実施例による電力変換装置の一部を示す斜視図である。

【図4】図３をＡＡ線で切断した断面を示す側断面図である。

【図5】本発明の一実施例による電力変換装置の一部を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付した図面を参照して本発明の一実施例による移動端末機を説明する。

【0024】

図２は本発明の一実施例による電力変換装置の一部構成を示す分解斜視図であり、図３は本発明の一実施例による電力変換装置の一部を示す斜視図であり、図４は図３をＡＡ線で切断した断面を示す側断面図である。また、図５は本発明の一実施例による電力変換装置の一部を示す斜視図である。

【0025】

図２乃至図５を参照すると、本発明の一実施例による電力変換装置はヒートシンク１００と、半導体素子２００と、固定アセンブリ３００を含む。また、プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）４００を含む。

【0026】

これらそれぞれをより詳しく説明すると、まずヒートシンク１００は素子安着部１１０とホールディング部１２０を含む。

【0027】

素子安着部１１０は後述する半導体素子２００が安着される部分であり、複数の半導体素子２００が並んで配置される方向に向かって長く延長される。例えば、半導体素子２００が第１方向（ｘ軸方向）に沿って複数個配置される場合、素子安着部１１０も同じく第１方向（ｘ軸方向）に沿って延長される。素子安着部１００は他の部分に比べて相対的に上方に突出された形状を有するが、必ずしもそれに限ることはない。

【0028】

ホールディング部１２０は上方に突出され、中央には凹んだ溝部１２１が形成される。溝部１２１は大よそＵ字型を有する。より詳しくは、第１方向（ｘ軸方向）と直交する任意の方向を第２方向（ｙ軸方向)とすると、溝部は第２方向（ｙ軸方向）から見ると大よそＵ字型を有する。溝部は第２方向（ｙ軸方向）に所定幅を有する。ちなみに、以下で左右方向は第１方向（ｘ軸方向）と同じ意味であり、前後方向は第２方向（ｙ軸方向）と同じ意味で解釈される。

【0029】

このようなヒートシンク１００は、優秀な防熱性能を有するように熱伝導係数が大きい素材で形成される。例えば、アルミニウム（Ａｌ）又はそれを含む合金を含んで形成される。電力変換装置に使用される半導体素子は作動の際に発熱する特性を有するため、適正な防熱ガ行われなければ加熱して致命的な装置の損傷を発生する恐れがある。よって、ヒートシング１００を介した防熱が必要であり、このような観点から見ると素子安着部１００はその上部に配置される半導体素子２００と面接触が可能であるように平らな上面を有することが好ましい。

【0030】

次に、半導体素子２００は電力変換装置内でスイッチング機能を行うが、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ，Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｓｉｓｔｏｒ）、金属酸化膜電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ，Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｓｉｓｔｏｒ）、絶縁ゲート両極性トランジスタ（ＩＧＢＴ，Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ ｍｏｄｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであってもよい。半導体素子２００は複数個が具備され、複数個の半導体素子２００は上述したように第１方向（ｘ軸方向）に沿って並んで配置される。この際、複数個の半導体素子２００が有するそれぞれのピンはいずれか一つの方向に向かって並んで突出される。即ち、いずれか一つの方向、例えば、第２方向を基準にする際、いずれか一つの半導体素子２００のピンと隣接する他の一つの半導体素子２００のピンは全て同じ方向に向かって突出される。しかし、それに限ることはない。一方、半導体素子２００は上述したようにヒートシンク２００の上面と面接触可能であるように平らな底面を有する。

【0031】

以下、固定アセンブリ３００について説明する。

【0032】

固定アセンブリ３００は下部押圧部３１０と、上部押圧部３２０と、固定バー３３０を含む。

【0033】

これらそれぞれをより詳しく説明すると、まず下部押圧部３１０は水平延長部３１１と、上下延長部３１２と切開部３１３を含む。

【0034】

水平延長部３１１は平らな板状を有し、第２方向に比べ第１方向により長く延長される。即ち、第２方向に所定幅を有して第１方向に沿って長く延長される。

【0035】

上下延長部３１２は水平延長部３１１の左右両端部に具備される。上下延長部３１２は、水平延長部の第１方向の両端部から上方に向かって延長される。ここで、上下方向とは第１方向（ｘ軸方向）及び第２方向（ｙ軸方向）に交差する第３方向（ｚ軸方向）である。切開部３１３は上下延長部３１２の上側端部に具備される。切開部３１３は上下延長部３１２の上側端部近くの一部が切開されて形成される。

【0036】

切開部３１３は小幅部３１３ａと大幅部３１３ｂを含む。小幅部３１３ａは上下延長部３１３の上端から下方に一地点までも部分であって比較的小さい幅を有し、大幅部３１３ｂは小幅部３１３ａの下方に具備されて小幅部３１３ａに比べ相対的により大きい幅を有する。より詳しくは、第２方向に沿って延長される幅が小幅部３１３ａでは相対的に大幅部３１３ｂより小さく、大幅部３１３ｂでは相対的に小幅部３１３ａに比べ大きい。

【0037】

押圧部３２０は中央ベンディング部３２１と挿入部３２２を含む。

【0038】

中央ベンディング部３２１は一部が下方に向かって突出された形状を有し、より詳しくは、中央部分が下方に向かって突出されるように曲がった形状を有する。中央ベンディング部３２１は弾性変形可能な素材で形成される。よって、中央ベンディング部３２１の下部に凹んだ中央部分がその下部に置かれる下部押圧部３１１と接触する場合に弾性変形が可能である。

【0039】

挿入部３２２は上述したヒートシンク１００のホールディング部１２０に挿入される部分であって、前後方向（第２方向）から見ると大よそＵ字型の断面を有する。しかし、それに限ることはなく、大よそＶ字型の断面を有してもよい。即ち、下端から上部に行くほど次第に左右の幅が広がる形状を有する。即ち、挿入部３２２は中央ベンディング部３２１に近い内側端部から下方に向かって延長されながら、所定位置からは更に上方に向かって延長される形状を有する。この際、下端部を基準に左右方向内側部分を内側部３２２ａ、左右方向外側部分を外側部３２２ｂという。

【0040】

内側部３２２ａと外側部３２２ｂとの間の距離（左右方向、第１方向の距離）は上部に行くほどより遠くなる。そのため、内側部３２２ａ又は外側部３２２ｂのうちいずれか一つ以上は傾斜して連結される。図２乃至図５では内側部３２２ａは上下に垂直に延長され、外側部３２２ｂのみが外力が作用しない際に傾斜して延長されると図示されているがそれに限ることはなく、上述したように内側部３２２ａが傾斜して延長されて外側部３２２ｂは上下に垂直に延長されてもよい。

【0041】

突出部３２２ｃは挿入部３２２の外側一部分から外側に向かってより突出された形状を有する。より詳しくは、外側部３２２ｂの外側面が左右方向（第１方向）の外側に向かってより突出され、外側面が傾斜して形成される。突出部３２２ｃの外側面は外側部３２２ｂの外側面より大きく傾斜する形状を有する。即ち、内側部３２２ａが垂直に延長されると仮定すると、内側部３２２ａと外側部３２２ｂの外側面の間の角より内側部３２２ａと突出部３２２ｃの外側面の間の角が大きい。よって、図４に実線で示したように、外側部３２２ｂを上下に垂直に立てても外側部３２２ｂは依然として上部に行くほど外側に向かって傾斜する形状を有する。

【0042】

一方、外側部３２２ｂの上側端部には外側に向かって傾斜して延長される傾斜端部３３２ｄが具備される。傾斜端部３２２ｄが具備されることで、組立の際に挿入部３２２を相対的に小さい力でもよいに窄めることができる。

【0043】

中央ベンディング部３２１と挿入部３２２は一体に形成される。即ち、上部押圧部３２０は一つの部材で形成される。

【0044】

上部押圧部３２０は全体的に板ばねと類似した機能をする。よって、上部押圧部３２０は弾性変形可能な素材で形成されることが好ましく、例えば、プラスチック又はその他の合成樹脂などで形成される。

【0045】

下部押圧部３１０と上部押圧部３２０は図３及び図４に示した形態に結合される。この際、上部押圧部３２０の中央ベンディング部３２１は下部押圧部３１０の上下延長部３１２に具備された切開部３１３を左右方向に貫通するように切開部３１３に差し込まれる。

【0046】

固定バー３３０は、上下方向（第３方向、ｚ軸方向）に長く延長される大よそ直六面体状の部材である。固定バー３３０は電力変換装置を組み立てる際に内側部３２２ａと外側部３２２ｂとの間に差し込まれる。この際、内側部３２２ａと外側部３２２ｂは溝部１２１に予め挿入された状態であってもよい。よって、固定バー３３０、内側部３２２ａ、外側部３２２ｂはホールディング部１２１の溝部１２１にタイトに差し込まれる左右方向（第１方向）の厚さを有する。

【0047】

固定バー３３０には突起部３３１が具備される。突出部３３１は固定バー３３０の左右方向の外側面から外側に向かって更に突出され、下部から上部に行くほどより外側に突出されるように傾斜する形状を有する。即ち、第２方向から見ると大よそ直三角形の断面を有する。突出部３３１は挿入部３２２の突出部３２２ｃに差し込まれる部分である。

【0048】

固定バー３３０の下端は、挿入部３２２の下端がラウンドして形成される場合、その形状に対応するようにラウンドして形成される。

【0049】

以下、図４及び図５を参照して前記のような構成を有する電力変換装置の結合方法を説明する。

【0050】

図５は、図３に示した半導体素子がプリント回路基板４００に結合された様子を示す図である。

【0051】

図５を参照すると、プリント回路基板４００には半導体素子２００のピンが挿入可能な孔が多数個形成され、半導体素子２００のピンとプリント回路尾基板４００の上のパターンがはんだ付けなどによって連結される。

【0052】

プリント回路基板４００に半導体素子２００が結合されると、半導体素子２００がヒートシンク１００の素子装着部１１０に載せられる。

【0053】

次に、固定アセンブリ３００をヒートシンク１００のホールディング部２００に差し込む。

【0054】

固定アセンブリ３００をホールディング部２００の上部に位置させた状態で下方に加圧すると、上部押圧部３２０挿入部３２２がホールディング部１２０の溝部１２１の内側に弾性変形されて挿入される。挿入部３２２に外力が加えられない場合には図５に実線で示したように挿入部３２２の左右方向の幅は溝部１２１の左右方向幅より大きいが、挿入部３２２が溝部１２１の内側に入ることで挿入部３２２の内側部３２２ａと外側部３２２ｂとの間が縮まり、このような弾性変形によって挿入部３２２がホールディング部１２０の溝部１２１の内側に挿入される。

【0055】

次に、挿入部３２２の内側部３２２ａと外側部３２２ｂとの間に固定バー３００を挿入する。固定バー３００が最後まで挿入されると、固定バー３４０の突起部３１１は挿入部３２２の突出部３２２ｃの内側に差し込まれる。この挿入過程で突起部３１１が弾性変形可能である。

【0056】

本発明の一実施例による伝直変換装置は電気自動車の内部のように振動を伴う位置に設置される場合、反復的な振動によって挿入部３２２が弾性変形されて溝部１２１の外に離脱されることを防止するために固定バー３４０を差し込む。

【0057】

このような過程を経て固定アセンブリ３００をヒートシンク１００に結合させると、上部押圧部３２０の中央ベンディング部３２１の中央は下部押圧部３１０の水平延長部３１１を下方に加圧するようになり、下部押圧部３１０は多数の半導体素子２００を下方のヒートシンク１００の方に更に加圧する。よって、半導体素子２００をヒートシンク１００の上に堅固に固定することができる。

【0058】

よって、ボルト締結がなくても半導体素子２００をヒートシンク１００の上に結合させることができるため、ボルト締結のための工程だけでなくボルト挿入孔を形成するための工程を省略することができるため、製造工数を減らし作業速度を向上させることができる。

【0059】

また、ボルト締結過程で発生する素子の捻りを防止することができるため、製品の信頼度を上げ、耐久性を向上させることができる。

【0060】

上述した説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な修正及び変更が可能なはずである。

【0061】

よって、本発明に開示された実施例は本発明の技術思想を限定するためではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されることはない。

【0062】

本発明の保護範囲は以下の特許請求の範囲によって解析されるべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものとして解析されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】