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【発明の名称】 パワー制御装置
【発明者】 【氏名】柿田 健一
【住所又は居所】滋賀県草津市野路東二丁目３番１−２号 松下冷機株式会社内

【氏名】浜岡 孝二
【住所又は居所】滋賀県草津市野路東二丁目３番１−２号 松下冷機株式会社内
【要約】 【課題】パワー制御装置において、気密性がないため可燃性ガスを使用する環境下では安全面が確保できないという課題を解決し、気密性の優れたパワー制御装置を提供する。

【解決手段】部品実装基板７をケース本体８に収納して、リード線６を引き出した穴部８ａの隙間に封止樹脂１１を、ケース本体８とケースカバー１０の隙間にシール剤をそれぞれ使用してシールしたことにより、装置の密閉構造が可能となり、可燃性ガスの環境下でもパワー制御装置を安心して使用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を実装する基板と、前記基板に実装された発熱部品と、前記発熱部品に熱的に接するように取付けられた放熱器と、同じく前記基板に実装された電子部品と、外部と電気的に接続するリード線とで構成された部品実装基板と、前記部品実装基板を収納して、少なくとも前記リード線を引き出すための１つ以上の穴部を有するケース本体と、前記リード線と前記ケース本体穴部の隙間を封止する封止樹脂と、前記ケース本体の開口部を覆うケースカバーと、前記ケース本体と前記ケースカバーの隙間を密閉するシール剤とを備えたことを特徴とするパワー制御装置。
【請求項２】
前記ケース本体の第一穴部の対面に第二穴部を設け、前記第一穴部からＡＣ高圧用リード線、前記第二穴部からＤＣ低圧用リード線をそれぞれ引き出したことを特徴とする請求項１に記載のパワー制御装置。
【請求項３】
前記ケースカバーを外周が一定幅の樹脂部で、前記樹脂部の開口箇所に金属板部をインサート成形した形で構成し、前記放熱器の一面と前記ケースカバーの金属板部との間を熱結合したことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか一項に記載のパワー制御装置。
【請求項４】
前記部品実装基板を装着した前記ケース本体底面に、一定の厚さで絶縁性ポッティング材料を注入したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワー制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを可変速駆動するインバータやスイッチング電源などのパワー制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パワーエレクトロニクスの進歩に伴い、あらゆる分野でパワー制御装置が使用されてきている。例えば、冷蔵庫や空気調和機などにおいて省エネルギー等の目的でインバータが使用されたり、また炊飯器等においても誘導過熱が使用されている。
【０００３】
従来のパワー制御装置としては、特にそのパワー素子での放熱を考慮し、小型化の改善がなされたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら上記従来のパワー制御装置を説明する。
【０００５】
図７は、従来のパワー制御装置の断面図である。図７に示すように、パワー変換器１０１が大型の放熱器１０２に取付けられ、第一基板１０３が第一スペーサー１０４により放熱器１０２に固定されている。第一基板１０３はパワー変換器１０１と電気的に接続されており、平滑コンデンサ１０５や制御電源を作り出す電圧レギュレータ１０６などが実装されている。
【０００６】
第二基板１０７にはマイコン（図示せず）等の主に制御部品が実装されており、第二スペーサー１０８により第一基板１０３に固定されている。カバー１０９はこれらの回路を被うように取付けられている。
【０００７】
以上のように構成された従来のパワー制御装置について、以下その動作を説明する。
【０００８】
発熱が大きい部品であるパワー変換器１０１からの熱を、放熱器１０２に伝達して放熱することでパワー変換器１０１を冷却する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２８３８８３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成は、放熱器１０２とカバー１０９は単に組み立てただけであり、間に隙間が存在する。また、外部との接続が必要であるにもかかわらず、リード線等の接続の具体的な方法の記載がなく、その実用性に欠けている。従って、この構成ではその密閉性が十分でなく、例えばプロパンやイソブタンなどの可燃性ガスを使用する環境下では、装置内にガスが侵入した場合の安全面が確保できないという欠点があった。
【００１１】
本発明は従来の課題を解決するもので、ケース本体の側面からリード線を引き出すための穴部に封止樹脂を、ケース本体とケースカバーの接する隙間にシール剤を、それぞれ隙間なく接着させることにより、気密性が向上できるパワー制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、ケース本体の第一穴部からＡＣ高圧用リード線、対面にある第二穴部からＤＣ低圧用リード線をそれぞれ引き出すことにより、電源線と信号線を分離することができ、ノイズ等による誤動作を低減できるパワー制御装置を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、ケースカバーを外周が一定幅の樹脂部で、前記樹脂部の開口箇所に金属板部をインサート成形した形で構成し、放熱器の一面とケースフタの金属板部との間に高熱伝導性材料を用いたことことにより、気密性を確保したまま、発熱部品の放熱を十分に行なうことができるパワー制御装置を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、部品実装基板を装着したケース本体底面に、一定の厚さで絶縁性ポッティング材料を注入することにより、部品実装基板の絶縁距離及び空間距離を最小にして、小型化ができるパワー制御装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、部品を実装する基板と、前記基板に実装された発熱部品と、前記発熱部品に熱的に接するように取付けられた放熱器と、同じく前記基板に実装された電子部品と、外部と電気的に接続するリード線とで構成された部品実装基板と、前記部品実装基板を収納して、少なくとも前記リード線を引き出すための１つ以上の穴部を有するケース本体と、前記リード線と前記ケース本体穴部の隙間を封止する封止樹脂と、前記ケース本体の開口部を覆うケースカバーと、前記ケース本体と前記ケースカバーの隙間を密閉するシール剤とを備えたものであり、ケース本体の側面からリード線を引き出すための穴部に封止樹脂を、ケース本体とケースカバーの接する隙間にシール剤を、それぞれ隙間なく接着させるので、外部と装置内部とを完全に遮断して装置の気密性が図れるという作用を有する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、ケース本体の第一穴部の対面に第二穴部を設け、第一穴部からＡＣ高圧用リード線、第二穴部からＤＣ低圧用リード線をそれぞれ引き出したものであり、ＡＣ高圧用リード線とＤＣ低圧用リード線を完全に分離することができ、リード線間で与え合うノイズの影響を低減できるという作用を有する。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１から請求項２のいずれか一項に記載の発明において、ケースカバーを外周が一定幅の樹脂部で、樹脂部の開口箇所に金属板部をインサート成形した形で構成し、放熱器の一面とケースカバーの金属板との間に熱結合させたものであり、ケースカバー自身はインサート成形であるので金属板部と樹脂部の気密性は十分にあり、シール剤によるケース本体とケースカバーの接着も確実に行なうことができる。また、放熱器の発熱がケースフタへ熱伝導するので、ケース内部の温度上昇を抑えることができるという作用を有する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、部品実装基板を装着したケース本体底面に、一定の厚さで絶縁性ポッティング材料を注入したものであり、電気的絶縁性能が優れる絶縁性ポッティング材料で部品実装基板を覆うことにより、その基板パターンの絶縁距離や部品間隔の空間距離を最小にでき、装置の小型化が図れるという作用を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるパワー制御装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるパワー制御装置の断面図である。
【００２１】
図１において、１は基板であり、電子部品２、準発熱部品３やマイコン（図示せず）等を含む制御回路が実装されている。ここでいう準発熱部品３とは制御用電源安定化のための電圧レギュレータなどをさす。
【００２２】
４は発熱部品であり、一般的にパワー制御装置ではメインの動作を行なうパワー素子であり、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどが使われる。また発熱部品としては整流用のダイオードなどもこれらの部品の一つである。この発熱部品４は基板１上に実装されている。
【００２３】
５は放熱器であり、発熱部品４と熱的に十分接触しており、発熱部品４で発生した熱を拡散させ、放熱する役目をする。６は外部との電源や信号のやり取りに使用するリード線であり、基板１にコネクタを使用したり、もしくは直接電気的に接続固定されている。
【００２４】
以上により部品実装基板７を構成している。
【００２５】
８は樹脂製のケース本体であり、部品実装基板７をスペーサー９により底面に固定し、内部に収納する。ケース本体８の側面には穴部８ａがあり、そこからリード線６を外部に引き出す。穴部８ａとリード線６との隙間には、封止樹脂１１を充填し内部の気密性を確保している。ここで封止樹脂１１としては、ポリプロピレン系、ポリアミド系などのホットメルト剤を使用することで、ケース本体及びリード線６の被覆が樹脂であるため、瞬時に十分な接着性を得ることができる。
【００２６】
１０は樹脂製のケースカバーであり、ケース本体８の開口部に取付けられ、ケース本体８とケースカバー１０の隙間をシール剤１２でシールする。ここでシール剤１２としては、ポリプロピレン系、ポリアミド系などのホットメルト剤を使用することで、瞬時に十分な接着性とシール性を得ることができる。
【００２７】
図２は本発明の実施の形態１によるパワー制御装置の一例の回路図である。ここではパワー制御装置の一例として、モータを可変速駆動するインバータについて説明する。
【００２８】
図２において、１３は商用電源であり、日本の一般家庭の場合、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚが一般的に使用されている。
【００２９】
１４はコンバータであり、商用電源１３の交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ１４は４個の整流ダイオード１５ａ〜１５ｄをブリッジ接続して、商用電源１３の全波整流を行なう。また電解コンデンサ１６はブリッジ接続された整流ダイオード１５ａ〜１５ｄの正電圧出力と負電圧出力に接続され、全波整流された電圧を平滑して直流電圧を得る。
【００３０】
１７はインバータであり、コンバータ１４の直流電圧出力を入力として任意周波数、任意電圧の三相交流に変換する。インバータ１７はＩＧＢＴ１８ａ〜１８ｆを各々三相ブリッジ接続しており、また各々のＩＧＢＴ１８ａ〜１８ｆには並列に高速ダイオード１８ｇ〜１８ｌが接続されている。高速ダイオード１８ｇ〜１８ｌはＩＧＢＴ１８ａ〜１８ｆがオフしたときの環流電流を流す働きをする。
【００３１】
１９はモータであり、インバータ１７の三相交流出力で駆動される。このモータ１９はインバータ１７の出力周波数に応じた回転数で回転する。
【００３２】
２０は制御回路であり、マイコンなどを使用してインバータ１７を駆動するための波形を生成したり、インバータ１７の異常動作を検出（検出回路は図示せず）して、保護動作などを行なう。
【００３３】
２１は電源回路で、コンバータ１４の直流出力を入力とし、制御回路２０を動作させる電源（例えば５Ｖ）を出力する。ここで電源回路２１はスイッチング電源を使用しており、ＭＯＳＦＥＴ２２ａ、スイッチングトランス２２ｂ、ダイオード２２ｃ、コンデンサ２２ｄ、電圧レギュレータ２２ｅなどが使用されている。
【００３４】
ここで、図２と図１の対比で更に詳細な説明を加える。
【００３５】
図１における発熱部品４は、図２における整流ダイオード１５ａ〜１５ｄやＩＧＢＴ１７ａ〜１７ｆ、高速ダイオード１７ｇ〜１７ｌであり、特にモータ１９を駆動する電力が通過する素子なので、損失が大きく発熱も大きい。これらの発熱部品は全て基板１に実装されている。
【００３６】
また、図１における準発熱部品３は、図２におけるＭＯＳＦＥＴ２２ａ、ダイオード２２ｃ、電圧レギュレータ２２ｅなどであり、パワーとしては制御回路２０を駆動させる電力のみであるので、損失は前記発熱部品ほど大きくはないが、うまく放熱させないと温度上昇が大きい様な部品で、基板１に実装されている。
【００３７】
また、図１における電子部品２は、図２におけるマイコンを含む制御回路２０やＩＧＢＴ１７ａ〜１７ｆを駆動するためのドライブ回路（図示せず）などであり、同様に基板１に実装させている。
【００３８】
また、図１におけるリード線６は、図２における商用電源１３とコンバータ１４間、インバータ１７とモータ１９間をそれぞれ接続するものと、外部と制御回路２０で信号のやり取りを行なうものとであり、基板１に実装されている。
【００３９】
以上のように構成されたパワー制御装置について、更に詳しく説明する。
【００４０】
発熱部品４はパワー制御を行なうメインの電力を扱う素子であるため、非常に損失が大きく発熱も大きい。例えば５００Ｗの出力を得るとき、変換効率が９５％であるとしても、２５Ｗの損失が発生することになる。このような大きな損失は発熱となり、ケース内の温度を上昇させる。この時に可燃性ガスがケースに侵入して十分ガスが暖められて、外因でパワー制御装置が発火した場合に燃焼を起こす可能性がある。
【００４１】
しかしながら、本発明では封止樹脂１１及びシール剤１２により隙間を全て密閉して、ケースの気密性を高めている。
【００４２】
このようにすることにより、ケース内への可燃性ガスの侵入を防ぐことができる。
【００４３】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、ケース本体８の穴部８ａとリード線６との隙間に封止樹脂１１を、ケース本体８とケースカバー１０との隙間にシール剤１２を、それぞれ使用して装置を完全密閉型としたので、可燃性ガスを使用する環境下でも安全性を確保することができる。また気体に対するシール性が十分あるので、高湿度の環境下でも高い信頼性を発揮することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２によるパワー制御装置の断面図である。
【００４５】
図３において、図１に示した実施の形態１と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４６】
本実施の形態は、実施の形態１におけるケース本体８の第一穴部８ａの対面に第二穴部８ｂを設け、リード線６のＡＣ高圧用リード線６ａを第一穴部８ａから、ＤＣ低圧用リード線６ｂを第二穴部８ｂからそれぞれ引き出す。なお、第二穴部８ｂも第一穴部８ａと同様に、封止樹脂１１を充填し内部の気密性を確保している。
【００４７】
このようにすることにより、ノイズ発生やノイズ侵入源となる電源線として使用するＡＣ高圧用リード線６ａと、他装置との制御を行なう信号線として使用するＤＣ低圧用リード線６ｂを完全に分離することができる。
【００４８】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、リード線６をＡＣ高圧側とＤＣ低圧側に分離して外部に引き出すようにしたので、電源からのノイズの影響を信号側に伝えることが低減でき、装置の誤動作発生を抑えることができる。
【００４９】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３によるパワー制御装置の断面図である。図５は 同実施の形態３によるパワー制御装置のケースカバーの斜視図である。
【００５０】
図４および図５において、図１〜３に示した実施の形態１〜２と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施の形態は、実施の形態１〜２におけるケースカバー１０を、図５に示す様に金属板部１０ａの外周を一定幅の樹脂部１０ｂで挟み込むインサート成形の構成としている。このケースカバー１０をケース本体８の開口部に装着し、ケースカバー１０の樹脂部１０ａとケース本体８との隙間をシール剤１２で密閉している。
【００５２】
また、放熱器５の形状を本実施の形態では、Ｌ型としたＬ型放熱器５ａとして、Ｌ型放熱器５ａの上面とケースカバー１０の金属板部１０ｂとの間を熱結合させる。ここで熱結合させる材料としては、高熱伝導性材料２３を用いる。具体的な高熱伝導性材料２３としては、非流動性のシリコーン系樹脂や弾力性のある熱伝導性シートなどが好ましい。
【００５３】
このようにすることにより、ケース本体８とケースカバー１０との間の気密性を十分に確保しながら、発熱部品４から発生する熱は、Ｌ型放熱器５ａから高熱伝導性材料２３、そしてケースカバー金属板部１０ａへ熱伝導し、更にケース外へと放熱されることになる。
【００５４】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、ケースカバー樹脂部１０ｂでケース本体８との気密性を確保し、ケースカバー金属板部１０ａとＬ型放熱器５ａとを高熱伝導性材料２３で熱的に接するようにしたので、ケース内の温度上昇を低くすることができ、可燃性ガス環境下での安全性を更に高めることができる。また、高熱伝導性材料２３を使用するので、Ｌ型放熱器５ａおよびケースカバー金属板部１０ａの表面粗度や組立てばらつきによる熱伝導の不均一が解消でき、高効率な放熱が行なえる。
【００５５】
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４によるパワー制御装置の断面図である。
【００５６】
図６において、図１〜５に示した実施の形態１〜３と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５７】
本実施の形態は、実施の形態１〜３における部品実装基板７を装着したケース本体８の底面に、絶縁性ポッティング材料２４を一定厚み（部品実装基板７上の実装部品で、露出している電気的充電金属部が隠れる高さ）で注入し硬化させたものである。ここで絶縁性ポッティング材料２４としては、エポキシ系、ウレタン系、シリコーン系などの樹脂で、絶縁破壊強さが１８ｋＶ／ｍｍ以上のものが好ましい。
【００５８】
以上のように本実施の形態のパワー制御装置は、ケース本体８に直接、絶縁性ポッティング材料２４を注入し、部品実装基板７をポッティングすることにしたので、専用治具等を使用することなく作業でき、部品実装基板７設計時の絶縁距離や空間距離を最小にすることができ、装置の小型化が可能になる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、部品を実装する基板と、前記基板に実装された発熱部品と、前記発熱部品に熱的に接するように取付けられた放熱器と、同じく前記基板に実装された電子部品と、外部と電気的に接続するリード線とで構成された部品実装基板と、前記部品実装基板を収納して、少なくとも前記リード線を引き出すための１つ以上の穴部を有するケース本体と、前記リード線と前記ケース本体穴部の隙間を封止する封止樹脂と、前記ケース本体の開口部を覆うケースカバーと、前記ケース本体と前記ケースカバーの隙間を密閉するシール剤とを備えたことにより、装置を完全密閉型とすることができ、可燃性ガス環境下の使用でも、防爆仕様構造として安全性に優れたものにできるという効果がある。
【００６０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、ケース本体の第一穴部の対面に第二穴部を設け、第一穴部からＡＣ高圧用リード線、第二穴部からＤＣ低圧用リード線をそれぞれ引き出したことにより、電源線から信号線に与えるノイズの影響が低減でき、誤動作発生を少なくすることができるという効果がある。
【００６１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１から請求項２に記載の発明に加えて、ケースカバーを外周が一定幅の樹脂部で、樹脂部の開口箇所に金属板部をインサート成形した形で構成し、放熱器の一面とケースカバーの金属板部との間を熱結合したことにより、装置の完全密閉型を確保した状態でケース内の温度上昇を抑えることができ、防爆仕様構造の更なる安全性が向上できるという効果がある。
【００６２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の発明に加えて、部品実装基板を装着した前記ケース本体底面に、一定の厚さで絶縁性ポッティング材料を注入したことにより、部品実装基板の最小化設計が可能になり、装置全体の小型化が可能にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるパワー制御装置の断面図
【図２】同実施の形態１によるパワー制御装置の一例の回路図
【図３】本発明の実施の形態２によるパワー制御装置の断面図
【図４】本発明の実施の形態３によるパワー制御装置の断面図
【図５】同実施の形態３によるパワー制御装置のケースカバーの斜視図
【図６】本発明の実施の形態４によるパワー制御装置の断面図
【図７】従来のパワー制御装置の断面図
【符号の説明】
１ 基板
２ 電子部品
３ 準発熱部品
４ 発熱部品
５ 放熱器
５ａ Ｌ型放熱器
６ リード線
６ａ ＡＣ高圧用リード線
６ｂ ＤＣ低圧用リード線
７ 部品実装基板
８ ケース本体
８ａ 第一穴部
８ｂ 第二穴部
１０ ケースカバー
１０ａ ケースカバー金属板部
１０ｂ ケースカバー樹脂部
１１ 封止樹脂
１２ シール剤
２３ 高熱伝導性材料
２４ 絶縁性ポッティング材料
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地
【出願日】 平成１５年６月２７日（２００３．６．２７）
【代理人】 【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄

【識別番号】１００１０３３５５
【弁理士】
【氏名又は名称】坂口 智康

【識別番号】１００１０９６６７
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 浩樹
【公開番号】 特開２００５−１９７９１（Ｐ２００５−１９７９１Ａ）
【公開日】 平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願番号】 特願２００３−１８４１９５（Ｐ２００３−１８４１９５）