CN113114054B - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

电力转换装置(1)包括半导体模块(30)、第一电子电路基板(10)和第二电子电路基板(20)以及同时收容第一电子电路基板(10)和第二电子电路基板(20)的收容体(2)，收容体(2)具有供第一电子电路基板(10)固定的第一固定部(5)以及供第二电子电路基板(20)固定的第二固定部(9)，构成为在基板厚度方向(Z)上，在收容体(2)的第一固定部(5)与第一电子电路基板(10)之间不存在第二电子电路基板(20)，且在基板厚度方向(Z)上，在收容体(2)的第二固定部(9)与第二电子电路基板(20)之间不存在第一电子电路基板(10)。

Description

电力转换装置
本发明专利申请是国际申请号为PCT/JP2017/001909，国际申请日为2017年1月20日，进入中国国家阶段的申请号为201780009824.7，名称为“电力转换装置”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的援引
本申请以2016年2月5日申请的日本专利申请号2016-021061号的申请为基础，在此援引其记载内容。
技术领域
本发明涉及一种包括多个电子电路基板的电力转换装置。
背景技术
电动车、混合动力车等车辆装设有在直流电与交流电之间进行电力转换的电力转换装置。例如，在下述专利文献1中，公开了一种电力转换装置，包括内置有半导体元件的半导体模块以及多个电子电路基板。在多个电子电路基板中，包括高压类用的第一电子电路基板以及低压类用的第二电子电路基板。第一电子电路基板和第二电子电路基板以在基板厚度方向上隔着空间地层叠配置的状态，固定于将半导体模块收容的收容体的固定面。上述那样的层叠配置能有效地将沿电子电路基板的沿板面方向的大小抑制得较小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009－159767号公报
发明内容
在上述电力转换装置的情况下，第一电子电路基板配置于收容体的固定面与第二电子电路基板之间。因此，第二电子电路基板在与收容体固定时，第一电子电路基板会成为阻碍而无法增加其固定部位的数量。例如，会将第二电子电路基板的固定部位仅限制在该基板的四个角。此外，第二电子电路基板的固定部位仅向上述第二电子电路基板的外周部偏移。因此，第二电子电路基板容易因外力而变形，很难确保第二电子电路基板具有能承受车辆行驶时来自车辆侧的振动的、所希望的固定强度。
本发明提供一种电力转换装置，能提高与半导体模块电连接的多个电子电路基板的固定强度。
本发明一实施方式的电力转换装置包括：半导体模块，上述半导体模块内置有半导体元件；
第一电子电路基板和第二电子电路基板，上述第一电子电路基板和第二电子电路基板均与上述半导体模块电连接，在基板厚度方向上隔着空间层叠配置；以及
收容体，上述收容体同时收容有上述半导体模块、上述第一电子电路基板和上述第二电子电路基板，
上述收容体具有供上述第一电子电路基板固定的第一固定部以及供上述第二电子电路基板固定的第二固定部，
构成为：在上述基板厚度方向上，在上述收容体的上述第一固定部与上述第一电子电路基板之间不存在上述第二电子电路基板，且在上述基板厚度方向上，在上述收容体的上述第二固定部与上述第二电子电路基板之间不存在上述第一电子电路基板。
发明效果
根据上述电力转换装置，第一电子电路基板不会被第二电子电路基板阻碍而固定于收容体。同样地，第二电子电路基板不会被第一电子电路基板阻碍而固定于收容体。因此，当将第一电子电路基板和第二电子电路基板分别固定于收容体时，其固定部位的配置和数量不易被限制。因此，能增加各电子电路基板的固定部位，此外，能防止其固定部位仅向各电子电路基板的例如四个角偏移。其结果是，各电子电路基板不易因外力而变形，能确保各电子电路基板具有能承受车辆行驶时来自车辆侧的振动的、所希望的固定强度。
如以上所述，根据上述实施方式，能提高与半导体模块电连接的多个电子电路基板的固定强度。
附图说明
参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。
图1是表示实施方式一的电力转换装置的示意结构的剖视图。
图2是表示图1中的电力转换装置的第一电子电路基板和第二电子电路基板各自的固定结构的立体图。
图3是表示实施方式二的电力转换装置的示意结构的剖视图。
图4是表示图3中的电力转换装置的第一电子电路基板和第二电子电路基板各自的固定结构的立体图。
图5是表示实施方式三的电力转换装置的示意结构的剖视图。
图6是表示图5中的电力转换装置的第一电子电路基板和第二电子电路基板各自的固定结构的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，对电力转换装置的实施方式进行说明。
另外，在本说明书的附图中，只要没有特别限定，箭头X表示半导体模块的长边方向即第一方向，箭头Y表示半导体模块的宽边方向即第二方向，箭头Z表示与第一方向和第二方向这两个方向正交的第三方向。
(实施方式一)
如图1所示，实施方式一的电力转换装置1包含有第一电子电路基板10、第二电子电路基板20及半导体模块30，包括多个要素。上述多个要素收容于由收容体2划分的内部空间。上述电力转换装置1例如被用作装设于电动汽车、混合动力汽车等的、将直流的电源电转换为驱动用电动机的驱动所需的交流电的逆变器。
收容体2具有壳体3、将壳体3的开口3a封闭的罩体6及将壳体3的开口3b封闭的罩体7。壳体3包括在第三方向Z上将内部空间分隔的分隔壁4。在分隔壁4设置有多个轴套部(第一固定部)5，上述轴套部5用于固定第一电子电路基板10而朝该第一电子电路基板10延伸。在轴套部5设置有能与小螺钉12的阳螺纹轴螺合的阴螺纹部5a。壳体3和罩体6、7均由以铝为主体的铝类材料构成。
半导体模块30内置有将直流电转换为交流电的IGBT等半导体元件31。半导体模块30包括多个控制端子32和功率端子(未图示)。
第一电子电路基板10俯视观察呈矩形，是具有用于驱动半导体模块30开关的驱动电路的高电压类电子电路基板(也称作“控制电路基板”。)。为了实现上述目的，第一电子电路基板10配置于在基板厚度方向即第三方向Z上比第二电子电路基板20更靠近半导体模块30的位置，且与多个控制端子32电连接。多个控制端子32穿过设于壳体3的分隔壁4的开口4a而从半导体模块30延伸至第一电子电路基板10。因此，第一电子电路基板10与半导体模块30电连接。
第二电子电路基板20是俯视观察大小与第一电子电路基板10相同的矩形，是具有基于车辆信息对半导体模块30进行控制的控制电路的、低电压类的电子电路基板。上述第二电子电路基板20通过接头等导电构件22与第一电子电路基板10电连接，且通过接头等导电构件23与车辆侧的控制部(ECU)40电连接。因此，第二电子电路基板20与半导体模块30电连接。来自控制部40的输入信号通过第一电子电路基板10、导电构件22及第二电子电路基板20被传送至半导体模块30。另一方面，从半导体模块30输出的电流等检测信号通过第二电子电路基板20、导电构件22及第一电子电路基板10被传送至控制部40。
第一电子电路基板10和第二电子电路基板20在第三方向Z上隔着空间2a层叠配置。与使用兼具上述两个电子电路基板10、20的功能的一个电子电路基板相比，上述配置能有效地将沿基板面的方向的大小抑制得较小。
在第一电子电路基板10与第二电子电路基板20之间，夹装有作为夹装构件的基板间板8。上述基板间板8是包括俯视观察为矩形的平板部8a以及设于平板部8a的第一方向X的两侧的凸缘部8b的板状构件，利用小螺钉12将凸缘部8b固定于壳体3的分隔壁4。在基板间板8固定于分隔壁4的状态下，上述基板间板8成为收容体2的构成要素。在上述情况下，可以说收容体2具有基板间板8。
基板间板8具有在第三方向Z上将第一电子电路基板10和第二电子电路基板20的一方与另一方屏蔽的大小(以下，也称作“屏蔽尺寸”)。即，上述基板间板8构成为俯视观察的大小比第一电子电路基板10和第二电子电路基板20这两者的大小大。此外，基板间板8由以铁为主体的铁类材料形成。上述铁类材料是具有磁屏蔽性的材料，且是线膨胀率(因固体的热膨胀而使长度增加的比例除以温度差的值)比构成壳体3和罩体6的铝类材料小的材料。
在基板间板8上安装有用于固定第二电子电路基板20的多个固定销(第二固定部)9。固定销9通过压入设于基板间板8的平板部8a的贯通孔(未图示)，从而安装于基板间板8。上述固定销9包括能与小螺钉12的阳螺纹轴螺合的阴螺纹部9a。
如图2所示，基板间板8包括多个(图2中为两个)贯通形成于各凸缘部8b的插入孔8c。分隔壁4包括能与小螺钉12的阳螺纹轴螺合的阴螺纹部4b。基板间板8构成为通过插入各插入孔8c的小螺钉12的阳螺纹轴与分隔壁4的阴螺纹部4b螺合，从而固定于分隔壁4。另外，代替本结构，也可以采用以下结构：在从分隔壁4朝向基板间板8延伸的轴套部设置阴螺纹部4b这样的阴螺纹部，将基板间板8固定于上述轴套部。
轴套部5是收容体2的构成要素，在分隔壁4上以围住开口4a的方式设置有多个(在图2中是八个)轴套部5。在基板间板8的平板部8a上，几乎不偏移地设置有多个(在图2中是九个)固定销9。上述固定销9在安装于基板间板8的状态下成为收容体2的构成要素。另外，上述轴套部5和固定销9各自的配置和数量并不限定于图2所示，可以根据需要进行各种改变。
第一电子电路基板10包括多个(在图2中是八个)均在第三方向Z上贯通形成的插入孔11。在各插入孔11与轴套部5的阴螺纹孔5a位置对准了的状态下，将插入各插入孔11的小螺钉12的阳螺纹轴与轴套部5的阴螺纹部5a螺合，从而将上述第一电子电路基板10固定于轴套部5。其结果是，第一电子电路基板10在被多个轴套部5支承的状态下固定于收容体2的壳体3。
在上述情况下，电力转换装置1构成为，在基板厚度方向即第三方向Z上，在轴套部5(收容体2的构成要素)与第一电子电路基板10之间不存在第二电子电路基板20。换言之，轴套部5设置于在第三方向上与第一电子电路基板10之间不存在第二电子电路基板20的位置(以下，也称作“第一非介入位置”)。上述第一非介入位置也可以说是与第一电子电路基板10之间的固定不会被第二电子电路基板20阻碍的位置。
第二电子电路基板20包括多个(在图2中是八个)均在第三方向Z上贯通形成的插入孔21。在各插入孔21与固定销9的阴螺纹部9a位置对准了的状态下，将插入各插入孔21的小螺钉12的阳螺纹轴与固定销9的阴螺纹部9a螺合，从而将上述第二电子电路基板20固定于固定销9。其结果是，第二电子电路基板20在被基板间板8的多个固定销9支承的状态下，固定于构成收容体2的壳体3。
在上述情况下，电力转换装置1构成为，在基板厚度方向即第三方向Z上，在固定销9(收容体2的构成要素)与第二电子电路基板20之间不存在第一电子电路基板10。换言之，固定销9设置于壳体3中在第三方向Z上与第二电子电路基板20之间不存在第一电子电路基板10的位置(以下，也称作“第二非介入位置”)。上述第二非介入位置也可以说是与第二电子电路基板20之间的固定不会被第一电子电路基板10阻碍的位置。
这样，在实施方式一的情况下，构成为：在固定于壳体3的基板间板8上设置有用于固定第二电子电路基板20的固定销9(第二固定部)，且在收容体2中隔着基板间板8与固定于该基板间板8的第二电子电路基板20相反一侧的部位(壳体3的分隔壁4)，设置有用于固定第一电子电路基板10的轴套部5(第一固定部)。另外，代替本结构，也可以采用以下结构：第一电子电路基板10固定于固定销9，且第二电子电路基板20固定于轴套部5。
接着，对实施方式一的电力转换装置1的作用效果进行说明。
根据上述电力转换装置1，将轴套部5设于上述第一非介入位置，从而第一电子电路基板10不会被第二电子电路基板20阻碍而固定于收容体2的壳体3。同样地，将固定销9设于上述第二非介入位置，从而第二电子电路基板20不会被第一电子电路基板10阻碍而固定于收容体2的壳体3。
因此，当将第一电子电路基板10和第二电子电路基板20分别固定于收容体2时，其固定部位的配置和数量不易受到限制。所以，能增加各电子电路基板的固定部位，此外，能防止其固定部位仅向各电子电路基板的例如四个角偏移。其结果是，各电子电路基板不易因外力而变形，能确保各电子电路基板具有能承受车辆行驶时来自车辆侧的振动的、所希望的固定强度。
另外，不能在分隔壁4中的开口4a的部位设置轴套部5。因此，第一电子电路基板10的与开口4a相对的面无法由轴套部5支承，作为替代，由配置于开口4a的多个控制端子32支承。藉此，能抑制第一电子电路基板10的固定强度降低。与此相对，由于基板间板8的平板部8a上的固定销9的配置不受限制(例如，也可以将固定销9配置于平板部8a的中央部)，因此，能提高固定销9对第二电子电路基板20的固定强度。
此外，根据上述电力转换装置1，第一电子电路基板10与第二电子电路基板20之间的基板间板8由具有上述屏蔽尺寸且具有磁屏蔽性的材料形成，因此，具有所谓的“屏蔽板”的作用。因此，特别能抑制由高电压类的第一电子电路基板10产生的噪声影响到低电压类的第二电子电路基板20。
此外，根据上述电路转换装置1，基板间板8由线膨胀率比供上述基板间板8固定的壳体3的线膨胀率小的材料形成。因此，即使在壳体3受到来自半导体模块30等发热元件的热量而发生变形的情况下，也能抑制基板间板8被壳体3拉伸而变形。
此外，较为理想的是，基板间板8的线膨胀率是比壳体3小且比第一电子电路基板10大的值。藉此，热膨胀率的大小从大到小依次为：壳体3、基板间板8、第一电子电路基板10。在上述情况下，介于壳体3与第一电子电路基板10之间的基板间板8的线膨胀率是壳体3的线膨胀率与第一电子电路基板10的线膨胀率之间的中间值，因此，能减小上述元件之间的热变形的影响。
(实施方式二)
实施方式二的电力转换装置101的第二电子电路基板20的固定结构与实施方式一的电力转换装置1不同。其它结构与实施方式一相同。因此，在此，参照图3和图4，仅对与第二电子电路基板20的固定结构相关的要素进行说明，省略其它要素的说明。此外，在上述附图中，对与图1和图2所示要素相同的要素标注相同的符号。
如图3所示，在第一电子电路基板10与第二电子电路基板20之间，夹装有作为夹装构件的基板间板108。上述基板间板108俯视观察呈矩形，是构成为俯视观察的大小比第一电子电路基板10和第二电子电路基板20这两者大的板状构件。此外，罩体6包括多个均朝基板间板108延伸的轴套部6a。基板间板108是平板状的构件，利用小螺钉12固定于罩体6的轴套部6a。在基板间板108固定于罩体6的轴套部6a的状态下，上述基板间板108成为收容体2的构成要素。在上述情况下，可以说收容体2具有基板间板108。上述基板间板108由与上述基板间板8相同的铁类材料形成。
在基板间板108上安装有用于固定第二电子电路基板20的多个固定销(第二固定部)109。固定销109通过压入设于基板间板108的贯通孔(未图示)，从而安装于基板间板108。
如图4所示，基板间板108包括多个(在图4中是两个)插入孔108a。另一方面，罩体6的轴套部6a包括能与小螺钉12的阳螺纹轴螺合的阴螺纹部6b。因此，通过插入各插入孔108a的小螺钉12的阳螺纹轴与轴套部6a的阴螺纹部6b螺合，从而将基板间板108固定于轴套部6a。
在基板间板108上几乎不偏移地设置有多个(在图4中是九个)固定销109。上述固定销109包括与上述固定销9的阴螺纹部9a相同的阴螺纹部109a。上述固定销109在安装于基板间板108的状态下成为收容体2的构成要素。另外，上述固定销109的配置和数量并不限定于图4所示，可以根据需要进行各种改变。
在各插入孔21与固定销109的阴螺纹部109a位置对准了的状态下，将插入各插入孔21的小螺钉12的阳螺纹轴与固定销109的阴螺纹部109a螺合，从而将第二电子电路基板20固定于固定销109。其结果是，第二电子电路基板20在被基板间板108的多个固定销109支承的状态下，固定于构成收容体2的罩体6。在上述情况下，在第三方向Z上，在固定销109(收容体2的构成要素)与第二电子电路基板20之间不存在第一电子电路基板10。即，与上述固定销9的情况相同，固定销109设置于罩体6中在第三方向Z上与第二电子电路基板20之间不存在第一电子电路基板10的位置(第二非介入位置)。
这样，在实施方式二的情况下，构成为：在固定于罩体6的基板间板108上设置有用于固定第二电子电路基板20的固定销109(第二固定部)，且在收容体2中隔着基板间板108与固定于该基板间板108的第二电子电路基板20相反一侧的部位(壳体3的分隔壁4)，设置有用于固定第一电子电路基板10的轴套部5(第一固定部)。另外，代替本结构，也可以采用以下结构：第一电子电路基板10固定于固定销109，且第二电子电路基板20固定于轴套部5。
根据实施方式二，与实施方式一的情况相同，第二电子电路基板20不会被第一电子电路基板10阻碍而固定于收容体2的罩体6。因此，当将第一电子电路基板10和第二电子电路基板20分别固定于收容体2时，其固定部位的配置和数量不易被限制。其结果是，各电子电路基板不易因外力而变形，能确保各电子电路基板具有能承受车辆行驶时来自车辆侧的振动的、所希望的固定强度。尤其是，由于基板间板108上的固定销109的配置不受限制(例如，也可以将固定销109配置于基板间板108的中央部)，因此，能提高固定销109对第二电子电路基板20的固定强度。
除此以外，具有与实施方式一相同的作用效果。
(实施方式三)
实施方式三的电力转换装置201的第二电子电路基板20的固定结构与实施方式一的电力转换装置1不同。其它结构与实施方式一相同。因此，在此，参照图5和图6，仅对第二电子电路基板20的固定结构进行说明，省略其它的说明。此外，在上述附图中，对与图1和图2所示要素相同的要素标注相同的符号。
如图5所示，在第一电子电路基板10与第二电子电路基板20之间，没有夹装像上述基板间板8那样的构件。罩体6在其顶板面包括多个均朝第二电子电路基板20延伸的轴套部209。
如图6所示，在罩体6的顶板面几乎不偏移地设置有多个(在图6中是九个)轴套部209。上述轴套部209包括能与小螺钉12的阳螺纹轴螺合的阴螺纹部209a。上述轴套部209成为收容体2的构成要素。另外，上述轴套部209的配置和数量并不限定于图6所示，可以根据需要进行各种改变。
在各插入孔21与轴套部209的阴螺纹部209a位置对准了的状态下，将插入各插入孔21的小螺钉12的阳螺纹轴与轴套部209的阴螺纹部209a螺合，从而将第二电子电路基板20固定于轴套部209。其结果是，第二电子电路基板20固定于构成收容体2的罩体6。在上述情况下，在第三方向Z上，在轴套部209(收容体2的构成要素)与第二电子电路基板20之间不存在第一电子电路基板10。即，与上述固定销9的情况相同，轴套部209设置于罩体6中在第三方向Z上与第二电子电路基板20之间不存在第一电子电路基板10的位置(第二非介入位置)。
这样，在实施方式三的情况下，构成为：在壳体3设置有用于固定第一电子电路基板10的轴套部5(第一固定部)，且在罩体6设置有用于固定第二电子电路基板20的轴套部209(第二固定部)。另外，代替本结构，也可以采用以下结构：第二电子电路基板20固定于轴套部5，且第一电子电路基板10固定于轴套部209。
根据实施方式三，与实施方式一的情况相同，第二电子电路基板20不会被第一电子电路基板10阻碍而固定于收容体2的罩体6。因此，当将第一电子电路基板10和第二电子电路基板20分别固定于收容体2时，其固定部位的配置和数量不易被限制。其结果是，各电子电路基板不易因外力而变形，能确保各电子电路基板具有能承受车辆行驶时来自车辆侧的振动的、所希望的固定强度。此外，由于没有使用上述基板间板108那样的构件，因此能削减零件个数。尤其是，由于罩体6的顶板面上的轴套部209的配置不受限制(例如，也可以将轴套部209配置于罩体6的顶板面的中央部)，因此，能提高轴套部209对第二电子电路基板20的固定强度。
除此以外，具有与实施方式一相同的作用效果。
虽然根据实施例对本发明进行了记述，但是应当理解为本发明并不限定于上述实施例、结构。本发明也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其它组合、方式也属于本发明的范畴、思想范围。
在上述实施方式一、二中，例示了由铝类材料形成的壳体3和罩体6、由铁类材料形成的基板间板8、108，但可以根据需要对上述各要素的材料进行适当地改变。较为理想的是，如下所述进行选材：基板间板8、108由线膨胀率比壳体3和罩体6的线膨胀率更小、且具有磁屏蔽性的材料形成。另外，根据需要，也可以不考虑线膨胀率和磁屏蔽性而对基板间板8、108进行选材。例如，基板间板8、108也可以由铝类材料、树脂材料构成。
在上述实施方式一、二中，例示了在两个电子电路基板10、20之间夹装有板状构件即基板间板8、108的情况，代替基板间板8、108，也可以采用板状以外的形状的构件。
在上述实施方式一～三中，例示了两个电子电路基板10、20在第三方向Z上层叠配置的情况，但根据需要，除了上述两个电子电路基板10、20以外，还可以层叠配置多个电子电路基板。

Claims (9)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
半导体模块，所述半导体模块内置有半导体元件；
第一电子电路基板和第二电子电路基板，所述第一电子电路基板和所述第二电子电路基板均与所述半导体模块电连接，在基板厚度方向上隔着空间层叠配置；
收容体，所述收容体对所述半导体模块、所述第一电子电路基板和所述第二电子电路基板进行收容；
夹装构件，所述夹装构件夹装于所述第一电子电路基板与所述第二电子电路基板之间；
第一固定部，所述第一固定部供所述第一电子电路基板固定；以及
第二固定部，所述第二固定部供所述第二电子电路基板固定，
所述电力转换装置构成为：在所述基板厚度方向上，在所述第一固定部与所述第一电子电路基板之间不存在所述第二电子电路基板，且在所述基板厚度方向上，在所述第二固定部与所述第二电子电路基板之间不存在所述第一电子电路基板，
在所述夹装构件上设置有所述第二固定部，且在所述夹装构件的固定有所述第二电子电路基板一侧的相反一侧的部位，设置有所述第一固定部，
所述夹装构件是构成为俯视观察的大小比所述第一电子电路基板和所述第二电子电路基板这两者大的构件。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第一固定部是朝所述第一电子电路基板延伸的轴套形状。
3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第二固定部是朝所述第二电子电路基板延伸的轴套形状。
4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述夹装构件具有在所述基板厚度方向上将所述第一电子电路基板和所述第二电子电路基板中的一方与另一方屏蔽的大小，且由具有磁屏蔽性的材料形成。
5.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，
所述收容体具有壳体和将所述壳体的开口封闭的罩体，
所述夹装构件由线膨胀率比所述壳体和所述罩体的线膨胀率小的材料形成。
6.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，
所述夹装构件构成为板状的基板间板。
7.如权利要求1、2、4、5或6所述的电力转换装置，其特征在于，
所述第一电子电路基板配置于比所述第二电子电路基板更靠近所述半导体模块的位置，是具有用于切换驱动所述半导体模块的驱动电路的、高电压类电子电路基板，
所述第二电子电路基板是具有基于车辆信息对所述半导体模块进行控制的控制电路的、低电压类的电子电路基板。
8.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，
所述夹装构件在从所述基板厚度方向俯视观察时呈矩形。
9.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于，
所述夹装构件在从所述基板厚度方向俯视观察时呈矩形。
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