JP2009106073A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子を確実に冷却できる構造としつつ、製造時の組付け工程を簡略化できるとともに、インバータ回路を構成する複数の部品を効率的に収納して小型化することができるインバータ装置を提供する。
【解決手段】インバータ回路を構成する複数の部品が実装された主回路基板１００と、冷却手段３１を有し、主回路基板１００を収納するケース１と、を備え、主回路基板１００は、前記複数の部品のうち少なくともスイッチング素子１３０及びディスクリート部品１１０、１２０、１４０、１５０が片側の第一面１０１に実装され、第一面１０１がケース１の内側の所定の対向面１０に対向するとともに、スイッチング素子１３０が対向面１０に接触するように配置された状態で、主回路基板１００がケース１に固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ回路を構成する複数の部品と、これらの部品を収納するケースとを有するインバータ装置に関する。

例えば、ハイブリッド車両や電動車両等に用いるような大きな出力の電動機を駆動するためのインバータ装置では、インバータ回路を構成するスイッチング素子の発熱量が多いため、スイッチング素子を適切に冷却することが要求される。また、車両等に搭載するためには、重量軽減や搭載スペースの制約等からインバータ装置をケースに収納して一体化するとともに、インバータ装置全体を小型化することが要求される。

このような技術に関して、例えば下記の特許文献１には、以下のようなインバータ装置の構成が開示されている。すなわち、このインバータ装置は、ヒートシンクを構成するヒートシンクプレートと、インバータ収容室を形成するインバータケースと、インバータケースの頂壁部に固定され、パルス幅変調信号を出力する制御回路基板と、インバータ収容室に収容されるとともに、ヒートシンクプレートに固定され、制御回路基板から出力されるパルス幅変調信号に基づいて相電流を発生させるインバータ回路とを有する。ここで、インバータ回路は、制御回路基板の下方に配置され、平滑コンデンサや、スイッチング素子を備えたトランジスタモジュール等から構成されている。平滑コンデンサとトランジスタモジュールとはバスバーにより電気的に接続されている。また、トランジスタモジュールは、バスバーを介して連結部材にも接続されている。連結部材は、モータと接続され、該モータに各相電流を供給する。更に、連結部材に隣接して、連結部材を流れる電流を検出する電流センサが設けられている。そして、このインバータ装置では、ヒートシンクプレートは、平板状に形成され、その下面に複数の放熱フィンが突出形成されている。そして、このヒートシンクプレートの上面にトランジスタモジュール、平滑コンデンサ、連結部材、及び電流センサ等が載置され、固定されている。

特開平０９−１８２４５９号公報

しかし、上記のようなインバータ装置では、製造時に、ヒートシンクプレート上にトランジスタモジュールや平滑コンデンサ等の複数の部品を取り付けた後に、これらの各部品間をバスバー等により電気的に接続する作業を行う必要がある。そのため、組付け工程が複雑なものとなるとともに、このような作業に際して工具を挿入するために必要な作業スペース等を考慮した部品配置やヒートシンクプレートの設計が必要となり、その分だけインバータ装置が大型化せざるを得ないという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング素子を確実に冷却できる構造としつつ、製造時の組付け工程を簡略化できるとともに、インバータ回路を構成する複数の部品を効率的に収納して小型化することができるインバータ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るインバータ装置の特徴構成は、インバータ回路を構成する複数の部品が実装された主回路基板と、冷却手段を有し、前記主回路基板を収納するケースと、を備え、前記主回路基板は、前記複数の部品のうち少なくともスイッチング素子及びディスクリート部品が片側の第一面に実装され、前記第一面が前記ケースの内側の所定の対向面に対向するとともに、前記スイッチング素子が前記対向面に接触するように配置された状態で、前記主回路基板が前記ケースに固定されている点にある。

この特徴構成によれば、インバータ回路を構成する複数の部品を主回路基板に実装して一体化し、この主回路基板をケースに固定する構成としているので、製造時に各部品をそれぞれケースに取り付ける作業が不要となる。したがって、製造時の組付け工程を簡略化できるとともに、複数の部品のケースへの取り付けや部品間の電気的接続のための作業スペースが不要となるため、インバータ回路を構成する複数の部品を効率的に収納して装置を小型化することができる。更に、主回路基板は、少なくともスイッチング素子及びディスクリート部品が片側の第一面に実装されているため、インバータ回路を構成する複数の部品のうちで大きな部品が第一面側に集めて実装されることになり、第一面の裏側の部品の突出量を抑えることができる。したがって、装置を小型化することが更に容易になる。また、スイッチング素子がケースの対向面に接触するように配置された状態で、主回路基板がケースに固定されているため、スイッチング素子が発する熱を、冷却手段を有するケースに伝導して確実に冷却することができる。

ここで、前記ケースの前記対向面は、前記スイッチング素子以外の部品が接しないように、前記主回路基板の前記第一面に実装される各部品の高さに応じた階段状に形成されていると好適である。

この構成によれば、ケースの対向面がスイッチング素子以外の部品が接しないように形成されているので、スイッチング素子を確実に冷却できる構造としつつ、このスイッチング素子以外にディスクリート部品等が第一面に実装された主回路基板を、ケースに適切に取り付けることができる。また、ケースの対向面が、主回路基板の第一面に実装される各部品の高さに応じた階段状に形成されているため、ケースの外形を大型化することなく可能な限りケース体積を大きくすることができる。したがって、スイッチング素子が発する熱が伝導されるケースの熱容量を確保し、冷却性能を高めることが可能となる。

また、前記ケースは、前記冷却手段として、前記対向面の裏側の対向外面に立設された複数の放熱フィンを備えていると好適である。

ケースの冷却手段として、この他にも冷媒を通すための冷媒流路をケース内に形成した構成等を採用することも可能である。但し、この放熱フィンを備える構成によれば、ケースを比較的軽量で低コストの構成とすることが可能となる。

また、前記複数の放熱フィンは、前記対向面の前記スイッチング素子が接触している領域の裏側部分では前記対向外面からの高さが高く、他の領域では前記対向外面からの高さが低く形成されていると好適である。

この構成によれば、冷却を必要とするスイッチング素子の近傍において、放熱フィンの表面積を大きくすることができるため、より効率的にスイッチング素子の冷却を行うことが可能となる。

また、前記ケースの前記対向外面は、前記対向面の前記スイッチング素子が接触している領域の裏側部分が他の領域に対して前記主回路基板側に位置するように階段状に形成され、前記複数の放熱フィンの先端部が同一平面上に位置するように形成されていると好適である。

この構成によれば、放熱フィンの先端部が凹凸状に配置されることを防止しつつ、主回路基板の第一面に実装されている部品の高さに応じたケースの対向面の形状を利用して、放熱フィンを、対向面のスイッチング素子が接触している領域の裏側部分では対向外面からの高さが高く、他の領域では対向外面からの高さが低くなるように形成することができる。したがって、ケースの外形を平面的なものとして搭載性を高めつつ、冷却を必要とするスイッチング素子の近傍において放熱フィンの表面積を大きくして効率的なスイッチング素子の冷却を行うことが可能となる。

ここで、スイッチング素子は、単独で主回路基板に実装されるものであってもよいが、複数の素子が金属ベース上に載置されて一体化されたモジュール構造とされている構造とされていても好適である。

この構成によれば、スイッチング素子を保護することが容易であるとともに、金属ベースがケースの対向面に接触するように配置することにより、金属ベース上の複数の素子の冷却を適切に行うことが可能となる。

また、前記主回路基板は、インバータ回路を構成するディスクリート部品として、例えば、コンデンサ、コネクタ、及び電流センサを備える。

この場合において、前記スイッチング素子の前記主回路基板の実装面からの高さは、前記コンデンサ、前記コネクタ、及び前記電流センサのそれぞれの前記主回路基板の実装面からの高さよりも低いか略同じとすることができる。

このような構成とした場合、ケースの対向面は、スイッチング素子以外のコンデンサ、コネクタ、及び電流センサが接しないように、スイッチング素子が接触している領域が、それ以外の領域に対して主回路基板側に位置するように階段状に形成される。したがって、このようなケースの対向面の形状を利用して、放熱フィンを、対向面のスイッチング素子が接触している領域の裏側部分では対向外面からの高さが高く、他の領域では対向外面からの高さが低くなるように形成することが容易となる。

また、前記スイッチング素子は、前記主回路基板上において前記コンデンサと前記電流センサとの間に配置されていると好適である。

この構成によれば、スイッチング素子が、主回路基板上におけるコンデンサと電流センサとの間の中央側に配置されることになる。そして、スイッチング素子はケースの対向面に接触するように配置されるため、主回路基板の中央側の領域がスイッチング素子を介してケースに支持されることになる。したがって、たわみ抑制用のブラケット等の部材を備えることなく、主回路基板の中央側のたわみを抑制することができる。

また、前記コネクタは、前記主回路基板に実装される側とは反対側の面に支持用凹部を備え、前記主回路基板が前記ケースに固定された状態で、前記ケースの前記対向面に突出形成された支持用凸部が前記支持用凹部に挿入される構成とすると好適である。

この構成によれば、主回路基板がケースに固定された状態で、コネクタが主回路基板とケースの支持用凸部の双方により支持されるため、コネクタに力が作用した場合であってもコネクタと主回路基板との電気的接続部が破損することを抑制できる。

また、前記対向面の前記スイッチング素子が接触している領域に凹部が設けられ、この凹部内に前記スイッチング素子の温度を検出するための温度センサが配置されていると好適である。

この構成によれば、スイッチング素子の温度を適切に検出できる位置に温度センサを配置できるとともに、当該温度センサを配置するためにケースの対向面又は主回路基板の面積を拡大する必要がないので装置を小型化することができる。

また、前記ケースは、前記対向面の周縁に沿って立設された周壁部を備えるとともに、この周壁部の端面よりも前記対向面側に引退した位置に、前記主回路基板を載置して固定するための固定座を備えていると好適である。

この構成によれば、主回路基板をケースの周壁部内の適切な位置に配置して固定することができる。また、この主回路基板を固定するための固定座が周壁部の端面よりも対向面側に引退した位置に設けられているため、主回路基板を周壁部の端面よりも対向面側に引退した位置に配置することが可能となる。これにより、主回路基板が周壁部により周囲を囲まれて保護される状態となるため、製造時における主回路基板の破損等を抑制できる。

また、インバータ装置は、前記主回路基板の前記第一面の裏側の第二面側を覆うように前記ケースに固定されるカバーケースを更に備えると好適である。

この構成によれば、主回路基板をケース及びカバーケースの内側に収納して保護することができる。また、ケースに伝導されたスイッチング素子からの熱が、更にカバーケースにも伝導されることになるので、スイッチング素子の冷却性能を更に高めることができる。

また、前記カバーケースの内面には、前記スイッチング素子の制御回路を有する制御基板が固定されている構成とすると好適である。

この構成によれば、制御基板を支持するためにブラケット等の部材が必要なく、制御基板を内面に固定したカバーケースを、ケースに固定することにより、制御基板を適切に支持することができる。したがって、装置を小型化することが更に容易になる。

また、前記カバーケースは、前記主回路基板の前記第二面側を覆うカバー面と、このカバー面の周縁に沿って立設されたカバー周壁部とを備え、前記カバー周壁部の端面が、前記対向面の周縁に沿って立設された前記ケースの周壁部の端面と当接するように形成されている構成とすると好適である。

この構成によれば、主回路基板及び制御基板を、ケースの対向面及び周壁部、並びにカバーケースのカバー面及びカバー周壁部により囲まれる空間内に収納して保護することができる。また、この際、ケースの周壁部とカバーケースのカバー周壁部とのそれぞれの高さを適切に設定することにより、主回路基板をケースの周壁部内に収め、制御基板をカバーケースのカバー周壁部内に収め、主回路基板及び制御基板の双方を保護して製造時における破損等を抑制できる。更に、主回路基板のスイッチング素子の発熱量、及び制御基板に実装される部品の発熱量の双方に応じて、ケースの周壁部とカバーケースのカバー周壁部とのそれぞれの高さを適切に設定することにより、主回路基板からの熱が伝導されるケースの熱容量と制御基板からの熱が伝導されるカバーケースの熱容量のバランスを適切に設定することが可能となる。これにより、主回路基板及び制御基板のそれぞれに対する冷却性のバランスを適切に設定し、主回路基板及び制御基板の双方の冷却を適切に行うことが可能となる。

以下、ハイブリッド車両や電動車両等に用いるような大きな出力のモータを駆動するためのインバータ装置に本発明を適用する場合を例として、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態において、インバータ装置は、内部に回路基板を内包したインバータボックスの形態で提供される。

〔インバータボックスの概要〕
図１は、本発明のインバータ装置に係るインバータボックス３の外観図である。図２は、インバータボックス３の長手方向の断面図である。インバータボックス３は、図中において符号１及び２で示される２つのケースを有して構成されている。符号１で示される一方のケースは、インバータ回路を構成する複数の部品が実装された主回路基板１００が収納されるケースである。以下、主基板ケース１と略称する。符号２で示される他方のケースは、制御回路を構成する複数の部品が実装された制御回路基板２００が収納されるケースである。以下、制御基板ケース２と略称する。この制御基板ケース２が本願における「カバーケース」に相当する。主基板ケース１及び制御基板ケース２は、熱伝導性に優れたアルミニウムなどの金属によって構成される。

図３は、主基板ケース１への主回路基板１００の収納形態を示す斜視図である。図４は、主回路基板１００の上面図である。インバータ回路を中核とする主回路を構成する複数の部品のうち、少なくともスイッチング素子及びディスクリート部品は、主回路基板１００の片側の第一面に実装され、チップ抵抗器、チップコンデンサなどの表面実装部品は第一面の裏面の第二面に実装される。以下、便宜上、当該第一面をリフロー面１０１（部品面）、当該第二面をフロー面１０２（半田面）と称する。尚、チップ抵抗器、チップコンデンサなどの表面実装部品の一部はリフロー面にも実装されてよい。図２、図３、図４においては、チップ抵抗器、チップコンデンサなどの表面実装部品は省略している。

主回路基板１００は、リフロー面１０１が主基板ケース１の内側の所定の対向面１０に対向するとともに、スイッチング素子としてのＩＰＭ（intelligent power module）１３０が対向面１０に接触するように配置された状態で、主基板ケース１に固定される。詳細は、後述する。

図５は、制御基板ケース２への制御回路基板２００の収納形態を示す斜視図である。制御回路を構成する複数の部品のうち少なくともチップＩＣ及びディスクリート部品は、制御回路基板２００の片側の第一面に実装され、チップ抵抗器、チップコンデンサなどの表面実装部品は第一面の裏面の第二面に実装される。以下、便宜上、当該第一面をリフロー面２０１（部品面）、当該第二面をフロー面２０２（半田面）と称する。尚、チップ抵抗器、チップコンデンサなどの表面実装部品の一部はリフロー面にも実装されてよい。図５においては、チップ抵抗器、チップコンデンサなどの表面実装部品は省略している。そして、図２からも判明するように、主基板ケース１と制御基板ケース２とが一体化された組み付け状態で、主回路基板１００の部品面１０１と、制御回路基板２００の部品面２０１とは、同一方向（図２の下方向）を向く構成が採用されている。

制御回路基板２００は、フロー面２０２が制御基板ケース２の内側の対向面２０に対向するように制御基板ケース２に収納される。この対向面２０が本願における「カバー面」となる。そして、制御回路基板２００のリフロー面２０１に実装された発熱素子（スイッチング素子）２２１の裏面、即ちフロー面２０２側が、対向面２０に設けられた突出座部２１に接触する状態で、制御基板ケース２に固定される。詳細は、後述する。

〔回路の概要〕
ここで、主回路基板１００の上に構築される主回路、制御回路基板２００の上に構築される制御回路の概要について説明する。図６は、主回路の構成を模式的に示すブロック図であり、図７は、制御回路の構成を模式的に示すブロック図である。

〔主回路基板〕
初めに図６を参照して主回路の構成について説明する。主回路には、モータ４を駆動するためのモータ駆動回路が構成されており、その中核はインバータを構成するブリッジ回路である。主回路は、主回路への電源入力用の第１コネクタ１１０と、電源平滑用コンデンサ１２０と、ＩＰＭ１３０と、電流センサ１４０と、モータ駆動電流出力用の第２コネクタ１５０と、制御回路基板２００との連結用コネクタ１１５とを有して構成される。本実施形態においては、２つのモータ４を独立して駆動することが可能なように、独立した２系統のモータ駆動回路が主回路基板１００に構成されている。電源入力用の第１コネクタ１１０と電源平滑用コンデンサ１２０とは２系統のモータ駆動回路により共通して用いられるが、ＩＰＭ１３０と、電流センサ１４０と、モータ駆動電流出力用の第２コネクタ１５０と、連結用コネクタ１１５とは、それぞれのモータ駆動回路が独立に有している。

２端子の電源入力用の第１コネクタ１１０は、車両のバッテリーなどの電源部６と接続され、主回路基板１００に高圧直流電源を供給する。電源平滑用コンデンサ１２０は、フィルムコンデンサや電解コンデンサなどを用いて構成される高耐圧、大容量のコンデンサである。本実施形態では、図３や図４に示されるように、２系統のモータ駆動回路の複数個（本実施形態では６個）のコンデンサを用いて構成される。６つのコンデンサは、並列接続されることにより、それぞれのモータ駆動回路上において大容量の１つのコンデンサとして機能し、電源電圧を安定化させる。

ＩＰＭ１３０は、本実施形態において主回路基板１００に実装されるスイッチング素子に相当する。ＩＰＭ１３０は、後述するように複数の素子が金属ベース上に載置されて一体化されたモジュール構造を有している。ＩＰＭ１３０には、直流を３相交流に変換するインバータがブリッジ回路として構成されている。ブリッジ回路は、図６に示すように、６つのパワートランジスタ、各トランジスタに並列接続されるフライホイールダイオードを用いて構成される。パワートランジスタは、バイポーラ型、電界効果型、ＭＯＳ型など種々の構造のものを使用することが可能であるが、本実施形態ではＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）が用いられる。また、ＩＰＭ１３０には、当該ブリッジ回路のトランジスタを駆動するためのドライバ回路をはじめ、短絡防止回路、低電圧ロックアウト回路、過電流防止回路、過熱防止回路などの周辺回路も構成されている。このように、ＩＰＭ１３０は、主回路の中核機能のほとんどを備えて構成される。

ＩＰＭ１３０は、銅ベース１３１などの金属ベース上にインバータを構成するＩＧＢＴやダイオードが載置され、上記周辺回路が構成された周辺回路基板と共に一体化される。図２及び図３に示されるように、銅ベース１３１は、ＩＰＭ１３０のパッケージから露出しており、外部のヒートシンク（冷却手段）に接触可能である。本実施形態では、主基板ケース１がヒートシンクとして機能し、銅ベース１３１は主基板ケース１の対向面１０に接触させられる。この際、接触面積を増やし、熱抵抗を下げるために、銅ベース１３１と対向面１０との間には、シリコングリスが塗布される。そして、銅ベース１３１が主基板ケース１の対向面１０に接触するように配置された状態で、主回路基板１００が主基板ケース１に固定される。詳細は後述するが、主基板ケース１には放熱フィン３１が形成されており、積極的にヒートシンクとして活用される。

図６に示すように、ＩＰＭ１３０からは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のモータ駆動電流が出力される。これらのモータ駆動電流は、モータ駆動電流出力用の第２コネクタ１５０を介してモータ４へと出力される。第２コネクタ１５０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した３端子を有しており、それぞれの端子は不図示の配線ケーブルを介してモータ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルと接続される。

モータ駆動電流の各相の出力線には、各ステータコイルの各相に流れる電流（モータ電流）と同じ大きさの電流が流れる。電流センサ１４０は、主回路基板１００上において、モータ電流を検出する。本実施形態においては、３相の内の２相の電流が電流センサ１４０によって測定される。３相のモータ電流は平衡状態にあり、それらの総和は零であるので、３相の内の２相の電流が検出されれば、残りの１相の電流は計算によって求めることができる。本実施形態では、この計算は制御回路において行われる。

連結用コネクタ１１５は、主回路基板１００と制御回路基板２００とを連結用ハーネス９を介して相互に連結するコネクタである。ＩＰＭ１３０のインバータを構成するＩＧＢＴは、制御回路から出力されるインバータ駆動信号を、ドライバ回路を経由して入力されてスイッチングする。６つのＩＧＢＴを駆動するインバータ駆動信号は、連結用ハーネス９及び連結用コネクタ１１５を介して制御回路基板２００から主回路基板１００へと伝達される。また、制御回路基板２００からは、連結用コネクタ１１５を介して、センサ用電源が主回路基板１００に供給される。このセンサ用電源は上述した電流センサ１４０の駆動に用いられる。そして、電流センサ１４０の検出結果は、連結用コネクタ１１５及び連結用ハーネス９を介して制御回路に伝達される。

以上、主回路基板１００に搭載される主回路の主要な機能について説明した。上述したように、電源電圧の入力からモータ駆動電流の出力に際しては、第１コネクタ１１０、平滑用コンデンサ１２０、ＩＰＭ１３０、電流センサ１４０、第２コネクタ１５０の経路で信号処理が進行する。図４を参照すれば、この信号処理の進行に沿って主回路基板１００のリフロー面１０１に平行な一方向、本例では、略長方形の平面形状を有する主回路基板１００の長手方向に沿って、図における左から右に向かって、第１コネクタ１１０、平滑用コンデンサ１２０、ＩＰＭ１３０、電流センサ１４０、第２コネクタ１５０の順に配置されていることがわかる。

また、制御回路から出力されるインバータ駆動信号からモータ駆動電流の出力に際しては、連結用コネクタ１１５、平滑用コンデンサ１２０、ＩＰＭ１３０、電流センサ１４０、第２コネクタ１５０の経路で信号処理が進行する。図４を参照すれば、この信号処理の進行に沿って主回路基板１００のリフロー面１０１に平行な一方向、本例では、略長方形の平面形状を有する主回路基板１００の長手方向に沿って、図における左から右に向かって、連結用コネクタ１１５、平滑用コンデンサ１２０、ＩＰＭ１３０、電流センサ１４０、第２コネクタ１５０の順に配置されていることがわかる。

主回路基板１００に実装される部品の中で最も発熱量が多い部品はＩＰＭ１３０である。ＩＰＭ１３０は、信号の流れを妨げることなく、最も高い放熱効果が得られる主回路基板１００の中央部に配置されている。

〔制御回路基板〕
次に図７を参照して制御回路の構成について説明する。制御回路基板２００には、車両の運行を制御するＥＣＵ（electronic control unit）７などから通信によって取得する指令（外部指令）に従って、モータ４を制御する制御回路が構成されている。制御回路は、モータ４を制御するために主回路のインバータを駆動するインバータ駆動信号を生成する制御部２４０を中核として構成されている。また、制御回路には、モータ４の動作状態に応じたフィードバック制御を実行するためにモータの挙動を検出する回転検出センサや主回路基板１００の電流センサ１４０を駆動するための駆動電圧を生成するレギュレータ回路２２０、２３０も構成されている。制御部２４０は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）などを中核部品として構成される。

制御回路は、電源部６からの電源入力用の第３コネクタ２１０と、±１５Ｖ電源生成用の第１レギュレータ回路２２０と、５Ｖ電源生成用の第２レギュレータ回路２３０と、制御部２４０と、回転検出センサとして機能するレゾルバ５への接続用の第４コネクタ２５０と、主回路基板１００との連結用コネクタ２１５と、温度センサ接続用コネクタ２２５とを有して構成される。温度センサについては後述するが、図３に示すように温度センサ８１は、主基板ケース１に温度センサアッセンブリ８として設置され、ＩＰＭ１３０の温度を測定する。

上述したように、主回路基板１００には２つのモータ４を独立して駆動可能に２系統のモータ駆動回路が構成されている。制御回路基板２００もまた、２つのモータ４及び主回路基板１００の２系統のモータ駆動回路に対応して、共通化可能な回路を除き、２系統の制御回路が構成されている。例えば、２つのモータ４に対応して、２つのレゾルバ５が備えられるので、第４コネクタ２５０は２つ設けられる。また、主回路基板１００の２系統のモータ駆動回路を独立して制御するため、連結用コネクタ２１５も２つ設けられる。連結用コネクタ２１５は上述したように、主回路基板１００の連結用コネクタ１１５と連結用ハーネス９で接続される。尚、制御部２４０についても、主回路基板１００の２系統のモータ駆動回路を独立して制御するため、機能的には２系統設けられる。但し、例えば１つのマイクロコンピュータをプログラムによって２系統の制御部として機能させてもよく、必ずしも制御回路基板２００上において２つ設けられる必要はない。

電源入力用の第３コネクタ２１０は、車両のバッテリーなどの電源部６と接続され、制御回路基板２００に例えば電圧１２Ｖの電源を供給する。上述したように、電源部６はこの電圧１２Ｖよりもさらに高圧のバッテリーを備えているが、電源部６のＤＣ−ＤＣコンバータなどにより電圧変換され、制御回路基板２００へは直流１２Ｖ電源が供給される。

第１レギュレータ回路２２０は、第３コネクタ２１０を介して供給された１２Ｖ電源から±１５Ｖ電源を生成する。第１レギュレータ回路２２０は、レギュレータＩＣ又はパワートランジスタなどのスイッチング素子を中核部品として構成される。本実施形態ではパワートランジスタが用いられる。生成された±１５Ｖ電源は、連結用コネクタ２１５を介して主回路基板１００の電流センサ１４０へ供給され、電流センサ１４０の駆動電源となる。また、第４コネクタ２５０を介してレゾルバ５へ供給され、レゾルバ２５０の駆動電源となる。

電流センサ１４０及びレゾルバ５の駆動電流は比較的大きいため、第１レギュレータ回路２２０を構成するレギュレータＩＣやパワートランジスタには電流容量の大きい素子が用いられる。このため、レギュレータＩＣやパワートランジスタは過熱し易い発熱素子（発熱部品の一例）となり、放熱手段も講じられる。図５に示すように、制御基板ケース２の内側の対抗面２０には突出座部２１が設けられ、制御回路基板２００のリフロー面２０１に実装されるパワートランジスタ２２１（発熱部品）の実装位置に対応するフロー面２０２において、この突出座部２１が接触する。パワートランジスタ２２１の発する熱は、制御回路基板２００、突出座部２１を介して制御基板ケース２へと放熱される。つまり、制御基板ケース２は、ヒートシンクとして機能する。詳細については後述する。

第２レギュレータ回路２３０は、第３コネクタ２１０を介して供給された１２Ｖ電源から５Ｖ電源を生成する。第２レギュレータ回路２３０は、レギュレータＩＣ又はパワートランジスタを用いて構成される。生成された５Ｖ電源は、制御部２４０の駆動電源となる。上述したように、制御部２４０は、マイクロコンピュータなどを用いて構成されるので、消費電流は比較的少ない。第２レギュレータ回路２３０を構成するレギュレータＩＣやパワートランジスタには第１レギュレータ回路２２０に比べて電流容量の小さい素子が用いられる。

制御部２４０は、ＥＣＵ７とＣＡＮ（controller area network）を介して通信し、モータ４の制御指令を受け取ってインバータ駆動信号を生成する。そして、制御部２４０は、生成したインバータ駆動信号を連結用コネクタ２１５及び連結用ハーネス９を介して主回路基板１００へと出力する。制御部２４０は、インバータ駆動信号の生成に当たって、電流センサ１４０の検出結果、レゾルバ５の検出結果、及び温度センサ８１の検出結果をフィードバック情報として利用する。温度センサ８１は、例えばサーミスタを用いて構成されており、ＩＰＭ１３０と主基板ケース１との接触部の温度を測定する。温度センサ８１は、主基板ケース１へボルト止めされる係止部８３、制御回路基板２００と温度センサ８１とを接続する接続用ハーネス８２と共に温度センサアッセンブリ８として構成される（図３参照）。接続用ハーネス８２は、制御回路基板２００の温度センサ接続用コネクタ２２５に接続される。そして、温度センサ８１による測定結果は、制御部２４０へと入力される。

〔インバータボックスの詳細と組み立て手順〕
上述したように、インバータボックス３は、主回路基板１００、主基板ケース１、制御回路基板２００、制御基板ケース２、連結用ハーネス９、温度センサアッセンブリ８、及びボルトなどの固定用部材によって構成される。以下、インバータボックス３のより詳細な構成を組み立て手順に沿って説明する。

〔回路基板の組み立て〕
主回路基板１００及び制御回路基板２００については、ベアボードへの部品実装が必要であるので、始めに基板の組み立てについて説明する。

主回路基板１００は、リフロー面１０１に半田を塗布し、表面実装部品を配置し、リフロー炉を通過させる公知のリフロー工程により、リフロー面１０１に表面実装部品を実装される。尚、リフロー面１０１に実装される部品がディスクリート部品のみの場合などでは、リフロー工程を実施することなく、下記に示す公知のフロー工程が実施される。本実施形態においては、主回路基板１００のリフロー面１０１に搭載される第１コネクタ１１０と、電源平滑用コンデンサ１２０と、ＩＰＭ１３０と、電流センサ１４０と、第２コネクタ１５０と、連結用コネクタ１１５との全てが全てディスクリート部品であるため、リフロー工程を実施することなく、下記フロー工程が実施される。

フロー工程は以下のように実施される。まず、フロー面１０２に接着材を用いて表面実装部品を配置し、硬化炉において接着材を硬化させる。続いて、リフロー面１０１の側から、第１コネクタ１１０、連結用コネクタ１１５、コンデンサ１２０、ＩＰＭ１３０、電流センサ１４０、第２コネクタ１５０などのディスクリート部品を挿入し、フロー炉を通過させる。これにより、フロー面１０２の表面実装部品及びリフロー面のディスクリート部品が半田付けされる。尚、フロー面１０２の半田付けは、上述したような全面フロー溶接に限定されることなく、リフロー溶接及びスポットフロー溶接を組み合わせて実施してもよい。つまり、フロー面１０２に実装される表面実装部品をリフロー溶接したのち、リフロー面１０１の側からディスクリート部品を挿入し、当該ディスクリート部品のリードをスポットフロー溶接してもよい。以上、リフロー工程及びフロー工程を実施することにより、中間アッセンブリとしての主回路基板１００が組み立てられる。

制御回路基板２００についても、リフロー工程及びフロー工程を実施することにより、中間アッセンブリとして組み立てられる。尚、制御回路基板２００のフロー工程は、スポットフロー溶接により実施される。制御回路基板２００のリフロー面２０１には、表面実装部品も搭載されるので、はじめにリフロー工程が実施される。制御回路基板２００のフロー面２０２にも表面実装部品が実装されるので、本実施形態では、フロー面２０２の表面実装部品も基板に配置されて、両面同時にリフロー溶接される。この際、リフロー溶接の際に下方を向く少なくとも一方の面の表面実装部品は、上記リフロー工程の説明において述べたように、接着剤を用いて基板に接着される。制御回路基板２００のリフロー面２０１に実装されるディスクリート部品は、第３コネクタ２１０、連結用コネクタ２１５、第４コネクタ２５０、コンデンサ２２９などである（図５参照）。これらのディスクリート部品は、スポットフロー溶接によって半田付けされる。尚、制御回路基板２００に実装されるコンデンサ２２９は、主回路基板１００に実装されるコンデンサ１２０よりも小容量であるため、表面実装部品を用いてもよい。

このように、本実施形態における基板は、自動化が容易な簡潔な工程により、インバータボックス３の組み立てとは完全に独立して組み立てることが可能である。つまり、それぞれの基板の組み立てを分業することもできるので生産リードタイムを短縮することができる。また、後述するように、主回路及び制御回路を構成する複数の部品が基板に実装されてそれぞれ一体化され、これらの基板がケースに固定されて、インバータボックス３が形成される。従って、製造時に各部品をケースや、ケースに取り付けられた基板に対して取り付けるという作業が不要となる。このような作業は煩雑な手作業となる可能性が高いが、本構成によれば製造時の組付け工程を大きく簡略化することができる。また、複数の部品のケースへの取り付けや部品間の電気的接続のためにインバータボックス内に設けられる作業スペースが不要となるため、主回路及び制御回路を構成する複数の部品を効率的に収納してインバータボックス３を小型化することができる。

主回路基板１００及び制御回路基板２００が組み立てられると、インバータボックス３を構成する部品及び中間アッセンブリである、主回路基板１００、主基板ケース１、制御回路基板２００、制御基板ケース２、連結用ハーネス９、温度センサアッセンブリ８が全て揃う。これら部品及び中間アッセンブリを組み付けることによってインバータボックス３が組み立てられる。以下、基板とケースとの組み立て、及び２つのケース同士の組み立て形態を示す断面図である図８も用いて、インバータボックス３の組み立てについて詳述する。

〔主基板ケースアッセンブリ〕
始めに、主基板ケース１と主回路基板１００とを組み立てて主基板ケースアッセンブリ１Ａを構成する工程について説明する。説明に先立って、主基板ケース１の構造について説明する。

上述したように、主基板ケース１は、ＩＰＭ１３０に対する冷却手段を有し、主回路基板１００を収納するケースである。図３に示すように、主回路基板１００のリフロー面１０１が対向し、ＩＰＭ１３０の銅ベース１３１が接触する対向面１０（１１〜１４）が、主基板ケース１の内側に形成されている。この対向面１０（１１〜１４）は、ＩＰＭ１３０以外の部品が接することがないように、主回路基板１００のリフロー面１０１に実装される各部品の高さに応じた階段状に形成されている（図２、図３、図８参照。）。図８等より明らかなように、主回路基板１００の実装面であるリフロー面１０１からのＩＰＭ１３０の高さは、第１コネクタ１１０、コンデンサ１２０、電流センサ１４０、及び第２コネクタ１５０のそれぞれのリフロー面１０１からの高さよりも低いか略同じである。図示の例では、これらの部品の中で、第１コネクタ１１０及び第２コネクタ１５０のリフロー面１０１からの高さが最も高く、次に、コンデンサ１２０の高さが高い。ＩＰＭ１３０のリフロー面１０１からの高さは、これらの部品の中で最も低く、電流センサ１４０は、ＩＰＭ１３０と略同じ高さである。したがって、対向面１０（１１〜１４）は、これらの各部品の高さに応じて、ＩＰＭ１３０に対向する領域１２が最も高く（主回路基板１００に近く）、電流センサ１４０に対向する領域１３がその次に高く、第１コネクタ１１０に対向する領域１１及び第２コネクタ１５０に対向する領域１４が最も低くなるような階段状に形成されている。

なお、上記のとおり、これらの部品は、主回路基板１００のリフロー面１０１に平行な一方向（具体的には、略長方形の平面形状を有する主回路基板１００の長手方向）に沿って、第１コネクタ１１０、平滑用コンデンサ１２０、ＩＰＭ１３０、電流センサ１４０、第２コネクタ１５０の順に配置されている。したがって、これらの部品は、主回路基板１００の前記一方向に沿って基板中央側が低く、基板両端側へ向かうに従って高くなるように配置されていることになる。よって、対向面１０（１１〜１４）は、このような各部品の高さに応じて、主回路基板１００の前記一方向に沿って基板中央側が低く、基板両端側へ向かうに従って低くなるような階段状に形成されていることになる。このように対向面１０が階段状に形成されると、ＩＰＭ１３０に対向する領域１２の肉厚は、他の部品に対向する領域１１、１３、１４に比べて厚くなる。このため、ＩＰＭ１３０と対向する領域１２における主基板ケース１の熱容量は他の領域１１、１３、１４に比べて大きくなり、ＩＰＭ１３０は冷却手段として好適な構造となる。

また、主基板ケース１には、冷却手段として対向面１０の裏側の対向外面３０に立設された複数の放熱フィン３１が備えられている。複数の放熱フィン３１は、対向面１０のＩＰＭ１３０が接触している領域１２の裏側部分では対向外面３０からの高さが高く、他の領域１１、１３、１４では対向外面３０からの高さが低く形成されている。これにより、冷却を必要とするＩＰＭ１３０の近傍において、放熱フィン３１の表面積を大きくすることができるため、より効率的にＩＰＭ１３０の冷却を行うことが可能となる。

また、主基板ケース１は、複数の放熱フィン３１の先端部が同一平面上に位置するように形成されている。また、対向面１０の裏側部分である対向外面３０（隣接する放熱フィン３１により形成される谷部の底）は、階段状に形成される。具体的には、対向外面３０は、対向面１０のＩＰＭ１３０が接触している領域１２の裏側部分（谷部）が他の領域１１、１３、１４の裏側部分（谷部）に対して主回路基板１００側に位置するように階段状に形成される。

この構成により、放熱フィン３１の先端部が凹凸状に配置されることを防止しつつ、対向面１０の各領域１１〜１４ごとに放熱フィン３１の高さ（深さ）を異ならせる。つまり、主回路基板１００のリフロー面に実装されている部品の高さに応じた主基板ケース１の対向面１０の形状を利用して、放熱フィン３１を、対向面１０のＩＰＭ１３０が接触している領域１２の裏側部分では対向外面３０からの高さが高く、他の領域１１、１３、１４では対向外面３０からの高さが低くなるように形成する。これにより、主基板ケース１の外形を平面的なものとして、車両等への搭載性を高めつつ、冷却を必要とするＩＰＭ１３０の近傍において放熱フィン３１の表面積を大きくして効率的にＩＰＭ１３０を冷却することが可能となる。

ＩＰＭ１３０の銅ベース１３１を含む側には、貫通孔１３３を有するフランジ部が形成されている。ＩＰＭ１３０を主回路基板１００に実装した状態において、主回路基板１００の貫通孔１３３の位置に対応する部分には、ＩＰＭ１３０の貫通孔１３３よりも大径の貫通孔１０７が形成されている（図３、図８等）。また、主基板ケース１の対向面１０の領域１２にＩＰＭ１３０が接触する状態において、対向面１０の貫通孔１３３の位置に対応する部分には、雌ネジ１６が形成されている。ＩＰＭ１３０の銅ベース１３１面にシリコングリスを塗布し、領域１２とＩＰＭ１３０の銅ベース１３１とを接触させ、基板の貫通孔１０７を介して、ＩＰＭ１３０の貫通孔１３３へボルト１６Ｂを挿入し、このボルト１６Ｂと雌ネジ１６とを締結する。主回路基板１００の貫通孔１０７は、ボルト１６Ｂの座部より大径であるので、ボルト１６Ｂが貫通する。ＩＰＭ１３０の貫通孔１３３は、ボルト１６Ｂの軸径よりは大径であるが座部よりは小径であるので、座部がフランジ部に係止される。この状態でボルト１６Ｂと雌ネジ１６とを締結することにより、ＩＰＭ１３０と対向面１０の領域１２とが密着される。尚、シリコングリスは、ＩＰＭ１３０の銅ベース１３１面ではなく、対向面１０の領域１２に塗布されてもよい。

対向面１０のＩＰＭ１３０が接触する領域１２には、図３に示すように溝状の凹部１８が形成されている。この凹部１８は、対向面１０のＩＰＭ１３０に対向する領域１２の略中央部に設けられた円柱状の縦穴１８ａと、この縦穴１８ａの側壁から階段状に形成された対向面１０の段差部（本例では領域１１との間の段差部）に向かって延伸する溝１８ｂとにより構成されている。そして、縦穴１８ａの底部には雌ネジ１８ｃが形成されている。この凹部１８には、温度センサアッセンブリ８が対向面１０から突出しないように収納される。温度センサアッセンブリ８は、接続用ハーネス８２の一方の先端部に温度センサ８１を有し、最先端部に円環状またはＹ字状の係止部８３を有している。温度センサアッセンブリ８の不図示の他方の先端部には、制御回路基板２００の接続用コネクタ２２５に嵌合するプラグ（不図示）が備えられている。温度センサアッセンブリ８は、係止部８３を縦穴１８ａに、温度センサ８１及び接続用ハーネス８２を溝１８ｂに配置することによって凹部１８の内部に収納される。そして、縦穴１８ａにおいて係止部８３を雌ネジ１８ｃとボルト１８Ｂにより締結することによって、温度センサアッセンブリ８が主基板ケース１に固定される。温度センサアッセンブリ８のプラグを有する他方の端部は、２つの連結用コネクタ１１５の何れかの側へ偏向させて、主基板ケース１の外側へ延伸される。制御回路基板２００との接続については後述する。

この構成により、ＩＰＭ１３０の温度を適切に検出できる位置に温度センサ８１を配置することができる。また、温度センサ８１を配置するために主基板ケース１の対向面１０又は主回路基板１００の面積を拡大する必要がないのでインバータボックス３を小型化することができる。

主基板ケース１への温度センサアッセンブリ８の取り付けが終わると、次に主回路基板１００が主基板ケース１へ収納される。主回路基板１００の収納に先立ち、主回路基板１００の２つの連結用コネクタ１１５にそれぞれ連結用ハーネス９の一端が接続される。連結用コネクタ１１５は、ストレートタイプのコネクタであり、連結用ハーネス９のプラグの長さと合わせて、基板面の鉛直方向へのスペースが必要である。しかし、上述したように、主基板ケース１の対向面１０は、ＩＰＭ１３０以外の部品が接することがないように、階段状に形成されている。連結用コネクタ１１５は発熱体ではないため、連結用コネクタ１１５が対向する対向面１０の領域１１は、主基板ケース１の肉厚が薄くてもよく、充分にスペースが確保される。

ここで、連結用コネクタ１１５にアングルタイプのコネクタが使用されると、基板面の水平方向、つまり面方向にスペースが必要となる。連結用ハーネス９のプラグ部分や、プラグから延伸するハーネスが通る部分には事実上、部品実装ができないため、主制御基板１００を無駄に大きくする必要が生じる。しかし、本実施形態のようにストレートタイプのコネクタを利用することにより、そのような問題を生じることなく効率的に主基板ケース１のスペースを活用することができる。

主回路基板１００は、ＩＰＭ１３０やその他のディスクリート部品が実装されたリフロー面１０１が主基板ケース１の対向面１０に対向する向きで主基板ケース１に収納される。第１コネクタ１１０及び第２コネクタ１５０は、主回路基板１００に実装される側とは反対側の面、即ちコネクタの天面に支持用凹部１１１及び１５１を備える（図８等）。一方、主基板ケース１の対向面１０には、支持用凸部５１及び５２が突出形成されている（図３、図８等）。主回路基板１００が主基板ケース１に固定される状態において、支持用凸部５１及び５２は支持用凹部１１１及び１５１に挿入される（図２、図８等）。

この支持用凸部５１及び５２と、支持用凹部１１１及び１５１とを有することにより、主回路基板１００を主基板ケース１にセットする際に良好に位置決めを行うことができる。また、主回路基板１００が主基板ケース１に固定された状態で、コネクタ１１０及び１５０が主回路基板１００と主基板ケース１の支持用凸部５１及び５２の双方により支持される。従って、配線ケーブルの挿抜など、コネクタ１１０及び１５０に力が作用した場合であってもコネクタ１１０及び１５０と主回路基板１００との電気的接続部が破損することを抑制できる。

主基板ケース１は、対向面１０の周縁に沿って立設された周壁部５０を備える。そして、主基板ケース１は、この周壁部５０の端面５０ａよりも対向面１０の側に引退した位置に端面５５ａを有する複数の固定座５５を備える。これら固定座５５は、雌ネジを形成され主基板ケース１の四隅に設けられ、主回路基板１００は、その角部においてこれら固定座５５に載置される。主回路基板１００の４つの角部にはそれぞれ貫通孔１０５が形成され、固定座５５にボルト５５Ｂにより固定される。この際、上述したように、ＩＰＭ１３０と対向面１０の領域１２とがボルト１６Ｂにより締結される。

このように、主回路基板１００は、主基板ケース１の周壁部５０内の適切な位置に配置されて固定される。ここで、固定座５５の端面５５ａは、周壁部５０の端面５０ａに対して少なくとも主回路基板１００の厚み分、引退していると好適である。このようにすると、主回路基板１００は、周壁部５０の端面５０ａよりも対向面１０の側に引退した位置に配置される。これにより、主回路基板１００は周壁部５０により周囲を囲まれて保護される状態となり、製造時における主回路基板１００の破損等を抑制することができる。

尚、上述したように、ＩＰＭ１３０は、主回路基板１００上においてコンデンサ１２０と電流センサ１４０との間に配置されている。つまり、主回路基板１００のほぼ中央部に配置されている。そして、ＩＰＭ１３０は、主基板ケース１の対向面１０の領域１２と接触して固着される。従って、主回路基板１００は、四隅と中央部において主基板ケース１に支持されることとなる。その結果、例えばブラケットなどの支持部材を別途備えることなく、主回路基板１００のたわみを抑制することが可能となる。

汎用的な基板は、ガラスエポキシなどにより構成され、その板厚は１．６ｍｍ前後である。基板に熱が加えられたり、加熱・冷却を繰り返されたりすると、基板に反りを生じる場合がある。特に、ＩＧＢＴを内蔵したＩＰＭ１３０は発熱量が大きく、基板に対して大きなストレスを与える。また、ＩＰＭ１３０は、銅ベース１３１などの金属ベースを有し、パッケージにもセラミック素材などが用いられることが多いので、その質量も大きい。このため、ＩＰＭ１３０を基板に実装すると反りなどを生じさせる可能性が高い。従って、従来は他の部品と共に基板に実装されることなく、金属ケースに取り付けた後に配線を施されたり、単独の基板に実装した後に配線を施されたりしていた。しかし、本実施形態では、ＩＰＭ１３０を基板の中央部に実装して、その両側に他の部品も実装する。また、基板の四隅のみではなく、中央部においてもＩＰＭ１３０の銅ベース１３１の平坦面を利用して広範囲に基板が固定される。従って、組み立てを容易にしつつ、基板の反りも良好に抑制される。

図９は、主基板ケース１に主回路基板１００を固定した状態を模式的に示す上面図である。主基板ケース１に対して非常に高いスペース効率で主回路基板１００が収納されていることが容易に理解できる。但し、主回路基板１００と制御回路基板２００とを連結する連結用ハーネス９が通過するための空間７０は、主回路基板１００と主基板ケース１との間に確保されている。つまり、主回路基板１００は、四辺の内の一辺において主基板ケース１の周壁部５０との間に連結用ハーネス９が通過可能な空間を有して収納される。主回路基板１００を主基板ケース１に取り付けた状態においては、この空間７０から、主基板ケース１の外側へ連結用ハーネス９が延出する。尚、温度センサアッセンブリ８の接続用ハーネス８２は、２つの空間７０の内の何れか一方から、主基板ケース１の外側へ延出する。以上、ここまでの組み立てを終えた主基板ケース１を主基板ケースアッセンブリ１Ａと称する。

〔制御基板ケースアッセンブリ〕
次に、制御基板ケース２と制御回路基板２００とを組み立てて制御基板アッセンブリ２Ａを構成する工程について説明する。説明に先立って、制御基板ケース２の構造について説明する。

上述したように、制御基板ケース２は、パワートランジスタ２２１に対する冷却手段を有し、制御回路基板２００を収納するケースである。図５に示すように、制御回路基板２００のフロー面２０２が対向する対向面２０が、制御基板ケース２の内側に形成されている。この対向面２０の一部の領域において、制御回路基板２００のフロー面２０２が接触するように、対向面２０には、突出座部２１が形成されている。突出座部２１は、パワートランジスタ２２１とその周辺部に対応する面積を有しており、突出座部２１には２つの雌ネジ２３も形成されている。

制御回路基板２００の、これら雌ネジ２３に対応する位置には２つの貫通孔２０７が形成されており、当該貫通孔２０７の間のリフロー面２０１にパワートランジスタ２２１が実装されている。パワートランジスタ２２１は表面実装部品であり、フロー面２０２にはパワートランジスタ２２１のリードは貫通されていない。また、パワートランジスタ２２１の実装位置には貫通孔２０７を除いてスルーホールなどは設けられていない。また、当該所定の領域の裏面側、即ちフロー面２０２側には、配線パターン、部品用ランドは設けられておらず、レジストマスクが施されている。つまり、制御回路基板２００のフロー面２０２に突出座部２１が接触しても回路に短絡を生じさせない構造となっている。

制御回路基板２００は、フロー面２０２において突出座部２１と接触し、基板に形成された貫通孔２０７を介して突出座部２１の雌ネジ２３とボルト２３Ｂにより締結される。従って、この部位が、パワートランジスタ２２１（発熱部品）に近接して制御回路基板２００を制御基板ケース２に固定する固定部となる。さらに、この固定部を成す、ボルト２３Ｂの座面である貫通孔２０７のリフロー面側の周部には、熱伝導性の高い金属のメッキ処理が成されており、高熱伝導性物質層２０７ａが形成されている。表面実装部品のパワートランジスタは、ディスクリート部品のパワートランジスタに比べて耐熱性能の低いものが多いが、制御回路基板２００を介して、制御基板ケース２を冷却手段として機能させることにより、耐熱性を向上させることができる。

図５に示すように、制御基板ケース２は、対向面２０の周縁に沿って立設された周壁部６０を備える。この周壁部６０が本願における「カバー周壁部」となる。そして、制御基板ケース２は、この周壁部６０の端面６０ａよりも対向面２０の側に引退した位置に端面６５ａを有する複数の固定座６５を備える。これら固定座６５は、雌ネジを形成されて制御基板ケース２の四隅に設けられる。制御回路基板２００は、その角部においてこれら固定座６５に載置される。制御回路基板２００の４つの角部にはそれぞれ貫通孔２０５が形成され、固定座６５にボルト６５Ｂにより固定される。また、この際、制御回路基板２００は、パワートランジスタ２２１を挟んで形成された貫通孔２０７において、対向面２０に形成された突出座部２１に対しても固定される。

固定座６５の端面６５ａと、突出座部２１の端面２１ａとは、同一平面上に形成される。従って、制御回路基板２００は、４つの固定座６５と、突出座部２１との５点により支持される。ここで、本実施形態のように、パワートランジスタ２２１が、制御回路基板２００の中央部に実装されると、突出座部２１により制御回路基板２００が中央部で支持されて好適である。このように構成されると、例えばブラケットなどの支持部材を別途備えることなく、制御回路基板２００のたわみを抑制することが可能となる。汎用的な基板は、ガラスエポキシなどにより構成され、その板厚は１．６ｍｍ前後である。基板に熱が加えられたり、加熱・冷却を繰り返されたりすると、基板に反りを生じる場合がある。しかし、基板の四隅にのみではなく、中央部においても基板が固定されるので、このような反りを抑制することができる。

上述したように、制御回路基板２００は、制御基板ケース２の周壁部６０内の適切な位置に配置されて固定される。ここで、固定座６５の端面６５ａは、周壁部６０の端面６０ａに対して少なくとも制御回路基板２００の厚み分、引退していると好適である。このようにすると、制御回路基板２００は、周壁部６０の端面６０ａよりも対向面２０の側に引退した位置に配置される。これにより、制御回路基板２００は周壁部６０により周囲を囲まれて保護される状態となり、製造時における制御回路基板２００の破損等を抑制することができる。

さらに、本実施形態のように、固定座６５の端面６５ａは、周壁部６０の端面６０ａに対して少なくとも制御回路基板２００の厚みに加え、リフロー面２０２に実装される部品の高さ分、引退していると好適である。このようにすると、制御回路基板２００は、基板上に実装される部品も含めて周壁部６０の端面６０ａよりも対向面２０の側に引退した位置に配置される。これにより、制御回路基板２００は周壁部６０により周囲を囲まれて保護される状態となり、製造時における制御回路基板２００及び実装された部品の破損等を抑制することができる。

また、固定座６５の端面６５ａは、対向面２０に対して少なくとも、制御回路基板２００のフロー面２０２に突出するディスクリート部品のリード（端子）の長さよりも突出していることが好ましい。制御基板ケース２は熱伝導性を考慮して金属など導電性材料により構成される。対向面２０に絶縁処理を施していたとしてもディスクリート部品の鋭利なリード端部が接触すれば、短絡を生じる可能性がある。従って、少なくともディスクリート部品のリード２２５ｆや２２９ｆの長さよりも、対向面２０から突出した位置に固定座６５の端面６５ａ及び突出座部２１の端面２１ａが設定されると好適である。

以上、制御回路基板２００を固定した制御基板ケース２を制御基板ケースアッセンブリ２Ａと称する。図１０は、制御基板ケースアッセンブリ２Ａを模式的に示す上面図である。制御基板ケース２に対して非常に高いスペース効率で制御回路基板２００が収納されていることが容易に理解できる。つまり、制御回路基板２００は、制御基板ケース２の周壁部６０との間に隙間を有することなく収納される。主回路基板１００と制御回路基板２００とを連結する連結用ハーネス９が接続される連結用コネクタ２１５、及び温度センサアッセンブリ８の接続用ハーネス８２が接続される接続用コネクタ２２５は、共に制御基板ケース２に制御回路基板２００を固定した状態で、制御基板ケース２の開口部側に配置されている。

上述したように、主回路基板１００は、四辺の内の一辺において主基板ケース１の周壁部５０との間に連結用ハーネス９が通過可能な空間７０を有して収納され、制御回路基板２００は、制御基板ケース２の周壁部６０との間に隙間を有することなく収納される。しかし、両基板１００及び２００をインバータボックス３内へ収納する向きなどによっては、制御回路基板２００と制御基板ケース２との間に空間を設けて制御回路基板２００を収納し、主回路基板１００は、主基板ケース１の周壁部５０との間に隙間を有することなく収納してもよい。また、主回路基板１００と主基板ケース１の周壁部５０との間に空間を設けると共に、制御回路基板２００と制御基板ケース２の周壁部６０との間に空間を設けてもよい。つまり、上記実施形態は一例であり、主回路基板１００及び制御回路基板２００は、少なくとも一方の基板と当該基板が収納されるケースの周壁部との間に連結用ハーネス９が通過可能な空間を有して収納されればよい。

〔インバータボックス〕
主基板ケースアッセンブリ１Ａと制御基板ケースアッセンブリ２Ａとは、主基板ケース１の周壁部５０の端面５０ａと制御基板ケース２の周壁部６０の端面６０ａとを当接させ、締結部５９及び６９においてボルト等によって締結される。それぞれ基板が固定された２つのケースを締結させることにより、極めて簡潔にインバータボックス３を組み立てることができる。

２つのケースの締結に先立って、主回路基板１００と制御回路基板２００とを連結用ハーネス９によって連結し、温度センサアッセンブリ８のプラグを制御回路基板２００に接続する。以下、その手順を説明する。まず、基板を上面に向けた状態で、主基板ケースアッセンブリ１Ａと制御基板ケースアッセンブリ２Ａとを並べる。この時、主回路基板１００の連結用コネクタ１１５側（空間７０側）と制御回路基板２００の連結用コネクタ２１５側とを対向させて、両アッセンブリ１Ａ及び２Ａを並べる。そして、空間７０から延出する連結用ハーネス９のプラグを制御回路基板２００の連結用コネクタ２１５に嵌合させる。同様に、空間７０から延出する温度センサアッセンブリ８の接続用ハーネス８２のプラグを制御回路基板２００の接続用コネクタ２２５に嵌合させる。

続いて、制御基板ケースアッセンブリ２Ａを主基板ケースアッセンブリ１Ａの上に重ね合わせる。そして、上述したように、主基板ケース１の周壁部５０の端面５０ａと制御基板ケース２の周壁部６０の端面６０ａとを当接させ、締結部５９及び６９においてボルト３Ｂ等によって締結する。このようにして、図１及び図２に示すようなインバータボックス３が形成される。主基板ケース１の一部の締結部５９は、開口部側の穴径が大きくなるように段差部５９ａを有して形成されている。本実施形態では、対角線上の２つの締結部５９に段差部５９ａが形成されている。制御基板ケース２の締結部６９は、段差部５９ａと同じ穴径を有して形成されている。締結部５９及び６９は、主基板ケース１の締結部５９の段差部５９ａにおいて係止されるパイプ状のノックピンを用いて位置決めされ、ボルト３Ｂによって締結される。

主基板ケース１の締結部５９及び制御基板ケース２の締結部６９は、４つの各角部に設けられている。締結部５９及び６９は、第１コネクタ１１０及び第３コネクタ２１０が突出する方向、及び第２コネクタ１５０及び第４コネクタ２５０が突出する方向に突出して設けられる。このようにすれば、インバータボックス３からの突出部が同一方向にまとまるので、インバータボックス３の専有空間を大きくすることなく、締結部５９及び６９を効率的に設けることができる。

制御基板ケース２には、締結部６９から締結部６９と同一方向にさらに突出した取り付け部９０が設けられている。インバータボックス３は、この取り付け部９０において車両に取り付けられる。尚、主基板ケース１と制御基板ケース２とを締結する締結部６９と、取り付け部９０とを共用可能に設けてもよい。

連結用ハーネス９は、主基板ケース１の対向面１０の領域１１と主回路基板１００の基板面との間に形成される空間７２、及び、主基板ケース１の周壁部５０の内面と主回路基板１００の端面との間に形成される空間７０を収納空間として、良好にインバータボックス３に収納される（図２、図９参照）。また、温度センサアッセンブリ８の接続用ハーネス８２は、主基板ケース１の対向面１０に形成された溝状の凹部１８、上記空間７２、上記空間７０、及び主回路基板１００と制御回路基板２００との間の空間を収納空間として、良好にインバータボックス３に収納される（図２、図３参照）。

このように、本発明に係るインバータボックス３は、サブアッセンブリを独立して組み立て、これらのサブアッセンブリを用いて全体を組み立てることによって構成されるので、効率よく組み立てることが可能である。従来は、ケースの中に順次部品を組み付けていたため、組み立てに多くの工数を要するとともに、組み立ての作業性を確保するためにケース内に無駄なクリアランスを多く設ける必要があった。しかし、本発明を適用すれば、ケースの容積を小さくすることが可能となる。

図１及び図２に示すように、主回路基板１００に実装された第１コネクタ１１０と制御回路基板に実装された第３コネクタ２１０とは、突出側の端面が同一面上となる。また、主回路基板１００に実装された第２コネクタ１５０と制御回路基板２００に実装された第４コネクタ２５０とは、突出側の端面が同一面上となる。これにより、インバータボックス３に対する各種ケーブルの挿抜の際に、同一面を基準として作業を行うことができる。尚、制御回路基板２００に備えられる第３コネクタ２１０及び第４コネクタ２５０は、それぞれ主回路基板１００に備えられる第１コネクタ１１０及び第２コネクタ２１０に比べて、電流容量が小さくて良いため、小さいコネクタである。従って、突出側の端面を揃えるために、制御回路基板２００に延長部２０８、２０９が設けられて、当該延長部２０８、２０９に第３コネクタ２１０及び第４コネクタ２５０が実装される。

主基板ケース１は、制御回路基板２００のリフロー面２０１の側を覆うように制御基板ケースに固定されるケースである。また、制御基板ケース２は、主回路基板１００のフロー面１０２の側を覆うように主基板ケース１に固定されるケースである。つまり、主基板ケース１と制御基板ケース２とは、両者を固定することによって、互いに相手の基板を覆って、２枚の基板を内部に収納するインバータボックス３を構成する。これにより、主回路基板１００及び制御回路基板２００をインバータボックスの内側に収納して保護することができる。また、一方のケースに伝導されたＩＰＭ１３０やパワートランジスタ２２１からの熱が、更に他方のケースにも伝導されることになる。従って、ＩＰＭ１３０やパワートランジスタ２２１などのスイッチング素子の冷却性能を更に高めることができる。

ここで、インバータボックス３の外装ケース部は、主基板ケース１と制御基板ケース２とに分割されているが、分割の割合、即ちつなぎ目の位置については種々の形態を採ることが可能である。この分割の割合は、ヒートマネジメントの観点及びパッケージングの観点から検討すると好適である。

始めに、ヒートマネジメントの観点から検討する場合の例について説明する。主基板ケース１及び制御基板ケース２は、共に基板を収納するとともにヒートシンクとしての役割を担っている。冷却対象となる発熱体の発熱量は、主基板ケース１が冷却するＩＰＭ１３０の方が圧倒的に大きい。従って、上述したように、主基板ケース１は制御基板ケース２に比べて金属量が多く、表面積を増大させるための放熱フィン３１も形成されている。そこで、さらに主基板ケース１の周壁部５０の高さを高くし、制御基板ケース２の周壁部６０の高さをその分低くすれば、より主基板ケース１の冷却性能を向上させることができる。しかし、その分制御基板ケース２の冷却性能が低下するため、両者のバランスを取ることが大切である。

ここで、主回路基板１００及び制御回路基板２００が発熱する機会について検討する。主回路基板１００は、モータが駆動する場合にのみ大電流が流れ、その際に大きな発熱を生じる。制御回路基板２００は、モータが停止中であっても発熱が生じ、モータが駆動してもほとんど発熱量は増加しない。主基板ケース１と制御基板ケース２とは、周壁部５０及び６０の端面５０ａ及び６０ａを当接されるので、熱抵抗はあるものの相互に熱の受け渡しが可能である。

そこで、制御基板ケース２は、制御基板ケース２単体で制御回路基板２００が発生する熱量を充分に冷却可能な熱容量を有する金属量を確保して形成する。モータが停止している間は、主基板ケース１に対して熱移動が生じるので、制御基板ケース２は自身の熱容量の多くを温存できる。モータが駆動すると、主回路基板１００において大きな発熱が生じるため、ヒートシンクとしての主基板ケース１の温度が上昇する。その結果、制御基板ケース２から主基板ケース１への熱移動はなくなるが、制御基板ケース２は単独で制御回路基板２００の発熱量を冷却可能な熱容量を有しているため、問題はない。さらに、モータが駆動を始めるまでは主基板ケース１も活用して冷却していたため、制御基板ケース２の冷却力には余裕がある。従って、主基板ケース１から制御基板ケース２へ多くの熱移動が生じ、主基板ケース１の温度上昇が緩和される。その結果、主基板ケース１の冷却力が長時間に亘って確保される。

このように、ヒートマネジメントの観点から主基板ケース１と制御基板ケース２との分割割合を、両ケース１、２に設けられる周壁部の高さも含めて設定すると、良好な冷却性能を有するインバータボックス３を構成することができる。

次に、パッケージングの観点から検討する場合の例について説明する。上述したように、インバータボックス３は、主基板ケースアッセンブリ１Ａと制御基板アッセンブリ２Ａとを合わせることによって構成される。一方のケースアッセンブリの周壁部が高く形成され、他方の周壁部がその分低く形成される場合、他方の基板や、基板に実装された部品が周壁部を超えて露出する可能性がある。このため、主基板ケースアッセンブリ１Ａと制御基板アッセンブリ２Ａとを合わせる際に基板や、基板に実装された部品を損傷させる可能性が生じる。

そこで、パッケージングの観点より分割割合を決定する場合には、周壁部が以下の条件を満たすようにすることが望ましい。即ち、基板の固定部の端面を、周壁部の端面に対して少なくとも基板の厚み分だけ引退して設け、基板がその端面を周壁部により囲まれて保護される状態とすることができる高さを、周壁部が有することが望ましい。さらに好適には、周壁部の端面から基板の固定部の端面までの引退量を以下のように設定するとよい。即ち、基板の厚みに加えて、ケースの開放面側に実装される部品の高さ分の引退量を少なくとも有するようにするとよい。このようにすれば、基板及び基板の実装部品は周壁部により周囲を囲まれて保護される状態となり、製造時における基板及び実装部品の破損等を抑制することができる。

尚、上述した本実施形態においては、ヒートマネジメント及びパッケージングの両観点より、分割割合が決定されている。

以上、説明したように、本発明を適用することにより、ＩＰＭ１３０（スイッチング素子）やパワートランジスタ２２１等の発熱部品を確実に冷却できる構造としつつ、製造時の組付け工程を簡略化できるとともに、インバータ回路を構成する複数の部品を効率的に収納して小型化することができるインバータ装置を提供することが可能となる。

本発明は、例えば、ハイブリッド車両や電動車両等に用いるような電動機を駆動するためのインバータ装置に好適に利用することができる。

本発明のインバータ装置に係るインバータボックスの外観図 インバータボックスの長手方向の断面図 主基板ケースへの主回路基板の収納形態を示す斜視図 主回路基板の上面図 制御基板ケースへの制御回路基板の収納形態を示す斜視図 主回路の構成を模式的に示すブロック図 制御回路の構成を模式的に示すブロック図 インバータボックスの長手方向の分解断面図 主回路基板を収納後の主基板ケースの上面図 制御回路基板を収納後の制御基板ケースの上面図

符号の説明

１：主基板ケース（ケース）
２：制御基板ケース（カバーケース）
３：インバータボックス（インバータ装置）
１０：主基板ケースの対向面（対向面）
２０：制御基板ケースの対向面（カバー面）
１８：凹部
３０：対向外面
３１：放熱フィン（冷却手段）
５０：主基板ケースの周壁部
５０ａ：主基板ケースの周壁部の端面
５１、５２：支持用凸部
５５：固定座
６０：制御基板ケースの周壁部
６０ａ：制御基板ケースの周壁部の端面
８１：温度センサ
１００：主回路基板
１０１：主回路基板のリフロー面（第一面、実装面）
１０２：主回路基板のフロー面（第二面）
１１０、１５０：コネクタ
１１１、１５１：支持用凹部
１２０：コンデンサ
１３０：ＩＰＭ（スイッチング素子）
１３１：銅ベース（金属ベース）
１４０：電流センサ
２００：制御基板

Claims (15)

1. インバータ回路を構成する複数の部品が実装された主回路基板と、
   冷却手段を有し、前記主回路基板を収納するケースと、を備え、
   前記主回路基板は、前記複数の部品のうち少なくともスイッチング素子及びディスクリート部品が片側の第一面に実装され、
   前記第一面が前記ケースの内側の所定の対向面に対向するとともに、前記スイッチング素子が前記対向面に接触するように配置された状態で、前記主回路基板が前記ケースに固定されているインバータ装置。
2. 前記ケースの前記対向面は、前記スイッチング素子以外の部品が接しないように、前記主回路基板の前記第一面に実装される各部品の高さに応じた階段状に形成されている請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記ケースは、前記冷却手段として、前記対向面の裏側の対向外面に立設された複数の放熱フィンを備えている請求項１又は２に記載のインバータ装置。
4. 前記複数の放熱フィンは、前記対向面の前記スイッチング素子が接触している領域の裏側部分では前記対向外面からの高さが高く、他の領域では前記対向外面からの高さが低く形成されている請求項３に記載のインバータ装置。
5. 前記ケースの前記対向外面は、前記対向面の前記スイッチング素子が接触している領域の裏側部分が他の領域に対して前記主回路基板側に位置するように階段状に形成され、
   前記複数の放熱フィンの先端部が同一平面上に位置するように形成されている請求項３又は４に記載のインバータ装置。
6. 前記スイッチング素子は、複数の素子が金属ベース上に載置されて一体化されたモジュール構造とされている請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ装置。
7. 前記主回路基板は、前記ディスクリート部品として、コンデンサ、コネクタ、及び電流センサを備える請求項１から６のいずれか一項に記載のインバータ装置。
8. 前記スイッチング素子の前記主回路基板の実装面からの高さは、前記コンデンサ、前記コネクタ、及び前記電流センサのそれぞれの前記主回路基板の実装面からの高さよりも低いか略同じである請求項７に記載のインバータ装置。
9. 前記スイッチング素子は、前記主回路基板上において前記コンデンサと前記電流センサとの間に配置されている請求項７又は８に記載のインバータ装置。
10. 前記コネクタは、前記主回路基板に実装される側とは反対側の面に支持用凹部を備え、前記主回路基板が前記ケースに固定された状態で、前記ケースの前記対向面に突出形成された支持用凸部が前記支持用凹部に挿入される請求項７から９のいずれか一項に記載のインバータ装置。
11. 前記対向面の前記スイッチング素子が接触している領域に凹部が設けられ、この凹部内に前記スイッチング素子の温度を検出するための温度センサが配置されている請求項１から１０のいずれか一項に記載のインバータ装置。
12. 前記ケースは、前記対向面の周縁に沿って立設された周壁部を備えるとともに、この周壁部の端面よりも前記対向面側に引退した位置に、前記主回路基板を載置して固定するための固定座を備えている請求項１から１１のいずれか一項に記載のインバータ装置。
13. 前記主回路基板の前記第一面の裏側の第二面側を覆うように前記ケースに固定されるカバーケースを更に備える請求項１から１２のいずれか一項に記載のインバータ装置。
14. 前記カバーケースの内面には、前記スイッチング素子の制御回路を有する制御基板が固定されている請求項１３に記載のインバータ装置。
15. 前記カバーケースは、前記主回路基板の前記第二面側を覆うカバー面と、このカバー面の周縁に沿って立設されたカバー周壁部とを備え、
    前記カバー周壁部の端面が、前記対向面の周縁に沿って立設された前記ケースの周壁部の端面と当接するように形成されている請求項１３又は１４に記載のインバータ装置。

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