JP2016018883A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端子と接続端子との接続信頼性の向上を図ることができる電力変換装置の提供。【解決手段】電力変換装置１は、直流電力を平滑するコンデンサ１０と、電力変換を行うパワー半導体が設けられたパワーモジュール２０と、コンデンサ１０の直流端子１００が接続される接続端子３５、およびパワーモジュール２０の端子２００，２０１が接続される接続端子３６ａ，３６ｂを有する配線板３０と、コンデンサ１０の直流端子１００が接続端子３５に押圧され、パワーモジュール２０の端子２００，２０１が接続端子３６ａ，３６ｂに押圧されるように、配線板３０をその基板平面に沿った一方向に付勢する弾性突起５１と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

一般に、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置は、電源から供給される直流電力を受けるコンデンサと、コンデンサから直流電力を受けて交流電力を発生するインバータ回路を内蔵したパワーモジュールと、インバータ回路を制御する回路が配置された制御回路基板とを備えている。コンデンサ、パワーモジュールおよび制御回路基板における電力伝達には、一般にバスバーと呼ばれる導電性の部材をねじ締めや溶接により電気的な接続をしたり、ハーネスをコネクタ接続したりしている。

電力変換装置は高電力を受ける必要があるため、複数個のコンデンサおよびパワー半導体を直列接続または並列接続して配置されるのが一般的である。そのため、それらを接続するために複雑な形状のバスバーを用いる必要があったり、ハーネスの長さが長くなったりするという問題が生じる場合がある。

このような問題を解決する方法として、特許文献１に記載の電力変換装置では、コンデンサやインバータ回路のパワー半導体などとの電気的な接続を１枚の配線板で配線し、複雑な形状のバスバーを用いることなく複数個のコンデンサやパワー半導体などを電気的に接続する方法が開示されている。

特開平７−２３６２８１号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では、配線板とコンデンサおよびパワー半導体を電気的に接続する際に、それぞれを押さえつけて接続端子同士を接触させながら、溶接等で接続しなければならず、接続信頼性が作業者の技能に左右されるという問題がある。

本発明による電力変換装置は、直流電力を平滑するコンデンサと、電力変換を行うパワー半導体が設けられたパワーモジュールと、前記コンデンサの端子が接続される第１の接続端子、および前記パワーモジュールの端子が接続される第２の接続端子を有する配線板と、前記コンデンサの端子が前記コンデンサ接続端子に押圧され、前記パワーモジュールの端子がパワーモジュール接続端子に押圧されるように、前記配線板をその基板平面に沿った一方向に付勢する付勢部と、を備える。

本発明によれば、付勢部によって端子と接続端子との接触状態が維持され、接続信頼性の向上を図ることができる。

図１は、電力変換装置１の概略構成を示す分解斜視図である。 図２は、筐体構造に関する他の例を示す図である。 図３は、本実施の形態における配線板３０の筐体５０への取り付け構造を説明する斜視図である。 図４は、弾性突起５１の形状を説明する図である。 図５は、弾性突起５１の付勢作用を説明する図である。 図６は、弾性突起５１と直流端子１００との位置関係を説明する図である。 図７は、弾性突起５６と、直流端子２００との関係を説明する図である。 図８は、弾性突起５６の形状を示す図である。 図９は、直流端子２００に関する弾性突起５６の付勢機能を説明する図である。 図１０は、図９に続く手順を説明する図である。 図１１は、弾性変形部５６１と直流端子１００との位置関係を説明する図である。 図１２は、弾性突起５６の変形例を示す図である。 図１３は、上述した実施の形態の第２の変形例を説明する図である。 図１４は、弾性変形部３８と直流端子１００との位置関係を説明する図である。 図１５は、本実施の形態の第３の変形例を説明する図である。 図１６は、プランジャ５７と直流端子１００との位置関係を説明する図である。 図１７は、弾性突起５１を配線板３０に設けた場合の構成を示す図である。 図１８は、配線板３０の下面に設けられた弾性突起５１の凹部５２への係合動作を説明する図である。 図１９は、配線板３０に設けられた弾性突起５１と直流端子１００との関係を説明する図である。 図２０は、弾性突起５６を配線板３０に設けた場合の構成を説明する図である。 図２１は、弾性突起５６と直流端子１００との位置関係を示す図である。 図２２は、弾性変形部３８を支持板５０３に設けた場合の構成を説明する図である。 図２３は、支持板５０３に弾性変形部３８を設けた場合の、弾性変形部３８および突起５８と直流端子１００との位置関係を説明する図である。 図２４は、プランジャ５７を支持板５０３に設けた場合の構成を説明する図である。 図２５は、支持板５０３に設けられたプランジャ５７と直流端子１００との位置関係を説明する図である。 図２６は、配線板３０の変形例を示す図である。 図２７は、配線板３０と制御回路基板４０とを一体のアセンブリ８０とし場合の電力変換装置を示す図である。 図２８は、突起５８を支持板５０２に設けた場合の構成を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、電力変換装置１の概略構成を示す分解斜視図である。なお、この電力変換装置１は、車載用電動機への交流電力供給に用いられる。電力変換装置１は、コンデンサ１０と、パワーモジュール２０と、配線板３０と、制御回路基板４０と、それらを格納する筐体５０（５０ａ，５０ｂ）とを有している。

筐体５０（５０ａ，５０ｂ）は、コンデンサ１０、パワーモジュール２０、配線板３０および制御回路基板４０が固定されるベース５０ａと、それらを覆うようにベース５０ａに取り付けられるカバー５０ｂとを有している。なお、図２に示すように、箱型のベース５０ａにコンデンサ１０、パワーモジュール２０、配線板３０および制御回路基板４０を収納し、ベース５０ａの上部開口を板状のカバー５０ｂで覆う構成としても良い。筐体５０（５０ａ，５０ｂ）は、金属、樹脂およびセラミック等の材料で形成される。

電力変換装置１は、電源装置から供給された直流電力をコンデンサ１０で平滑化した後に、インバータ回路を備えるパワーモジュール２０において直流電力を交流電力に変換する。得られた交流電力は、上述したように車載用電動機に供給される。制御回路基板４０に設けられた制御回路によってパワーモジュール２０を制御することにより、車載用電動機に供給される交流電力を制御する。

コンデンサ１０は複数のコンデンサ素子により構成され、コンデンサ１０の図示上端面には、一対の直流端子１００が設けられている。コンデンサ１０は、ベース５０ａの底板５００上に固定される。

パワーモジュール２０には、スイッチング素子としてのパワー半導体、および、パワー半導体を駆動するドライブ回路が設けられている。なお、配線板３０にドライブ回路を設けるようにしても良い。図１に示す例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して３つのパワーモジュール２０が設けられており、各パワーモジュール２０の上端には、一対の直流端子２００、交流端子２０１、複数の制御端子２０２が上方に突出するように設けられている。各パワーモジュール２０は、底板５００上に設けられたボックス状の冷却部５０１にそれぞれ収容される。冷却部５０１には冷却媒体の流路が形成されており、パワーモジュール２０は冷却媒体により冷却される。

コンデンサ１０およびパワーモジュール２０の上方には、配線板３０および制御回路基板４０が配置されている。底板５００には一対の支持板５０２が立設されており、各支持板５０２の上端面は凹凸状の段差面となっている。配線板３０は支持板５０２の下段面５０２ａ上に固定され、制御回路基板４０は支持板５０２の上段面５０２ｂ上に固定される。配線板３０は、樹脂基板の表面および／または内部に金属製の配線を設けたものである。コンデンサ１０の直流端子１００，パワーモジュール２０の直流端子２００および交流端子２０１は、配線板３０に接続される。パワーモジュール２０の制御端子２０２は、配線板３０を貫通して制御回路基板４０に接続される。

なお、配線板３０は、別途備えた端子がパワーモジュール２０の端子や制御回路基板４０とも電気的に接続される。また、配線板３０から外部の駆動機器への電力供給は、配線板３０と駆動機器との間を電気的に接続する銅の板材やハーネス（いずれも不図示）などにより行われる。

電力変換装置１を自動車等の車両に搭載する場合、振動への耐久性確保のため、コンデンサ１０，パワーモジュール２０，配線板３０および制御回路基板４０は、上述のように筐体５０に機械的に固定される。各部材と筐体５０との固定方法としては、ねじによる締結、Ｔｉｇ溶接やレーザ溶接などの溶接、超音波や摩擦撹拌などによる接合、ろう付け、スナップフィット、圧入などが挙げられる。

配線板３０は概略板状の部材であり、コンデンサ１０およびパワーモジュール２０の各端子は、配線板３０の一方の面（図示下側の面）から他方の面（図示上側の面）へ貫通するように配置され、配線板３０の接続端子に接続される。なお、配線板３０と各端子との接合には、Ｔｉｇ溶接やレーザ溶接などの溶接、超音波や摩擦撹拌などによる接合、ろう付けなどの金属同士を接続可能な方法が用いられる。

ところで、配線板３０を筐体５０に固定した後に、配線板３０とコンデンサ１０およびパワーモジュール２０とを接続する場合、端子位置の誤差や配線板取り付け誤差等によって、接続すべき端子同士が接触せず離れて配置されてしまうことがある。そのような離れて配置された端子同士を接合する場合、例えば、溶接を用いた場合には片方の端子のみが溶融して満足な接合ができないおそれがあり、接続信頼性の低下という問題が生じる。

また、治具等を用いる場合、配線板３０を筐体５０に固定する前に治具を用いて端子同士を接触させて接合作業を行い、そして、配線板３０を筐体５０に固定した後に、治具を取り外す必要がある。そのため、作業が繁雑となり接合作業に時間を要することになる。

本実施の形態では、作業性を低下させること無く、確実な端子接合を行うことができる電力変換装置を提供するために、以下に説明するような構成を採用するようにした。

図３は、本実施の形態における配線板３０の筐体５０への取り付け構造を説明する斜視図である。図３は、電力変換装置１の一部分を示したものであり、カバー５０ｂについては図示を省略している。なお、上述した図１，２の構成は、図３の構成を適用する前の構造を示したものである。図３に示す構成では、配線板３０、制御回路基板４０が固定される支持板５０２の構成が若干異なると共に、上端面に弾性突起５１が設けられて配線板３０を支持する支持板５０３が追加されている。なお、図３に示す例では弾性突起５１が２つ設けられているが、１つ以上設けられていれば良い。弾性突起５１は、切削加工、塑性加工、樹脂モールド成形などの工法により筐体５０と一体成形されるほか、別部材として形成したものを筐体５０に固定するようにしても良い。

一対の支持板５０２の上端面は段差構造となっており、段差の上段面５０２ｂに制御回路基板４０が固定される。配線板３０は、一対の支持板５０２の下段面５０２ａおよび支持板５０３の上端面上に配置され、ボルト等の締結部材によって支持板５０２の下段面５０２ａに固定される。その際、配線板３０の上面に立設された位置決め用の柱状部材４１を制御回路基板４０の位置決め孔４００に挿通させることで、制御回路基板４０と配線板３０との位置決めが行われる。

図３に示す構成では、各構成部品（コンデンサ１０，パワーモジュール２０，配線板３０および制御回路基板４０）が筐体５０に固定される構造であるため、全て筐体５０に対して位置決めされる。そのため、構成部品を積み上げる構成における積み上げ誤差を回避することができる。

配線板３０には、コンデンサ１０の直流端子１００が貫通する２つの貫通孔３３と、パワーモジュール２０の端子２００，２０１が貫通する３つの貫通孔３４と、パワーモジュール２０の制御端子２０２が貫通する貫通孔３９と、弾性突起５１が係合する２つの貫通孔３２とが形成されている。貫通孔３３の近傍には、貫通孔３３の縁に接するように接続端子３５が形成されている。同様に、貫通孔３４の近傍には、貫通孔３４の縁に接するように接続端子３６ａ，３６ｂが形成されている。コンデンサ１０の直流端子１００は接続端子３５と接続され、パワーモジュール２０の直流端子２００は接続端子３６ａに接続され、交流端子２０１は接続端子３６ｂに接続される。

制御回路基板４０は配線板３０に電気的に接続される。配線板３０にはアルミ製のピンや銅製のワイヤなどの導電性材料の片端を予め接続しておき、もう一方の片端を制御回路基板４０に接続することで導通を取ることが可能である。

ところで、配線板３０と制御回路基板４０とを接続する際、筐体５０に制御回路基板４０を固定した後に、制御回路基板４０より外側に配線板３０を配置して導電性材料を接続する構成の場合、配線板３０よりも筐体５０に近い側で接続作業を行わなければならず、作業が複雑になる。

一方、本実施の形態のように配線板３０の上方に制御回路基板４０を配置する構成の場合、筐体５０に配線板３０を固定した後に、配線板３０よりも外側（図示上側）に制御回路基板４０を配置して導電性材料を接続する際に、制御回路基板４０よりも外側で接続作業を行うことができ、作業が簡易になる。

図４は、弾性突起５１の形状、および弾性突起５１と直流端子２００との位置関係を説明する図である。なお、パワーモジュール２０の制御端子２０２については、図示を省略した。また、交流端子２０１は直流端子２００に対して紙面裏面側に配置されており、図４では直流端子２００に隠れて見えていない。図４に示すように、直流端子２００に対して、配線板３０の接続端子３６ａは図示右側に配置されている。同様に、図３に示すように、交流端子２０１およびコンデンサ１０の直流端子１００に対して接続端子３５，３６ｂは、図示右側に配置されている。

弾性突起５１の頂部には、図示左側に突出した爪部５１０が形成されている。この爪部５１０は直流端子２００側に突出している。爪部５１０の上面は左斜め下方向に傾斜している。以下ではこの面を斜面５１１と呼ぶことにする。コンデンサ１０およびパワーモジュール２０の端子と配線板３０の接続端子を十分な加圧力で接触させるためには、配線板３０の貫通孔３２と筐体５０の弾性突起５１の爪部５１０との位置関係が重要となる。

図４に示すように、弾性突起５１の根元左側の面と直流端子２００の接続面２００ａとの距離をＡ、接続端子３６ａの接続面３６０（図４では、貫通孔３４の右側側面と同一位置となっている）と貫通孔３２の左側側面（弾性突起５１の係合面）との距離をＢ、爪部５１０の水平方向高さ（突出量）をＣとしたとき、Ａ，Ｂ，Ｃは次式（１）を満足するように設定される。式（１）の条件は、後述するように、弾性突起５１の弾性力によって、接続面３６０が接続面２００ａに付勢されるための条件である。
Ａ−Ｃ＜Ｂ＜Ａ …（１）

図５は、配線板３０の接続端子３６ａをパワーモジュール２０の直流端子２００に付勢させる弾性突起５１の付勢作用を説明する図である。先ず、図５（ａ）に示すように、配線板３０の貫通孔３４にパワーモジュール２０の直流端子２００が挿入されるように、配線板３０を配置する。上述したように「Ａ−Ｃ＜Ｂ」と設定されているので、貫通孔３２の縁（図示左側の縁）が爪部５１０の斜面５１１上に当接する。この状態では、配線板３０と支持板５０２の下段面５０２ａおよび支持板５０３の上面との間には、隙間が生じている。

図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）に示すように配線板３０を図示下方に押し下げると、貫通孔３２の縁が爪部５１０の斜面５１１上を左斜め下方向に移動するので、直流端子２００に対して配線板３０は矢印Ｒ１のように移動することになる。式（１）のように「Ａ−Ｃ＜Ｂ」と設定されているので、貫通孔３２の縁が斜面５１１の左側に外れる前に、貫通孔３４の右側面が直流端子２００の接続面２００ａに当接する。図５（ｂ）の状態においても、配線板３０と支持板５０２の下段面５０２ａおよび支持板５０３の上面との間には、隙間が生じている。

図５（ｂ）の状態から、さらに配線板３０を押し下げると、貫通孔３２の縁から斜面５１１に加わる力によって、弾性突起５１が図５（ｂ）の矢印Ｒ２の方向に弾性変形する。そして、弾性突起５１が弾性変形することによって、爪部５１０の先端が貫通孔３２に入り込んで側面３２０に当接する。さらに、図５（ｃ）に示すように、配線板３０の下面が支持板５０３の上端面に当接するまで配線板３０を押し下げると、弾性突起５１は弾性変形を維持した状態で貫通孔３２内に挿入され、直流端子２００の接続面２００ａが接続端子３６ａの接続面３６０に接触する。

なお、ここでは説明を省略するが、図５に示す作業を行うことで、直流端子２００および接続端子３６ａの接続面同士が接触状態となるだけでなく、同時に、交流端子２０１およびコンデンサ１０の直流端子１００についても、互いの接続面同士が接触状態となる。

図６は、爪部５１０の突出方向と反対側に配置された端子（コンデンサ１０の直流端子１００）における寸法Ａ〜Ｃを説明する図である。図６のような配置の場合、寸法Ａ，Ｂ，Ｃは次式（２）を満足するように設定される。条件式（２）は、弾性突起５１の弾性力によって、直流端子１００の接続面１００ａが接続端子３５の接続面３５０に付勢されるための条件である。
Ａ＜Ｂ＜Ａ＋Ｃ …（２）

なお、弾性突起５１の爪部５１０と配線板３０の貫通孔３２の側面３２０との接触位置は、配線板３０の厚さ方向の中心付近が理想であるが、配線板３０が筐体５０の固定面から浮き上がるのを防止するためには、配線板３０の厚さ方向の中心より上で接触するのが望ましい。配線板３０を図５（ｃ）、図６（ｂ）のような状態としたならば、所定の接合方法により（例えば、Ｔｉｇ溶接）、直流端子１００，２００および交流端子２０１を対応する接続端子３５，３６ａ，３６ｂに接合する。

上述したように、本実施の形態では、弾性突起５１の弾性力により、直流端子１００，２００および交流端子２０１と対応する接続端子３５，３６ａ，３６ｂとの接触が維持された状態で接合が行われるので、接続信頼性が向上する。また、接合後も、直流端子１００，２００および交流端子２０１に接続端子３５，３６ａ，３６ｂを押しつける付勢力（弾性突起５１の弾性力による付勢力）が作用し続けるので、車両走行時の振動に対しても、接続信頼性が確保される。

なお、図５，６に示す例では、弾性突起５１が貫通孔３２内に挿入されやすいように、爪部５１０に斜面５１１を設けたが、爪部５１０の先端形状を球状や半球状とするようにしても良い。また、配線板３０における弾性突起５１が挿入される穴を貫通孔３２としたが、図５（ｃ）に示す状態において、弾性突起５１が貫通孔３２から突出しない寸法であれば、貫通していなくても良い。さらにまた、コンデンサ１０およびパワーモジュール２０の端子が配線板３０の接続端子とより接触しやすくするために、それらの端子を配線板３０の接続端子に近づく方向に傾けておくようにしても良い。

（変形例１）
図７，８は、上述した実施の形態の第１の変形例を示す図である。第１の変形例では、上述した弾性突起５１に代えて、図８に示すような弾性突起５６を支持板５０３の上端面に設けるようにした。

先ず、図８により弾性突起５６の形状を説明する。図８において、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ１−Ａ１断面図である。上述した図４の弾性突起５１は、貫通孔３２の側面に当接する爪部５１０を有し、図５（ｃ）に示すように弾性突起５１全体が反り返るように弾性変形するものであった。一方、弾性突起５６においては、主に弾性突起５６に設けられた弾性変形部５６１が弾性変形し、配線板３０の接続端子３６ａをパワーモジュール２０の直流端子２００に押しつけるような構成としている。なお、弾性突起５６は、切削加工、塑性加工、樹脂モールド成形などの工法により筐体５０の支持板５０３と一体に形成しても良いし、別に形成されたものを支持板５０３に固定するような構造であっても良い。

図８に示すように、弾性突起５６は、支持板５０３の上端面から上方に突出した本体部５６０と、本体部か５６０からパワーモジュール２０の方向に突出した弾性変形部５６１とを備えている。本体部５６０は、基部５６０ａと、基部５６０ａから立設された一対の壁部５６０ｂとを備えている。弾性変形部５６１は断面が略Ｕ字形状の壁部であって、一対の壁部５６０ｂの図示左側端面から左方向（図７のパワーモジュール２０の方向）に突出するように形成されている。また、壁部５６０ｂの右上隅には斜面５６２が形成されている。

図７は、図８に示す弾性突起５６と、パワーモジュール２０の直流端子２００および配線板３０との関係を示す図であり、上述した実施の形態における図４に対応する図である。第１の変形例では、図８の弾性突起５６を用いるとともに、直流端子２００の上端に斜面２００ｃを形成するようにした。図７において、寸法Ａは、弾性突起５６の基部５６０ａの図示左側の側面と直流端子２００の接続面２００ａとの距離である。また、寸法Ｂは、接続端子３６ａの接続面３６０（図７では、貫通孔３４の右側側面と同一位置となっている）と貫通孔３２の側面３２０（弾性突起５６の係合面）との距離であり、寸法Ｄは、弾性変形部５６１の基部５６０ａ（図８参照）からの突出量である。寸法Ａ，Ｂ，Ｄは次式（３）を満足するように設定される。式（３）の条件は、弾性変形部５６１の弾性力によって、接続面３６０が接続面２００ａに付勢されるための条件である。
Ａ−Ｄ＜Ｂ＜Ａ …（３）

図９，１０は、弾性突起５６の付勢作用、すなわち、配線板３０の接続端子３６ａをパワーモジュール２０の直流端子２００に付勢させる機能を説明する図である。まず、図９（ａ）に示すように、配線板３０の貫通孔３２に弾性突起５６の上端部分が挿入されるように、配線板３０を配置する。図７に示すように弾性突起５６の図示左右方向の寸法Ｅは貫通孔３２の寸法Ｆよりも小さく設定されているので（Ｅ＜Ｆ）、貫通孔３２の側面３２０の縁が弾性突起５６の斜面５６２に当接する。図９（ａ）に示す状態において、直流端子２００の斜面２００ｃの上端が貫通孔３４内に挿入された状態になってさえいれば、貫通孔３４の下面側の縁が斜面２００ｃから離れていても良いし、当接していても良い。

次いで、図９（ａ）の状態から配線板３０を図示下方に押し下げると、貫通孔３２の縁が弾性突起５６の斜面５６２に当接した状態で、配線板３０が斜め右下方向に移動する。その結果、図９（ｂ）に示すように、貫通孔３２の側面３２０に弾性変形部５６１が押しつけられて弾性変形部５６１が変形し、貫通孔３２に対する弾性突起５６の挿入量が増加する。図９（ｂ）に示す状態では、貫通孔３２の縁が弾性突起５６の斜面５６２から外れるとともに、貫通孔３４の縁が直流端子２００の斜面２００ｃに当接している。

図１０（ａ）は、図９（ｂ）の状態から配線板３０をさらに押し下げた状態を示したものである。配線板３０は、貫通孔３４の縁が斜面２００ｃに当接した状態で斜め右下方向に移動し、貫通孔３４の縁が斜面２００ｃの下端に達している。その結果、弾性突起５６の弾性変形部５６１は図９（ｂ）に示す状態からさらに変形することになり、貫通孔３２の反対側の側面３２１と弾性突起５６との間に隙間が形成される。

図１０（ａ）に示す状態から配線板３０をさらに押し下げると、直流端子２００の接続面２００ａに貫通孔３４の側面３４０が押圧された状態で、直流端子２００が貫通孔３４に挿入される。一方、弾性突起５６は、貫通孔３２の側面３２０が当接しながら配線板３０が降下するので、弾性変形部５６１が変形しながら貫通孔３２に挿入される。

図１０（ｂ）は、配線板３０が支持板５０３の上端面に当接するまで押し下げられた状態を示す。このとき、弾性突起５６と貫通孔３２の側面３２１との間には隙間が形成され、弾性変形部５６１の変形により、矢印で示すような左向きの力（弾性力）が配線板３０に作用する。その結果、配線板３０の接続端子３６ａが直流端子２００に付勢され、それらは互いに密着した状態となる。図７に示す寸法Ｂ，Ｆ，Ｇは、次式（４）を満たすように設定される。なお、交流端子２０１も直流端子２００の場合と同様に、頂部に斜面が形成される。
Ｂ＋Ｆ＞Ｇ …（４）

図１１は、弾性変形部５６１の突出方向と反対側に配置された直流端子１００との位置関係を説明する図である。図１１のような配置の場合、寸法Ａ，Ｂ，Ｄは次式（５）を満足するように設定される。また、図１０（ｂ）の場合と同様に貫通孔３２に挿入された弾性突起５６と側面３２１との間に隙間が形成されるためには、「Ｂ−Ｆ＜Ｇ」のように設定する必要がある。なお、直流端子１００にも、直流端子２００の場合と同様に斜面１００ｃが形成されている。
Ａ＜Ｂ＜Ａ＋Ｄ …（５）

なお、上述した第１の変形例では、「Ｅ＞Ｆ」のように設定することで、弾性突起５６の貫通孔３２への挿入時に弾性変形部５６１を予め変形させ、図１０（ｂ）の状態における弾性力がより大きくなるようにした。しかしながら、図１２（ａ）に示すように「Ｅ＜Ｆ」のように設定した場合であっても、直流端子２００を貫通孔３４に挿入する際の弾性変形部５６１の変形により、接続端子３６ａを直流端子２００に付勢させることは可能である。その場合には、弾性突起５６における斜面５６２は不要となる。

また、図７，８に示した斜面５６２に代えて、図１２（ｂ）に示すように弾性変形部５６１に斜面５６１ａを形成し、弾性突起５６を貫通孔３２に挿入する際に斜面５６１ａを貫通孔３２の縁に当接させて、弾性変形部５６１を変形させるようにしても良い。

図４，５に示した弾性突起５１は、弾性突起５１が反り返るように変形する片持ち構造である。一方、弾性突起５６は弾性変形部５６１が変形する構造であって、その弾性変形部５６１は、両端が一対の壁部５６０ｂで支持された略Ｕ字形状の壁部である。そのため、弾性変形部５６１は弾性突起５１に比べて変形し難く、より小さな寸法で同じ加圧力を発生させることができるという特徴を有する。なお、弾性変形部５６１の断面形状は、上述した略Ｕ字に限らず、略円形、略半円形、略多角形等でも良いし、また、各形状の中空断面をもつ形状でも良い。

（第２の変形例）
図１３は、上述した実施の形態の第２の変形例を説明する図である。図１３（ｂ）は、配線板３０に形成された弾性変形部３８と、支持板５０３に形成された突起５８等を示す図であり、図１３（ａ）は配線板３０を上方から見た平面図である。第２の変形例では、配線板３０の貫通孔３２に弾性変形可能な略Ｕ字断面形状の弾性変形部３８を設け、貫通孔３２に挿入される突起５８によって弾性変形部３８を変形させる構造とした。弾性変形部３８は図示右側方向に突出するように形成されており、突起５８によって弾性変形部３８が変形すると、配線板３０が図示左方向に付勢される。その結果、配線板３０に設けられた接続端子３６ａの接続面３６０が直流端子２００の接続面２００ａに押圧される。

弾性変形部３８は、切削加工、塑性加工、樹脂モールド成形などの工法により配線板３０と一体成形されても良いし、別部材で形成した後に配線板３０に固定するようにしても良い。突起５８の上端は、左側に下り傾斜の斜面５８０となっており、このような斜面５８０を形成することにより、突起５８を貫通孔３２に挿入したときの弾性変形部３８の変形をスムーズに行わせることができる。斜面５８０を形成する代わりに、突起５８の先端を球面のような曲面形状としても良い。

図１３に示す構成の場合、直流端子２００の接続面２００ａと突起５８の直流端子側側面との距離をＡ、弾性変形部３８の先端と接続端子３６ａの接続面３６０との距離をＢ、弾性変形部３８の根元から先端までの高さをＤ１としたとき、これらは次式（６）を満足するように設定される。
Ｂ−Ｄ１＜Ａ＜Ｂ …（６）

図１４は、突起５８および弾性変形部３８とコンデンサ１０の直流端子１００との位置関係を説明する図である。図１４に示すような配置の場合、Ａ，Ｂ，Ｄ１は次式（７）を満足するように設定される。このように設定することで、弾性変形部３８の弾性力により、直流端子１００の接続面１００ａが接続端子３５の接続面３５０に押圧される。
Ｂ＜Ａ＜Ｂ＋Ｄ１ …（７）

（第３の変形例）
図１５は、本実施の形態の第３の変形例を説明する図である。第３の変形例では、図４に示した弾性突起５１に代えて、弾性変形部として機能するプランジャ５７を用いる構成とした。プランジャ５７は、筒状のボディ５７０と、ボディ５７０の先端から一部が突出するようにバネ５７１等の弾性体の弾性力により付勢されると共に、突出量（Ｅ）が可変な接触子としてのボール５７２とを備えるものである。バネ力に逆らってボール５７２をボディ内に押し込むと、押し込み力と釣り合う位置までバネ５７１が圧縮され、その位置でバネ力と押し込み力とが釣り合うことになる。図１５に示したプランジャ５７にはボール５７２が使用されているが、接触子としてはボール５７２に代えてプランジャピン等を用いる構成のものもあり、種々の構成のプランジャを用いることができる。プランジャ５７は、支持板５０３の上端面に固定されている。

貫通孔３４に直流端子２００が挿入され、かつ、貫通孔３２内にプランジャ５７が挿入されるように配線板３０を下方に移動すると、貫通孔３２と貫通孔３４との間の配線板３０が直流端子２００とプランジャ５７との挟み込まれる形になり、プランジャ５７のボール５７２が貫通孔３２の側面３２０に当接し、ボディ５７０内に押し込まれる。その結果、バネ力により配線板３０が図示左側に付勢され、接続端子３６ａの接続面３６０が直流端子２００の接続面２００ａに押圧される。

図１５の寸法Ｅは、ボール５７２のボディ５７０からの最大突出量であり、言い替えればボール５７２の最大押し込み可能量である。そして、プランジャ５７により配線板３０の接続端子３６ａが直流端子２００に付勢されるようにするために、寸法Ａ，Ｂ，Ｅは次式（８）を満足するように設定される。
Ａ−Ｅ＜Ｂ＜Ａ …（８）

図１６は、プランジャ５７とコンデンサ１０の直流端子１００との位置関係を説明する図である。図１６に示す配置の場合、寸法Ａ，Ｂ，Ｅは次式（９）を満足するように設定される。このように設定することで、配線板３０がプランジャ５７により図示右側に付勢され、直流端子１００の接続面１００ａが接続端子３５の接続面３５０に押圧される。
Ａ＜Ｂ＜Ａ＋Ｅ …（９）

第３の変形例では、ボール５７２を有するプランジャ５７を配線板３０の貫通孔３２に挿入させる構造なので、貫通孔３２への挿入がスムーズに行われる。また、上述した弾性突起５１，５６や弾性変形部３８を用いる構成の場合、それらの形状や材料特性により得られる加圧力に制限があり、さらには、所望の加圧力を正確に調整するのが難しい。一方、プランジャ５７を用いる構成の場合には、バネ５７１のばね弾性係数、材質、または軸長を変更することにより、所望の加圧力を発生させることが可能である。

上述した実施の形態では、付勢部としての弾性突起５１、５６、弾性変形部５８およびプランジャ５７を筐体５０側（具体的には支持板５０３）に設けたが、これらを配線板３０側に設けるようにしても良い。その場合、付勢部が係合する係合部は、筐体５０側に設けられる。

図１７は、図４に示す弾性突起５１を配線板３０に設けた場合の構成を示す図である。なお、図１７は、配線板３０を筐体５０に固定する前の状態を示す。筐体５０の支持板５０３の上端面には弾性突起５１が係合する係合部としての凹部５２が形成されている。弾性突起５１の形状は、図４，５に示した弾性突起５１と同様である。ただし、弾性突起５１の爪部５１０は直流端子２００とは逆方向に突出している。弾性突起５１は、切削加工、塑性加工、樹脂モールド成形などの工法により配線板３０と一体成形されるほか、別部材として形成した後に配線板３０に固定するようにしても良い。

図１７に示すように、爪部５１０の突出方向に対して反対側にある直流端子２００の場合には、寸法Ｐ，Ｑ，Ｒは、次式（１０）が満足されるように設定される。寸法Ｐは、直流端子２００の接続面２００ａから、凹部５２の側面５２０（爪部５１０の当接面）までの距離である。寸法Ｑは、接続端子３６ａの接続面３６０から、弾性突起５１の爪側付け根までの距離である。寸法Ｒは、弾性突起５１の爪部５１０の突出方向高さ（爪側付け根から爪部先端までの距離）である。
Ｑ＜Ｐ＜Ｑ＋Ｒ …（１０）

図１８は、配線板３０の下面に設けられた弾性突起５１の凹部５２への係合動作を説明する図である。図１７に示す状態から配線板３０を支持板５０３上に載置するために、配線板３０を下方に移動すると、図１８（ａ）に示すように弾性突起５１の斜面５１１が凹部５２の縁（側面５２０の縁）に当接する。そのため、さらに配線板３０を下方に移動させると、斜面５１１と側面５２０の縁とが当接した状態で、配線板３０が左斜め下方向に移動する。その結果、図１８（ｂ）に示すように配線板３０の貫通孔３４の右側側面が直流端子２００に当接する。

図１８（ｂ）に示す状態から配線板３０をさらに押し下げると、図１８（ｃ）に示すように、弾性突起５１が図示左側に反り返るように変形し、爪部５１０の先端が凹部５２の側面５２０に当接するようになる。そのため、弾性突起５１から支持板５０３に対して図示右方向の弾性力が作用し、その反力として配線板３０に図示左方向の力が作用する。その結果、配線板３０に設けられた接続端子３６ａの接続面３６０が、直流端子２００の接続面２００ａに押圧され、端子同士の接触状態が維持される。

図１９は、弾性突起５１とコンデンサ１０の直流端子１００との位置関係を説明する図である。図１９（ａ）は、寸法Ｐ，Ｑ，Ｒの関係を説明する図であり、図１９（ｂ）は、配線板３０が筐体５０（支持板５０３）に固定された状態における弾性突起５１の形状を示す図である。

図１９に示す場合には、弾性突起５１の爪部５１０の突出方向に直流端子１００が配置されることになる。そのため、寸法Ｐ，Ｑ，Ｒは次式（１１）を満足するように設定される。図１９（ｂ）に示すように配線板３０を支持板５０３上に配置すると、弾性突起５１は図１８（ｃ）の場合と同様に反り返るように変形し、その結果、配線板３０が図示左方向に付勢され、直流端子１００の接続面１００ａに配線板３０の接続端子３５の接続面３５０が押圧される。
Ｑ−Ｒ＜Ｐ＜Ｑ …（１０）

図２０は、図８に示す弾性突起５６を配線板３０に設けた場合の構成を説明する図である。弾性突起５６は配線板３０の下面に設けられ、支持板５０３の上端面には、弾性突起５６が挿入される凹部５２が形成される。図２０（ａ）は配線板３０を筐体５０に固定する前の状態を示し、図２０（ｂ）は配線板３０を固定した状態を示す。ここでは、「Ｆ＜Ｅ」、かつ「Ｑ＋Ｓ−Ｅ＞Ｐ−Ｆ」と設定されるとともに、寸法Ｐ，Ｑ，Ｓは次式（１１）を満足するように設定される。
Ｑ＜Ｐ＜Ｑ＋Ｓ …（１１）

図２０（ｂ）のように、凹部５２に挿入された弾性突起５６における弾性変形部５６１の変形量は「Ｑ＋Ｓ−Ｐ」であって、弾性突起５６が支持板５０３に及ぼす弾性力の反力によって、配線板３０が図示左方向に付勢される。

図２１は、弾性突起５６とコンデンサ１０の直流端子１００との位置関係を示す図である。この場合には、寸法Ｐ，Ｑ，Ｓは次式（１２）を満足するように設定される。
Ｑ−Ｓ＜Ｐ＜Ｑ …（１２）

図２２は、図１３に示す弾性変形部３８を筐体５０（支持板５０３）に設けた場合の構成を説明する図である。図２２（ａ）は支持板５０３に設けられた弾性変形部３８と、配線板３０に設けられた突起５８を示す図である。図２２（ｂ）は、Ａ２−Ａ２断面図である。支持板５０３の上端面には凹部５２が形成され、その凹部５２内に略Ｕ字形状の弾性変形部３８が形成されている。弾性変形部３８はパワーモジュール２０の直流端子２００方向に突出するように形成されている。配線板３０の下面（支持板５０３に対向する面）には斜面５８０が形成された突起５８が形成されている。

配線板３０を支持板５０３上に配置すると、突起５８が凹部５２内に挿入され、斜面５８０が当接することによって弾性変形部３８が図示右方向に変形する。その結果、弾性変形部３８の弾性力によって配線板３０が図示左方向に付勢され、接続端子３６ａがパワーモジュール２０の直流端子２００に押圧される。図２２に示す寸法Ｐ，Ｑ，Ｄ１は、次式（１３）のように設定される。
Ｐ−Ｄ１＜Ｑ＜Ｐ …（１３）

図２３は、弾性変形部３８および突起５８とコンデンサ１０の直流端子１００との位置関係を示す図である。この場合には、寸法Ｐ，Ｑ，Ｄ１は次式（１４）を満足するように設定される。
Ｐ＜Ｑ＜Ｐ＋Ｄ１ …（１４）

図２４は、図１５に示すプランジャ５７を筐体５０（支持板５０３）に設けた場合の構成を説明する図である。配線板３０の下面に設けられたプランジャ５７は、ボール５７２が直流端子２００と逆方向を向くように配置される。支持板５０３の上端面には、プランジャ５７が挿入される凹部５２が形成されている。寸法Ｅはボール５７２の最大突出量であり、寸法Ｑは接続端子３６ａの接続面３６０からボディ５７０の先端までの距離、寸法Ｐは直流端子２００の接続面２００ａから凹部５２の側面５２０までの距離である。寸法Ｅ，Ｐ，Ｑは、次式（１５）を満足するように設定される。
Ｑ＜Ｐ＜Ｑ＋Ｅ …（１５）

ここでは、「Ｐ＜Ｑ＋Ｅ」のように設定されているので、プランジャ５７が凹部５２に挿入されると、ボール５７２が側面５２０に当接し、Ｑ＋Ｅ−Ｐだけボール５７２がボディ５７０に押し込まれることになる。そのため、バネ５７１が圧縮されてバネ力が側面５２０に作用し、その反力によって配線板３０が図示左方向に付勢される。その結果、配線板３０の接続端子３６ａの接続面３６０が、直流端子２００の接続面２００ａに押圧される。

図２５は、プランジャ５７とコンデンサ１０の直流端子１００との位置関係を示す図である。この場合、プランジャ５７のボール５７２は直流端子１００方向を向いている。そして、寸法Ｅ，Ｐ，Ｑは、次式（１６）を満足するように設定される。
Ｑ−Ｅ＜Ｐ＜Ｑ …（１６）

なお、上述した実施の形態では、配線板３０を一枚の基板で構成したが、図２６に示すように複数枚の基板（３０ａ，３０ｂ）で構成するようにしても良い。例えば、機能別に複数枚に分けることにより、配線板３０の配置自由度が増す。また、制御回路基板４０も複数枚で構成することも可能である。配線板３０と同様、機能別に複数枚に分けることにより、制御回路基板の配置自由度が増す。また、配線板３０と制御回路基板４０とを、例えば、図２７に示すように一体のアセンブリ８０として両方の機能を１つの基板として構成することも可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、配線板３０は、コンデンサ１０の直流端子１００が接続される第１の接続端子３５、およびパワーモジュール２０の端子２００，２０１が接続される第２の接続端子３６ａ，３６ｂを有し、その配線板３０を弾性突起５１等の付勢部により基板平面に沿った一方向に付勢する構成としたことにより、直流端子１００が接続端子３５に押圧され、端子２００，２０１が接続端子３６ａ，３６ｂに押圧されるように接続状態が維持される。そのため、溶接等による端子接合作業において、従来のように接合作業時に作業者が配線板３０を押さえつける必要がなく、また、固定治具等も必要ない。その結果、溶接作業の作業性向上を図ることができると共に、接続信頼性の向上を図ることができる。

付勢部は、配線板３０および筐体５０の一方に設けられた弾性変形部と、配線板３０および筐体５０の他方に設けられ、配線板３０が固定された状態において弾性変形部が変形状態で係合する係合部と、を有する。弾性変形部としては、例えば、弾性突起５１，５６、弾性変形部３８やプランジャ５７等を用いることができる。プランジャ５７は、配線板３０および筐体５０の一方に設けられる筒状体としてのボディ５７０と、ボディ５７０の先端から一部が突出するようにボディ５７０内に設けられ、ボディ５７０からの突出量が可変な接触子としてのボール５７１と、ボール５７１が筒状体から突出する方向にボール５７１を付勢するバネ５７２と、を有する。

配線板３０には、コンデンサ１０の端子が貫通する第１の貫通孔３３とパワーモジュール２０の端子が貫通する第２の貫通孔３４が形成され、貫通孔３３および接続端子３５は付勢部の付勢方向に沿って隣接配置され、かつ、貫通孔３３は接続端子３５に対して付勢方向に配置され、貫通孔３４および接続端子３６ａ，３６ｂは前記付勢方向に沿って隣接配置され、かつ、貫通孔３４は接続端子３６ａ，３６ｂに対して付勢方向に配置される。このような配置とすることで、配線板３０をその基板平面に沿った一方向に付勢するだけで、コンデンサ１０およびパワーモジュール２０の端子の全てに、配線板３０の対応する接続端子を押圧させることができる。

なお、上述した実施形態では、筐体５０の中ほどに支持板５０３を形成して、その上端面に付勢部の弾性変形部または係合部を設けたが、例えば、図２８に示すように、突起５８を配線板３０が固定される支持板５０２に設けても構わない。弾性変形部３８は、配線板３０の支持板５０２に対向する部分に形成される。

さらに、コンデンサ１０およびパワーモジュール２０の各々を、筐体５０に固定された配線板３０との間の領域に配置されるように筐体５０に固定するのが好ましい。このようにコンデンサ１０，パワーモジュール２０および配線板３０を個別に筐体５０に固定することにより、耐振動性の向上が図れる。また、筐体５０を基準にコンデンサ１０，パワーモジュール２０および配線板３０の位置決め公差が設定されるので、積み上げ誤差を考慮する必要がなく、各部品の公差を緩くすることが可能となる。

また、筐体５０に固定される制御回路基板４０は、配線板３０に対してコンデンサ１０，パワーモジュール２０が配置される領域とは反対側に配置される。そのような構成とすると、端子接続作業の後に制御回路基板４０の筐体５０への固定を行うことができるので、端子接続作業の作業効率向上を図ることができる。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、端子１００，２００，２０１に斜面を形成したが、配線板３０に斜面を形成しても良い。

１…電力変換装置、１０…コンデンサ、２０…パワーモジュール、３０…配線板、３２〜３４，３９…貫通孔、３５，３６ａ，３６ｂ…接続端子、４０…制御回路基板、５０…筐体、５１，５６…弾性突起、５２…凹部、５７…プランジャ、５８…突起、１００，２００…直流端子、１００ａ，２００ａ，３６０…接続面、２０１…交流端子、２０２…制御端子、５０２，５０３…支持板、５１０…爪部、５１１，５６２，５６１ａ，５８０…斜面、３８，５６１…弾性変形部、５７０…ボディ、５７１…バネ、５７２…ボール

Claims (7)

1. 直流電力を平滑するコンデンサと、
   電力変換を行うパワー半導体が設けられたパワーモジュールと、
   前記コンデンサの端子が接続される第１の接続端子、および前記パワーモジュールの端子が接続される第２の接続端子を有する配線板と、
   前記コンデンサの端子が前記第１の接続端子に押圧され、前記パワーモジュールの端子が前記第２の接続端子に押圧されるように、前記配線板をその基板平面に沿った一方向に付勢する付勢部と、を備える電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記コンデンサ、前記パワーモジュールおよび前記配線板が収納されると共に、前記配線板が固定される筐体を備え、
   前記付勢部は、
   前記配線板および前記筐体の一方に設けられた弾性変形部と、
   前記配線板および前記筐体の他方に設けられ、前記配線板が固定された状態において前記弾性変形部が変形状態で係合する係合部と、を有する電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記弾性変形部は、
   前記配線板および前記筐体の一方に設けられる筒状体と、
   前記筒状体の先端から一部が突出するように前記筒状体内に設けられ、前記筒状体からの突出量が可変な接触子と、
   前記接触子が筒状体から突出する方向に前記接触子を付勢する弾性体と、を有する電力変換装置。
4. 請求項２または３に記載の電力変換装置において、
   前記配線板には、前記コンデンサの端子が貫通する第１の貫通孔と前記パワーモジュールの端子が貫通する第２の貫通孔が形成され、
   前記第１の貫通孔および前記第１の接続端子は前記一方向に沿って隣接配置され、かつ、前記第１の貫通孔は前記第１の接続端子に対して前記付勢部の付勢方向に配置され、
   前記第２の貫通孔および前記第２の接続端子は前記一方向に沿って隣接配置され、かつ、前記第２の貫通孔は前記第２の接続端子に対して前記付勢部の付勢方向に配置される、電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記コンデンサおよび前記パワーモジュールの各々は、前記配線板と前記筐体との間に形成された隙間領域に配置されるように前記筐体に固定されている、電力変換装置。
6. 請求項５に記載の電力変換装置において、
   前記パワー半導体を制御する制御回路基板を備え、
   前記制御回路基板は、前記配線板に対して前記隙間領域とは反対側に配置され、前記筐体に固定されている、電力変換装置。
7. 請求項１または５に記載の電力変換装置において、
   前記配線板には前記パワー半導体を制御する制御回路が設けられている、電力変換装置。

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