JP2016059242A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性蓋体の内面に配される回路基板を金属筐体に容易に接地することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】アルミケース２０は開口部２１を有する。絶縁性蓋体３０はアルミケース２０の開口部２１を外側から塞ぎ、回路基板４０が絶縁性蓋体３０の内面に配され、アルミナット７０は回路基板４０を絶縁性蓋体３０に支持するとともに回路基板４０と電気的に接続される。アルミカラー８０は絶縁性蓋体３０をアルミケース２０に固定するとともにアルミケース２０と電気的に接続される。連結用平板９０はアルミナット７０およびアルミカラー８０に導通して回路基板４０をアルミケース２０に接地する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

電子機器において金属筐体の内部に回路基板が配置され、回路基板を金属筐体に接地する技術が知られている（例えば、特許文献１，２）。

特開平１１−２０４１６２号公報 特開２００２−２１７５６７号公報

ところで、金属筐体の開口部を塞ぐ絶縁性蓋体における内面に回路基板を配置した構成において、回路基板を金属筐体に接地することが困難となる。例えば、バスバー（帯板状導体）あるいはハーネスを用いて回路基板と金属筐体とを繋ぐようにすると、回路基板を金属筐体に接地するための部品（バスバーあるいはハーネス）が必要となるとともに、そのための作業工数が発生し、さらに、金属筐体において接地のためのスペースが必要となる。

本発明の目的は、絶縁性蓋体の内面に配される回路基板を金属筐体に容易に接地することができる電力変換装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、開口部を有する金属筐体と、前記金属筐体の開口部を外側から塞ぐ絶縁性蓋体と、前記絶縁性蓋体の内面に配される回路基板と、前記回路基板を前記絶縁性蓋体に支持するとともに前記回路基板と電気的に接続される導電性の第１部材と、前記絶縁性蓋体を前記金属筐体に固定するとともに前記金属筐体と電気的に接続される導電性の第２部材と、前記第１部材および前記第２部材に導通して前記回路基板を前記金属筐体に接地する導電性の第３部材と、を備えることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、絶縁性蓋体により金属筐体の開口部が外側から塞がれる。絶縁性蓋体の内面において回路基板が第１部材により支持され、第２部材により絶縁性蓋体が金属筐体に固定される。第１部材は回路基板と電気的に接続され、第２部材は金属筐体と電気的に接続される。第１部材と第２部材が第３部材により導通して回路基板が金属筐体に接地される。よって、絶縁性蓋体の内面に配される回路基板を金属筐体に容易に接地することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電力変換装置において、前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とが一体化されているとよい。
請求項３に記載のように、請求項２に記載の電力変換装置において、前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とが前記絶縁性蓋体にインサート成形されているとよい。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、前記金属筐体の開口部の周囲において前記金属筐体と前記絶縁性蓋体との間をシールするシール部材を有するとよい。

本発明によれば、絶縁性蓋体の内面に配される回路基板を金属筐体に容易に接地することができる。

実施形態における電力変換装置の断面図。 電力変換装置の分解斜視図。 絶縁性蓋体およびアルミ成形体の斜視図。 アルミ成形体を示す斜視図。 絶縁性蓋体および回路基板を示す斜視図。 （ａ）はアルミ成形体の平面図、（ｂ）はアルミ成形体の正面図。 比較のための電力変換装置の断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１，２に示すように、電力変換装置１０は、車載用インバータであって、車載バッテリ等から直流電力を入力して交流電力に変換してモータ等の車載機器に出力する。また、電力変換装置１０は、ＣＡＮ通信にて他の車載機器である車両ＥＣＵと通信される。さらに、電力変換装置１０は、モータ回転数センサからモータ回転数信号を入力する。

電力変換装置１０は、金属筐体としてのアルミケース２０と、樹脂製の絶縁性蓋体３０と、コネクタ用の回路基板４０と、アルミ成形体５０と、シール部材としてのＯリング６０を備える。絶縁性蓋体３０は、回路基板４０を支持する基板ブラケットとしても機能する。アルミ成形体５０は、導電性の第１部材としてのアルミナット７０と、導電性の第２部材としてのアルミカラー８０と、導電性の第３部材としての連結用平板９０とを備える。

アルミケース２０は、四角箱状をなす。四角箱状のアルミケース２０の内部には、制御回路、半導体素子、平滑コンデンサ、駆動回路（いずれも図示略）等を備える電力変換回路としてのインバータ回路２５が配置されている。そして、制御回路・駆動回路を介して半導体素子をオン／オフ制御することにより入力した直流電力を交流電力に変換して出力するようになっている。また、コネクタ用の回路基板４０にはコネクタピン４２が貫通する状態で立設されている。

四角箱状のアルミケース２０における一側面には、長方形の開口部２１が形成されている。アルミケース２０の外表面における開口部２１の形成部には四角枠部２２が突設されている。長方形をなす四角枠部２２における四隅及び一方（下側）の長辺の中央部には、ねじＳｃ２が螺入できるねじ穴２３が形成されている。

アルミケース２０における開口部２１を設けた面には絶縁性蓋体３０が取り付けられ、絶縁性蓋体３０によりアルミケース２０の開口部２１を外側から塞いでいる。
図３に示すように、絶縁性蓋体３０は四角板状をなしている。絶縁性蓋体３０において貫通孔３１が形成されている。絶縁性蓋体３０の外表面において貫通孔３１の形成部には樹脂製のコネクタハウジング３２（図１参照）が一体的に設けられている。コネクタハウジング３２に対し相手側の樹脂製のコネクタ（図示略）が装着されると、回路基板４０に搭載したコネクタピン４２が相手側コネクタのピンと接続され、相手側コネクタに接続されたケーブルおよびコネクタピン４２を介して回路基板４０に対してＣＡＮ通信信号およびモータ回転数信号が入力される。絶縁性蓋体３０は樹脂製であるので、コネクタハウジング３２を一体的に成形することができ、好適である。

また、絶縁性蓋体３０の内表面での周縁部にはＯリング挿入用溝（凹部）３３が形成され、この溝３３にはシール部材としてのＯリング６０が挿入されている。
図２に示すように、回路基板４０は、絶縁性蓋体３０の内面に配される。略長方形の回路基板４０における四隅部及び一方（下側）の長辺の中央部には、ねじＳｃ１が通る貫通孔４１が設けられている。また、回路基板４０においては外部からのノイズを除去するためのフィルタ回路（図示略）が搭載されている。さらに、回路基板４０において基板上には接地用導体（図示略）がねじＳｃ１とアルミナット７０とで回路基板４０を挟むようにねじＳｃ１を締めこんだときにアルミナット７０と導通するようにパターニングされている。

回路基板４０にはケーブルコネクタ４３が搭載されている。ケーブルコネクタ４３に対し相手側のケーブルコネクタ（図示略）が接続され、相手側のケーブルコネクタから延びるケーブルにてアルミケース２０内の制御回路と接続されている。そして、ＣＡＮ通信信号およびモータ回転数信号がコネクタ用の回路基板４０に入力されて、回路基板４０に搭載されたフィルタ回路によりノイズが除去された後に、ケーブルコネクタ４３、相手側ケーブルコネクタおよびケーブルを経てアルミケース２０内の制御回路に送られる。

図６に示すように、アルミ成形体５０のアルミナット７０は、円筒状をなし、内周面にねじ穴７１が形成されている。アルミカラー８０は、円筒状をなし、中央部が貫通孔８１となっている。連結用平板９０はアルミよりなり、平板状をなしている。連結用平板９０の一端がアルミナット７０の外表面と連結されるとともに他端がアルミカラー８０の外表面と連結されている。アルミ成形体５０は、アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０とがアルミ材により一体形成されている。これにより、アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０とが一体化されている。

図３，４に示すように、アルミ成形体５０（アルミナット７０、アルミカラー８０、連結用平板９０）が樹脂製の絶縁性蓋体３０にインサート成形されている。５つのアルミ成形体５０は四角板状の絶縁性蓋体３０の四隅および一方（下側）の長辺の中央部に配置されている。また、各アルミ成形体５０は、Ｏリング挿入用溝３３を挟んでアルミナット７０が内径側に位置し、アルミカラー８０が外径側に位置している。アルミナット７０は軸線が板状の絶縁性蓋体３０の厚さ方向に延びるように配置され、アルミナット７０の一端側が絶縁性蓋体３０に埋設されるとともにアルミナット７０の他端側が絶縁性蓋体３０の表面から突出している。アルミカラー８０は軸線が板状の絶縁性蓋体３０の厚さ方向に延びる状態で埋設され、アルミカラー８０の一端が板状の絶縁性蓋体３０の一方の面に露出するとともにアルミカラー８０の他端が板状の絶縁性蓋体３０の他方の面に露出している。連結用平板９０は板状の絶縁性蓋体３０の厚さ方向に直交する方向に延びる状態で埋設され、連結用平板９０の一端が絶縁性蓋体３０内においてアルミナット７０と連通されるとともに連結用平板９０の他端が絶縁性蓋体３０内においてアルミカラー８０と連通されている。

そして、図５に示すように、ねじＳｃ１が回路基板４０の貫通孔４１を通してアルミナット７０のねじ穴７１に螺入されてコネクタ用の回路基板４０が絶縁性蓋体３０に支持されている。つまり、アルミナット７０を用いて回路基板４０が絶縁性蓋体３０に支持される。

図１に示すように、回路基板４０が絶縁性蓋体３０に締結された状態においてはアルミナット７０と回路基板４０の接地用導体パターンとが接触してアルミナット７０は回路基板４０の接地用導体パターンと電気的に接続される。

また、図１に示すように、ねじＳｃ２がアルミカラー８０の貫通孔８１を通してアルミケース２０のねじ穴２３に螺入されて絶縁性蓋体３０がアルミケース２０に固定されている。つまり、アルミカラー８０を用いて絶縁性蓋体３０がアルミケース２０に固定される。また、絶縁性蓋体３０がアルミケース２０に締結された状態においてはアルミカラー８０とアルミケース２０とが接触してアルミカラー８０はアルミケース２０と電気的に接続される。

導電性の連結用平板９０は、アルミナット７０およびアルミカラー８０に導通して回路基板４０の接地用導体パターンをアルミケース２０に接地する。
絶縁性蓋体３０がアルミケース２０に固定された状態において、Ｏリング６０はアルミケース２０の四角枠部２２の先端面において開口部２１の周囲を囲うように配置され、アルミケース２０の四角枠部２２の先端面に接触するとともに絶縁性蓋体３０の内表面に接触している。アルミケース２０の開口部２１の周囲においてアルミケース２０と絶縁性蓋体３０との間がＯリング６０によりシールされている。このようにしてアルミケース２０は防水構造となっている。

次に、電力変換装置１０の作用を、製造工程とともに説明する。
アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０とが一体化されたアルミ成形体５０が、絶縁性蓋体３０にインサート成形されている。

そして、５つのねじＳｃ１を回路基板４０の貫通孔４１を通してアルミナット７０のねじ穴７１に螺入して回路基板４０を絶縁性蓋体３０に締結する。このとき、回路基板４０の接地用導体パターンとアルミナット７０とが接触して電気的に接続される。

その後、絶縁性蓋体３０の溝（凹部）３３にＯリング６０を嵌め込んだ状態から、５つのねじＳｃ２をアルミカラー８０の貫通孔８１を通してアルミケース２０のねじ穴２３に螺入して絶縁性蓋体３０をアルミケース２０にねじ固定する。このとき、アルミカラー８０とアルミケース２０とが接触して電気的に接続される。その結果、回路基板４０の接地用導体パターンからアルミナット７０、連結用平板９０、アルミカラー８０、アルミケース２０に至る接地ラインが形成される。その結果、回路基板４０をアルミケース２０に接地することができる。

制御の際には、コネクタハウジング３２に対し相手側コネクタ（図示略）が装着され、ＣＡＮ通信信号およびモータ回転数信号が回路基板４０に入力されフィルタ回路によりノイズが除去された後に制御回路に送られる。これら信号に基づいて直流電力が交流電力に変換されてモータ等の車載機器に出力される。

図７は比較例である。図７に示すように、樹脂製の絶縁性蓋体１００にアルミカラー１０１とアルミナット１０２がインサート成形されている。アルミナット１０２に回路基板１０３がねじ１０４にて締結され、回路基板１０３をアルミケース１０７に接地するためのバスバー１０５（あるいはハーネス）をねじ１０４およびねじ１０６で回路基板１０３とアルミケース１０７に接続する。また、絶縁性蓋体１００をアルミケース１０７にねじ１０８で固定する。ところが、回路基板１０３をアルミケース１０７に接地するためにバスバー１０５（あるいはハーネス）が必要となるとともに、そのための作業工数が発生し、さらに、アルミケース１０７側に接地するためのスペースが必要となる。より具体的には、回路基板１０３および絶縁性蓋体１００にねじ回しＴが通る貫通孔Ｈ１を設けて絶縁性蓋体１００の外側からねじ回しＴでねじ１０６を回してバスバー１０５の一端をアルミケース１０７に固定し、その後、絶縁性蓋体１００に設けた貫通孔Ｈ１に栓をする。

これに対し本実施形態においては、アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０を一体化して樹脂製の絶縁性蓋体３０にインサート成形する。これにより、図７でのバスバー１０５（あるいはハーネス）を用いることなく、絶縁性蓋体３０をアルミケース２０にねじ固定するだけで回路基板４０をアルミケース２０に接地することができる。よって、部品点数が削減されるとともに作業工数を削減することができる。さらに、アルミケース接地用バスバー１０５（図７参照）の設置スペースが削減できる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電力変換装置１０の構成として、アルミケース２０と絶縁性蓋体３０と回路基板４０とアルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０とを備える。アルミケース２０は開口部２１を有し、絶縁性蓋体３０はアルミケース２０の開口部２１を外側から塞ぎ、回路基板４０が絶縁性蓋体３０の内面に配される。アルミナット７０は回路基板４０を絶縁性蓋体３０に支持するとともに回路基板４０と電気的に接続され、アルミカラー８０は絶縁性蓋体３０をアルミケース２０に固定するとともにアルミケース２０と電気的に接続される。連結用平板９０はアルミナット７０およびアルミカラー８０に導通して回路基板４０をアルミケース２０に接地する。よって、絶縁性蓋体３０の内面に配される回路基板４０をアルミケース２０に容易に接地することができる。

（２）アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０とが一体化されている。よって、部品点数を少なくすることができるとともに部品管理が容易となり、さらに、製造工程の削減を図ることができる。

（３）アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０とが絶縁性蓋体３０にインサート成形されている。よって、別途組み付ける必要が無く、製造容易となる。
（４）アルミケース２０の開口部２１の周囲においてアルミケース２０と絶縁性蓋体３０との間をシールするＯリング６０を有する。よって、アルミケース２０と絶縁性蓋体３０との間のシール性を確保しつつ絶縁性蓋体３０の内面に配される回路基板４０をアルミケース２０に容易に接地することができる。つまり、図１において絶縁性蓋体３０におけるＯリング６０の配置箇所の内径側においてアルミナット７０が位置するとともに外径側においてアルミカラー８０が位置するが、絶縁性蓋体３０の内部において連結用平板９０がアルミナット７０とアルミカラー８０を繋いでおり、Ｏリング６０によるシール性は確保されている。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０は材質がアルミであったが、アルミ以外の導電材料、例えば銅等であってもよい。

・アルミ成形体５０は、アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０とがアルミ材により一体形成されていたが、これに限らない。例えば、アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０とは、溶接で連結されることにより一体化されていてもよい。他にも、アルミナット７０とアルミカラー８０とは連結用平板９０にカシメにより連結することにより一体化されていてもよい。

・アルミ成形体５０（アルミナット７０、アルミカラー８０、連結用平板９０）は、樹脂製の絶縁性蓋体３０にインサート成形されていたが、これに限らない。例えば、アルミ成形体５０（アルミナット７０、アルミカラー８０、連結用平板９０）は、２枚の樹脂プレートに挟んでもよい。他にも、アルミ成形体５０（アルミナット７０、アルミカラー８０、連結用平板９０）は、絶縁性蓋体に接着等により固定してもよい。

・絶縁性蓋体３０は樹脂で構成したが、樹脂以外の例えばセラミック製であってもよい。
・５つのアルミ成形体５０（アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０）を用い、全てのアルミ成形体５０で回路基板４０をアルミケース２０に接地したが、これに限らない。例えば、５つのアルミ成形体５０のうちの１つのアルミ成形体５０（アルミナット７０とアルミカラー８０と連結用平板９０）のみで回路基板４０をアルミケース２０に接地してもよい。なお、５つのアルミ成形体５０で回路基板４０をアルミケース２０に接地する構成とすることにより回路基板４０における広い範囲（四隅及び一方の長辺の中央部）において接地用導体パターンと接続することができ、回路基板４０において安定した接地構造とすることが可能となる。

・回路基板４０はコネクタハウジング３２に挿入されるコネクタの信号をケーブルコネクタ４３へ伝達する基板であったが、他の機能を持った回路基板であっても良い。
・電力変換装置は車載用インバータであったが、これに限定されるものではない。例えば、インバータ以外にもＤＣ／ＤＣコンバータ等でもよい。また、車載用に限るものではなく車載用以外の電力変換装置であってもよい。

１０…電力変換装置、２０…アルミケース、２１…開口部、３０…絶縁性蓋体、４０…回路基板、５０…アルミ成形体、６０…Ｏリング、７０…アルミナット、８０…アルミカラー、９０…連結用平板。

Claims (4)

1. 開口部を有する金属筐体と、
   前記金属筐体の開口部を外側から塞ぐ絶縁性蓋体と、
   前記絶縁性蓋体の内面に配される回路基板と、
   前記回路基板を前記絶縁性蓋体に支持するとともに前記回路基板と電気的に接続される導電性の第１部材と、
   前記絶縁性蓋体を前記金属筐体に固定するとともに前記金属筐体と電気的に接続される導電性の第２部材と、
   前記第１部材および前記第２部材に導通して前記回路基板を前記金属筐体に接地する導電性の第３部材と、
   を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とが一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とが前記絶縁性蓋体にインサート成形されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記金属筐体の開口部の周囲において前記金属筐体と前記絶縁性蓋体との間をシールするシール部材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。