JP2022139728A - 基板間接続構造および電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板間の振動発生を抑制し、ひいては接続部の接点部での微摺動摩耗の発生を抑制することが可能な基板間接続構造および電力変換装置を提供する。【解決手段】基板間接続構造は、第１基板および第２基板における基板間接続構造であって、第１基板に設けられる第１接続部と、第２基板に設けられ、第１接続部と嵌合することで第１基板と第２基板とを電気接続する第２接続部と、第２基板における第２接続部が配置された第１面とは反対側の第２面側に設けられ、第２基板を第２面側から支持することで第１基板と第２基板との間で発生する振動を抑制する振動抑制部と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、基板間接続構造および電力変換装置に関する。
従来、電力変換回路等の電気回路を搭載した２つの基板間の電気接続には、ワイヤーハーネスやＦＰＣ／ＦＦＣ（Flexible Printed Circuit/Flexible Flat Cable）等の部品（以下、ハーネス部）が用いられる。ハーネス部を設けると、基板を搭載した製品で振動が発生しても、その振動をハーネス部で吸収することが可能であるので、基板間の電気接続に対する影響度が小さい。
また、特許文献１には、柱状ハンダのグリッドアレイを利用してベースコンポーネントに対して電気的接続をもたらす回路構成要素の衝撃および振動絶縁を改善するための構造が開示されている。
特開２００３－１６３４３５号公報
ところで、昨今の製品は、大電流、高電圧が要求される一方で、筐体サイズがコンパクト化されているので、上記のハーネス部を設けるスペースを確保することが困難になっている。そのため、２つの基板のそれぞれに、互いに嵌合可能なコネクタ等の接続部を設けることで、筐体サイズのコンパクト化が実現される。
しかしながら、互いに嵌合可能な接続部を設ける構成であると、ハーネス部のように振動を吸収できないので、接続部の接点部で微摺動摩耗が発生し、接触抵抗の増加に起因する断線が発生するおそれがあった。
また、接続部の接点部の微摺動摩耗を抑制するため、基板間の接続部の周辺にスタッドを設けてネジで締結する方法があるが、スタッドを設ける物理的なスペースを確保する他、当該スタッドおよびネジと、基板上の部品との絶縁距離を確保する必要があるため、筐体サイズのコンパクト化の観点から実現が困難である。
本開示の目的は、基板間の振動発生を抑制し、ひいては接続部の接点部での微摺動摩耗の発生を抑制することが可能な基板間接続構造および電力変換装置を提供することである。
本開示に係る基板間接続構造は、
第１基板および第２基板における基板間接続構造であって、
前記第１基板に設けられる第１接続部と、
前記第２基板に設けられ、前記第１接続部と嵌合することで前記第１基板と前記第２基板とを電気接続する第２接続部と、
前記第２基板における前記第２接続部が配置された第１面とは反対側の第２面側に設けられ、前記第２基板を前記第２面側から支持することで前記第１基板と前記第２基板との間で発生する振動を抑制する振動抑制部と、
を備える。
本開示に係る電力変換装置は、
電力変換回路に関する電気回路が搭載される第１基板および第２基板と、
上記の基板間接続構造と、
を備える。
本開示によれば、基板間の振動発生を抑制し、ひいては接続部の接点部での微摺動摩耗の発生を抑制することができる。
本開示の実施の形態に係る電力変換装置が適用された車両の構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る基板間接続構造を示す図である。 第２の実施の形態に係る基板間接続構造を示す図である。 第３の実施の形態に係る基板間接続構造を示す図である。 変形例に係る基板間接続構造を示す図である。 変形例に係る基板間接続構造を示す図である。
（第１の実施の形態）
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る電力変換装置１００が適用された車両１の構成例を示すブロック図である。図２は、第１の実施の形態に係る基板間接続構造２００を示す図である。
図１に示すように、電力変換装置１００は、車両１外部の外部交流電源２に接続され、外部交流電源２から供給される交流電力を直流電力に電力変換してバッテリー３を充電する充電器である。バッテリー３は、例えば、電気自動車やハイブリッドカー等の車両１に搭載された電池である。
電力変換装置１００は、交流フィルタ１１０、整流部１２０、電力変換部１３０および基板間接続構造２００（図２参照）等を備える。
交流フィルタ１１０は、外部交流電源２と、整流部１２０および電力変換部１３０との間の電力線上に設けられている。
交流フィルタ１１０は、コンデンサやリアクトルなどの部品により構成され、当該電力線上に重畳されたノイズが外部交流電源２へ流出しないようにノイズを除去する役割を果たす。また、交流フィルタ１１０は、外部交流電源２から入力される交流電力に重畳するノイズを除去する役割も副次的に果たす。
整流部１２０は、例えば、４つのダイオードからなるダイオードブリッジ回路を有しており、外部交流電源２から出力された交流電力を全波整流して直流電力に変換し、電力変換部１３０に出力する。
電力変換部１３０は、力率改善回路およびＤＣ／ＤＣ変換回路等の電力変換回路を含む。力率改善回路は、整流部１２０から入力された直流電力の力率を改善する。ＤＣ／ＤＣ変換回路は、スイッチング素子を有しており、力率改善回路が出力した直流電力を、当該スイッチング素子のスイッチングにより、バッテリー３を充電可能な直流電力に変換する。このように電力変換部１３０によって変換された直流電力がバッテリー３に出力されることにより、バッテリー３が充電される。
電力変換装置１００の各部は、１つの筐体内に収容されている。また、図２に示すように、筐体内には、電力変換回路（電力変換部）に関する電気回路等が搭載された第１基板１４０および第２基板１５０を有している。第１基板１４０と第２基板１５０とは、互いに対向して配置されており、基板間接続構造２００により電気接続されている。
基板間接続構造２００は、第１接続部２１０と、第２接続部２２０と、振動抑制部２３０とを有する。
第１接続部２１０および第２接続部２２０は、互いに嵌合可能なコネクタであり、第１接続部２１０および第２接続部２２０の一方がオス端子であり、第１接続部２１０および第２接続部２２０の他方がメス端子である。
第１接続部２１０は、第１基板１４０における、第２基板１５０と対向する側の面１４０Ａに設けられる。第２接続部２２０は、第２基板１５０における第１基板１４０と対向する側の第１面１５０Ａに設けられる。第１接続部２１０と第２接続部２２０とが嵌合することで、第１基板１４０と第２基板１５０とが電気接続される。
振動抑制部２３０は、第１基板１４０と第２基板１５０との間で発生する振動を抑制する。振動抑制部２３０は、第２基板１５０における第２接続部２２０が配置された第１面１５０Ａとは反対側の第２面１５０Ｂ側に設けられる。
振動抑制部２３０は、第２基板１５０と間隔をあけて設けられる別部材１６０と、第２基板１５０との間において、第２基板１５０と別部材１６０との間隔を埋めるように設けられる。
別部材１６０は、振動抑制部２３０とは別の用途に用いられる部品、筐体の壁等どのようなものであっても良い。別の用途に用いられる部品は、例えば、第１基板１４０および第２基板１５０とは別に設けられた基板や、ＥＭＣ（electromagnetic compatibility）対策用の板金（フィルタ）等である。
振動抑制部２３０は、第２基板１５０における、第２接続部２２０が設けられた範囲の裏側から、第２面１５０Ｂを支持するように配置されている。振動抑制部２３０は、第１層２３１と、第２層２３２と、第３層２３３とを有する。
第１層２３１および第２層２３２は、ゴム等の弾性体であり、振動抑制部２３０の表面層である。第１層２３１は、振動抑制部２３０における第２基板１５０側の表面層であり、第２基板１５０の第２面１５０Ｂと接触する。第２層２３２は、振動抑制部２３０における第１層２３１とは反対側に位置する表面層であり、別部材１６０と接触する。第１層２３１は、本開示の「弾性層」に対応する。第２層２３２は、本開示の「弾性体」に対応する。
第３層２３３は、例えば樹脂（例えば、ポリブチレンテレフタレート）等の絶縁体（非弾性層）であり、振動抑制部２３０の中間層である。第３層２３３は、第２基板１５０との間で第１層２３１を挟んでおり、第２基板１５０の熱が第１層２３１を介して伝達されるようになっている。
以上のように構成された本実施の形態によれば、振動抑制部２３０が、第１基板１４０と第２基板１５０との間で発生する振動を抑制する。具体的には、第２基板１５０の第２接続部２２０の裏側から第２基板１５０を支持するように振動抑制部２３０が設けられる。
これにより、第２基板１５０の第２接続部２２０の部分を、第２面１５０Ｂ側から、振動抑制部２３０によって支持することができるので、外乱等に起因して、第１基板１４０と第２基板１５０との間で発生する振動を振動抑制部２３０で抑制することができる。
その結果、第１基板１４０と第２基板１５０との間に発生する振動に起因した、第１接続部２１０と第２接続部２２０との接点部に微摺動摩耗の発生を抑制することができ、ひいては接触抵抗増加に伴う断線の発生を抑制することができる。
また、第２基板１５０の第２接続部２２０に対応する部分の裏側から振動抑制部２３０によって第２基板１５０を支持するので、第１基板１４０と第２基板１５０との間で発生する振動をさらに抑制することができる。
また、振動抑制部２３０が第１層２３１で第２基板１５０の第２面１５０Ｂと接触するので、第１層２３１の弾性力により、第２基板１５０からの振動を吸収しやすくすることができる。なお、第１層２３１は、第２基板１５０の振幅低減の観点から薄く構成することが好ましい。また、第１層２３１の厚さは、第２基板１５０の振幅を低減可能な厚さに適宜設定可能である。
また、振動抑制部２３０が、非弾性層である第３層２３３を有するので、第２基板１５０を裏側から支持することで、第１基板１４０と第２基板１５０との間で発生する振動の振幅を低減することができる。
また、第３層２３３が絶縁体で構成されるので、基板におけるその他の周辺部材との絶縁距離を確保する必要がない。第３層が導電部材で構成されていると、周辺部材との絶縁距離を確保する必要が生じて、ひいては装置の大型化につながるおそれがある。それに対し、本実施の形態では、第３層２３３が絶縁体であるので、絶縁距離を確保する必要がなく、装置の省スペース化を実現でき、ひいては装置のコンパクト化に寄与することができる。
また、第３層２３３が樹脂で構成されるので、比較的熱容量の高い材質のもので構成することができる。その結果、振動抑制部２３０が、第２基板１５０の熱を吸収可能に構成されるので、第２基板１５０を冷却することができる。なお、振動抑制部２３０に蓄えられた熱を放射するためのヒートシンク等が別途設けられていても良い。
また、振動抑制部２３０が第２基板１５０の裏側に設けられるので、第１基板１４０側からの荷重が、第１基板１４０、第１接続部２１０、第２接続部２２０および第２基板１５０を介して振動抑制部２３０に伝達する。これにより、当該荷重に起因する変形に対する剛性を向上させることができる。
また、第２層２３２が弾性体で構成されるので、振動抑制部２３０と別部材１６０とが擦れ合うことを抑制することができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。図３は、第２の実施の形態に係る基板間接続構造を示す図である。
図３に示すように、第２の実施の形態に係る基板間接続構造２００は、第１接続部２１０、第２接続部２２０および振動抑制部２３０の他、第２の振動抑制部２４０を有する。
第２の振動抑制部２４０は、第１基板１４０と第２基板１５０との間で発生する振動を抑制する。第２の振動抑制部２４０は、第１基板１４０と第２基板１５０との間における第１接続部２１０および第２接続部２２０とは異なる位置に配置され、第１基板１４０と第２基板１５０との間隔を埋めるように設けられる。
第２の振動抑制部２４０は、振動抑制部２３０と同様に、第１層２４１、第２層２４２および第３層２４３を有する。
第１層２４１および第２層２４２は、振動抑制部２３０の第１層２３１および第２層２３２と同様に、ゴム等の弾性体である。第１層２４１は、第１基板１４０側の表面層であり、第１基板１４０と接触する。第２層２４２は、第２基板１５０側の表面層であり、第２基板１５０と接触する。
第３層２４３は、振動抑制部２３０の第３層２３３と同様に、樹脂等の絶縁体（非弾性体）であり、第２の振動抑制部２４０の中間層である。
また、第２の実施の形態における振動抑制部２３０は、第２接続部２２０と、第２の振動抑制部２４０との両方の裏側の位置に配置されている。具体的には、第２接続部２２０の一部の裏側に、振動抑制部２３０の一端部が位置し、第２の振動抑制部２４０の一部の裏側に振動抑制部２３０の他端部が位置するように、振動抑制部２３０が配置される。別の言い方をすると、第２接続部２２０および第２の振動抑制部２４０は、振動抑制部２３０に対して略対称に配置されている。
以上のように構成された第２の実施の形態によれば、第２の振動抑制部２４０が第１基板１４０と第２基板１５０との間に設けられたので、第１基板１４０と第２基板１５０とが近づくような振動が発生しても、第２の振動抑制部２４０によって当該振動を抑制することができる。その結果、振動抑制部２３０による振動抑制の効果をさらに向上させることができる。
また、第２接続部２２０および第２の振動抑制部２４０が、振動抑制部２３０に対して対称に配置されているので、第２接続部２２０および第２の振動抑制部２４０から第２基板１５０にかかる荷重を振動抑制部２３０により均等に受け止めることができる。その結果、振動抑制部２３０により、第２基板１５０を安定して支持することができ、ひいては振動抑制部２３０による振動抑制の効果を向上させることができる。
また、第２の振動抑制部２４０の第３層２４３が絶縁体であるので、基板におけるその他の周辺部材との絶縁距離を確保する必要がないので、装置の省スペース化に寄与することができる。
また、第３層２４３が樹脂で構成されるので、比較的熱容量の高い材質のもので構成することができる。その結果、第２の振動抑制部２４０が、第１基板１４０および第２基板１５０の熱を吸収可能に構成されるので、第１基板１４０および第２基板１５０を冷却することができる。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。図４は、第３の実施の形態に係る基板間接続構造を示す図である。
第２の実施の形態では、第２の振動抑制部２４０が１つ設けられていたが、図４に示すように、第３の実施の形態では、第２の振動抑制部２４０が、第１接続部２１０および第２接続部２２０の両側に１つずつ設けられている。各第２の振動抑制部２４０の構成は、第２の実施の形態における第２の振動抑制部２４０と同様である。
また、振動抑制部２３０は、第１の実施の形態と同様に、第２接続部２２０の裏側に配置されている。具体的には、一方の第２の振動抑制部２４０の一部の裏側に、振動抑制部２３０の一端部が位置し、他方の第２の振動抑制部２４０の一部の裏側に振動抑制部２３０の他端部が位置するように、振動抑制部２３０が配置される。別の言い方をすると、２つの第２の振動抑制部２４０は、振動抑制部２３０に対して対称に配置されている。
以上のように構成された第３の実施の形態によれば、２つの第２の振動抑制部２４０が第１基板１４０と第２基板１５０との間に設けられたので、第１基板１４０と第２基板１５０とが近づくような振動が発生しても、２つの第２の振動抑制部２４０によって当該振動をさらに抑制することができる。その結果、振動抑制部２３０による振動抑制の効果をさらに向上させることができる。
また、２つの第２の振動抑制部２４０が、振動抑制部２３０に対して対称に配置されているので、２つの第２の振動抑制部２４０から第２基板１５０にかかる荷重を振動抑制部２３０により均等に受け止めることができる。その結果、振動抑制部２３０により、第２基板１５０を安定して支持することができ、ひいては振動抑制部２３０による振動抑制の効果を向上させることができる。
また、上記第２の実施の形態等では、第２の振動抑制部２４０が第１基板１４０と第２基板１５０との間隔を埋めるように設けられていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、第１基板１４０と第２基板１５０との間に配置される別部材１７０（例えば、ノイズフィルタ等）と、第２基板１５０との間隔を埋めるように設けられていても良い。
また、上記実施の形態では、振動抑制部２３０が一つ設けられていたが、本開示はこれに限定されず、振動抑制部２３０を複数設けても良い。また、図６に示すように、振動抑制部２３０を２つ設ける場合、第２接続部２２０に対して、２つの振動抑制部２３０を対称に配置することが好ましい。
このようにすることで、２つの振動抑制部２３０により、第２基板１５０の第２接続部２２０に対応する部分をバランスよく支持することができる。
また、２つの振動抑制部２３０を第２接続部２２０に対して対称に配置する限り、各振動抑制部２３０を、第２接続部２２０の裏側ではない位置に配置しても良い。
また、上記実施の形態では、振動抑制部に第２層（弾性体）が設けられていたが、本開示はこれに限定されず、第２層が設けられていなくても良い。また、別部材側に、振動抑制部を接触可能な弾性体が設けられていても良い。
また、上記実施の形態では、車両の電力変換装置における基板間接続構造を例示したが、本開示はこれに限定されず、車両以外の電力変換装置における基板間接続構造であっても良い。
また、上記実施の形態では、電力変換装置の基板間接続構造を例示したが、本開示はこれに限定されず、電力変換装置以外の装置の基板間接続構造であっても良い。
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本開示の基板間接続構造は、基板間の振動発生を抑制し、ひいては接続部の接点部での微摺動摩耗の発生を抑制することが可能な基板間接続構造および電力変換装置として有用である。
１ 車両
２ 外部交流電源
３ バッテリー
１００ 電力変換装置
１１０ 交流フィルタ
１２０ 整流部
１３０ 電力変換部
１４０ 第１基板
１５０ 第２基板
１５０Ａ 第１面
１５０Ｂ 第２面
２００ 基板間接続構造
２１０ 第１接続部
２２０ 第２接続部
２３０ 振動抑制部
２３１ 第１層
２３２ 第２層
２３３ 第３層

Claims (9)

  1. 第１基板および第２基板における基板間接続構造であって、
    前記第１基板に設けられる第１接続部と、
    前記第２基板に設けられ、前記第１接続部と嵌合することで前記第１基板と前記第２基板とを電気接続する第２接続部と、
    前記第２基板における前記第２接続部が配置された第１面とは反対側の第２面側に設けられ、前記第２基板を前記第２面側から支持することで前記第１基板と前記第２基板との間で発生する振動を抑制する振動抑制部と、
    を備える基板間接続構造。
  2. 前記振動抑制部は、前記第２基板における、前記第２接続部が設けられた範囲の少なくとも一部に対応する部分の裏側から前記第２基板を支持する、
    請求項１に記載の基板間接続構造。
  3. 前記振動抑制部は、前記第２面に接触して設けられる弾性層を有する、
    請求項１または請求項２に記載の基板間接続構造。
  4. 前記振動抑制部は、前記第２基板との間で前記弾性層を挟むように設けられる非弾性層を有する、
    請求項３に記載の基板間接続構造。
  5. 前記非弾性層は、絶縁体である、
    請求項４に記載の基板間接続構造。
  6. 前記振動抑制部は、前記非弾性層における、前記弾性層とは反対側に位置する弾性体を有する、
    請求項４または請求項５に記載の基板間接続構造。
  7. 前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間で発生する振動を抑制する第２の振動抑制部を備える、
    請求項１～６の何れか１項に記載の基板間接続構造。
  8. 前記振動抑制部は、前記第２基板の熱を吸収可能に構成されている、
    請求項１～７の何れか１項に記載の基板間接続構造。
  9. 電力変換回路に関する電気回路が搭載される第１基板および第２基板と、
    請求項１～８の何れか１項に記載の基板間接続構造と、
    を備える電力変換装置。
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