JP2024009639A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタ端子と回路基板の接合部への応力を低減する電力変換装置を提供する。
【解決手段】
電力変換装置は、回路基板と、導電性の筐体と、コネクタと、前記コネクタを前記回路基板に締結する複数の第１の締結部材と、前記コネクタと前記回路基板を前記筐体に共締め固定する複数の第２の締結部材と、を備え、前記コネクタは、コネクタ端子、を有し、複数の前記第１の締結部材は、前記回路基板上において前記コネクタ端子が接続される領域の周囲を囲うように配置され、複数の前記第２の締結部材は、導電性であり、前記回路基板に形成された第１の貫通孔と前記コネクタに形成された第２の貫通孔を挿通することで、前記コネクタおよび前記回路基板と前記筐体とを共締めする。
【選択図】図６

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置は、回路基板とコネクタが接続される構成を有しているが、回路基板の取り付け方には装置の信頼性が維持できる構造が求められている。例えば、下記の特許文献１には、コネクタと回路基板が共締めされることで筐体に締結される構造を有する電力変換装置が開示されている。

特許第６８４３２６４号公報

特許文献１に記載の構成では、回路基板に締結されたコネクタについて、回路基板と半田で接合されているコネクタ端子の接合部分は、回路基板に対して例えばたわみなどの応力が発生する場合に接合信頼性が下がりやすくなる。これを鑑みて本発明は、コネクタ端子と回路基板との接合部への応力を低減した電力変換装置を提供することが目的である。

電力変換装置は、モータを駆動するパワーモジュールと電気的に接続する回路基板と、前記回路基板を収容する導電性の筐体と、外部機器と接続するコネクタと、前記コネクタを前記回路基板に締結する複数の第１の締結部材と、前記コネクタと前記回路基板を前記筐体に共締め固定する複数の第２の締結部材と、を備え、前記コネクタは、前記回路基板と電気的に接続するコネクタ端子、を有し、複数の前記第１の締結部材は、前記回路基板上において前記コネクタ端子が接続される領域の周囲を囲うように配置され、複数の前記第２の締結部材は、導電性であり、前記回路基板に形成された第１の貫通孔と前記コネクタに形成された第２の貫通孔を挿通することで、前記コネクタおよび前記回路基板と前記筐体とを共締めする。

本発明によれば、コネクタ端子と回路基板との接合部への応力を低減した電力変換装置を提供できる。

電力変換装置の斜視図 電力変換装置の分解斜視図 本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の内部における回路基板サブ組部品の上方視点図 コネクタと接続した回路基板サブ組部品の斜視図 コネクタの斜視図 本発明の一実施形態に係る、図３のＡ－Ａ断面図 本発明の一実施形態に係る、第２締結部品の挿入部分の拡大図 第１変形例 第２変形例

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

（本発明の一実施形態と装置の全体構成）
（図１）
電力変換装置１００は、カバー１０、筐体２０を有している。カバー１０は、筐体２０に形成されている開口部を塞ぐことで、筐体２０内部に収納している部品を密閉している。筐体２０の外部には、筐体２０の内部に収納されているコネクタ４０の一部が突出している。

（図２）
電力変換装置１００は、モータを駆動するパワーモジュール６０と電気的に接続する回路基板３０（以下基板３０）と、基板３０を収容する導電性の筐体２０と、外部機器と接続するコネクタ４０と、を備える。回路基板サブ組み部品２００（以下サブ組み部品２００）は、コネクタ４０と基板３０とを有している。電力変換装置１００において、遮蔽板５０は、パワーモジュール６０と基板３０の間の位置に配置される。遮蔽板５０は、パワーモジュール６０のスイッチング動作により発生するノイズが、空間を伝播して基板３０へ伝達するのを防ぐように遮蔽するシールド部品である。

（図３）
コネクタ４０は、第１の締結部材１と第２の締結部材２によって、基板３０に接続固定されている。第１の締結部材１および第２の締結部材は、例えばネジである。また、基板３０は、コネクタ４０が有するコネクタ端子４３の接合部分である半田部２０１を有する。

複数の第１の締結部材１は、基板３０上においてコネクタ端子４３が接続される領域２０２の周囲を囲うように配置される。半田部２０１は、複数の第１の締結部材１同士をつないで形成される領域２０２内に収まるように設けられている。また、第２の締結部材２は、基板３０において、第１の締結部材１に囲われた領域２０２よりも外側に配置されている。第１の締結部材１は、各部品と締結するための基板３０上の複数の締結部材の中で、半田部２０１に最も近い締結部材である。

このような構成にすることで、コネクタ４０を基板３０へ組み付ける時に、組付けの寸法バラつきがあったとしても、基板３０のたわみが領域２０２内に伝播されにくくなる。特に、領域２０２より外側で発生した基板３０のゆがみは、領域２０２内へ伝播されにくい。そのため、半田部２０１への応力を低減できる。

なお、第１の締結部材１は、半田部２０１に対しての応力低減の目的が達成できれば、領域２０２を４方で囲んで形成することに限らず、３点で囲んだり、５点以上で囲んだりして形成してもよい。

（図４）
サブ組み部品２００において、コネクタ４０は基板３０に第１の締結部材１で締結されている。コネクタ４０のコネクタ端子４３は、複数の第１の締結部材１に囲まれた領域２０２（図４参照）内の半田部２０１に半田付けされている。これにより、例えば、組立ラインにおいてサブ組み部品２００を筐体２０に組み付ける時、前述と同様の効果により、半田部２０１に歪みや応力が発生しない。また、電力変換装置１００の組み立て工程において、基板３０とコネクタ４０をサブ組み部品２００として先に組立ておよび半田付けをすることで、半田不良による出戻り工数削減につながり、ロスコストを低減できる。

（図５）
コネクタ４０は、電力変換装置１００においての外部機器とのインターフェース部品である。コネクタ４０は、樹脂ハウジング４４を有している。樹脂ハウジング４４は、一対のスペーサ４１、複数のナット４２、コネクタ端子４３を保持している。

（図６）
基板３０には、コネクタ４０を基板３０に締結する複数の第１の締結部材１と、コネクタ４０と基板３０を筐体２０に共締め固定する複数の第２の締結部材２と、が備えられている。コネクタ４０は、基板３０と電気的に接続するコネクタ端子４３、を有している。

スペーサ４１は、第２の締結部材２が挿通する貫通孔の役割を有している。第２の締結部材２は、コネクタ４０を筐体２０に締結固定することで、例えば、品質管理や検査の場面において、コネクタ４０が外部機器との挿抜によって発生する基板３０への歪みの発生を防ぐ。

ナット４２は、基板３０に挿入される第１の締結部材１と螺合する。基板３０とコネクタ４０は、第１の締結部材１によって締結固定されることで、基板３０とコネクタ端子４３が半田付けされた半田部２０１を形成する。また、コネクタ４０は外部機器との接続の際の挿抜の力を受けるが、こうした外力に対し、第２の締結部材２によってコネクタ４０を筐体２０に締結固定することで、基板３０の歪みを低減している。

（図７）
第２の締結部材２は、基板３０に形成された第１の貫通孔３０ａとコネクタ４０に形成された第２の貫通孔４０ａを挿通することで、コネクタ４０および基板３０と筐体２０とを共締めしている。基板３０は、筐体２０と対向する面に第１のグランドパターン３２、筐体２０と対向する面とは反対側の面に第２のグランドパターン３４を有している。

絶縁膜３１は、基板３０の表面を覆っている。第１のグランドパターン３２および第２のグランドパターン３４は、基板３０内に形成される電位的グランドの導体層である。第１のグランドパターン３２と第２のグランドパターン３４との間には、絶縁層３３が設けられている。絶縁層３３は、基板３０内に形成される絶縁層である。

筐体２０は、導電性の第２の締結部材２と螺合する。筐体２０は、導電性を有すると共にグランド電位の部材である。ノイズ電流３Ａおよび３Ｂは、パワーモジュール６０のスイッチングもしくは外部機器を発生源としたノイズ電流であり、第２ノイズ電流３Ｂは第１のグランドパターン３２上を、第１ノイズ電流３Ａは第２のグランドパターン３４上をそれぞれ伝達する。

第２の締結部材２と絶縁膜３１との間には、第２のグランドパターン３４の露出部３４ａ（第２露出部３４ａ）が設けられている。この露出部３４ａによって、第２の締結部材２は、第２のグランドパターン３４と接触している。第２の締結部材２は導電性の部材であるため、第２のグランドパターン３４は第２の締結部材２を介して筐体２０と電気的に接続している。

このようにすることで、基板３０の第２のグランドパターン３４を介して伝わるノイズ電流について、従来では、例えば基板３０から遮蔽板等を介して筐体２０へノイズ電流を逃がしていたところを、本発明では従来よりも短い経路４Ａでノイズ電流を筐体２０へ逃がしている。そのため、インピーダンスを低減し、それにより第２のグランドパターン３４上を伝達してきた第１ノイズ電流３Ａが筐体２０に流れやすくなることで、コネクタ４０を介した外部機器へのノイズの影響を低減できる。

基板３０と筐体２０の間には、第２の貫通孔４０ａよりも内側に配置された導電性のブッシュであるスペーサ４１が設けられている。スペーサ４１は、樹脂ハウジング４４に設けられた貫通孔（第２の貫通孔４０ａ）に挿通している。スペーサ４１と絶縁膜３１との間には、第１のグランドパターン３２の露出部３２ａ（第１露出部３２ａ）が設けられている。スペーサ４１は、第１のグランドパターン３２と筐体２０とを電気的に接続している。

このようにすることで、第１のグランドパターン３２を介して伝わる第２ノイズ電流３Ｂは、スペーサ４１経由の電流経路４Ｂを通り筐体２０へ逃がすことができている。つまり、このような構成によって設けられた電流経路４Ｂは従来に比べて電流経路の長さが短くなり、インピーダンスが低減する。よって、第１のグランドパターン３２上を伝達してきた第２ノイズ電流３Ｂが筐体２０に流れやすくなり、同様に外部機器へのノイズの影響を低減できる。

なお、第１の締結部材１は、コネクタ４０が基板３０へ締結固定されるためのものであればよいため、第２の締結部材２のように導電性の部材でなくてもよい。

（第１変形例）
（図８）
コネクタ４０と筐体２０との間には、遮蔽板５０が設けられ、遮蔽板５０は、第２の締結部材２により筐体２０に締結されている。パワーモジュール６０のスイッチング動作により空間を伝播するノイズ３Ｃが発生するが、遮蔽板５０を第２の締結部材２で筐体２０に共締めすることにより、基板３０への空間的な繋がりが遮蔽板５０によって遮蔽され、ノイズ３Ｃが空間を伝搬して基板３０へ伝播することを防ぐ。これにより、外部機器へのノイズの流出が低減される。

（第２変形例）
（図９）
コネクタ４０は、基板３０への組付けの際に、第１の締結部材１の挿入方向が、第２の締結部材２と異なる方向であり、基板３０においてコネクタ４０が筐体２０側にない配置であったとしても、同様に応力低減の効果がある。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電力変換装置１００は、モータを駆動するパワーモジュール６０と電気的に接続する回路基板３０と、回路基板３０を収容する導電性の筐体２０と、外部機器と接続するコネクタ４０と、コネクタ４０を回路基板３０に締結する複数の第１の締結部材１と、コネクタ４０と回路基板３０を筐体２０に共締め固定する複数の第２の締結部材２と、を備える。コネクタ４０は、回路基板３０と電気的に接続するコネクタ端子４３、を有し、複数の第１の締結部材１は、回路基板３０上においてコネクタ端子４３が接続される領域の周囲を囲うように配置され、複数の第２の締結部材２は、導電性であり、回路基板３０に形成された第１の貫通孔３０ａとコネクタ４０に形成された第２の貫通孔４０ａを挿通することで、コネクタ４０および回路基板３０と筐体２０とを共締めする。このようにしたことで、コネクタ端子４３と回路基板３０の接合部（半田部２０１）への応力を低減した電力変換装置１００を提供できる。

（２）第２の締結部材２は、回路基板３０上において、第１の締結部材１に囲われた領域２０２よりも外側に配置されている。このようにしたことで、第２の締結部材２の周辺の組み立て時の歪みの影響を、領域２０２に対して及ぼさない。

（３）回路基板３０は、筐体２０と対向する面に第１のグランドパターン３２、筐体２０と対向する面とは反対側の面に第２のグランドパターン３４を有し、第２の締結部材２は、第２のグランドパターン３４と筐体２０を電気的に接続している。このようにしたことで、インピーダンスを低減し、第２のグランドパターン３４上を伝達してきた第１ノイズ電流３Ａが筐体２０に流れやすくなり、コネクタ４０を介した外部機器へのノイズの影響を低減できる。

（４）回路基板３０と筐体２０の間には、第２の貫通孔４０ａよりも内側に配置された導電性のスペーサ４１が設けられ、スペーサ４１は、第１のグランドパターン３２と筐体２０とを電気的に接続している。このようにしたことで、インピーダンスを低減し、第１のグランドパターン３２上を伝達してきた第２ノイズ電流３Ｂが筐体２０に流れやすくなり、コネクタ４０を介した外部機器へのノイズの影響を低減できる。

（５）コネクタ４０と筐体２０との間には、遮蔽板５０が設けられ、遮蔽板５０は、第２の締結部材２により筐体２０に締結されている。このようにしたことで、パワーモジュール６０のスイッチングにより発生するノイズが、空間を伝播して基板３０へ伝達するのを防ぐ。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

１ 第１の締結部材
２ 第２の締結部材
３Ａ 第１ノイズ電流
３Ｂ 第２ノイズ電流
３Ｃ ノイズ
４Ａ 最短経路
４Ｂ 最短経路
１０ カバー
２０ 筐体
３０ 回路基板
３０ａ 第１の貫通孔
３１ 絶縁膜
３２ 第１グランドパターン
３２ａ 第１露出部
３３ 絶縁層
３４ 第２グランドパターン
３４ａ 第２露出部
４０ コネクタ
４０ａ 第２の貫通孔
４１ スペーサ
４２ ナット
４３ コネクタ端子
４４ ハウジング
５０ 遮蔽板
６０ パワーモジュール
１００ 電力変換装置
２００ 回路基板サブ組み部品
２０１ 半田部
２０２ 第１締結部材に囲われた領域

Claims (5)

1. モータを駆動するパワーモジュールと電気的に接続する回路基板と、
   前記回路基板を収容する導電性の筐体と、
   外部機器と接続するコネクタと、
   前記コネクタを前記回路基板に締結する複数の第１の締結部材と、
   前記コネクタと前記回路基板を前記筐体に共締め固定する複数の第２の締結部材と、を備え、
   前記コネクタは、前記回路基板と電気的に接続するコネクタ端子、を有し、
   複数の前記第１の締結部材は、前記回路基板上において前記コネクタ端子が接続される領域の周囲を囲うように配置され、
   複数の前記第２の締結部材は、導電性であり、前記回路基板に形成された第１の貫通孔と前記コネクタに形成された第２の貫通孔を挿通することで、前記コネクタおよび前記回路基板と前記筐体とを共締めする
   電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記第２の締結部材は、前記回路基板上において、前記第１の締結部材に囲われた領域よりも外側に配置されている
   電力変換装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置であって、
   前記回路基板は、前記筐体と対向する面に第１のグランドパターン、前記筐体と対向する面とは反対側の面に第２のグランドパターンを有し、
   前記第２の締結部材は、前記第２のグランドパターンと前記筐体を電気的に接続している
   電力変換装置。
4. 請求項３に記載の電力変換装置であって、
   前記回路基板と前記筐体の間には、前記第２の貫通孔よりも内側に配置された導電性のスペーサが設けられ、
   前記スペーサは、前記第１のグランドパターンと前記筐体とを電気的に接続している
   電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記コネクタと前記筐体との間には、遮蔽板が設けられ、
   前記遮蔽板は、前記第２の締結部材により前記筐体に締結されている
   電力変換装置。