JP4967919B2 - 電気機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電気機器に関し、特に、収容ケース内に収容された基板に設けられ、相手側コネクタが嵌合する電気機器に関する。
従来から、収容ケース内に収容され、ケースに固定された基板と、この基板に固定され、相手側コネクタが嵌合される基板側コネクタとを備えた電気機器が知られている。たとえば、特開平10−134885号公報に記載された基板用コネクタは、ケース内に収容された基板にネジ止めされ、基板は、ケースにネジ止めされている。そして、基板用コネクタは、基板用コネクタに形成された凸部が、ケースに形成された溝部に嵌合することで、ケースに固定されている。このように基板用コネクタを基板に固定することで、基板側コネクタに相手側コネクタを嵌合したり嵌合解除する際に、基板用コネクタに加えられる力は、ケースが受けることで、半田つけ部や固定部に直接力が加わらないようにすることができる。
特開平10−134885号公報 特開2005−310661号公報
従来の電気機器の基板側コネクタにおいては、基板とケースとの間に生じる誤差と、基板用コネクタと基板との間に生じる誤差とによって、基板側コネクタの位置が所定の位置から大きくずれる場合がある。このように、基板側コネクタが所定の位置からずれると、相手側コネクタを挿入した際に、基板に捩れの力が加わったり、また、相手側コネクタを基板側コネクタに良好に挿入できなかったりする。
また、上記特開平10−134885号公報に記載された電気機器においては、基板と基板用コネクタとは、ネジによって固定されており、このネジ止めによって、基板と基板用コネクタとの間に位置ずれが生じ、さらに、基板とケースとをネジで固定する際にも、多少の位置ずれが生じる。このため、基板用コネクタに形成された凸部をケースに形成された溝部に嵌合させる際に、各位置ずれによって、凸部を溝部に挿入できないような場合がある。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板側コネクタを所定の位置に正確に位置させることによって、相手側コネクタと基板用コネクタとを良好に嵌合させることができ、さらに、基板に加えられる捩れなどの力を低減することができる電気機器を提供することである。
本発明に係る電気機器は、第1貫通孔が形成された基板と、基板の主表面であって、第1貫通孔の開口部を覆うように設けられた基板側コネクタと、基板および基板側コネクタを収容可能とされ、挿入口を有する収容ケースとを備えている。また、この電気機器は、挿入口から挿入され、基板側コネクタに接続可能な相手側コネクタと、収容ケースと基板側コネクタとのいずれか一方に形成され、貫通孔内に挿入されて、収容ケースと基板側コネクタとの他方に形成された受入部内に受け入れられることで、基板側コネクタと収容ケースとを位置決めを可能な位置決め部材と、基板と収容ケースとを固定する固定部材と備える。
記位置決め部材は、基板側コネクタに形成され、受入部は、収容ケースに形成される。
記貫通孔は複数形成され、位置決め部材および受入部は複数設けられる。
記位置決め部材の断面形状は、多角形状とされる。上記固定部材は、収容ケースに設けられ、上端部に凹部が形成されたたボスと、基板に形成された第2貫通孔と、第2貫通孔および凹部に挿入され、基板とボスとを固定するネジ部とを含む。上記第2貫通孔の開口面積は、凹部の開口面積よりも大きく、ボスの上端面は第2貫通孔の開口面積よりも大きい。好ましくは、上記基板の下方に設けられ、収容ケースに固定された下層基板をさらに備え、基板は、下層基板の上方に位置し、収容ケースに固定される。
本発明に係る電気機器によれば、基板側コネクタを所望の位置に正確に位置させることができ、相手側コネクタと基板用コネクタとを良好に嵌合させことができると共に、基板に加えられる捩れなどの力を低減することができる。
(実施の形態1)
図1から図8を用いて、本実施の形態1に係る電気機器10について説明する。なお、同一または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
図1は、本実施の形態1に係る電気機器10の平面断面図であり、図2は、電気機器10の側断面図である。これら、図1および図2に示すように、電気機器10は、基板14と、基板14に固定された基板側コネクタ15と、基板14および基板側コネクタ15を収容すると共に、挿入口13aが形成された収容ケース13と、挿入口13aから挿入され、基板側コネクタ15に接続される相手側コネクタ11とを備えている。
挿入口13aを規定する収容ケース13の内表面は、相手側コネクタ11を収容ケース13内に向けて案内可能に規定されており、相手側コネクタ11は、挿入口13a内を案内方向Rに向けて案内され、基板側コネクタ15の嵌合面15aに着脱可能とされている。
基板14は、複数のネジ穴(貫通孔)14bを備えている。図3は、穴部14bにおける基板14の断面図である。この図3に示すように、穴部14b内にネジ20が挿入され、ネジ20の端部は、収容ケース13に形成されたボス19の凹部19aにネジとめされている。ネジ20は、ヘッド部20aと、このヘッド部20aに連設された軸部20bとを備えている。ヘッド部20aの径は、穴部14bの径(開口面積)よりも大きく、軸部20bの径は、穴部14bの径(断面積)よりも小さくされている。そして、穴部14bを規定する基板14の内周面と、軸部20bの周面との間には隙間が設けられている。なお、凹部19aの内表面には、ネジ部が形成されている。ここで、ボス19の上端面は、穴部14bの開口面積よりも大きく形成されており、ボス19の上端面に基板14を載置可能とされている。
図1において、基板14には、複数の位置決め穴部22が形成されている。図4は、位置決め穴部22における断面図である。この図4に示すように、位置決めピン21は、収容ケース13の底面に設けられ、上方に向けて突出するように形成されている。位置決めピン21は、土台21bとこの土台21bの上端部に形成されたピン21aとを備えており、ピン21aが位置決め穴部22内に挿入されている。ここで、位置決め穴部22の開口面積は、ピン21aの断面積よりも大きく、ピン21aの周面と位置決め穴部22を規定する基板14の内周面との間には、隙間が規定されている。
そして、図1および図2に示すように、基板14には、複数の貫通孔14aが形成されている。基板側コネクタ15は、貫通孔14aを覆うように基板14の上面(主表面)上に固定されている。なお、基板側コネクタ15は、基板14にネジとめされたり、接着材、半田などによって固定されている。この基板側コネクタ15は、オス型コネクタとされており、基板14に半田つけされたピン端子17が接続されている。
基板側コネクタ15の表面のうち、基板14の主表面と対向する底面には、ピン(位置決め部材)18が2つ形成されており、ピン18は、貫通孔14aに挿入されている。
図2に示すように、収容ケース13の内表面には、各貫通孔14aの下方に位置する部分に、ボス(受入部)16が形成されている。このボス16の上端面には、ピン18を受け入れ可能な凹部(受入部)16aが形成されており、ピン18が挿入されている。
ここで、ピン18の断面積と、凹部16aの開口面積および貫通孔14aの開口面積とは、略一致している。そして、ピン18の周面と凹部16aを規定する基板14の内周面との間の隙間およびピン18の周面と貫通孔14aを規定する基板14の内周面との間に規定された隙間は、図3に示す穴部14bを規定する基板14の内周面と、ネジ20の軸部20bの周面との間に規定された隙間よりも小さくなっている。なお、ピン18は、貫通孔14aおよび凹部16a内に圧入するようにしてもよい。
図5は、2つのピン18の断面図である。この図5に示す例においては、ピン18は、中実円柱状に形成されている。なお、図6は、ピン18の変形例を示す断面図である。この図6に示すピン18Aの外周面形状は、多角形形状とされている。このピン18Aを基板側コネクタ15に設け、図2に示すボス16の凹部16aの内表面の形状も、このピン18Aの形状に対応させた場合には、ピン18Aおよびボス16はそれぞれ、1つであってもよい。なお、ピン18の断面形状および凹部16aの内周面の形状は、上記形状に限られず、楕円形形状であってもよく、ピン18の周面に突出部が形成されていてもよい。
ここで、基板側コネクタ15の各ピン18が各ボス16の各凹部16a内に挿入されて、各ピン18の周面と各凹部16aの内周面とが密着することで、基板側コネクタ15と、収容ケース13との相対的な位置関係が正確に位置合わせされている。
このため、基板側コネクタ15は、挿入口13aに対して案内方向R側に位置し、基板側コネクタ15の嵌合面15aは、案内方向Rに対して垂直に配置されている。
このように、挿入口13aと基板側コネクタ15とが案内方向Rに向けて配列しているので、相手側コネクタ11を挿入口13aに案内方向Rに向けて挿入することで、基板側コネクタ15の嵌合面15aと、相手側コネクタ11の嵌合面11aとを良好に嵌合させることができる。
すなわち、基板側コネクタ15と相手側コネクタ11との嵌合方向と、挿入口13aによって規定される案内方向Rとが一致しているため、基板側コネクタ15と相手側コネクタ11とを嵌合させた際に、相手側コネクタ11からの押圧力によって、基板側コネクタ15および基板14に捩れが生じることを抑制することができる。
ここで、上記のような電気機器10を組立てる際には、まず、基板側コネクタ15と、基板14とを組み付ける。図7は、電気機器10の組立工程の一工程を示す断面図である。この図7に示すように、基板14の貫通孔14a内にピン18を挿入する。これにより、基板側コネクタ15と基板14との相対的な位置が正確に決められる。この際、ピン18の端部は、基板14の下面から突出する。
なお、基板側コネクタ15と基板14とをピン端子で接続する工程は、基板側コネクタ15と基板14とを組み付ける工程の前後のいずれであってもよい。
そして、基板14と基板側コネクタ15とを一体的に組み付けた後に、図2に示すように、まず、基板14の下面から突出するピン18の端部を、ボス16の凹部16a内に挿入する。これにより、基板側コネクタ15と収容ケース13との位置関係が正確に決められる。
ここで、基板14は、基板側コネクタ15に対して、正確に位置決めされており、基板側コネクタ15は、収容ケース13に対して位置決めされている。このため、基板14は、収容ケース13に対しても略正確に位置決めされる。
なお、基板側コネクタ15が装着された基板14を、収容ケース13に配設する際には、図4に示す穴部22内にピン21aを挿入する。これにより、基板14と収容ケース13との大まかな位置合わせをすることができる。そして、各ボス19の上端面に基板14を載置した状態で、ネジ20を用いて、基板14をボス19の上端面を介して、収容ケース13に固定する。
ここで、基板14と基板側コネクタ15との間で僅かな位置ずれがあり、さらに、基板側コネクタ15と収容ケース13との間で僅かな位置ずれがあることで、図3において、基板14と収容ケース13との間で位置ずれが生じる場合が考えられる。その一方で、穴部14bの開口面積は、ボス19の凹部19aの開口面積よりも大きいため、基板14と収容ケース13との間で位置ずれが生じたとしても、凹部19aの開口部は、穴部14b内に位置することになり、ネジ20で基板14とボス19とを固定することができる。
このようにして、基板側コネクタ15が収容ケース13に対して所定の位置に配設された電気機器10を組立てることができる。
なお、図8は本実施の形態1に係る電気機器10の変形例を示す側断面図である。この図8に示す例においては、基板側コネクタ35の下面のうち、基板14に形成された貫通孔14aの開口部と対向する位置には、凹部35aが形成されている。そして、収容ケース13の内表面のうち、貫通孔14a下に位置する部分には、土台39と土台39の上端部に形成されたピン3とを備えた位置決め部材が形成されている。
そして、このピン38が、貫通孔14aおよび凹部35a内に挿入されている。このため、このピン38によって、基板14と基板側コネクタ35とのいずれもが、収容ケース13に対して所定の位置に位置決めされる。
(実施の形態2)
図9および図10を用いて、本実施の形態2に係るマイコン基板114の固定構造について説明する。なお、上記図1から図8と同一または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
図9は、PCU700の主要部の構成を示す回路図である。図9を参照して、PCU700は、コンバータ710と、インバータ720と、制御装置730と、コンデンサC1,C2と、電源ラインPL1〜PL3と、出力ライン740U,740V,740Wとを含む。コンバータ710は、バッテリ800とインバータ720との間に接続され、インバータ720は、出力ライン740U,740V,740Wを介してモータジェネレータ100と接続される。
コンバータ710に接続されるバッテリ800は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ800は、発生した直流電圧をコンバータ710に供給し、また、コンバータ710から受ける直流電圧によって充電される。
コンバータ710は、パワートランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2と、リアクトルLとからなる。パワートランジスタQ1,Q2は、電源ラインPL2,PL3間に直列に接続され、制御装置730からの制御信号をベースに受ける。ダイオードD1,D2は、それぞれパワートランジスタQ1,Q2のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルLは、バッテリ800の正極と接続される電源ラインPL1に一端が接続され、パワートランジスタQ1,Q2の接続点に他端が接続される。
このコンバータ710は、リアクトルLを用いてバッテリ800から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインPL2に供給する。また、コンバータ710は、インバータ720から受ける直流電圧を降圧してバッテリ800を充電する。
インバータ720は、U相アーム750U、V相アーム750VおよびW相アーム750Wからなる。各相アームは、電源ラインPL2,PL3間に並列に接続される。U相アーム750Uは、直列に接続されたパワートランジスタQ3,Q4からなり、V相アーム750Vは、直列に接続されたパワートランジスタQ5,Q6からなり、W相アーム750Wは、直列に接続されたパワートランジスタQ7,Q8からなる。ダイオードD3〜D8は、それぞれパワートランジスタQ3〜Q8のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン740U,740V,740Wを介してモータジェネレータ100の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。
このインバータ720は、制御装置730からの制御信号に基づいて、電源ラインPL2から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ100へ出力する。また、インバータ720は、モータジェネレータ100によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインPL2に供給する。
コンデンサC1は、電源ラインPL1,PL3間に接続され、電源ラインPL1の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサC2は、電源ラインPL2,PL3間に接続され、電源ラインPL2の電圧レベルを平滑化する。
制御装置730は、モータジェネレータ100の回転子の回転角度、モータトルク指令値、モータジェネレータ100の各相電流値、およびインバータ720の入力電圧に基づいてモータジェネレータ100の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタQ3〜Q8をオン/オフするPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成してインバータ720へ出力する。
また、制御装置730は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ720の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタQ1,Q2のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタQ1,Q2をオン/オフするPWM信号を生成してコンバータ710へ出力する。
さらに、制御装置730は、モータジェネレータ100によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ800を充電するため、コンバータ710およびインバータ720におけるパワートランジスタQ1〜Q8のスイッチング動作を制御する。
このPCU700においては、コンバータ710は、制御装置730からの制御信号に基づいて、バッテリ800から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインPL2に供給する。そして、インバータ720は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を電源ラインPL2から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ100へ出力する。
また、インバータ720は、モータジェネレータ100の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインPL2へ出力する。そして、コンバータ710は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を電源ラインPL2から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ800を充電する。
図10は、制御部730として機能するマイコン基板(MG−ECU(Electrical Control Unit)))114およびドライブ基板116と、インバータ720の各素子が設けられたパワー部119とが収容されたPCUケース113の一部についての断面図である。
この図10に示すように、PCUケース113は、側壁部に挿入口113aが形成されており、パワー部119は、PCUケース113の底面に固定されている。そして、このパワー部119の上面上にドライブ基板116が配設されており、ドライブ基板116とパワー部119とが支持部材133によって連結固定されている。パワー部119とドライブ基板116とは、ワイヤーハーネス(組電線)132によって電気的に接続されている。
そして、ドライブ基板116の上方にマイコン基板114が配置されており、このマイコン基板114は、PCUケース113に固定されている。このマイコン基板114とドライブ基板116とは、ワイヤーハーネス131によって電気的に接続されている。
なお、マイコン基板114と、ドライブ基板116とは、支持部材などで連結されておらず、マイコン基板114は直接PCUケース113に固定されており、ドライブ基板116は、パワー部119を介してPCUケース113に固定されている。そして、マイコン基板114の上面上には、基板側コネクタ115が設けられており、この基板側コネクタ115とマイコン基板114とは、ピン端子117によって電気的に接続されている。
マイコン基板114のうち、挿入口113a側に位置する側辺部は、パワー部119およびドライブ基板116より挿入口113a側に突出するように設けられている。そして、ドライブ基板116およびパワー部119に対して挿入口113a側に位置するPCUケース113の底面には、複数のボス120が形成されている。
この各ボス120の上端部には、凹部120aが形成されており、マイコン基板114のうち、各凹部120aの上方に位置する部分には、貫通孔114aが形成されている。
そして、基板側コネクタ115は、マイコン基板114の上面に位置する複数の貫通孔114aの開口部を閉塞するように配置されている。
そして、基板側コネクタ115の下面に形成された複数のピン118が貫通孔114aに挿入され、さらに、各ピン118の下端部が各ボス120の凹部120a内に挿入されている。
このため、基板側コネクタ115がPCUケース113内の所定の位置に設けられており、基板側コネクタ115の嵌合面と、相手側コネクタ111の嵌合面111aとを嵌合させた際に、マイコン基板114に捩れ等が生じることを抑制することができる。なお、相手側コネクタ111は、外部ECU112に電気的に接続されている。
ここで、マイコン基板114、ドライブ基板116およびパワー部119の組立方法について説明する。
まず、パワー部119をPCUケース113の底面に固定する。そして、このパワー部119にワイヤーハーネスによって接続されたドライブ基板116を支持部材133を用いて連結する。
そして、このドライブ基板116にワイヤーハーネス131を介して電気的に接続されたマイコン基板114をドライブ基板116の上方に配設する。
この際、マイコン基板114の上面上には、基板側コネクタ115が既に、装着されており、マイコン基板114の下面からピン118が突出している。すなわち、基板側コネクタ115は、複数のピン118によって、マイコン基板114の上面の所定の位置に位置決めが既にされている。
そして、マイコン基板114の下面から突出する各ピン118の下端部を各ボス120の凹部120a内に挿入する。これにより、基板側コネクタ115が、PCUケース113内の所定の位置に位置決めされる。そして、上記実施の形態1に係る電気機器10と同様に、図示されないネジで、マイコン基板114をPCUケース113に直接固定する。
ここで、ドライブ基板116とパワー部119との間で位置ずれが生じ、さらに、パワー部119とPCUケース113との間で位置ずれが生じ、さらにマイコン基板114とPCUケース113との間で位置ずれが生じ、結果として、マイコン基板114とドライブ基板116との間で、位置ずれが生じたとしても、ワイヤーハーネス131は、変形可能とされているため、マイコン基板114とドライブ基板116との電気的接続は維持される。
ここで、マイコン基板114をPCUケース113に固定せずに、マイコン基板114をドライブ基板116に連結することで、基板側コネクタ115を挿入口113aの近傍に配置するようにしたとする。この場合には、PCUケース113とパワー部119との位置ずれ量と、パワー部119とドライブ基板116との間に生じる位置ずれ量と、ドライブ基板116とマイコン基板114との間に生じる位置ずれ量と、マイコン基板114と基板側コネクタ115との位置ずれ量とが加わり、基板側コネクタ115が、PCUケース113内における所定の位置から大きくずれる。
その一方で、本実施の形態2に係る基板側コネクタ115の固定構造においては、基板側コネクタ115の位置は、ピン118によって直接位置決めされるため、基板側コネクタ115の位置が所定の位置から大きくずれることを抑制することができる。このため、基板側コネクタ115に相手側コネクタ111を装着したとしても、マイコン基板114に捩れなどが生じることを抑制することができる。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、電気機器に好適である。
本実施の形態1に係る電気機器の平面断面図である。 電気機器の側断面図である。 穴部における基板の断面図である。 位置決め穴部における断面図である。 2つのピンの断面図である。 ピンの変形例を示す断面図である。 電気機器の組立工程の一工程を示す断面図である。 本実施の形態1に係る電気機器の変形例を示す側断面図である。 PCUの主要部の構成を示す回路図である。 制御部として機能するマイコン基板(MG−ECU(Electrical Control Unit)))およびドライブ基板と、インバータの各素子が設けられたパワー部とが収容されたPCUケースの一部についての断面図である。
符号の説明
10 電気機器、11a 嵌合面、11,111 相手側コネクタ、13,113 収容ケース、13a,113a 挿入口、14 基板、14a 貫通孔、15,115 基板側コネクタ、15a 嵌合面、16 ボス、114 マイコン基板、114a 貫通孔、116 ドライブ基板、117 ピン端子、119 パワー部、R 案内方向。

Claims (2)

  1. 第1貫通孔が形成された基板と、
    前記基板の主表面であって、前記第1貫通孔の開口部を覆うように設けられた基板側コネクタと、
    前記基板および前記基板側コネクタを収容可能とされ、挿入口を有する収容ケースと、
    前記挿入口から挿入され、前記基板側コネクタに接続可能な相手側コネクタと、
    前記収容ケースと前記基板側コネクタとのいずれか一方に形成され、前記第1貫通孔内に挿入されて、前記収容ケースと前記基板側コネクタとの他方に形成された受入部内に受け入れられることで、前記基板側コネクタと前記収容ケースとを位置決めを可能な位置決め部材と、
    前記基板と前記収容ケースとを固定する固定部材と、
    を備え、
    前記位置決め部材は、前記基板側コネクタに形成され、前記受入部は、前記収容ケースに形成され、
    前記第1貫通孔は複数形成され、前記位置決め部材および前記受入部は複数設けられ、
    前記位置決め部材の断面形状は、多角形状とされ、
    前記固定部材は、前記収容ケースに設けられ、上端部に凹部が形成されたボスと、前記基板に形成された第2貫通孔と、前記第2貫通孔および前記凹部に挿入され、前記基板と前記ボスとを固定するネジ部とを含み、
    前記第2貫通孔の開口面積は、前記凹部の開口面積よりも大きく、前記ボスの上端面は前記第2貫通孔の開口面積よりも大きい、電気機器。
  2. 前記基板の下方に設けられ、前記収容ケースに固定された下層基板をさらに備え、
    前記基板は、前記下層基板の上方に位置し、前記収容ケースに固定された、請求項に記載の電気機器。
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