JP5157431B2

JP5157431B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP5157431B2
Application number: JP2007337001A
Authority: JP
Inventors: 智史井口; 恒男前原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP2009159767A

Description

本発明は、複数枚の電子回路基板を備えたインバータやコンバータ等の電力変換装置に関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等には、電源電力から駆動用モータを駆動するための駆動用電力に変換するためのインバータやコンバータ等の電力変換装置が搭載されている。かかる電力変換装置は、複数の半導体モジュールのスイッチング動作によって電力変換を行っている。
そして、電力変換装置には、上記複数の半導体モジュールをスイッチング駆動させるための駆動回路や、各種車両情報を基に駆動状態を制御するための制御回路等を有する電子回路基板が搭載されている。

この電子回路基板としては、高圧系用と低圧系用の２枚の基板を用いることがある。たとえば、駆動回路を構成した高圧系の電子回路基板と、制御回路を構成した低圧系の電子回路基板とを用いることがある。２枚の電子回路基板を電力変換装置内に配置する際には、互いの間に空間を設けつつ厚み方向に積層するように配置する。このとき、二枚の電子回路基板の間には、例えば特許文献１の第１図に示すように、ボスを介在させることが考えられる。
すなわち、図９に示すごとく、二枚の電子回路基板９２を、その端部付近においてボス９３を介して互いに固定する。また、互いに固定された二枚の電子回路基板９２は、ケースに固定されることとなる。

実開昭５８−３７９０号公報

しかしながら、上記のように電子回路基板９２の端部付近においてボス９３を用いて二枚の電子回路基板９２を固定すると、例えば車両衝突等による外力が作用したとき電子回路基板９２が変形しやすいという問題がある。そのため、電子回路基板９２が変形したときに、二枚の電子回路基板９２同士が接触しないようにするために、両者の間の間隔を大きくしておく必要が生じる。その結果、電力変換装置を小型化することが困難となる。
また、上記のように多段に電子回路基板９２を積層すると、電子回路基板９２の間に配される電子部品の放熱が困難となるという問題もある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、電子回路基板の変形を抑制し、小型で、放熱性に優れた電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明は、少なくとも二枚の電子回路基板を有する電力変換装置であって、
上記二枚の電子回路基板のうちの一方は高圧系の電子回路基板であり、他方は低圧系の電子回路基板であり、
上記二枚の電子回路基板は、互いの間に空間を設けながら厚み方向に積層配置されており、
上記二枚の電子回路基板の間には、該電子回路基板における互いに対向する辺を構成する一対の端縁に沿って配された金属製の一対のステーが配置されており、
上記二枚の電子回路基板は、その端縁において、上記一対のステーに固定されており、
該一対のステーの少なくとも一方は、上記電力変換装置の金属製のケースに固定され、
該ケースに固定された上記ステーは、上記厚み方向における上記高圧系の電子回路基板を固定した側にフランジ部を有し、該フランジ部において上記ケースに固定されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果について説明する。
上記電力変換装置においては、複数枚の電子回路基板の間に、該電子回路基板における互いに対向する辺を構成する一対の端縁に沿って配された金属製の一対のステーが配置されている。そして、上記複数枚の電子回路基板は、上記一対のステーに固定されている。これにより、複数枚の電子回路基板は、一対の端縁において上記ステーによって互いに固定されることとなり、電子回路基板に剛性を与えることができる。そのため、外力が作用しても、電子回路基板が大きく変形することを抑制することができる。
また、このように電子回路基板の変形を抑制できることにより、複数の電子回路基板の間の間隔を小さくすることができ、電力変換装置の小型化を容易にすることができる。

また、金属製の上記ステーを、上記複数枚の電子回路基板の間においてそれらの一対の端縁に沿って配置しているため、電子回路基板の間に配された電子部品の放熱を、ステーを介して行うことが可能となる。すなわち、例えば、特に放熱が必要な電子部品をステーに接触あるいは近接して配置することにより、ステーを介して電子部品の放熱を効果的に行うことができる。

以上のごとく、本発明によれば、電子回路基板の変形を抑制し、小型で、放熱性に優れた電力変換装置を提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記一対のステーは、両者を連結する連結部によって、互いに連結されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記電子回路基板の剛性を一層向上させ、電子回路基板の変形を一層効果的に抑制することができる。また、この場合には、上記連結部においても電子部品からの受熱を行うことができるため、一層放熱性に優れた電力変換装置を得ることができる。

また、上記連結部は、上記電子回路基板に略平行に配される板状体であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、一対の電子回路基板の間において、電子部品に対向するように連結部を近接配置することができる。それ故、電子部品の放熱を、連結部を介して一層効果的に行うことができる。

また、上記一対のステーの少なくとも一方は、上記電子回路基板との固定部以外の部分においても、上記電子回路基板を支承していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記電子回路基板の剛性を一層向上させることができ、電子回路基板の変形を一層効果的に抑制することができる。
なお、上記一対のステーの双方が、上記電子回路基板との固定部以外の部分においても上記電子回路基板を支承していることが、より好ましい。

また、上記一対のステーの少なくとも一方には、上記電子回路基板に実装された電子部品が接触していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記電子部品の放熱を一層効果的に行うことができる。
なお、上記一対のステーのうちの一方に電子部品が接触していてもよいし、双方に電子部品が接触していてもよい。

また、上記一対のステーの少なくとも一方は、外側面に放熱フィンを形成していることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記ステーが受熱した熱を、上記放熱フィンを介して空気中に放出することができる。それ故、一層放熱性に優れた電力変換装置を得ることができる。
なお、上記ステーの双方が、外側面に放熱フィンを形成していることがより好ましい。

また、上記一対のステーの少なくとも一方は、上記電力変換装置の金属製のケースに固定されている。
これにより、電子部品の熱を、ステーを介してケースへ伝熱によって放出することができる。それ故、一層放熱性に優れた電力変換装置を得ることができる。
なお、上記ステーの双方が上記ケースに固定されていることが、より好ましい。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１〜図３に示すごとく、二枚の電子回路基板２を有する。
この二枚の電子回路基板２は、互いの間に空間を設けながら厚み方向に積層配置されている。
そして、二枚の電子回路基板２の間には、該電子回路基板２における互いに対向する辺を構成する一対の端縁２１に沿って配された金属製の一対のステー３が配置されている。
二枚の電子回路基板２は、その端縁２１において、一対のステー３に固定されている。

また、図２、図４に示すごとく、二枚の電子回路基板２は平面視長方形状を有し、その長辺を構成する端縁２１がステー３に固定されている。
二枚の電子回路基板２は、それぞれ、ステー３に対してビス１１にて固定されている。各電子回路基板２における一対の端縁２１は、それぞれ３箇所ずつ、ビス１１によってステー３に固定されている。この３箇所のうちの２箇所は、電子回路基板２の角部に当り、他の一箇所は、その略中間位置に当る。

二枚の電子回路基板２は、一方が、複数の半導体モジュールをスイッチング駆動させるための駆動回路を有する比較的高電圧の高圧系の電子回路基板２０１で、他方が、各種車両情報を基に駆動状態を制御するための制御回路を有する低圧系の電子回路基板２０２である。

そして、高圧系の電子回路基板２０１をステー３の一方の端面３１１に固定し、低圧系の電子回路基板２０２をステー３の他方の端面３１２に固定する。ステー３の端面３１１と端面３１２とは、電子回路基板２の積層方向に直交すると共に互いに平行な平面上にそれぞれ形成されている。また、ステー３は、図４に示すごとく、上記ビス１１を螺合するためのビス穴を設けたボス部３３と、該ボス部３３を連結するように形成された連結部３４とを有する。そして、図２に示すごとく、ボス部３３と連結部３４とにおいて、上記端面３１１、３１２が、それぞれ同一平面上に存在する平坦面を構成している。
そのため、ステー３は、電子回路基板２との固定部、すなわちボス部３３においても、それ以外の部分、すなわち連結部３４においても、電子回路基板２と接触し、電子回路基板２を支承している。

また、ステー３は、その長さ方向の両端と、その略中間位置に、電力変換装置１のケースの一部を構成する支持体１２に固定するためのフランジ部３５を有する。該フランジ部３５は、ビス１１を挿通させるための挿通孔を設けてなる。これにより、図１に示すごとく、ビス１１をフランジ部３５に挿通すると共に、支持体１２の基板搭載部１２１に設けたビス穴に上記ビス１１を螺合することにより、二枚の電子回路基板２を固定した一対のステー３を支持体１２に固定してある。

また、支持体１２は、基板搭載部１２１の内側において、複数の半導体モジュールやその電極端子を接続するバスバー、半導体モジュールの冷却手段等によって構成されるパワーモジュール１３を搭載するためのモジュール搭載部１２２を有する。また、支持体１２における基板搭載部１２１よりも外側位置において、電子回路基板２側を覆う第一カバー１４１が固定されている。また、支持体１２における基板搭載部１２１とは反対側に、第二カバー１４２が固定されている。これらの第一カバー１４１、第二カバー１４２、及び支持体１２とによって、電力変換装置１のケースが構成されている。

高圧系の電子回路基板２０１は、パワーモジュール１３に近い側に配され、低圧側の電子回路基板２０２は、パワーモジュール１３から遠い側に配されている。そして、パワーモジュール１３における複数の半導体モジュールに設けられた制御端子１３１が、電子回路基板２０１に接続されている。

また、図５に示すごとく、上記一対のステー３の少なくとも一方には、電子回路基板２に実装された電子部品１５が接触している。
また、ステー３、支持体１２、第一カバー１４１及び第二カバー１４２は、何れもアルミニウム又はその合金からなる。

次に、本例の作用効果について説明する。
上記電力変換装置１においては、二枚の電子回路基板２の間に、該電子回路基板２における互いに対向する辺を構成する一対の端縁２１に沿って配された金属製の一対のステー３が配置されている。そして、二枚の電子回路基板２は、一対のステー３に固定されている。これにより、二枚の電子回路基板２は、一対の端縁２１においてステー３によって互いに固定されることとなり、電子回路基板２に剛性を与えることができる。そのため、外力が作用しても、電子回路基板２が大きく変形することを抑制することができる。
また、このように電子回路基板２の変形を抑制できることにより、二枚の電子回路基板２の間の間隔を小さくすることができ、電力変換装置１の小型化を容易にすることができる。

また、金属製のステー３を、二枚の電子回路基板２の間においてそれらの一対の端縁２１に沿って配置しているため、電子回路基板２の間に配された電子部品の放熱を、ステー２を介して行うことが可能となる。すなわち、例えば、図５に示すごとく、特に放熱が必要な電子部品１５（例えば、トランス、電解コンデンサ等）をステー３に接触あるいは近接して配置することにより、ステー３を介して電子部品１５の放熱を効果的に行うことができる。

また、ステー３は、電子回路基板２との固定部以外の部分においても、電子回路基板２を支承している。すなわち、ステー３におけるボス部３３においても電子回路基板２はステー３に接触しているが、連結部３４においても、電子回路基板２はステー３に接触した状態にある。これにより、電子回路基板２の剛性を一層向上させることができ、電子回路基板２の変形を一層効果的に抑制することができる。

また、ステー３は、電力変換装置１のケースの一部である支持体１２に固定してある。そのため、電子部品の熱を、ステー３を介してケースへ伝熱によって放出することができる。それ故、一層放熱性に優れた電力変換装置１を得ることができる。

以上のごとく、本例によれば、電子回路基板の変形を抑制し、小型で、放熱性に優れた電力変換装置を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図６に示すごとく、ステー３における外側面に放熱フィン３６を形成した例である。
すなわち、一対のステー３のそれぞれに、外側面から外方へ突出した突起状の放熱フィン３６を多数設けてある。これらの放熱フィン３６は、ステー３の本体と一体的に成形されたものとすることができ、アルミニウムまたはその合金からなる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、ステー３が受熱した熱を、ケース（支持体１２）への伝熱以外にも、放熱フィン３６を介して空気中に放出することができる。それ故、一層放熱性に優れた電力変換装置１を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を奏する。

（実施例３）
本例は、図７、図８に示すごとく、一対のステー３が、両者を連結する連結部３７によって、互いに連結されている例である。
すなわち、一対のステー３の長手方向の両端部付近とその中間部付近との三箇所において、連結部３７が形成されている。また、各連結部３７は、電子回路基板２に略平行に配される板状体である。
これらの連結部３７は、ステー３本体と一体的に成形されたものとすることができ、アルミニウムまたはその合金からなる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、電子回路基板２の剛性を一層向上させ、電子回路基板２の変形を一層効果的に抑制することができる。また、この場合には、連結部３７においても電子部品からの受熱を行うことができるため、一層放熱性に優れた電力変換装置１を得ることができる。
また、連結部３７は、電子回路基板２に略平行に配される板状体であるため、一対の電子回路基板２の間において、電子部品に対向するように連結部３７を近接配置することができる。それ故、電子部品の放熱を、連結部３７を介して一層効果的に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を奏する。

なお、上記実施例１〜３においては、電子回路基板２が２枚の場合の構成を説明したが、電子回路基板を３枚以上積層配置する場合にも、本発明を適用することができる。
また、パワーモジュール１３を冷却するための冷却器等の冷却手段に、ステー３を接触配置することにより、電子回路基板２間の熱の放熱効率を向上させることもできる。

実施例１における、電力変換装置の断面説明図。実施例１における、ステーに固定された一対の電子回路基板の斜視図。図２のＡ−Ａ線矢視断面図。図３のＢ−Ｂ線矢視断面図。実施例１における、ステーに電子部品を接触させた状態の説明図。実施例２における、ステーに固定された一対の電子回路基板の平面説明図。実施例３における、ステーに固定された一対の電子回路基板の平面説明図。図７のＣ−Ｃ線矢視断面図。従来例における、一対の電子回路基板をボスにて固定した状態の斜視図。

符号の説明

１電力変換装置
２電子回路基板
２１端縁
３ステー

Claims

少なくとも二枚の電子回路基板を有する電力変換装置であって、
上記二枚の電子回路基板のうちの一方は高圧系の電子回路基板であり、他方は低圧系の電子回路基板であり、
上記二枚の電子回路基板は、互いの間に空間を設けながら厚み方向に積層配置されており、
上記二枚の電子回路基板の間には、該電子回路基板における互いに対向する辺を構成する一対の端縁に沿って配された金属製の一対のステーが配置されており、
上記二枚の電子回路基板は、その端縁において、上記一対のステーに固定されており、
該一対のステーの少なくとも一方は、上記電力変換装置の金属製のケースに固定され、
該ケースに固定された上記ステーは、上記厚み方向における上記高圧系の電子回路基板を固定した側にフランジ部を有し、該フランジ部において上記ケースに固定されていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、上記一対のステーは、両者を連結する連結部によって、互いに連結されていることを特徴とする電力変換装置。
請求項２において、上記連結部は、上記電子回路基板に略平行に配される板状体であることを特徴とする電力変換装置。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記一対のステーの少なくとも一方は、上記電子回路基板との固定部以外の部分においても、上記電子回路基板を支承していることを特徴とする電力変換装置。
請求項１〜４のいずれか一項において、上記一対のステーの少なくとも一方には、上記電子回路基板に実装された電子部品が接触していることを特徴とする電力変換装置。
請求項１〜５のいずれか一項において、上記一対のステーの少なくとも一方は、外側面に放熱フィンを形成していることを特徴とする電力変換装置。