JP5622659B2

JP5622659B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP5622659B2
Application number: JP2011121217A
Authority: JP
Inventors: 英世鈴木; 哲重田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: JP2012249483A

Description

本発明は、モータを制御する電力変換装置に関する。特に車両駆動用モータを制御する電力変換装置に関する。

電力変換装置の高機能化、特に車両駆動用となると、多くの外部信号との協調制御が必要となる。

特許文献１には、電力変換装置の内部への信号，電源取り込みについての記載がある。しかしながら、電力変換装置の更なる高機能化に伴い、多くの外部信号との協調制御が必要となると、配線材のスペース効率を向上させて、小型化のニーズを満足させる必要がある。また、電力変換装置が激しい振動に晒される場所に配置された場合に、外部信号と接続するためのコネクタに与える振動の影響を考慮する必要がある。

特開２００７−１５９２５５号公報

本発明の課題は、配線材のスペース効率を向上させて電力変換装置を小型化させるとともに耐振動性を向上させることである。

上記課題を解決するためは、本発明は、直流電流を交流電流に変換するスイッチング素子を有するパワーモジュールと、前記スイッチング素子のスイッチング動作の駆動を制御する制御回路を有する制御回路基板と、外部コネクタ端子と第１内部コネクタ端子と第２内部コネクタ端子を有するコネクタと、一端が前記第１内部コネクタ端子と接続されるとともに他端が前記制御回路基板と接続される第１フレキシブルプリント基板と、一端が前記第２内部コネクタ端子と接続されるとともに他端が前記制御回路基板と接続される第２フレキシブルプリント基板と、前記制御回路基板と前記第１及び第２フレキシブルプリント基板を収納するとともに前記コネクタにより塞がれる開口を形成する筐体と、を備え、前記第１内部コネクタ端子と前記第２内部コネクタ端子は、前記筐体の上部方向から下部方向に沿って並べて配置され、前記第１フレキシブルプリント基板は、前記筐体の上部方向から下部方向に対して前記第２フレキシブルプリント基板と重ねられて配置される。

本発明により、電力変換装置を小型化させるとともに耐振動性を向上させることができる。

ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成の外観斜視図。本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。電力変換装置２００の断面図（図２のＡ−Ａ断面基準）である。本発明の実施形態に係るフレキシブルプリント基板の搭載スペースを示す斜視図である。本発明の実施形態に係るフレキシブルプリント基板を接続した際の電力変換装置の断面図である。本発明の実施形態に係るフレキシブルプリント基板を接続する工程を示す斜視図である。本発明の実施形態に係るフレキシブルプリント基板を接続する工程を示す斜視図である。本発明の実施形態に係るフレキシブルプリント基板を接続する工程を示す斜視図である。

本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能であるが、代表例として、本発明の実施形態に係る電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の制御構成について、図１を用いて説明する。図１はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。

本発明の実施形態に係る電力変換装置では、自動車に搭載される車載電機システムの車載用電力変換装置、特に、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は運転モードに応じ、車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。

なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶，航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。

図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。

車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支されている。前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸（図示省略）が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている。本実施形態のＨＥＶでは、動力によって駆動される主輪を前輪１１２とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。

前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪車軸１１４は前輪側ＤＥＦ１１６の出力側に機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６は、変速機１１８によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸１１４に分配する差動式動力分配機構である。変速機１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側及びモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。尚、モータジェネレータ１９２，１９４及び動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。

モータジェネレータ１９２，１９４は、回転子に永久磁石を備えた同期機であり、固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置１４０，１４２によって制御されることによりモータジェネレータ１９２，１９４の駆動が制御される。インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。

本実施形態では、モータジェネレータ１９２及びインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン１２０からの動力によって車両を駆動している場合において、車両の駆動トルクをアシストする場合には第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の場合において、車両の車速をアシストする場合には第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。

また、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。

バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては例えばエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータであり、バッテリ１３６からインバータ４３装置に直流電力が供給され、インバータ装置４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。前記インバータ装置４３はインバータ装置１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。例えばモータ１９５の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置４３の制御機能はインバータ装置１４０や１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ装置４３の最大変換電力がインバータ装置１４０や１４２より小さいが、インバータ装置４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０や１４２の回路構成と同じである。

インバータ装置１４０や１４２およびインバータ装置４３さらにコンデンサモジュール５００は電気的に密接な関係にある。さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また装置の体積をできるだけ小さく作ることが望まれている。これらの点から以下で詳述する電力変換装置は、インバータ装置１４０や１４２およびインバータ装置４３さらにコンデンサモジュール５００を電力変換装置の筐体内に内蔵している。この構成により、小型で信頼性の高い装置が実現できる。

またインバータ装置１４０や１４２およびインバータ装置４３さらにコンデンサモジュール５００を一つの筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策で効果がある。またコンデンサモジュール５００とインバータ装置１４０や１４２およびインバータ装置４３との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。

図２ないし図４は、電力変換装置２００の全体構成を説示している。１０は上部ケース、１１は金属ベース板、１２は筐体、１３は冷却水入口配管、１４は冷却水出口配管、４２０はカバー、１６は下部ケース、１７は交流ターミナルケース、１８は交流ターミナル、１９は冷却水流路、２０は制御回路基板で制御回路１７２を保持している。２１は外部との接続のためのコネクタ、２２は駆動回路基板でドライバ回路１７４を保持している。３００はパワーモジュール（半導体モジュール部）で２個設けられており、それぞれのパワーモジュールにはインバータ回路１４４が内蔵されている。７００は平板積層バスバー、８００はＯリング、３０４は金属ベース、１８８は交流コネクタ、３１４は直流正極端子、３１６は直流負極端子、５００はコンデンサモジュール、５０２はコンデンサケース、５０４は正極側コンデンサ端子、５０６は負極側コンデンサ端子、５１４はコンデンサセル、をそれぞれ表す。

図２は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成の外観斜視図を示す。本実施形態に係る電力変換装置２００の外観は、上面あるいは底面が略長方形の筐体１２と、前記筐体１２の短辺側の外周の１つに設けられた冷却水の入口配管１３および出口配管１４と、前記筐体１２の上部の開口を塞ぐための上部ケース１０と、前記筐体１２の下部の開口を塞ぐための下部ケース１６とを固定して形成されたものである。

図３に示されるように、電力変換装置２００の長辺側の外周にはモータジェネレータ１９２や１９４との接続を助けるための２組の交流ターミナルケース１７が設けられる。交流ターミナル１８は、パワーモジュール３００とモータジェネレータ１９２，１９４とを電気的に接続して、該パワーモジュール３００から出力される交流電流を該モータジェネレータ１９２，１９４へ伝達する。

コネクタ２１は、筐体１２に内蔵された制御回路基板２０に接続されており、外部からの各種信号を該制御回路基板２０に伝送する。直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。ここで本実施形態では、コネクタ２１は、前記筐体１２の短辺側の外周面の一方側に設けられる。一方、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、前記コネクタ２１が設けられた面とは反対側の短辺側の外周面に設けられる。つまり、コネクタ２１と直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０が離れた配置となっている。これにより、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０から筐体１２に侵入し、さらにコネクタ２１まで伝播するノイズを低減することができ、制御回路基板２０によるモータの制御性を向上させることができる。

図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置２００の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。

図３に示されるように、筐体１２の中ほどに冷却水流路１９が設けられ、該冷却水流路１９の上部には流れの方向に並んで２組の開口４００と４０２が形成されている。前記２組の開口４００と４０２がそれぞれパワーモジュール３００で塞がれる様に２個のパワーモジュール３００が固定されている。各パワーモジュール３００には放熱のためのフィン３０５が設けられており、各パワーモジュール３００のフィン３０５はそれぞれ前記冷却水流路１９の開口４００と４０２から冷却水の流れの中に突出している。

前記冷却水流路１９の下側にはアルミ鋳造を行いやすくするための開口４０４が形成されており、前記開口４０４はカバー４２０で塞がれている。また前記冷却水流路１９の下側には補機用のインバータ装置４３が取り付けられている。このインバータ装置４３は前記内蔵している前記パワーモジュールの放熱金属面が前記冷却水流路１９の下面に対向するようにして、前記冷却水流路１９の下面に固定されている。また、パワーモジュール３００と筐体１２との間には、シールをするためのＯリング８００が設けられ、さらにカバー４２０と筐体１２との間にもＯリング８０２が設けられる。本実施形態ではシール材をＯリングとしているが、Ｏリングの代わりに樹脂材・液状シール・パッキンなどを代用しても良く、特に液状シールを用いた場合には電力変換装置２００の組立性を向上させることができる。
さらに前記冷却水流路１９の下部に放熱作用を為す下部ケース１６が設けられ、前記下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００が、コンデンサモジュール５００の金属材からなるケースの放熱面が前記下部ケース１６の面に対向するようにして前記下部ケース１６の面に固定されている。この構造により冷却水流路１９の上面と下面とを利用して効率良く冷却することができ、電力変換装置全体の小型化に繋がる。

冷却水入出口配管１３，１４からの冷却水が冷却水流路１９を流れることによって、併設されている２個のパワーモジュール３００が有する放熱フィンが冷却され、前記２個のパワーモジュール３００全体が冷却される。冷却水流路１９の下面に設けられた補機用のインバータ装置４３も同時に冷却する。

さらに冷却水流路１９が設けられている筐体１２が冷却されることにより、筐体１２の下部に設けられた下部ケース１６が冷却され、この冷却によりコンデンサモジュール５００の熱が下部ケース１６および筐体１２を介して冷却水に熱的伝導され、コンデンサモジュール５００が冷却される。

パワーモジュール３００の上方には、該パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続するための積層導体板７００が配置される。この積層導体板７００は、２つのパワーモジュール３００に跨って、２つのパワーモジュール３００の幅方向に幅広に構成されている。さらに、積層導体板７００は、コンデンサモジュール５００の正極側端子と接続される正極側導体板７０２と、負極側端子と接続される負極側導体板７０４と、該正極側端子と該負極側端子との間に配置される絶縁部材によって構成される。これにより積層導体板７００の積層面積を広げることができるので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。また、一つの積層導体板７００を２つのパワーモジュール３００に載置した後、積層導体板７００とパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続を行うことができるので、パワーモジュール３００を２つ備える電力変換装置であっても、その組立工数を抑えることができる。

積層導体板７００の上方には制御回路基板２０と駆動回路基板２２とが配置される。また、駆動回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置され、金属ベース板１１は両基板２２，２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共に駆動回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。このように筐体１９の中央部に冷却水流路１９を設け、その一方の側に車両駆動用のパワーモジュール３００を配置し、また他方の側に補機用のパワーモジュール４３を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。また筐体中央部の冷却水流路１９の主構造を筐体１２と一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷却水流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造で作ることで筐体１２と冷却水流路１９とが一体構造となり、熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。

図４は、電力変換装置２００の断面図（図２のＡ−Ａ断面基準）であり、基本的な構造は既に説明したとおりである。

筐体１２の断面における上下方向の中央部には筐体１２と一体にアルミダイキャストで作られた冷却水流路１９（図４の点線部）が設けられ、冷却水流路１９の上面側に形成された開口にパワーモジュール３００（図４の一点鎖線部）が設置されている。図４の紙面に対して左側が冷却水の行き側の往路１９ａであり、紙面に対して右側が水路の折り返し側の復路１９ｂである。往路１９ａおよび復路１９ｂは、上述のとおりそれぞれ開口が設けられ、前記開口は、パワーモジュール３００の放熱のための金属ベース３０４により往路１９ａおよび復路１９ｂの両方に跨るように塞がれ、前記金属ベース３０４に設けられた放熱のためのフィン３０５が冷却水の流れのなかに前記開口から突出する。また、冷却水流路１９の下面側には補機用のインバータ装置４３が固定されている。

略中央が屈曲した板状の交流電力線１８６は、その一端がパワーモジュール３００の交流端子１５９と接続され、その他端が、電力変換装置２００内部から突出して交流コネクタを形成している。正極側コンデンサ端子５０４及び負極側コンデンサ端子５０６は、貫通孔４０６（図４の２点鎖線部）を介して、正極側導体板７０２及び負極側導体板７０４にそれぞれ電気的及び機械的に接続される。筐体１２の略中央を長方形の長辺方向に往復する冷却水流路１９が配置され、前記冷却水の流れ方向と略垂直の方向に、交流ターミナル１８と正極側コンデンサ端子５０４及び負極側コンデンサ端子５０６が配置される。そのため電気配線が整然と配置され、電力変換装置２００の小型化に繋がっている。積層導体板７００の正極側導体板７０２及び負極側導体板７０４、さらに交流側電力線１８６がパワーモジュール３００の外に突出して接続端子を形成しているため構造がたいへん簡単で、また他の接続導体が使用されていないため小型化になっている。この構造により生産性が向上し、信頼性も向上する。

さらに前記貫通孔４０６は前記冷却水流路１９とは筐体１２内部の枠体で隔絶しており、かつ正極側導体板７０２及び負極側導体板７０４と正極側コンデンサ端子５０６及び負極側コンデンサ端子５０４との接続部が該貫通孔４０６内に存在するため、信頼性が向上する。

発熱量の大きいパワーモジュール３００を冷却水流路１９の一方の面に固定すると共にパワーモジュール３００のフィン３０５が冷却水流路１９の開口から水路内に突出するようにして効率良く冷却し、次に放熱量の大きい補機用インバータ装置４３を冷却水流路１９の他方の面で冷却し、さらに次に発熱量が大きいコンデンサモジュール５００を筐体１２および下部ケース１６を介して冷却する構造としている。このように放熱量の多さにあわせた冷却構造としているので、冷却効率や信頼性が向上すると共に、電力変換装置２００をより小型化することができる。

さらに補機用インバータ装置４３を冷却水流路１９のコンデンサモジュール５００側面に固定しているので、補機用インバータ装置４３の平滑用コンデンサとしてコンデンサモジュール５００を使用でき、この場合配線距離が短くなる効果がある。また配線距離が短いことからインダクタンスを小さくできる効果がある。

駆動回路基板２２にもこのさらに駆動回路基板２２の上方には放熱および電磁シールドの効果を高める金属ベース板１１を介在させて制御回路基板２０が配置されている。上部ケース１０を筐体１２に固定することによって、本実施形態に係る電力変換装置２００が構成される。

上述のように、制御回路基板２０とパワーモジュール３００との間に駆動回路基板２２を配置しているので、制御回路基板２０からインバータ回路の動作タイミングが駆動回路基板２２に伝えられ、それに基づいて駆動回路基板２２でゲート信号が作られ、パワーモジュール３００のゲートにそれぞれ印加される。このように電気的な接続関係に沿って制御回路基板２０や駆動回路基板２２を配置しているので、電気配線が簡素化でき、電力変換装置２００の小型化に繋がる。また、駆動回路基板２２は、制御回路基板２０に対して、パワーモジュール３００やコンデンサモジュール５００よりも近い距離に配置される。そのため駆動回路基板２２から制御回路基板２０までの配線距離は、他の部品（パワーモジュール３００等）と制御回路基板２０との配線距離よりも短くなる。よって直流正極側接続端子部５１２から伝わる電磁ノイズやＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作による電磁ノイズが、駆動回路基板２２から制御回路基板２０までの配線に侵入することを抑えることができる。

冷却水流路１９の一方の面にパワーモジュール３００を固定し、他方の面に補機用インバータ装置４３を固定することで、冷却水流路１９でパワーモジュール３００と補機用インバータ装置４３を同時に冷却する。この場合、パワーモジュール３００は放熱のためのフィンが冷却水流路１９の冷却水と直接、接するのでより冷却効果が大きい。さらに冷却水流路１９で筐体１２を冷却し、筐体１２に下部ケース１６や金属ベース板１１を固定することで下部ケース１６や金属ベース板１１を介して冷却する。下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００の金属ケースが固定されるので下部ケース１６と筐体１２を介してコンデンサモジュール５００が冷却される。さらに金属ベース板１１を介して制御回路基板２０や駆動回路基板２２を冷却する。さらに、下部ケース１６も熱伝導性の良い材料でできていて、コンデンサモジュール５００からの発熱を受け、筐体１９に熱を伝導し、冷却水流路１９の冷却水で放熱される。また、冷却水流路１９の下部カバー１５側である他方の側には、車内用エアコン，オイルポンプ，他用途のポンプ用として用いる、比較的小容量の補機用インバータ装置４３を設置する。この補機用インバータ装置４３からの発熱は、前記筐体１２の中間枠体を通して冷却水流路１９の冷却水で放熱される。このように中央に冷却水流路１９を設け、一方に金属ベース板１１を設け、他方に下部ケース１６を設けることで、電力変換装置２００を構成するのに必要な部品を発熱量に応じ、効率良く冷却することができる。また電力変換装置２００の内部に部品が整然と配置されることとなり、小型化が可能となる。

電力変換装置の放熱機能を果たす放熱体は、第１に冷却水流路１９であるが、この他にも金属ベース板１１がその機能を奏している（放熱機能を果たすために金属ベース板１１を設けている）。金属ベース板１１は、電磁シールド機能を果たすとともに、制御回路基板２０や駆動回路基板２２からの熱を受けて、筐体１２に熱を伝導し、冷却水流路１９の冷却水で放熱される。

このように、本実施形態に係る電力変換装置は、放熱体が３層の積層体を形成しており、すなわち、金属ベース板１１，冷却水流路１９，下部ケース１６という積層構造であり、これらの放熱体はそれぞれの発熱体（パワーモジュール３００，制御回路基板２０，駆動回路基板２２，コンデンサモジュール５００）に隣接して階層的に設置される。階層構造の中央部には、主たる放熱体である冷却水流路１９が存在し、金属ベース板１１と下部ケース１６は筐体１２を通して冷却水流路１９の冷却水に熱を伝える構造となっている。筐体１２内に３つの放熱体（冷却水流路１９，金属ベース板１１，下部ケース１６）が収容されて、放熱性を向上させるとともに薄型化，小型化に寄与している。

図５は、本発明の実施形態に係るフレキシブルプリント基板の搭載スペースを示す斜視図である。筐体１２は、コネクタ２１が挿入される開口部１２０１を形成するとともに、後述するフレキシブルプリント基板を収納するスペース１２０２を設けている。従来であれば、このスペース１２０２は取り扱う信号数に応じて配線材を収納するスペースとなるため、かなりのスペースが必要であった。

図６は、図２の電力変換装置２００の断面図（図２のＢ−Ｂ断面基準）であり、コネクタ２１近傍の断面図である。

コネクタ２１は、信号用ハーネスと電気的に接続される外部コネクタ端子２１ａと、筐体１２の収納空間側の配置された第１内部コネクタ端子２１ｂ及び第２内部コネクタ端子２１ｃを有する。第１内部コネクタ端子２１ｂと第２内部コネクタ端子２１ｃは、筐体１２の上部方向から下部方向に沿って並べて配置される。

第１フレキシブルプリント基板２１０２は、その一端が第１内部コネクタ端子２１ｂと接続されるとともに、その他端が制御回路基板２０と接続される。また第２フレキシブルプリント基板２１０１は、その一端が第２内部コネクタ端子２１ｃと接続されるとともに、その他端が制御回路基板２０と接続される。

そして、第１フレキシブルプリント基板２１０２は、筐体１２の上部方向から下部方向に対して第２フレキシブルプリント基板２１０１と重ねられて配置される。

これにより、フレキシブルプリント基板が筐体１２の幅方向に大きく広がることによって、電力変換装置が大型化してしまうことを抑制することができる。また、コネクタ２１の幅方向を低減することによりコネクタのアスペクト比を小さくできるので、コネクタ２１は電力変換装置２００が車両に搭載された場合のような振動に対しても少ない固定点で対応できることになる。

また、駆動回路基板２２は図４に説示されたパワーモジュール３００の上部に配置され、さらに制御回路基板２０は、駆動回路基板２２に上部に配置される。そして図５にて説示したように、筐体１２は、筐体１２の下部から上部に向かう高さ方向を形成する側壁に、コネクタ２１が挿入される開口部１２０１を形成される。この開口部１２０１は、制御回路基板２０よりも低い位置に形成される。

駆動回路基板２２やパワーモジュール３００から発生する電磁ノイズから保護する必要がある制御回路基板２０は、パワーモジュール３００から離すために、電力変換装置の上部に配置される。一方、電力変換装置２００の上面にはパワーモジュール３００，駆動回路基板２２や制御回路基板２０を筐体１２に挿入するための開口が形成されているため、入口配管１３や出口配管１４や制御信号用のコネクタ２１は電力変換装置２００の側面に配置される。このような配置関係になったとしても、電力変換装置のノイズ抑制と小型化を図るとともに組立性を向上することができる。

また、筐体１２は、駆動回路基板２２とコネクタ２１との間の空間に配置された金属製の隔壁１２ａを有する。これにより、駆動回路基板２２から放射される電磁ノイズからコネクタ２１を保護することができるとともに、コネクタ２１の配置の自由度が増し、電力変換装置の小型化を図ることができる。

また、隔壁１２ａは、筐体１２から突出し、かつ当該隔壁１２ａの先端が金属製ベース板１１と接触する。これにより、金属製ベース板１１に伝播される電磁ノイズを、隔壁１２ａを介して筐体１２のグランドに落とすことができる。

図７（ａ）から図７（ｃ）は、第１フレキシブルプリント基板２１０２及び第２フレキシブルプリント基板２１０１を制御回路基板２０に接続する工程を示す斜視図である。

図７（ａ）から図７（ｃ）に示されるように、第１フレキシブルプリント基板２１０２はその先端にフレキシブルプリント基板側コネクタ２１１０ａを有し、また第２フレキシブルプリント基板２１０１はその先端にフレキシブルプリント基板側コネクタ２１１０ｂを有する。

一方、制御回路基板２０は、その上面側に、フレキシブルプリント基板側コネクタ２１１０ａと接続される第１基板側コネクタ２００１ａと、フレキシブルプリント基板側コネクタ２１１０ｂと接続される第２基板側コネクタ２００１ｂと、を有する。第２基板側コネクタ２００１ｂは、第１フレキシブルプリント基板２１０２及び第２フレキシブルプリント基板２１０１に最も近い制御回路基板２０の端辺２０ａに対して第１基板側コネクタ２００１ａよりも近くに配置される。さらに、第１フレキシブルプリント基板２１０２は、フレキシブルプリント基板側コネクタ２１１０ｂと第２基板側コネクタ２００１ｂとの接続部を跨いで第１基板側コネクタ２００１ａと接続される。

図７（ｂ）に示すように下層となる第２フレキシブルプリント基板２１０１を第２基板側コネクタ２００１ｂにまず接続する。この後、図７（ｃ）に示すように上層となる第１フレキシブルプリント基板２１０２を第１基板側コネクタ２００１ａに接続する。この配置を幾重に用意することで、当該フレキシブルプリント基板の幅にも自由度を持たせることも可能であり、同時に多くの外部信号を確実に電力変換装置内に伝達することが可能となる。また、フレキシブルプリント基板と制御回路基板２０との接続は筐体１２の開口が形成された上面からの作業となり、組立性を容易に保つことができる。

１２筐体
１２ａ隔壁
２０制御回路基板
２０ａ端辺
２１コネクタ
２１ａ外部コネクタ端子
２１ｂ第１内部コネクタ端子
２１ｃ第２内部コネクタ端子
１２０１開口部
１２０２スペース
２００１ａ第１基板側コネクタ
２００１ｂ第２基板側コネクタ
２１０１第２フレキシブルプリント基板
２１０２第１フレキシブルプリント基板
２１１０ａ，２１１０ｂフレキシブルプリント基板側コネクタ

Claims

直流電流を交流電流に変換するスイッチング素子を有するパワーモジュールと、
前記スイッチング素子のスイッチング動作の駆動を制御する制御回路を有する制御回路基板と、
外部コネクタ端子と第１内部コネクタ端子と第２内部コネクタ端子を有するコネクタと、
一端が前記第１内部コネクタ端子と接続されるとともに他端が前記制御回路基板と接続される第１フレキシブルプリント基板と、
一端が前記第２内部コネクタ端子と接続されるとともに他端が前記制御回路基板と接続される第２フレキシブルプリント基板と、
前記制御回路基板と前記第１及び第２フレキシブルプリント基板を収納するとともに前記コネクタにより塞がれる開口を形成する筐体と、を備え、
前記第１内部コネクタ端子と前記第２内部コネクタ端子は、前記筐体の上部方向から下部方向に沿って並べて配置され、
前記第１フレキシブルプリント基板は、前記筐体の上部方向から下部方向に対して前記第２フレキシブルプリント基板と重ねられて配置され、
前記スイッチング素子のスイッチング動作の駆動する駆動回路を有する駆動回路基板を備え、
前記駆動回路基板は、前記パワーモジュールの上部に配置され、
さらに前記制御回路基板は、前記駆動回路基板に上部に配置され、
前記筐体は、上面に蓋により塞がれる開口部を形成し、
前記筐体の前記コネクタにより塞がれる前記開口は、下部から上部に向かう高さ方向を形成する側壁であって、前記制御回路基板よりも低い位置に形成され、
前記駆動回路基板と前記コネクタとの間の空間に配置された金属製の隔壁を備える電力変換装置。
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記駆動回路基板と前記制御回路基板との間の空間に配置された金属ベース板を備え、
前記筐体は、電気伝導性の部材で構成され、
前記金属ベース板は、前記筐体に支持される電力変換装置。
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記隔壁は、前記筐体から突出し、かつ当該隔壁の先端が前記金属製ベース板と接触する電力変換装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載された電力変換装置であって、
前記制御回路基板は、その上面側に、前記第１フレキシブルプリント基板と接続される第１基板側コネクタと、前記第２フレキシブルプリント基板と接続される第２基板側コネクタと、を有し、
前記第２基板側コネクタは、前記第１及び第２フレキシブルプリント基板に最も近い前記制御回路基板の端辺に対して前記第１基板側コネクタよりも近くに配置され、
前記第１フレキシブルプリント基板は、前記第２フレキシブルプリント基板と前記第２基板側コネクタとの接続部を跨いで前記第１基板側コネクタと接続される電力変換装置。