JP5672228B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数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。

電気自動車やハイブリッド自動車等には、例えば、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。
電力変換装置は、半導体素子を内蔵した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。また、電力変換装置には、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。

電子回路基板としては、高圧系用と低圧系用の２枚の電子回路基板を用いることがある。例えば、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ながら厚み方向に積層して配置する。このとき、２枚の電子回路基板の間には、これらを固定するためのステーが配設されている（特許文献１参照）。

図１１に示すごとく、ステー９３は、例えば、電子回路基板９２における互いに対向する辺部を構成する一対の端縁部９２１に沿って形成されている。また、ステー９３の内側面には、ステー９３の剛性を高めるために、厚み方向Ｘに直交する方向に突出してなる突出部９３１が設けられており、ステー９３の長手方向の断面がＴ字形状となるようにしている。このような形状のステー９３を成形する場合、ステー９３の突出部９３１を挟んで厚み方向Ｘの両側にそれぞれ成形型（上側成形型、下側成形型）を配置し、これらの成形型を用いてステー９３の成形を行う。

特開２００９−１５９７６７号公報

しかしながら、図１１に示したステー９３を成形する場合、ステー９３の形状が突出部９３１を挟んで厚み方向Ｘの両側で対称であるため、離型時にステー９３を厚み方向Ｘの両側から成形型（上側成形型、下側成形型）に配設された押出ピンを用いて厚み方向Ｘに押し出して離型する必要がある。また、図１２に示すごとく、ステー９３の断面形状がＴ字形状であるため、ステー９３の突出部９３１における厚み方向Ｘの両側に押出ピンによって押し出すための押出用ボス９３４が必要となる。そのため、ステー９３の突出部９３１に押出用ボス９３４を設けた分だけ、２枚の電子回路基板９２の間の空間が狭くなり、電子回路基板９２における電子部品の実装領域が制限されることになる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、電子回路基板における電子部品の実装領域を拡大することができる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明は、複数の電子回路基板を備えた電力変換装置であって、
上記複数の電子回路基板は、互いの間に空間を設けながら厚み方向に積層して配置されており、
隣り合う上記電子回路基板同士の間には、該電子回路基板における互いに対向する辺部を構成する一対の端縁部に沿って形成された一対のステーが配設されており、
上記各電子回路基板は、上記一対の端縁部において、上記一対のステーに固定されており、
該各ステーの内側面には、上記厚み方向に直交する方向において他方の上記ステーに向かって突出してなる突出部が設けられており、
該突出部には、上記厚み方向に突出してなる押出用ボスが上記突出部における上記厚み方向の一方側にのみ設けら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）。

上記電力変換装置において、各ステーの内側面には、上記厚み方向に直交する方向において他方のステーに向かって突出してなる突出部が設けられている。そして、該突出部には、上記厚み方向に突出してなる押出用ボスが突出部における上記厚み方向の一方側にのみ設けられている。ここで、押出用ボスとは、ステーを成形する成形型からステーを離型する際にステーを押出ピンによって押し出すためのものである。

そのため、従来のように、ステーの突出部における上記厚み方向の両側に押出用ボスを設けた場合に比べて、上記厚み方向の他方側に押出用ボスを設けていない分だけ、隣り合う電子回路基板同士の間に設けられた空間が広くなる。これにより、ステーの突出部に押出用ボスを設けていない側の電子回路基板における電子部品の実装領域を拡大することができる。その結果、電子回路基板における電子部品の実装等において設計自由度を高めることができる。

また、向かい合う一対の電子回路基板の表面において、例えば、一方の電子回路基板の表面に比較的大型の電子部品（例えば、上記厚み方向に背の高い電子部品）を実装し、他方の電子回路基板の表面に比較的小型の電子部品（例えば、上記厚み方向に背の低い電子部品）を実装することがある。この場合、ステーの突出部において、小型の電子部品を実装する電子回路基板側にのみ押出用ボスを設けることにより、大型の電子部品を実装する電子回路基板、すなわち押出用ボスを設けることによって電子部品の実装領域の制限を受け易い電子回路基板について、電子部品の実装領域を拡大することができ、その効果を有効に発揮することができる。

このように、電子回路基板における電子部品の実装領域を拡大することができる電力変換装置を提供することができる。

実施例における、電力変換装置を示す断面説明図。 実施例における、ステーに固定された電子回路基板を示す断面説明図。 実施例における、ステーを厚み方向の一方側から見た平面説明図。 実施例における、ステーを厚み方向の他方側から見た平面説明図。 図３におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。 図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面説明図。 実施例における、ステーを成形する成形型を示す断面説明図。 実施例における、成形型に溶融金属を充填した状態を示す断面説明図。 実施例における、ステーから固定型を離型した状態を示す断面説明図。 実施例における、ステーから可動型を離型した状態を示す断面説明図。 背景技術における、ステーに固定された電子回路基板を示す断面説明図。 背景技術における、ステーの押出用ボスを示す断面説明図。

上記電力変換装置において、上述のとおり、隣り合う上記電子回路基板同士の間には、該電子回路基板における互いに対向する辺部を構成する一対の端縁部に沿って形成された上記一対のステーが配設されている。
また、上記一対のステーの他に、上記電子回路基板の他の辺部を構成する端縁部にステーが配設されていてもよい。

また、上記ステーの内側面は、上記突出部よりも上記厚み方向の他方側において、該厚み方向の他方側に向かって外側に傾斜する内側傾斜面を有する構成とすることができる（請求項２）。
この場合には、ステーの突出部に押出用ボスを設けていない側、すなわち上記厚み方向の他方側の電子回路基板における電子部品の実装領域をより一層拡大することができる。

また、例えば、ステーの突出部を挟んで上記厚み方向の両側に成形型を配置してステーを成形する場合には、ステーの内側面に設けられた内側傾斜面によって上記厚み方向の他方側の成形型の離型性を良くすることができる。そのため、ステーの突出部における上記厚み方向の他方側に押出用ボスを設ける必要がなくなる。つまり、押出用ボスをステーの突出部における上記厚み方向の一方側にのみ設ける構成を容易に実現することができる。

また、上記ステーの外側面は、上記厚み方向の他方側に向かって外側に傾斜する外側傾斜面を有する構成とすることができる（請求項３）。
この場合には、例えば、ステーの突出部を挟んで上記厚み方向の両側に成形型を配置してステーを成形するとき、これらの成形型の型割部の位置を上記厚み方向の他方側よりに移動させることが可能となり、上記厚み方向の他方側の成形型の離型性を良くすることができる。そのため、ステーの突出部における上記厚み方向の他方側に押出用ボスを設ける必要がなくなる。つまり、押出用ボスをステーの突出部における上記厚み方向の一方側にのみ設ける構成を容易に実現することができる。
また、上記ステーの外側面は、その全体が上記外側傾斜面であることが好ましい。この場合には、上記の効果をより一層確実に得ることができる。

また、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構成とすることができる（請求項４）。
この場合には、連結部によってステーの剛性を向上させることができる。これにより、ステーに固定されている電子回路基板の剛性も向上させることができる。
なお、上記連結部は、１つであってもよいし、複数であってもよい。また、電子回路基板に実装される電子部品の妨げとならないように配設することが好ましい。

また、上記連結部は、上記電子回路基板に略平行に配置される板状体である構成とすることができる（請求項５）。
この場合には、電子回路基板における電子部品の実装領域を十分に確保しながら、連結部によってステーの剛性を向上させることができる。

電力変換装置にかかる実施例について図を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、複数の電子回路基板２を備えている。複数の電子回路基板２は、互いの間に空間を設けながら厚み方向Ｘに積層して配置されている。
隣り合う電子回路基板２同士の間には、電子回路基板２における互いに対向する辺部を構成する一対の端縁部２１に沿って形成された一対のステー３が配設されている。各電子回路基板２は、一対の端縁部２１において、一対のステー３に固定されている。

図３〜図６に示すごとく、各ステー３の内側面３０１には、厚み方向Ｘに直交する方向において他方のステー３に向かって突出してなる突出部３１が設けられている。突出部３１には、厚み方向Ｘに突出してなる押出用ボス３４が突出部３１における厚み方向の一方側Ｘ１にのみ設けられている。
以下、これを詳説する。

図１、図２に示すごとく、電力変換装置１は、一対の電子回路基板２を備えている。一対の電子回路基板２のうち、一方は、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２ａであり、他方は、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２ｂである。一対の電子回路基板２は、互いの間に空間を設けながら厚み方向Ｘに積層して配置されている。

また、図２に示すごとく、一対の電子回路基板２の間には、一対のステー３が配設されている。一対のステー３は、平面視長方形状を有する電子回路基板２における互いに対向する辺部を構成する一対の端縁部２１に沿って形成されている。
また、各ステー３の内側面３０１には、厚み方向Ｘに直交する方向において他方のステー３に向かって突出してなる板状の突出部３１が設けられている。

また、図３、図４に示すごとく、一対のステー３は、両者を連結する２つの連結部３２によって互いに連結されている。２つの連結部３２は、一対のステー３の両端を連結するように設けられている。また、連結部３２は、一対の電子回路基板２に略平行に配置される板状体である。また、各ステー３の突出部３１と２つの連結部３２とは、同一平面上において一体的かつ環状に形成されている。

また、図３、図６に示すごとく、各ステー３の突出部３１における厚み方向の一方側Ｘ１（低圧系の電子回路基板２ｂ側）の表面３１１には、低圧系の電子回路基板２ｂを固定するための基板固定用ボス３３が厚み方向Ｘに突出して形成されている。基板固定用ボス３３は、突出部３１の表面３１１の２箇所に設けられている。また、基板固定用ボス３３には、ビス１１を螺合させるためのビス穴３３１が形成されている。
そして、低圧系の電子回路基板２ｂは、一対の端縁部２１において、一対のステー３に固定されている。低圧系の電子回路基板２ｂの一対の端縁部２１は、ステー３の突出部３１の基板固定用ボス３３に対して、ビス１１により固定されている。

また、図４、図６に示すごとく、各ステー３の突出部３１における厚み方向の他方側Ｘ２（高圧系の電子回路基板２ａ側）の表面３１２には、高圧系の電子回路基板２ａを固定するための基板固定用ボス３３が厚み方向Ｘに突出して形成されている。基板固定用ボス３３は、突出部３１の表面３１２の２箇所に設けられている。また、基板固定用ボス３３には、ビス１１を螺合させるためのビス穴３３１が形成されている。
そして、高圧系の電子回路基板２ａは、一対の端縁部２１において、一対のステー３に固定されている。高圧系の電子回路基板２ａの一対の端縁部２１は、ステー３の突出部３１の基板固定用ボス３３に対して、ビス１１により固定されている。

また、図３、図５に示すごとく、各ステー３の突出部３１には、ステー３を成形する成形型６（後述する図７等）からステー３を離型する際にステー３を押出ピン６２１（後述する図７等）によって押し出すための押出用ボス３４が設けられている。押出用ボス３４は、ステー３の突出部３１における厚み方向の一方側Ｘ１にのみ設けられている。すなわち、押出用ボス３４は、ステー３の突出部３１における厚み方向の他方側Ｘ２には設けられていない。

本例では、押出用ボス３４は、ステー３の突出部３１の表面３１１において、その表面３１１から厚み方向Ｘに突出して形成されている。また、押出用ボス３４は、その先端面がステー３の端面と同じ位置となるように突出している。また、押出用ボス３４は、ステー３の内側面３０１に対して一体的に形成されている。また、押出用ボス３４は、ステー３の両端位置及び中間位置の合計３箇所に設けられている。

また、図５、図６に示すごとく、ステー３の内側面３０１は、突出部３１よりも厚み方向の一方側Ｘ１において、その厚み方向の一方側Ｘ１に向かって外側に傾斜している。また、ステー３の内側面３０１は、突出部３１よりも厚み方向の他方側Ｘ２において、その厚み方向の他方側Ｘ２に向かって外側に傾斜する内側傾斜面３５を有する。
また、ステー３の外側面３０２は、厚み方向の他方側Ｘ２に向かって外側に傾斜する外側傾斜面３６を有する。本例では、ステー３の外側面３０２の全体が外側傾斜面３６となっている。

また、図２に示すごとく、一対の電子回路基板２は、高圧系の電子回路基板２ａの厚み方向の一方側Ｘ１の表面２０１ａと低圧系の電子回路基板２ｂの厚み方向の他方側Ｘ２の表面２０２ｂとが向かい合うように配置されている。高圧系の電子回路基板２ａの表面２０１ａには、図示を省略したが、比較的大型の電子部品（例えば、厚み方向Ｘに背の高い電子部品）が実装されている。また、低圧系の電子回路基板２ｂの表面２０２ｂには、図示を省略したが、比較的小型の電子部品（例えば、厚み方向Ｘに背の低い電子部品）が実装されている。

また、図１に示すごとく、各ステー３の外側面３０２には、電力変換装置１のケース４の一部を構成する支持体４１に固定するための複数のフランジ部３７が設けられている。フランジ部３７には、ビス１１を挿通させるための挿通孔（図示略）が形成されている。また、支持体４１には、ビス１１を螺合させるためのビス穴（図示略）が形成されている。そして、一対の電子回路基板２ａ、２ｂを固定した一対のステー３は、ビス１１をステー３のフランジ部３７の挿通孔に挿通させ、支持体４１のビス穴に螺合させることにより、支持体４１に固定されている。

また、同図に示すごとく、支持体４１の内側には、複数の半導体モジュール、その半導体モジュール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５が配設されている。また、支持体４１における厚み方向Ｘの両側には、一対のカバー４２が配設されている。一対のカバー４２は、それぞれ支持体４１に対してビス１１により固定されている。また、支持体４１及び一対のカバー４２は、電力変換装置１のケース４を構成している。

また、同図に示すごとく、高圧系の電子回路基板２ａは、パワーモジュール５に近い側に配置され、低圧系の電子回路基板２ｂは、パワーモジュール５から遠い側に配置されている。また、パワーモジュール５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５１は、高圧系の電子回路基板２ａに接続されている。
また、ステー３、支持体４及び一対のカバー４２は、いずれもアルミニウム又はその合金からなる。

次に、本例のステー３の成形方法について説明する。
まず、図７に示すごとく、ステー３を成形するための成形型６を準備する。成形型６は、固定型６１と可動型６２とにより構成されており、可動型６２には、押出ピン６２１が配設されている。また、固定型６１と可動型６２との間には、キャビティ６３が形成されている。キャビティ６３は、成形するステー３の形状と同一の形状を有する。
次いで、図８に示すごとく、成形型６のキャビティ６３内に溶融金属３０を充填した後、これを冷却固化する。

次いで、図９に示すごとく、可動型６２を固定型６１から離れる方向に移動させる。これにより、ステー３から固定型６１を離型する。
次いで、図１０に示すごとく、可動型６２に配設された押出ピン６２１をステー３の押出ボス３４に押し当てながら、ステー３に向かって移動させる。これにより、ステー３から可動型６１を離型し、成形型６からステー３を取り出す。
以上により、成形したステー３を得る。

次に、本例の電力変換装置１における作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１において、ステー３の内側面３０１には、厚み方向Ｘに直交する方向において他方のステー３に向かって突出してなる突出部３１が設けられている。そして、突出部３１には、厚み方向Ｘに突出してなる押出用ボス３４が突出部３１における厚み方向の一方側Ｘ１にのみ設けられている。ここで、押出用ボス３４とは、ステー３を成形する成形型からステー３を離型する際にステー３を押出ピンによって押し出すためのものである。

そのため、従来のように、ステー３の突出部３１における厚み方向の両側Ｘ１、Ｘ２に押出用ボス３４を設けた場合に比べて、厚み方向の他方側Ｘ２に押出用ボス３４を設けていない分だけ、隣り合う電子回路基板２同士の間に設けられた空間が広くなる。これにより、ステー３の突出部３１に押出用ボス３４を設けていない側の電子回路基板２（高圧系の電子回路基板２ａ）における電子部品の実装領域を拡大することができる。その結果、電子回路基板２における電子部品の実装等において設計自由度を高めることができる。

また、本例のように、一対の電子回路基板２において、高圧系の電子回路基板２ａの表面２０１ａに比較的大型の電子部品（例えば、厚み方向Ｘに背の高い電子部品）を実装し、低圧系の電子回路基板２ｂの表面２０２ｂに比較的小型の電子部品（例えば、厚み方向Ｘに背の低い電子部品）を実装することがある。この場合、ステー３の突出部３１において、小型の電子部品を実装する低圧系の電子回路基板２ｂ側にのみ押出用ボス３４を設けることにより、大型の電子部品を実装する高圧系の電子回路基板２ａ、すなわち押出用ボス３４によって電子部品の実装領域の制限を受け易い高圧系の電子回路基板２ａについて、電子部品の実装領域を拡大することができ、その効果を有効に発揮することができる。

また、本例では、ステー３の内側面３０１は、突出部３１よりも厚み方向の他方側Ｘ２において、厚み方向の他方側Ｘ２に向かって外側に傾斜する内側傾斜面３５を有する。そのため、ステー３の突出部３１に押出用ボス３４を設けていない側、すなわち厚み方向の他方側Ｘ２の電子回路基板２（高圧系の電子回路基板２ａ）における電子部品の実装領域をより一層拡大することができる。

また、本例のように、ステー３の突出部３１を挟んで厚み方向の両側Ｘ１、Ｘ２に成形型６（固定型６１、可動型６２）を配置してステー３を成形する場合には、厚み方向の他方側Ｘ２の成形型６（固定型６１）の離型性を良くすることができる。そのため、ステー３の突出部３１における厚み方向の他方側Ｘ２に押出用ボス３４を設ける必要がなくなる。つまり、押出用ボス３４をステー３の突出部３１における厚み方向の一方側Ｘ１にのみ設ける構成を容易に実現することができる。

また、ステー３の外側面３０２は、厚み方向の他方側Ｘ２に向かって外側に傾斜する外側傾斜面３６を有し、ステー３の外側面３０２の全体が外側傾斜面３６となっている。そのため、本例のように、ステー３の突出部３１を挟んで厚み方向の両側Ｘ１、Ｘ２に成形型６（固定型６１、可動型６２）を配置してステー３を成形する場合には、これらの成形型６（固定型６１、可動型６２）の型割部の位置Ｅを厚み方向の他方側Ｘ２よりに移動させることが可能となり、厚み方向の他方側Ｘ２の成形型６（固定型６１）の離型性を良くすることができる。そのため、ステー３の突出部３１における厚み方向の他方側Ｘ２に押出用ボス３４を設ける必要がなくなる。つまり、押出用ボス３４をステー３の突出部３１における厚み方向の一方側Ｘ１にのみ設ける構成を容易に実現することができる。

また、一対のステー３は、両者を連結する連結部３２によって互いに連結されている。そのため、連結部３２によってステー３の剛性を向上させることができる。これにより、ステー３に固定されている電子回路基板２の剛性も向上させることができる。
また、連結部３２は、電子回路基板２に略平行に配置される板状体である。そのため、電子回路基板２における電子部品の実装領域を十分に確保しながら、連結部３２によってステー３の剛性を向上させることができる。

このように、本例によれば、電子回路基板２における電子部品の実装領域を拡大することができる電力変換装置１を提供することができる。

１ 電力変換装置
２ 電子回路基板
２１ 端縁部
３ ステー
３０１ 内側面
３１ 突出部
３４ 押出用ボス

Claims (5)

1. 複数の電子回路基板を備えた電力変換装置であって、
   上記複数の電子回路基板は、互いの間に空間を設けながら厚み方向に積層して配置されており、
   隣り合う上記電子回路基板同士の間には、該電子回路基板における互いに対向する辺部を構成する一対の端縁部に沿って形成された一対のステーが配設されており、
   上記各電子回路基板は、上記一対の端縁部において、上記一対のステーに固定されており、
   該各ステーの内側面には、上記厚み方向に直交する方向において他方の上記ステーに向かって突出してなる突出部が設けられており、
   該突出部には、上記厚み方向に突出してなる押出用ボスが上記突出部における上記厚み方向の一方側にのみ設けられていることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、上記ステーの内側面は、上記突出部よりも上記厚み方向の他方側において、該厚み方向の他方側に向かって外側に傾斜する内側傾斜面を有することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置において、上記ステーの外側面は、上記厚み方向の他方側に向かって外側に傾斜する外側傾斜面を有することを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、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。
5. 請求項４に記載の電力変換装置において、上記連結部は、上記電子回路基板に略平行に配置される板状体であることを特徴とする電力変換装置。

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