JP5784094B2 - 電子部品モジュールおよびその搭載方法 - Google Patents

Description

この発明は、電子部品モジュール、特にコイルやコンデンサ等の大きい電子部品を含む電源装置のフィルタ回路等の電子部品モジュールに関する。

近年の急速なハイブリッド自動車や電気自動車の普及に伴い、電源装置を車両に搭載する機会が増加している。電源装置を車両に搭載する際に特有の問題として、車両は走行中に様々な振動を受けるという点がある。たとえば、下記特許文献１によると、電源装置を構成する電子部品の一部を電気回路がインサート成型された部材に接続し、電子部品をシリコーン樹脂からなる固定用接着剤を用いてケースに固着することで、振動耐久性を向上させることが記述されている。

特開２０１１−００３５６４号公報

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される車載用電源装置において、電源装置の搭載位置は、車室内や、バネ上のフレームといった振動耐久に対する要求が緩やかな場所がほとんどであった。こういった場所への搭載の場合には特許文献１で示されている構造を有する電源装置であったとしても、十分な振動耐久性を有する場合がある。

しかしながら、車両内の搭載位置に関する多種の厳しい制約条件の上では、振動耐久に対する要求が厳しい場所、たとえばトランスミッションやモーターに直接設置することを求められることがあり、従来の構成では電子部品モジュール(電源装置のフィルタ回路の電子部品モジュール等)を構成する部品が、強い振動を受け、部品を保持する部材から離脱してしまう可能性があった。

振動耐久性を向上させるための方策の一つとしては、装置すなわち電子部品モジュール全体の小型化、もしくは薄型化(低背化)が挙げられる。特許文献１では、トロイダル形状のコイルについて、回路をインサート成型した部材にはんだ付け、もしくは溶接する構成について記載されているが、コイルとインサート成型部材の位置関係は、上下に重ねた状態となっており、高さ方向の寸法が大きくなる。これは、装置全体の低背化の支障となり、ひいては振動耐久性の向上が制限される場合がある。また、コイルの端子はリード形状になっており、コイルをインサート成型部材に接続する際、下方向に向いて端子が伸びる位置関係となる。この時、端子の端部(リード端)から下方向に電気的な絶縁のための空間距離が必要となり、インサート成型部材を金属製筐体に固定することを想定すると、この絶縁のための空間距離が、装置全体の高さ方向の寸法の低減を制限する。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、特に大きい電子部品を含む電子部品モジュールにおいて、小型化、特に薄型化(低背化)を図った電子部品モジュール等を提供することを目的とする。また、小型化、薄型化（低背化）に伴い、振動耐久性を向上した電子部品モジュール等を提供することを目的とする。

この発明は、少なくとも一つの電子部品と、前記電子部品の電気配線を含む回路部材と、を備え、筐体の筐体面に搭載される電子部品モジュールにおいて、前記電子部品が、端子を同一方向で前記回路部材に向けて前記回路部材で電気的に接続されるように配置され、前記回路部材が、前記各端子が接続されている面が前記筐体面に対し垂直になるように配置され、前記電子部品の端子が前記回路部材を貫通して反対側に突出して延び、前記回路部材が、前記筐体面にネジ固定するための穴を有した前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの固定部、前記筐体が導電性を有する場合において、前記筐体面と電気的接続を行うネジのための穴を有した前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの接地部、他の回路との電気的接続を行うための前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの端子部、のいずれかの少なくとも１つを有し、前記端子の突出方向において、前記端子と電気的な絶縁のための空間領域を足した長さより前記固定部、接地部および端子部の長さを長くした、電子部品モジュール等にある。

この発明では、小型化、特に薄型化(低背化)を図った電子部品モジュールを提供できる。また、小型化、薄型化（低背化）に伴い、振動耐久性を向上した電子部品モジュール等を提供することができる。

この発明に係る電源装置のフィルタ回路の電気回路図である。 この発明の実施の形態１による電源装置のフィルタ回路の電子部品モジュールの上面図である。 図２の矢印Ａの方向から見た側面図である。 図２の電子部品モジュールの二点破線Ｃに沿った矢印Ｂから見た断面図である。 図２の電子部品モジュールの二点破線Ｄに沿った矢印Ｂから見た断面図である。 この発明の実施の形態２による電源装置のフィルタ回路の電子部品モジュールの上面図である。

以下、この発明による電子部品モジュール等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一もしくは対応する符号で示し、重複する説明は省略する。また、以下ではこの発明による電子部品モジュール等を、大きい電子部品を含む電源装置のフィルタ回路の電子部品モジュールを例に挙げて説明するが、この発明はこれに限定されるものではなく、種々の電子部品モジュールに適用可能である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電源装置のフィルタ回路の電気回路図である。図１において、電源装置のフィルタ回路は、Ｘコンデンサ６(アクロス・ザ・ライン・コンデンサ)、Ｙコンデンサ１、２、４、５(ライン・バイパス・コンデンサ)、コモンモードチョークコイル３からなる電子部品と、Ｐ(正)側入力端子７と、Ｎ(負)側入力端子８と、Ｐ側出力端子９と、Ｎ側出力端子１０ａと、で構成されている。また、装置全体(すなわち電子部品モジュール：以下同様)のグランド電位に相当する部分を、グランド１１で示している。

このフィルタ回路は、Ｐ側入力端子７と、Ｎ側入力端子８は、ハイブリッド車や電気自動車に搭載された駆動用の高電圧バッテリのプラス端子およびマイナス端子にそれぞれ接続されている。Ｙコンデンサ１は、図１に示すように、Ｐ側入力端子７に接続された配線と、グランド１１の間に接続される。同様に、Ｙコンデンサ４は、Ｐ側出力端子９に接続された配線と、グランド１１の間に接続される。また、同様に、Ｙコンデンサ２は、Ｎ側入力端子８に接続された配線と、グランド１１の間に接続される。また、同様に、Ｙコンデンサ５は、Ｎ側出力端子１０ａに接続された配線と、グランド１１の間に接続される。コモンモードチョークコイル３は、トロイダル形状のコアに巻線となるエナメル被覆線を巻回させた構造であり、４つの電気接続用端子を有し、Ｐ側入力端子７、Ｎ側入力端子８、Ｐ側出力端子９、Ｎ側出力端子１０ａに、それぞれ接続される。Ｙコンデンサ１、２、４、５および、コモンモードチョークコイル３は、このフィルタ回路が含まれる装置全体の電磁環境両立性(ＥＭＣ)性能を満たすための構成部品である。

また、Ｘコンデンサ６は、図１に示すように、Ｐ側出力端子９と、Ｎ側出力端子１０ａの間に接続されている。Ｘコンデンサ６は、その両端に印加される電圧の変動を抑制するために接続される、電源装置のフィルタ回路の、構成部品である。

図２はこの発明の実施の形態１による電源装置のフィルタ回路の電子部品モジュールの上面図、図３は図２の矢印Ａの方向から見た側面図である。すなわち図２において、図２の紙の表面が、この電子部品モジュールの筐体２００(図３参照)の、電子部品モジュールを搭載する搭載面(筐体面)となり、図１の１〜６である電子部品(１０〜６０)を搭載する回路部材１２１がその搭載面(基板面)が筐体２００の筐体面に対し垂直になるように設けられている。

図２および図３において、電子部品モジュールは、Ｘコンデンサ６０と、Ｙコンデンサ１０、２０、４０、５０とコモンモードチョークコイル３０とからなる電子部品群と、電気回路配線が樹脂によってインサート成型されたインサート成型部材である回路部材１２１と、で構成されている。電子部品群(１０〜６０)の配列に関し、図２および図３では回路部材１２１上で、筐体面に沿った方向に直線的に一列に並べて搭載されているが、必ずしもこの配列に限定されない。

回路部材１２１には、回路部材１２１を、金属製の筐体２００と機械的に固定するためのネジ穴等を有する少なくとも１つの固定部１２２が設けられている。

また回路部材１２１には、回路部材内部に形成された例えばバスバー等からなる電気配線回路(図示省略)を他の回路と電気的に接続するための、金属が露出した入力端子、出力端子を有する少なくとも１つの端子部１２３，１２４が設けられている。端子部１２３は図１のＰ側入力端子７およびＮ側入力端子８を構成し、端子部１２４は図１のＰ側出力端子９およびＮ側出力端子１０ａを構成する。

さらに回路部材１２１には、内部の電気配線回路のグランド部、すなわち図１のグランド１１に相当する部位を構成する、装置全体のグランドとなる金属製の筐体２００に電気配線回路を電気的に接続するための少なくとも１つの金属が露出したまたは電気配線回路の配線が延長された接地部１２５が設けられている。

なお、固定部１２２、端子部１２３，１２４、接地部１２５は、電子部品(１０〜６０)の電気接続用端子(１３，３１，６１)(単に端子とも云う)の突出方向と同じ方向、すなわち筐体２００の電子部品モジュール搭載面である筐体面に平行な方向に例えば回路部材１２１本体から直角に折れ曲がって延びている(図４，５参照)。
但し、固定部１２２、端子部１２３，１２４、接地部１２５はそれぞれ、回路部材１２１に少なくとも１つずつ設けられ、さらにそのうちの少なくとも１つずつが電子部品の端子の突出方向と同じ方向(筐体面に平行な方向)に延びていればよい。

回路部材１２１を電子部品(１０〜６０)の搭載面と反対側から見た図３において、Ｘコンデンサ６０は、１つにつき、２つの電気接続用端子６１を有し、回路部材１２１内の電気回路配線に設けられた電極６２に電気的に接続される。この接続の方法については、高い振動耐久性を得るためには溶接であることが望ましいが、求められる振動条件によってははんだ付けなど、他の接続方法であってもよい。

Ｙコンデンサ１０，２０，４０，５０は、１つにつき、２つの電気接続用端子１３を有し、回路部材１２１内の電気回路配線に設けられた電極１２に電気的に接続される。この接続の方法については、前述した、Ｘコンデンサ６０の接続方法と同様である。

また、コモンモードチョークコイル３０は、４つの電気接続用端子３１を有し、回路部材１２１内の回路に設けられた電極３２に電気的に接続される。この接続の方法については、前述した、Ｘコンデンサ６０の接続方法と同様である。

上記各電子部品の電気接続用端子(端子)６１，３１，１３は同一方向で回路部材１２１に向けられ(筐体２００の電子部品モジュール搭載面である筐体面に平行な方向)、回路部材１２１に電気的に接続され、さらに、回路部材１２１を貫通し、回路部材１２１の電子部品搭載面と反対側に突出して延びている。これにより、電子部品モジュール全体の高さ方向の寸法を増やすことなく、後述する電気的な絶縁のための空間距離Ｇが容易に得られ、また電子部品の振動耐久性を向上させるための押さえつけを容易にする。

図４は図２の電子部品モジュールの二点破線Ｃに沿ったＹコンデンサ２０および接地部１２５の矢印Ｂから見た断面図である。回路部材１２１内部の電気回路配線の２つの電極１２はＹコンデンサ２０の２つの電気接続用端子１３にそれぞれ電気的に接続されると共に、一方の電極１２が筐体２００の筐体面に沿って延びるように折り曲げられて延長されて金属が露出した接地部１２５となり、接地部１２５はネジによって金属製の筐体２００に電気的接続を伴って固定される。

図５は図２の電子部品モジュールの二点破線Ｄに沿ったＸコンデンサ６０および固定部１２２の矢印Ｂから見た断面図である。回路部材１２１内部の電気回路配線の２つの電極６２は、Ｘコンデンサ６０の２つの電気接続用端子６１にそれぞれ電気的に接続される。固定部１２２は、回路部材１２１の樹脂部分が筐体２００の筐体面に沿って延びるように折り曲げられて延長されてネジによって金属製の筐体２００に機械的に固定されている。

コモンモードチョークコイル３０は、その電気接続用端子３１が、筐体２００の表面に対し、平行となる向きで配置されている。これにより、電子部品モジュール全体の高さ方向の寸法を抑制できる。これは次のような理由による。

電源装置のフィルタ回路を構成する電子部品のうち、高さ方向の寸法が最も大きい部品はコモンモードチョークコイル３０であり、その寸法は図３の記号Ｆにて示す寸法である。従来の回路構成では、図２の記号Ｅで示す方向を高さ方向に配置し、コモンモードチョークコイル３０やＸコンデンサ６を、インサート成型部材(回路部材１２１に相当)と上下方向に重ねて配置する構造が一般的であった。しかしながら、一般的に電源装置のフィルタ回路に使用されるコモンモードチョークコイル３０は記号Ｆにて示す寸法(リンク状コイルの直径方向の長さ)の方が、記号Ｅにて示す寸法(リンク状コイルの高さ方向の長さ＋電気接続用端子の長さ)よりも小さい。

この実施の形態では、電気接続用端子が、筐体２００の表面(筐体の電子部品モジュールの搭載面である筐体面)に対し、平行となる向きで配置されることで、記号Ｆで示す寸法を電子部品モジュールの高さ方向に配置することができ、装置全体の高さ方向の寸法を抑制できる。さらに、電気接続用端子の端部からの延長方向には、電気的な絶縁のための空間距離(図２において記号Ｇにて示す部分)が必要となるが、このことは、記号Ｅで示す寸法を高さ方向に配置した場合に、さらに高さ方向の寸法が大きくなる(リンク状コイルの高さ方向の長さ＋電気接続用端子の長さ＋空間距離Ｇ))要因となり得る。

さらに、振動耐久性を向上させるために、Ｘコンデンサ６０は、たとえば押さえバネ(図示省略)で上方向から筐体２００の表面に押さえつけるような方法で固定してもよい。従来のような、コモンモードチョークコイルやＸコンデンサを、インサート成型部材(回路部材に相当)と上下方向に重ねて配置する構造の場合、Ｘコンデンサの下方向には電気接続用端子と筐体との電気的な絶縁のための空間があるため、上方向から振動に耐えうる十分な力で押さえつけることが困難となる。この実施の形態のような構成の場合、Ｘコンデンサ６０と、筐体２００の表面は直接接触しているため、そのような問題は生じない。

また、この実施の形態においては、インサート成型部材である回路部材１２１には、回路部材１２１を、筐体２００と機械的に接続するための穴を有する固定部１２２が設けられている。固定部１２２は、回路部材１２１の樹脂部分と一体を成すものであり、その設置方向は、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１が突出している方向と同じ方向である。

前述のとおり、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１の端部からの延長方向には、電気的な絶縁のための空間距離(図２において記号Ｇにて示す部分)が必要となるが、この実施の形態のように、電気接続用端子６１または電気接続用端子３１と、記号Ｇで示した距離を足した長さよりも、固定部１２２の長さ(図２において記号Ｈにて示す部分)を長くすることにより、自動的にＧの距離を確保できるという利点が得られる。

図２においては、固定部１２２は、電気接続用端子６１や電気接続用端子３１が突出している方向と同じ方向にのみ設置されているが、回路部材１２１と筐体２００の固定をより強固とするために、追加の固定部を、電気接続用端子６１や電気接続用端子３１が突出している方向と同じ方向とは異なる方向に設置してもよい。

また、この実施の形態においては、電気回路配線が樹脂によってインサート成型された回路部材１２１には、電気配線回路の一部となる金属部分を、筐体にネジによって電気的に接続するための穴があけられている凸状の接地部１２５が設けられている。前項での記述と同様に、接地部１２５の設置方向は、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１が突出している方向と同じ方向である。

前述のとおり、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１の端部からの延長方向には、電気的な絶縁のための空間距離(図２において記号Ｇにて示す部分)が必要となるが、この実施の形態のように、電気接続用端子６１または電気接続用端子３１と、記号Ｇで示した距離を足した長さよりも、接地部１２５の長さ(図２において記号Ｉにて示す部分)を長くすることにより、自動的にＧの距離を確保できるという利点が得られる。

また、この実施の形態においては、インサート成型部材である回路部材１２１には、内部に成型した電気配線回路を、外部の回路と電気的に接続するための、金属が露出した入力端子、出力端子を有する端子部１２３、１２４が設けられている。前項での記述と同様に、端子部１２３、１２４は、回路部材１２１と一体を成すものであり、その設置方向は、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１が突出している方向と同じ方向である。

前述のとおり、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１の端部からの延長方向には、電気的な絶縁のための空間距離(図２において記号Ｇにて示す部分)が必要となるが、この実施の形態のように、電気接続用端子６１または電気接続用端子３１と、記号Ｇで示した距離を足した長さよりも、端子部１２３、１２４の長さ(図２において記号Ｊにて示す部分)を長くすることにより、自動的にＧの距離を確保できるという利点が得られる。

以上のような構成とすることにより、コモンモードチョークコイル３０の、最も寸法が小さい方向を、電子部品モジュール全体の高さ方向に向けて設置することができ、装置全体を低背化することができる。ひいては、低背化に伴う振動耐久性の向上も見込まれる。

また、接地部１２５を、電気接続用端子６１や電気接続用端子３１が突出している方向と同じ方向に設置することにより、自動的に、電気接続用端子６１や電気接続用端子３１の端部からの延長方向に必要な絶縁空間距離を確保でき、別途、絶縁のための空間距離を確保する必要がなくなる。

また、端子部１２３、１２４を、電気接続用端子６１や電気接続用端子３１が突出している方向と同じ方向に設置することにより、自動的に、電気接続用端子６１や電気接続用端子３１の端部からの延長方向に必要な絶縁空間距離を確保でき、別途、絶縁のための空間距離を確保する必要がなくなる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による電源装置のフィルタ回路の電子部品モジュールの上面図である。図６において、電源装置のフィルタ回路の電子部品モジュール全体３００は、例えば金属製の筐体２００内に設置されている。また、筐体２００は、筐体と一体となる壁(筐体の電子部品モジュールの搭載面である筐体面と別の筐体面)２０１を有する。

この実施の形態では、電子部品モジュール全体３００は筐体２００内の隅に配置されており、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１の突出方向とは反対方向の面が、筐体２００の壁２０１と近接して対向するように配置されている。一方、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１の突出方向と同じ方向のスペースは、電源装置のフィルタ回路以外の何らかの構成部品が配置されるスペースとなっている。

Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１の端部からの延長方向には、電気的な絶縁のための空間距離が必要となるということについては先述したとおりである。もし、この実施の形態とは逆に、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１の突出方向の面が、筐体２００の壁２０１と近接して向かい合うように配置されていた場合、電気接続用端子６１や電気接続用端子３１と壁２０１との間に、電気的な絶縁のための空間距離を設ける必要が生じる。このスペースは、装置全体のサイズの小型化を制限する要因の一つになり得る。この実施の形態のように、Ｘコンデンサ６０の電気接続用端子６１や、コモンモードチョークコイル３０の電気接続用端子３１の突出方向とは反対方向の面が、筐体２００の壁２０１と近接して対向するように配置することで、Ｘコンデンサ６０と壁２０１の間のスペースが必要なくなるため、装置全体の小型化を図ることができるようになる。

以上のような構成とすることにより、Ｘコンデンサ６０と、筐体２００の筐体の電子部品モジュールの搭載面である筐体面と別の筐体面である壁２０１の間のスペースが必要なくなるため、装置全体の小型化を図ることができるようになる。

１，２，４，５，１０，２０，４０，５０ Ｙコンデンサ、３，３０ コモンモードチョークコイル、６，６０ Ｘコンデンサ、７ Ｐ側入力端子、８ Ｎ側入力端子、９ Ｐ側出力端子、１０ａ Ｎ側出力端子、１１ グランド、１２，３２，６２ 電極、１３，３１，６１ 電気接続用端子、１２１ 回路部材、１２２ 固定部、１２３，１２４ 端子部、１２５ 接地部、２００ 筐体、２０１ 壁、３００ 電子部品モジュール全体。

Claims (4)

1. 少なくとも一つの電子部品と、前記電子部品の電気配線を含む回路部材と、を備え、筐体の筐体面に搭載される電子部品モジュールにおいて、
   前記電子部品が、端子を同一方向で前記回路部材に向けて前記回路部材で電気的に接続されるように配置され、前記回路部材が、前記各端子が接続されている面が前記筐体面に対し垂直になるように配置され、
   前記電子部品の端子が前記回路部材を貫通して反対側に突出して延び、
   前記回路部材が、
   前記筐体面にネジ固定するための穴を有した前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの固定部、
   前記筐体が導電性を有する場合において、前記筐体面と電気的接続を行うネジのための穴を有した前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの接地部、
   他の回路との電気的接続を行うための前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの端子部、
   のいずれかの少なくとも１つを有し、
   前記端子の突出方向において、前記端子と電気的な絶縁のための空間領域を足した長さより前記固定部、接地部および端子部の長さを長くした、
   電子部品モジュール。
2. 前記回路部材が、前記筐体の内側に搭載され、前記電子部品の端子の突出方向と反対側が前記筐体の内面に近接して対向していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品モジュール。
3. 前記電子部品モジュールが、電源装置のフィルタ回路のモジュールからなり、前記電子部品が、それぞれ少なくとも一つ以上のＸコンデンサ、Ｙコンデンサ、コモンモードチョークコイルを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品モジュール。
4. 少なくとも一つの電子部品と、前記電子部品の電気配線を含む回路部材と、を備え、筐体の筐体面に搭載される電子部品モジュールにおいて、
   前記電子部品を、端子を同一方向で前記回路部材に向けて前記回路部材で電気的に接続されかつ前記回路部材を貫通して反対側に突出して延びるように配置し、前記回路部材を、前記各端子が接続されている面が前記筐体面に対して垂直になるように配置し、
   前記電子部品の端子を前記回路部材を貫通させて反対側に突出させて延ばし、
   前記回路部材に、
   前記筐体面にネジ固定するための穴を有した前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの固定部、
   前記筐体が導電性を有する場合において、前記筐体面と電気的接続を行うネジのための穴を有した前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの接地部、
   他の回路との電気的接続を行うための前記電子部品の端子の突出方向と同じ方向に延びる少なくとも１つの端子部、
   の少なくとも１つを設け、
   前記端子の突出方向において、前記端子と電気的な絶縁のための空間領域を足した長さより前記固定部、接地部および端子部の長さを長くする、
   電子部品モジュールの搭載方法。

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