JP6417296B2 - プリント基板の防振固定装置及びそれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、プリント基板の防振固定装置及びそれを用いた電力変換装置に関する。

船舶向け電力変換装置では、電力変換装置を構成するコンバータ回路又はインバータ回路を配置したプリント基板の振動衝撃対策として、当該基板などを防振バネで挟んで固定する方法が知られている。

（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１５−５７０３７号公報

しかしながら、振動衝撃対策としてバネを柔らかくすると（バネ力を弱くすると）、振動時に上述した基板のストローク（振動に伴う往復運動又はその距離）が大きくなり、装置が大型化するという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、基板の耐震特性に応じて、基板の表裏方向からの応力に対しては弾性係数が小さく、基板の側面方向からの応力に対しては弾性係数が大きい防振部材を用いて上記プリント基板を固定することにより振動時のストロークを制限することができる防振固定装置及び当該防振固定装置を搭載した電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項記載のプリント基板の防振固定装置は、プリント基板が取り付けられたプリント基板固定部材を内箱の内壁に固定し、当該内箱と外箱との間に防振手段を配置したプリント基板の防振固定装置であって、前記プリント基板は、当該プリント基板の側面から内側に加わる圧縮力に対しては強度が強く（バネ特性としての弾性係数が大きい）、当該プリント基板の表面から裏面方向に加わる力若しくは裏面から表面方向に加わる力に対しては強度が弱く（バネ特性としての弾性係数が小さい）、弾性係数が大きい場合には、振動に対するストロークが小さく、弾性係数が小さい場合には、振動に対するストロークが大きくなる特性を有するので、前記防振手段は、前記プリント基板固定部材を前記内箱の内壁に固定した際、当該プリント基板の側面からプリント基板の内側に加わる縦方向の圧縮力に対しては変形しにくく弾性係数が大きい特性を有し、プリント基板の表面から裏面方向若しくは当該プリント基板の裏面から表面に加わる横方向の力に対しては変形しやすく弾性係数が小さい特性を有する異方性弾性体で構成された防振バネと、前記防振バネの両端を前記内箱及び外箱に固定する防振バネ固定部材と、を備え、前記異方性弾性体とは、弾性体の伸縮方向により当該弾性体の弾性係数が異なる性質を有する弾性体のことであり、前記防振手段を、前記内箱の重力方向の上下に配置したことを特徴とする。

この発明によれば、本発明に係るプリント基板の防振固定装置を用いることにより、振動時のストロークを制限することができるため、当該プリント基板の防振固定装置を搭載した電力変換装置を小型化することができる。

実施例１に係るプリント基板の防振手段を備えた電力変換装置の一例。 図１に係るプリント基板の図示矢印方向の強度を示す図。 図１に係る防振固定装置に適用する防振バネのバネ特性を示す図。 実施例２に係る、プリント基板をプリント基板固定部材の一方の面に配置した場合の防振手段の取り付け位置を説明する図。 実施例３に係る、防振手段を内箱の重力方向の左右に配置した一例。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係るプリント基板３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｃを防振固定装置で防振した電力変換装置１の一例である。図１（Ａ）は、電力変換装置１の正面図であり、図１（Ｂ）は、電力変換装置１の側面図である。

防振固定装置は、防振バネ１１（１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの総称）及び防振バネ固定部材１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの総称）を有して構成された防振手段並びに内箱２０を有して構成されており、上記防振手段によって内箱２０の防振を行いながら外箱１０に固定する装置である。すなわち、内箱２０には振動の影響を防止したい電子機器又は制御回路など重要な要素を収納する。実施例では、プリント基板を収納し、本体に該当する外箱１０に固定する場合について説明する。

内箱２０には、コンバータ若しくはインバータ回路で構成されたプリント基板が収納された場合について以下に説明する。

内箱２０には、プリント基板固定部材５０が取り付けられ、固定される。取り付け方法は、内箱２０に設けられた溝に挿入後固定する方法、又は内箱２０の内壁に設けられた固定具にネジで固定する方法などがある。前者は、プリント基板の抜き差しが容易なことから、当該プリント基板をメンテナンスする際の交換が容易になる。何れの場合も、プリント基板固定部材５０が内箱２０にしっかり固定される。

プリント基板固定部材５０には、コンバータ若しくはインバータ回路で構成されたプリント基板（説明の必要に応じて、コンバータ基板若しくはインバータ基板と称する場合もある。）３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂが、それぞれ当該プリント基板固定部材５０に取り付けられたステーに固定される。図示した一例では、例えば、プリント基板３０ａは、４本のネジ３１ａでステーに固定される。他のプリント基板４０ａ、３０ｂ、４０ｂも同様に４本のネジで対応するステーに固定される。この場合も、プリント基板３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂがステーを介してプリント基板固定部材５０にしっかり固定される。

図示した実施例では、同一に構成された４個のプリント基板３０ａ、４０ａ、３０ｂ、４０ｂを、プリント基板固定部材５０の表面に２個、裏面に２個固定した場合を示す。

他の実施例としては、プリント基板固定部材５０の上部表面及び裏面に２個のインバータ基板を固定し、下部表面及び裏面に２個のコンバータ基板を固定してもよい。

プリント基板固定部材５０の表面及び裏面に固定されるプリント基板は同一に構成されたプリント基板が好ましい。プリント基板固定部材５０の表面の取り付け位置に対して、対応する裏面の同一取り付け位置に同一に構成されたプリント基板を固定することにより、プリント基板固定部材５０に対する重心の位置がプリント基板固定部材５０上にあるため、当該プリント基板固定部材５０の上下両端が内箱２０の内壁の固定位置に対して、対応する内箱２０の外壁の同一固定位置に、下記に示す防振バネ固定部材１２を配置して防振バネ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの総称）を組み込むことにより、振動を防振する。

防振固定装置は、異方性弾性体で構成された防振バネ１１及びこれら防振バネ１１の上下に固定され、当該防振バネ１１を内箱２０及び外箱１０に固定するための防振バネ固定部材１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの総称）を有して構成される。

なお、本文記載の異方性弾性体とは、弾性体の伸縮方向（弾性体のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）により当該弾性体の弾性係数が異なる性質を有する弾性体のことである。

図２（Ａ）は、図１に係るプリント基板３０ａに対する図示矢印方向の強度を示す図である。また、図２（Ｂ）は、プリント基板３０ａの斜視図を示しており、当該プリント基板３０ａに対するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向を図示してある。

プリント基板３０ａは、プリント基板３０ａの側面からプリント基板３０ａの内側に加わる圧縮力（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に対しては強度が強く（バネ特性としての弾性係数が大きい）、プリント基板３０ａの表面から裏面方向に加わる力若しくは裏面から表面方向に加わる力（Ｚ軸方向）に対しては強度が弱い（バネ特性としての弾性係数が小さい）。弾性係数が大きい場合には、振動に対するストロークが小さく、弾性係数が小さい場合には、振動に対するストロークが大きくなる。

なお、バネ特性には、以下に示す３つの特性がある。

（１）力を加えると変形し、力を取り除くと復元する。

（２）エネルギーを吸収・蓄積し、放出する。

（３）固有の振動数を持っている。

上記（１）に関するプリント基板の特性は、基板の側面から基板の内側に加わる圧縮力（図示矢印縦方向の圧縮力）に対しては、変形しにくい特性を有している。一方、基板の表面から裏面方向に加わる力若しくは裏面から表面方向に加わる力（図示矢印横方向の力）に対しては、変形しやすい特性を有している。

従って、当該プリント基板は、外部から加えられた力（ここでは、振動）に対しては、縦方向には変形しにくいが、横方向には変形しやすく、加えられた力により、上記（３）に示すプリント基板固有の固有振動で振動しやすい。

図３は、図１に係る防振固定装置に適用する防振バネ１１のバネ特性を示す図である。上記（１）に関する防振バネ１１のバネ特性は、当該防振バネ１１を縦方向に圧縮する圧縮力に対しては変形しにくい特性を有している（図示した「硬」表示）。一方、当該防振バネ１１に対して横方向に加わる力（図示矢印横方向の力）に対しては変形しやすい特性を有している（図示した「軟」表示）。

すなわち、プリント基板が外部から加えられた力に対して有するバネ特性と同様のバネ特性を有する防振バネ１１を用いてプリント基板を固定するプリント基板固定部材５０を外箱１０に固定する。

プリント基板固定部材５０に対して、防振バネ１１を上述したような配置にすることにより、防振バネ１１は、外部から加えられた力により、プリント基板が変形しやすい横方向に変形した際に蓄えられたエネルギーを吸収し、プリント基板の振動を防振することが可能になる。

防振バネ１１を本実施例１に記載したように配置することにより、Ｚ軸方向（図２参照）のストロークは大きいが、もともと、メンテナンス用の空間として手前側に空間を設ける必要があり、当該メンテナンス用空間をストローク用空間として共用できる効果がある。また、背面には、空間の余裕が生じる。

さらに、Ｘ軸及びＹ軸方向のプリント基板の振動を制限することが可能になることから、プリント基板の振動周期に伴うストロークを小さくすることが可能になる。

図４は、プリント基板３０ａ及び４０ａをプリント基板固定部材５０の一方の面である表面に取り付けた場合の一例である。プリント基板３０ａ及びプリント基板４０ａを取り付けたプリント基板固定部材５０は、内箱２０ａの内壁に固定される。

実施例１で説明した図１のプリント基板３０ａとプリント基板３０ｂ若しくはプリント基板４０ａとプリント基板４０ｂはプリント基板固定部材５０に対して左右対称に構成されているため、重心はプリント基板固定部材５０上にある。

一方、図４に示す実施例２の防振固定装置は、プリント基板固定部材５０の表面に取り付けたプリント基板と裏面に取り付けたプリント基板が同一構成又は類似構成でないために、防振固定する内箱２０ａの重心が、プリント基板固定部材５０上にない場合の一例である。

この場合の重心は、プリント基板固定部材５０上の、プリント基板３０ａ及び４０ａが取り付けられている位置より、プリント基板３０ａ及びプリント基板４０ａが取り付けられている位置側に移動した位置Ｐ２ａとＰ２ｂを直線で結ぶ線上にあるため、当該線上の内箱２０ａ及び外箱１０ａの間に、防振バネ固定部材１２を配置して防振バネ１１ｂ及び１１ｃを組み込むことにより、内箱２０ａを固定する。すなわち、位置Ｐ２ａ及びＰ２ｂは、防振バネ１１ｂ及び１１ｃを取り付けるのに好適な位置であり、防振バネ取り付け位置と称する。ぷこのような配置にすることにより、防振バネ１１ｂ及び１１ｃは、外部から与えられた力により、プリント基板３０ａ及び４０ａが変形しやすい横方向に変形した際に蓄えられるエネルギーを吸収し、プリント基板３０ａ及び４０ａの振動を防振することが可能になる。

図５は、実施例３に係る、防振手段を内箱の重力方向の左右に配置した一例である。実施例３は、実施例１及び実施例２に記載された防振手段１１ｂの他、内箱の重力方向左右にも防振手段１１ｄ及び１１ｅが配置されている。

この場合、防振バネ１１ｄ及び１１ｅは、防振バネ１１ｂ及び１１ｃを９０°回転した状態で配置される。

上述したように、プリント基板３０ａ、４０ａは、当該プリント基板３０ａ、４０ａの表面から裏面方向若しくは当該プリント基板３０ａ、４０ａの裏面から表面に加わる横方向の力に対しては、変形しやすい。従って、内箱２０ａの左右に配置される防振バネ１１ｄ、１１ｅは、実施例１又は実施例２で使用した防振バネを９０°回転して弾性係数が小さな値を示す方向が、プリント基板が変形しやすい上述した横方向の力の向きになるように配置される。

以上説明したように、本発明に係るプリント基板の防振固定装置を用いることにより、振動時のストロークを制限することができるため、当該プリント基板の防振固定装置を搭載した電力変換装置を小型化することができる。

Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ 防振バネ取り付け位置
Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ 防振バネ取り付け位置
１ 電力変換装置
１０、１０ａ、１０ｂ 外箱
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ 防振バネ
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 防振バネ固定部材
２０、２０ａ 内箱
３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ プリント基板
５０ プリント基板固定部材

Claims (2)

1. プリント基板が取り付けられたプリント基板固定部材を内箱の内壁に固定し、当該内箱と外箱との間に防振手段を配置したプリント基板の防振固定装置であって、
   前記プリント基板は、
   当該プリント基板の側面から内側に加わる圧縮力に対しては強度が強く（バネ特性としての弾性係数が大きい）、当該プリント基板の表面から裏面方向に加わる力若しくは裏面から表面方向に加わる力に対しては強度が弱く（バネ特性としての弾性係数が小さい）、弾性係数が大きい場合には、振動に対するストロークが小さく、弾性係数が小さい場合には、振動に対するストロークが大きくなる特性を有するので、
   前記防振手段は、
   前記プリント基板固定部材を前記内箱の内壁に固定した際、当該プリント基板の側面からプリント基板の内側に加わる縦方向の圧縮力に対しては変形しにくく弾性係数が大きい特性を有し、プリント基板の表面から裏面方向若しくは当該プリント基板の裏面から表面に加わる横方向の力に対しては変形しやすく弾性係数が小さい特性を有する異方性弾性体で構成された防振バネと、前記防振バネの両端を前記内箱及び外箱に固定する防振バネ固定部材と、を備え、
   前記異方性弾性体とは、
   弾性体の伸縮方向により当該弾性体の弾性係数が異なる性質を有する弾性体のことであり、
   前記防振手段を、前記内箱の重力方向の上下に配置したことを特徴とするプリント基板の防振固定装置。
2. コンバータ用基板又はインバータ用基板をプリント基板固定部材に取り付け、当該プリント基板固定部材を内箱の内壁に固定し、当該内箱と外箱との間に請求項１記載のプリント基板の防振固定装置を備え、
   前記プリント基板固定部材の上部表面及び裏面に２個の前記インバータ用基板を固定し、下部表面及び裏面に２個の前記コンバータ用基板を固定、又は２個の前記インバータ用基板と２個の前記コンバータ用基板を入れ替えて固定することにより、前記プリント基板固定部材に対する表裏の重心のバランスを取るようにしたことを特徴とする電力変換装置。