JP6657457B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の端子を有する電子部品が実装された電子基板と、この電子基板を支持する支持具とを備える電子装置において、防振部材を設置することなく、電子部品における断線を防止する。【解決手段】電子基板３と端子台２とは、共振時の電子基板３の振動モードが電子部品３ｂにおける断線の発生を抑止可能な振動モードとなるように締結されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電子装置に関するものである。

近年、車両には、電子基板を備える電子装置が搭載されることが一般的である。このような電子装置は、プリント配線板に複数の電子部品が実装された電子基板と、この電子基板を支持する支持具とを備えている。車両に搭載される電子装置は、車両の走行による振動を受けることから、振動対策を施す必要がある。特に、近年は、電子装置が駆動装置等に直接設置されることが多く、車両の走行振動に加えて電子装置が駆動装置の振動の影響を強く受ける。このため、プリント配線板が振動によって撓み、プリント配線板に実装された複数の端子を備える電子部品に大きな歪が繰り返し生じ、電子部品における断線が生じる可能性がある。

したがって、電子装置の振動対策を従来以上に施す必要が生じている。例えば、特許文献１では、電子基板と支持具との間に防振部材を配置することによって、電子基板が振動することを抑制している。

特開２００４−２１５３４３号公報

しかしながら、電子装置に対して防振部材を設置することは、電子基板と支持具との間に防振部材を介装させる必要があることから電子装置の大型化を招く。さらに、電子装置に対して防振部材を設置することは、電子装置の部品点数を増加し、製造工程の煩雑化を招くことになる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、複数の端子を有する電子部品が実装された電子基板と、この電子基板を支持する支持具とを備える電子装置において、防振部材を設置することなく、電子部品における断線を防止することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、複数の端子を有する電子部品が実装された電子部品を有する電子基板と、上記電子基板を支持する支持具とを備える電子装置であって、上記電子基板と上記支持具とは、共振時の上記電子基板の振動モードが上記電子部品における断線の発生を抑止可能な振動モードとなるように締結されているという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記電子基板の実装面に沿った第１方向における長さ寸法が、上記電子基板の実装面に沿いかつ上記第１方向と直交する第２方向における長さ寸法よりも大きく、上記第１方向にて上記電子基板の両端部が上記支持具に締結され、上記第１方向にて上記両端部を除いて１箇所で上記電子基板が上記支持具に締結されているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記第１方向にて上記両端部を除いた１箇所における上記電子基板と上記支持具との締結位置が、上記第１方向における上記電子基板の中心位置を避けて配置されているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第２または３の発明において、上記第１方向にて上記電子部品が配列されて複数実装されているという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記電子基板と上記支持具とがネジにより締結されているという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記電子部品が、トランスであるという構成を採用する。

第７の発明は、上記第１〜第６の発明において、上記電子装置が、車両に搭載される電力変換装置であるという構成を採用する。

本発明によれば、電子基板と支持具とが、共振時の電子基板の振動モードが電子部品における断線の発生を抑止可能な振動モードとなるように締結されている。電子基板と支持具との締結状態によって共振時における電子基板の振動モードは変化するが、本発明によれば、共振時の振動モードが電子部品における断線の発生を抑止可能な振動モードとなるため、電子部品が断線することを防止できる。したがって、本発明によれば、複数の端子を有する電子部品が実装された電子基板と、この電子基板を支持する支持具とを備える電子装置において、防振部材を設置することなく、電子部品における断線を防止することが可能となる。

本発明の一実施形態における電力変換装置の概略構成を示す分解図である。 本発明の一実施形態における電力変換装置が備える電子基板の平面図である。 本発明の一実施形態における電力変換装置が備える電子基板の振動の様子を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電子装置の一実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の電子部品を車両に搭載される電力変換装置１に適用した例を挙げて説明する。

図１は、本実施形態の電力変換装置１の概略構成を示す分解斜視図である。本実施形態の電力変換装置１は、ハイブリッド車や電気自動車等のモータを動力源として走行する車両に搭載されている。

このような本実施形態の電力変換装置１は、バッテリから供給される電力を直流から交流に変換してモータに供給する電子装置であり、図１に示すように、電力変換装置１は、端子台２（支持具）と、電子基板３と、複数のネジ４とを備えている。また、電力変換装置１は、端子台２に固定された不図示の複数のパワー半導体素子や、端子台２及び電子基板３を収容する不図示のケース等を備えている。

端子台２は、電子基板３や不図示のパワー半導体素子を支持すると共に、これらと電気的導通をとるための複数の端子を有している。このような端子台２は、樹脂によって形成された基台２ａと、この基台２ａに設けられた複数個かつ複数種類の端子２ｂを有している。

図１に示すように、基台２ａは、電子基板３が取り付けられる方向から見て、略長方形状とされている。つまり、電子基板３の実装面と平行な直交軸を設定した場合に、基台２ａは、一方の軸方向における長さ寸法が他方の軸方向における長さ寸法よりも大きく設定されている。なお、以下の説明においては、図１に示すように、上記直交軸のうち、基台２ａの長手方向に沿った方向をＸ軸方向（第１方向）と称し、基台２ａの短手方向に沿った方向をＹ軸方向（第２方向）と称する。

このような基台２ａには、電子基板３を基台２ａに締結するためのネジ４が螺合されるネジ穴２ａ１が複数設けられている。より詳細には、本実施形態においては、Ｘ軸方向における基台２ａの両端部と、Ｘ軸方向における基台２ａの中央部とにネジ穴２ａ１が配置されている。なお、本実施形態においては、図１に示すようにＸ軸方向における基台２ａの端部の各々にＹ軸方向に配列されたネジ穴２ａ１が３つ設けられている。ただし、Ｘ軸方向における基台２ａの端部に設けられるネジ穴２ａ１の数は各々に変更可能である。

Ｘ軸方向における基台２ａの中央部に設けられるネジ穴２ａ１は１つのみ設けられている。つまり、本実施形態においては、Ｘ軸方向における端部を除いた位置において、電子基板３は、端子台２に対して１箇所のみで締結されている。なお、Ｘ軸方向における基台２ａの中央部に設けられるネジ穴２ａ１は、Ｘ軸方向における基台２ａの中心位置を避けて、一方の端部に寄った状態で配置されている。

電子基板３は、板状のプリント配線板３ａと、プリント配線板３ａに実装された電子部品３ｂとを備えている。プリント配線板３ａは、不図示の配線パターンが形成された樹脂製の基板である。このプリント配線板３ａは、表裏面が電子部品３ｂの実装面とされており、実装面と直交する方向から見た形状が、基台２ａと略同一の大きさの長方形状とされている。つまり、本実施形態においてプリント配線板３ａは、Ｘ軸方向の長さ寸法がＹ軸方向の長さ寸法よりも大きく設定されている。

このようなプリント配線板３ａは、基台２ａよりも剛性が低く、外部から大きな振動が付与された場合には締結位置（ネジ４の配置位置）を節として振動する。つまり、電子基板３は、外部から大きな振動が付与された場合には締結位置（ネジ４の配置位置）を節として振動する。

また、プリント配線板３ａには、電子基板３を基台２ａに締結するためのネジ４の軸部が挿通される挿通開口３ａ１が基台２ａのネジ穴２ａ１に対応して複数設けられている。つまり、本実施形態においては、Ｘ軸方向におけるプリント配線板３ａの両端部と、Ｘ軸方向におけるプリント配線板３ａの中央部とに挿通開口３ａ１が配置されている。なお、本実施形態においては、図１に示すようにＸ軸方向におけるプリント配線板３ａの端部の各々にＹ軸方向に配列された挿通開口３ａ１が３つ設けられている。Ｘ軸方向におけるプリント配線板３ａの端部に設けられるこれらの挿通開口３ａ１の数は基台２ａのネジ穴２ａ１に合わせて変更可能である。

Ｘ軸方向におけるプリント配線板３ａの中央部に設けられる挿通開口３ａ１は１つのみ設けられている。このＸ軸方向におけるプリント配線板３ａの中央部に設けられる挿通開口３ａ１は、Ｘ軸方向における基台２ａの中央部に設けられるネジ穴２ａ１に合わせて、プリント配線板３ａの中心位置を避けて、一方の端部に寄った状態で配置されている。

電子部品３ｂとしては、図１に示すように、例えば電力の変圧を行うトランス３ｂ１や、電力変換装置１の制御を行うＩＣチップ３ｂ２が実装されている。このような電子部品３ｂは、複数の端子を有しており、これらの端子がプリント配線板３ａにはんだ付けにて接続されることで実装されている。このような電子部品３ｂは、複数の端子がプリント配線板３ａに接続されているため、プリント配線板３ａが撓んだ場合には、複数の端子が異なる方向に移動される。このため、プリント配線板３ａが撓むと、電子部品３ｂとプリント配線板３ａとの接続箇所や電子部品３ｂのパッケージ内部に応力が作用する。なお、本実施形態においては、複数のトランス３ｂ１は、Ｘ軸方向に直線状に配列されている。

ネジ４は、電子基板３を端子台２に締結するものであり、基台２ａのネジ穴２ａ１の数に応じて複数設けられている。各々のネジ４は、基台２ａ上に重ねて配置された電子基板３の挿通開口３ａ１に電子基板３側から軸部を挿入し、軸部を基台２ａのネジ穴２ａ１に螺合させることによって、電子基板３と端子台２とを締結する。

図２は、電子基板３の模式的な平面図である。この図に示すように、電子基板３は、プリント配線板３ａの中央部に設けられた挿通開口３ａ１を境として、Ｘ軸方向に第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とに分ける。第１領域Ｒ１のＸ軸方向における長さ寸法Ｌ１は、第２領域Ｒ２のＸ軸方向における長さ寸法Ｌ２よりも大きく設定されている。

このような電力変換装置１に対して外部から振動が伝達されると、電子基板３が端子台２に対して振動する。特に、外部から伝達される振動の周波数が電子基板３の共振周波数と一致した場合には、電子基板３が大きく振動する。なお、図３の模式図に示すように、電子基板３は、ネジ４が配置される締結点Ｐを節として振動する。

ここで仮に、電子基板３の共振周波数が車両に搭載される電力変換装置１に通常加わる振動の周波数に近い場合には、電子基板３が共振を起こしやすくなる。このような共振が生じると、電子基板３の振動に伴って、電子部品３ｂとプリント配線板３ａとの接続箇所や電子部品３ｂのパッケージ内部に強い応力が作用する。このような強い応力が短時間で繰り返し作用した場合には、電子部品３ｂにおいて断線が生じることがある。特に、大型かつ背が高いトランス等の電子部品３ｂでは、慣性質量が大きいため、電子基板３が短時間で繰り返し振動した場合に作用する上記応力が大きく、断線が生じやすい。

これに対して、本実施形態の電力変換装置１では、Ｘ軸方向における端部を除く位置にて、電子基板３と端子台２との締結位置を１箇所のみとすることで、電子基板３の共振周波数が通常車両に搭載された電力変換装置１が受ける外部振動と異なるように調整し、さらに共振周波数における振幅が抑制されるようにしている。つまり、本実施形態の電力変換装置１においては、電子基板３と端子台２とは、共振時の電子基板３の振動モードが電子部品３ｂにおける断線の発生を抑止可能な振動モードとなるように締結されている。

このような本実施形態の電力変換装置１によれば、車両に搭載された電子基板３が共振を生じにくくし、かつ共振時の振幅が小さくなるように電子基板３と端子台２との締結位置が定められている。このため、本実施形態の電力変換装置１によれば、電子基板３が共振した場合であっても、共振時の振動モードが電子部品３ｂにおける断線の発生を抑止可能な振動モードとなるため、電子部品３ｂが断線することを防止できる。したがって、本実施形態の電力変換装置１によれば、防振部材を設置することなく、電子部品３ｂにおける断線を防止することが可能となる。

また、本実施形態の電力変換装置１においては、電子基板３のＸ軸方向における長さ寸法が、電子基板３のＹ軸方向における長さ寸法よりも大きく、Ｘ軸方向にて電子基板３の両端部が端子台２に締結され、Ｘ軸方向にて両端部を除いて１箇所で電子基板３が端子台２に締結されている。このため、電子基板３の端部に加えて中央部の１箇所のみを締結する作業のみで、電子部品３ｂにおける断線を防止することが可能となる。したがって、簡易な構成及び作業のみで、電子部品３ｂの断線を防止することが可能となる。

また、本実施形態の電力変換装置１においては、Ｘ軸方向にて両端部を除いた１箇所における電子基板３と端子台２との締結点Ｐ（締結位置）が、Ｘ軸方向における電子基板３の中心位置を避けて一方の端部寄りに配置されている。このため、図３に示す、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とにおける共振周波数が異なることになる。このため、第１領域Ｒ１が共振する場合に第２領域Ｒ２が共振せず、第２領域Ｒ２が共振する場合に第１領域Ｒ１が共振しない。この結果、電子基板３の全体が共振することを防止し、結果として電子基板３が共振した場合の振幅を抑制することが可能となる。

また、本実施形態の電力変換装置１においては、電子基板３と端子台２とがネジ４により締結されている。このため、簡易な構造及び作業によって電子基板３と端子台２とを締結することが可能となる。

また、本実施形態の電力変換装置１においては、Ｘ軸方向にてトランス３ｂ１が配列されて複数実装されている。このような本実施形態の電力変換装置１によれば、トランス３ｂ１のように電子基板３の振動によって断線が生じやすい電子部品３ｂを、電子基板３の撓み量が大きなＸ軸方向に並べて配列した場合であっても、電子部品３ｂの断線を防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の電子装置を電力変換装置１に適用した例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、外部から振動が伝達される電子装置の全般に適用することが可能である。

また、上記実施形態においては、電子基板３が端子台２によって支持される構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ケースに対して電子基板３が支持される電子装置に本発明を適用することも可能である。

また、上記実施形態においては、ネジ４によって電子基板３と端子台２とが締結された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ボルトやカシメ金具によって電子基板３と端子台２とを締結する構成を採用することも可能である。

１……電力変換装置（電子装置）、２……端子台（支持具）、２ａ……基台、２ａ１……ネジ穴、２ｂ……端子、３……電子基板、３ａ……プリント配線板、３ａ１……挿通開口、３ｂ……電子部品、３ｂ１……トランス、３ｂ２……ＩＣチップ、４……ネジ、Ｐ……締結点（締結位置）、Ｒ１……第１領域、Ｒ２……第２領域

Claims (4)

1. 複数の端子を有する電子部品が実装された電子基板と、前記電子基板を支持すると共に前記電子基板と電気的に導通された端子台とを備えると共に車両に搭載される電力変換装置であって、
   前記電子基板と前記端子台とは、共振時の前記電子基板の振動モードが前記電子部品における断線の発生を抑止可能な振動モードとなるように締結されており、
   前記電子基板の実装面に沿った第１方向における長さ寸法が、前記電子基板の実装面に沿いかつ前記第１方向と直交する第２方向における長さ寸法よりも大きく、
   前記第１方向にて前記電子基板の両端部が前記端子台に締結され、前記第１方向にて前記両端部を除いて１箇所で前記電子基板が前記端子台に締結されており、
   前記第１方向にて前記両端部を除いた１箇所における前記電子基板と前記端子台との締結位置は、前記第１方向における前記電子基板の中心位置を避けて配置されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１方向にて前記電子部品が配列されて複数実装されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記電子基板と前記端子台とがネジにより締結されていることを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
4. 前記電子部品は、トランスであることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の電力変換装置。

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