JP6827571B1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車載環境に対応した複数枚の制御基板間の通信手段としてワイヤハーネスを搭載する場合省スペース性と組立て性が問題となる。基板対基板コネクタを用いると定められた特定の寸法に限定され、自由な制御基板の配置ができない。【解決手段】電力変換装置は、冷却器が第一面と、反対側の第二面と、第一面側と第二面側を貫通する貫通孔を有し、第一の面側に設けられた第一の制御基板と、第二の面側に設けられた第二の制御基板と、貫通孔を通って第一の制御基板と第二の制御基板とを接続する接続ピンを部分的に包み込み、冷却器に固定されたモールド部を有するピンヘッダを備えたものである。【選択図】図１

Description

本願は、電力変換装置に関する。
車両において動力源として電動機が用いられている。電動機が交流電流によって駆動される場合、バッテリなどの直流電源が供給する直流電流を交流電流に変換するため、インバータ、コンバータ等を含む電力変換装置が車両に搭載されている。電力変換装置の高出力化、多機能化に伴い、インバータ内部に複数枚の制御基板を搭載する事例がある。
半導体モジュールを冷却フィン付きヒートシンクの上面に搭載し、半導体モジュール上に所定の間隔をあけて複数枚の制御基板を配置し、ワイヤハーネスにより各制御基板間を電気的に接続する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、半導体モジュールを冷却フィン付きヒートシンクの両面に搭載し、上面側の半導体モジュールの上方に設けた制御基板と、下面側の半導体モジュールの下方に設けた制御基板との間の電気的接続を、ヒートシンクを貫通させるように配置したワイヤハーネスを用いて実施する構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
また、基板の厚み方向に対し所定の間隔をあけて複数枚の制御基板を配置し、基板対基板コネクタまたはピンヘッダを用いて両基板間を接続する構成が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
国際公開第２０１４／０５７６２２号 特許第６４５２８７１号明細書 特許第６２５６６７５号明細書
振動・衝撃等の外力が作用する車載環境に対応した複数枚の制御基板間の接続手段としてワイヤハーネスを搭載する場合、コネクタを介して接続をするため、基板端部から一定以上の配線作業スペースを必要とする。また、自動車の走行振動によりワイヤハーネスが筐体に接触して断線することを防ぐ為には、筐体と一定以上のクリアランスを確保する必要があり、もしくは保護部材でワイヤハーネスを覆う等の工夫が必要である。このため、小型・省スペースの電力変換装置を実現させることが困難な場合があった。また、電力変換装置のレイアウトによっては、ワイヤハーネスのコネクタ部において、オスコネクタとメスコネクタの嵌合の作業が困難な場合、嵌合状況の確認作業が困難な場合があり、問題となる。
特許文献３のように所定の間隔をあけて複数枚の制御基板を配置し、基板対基板コネクタまたはピンヘッダを用いて両制御基板間を接続する方法が存在する。この場合２枚の制御基板の厚み方向の間隔は、基板対基板コネクタ形状で定められた特定の寸法に限定され、自由な制御基板の配置ができない。また、制御基板に位置決め部を挿入もしくは圧入し信号端子先端を半田接続するピンヘッダが存在するが、複数枚の制御基板間距離が大きい場合、制御基板への信号端子の挿入性に問題が生じる。
本願は、省スペース性を向上させるとともに、制御基板の間の距離の設定自由度を高め、組立て性を向上することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
本願に開示される電力変換装置は、
第一の面と、第一の面とは反対側の第二の面と、第一の面側と第二の面側との間の部分を貫通する貫通孔と、を有する冷却器と、
冷却器の第一の面側に設けられた第一の制御基板と、
冷却器の第二の面側に設けられた第二の制御基板と、
貫通孔を通って第一の制御基板と第二の制御基板とを接続する接続ピンと、冷却器に固定され接続ピンを部分的に包み込むモールド部と、を有するピンヘッダと、
を備えたものである。
本願に開示される電力変換装置によれば、冷却器の両面に搭載された制御基板間を最短距離で接続することが可能であり、省スペースの電力変換装置を提供可能とする。また、ピンヘッダでの両基板間の接続において、冷却器に固定されたピンヘッダの信号端子を制御基板と接続することにより、制御基板間の距離の設定自由度が向上するとともに組立て性が向上する。
実施の形態１に係る電力変換装置の斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の組み立て状態を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の正面方向から見た断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の側面方向から見た断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のピンヘッダの信号端子と制御基板とが半田接合された状態を示す断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の第一の制御基板を設置する前の上面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の第一の制御基板を設置した後の上面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置のピンヘッダのインサート成形前を示す斜視図である。 実施の形態２に係る電力変換装置のピンヘッダのインサート成形後を示す斜視図である。 実施の形態２に係る電力変換装置のピンヘッダの冷却器への取り付け状態を示す断面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置のピンヘッダの斜視図である。 実施の形態３に係る電力変換装置のピンヘッダの側面図である。
以下、本願に係る電力変換装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
１．実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の斜視図である。図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の組み立て状態を示す斜視図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の正面方向から見た断面図であり、ピンヘッダ７位置での断面を示す。正面方向は図１に矢印Ｘで示している。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の側面方向から見た断面図であり、ピンヘッダ７の手前の位置での断面を示す。側面方向は図１に矢印Ｙで示している。図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１００のピンヘッダ７の接続ピン８と第一の制御基板１４とが半田接合された状態を示す断面図である。図６は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の第一の制御基板１４を設置する前の上面図である。図７は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の第一の制御基板を設置した後の上面図である。
＜電力変換装置＞
図１に示す電力変換装置１００は車両において、電動機を駆動するためにバッテリの直流電流をインバータで交流に変換し、発電機で発生された交流電流をバッテリ充電のためにインバータで直流電流に変換する。また、低圧バッテリと高圧バッテリの間でエネルギーを交換するために、昇圧コンバータと降圧コンバータによって電圧を変換する。
電力変換装置１００は、電力を変換するためのインバータとコンバータを駆動するので、これらの回路部品が発熱する。このため、回路部品を冷却するための冷却器１が備えられており、回路部品の昇温を冷却器１で冷却して抑制し、小型高密度な電力変換装置１００を効率的に駆動することができる。
冷却器１は、車載用の電力変換装置１００に適した構成であり、車両振動等の負荷に耐えうる機械的強度と省スペース性を備えている。この電力変換装置１００は、車載用以外の用途に用いることも可能であることは言うまでもない。また、図１では記載を省略しているが、電力変換装置には平滑コンデンサ・昇圧リアクトル等の電気部品が存在し、前記平滑コンデンサ、昇圧リアクトル等と第一の半導体モジュール１１、第二の半導体モジュール１２とを接続する端子台等が実装されている。
＜半導体モジュールと制御基板＞
図２および図４に示すように、冷却器１の冷却器基部３の上面にはベース２が重ねられ、接合部４でＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ：摩擦攪拌接合）により一体化されている。ベース２と冷却器基部３との間には冷媒流路５が形成され、冷媒は配管部（図示せず）を介して導入・排出される。冷媒によって、冷却器１が冷却され、ベース２の上面に配置された第一の半導体モジュール１１と、冷却器基部３の下面に配置された第二の半導体モジュール１２が冷却される。
第一の半導体モジュール１１、第二の半導体モジュール１２には、電力変換装置１００のインバータ、コンバータ、電子リレー等を構成するパワー半導体部品が内蔵されている。第一の半導体モジュール１１には、第一の本体部１１ａと、第一の本体部１１ａから第一の制御基板１４と電気的に接続するための、第一の接続端子１１ｂが上方へ伸びている。第一の接続端子１１ｂによって、第一の半導体モジュール１１を制御する制御信号、第一の半導体モジュール１１へ供給される電流、第一の半導体モジュール１１が供給する電流、第一の半導体モジュール１１の温度、動作状態、異常状態を示す信号等が伝達される。
同様に、冷却器基部３の下面に配置された、第二の半導体モジュール１２の第二の本体部１２ａから、第二の制御基板１５と電気的に接続するための、第二の接続端子１２ｂが下方へ伸びていることが、図４に示されている。第二の半導体モジュール１２がパワー半導体を内蔵していること、第二の接続端子１２ｂによって各種信号、電流が伝達される点は、第一の半導体モジュール１１と同様である。
＜ピンヘッダ＞
図３に示すように、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５は、ピンヘッダ７の接続ピン８を介して電気的に接続される。ピンヘッダ７は、接続ピン８の中間部分を樹脂製のモールド部９で取り囲んだ構造となっており、モールド鍔部２８によって冷却器１に取り付けられる。ピンヘッダ７は冷却器１に設けられた貫通孔２２を通して配置され、ピンヘッダ７のモールド取付け孔２３を有するモールド鍔部２８が、モールド取付け孔２３に取り付けられた、ねじ１０により冷却器１に固定される。ピンヘッダ７の接続ピン８は冷却器１に対し鉛直に配置されている。ピンヘッダ７は、モールド部９を成形した後に、接続ピン８を圧入して製造することができるが、接続ピン８を金型内の所定の位置に固定して、その周囲に樹脂を注入してモールド部９の成形を行うインサート成形で製造することもできる。
ピンヘッダ７によって、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５の電気的接続が確保されるので、コネクタとワイヤハーネスを利用して接続する場合に比べて、配線作業スペースおよび筐体とのクリアランスを必要とせず、電力変換装置１００の小型化が可能となる。そして、コネクタの嵌合作業も不要なので組み立て作業性も向上できる。加えて、ピンヘッダ７はワイヤハーネスとコネクタの組み合わせよりも部品点数が少なく部品コスト低減に繋がる。
また、従来の基板対基板コネクタを使用して接続する場合は、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５の距離が変化した場合に柔軟に対応できないのに対して、実施の形態１に係るピンヘッダ７では、モールド部９の寸法と形状は変更せず、接続ピン８の長さのみ変更するだけで、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５の距離の変化に対応できる。加えて、基板対基板コネクタを使用して接続する場合は、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５の距離が離れている場合、コネクタの端子位置のばらつきが大きくなって、一方の制御基板へ基板対基板コネクタを固定した場合、他方の制御基板への信号端子の挿入性に問題が生じる。これに対し、実施の形態１に係るピンヘッダ７を用いた場合、ピンヘッダ７は、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５の中間位置にある冷却器１に固定されているので、接続ピン８の長さの半分の距離、即ち、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５との距離の半分の長さに対するばらつきを考慮すればよい。よって、ピンヘッダ７を用いる場合、基板対基板コネクタを使用する場合に比べて、接続ピンのばらつきの影響を受けにくい。
ピンヘッダ７は、モールド部に設けられたモールド鍔部２８によって、冷却器１に固定されている。モールド鍔部２８によって、ピンヘッダ７を冷却器１に正確に設置することができるので、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５の組み立て性を向上させることができる。また、モールド鍔部２８によって、冷却器に固定するので、モールド鍔部２８と冷却器１のモールド鍔部２８設置受け入れ部分の形状を変更せず、接続ピン８の長さと本数を変更することで、様々な、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５の距離、使用する接続ピンの数の変更に対応できる点も有利である。
＜ピンヘッダの位置決め＞
ピンヘッダ７のモールド鍔部２８には位置決め用のモールド突起１９が設けられており、冷却器１の位置決め穴に対し挿入されることで、規定の寸法バラツキの範囲内にピンヘッダを固定する構成となっている。なお、ピンヘッダ７の位置決め機構としては、モールド部９に位置決め穴を設け、冷却器１に位置決め突起を設ける構成としてもよい。
ピンヘッダ７の冷却器１への固定の位置決めのために、モールド鍔部２８にモールド突起１９を設けたので、位置決めを正確かつ容易に行うことができるので有意である。ピンヘッダ７と冷却器１の位置を正確に設定することで、ピンヘッダ７の接続ピン８を第一の制御基板１４、第二の制御基板１５へ接続させることが容易となる。
ピンヘッダ７の冷却器１への位置決めは、モールド鍔部２８の突起によるのではなく、モールド取付け孔２３と、冷却器１のねじ穴１３によって位置決めされることとしてもよい。また、冷却器１へのピンヘッダ７の固定は、ねじ１０によるのではなく、スナップフィットもしくは貫通孔２２へのモールド部９の圧入による固定でもよい。
＜接続ピンの先端位置＞
図５にピンヘッダ７の接続ピン８の先端部が、第一の制御基板１４に半田１７で固定されている状態が示されている。図４には、ピンヘッダ７の接続ピン８の第一の制御基板１４の側の先端は第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂの先端と同じ高さに揃えられている。すなわち第一の制御基板１４の側の接続ピン８の先端部と、第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂの先端部は、第一の制御基板１４に平行な同一平面上に配置されている状態が示されている。このように先端部を配置することで、ピンヘッダ７の第一の制御基板１４側の接続ピン８と第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂを、第一の制御基板１４のスルーホールへ挿入しやすくなり、挿入する工程が一挙動で実施でき、組み立て時間を短縮することができる。
図４、図５に示されているように、ピンヘッダ７の接続ピン８の第一の制御基板１４の側の先端と第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂの先端は、第一の制御基板１４のスルーホールを貫通した状態で、半田１７により固定される。これによって、ピンヘッダ７の接続ピン８と、第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂは確実に接続、固定される。半田接続させることで容易に組立てることができ、組立てコストを低減させることが可能であり、ワイヤハーネス接続のように作業者の習熟が必要な組立工程を省くことができる。半田付けは比較的低コストで信頼性の高い接続方法であり、有利である。
しかし、第一の制御基板１４のスルーホールを貫通させる以外に、第一の制御基板１４の接続部に差し込み式コネクタを設置して、接続ピン８の第一の制御基板１４の側の先端と第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂの先端を差し込み式で接続することとしてもよい。また、第一の制御基板に表面実装にて、接続ピン８の第一の制御基板１４の側の先端と第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂの先端を半田付けすることとしてもよい。
図４、５では、接続ピン８の第一の制御基板１４の側の先端と第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂの先端について説明した。同様に、接続ピン８の第二の制御基板１５の側の先端と第二の半導体モジュール１２の第二の接続端子１２ｂの先端についても、第二の制御基板１５に平行な同一平面上に配置されることによって、第二の制御基板１５のスルーホールへ挿入しやすくなり、挿入する工程が一挙動で実施でき、組み立て時間を短縮することができる。
ピンヘッダ７の接続ピン８の第二の制御基板１５の側の先端と第二の半導体モジュール１２の第二の接続端子１２ｂの先端は、第二の制御基板１５のスルーホールを貫通した状態で、半田１７により固定される。これによって、ピンヘッダ７の接続ピン８と、第二の半導体モジュール１２の第二の接続端子１２ｂは確実に接続、固定される。半田付けは比較的低コストで信頼性の高い接続方法であり、有利である。また、第二の制御基板１５に対して、スルーホールへの半田付けではなく、接続部に差し込み式コネクタを設置して接続すること、表面実装で半田付けすることも、第一の制御基板１４の場合と同様に第二の制御基板１５についても実施可能である。
＜材料の選定＞
ピンヘッダ７での制御基板間の接続において、ワイヤハーネスと異なり剛体である接続ピン８で接続する構成の為、電力変換装置の各部品における材料毎の線膨張係数の違いにより、半田接合部に対し過大な応力がかかってしまうおそれがある。ピンヘッダ７の接続ピン８の線膨張係数である第一の線膨張係数α１と、樹脂によるモールド部９の線膨張係数である第二の線膨張係数α２と、冷却器の線膨張係数である第三の線膨張係数α３について述べる。線膨張係数比率α１／α２、α２／α３をそれぞれ、０．８以上、１．２以下の範囲となるような材料を選定することで、外気温が摂氏マイナス４０度以下の低温下の環境、摂氏８５度以上の高温下の環境に晒される車両における電力変換装置の使用に対して、温度の変化に対する熱応力によるピンヘッダ７の劣化を防止することができる。電力変換装置は、自己発熱による昇温にもさらされるので、線膨張係数の比率差を±２０％以内に収めるような材料の選定が望ましい。
＜ピンヘッダの配置＞
図６は実施の形態１に係る電力変換装置１００の第一の制御基板１４を設置する前の上面図であり、図８は実施の形態１に係る電力変換装置１００の第一の制御基板１４を設置した後の上面図である。図７では、ピンヘッダ７を透視した状態で示している。
ピンヘッダ７を、第一の制御基板１４の領域内に設置することで、ピンヘッダ７が第一の制御基板１４をはみ出して存在することを防ぐことができる。これによって、第一の制御基板の範囲内に部品配置を抑えることができ、電力変換装置１００のコンパクト化に寄与することができる。図６、図７に示していないが、第二の制御基板１５についても同様のことが言える。よって、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５の重複する領域内にピンヘッダ７を配置することで、電力変換装置１００のコンパクト化に寄与することができる。第一の制御基板１４、第二の制御基板１５をそれぞれ電子部品の実装面（上下面）から見て投影した際に、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５の重複する投影面積内にピンヘッダ７が収まるレイアウトにすることが有意である。
ここで、図２および図４を参照して、電力変換装置１００の製造工程について一例を説明する。まず、冷却器基部３の配設を行う。次に、冷却器基部３にベース２を搭載し接合部４に対しＦＳＷを行うことで冷却器１を形成する。次に、冷却器１の両面に第一の半導体モジュール１１、第二の半導体モジュール１２を実装する。次に、冷却器１の貫通孔にピンヘッダ７を通し、ピンヘッダ７を冷却器１にねじ１０で固定する。次に、ベース２の上面に搭載された第一の半導体モジュール１１の上部に樹脂端子台６を介して第一の制御基板１４を配置し、冷却器基部３の下面に搭載された第二の半導体モジュール１２の下部に樹脂端子台１６を介して第二の制御基板１５を配置する。次に、第一の制御基板１４および第二の制御基板１５を貫通する第一の半導体モジュール１１および第二の半導体モジュール１２およびピンヘッダ７の接続ピン８、第一の接続端子１１ｂおよび第二の接続端子１２ｂに対し、半田１７による半田付けを実施する。なお、ここでの半田付けは部分噴流半田工法による一括半田接続を想定している。これにより、電力変換装置１００の構成を得ることができる。
＜実施の形態１の効果＞
（ａ）実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
冷却器１が、第一の面であるベース２上面と、第一の面とは反対側の第二の面である冷却器基部３の下面と、第一の面側と第二の面側との間の部分を貫通する貫通孔２２と、を有し、
冷却器１の第一の面側に設けられた第一の制御基板１４と、
冷却器１の第二の面側に設けられた第二の制御基板１５と、
貫通孔２２を通って第一の制御基板１４と第二の制御基板１５とを接続する接続ピン８と、冷却器１に固定され接続ピン８を部分的に包み込むモールド部９と、を有するピンヘッダ７と、を備えたものである。
ピンヘッダ７によって、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５とを接続することによって、コネクタとワイヤハーネスを利用して接続する場合に比べて、電力変換装置１００の小型化が可能となり、組み立て作業性が向上し、コスト低減が可能となる。
また、基板対基板コネクタを使用して接続する場合に比べて、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５の距離の変化に対応でき、距離が離れている場合ばらつきの影響を受けにくく、組み立て作業性も向上する。
（ｂ）さらに、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
冷却器１の第一の面であるベース２上面と第一の制御基板１４の間に設けられた第一の半導体モジュール１１を備え、
第一の半導体モジュール１１は、第一の本体部１１ａと、第一の本体部１１ａから第一の制御基板１４の側に延出し、第一の制御基板１４に接続される第一の接続端子１１ｂと、を有し、
第一の接続端子１１ｂの先端と、接続ピン８の第一の制御基板１４の側の先端とは、第一の制御基板１４に平行な同一面上に配置されたものである。
これによって、ピンヘッダ７の第一の制御基板１４側の接続ピン８と第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂを、第一の制御基板１４のスルーホールへ挿入しやすくなり、挿入する工程が一挙動で実施でき、組み立て時間を短縮することができる。
（ｃ）さらに、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
第一の接続端子１１ｂの先端と、接続ピン８の第一の制御基板１４の側の先端とは、第一の制御基板１４を貫通した状態で、半田１７により第一の制御基板１４に接続されている。
これによって、ピンヘッダ７の接続ピン８と、第一の半導体モジュール１１の第一の接続端子１１ｂは確実に接続、固定され、低コストで信頼性を向上することができる。
（ｄ）また、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
冷却器１の第二の面である冷却器基部３の下面と第二の制御基板１５の間に設けられた第二の半導体モジュール１２を備え、
第二の半導体モジュール１２は、第二の本体部１２ａと、第二の本体部１２ａから第二の制御基板１５の側に延出し、第二の制御基板１５に接続される第二の接続端子１２ｂと、を有し、
第二の接続端子１２ｂの先端と、接続ピン８の第二の制御基板１５の側の先端とは、第二の制御基板１５に平行な同一面上に配置されたものである。
これによって、接続ピン８の第二の制御基板１５の側の先端と第二の半導体モジュール１２の第二の接続端子１２ｂの先端について、第二の制御基板１５のスルーホールへ挿入しやすくなり、挿入する工程が一挙動で実施でき、組み立て時間を短縮することができる。
（ｅ）さらに、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
第二の接続端子１２ｂの先端と、接続ピン８の第二の制御基板１５の側の先端とは、第二の制御基板１５を貫通した状態で、半田１７により第二の制御基板１５に接続されている。
これによって、ピンヘッダ７の接続ピン８と、第二の半導体モジュール１２の第二の接続端子１２ｂは確実に接続、固定され、低コストで信頼性を向上することができる。
（ｆ）さらに、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
ピンヘッダ７のモールド部９はモールド鍔部２８を有し、ピンヘッダ７はモールド鍔部２８によって冷却器１に固定されたものである。
これによって、ピンヘッダ７を冷却器１に正確に設置することができ、組み立て性を向上させることができる。また、モールド鍔部２８と冷却器１のモールド鍔部２８設置受け入れ部分の形状を変更せず、接続ピン８の長さと本数を変更することで、様々な、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５の距離、使用する接続ピンの数の変更に対応できる。
（ｇ）さらに、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
ピンヘッダ７のモールド鍔部２８は突起形状であるモールド突起１９または穴形状のモールド位置決め部を有し、ピンヘッダ７はモールド位置決め部によって位置決めされたものである。
モールド鍔部２８にモールド突起１９または位置決め穴を設けることにより、位置決めを正確かつ容易に行うことができる。ピンヘッダ７と冷却器１の位置を正確に設定することで、ピンヘッダ７の接続ピン８を第一の制御基板１４、第二の制御基板１５へ接続させることが容易となる。
（ｈ）さらに、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
接続ピン８の線膨張係数である第一の線膨張係数α１と、モールド部９の線膨張係数である第二の線膨張係数α２と、冷却器１の線膨張係数である第三の線膨張係数α３について、
第一の線膨張係数α１と第二の線膨張係数α２の比である第一の比率α１／α２と、第二の線膨張係数α２と第三の線膨張係数α３の比である第二の比率α２／α３が、共に所定範囲内（０．８以上、１．２以下）である。
これによって、温度の変化に対する熱応力によるピンヘッダ７および制御基板の接続部の劣化を防止することができる。
（ｉ）さらに、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、
ピンヘッダ７は、第一の制御基板１４と第二の制御基板１５の重複する領域内に配置されている。
これによって、制御基板の範囲内に部品配置を抑えることができ、電力変換装置１００のコンパクト化に寄与することができる。
２．実施の形態２
図８は、実施の形態２に係る電力変換装置１００のピンヘッダ２７のインサート成形前を示す斜視図である。図９は、実施の形態２に係る電力変換装置１００のピンヘッダ２７のインサート成形後を示す斜視図である。図１０は、実施の形態２に係る電力変換装置１００のピンヘッダ２７の冷却器１への取り付け状態を示す断面図である。以下、実施の形態２に関して、図８から図１０を参照して説明する。
実施の形態２に関して、ピンヘッダ２７の構造を変更している点のみが、実施の形態１と異なる。ピンヘッダ２７を冷却器１に取り付けるために、実施の形態１ではモールド鍔部２８を設けていたところ、実施の形態２では、金属部１８の一部を鍔部２５として冷却器１への取り付けに用いる点と、金属部１８でシールド２４を構成した点が異なる。
実施の形態２では、ピンヘッダ２７の冷却器１への取り付けを金属部１８の一部で形成した鍔部２５を用いて行うようにしている。図８に示したように、接続ピン８と、金属部１８を金型内の所定の位置に固定し、その周囲に樹脂を注入して成形し、ピンヘッダ２７を製造する。樹脂を注入して成形した後の状態が、図９に示されている。
このようにして製造したピンヘッダ２７を、冷却器１に取り付けた状態の断面図を図１０に示している。モールド部２９から延出した鍔部２５の取付け孔２６にねじ１０が挿入され、冷却器１のねじ穴１３にねじ込まれて、ピンヘッダ２７が固定される。この時、鍔部２５と冷却器１の接触、および、鍔部２５がねじ１０を介してねじ穴１３と接続することで、ピンヘッダ２７の金属部１８と冷却器１が接続される。
鍔部２５によって、ピンヘッダ２７を冷却器１に正確に設置することができるので、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５の組み立て性を向上させることができる。また、鍔部２５によって、冷却器に固定するので、鍔部２５と冷却器１の鍔部２５設置受け入れ部分の形状を変更せず、接続ピン８の長さと本数を変更することで、様々な、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５の距離、使用する接続ピン８の数の変更に対応できる点も有利である。
また、ピンヘッダ２７に内蔵された金属部１８が、冷却器１と接続されることによって、ピンヘッダ２７が冷却器１によって冷却される。第一の制御基板１４と第二の制御基板１５に接続された接続ピン８が発熱している場合、金属部１８によって冷却される効果がある。また、金属部１８が、冷却器１と電気的に接続されることで、ピンヘッダのインピーダンスが低下して、ノイズ耐性が向上する。
図８に示すように、ピンヘッダ７に内蔵された金属部１８を、接続ピン８の周囲に設けることで、シールド２４の役割を果たすことができる。冷却器１と低インピーダンスで導通したシールド２４によって、接続ピン８を通過する信号が受ける外部ノイズの影響が軽減できる。
金属部１８の一部である鍔部２５には、図３に示される実施の形態１に係るピンヘッダ７のモールド突起１９と同様な突起（不図示）を設けてもよい。冷却器１の位置決め穴に対し鍔部２５の突起が挿入されることで、規定の寸法バラツキの範囲内にピンヘッダ２７を固定する構成とすることができる。なお、ピンヘッダ２７の位置決め機構としては、鍔部２５に位置決め穴を設け、冷却器１に位置決め突起を設ける構成としてもよい。また、鍔部２５に設けた取付け孔２６と、冷却器１のねじ穴１３でピンヘッダ２７の位置決めをすることもできる。これらの位置決めによって、ピンヘッダ２７を冷却器１に正確に固定することができ、ピンヘッダ２７の接続ピン８を第一の制御基板１４と第二の制御基板１５に、接続しやすくなり組み立て性が向上する。
図８から図９では、金属部１８の一部が鍔部２５を形成している例を示したが、図３で示した実施の形態１のように、モールド鍔部２８を設けて、モールド鍔部２８の上面または下面に、金属部１８の一部である鍔部２５を延出させてもよい。モールド鍔部２８によって、ピンヘッダ２７を高剛性で冷却器１に固定することができる。それと同時に、ねじ１０によって金属部１８を冷却器１に電気的に接続させ、冷却器１と低インピーダンスで導通したシールド２４によって、接続ピン８が受ける外部ノイズの影響が軽減できる。
＜実施の形態２の効果＞
（ｊ）実施の形態２に係る電力変換装置１００は、ピンヘッダ２７が、冷却器１と接続された金属部を有するものである。
これによって、ピンヘッダ２７が冷却器１によって冷却される。また、金属部１８が、冷却器１と電気的に接続されることで、ピンヘッダのインピーダンスが低下して、ノイズ耐性が向上する。
（ｋ）さらに、実施の形態２に係る電力変換装置１００は、ピンヘッダ２７の金属部１８が接続ピン８の周囲にシールド２４を構成するものである。
冷却器１と低インピーダンスで導通したシールド２４によって、接続ピン８が受ける外部ノイズの影響が軽減できる。
（ｌ）さらに、実施の形態２に係る電力変換装置１００は、ピンヘッダ２７の金属部１８が鍔部２５を有し、ピンヘッダ２７は鍔部２５によって冷却器１に固定されたものである。
鍔部２５によって、ピンヘッダ２７を冷却器１に正確に設置することができるので、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５の組み立て性を向上させることができる。また、鍔部２５と、冷却器１の鍔部２５設置受け入れ部分の形状を変更せず、接続ピン８の長さと本数を変更することで、様々な、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５の距離、使用する接続ピン８の数の変更に対応できる点も有利である。
（ｍ）さらに、実施の形態２に係る電力変換装置１００は、鍔部２５が突起形状または穴形状の位置決め部を有し、ピンヘッダ２７は位置決め部によって位置決めされたものである。
冷却器１の位置決め穴に対し鍔部２５の突起が挿入されることで、規定の寸法バラツキの範囲内にピンヘッダ２７を固定する構成とすることができる。なお、ピンヘッダ２７の位置決め機構としては、鍔部２５に位置決め穴を設け、冷却器１に位置決め突起を設ける構成としても、同様の効果が達成できる。これらの位置決めによって、ピンヘッダ２７を冷却器１に正確に固定することができ、ピンヘッダ２７の接続ピン８を第一の制御基板１４と第二の制御基板１５に、接続しやすくなり組み立て性が向上する。
３．実施の形態３
図１１は、実施の形態３に係る電力変換装置１００のピンヘッダ３７の斜視図である。図１２は、実施の形態３に係る電力変換装置１００のピンヘッダ３７の側面図である。側面方向は図１１に矢印Ｙで示している。以下、実施の形態３に関して、図１１、図１２を参照して説明する。
実施の形態３に関して、ピンヘッダ３７の構造を変更している点のみが実施の形態１と異なる。ピンヘッダ３７の接続ピン３８が、モールド部３９の外側部分で、屈曲部２０を有している点が、実施の形態１に係るピンヘッダ７と異なる。加えて、モールド部３９の一部であるモールド鍔部３５が、モールド部３９の上端ではなく中間部分に設けられている点が実施の形態１に係るピンヘッダ７と異なる。
車両が走行することで、車体に振動が発生する。車体の振動により、電力変換装置が加振される。このとき、質量を有する、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５、冷却器１が加振されることで、第一の制御基板１４、第二の制御基板１５とピンヘッダ３７の接続ピン３８の半田１７による接続部に応力が加わり、半田付け部が劣化する恐れが生じる場合がある。これを防ぐために、接続ピン３８に屈曲部２０を設けている。屈曲部２０を設けることで、接続ピン３８に圧縮応力、引っ張り応力が加わった場合、この応力を屈曲部のスプリング効果で吸収することが出るので、半田付け部に加わる応力を緩和し、半田付け部の劣化を防止することができる。
また、図１１、図１２のピンヘッダ３７のモールド鍔部は、モールド部３９の中央部分から延伸している。このような構造をとることによって、ピンヘッダ３７を冷却器１の貫通孔２２の中間部分で固定することができる。図１１では、モールド鍔部３５のモールド取付け孔３６にインサートブッシュ３４を設けている。インサートブッシュ３４は、モールド取付け孔３６の補強、精度向上のために使用される場合もあるが、ピンヘッダ３７がモールド部３９の内部にシールド２４を内蔵する場合に、シールド２４とインサートブッシュ３４を金属で接続することで、冷却器１にねじ１０を介して電気的接続を可能とし、接続ピン３８を通過する信号のノイズ耐性を向上させることにも利用できる。
＜実施の形態３の効果＞
（ｎ）実施の形態３に係る電力変換装置１００は、接続ピン３８は、モールド部３９の外側部分に、屈曲部２０を有するものである。
屈曲部２０を設けることで、接続ピン３８に圧縮応力、引っ張り応力が加わった場合、この応力を屈曲部のスプリング効果で吸収することが出るので、半田付け部に加わる応力を緩和し、半田付け部の劣化を防止することができる。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１ 冷却器、２ ベース、３ 冷却器基部、６、１６ 樹脂端子台、
７、２７、３７ ピンヘッダ、８、３８ 接続ピン、９、２９、３９ モールド部、
１１ 第一の半導体モジュール、１１ａ 第一の本体部、１１ｂ 第一の接続端子、
１２ 第二の半導体モジュール、１２ａ 第二の本体部、１２ｂ 第二の接続端子、
１３ ねじ穴、１４ 第一の制御基板、１５ 第二の制御基板、１７ 半田、
１８ 金属部、１９ モールド突起、２０ 屈曲部、２２ 貫通孔、
２３、３６ モールド取付け孔、２４ シールド、２５ 鍔部、２６ 取付け孔、
２８、３５ モールド鍔部

Claims (14)

  1. 第一の面と、前記第一の面とは反対側の第二の面と、前記第一の面の側と前記第二の面の側との間の部分を貫通する貫通孔と、を有する冷却器と、
    前記冷却器の前記第一の面の側に設けられた第一の制御基板と、
    前記冷却器の前記第二の面の側に設けられた第二の制御基板と、
    前記貫通孔を通って前記第一の制御基板と前記第二の制御基板とを接続する接続ピンと、前記冷却器に固定され前記接続ピンを部分的に包み込むモールド部と、を有するピンヘッダと、
    を備えた電力変換装置。
  2. 前記冷却器の前記第一の面と前記第一の制御基板の間に設けられた第一の半導体モジュールを備え、
    前記第一の半導体モジュールは、第一の本体部と、前記第一の本体部から前記第一の制御基板の側に延出し、前記第一の制御基板に接続される第一の接続端子と、を有し、
    前記第一の接続端子の先端と、前記接続ピンの前記第一の制御基板の側の先端とは、前記第一の制御基板に平行な同一面上に配置された請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記第一の接続端子の先端と、前記接続ピンの前記第一の制御基板の側の先端とは、前記第一の制御基板を貫通した状態で、半田により前記第一の制御基板に接続された請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記冷却器の前記第二の面と前記第二の制御基板の間に設けられた第二の半導体モジュールを備え、
    前記第二の半導体モジュールは、第二の本体部と、前記第二の本体部から前記第二の制御基板の側に延出し、前記第二の制御基板に接続される第二の接続端子と、を有し、
    前記第二の接続端子の先端と、前記接続ピンの前記第二の制御基板の側の先端とは、前記第二の制御基板に平行な同一面上に配置された請求項２または３に記載の電力変換装置。
  5. 前記第二の接続端子の先端と、前記接続ピンの前記第二の制御基板の側の先端とは、前記第二の制御基板を貫通した状態で、半田により前記第二の制御基板に接続された請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記ピンヘッダは、前記冷却器と接続された金属部を有する請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  7. 前記金属部は前記接続ピンの周囲にシールドを構成する請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 前記金属部は鍔部を有し、前記ピンヘッダは前記鍔部によって前記冷却器に固定された請求項６または７に記載の電力変換装置。
  9. 前記鍔部は突起形状または穴形状の位置決め部を有し、前記ピンヘッダは前記位置決め部によって位置決めされた請求項８に記載の電力変換装置。
  10. 前記モールド部はモールド鍔部を有し、前記ピンヘッダは前記モールド鍔部によって前記冷却器に固定された請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  11. 前記モールド鍔部は突起形状または穴形状のモールド位置決め部を有し、前記ピンヘッダは前記モールド位置決め部によって位置決めされた請求項１０に記載の電力変換装置。
  12. 前記接続ピンの線膨張係数である第一の線膨張係数と、前記モールド部の線膨張係数である第二の線膨張係数と、前記冷却器の線膨張係数である第三の線膨張係数について、
    第一の線膨張係数と第二の線膨張係数の比である第一の比率と、第二の線膨張係数と第三の線膨張係数の比である第二の比率が、共に所定範囲内である請求項１から１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  13. 前記接続ピンは、前記モールド部の外側部分に、屈曲部を有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  14. 前記ピンヘッダは、前記第一の制御基板と前記第二の制御基板の重複する領域内に配置された請求項１から１３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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