JP7180704B2 - 電気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電気装置に関する。
例えば従来の電気装置としては、以下の特許文献に記載されたような、概ね直方体状をなす有底角筒状に形成された樹脂製のケースにコンデンサを収容したものが知られている。そして、このような電気装置の中には、ケースの外底面（底壁の外側面）に、例えば筒状のボスを形成するなどして、かかるボスを介して回路基板が取り付けられるものがある。
特開２００６－２６２６６５号公報
しかしながら、前記従来の電気装置では、上述のように、ケースの外底面に回路基板が取り付けられることにより、コンデンサと回路基板とが、樹脂材料からなるケースの底壁のみを隔てて、近接して配置されていた。これにより、コンデンサから発生する電磁空間ノイズにより、回路基板の誤動作を招来してしまうおそれがあった。
本発明は、かかる技術的課題に着目して案出されたものであり、コンデンサから発生する電磁空間ノイズによる回路基板の誤動作を抑制可能な電気装置を提供することを目的としている。
本発明は、その一態様として、底面が最も広い面積を有すると共に、一方の底面が開口部として開放され、かつ他方の底面が底壁によって閉塞された直方体状のケースにコンデンサが収容された電気装置であって、前記ケースの開口部に、金属製の放熱板が設けられ、前記放熱板の外側面に、ねじ締結可能な被締結部が設けられ、前記被締結部に回路基板がねじ止めされている。
このように、本発明に係る電気装置によれば、コンデンサと回路基板との間に放熱板が介装されていて、回路基板がコンデンサに対して、樹脂製のケース（底壁）に加え、金属製の放熱板を隔てて配置されている。このため、金属製の放熱板によって、コンデンサから発せられる電磁空間ノイズが遮蔽又は低減され、コンデンサの電磁空間ノイズによる回路基板の誤動作を抑制することができる。
また、本発明に係る電気装置の別の態様として、前記被締結部は、金属製のナットによって形成されている、ことが望ましい。
このように、被締結部が金属製のナットによって形成されていることにより、回路基板を強固に固定することができる。さらには、被締結部を放熱板と同じ金属材料で構成することで、例えば嵌合のほか、溶接など他の手段によっても、被締結部を放熱板に容易かつ強固に固定することができる。
また、本発明に係る電気装置のさらに別の態様として、前記放熱板は、前記電気装置の固定に供する金属製のフレームと電気的に接続され、前記回路基板は、前記ナットに締結される前記ねじが貫通するねじ貫通孔を有し、前記回路基板において、前記ねじ貫通孔の前記ナットと対向する側の孔縁に、接地用の回路パターンが設けられている、ことが望ましい。
このように、回路基板のねじ貫通孔におけるナットと対向する側の孔縁に、接地用の回路パターンが設けられていることにより、回路基板の接地用の回路パターンをフレームに接地接続するための追加のバスバーが不要となる。これにより、電気装置の部品点数の削減、及び電気装置の組立工数の削減が図れ、電気装置の生産性の向上や、製造コストの低廉化を図ることができる。
また、本発明に係る電気装置のさらに別の態様として、前記電気装置は、金属製のフレームを介して搭載されるものであり、前記ケースの底壁の外側面には、放熱シートが設けられていて、前記ケースの底壁と前記フレームとの間に前記放熱シートが介装されている、ことが望ましい。
このように、ケースの底壁の外側面に放熱シートが設けられ、ケースの底壁とフレームとの間に放熱シートが介装されていることにより、ケース内に収容されたコンデンサの熱を、放熱シートを介してフレームに放熱することが可能となる。これにより、コンデンサの熱を、放熱板及び放熱シートによりケースの両側から放熱可能となり、コンデンサの冷却効果を向上させることができる。
本発明によれば、金属製の放熱板によって、コンデンサから発せられる電磁空間ノイズを遮蔽又は低減することが可能となる。これにより、コンデンサの電磁空間ノイズによる回路基板の誤動作を抑制することができる。
本発明に係る電気装置の斜視図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 従来の電気装置を示す斜視図である。 図３のＢ－Ｂ線断面図である。
以下、本発明に係る電気装置の実施形態を、図面に基づき詳述する。なお、下記実施形態では、本発明に係る電気装置を、従来と同様、車両用インバータ装置に適用したものを示している。
図１は、斜め上方から見た電気装置の斜視図を示している。図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿って切断した電気装置の断面図を示している。なお、便宜上、各図の説明では、紙面の上側を「上」、紙面の下側を「下」として説明する。
（電気装置の構成）
本実施形態に係る電気装置は、図１～図２に示すように、有底角筒状をなす樹脂製のケース１内に、複数のコンデンサ２が収容されると共に、コンデンサ２の上面側及び下面側にＰバスバー３ｐ及びＮバスバー３ｎが配置されている。また、ケース１の開口部ＯＰには、金属製の放熱板４が取り付けられていて、この放熱板４の上面には、回路基板５が配置されている。なお、この電気装置は、金属製のフレーム６を介して、当該電気装置を搭載する図示外の車体等に取り付けられる。
ケース１は、底面が最も広い面積を有し、上下に対向する底面のうち上方に位置する一方の底面が開口部ＯＰとして開放され、かつ下方に位置する他方の底面が底壁１０によって閉塞された直方体状に、樹脂材料によって一体に形成されている。より具体的には、ケース１は、平面視ほぼ長方形をなす底壁１０と、この底壁１０の外側縁よりそれぞれ直角に立ち上がる第１側壁１１、第２側壁１２、第３側壁１３及び第４側壁１４と、によって構成され、上方が開口した箱状を呈している。
ケース１の第２側壁１２、第３側壁１３及び第４側壁１４の各外側面には、フレーム６との接続に供するケースフランジ部１５が、それぞれ底壁１０と平行に外方へ突出するかたちで、ケース１と一体に設けられている。より具体的には、ケースフランジ部１５は、底壁１０の短辺に沿って形成された第２側壁１２及び第４側壁１４の外側面に１つずつ、底壁１０の長辺に沿って形成された第３側壁１３の外側面に２つ設けられている。そして、ケースフランジ部１５の中央位置には、ボルト７１の軸部が挿通可能な円形のケース側ボルト挿通孔１５ａが貫通形成されている。
コンデンサ２は、例えば直方体形状のフィルムコンデンサや円筒形状の電解コンデンサ等によって構成されるものであり、単数又は複数の半導体スイッチング素子（例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）を複数組み合わせて一つのパッケージに収容してなる図示外の半導体パワーモジュールに入力される直流電圧を平滑化する。なお、本実施形態では、概ね直方体形状をなす５つのフィルムコンデンサが、ケース１の長手方向に沿って並列に配置されていて、図示外の直流電圧源が接続される直流入力端子を介してＰバスバー３ｐ及びＮバスバー３ｎに接続され、このＰバスバー３ｐ及びＮバスバー３ｎを介して前記図示外の半導体パワーモジュールに接続されている。
Ｐバスバー３ｐ及びＮバスバー３ｎは、図示外の半導体パワーモジュールに電力を供給するための配線を構成する。すなわち、Ｐバスバー３ｐは、コンデンサ２の上側においてコンデンサ２の並列方向に沿って延びる板状を呈し、電源の正極と前記図示外の半導体パワーモジュールとを接続する。一方、Ｎバスバー３ｎは、コンデンサ２の下側においてコンデンサ２の並列方向に沿って延びる板状を呈し、電源の負極と前記図示外の半導体パワーモジュールとを接続する。
なお、本実施形態では、Ｐバスバー３ｐ及びＮバスバー３ｎは、前記図示外の半導体パワーモジュールに接続される側の端部が、それぞれ外部端子を構成するＰ端子部３０ｐ及びＮ端子部３０ｎとして分岐形成され、それぞれケース１の開口部ＯＰからケース１の外部へと引き出されている。より具体的には、Ｐ端子部３０ｐ及びＮ端子部３０ｎは、それぞれ第１側壁１１の上端部（開口部ＯＰ側の端部）に沿ってケース１の内側から外側へとクランク状に曲折し、第１側壁１１の幅方向（長手方向）においてＰ端子部３０ｐとＮ端子部３０ｎとが互い違いに並列した状態でケースフランジ部１５と平行に第１側壁１１の外方へ延びるようにして、ケース１の外部へと引き出されている。
放熱板４は、概ね矩形板状をなす放熱板本体部４１と、放熱板本体部４１の外側縁において第２側壁１２、第３側壁１３及び第４側壁１４と対向する３つの外側縁から延設された複数の放熱板フランジ部４２と、を有し、これらが一体に形成されている。なお、放熱板４は、後述するようにコンデンサ２の放熱に供する役割から、前記金属材料のうち、例えばアルミニウムなど比較的放熱性の高い材料で形成されることが望ましい。
放熱板本体部４１は、ケース１の開口部ＯＰの開口面積に相当する長方形状を有し、ケース１の内部に収容されるコンデンサ２全体の上面を覆うように設けられ、コンデンサ２の全体の熱を吸収可能となっている。また、放熱板本体部４１の回路基板５と対向する外側面には、回路基板５の取付位置（後述するビス貫通孔５０）に対応する位置に、回路基板５の固定（ねじ締結）に供する被締結部としての金属製のナット８が設けられている。より具体的には、放熱板本体部４１には、回路基板５の取付位置（後述するビス貫通孔５０）に対応する位置に、円柱状のナット８が嵌合可能な円形のナット嵌合孔４１ａが貫通形成されていて、このナット嵌合孔４１ａに嵌合（圧入）することによって、ナット８が放熱板本体部４１に固定されている。
ここで、本実施形態では、上述のように、ナット８をナット嵌合孔４１ａに嵌合する態様を例示して説明したが、ナット８の固定態様は当該ナット嵌合孔４１ａとの嵌合に限定されるものではなく、例えば溶接など、任意の固定態様を採用してナット８を放熱板本体部４１に固定することができる。なお、前記溶接によりナット８を放熱板本体部４１に固定する場合は、ナット８をナット嵌合孔４１ａに嵌合（圧入）する必要がなく、ナット８を放熱板本体部４１に容易に固定できるメリットがある。
放熱板フランジ部４２は、ケース１の開口部ＯＰから第２側壁１２、第３側壁１３及び第４側壁１４に沿ってクランク状に折れ曲がる曲折部４２ａと、曲折部４２ａの先端からケース１の外方へ折れ曲がり、ケースフランジ部１５と重なり合う取付部４２ｂと、を有する。そして、取付部４２ｂの中央位置には、それぞれボルト７１の軸部が挿通可能な円形の放熱板側ボルト挿通孔４２ｃが貫通形成されていて、当該各放熱板側ボルト挿通孔４２ｃに挿通するボルト７１を介して、ケース１と共にフレーム６に共締め固定されている。換言すれば、放熱板４は、金属製のボルト７１を介して、フレーム６と電気的に接続されている。
回路基板５は、概ね長方形をなす矩形板状を呈し、例えばガラスエポキシ樹脂に代表されるような樹脂製の基板により構成される。そして、この回路基板５は、放熱板４と対向する内側面に、回路パターン（図示外）が印刷されると共に、ＣＰＵなど各種電子部品が実装されている。また、回路基板５は、長辺に相当する長手方向の側縁に沿って、金属製のビス７２の軸部が貫通可能な複数（本実施形態では各辺に４つずつ）のビス貫通孔５０が貫通形成されている。すなわち、回路基板５は、各ビス貫通孔５０に挿通したビス７２が放熱板４に設けられたナット８にねじ込まれることで、ナット８を介して放熱板４に固定（ねじ止め）されている。
ここで、回路基板５には、前記複数のビス貫通孔５０のうち少なくとも１つのビス貫通孔５０の孔縁に、前記図示外の回路パターンの接地用パターンが配置されていて、ビス７２により回路基板５を固定する際に当該接地用パターンがナット８に当接することで、当該接地用パターンがナット８及び放熱板４を介してフレーム６に接続可能に構成されている。さらに、フレーム６は図示しない配線によって接地されているので、この構成によって当該接地用パターンが接地されることになる。
フレーム６は、概ね矩形板状に形成された台座部６１と、この台座部６１におけるケース１の取付位置（ケースフランジ部１５）に対応する位置に、台座部６１に対して垂直に立ち上がる複数の支柱部６２と、を有し、これらが一体に形成されている。そして、各支柱部６２の先端部には、それぞれボルト７１の軸部と螺合可能な雌ねじ部６２ａが形成されていて、当該各雌ねじ部６２ａにボルト７１が螺着することによって、ケース１と放熱板４がフレーム６に共締め固定されている。なお、フレーム６は、後述するようにコンデンサ２の放熱に供する役割から、前記金属材料のうち、例えばアルミニウムなど比較的放熱性の高い材料で形成されることが望ましい。
また、ケース１の底壁１０の外側面には、比較的熱伝導に優れた放熱シート９が配置されていて、ケース１とフレーム６の台座部６１との間に放熱シート９が介装されるようになっている。すなわち、ケース１とフレーム６の台座部６１との間に放熱シート９が介装されることで、ケース１の底壁１０を介して伝わるコンデンサ２の熱をフレーム６に伝導し、当該フレーム６を介して放熱可能となっている。
（本実施形態の作用効果）
図３は、従来の電気装置を斜め上方から見た斜視図を示している。図４は、図３に示すＢ－Ｂ線に沿って切断した従来の電気装置の断面図を示している。なお、便宜上、各図の説明においては、紙面の上側を「上」、紙面の下側を「下」として説明する。
図３、図４に示すように、従来の電気装置では、下方に開口する直方体状のケース１の底壁１０の外側面に、内部に雌ねじ穴（図示外）が形成された概ね円筒状の複数のボス部１０ａが突出形成されていて、各ボス部１０ａの先端面に回路基板５が載置され、当該回路基板５に設けられたビス貫通孔５０に挿通された各ビス７２の軸部が各ボス部１０ａの雌ねじ穴に螺着されることにより、回路基板５がケース１にねじ止めされている。
なお、この従来の電気装置では、各側壁１１～１４にボス部１０ａを設けた場合は、回路基板５の取付面積が十分に確保できず、また、ケース１を型成形する際にスライド型を用いてボス部１０ａを成型することになり製造コストが増大することから、各側壁１１～１４ではなく最も広い面積を有する底壁１０にボス部１０ａを設け、当該底壁１０に回路基板５がねじ止めされている。
しかし、前記従来の電気装置では、ケース１の底壁１０に回路基板５がねじ止めされることで、コンデンサ２と回路基板５とが、樹脂材料からなるケース１の底壁１０のみを隔てた状態で、近接して配置されることになる。このため、コンデンサ２から発生する電磁空間ノイズにより、回路基板５の誤動作を招来してしまうおそれがあった。
これに対し、本実施形態では、ケース１の開口部ＯＰに設けた金属製の放熱板４の上に回路基板５を配置することで、コンデンサ２と回路基板５との間に放熱板４が介装され、回路基板５が、コンデンサ２に対して、樹脂製のケース１（底壁１０）に加え、金属製の放熱板４を隔てて配置されている。このため、当該金属製の放熱板４により、コンデンサ２から発せられる電磁空間ノイズを遮蔽、又は低減することが可能となる。これにより、コンデンサ２の電磁空間ノイズによる回路基板５の誤動作を抑制することができる。
加えて、本実施形態では、回路基板５をねじ止めする際の被締結部が金属製のナット８により形成されている。これにより、回路基板５を強固に固定することができる。さらには、当該被締結部であるナット８を放熱板４と同じ金属材料で構成することにより、例えば前記嵌合のほか、溶接など他の手段によっても、当該被締結部を構成するナット８を放熱板４に容易かつ強固に固定することができる。
また、前記従来の電気装置では、回路基板５に実装される電子部品の接地を行うため、図３に示すように、前記図示外の回路パターンの接地用パターンを、専用のバスバー３ｘを介してフレーム６に接続する必要があるため、当該専用のバスバー３ｘを設けることによる電気装置の部品点数の増大を招来し、電気装置の製造コストの増大が余儀なくされていた。
これに対し、本実施形態では、ナット８が金属材料により形成されると共に、回路基板５において、ナット８と対向する側のビス貫通孔５０の孔縁に、前記図示外の接地用の回路パターンが設けられている。これにより、回路基板５の前記図示外の接地用の回路パターンをフレーム６に接地接続するための追加のバスバー３ｘ（図３参照）が不要となる。これにより、電気装置の部品点数の削減、及び電気装置の組立工数の削減が可能となり、電気装置の生産性の向上や、製造コストの低廉化を図ることができる。
また、前記従来の電気装置では、図４に示すように、ケース１の開口部ＯＰ側に設けた放熱板４のみによってケース１内部のコンデンサ２の放熱を行っていたため、当該コンデンサ２の十分な冷却を図れないおそれがあった。
ここで、前記従来の電気装置においても、本実施形態のように、ケース１の底壁１０側にも放熱シートのような放熱部材を配置することが考えられるが、前記従来の電気装置では、図４に示すように、底壁１０側に回路基板５やボス部１０ａが配置されるため、前記放熱シートのような放熱部材を配置することは困難であった。
これに対し、本実施形態では、ケース１の底壁１０の外側面に放熱シート９が設けられていて、ケース１の底壁１０とフレーム６との間に放熱シート９が介装されている。これにより、ケース１内に収容されたコンデンサ２の熱を、放熱板４に加え、放熱シート９を介してもフレーム６に放熱することが可能となる。これにより、コンデンサ２の熱を、放熱板４及び放熱シート９によってケース１の両側から放熱することが可能となり、コンデンサ２の冷却効果を向上させることができる。
本発明は、前記実施形態において例示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適用対象の仕様等に応じて自由に変更することができる。
また、前記実施形態では、本発明に係る電気装置の適用の一例として、従来と同様にインバータ装置に適用した態様を開示したが、本発明に係る電気装置は、直方体形状のケース１の内部にコンデンサ２が収容され、かつケース１に回路基板５が固定される電気装置であれば、インバータ装置以外の電気装置にも適用可能である。
１…ケース
１０…底壁
２…コンデンサ
３ｐ…Ｐバスバー
３ｎ…Ｎバスバー
４…放熱板
５…回路基板
５０…ビス貫通孔（ねじ貫通孔）
６…フレーム
７１…ボルト
７２…ビス（ねじ）
８…ナット（被締結部）
９…放熱シート
ＯＰ…開口部

Claims (2)

  1. 底面が最も広い面積を有すると共に、一方の底面が開口部として開放され、かつ他方の底面が底壁によって閉塞された直方体状のケースにコンデンサが収容された電気装置であって、
    前記ケースの開口部に、金属製の放熱板が設けられ、
    前記放熱板の外側面に、ねじ締結可能な被締結部が設けられ、
    前記被締結部は、金属製のナットによって形成され、
    前記被締結部に回路基板がねじ止めされていて、
    前記放熱板は、前記電気装置の固定に供する金属製のフレームと電気的に接続され、
    前記回路基板は、前記ナットに締結される前記ねじが貫通するねじ貫通孔を有し、
    前記回路基板において、前記ねじ貫通孔の前記ナットと対向する側の孔縁に、接地用の回路パターンが設けられ、
    前記放熱板の前記ケースの開口部に沿った面の面積が、前記回路基板の前記ケースの開口部に沿った面の面積よりも大きい、
    ことを特徴とする電気装置。
  2. 請求項１に記載の電気装置であって、
    前記電気装置は、金属製のフレームを介して搭載されるものであり、
    前記ケースの底壁の外側面には、放熱シートが設けられていて、
    前記ケースの底壁と前記フレームとの間に前記放熱シートが介装されている、
    ことを特徴とする電気装置。
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