JPWO2014057622A1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

接続不良などの不具合を低減し、また、専用の接続工具を不要とするとともに、線材も短くすることができる、信頼性の高い安価な電力変換装置を提供する。この電力変換装置（１）は、複数の実装基板（２１、２２、２３）が相互に間隔を保って対向配置され、制御回路基板（２３）は、自身側方周囲に遮蔽部となる伝熱支持部材（３２，３３）を有しない状態で支持される一方、電源回路基板（２２）は、伝熱支持部材（３２、３３）による遮蔽部を自身側方に有し、制御回路基板（２３）は、外部コネクタ（５０）が第一の辺（２３ｆ）近傍に配置されるとともに、第一の辺（２３ｆ）とは反対側の第二の辺（２３ｓ）近傍に基板間コネクタ（６０）が配置され、電源回路基板（２２）は、制御回路基板（２３）の第二の辺（２３ｓ）と同じ側の辺であって且つ遮蔽部のない第三の辺（２２ｔ）近傍に基板間コネクタ（６０）が配置されている。

Description

本発明は、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵したモジュール上に、間隔を隔てて上記半導体スイッチング素子を駆動する回路部品を実装した実装基板を支持するようにした電力変換装置に関する。

この種の電力変換装置として、本出願人は、特許文献１に記載された電力変換装置を提案した。この電力変換装置は、筐体内に水冷ジャケットを配置し、この水冷ジャケット上に電力変換用の半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴを内蔵した半導体パワーモジュールを配置している。また、筐体内には、相互に間隔を保って対向配置（以下、「積層」ともいう）された複数の実装基板が、半導体パワーモジュールの水冷ジャケットとは反対側に配置されている。なお、同文献記載の例では、複数の実装基板として３枚の実装基板が積層された例が示されている。

特願２０１１−２３７８６２（未公開）

ところで、この種の電力変換装置においては、複数の実装基板には、モータの制御に要する伝送を行う部品である複数のコネクタが実装される。しかし、図７にコネクタの配置例を示すように、電力変換装置１００の外部との伝送を行うために後付けするハーネス１７０と接続される外部コネクタ１５０が、半導体パワーモジュール１１１上の複数（この例では三枚）の実装基板１２１，１２２，１２３の積層方向の中間又は最下段に位置する実装基板１２１，１２２に配置された場合、最上段の実装基板１２３に配置した場合に比べてコネクタ１５０の視認性が低下し、更には筐体１０２の壁面が邪魔になる等により、コネクタ１５０の位置まで手が入らないことでハーネス１７０との接続が困難となる。そのため、コネクタ１５０の接続不良による品質低下や、ハーネス１７０との装着用に専用の接続工具を要することでコストアップの要因となるという問題がある。

また、複数の実装基板１２１，１２２，１２３に実装する複数のコネクタのうち、図８に例示するように、積層された実装基板１２１，１２２間を接続するハーネス１７２と接続される基板間コネクタ１６０が、中間又は最下段に位置する実装基板１２１，１２２上の中央の位置や、自身周囲に構成部品１３２，１３３によって自身側方が遮蔽された遮蔽部に対して配置された場合、最上段の基板１２３や構成部品１３２，１３３が邪魔となり、視認性が低下、更には基板間コネクタ１６０の位置まで手が入らないことでハーネス１７２の接続が困難となるという問題がある。

さらに、複数の実装基板１２１，１２２，１２３に実装する複数のコネクタのうち、図９に例示するように、積層された実装基板１２１，１２２，１２３間をハーネス１７２を介して接続される基板間コネクタ１６０が、複数の実装基板１２１，１２２，１２３の各々異なる端面に配置された場合、同じ端面側の配置と比べて接続されるハーネス１７２の線材が長くなる。そのため、線材のコストアップの要因となるという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、接続不良などの不具合を低減し、また、コストアップを抑制して、信頼性の高い安価な電力変換装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る電力変換装置は、半導体パワーモジュールと、該半導体パワーモジュールを駆動するための回路部品が実装され且つ該半導体パワーモジュールに対して上部方向に積層された複数の実装基板とを備えた電力変換装置であって、前記複数の実装基板に実装される複数のコネクタのうち、当該電力変換装置の外部との伝送をする外部コネクタを、前記複数の実装基板のうち前記半導体パワーモジュールから最も離れて位置する第１の実装基板に設置したことを特徴とする。

本発明の一態様に係る電力変換装置によれば、外部コネクタが、複数の実装基板のうち半導体パワーモジュールから最も離れて位置する第一の実装基板に設けられているので、第一の実装基板の周囲が当該電力変換装置の構成部品によって遮られない。そのため、外部コネクタが、相互に間隔を保って対向配置された複数の実装基板の積層方向の中間又は最下段位置に配置された場合に比べて、コネクタの視認性が向上し、更にはコネクタの位置に容易に手が入るためハーネスとの接続が簡単となる。そのため、接続不良などの不具合を低減し、また、装着用に専用の接続工具を不要とすることによりコストアップを抑制して、信頼性の高い安価な電力変換装置を提供することができる。

ここで、本発明の一態様に係る電力変換装置において、前記第１の実装基板は、前記電力変換装置の構成部品によって自身下方側面が遮蔽され、当該構成部品によって遮蔽される側に、前記電力変換装置の外部との伝送をする外部コネクタが設置されていれば、電力変換装置の外部と内部双方間の電磁ノイズを構成部品によって遮蔽する上で好適である。
また、本発明の一態様に係る電力変換装置において、前記複数の実装基板に実装されるコネクタのうち、前記複数の実装基板間を伝送する対の基板間コネクタを、前記複数の実装基板の同じ側の端部にそれぞれ設置することが好ましい。このような構成であれば、積層された実装基板間を接続するハーネスと接続される基板間コネクタが、各々同じ側の端部に配置されるので、異なる端部側に配置された場合に比べて接続されるハーネスの線材を短くすることができる。そのため、コストアップを抑制する上でより好適である。

また、本発明の一態様に係る電力変換装置において、前記第１の実装基板において、前記外部コネクタの設置部と、前記基板間コネクタの設置部とを、互いに異なる側に設置すれば、外部コネクタの設置部と基板間コネクタの設置部相互を可及的に離隔できるので、外部ハーネスと内部ハーネスによる電磁ノイズを、互いに影響させないようにする上で好適である。
なお、本発明の一態様に係る電力変換装置において、前記第１の実装基板以外の他の実装基板に実装されるコネクタを、配線作業スペースを有する端部に設置することができる。ここで、前記配線作業スペースは、前記他の実装基板の側方を遮蔽する前記構成部品に設けた開口部であることは好ましい。

また、本発明の一態様に係る電力変換装置において、前記複数の実装基板のうち、前記第１の実装基板以外の他の実装基板は、前記電力変換装置の構成部品によって自身側方が遮蔽され、当該他の実装基板に実装されるコネクタを、前記構成部品によって遮蔽されない側の端部に設置することが好ましい。
このような構成であれば、他の実装基板について、これに実装されるコネクタが、当該他の実装基板における、構成部品によって遮蔽されない側の端部に設置されるので、コネクタを視認することが可能であり、また、コネクタの位置に手が入るため、装着用に専用の接続工具を用いなくともハーネスとの接続が可能となる。そのため、接続不良などの不具合を低減し、また、コストアップを抑制して、信頼性の高い安価な電力変換装置を提供する上で好適である。

また、本発明の一態様に係る電力変換装置において、前記構成部品は、前記複数の実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に間隔を保って支持するとともに前記複数の実装基板の熱を冷却体に伝熱する伝熱支持部材であることは好ましい。このような構成であれば、電力変換装置の上記コネクタ配置を採用しつつも、実装基板の熱を伝熱支持部材によって筐体を介することなく冷却体に放熱することができる上、この伝熱支持部材が、遮蔽部を形成する構成部品とされることから、発熱する複数の実装基板をモジュール上に積層して搭載する電力変換装置の構造として好適である。

上述のように、本発明によれば、接続不良などの不具合を低減し、また、コストアップを抑制して、信頼性の高い安価な電力変換装置を提供することができる。

本発明に係る電力変換装置を車両の走行用モータを駆動するモータ駆動回路に適用した一実施形態の全体構成を示す断面図である。 図１に示す本発明に係る電力変換装置の一実施形態を示す拡大断面図である。 伝熱支持部材を示す側面図である。 図１に示す電力変換装置におけるコネクタの配置を説明する模式図である。 図４の斜視図である。 図４に示す各基板におけるコネクタの配置を説明する図であり、同図（ａ）は図４のＡ矢視図、（ｂ）は図４のＢ矢視図、（ｃ）は図４のＣ矢視図をそれぞれ模式的に示している。 コネクタの配置例とその問題点を説明する模式的斜視図である。 コネクタの配置例とその問題点を説明する模式的斜視図である。 コネクタの配置例とその問題点を説明する模式的斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を適宜参照しつつ説明する。
この電力変換装置は、車両の走行用モータを駆動するモータ駆動回路に適用した例であり、図１に示すように、筐体２内に電力変換装置１が収納されている。筐体２は、合成樹脂材から成形され、水冷ジャケットの構成を有する冷却体３を挟んで上下に分割された下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂを有する。冷却体３は、冷却水の給水口３ａ及び排水口３ｂが筐体２の外方に開口され、これら給水口３ａ及び排水口３ｂは例えばフレキシブルホースを介して図示しない冷却水供給源に接続されている。冷却体３は、例えば熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金を射出成形して形成されている。冷却体３は、下面が平坦面とされている。また、冷却体３には、下部筐体２Ａに保持されたフィルムコンデンサ４の絶縁被覆された正負の電極４ａを上下に挿通する挿通孔３ｅが形成されている。

下部筐体２Ａは、有底角筒体で構成され、開放上部が冷却体３で覆われており、内部に平滑用のフィルムコンデンサ４が収納されている。一方、上部筐体２Ｂは、上端及び下端に開放された角筒体２ａと、この角筒体２ａの上端を閉塞する蓋体２ｂとを備えている。角筒体２ａの下端は冷却体３で閉塞されている。角筒体２ａの下端と冷却体３との間には、図示しないが、液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどのシール材が介在されている。

電力変換装置１は、図２にも示すように、電力変換用の例えばインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子として、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を内蔵した半導体パワーモジュール１１を備えている。半導体パワーモジュール１１は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体１２内にＩＧＢＴを内蔵しており、図２に示すように、ケース体１２の下面に金属製の放熱部材１３が形成されている。ケース体１２及び放熱部材１３には、平面視で四隅に固定部材としての固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５が形成されている。また、ケース体１２の上面には、挿通孔１５よりも内方寄りの４箇所に、所定高さの基板固定部１６が突出形成されている。

基板固定部１６の上端には、図２に示すように、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを駆動する駆動回路等が実装された第三の実装基板としての駆動回路基板２１が固定されている。また、駆動回路基板２１の上方には、駆動回路基板２１との対向方向に所定間隔を保って第二の実装基板としての電源回路基板２２が固定されている。電源回路基板２２は、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴに電源を供給する発熱回路部品を含む電源回路等が実装されている。さらに、電源回路基板２２の上方には、電源回路基板２２との対向方向に所定間隔を保って第一の実装基板としての制御回路基板２３が固定されている。制御回路基板２３は、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを制御する相対的に発熱量の大きい、又は発熱密度の大きい発熱回路部品を含む制御回路等が実装されている。各基板２１，２２，２３は、平面視で、上記半導体パワーモジュール１１を上方から覆うように配置される長方形状をなしている。つまり、半導体パワーモジュール１１の長辺の側と各基板２１，２２，２３の長辺の側とが同じ側とされている。

そして、駆動回路基板２１は、基板固定部１６に対向する位置に形成した挿通孔２１ａ内に継ぎねじ２４の雄ねじ部２４ａを挿通し、この雄ねじ部２４ａを基板固定部１６の上面に形成した雌ねじ部１６ａに螺合することにより固定されている。
また、電源回路基板２２は、継ぎねじ２４の上端に形成した雌ねじ部２４ｂに対向する位置に形成した挿通孔２２ａ内に継ぎねじ２５の雄ねじ部２５ａを挿通し、この雄ねじ部２５ａを継ぎねじ２４の雌ねじ部２４ｂに螺合することにより固定されている。
さらに、制御回路基板２３は、継ぎねじ２５の上端に形成した雌ねじ部２５ｂに対向する位置に形成した挿通孔２３ａ内に固定ねじ２６を挿通し、この固定ねじ２６を継ぎねじ２５の雌ねじ部２５ｂに螺合することにより固定されている。

また、電源回路基板２２及び制御回路基板２３は、伝熱支持部材３２及び３３によって筐体２を介することなく冷却体３への放熱経路を独自に形成するように支持されている。これら伝熱支持部材３２及び３３は、熱伝導率が高い金属例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。
詳しくは、伝熱支持部材３２は、平板状の伝熱支持板部３２ａと、上下に折り曲げ部を有する伝熱支持側板部３２ｃとを備える。伝熱支持板部３２ａには、伝熱部材３５を介して電源回路基板２２が固定ねじ３６によって固定される。伝熱部材３５は、伸縮性を有する弾性体であり電源回路基板２２と同じ外形寸法に構成されている。この伝熱部材３５としては、シリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。

伝熱支持側板部３２ｃは、図２に示すように、冷却体３の上面に配置される下側の折り曲げ部である底板部３４と、この底板部３４の長辺側の外周縁に一体に連結されて上方に延長する連結板部３２ｄと、この連結板部３２ｄの上端から同図左方に延長するように形成された上側の折り曲げ部である上板部３２ｅとを有する。連結板部３２ｄは、半導体パワーモジュール１１の長辺側の同図右側面を通って上方に延長している。伝熱支持側板部３２ｃは、伝熱支持板部３２ａに対して図２で見て半導体パワーモジュール１１の長辺に沿う右端側に固定ねじ３２ｂで上板部３２ｅが固定されている。そして、伝熱支持側板部３２ｃの下側の底板部３４が、半導体パワーモジュール１１側とは反対側（外側）に向けて折り曲げられることで冷却体３上面に接触している。底板部３４は、固定ねじ４０によって冷却体３上面に固定されている。なお、伝熱支持部材３２の伝熱支持板部３２ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４２が貼着されている。

伝熱支持部材３３は、平板状の伝熱支持板部３３ａと、上下に折り曲げ部を有する伝熱支持側板部３３ｃとを備える。伝熱支持板部３３ａには、伝熱部材３７を介して制御回路基板２３が固定ねじ３８によって固定される。伝熱部材３７は、伸縮性を有する弾性体であり制御回路基板２３と同じ外形寸法に構成されている。この伝熱部材３７としては、シリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。

伝熱支持側板部３３ｃは、図２に示すように、冷却体３の上面に配置される下側の折り曲げ部である底板部３４と、この底板部３４の長辺側の外周縁に一体に連結されて上方に延長する連結板部３３ｄと、この連結板部３３ｄの上端から同図右方に延長するように形成された上側の折り曲げ部である上板部３３ｅとを有する。連結板部３３ｄは、半導体パワーモジュール１１の長辺側の同図左側面を通って上方に延長している。伝熱支持側板部３３ｃは、伝熱支持板部３３ａに対して図２で見て半導体パワーモジュール１１の長辺に沿う左端側に固定ねじ３３ｂで上板部３３ｅが固定されている。そして、伝熱支持側板部３３ｃの下側の底板部３４が、半導体パワーモジュール１１側とは反対側（外側）に向けて折り曲げられることで冷却体３上面に接触している。底板部３４は、固定ねじ４０によって冷却体３上面に固定されている。なお、伝熱支持部材３３の伝熱支持板部３３ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４３が貼着されている。

また、伝熱支持部材３３の伝熱支持側板部３３ｃにおける連結板部３３ｄには、図３に示すように、半導体パワーモジュール１１の図１に示す３相交流出力端子１１ｂに対応する位置に図１に示すブスバー５５を挿通する例えば円形の３つの挿通孔３３ｉが形成されている。このように、３つの挿通孔３３ｉを連結板部３３ｄに形成することにより、隣接する挿通孔３３ｉ間に比較的幅広の伝熱路Ｌｈを形成することができ、全体の伝熱路の断面積を増加させて効率よく伝熱することができる。また、振動に対する剛性も確保することができる。同様に、伝熱支持部材３２の伝熱支持側板部３２ｃの連結部にも、図１に示すように、半導体パワーモジュール１１の正極及び負極端子１１ａに対向する位置にそれぞれ同様に形成された挿通孔３２ｉが設けられている。

ここで、上述した各基板２１，２２，２３には、図４および図５に模式図を示すように、相互を繋ぐ基板間コネクタ６０および当該電力変換装置１の外部機器との伝送をする外部コネクタ５０が、モータの制御に要する伝送を行うために所定の配置とされるように、基板の上面に実装されている。
詳しくは、上記複数の実装基板２１，２２，２３のうち、第一の実装基板である制御回路基板２３以外の他の実装基板２１，２２は、当該電力変換装置１の構成部品によって自身側方が遮蔽された遮蔽部を有している。本実施形態の例では、遮蔽部を形成する構成部品として、伝熱支持部材３２及び３３が配置されている。なお、本実施形態の例では、上述のように、遮蔽部を形成する伝熱支持部材３２及び３３は、複数の実装基板２２，２３を半導体パワーモジュール１１との間に間隔を保って支持するとともに複数の実装基板２２，２３の発熱を、筐体２を介することなく冷却体３に放熱するように冷却体３に接触している。

図６（ａ）〜（ｃ）に遮蔽部の有無を示すように、各実装基板２１，２２，２３において、伝熱支持部材３２及び３３によって遮蔽部を形成する、視認困難ないし手が入らない基板表面の範囲を網掛け部分（符号Ｎ）によって示し、遮蔽部が形成されていない、視認可能且つ手が入る基板表面の範囲を白抜き部分（符号Ｙ）によって示している。
本実施形態では、矩形平面をなす複数の実装基板２２，２３との組をなす複数の伝熱支持部材３２及び３３を備え、複数の実装基板２２，２３は、半導体パワーモジュール１１から最も離れた側に配置された制御回路基板２３と、この制御回路基板２３よりも半導体パワーモジュール１１寄りの側に配置された電源回路基板２２とを有し、制御回路基板２３は、自身側方周囲に遮蔽部を有しない状態で支持され、電源回路基板２２は、伝熱支持部材３３により自身側方に遮蔽部を有する状態で支持されている。

そして、図４、図５および図６（ａ）に示すように、複数の実装基板２１，２２，２３に実装される複数のコネクタのうち、当該電力変換装置１の外部との伝送をする外部コネクタ５０は、複数の実装基板２１，２２，２３のうち半導体パワーモジュール１１から最も離れて位置する制御回路基板２３に設けられている。ここで、外部コネクタ５０は、半導体パワーモジュール１１から最も離れて位置する制御回路基板２３に実装されていれば、任意の位置に実装することができる。しかし、当該電力変換装置１の外部と内部双方間の電磁ノイズを構成部品によって好適に遮蔽する上では、当該構成部品によって遮蔽される側に、外部コネクタ５０が設置されることが好ましい。本実施形態の例では、伝熱支持部材３３が、制御回路基板２３の下方側面を遮蔽する構成部品に相当し、図５において、制御回路基板２３の同図奥側の長辺端部に二か所配置された外部コネクタ５０が、制御回路基板２３によって遮蔽される側に配置された外部コネクタ５０に相当する。

また、当該他の実装基板２１，２２に実装される複数のコネクタ５０，６０において、基板間コネクタ６０は、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、他の実装基板２１，２２の遮蔽部を有しない側の端部、および遮蔽部のない制御回路基板２３に配置されている。これにより、複数の実装基板２１，２２，２３において、各コネクタ５０，６０を視認することが可能であり、また、各コネクタ５０，６０の位置に手が入るため、装着用に専用の接続工具を用いなくともハーネスとの接続が可能とされている。

また、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、制御回路基板２３において、外部コネクタ５０の設置部と基板間コネクタ６０の設置部とを、同一でない側、つまり互いに異なる側に設置している。本実施形態の例では、４つの辺の２つの短辺のうち、一方の辺の端部に外部コネクタ５０の設置部を設け、対向する他方の辺の端部に基板間コネクタ６０の設置部を設けている。さらに、４つの辺の２つの長辺のうち、一方の辺（この例では伝熱支持部材３３側）の端部に外部コネクタ５０の設置部を設け、対向する他方の辺の端部に基板間コネクタ６０の設置部を設けている。これにより、外部コネクタ５０の設置部と基板間コネクタ６０の設置部相互を可及的に離隔できるので、外部ハーネスと内部ハーネスによる電磁ノイズを、互いに影響させないようにする上で好適である。

また、本実施形態では、複数の実装基板２１，２２，２３に実装される複数のコネクタ５０，６０のうち、複数の実装基板２１，２２，２３相互間を伝送する対の基板間コネクタ６０は、複数の実装基板２１，２２，２３の同じ側の端部にそれぞれ配置されている。これにより、積層された実装基板２１，２２，２３間を接続するハーネス７２に接続される対の基板間コネクタ６０が、各々同じ側の端部に配置されるので、異なる端部側に配置された場合に比べて接続されるハーネス７２の線材を短くすることができる。
ここで、電源回路基板２２及び制御回路基板２３の相互を繋ぐ基板間コネクタ６０は、配線作業スペースが確保された側に配置されることが好ましい。本実施形態の例では、複数の伝熱支持部材３２及び３３による遮蔽部を有しない短辺側の端部に基板間コネクタ６０を設けている。

より詳しく説明すれば、図６に示すように、本実施形態では、制御回路基板２３は、自身の一辺である第一の辺２３ｆの近傍に外部コネクタ５０が配置されるとともに、この第一の辺２３ｆとは反対側の第二の辺２３ｓの近傍に基板間コネクタ６０が配置され、電源回路基板２２は、制御回路基板２３の第二の辺２３ｓと同じ側の辺であって且つ遮蔽部を有しない辺である第三の辺２２ｔの近傍に制御回路基板２３の基板間コネクタ６０に接続される基板間コネクタ６０が配置されている。これにより、配線作業スペースが確保されるので作業性が良い。そして、電力変換装置１に上記コネクタ配置を採用しつつも、複数の実装基板２２，２３それぞれの放熱経路を好適に形成可能としている。

また、本実施形態では、制御回路基板２３用の伝熱支持部材３３は、外部コネクタ５０および基板間コネクタ６０のいずれもが配置されていない上記電源回路基板２２の辺である第四の辺２２ｆに対向する側面を通って冷却体に接触され、電源回路基板２２用の伝熱支持部材３２は、第四の辺２２ｆとは反対側に位置する上記第三の辺２２ｔに対向する側面を通って冷却体３に接触されている。これにより、本実施形態のように、実装基板と伝熱支持板部との組が複数存在する場合に、電力変換装置１の上記コネクタ配置を採用しつつも、実装基板毎に異なる放熱経路を形成する上で好適であり、また、各伝熱支持部材３２，３３が実装基板の一側面をそれぞれ通って冷却体３に接触するので、伝熱経路を短くする上で好適である。

また、本実施形態では、半導体パワーモジュール１１のケース体１２は、長方形の平面を有する直方体形状を有し、伝熱支持部材３２，３３は、ケース体１２の長辺側の側面を通るようにそれぞれ配置される。これにより、電力変換装置１の上記コネクタ配置を採用しつつも、伝熱支持部材３２，３３の伝熱断面積を広くすることができ、放熱効果を向上させることを可能としている。
ここで、上述のように、電源回路基板２２及び制御回路基板２３の相互を繋ぐ基板間コネクタ６０は、配線作業スペースが確保された側に配置されることが好ましい。しかし、配線作業スペースが確保されていれば、例えば図５の斜視図に示されるように、伝熱支持部材３２の適所に開口部３２ｊを設け、この開口部３２ｊを配線作業スペースとすることもできる。このような構成とすれば、伝熱支持部材３２が配置された側をも配線作業スペースを有する端部とすることができるため、同図のように、伝熱支持部材３２の配置された側についても基板間コネクタ６０を設けることができる。

次に、上記電力変換装置１の組立方法を説明する。
先ず、図２に示すように、制御回路基板２３を伝熱支持部材３３の伝熱支持板部３３ａに伝熱部材３７を介して重ね合わせ、固定ねじ３８によって伝熱部材３７を圧縮した状態で制御回路基板２３、伝熱部材３７及び伝熱支持板部３３ａを固定して、制御回路ユニットＵ１を形成しておく。同様に、電源回路基板２２を伝熱支持部材３２の伝熱支持板部３２ａに伝熱部材３５を介して重ね合わせ、固定ねじ３６によって伝熱部材３５を圧縮した状態で電源回路基板２２、伝熱部材３５及び伝熱支持板部３２ａを固定して電源回路ユニットＵ２を形成しておく。

一方、冷却体３の上面に、半導体パワーモジュール１１に形成した放熱部材１３の下面を冷却体３の上面に密着させた状態で固定ねじ１４で固定する。また、伝熱支持部材３２及び３３の底板部３４を固定ねじ４０で固定する。半導体パワーモジュール１１には、冷却体３に固定する前又は固定した後に、その上面に形成された基板固定部１６に駆動回路基板２１を載置する。そして、この駆動回路基板２１をその上方から４本の継ぎねじ２４によって基板固定部１６に固定する。そして、伝熱支持板部３２ａを伝熱支持側板部３２ｃに固定ねじ３２ｂで連結する。

そして、継ぎねじ２４の上面に電源回路ユニットＵ２の電源回路基板２２を載置し、４本の継ぎねじ２５によって固定する。さらに、継ぎねじ２５の上面に制御回路ユニットＵ１の制御回路基板２３を載置し、４本の固定ねじ２６によって固定する。そして、伝熱支持板部３３ａを伝熱支持側板部３３ｃに固定ねじ３３ｂによって連結する。
その後、図１に示すように、半導体パワーモジュール１１の正負の直流入力端子に１１ａに、ブスバー５５を接続し、このブスバー５５の他端に冷却体３を貫通するフィルムコンデンサ４の正負の電極４ａを固定ねじ５１で連結する。さらに、半導体パワーモジュール１１の直流入力端子１１ａに外部のコンバータ（不図示）に接続する接続コード５２の先端に固定された圧着端子５３を固定する。

さらに、半導体パワーモジュール１１の３相交流出力端子１１ｂにブスバー５５を固定ねじ５６でそれぞれ接続し、このブスバー５５の途中に電流センサ５７を配置する。そして、外部の３相電動モータ（不図示）に接続したモータ接続ケーブル５８の先端に固定した圧着端子５９をブスバー５５の他端に固定ねじ６０で固定して接続する。その後、冷却体３の下面及び上面に、下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂを、シール材を介して固定する。そして、図４に示すように、上述した各基板２１，２２，２３相互を繋ぐ基板間コネクタ６０および当該電力変換装置１の外部との伝送をする外部コネクタ５０を各々にハーネス７０，７２を介して接続して、電力変換装置１の組立を完了する。

この状態で、外部のコンバータ（不図示）から直流電力を供給するとともに、電源回路基板２２に実装された電源回路、制御回路基板２３に実装された制御回路を動作状態とし、制御回路から例えばパルス幅変調信号でなるゲート信号を駆動回路基板２１に実装された駆動回路を介して半導体パワーモジュール１１に供給する。これによって、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが制御されて、直流電力を交流電力に変換する。変換した交流電力は３相交流出力端子１１ｂからブスバー５５を介してモータ接続ケーブル５８に供給され、上記３相電動モータを駆動制御することができる。

このとき、半導体パワーモジュール１１は、内蔵されたＩＧＢＴから発熱するが、この発熱は半導体パワーモジュール１１に形成された放熱部材１３が冷却体３に直接接触されているので、冷却体３に供給されている冷却水によって冷却される。一方、電源回路基板２２及び制御回路基板２３に実装されている電源回路及び制御回路には発熱回路部品が含まれており、これら発熱回路部品で発熱を生じるが、伝熱部材３５及び３７に伝熱された熱は、効率良く伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達される。そして、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａには、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが連結されているので、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達された熱は、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃを通って底板部３４に伝達される。底板部３４は、冷却体３の上面に直接接触されているので、伝達された熱は冷却体３に効率良く放熱される。

また、電源回路基板２２及び制御回路基板２３には金属製の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａが固定されているので、電源回路基板２２及び制御回路基板２３の剛性を高めることができる。すなわち、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａで伝熱機能と剛性強化機能を発揮することができる。そのため、電力変換装置１を車両の走行用モータを駆動するモータ駆動回路として適用する場合のように、電力変換装置１に上下振動や横揺れが作用する場合でも、伝熱支持部材３２及び３３で剛性を高めることができる。したがって、上下振動や横揺れ等の影響が少ない電力変換装置１を提供することができる。

ここで、上記電力変換装置１は、冷却体３に接触する伝熱支持部材３２，３３が、基板２１，２２の側面を通って配置されるため、伝熱支持部材３２，３３が遮蔽部を形成する構成部品となっている。
しかし、本実施形態の電力変換装置１によれば、外部コネクタ５０が、複数の実装基板２１，２２，２３のうち半導体パワーモジュール１１から最も離れて位置する制御回路基板２３に設けられているので、制御回路基板２３の周囲が当該電力変換装置１の構成部品によって遮られない。そのため、外部コネクタ５０が、相互に間隔を保って対向配置された複数の実装基板２１，２２，２３の積層方向の中間又は最下段に位置する実装基板２１，２２に配置された場合に比べて、外部コネクタ５０の視認性が向上し、更には外部コネクタ５０の位置に容易に手が入るためハーネス７０との接続が簡単となる。そのため、接続不良などの不具合を低減し、また、装着用に専用の接続工具を不要とすることによりコストアップを抑制して、信頼性の高い安価な電力変換装置を提供することができる。

また、上記電力変換装置１は、複数の実装基板２１，２２，２３のうち制御回路基板２３以外の他の実装基板２１，２２は、当該電力変換装置１の構成部品によって自身側方が遮蔽された遮蔽部を有するところ、上記電力変換装置１によれば、当該他の実装基板２１，２２に実装される複数の基板間コネクタ６０が、当該他の実装基板２１，２２の前記遮蔽部を有しない側の端部に配置されているので、基板間コネクタ６０を視認することが可能であり、また、基板間コネクタ６０の位置に手が入るため、装着用に専用の接続工具を用いなくともハーネス７２との接続が可能となる。そのため、接続不良などの不具合を低減し、また、コストアップを抑制して、信頼性の高い安価な電力変換装置を提供することができる。

さらに、上記電力変換装置１によれば、積層された実装基板２１，２２，２３間を接続するハーネス７２に接続される基板間コネクタ６０が、各々同じ側の端部に配置されるので、異なる端部側に配置された場合に比べて、接続されるハーネス７２の線材を短くすることができる。そのため、コストアップを抑制する上でより好適である。
なお、上記電力変換装置１の例では、遮蔽部を形成する構成部品は、複数の実装基板２２，２３を半導体パワーモジュール１１との間に間隔を保って支持するとともに複数の実装基板２２，２３の発熱を、筐体を介することなく冷却体３に放熱するように冷却体３に接触する伝熱支持部材３２，３３とされた例で説明したが、遮蔽部を形成する構成部品は、伝熱支持部材３２，３３に限定されるものではない。

しかし、電力変換装置において、遮蔽部を形成する構成部品が、実装基板の発熱を、筐体を介することなく冷却体に放熱するように冷却体に接触する伝熱支持部材とされていれば、上述したような本発明に係るコネクタ配置を採用しつつも、実装基板の熱を伝熱支持部材によって筐体を介することなく冷却体に放熱できる上に、この伝熱支持部材が、遮蔽部を形成する構成部品とされることから、発熱する複数の実装基板をモジュール上に積層して搭載する構成をもつ電力変換装置の構造として好適である。

また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを別体で構成する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを一体に構成するようにしてもよい。この場合には、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３２ｃとの間に継ぎ目がなくなるので、熱抵抗を小さくしてより効率の良い放熱を行うことができる。

また、上記実施形態では、平滑用のコンデンサとしてフィルムコンデンサ４を適用した場合について説明したが、これに限定されず、円柱状の電解コンデンサを適用するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、本発明による電力変換装置を電気自動車に適用する場合について説明したが、これに限定されず、軌条を走行する鉄道車両にも本発明を適用することができ、任意の電気駆動車両に適用することができる。さらに電力変換装置としては電気駆動車両に限らず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置を適用することができる。

１…電力変換装置
２…筐体
３…冷却体
４…フィルムコンデンサ
５…蓄電池収納部
１１…半導体パワーモジュール
１２…ケース体
１３…放熱部材
２１…駆動回路基板
２２…電源回路基板（第二の実装基板）
２３…制御回路基板（第一の実装基板）
２４，２５…継ぎねじ
３２…伝熱支持部材
３２ａ…伝熱支持板部
３２ｂ…固定ねじ
３２ｃ…伝熱支持側板部
３３…伝熱支持部材
３３ａ…伝熱支持板部
３３ｂ…固定ねじ
３３ｃ…伝熱支持側板部
３４…底板部
３５，３７…伝熱部材
５０…外部コネクタ
６０…基板間コネクタ
７０，７２…ハーネス

Claims (8)

1. 半導体パワーモジュールと、該半導体パワーモジュールを駆動するための回路部品が実装され且つ該半導体パワーモジュールに対して上部方向に積層された複数の実装基板とを備えた電力変換装置であって、
   前記複数の実装基板に実装される複数のコネクタのうち、当該電力変換装置の外部との伝送をする外部コネクタを、前記複数の実装基板のうち前記半導体パワーモジュールから最も離れて位置する第１の実装基板に設置したことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１の実装基板は、前記電力変換装置の構成部品によって自身下方側面が遮蔽され、当該構成部品によって遮蔽される側に、前記電力変換装置の外部との伝送をする外部コネクタを設置したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記複数の実装基板に実装されるコネクタのうち、前記複数の実装基板間を伝送する対の基板間コネクタを、前記複数の実装基板の同じ側の端部にそれぞれ設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１の実装基板において、前記外部コネクタの設置部と、前記基板間コネクタの設置部とを、互いに異なる側に設置したことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記第１の実装基板以外の他の実装基板に実装されるコネクタを、配線作業スペースを有する端部に設置したことを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
6. 前記配線作業スペースは、前記他の実装基板の側方を遮蔽する前記構成部品に設けた開口部であることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記複数の実装基板のうち、前記第１の実装基板以外の他の実装基板は、前記電力変換装置の構成部品によって自身側方が遮蔽され、当該他の実装基板に実装されるコネクタを、前記構成部品によって遮蔽されない側の端部に設置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記構成部品は、前記複数の実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に間隔を保って支持するとともに前記複数の実装基板の熱を冷却体に伝熱する伝熱支持部材であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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