WO2014178342A1 - 車載用電力変換装置 - Google Patents

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青木　淳一
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株式会社明電舎
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    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
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    • H05K7/14322—Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing

Definitions

  • the present invention relates to the structure of an on-vehicle power converter.
  • Patent Document 1 is known as an example of a conventional on-vehicle power converter.
  • the housing of the vehicle-mounted power conversion device in Patent Document 1 is divided into a first housing 1 located below and a second housing 2 located above, as shown in FIGS. 4 and 5. ing.
  • the power module 3 and the capacitor 4 are housed in the housing space of the first housing 1.
  • the bus bar 5 and the power module substrate 6 are disposed above the power module 3 and the capacitor 4.
  • the second housing 2 forms an upper storage space and a lower storage space by the partition walls 2 a, and the bus bar 5 and the power module substrate 6 are stored in the lower storage space of the second housing 2.
  • a control substrate 7 is disposed in the upper storage space of the second housing 2, and the control substrate 7 is a lower portion of the second housing 2 by a harness (not shown) that passes through the insertion holes 2 b formed in the partition 2 a. It is connected to the power module substrate 6 disposed in the storage space.
  • the control board 7 is the upper portion of the second housing 2 Before assembling in the accommodation space, it is necessary to connect a harness to the power module substrate 6 in advance, insert the harness into the insertion hole 2b of the partition 2a, and transfer the other end of the harness to the upper accommodation space.
  • one end of the harness is connected to the power module substrate 6, the other end of the harness is inserted into the insertion hole 2b of the partition 2a and transferred to the upper storage space, and the control substrate 7 is assembled to the upper storage space of the second housing 2. It is necessary to manually perform a series of operations of connecting the other end of the harness to the control board 7, which makes it difficult to smoothly automate the production.
  • the harness since the harness must be inserted into the insertion hole 2b provided in the partition 2a of the second housing 2, the workability is poor, and the harness may be damaged when it is inserted into the insertion hole 2b.
  • in-vehicle power conversion devices are often configured with one lid (second casing 2) and two upper and lower lids (first casing 1 and lid), but in the case of this configuration, There is a problem that a working space for inserting and removing the harness is required between the two frames 2 and the internal parts, and the on-vehicle power conversion device is enlarged.
  • the on-vehicle power conversion device it is an object to facilitate the automation of the manufacture, to suppress the damage to the harness, and to miniaturize the device.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is a capacitor for smoothing a DC voltage, a power module for converting the smoothed DC voltage into an AC voltage, and a harness.
  • a power module having a connector for connection, a control board for outputting control pulses based on various input signals, and a connector for connecting a harness, and outputting a drive pulse to a power module based on the control pulse
  • a harness connected at one end to the connector of the control board and at the other end to the connector of the power module board to electrically connect the control board to the power module board, the capacitor, the power module, the control board,
  • a power module board, a case and a cover for storing a harness, and the storage space between the case and the cover is one It consists of the space, dividing position of the case and the cover than connectors of the connector and the power module substrate of the control board, characterized in that positioned on the bottom wall side of the case.
  • the present invention in the on-vehicle power conversion device, it is possible to facilitate the automation of manufacture, to suppress the damage to the harness, and to miniaturize the device.
  • FIG. 1 An embodiment of a vehicle-mounted power converter according to the present invention will be described in detail based on FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 An embodiment of a vehicle-mounted power converter according to the present invention will be described in detail based on FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 An embodiment of a vehicle-mounted power converter according to the present invention will be described in detail based on FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 An embodiment of a vehicle-mounted power converter according to the present invention will be described in detail based on FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 A schematic view of a vehicle-mounted power converter according to this embodiment is shown in FIG.
  • the housing of the on-vehicle power conversion device includes a case 11 and a cover 12.
  • the case 11 has a bottom wall and a peripheral wall that surrounds the four sides, and has a substantially rectangular shape in a plan view in which the upper surface opens upward.
  • the cover 12 has a ceiling wall and a peripheral wall surrounding the four sides, has a substantially rectangular shape in a plan view in which the lower surface opens downward, and closes the upper surface opening of the case 11.
  • a power module 13, a power module substrate 16, a capacitor 14, and a control substrate 17 are stacked and stored in the housing space of the case 11 and the cover 12 in this order from the bottom wall of the case 11.
  • the power module 13 includes, for example, a series circuit of upper and lower arms including three semiconductor switching elements such as IGBTs operating as an upper arm and a diode, and semiconductor switching elements such as an IGBT operating as a lower arm and a diode.
  • the three-phase voltage type inverter is provided over the entire circuit.
  • the three-phase voltage inverter is an example of the power module 13 and may have another configuration.
  • the power module substrate 16 is a so-called drive circuit.
  • a connector 19 is provided on one side of the outer peripheral edge of the power module substrate 16.
  • One end of a harness 20 for electrically connecting the power module substrate 16 and the control substrate 17 is connected to the connector 19 Be done.
  • the capacitor 14 has a capacitor body covered with a non-conductive material such as resin, positive and negative power terminals (not shown), and positive and negative capacitor terminals (not shown).
  • the capacitor 14 is supplied with DC power from positive and negative power supply terminals through a connector (not shown) and the like, and is electrically connected to the power module 13 through positive and negative capacitor terminals.
  • the control substrate 17 is formed by forming wiring patterns (not shown) on both front and back sides of a substrate made of a nonconductive material, and mounting various electronic components (not shown) such as a microcomputer thereon. It is a thing.
  • a connector 21 is provided on one side of the outer peripheral edge of the control board 17. The other end of a harness 20 for electrically connecting the power module board 16 and the control board 17 is connected to the connector 21. Ru.
  • the harness 20 electrically connects the power module substrate 16 and the control substrate 17 to transmit and receive various signals.
  • the DC voltage is smoothed in the capacitor 14, converted into AC power by the power module 13 (for example, a three-phase voltage inverter), and supplied to a load (not shown) such as a motor. .
  • the power module 13 for example, a three-phase voltage inverter
  • the control board 17 receives, for example, a target torque value for the motor, a current value output from the power module 13, and a signal such as a magnetic pole position of a rotor of the motor, and controls the power module board 16 based on the input signal. Output a pulse.
  • the power module substrate 16 outputs a drive pulse to the power module 13 based on the control pulse to control the semiconductor switching element.
  • FIG. 2 is a side view showing a state in which the power module 13 and the power module substrate 16 are housed in the case 11.
  • the division position of the case 11 and the cover 12 is lower than the connector 21 of the control board 17 and the connector 19 of the power module board 16 disposed inside. Is formed.
  • FIG. 3 is a model diagram showing the stacking order of the components housed in the case 11 and the cover 12. As shown in FIG. 3, the power module 13, the power module substrate 16, the capacitor 14, and the control substrate 17 are laminated in this order from the bottom wall side of the case 12 into an integral space in the case 11 and the cover 12.
  • the inside of the housing space of the case 11 and the cover 12 is integrated and the case 11 and the cover 12 are divided at a position lower than the connector 21 of the control board 17 and the connector 19 of the power module board 16.
  • the harness 20 can be connected to the connector 19 and the connector 21 after all the internal components such as the power module substrate 16 are assembled in a state where the cover 12 is removed. Therefore, except for the connection of the harness 20, automation of manufacturing can be achieved.
  • the work of attaching and detaching the harness 20 can be performed without the working space being restricted by the case 11 and the cover 12, the attaching and detaching work can be easily performed.
  • the harness 20 can be easily made after assembling the internal components. Since connection is possible, it is possible to omit an operation process of connecting the harness 20 to the power module substrate 16 in advance.
  • the harness 20 since it is not necessary to insert the harness 20 into the insertion hole 20b, the harness 20 can be easily disposed, and therefore, the damage of the harness 20 can be suppressed.
  • the specific on-vehicle power conversion device has been described as an example, but it is applicable to any on-vehicle power conversion device provided with the power module 13, the power module substrate 16, the capacitor 14, the control substrate 17 and the harness 20 It is possible.

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Abstract

　車載用電力変換装置は、ハーネス２０を接続するためのコネクタ２１を有する制御基板１７と、ハーネス２０を接続するためのコネクタ１９を有するパワーモジュール基板１６と、一端が制御基板１７のコネクタ２１に接続され、他端がパワーモジュール基板１６のコネクタ１９に接続され、制御基板１７とパワーモジュール基板１６とを電気的に接続するハーネス２０と、前記制御基板１７，パワーモジュール基板１６，ハーネス２０を収納するケース１１およびカバーと、を備える。ケース１１とカバー１２間の収納空間が一体空間で構成され、ケース１１とカバー１２の分割位置が制御基板１７のコネクタ２１およびパワーモジュール基板１６のコネクタ１９よりも、ケース１１の底壁側に位置する。これにより、車載用電力変換装置において、製造の自動化を容易にすると共に、ハーネスの損傷を抑制し、装置の小型化を図る。

Description

車載用電力変換装置
　本発明は、車載用電力変換装置の構造に関する。
　従来の車載用電力変換装置の一例として、特許文献１が知られている。特許文献１における車載用電力変換装置の筐体は、図４，図５に示すように、下方に位置する第１筐体１と、上方に位置する第２筐体２の２つに分割されている。
　前記第１筐体１の収納空間にはパワーモジュール３およびコンデンサ４が収納されている。パワーモジュール３およびコンデンサ４の上部にはバスバー５およびパワーモジュール基板６が配置される。前記第２筐体２は、隔壁２ａによって上部収納空間と下部収納空間とを形成しており、前記バスバー５およびパワーモジュール基板６は第２筐体２の下部収納空間内に収納される。第２筐体２の上部収納空間には制御基板７が配置されており、この制御基板７は隔壁２ａに形成された挿通孔２ｂに通したハーネス（図示省略）で第２筐体２の下部収納空間に配置されたパワーモジュール基板６と接続されている。
特開２０１２－５３２３号公報
　近年、車載用電力変換装置の分野においては、製造を自動化する傾向にある。しかしながら、一般的にハーネスの接続は人の手作業によって行われる。
　上記特許文献１の構成において車載用電力変換装置を製造する場合、前記制御基板７と前記パワーモジュール基板６をハーネス（図示省略）で接続する工程において、制御基板７を第２筐体２の上部収容空間に組み付ける前に、あらかじめパワーモジュール基板６にハーネスを接続して、当該ハーネスを隔壁２ａの挿通孔２ｂに挿通し、ハーネスの他端を上部収納空間に移しておく必要がある。
　そのため、パワーモジュール基板６にハーネスの一端を接続し、ハーネスの他端を隔壁２ａの挿通孔２ｂに挿通して上部収納空間に移し、制御基板７を第２筐体２の上部収納空間に組み付け、ハーネスの他端を制御基板７に接続するという一連の作業を手作業で行う必要があり、製造の自動化をスムースに行うことが困難となる。
　また、第２筐体２の隔壁２ａに設けられた挿通孔２ｂにハーネスを挿通しなければならないため、作業性が悪く、挿通孔２ｂに通す際にハーネスを損傷させてしまう恐れがある。
　さらに、車載用電力変換装置を分解する際においても、制御基板７からハーネスを抜き、前記ハーネスの他端を隔壁２ａの挿通孔２ｂに挿通させて上部収納空間から下部収納空間に移してから、第２筺体２を取り外さなければならず、余計な手間がかかってしまうといった問題があった。一般的に車載用電力変換装置は１つの筺体（第２筐体２）に上下２つの蓋（第１筐体１および蓋）を設けて構成される場合が多いが、本構成の場合、第２筺体２と内部部品の間に、ハーネス挿抜のための作業空間が必要となり、車載用電力変換装置が大型化してしまうといった問題があった。
　以上示したようなことから、車載用電力変換装置において、製造の自動化を容易にすると共に、ハーネスの損傷を抑制し、装置の小型化を図ることが課題となる。
　本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流電圧を平滑化するコンデンサと、平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するパワーモジュールと、ハーネスを接続するためのコネクタを有し、各種入力信号に基づいて制御パルスを出力する制御基板と、ハーネスを接続するためのコネクタを有し、制御パルスに基づいてパワーモジュールに駆動パルスを出力するパワーモジュール基板と、一端が制御基板のコネクタに接続され、他端がパワーモジュール基板のコネクタに接続され、制御基板とパワーモジュール基板とを電気的に接続するハーネスと、前記コンデンサ，パワーモジュール，制御基板，パワーモジュール基板，ハーネスを収納するケースおよびカバーと、を備え、ケースとカバー間の収納空間が一体空間で構成され、ケースとカバーの分割位置が制御基板のコネクタおよびパワーモジュール基板のコネクタよりも、ケースの底壁側に位置することを特徴とする。
　本発明によれば、車載用電力変換装置において、製造の自動化を容易にすると共に、ハーネスの損傷を抑制し、装置の小型化を図ることが可能となる。
実施形態における車載用電力変換装置の分解斜視図である。 ケース内にパワーモジュールおよびパワーモジュール基板を収納した状態を示す側面図である。 ケースとカバー内に収納される各構成部品の積層順序を示すモデル図である。 従来の車載用電力変換装置の分解斜視図である。 従来の車載用電力変換装置の分解斜視図である。
　以下、本願発明に係る車載用電力変換装置における実施形態を図１～図３に基づいて詳述する。
　［実施形態］
　本実施形態における車載用電力変換装置の概略図を図１に示す。図１に示すように、車載用電力変換装置の筐体は、ケース１１とカバー１２と、から構成されている。ケース１１は、底壁と四方を囲む周壁とを有し、上面が上方に向けて開口する平面視で略矩形状をなす。カバー１２は、天壁と四方を囲む周壁とを有し、下面が下方に向けて開口する平面視で略矩形状をなし、ケース１１の上面開口を閉蓋する。
　前記ケース１１とカバー１２の収容空間内には、ケース１１の底壁寄りから順に、パワーモジュール１３，パワーモジュール基板１６，コンデンサ１４，制御基板１７が積層して収納されている。
　前記パワーモジュール１３は、例えば、上アームとして動作するＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子およびダイオードと、下アームとして動作するＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子およびダイオードと、を備えた上下アームの直列回路が３相に亘って設けられ、３相電圧型インバータを構成する。この３相電圧型インバータは、パワーモジュール１３の一例であり、他の構成であっても良い。
　前記パワーモジュール基板１６は、いわゆるドライブ回路である。パワーモジュール基板１６の外周縁のうちの一辺側にはコネクタ１９が設けられており、このコネクタ１９にはパワーモジュール基板１６と制御基板１７とを電気的に接続するためのハーネス２０の一端が接続される。
　前記コンデンサ１４は、樹脂などの非導電性物質で覆われたコンデンサ本体と、正極，負極の電源端子（図示省略）と、正極，負極のコンデンサ端子（図示省略）と、を有する。コンデンサ１４は、コネクタ（図示省略）等を介して正極，負極の電源端子から直流電源が供給され、正極，負極のコンデンサ端子を介してパワーモジュール１３と電気的に接続される。
　前記制御基板１７は、非導電性材料からなる基板の表裏両面にそれぞれ配線パターン（図示省略）を形成し、その上にマイクロコンピュータ等の各種電子部品（図示省略）を実装することによって構成されたものである。制御基板１７の外周縁のうち一辺側にはコネクタ２１が設けられており、このコネクタ２１にはパワーモジュール基板１６と制御基板１７とを電気的に接続するためのハーネス２０の他端が接続される。
　ハーネス２０は、パワーモジュール基板１６と制御基板１７間を電気的に接続し、各種信号の送受が行われる。
　上記のような構成において、直流電圧はコンデンサ１４において平滑化され、パワーモジュール１３（例えば、３相電圧型インバータ）により交流電力に変換され、例えば、モータ等の負荷（図示省略）に供給される。
　制御基板１７は、例えば、モータに対する目標トルク値や、パワーモジュール１３から出力される電流値、モータの回転子の磁極位置等の信号が入力され、当該入力信号に基づいてパワーモジュール基板１６に制御パルスを出力する。パワーモジュール基板１６は前記制御パルスに基づき駆動パルスをパワーモジュール１３に出力し、半導体スイッチング素子を制御する。
　図２は、ケース１１内にパワーモジュール１３およびパワーモジュール基板１６を収納した状態を示す側面図である。図２に示すように、本実施形態における車載用電力変換装置は、ケース１１とカバー１２の分割位置が内部に配置する制御基板１７のコネクタ２１およびパワーモジュール基板１６のコネクタ１９より下になるように形成されている。
　図３は、ケース１１とカバー１２内に収納される各構成部品の積層順序を示すモデル図である。図３に示すように、ケース１２の底壁側から、パワーモジュール１３、パワーモジュール基板１６、コンデンサ１４、制御基板１７の順に、ケース１１とカバー１２内の一体空間に積層されている。
　上記のように、ケース１１およびカバー１２の収納空間内部を一体空間とすると共に、ケース１１およびカバー１２を、制御基板１７のコネクタ２１およびパワーモジュール基板１６のコネクタ１９よりも下の位置で分割することにより、カバー１２を外した状態で、パワーモジュール基板１６などの内部部品を全て組み付けた後にハーネス２０をコネクタ１９およびコネクタ２１に接続することができる。そのため、ハーネス２０の接続以外は、製造の自動化を図ることが可能となる。また、ケース１１およびカバー１２によって作業空間を制限されることなくハーネス２０の着脱作業ができるため、着脱作業が容易に行えるようになる。
　また、車載用電力変換装置を分解する際も、カバー１２を外すだけで容易に内部部品にアクセスすることが可能となるため、作業性が向上する。
　さらに、ケース１１およびカバー１２を、制御基板１７のコネクタ２１およびパワーモジュール基板１６のコネクタ１９より下ケース１１の底壁側の位置で分割していることにより、内部部品組み付け後にハーネス２０を容易に接続できるため、あらかじめパワーモジュール基板１６にハーネス２０を接続しておくといった作業工程を省略することが可能となる。
　また、ハーネス２０を挿通孔２０ｂに挿通する必要がなく、ハーネス２０の取り回しが容易となるため、ハーネス２０の損傷を抑制することが可能となる。
　さらに、従来例（図４，図５）と異なり、車載用電力変換装置を分解する際もカバー１２を外す際にハーネス２０を外す必要がなく、ハーネス２０をコネクタ１９，２１から抜くためのケース１１，カバー１２の余分なスペースを省くことができるため、車載用電力変換装置の小型化を図ることが可能となる。
　　　 以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 
　例えば、実施形態では、特定の車載用電力変換装置を例にとって説明したが、パワーモジュール１３、パワーモジュール基板１６、コンデンサ１４、制御基板１７、ハーネス２０を備えた車載用電力変換装置であれば適用可能である。

Claims (1)

  1. 　直流電圧を平滑化するコンデンサと、
    　平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するパワーモジュールと、
    　ハーネスを接続するためのコネクタを有し、各種入力信号に基づいて制御パルスを出力する制御基板と、
    　ハーネスを接続するためのコネクタを有し、制御パルスに基づいてパワーモジュールに駆動パルスを出力するパワーモジュール基板と、
    　一端が制御基板のコネクタに接続され、他端がパワーモジュール基板のコネクタに接続され、制御基板とパワーモジュール基板とを電気的に接続するハーネスと、
    　前記コンデンサ，パワーモジュール，制御基板，パワーモジュール基板，ハーネスを収納するケースおよびカバーと、を備え、
    　ケースとカバー間の収納空間が一体空間で構成され、
    　ケースとカバーの分割位置が制御基板のコネクタおよびパワーモジュール基板のコネクタよりも、ケースの底壁側に位置する車載用電力変換装置。
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