JP6466005B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御基板とフィルタ基板との接続線を短くすると共にレイアウト性を向上する。
【解決手段】第一信号端子と第二信号端子とコンデンサを実装面に配置したフィルタ基板２と、スイッチ素子のオン・オフを制御する回路を有する制御基板１と、フィルタ基板に直流電力を供給するバスバー６と、フィルタ基板と制御基板とバスバーを収容する筺体７を備え、第一信号端子と第二信号端子は導電性を有する板金平板で形成し、バスバーは第一信号端子を固定するための第一平面部６ａを有し、筺体は第二信号端子を固定するための第二平面部７ａを有し、第一信号端子がバスバーの第一平面部に、第二信号端子が筺体の第二平面部に各々締結具により固定されることで各々電気的に接続されると共に、制御基板は実装面と対向する様にフィルタ基板の上方に配置し、第一信号端子及び第二信号端子と各々電気的に接続する。
【選択図】図２

Description

本願は、電力変換部の制御を行う制御基板とノイズを抑制するフィルタ基板を備えた電力変換装置に関するものである。

電力変換装置は、複数のスイッチング素子により直流電流を交流電流に変換する電力変換部と、この電力変換部の制御を行う制御回路基板を備えている。さらに電力変換装置には、ノイズが電力変換部や制御回路基板に影響を与えないようにフィルタ回路を備えている。このフィルタ回路は電子部品を搭載したノイズフィルタ基板で構成され、内部で発生するノイズや外部からのノイズが電力変換部や制御回路基板へ影響を与えるのを抑制させるものが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１５−１２７１５号公報

特許文献１に記載の電力変換装置は、制御回路基板とノイズフィルタ基板を高さ違いで互いの投影面上の多くが重ならないように隣接して配置しており、制御回路基板とノイズフィルタ基板との接続には信号線が用いられている。信号線の配線方法として、基板に実装されている部品の上を跨いで制御回路基板につなげているため、信号線の配線が長くなることによりノイズが増加する問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、信号線ではなく信号端子を用いることで、配線を短くした電力変換装置を提供することを目的とするものである。

本願に開示される電力変換装置は、第一信号端子と第二信号端子および第一信号端子と第二信号端子に電気的に接続されたコンデンサを実装面に配置したフィルタ基板と、スイッチ素子のオン・オフを制御するための回路を有する制御基板と、フィルタ基板に直流電力を供給するバスバーと、フィルタ基板と制御基板とバスバーを収容する筺体を備えた電力変換装置において、第一信号端子と第二信号端子は導電性を有する板金平板で形成されており、バスバーは第一信号端子を固定するための第一平面部を有し、筺体は第二信号端子を固定するための第二平面部を有し、第一信号端子がバスバーの第一平面部に、第二信号端子が筺体の第二平面部に各々締結具により固定されることで各々電気的に接続されていると共に、制御基板は実装面と対向する様にフィルタ基板の上方に配置され、第一信号端子及び第二信号端子と各々電気的に接続されているものである。

本願に開示される電力変換装置は、信号端子を用いることにより配線が短くなるため、インダクタンスが低減することによりノイズを低減できる。さらにフィルタ基板から第一信号端子、第二信号端子を介して制御基板へ電圧情報を送ることができるため、電圧センシングが可能となる。さらに制御基板をフィルタ基板の上方に配置することにより制御基板の投影面積を削減し、レイアウト性を向上できる。

実施の形態１における電力変換装置を示す正面図である。 図１のＡ―Ａ線における断面図である。 実施の形態１における電力変換装置に使用される端子台を示す斜視図である。 図３のＢ―Ｂ線における断面図である。 実施の形態１における電力変換装置の制御基板を取付ける前の正面図である。 実施の形態１における電力変換装置のフィルタ回路図である。 実施の形態２における電力変換装置の図１のＡ―Ａ線断面図である。 実施の形態２における電力変換装置に使用される端子台を示す斜視図である。 図８のＥ―Ｅ線における断面図である。 実施の形態２における電力変換装置の制御基板を取付ける前の正面図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１における電力変換装置を図１から図６に基づいて説明する。
図１は実施の形態１における電力変換装置の構成を示す正面図、図２は図１のＡ―Ａ線における断面図、図３は電力変換装置に使用される端子台を示す斜視図、図４は図３のＢ―Ｂ線における断面図である。

図１から図４において、電力変換装置は、電力変換部（図示省略）を構成するスイッチ素子のオン・オフを制御するためのＩＣなどの電子回路を備えた制御基板１と、ノイズが電力変換部や制御基板１に影響を与えないようにフィルタ回路を有したフィルタ基板２と、直流電流を供給するバスバー６と、制御基板１、フィルタ基板２及びバスバー６を収容する金属製の筺体７を備える。

電力変換部は、複数のスイッチ素子、リアクトル、コンデンサで構成されたインバータ回路を有し、制御基板１は、複数のスイッチ素子のオン・オフを制御するＩＣなどの電子部品が実装されたプリント基板によって構成される。制御基板１の回路構成については省略する。フィルタ基板２は、プリント基板の実装面に第一信号端子３と第二信号端子４とコンデンサ５を配置している。第一信号端子３と第二信号端子４はフィルタ回路のリアクタンスを構成すると共に、電力変換部の入出力電圧を検出して制御基板１に伝送するための信号線を兼用している。

第一信号端子３と第二信号端子４は導電性を有する板金平板で形成されており、第一信号端子３と第二信号端子４の一端は実装面から直立したＬ字状の折曲げ加工部を有し、その折曲げ加工部の先端は平坦部３ａ、４ａとなって、ネジ８ａが貫通する穴が形成されている。バスバー６は第一信号端子３の平坦部３ａを固定するための平面部６ａを備えており、この平面部６ａにはネジ８ａが貫通する穴とこの穴に対応してネジ８ａを螺合するナット９が固定されている。筺体７は第二信号端子４の平坦部４ａを固定するための平面部７ａを備えており、この平面部７ａにはネジ８ａが螺合するネジ穴が形成されている。筺体７の平面部７ａはグランドＧＮＤと接続されている。

第一信号端子３の平坦部３ａは、締結具のネジ８ａによってバスバー６の平面部６ａと固定されることで電気的に接続され、第二信号端子４の平坦部４ａは締結具のネジ８ａによって筺体７の平面部７ａと固定されることで電気的に接続される。第一信号端子３と第二信号端子４は、フィルタ基板２の実装面に実装する時の接着性を得る為に表面にメッキ処理を施す。メッキ処理を行うことにより十分な接着力が得られる。
出力する電流は、図６に示すようにバスバー６から第一信号端子３を通してフィルタ基板２上のコンデンサ５と第二信号端子４を介してグランドＧＮＤに流れ、ノイズが低減される。ノイズが低減された直流電流は、バスバー６を通してバッテリーへ流れる。このようにフィルタ基板２はフィルタ回路を構成し、第一信号端子３と第二信号端子４は制御基板１に接続されることにより電力変換部の入出力電圧を検出する。

バスバー６を金属製の筺体７に配置する際に直接接すると電気的接続点となり、破損するため直接接するわけにはいかない。しかし、適切な絶縁耐圧が得られる樹脂１１を用いてバスバー６を成形することで、バスバー６を筺体７内に置いても絶縁性は何ら問題とならなくなる。バスバー６は図３及び図４に示すように絶縁性の樹脂１１で一体成形することで、この樹脂１１を介して筺体７に直接接しているので、絶縁される共にバスバー６から発生する熱を効率よく筺体７に放熱させることができる。

バスバー６の成形時には、第一信号端子３とバスバー６の締結方法とフィルタ基板２の固定方法としてネジ８ａ、８ｂを用いるため、バスバー６の背面に設置されたネジ穴を有する金属部材のナット９とバスバー６は絶縁性を有する樹脂１１にて一体成形することで端子台として使用する。端子台には筺体７に固定するために突出部１１ａを設けており、絶縁性樹脂１１の突出部１１ａには中空円筒形状を有した金属部材のブッシュ１０を備えている。バスバー６とナット９の樹脂１１による成形した端子台にフィルタ基板２をネジ８ｂで固定した状態を図３及び図４に示す。図３及び図４（図３のＢ−Ｂ断面図）は、バスバー６を樹脂成形して端子台とした上にフィルタ基板２を乗せ、ネジ８ｂによりフィルタ基板２とバスバー６を一体化した状態を示している。

フィルタ基板２と第一信号端子３と第二信号端子４とバスバー６が一体化されることで、組み付け工程が簡略化できるため、作業効率を改善し、歩留まりを向上させることができる。また他部品の外力に耐えることが可能となり、変形も生じない。
金属板であるバスバー６の熱膨張係数と絶縁性樹脂１１の熱膨張係数とを略同等にすることで、バスバー６の温度上昇による樹脂１１の剥がれやクラックを無くすことが出来る。

次に、制御基板１とフィルタ基板２とバスバー６の具体的な配置について述べる。筺体７は、上面板１２、側面板１３、１４、下面板１５、背面板１６を有し、前面部に開口を設けた略直方体形状をしている。筺体７にはこの開口を通して、制御基板１とフィルタ基板２とバスバー６が収容される。

まず、フィルタ基板２を筺体７に組み付ける方法について説明する。フィルタ基板２の第一信号端子３と端子台となったバスバー６をネジ８ａとナット９で固定し、フィルタ基板２とバスバー６が一体化したものを筺体７内に収納する。次にバスバー６が樹脂１１で成形された端子台の突出部１１ａの穴にネジ８ｂを挿入して筺体７の背面板１６に端子台を固定する。次にフィルタ基板２の第二信号端子４の平坦部４ａを筺体７の平面部７ａにネジ８ａで固定する。この組付け状態の正面図を図５に示す。

次に制御基板１は、フィルタ基板２の部品の実装面と対向する様にフィルタ基板２の上方に配置する。この際にフィルタ基板２の投影方向から見た際に制御基板１とフィルタ基板２がほぼ重なるように配置する。このような構造にすることで、制御基板１の投影面積が削減されることにより、設計自由度が増す。
次に筺体７の背面板１６の４隅に固定された４本の支柱１７に設けられたネジ穴にネジ８ｃを螺合して制御基板１を筺体７内に固定する。この状態を示したのが図１である。

次にフィルタ基板２の第一信号端子３と第二信号端子４を制御基板１へ接続する場合について説明する。
フィルタ基板２の第一信号端子３と第二信号端子４は、図２に示すように制御基板１と電気的に接続される側の直立部に屈曲もしくは湾曲した第一信号端子３の波状部３ｂ、第二信号端子４の波状部４ｂを有しており、第一信号端子３と第二信号端子４の先端を制御基板１に設けられた開口部１ａに挿入し、半田付けされることにより、フィルタ基板２と制御基板１が電気的に接続される。
この状態の回路図を図６に示し、制御基板１とフィルタ基板２との接続を第一信号端子３と第二信号端子４を用いることにより配線が短くなるために、図６のＣ―Ｄ間のインダクタンスを低減することができる。

第一信号端子３と第二信号端子４が制御基板１に接続されたことにより、フィルタ基板２に供給された電圧情報を制御基板１へ第一信号端子３、第二信号端子４を介して送ることができるため、ノイズを低減するとともに精度の高い電圧センシングを可能とし、過電圧を検知しパワーセーブをかけるも可能とする。
第一信号端子３と第二信号端子４に屈曲もしくは湾曲した波状部３ｂ、４ｂを備えることで、振動による信号端子３、４の破断を防ぎ、第一信号端子３と第二信号端子４の耐振性と熱応力の低減につながる。

実施の形態２．
次に、第２の実施の形態における電力変換装置を図７から図１０に基づいて説明する。なお、前述した実施の形態１で説明した図１から図６と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態２は、フィルタ基板２と第一信号端子３と第二信号端子４とバスバー６と筺体７の構造を変えた場合の例である。

図７から図１０において、フィルタ基板２の実装面とバスバー６の平面部６ａと筺体７の平面部７ａは同一平面上に配置している。第一信号端子３がバスバー６の第一平面部６ａに、第二信号端子４が筺体７の第二平面部７ａに各々締結具のネジ８ａにより固定されることで各々電気的に接続される。その他の構成は実施の形態１と同じである。
このように構成することで、第一信号端子３と第二信号端子４の長さが短くなるため、ノイズを一層低減することができる。バスバー６の一体成形後の端子台とフィルタ基板２をネジ８ｂにより固定した状態を図８および図９に示す。さらにフィルタ基板２とバスバー６を固定したものを筺体７に収納し、ネジ８ｂで固定した組付け状態の正面図を図１０に示す。

以上、実施の形態を記述したが、実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：制御基板、２：フィルタ基板、３：第一信号端子、
３ａ：第一信号端子３の平坦部、 ３ｂ：第一信号端子３の波状部、
４：第二信号端子、４ａ：第二信号端子４の平坦部、
４ｂ：第二信号端子４の波状部、５：コンデンサ、６：バスバー、
６ａ：バスバー６の平面部、７：筺体、８ａ、８ｂ、８ｃ：ネジ、９：ナット、
１０：ブッシュ、１１：絶縁性樹脂、１１ａ：絶縁性樹脂１１の突出部、
１２：上面板、１３：側面板、１４：側面板、１５：下面板、１６：背面板、
１７：支柱。

Claims (5)

1. 第一信号端子と第二信号端子および前記第一信号端子と前記第二信号端子に電気的に接続されたコンデンサを実装面に配置したフィルタ基板と、スイッチ素子のオン・オフを制御するための回路を有する制御基板と、前記フィルタ基板に直流電力を供給するバスバーと、前記フィルタ基板と前記制御基板と前記バスバーを収容する筺体を備えた電力変換装置において、前記第一信号端子と前記第二信号端子は導電性を有する板金平板で形成されており、前記バスバーは前記第一信号端子を固定するための第一平面部を有し、前記筺体は前記第二信号端子を固定するための第二平面部を有し、前記第一信号端子が前記バスバーの前記第一平面部に、前記第二信号端子が前記筺体の前記第二平面部に各々締結具により固定されることで各々電気的に接続されていると共に、前記制御基板は前記実装面と対向する様に前記フィルタ基板の上方に配置され、前記第一信号端子及び前記第二信号端子と各々電気的に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第一信号端子と前記第二信号端子は、前記実装面に対して直立する折り曲げ加工部を有し、前記折り曲げ加工部の先端に、前記バスバーの第一平面部と前記筺体の第二平面部にそれぞれ固定される平坦部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記フィルタ基板の前記実装面と前記第一平面部と前記第二平面部とが同一平面上に配置され、前記第一信号端子が前記バスバーの前記第一平面部に、前記第二信号端子が前記筺体の前記第二平面部に各々締結具により固定され、各々電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記第一信号端子と前記第二信号端子は、前記制御基板と電気的に接続される側に屈曲もしくは湾曲した波状部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記バスバーと前記バスバーの背面に設置されたネジ穴を有する金属部材と絶縁性を有する樹脂とが一体成形されて構成された端子台を備え、前記端子台は前記筺体に固定するための突出部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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