特許 6623635 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6623635

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20191216BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-182214(P2015-182214)

(22)【出願日】2015年9月15日

(65)【公開番号】特開2017-60269(P2017-60269A)

(43)【公開日】2017年3月23日

【審査請求日】2018年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】稲村 洋

(72)【発明者】

【氏名】立花 秀晃

【審査官】 麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０６４９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２３０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２７３２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子の動作を制御する制御回路基板（２）と、
該制御回路基板の厚み方向における一方側である下側に配され、上記半導体素子を内蔵した半導体モジュール（３）と、
上記制御回路基板の下側面に搭載された基板コネクタ（４）と、
上記半導体モジュール及び上記制御回路基板を収容し、該制御回路基板の厚み方向における上記半導体モジュールが配された側と反対側である上側に向って開口する開口部（５０）を有するケース（５）と、
該ケースの上記開口部を閉塞する蓋体（６）と、を有し、
上記基板コネクタは、相手方コネクタ（７）との接続方向を上記制御回路基板と平行にすると共に、相手方コネクタが接続される側を上記制御回路基板の外側に向けた状態で配設されており、
上記制御回路基板には、上記厚み方向に貫通し、上記基板コネクタに向って開口した切欠部（２０）が形成されている、電力変換装置（１）。

【請求項2】

上記切欠部は、上記厚み方向と上記接続方向との双方に直交する横方向（Ｙ）の寸法が、上記基板コネクタよりも小さい、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

上記制御回路基板は、端縁の一部から内側へ後退した後退部（２１）を有し、上記切欠部は、上記後退部の一部からさらに内側へ切り欠かれて形成されている請求項１又は２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

上記基板コネクタに接続される相手方コネクタをさらに有し、上記基板コネクタ及び上記相手方コネクタの少なくとも一方は、上記基板コネクタと上記相手方コネクタとの嵌合状態を、上記制御回路基板の上側から上記切欠部を通して確認できる嵌合確認部（７２１）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項5】

上記制御回路基板は、上記ケースにおける上記開口部の下側に位置している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項6】

上記半導体モジュールは、モジュール本体部（３０）と、該モジュール本体部から上側に向って突出形成され、上記制御回路基板に接続される制御端子（３１）とを有し、上記基板コネクタは、上記厚み方向における上記制御回路基板と上記モジュール本体部との間に配されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体素子の動作を制御する制御回路基板を有する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体素子の動作を制御する制御回路基板と、上記半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、上記制御回路基板に搭載された基板コネクタとを有する電力変換装置が開示されている。制御回路基板及び半導体モジュールは、制御回路基板の厚み方向の一方側に向って開口した開口部を有するケース内に収容されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−２３７２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の電力変換装置は、制御回路基板に対して、ケースの開口側の面に基板コネクタが配されている。それゆえ、制御回路基板からケースの開口側に基板コネクタが突出するため、上記厚み方向において電力変換装置が大型化しやすい。

【0005】

ここで、電力変換装置の小型化を図るべく、制御回路基板に対して、上記厚み方向におけるケースの開口側と反対側に、基板コネクタを配置することも考えられる。しかし、この場合、上記厚み方向におけるケースの開口側からケース内に収容された制御回路基板を見たとき、基板コネクタが制御回路基板の裏側に隠れてしまい、基板コネクタの位置が確認し難い。それゆえ、基板コネクタと、基板コネクタに接続される相手方コネクタとの接続作業が行い難くなり、電力変換装置の製造効率が低くなってしまう。

【0006】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、小型化及び製造効率の向上を図ることのできる電力変換装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、半導体素子の動作を制御する制御回路基板（２）と、
該制御回路基板の厚み方向における一方側である下側に配され、上記半導体素子を内蔵した半導体モジュール（３）と、
上記制御回路基板の下側面に搭載された基板コネクタ（４）と、
上記半導体モジュール及び上記制御回路基板を収容し、該制御回路基板の厚み方向における上記半導体モジュールが配された側と反対側である上側に向って開口する開口部（５０）を有するケース（５）と、
該ケースの上記開口部を閉塞する蓋体（６）と、を有し、
上記基板コネクタは、相手方コネクタ（７）との接続方向を上記制御回路基板と平行にすると共に、相手方コネクタが接続される側を上記制御回路基板の外側に向けた状態で配設されており、
上記制御回路基板には、上記厚み方向に貫通し、上記基板コネクタに向って開口した切欠部（２０）が形成されている、電力変換装置（１）にある。

【発明の効果】

【0008】

上記電力変換装置においては、基板コネクタが、制御回路基板における下側面に搭載されている。それゆえ、制御回路基板から上側に基板コネクタが突出することを防ぐことができ、厚み方向における電力変換装置の小型化を図ることができる。

【0009】

また、制御回路基板には、上記厚み方向に貫通し、基板コネクタに向って開口した切欠部が形成されている。それゆえ、上記厚み方向におけるケースの開口側からケース内に収容された制御回路基板を見たとき、切欠部から基板コネクタの位置を確認することができる。それゆえ、基板コネクタと、基板コネクタに接続される相手方コネクタとの接続作業が行いやすくなり、電力変換装置の製造効率を向上させることができる。

【0010】

以上のごとく、上記態様によれば、小型化及び製造効率の向上を図ることのできる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態１における、電力変換装置の上面図。

【図2】図１において、制御回路基板を透視した図。

【図3】図１の、III−III線矢視断面図。

【図4】実施形態１における、電力変換装置の斜視図。

【図5】実施形態１における、基板コネクタに相手方コネクタを嵌合させる様子を示すための電力変換装置の一部上面図。

【図6】実施形態１における、基板コネクタに相手方コネクタを嵌合した様子を示す電力変換装置の一部上面図。

【図7】図５の、VII−VII線矢視断面図。

【図8】図６の、VIII−VIII線矢視断面図。

【図9】実施形態２における、制御回路基板及び基板コネクタの上面図。

【図10】実施形態３における、基板コネクタに相手方コネクタを嵌合させる様子を示すための、制御回路基板、相手方コネクタ、及び基板コネクタの上面図。

【図11】実施形態３における、基板コネクタと相手方コネクタとが正常に嵌合している様子を示す、制御回路基板、相手方コネクタ、及び基板コネクタの上面図。

【図12】実施形態３における、基板コネクタと相手方コネクタとの嵌合が不完全な状態を示す、制御回路基板、相手方コネクタ、及び基板コネクタの上面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、図２、図３に示すごとく、制御回路基板２と半導体モジュール３と基板コネクタ４とケース５と蓋体６とを有する。制御回路基板２は、半導体素子の動作を制御する。図３に示すごとく、半導体モジュール３は、制御回路基板２の厚み方向における一方側である下側に配され、半導体素子を内蔵している。基板コネクタ４は、制御回路基板２の下側面に搭載されている。図２、図３に示すごとく、ケース５は、半導体モジュール３及び制御回路基板２を収容している。また、図１〜図４に示すごとく、ケース５は、制御回路基板２の厚み方向における半導体モジュール３が配された側と反対側である上側に向って開口する開口部５０を有する。図３に示すごとく、蓋体６は、ケース５の開口部５０を閉塞する。

【0013】

図７、図８に示すごとく、基板コネクタ４は、相手方コネクタ７との接続方向を制御回路基板２と平行にすると共に、相手方コネクタ７が接続される側を制御回路基板２の外側に向けた状態で配設されている。また、図１、図３、図４に示すごとく、制御回路基板２には、厚み方向に貫通し、基板コネクタ４に向って開口した切欠部２０が形成されている。
なお、図２において、制御回路基板２は二点鎖線で表している。また、図３以外の図面においては、蓋体６の図示を適宜省略している。

【0014】

本実施形態の電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載され、電源電力を駆動用モータの駆動に必要な駆動用電力に変換するインバータとして用いることができる。
なお、以下において、便宜上、制御回路基板２の厚み方向を上下方向Ｚといい、上下方向Ｚにおいて、制御回路基板２に対する半導体モジュール３側を上側、その反対側を下方という。また、便宜上、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との接続方向を、前後方向Ｘといい、前後方向Ｘの一方を前方、他方を後方という。また、前後方向Ｘと上下方向Ｚとの双方に直交する方向を横方向Ｙという。

【0015】

図１〜図４に示すごとく、ケース５は、矩形板状の底壁部５１と、その端縁から上側に立設した側壁部５２とを有する。ケース５は、側壁部５２における上端部に開口部５０を有する。そして、ケース５の開口部５０は、略矩形板状の蓋体６によって閉塞されている。

【0016】

図２、図３に示すごとく、ケース５内には、複数の半導体モジュール３が配されている。半導体モジュール３は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子やＦＷＤ等のダイオードなどの半導体素子を樹脂モールドしてなる。図３に示すごとく、半導体モジュール３は、モジュール本体部３０と、モジュール本体部３０から上側に向って突出形成され、制御回路基板２に接続される制御端子３１と、モジュール本体部３０から下側に向って突出形成されたパワー端子３２と、を有する。制御端子３１は、制御回路基板２のスルーホールに挿入されて、制御回路基板２と接続されている。また、パワー端子３２は、図示しないバスバ等を介して、後述するコンデンサ１１と接続されている。

【0017】

図３に示すごとく、制御回路基板２は、半導体モジュール３の上側に配置されている。また、制御回路基板２は、ケース５における開口部５０の下側に位置している。すなわち、上下方向Ｚにおいて、制御回路基板２は、ケース５の側壁部５２における上端部よりも下側に位置している。図１、図３、図４に示すごとく、制御回路基板２における前後方向の中央よりも後方の領域に、半導体モジュール３の制御端子３１が接続されている。

【0018】

図１〜図４に示すごとく、制御回路基板２の下側面における前端部に、基板コネクタ４が搭載されている。図３に示すごとく、基板コネクタ４は、上下方向Ｚにおける制御回路基板２とモジュール本体部３０との間に配されている。図５〜図８に示すごとく、基板コネクタ４は、基板コネクタ４に接続される相手方コネクタ７を、外側から覆うような形状を有する。制御回路基板２の前端部に配された基板コネクタ４は、前方に向って開口した箱形状を有する。そして、基板コネクタ４には、基板コネクタ４の前方側から、相手方コネクタ７が接続される。なお、図５、図７は、基板コネクタ４に、相手方コネクタ７を接続する前の状態を示した図であり、図６、図８は、基板コネクタ４と相手方コネクタ７とが接続した状態を示した図である。なお、基板コネクタ４が備える端子は、いわゆる雄型の端子であり、相手方コネクタ７が備える端子は、いわゆる雌型の端子である。

【0019】

図１〜図４に示すごとく、基板コネクタ４に向って開口した上述の切欠部２０が、制御回路基板２に形成されている。切欠部２０は、制御回路基板２の前端縁の一部が、後方に凹むように切り欠かれてなる。図２に示すごとく、切欠部２０は、横方向Ｙの寸法が、基板コネクタ４よりも小さい。そして、切欠部２０は、横方向Ｙにおいて、制御回路基板２における基板コネクタ４が搭載された領域の略中央部に形成されている。また、切欠部２０は、前後方向Ｘの寸法が、基板コネクタ４よりも小さい。図１、図２に示すごとく、制御回路基板２の上側から見たとき、基板コネクタ４は、前端が、切欠部２０内に収まる位置に配されている。また、制御回路基板２の上側から見たとき、基板コネクタ４の前端部であって、横方向Ｙの中央部の上面が、制御回路基板２から露出している。

【0020】

また、図２、図３に示すごとく、ケース５内には、半導体モジュール３を冷却する冷却器８が収容されている。冷却器８は、複数の冷却管８１を有する。複数の冷却管８１は、前後方向Ｘにおいて、互いに隙間を設けつつ配されている。

【0021】

図２に示すごとく、冷却器８は、前後方向Ｘに隣接する冷却管８１同士を、横方向Ｙの両端部付近において連結する連結管８２を有する。図２、図３に示すごとく、冷却器８における後端部には、冷却器８に冷媒を導入する冷媒導入管８３と冷却器８から冷媒を排出する冷媒排出管８４とが突出形成されている。冷媒導入管８３及び冷媒排出管８４は、ケース５の側壁部５２を貫通して配置されている。

【0022】

冷却器８における複数の冷却管８１の間に設けられた複数の隙間に、複数の半導体モジュール３が配設されている。そして、複数の冷却管８１及び複数の半導体モジュール３を積層してなる積層体１０は、積層方向（前後方向Ｘ）に加圧されている。すなわち、積層体１０の後端面は、積層体１０の後方に配された側壁部５２に当接しており、かつ、積層体１０の前端側には、加圧部材１２が配設されている。加圧部材１２は、積層体１０の後端面を前方に向って加圧している。加圧部材１２は、ケース５の底壁部５１から上方に向かって立設された支承壁５３に支承されている。そして、ケース５における支承壁５３の後方の空間には、コンデンサ１１が配置されている。コンデンサ１１は、直流電源の電圧を平滑化する。

【0023】

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
電力変換装置１においては、基板コネクタ４が、制御回路基板２における下側面に搭載されている。それゆえ、制御回路基板２から上側に基板コネクタ４が突出することを防ぐことができ、上下方向Ｚにおける電力変換装置１の小型化を図ることができる。

【0024】

また、制御回路基板２には、上下方向Ｚに貫通し、基板コネクタ４に向って開口した切欠部２０が形成されている。それゆえ、上下方向Ｚにおけるケース５の開口側からケース５内に収容された制御回路基板２を見たとき、切欠部２０から基板コネクタ４の位置を確認することができる。それゆえ、基板コネクタ４と、基板コネクタ４に接続される相手方コネクタ７との接続作業が行いやすくなり、電力変換装置１の製造効率を向上させることができる。

【0025】

また、切欠部２０は、横方向Ｙの寸法が、基板コネクタ４よりも小さい。このように、制御回路基板２の切欠部２０を小さくすることにより、制御回路基板２の性能を確保するための制御回路基板２の面積を確保しつつ、制御回路基板２に切欠部２０を形成することができる。

【0026】

また、制御回路基板２は、ケース５における開口部５０の下側に位置している。それゆえ、ケース５の開口部５０より上側に制御回路基板２が位置する場合に比べ、ケース５の開口部５０を閉塞する蓋部の形状を簡素にしやすい。そして、制御回路基板２が切欠部２０を有するため、制御回路基板２をケース５における開口部５０の下側の位置に配しても、ケース５の上側から制御回路基板２の切欠部２０から、容易に基板コネクタ４の位置を確認することができる。それゆえ、制御回路基板２をケース５における開口部５０の下側に配しても、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との接続作業が行いやすい。

【0027】

また、基板コネクタ４は、上下方向Ｚにおける制御回路基板２とモジュール本体部３０との間に配されている。それゆえ、デッドスペースとなりやすい、モジュール本体部３０と制御回路基板２との間のスペースを有効活用することができ、電力変換装置１の小型化を図ることができる。

【0028】

以上のごとく、本実施形態によれば、小型化及び製造効率の向上を図ることのできる電力変換装置を提供することができる。

【0029】

（実施形態２）
本実施形態は、図９に示すごとく、制御回路基板２における切欠部２０の形状を、実施形態１から変更した電力変換装置１である。

【0030】

制御回路基板２は、端縁の一部から後方へ後退した後退部２１を有する。本実施形態において、後退部２１は、横方向Ｙの寸法が、基板コネクタ４部よりも大きい。そして、切欠部２０は、後退部２１の一部からさらに後方へ切り欠かれて形成されている。本実施形態において、切欠部２０は、横方向Ｙの寸法が、少なくとも後退部２１よりも小さい。切欠部２０は、横方向Ｙにおける後退部２１の中央部から後方に向って切り欠かれている。基板コネクタ４は、後退部２１よりも後側に配されている。

【0031】

その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

【0032】

本実施形態において、切欠部２０は、後退部２１からさらに後方へ切り欠かれてなる。それゆえ、基板コネクタ４を、切欠部２０と上下方向Ｚに重なる位置に配する構成としても、基板コネクタ４を、上下方向Ｚに直交する方向における制御回路基板２の外形の内側に配しやすい。これにより、電力変換装置１を製造する際、基板コネクタ４が、ケース５内の他の部品に干渉することを防ぎやすい。すなわち、仮に、基板コネクタ４が制御回路基板２の外形よりも外側に突出した状態で固定された場合、基板コネクタ４を備えた制御回路基板２をケース５内に取り付ける際、ケース５内の部品に基板コネクタ４が干渉するおそれが考えられる。これに対し、本実施形態の電力変換装置１においては、制御回路基板２が後退部２１を有することにより、基板コネクタ４が制御回路基板２の外形からはみ出た状態とはなり難い。その結果、上述のような不具合は生じ難い。それゆえ、電力変換装置１の製造効率の向上を図ることができる。なお、制御回路基板２の外形とは、後退部２１及び切欠部２０が形成されていない状態の制御回路基板２の輪郭を意味するものとする。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0033】

（実施形態３）
本実施形態は、図１０〜図１２に示すごとく、基板コネクタ４に接続される相手方コネクタ７をさらに有する電力変換装置１の実施形態である。そして、基板コネクタ４及び相手方コネクタ７の少なくとも一方は、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との嵌合状態を、制御回路基板２の上側から切欠部２０を通して確認できる嵌合確認部７２１を有する。本実施形態においては、後述する相手方コネクタ７のターミナルロック７２が、嵌合確認部７２１を有する。なお、本実施形態の基本構成は、実施形態２と同様である。

【0034】

基板コネクタ４は、相手方コネクタ７を介して、外部機器に接続される。図１０に示すごとく、相手方コネクタ７は、直方体形状を有する本体部７１と、本体部７１の内部に配された図示しない複数の電線と、該複数の電線にそれぞれ接続された複数のターミナルと、該ターミナルを本体部７１に対して固定するターミナルロック７２と、を有する。なお、図１０、図１２においては、ターミナルロック７２をハッチングにて表している。

【0035】

ターミナルロック７２は、その厚み方向を前後方向Ｘとした略板状を呈している。横方向Ｙにおいて、ターミナルロック７２の寸法は、本体部７１の寸法と同等である。そして、本実施形態においては、ターミナルロック７２の上面が、嵌合確認部７２１を構成している。すなわち、ケース５の開口側から制御回路基板２の切欠部２０を通して相手方コネクタ７を見たとき、ターミナルロック７２の嵌合確認部７２１が見えるか否かにより、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との嵌合状態を確認する。以下、詳説する。

【0036】

ターミナルロック７２は、基板コネクタ４と相手方コネクタ７とが正常に嵌合した状態で、基板コネクタ４の内側に入り込むように形成されている。本実施形態において、ターミナルロック７２は、基板コネクタ４と相手方コネクタ７とが正常に嵌合した状態で、ターミナルロック７２の前端位置が基板コネクタ４の前端位置と略同一の位置になるように形成されている。これにより、図１１に示すごとく、基板コネクタ４と相手方コネクタ７とが正常に嵌合された状態では、ターミナルロック７２は、基板コネクタ４内に収まる。一方、図１２に示すごとく、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との嵌合が不完全な状態では、ターミナルロック７２は、基板コネクタ４の外側に露出する。

【0037】

そして、図１１に示すごとく、基板コネクタ４と相手方コネクタ７とが正常に嵌合された状態では、上側から制御回路基板２の切欠部２０を通して相手方コネクタ７を見たとき、嵌合確認部７２１が見えない。一方、上側から制御回路基板２の切欠部２０を通して相手方コネクタ７を見たとき、切欠部２０内に嵌合確認部７２１が見える。

【0038】

すなわち、ケース５の開口側から切欠部２０を通して相手方コネクタ７を見たとき、嵌合確認部７２１が見えなければ、基板コネクタ４と相手方コネクタ７とは正常に嵌合している、と確認することができる。そして、嵌合確認部７２１が見えれば、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との嵌合は不完全な状態にある、と確認することができる。
以上のように、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との嵌合状態を確認する。
その他は、実施形態２と同様である。

【0039】

本実施形態においては、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との嵌合状態を、ケース５の開口側から、切欠部２０を通して容易に確認することができる。
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。

【0040】

本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態１と実施形態３とを組み合わせることもできる。また、実施形態３の嵌合確認部７２１についても、基板コネクタ４及び相手方コネクタ７の少なくとも一方が、基板コネクタ４と相手方コネクタ７との嵌合状態を、制御回路基板２の上側から切欠部２０を通して確認できる構成であれば、種々の態様が考えられる。

【符号の説明】

【0041】

１ 電力変換装置
２ 制御回路基板
２０ 切欠部
３ 半導体モジュール
４ 基板コネクタ
５ ケース
５０ 開口部
６ 蓋体
７ 相手方コネクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】