特開 2024-162416 電力変換ユニットの基板組立構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162416

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】電力変換ユニットの基板組立構造

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/14 20060101AFI20241114BHJP

【ＦＩ】

H05K7/14 A

H05K7/14 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077903

(22)【出願日】2023-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 和希

【テーマコード（参考）】

5E348

【Ｆターム（参考）】

5E348AA16

5E348AA21

5E348AA32

5E348CC08

5E348CC09

(57)【要約】

【課題】基板の振動を良好に抑制できるようにする。
【解決手段】電力変換ユニットの基板組立構造は、ケースと、第１の基板と、第２の基板と、固定部とを備える。ケースは、複数の構成部品を収容する。第１の基板は、複数の構成部品の１つである。第２の基板は、複数の構成部品の他の１つであり、第１の基板に対して直交状態となるように第１の基板に接続される一端を有する。固定部は、当該一端の反対側に位置する第２の基板の他端を固定する。ケースは、第１の基板及び第２の基板に対向するケース壁を含む。固定部は、当該ケース壁から第２の基板の側に向けて突出するように形成され、又は、他端を収容する溝部として上記ケース壁に形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の構成部品を収容するケースと、
前記複数の構成部品の１つである第１の基板と、
前記複数の構成部品の他の１つであり、前記第１の基板に対して直交状態となるように前記第１の基板に接続される一端を有する第２の基板と、
前記一端の反対側に位置する前記第２の基板の他端を固定する固定部と、
を備え、
前記ケースは、前記第１の基板及び前記第２の基板に対向するケース壁を含み、
前記固定部は、前記ケース壁から前記第２の基板の側に向けて突出するように形成され、又は、前記他端を収容する溝部として前記ケース壁に形成されている
ことを特徴とする電力変換ユニットの基板組立構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換ユニットの基板組立構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、インバータ装置を開示している。インバータ装置は、第１の基板と、第１の基板と直交状態となるように位置決めされた第２の基板とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５２６４１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電力変換ユニットの基板に関し、特許文献１に記載のように、第２の基板が第１の基板に対して直交状態となるように第１の基板に接続される構成を採用する場合、第２の基板の振動を適切に抑制できることが望まれる。

【0005】

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、基板の振動を良好に抑制できるようにした電力変換ユニットの基板組立構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る電力変換ユニットの基板組立構造は、ケースと、第１の基板と、第２の基板と、固定部とを備える。ケースは、複数の構成部品を収容する。第１の基板は、複数の構成部品の１つである。第２の基板は、複数の構成部品の他の１つであり、第１の基板に対して直交状態となるように第１の基板に接続される一端を有する。固定部は、当該一端の反対側に位置する第２の基板の他端を固定する。ケースは、第１の基板及び第２の基板に対向するケース壁を含む。固定部は、当該ケース壁から第２の基板の側に向けて突出するように形成され、又は、他端を収容する溝部として上記ケース壁に形成されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、第１の基板に接続される一端の反対側に位置する第２の基板の他端が、固定部によって固定される。これにより、第１の基板と第２の基板の組み合わせによってユニットサイズ抑制の利点を維持しつつ、簡易な構造で片振り振動を抑制できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る電力変換ユニットの基板組立構造の一例を概略的に示す図である。

【図2】本実施形態との対比のために参照される２つの比較例に係る電力変換ユニットをそれぞれ表した図である。

【図3】実施の形態に係る電力変換ユニットの基板組立構造の他の例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付図面とともに本開示の実施の形態を説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。

【0010】

１．電力変換ユニットの基板組立構造
図１は、実施の形態に係る電力変換ユニットの基板組立構造の一例を概略的に示す図である。図１に示す電力変換ユニット（又は、単にユニット）１０は、車両に搭載される。ユニット１０は、例えば、バッテリからの電力を変換して車両走行用の電動機を駆動するＰＣＵ（Power Control Unit）、充電機能と電力分配機能を集約したＥＳＵ（Electricity Supply Unit）、又はＦＣＰＣ（Fuel Cell Power Conditioner）である。

【0011】

まず、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）とともに基板組立構造が説明される。ユニット１０は、当該ユニット１０を構成する複数の構成部品を収容するケース１２を備えている。複数の構成部品は、第１の基板１４と第２の基板１６とを含む。なお、ケース１２の内部には、ユニット１０の他の構成部品が配置されているが、図１では、その図示は省略されている。

【0012】

図１（Ｂ）は、基板１４及び１６がケース１２に組み付けられた状態におけるユニット１０の内部構成をＹ軸と平行な方向から見た図に相当する。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）中のＡ－Ａ線断面図である。ケース１２は、一例として、直方体形状を有する。ケース１２は、当該ケース１２を構成する壁として、ケース壁１２ａ（本開示に係る「ケース壁」の一例に相当）を含む。このケース壁１２ａは、第１の基板１４及び第２の基板１６に対向している。

【0013】

第１の基板１４は、例えば、ケース壁１２ａと平行に位置決めされている。具体的には、第１の基板１４は、例えば、ケース壁１２ａから第１の基板１４の側に向けて突出する支持部１２ｂ及び１２ｃのそれぞれに締結具１８を介して固定されている。付け加えると、図１中のＸＹ平面は、一例として水平面である。この例では、第１の基板１４は、水平に位置決めされる横置き基板に相当する。なお、図１に示す例では、ケース１２の一面（紙面上側の面）を覆うケース壁（カバー）の図示は省略されている。

【0014】

図１（Ｂ）に示すように、第２の基板１６は、第１の基板１４に対して直交状態となるように第１の基板１４に接続される一端１６ａを有する。このように、ユニット１０は、ユニットサイズ抑制を目的として、第１の基板１４と第２の基板１６は、Ｚ軸方向において接続されている構造を有する。

【0015】

具体的には、第１の基板１４と第２の基板１６は、第２の基板１６の側から延びる基板端子２０を介してＺ方向に接合されている。当該接合は、はんだ２２を用いて行われている。そして、はんだ２２の周辺は、ポッティング２４によって保護されている。また、第２の基板１６には、電子部品の一例としてコイル２６が取り付けられている。付け加えると、ＸＹ平面が水平面となる例では、第２の基板１６は縦置き基板に相当し、Ｚ方向は鉛直方向に相当する。

【0016】

第２の基板１６は、一端１６ａの反対側（より詳細には、Ｚ軸方向における反対側）に位置する他端１６ｂを有する。本実施形態のユニット１０は、当該他端１６ｂ（換言すると、第１の基板１４と接続されていない非接続部）を固定する固定部２８を備えている。図１（Ｂ）に示すように、固定部２８は、ケース壁１２ａから第２の基板１６の側に向けて突出するように形成されている。固定部２８は、例えば、ケース壁１２ａと一体的に形成されているが、ケース壁１２ａと別体であってもよい。

【0017】

より具体的には、図１（Ｃ）に示すように、Ｚ軸方向から見たとき、固定部２８は、Ｙ軸方向におけるケース１２の中央の側が開口したコ字状断面を有し、第２の基板１６の他端１６ｂをＹ軸方向の各端において把持するように形成されている。このように形成された固定部２８によれば、第２の基板１６の振動（片振り振動（後述の図２（Ｂ）参照））の抑制のためにケース１２を利用して他端１６ｂがＸ軸方向に固定される構造であって、Ｙ軸方向の位置を規制しながら第２の基板１６を固定部２８に挿入可能な構造が得られる。

【0018】

また、第２の基板１６の他端１６ｂには、固定部２８との接触による摩耗から第２の基板１６を保護するために銅めっき３０が施されている。そして、固定部２８の内部には、他端１６ｂと接触するように緩衝材（例えば、ゴム）３２が配置されている。この緩衝材３２によれば、第２の基板１６の振動抑制のために他端１６ｂのＺ軸方向の動きを規制する構造が得られる。

【0019】

次に、図１（Ａ）を追加的に参照し、ケース１２に対する第１及び第２の基板１４、１６の組付方法が説明される。上述の構成を有する第１の基板１４と第２の基板１６は、図１（Ａ）中に表されるように事前に一体的に結合されている。そのうえで、この結合体は、図１（Ａ）に示す状態からＺ軸方向下方に降下され、図１（Ｂ）に示すようにケース１２に組み付けられる。

【0020】

より具体的には、第２の基板１６の他端１６ｂが、圧入によって固定部２８に嵌合挿入される。この圧入は、いわゆる軽圧入、すなわち、第２の基板１６を傷つけずに分解できる程度の圧入である。そして、このように他端１６ｂが固定部２８に挿入される際、緩衝材３２は、Ｚ軸方向において第２の基板１６を規制して振動抑制効果を発揮する。また、既に説明されたようにコ字状断面を有する固定部２８によれば、他端１６ｂが固定部２８に挿入される際に、他端１６ｂが固定部２８の壁面に沿って移動する。このため、第２の基板１６のＹ軸方向の位置の規制も行える。

【0021】

２．効果
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本実施形態との対比のために参照される２つの比較例に係る電力変換ユニット１００及び１１０をそれぞれ表した図である。まず、図２（Ａ）に示すユニット１００は、本実施形態の第１及び第２の基板１４、１６の機能を併せ持つ１枚の基板１０２を備えるものである。このような構成では、ケース１０４が大型化してしまう。次に、図２（Ｂ）に示すユニット１１０は、本実施形態と同様の第１及び第２の基板１４、１６を収容するケース１１２を備えている。このユニット１１０によれば、ユニット１００と比べて、ユニットサイズを低減することはできる。しかしながら、ケース１１２は、固定部２８を有していない。その結果、図２（Ｂ）に示すように、第２の基板１６の片振り振動が生じ易くなる。その理由は、第２の基板１６は、はんだ２２の接合部及びその周辺のポッティング２４のみでユニット１１０への入力を受けることになるためである。そして、第２の基板１６の片振り振動の発生は、はんだ２２の強度低下につながり得る。

【0022】

これに対し、本実施形態に係る電力変換ユニット１０の基板組立構造によれば、第１の基板１４に接続される一端１６ａの反対側に位置する第２の基板１６の他端１６ｂが、固定部２８によって固定される。これにより、ユニットサイズ抑制の利点を維持しつつ、簡易な構造で片振り振動を抑制できるようになる。付け加えると、固定部２８によれば、ケース１２から第２の基板１６を迎えに行くことで、基板サイズ（第２の基板のサイズ）を抑制できる。

【0023】

３．基板組立構造の他の例
図３（Ａ）～図３（Ｃ）は、実施の形態に係る電力変換ユニットの基板組立構造の他の例を概略的に示す図である。図３に示す電力変換ユニット５０は、第２の基板１６の他端１６ｂを固定する固定部の構成において、図１に示す電力変換ユニット１０と相違している。

【0024】

具体的には、ユニット５０が備える固定部５２は、第２の基板１６の他端１６ｂを収容する溝部としてケース５４のケース壁５４ａ（本開示に係る「ケース壁」の他の例に相当）に形成されている。ケース５４は、ケース壁１２ａに代えてケース壁５４ａを備える点において、図１に示すケース１２と相違している。

【0025】

図３（Ｃ）に示すように、固定部５２は、他端１６ｂに対応してＹ軸方向に延びるように形成されている。図３（Ｂ）に示すように、固定部５２の溝の内部には、図１に示す構成と同様に他端１６ｂと接触するように緩衝材（例えば、ゴム）５６が配置されている。図１（Ｃ）に示す例と異なり、銅めっき３０は、固定部５２の溝壁面に接触する他端１６ｂの部位全体を保護するため、Ｙ軸方向の全体に及ぶように施されている。

【0026】

ケース５４に対する第１及び第２の基板１４、１６の組付方法は、上述のケース１２に対する第１及び第２の基板１４、１６の組付方法と同様である。すなわち、第２の基板１６の他端１６ｂは、軽圧入によって固定部５２に嵌合挿入される。そして、このように他端１６ｂが固定部５２に挿入される際、緩衝材５６は、Ｚ軸方向において第２の基板１６を規制して振動抑制効果を発揮する。また、溝形状を有する固定部５２によれば、他端１６ｂが固定部５２に挿入される際に、他端１６ｂが固定部５２の溝壁面に沿って移動する。このため、第２の基板１６のＹ軸方向の位置の規制も行える。

【0027】

以上説明したように、電力変換ユニット５０の基板組立構造によれば、第１の基板１４に接続される一端１６ａの反対側に位置する第２の基板１６の他端１６ｂが、固定部５２によって固定される。このため、当該基板組立構造によっても、ユニットサイズ抑制の利点を維持しつつ、簡易な構造で片振り振動を抑制できるようになる。付け加えると、固定部５２によれば、ケース５４から第２の基板１６を迎えに行くことで、ケースサイズを抑制できる。

【符号の説明】

【0028】

１０、５０ 電力変換ユニット、 １２、５４ ケース、 １２ａ、５４ａ ケース壁、 １４ 第１の基板、 １６ 第２の基板、 １６ａ 第２の基板の一端、 １６ｂ 第２の基板の他端、 ２８、５２ 固定部

【図1】

【図2】

【図3】