(57)【要約】【課題】制御基板の変形をより抑制できる電力変換装置を提供すること。【解決手段】半導体素子２０内蔵した半導体モジュール２と、該半導体モジュール２を収容するケース３と、フレーム４と、半導体素子２０を制御する制御基板５と、コネクタ６と、支柱７とを備える。フレーム４は、ケース３の外側に配され、ケース３に固定されている。制御基板５は、フレーム４に固定されている。コネクタ６は、制御基板５の、ケース３を配した側とは反対側の主面Ｓ1に取り付けられている。支柱７は、制御基板５とケース３との間に介在している。支柱７は、制御基板５の厚さ方向に延び、制御基板５のうちコネクタ６を取り付けた部位を厚さ方向から支持している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子（２０）を内蔵した半導体モジュール（２）と、
該半導体モジュールを収容するケース（３）と、
該ケースの外側に配され、該ケースに固定されたフレーム（４）と、
該フレームに固定され、上記半導体素子の動作制御を行う制御基板（５）と、
該制御基板の、上記ケースを配した側とは反対側の主面（Ｓ1）に取り付けられた、外部接続用のコネクタ（６）と、
上記制御基板と上記ケースとの間に介在し、上記制御基板の厚さ方向（Ｚ）に延びると共に、上記制御基板のうち上記コネクタを取り付けた部位を上記厚さ方向から支持する支柱（７）と、
を備える、電力変換装置（１）。
【請求項２】
互いに電気接続された、少なくとも２枚の上記制御基板を備え、上記２枚の制御基板は、上記フレームを挟んで上記厚さ方向に互いに隣り合っており、上記２枚の制御基板の形状は互いに異なり、該２枚の制御基板のうち一方の該制御基板の、上記厚さ方向から見たときに上記２枚の制御基板が重ならない領域に、上記コネクタが取り付けられている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記コネクタは上記支柱に締結されている、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記支柱は上記ケースと一体的に形成されている、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】
上記コネクタは、相手側コネクタ（８）が上記厚さ方向に挿抜されるよう構成されている、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】
少なくとも３本の上記支柱を備え、上記厚さ方向から見たときに、個々の上記支柱の中心を繋ぐ多角形の内部に、上記相手側コネクタを挿抜した際に上記コネクタの各部に加わる力の合力（Ｆ）が作用する点（Ｃ）が存在するように、個々の上記支柱の位置が定められている、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記コネクタは、相手側コネクタが上記厚さ方向に直交する方向に挿抜される挿抜面（６２）を備え、上記支柱には、上記相手側コネクタの挿抜方向（Ｘ）における上記挿抜面とは反対側に、上記支柱を補強するリブ（７２）が形成されている、請求項３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、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールの動作制御を行う制御基板とを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ等の半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールに電気接続した制御基板とを備える電力変換装置が知られている。この電力変換装置は、上記制御基板を用いて半導体素子をスイッチング動作させ、これにより、直流電源の電圧を昇圧したり、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換したりするよう構成されている。
【０００３】
上記電力変換装置では、半導体モジュールをケースに収容してある。このケースの外側にフレームを固定してある。そして、このフレームに、上記制御基板を固定してある。
【０００４】
制御基板には、外部接続用のコネクタが設けられている。このコネクタを介して、制御基板と外部機器（ＥＣＵ等）とを電気接続するよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１８２０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記電力変換装置は、コネクタに相手側コネクタを挿入するときに力が加わり、制御基板が変形する可能性がある。そのため、制御基板が低寿命化する可能性が考えられる。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、制御基板の変形をより抑制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】
【０００８】
本発明の一態様は、半導体素子（２０）を内蔵した半導体モジュール（２）と、
該半導体モジュールを収容するケース（３）と、
該ケースの外側に配され、該ケースに固定されたフレーム（４）と、
該フレームに固定され、上記半導体素子の動作制御を行う制御基板（５）と、
該制御基板の、上記ケースを配した側とは反対側の主面（Ｓ1）に取り付けられた、外部接続用のコネクタ（６）と、
上記制御基板と上記ケースとの間に介在し、上記制御基板の厚さ方向（Ｚ）に延びると共に、上記制御基板のうち上記コネクタを取り付けた部位を上記厚さ方向から支持する支柱（７）と、
を備える、電力変換装置（１）にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記電力変換装置では、制御基板とケースとの間に上記支柱を設けてある。この支柱によって、制御基板のうちコネクタを取り付けた部位を支持している。
そのため、コネクタに相手側コネクタを挿入したときに、制御基板に力が加わっても、支柱によって制御基板を支持でき、制御基板の変形を抑制できる。したがって、制御基板が低寿命化する等の問題を抑制できる。
【００１０】
以上のごとく、上記態様によれば、制御基板の変形をより抑制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、電力変換装置の部分分解斜視図。
【図２】実施形態１における、電力変換装置の部分斜視図。
【図３】実施形態１における、電力変換装置の断面図であって、図４のIII-III断面図。
【図４】図３のIV-IV断面図。
【図５】図３のV-V断面図。
【図６】実施形態１における、カバーを取り外した電力変換装置の平面図。
【図７】図６の要部拡大図。
【図８】実施形態１における、電力変換装置の回路図。
【図９】実施形態２における、電力変換装置の部分分解斜視図。
【図１０】実施形態３における、電力変換装置の部分分解斜視図。
【図１１】実施形態４における、電力変換装置の部分分解斜視図。
【図１２】実施形態４における、コネクタの平面図。
【図１３】実施形態５における、電力変換装置の部分分解斜視図。
【図１４】実施形態５における、電力変換装置の要部拡大断面図。
【図１５】実施形態５における、支柱の斜視図。
【図１６】実施形態５における、カバーを取り外した電力変換装置の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態１）
上記電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。図１〜図３に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、半導体モジュール２と、ケース３と、フレーム４と、制御基板５と、コネクタ６と、支柱７とを備える。半導体モジュール２は、半導体素子２０（図８参照）を内蔵している。半導体モジュール２は、ケース３に収容されている。
【００１３】
図１、図２に示すごとく、フレーム４は、ケース３の外側に配されている。フレーム４は、ケース３に固定されている。このフレーム４に、制御基板５を固定してある。制御基板５は、半導体素子２０の動作制御を行う。
コネクタ６は、制御基板５の、ケース３を配した側とは反対側の主面Ｓ1に取り付けられている。
【００１４】
図１、図３に示すごとく、支柱７は、制御基板５とケース３との間に介在している。支柱７は、制御基板５の厚さ方向（Ｚ方向）に延びている。支柱７は、制御基板５のうちコネクタ６を取り付けた部位（コネクタ取付部５９）をＺ方向から支持している。
【００１５】
本形態の電力変換装置１は、燃料電池自動車や電気自動車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。図８に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２と、平滑用のコンデンサ１２とを備える。半導体モジュール２はリアクトル８２に電気接続している。半導体モジュール２と、コンデンサ１２と、リアクトル８２とによって、昇圧回路１０を構成してある。
【００１６】
半導体モジュール２は、半導体素子２０を内蔵している。上記制御基板５を用いて半導体素子２０をスイッチング動作させ、これにより、直流電源８１の電圧を昇圧するよう構成されている。本形態の電力変換装置１は、図示しないインバータに接続する。電力変換装置１によって昇圧した直流電力を、上記インバータを用いて交流電力に変換し、三相交流モータ（図示しない）を駆動している。これにより、上記車両を走行させている。
【００１７】
図８に示すごとく、制御基板５には、コネクタ６が設けられている。このコネクタ６に相手側コネクタ８が接続する。これらコネクタ６と相手側コネクタ８とを介して、制御基板５を外部機器８３（ＥＣＵ）に電気接続してある。
【００１８】
図３、図５に示すごとく、本形態では、複数の半導体モジュール２と、冷却管１３とを積層して積層体１００を構成している。ケース３内には、加圧部材１８（板ばね）が配されている。この加圧部材１８を用いて積層体１００を積層方向（Ｘ方向）に加圧している。これによって、積層体１００をケース３内に固定すると共に、冷却管１３と半導体モジュール２との接触圧を確保している。
【００１９】
図５に示すごとく、Ｘ方向に隣り合う２本の冷却管１３の間には、連結管１７が介在している。連結管１７は、冷却管１３の長手方向（Ｙ方向）における、冷却管１３の両端部に配されている。また、複数の冷却管１３のうち、Ｘ方向における一端に配された端部冷却管１３Aには、冷媒１６を導入するための導入管１４と、冷媒１６を導出する導出管１５とが接続している。導入管１４から冷媒１６を導入すると、冷媒１６は連結管１７を介して全ての冷却管１３を流れ、導出管１５から導出する。これにより、個々の半導体モジュール２を冷却している。
【００２０】
図４に示すごとく、半導体モジュール２は、半導体素子２０（図８参照）を内蔵した本体部２１と、該本体部２１から突出したパワー端子２２と、制御端子２３とを備える。パワー端子２２には、バスバー１９が接続している。このバスバー１９を介して、半導体モジュール２を直流電源８１やリアクトル８２に電気接続してある。
【００２１】
図４に示すごとく、ケース３には開口部３０が形成されている。制御端子２３は、この開口部３０に挿入され、制御基板５Bに接続している。
【００２２】
図３に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、第１制御基板５Aと第２制御基板５Bとの、２枚の制御基板５を備える。これら２枚の制御基板５A，５Bは、図示しないワイヤーを介して、互いに電気接続されている。第２制御基板５Bには、半導体素子２０を駆動する駆動回路５７Dを形成してある。また、第１制御基板５Aには、駆動回路５７Dよりも低圧で動作する信号処理回路５７Sを形成してある。
【００２３】
図１、図２に示すごとく、ケース３には、ボス３１が形成されている。このボス３１にフレーム固定ボルト８９（図２参照）を螺合することにより、フレーム４をケース３に固定してある。また、フレーム４には、複数の雌螺子部４１が形成されている。この雌螺子部４１に基板固定ボルト８８を螺合することにより、制御基板５をフレーム４に固定してある。
【００２４】
図１に示すごとく、第２制御基板５Bは、フレーム４の、ケース３側の面４２に固定されている。また、第１制御基板５Aは、フレーム４の、ケース３から遠い側の面４３に固定されている。２枚の制御基板５A，５Bは、フレーム４を挟んでＺ方向に隣り合っている。
【００２５】
コネクタ６は、第１制御基板５Aに取り付けられている。より詳しくは、コネクタ６は、第１制御基板５Aのうち、Ｚ方向から見たときに２枚の制御基板５A，５Bが重ならない領域に取り付けられている。コネクタ６は、例えば接着剤等によって、第１制御基板５Aに固定される。
【００２６】
支柱７は、Ｚ方向から見たときにコネクタ６と重なる位置に形成されている。支柱７によって、第１制御基板５Aのうちコネクタ６を取り付けた部位（コネクタ取付部５９）をＺ方向から支持している。本形態の電力変換装置１は、複数本の支柱７を備える。本形態では、支柱７は、ケース３と一体的に形成されている。より詳しくは、支柱７およびケース３は金属製であり、ダイカストにより一体的に形成されている。
【００２７】
図３に示すごとく、ケース３は、ケース外壁３５と、支柱形成壁部３６と、コンデンサ側壁３７とを備える。これらケース外壁３５と、支柱形成壁部３６と、コンデンサ側壁３７とは、一体的に形成されている。支柱形成壁部３６の、支柱７を形成した側とは反対側には、コンデンサ１２を設けてある。コンデンサ１２は、コンデンサ素子１２１と、該コンデンサ素子１２１を封止するコンデンサ封止部１２２とを備える。コンデンサ封止部１２２は、エポキシ樹脂等の合成樹脂からなる。
【００２８】
また、コネクタ６は、シール部６１と、挿抜面６２とを備える。図３に示すごとく、ケース３には、制御基板５等を保護するカバー１１が取り付けられる。シール部６１は、このカバー１１とコネクタ６との間を封止している。また、コネクタ６には、相手側コネクタ８が、Ｚ方向から挿し込まれる。
【００２９】
図７に示すごとく、コネクタ６は、挿抜面６２が形成されたコネクタ本体部６３と、該コネクタ本体部６３から突出する複数の突部６４とを備える。支柱７は、Ｚ方向から見たときに、突部６４と重なる位置に配されている。
【００３０】
また、本形態では、Ｚ方向から見たときに、支柱７の中心を繋ぐ多角形Ｐ（本形態では三角形）の内部に、相手側コネクタ８を挿抜した際にコネクタ６の各部に加わる力の合力Ｆが作用する点Ｃが存在するように、個々の支柱７の位置が定められている。これにより、コネクタ６に加わる力を、複数の支柱７によって安定して支持し、制御基板５が変形することを効果的に抑制している。
【００３１】
次に、本形態の作用効果について説明する。図１、図３に示すごとく、本形態では、制御基板５とケース３との間に支柱７を設けてある。この支柱７によって、制御基板５のうちコネクタ６を取り付けた部位（コネクタ取付部５９）を支持している。
そのため、コネクタ６に相手側コネクタ８を挿入したときに、制御基板５に力が加わっても、支柱７によって制御基板５を支持でき、制御基板５の変形を抑制できる。したがって、制御基板５が低寿命化する等の問題を抑制できる。
【００３２】
また、本形態の電力変換装置１は、２枚の制御基板５（５A，５B）を備える。この２枚の制御基板５のうち一方の制御基板５Aの、Ｚ方向から見たときに２枚の制御基板５が重ならない領域に、コネクタ６を取り付けてある。
このようにすると、２枚の制御基板５が重ならない領域にコネクタ６を配置してあるため、コネクタ取付部５９とケース３との間に、支柱７を遮るものが存在しなくなる。そのため、支柱７によってコネクタ取付部５９を支持しやすくなり、制御基板５に力が加わって変形することをより効果的に抑制できる。
【００３３】
また、本形態では、支柱７をケース３と一体的に形成してある。
そのため、支柱７とケース３との間に隙間が形成されなくなり、制御基板５の変形をより効果的に抑制できる。
【００３４】
また、図３に示すごとく、本形態のコネクタ６は、相手側コネクタ８がＺ方向に挿抜されるよう構成されている。
そのため、相手側コネクタ８を挿抜したときに生じる力が、Ｚ方向に加わりやすい。したがって、支柱７によってコネクタ取付部５９をＺ方向から支持することによる効果を、最大限に発揮することができる。
【００３５】
また、図７に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、３本の支柱７を備える。Ｚ方向から見たときに、個々の支柱７の中心を繋ぐ多角形Ｐの内部に、相手側コネクタ８を挿抜した際にコネクタ６の各部に加わる力の合力Ｆが作用する点Ｃが存在するように、個々の支柱７の位置が定められている。
そのため、相手側コネクタ８を挿抜した際にコネクタ６に加わる力を、支柱７によって安定して受け止めることができる。したがって、この力によって制御基板５が変形することをより効果的に抑制できる。
【００３６】
以上のごとく、本形態によれば、制御基板の変形をより抑制できる電力変換装置を提供することができる。
【００３７】
なお、本形態では図１に示すごとく、フレーム４に２枚の制御基板５A，５Bを固定したが、本発明はこれに限るものではなく、１枚でもよく、３枚以上の制御基板５をフレーム４に固定しても良い。
また、本形態では３本の支柱７を設けたが、４本以上、設けても良い。
【００３８】
また、本形態では、支柱７をケース３に固定したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、支柱７を制御基板５に固定したり、コネクタ６に固定したりしてもよい。
【００３９】
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。
【００４０】
（実施形態２）
本形態は、制御基板５の構成を変更した例である。本形態の電力変換装置１は、図９に示すごとく、実施形態１と同様に、２枚の制御基板５A，５Bを備える。第２制御基板５Bは、第１制御基板５Aよりも大きい。この第２制御基板５Bに、コネクタ６を取り付けてある。より詳しくは、第２制御基板５Bのうち、Ｚ方向から見たときに２枚の制御基板５A，５Bが重ならない領域に、コネクタ６を取り付けてある。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４１】
（実施形態３）
本形態は、コネクタ６の固定方法を変更した例である。図１０に示すごとく、本形態では、支柱７に雌螺子部７１を形成してある。また、コネクタ６に貫通孔６５を形成してある。この貫通孔６５にコネクタ固定ボルト８７を挿入し、支柱７の雌螺子部７１に螺合してある。これにより、コネクタ６を支柱７に締結している。
【００４２】
本形態の作用効果について説明する。上記構成にすると、コネクタ６を支柱７に固定できるため、外部から振動が加わった場合でも、コネクタ６が揺動しにくくなる。また、上記構成にすると、制御基板５のコネクタ取付部５９と支柱７との間に隙間が形成されにくくなる。そのため、相手側コネクタ８を挿抜したときに制御基板５が変形する不具合を、より効果的に抑制できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４３】
（実施形態４）
本形態は、コネクタ６の形状、及び支柱７の数を変更した例である。図１１に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、２本の支柱７を備える。また、図１２に示すごとく、コネクタ６は、コネクタ本体部６３と、該コネクタ本体部６３から突出した２個の突部６４とを備える。個々の突部６４は、コネクタ本体部６３からＹ方向に突出している。支柱７は、Ｚ方向から見たときに、突部６４と重なる位置に形成されている。
【００４４】
図１２に示すごとく、本形態では、Ｚ方向から見たときに、個々の支柱７（７a，７b）のうちＸ方向における最も一方側に位置する部位７３a，７３bを繋ぐ第１直線Ｌ1と、Ｘ方向における最も他方側に位置する部位７４a，７４bを繋ぐ第２直線Ｌ2との間に、相手側コネクタ８を挿抜した際にコネクタ６の各部に加わる力の合力Ｆが作用する点Ｃが存在するように、２本の支柱７の位置が定められている。これにより、コネクタ６に加わる力を、２本の支柱７によって安定して支持し、制御基板５が変形することを効果的に抑制している。
【００４５】
より詳しくは、本形態では、Ｚ方向から見たときに、２本の支柱７a，７bの中心を繋ぐ直線Ｌ3上に、上記点Ｃが存在するように、２本の支柱７の位置が定められている。このようにすると、コネクタ６に加わる力を、２本の支柱７によってより安定して支持することができ、制御基板５の変形をさらに効果的に抑制できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４６】
（実施形態５）
本形態は、コネクタ６及び支柱７の形状を変更した例である。図１４に示すごとく、本形態のコネクタ６は、相手側コネクタ８が、Ｚ方向に直交する方向（Ｘ方向）に挿抜される挿抜面６２を備える。図１３に示すごとく、本形態では、ケース３に２本の支柱７を形成してある。図１３、図１４に示すごとく、個々の支柱７には、相手側コネクタ８の挿抜方向（Ｘ方向）における、挿抜面６２とは反対側に、支柱７を補強するリブ７２が形成されている。
【００４７】
図１３〜図１５に示すごとく、リブ７２は、Ｙ方向から見たときの形状が略三角形である。リブ７２は、支柱７とケース３とを連結している。リブ７２は、支柱７およびケース３と一体的に形成されている。より詳しくは、リブ７２と、支柱７と、ケース３とは金属製であり、これらをダイカストにより一体的に形成してある。
【００４８】
上記リブ７２を形成すると、相手側コネクタ８を挿抜したときにコネクタ６にＸ方向へ加わる力を、リブ７２によって受け止めることができる。そのため、支柱７がＸ方向に変形することを抑制でき、制御基板５が変形することを防止できる。
【００４９】
また、図１６に示すごとく、本形態では、Ｘ方向から見たときに、２本の支柱７A，７Bの中心軸線Ａ1，Ａ2の間に、挿抜面６２が存在している。また、２本の中心軸線Ａ1，Ａ2の間に、相手側コネクタ８を挿抜した際にコネクタ６の各部に加わる力の合力Ｆが作用する点Ｃが存在するよう構成されている。
このようにすると、相手側コネクタ８を挿抜した際に生じる力を、２本の支柱７A，７Bによって充分に受け止めることができ、制御基板５が変形することをより効果的に抑制できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１  電力変換装置
２  半導体モジュール
３  ケース
４  フレーム
５  制御基板
６  コネクタ
７  支柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019170041.tif 000013
【図１２】
2019170041.tif 000014
【図１３】
2019170041.tif 000015
【図１４】
2019170041.tif 000016
【図１５】
2019170041.tif 000017
【図１６】
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