JP7148274B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電子部品が取り付けられている基板がケースに固定されている電子機器に関する。

電気機器では、電子部品が取り付けられている基板がケースに取り付けられている。通常は、基板とケースの線膨張係数は異なる。このため、ケースと基板を複数のネジで堅固に固定してしまうと、線膨張係数の差に起因して基板に高い応力が発生するおそれがある。線膨張係数の差に起因して基板に生じる応力を緩和する技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１には、ケース内部の金属板に基板が雄ネジで固定されているインバータが開示されている。金属板には、基板の四隅に対応する位置に第１ボスが設けられているとともに、４個の第１ボスを結ぶ矩形の内側に第２ボスが設けられている。基板は、ゴムワッシャを介して第１ボスと第２ボスの夫々に雄ネジで固定されている。弾性体であるゴムワッシャが変形することによって、金属板と基板の線膨張率の差に起因して基板に生じる応力が緩和される。特許文献１には、矩形の内側の一つの第２ボスと基板の間にゴムワッシャを挟まず雄ネジで堅固に固定されていてもよいことが開示されている。

特開２０１４－２４０６７５号公報

本明細書は、ケースと基板の線膨張率の差に起因して基板に生じる応力を従来よりもコスト効率よく、緩和する技術を提供する。

本明細書が開示する電子機器は、電子部品が取り付けられている基板と、基板が固定されているケースと、ケースに固定されているカバーを備えている。ケースの基板と対向する面には、基板の外周領域内で基板に当接する押付ボスが設けられているとともに、外周領域の内側で基板に当接する締結ボスが設けられている。基板は、基板を貫通するネジで締結ボスに固定されているとともに、押圧ボスとカバーで挟まれている。上記の構造によると、基板の外周領域は、カバーと押付ボスに挟持されて固定される。これにより、冷熱時における変形量が大きい基板の外周領域が、冷熱時において、面方向に摺動できるため、ゴムワッシャ等を採用することなく、基板とケースの線膨張係数の差に起因して基板に生じる応力を緩和することができる。

カバーの端部が中央よりも厚くなっており、カバーは端部でケースに固定されているとともにカバーの端部と押付ボスとの間に基板が挟まれているように構成されていてもよい。カバー全体の厚みを大きくするのではなく、端部だけ厚みを大きくすることで、カバー全体の重量増加は抑えつつ、基板を固定する部位のカバーの剛性を高めることができる。例えば、カバーが金属板で作られている場合、金属板の端を折り返すことで、中央よりも端部の厚みを大きくしてもよい。

締結ボスの基板中心から放射方向に沿った断面における締結ボス根元の幅が、放射方向に対して直交する方向の断面における締結ボス根元の幅よりも短くてもよい。また、押付ボスの放射方向に沿った断面における押付ボス根元の幅が、放射方向に対して直交する方向の断面における押付ボス根元の幅よりも短くてもよい。この特徴により、締結ボス／押付ボスの基板放射方向の剛性を放射方向に交差する方向の剛性よりも低くすることができる。基板とケースの線膨張係数の差は、基板とケースの放射方向のずれにおいて顕著に現れる。即ち、線膨張係数の差に起因して基板に生じる応力は放射方向で顕著となる。締結ボス／押付ボスの放射方向に交差する方向の剛性は維持しつつ放射方向の剛性を下げることで、強度低下を抑えつつ、基板に生じる応力を緩和することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の電気機器の斜視図である。 第１実施例の電気機器のケースの平面図である。 図２におけるIII－III線に沿った断面図である。 第２実施例の電気機器の断面図である。 第３実施例の電気機器のケースの平面図である。 図５におけるVI－VI線に沿った断面図である。 図５におけるVII－VII線に沿った断面図である。 第４実施例の電気機器のケースの平面図である。 図８におけるIX－IX線に沿った断面図である。 図８におけるX―X線に沿った断面図である。

（第１実施例）図１－図３を参照して第１実施例の電気機器１を説明する。図１に、電気機器１の分解斜視図を示し、図２にケース１３の平面図を示す。電気機器１は、電気自動車に搭載されている電力制御装置である。電気機器１は、車載のバッテリの電力を、走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスである。

電気機器１は、カバー１１と、基板１２と、ケース１３と、基板１２をケース１３に固定するネジ１４と、カバー１１をケース１３に固定するネジ１５を有している。ケース１３には外壁に支持された中仕切板１３３が設けられている。図１では、ケース１３における基板１２の固定部位がよく見えるように、ケース１３の中仕切板１３３を実線で描き、外壁部１３４を仮想線で描いてある。電気機器１のケース１３には、基板１２のほかにも、電力変換の主要部品であるパワーモジュールなど様々な部品が収容されているが、それらは図示を省略した。図２では、ケース１３が良く見えるよう、カバー１１、基板１２、ネジ１４及びネジ１５は描かず、ケース１３のみの平面図とした。

基板１２には、様々な電子部品が取り付けられている。基板１２の表面には、電子部品が実装されているほか、電子部品を電気的に接続するプリント配線が描かれているが、電子部品及びプリント配線の図示は省略した。様々な電子部品は、パワーモジュールを制御する制御回路を構成する。基板１２（制御回路）は、ケース１３の下に配置される電流センサ（不図示）からセンサデータを受け取り、センサデータに基づいてパワーモジュールを制御する。

基板１２は、複数のネジ１４によってケース１３の中仕切板１３３に固定されている。基板１２は、樹脂で作られている。ケース１３は、樹脂とは線膨張係数が異なる材質（例えばアルミニウム）で作られている。このため、基板１２をケース１３に堅固に固定してしまうと、熱膨張したときに基板１２に大きな応力が発生してしまい、基板１２がダメージを受けるおそれがある。電気機器１では、基板１２とケース１３の線膨張係数の差に起因して基板に生じる応力が低くなるように、基板１２をケース１３に固定している。

基板１２は、ケース１３の中仕切板１３３に取り付けられている。ケース１３の基板１２と対向する面（即ち中仕切板１３３）には、基板１２の外周領域内で基板１２に当接する押付ボス１３２が設けられているとともに、基板１２の外周領域の内側で基板１２に当接する締結ボス１３１が設けられている。ここで、外周領域とは、所定の幅（例えば３０ｍｍ）で基板の外周を一巡する領域を指す。

図３は、図２のIII－III線に沿った断面図である。別言すれば、図３は、第１実施例のカバー１１、基板１２、ケース１３の固定部位における断面を示す。基板１２の外周領域の内側において、基板１２は、中仕切板１３３（ケース１３）の締結ボス１３１と、基板１２を貫通するネジ１４によって堅固に固定されている。このため、基板１２にかかる冷熱時の変形による応力は、基板１２の外周領域に近づくに連れて大きくなる。

基板１２の外周領域において、基板１２は、ケース１３の押付ボス１３２とカバー１１により、挟持されることにより固定されている。それゆえ、冷熱時において、基板１２の外周領域は面方向に摺動することができ、基板１２とケース１３の線膨張係数の差に起因して基板に生じる応力を緩和することができる。さらに基板１２の外周領域の外側において、ケース１３とカバー１１はカバー１１を貫通するネジ１５によりケース１３の外壁部１３４に固定されているため、基板１２の外周領域に車両の振動が伝わることを抑制することができる。また、基板１２とカバー１１の当接部位に、シール材やゴム等を挟んでもよい。これにより、カバー１１が基板１２を押付ける力を均一にすることができる。

（第２実施例）図４を参照して第２実施例の電気機器１ａを説明する。カバー１１ａが例えば金属板の場合、カバー１１ａの端を折り返すことで、カバー１１ａの端部の厚みが大きくなる。これにより、カバー１１ａ全体の重量増加は抑えつつ、基板を固定する部位のカバーの剛性を高めることができる。

（第３実施例）図５－図７を参照して第３実施例の電気機器１ｂを説明する。図５にケース１３ｂの平面図を示す。図５では基板は図示を省略しているが、基板は、中仕切板１３３ｂに対向するように取り付けられる。図２のケース１３とは、締結ボスの配置が異なるが、図２のケース１３同様、基板の外周領域の内側において、基板は、ケース１３ｂの締結ボス１３１ｂと、基板を貫通するネジによって堅固に固定されている。このため、冷熱時における変形量は、基板中心から放射状方向に離れるに連れ大きくなる。従って線膨張係数の差に起因して基板に生じる応力は、放射方向で顕著となる。

図６に、図５のVI-VI線に沿った断面を示し、図７に、図５のVII-VII線に沿った断面を示す。図６は、締結ボス１３１ｂの基板中心から放射方向に沿った断面を示している。図７は、放射方向に対して交差する方向の断面を示している。締結ボス１３１ｂの図６における根本の幅ｄ１（即ち、放射方向における根本の幅）は、図７における根本の幅ｄ２（即ち、放射方向に交差する方向の根本の幅）よりも短い。図示は省略するが、同様に、押付ボス１３２ｂの放射方向に沿った断面における押付ボス１３２ｂ根元の幅が、放射方向に対して直交する方向の断面における押付ボス根元の幅よりも短い。

これにより締結ボス１３１ｂ／押付ボス１３２ｂの基板放射方向の剛性を放射方向に交差する方向の剛性よりも低くすることができるため、線膨張係数の差に起因して基板に生じた応力によりケース１３ｂの締結ボス１３１ｂ／押付ボス１３２ｂが放射方向により変形しやすくなる。それゆえ、ケース１３ｂの強度低下を抑えつつ、基板に生じる応力を緩和することができる。

（第４実施例）図８－図１０を参照して第４実施例の電気機器１ｃを説明する。図８にケース１３ｃの平面図を示す。図８では基板は図示を省略しているが、基板は、中仕切板１３３ｃに対向するように取り付けられる。図５のケース１３ｂとは、締結ボスの配置は同じであるため、第３実施例の電気機器１ｂ同様に線膨張係数の差に起因して基板に生じる応力は、放射方向で顕著となる。

中仕切１３３ｃには、リブ１３５が設けられており、締結ボス１３１ｃは、リブ１３５と一体に形成されている。リブ１３５は、基板中心からの放射方向に対して交差する方向に延びている。図９に、図８のIX－IX線に沿った断面を示し、図１０に、図８のX－X線に沿った断面を示す。図９は、締結ボス１３１ｃの基板中心から放射方向に沿った断面を示しており、図１０は、放射方向に対して交差する方向の断面を示している。

図９に、締結ボス１３１ｃの基板中心から放射方向に沿った断面における締結ボス１３１ｃの根元の幅ｄ３を示す。また、締結ボス１３１ｃは、リブ１３５と一体に作られている。リブ１３５は、ケース１３ｃの中仕切板１３３ｃに設けられている。これにより、放射方向に交差する方向における締結ボス１３１ｃの根本の幅は、リブ１３５の長手方向の長さがこれに相当する。従って、実施例の電気機器１ｃにおいても、締結ボス１３１ｃの基板中心から放射方向に沿った断面における締結ボス１３１ｃの根元の幅ｄ３は、放射方向に対して直交する方向の断面における前記締結ボス１３１ｃの根元の幅（リブ１３５の長手方向長さ）よりも短い。従って、第４実施例の電気機器１ｃも、第３実施例の電気機器１ｂと同様に、締結ボス１３１ｃの基板放射方向の剛性を放射方向に交差する方向の剛性よりも低くすることができる。従って、線膨張係数の差に起因して基板に生じた応力によりケース１３ｃの締結ボス１３１ｃが放射方向により変形しやすくなる。それゆえ、ケース１３ｃの強度を向上させつつ、基板に生じる応力を緩和することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。締結ボス／押付ボスの形状及び配置は、本明細書が開示する技術の一例に相当する。電子機器の外形や、電流センサ等の周辺部品との関係により締結ボス／押付ボスの形状及び配置は変更されてもよい。

本明細書が開示する技術は、電力変換器以外の電気機器に適用されてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ：電子機器
１１、１１ａ：カバー
１２：基板
１３、１３ｂ、１３ｃ：ケース
１４、１５：ネジ
１３１、１３１ｂ、１３１ｃ：締結ボス
１３２、１３２ｂ：押付ボス

Claims (2)

1. 電子部品が取り付けられている基板と、
   前記基板が固定されているケースと、
   前記基板を覆うように前記ケースに固定されているカバーと、
   を備えており、
   前記ケースの前記基板と対向する面に、前記基板の外周領域内で前記基板に当接する押付ボスが設けられているとともに、前記外周領域の内側で前記基板に当接する締結ボスが設けられており、
   前記基板は、前記基板を貫通するネジで前記締結ボスに固定されているとともに、前記押圧ボスと前記カバーで挟まれており、
   前記締結ボスの基板中心から放射方向に沿った断面における締結ボス根元の幅が、前記放射方向に対して直交する方向の断面における前記締結ボス根元の幅よりも短く、
   前記押付ボスの前記放射方向に沿った断面における押付ボス根元の幅が、前記放射方向に対して直交する方向の断面における前記押付ボス根元の幅よりも短い、
   電子機器。
2. 前記カバーの端部が中央よりも厚くなっており、前記カバーは前記端部で前記ケースに固定されているとともに前記端部と前記押付ボスとの間に前記基板が挟まれている、請求項１に記載の電子機器。

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