电力转换装置的制造方法
【专利摘要】一种电力转换装置，使将安装在板构件上的电子零件与连接对象连接时的作业容易进行。在安装有半导体模块(11)的电路基板(10B)上形成有通孔(10a)，使安装螺钉(B)从通孔(10a)经由半导体模块(11)的螺钉固定部(11a)与散热器(30)连接，从电路基板(10B)的通孔(10a)到半导体模块(11)的螺钉固定部(11a)之间设置有引导安装螺钉(B)的圆筒状的引导构件(20)。
【专利说明】
电力转换装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种电力转换装置。
【背景技术】
[0002]关于搭载在电力转换装置中的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等那样控制较大的电力的半导体模块，一般来说，通过将这种半导体模块直接螺纹固定在散热器上来提高冷却效率。详细而言，使安装螺钉经由设置于半导体模块的螺钉固定部的螺钉通孔与散热器的螺钉固定孔固定，从而使半导体模块与散热器彼此间紧密接合，将半导体模块产生的热高效地传递到散热器(例如参照专利文献I)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本专利第4780349号公报
[0006]另外，当在将半导体模块安装到电路基板上的状态下使安装螺钉与散热器固定的情况下，电路基板需要设置有通孔。即，需要从形成在电路基板上的通孔插入安装螺钉，使安装螺钉经由半导体模块的螺钉通孔与散热器固定。但是，在电路基板与散热器之间存在与半导体模块的高度的量对应的间隙。因此，在从电路基板到散热器的间隙内，难以保持安装螺钉，安装螺钉的固定作业变得繁杂。详细而言，想要固定的安装螺钉可能从电路基板与散热器的间隙内脱落到框体的内部。而且，在安装螺钉脱落了的情况下，必须进行从框体的内部回收的作业，明显影响作业效率。
[0007]通过使用比电路基板与散热器的间隙的长度长的安装螺钉，并且根据安装螺钉的长度增大散热器的基座构件的板厚，能够解决上述的问题。但是，在这种情况下，导致产生新的问题，即，因将安装螺钉固定住为止的时间延长，使作业效率受到影响。
[0008]另外，上述问题并不限定于使安装在电路基板上的半导体模块与散热器连接的情况。即，只要是像安装在母线板上的电容器等那样是安装在板构件上的电子零件，就会与从板构件的通孔将安装螺钉固定而与安装基板等连接对象连接的情况同样地发生上述问题。
【发明内容】
[0009]本发明鉴于上述实际情况，目的在于提供一种能使将安装在板构件上的电子零件与连接对象连接时的作业容易进行的电力转换装置。
[0010]为了达到上述目的，本发明的电力转换装置在安装有电子零件的板构件上形成有通孔，使安装螺钉从上述板构件的通孔经由上述电子零件的螺钉固定部与连接对象连接，从而将上述电子零件与上述连接对象之间连接，其特征在于，从上述板构件的通孔到上述电子零件的螺钉固定部之间设置有引导上述安装螺钉的引导构件。
[0011]另外，本发明在上述电力转换装置的基础上，其特征在于，上述电子零件是安装在电路基板上，并且经由上述螺钉固定部对上述安装螺钉进行固定，从而与散热器连接的半导体模块，从形成在上述电路基板上的通孔到上述半导体模块的螺钉固定部之间设置有上述引导构件。
[0012]另外，本发明在上述电力转换装置的基础上，其特征在于，上述电子零件是在端子连接有母线板，并且在外周部卷绕有固定带，经由上述固定带的螺钉固定部对上述安装螺钉进行固定，从而与安装基板连接的电容器，从形成在上述母线板上的通孔到上述固定带的螺钉固定部之间设置有上述引导构件。
[0013]另外，本发明在上述电力转换装置的基础上，其特征在于，上述引导构件形成为筒状，在前端面与上述电子零件的螺钉固定部抵接的状态下安装在上述板构件的通孔中。
[0014]另外，本发明在上述电力转换装置的基础上，其特征在于，上述引导构件具有止挡部，在使前端面与上述电子零件的螺钉固定部抵接的情况下，上述止挡部与上述板构件的表面抵接。
[0015]另外，本发明在上述电力转换装置的基础上，其特征在于，上述引导构件具有从基端部沿轴向形成的狭缝。
[0016]另外，本发明在上述电力转换装置的基础上，其特征在于，上述引导构件具有比上述安装螺钉的沿轴向的长度小的内径。
[0017]采用本发明，由于从板构件的通孔到电子零件的螺钉固定部之间设置有引导安装螺钉的引导构件，因此不可能导致安装螺钉在板构件与连接对象的间隙内脱落的事态。因而，也不必使用轴向的长度较大的安装螺钉，能使将电子零件螺纹固定于连接对象时的作业容易进行。
【附图说明】
[0018]图1是表示本发明实施方式I的电力转换装置的外观的立体图。
[0019]图2是图1所示的电力转换装置的主要部分分解立体图。
[0020]图3是应用在图1所示的电力转换装置中的电路基板的立体图。
[0021]图4是图1所示的电力转换装置的侧剖视图。
[0022]图5是将图1所示的电力转换装置分解表示的侧剖视图。
[0023]图6是应用在图1所示的电力转换装置中的引导构件的立体图。
[0024]图7是应用在图1所示的电力转换装置中的支承板的立体图。
[0025]图8是构成图1所示的电力转换装置的通风部的框架构件的立体图。
[0026]图9是表示本发明实施方式2的电力转换装置的外观的立体图。
[0027]图10是图9所示的电力转换装置的侧剖视图。
[0028]图11是表示应用在图9所示的电力转换装置中的电容器、安装基板以及母线板的组装状态的立体图。
[0029]图12是应用在图9所示的电力转换装置中的电容器、安装基板以及母线板的分解立体图。
[0030]图13是应用在图9所示的电力转换装置中的电容器、安装基板以及母线板的分解侧剖视图。
[0031]图14是表示应用在图9所示的电力转换装置中的电容器、安装基板以及母线板的组装状态的剖视图。
[0032](符号说明)
[0033]1B…电路基板
[0034]10a...通孔
[0035]11…半导体模块
[0036]I Ia…螺钉固定部
[0037]20...引导构件
[0038]21…底壁
[0039]22…狭缝
[0040]23…止挡部
[0041]30…散热器
[0042]30c…螺钉固定孔
[0043]60…安装基板
[0044]60b…螺钉固定孔
[0045]62…电容器
[0046]63…固定带
[0047]63a…螺钉固定部
[0048]63b…螺钉通孔
[0049]64…第一母线板
[0050]64b…第一通孔[0051 ]65…第二母线板
[0052]65b…第二通孔
[0053]70...引导构件
[0054]B...安装螺钉
【具体实施方式】
[0055]以下，参照附图对本发明的电力转换装置的理想的实施方式进行详细说明。
[0056](实施方式I)
[0057]图1及图2表示本发明实施方式I的电力转换装置。在此例示的电力转换装置用于将从商用电源供给的交流电压在转换为期望的频率.振幅后供给到电动机等负载。在本实施方式I中，例示的是包括收容部IA及通风部IB的电力转换装置，上述收容部IA在内部收容有电路基板(板构件)10A、10B，上述通风部IB用于将电力转换装置的构成零件、S卩IGBT等半导体模块(电子零件)11以及电容器12冷却。
[0058]收容部IA是在主体板Ia与支承板2之间构成的空间，上述支承板2设置为覆盖主体板la。主体板Ia构成电力转换装置I的轮廓的一部分，并利用树脂材料形成为大致矩形的平板状。彼此大小不同的两张电路基板10A、10B以相互层叠的状态支承在该主体板Ia的内表面侧。如图2、图3以及图4所示，外形尺寸较大的电路基板(以下称为主电路基板10A)构成为比主体板Ia稍小的矩形，并与主体板Ia的内表面相对配置。外形尺寸较小的电路基板(以下称为副电路基板10B)具有主体板Ia的大致1/2的宽度，配置在图2中成为主体板Ia的右半部分的部分。在副电路基板1B上主要汇集安装有上述的半导体模块11以及电容器12等发热零件。图中虽未明示，但上述主电路基板1A及副电路基板1B彼此电连接，构成电力转换所需的控制电路。
[0059]如图3所示，在本实施方式I中应用的半导体模块11形成为大致长方体状，在彼此平行的上下的侧面上具有螺钉固定部11a。螺钉固定部Ila是在半导体模块11的侧面从远离副电路基板1B的散热面11 b侧的缘部突出的舌片状部分。在各螺钉固定部11 a设置有供安装螺钉B贯穿的螺钉通孔11c。如图3至图5所示，在主电路基板1A及副电路基板1B上的与半导体模块11的螺钉通孔Ilc相对的部分分别形成有通孔10a。通孔1a是内径比螺钉通孔Ilc的内径大的圆形的开口，在各通孔1a的内部具有引导构件20。
[0060]引导构件20如图4至图6所示，是在前端具有底壁21的形成为圆筒状的绝缘性的树脂构件。引导构件20以具有螺钉通孔21a的底壁21与半导体模块11的螺钉固定部Ila抵接的状态配置在主电路基板1A及副电路基板1B的通孔1a中。引导构件20的内径设置为比安装螺钉B的沿轴向的长度小。该引导构件20设置有多条狭缝22及止挡部23。狭缝22从引导构件20的基端开口沿轴向形成，沿周向将引导构件20的基端部四分割。止挡部23是从引导构件20的外周面朝向外周突出的突出部。引导构件20的止挡部23分别形成在如下位置，S卩，在使底壁21与半导体模块11的螺钉固定部Ila抵接的情况下，抵接于主电路基板1A的与主体板I a相对的表面以及副电路基板1B的与主电路基板1A相对的表面的位置。
[0061]支承板2如图2、图4以及图7所示，是具有将主体板Ia覆盖的大小的树脂成形品。在该支承板2的与电容器12对应的部位设置有电容器收容部2a，并且在与半导体模块11对应的部位设置有连通孔2b。电容器收容部2a用于将安装在副电路基板1B上的各个电容器12独立地收容起来。图中虽未明示，但电容器收容部2a构成为只在支承板2上与主体板Ia相对的相对面开口的有底的圆筒状。连通孔2b是能供半导体模块11贯穿，但比后述的散热器(连接对象)30的受热面30a的外形小的大致矩形的开口。在该连通孔2b的周围，在不与主体板Ia相对的背面侧设置有密封槽2c。密封槽2c是用于收容环状的密封件3的凹部。
[0062]根据图2可明确得知，在该支承板2上以将背面左右两分割的方式设置有分隔壁部2d，在图2中成为右半部分的局部的上缘部设置有通风板部2e。分隔壁部2d是以与主体板Ia大致正交的方式竖立设置的平板状构件。通风板部2e是具有许多个通风孔2f的平板状构件，设置为将图2中支承板2的右半部分的上方覆盖。
[0063]通风部IB是在支承板2与框架构件4之间构成的沿上下方向的方筒状的空间。通风部IB的上端开口处于被设置在支承板2上的通风板部2e覆盖的状态。框架构件4由铝以及铝合金等具有良好的热传导性的高热传导性材料成形得到。该框架构件4如图2及图8所示，具有主板部4a、侧板部4b及辅助侧板部4c。主板部4a具有能将支承板2上位于比分隔壁部2d靠右侧的位置的部分覆盖的外形尺寸。在主板部4a上与支承板2相对的内表面上沿上下方向设置有许多个翅片嵌合槽4d。侧板部4b是从主板部4a的一方的缘部朝向支承板2沿与主板部4a成大致直角的方向延伸的部分。在使主板部4a与支承板2相对的情况下，该侧板部4b与支承板2的分隔壁部2d相对配置。辅助侧板部4c是从主板部4a的另一方的缘部朝向支承板2沿与主板部4a成大致直角的方向延伸的部分。根据附图亦可明确得知，辅助侧板部4c的从主板部4a延伸的延伸长度构成为比侧板部4b短。在使主板部4a与支承板2相对的情况下，该辅助侧板部4c与分隔壁部2d叠合。
[0064]在框架构件4的内表面上设置有通风风扇40及散热器30。通风风扇40如图2所示，在框架构件4上配置在内表面的下端部。在对该通风风扇40进行了驱动的情况下，该通风风扇40以将外部的空气经由通风板部2e的通风孔2f导入到通风部1B，并将通风部IB的空气从下端的开口排出的方式进行动作。
[0065]散热器30与框架构件4同样，由铝或铝合金等具有良好的热传导性的高热传导性材料成形得到。在本实施方式I中，使用的是在基座构件的一方的表面上具有平坦的受热面30a，而在另一方的表面上竖立设置有许多个冷却翅片30b的散热器30。散热器30的受热面30a构成为能与收容在支承板2的密封槽2c内的密封件3的整周抵接的大小的矩形。通过使该散热器30的冷却翅片30b的前端部分别与主板部4a的翅片嵌合槽4d嵌合，将该散热器30以与框架构件4热连接的状态安装到框架构件4上。相对于框架构件4安装散热器30的位置是如下位置，即，在使主板部4a与支承板2相对的情况下，将支承板2的连通孔2b覆盖且使密封件3的整周与受热面30a的周缘部相对的位置。
[0066]如图8所示，在散热器30的受热面30a上设置有一对螺钉固定孔30c。螺钉固定孔30c与设置于半导体模块11的螺钉固定部Ila的螺钉通孔Ilc对应设置。如图4所示，将安装螺钉B经由主电路基板1A的通孔1a、副电路基板1B的通孔1a以及半导体模块11的螺钉通孔Ilc固定在散热器30的螺钉固定孔30c内。该安装螺钉B具有如下功能，S卩，使半导体模块11的散热面I Ib与散热器30的受热面30a紧密接触，并且使支承板2的密封件3与散热器30的受热面30a紧密接触的功能。
[0067]上述那样构成的电力转换装置I例如以通风部IB露在室外的状态设置。收容主电路基板1A及副电路基板1B的收容部IA与露在室外的通风部IB之间被支承板2隔绝。因而，即使在雨水等水进入到了通风部IB内的情况下，也不会对安装在主电路基板1A及副电路基板1B上的控制电路以及电子零件产生影响。
[0068]当在上述的设置状态下驱动了通风风扇40，则经由通风板部2e的通风孔2f将外部的空气导入到通风部IB的内部。被导入到通风部IB内的空气在依次与电容器收容部2a及散热器30进行了热交换后，从下端的开口被排出到通风部IB的外部。因而，在电力转换装置I进行动作的情况下产生于电容器12以及半导体模块11的热，能利用在通风部IB通过的空气经由电容器收容部2a及散热器30散出，能够防止对安装在主电路基板1A及副电路基板1B上的电子零件产生热的影响。特别是，由于能够利用安装螺钉B使半导体模块11的散热面Ilb与散热器30的受热面30a紧密接触，因此能够利用散热器30期待较高的散热效果。
[0069]而且，在上述的电力转换装置I中，由于将引导构件20配置在设置于主电路基板1A及副电路基板1B的通孔1a内，因此固定安装螺钉B时的作业也极其容易。即，利用引导构件20将安装螺钉B引导到半导体模块11的螺钉固定部11a，因此安装螺钉B不会在中途脱落。此外，由于将引导构件20的内径设置为比安装螺钉B的沿轴向的长度小，因此也不会导致安装螺钉B在中途歪斜或朝向改变的那种事态。因而，只要将安装螺钉B及工具插入到引导构件20的内部，就能将安装螺钉B可靠地引导到散热器30的螺钉固定孔30c内，固定该安装螺钉B。
[0070]另外，在固定了安装螺钉B后，设置于引导构件20的止挡部23处于与主电路基板1A及副电路基板1B的表面抵接的状态。因此，能利用止挡部23对主电路基板1A及副电路基板1B进行支承，不会导致使电路基板10A、10B发生挠曲等的问题。此外，由于在引导构件20上设置有狭缝22，因此在将引导构件20贯穿到通孔1a内时，支承副电路基板1B的止挡部23不会成为引导构件20通过主电路基板1A的通孔1a时的障碍。[0071 ]另外，在上述的实施方式I中，将引导构件20设置在主电路基板1A及副电路基板1B两方上，但引导构件20不必一定设置在穿过多个电路基板10A、1B的部位。关于固定安装螺钉B的半导体模块11，也不必一定是IGBT，也可以是其它的发热电子零件。
[0072](实施方式2)
[0073]图9及图10表示本发明实施方式2的电力转换装置。在此例示的电力转换装置I’与实施方式I同样，用于将从商用电源供给的交流电压转换为期望的频率.振幅后供给到电动机等负载中，电力转换装置I’包括主体框体50。主体框体50形成为背面开口的长方体状，在内部借助钣金制的安装基板(连接对象)60配置有IGBT等半导体模块61以及多个电容器(电子零件)62。在本实施方式2中，特别例示的是包括构成为圆柱状的六个电容器(电解电容器)62的电力转换装置I’。在主体框体50的上表面及下表面分别设置有通风孔51，并且在主体框体50的内部设置有通风风扇52。在对通风风扇52进行了驱动的情况下，将外部的空气经过通风孔51导入到主体框体50的内部。另外，图10中的符号53是用于将在半导体模块61产生的热放出的散热器。
[0074]安装基板60是以与主体框体50的前表面平行的方式设置在主体框体50的内部的平板状构件。该安装基板60如图11及图12所示，在供电容器62安装的位置分别设置有安装孔60a，并且与各安装孔60a对应地分别设置有两个螺钉固定孔60b。安装孔60a是能供电容器62贯穿的圆形的缺口，沿左右方向各配置三个地配置两列。两个螺钉固定孔60b在安装孔60a的周围设置在彼此错开180°的位置。
[0075]电容器62在分别构成为圆柱状的电容器主体62a的一端面上包括正侧及负侧的两个端子62b、62c。各电容器62在电容器主体62a上卷绕有固定带63，并且各端子62b、62c与彼此不同的母线板(板构件)64、65连接。
[0076]固定带63如图13及图14所示，是构成为带状的金属制的圆环状构件，安装在电容器主体62a的周围。在固定带63上分别设置有两个螺钉固定部63a。螺钉固定部63a是设置为从电容器主体62a的周面突出的舌片状部分，沿与电容器主体62a的中心轴正交的方向延伸。在各螺钉固定部63a沿电容器主体62a的中心轴形成有螺钉通孔63b。
[0077]与一方的端子62b连接的母线板(以下在进行区分的情况下称为第一端子62b及第一母线板64)在与各电容器62对应的部位具有第一窗孔64a及第一通孔64b。第一窗孔64a是在将第一母线板64连接于电容器62的端子62b的情况下用于使电容器62的另一方的端子(以下在进行区分的情况下称为第二端子62c)露出在外部的缺口，以包含安装基板60的一方的螺钉固定孔60b的方式形成为矩形。第一通孔64b是在比电容器主体62a靠外周的部分形成在与安装基板60的另一方的螺钉固定孔60b对应的位置的圆形的开口。
[0078]与第二端子62c连接的母线板(以下在进行区分的情况下称为第二母线板65)在与各电容器62对应的部位具有第二窗孔65a及第二通孔65b。第二窗孔65a是在将第二母线板65连接于电容器62的第二端子62c的情况下用于使另一方的第一端子62b及第一通孔64b露出在外部的缺口，第二窗孔65a形成为矩形。第二通孔65b是在比电容器主体62a靠外周的部分形成在与安装基板60的螺钉固定孔60b对应的位置的圆形的开口。
[0079]在各母线板64、65的第一通孔64b及第二通孔65b内配置有引导构件70。引导构件70是具有中心孔70a的形成为圆筒状的绝缘性的树脂构件。在引导构件70的基端部的外周面上设置有止挡部71。止挡部71具有比通孔64b、65b的内径大的外径。各引导构件70以前端面与固定带63的螺钉固定部63a抵接，并且止挡部71与通孔64b、65b的开口周缘部抵接的状态配置在母线板64、65的通孔64b、65b内。引导构件70的内径设定为比所使用的安装螺钉B的沿轴向的长度小。
[0080]通过将电容器主体62a插入到安装基板60的安装孔60a内，将安装螺钉B经由固定带63的螺钉固定部63a固定在安装基板60的螺钉固定孔60b内，能将具有上述结构的电容器62借助安装基板60安装到主体框体50上。
[0081 ]在此，在实施方式2的电力转换装置I’中，在从各母线板64、65的通孔64b、65b到固定带63的螺钉固定部63a之间也配置有引导构件70。因而，在将安装螺钉B经由螺钉固定部63a固定到安装基板60的螺钉固定孔60b内时，安装螺钉B不可能在中途脱落，能使安装螺钉B的固定作业极其容易地进行。此外，由于将引导构件70的内径设定为比安装螺钉B的沿轴向的长度小，因此也不会导致安装螺钉B在中途歪斜或方向改变那样的事态。由此，只要将工具与安装螺钉B—起插入到引导构件70的内部，就能将安装螺钉B可靠地引导到安装基板60的螺钉固定孔60b内，固定该安装螺钉B。
[0082]另外，在上述的实施方式I及实施方式2中，作为引导构件，分别例示了构成为圆筒状的构件，但引导构件也可以构成为多边形的筒状。此外，只要能够防止安装螺钉B脱落到周围即可，也可以应用网眼状或格子状的引导构件。另外，作为引导构件，不必一定是独立的构件。例如也可以在半导体模块11的螺钉固定部Ila设置引导构件20，还可以在固定带63的螺钉固定部63a设置引导构件。
【主权项】
1.一种电力转换装置，在安装有电子零件的板构件上形成有通孔，使安装螺钉从所述板构件的通孔经由所述电子零件的螺钉固定部与连接对象连接，从而将所述电子零件与所述连接对象之间连接，其特征在于， 从所述板构件的通孔到所述电子零件的螺钉固定部之间设置有引导所述安装螺钉的引导构件。2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电子零件是安装在电路基板上，并且经由所述螺钉固定部对所述安装螺钉进行固定，从而与散热器连接的半导体模块， 从形成在所述电路基板上的通孔到所述半导体模块的螺钉固定部之间设置有所述引导构件。3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电子零件是在端子连接有母线板，并且在外周部卷绕有固定带，经由所述固定带的螺钉固定部对所述安装螺钉进行固定，从而与安装基板连接的电容器， 从形成在所述母线板上的通孔到所述固定带的螺钉固定部之间设置有所述引导构件。4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于， 所述引导构件形成为筒状，在前端面与所述电子零件的螺钉固定部抵接的状态下安装在所述板构件的通孔中。5.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于， 所述引导构件具有止挡部，在使前端面与所述电子零件的螺钉固定部抵接的情况下，所述止挡部与所述板构件的表面抵接。6.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于， 所述引导构件具有从基端部沿轴向形成的狭缝。7.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于， 所述引导构件具有比所述安装螺钉的沿轴向的长度小的内径。
【文档编号】H02M7/00GK105991043SQ201610140949
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】伊藤孝文, 山嵜高裕, 安达健人, 仲田敏幸
【申请人】富士电机株式会社