JP4998747B2

JP4998747B2 - 車載用電力制御装置

Info

Publication number: JP4998747B2
Application number: JP2008168960A
Authority: JP
Inventors: 一芳岸端
Original assignee: Kokusan Denki Co Ltd
Current assignee: Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: CN101616557A; JP2010010468A; CN101616557B; US8115289B2; US20090322149A1

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される電力制御装置に関するものである。

自動車等の車両には、パワー回路を有するパワー部と、少なくともパワー回路を制御する制御回路を備えた制御部と、電源コンデンサや、バッテリが逆接続された際に回路を保護するためのリレー等を含む大形部品を有する電源部とを備えた電力制御装置が搭載される。

本明細書において、パワー部は、整流回路やインバータ回路など、比較的大きな負荷電流が流れる電子部品により構成される回路（パワー回路）を備えた部分を意味する。制御部は、比較的小さい信号電流が流れる電子部品を備えて、少なくともパワー回路を制御する制御回路を備えた部分を意味する。また電源部は、パワー回路及び制御部の電源に関連する電源コンデンサやリレーなど、半導体部品に比べて大形の部品を備えた部分を意味する。

パワー部、制御部及び電源部のそれぞれの構成は、電力が供給される対象物により相違する。例えば、エンジンの始動時にスタータモータとして動作し、エンジンが始動した後は磁石発電機として動作するスタータジェネレータがエンジンに取付けられる場合には、エンジンの始動時にバッテリからスタータジェネレータに供給する電力を制御し、エンジンが始動した後はスタータジェネレータ側からバッテリに供給する充電用電力を制御する電力制御装置が設けられる。この電力制御装置においては、エンジンの始動時にバッテリからスタータジェネレータに駆動電流を供給し、エンジンの始動後はスタータジェネレータからバッテリに充電電流を供給する回路（パワー回路）によりパワー部が構成される。この場合、制御部は、少なくともパワー回路を制御する回路を備えるが、場合によっては、エンジンの点火装置や燃料噴射装置を制御する回路を更に備えることもある。この場合、電源コンデンサはバッテリの両端に接続される。またバッテリが逆に接続された場合に回路を保護するためのリレーが電源部に設けられることがある。

またレジャー用の車両においては、車両が停止しているときに、エンジンにより発電機を駆動して家電製品等の各種の負荷に商用電力を供給する電源装置を構成する場合がある。この場合には、発電機の交流出力を直流出力に変換するコンバータ回路と、該コンバータ回路の直流出力を商用周波数の交流出力に変換するインバータ回路とによりパワー部が構成される。この場合、制御部は、少なくとも、インバータ回路を制御する回路を備えるが、場合によっては、エンジンの点火装置や燃料噴射装置を制御する部分を含むことがある。

車載用の電力制御装置において、パワー部と制御部と電源部とにより構成される車載用電力制御装置全体をユニット化して一つにまとめることが必要とされることがある。パワー部と制御部とをユニット化した電子ユニットとして、特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１に示された電子ユニットでは、パワー部を構成する電子部品と制御部を構成する電子部品とを別々の回路基板に実装して、両回路基板の配線パターンの間をリジッドな（剛性を有する）接続ピンを介して接続した状態で両基板をケース内に収容し、ケース内全体に樹脂を充填して、ケース内に収容した部品全体を樹脂でモールドしている。
特開平６−４５５１８号公報

特許文献１に示されたユニットの構造を、パワー部と制御部と電源部とを有する車載用電力制御装置に適用する場合には、パワー部及び制御部を構成する部品とともに、電源部に設けられるコンデンサ等の大形の部品を収容するために、ケースとして大形のものを用意する必要がある。この場合、大形の部品の周囲には無駄なスペースが形成され、ケース内に樹脂を注型する際には、大形部品の周囲の無駄なスペースにも樹脂を充填する必要があるため、ケース内に注入する樹脂の量が多くなってコストが上昇するという問題が生じる。

電源コンデンサ等の大形の部品の周囲に無駄なスペースが形成されるのを防ぐために、大形の部品の外径に倣った形状のケースを用いることが考えられるが、このようなケースは形状が著しく複雑になるため、ケースを成型する金型が高価になり、製造コストの上昇を招く。

また特許文献１に示されたユニットのように、パワー部を構成する部品を実装した回路基板と制御部を構成する部品を実装した回路基板との間をリジッドな接続ピンで接続した場合には、接続ピンの熱膨張率がその周囲の樹脂の熱膨張率よりも小さいため、パワー部の温度が上昇した際に、回路基板の間に存在する樹脂の熱膨張により、接続ピンを回路基板から引く抜こうとする方向の力が回路基板に働く。そのため、発熱量が多いパワー部の温度変化に伴って、樹脂の温度の上昇及び低下が繰り返されると、接続ピンと回路基板との半田付け部に疲労が生じて該半田付け部が破損し、パワー部と制御部との間の電気的な接続を確保できなくなるおそれがある。

上記のような問題が生じないようにするため、パワー部を構成する部品を実装した回路基板と制御部を構成する部品を実装した回路基板との間をフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を介して接続することが考えられるが、ＦＰＣをモールド樹脂内に埋設すると、ＦＰＣとモールド樹脂との熱膨張係数の差によりＦＰＣの導体にひずみが生じ、モールド樹脂の冷熱サイクルが繰り返されると、ＦＰＣの導体が疲労して断線する等のトラブルが生じるおそれがある。

また特許文献１に示されたように、すべての構成部品を共通のケース内に収容した場合には、パワー部、制御部及び電源部の構成が一つでも変更されると、ケース全体を設計し直す必要があるため、不経済であった。特に電源部では、電源コンデンサの大きさが変更になったり、バッテリが逆接続された際に回路を保護するためのリレーが設けられたり、設けられなかったりすることがあるため、その構成が変更されることがしばしばあるが、従来の構成では、電源部の構成が変更されただけでも、部品を収容するケース全体の設計をし直す必要があり、設計変更に要するコストが高くなるという問題があった。

本発明の目的は、ケース内に注型する樹脂の量を増大させることなく、パワー部と制御部と電源部との一体化を図ることができる車載用電力制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、温度変化によりパワー部と制御部との間の電気的な接続が損なわれるおそれをなくした車載用電力制御装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、設計変更に要するコストの低減を図ることができるようにした車載用電力制御装置を提供することにある。

本発明は、パワー回路を有するパワー部と、少なくともパワー回路を制御する制御回路を備えた制御部と、電源コンデンサを含む大形部品を有する電源部とを備えた車載用電力制御装置を対象とする。

本発明においては、パワー部の構成部品を実装した第１の回路基板を第１のケース内に収容して構成したパワーユニットと、制御部の構成部品を実装した第２の回路基板を第２のケース内に収容して構成した制御ユニットと、電源部の大形部品を第３のケース内に収容して構成した電源ユニットとの３つのユニットが設けられる。第１のケース及び第２のケースにそれぞれ設けられた開口部同士が互いに突き合わされた状態で結合されることによりパワーユニットと制御ユニットとが機械的に結合される。また、第１のケースの側面に第３のケースを嵌合させるための嵌合部を有する側面開口部が設けられ、第３のケースは、大形部品を収容した部分を第１のケースの外側に位置させた状態で側面開口部に嵌合されて該側面開口部を閉じた状態で第１のケースに固定される。そして、第１のケース内及び第２のケース内にそれぞれ、パワー回路の構成部品を第１の回路基板とともに覆う第１の樹脂モールド部及び制御部の構成部品を第２の回路基板とともに覆う第２の樹脂モールド部が形成されるとともに、第３のケース内に電源部の大形部品の少なくとも導体部分を覆う第３の樹脂モールド部が形成される。パワーユニットと制御ユニットとの間は、フレキシブルでフラットな接続導体により電気的に接続されていて、該接続導体が第１の樹脂モールド部と第２の樹脂モールド部との間に形成されたスペースに折り曲げられた状態で収容される。

上記のように、大形の部品を有する電源部を別ユニットとして構成すると、パワーユニット及び制御ユニットのケースは小形の電子部品を実装した回路基板を収容する大きさを有していれば良く、大形の部品を収容することを考慮する必要がないため、パワーユニット及び制御ユニットのケースが大形になってケース内に無駄なスペースが生じるのを防ぐことができ、無駄なスペースを樹脂で充填するためにモールド樹脂の量が多くなるのを防ぐことができる。また電源ユニットに設ける第３の樹脂モールド部は、大形部品の少なくとも導体部分をモールドするように設ければよいため、該モールド部を形成するために必要な樹脂を節約することができる。従って、上記のように構成すると、全体として、モールド樹脂の量を少なくすることができ、コストの低減を図ることができる。

また上記のように、車載用電力制御装置をパワーユニットと制御ユニットと電源ユニットとに分けて、これらのユニットを機械的に結合することにより車載用電力制御装置を組立てるようにすると、ユニット同士の結合部の構成を規格化しておくことにより、一部のユニットで設計変更があった場合に、必要に応じて、変更があったユニットのケースのみを変更すれば良く、全ユニットのケースの設計変更をする必要がなくなるため、設計変更に要するコストの削減を図ることができる。特に電源ユニットにおいては、コンデンサの大きさが変更されたり、リレーが設けられたり設けられなかったりする変更がよく行われるが、電源ユニットのケースとパワーユニットのケースの側面開口部との嵌合部の寸法及び嵌合構造を規格化しておくことにより、パワーユニット及び制御ユニットに何ら変更を加えることなく、電源ユニットの変更に対処することができる。

また上記のように、パワーユニットと制御ユニットとの間を、フレキシブルでフラットな接続導体により電気的に接続し、該接続導体を、パワーユニットの樹脂モールド部と制御ユニットの樹脂モールド部との間のスペースに収容するようにすると、パワーユニットの冷熱サイクルによりモールド樹脂が膨張と収縮とを繰り返しても、接続導体にひずみが生じることがないため、パワーユニットと制御ユニットとの間の電気的な接続が損なわれるおそれを無くすことができる。

本発明の好ましい態様では、上記第３の樹脂モールド部が、大形部品の導体部分を隠すために必要な部分のみを覆うように設けられていて、大形部品の本体の少なくとも一部は第３の樹脂モールド部から外部に露呈された状態とされる。

本発明の好ましい態様では、上記接続導体の導体の一端及び他端がそれぞれ第１の回路基板に設けられたランド及び第２の回路基板に設けられたランドに半田付けされ、接続導体の第１の回路基板側の端部及び第２の回路基板側の端部がそれぞれ、第１の回路基板に固定された押え板及び第２の回路基板に固定された押え板により、第１の回路基板及び第２の回路基板に対して押えつけられている。

上記のように接続導体と回路基板との接続をコネクタによるのではなく、半田付けにより行うとともに、接続導体の第１の回路基板側の端部及び第２の回路基板側の端部をそれぞれ、第１の回路基板に固定された押え板及び第２の回路基板に固定された押え板により、第１の回路基板及び第２の回路基板に対して押えつけるようにすると、車載用電力制御装置を組立てる際に、接続導体に引っ張り力が作用した場合に、接続導体が第１の回路基板及び第２の回路基板から切り離されるおそれを無くすことができる。

上記第１の押え板及び第２の押え板の第１の回路基板及び第２の回路基板に対する固定はそれぞれ、第１の押え板及び第２の押え板を第１の回路基板に設けられたランド及び第２の回路基板に設けられたランドに半田付けすることにより行うのが好ましい。

上記のように、第１の押え板及び第２の押え板をそれぞれ第１の回路基板に設けられたランド及び第２の回路基板に設けられたランドに半田付けすることにより、第１の回路基板及び第２の回路基板に対して固定するようにすると、第１の押え板及び第２の押え板の固定をネジやリベットを用いることなく行うことができるため、部品点数の削減を図って、コストの上昇を抑えることができる。

本発明の好ましい態様では、パワーユニットに設ける第１の回路基板が、アルミニウム等の金属をベースとした回路基板からなっていて、該回路基板が第１のケースの底壁部に熱的に結合された状態で（回路基板から第１のケースの底壁部に熱伝導が行われる状態で）配置され、第１のケースの底壁部の外面に放熱フィンが設けられる。

上記のように構成すると、パワー回路からの放熱を効率よく行わせることができるため、パワーユニットの温度上昇を抑制することができる。

本発明によれば、車載用電力制御装置を、パワーユニットと制御ユニットと電源ユニットとの３つのユニットに分けて、これらのユニットを結合する構造としたので、パワーユニット及び制御ユニットのケースは、電源部の大形部品を収容することを考慮せずに、必要最小限の大きさとすることができ、ユニットのケース内に無駄なスペースが形成されるのを防いで、樹脂モールド部を形成するために必要な樹脂の量を節約することができる。また電源ユニットでは、大形部品の少なくとも導体部分をモールドすればよいため、装置全体として、モールド樹脂の量を少なくすることができ、コストの低減を図ることができる。

本発明によれば、車載用電力制御装置をパワーユニットと制御ユニットと電源ユニットとに分けて、これらのユニットを機械的に結合することにより車載用電力制御装置を組立てるようにしたので、ユニット同士の結合部の構成を規格化しておくことにより、一部のユニットで設計変更があった場合に、必要に応じて、変更があったユニットのケースのみを変更すれば良く、全ユニットのケースの設計変更をする必要性を無くして、設計変更に要するコストの削減を図ることができる。特に電源ユニットにおいては、コンデンサの大きさが変更されたり、リレーが設けられたり設けられなかったりする変更がよく行われるが、電源ユニットのケースとパワーユニットのケースの側面開口部との嵌合部の寸法及び嵌合構造を規格化しておくことにより、パワーユニット及び制御ユニットに何ら変更を加えることなく、電源ユニットの変更に対処することができる。

また本発明では、パワーユニットと制御ユニットとの間を、フレキシブルでフラットな接続導体により電気的に接続し、該接続導体を、パワーユニットの樹脂モールド部と制御ユニットの樹脂モールド部との間のスペースに収容するようにしたので、パワーユニットの冷熱サイクルによりモールド樹脂が膨張と収縮とを繰り返した際に、接続導体にひずみが生じることのを防ぐことができ、パワーユニットと制御ユニットとの間の電気的な接続が損なわれるおそれを無くすことができる。

本発明において、接続導体の芯線の一端及び他端をそれぞれ第１の回路基板に設けられたランド及び第２の回路基板に設けられたランドに半田付けし、接続導体の第１の回路基板側の端部及び第２の回路基板側の端部をそれぞれ、第１の回路基板に固定された押え板及び第２の回路基板に固定された押え板により、第１の回路基板及び第２の回路基板に対して押えつけた場合には、車載用電力制御装置を組立る過程で、接続導体に引っ張り力が作用した場合に、接続導体が第１の回路基板及び第２の回路基板から切り離されるおそれを無くすことができ、製品の歩留まりを向上させることができる。

本発明において、上記押え板を回路基板のランドに半田付けするようにした場合には、ネジやリベット等の締結具を用いることなく、押え板を回路基板に固定することができるため、部品点数の削減を図り、車載用電力制御装置の組立工数を削減して、製造コストの低減を図ることができる。

本発明において、パワーユニットに設ける第１の回路基板として、金属をベースとした回路基板を用いて、該回路基板を第１のケースの底壁部に熱的に結合した状態で配置し、第１のケースの底壁部の外面に放熱フィンを設けた場合には、パワー回路からの放熱を効率よく行わせることができるため、パワーユニットの温度上昇を抑制することができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１ないし図１０は本発明の好ましい実施形態の一例を示したもので、図１は樹脂が注型される前の状態にあるパワーユニット及び制御ユニットと、パワーユニットに結合され電源ユニットとを示した斜視図、図２はパワーユニットの構造を示す分解斜視図、図３は電源ユニットの構造を示す分解斜視図、図４は制御ユニットの構造を示した分解斜視図である。図５はパワーユニットと制御ユニットとの間を接続する接続導体と回路基板との接続部の構造を示す要部の拡大上面図、図６は同接続部の断面図、図７はパワーユニット、制御ユニット及び電源ユニットのケース内にモールド樹脂を注入する際の状態を示した斜視図、図８はケース内に樹脂が注入されて硬化された状態にあるパワーユニット、制御ユニット及び電源ユニットを示した斜視図である。また図９は制御ユニットのケースの開口部をパワーユニットのケースの開口部に突き合わせて両ケースを結合する過程を説明するための斜視図、図１０は制御ユニットのケースの開口部とパワーユニットのケースの開口部との結合を完了した状態を示す斜視図、

本発明は、電力の供給を制御するために大きい電流が流れるパワー回路を有するパワー部と、少なくともパワー回路を制御する制御回路を備えた制御部と、電源コンデンサを含む大形部品を有する電源部とを備えた車載用電力制御装置に広く適用することができる。本実施形態では、一例として、エンジンに取り付けられたスタータジェネレータとバッテリとの間に設けられて、エンジンの始動時にスタータジェネレータをブラシレスモータとして駆動してエンジンのクランキングを行わせ、エンジンが始動した後は、スタータジェネレータをジェネレータとして運転してその出力でバッテリを充電するようにスタータジェネレータを制御する場合を例にとって、本発明に係わる車載用電力制御装置の構成例を説明する。

なおスタータジェネレータは、例えばエンジンのクランク軸に取り付けられた磁石回転子と、多相の電機子コイルを有する固定子と、各相の電機子コイルに対して設定された検出位置で該検出位置を通過する磁石回転子の磁極の極性を検出するホールセンサとを備えた回転電機で、既に公知である。この回転電機は、ホールセンサにより検出された回転子の回転角度位置に応じて所定の相の電機子コイルに駆動電流が流れるように駆動されたときにブラシレスモータとして動作してエンジンのクランク軸を回転させ、エンジンが始動した後は、磁石発電機として動作して、電機子コイルに多相の交流電圧を誘起する。本実施形態では、スタータジェネレータが三相の電機子コイルを有しているとする。

図１において、１は車載用電力制御装置で、本発明においては、電力制御装置１が、パワーユニット２と、制御ユニット３と、電源ユニット４との３つのユニットに分けられている。

パワーユニット２は、インバータ回路等のパワー回路を有するパワー部の構成部品２００を実装した第１の回路基板２０１と、この第１の回路基板２０１を収容した扁平な（長さ及び幅寸法に比べて高さ寸法が小さい）直方体状の第１のケース２０２と、第１のケース２０２に取付けられたコネクタ２０３とを備えている。

図２に示されているように、第１のケース２０２は、アルミニウムからなっていて、長方形状の底壁部２０２ａと、底壁部２０２ａの２つの長辺に沿って設けられた２つの側壁部２０２ｂ及び２０２ｃと、底壁部２０２ａの２つの短辺に沿って設けられた２つの側壁部２０２ｄ及び２０２ｅとを有し、側壁部２０２ｂないし２０２ｅの底壁部２０２ａと反対側の端部には、一方向（図１において上方）に開口した第１の主開口部２０２Ａが形成されている。また底壁部２０２ａの一方の長辺に沿う側壁部２０２ｂを貫通して、第１の主開口部２０２Ａの開口方向と直角な方向に開口した側面開口部２０２Ｂが設けられ、側面開口部２０２Ｂが設けられた側壁部２０２ｂに相対する側壁部２０２ｃ及び底壁部２０２ａの一方の短辺に沿う側壁部２０２ｄにはそれぞれ、コネクタ取付け用開口部２０２Ｃ及び２０２Ｄが設けられている。側面開口部２０２Ｂ及びコネクタ取付け用開口部２０２Ｃ，２０２Ｄは、ケース２０２の側壁をＵ字形に切り欠いた形状に形成されている。側面開口部２０２Ｂは、電源ユニット４のケースを嵌合させるために用いられる。第１のケース２０２の４つのコーナ部の内側には、ネジ穴２０２ｆが形成されたボス部が形成されている。第１のケース２０２のコネクタ取付け用開口部２０２Ｄの内側には、後記する制御ユニットに取付けられたコネクタを受け止めるためのアダプタ２０４が嵌合されて適宜の手段によりケース２０２に対して固定され、このアダプタ２０４により開口部２０２Ｄが閉じられるようになっている。アダプタ２０４は受け止めるコネクタの形状及び寸法に応じて複数種類用意されており、受け止めるコネクタの形状に応じて、適宜交換し得るようになっている。ケース２０２の底壁部２０２ａの外面には多数の放熱フィン２０２ｇが形成されている。

パワー回路を有するパワー部の構成部品２００を実装した第１の回路基板２０１は、銅やアルミニウム等の金属をベースとした矩形状の回路基板からなっている。第１の回路基板２０１は、第１のケース２０２の底壁部２０２ａに熱的に結合された状態で配置されて、図示しないネジにより底壁部２０２ａに固定される。

コネクタ２０３は、エンジンに取り付けられたスタータジェネレータの三相の電機子コイルをパワー回路に接続するために設けられている。コネクタ２０３は、そのハウジングの両端に設けられた溝部に、第１のケース２０２のコネクタ取付用開口部２０２Ｃの縁部を嵌合させた状態で第１のケースに固定されている。コネクタ２０３には、スタータジェネレータの電機子コイルにつながる電線が接続された図示しないコネクタが差し込まれる。コネクタ２０３には三相の電機子コイルが接続される３本の銅の帯板からなるバスバー２０３ｕないし２０３ｗが設けられ、バスバー２０３ｕないし２０３ｗは第１の回路基板２０１に設けられたパッド（電極）２０１ｕないし２０１ｗに半田付けされている。なおバッテリは、電源ユニット４の下面に設けられた端子部（図示せず。）に電線を通して接続される。

第１の回路基板２０１に実装された電子部品により構成されるパワー回路は、エンジンの始動時にスタータジェネレータをスタータモータ（ブラシレスモータ）として駆動する際にバッテリを電源としてスタータジェネレータの三相の電機子コイルに電流を流すインバータ回路や、エンジンが始動した後にスタータジェネレータをジェネレータとして運転する際に該ジェネレータの交流出力を整流する整流回路や、インバータ回路を構成するＦＥＴ等のスイッチ素子に駆動信号を与えるドライバ回路や、制御ユニット３に設けられるマイクロプロセッサ等の構成部品に電源電圧を与える定電圧回路などである。

制御ユニット３は、図４に示すように、マイクロプロセッサなどの制御部の構成部品３００を実装した第２の回路基板３０１と、第２の回路基板３０１を収容した扁平な直方体状の第２のケース３０２と、第２の回路基板３０１に端子群３０３ａが半田付けされたコネクタ３０３とを備えている。コネクタ３０３には、各種のセンサにつながるワイヤハーネスに取り付けられた図示しないコネクタが差し込まれ、コネクタ３０３を通して制御部に制御に必要な各種の信号が与えられる。

第２のケース３０２は、第１のケース２０２と同様にアルミニウムからなっていて、長方形状の底壁部３０２ａと、底壁部３０２ａの２つの長辺に沿って設けられた２つの側壁部３０２ｂ及び３０２ｃと、底壁部３０２ａの２つの短辺に沿って設けられた２つの側壁部３０２ｄ及び３０２ｅとを有し、側壁部３０２ｂないし３０２ｅの底壁部３０２ａと反対側の端部には、一方向（図１において上方）に開口した第２の主開口部３０２Ａが形成されている。また第２のケースの長手方向の一端に設けられた側壁部３０２ｄには、コネクタ３０３の一部を嵌合させる開口部３０２Ｄが形成されている。第２のケース３０２の四隅には、第２のケース３０２を第１のケース２０１に締結するために用いられるネジを貫通させるネジ通し孔３０２ｆが、第１のケース２０２の四隅のネジ孔２０２ｆに整合し得る状態で設けられている。第２のケース３０２の開口部３０２Ａには、第１のケース２０２の開口部２０２Ａの内側に嵌合する嵌合部３０２A1が形成されている。第２のケース３０２の四隅の外面には、Ｃ字形の取付け孔を備えたブラケット３０２ｈが形成されている。これらのブラケットは本実施形態の電力制御装置を車両に取り付ける際に用いられる。

制御部を構成する電子部品３００を実装し、コネクタ３０３が取り付けられた第２の回路基板３０１は、コネクタ３０３を第２のケース３０２の開口部３０２Ｄに嵌合させた状態で第２のケース３０２内に挿入されている。

図３を参照すると、電源ユニット４の構成が示されている。電源ユニット４は、樹脂の成型品からなっていて、本体部分４０２ａがほぼ直方体状を呈する第３のケース４０２を備えている。第３のケース４０２は、上方に開口した２つの凹部４０２ｂ及び４０２ｃを有していて、凹部４０２ｂ内に、パワー回路の構成部品や制御部の構成部品に比べて大形の部品である電源コンデンサ４０３が収容され、凹部４０２ｃ内に、同じく大形の部品であるリレー４０４が収容されている。リレー４０４は、バッテリが誤って逆向きに接続された際にパワー回路を保護する働きをする。第３のケース４０２の本体部分４０２ａの長手の両端には、第１のケース２０２の側面開口部２０２Ｂの縁部を嵌合させる溝部４０２ｄ，４０２ｄが形成されている。

第３のケース４０２は、その溝４０２ｄ，４０２ｄに第１のケースの側面開口部２０２Ｂの縁部を挿入して、大形部品を収容した部分を第１のケース２０２の外側に位置させた状態で側面開口部２０２Ｂに嵌合されることにより、第１のケース２０２の側面開口部２０２Ｂを閉じた状態で、該第１のケース２０２に機械的に結合される。

第３のケース４０２の本体部分４０２ａの長手方向の両端の下部には、該第３のケースが第１のケース側の側面開口部に嵌合されて取付けられた際に、第１のケース２０２内に突出した状態で配置されるブラケット４０２ｅ，４０２ｅが設けられ、これらのブラケットがネジ４０６，４０６（図１参照）により第１のケース２０２の底壁部に締結されることにより、第３のケース４０２が第１のケース２０２に固定される。

第３のケース４０２には、電源ユニット４をパワーユニット２に電気的に接続するために第１のケース２０２内に突出した状態で配置されるバスバー４０５ｐ，４０５ｑ，４０５ｒの基端部がモールドされ、これらのバスバーが第１のケース２０２内で、第１の回路基板２０１に設けられたパッド２０１ｐ，２０２ｑ，２０１ｒに接続される。また第３のケース４０２の一方のブラケット４０２ｅの部分に電源ユニットのアース回路につながるアース端子金具４０２ｆがモールドされ、このアース端子金具は、第１の回路基板に設けられたパッド２０１ｈに接続される。

本実施形態では、第３のケース４０２と第１のケース２０２の側面開口部２０２Ｂとの嵌合部の構造が規格化され、第１のケース２０２及び第３のケース４０２の形状及び大きさが変更されても、第３のケース４０２と第１のケース２０２の側面開口部２０２Ｂとの嵌合部の構造及び寸法は変わらないようにしている。例えば、リレー４０４が省略されてコンデンサ４０３のみが電源部に設けら得る場合には、凹部４０２ｃが設けられないが、この場合でも、第３のケース４０２と第１のケース２０２の側面開口部２０２Ｂとの嵌合部の構造は変更しないようにする。

パワーユニット２と制御ユニット３との間は、フレキシブルでフラットな接続導体５により電気的に接続される。接続導体５としては、フラットな導体を柔軟性を有する絶縁被覆で被覆したフラットケーブルや、フレキシブル基板の片面または両面に導体パターンを形成したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を用いることができる。

本実施形態では、片面に多数の帯状の導体パターンが平行に形成され、他面にベタパターンが形成された両面ＦＰＣを接続導体５として用いている。接続導体５の両端の片面には、複数の帯状導体パターンにそれぞれつながる複数の端子パターンが形成され、接続導体５の一端側の各端子パターンはパワーユニットの第１の回路基板２０１に設けられランドに、また他端側の各端子パターンは制御ユニットの第２の回路基板３０１に設けられたランドに半田付けされる。また本実施形態では、装置の組立の際に接続導体５に引っ張り力が作用した際に接続導体と各回路基板との半田付け部が剥離するのを防ぐため、接続導体５と第１の回路基板２０１との接続部及び接続導体５と第２の回路基板３０１との接続部で接続導体５を第１の回路基板２０１及び第２の回路基板３０１に対して押さえつける押え板が設けられている。

図５及び図６は、接続導体５と第１の回路基板２０１との接続部の構成例を示したものである。この例では、接続導体５の第１の回路基板２０１側の端部に浅いコの字形の切り欠き５ａが形成され、切り欠き５ａの両側の部分にそれぞれ形成された接続導体の耳部５ｂ，５ｂに設けられた孔に第１の回路基板２０１に固定された位置決めピン６，６が嵌合されている。これらの位置決めピンにより、接続導体５の片面に設けられた複数の導体にそれぞれつながる一連の端子パターン５０１が、回路基板２０１に設けられた複数のランド２０１ｉに対して位置決めされ、各端子パターン５０１は、対応するランド２０１ｉに半田付けされている。

接続導体５の端部の他面側には、該接続導体の他面に形成されたベタパターンにつながる帯状の端子パターン５０２が設けられ、この端子パターン５０２の上に銅板からなるＣ字形の押え板７が当接されている。押え板７の両端に設けられた耳部７ｂ，７ｂに形成された孔に位置決めピン６，６が嵌合され、これらの位置決めピンにより、押え板７が端子パターン５０２に対して位置決めされている。即ち、位置決めピン６，６は接続導体５の位置決めをする手段と、押え板７の位置決めをする手段とを兼ねている。そして、押え板７の両端の下面が回路基板２０１に形成されたアースランド２０１ｊ，２０１ｊに半田付けされることにより、押え板７が回路基板２０１に固定され、押え板７により、接続導体５の端部が回路基板２０１に対して押さえつけられている。アースランド２０１ｊ，２０１ｊは回路基板２０１のアースパターンに接続され、接続導体５の他面に形成されたベタパターンが端子パターン５０２と押え板７とアースランド２０１ｊ，２０１ｊとを通して回路基板２０１のアースパターンに電気的に接続されている。押え板７の接続導体５側の端部には、湾曲した立ち上がり部７ａが形成され、接続導体５に引っ張り力が作用した際に、接続導体５が押え板７により極端に曲げられることがないように配慮されている。接続導体５と制御ユニットの回路基板３０１との接続部も上記と同様に構成されている。

上記のようにしてパワーユニット２と制御ユニット３との間をフレキシブルな接続導体５により接続した後、図７に示したように、パワーユニット２のケース２０２内と、制御ユニット３のケース３０２内と、電源ユニット４のケース４０２の凹部４０２ｂ，４０２ｃ内とにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を注型することにより、パワー回路の構成部品２００を第１の回路基板２０１とともにモールドした第１の樹脂モールド部８ａと、制御部の構成部品３００を第２の回路基板３０１とともにモールドした第２の樹脂モールド部８ｂと、電源部の大形部品の少なくとも導体部分をモールドした第３の樹脂モールド部８ｃとを形成する。これらの樹脂モールド部の形成は、図８に矢印で示したように３つのユニット２ないし４を配置した状態で上方から各ユニットのケース内に同時に樹脂８を注入することにより能率良く行うことができる。

第１の樹脂モールド部８ａは、パワー回路の構成部品２００と第１の回路基板２０１とを完全に覆うように設けられ、第２の樹脂モールド部８ｂは、制御部の構成部品３００と第２の回路基板３０１とを完全に覆うように設けられるが、第３の樹脂モールド部８ｃは、大形部品４０３，４０４の導体部分を隠すために必要な部分のみを覆うように設けられ、大形部品４０３，４０４の本体の少なくとも一部は第３の樹脂モールド部から外部に露呈されている。

上記のようにして各ケース内に樹脂モールド部を形成した後、図８ないし図１０に示すように、制御ユニット３を裏返しにして、接続導体５を二つ折りにし、制御ユニットの第２のケース３０２の開口部３０２Ａをパワーユニットの第１のケース２０２の開口部２０２Ａに突き合わせて、第２のケース３０２の開口部に設けられた嵌合部３０２A1を第１のケース２０２の開口部に嵌合させるとともに、コネクタ３０３を第１のケース２０２に取付けられているアダプタ２０４に嵌合させる。このように第１のケース２０２を第２のケース３０２に突き合わせた際に、第１のケース２０２内及び第２のケース３０２内が密閉されるように、第１のケースと第２のケースとの突き合わせ部が構成されている。また制御ユニット３を裏返しにして、第２のケース３０２の開口部３０２Ａを第１のケース２０２の開口部２０２Ａに突き合わせた際に、第１の樹脂モールド部８ａと第２の樹脂モールド部８ｂとの間に、二つ折りにされた接続導体５を収容するために必要なスペースが形成されるように、第１のケース２０２及び第２のケース３０２の深さが設定されている。

次いで、図９及び図１０に示すように、第２のケース３０２に設けられたネジ通し孔３０２ｆを貫通させたネジ９を第１のケース２０２のネジ穴２０２ｆにねじ込むことにより、第２のケース３０２を第１のケース２０２に締結して車載用電力制御装置１を完成する。

本実施形態の車載用電力制御装置では、装置をパワーユニット２と制御ユニット３と電源ユニット４との３つのユニットに分けて、これらのユニットを結合する構造としたので、パワーユニット２及び制御ユニット３のケースは、電源部の大形部品を収容することを考慮せずに、必要最小限の大きさとすることができ、ユニットのケース２０２，３０２内に無駄なスペースが形成されるのを防いで、ケース内に充填する樹脂の量を少なくすることができる。また電源ユニット４では、大形部品の導体部分を隠すために必要な部分のみをモールドするように樹脂モールド部を形成するので、装置全体として、モールド樹脂の量を少なくすることができ、コストの低減を図ることができる。

上記の実施形態のように、車載用電力制御装置をパワーユニット２と制御ユニット３と電源ユニット４とに分けて、これらのユニットを機械的に結合することにより車載用電力制御装置を組立てるようにすると、ユニット同士の結合部の構成を規格化しておくことにより、一部のユニットで設計変更があった場合に、必要に応じて、変更があったユニットのケースのみを変更すれば良いため、全ユニットのケースの設計変更をする必要性を無くして、設計変更に要するコストの削減を図ることができる。

特に電源ユニット４においては、コンデンサ４０３の大きさが変更されたり、リレー４０４が設けられたり設けられなかったりする変更がよく行われる。この場合、電源ユニット４のケース４０２とパワーユニットのケース２０２の側面開口部との嵌合部の寸法及び嵌合構造を規格化しておくことにより、パワーユニット２及び制御ユニット３に何ら変更を加えることなく、電源ユニット４の変更に対処することができる。

上記の実施形態のように、パワーユニット２と制御ユニット３との間を、フレキシブルでフラットな接続導体５により電気的に接続し、接続導体５を、パワーユニットの樹脂モールド部と制御ユニットの樹脂モールド部との間のスペースに収容するようにしておくと、パワーユニット２の冷熱サイクルによりモールド樹脂８ａが膨張と収縮とを繰り返した際に、接続導体にひずみが生じるのを防ぐことができるため、パワーユニット２と制御ユニット３との間の電気的な接続が損なわれる状態が生じるのを防ぐことができる。

上記の実施形態のように、接続導体５の導体の一端及び他端をそれぞれ第１の回路基板に設けられたランド及び第２の回路基板に設けられたランドに半田付けにより接続し、接続導体の第１の回路基板側の端部及び第２の回路基板側の端部をそれぞれ、第１の回路基板に固定された押え板７及び第２の回路基板に固定された押え板７により、第１の回路基板及び第２の回路基板に対して押えつけた場合には、車載用電力制御装置を組立る過程で、接続導体に引っ張り力が作用した場合に、接続導体が第１の回路基板２０１及び第２の回路基板３０１から切り離されるおそれを無くすことができる。

上記の実施形態のように、押え板７を回路基板のランドに半田付けするようにした場合には、ネジやリベット等の締結具を用いることなく、押え板を回路基板に固定することができるため、部品点数の削減を図り、車載用電力制御装置の組立工数を削減して、製造コストの低減を図ることができる。しかしながら、本発明はこのように押え板を回路基板に半田付けする場合に限定されるものではなく、押え板は回路基板にネジ止めするようにしても良い。

本発明の一実施形態において、樹脂が注型される前の状態にあるパワーユニット及び制御ユニットと、パワーユニットに結合され電源ユニットとを示した斜視図である。本発明の実施形態で用いるパワーユニットの構造を示す分解斜視図である。本発明の実施形態で用いる電源ユニットの構造を示す分解斜視図である。本発明の実施形態で用いる制御ユニットの構造を示した分解斜視図である。本発明の実施形態に係わるパワーユニットと制御ユニットとの間を接続する接続導体と回路基板の接続部の構造を示す要部の拡大上面図である。本発明の実施形態で用いる接続導体と回路基板との接続部の断面図である。本発明の実施形態に係わる車載用電力制御装置を組立てる過程で、パワーユニット、制御ユニット及び電源ユニットのケース内にモールド樹脂を注入する際の状態を示した斜視図である。本発明の実施形態に係わる車載用電力制御装置を組立てる過程で、ケース内に樹脂が注入されて硬化された状態にあるパワーユニット、制御ユニット及び電源ユニットを示した斜視図である。本発明の実施形態に係わる車載用電力制御装置を組立てる過程で、制御ユニットのケースの開口部をパワーユニットのケースの開口部に突き合わせて両ケースを結合する際の状態を示した斜視図である。本発明の実施形態に係わる車載用電力制御装置を組立てる過程で、制御ユニットのケースの開口部とパワーユニットのケースの開口部との結合を完了した状態を示す斜視図である。

符号の説明

１車載用電力制御装置
２パワーユニット
３制御ユニット
４電源ユニット
２００パワー回路の構成部品
２０１第１の回路基板
２０２第１のケース
２０２Ａ開口部
２０２Ｂ側面開口部
３００制御部の構成部品
３０１第２の回路基板
３０２第２のケース
４０２第３のケース
４０３電源コンデンサ（大形部品）
４０４リレー（大形部品）
５接続導体
７押え板

Claims

パワー回路を有するパワー部と、少なくとも前記パワー回路を制御する制御回路を備えた制御部と、電源コンデンサを含む大形部品を有する電源部とを備えた車載用電力制御装置であって、
前記パワー部の構成部品を実装した第１の回路基板を第１のケース内に収容して構成したパワーユニットと、前記制御部の構成部品を実装した第２の回路基板を第２のケース内に収容して構成した制御ユニットと、前記電源部の大形部品を第３のケース内に収容して構成した電源ユニットとの３つのユニットが設けられ、
前記第１のケース及び第２のケースにそれぞれ設けられた開口部同士が互いに突き合わされた状態で結合されることにより前記パワーユニットと制御ユニットとが機械的に結合され、
前記第１のケースの側面に前記第３のケースを嵌合させるための嵌合部を有する側面開口部が設けられ、
前記第３のケースは、前記大形部品を収容した部分を前記第１のケースの外側に位置させた状態で前記側面開口部に嵌合されて該側面開口部を閉じた状態で前記第１のケースに固定され、
前記第１のケース内及び第２のケース内にそれぞれ前記パワー回路の構成部品を前記第１の回路基板とともに覆う第１の樹脂モールド部及び前記制御部の構成部品を前記第２の回路基板とともに覆う第２の樹脂モールド部が形成されるとともに、前記第３のケース内に前記電源部の大形部品の少なくとも導体部分を覆う第３の樹脂モールド部が形成され、
前記パワーユニットと制御ユニットとの間は、フレキシブルでフラットな接続導体により電気的に接続されていて、該接続導体が前記第１の樹脂モールド部と第２の樹脂モールド部との間に形成されたスペースに折り曲げられた状態で収容されている車載用電力制御装置。
前記第３の樹脂モールド部は、前記大形部品の導体部分を隠すために必要な部分のみを覆うように設けられていて、前記大形部品の本体の少なくとも一部は前記第３の樹脂モールド部から外部に露呈されている請求項１に記載の車載用電力制御装置。
前記接続導体の導体の一端及び他端はそれぞれ前記第１の回路基板に設けられたランド及び第２の回路基板に設けられたランドに半田付けされ、
前記接続導体の前記第１の回路基板側の端部及び第２の回路基板側の端部はそれぞれ、前記第１の回路基板に固定された押え板及び第２の回路基板に固定された押え板により、前記第１の回路基板及び第２の回路基板に対して押えつけられている請求項１または２に記載の車載用電力制御装置。
前記第１の回路基板に固定された押え板及び第２の回路基板に固定された押え板はそれぞれ、前記第１の回路基板に設けられたランド及び第２の回路基板に設けられたランドに半田付けされて、前記第１の回路基板及び第２の回路基板に対して固定されている請求項３に記載の車載用電力制御装置。
前記第１の回路基板は金属をベースとした回路基板からなっていて、前記第１のケースの底壁部に熱的に結合された状態で配置され、
前記第１のケースの底壁部の外面には、放熱フィンが設けられている請求項１ないし４の何れか一つに記載の車載用電力制御装置。