JP5580789B2

JP5580789B2 - Power converter

Info

Publication number: JP5580789B2
Application number: JP2011154654A
Authority: JP
Inventors: 和高立松; 正幸竹中; 純司鶴岡; 圭太六浦
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: JP2013021855A

Description

本発明は、モータジェネレータと伝達ギヤとを有するトランスアクスルに搭載された電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device mounted on a transaxle having a motor generator and a transmission gear.

環境に優しい自動車として、バッテリの電力によって走行する電気自動車やエンジンの駆動力とバッテリの電力によって走行するハイブリッド自動車が知られている。このような車両に搭載される電力変換装置は、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）とも呼ばれ、バッテリの直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータに駆動電力を供給するために、バッテリの電力を制御するインバータ、昇圧コンバータなどを内蔵している。 As environmentally friendly vehicles, electric vehicles that run on battery power and hybrid vehicles that run on engine driving power and battery power are known. Such a power conversion device mounted on a vehicle, also called a power control unit (PCU), controls the power of the battery to convert the direct current power of the battery into alternating current power and supply driving power to the motor generator. Built-in inverter, boost converter and so on.

近年、ハイブリッド自動車の普及に伴い、電力変換装置の小型化の一環として、専用の取付け台を用いることなく、電力変換装置をトランスアクスルの上部、側面部などに直接取り付けることが検討されている。このため、電力変換装置を構成する部材であるケーブル、配線、基板、電子部品及び構造部材には、トランスアクスルからの強い振動が加わるようになり、振動対策が必要となっている。この振動対策は、大電流が流れるパワーモジュールとドライブ回路などのバスバだけでなく、パワーモジュールからドライブ基板に延びるトランジスタの駆動ピン、バッテリやモータジェネレータと電力変換装置とを接続するコネクタなどに及ぶことになる。 In recent years, with the spread of hybrid vehicles, as part of the miniaturization of power conversion devices, it has been studied to directly attach the power conversion device to the upper part, side surface, etc. of the transaxle without using a dedicated mounting base. For this reason, strong vibrations from the transaxle are applied to cables, wirings, boards, electronic components, and structural members, which are members constituting the power conversion device, and measures against vibration are required. This anti-vibration measure extends not only to power modules and bus circuits such as drive circuits that carry large currents, but also to transistor drive pins that extend from the power modules to the drive board, connectors that connect batteries, motor generators, and power converters. become.

そこで、特許文献１には、省スペースでありながら、強度、特に耐振性が高い電力変換装置（インバータ装置）に関する技術が開示されている。図１１は、従来構成のインバータ装置１００の断面図を示している。インバータ装置１００は、カバー１０２によって覆われ、ベース１０１上に配置された駆動回路及びカバー１０２の外に一部露出したＵ相端子１０５を有し、Ｕ相端子１０５からドライブボード１１２まで延びるバスバ１３４で接続され、ドライブボード１１２とＩＭＳボード１１１は導電性のスペーサ１３３によって保持されている。これらのボードは、インバータ出力段が搭載されＩＭＳボード１１１を形成する絶縁金属基板１１３と、絶縁金属基板１１３の主面に接合され、かつ、インバータ出力段に電気的に接続された導電性のスタッド１３１Ｕであって、裏面がスタッド１３１に接合されることによってスタッド１３１とで支持され、これらのスタッド１３１とスペーサ１３３はインバータ出力段に接続される回路が主面に形成されたプリント配線基板であるドライブボード１１２と、接続されている。 Therefore, Patent Document 1 discloses a technology related to a power conversion device (inverter device) that is space-saving and has high strength, particularly high vibration resistance. FIG. 11 is a cross-sectional view of an inverter device 100 having a conventional configuration. The inverter device 100 is covered with a cover 102 and has a drive circuit disposed on the base 101 and a U-phase terminal 105 partially exposed outside the cover 102, and a bus bar 134 extending from the U-phase terminal 105 to the drive board 112. The drive board 112 and the IMS board 111 are held by a conductive spacer 133. These boards are provided with an insulating metal substrate 113 on which an inverter output stage is mounted to form an IMS board 111, and conductive studs joined to the main surface of the insulating metal substrate 113 and electrically connected to the inverter output stage. 131U, the back surface of which is supported by the stud 131 by being joined to the stud 131, and the stud 131 and the spacer 133 are printed wiring boards in which a circuit connected to the inverter output stage is formed on the main surface. The drive board 112 is connected.

ここで、スタッド１３１及びスペーサ１３３は、配線部材として各基板を電気的に接続すると共に、各基板の振動を低減すべく各基板を連結接続している。インバータ装置は複数のスタッドボルト１１３によってＩＭＳボード１１１とドライブボード１１２が相互に接続されることから、振動に対する耐振性を確保できる。 Here, the stud 131 and the spacer 133 are electrically connected to each substrate as a wiring member, and are connected to each other in order to reduce vibration of each substrate. In the inverter device, the IMS board 111 and the drive board 112 are connected to each other by a plurality of stud bolts 113, so that vibration resistance against vibration can be secured.

特開２００６−２３８６５１号公報JP 2006-238651 A

上述したインバータ装置をモータジェネレータと伝達ギヤとを有するトランスアクスルに直接取付ける場合、ＩＭＥボードとドライブボードとが同様の大きさ，形状を有する場合には上述した構造で対応が可能となる。しかし、ボードの小型化や高密度実装によりＩＭＥボードとドライブボードの大きさが異なる場合、スタッドとスペーサによる連結接続ではそれぞれのボードがモータやエンジン振動由来の起振力により異なる周波数で振動し、ＩＧＢＴ駆動ピンやコネクタが破損する場合があった。 When the above-described inverter device is directly attached to a transaxle having a motor generator and a transmission gear, when the IME board and the drive board have the same size and shape, the above-described structure can be used. However, if the size of the IME board and the drive board are different due to the miniaturization of the board or high-density mounting, each board vibrates at a different frequency due to the excitation force derived from the motor or engine vibration in the connecting connection by the stud and the spacer. In some cases, IGBT drive pins and connectors were damaged.

そこで、本発明では、モータジェネレータと伝達ギヤとを有するトランスアクスルに搭載された電力変換装置において、電力変換装置の基板の振動を低減することのできる基板接続構造を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a board connection structure that can reduce vibration of a board of a power converter in a power converter mounted on a transaxle having a motor generator and a transmission gear.

以上のような目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、モータジェネレータと伝達ギヤとを有するトランスアクスルに搭載された電力変換装置において、モータジェネレータを駆動する複数のトランジスタを有するパワーモジュールと、パワーモジュールの上に取付けられ、パワーモジュールに駆動信号を供給するドライブ基板と、ドライブ基板を制御する制御基板と、パワーモジュールの上に取付けられ、主面に設けられた複数の取付け足と固定具によりドライブ基板を挟んでパワーモジュールに固定する共に、裏面に設けられた複数の取付け足と固定具により制御基板を固定する基板ブラケットと、を備え、基板ブラケットの主面及び裏面の取付け足は、モータジェネレータ又は伝達ギヤからの励起振動による各基板の振幅を低減するため、各基板の大きさ及び各基板の振動特性に基づいて取付け足の位置が設定されていることを特徴とする。なお、取付け足は、基板を保持するネジ付きボスのようなものであり、固定具はボルトである。 In order to achieve the above object, a power conversion device according to the present invention is a power conversion device mounted on a transaxle having a motor generator and a transmission gear. The power conversion device includes a plurality of transistors that drive the motor generator. A module, a drive board mounted on the power module and supplying a drive signal to the power module, a control board for controlling the drive board, and a plurality of mounting legs mounted on the power module and provided on the main surface And fixing the drive board with the fixing tool to the power module, and mounting a plurality of mounting legs provided on the back surface and a board bracket for fixing the control board with the fixing tool. The legs are the amplitude of each board due to excitation vibration from the motor generator or transmission gear. To reduce, characterized in that the position of the mounting foot is set on the basis of the size and vibration characteristics of the substrates in each substrate. The mounting foot is like a threaded boss that holds the substrate, and the fixture is a bolt.

また、本発明に係る電力変換装置において、基板ブラケットは、モータジェネレータ又は伝達ギヤからの励起振動によるドライブ基板及び制御基板の変位が他の変位より大きくなる基板中央部の振幅を低減するようにそれぞれ個別に主面と裏面に取付け足が配置されていることを特徴とする。振幅が大きいのは低周波数における１次曲げだからである。 Further, in the power conversion device according to the present invention, the board brackets respectively reduce the amplitude of the central part of the board where the displacement of the drive board and the control board due to the excitation vibration from the motor generator or the transmission gear is larger than the other displacements. Mounting feet are individually arranged on the main surface and the back surface. This is because the amplitude is large because of the primary bending at a low frequency.

また、本発明に係る電力変換装置において、基板ブラケットの取付け足及び基板ブラケットのリブは、各基板の部品実装領域を避けて配線領域に予め決められた質量を付加する感度解析によって配置場所が決定されたことを特徴とする。感度解析を行うことにより、振幅の大きな腹の部分に所定の質量を追加することで振幅を低減し、振幅の小さい節の部分には重量を軽減するように肉抜きを施すことが可能となる。 In the power conversion device according to the present invention, the mounting positions of the board bracket mounting feet and the board bracket ribs are determined by sensitivity analysis in which a predetermined mass is added to the wiring area while avoiding the component mounting area of each board. It is characterized by that. By performing sensitivity analysis, it is possible to reduce the amplitude by adding a predetermined mass to the belly part having a large amplitude, and to reduce the weight to the part of the node having a small amplitude so as to reduce the weight. .

また、本発明に係る電力変換装置において、基板ブラケットは、ドライブ基板又は制御基板に接続されたコネクタを係止するコネクタクランプを有することを特徴とする。コネクタは基板に取り付けられているものの、コネクタの変位を規制するために基板ブラケットを利用することでコネクタクランプを実現している。 In the power conversion device according to the present invention, the board bracket has a connector clamp for locking the connector connected to the drive board or the control board. Although the connector is attached to the board, the connector clamp is realized by using the board bracket to restrict the displacement of the connector.

また、本発明に係る電力変換装置において、ドライブ基板と制御基板とを接続するケーブルは、基板ブラケット縁部の外側を通るように上下方向に配線されたことを特徴とする。ケーブルを基板ブラケット縁部の外側を通すことにより、基板ブラケットとケーブルの干渉を低減することが可能となる。 In the power conversion device according to the present invention, the cable connecting the drive board and the control board is wired in the vertical direction so as to pass outside the edge of the board bracket. By passing the cable outside the edge of the board bracket, the interference between the board bracket and the cable can be reduced.

また、本発明に係る電力変換装置において、各基板は、励起振動による腹の振幅が低減するようにそれぞれ基板の板厚が設定されたことを特徴とする。基板ブラケットの取付け足の配置場所や個数には限界があるため、不足分を基板の板厚により補うことで更なる振幅の低減が可能となる。 In the power conversion device according to the present invention, the thickness of each substrate is set so that the amplitude of the antinode due to excitation vibration is reduced in each substrate. Since there is a limit to the location and number of mounting feet of the board bracket, it is possible to further reduce the amplitude by compensating for the shortage with the board thickness.

本発明に係る電力変換装置を用いることにより、トランスアクスルから伝達される振動に対し、各基板の共振モードに合わせたボルト配置が基板ブラケットにより可能になり、各基板の振動を低減することができるという効果がある。また、基板の大きさ、基板の部品レイアウト及び振動低減に関する設計自由度が増えるという効果がある。また、ケーブルコネクタの変位を基板ブラケットに取付けたコネクタクランプにより抑制することで、ケーブルコネクタの耐震性が向上するという効果がある。 By using the power conversion device according to the present invention, bolts that match the resonance mode of each substrate can be arranged by the substrate bracket against vibration transmitted from the transaxle, and vibration of each substrate can be reduced. There is an effect. In addition, there is an effect that the degree of design freedom regarding the size of the board, the part layout of the board, and the vibration reduction is increased. Further, by suppressing the displacement of the cable connector by the connector clamp attached to the board bracket, there is an effect that the earthquake resistance of the cable connector is improved.

本発明の実施形態に係るトランスアクスルの構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the transaxle which concerns on embodiment of this invention. 図１に示したトランスアクスルの車両後方側に取付けられた電力変換装置の斜視図である。It is a perspective view of the power converter device attached to the vehicle rear side of the transaxle shown in FIG. 図２に示したパワーモジュールと制御基板とを接続するコネクタケーブルの拡大図である。It is an enlarged view of the connector cable which connects the power module shown in FIG. 2 and a control board. 図２に示した電力変換装置の分解図である。It is an exploded view of the power converter device shown in FIG. 図４に示したドライブ基板を有するパワーモジュールの構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the power module which has a drive board | substrate shown in FIG. 図５に示したパワーモジュールからドライブ基板を取外した状態を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a state where a drive board is removed from the power module shown in FIG. 5. 図４に示したパワーモジュールに基板ブラケットを固定する固定穴の配置を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining arrangement | positioning of the fixing hole which fixes a board | substrate bracket to the power module shown in FIG. パワーモジュールの上に基板ブラケットを固定した状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the state which fixed the board | substrate bracket on the power module. 図４に示した基板ブラケットに制御基板を固定する固定穴の配置を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining arrangement | positioning of the fixing hole which fixes a control board to the board | substrate bracket shown in FIG. 基板ブラケットの上に固定する制御基板を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the control board fixed on a board | substrate bracket. 従来のインバータ装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional inverter apparatus.

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings.

図１はトランスアクスル１０の構成を示している。トランスアクスル１０は、モータジェネレータ１１，１２（ＭＧ１，ＭＧ２）と、車両後方に縦置き搭載されている電力変換装置２０と、電力変換装置２０とモータジェネレータ１１，１２とを接続するパワーケーブル３１と，電力変換装置２０と高圧バッテリとを接続するパワーケーブル３２と、エンジン及びモータジェネレータ１１，１２の駆動力を車輪に伝達するための伝達ギヤ群と、を有している。ここで、伝達ギヤ群は、動力分配機構を介して接続されているエンジン、モータジェネレータ１１及びモータジェネレータ１２によって駆動されるインプットシャフト１３からの入力をドライブシャフト１９に伝達する各種ギヤを含んでいる。 FIG. 1 shows the configuration of the transaxle 10. Transaxle 10 includes motor generators 11 and 12 (MG1 and MG2), a power converter 20 that is vertically mounted on the rear side of the vehicle, and a power cable 31 that connects power converter 20 and motor generators 11 and 12 to each other. , A power cable 32 for connecting the power converter 20 and the high voltage battery, and a transmission gear group for transmitting the driving force of the engine and the motor generators 11 and 12 to the wheels. Here, the transmission gear group includes various gears that transmit the input from the input shaft 13 driven by the engine, the motor generator 11, and the motor generator 12 connected via the power distribution mechanism to the drive shaft 19. .

インプットシャフト１３からの入力は、カウンタドライブギヤ１４によりカウンタ軸のカウンタドリブンギヤに伝達され、さらに、ファイナルドライブピニオンギヤを介してドライブシャフトのファイナルリングギヤ１８に伝達され、ドライブシャフトを駆動する。ここで、図１に示したハイブリッド車両のトランスアクスル１０は、従来の内燃機関には無いハイブリッドシステム特有の駆動系の振動が発生し、特に、モータジェネレータ１１，１２による動力アシスト状態において、ギヤ群の近傍に配置された電力変換装置２０に影響を及ぼすことになる。電力変換装置２０には、エンジンの周波数である約３００Ｈｚ前後までの周波数と、モータジェネレータ回転数とギヤ比の積に同期した周波数である約数百Ｈｚから数ｋＨｚの振動が加わることになる。ここで、ギヤ群の近傍に電力変換装置を配置する理由は、近年の電力変換装置２０の小型化により、従来、使用していなかったエンジンコンパートメントの隔壁とトランスアクスルとの間の空間を利用できるようになったからである。次に、電力変換装置２０について概説する。 The input from the input shaft 13 is transmitted to the counter driven gear of the counter shaft by the counter drive gear 14 and further transmitted to the final ring gear 18 of the drive shaft via the final drive pinion gear to drive the drive shaft. Here, the transaxle 10 of the hybrid vehicle shown in FIG. 1 generates a drive system vibration unique to the hybrid system that does not exist in the conventional internal combustion engine, and particularly in the power assist state by the motor generators 11 and 12, the gear group. Will affect the power conversion device 20 arranged in the vicinity of the. The power conversion device 20 is subjected to vibrations of about several hundred Hz to several kHz, which is a frequency synchronized with the product of the motor generator rotation speed and the gear ratio, up to about 300 Hz which is the engine frequency. Here, the reason why the power conversion device is arranged in the vicinity of the gear group is that the space between the partition wall of the engine compartment and the transaxle, which has not been conventionally used, can be used due to the recent downsizing of the power conversion device 20. Because it came to be. Next, the power converter 20 will be outlined.

図２は図１に示したトランスアクスル１０の車両後方側に取付けられた電力変換装置２０を示している。電力変換装置２０は下からパワーモジュール２１、ドライブ基板２２、基板ブラケット２３及び制御基板２４がボルト２７，２８とスペーサ２６によって接続されている。また、ＩＧＢＴを駆動するドライブ基板２２と、電力変換装置２０の制御を司るＥＣＵを内蔵した制御基板２４とは、基板ブラケット２３の縁部をまたぐようにしてケーブル接続され、制御基板２４のコネクタ２５とドライブ基板２２のコネクタとを接続している。また、高圧バッテリからの電力（正極、負極）とモータジェネレータ１１，１２（ＭＧ１，ＭＧ２）への電力供給（Ｕ１相，Ｖ１相，Ｗ１相，Ｕ２相，Ｖ２相，Ｗ２相）はパワーモジュール２１の８本の高圧端子２９により接続されている。 FIG. 2 shows a power conversion device 20 attached to the rear side of the transaxle 10 shown in FIG. In the power conversion device 20, a power module 21, a drive board 22, a board bracket 23, and a control board 24 are connected from below by bolts 27 and 28 and a spacer 26. The drive board 22 that drives the IGBT and the control board 24 that incorporates an ECU that controls the power conversion device 20 are cable-connected across the edge of the board bracket 23, and the connector 25 of the control board 24. And the connector of the drive board 22 are connected. In addition, the power module 21 supplies power (positive and negative) from the high-voltage battery and power supply (U1, V1, W1, U2, V2, and W2) to the motor generators 11 and 12 (MG1, MG2). Are connected by eight high voltage terminals 29.

また、パワーモジュール２１は冷却ジャケットに接続され、冷却ジャケット取付け穴と固定具であるボルトによって固定されている（図示せず）。ここで、電力変換装置２０はパワーモジュール２１を車両前方に向けて９０度回転した状態でトランスアクスルに接続されることになる。これは、車室側に搭載されている高圧バッテリと接続するケーブル長さの短縮の為と、上述した電力変換装置の小型化の為である。 The power module 21 is connected to a cooling jacket, and is fixed by a cooling jacket mounting hole and a bolt as a fixture (not shown). Here, the power converter 20 is connected to the transaxle in a state where the power module 21 is rotated 90 degrees toward the front of the vehicle. This is for shortening the length of the cable connected to the high voltage battery mounted on the passenger compartment side and for reducing the size of the power conversion device described above.

図３は図２に示したパワーモジュール２１と制御基板２４とを接続するコネクタケーブル部（Ａ）の拡大図を示している。ドライブ基板２２に固定されているコネクタ３８の受入れ部にはコネクタ３６の横方向の変位を防止する１組の突起状のコネクタサポート３７が配置されている。同様に、制御基板２４のコネクタ２５の受入れ部となる基板ブラケット２３のコネクタ受入れ部にはコネクタクランプ３３がボルト止めされており、コネクタ３４の横方向の変位を防止している。このように、コネクタ３４，３６の横方向の変位を防止することにより、耐振性を高めることができる。なお、図２では、説明の都合上コネクタケーブル３５を一部だけ記載したが、図２に示すようにコネクタ２５は３方向に配置されており、これら全てのコネクタが同様に接続されている。 FIG. 3 shows an enlarged view of the connector cable portion (A) for connecting the power module 21 and the control board 24 shown in FIG. A set of protruding connector supports 37 that prevent lateral displacement of the connector 36 is disposed in the receiving portion of the connector 38 fixed to the drive board 22. Similarly, a connector clamp 33 is bolted to a connector receiving portion of the board bracket 23 which is a receiving portion of the connector 25 of the control board 24 to prevent lateral displacement of the connector 34. In this way, vibration resistance can be improved by preventing lateral displacement of the connectors 34 and 36. In FIG. 2, only a part of the connector cable 35 is shown for convenience of explanation. However, as shown in FIG. 2, the connector 25 is arranged in three directions, and all these connectors are similarly connected.

図４は図２に示した電力変換装置２０を分解した状態を示している。電力変換装置２０は下からパワーモジュール２１、ドライブ基板２２、基板ブラケット２３及び制御基板２４がボルト２７，２８とスペーサ２６によって接続されている。基板ブラケット２３は、ドライブ基板２２と制御基板２４とをそれぞれ異なる位置で接続することができ、大きさの異なる基板であっても振幅を低減可能なように基板毎に適切な接続位置を設定し、固定することができる。また、図４のＢ，Ｃ，Ｄ領域においてコネクタにクランプを設けることにより、振動によるコネクタの変位を抑制する。従来、基板の小型化、高密度実装によりドライブ基板２２と制御基板２４の大きさが異なる場合には、２つの基板を同じ位置にて接続する連結接続ではそれぞれの基板がモータやエンジン振動由来の起振力により異なる周波数で振動し、ＩＧＢＴ駆動ピンやコネクタが破損する場合があった。これは、大きさが異なるボード（基板）を連結接続することにより基板中央での固定点と連結接続点が一致しないため、振幅が大きい腹の振幅を十分低減できず、結果的に基板１次共振点の周波数が低くなり、基板が波のように振動することでコネクタやＩＧＢＴ駆動ピンに応力がかかり、破損に至ると考えられている。そこで、本実施形態に係る電力変換装置２０では、基板毎に適切な接続位置を設定して固定することにした。 FIG. 4 shows a state where the power converter 20 shown in FIG. 2 is disassembled. In the power conversion device 20, a power module 21, a drive board 22, a board bracket 23, and a control board 24 are connected from below by bolts 27 and 28 and a spacer 26. The board bracket 23 can connect the drive board 22 and the control board 24 at different positions, and sets an appropriate connection position for each board so that the amplitude can be reduced even if the boards have different sizes. Can be fixed. Further, by providing a clamp in the connector in the B, C, and D regions of FIG. 4, the displacement of the connector due to vibration is suppressed. Conventionally, when the size of the drive board 22 and the control board 24 is different due to the miniaturization of the board and high-density mounting, each board is derived from motor or engine vibration in the connecting connection in which the two boards are connected at the same position. In some cases, the IGBT drive pins and connectors may be damaged due to vibration at different frequencies due to the vibration force. This is because, by connecting and connecting boards (boards) of different sizes, the fixed point at the center of the board and the connecting point do not coincide with each other, so that the amplitude of the belly having a large amplitude cannot be sufficiently reduced, and as a result, the primary of the board. It is considered that the frequency of the resonance point becomes low and the board and the substrate vibrate like a wave, so that stress is applied to the connector and the IGBT drive pin, resulting in damage. Therefore, in the power conversion device 20 according to the present embodiment, an appropriate connection position is set and fixed for each board.

図５は図４に示したドライブ基板２２を有するパワーモジュール２１の構成を示している。パワーモジュール２１は、ドライブ基板２２を固定するために、外周部と内周部とにスペーサ２６が取り付けられている。なお、スペーサ２６の数が多いことから全てに符号を付与していないが、断りの無い限り同一のスペーサ２６である。また、コネクタ３８の近傍には、コネクタサポート３７が設けられている。ここで、ドライブ基板２２の中央部のスペーサ２６の領域（Ｅ領域）の下部にはＩＧＢＴが配置されているが、ドライブ基板を強固に固定するために、内部にＩＧＢＴサポート部材が取り付けられている。次に、パワーモジュール２１について説明する。 FIG. 5 shows the configuration of the power module 21 having the drive substrate 22 shown in FIG. In the power module 21, spacers 26 are attached to the outer peripheral portion and the inner peripheral portion in order to fix the drive substrate 22. In addition, since there are many spacers 26, the code | symbol is not provided to all, but it is the same spacer 26 unless there is a notice. A connector support 37 is provided in the vicinity of the connector 38. Here, the IGBT is disposed below the region (E region) of the spacer 26 at the center of the drive substrate 22, but an IGBT support member is attached inside to firmly fix the drive substrate. . Next, the power module 21 will be described.

図６は図５に示したパワーモジュール２１からドライブ基板２２を取外した状態を示している。パワーモジュール２１は、最下層に金属ベース４４が設けられ、金属ベースの上に絶縁層及び複数のＩＧＢＴが固定されている。しかしながら、ＩＧＢＴはトランジスタのＩＧＢＴ駆動ピンと電極とを溶接により固定しているため強度が十分ではないことから、金属ベースの上に樹脂製の枠と、その枠に嵌り込む樹脂製のＩＧＢＴサポート部材４１をはめ込み、ＩＧＢＴサポート部材４１と金属ベース４４とをボルト固定することによりドライブ基板２２の中央部の振幅が低減するようにしている。なお、枠とＩＧＢＴサポート部材４１には複数のネジ穴４３が設けられておりドライブ基板２２等を固定可能である。 FIG. 6 shows a state where the drive board 22 is removed from the power module 21 shown in FIG. The power module 21 is provided with a metal base 44 in the lowermost layer, and an insulating layer and a plurality of IGBTs are fixed on the metal base. However, since the IGBT is not strong enough because the IGBT drive pin and the electrode of the transistor are fixed by welding, a resin frame on the metal base and a resin IGBT support member 41 fitted into the frame. And the IGBT support member 41 and the metal base 44 are bolted to reduce the amplitude of the central portion of the drive substrate 22. A plurality of screw holes 43 are provided in the frame and the IGBT support member 41 so that the drive board 22 and the like can be fixed.

図７は図４に示したパワーモジュール２１に基板ブラケット２３を固定する固定穴の配置を示している。図中下向きの三角印は基板ブラケット２３の固定穴からボルトを差し込み、下側のドライブ基板をパワーモジュール２１に固定する際の固定穴を示している。本実施形態における特徴事項の一つは、低周波数における１次曲げに対応できるように、ドライブ基板の中央部を十文字に固定するように固定穴を設けている。また、図中Ｂ，Ｃ及びＤ領域は、上述したコネクタをクランプするコネクタクランプ取り付けボルト穴を示している。ここで、基板ブラケット２３の固定穴において、パワーモジュール２１と接続する固定穴にリブ４５を配置していない。これは、樹脂製のＩＧＢＴサポート部材によって振幅を低減することがでるため、重複してリブ４５を設ける必要がないためである。 FIG. 7 shows an arrangement of fixing holes for fixing the board bracket 23 to the power module 21 shown in FIG. A downward triangle mark in the drawing indicates a fixing hole when a bolt is inserted from a fixing hole of the board bracket 23 and the lower drive board is fixed to the power module 21. One of the characteristic matters in the present embodiment is that a fixing hole is provided so as to fix the central portion of the drive substrate to a cross shape so as to cope with the primary bending at a low frequency. Moreover, B, C, and D area | region in the figure has shown the connector clamp attachment bolt hole which clamps the connector mentioned above. Here, the rib 45 is not disposed in the fixing hole connected to the power module 21 in the fixing hole of the board bracket 23. This is because the amplitude can be reduced by the resin-made IGBT support member, so that it is not necessary to provide the rib 45 redundantly.

図８はパワーモジュール２１の上に基板ブラケット２３を固定した状態を示している。ここで、特徴的な事項は、基板ブラケット２３の上に固定する制御基板の振幅を低減させるため、制御基板との接続部にリブ４５が集中するハブ４６を設け、強度を増やすと共に、質量増加により腹の振幅を低減させるようにリブ４５及びハブ４６を配置したことである。次に、基板ブラケット２３と制御基板とを接続する際のボルト穴の位置を示す。 FIG. 8 shows a state where the substrate bracket 23 is fixed on the power module 21. Here, a characteristic matter is that in order to reduce the amplitude of the control board fixed on the board bracket 23, a hub 46 where the ribs 45 are concentrated is provided at the connection portion with the control board, thereby increasing the strength and increasing the mass. Therefore, the rib 45 and the hub 46 are arranged so as to reduce the amplitude of the belly. Next, the position of the bolt hole when connecting the board bracket 23 and the control board is shown.

図９は図４に示した基板ブラケット２３に制御基板２４を固定する固定穴の配置を示し、上向きの三角印は制御基板の固定穴からボルトを差し込み、下側の基板ブラケット２３と接続する際の固定穴を示している。また、図中Ｂ，Ｃ及びＤ領域は、コネクタをクランプする領域である。なお、上向きの三角印の穴には、リブ４５及びリブ４５が集中するハブ４６が設けられている。このリブ４５とハブ４６により、制御基板２４の振幅を低減すべく、基板中央部に固定穴が増えるように配置したものである。なお、固定穴を決定するに当たり、質量を付与することにより周波数が変化する度合いを解析する感度解析を行い、変化する度合いの大きい場所に固定穴を設定した。一般的に、振動において、振幅が大きい腹の部分と振幅が小さい節とが発生する。ここで、腹の部分に所定の質量を付加することにより振動の周波数や振幅を低減することができるが、節の部分は質量を追加しても振動の特性に影響を与えず、逆に肉抜きをする事が可能である。 FIG. 9 shows the arrangement of fixing holes for fixing the control board 24 to the board bracket 23 shown in FIG. 4. The upward triangle marks indicate when bolts are inserted from the fixing holes of the control board and connected to the lower board bracket 23. The fixing holes are shown. In the figure, regions B, C and D are regions for clamping the connector. Note that a rib 45 and a hub 46 on which the rib 45 is concentrated are provided in the upward triangular hole. The rib 45 and the hub 46 are arranged so that a fixing hole is increased in the central portion of the substrate in order to reduce the amplitude of the control substrate 24. In determining the fixing hole, sensitivity analysis was performed to analyze the degree of change in frequency by applying mass, and the fixing hole was set in a place where the degree of change was large. In general, in vibration, a belly portion having a large amplitude and a node having a small amplitude are generated. Here, the frequency and amplitude of the vibration can be reduced by adding a predetermined mass to the abdomen, but the mass of the node does not affect the vibration characteristics even if the mass is added. It is possible to remove it.

図１０は基板ブラケットの上に固定する制御基板２４を示している。一般に、ＬＳＩであるＩＣチップを基板上にレイアウトする際、ＩＣチップと配線領域の配置が重要となる。ＩＣチップの位置を何らかの事情により移動させることは、基板全体のレイアウトに影響を与えるからである。そこで、本実施形態では、上述した感度解析により、基板ブラケットと制御基板２４との固定点（穴）を予め決定し、ＩＣチップのレイアウトがその接続点上に来ないように配置をすると共に、配線のレイアウトを検討した。その結果、図１０に示すように、固定点を避けるようにしてＩＣチップがレイアウトされ、基板の振幅が大きくなる場所においては、ボルト、ハブ、リブなどを配置することにより質量を増加させて振幅を低減させることが可能となった。さらに、基板の板厚を例えばｔ＝１．６ｍｍからｔ＝２．０ｍｍに変更することや基板同士の固定位置をそれぞれ最適な位置に配置することで各基板の共振モードに合わせてボルトを配置することができるという利点もある。 FIG. 10 shows the control board 24 fixed on the board bracket. Generally, when an IC chip, which is an LSI, is laid out on a substrate, the arrangement of the IC chip and the wiring area is important. This is because moving the position of the IC chip for some reason affects the layout of the entire board. Therefore, in the present embodiment, a fixed point (hole) between the board bracket and the control board 24 is determined in advance by the sensitivity analysis described above, and arranged so that the layout of the IC chip does not come to the connection point. The wiring layout was examined. As a result, as shown in FIG. 10, in the place where the IC chip is laid out so as to avoid the fixed point and the amplitude of the substrate is increased, the amplitude is increased by increasing the mass by arranging bolts, hubs, ribs, etc. Can be reduced. Furthermore, the board thickness is changed from t = 1.6 mm to t = 2.0 mm, for example, and the bolts are arranged according to the resonance mode of each board by arranging the fixing positions of the boards at optimum positions. There is also an advantage that it can be done.

なお、図１０の制御基板２４の四隅にあるボルト３８は、基板ブラケット、ドライブ基板及びパワーモジュールの振動モードを検討した結果、基板ブラケット２３に制御基板２４を固定するためだけではなく、制御基板２４をパワーモジュール２１に固定するようにしたことで、電力制御装置全体の振動の低下を実現している。 The bolts 38 at the four corners of the control board 24 in FIG. 10 are not only for fixing the control board 24 to the board bracket 23 as a result of examining the vibration modes of the board bracket, the drive board, and the power module. Is fixed to the power module 21 to realize a reduction in vibration of the entire power control device.

以上、上述したように、本実施形態に係る電力変換装置を用いることにより、トランスアクスルから伝達される振動に対し、各基板の共振モードに合わせたボルト配置が基板ブラケットにより可能になり、各基板の振動を低減することができる。また、基板の大きさ、基板の部品レイアウト及び振動低減に関する設計自由度が増える。また、ケーブルコネクタの変位を基板ブラケットに取付けたコネクタクランプにより抑制することで、ケーブルコネクタの耐震性が向上する。なお、本実施形態で固定穴に用いる固定具は、ボルトを使用したが、これに限定するものではなく、リベット、金属カシメ、溶着カシメなどにより固定してもよい。 As described above, by using the power conversion device according to this embodiment, the board bracket can be arranged in accordance with the resonance mode of each board with respect to vibration transmitted from the transaxle. Can be reduced. In addition, the degree of freedom in designing the board size, the board component layout, and the vibration reduction is increased. Moreover, the seismic resistance of the cable connector is improved by suppressing the displacement of the cable connector by the connector clamp attached to the board bracket. In addition, although the fixing tool used for a fixing hole in this embodiment used the volt | bolt, it is not limited to this, You may fix by a rivet, metal caulking, welding caulking, etc.

１０トランスアクスル、１１，１２モータジェネレータ、１３インプットシャフト、１４カウンタドライブギヤ、１８ファイナルリングギヤ、１９ドライブシャフト、２０電力変換装置、２１パワーモジュール、２２ドライブ基板、２３基板ブラケット、２４制御基板、２５，３４，３６，３８コネクタ、２６，１３３スペーサ、２７，２８ボルト、２９高圧端子、３１，３２パワーケーブル、３３コネクタクランプ、３５コネクタケーブル、３７コネクタサポート、３８ボルト、４１ＩＧＢＴサポート部材、４４金属ベース、４５リブ、４６ハブ、１００インバータ装置、１０１ベース、１０２カバー、１０５Ｕ相端子、１１１ＩＭＳボード、１１２ドライブボード、１１３絶縁金属基板、１１３スタッドボルト、１３１スタッド、１３４バスバ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transaxle, 11, 12 Motor generator, 13 Input shaft, 14 Counter drive gear, 18 Final ring gear, 19 Drive shaft, 20 Power converter, 21 Power module, 22 Drive board, 23 Board bracket, 24 Control board, 25, 34, 36, 38 connector, 26, 133 spacer, 27, 28 bolt, 29 high voltage terminal, 31, 32 power cable, 33 connector clamp, 35 connector cable, 37 connector support, 38 bolt, 41 IGBT support member, 44 metal base , 45 rib, 46 hub, 100 inverter device, 101 base, 102 cover, 105 U-phase terminal, 111 IMS board, 112 drive board, 113 insulating metal substrate, 1 3 stud bolt, 131 studs 134 bus bar.

Claims

モータジェネレータと伝達ギヤとを有するトランスアクスルに搭載された電力変換装置において、
モータジェネレータを駆動する複数のトランジスタを有するパワーモジュールと、
パワーモジュールの上に取付けられ、パワーモジュールに駆動信号を供給するドライブ基板と、
ドライブ基板を制御する制御基板と、
パワーモジュールの上に取付けられ、主面に設けられた複数の取付け足と固定具によりドライブ基板を挟んでパワーモジュールに固定する共に、裏面に設けられた複数の取付け足と固定具により制御基板を固定する基板ブラケットと、
を備え、
基板ブラケットの主面及び裏面の取付け足は、モータジェネレータ又は伝達ギヤからの励起振動による各基板の振幅を低減するため、各基板の大きさ及び各基板の振動特性に基づいて取付け足の位置が設定されていることを特徴とする電力変換装置。 In a power conversion device mounted on a transaxle having a motor generator and a transmission gear,
A power module having a plurality of transistors for driving the motor generator;
A drive board mounted on the power module and supplying a drive signal to the power module;
A control board for controlling the drive board;
Mounted on the power module and fixed to the power module by sandwiching the drive board with a plurality of mounting feet and fixtures provided on the main surface, and the control board with a plurality of mounting feet and fixtures provided on the back side A board bracket to be fixed,
With
The mounting feet on the main surface and back surface of the substrate bracket reduce the amplitude of each substrate due to excitation vibration from the motor generator or transmission gear, so the position of the mounting feet is based on the size of each substrate and the vibration characteristics of each substrate. A power converter characterized by being set.

請求項１に記載の電力変換装置において、
基板ブラケットは、モータジェネレータ又は伝達ギヤからの励起振動によるドライブ基板及び制御基板の変位が他の変位より大きくなる基板中央部の振幅を低減するようにそれぞれ個別に主面と裏面に取付け足が配置されていることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The mounting brackets are individually arranged on the main surface and the back surface of the board bracket so that the displacement of the drive board and control board due to excitation vibration from the motor generator or the transmission gear is larger than other displacements so as to reduce the amplitude of the central part of the board. The power converter characterized by being made.

請求項２に記載の電力変換装置において、
基板ブラケットの取付け足及び基板ブラケットのリブは、各基板の部品実装領域を避けて配線領域に予め決められた質量を付加する感度解析によって配置場所が決定されたことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2,
The mounting position of the board bracket and the rib of the board bracket are determined by sensitivity analysis in which a predetermined mass is added to the wiring area while avoiding the component mounting area of each board, and the power conversion device is characterized in that

請求項２に記載の電力変換装置において、
基板ブラケットは、ドライブ基板又は制御基板に接続されたコネクタを係止するコネクタクランプを有することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2,
The board bracket has a connector clamp for locking a connector connected to a drive board or a control board.

請求項２に記載の電力変換装置において、
ドライブ基板と制御基板とを接続するケーブルは、基板ブラケット縁部の外側を通るように上下方向に配線されたことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2,
A power conversion device characterized in that a cable connecting a drive board and a control board is wired vertically so as to pass outside the edge of the board bracket.

請求項２に記載の電力変換装置において、
各基板は、励起振動による腹の振幅が低減するようにそれぞれ基板の板厚が設定されたことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2,
The power converter according to claim 1, wherein the thickness of each of the substrates is set so that the amplitude of the antinode due to excitation vibration is reduced.