CN102545547A - 车载用控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载用控制装置，其能够以抑制具有可挠性的安装基板的挠曲的方式支承该安装基板。该车载用控制装置在密闭构造的框体内设置有安装基板(31、32)，该安装基板(31、32)安装有发热的电路部件且具有可挠性，该车载用控制装置中，以在刚性比固定在上述框体(6H)上的该安装基板高且能够抑制挠曲的支承基板(35)上形成气体通路的方式，将上述安装基板支承在上述支承基板(35)上，并且，将通过热交换部(7)进行热交换后在上述框体内循环的冷却气体供向上述安装基板的正面和背面。

Description

车载用控制装置

技术领域

本发明涉及一种配置有具有可挠性且搭载有发热的电路部件的安装基板的车载用控制装置。

背景技术

作为这种车载用控制装置，提出了一种车辆用空调装置的控制装置，其多层地配置有包括安装有功率晶体管的功率基板和安装有发热元件的控制基板的多个基板，使功率基板紧贴地配置在冷却板上，并且利用紧贴冷却板并立式设置的铝块，对各个基板的一端缘部以相互之间分别具有规定间隔的方式进行支承，利用与功率基板电连接且与基板外电容器电连接的母线，将各个基板的另一端缘部彼此分别在规定的管区进行支承，由此形成小型化、具有高的结构性和耐振动强度、而且具有良好的冷却性能的车辆用空调装置的控制装置(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2004-140114号公报

发明内容

但是，在上述专利文献1所记载的现有技术的例子中，将安装功率晶体管的功率基板紧贴地载置在冷却板上，因此能够对其进行冷却，并且能够一定程度地抑制因从车辆传递来的振动、冲击所引起的挠曲，但是，其他基板被竖立在冷却板上的铝块和支柱多层地支承，因此存在下述沿未解决的问题：冷却效果小，并且在来自车辆的振动、冲击传递过来时，基板发生挠曲，应力反复作用于安装部件上导致其损伤，用来将安装部件固定于基板的焊料部受到损伤，产生接触不良。

因此，本发明鉴于上述现有技术的例子中尚未解决的问题而提出，其目的在于提供一种车载用控制装置，在振动、冲击传递过来时，能够抑制具有可挠性的基板的挠曲，并且还能够提高冷却效果。

为了达到上述目的，本发明的一个方面的车载用控制装置，其在密闭构造的框体内设置有安装基板，该安装基板安装有发热的电路部件且具有可挠性，该车载用控制装置的特征在于：以在刚性比固定在上述框体上的上述安装基板高且能够抑制挠曲的支承基板上形成气体通路的方式，将上述安装基板支承在上述支承基板上，并且，将通过热交换部进行热交换后在上述框体内循环的冷却气体供向上述安装基板的正面和背面。

根据该结构，以在刚性比具有可挠性的安装基板高的支承基板上形成气体通路的方式，将该安装基板支承在支承基板上，向安装基板的正面和背面供给在框体内循环的冷却气体，因此在振动、冲击从车辆传递至车载用控制装置时，能够抑制安装基板的挠曲，抑制应力反复作用于安装部件和其固定部，能够提高耐久性，并且能够提高对安装基板的冷却能力。

此外，本发明的另一方面的车载用控制基板的特征在于：上述支承基板利用嵌入并竖立于该支承基板的所需数量的柱状间隔物支承上述安装基板。

根据该结构，隔着柱状间隔物在支承基板上支承安装基板，因此能够在安装基板与支承基板之间形成流体阻力小的气体通路，能够提高冷却气体对安装基板的冷却效果。

此外，本发明的另一方面的车载用控制装置的特征在于：在上述支承基板由导电性部件构成的情况下，在该支承基板与上述安装基板之间设置有绝缘部件。

根据该结构，通过在支承基板与安装基板之间设置绝缘部件，在冷却气体的风量少的情况下，能够使支承基板与安装基板的间隔接近至不能够确保电绝缘距离的间隔，能够有效地利用冷却气体。

根据本发明，在密闭构造的框体内配置有安装基板的车载用控制装置中，该安装基板安装发热的电路部件且具有可挠性，能够相对于从车辆传递来的振动、冲击抑制安装基板的挠曲，能够抑制安装的电路部件的损伤、用于固定电路部件的焊料部的损伤，防止接触不良的发生，并且能够提高对安装基板的冷却性能。

附图说明

图1是表示能够应用本发明的电力驱动车辆的一个实施方式的概略结构图。

图2是表示电力转换装置的卸下正面板部的状态的示意性纵截面图。

图3是图2的A-A线的截面图。

图4是液冷散热器的平面图。

图5是液冷散热器的底面图。

图6是表示支承基板的安装状态的平面图。

图7是表示控制基板的安装状态的平面图。

图8是表示控制基板和支承基板的放大正面图。

图9是说明在控制基板上安装的电路部件的热传导状态的说明图。

图10是表示控制基板和支承基板的冷却风吹入状态的说明图。

附图标记

1……电动汽车；2……电机；3……电力转换装置；4……车辆控制装置；5……蓄电池收纳部；6……框体；6L……下部分割框体；6H……上部分割框体；7……液冷散热器；8……盖体；11、12……气体通路；13……冷却水供给口；14……冷却水排出口；21、22……IGBT模块；24……电抗器；25……送风风扇；26、27……电容器；31……控制基板；32……电源基板；33……支承部件；34……固定配件；35……支承基板；36……间隔物；39……安装螺纹部件；40……送风风扇；41……绝缘片材；42……电路部件

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施方式。

图1是表示将本发明应用在作为电力驱动车辆的电动汽车中的情况下的概略结构的图。

图中1是电动汽车，该电动汽车1例如在车辆前部侧配置有用于对前端进行驱动的电机2，并且设置有作为驱动该电机2的车载控制装置的电力转换装置3和向该电力转换装置3供给控制信号的车辆控制装置4，进一步，还设置有用于收纳向电力转换装置3和车辆控制装置4供给电源的多个蓄电池的蓄电池收纳部5。

如图2～图5所示，电力转换装置3具有长方体形状的具有液密性的框体6。该框体6包括上下分割为两部分的上端开放的箱状的下部分割框体6L和上下端部开放的角筒状的上部分割框体6H，和例如水冷式的液冷散热器7，该液冷散热器7插入下部分割框体6L与上部分割框体6H之间，对两者的分割面进行封闭，且形成为具有规定厚度的平板状。此处，上部分割框体6H的上端部被盖体8所封闭。

如图4和图5所示，液冷散热器7形成为具有规定厚度的扁平的长方体形状，在前端侧以较窄的宽度沿着左右方向延长至两个端部附近的气体通路11上下贯通地形成，并且，在后端侧以比气体通路11宽的宽度沿着左右方向延长至两个端部附近的气体通路12上下贯通地形成。

于是，在液冷散热器7的前端面，被供给作为冷却介质的冷却水的冷却水供给口13和冷却水排出口14露出至外部地突出形成。另外，虽然未图示，但在电动汽车1中设置有：对从冷却水排出口14排出的冷却后的冷却水进行冷却，且设置在电动汽车1的前面的散热器等热交换器；储存在该热交换器中被冷却的冷却水的蓄存箱；和使用泵对储存在该蓄存箱中的冷却水进行加压，再供给至冷却水供给口13的冷却系统。

此外，在液冷散热器7的上表面的气体通路11与12之间，如图4所示，作为构成斩波电路的功率模块的IGBT模块21和作为构成逆变器的功率模块的三个IGBT模块22，沿着与冷却水插通槽17的延长方向正交的方向保持规定间隔地并列设置，其中，该斩波电路对由上述蓄电池构成的直流电源的直流电力进行升压降压，该逆变器将从斩波电路输出的直流电力例如转换成三相交流电力。此处，IGBT模块21和22内置有串联连接的作为开关元件的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)、保护电路等。

此外，在液冷散热器7的下表面的气体通路11与12之间，如图5所示，构成上述斩波电路的比较大型的立方体形状的电抗器23设置于冷却水排出口14侧的一半部分，并且与该电抗器23邻接地在冷却水供给口13侧配置有散热翼片24，而且，如图3和图5所示，设置有带百叶窗的送风风扇25，该送风风扇25将由在散热翼片24的气体通路12侧设置的散热翼片24冷却后的冷却风向气体通路12侧送出。

进一步，如图3所示，构成上述斩波电路的电容器26和被插入上述斩波电路与逆变器之间的用于平滑的三个电容器27，以其端子侧不接触而是空开规定间隔地插入贯通液冷散热器7的气体通路12内的状态，被固定于下部分割框体6L。

另一方面，在固定于液冷散热器7的IGBT模块21和22的上方，如图2和图3所示，作为安装基板的控制基板31和安装有电源电路、断电器等的电源基板32平行地设置，该控制基板31安装有对内置于IGBT模块21和22的IGBT的栅极进行控制的栅极驱动电路等控制电路。

这些控制基板31和电源基板32分别利用在上部分割框体6H的内周面固定的支承部件33被支承。如图6所示，该支承部件33包括：在上部分割框体6H的前后左右的内壁固定的多个L字状的固定配件34；被该固定配件34支承的金属板或厚的含玻璃的环氧树脂等刚性高的支承基板35；由在该支承基板35的上表面的前后端部和前后方向的中央部分别嵌入并竖立的多根绝缘部件所构成的间隔物36。此处，如图8中放大表示的那样，间隔物36包括：在头部形成有阴螺纹部的圆柱部36a；和从该圆柱部36a的下端面向下方突出且贯通在支承基板35形成的安装孔37内的支承突起36b。此处，支承基板35的刚性设定为，与控制基板3 1和电源基板32的刚性相比较，为一倍以上。

而且，控制基板31和电源基板32单个地载置在间隔物36的上端，在这些控制基板31和电源基板32中与间隔物36相对地形成有螺纹部件插通孔38，使安装螺纹部件39插入贯通该螺纹部件插通孔38，并与间隔物36的阴螺纹部螺纹接合，由此，如图7和图8所示，控制基板3 1和电源基板32被螺纹固定在间隔物36上。由此，在支承基板35与控制基板3 1以及电源基板32之间设置有规定的空间，并且，能够利用刚性高的支承基板35保持薄且容易挠曲的控制基板31和电源基板32，使其不会挠曲。

此外，为了减少后述的送风风扇40的冷却风吹出风量，并且使整体的结构小型化，支承基板35与控制基板31以及电源基板32的间隔设定成比电绝缘距离短。因此，为了确保支承基板35与控制基板31和电源基板32之间的电绝缘，作为绝缘部件的绝缘片材41被固定配置在间隔物36的中间部。

于是，在支承基板35上隔着间隔物36单个地载置控制基板31和电源基板32，由此，如图9所示，虽然安装于控制基板3 1和电源基板32的电路部件42发热，其热量经由引线43被热传导至控制基板3 1和电源基板32的下表面侧的焊料等电连接部44，整个基板的温度升高，但是在此情况下，在控制基板31和电源基板32的下方形成有构成气体通路的空间，因此能够抑制基板背面侧的温度升高。

进一步，在上部分割框体6H中的右内壁的与气体通路12相对的位置，配置有与控制基板31、电源基板32和支承基板35相对的送风风扇40。为了设置该送风风扇40，如图4和图5所示，控制基板31、电源基板32和这些支承基板35在右后方部形成有缺口部31a、32a和35a。

此外，送风风扇40的空气吸入口在上部分割框体6H的右内壁侧的下方开口，吸入从气体通路12由送风风扇25供给的冷却风，如图10所示，利用配置于前表面的未图示的百叶窗分散送出冷却风，使其通过控制基板31和电源基板32的正面和背面后到达气体通路11侧。

此外，如图2和图3所示，下部分割框体6L和上部分割框体6H经由密封垫等密封部件45和46与液冷散热器7连结，并且，盖体8经由密封垫等密封部件47与上部分割框体6H连结，由此框体6形成为密封构造。

下面，说明上述实施方式的动作。

将电力转换装置3搭载于电动汽车1，并且将液冷散热器7的冷却水供给口13和冷却水排出口14与搭载于电动汽车1的冷却系统连结，由此，从冷却系统向冷却水供给口13供给冷却水，并且，从冷却水排出口14排出的冷却后的冷却水返回冷却系统。此时，液冷散热器7的冷却水供给口13和冷却水排出口14直接露出至外部，因此能够容易地进行与冷却系统的连接，并且在进行该连接时，框体6的液密性不会受到破坏，能够可靠地防止冷却水漏到框体6内。

当电动汽车1的点火开关处于打开状态时，电力转换装置3变成工作状态，通过操作加速踏板等，从车辆控制装置4输入控制指令，于是开始电力转换，根据控制指令向电机2供给三相电力。

这样，当电力转换装置3变成工作状态时，各个电路部件开始发热，发热量特别大的IGBT模块21、22和电抗器23与液冷散热器7直接接触并固定于液冷散热器7，因此被流过液冷散热器7的冷却水所冷却。

此外，在液冷散热器7的下表面，与电抗器23接近地在冷却水供给口13侧配置有散热翼片24，在该散热翼片24的气体通路12侧配置有送风风扇25，因此液冷散热器7的低温被传导至散热翼片24，利用该散热翼片24冷却被密闭在框体6内的空气。

然后，冷却后的空气作为冷却风被送风风扇25的百叶窗分散地吹向电容器26和27，对这些电容器26和27进行冷却。此时，如图3所示，电容器26和27在前后方向上隔开规定的间隔地插入贯通液冷散热器7的气体通路12，因此冷却风能够冷却并通过电容器26和27的整个侧面，能够提高电容器26和27的冷却效果。

而且，在液冷散热器7的上表面侧的气体通路12的上方，与气体通路12相对地配置有送风风扇40，利用该送风风扇40，从上部分割框体6H的右侧壁的下表面侧获取对电容器26和27进行冷却后的冷却风，并如图10所示，利用百叶窗，向控制基板31以及电源基板32与支承基板35之间的空间部、控制基板31的下部和电源基板32的上部侧分散地吹出冷却风。利用该冷却风来冷却安装于控制基板31和电源基板32的发热部件，并且冷却IGBT模块21、22，对它们进行冷却后的冷却风通过气体通路11返回散热翼片24被冷却，再次被送风风扇25吹向电容器26和27，形成冷却风循环通路。

这样，根据上述实施方式，下部分割框体6L和上部分割框体6H经由液冷散热器7连结，利用液冷散热器7能够直接冷却作为发热部件的IGBT模块21、22、电抗器23。此时，下部分割框体6L和上部分割框体6H被液冷散热器7隔开，但是，在液冷散热器7形成相距规定距离的气体通路11和12，由此在下部分割框体6L与上部分割框体6H间，气体能够通过气体通路11和12流入流出，能够防止下部分割框体6L和上部分割框体6H产生温差。

而且，在液冷散热器7安装有散热翼片24，并且在该散热翼片24设置有送风风扇25，由此能够形成冷却风。利用该送风风扇25和上部侧的送风风扇40能够形成使冷却风强制循环的冷却风循环通路，能够使框体6的内部温度变得均匀。因此，能够提高发热部件的布局配置的自由度，并且不需扩大用于散热的空间，能够实现整体的小型化。此时，散热翼片24设置于冷却水供给口13侧，因此能够进一步提高空气的冷却效果。

此时，控制基板31以及电源基板32与支承这些基板的支承基板35隔开与间隔物36对应的间隔且平行地被支承，因此当从送风风扇40吹出的冷却风被吹到控制基板31以及电源基板32与支承这些基板的支承基板35之间时，该冷却风通过控制基板31以及电源基板32与支承这些基板的支承基板35间的气体通路，冷却风不会在上下方向飞散，而是可靠地到达与送风风扇40相反的一侧的端部，由此能够提高冷却效果。

此外，使用刚性高的支承基板35经由间隔物36分别支承刚性低的控制基板31和电源基板32，因此在像电动汽车1那样从车体传递来的振动、冲击较大的情况下，能够防止由于振动、冲击而导致控制基板3 1和电源基板32发生挠曲，能够可靠地防止安装的电子部件由于控制基板31和电源基板32的挠曲所引起的反复的应力而损坏，以及对控制基板31和电源基板32与所安装的电子部件进行电连接的焊料等电连接部44损坏而引起接触不良的情况。

进一步，如上所述，在将送风风扇40的吹出风量抑制得较小，且基于小型化的要求，将控制基板31和电源基板32与支承它们的支承基板35之间的间隔设定在电绝缘距离以下的情况下，在控制基板31以及电源基板32与支承它们的支承基板35之间，设置作为绝缘部件的绝缘片材41，由此能够确保控制基板31以及电源基板32与支承它们的支承基板35的绝缘。

此外，通过搭载具有上述效果的电力转换装置3，能够提供一种即使由于行驶环境而温度发生变化，其耐久性也很高的电动汽车。

此外，在上述实施方式中，对将送风风扇40设置于上部分割框体6H的右后端部的情况进行了说明，但是并非局限于此，只要能够向控制基板31以及电源基板32与支承它们的支承基板35之间吹出冷却风即可，能够设置于任意的位置。此时，只要能够利用与送风风扇25的关系，在液冷散热器7的上下形成良好的冷却风循环通路即可。

此外，在上述实施方式中，对使控制基板31以及电源基板32与支承它们的支承基板35的间隔较窄，在两者间设置绝缘片材41的情况进行了说明，但是，在能够将控制基板31以及电源基板32与支承它们的支承基板35之间的距离设定在电连接距离以上的情况下，能够省略绝缘片材41。

此外，在上述实施方式中，对具有控制基板31和电源基板32的情况进行了说明，但是并非局限于此，在多层地形成控制基板和电源基板一体化后的基板、其它功率基板等的情况下也能够应用本发明。

进一步，在上述实施方式中，对作为热交换器使用液冷散热器的情况进行了说明，但是，也可以应用其它结构的热交换器。

此外，在上述实施方式中，对在作为车载控制装置的电力转换装置中应用本发明的情况进行了说明，但是并非局限于此，在车辆的空调装置的控制装置、电动助力转向装置的控制装置等其它任意的车载用控制装置中也能够应用本发明。

进一步，在上述实施方式中，对将利用本发明的电力转换装置应用于电动汽车的情况进行了说明，但是并非局限于此，在轨道上行驶的铁道车辆中也能够应用本发明，能够应用在任意的电驱动车辆中，而且作为电力转换装置，并非局限于电驱动车辆，在驱动其他工业设备中的电机等致动器的情况下，也能够应用本发明的电力转换装置。

Claims (3)

1.一种车载用控制装置，其在密闭构造的框体内设置有安装基板，该安装基板安装有发热的电路部件且具有可挠性，该车载用控制装置的特征在于：

以在刚性比固定在所述框体上的所述安装基板高且能够抑制挠曲的支承基板上形成气体通路的方式，将所述安装基板支承在所述支承基板上，并且，将通过热交换部进行热交换后在所述框体内循环的冷却气体供向所述安装基板的正面和背面。

2.如权利要求1所述的车载用控制装置，其特征在于：

所述支承基板利用嵌入并竖立于该支承基板的所需数量的柱状间隔物支承所述安装基板。

3.如权利要求1或2所述的车载用控制装置，其特征在于：

在所述支承基板由导电性部件构成的情况下，在该支承基板与所述安装基板之间设置有绝缘部件。

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