DE102005041051A1

DE102005041051A1 - Fahrzeugleistungswandler

Info

Publication number: DE102005041051A1
Application number: DE102005041051A
Authority: DE
Inventors: Masao Kikuchi; Isao Sonoda; Yoshihito Asao; Shigetoshi Ippoushi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-03-16
Also published as: FR2875374B1; JP2006074853A; FR2875374A1; JP4404726B2; US7417861B2; US20060044762A1

Abstract

Um einen Fahrzeugleistungswandler mit hoher Zuverlässigkeit durch effektives Abstrahlen von Wärme, die in einer Leistungsschaltsektion und einer Steuerschaltungssektion generiert wird, ohne Verwendung eines Kühlungsventilators vorzusehen, inkludiert der Fahrzeugleistungswandler eine Leistungsschaltungssektion 101, die mit einem Schaltelement 2 versehen ist; eine Steuerschaltungssektion 102 zum Steuern des Schaltelementes 2; und ein Gehäuse zum Unterbringen der Leistungsschaltungssektion 101 und der Steuerschaltungssektion 102, wobei eine erste Wärmeleitschicht 5 zwischen einer Basisplatte 6 mit einer ersten Wärmeaustauschsektion 7 zum Kühlen der Leistungsschaltungssektion 101 und der Leistungsschaltungssektion 101 eingreift; eine zweite Wärmeleitschicht 13 zwischen einer Abdeckung 11 mit einer zweiten Wärmeaustauschsektion 12 zum Kühlen der Steuerschaltungssektion 102 und der Steuerschaltungssektion 102 eingreift; und die erste Wärmetauschsektion 7 und die zweite Wärmeaustauschsektion 12 auf einer Hauptflächenseite bzw. auf der anderen Hauptflächenseite eines äußeren umlaufenden Flächenteils des Gehäuses aufgestellt sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugleistungswandler, der in einem Fahrzeug oder dergleichen montiert ist, und genauer auf einen Wärmeabstrahlungsaufbau eines Leistungswandlers mit einer Leistungsschaltungssektion und einer Steuerschaltungssektion.
Ein Leistungswandler inkludiert allgemein eine Leistungsschaltungssektion mit einem Konverter, der durch Schaltelemente zum Konvertieren eines Gleichstroms in einen Wechselstrom einer beliebigen Frequenz und einen Glättungskondensator etc. gebildet wird, und eine Steuerschaltungssektion mit einer Funktion zum Ausgeben eines Signals zum Steuern der Schaltelemente und einer Funktion für den elektrischen Schutz der Einrichtung. Diese Sektionen sind in einem Gehäuse untergebracht. Ein Leistungswandler zum Regeln der Eingangsleistung eines dreiphasigen Motors inkorporiert zwei Paare von Schaltelementen für jede Phase.
Da eine Leistungsschaltungssektion zum Regeln der Eingangsleistung zu einem Motor verwendet wird, ist der elektrische Leistungsbemessungswert im allgemeinen groß und Wärmeerzeugung in den Schaltelementen oder dergleichen ist auch groß. Deshalb ist ein Konverter auf einer Basis montiert, die auf einer Fläche eines Gehäuses vorgesehen ist, und es sind Kühlungsrippen auf der Fläche außerhalb der Basis vorgesehen, um die Wärmeerzeugung in den Schaltelementen abzustrahlen und einen übermäßigen Temperaturanstieg zu verhindern.
Andererseits wird eine Steuerschaltungssektion gebildet durch Integrieren einer Ansteuerschaltung und einer Energieversorgungsschaltung zum Ansteuern der Schaltelemente und eine Steuerschaltungssektion inkludierend einen Mikrocomputer und einen Speicher großer Kapazität, die auf beiden Flächen des Substrats ausgebildet sind; und die Steuerschaltungssektion hat auch Wärmeerzeugung wie die Leistungsschaltungssektion.

Als eine bekannte Technologie, die Gegenmaßnahmen gegen Wärmegenerierung einer derartigen Leistungsschaltungssektion und Steuerschaltungssektion unternimmt, gibt z.B. es einen Leistungswandler, der in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 11-69774 offenbart wird. In dieser Technologie sind ein Leistungswandler, ein Glättungskondensator und dergleichen auf einer Kühlungsrippenbasis mit Kühlungsrippen montiert; es ist ein Hochstromsubstrat, das mit elektronischen Komponenten ausgerüstet ist, an dem oberen Teil davon vorgesehen; es ist ferner ein Steuerschaltungssubstrat in dem oberen Teil vorgesehen; und es ist eine Abdeckung zum Abdecken aller dieser vorgesehen, wobei die Abdeckung mit unabhängigen Lüftungslöchern versehen ist, um Kühlungsluft für die Steuerschaltung anzuziehen, und die Kühlungsrippen und die Steuerschaltung werden gleichzeitig mit einer vorbestimmten Luftmenge durch Kühlungsventilatoren gekühlt, die außerhalb der Einrichtung vorgesehen sind.

In der oben erwähnten bekannten Technologie sind einige Kosten zum Montieren von Kühlungsventilatoren an dem Gehäuse und Betrachtung der Lebensdauer des Ventilators erforderlich, und genauer war, wenn diese Technologie auf einen Leistungswandler zum Gebrauch in einer raueren Umgebung angewendet wird, z.B. in dem Fall eines Fahrzeugleistungswandlers, die Zuverlässigkeit begrenzt.

Ferner gab es ein Problem dadurch, dass die Bereitstellung von Lüftungslöchern in dem Gehäuse nicht für die oben erwähnte im Fahrzeug montierte Anwendung angewendet werden kann, und eine Vorrichtung für den Gebrauch in einer derartigen Umgebung für Wasserschutz notwendig ist.

Des weiteren wird in den bekannten Technologien eine Steuerschaltungssektion durch zirkulierende Umgebungsluft innerhalb des Gehäuses gekühlt; es gab jedoch einen Fall, in dem, da die Wärme, die in der Leistungsschaltungssektion des Leistungswandlers erzeugt wird, allgemein größer als die in der Steuerschaltungssektion ist, die Wärme, die in der Leistungsschaltungssektion generiert wird, zu der Steuerschaltungssektion übertragen wird, anstatt zu Kühlungsrippen übertragen zu werden, und folglich die Temperatur der Steuerschaltungssektion wegen dieser Wärme erhöht wird. Deshalb gibt es ein Problem dadurch, dass ein Kühlungsmittel zum Kühlen der Steuerschaltungssektion erforderlich ist, um ein Wärmeabstrahlungsleistungsverhalten vorzusehen, das eine Wärmeerzeugung handhaben kann, die größer als die Wärmeerzeugung der Steuerschaltungssektion ist, was zu erhöhten Kosten führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde unternommen, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Fahrzeugleistungswandler mit hoher Zuverlässigkeit durch effektives Abstrahlen von Wärme, die in einer Leistungsschaltungssektion und einer Steuerschaltungssektion erzeugt wird, ohne Verwendung eines Kühlungsventilators vorzusehen.

Ein Fahrzeugleistungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung inkludiert: eine Leistungsschaltungssektion, die mit einem Schaltelement versehen ist; eine Steuerschaltungssektion zum Steuern des Schaltelementes; und ein Gehäuse zum Unterbringen der Leistungsschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion, wobei eine erste wärmeleitende Schicht zwischen einer Basisplatte mit einer ersten Wärmeaustauschsektion zum Kühlen der Leistungsschaltungssektion und der Leistungsschaltungssektion eingreift; eine zweite wärmeleitende Schicht zwischen einer Abdeckung mit einer zweiten Wärmeaustauschsektion zum Kühlen der Steuerschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion eingreift; und die erste Wärmeaustauschsektion und die zweite Wärmeaustauschsektion auf einer Hauptflächenseite bzw. auf der anderen Hauptflächenseite eines äußeren umlaufenden Flächenteils des Gehäuses aufgestellt sind.

In dem Fahrzeugleistungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da er wie oben beschriebenen konfiguriert ist, jeder Wärmeabstrahlungspfad der Leistungsschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion unterhalten werden; und da jede Wärmeaustauschsektion der Leistungsschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion in einem Raum auf einem Hauptflächenteil und dem anderen Hauptflächenteil des äußeren umlaufenden Teils des Gehäuses aufgestellt sind, wird der kühlende Luftstrom unterteilt, und deshalb interferieren wärmeaustauschende Luftströme in jeweiligen Wärmeaustauschsektionen nicht miteinander. Folglich kann ein Kühlungsaufbau mit überlegener Effizienz vorgesehen werden, ohne ein Lüftungsloch, einen Kühlungsventilator und dergleichen vorzusehen; deshalb ist er insbesondere für einen Gebrauch in einem im Fahrzeug montier ten Leistungswandler effektiv, der in rauen Umgebungen verwendet wird.

Die vorangehenden und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung offensichtlicher, wenn in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Überblicksansicht eines Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht des Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Schnittansicht des Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Teilschnittansicht eines wesentlichen Teils eines Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Teilschnittansicht einer Steuerschaltungssektion eines Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis eines Temperaturanstiegs des Steuersubstrats des Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Teilschnittansicht, die ein anderes Beispiel der Steuerschaltungssektion des Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
10 ist eine Teilschnittansicht, die ein anderes Beispiel der Steuerschaltungssektion des Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
Hierin nachstehend wird ein Fahrzeugleistungswandler gemäß Ausführungsform 1 mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Perspektivansicht, die eine Überblicksansicht eines Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 1 zeigt; 2 ist eine Schnittansicht davon; und 3 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht.
Zuerst inkludiert der Überblick eines Leistungswandlers 1, wie in 1 gezeigt, eine Basisplatte 6 mit einer ersten Wärmeaustauschsektion 7, in der eine Leistungsschaltungssektion montiert ist, die später zu beschreiben ist; ein Peri pheriewandflächenelement 10 zum Platzieren einer Leistungsschaltungssektion und einer Steuerschaltungssektion, die später zu beschreiben sind; und eine Abdeckung 11 mit einer zweiten Wärmeaustauschsektion 12. Ein externer Anschluss 31, der ein leitendes Element zum elektrischen Koppeln in den und aus dem Leistungswandler 1 ist, und ein Signalkonnektor 32 sind an dem Peripheriewandflächenelement 10 montiert.
Als Nächstes wird die interne Konfiguration mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. Zuerst inkludiert, wie in 2 gezeigt, der Leistungswandler 1 ein Substrat 4, in dem ein Schaltelement 2, ein Glättungskondensator 3 und dergleichen zum Konvertieren eines Wechselstroms in einen Gleichstrom montiert sind; somit wird eine Leistungsschaltungssektion 101 durch diese Komponenten gebildet. Eine erste wärmeleitende Schicht 5, die aus einer Fettschicht zum Durchführen von Übertragung von Wärme, die in der Leistungsschaltungssektion 101 erzeugt wird, besteht, ist zwischen der Leistungsschaltungssektion 101 und der Basisplatte 6 eingelegt. Ferner wird eine erste Wärmeaustauschsektion 7, die aus Abstrahlungsrippen hergestellt ist, an einer äußeren Umfangsseite der Basisplatte 6 gebildet, wodurch die Leistungsschaltungssektion 101 Wärme mit Umgebungsluft so austauscht, um durch das Substrat 4, die erste wärmeleitende Schicht 5, die Basisplatte 6 und die erste Wärmeaustauschsektion 7 gekühlt zu werden.
Andererseits ist eine Steuerschaltungssektion 102 innerhalb der Einrichtung auf der Seite entgegengesetzt zu der ersten Wärmeaustauschsektion 7 montiert, wie von der Leistungsschaltungssektion 101 gesehen. Die Steuerschaltungssektion 102 inkludiert elektronische Komponenten 8, gebildet durch eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Schaltelementes 2, eine Schutzschaltung zum Schützen der Leistungsschaltungssektion 101, eine Energieversorgungsschaltung zum Zuführen von Energie zu diesen Schaltungen und dergleichen, die auf beiden Seiten des Steuersubstrats 9 assembliert sind. Ferner kann eine Steuersektion zum Steuern eines Motors, der als eine Last dient, inkludiert sein. Diese jeweiligen Komponenten werden durch das periphere Wandflächenelement 10, montiert auf der Basisplatte 6, und die Abdeckung 11, montiert an einer Öffnung entgegengesetzt zu der Basisplatte 6 des peripheren Wandflächenelementes 10, abgedeckt und geschützt. Eine zweite Wärmeaustauschsektion 12 ist an einer Fläche außerhalb der Abdeckung 11 montiert. Ferner ist eine zweite wärmeleitende Schicht 13 platziert, in einem Raum zwischen der Steuerschaltungssektion 102 und der Abdeckung 11 einzugreifen. Die zweite wärmeleitende Schicht 13 wird z.B. durch ein Blatt, hergestellt aus Siliziumharz als eine Hauptkomponente, einem gelatinösem Material oder dergleichen gebildet, wodurch die Steuerschaltungssektion 102 Wärme mit Umgebungsluft so austauscht, um durch das Steuersubstrat 9, die elektronische Komponente 8, die zweite wärmeleitende Schicht 13, die Abdeckung 11 und die zweite Wärmeaustauschsektion 12 gekühlt zu werden.
Die interne Aufbaukonfiguration wird mit Bezug auf 3 weiter detailliert erläutert. Das periphere Wandflächenelement 10 wird hauptsächlich durch ein Harz gebildet, und es wird eine Führung 14 zum Zuführen eines Stroms zu der Leistungsschaltungssektion 101 in dem peripheren Wandflächenelement 10 eingeführt. Dann ist der externe Anschluss 31, der der Führung 14 entspricht, auf der Außenseite vorgesehen und der Signalkonnektor 32 zum Austauschen von Signalen ist an einem Seitenflächenteil montiert, was gestattet, in den und aus dem Leistungswandler 1 durch diese leitenden Elemente elektrisch verbunden zu werden. Die Steuerschaltungssektion 102 ist an einer Vielzahl von Vorsprüngen 15 montiert, die von dem peripheren Wandflächenelement 10 zu der Innenseite der Einrichtung über Stützelemente 16 vorgesehen sind, und ist durch Schrauben 17 gesichert. Durch eine derartige Konfi guration sind feste Wärmetransferpfade, die die Leistungsschaltungssektion 101 und die Steuerschaltungssektion 102 verbinden, nur die Vorsprünge 15 und die Stützelemente 16. Die Vorsprünge 15 sind aus dem gleichen Material gebildet wie das periphere Wandflächenelement 10, d.h. Harz. Andererseits sind die Stützelemente 16 aus einem Metall gebildet, wie etwa Aluminium oder Eisen, um die Steuerschaltungssektion 102 sicher zu stützen. Es kann jedoch ein anderes Material außer Metall verwendet werden, solange wie es kein Problem mit der Festigkeit gibt; es ist ein Material mit kleiner thermischer Wärmeleitfähigkeit wünschenswert.
Es wird der Betrieb des so konfigurierten Leistungswandlers 1 beschrieben. Elektronische Komponenten zur Verwendung in der Leistungsschaltungssektion 101 und der Steuerschaltungssektion 102 verursachen wegen ihrer Impedanz Wärmeerzeugung, wenn ein Strom zugeführt wird, und die Temperatur einer Komponente selbst steigt an. Genauer hat das Schaltelement 2 der Leistungsschaltungssektion 101 einen großen Wärmewert, da viel Energie angelegt wird, und eine Komponente, wie etwa ein Spannungsregler der Steuerschaltungssektion 102, hat auch relativ einen großen Wärmewert. Ferner hat die Steuerschaltungssektion 102 viele Komponenten, die gegenüber Wärme empfindlich sind. Falls ein ausreichender Kühlungsaufbau nicht vorgesehen wird, kann deshalb ein Wärmeschaden wegen Selbst-Wärmeerzeugung oder Wärme, die von peripheren Komponenten aufgenommen wird, auftreten.
Folglich wird ein Wärmestrom, der in der Leistungsschaltungssektion 101 erzeugt wird, durch die erste Wärmeleitschicht 5 mit Umgebungsluft von der Basisplatte 6 durch die erste Wärmeaustauschsektion 7 wärme-ausgetauscht. Andererseits ist die zweite Wärmeleitschicht 13 platziert, in einem Raum zwischen der Steuerschaltungssektion 102 und der Abdeckung 11 einzugreifen; ein Wärmestrom von der Steuerschaltungssektion 102 wird zu der Abdeckung 11 in einem festen Wärmetransferpfad durch die zweite Wärmeleitschicht 13 übertragen, um Wärme mit der Außenseite der Abdeckung durch die zweite Wärmeaustauschsektion 12, die auf der Seite entgegengesetzt zu der Abdeckung 11 vorgesehen ist, auszutauschen. Somit kann ein Temperaturanstieg der Steuerschaltungssektion 102 effektiv reduziert werden.
Die erste Wärmeaustauschsektion 7 der Basisplatte 6 und die zweite Wärmeaustauschsektion 12 der Abdeckung 11 sind auf einer Hauptseitenfläche bzw. auf der anderen Hauptseitenfläche eines äußeren umlaufenden Flächenteils des Gehäuses aufgestellt. Da natürliche Konvektionsluft, die in die erste Wärmeaustauschsektion 7 und die zweite Wärmeaustauschsektion 12 strömt, nicht miteinander interferiert, steigen die reziproken Zugangslufttemperaturen wegen fehlender Interferenz nicht an, und deshalb kann die erhöhte Wärme der Leistungsschaltungssektion 101 und der Steuerschaltungssektion 102 in den jeweiligen Wärmeaustauschsektionen 7 und 12 abgestrahlt werden.
In dem Fall ferner, wo der Leistungswandler 1 in einem Fahrzeug montiert ist, kann, falls beide Flächen der Basisplatte 6 und die Abdeckung 11 in einer Richtung aufgestellt sind, wie in 1 gezeigt, d.h. in im wesentlichen einer vertikalen Richtung, und falls Rippen der ersten Wärmeaustauschsektion 7 und der zweiten Wärmeaustauschsektion 12, die durch Abstrahlungsrippen gebildet werden, in der vertikalen Richtung aufgestellt sind, Wärme, die innerhalb der Einrichtung erzeugt wird, durch Wärmeaustausch mit einem steigenden Luftstrom der Umgebungsluft unter Durchführung natürlicher Konvektion effektiv abgestrahlt werden.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen thermischen Widerständen der Wärmetransferpfade, die sich von internen Kompo nenten zu der ersten Wärmeaustauschsektion 7 und der zweiten Wärmeaustauschsektion 12 erstrecken, beschrieben. Ein thermischer Widerstand Rth1, der sich von der Leistungsschaltungssektion 101 zu Umgebungsluft durch die erste Wärmeleitschicht 5, die Basisplatte 6 und die erste Wärmeaustauschsektion 7 erstreckt, wird aus der thermischen Leitfähigkeit der Materialien, die diese Elemente bilden, und den Formen, wie etwa ihre Stärken, Flächen und dergleichen bestimmt. Ähnlich wird auch ein thermischer Widerstand Rth2, der sich von der Steuerschaltungssektion 102 zu Umgebungsluft durch die zweite Wärmeleitschicht 13, die Abdeckung 11 und die zweite Wärmeaustauschsektion 12 erstreckt, aus der thermischen Leitfähigkeit der Materialien, die diese Elemente bilden, und den Formen bestimmt. Wärmeerzeugung W1 der Leistungsschaltungssektion 101 ist größer als Wärmeerzeugung W2 der Steuerschaltungssektion 102 eingestellt. In dem Fall, dass thermische Isolation außer für die obigen thermischen Widerstände vorgesehen ist, wenn die Temperaturanstiege der Leistungsschaltungssektion 101 und der Steuerschaltungssektion 102 in Bezug auf die Umgebungsluft als ΔT1 bzw. ΔT2 eingestellt sind, ist deshalb dann ΔT1 = W1 × Rth1 ΔT2 = W2 × Rth2.
In dem Fall von ΔT 1> ΔT2 wird hier ein Wärmestrom von der Leistungsschaltungssektion 101 zu der Steuerschaltungssektion 102 erzeugt, wobei somit die Temperatur der Steuerschaltungssektion 102 ansteigt. Dann wird der Temperaturanstieg als ΔT1 ≤ ΔT2 eingestellt, sodass die Steuerschaltungssektion 102 durch die Leistungsschaltungssektion 101 thermisch nicht beeinflusst wird, und die Beziehung zwischen dem thermischen Widerstand Rth1 zwischen der Leistungsschaltungssektion 101 und Umgebungsluft und dem thermischen Widerstand Rth2 zwi schen der Steuerschaltungssektion 102 und Umgebungsluft kann wie folgt eingestellt werden: Rth1 ≤ Rth2 × W2/W1 (diesbezüglich W1 > W2).
Auf diese Weise nimmt die Steuerschaltungssektion 102 Wärme von der Leistungsschaltungssektion 101 nicht auf, deren Wärmeerzeugung groß ist, und kann somit den Temperaturanstieg einschränken.
Wie oben beschrieben, ist es, um den thermischen Widerstand Rth1 zwischen der Leistungsschaltungssektion 101 und Umgebungsluft kleiner als den thermischen Widerstand Rth2 zwischen der Steuerschaltungssektion 102 und Umgebungsluft einzustellen, effektiv, dass der Flächenbereich der ersten Wärmeaustauschsektion 7 größer als der der zweiten Wärmeaustauschsektion 12 eingestellt ist. Folglich wird in dieser Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, der Rth1 eingestellt klein zu sein durch Vergrößern der Höhe h der Wärmeabstrahlungsrippen, die die erste Wärmeaustauschsektion 7 bilden, und der Zahl von Rippen, um den Wärmeabstrahlungsbereich auf der Basisseite zu erhöhen.
Als Nächstes wird der thermische Widerstand von Wärme beschrieben, die von der Leistungsschaltungssektion 101 zu der Steuerschaltungssektion 102 übertragen wird. Der thermische Widerstand der Leistungsschaltungssektion 101 und der Steuerschaltungssektion 102 ist die Summe von dem thermischen Widerstand der Vorsprünge 15 und der Stützelemente 16. Deshalb sind in dieser Ausführungsform die Vorsprünge 15 ganzheitlich mit dem peripheren Wandflächenelement 10 gebildet und sind aus einem Harz mit einem großen thermischen Widerstand hergestellt. Damit kann die Menge von Wärme, die von der Leistungsschaltungssektion 101 zu der Steuerschaltungssektion 102 eingegeben wird, eingeschränkt werden. Material, wie etwa PPS (Polyphenylen-Sulfid), PBT (Polybutylen-Terephtalat), PET (Polyäthylen-Terephtalat), Nylon, die eine kleine thermische Wärmeleitfähigkeit haben, die gute strukturelle Festigkeit als ein peripheres Wandflächenelement vorsehen, und die ausgezeichnete Isolation vorsehen, können als das Harzmaterial des peripheren Wandflächenelementes 10 und der Vorsprünge 15 verwendet werden.
Ferner beschreibt das oben Erwähnte ein Beispiel, in dem die Stützelemente 16 durch Schrauben gesichert sind, es ist aber nicht darauf begrenzt, vorausgesetzt, dass ausreichende mechanische Rückhaltung sichergestellt werden kann. Außerdem beschreibt das oben Erwähnte ein Beispiel, in dem die Steuerschaltungssektion 102 mit dem Stützelement 16, angebracht an den Vorsprüngen 15, montiert ist; es kann aber auch derart konfiguriert sein, dass die Steuerschaltungssektion 102 an den Vorsprüngen 15 ohne Verwendung der Stützelemente 16 direkt montiert ist oder an dem peripheren Wandflächenelement 10 direkt montiert ist; z.B. kann das periphere Wandflächenelement 10 Stufen haben, sodass die Steuerschaltungssektion an den Stufen montiert ist.
Des Weiteren kann die Führung 14 als ein getrenntes Element von dem peripheren Wandflächenelement 10 abweichend von ihrer Einführung in das periphere Wandflächenelement 10 montiert sein. Der Hauptinhalt dieser Ausführungsform ist, die Steuerschaltungssektion durch das periphere Wandflächenelement zu montieren, das aus Harz hergestellt ist, das einen großen thermischen Widerstand hat. Die Konfiguration des peripheren Wandflächenelementes und der Aufbau zum Montieren der Steuerschaltungssektion sind deshalb nicht auf diese Beschreibung begrenzt.
Wie oben beschrieben, greift gemäß der vorliegenden Erfindung dieser Ausführungsform die erste Wärmeleitschicht zwischen der Basisplatte mit der ersten Wärmeaustauschsektion zum Kühlen der Leistungsschaltungssektion und der Leistungsschaltungssektion ein; die zweite Wärmeleitschicht greift zwischen der Abdeckung mit der zweiten Wärmeaustauschsektion zum Kühlen der Steuerschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion ein; und die erste Wärmeaustauschsektion und die zweite Wärmeaustauschsektion sind auf einer Hauptflächenseite bzw. auf der anderen Hauptflächenseite des äußeren umlaufenden Flächenteils des Gehäuses aufgestellt. Deshalb kann jeder Wärmeabstrahlungspfad der Leistungsschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion aufrechterhalten werden; und da jede Wärmeaustauschsektion der Leistungsschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion in einem Raum an einer Hauptflächenseite und der anderen Hauptflächenseite des äußeren umlaufenden Teils des Gehäuses aufgestellt sind, wird der kühlende Luftstrom unterteilt, und deshalb interferieren wärmeausgetauschte Luftströme in jeweiligen Wärmeaustauschsektionen nicht miteinander. Folglich kann ein wasserdichter Aufbau, der die internen elektronischen Komponenten vollständig abdeckt, mit dem peripheren Wandflächenelement, der Basisplatte und der Abdeckung leicht erhalten werden, ohne Bereitstellung eines Lüftungslochs, eines Kühlungsventilators und dergleichen, wodurch er für eine Verwendung in einem im Fahrzeug montierten Leistungswandler, der in rauen Umgebungen verwendet wird, sehr effektiv wird.
Ferner wird die Wärmeerzeugung der Leistungsschaltungssektion eingestellt, größer als die Wärmeerzeugung der Steuerschaltungssektion zu sein; und der thermische Widerstand, der sich von der Leistungsschaltungssektion zu Umgebungsluft durch die erste Wärmeaustauschsektion erstreckt, wird eingestellt kleiner als der thermische Widerstand zu sein, der sich von der Steuerschaltungssektion zu der Umgebungsluft durch die zweite Wärmeaustauschsektion erstreckt. Deshalb werden Temperaturgradienten der Leistungsschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion klein gemacht, um Wärmeinterferenz zwischen den zwei Schaltungen zu verhindern.
Außerdem wird der Wärmeabstrahlungsbereich der ersten Wärmeaustauschsektion eingestellt, größer als der Wärmeabstrahlungsbereich der zweiten Wärmeaustauschsektion zu sein, und deshalb kann der thermische Widerstand, der sich von der Leistungsschaltungssektion zu der Außenseite der Einrichtung durch die erste Wärmeaustauschsektion erstreckt, leicht so abgestimmt werden, kleiner als der thermische Widerstand zu sein, der sich von der Steuerschaltungssektion zu der Außenseite der Einrichtung durch die zweite Wärmeaustauschsektion erstreckt.
Ferner inkludiert das Gehäuse die Basisplatte mit der ersten Wärmeaustauschsektion und die Abdeckung mit der zweiten Wärmeaustauschsektion; beherbergt die Leistungsschaltungssektion und die Steuerschaltungssektion, aufgestellt zwischen der Basisplatte und der Abdeckung; und inkludiert ein aus Harz hergestelltes peripheres Flächenelement zum Fixieren und Stützen von äußeren Umfangsabschnitten der Basisplatte und der Abdeckung, worin das leitende Element zum elektrischen Koppeln in den und aus dem Leistungswandler an dem peripheren Flächenelement montiert ist. Deshalb sind die ersten und zweiten Wärmeaustauschsektionen durch das Gehäuse mit schlechter thermischer Wärmeleitfähigkeit montiert, und folglich kann reziproke Wärmeinterferenz in den Wärmeaustauschsektionen beträchtlich reduziert werden.
Des Weiteren wird die Steuerschaltungssektion durch das periphere Wandflächenelement des Gehäuses oder die Stützelemente, die in dem peripheren Flächenelement vorgesehen sind, gestützt, und deshalb wird der thermische Widerstand der festen Wärmetransferpfade, die sich von der Leistungsschaltungssektion zu der Steuerschaltungssektion erstrecken, groß gemacht, um den Wärmestrom von der Leistungsschaltungssektion zu der Steuerschaltungssektion reduzieren zu können.
Ausführungsform 2
4 ist eine auseinander gezogene Perspektivansicht eines Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 2 und 5 ist eine Schnittansicht davon. In den Figuren werden jene Elemente äquivalent zu 1 bis 3, beschrieben in Ausführungsform 1, durch die gleichen Bezugszeichen gezeigt und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. Ein Unterschied zu Ausführungsform 1 ist ein Wärmeabschirmungselement 18, das zwischen der Leistungsschaltungssektion 101 und der Steuerschaltungssektion 102 vorgesehen ist, und deshalb wird hauptsächlich das Wärmeabschirmungselement 18 beschrieben.
Wie in den Figuren gezeigt, wird eine Montage des Wärmeabschirmungselementes 18 so ausgeführt, dass Stützelemente 19 zu Vorsprüngen 15, die ganzheitlich an einem peripheren Wandflächenelement 10 gebildet sind, zuerst montiert werden, dann Montagefelder 18a des Wärmeabschirmungselementes 18 mit den Stützelementen 19 ausgerichtet werden, und das Wärmeabschirmungselement 18 mit Stützelementen 20 fixiert wird.
Als Nächstes wird eine Montage der Steuerschaltungssektion 102 so ausgeführt, dass Montagelöcher der Steuerschaltungssektion 102 mit den Stützelementen 20 ausgerichtet sind und die Steuerschaltungssektion 102 mit Schrauben 17 fixiert ist. Die Stützelemente 19 und 20 stützen, wie in dem Fall der Stützelemente 16 in 3 von Ausführungsform 1, sicher die Steuerschaltungssektion 102 durch Verwendung eines metallischen Materials, wie etwa Aluminium oder Eisen.
Mit der obigen Konfiguration werden, wie in der Schnittansicht von 5 gezeigt, Luftschichten 21a und 21b zwischen dem Wärmeabschirmungselement 18 und sowohl der Leistungsschaltungssektion 101 als auch der Steuerschaltungssektion 102 gebildet.
Als Nächstes wird der Betrieb beschrieben. Durch Vorsehen des Wärmeabschirmungselementes 18 erhöht sich der thermische Widerstand zwischen den Luftschichten 21a und 21b und dem Wärmeabschirmungselement 18 im Vergleich zu dem Fall, wo kein Wärmeabschirmungselement 18 vorgesehen ist, und deshalb verringert sich der Wärmestrom, der sich von der Leistungsschaltungssektion 101 zu der Steuerschaltungssektion 102 erstreckt.
Da der thermische Widerstand zwischen den Luftschichten 21a und 21b und dem Wärmeabschirmungselement 18 die Summe vom Wärmetransfer wegen natürlicher Konvektion und Wärmetransfer wegen Wärmeabstrahlung ist, ist es erforderlich, die Abstrahlungsthermoleitfähigkeit einzuschränken, um den Wärmeabschirmungseffekt zwischen der Leistungsschaltungssektion 101 und der Steuerschaltungssektion 102 zu steigern. Dies wird durch Bilden des Wärmeabschirmungselementes 18 aus Metall mit einer kleinen Abstrahlungsrate (Emissionsvermögen) erreicht. Unter metallischen Materialien hat z.B. Aluminium eine kleine Abstrahlungsrate und ist leichtgewichtig, wobei dadurch der Wärmeabschirmungseffekt ohne Erhöhung des Gewichts der Einrichtung gesteigert wird, und deshalb ist Aluminium ein geeignetes Material für das Wärmeabschirmungselement 18. Ferner kann außer einem metallischen Material ein Element verwendet werden, das mit einem dünnen Metallfilm auf einem Harzelement beschichtet ist.
In dem Fall, wo das Material des Wärmeabschirmungselementes 18 aus einem metallischen Material hergestellt ist, kann es auch eine Funktion zum Blockieren von Rauschen vorsehen, das durch das Schaltelement 2 der Leistungsschaltungssektion 101 generiert wird, um es nicht zu der Steuerschaltungssektion 102 zu übertragen.
Falls ferner die Stärkegröße t der Luftschicht 21b in 5 klein gemacht wird, wird die Höhe eines Konvektionsraums klein. Es tritt somit Stagnation auf, da ein ausreichender ansteigender Luftstrom nicht generiert werden kann, und das Wärmeaustauschleistungsverhalten zwischen Luft, die das Wärmeabschirmungselement 18 kontaktiert, und der Steuerschaltungssektion 102 wird abgesenkt, wobei dadurch Wärmetransfer blockiert wird.
Gemäß Experimenten, die durch die Erfinder ausgeführt wurden, wurde verifiziert, dass sich ein Temperaturanstieg der Steuerschaltungssektion verringert, da sich die Stärke t der Luftschicht 21b zwischen dem Wärmeabschirmungselement 18 und der Steuerschaltungssektion 102 verringert, und es einen Effekt in Konvektionsunterdrückung gab, falls die Stärke 8mm oder kleiner war.
Wie oben beschrieben, wird gemäß dieser Ausführungsform das Wärmeabschirmungselement zwischen der Leistungsschaltungssektion und der Steuerschaltungssektion vorgesehen, und Luftschichten werden zwischen dem Wärmeabschirmungselement und der Leistungsschaltungssektion und zwischen dem Wärmeabschirmungselement und der Steuerschaltungssektion gebildet, und deshalb erhöht sich der thermische Widerstand, da der Wärmetransferpfad aus Luft und einem Festkörper gebildet wird, wodurch ein zusätzlicher Abschirmungseffekt zusätzlich zu den Effekten von Ausführungsform 1 erreicht werden kann.
Ferner ist mindestens die Fläche des Wärmeabschirmungselementes aus einem Metall mit einer kleinen Abstrahlungsrate hergestellt, und deshalb kann Abstrahlungswärmetransfer zu der Steuerschaltungssektion von der Leistungsschaltungssektion reduziert werden.
Des Weiteren hat die Luftschicht zwischen dem Wärmeabschirmungselement und der Steuerschaltungssektion eine Stärke von nicht mehr als 8mm, und deshalb kann Wärmetransfer wegen Konvektion in der Luftschicht eingeschränkt werden, um den Wärmetransfer zu reduzieren.
Ausführungsform 3
6 ist eine Teilschnittansicht eines wesentlichen Teils eines Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 3. Die gesamte Einrichtung ist 1 äquivalent, die in Ausführungsform 1 erläutert wird, und die gesamte Schnittansicht mit Ausnahme dessen, was in 6 gezeigt wird, ist 2 von Ausführungsform 1 oder 5 von Ausführungsform 2 äquivalent, und deshalb werden äquivalente Teile durch die gleichen Bezugszeichen gezeigt, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt und es werden hauptsächlich nur unterschiedliche Teile beschrieben.
Wie in der Figur gezeigt, sind elektronische Komponenten 8 an beiden Seiten eines Steuersubstrats 9 montiert, was eine Steuerschaltungssektion 102 bildet. Die elektronischen Komponenten 8 generieren Wärme, wenn ein Strom zugeführt wird, und eine elektronische Komponente, die eine besonders große Menge von Wärme unter den elektronischen Komponenten generiert, ist als Wärmeerzeugungskomponenten 22 bezeichnet, um sie zu unterscheiden. Die Wärmeerzeugungskomponenten 22 sind z.B. ein Spannungsregler 22a einer Energieversorgungsschaltungssektion, ein Treiber 22b zum Ansteuern eines Schaltelementes und dergleichen. Das Merkmal dieser Ausführungsform ist, dass eine zweite Wärmeleitschicht 13 in einem Raum zwischen den Wärmeerzeugungskomponenten 22 und einer Abdeckung 11 ein greift. D.h. die zweite Wärmeleitschicht 13 wird durch ihr selektives Fixieren an der oberen Fläche der Wärmeerzeugungskomponenten 22 unter den elektronischen Komponenten 8 vorgesehen. Als ein Material der zweiten Wärmeleitschicht 13 wird z.B. ein Blatt verwendet, das hauptsächlich aus Siliziumharz, gelatinösem Material oder dergleichen hergestellt ist.
Eine Dispersionsanordnung der Wärmeerzeugungskomponenten 22, aufgestellt auf einem Steuersubstrat 9, ist beim Reduzieren des Temperaturanstiegs effektiver, da die Wärmeerzeugungskomponenten nicht miteinander interferieren. Deshalb wird es auch effektiv, eine Vielzahl von unterteilten zweiten Wärmeleitschichten 13 für jede der Wärmeerzeugungskomponenten 22 der Dispersionsanordnung zu bilden.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung dieser Ausführungsform die zweite Wärmeleitschicht selektiv zwischen den Wärmeerzeugungskomponenten mit einer großen Menge von Wärmeerzeugung unter Komponenten, die die Steuerschaltungssektion bilden, und der Abdeckung vorgesehen, und deshalb können die Materialkosten durch Verringern der Menge von Material, das in der Wärmeleitschicht verwendet wird, reduziert werden, während der Temperaturanstieg durch Wärmeaustausch der Wärme, die durch die Wärmeerzeugungskomponenten erzeugt wird, mit Umgebungsluft eingeschränkt wird.
Ferner wird in dieser Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem die Wärmeleitschicht so vorgesehen ist, um an der oberen Fläche der elektronischen Komponente fixiert zu sein; es kann jedoch eine Konfiguration, in der die Wärmeleitschicht an der Steuersubstratfläche des Montageteils der Wärmeerzeugungskomponenten fixiert ist, montiert an der Fläche entgegengesetzt zu diesem Beispiel ähnliche Wirkungen haben.
Ausführungsform 4
7 ist eine Teilschnittansicht einer Steuerschaltungssektion eines Fahrzeugleistungswandlers gemäß Ausführungsform 4. Die gesamte Einrichtung ist äquivalent zu 1, die in Ausführungsform 1 erläutert wird, und die gesamte Schnittansicht mit Ausnahme dessen, was in 7 gezeigt wird, ist äquivalent zu 2 von Ausführungsform 1 oder 5 von Ausführungsform 2, und deshalb werden äquivalente Teile durch die gleichen Bezugszeichen gezeigt und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt, und es werden hauptsächlich nur unterschiedliche Teile beschrieben.
Wärmeerzeugungskomponenten 22 dieser Ausführungsform sind an einer ersten Hauptfläche 9a des Steuersubstrats 9 montiert, was eine Fläche an der Seite entgegengesetzt zu der Abdeckung 11 ist; und es ist eine zweite Wärmeleitschicht 13 vorgesehen, an einer zweiten Hauptfläche 9b des Steuersubstrats 9 fixiert zu sein, was die Fläche auf der Seite der Abdeckung 11 ist, um einen Raum zu der Abdeckung 11 zu überbrücken. Das Steuersubstrat 9 ist allgemein aus einem Material mit einer kleinen thermischen Leitfähigkeit hergestellt, wie etwa Epoxydharz kombiniert mit Glasfaser oder Phenolharz. Deshalb wird ein Kupfermuster 23a auf der ersten Hauptfläche 9a ausgebildet, auf der die Wärmeerzeugungskomponenten 22 montiert sind; und eine Metallplatte 24, hergestellt aus einem Kupfergruppenmaterial oder dergleichen, inkludiert in der Wärmeerzeugungskomponente 22, wird durch Löten auf dem Kupfermuster 23a fixiert. Die Wärmeerzeugungskomponente 22 ist durch eine Metallplatte 24 montiert. Ferner ist auch ein Kupfermuster 23b auf der zweiten Hauptfläche 9b montiert, auf der die zweite Wärmeleitschicht 13 fixiert ist. Ferner sind in der Region, wo Komponenten unter der Wärmeerzeugungskomponente 22 montiert sind, Durchgangslöcher 25 in dem Steuersubstrat 9 ausgebildet; und an den Wandflächen der Durchgangslöcher 25 sind Kupfermetallverkleidungen 25a gleichlaufend mit den Kupfermustern 23a und 23b ausgebildet. Das heißt es werden Kupfermetalldünnfilmschichten mit guter thermischer Leitfähigkeit von der Region, wo die Wärmeerzeugungskomponente 22 montiert ist, zu der Fläche, die mit der zweiten Wärmeleitschicht 13 der zweiten Hauptfläche 9b in Berührung kommt, durch innere umlaufende Flächen der Durchgangslöcher 25 ausgebildet. Das Material der Metalldünnfilmschicht ist nicht auf Kupfer begrenzt; es kann ein beliebiges Material mit guter thermischer Leitfähigkeit verwendet werden.
Es wird nun die Wärmeabstrahlungsfunktion der Steuerschaltungssektion beschrieben, die wie oben beschrieben konfiguriert ist. Die Wärmetransferpfade werden von der Wärmeerzeugungskomponente 22 zu der zweiten Wärmeleitschicht 13 durch die Metallplatte 24, das Kupfermuster 23a, die Metallverkleidungen 25a und das Kupfermuster 23b ausgebildet, die hohe thermische Leitfähigkeit haben; deshalb wird der thermische Widerstand im Vergleich zu dem Fall des Steuersubstrats, das keine Durchgangslöcher 25 und keine Kupfermuster hat, beträchtlich klein.
Ferner wurde als ein Verfahren zum Reduzieren vom thermischen Widerstand der Steuersubstratsektion verifiziert, dass es effektiv war, Lötmittel 26 in die Durchgangslöcher 25 zu füllen, wie in der Konfiguration von 7. 8 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis des Temperaturanstiegs des Steuersubstrats gemäß der Anwesenheit oder Abwesenheit der Durchgangslöcher und des Lötmittels in den Durchgangslöchern zeigt. Eine Testprobe hatte Durchgangslöcher 25 mit einem äußeren Durchmesser von Φ 0,5 mm, Kupfermuster 23a und 23b und Metallverkleidungen mit einer Stärke von 18 μm, und Durchgangslöcher 25 mit einem Abstand von 1,8 mm, und diese getesteten Proben wurden auf dem Steuersubstrat 9 (hergestellt aus Glasepoxid) unter der Wärmeerzeugungskomponente 22 ausgebildet.
Es wurde ein Vergleich der Temperaturdifferenz zwischen beiden Flächen des gleichen Steuersubstrats in dem Fall mit und ohne Lötmittel 26 in den Durchgangslöchern 25 und in dem Fall ohne die Durchgangslöcher 25 durchgeführt.
Das Ergebnis war derart, dass, wie in 8 gezeigt, im Vergleich zu dem Fall (Spezifikation 3), wo keine Durchgangslöcher vorgesehen sind, der Temperaturanstieg um 10°C in dem Fall einer Verwendung des Steuersubstrats (Spezifikation 1) verringert werden kann, worin die Durchgangslöcher, die Metallverkleidungen und die Metalldünnfilmschichten, hergestellt aus Kupfermuster, vorgesehen sind, wie in 7 gezeigt; und der Temperaturanstieg kann um 15°C in dem Fall (Spezifikation 2) verringert werden, wo Lötmittel ferner in die Durchgangslöcher eingefüllt wird.
Wie oben beschrieben, kann im Vergleich zu dem Fall, wo Durchgangslöcher vorgesehen sind, in dem Fall, wo die Durchgangslöcher mit Lötmittel gefüllt sind, die Temperaturdifferenz zwischen beiden Flächen um ungefähr 40% verringert werden, und deshalb wurde bestätigt, dass es eine beträchtliche Wirkung hat.
Als ein Verfahren zum Füllen von Lötmittel in den Durchgangslöchern in dem Fall, wo Lötmittel in die Durchgangslöcher gleichlaufend mit einer Flächenmontage der Wärmeerzeugungskomponenten gefüllt wird, gibt es eine Möglichkeit, dass sich geschmolzenes Lötmittel auf der hinteren Fläche des Substrats durch die Durchgangslöcher ausbreitet und abfällt, wobei es somit möglich gemacht wird, eine Stärke nicht zu erhalten, die für die Lötmittelschicht unter der Wärmeerzeugungskomponente notwendig ist. Somit wurde die folgende Gegenmaßnahme vorgesehen.
9 ist eine vergrößerte Teilansicht des Steuersubstrats, worin Gegenmaßnahmen zur Verhinderung von Lötmittelsickern vorgesehen sind. Wie in der Figur gezeigt, ist eine Harzschicht 27 entlang des äußeren Umfangs von Durchgangslöchern 25 auf der Seite einer zweiten Hauptfläche 9b eines Steuersubstrats 9 ausgebildet. Die Harzschicht 27 kann zu der gleichen Zeit wie eine Herstellung des Substrats ausgebildet werden, falls ein Verfahren verwendet wird, wie etwa Lötmittelresist oder Siebdruck, sodass es in der Praxis wirksam ist.
Wie oben beschrieben, kann der thermische Widerstand durch Vorsehen von kupferplattierten Durchgangslöchern, die als Wärmetransferpfade dienen, unter den Wärmeerzeugungskomponenten des Steuersubstrats beträchtlich reduziert werden. Falls die Konfiguration, wie etwa die Spezifikation 1 oder die Spezifikation 2 von 8 tatsächlich angenommen wurde, konnte deshalb bestätigt werden, dass der Temperaturanstieg auf den vorbestimmten Pegel gedrückt werden konnte, selbst wenn Rippen an der Wärmeaustauschsektion an der Abdeckungsseite nicht vorgesehen wurden. 10 ist eine Teilschnittansicht der Steuerschaltungssektion und einer Abdeckungssektion, die ein Beispiel eines Falls zeigt, wo Abstrahlungsrippen an der Abdeckung nicht vorgesehen sind. In diesem Zusammenhang werden die Durchgangslöcher und das Kupfermuster nicht gezeigt. Wie in der Figur gezeigt, ist es derart, dass eine Abdeckung 28 einen gedrückten Bereich 28a, der zu der Innenseite der Einrichtung in einem fixierenden Teil zu einer zweiten Wärmeleitschicht 13 ausgebildet ist, so aufweist, um den thermischen Widerstand zu reduzieren, indem die zweite Wärmeleitschicht 13 dünn gemacht wird. Der gedrückte Bereich 28a kann durch eine Blechverarbeitung leicht ausgebildet werden, und es kann somit eine Wärmeaustauschsektion bei extrem niedrigen Kosten hergestellt werden.
Tatsächlich wurde bei Bestätigung des Temperaturanstiegs einer Wärmeerzeugungskomponente in dem Fall, dass der Leistungswandler betrieben wird, wenn die Abdeckung 28, die in 10 gezeigt wird, aus einem Aluminiumblatt mit einer Stärke von 1mm durch Verwenden des zuvor erwähnten Durchgangslochmusters gebildet wird und in den Leistungswandler einbezogen ist, herausgefunden, dass in dem Fall von Spezifikation 2, worin Lötmittel in die Durchgangslöcher gefüllt wurde, die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungslufttemperatur und der Komponente auf ungefähr 20°C eingeschränkt werden konnte, und eine gewünschte Wärmefreisetzungswirkung selbst in dem Fall sichergestellt werden konnte, dass die Abdeckung durch Blechverarbeitung hergestellt wurde.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der Erfindung von Ausführungsform 4 die Wärmeerzeugungskomponente an einer ersten Hauptfläche montiert, die eine Fläche an der Seite entgegengesetzt zu der Abdeckung des Steuersubstrats der Steuerschaltungssektion ist; die zweite Wärmeleitschicht ist zwischen einer zweiten Hauptfläche, die eine Fläche auf der Seite der Abdeckung des Steuersubstrats ist, und der Abdeckung montiert; es sind eine Vielzahl von Durchgangslöchern innerhalb einer Region ausgebildet, die durch einen äußeren umlaufenden Teil von mindestens der Wärmeerzeugungskomponente des Steuersubstrats umgeben ist; und es sind Metalldünnfilmschichten mit hoher thermischer Leitfähigkeit von einer Region montiert, worin die Wärmeerzeugungskomponente der ersten Hauptfläche zu einer Fläche vorgesehen ist, die mit der zweiten Wärmeleitschicht der zweiten Hauptfläche über innere umlaufende Flächen der Durchgangslöcher in Berührung kommt. Deshalb können eine Wärmespreize und eine Wärmeleitschicht der Wärmeerzeugungskomponente aus einem festen Metall für einen Wärmetransfer hergestellt werden, um das Kühlungsleistungsverhalten der Wärmeerzeugungskomponente beträchtlich zu verbessern. Ferner kann der thermische Widerstand durch Vorsehen von Durchgangslöchern in dem Steuersubstrat unten, wo elektronische Komponenten montiert sind, effektiv reduziert werden.
Da Lötmittel in die Durchgangslöcher gefüllt wird, kann außerdem der thermische Widerstand der Durchgangslochteile weiter effektiv reduziert werden.
Wegen dem Harz, ausgebildet an den äußeren umlaufenden Teilen der Durchgangslöcher in der Fläche, worin die Metalldünnfilmschicht der zweiten Hauptfläche vorgesehen ist, ist es ferner möglich zu verhindern, dass Lötmittel durch zu der zweiten Hauptfläche austritt, wenn die elektronischen Komponenten an der ersten Hauptfläche gelötet werden, wodurch eine vorbestimmte Lötmittelschichtstärke sichergestellt werden kann.
Da die Abdeckung aus einem Blechelement hergestellt wird, um als die zweite Wärmeaustauschsektion verwendet zu werden, können außerdem Gewichtseinsparung und Kostenverringerung der Abdeckung realisiert werden.
Da der gedrückte Bereich zu der Steuerschaltungssektionsseite in einem Teil ausgebildet ist, wo die Abdeckung mit mindestens der zweiten Wärmeleitschicht in Berührung kommt, um die zweite Wärmeleitschicht dünn zu machen, kann des Weiteren der thermische Widerstand durch Verringern der Wärmeleitschichtstärke reduziert werden, während die zulässige Höhe von montierbaren elektronischen Komponenten beibehalten wird.
Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass diese Offenbarungen dem Zweck von Veranschaulichung dienen und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie in den angefügten Ansprüchen dargelegt.

Claims

Fahrzeugleistungswandler, umfassend: eine Leistungsschaltungssektion (101), die mit einem Schaltelement (2) versehen ist; eine Steuerschaltungssektion (102) zum Steuern des Schaltelementes (2); und ein Gehäuse zum Unterbringen der Leistungsschaltungssektion (101) und der Steuerschaltungssektion (102), wobei eine erste Wärmeleitschicht (5) zwischen einer Basisplatte (6) mit einer ersten Wärmeaustauschsektion (7) zum Kühlen der Leistungsschaltungssektion (101) und der Leistungsschaltungssektion (101) eingreift; eine zweite Wärmeleitschicht (13) zwischen einer Abdeckung (11) mit einer zweiten Wärmeaustauschsektion (12) zum Kühlen der Steuerschaltungssektion (102) und der Steuerschaltungssektion (102) eingreift; und die erste Wärmeaustauschsektion (7) und die zweite Wärmeaustauschsektion (12) auf einer Hauptflächenseite bzw. auf der anderen Hauptflächenseite eines äußeren umlaufenden Flächenteils des Gehäuses aufgestellt sind.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 1, wobei Wärmeerzeugung der Leistungsschaltungssektion (101) eingestellt ist, größer als Wärmeerzeugung der Steuerschaltungssektion (102) zu sein; und ein thermischer Widerstand, der sich von der Leistungsschaltungssektion (101) zu Umgebungsluft durch die erste Wärmeaustauschsektion (7) erstreckt, eingestellt ist, kleiner als ein thermischer Widerstand zu sein, der sich von der Steuerschaltungssektion (102) zu der Umgebungsluft durch die zweite Wärmeaustauschsektion (12) erstreckt.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 2, wobei ein Wärmeabstrahlungsbereich der ersten Wärmeaustauschsektion (7) eingestellt ist, größer als ein Wärmeabstrahlungsbereich der zweiten Wärmeaustauschsektion (12) zu sein.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse die Basisplatte (6) mit der ersten Wärmeaustauschsektion (7) und die Abdeckung (11) mit der zweiten Wärmeaustauschsektion (12) inkludiert; die Leistungsschaltungssektion (101) und die Steuerschaltungssektion (102), aufgestellt zwischen der Basisplatte (6) und der Abdeckung (11), unterbringt; und ferner ein aus Harz hergestelltes peripheres Wandflächenelement (10) zum Fixieren und Stützen von äußeren Umfangsabschnitten der Basisplatte (6) und der Abdeckung (11) inkludiert, und wobei ein leitendes Element zum elektrischen Koppeln in den und aus dem Leistungswandler an dem peripheren Wandflächenelement (10) montiert ist.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 4, wobei die Steuerschaltungssektion (102) durch das periphere Wandflächenelement (10) des Gehäuses oder ein Stützelement, vorgesehen an dem peripheren Wandflächenelement (10), gestützt wird.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei ein Wärmeabschirmungselement (18) zwischen der Leistungsschaltungssektion (101) und der Steuerschaltungssektion (102) vorgesehen ist, und wobei Luftschichten (21a und 21b) zwischen dem Wärmeabschirmungselement (18) und der Leistungsschaltungssektion (101) und zwischen dem Wärmeabschirmungselement (18) und der Steuerschaltungssektion (102) ausgebildet sind.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Fläche des Wärmeabschirmungselementes (18) aus einem Metall mit einer kleinen Abstrahlungsrate hergestellt ist.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 6, wobei die Luftschicht zwischen dem Wärmeabschirmungselement (18) und der Steuerschaltungssektion (102) eine Stärke von nicht mehr als 8mm hat.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 1, wobei die zweite Wärmeleitschicht (13) zwischen einer Wärmeerzeugungskomponente (22) mit einer großen Wärmeerzeugung unter Komponenten, die die Steuerschaltungssektion (102) bilden, und der Abdeckung (11) selektiv vorgesehen ist.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 9, wobei die Wärmeerzeugungskomponente (22) an einer ersten Hauptfläche (9a) montiert ist, die eine Fläche auf der Seite entgegengesetzt zu der Abdeckung (11) des Steuersubstrats (9) der Steuerschaltungssektion (102) ist; die zweite Wärmeleitschicht (13) zwischen einer zweiten Hauptfläche (9b), die eine Fläche auf der Seite der Abdeckung (11) des Steuersubstrats (9) ist, und der Abdeckung (11) montiert ist; eine Vielzahl von Durchgangslöchern (25) innerhalb einer Region ausgebildet sind, die durch einen äußeren umlaufenden Teil von mindestens der Wärmeerzeugungskomponente (22) des Steuersubstrats (9) umgeben ist; und Metalldünnfilmschichten (23a, 23b und 25a) mit hoher thermischer Leitfähigkeit montiert sind von einer Region, in der die Wärmeerzeugungskomponente (22) der ersten Hauptfläche (9a) vorgesehen ist zu einer Fläche, die mit der zweiten Wärmeleitschicht (13) der zweiten Hauptfläche (9b) über innere umlaufende Flächen der Durchgangslöcher (25) in Berührung kommt.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 10, wobei Lötmittel (26) in die Durchgangslöcher (25) gefüllt wird.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 11, wobei eine Harzschicht (27) an einem äußeren umlaufenden Teil der Durchgangslöcher (25) in der Fläche ausgebildet ist, an der die Metalldünnfilmschicht (23b) der zweiten Hauptfläche (9b) vorgesehen ist.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 10, wobei die Abdeckung (28) aus einem Blechelement hergestellt ist, um als eine zweite Wärmeaustauschsektion verwendet zu werden.
Fahrzeugleistungswandler nach Anspruch 13, wobei ein gedrückter Bereich (28a) zu der Steuerschaltungssektionsseite in einem Teil ausgebildet ist, wo die Abdeckung (28) mit mindestens der zweiten Wärmeleitschicht (13) in Berührung kommt, um die zweite Wärmeleitschicht (13) dünn zu machen.