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Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieverteilereinheit, welche einen Energieverteilerschaltkreis für elektrische Energie oder Leistung bildet, der von einer fahrzeugseitigen elektrischen Energiequelle in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Kraftfahrzeug oder dergleichen aus verläuft, sowie ein elektrisches Verbindergehäuse, welches diese Einheit aufweist.
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Bislang ist ein elektrisches Verbindergehäuse bekannt, in welchem ein elektrischer Energieverteilerschaltkreis dadurch gebildet wird, indem eine Mehrzahl von Busschienenkarten übereinander gestapelt wird und in welcher Sicherungen und Relaisschalter enthalten sind, um elektrische Energie oder Leistung von einer einzelnen fahrzeugseitigen elektrischen Energiequelle an verschiedene elektronische Einheiten zu verteilen.
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Weiterhin wurde unlängst ein elektrisches Verbindergehäuse entwickelt, um die Größe eines derartigen elektrischen Verbindergehäuses zu verringern und um eine Schaltsteuerung durchführen zu können, indem Halbleiterschaltvorrichtungen, beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs) oder dergleichen, zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen anstelle der Relaisschalter verwendet werden.
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Diese Halbleiterschaltvorrichtungen haben jedoch einen relativ hohen Energieverbrauch und damit Wärmeabgabe, und es ist notwendig, die Wärme von diesen Vorrichtungen wirksam abzuführen.
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Als einen Weg zur Lösung des Problems ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr.
JP 2001-319708 (
EP1138553A2 ) ein elektrisches Verbindergehäuse beschrieben. Das elektrische Verbindergehäuse beinhaltet einen elekrischen Energieverteilerabschnitt mit einem Eingangsanschluß zur Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle, Ausgangsanschlüssen, Halbleiterschaltvorrichtungen zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen und einem Busschienenschaltkreisabschnitt mit einer metallischen Busschiene zur Bildung eines Schaltkreises und einer Isolierplatte, welche auf die Busschiene aufgesetzt ist, um die jeweiligen Ausgangsanschlüsse des elektrischen Energieverteilerabschnittes mit fahrzeugseitigen Lasten zu verbinden. Der elektrische Energieverteilerabschnitt und der Busschienenschaltkreisabschnitt werden in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefügt, wobei ein Teil der Busschienen im Busschienenschaltkreisabschnitt mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen des elektrischen Energieverteilerabschnittes verbunden wird.
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Genauer gesagt, bei dem soeben beschriebenen elektrischen Verbindergehäuse sind die Eingangsanschlußbusschiene und die Mehrzahl von Ausgangsanschlußbusschienen an einer Rückseite des Wärmeabstrahlungsteiles angeordnet, Halbleiterschaltvorrichtungen sind zwischen die Eingangs- und Ausgangsanschlußbusschienen zum EIN/AUS-Schalten der Eingangs- und Ausgangsanschlußbusschienen angeordnet und von den Halbleiterschaltvorrichtungen erzeugte Wärme wird über das Wärmeabstrahlungsteil nach außen hin abgestrahlt.
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Da bei diesem elekrischen Verbindergehäuse der elektrische Leistungsverteilerabschnitt mit den Halbleiterschaltvorrichtungen und dem Wärmeabstrahlungsteil unabhängig von der Busschienenkarte als elektrische Leistungsverteilereinheit angeordnet ist, ist es möglich, die jeweiligen Halbleiterschaltvorrichtungen an einem einzigen Ort zusammengefaßt wirksam zu kühlen.
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Obgleich bei der bekannten Vorrichtung die Schaltvorrichtung zur EIN/AUS-Versorgung die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse nur aus Halbleiterschaltvorrichtungen besteht, kann es Anwendungsfälle geben, bei denen die Halbleiterschaltvorrichtungen alleine die EIN/AUS-Versorgung nicht durchführen können. In diesem Fall ist es notwendig, die üblicherweise verwendeten Relaisschalter und die Halbleiterschaltvorrichtungen zusammen zu verwenden.
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Ein Relaisschalter ist jedoch größer als eine Halbleiterschaltvorrichtung. Wenn ein derartiger Relaisschalter in der Busschienenkarte auf gleiche übliche Weise eingesetzt wird, wird der von der Busschienenkarte notwendige Raum erhöht, so daß das elektrische Verbindergehäuse selbst vergrößert wird. Infolgedessen wird auch der Aufbau der Busschienenkarte selbst komplizierter.
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Aufgrund dieses Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Energieverteilereinheit zu schaffen, welche Schaltvorrichtungen, beispielsweise Halbleiterschaltvorrichtungen, und Relaisschalter als Schaltvorrichtungen in einem elektrischen Energieverteilerschaltkreis hat, welche problemlos in einem elektrischen Verbindergehäuse einbaubar sind, wobei das elekrische Verbindergehäuse selbst möglichst klein gebaut und die Struktur einer Busschienenkarte für das Gehäuse vereinfacht ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe richtet sich die vorliegende Erfindung zunächst auf eine elektrische Energieverteilereinheit, welche aufweist: ein Wärmeabstrahlungsteil; eine Mehrzahl von einheitenbildenden Busschienen, welche mit einer ersten Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles verbunden sind, wobei die einheitenbildenden Busschienen einen ersten elektrischen Energieverteilerschaltkreis bilden; eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, welche auf den einheitenbildenden Busschienen angeordnet sind; eine Steuerschaltkreiskarte, welche einen Betrieb der Schaltvorrichtungen steuert; und eine Relaiskarte mit einem zweiten elektrischen Energieverteilerschaltkreis unterschiedlich zum ersten elektrischen Energieschaltungsschaltkreis, wobei wenigstens ein Relaisschalter auf dem zweiten elektrischen Energieverschaltungsschaltkreis angeordnet ist, wobei die Relaiskarte unabhängig von der Steuerschaltkreiskarte angeordnet ist und die Relaiskarte und die Steuerschaltkreiskarte so angeordnet sind, daß sie der ersten Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles gegenüberliegen, wobei die Relaiskarte und die Steuerschaltkreiskarte im wesentlichen parallel zueinander sind.
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Bei dem obigen Aufbau ist eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen an der vorderen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles angeordnet, so daß es möglich ist, auf kleinem Raum wirksam die Schaltvorrichtungen durch das Wärmeabstrahlungsteil zu kühlen und den Betrieb der jeweiligen Schaltvorrichtungen durch einen Steuerschaltkreis zu steuern, der auf der Steuerschaltkreiskarte angeordnet ist.
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Da weiterhin die Relaiskarte, welche den elektrischen Energieverteilerschaltkreis unter Verwendung des wenigstens einen Relaisschalters trägt, in dem elektrischen Verbindergehäuse unabhängig von dem elektrischen Energieverteilerschaltkreis angeordnet ist, der die Schaltvorrichtungen verwendet, ist es möglich, problemlos eine Mehrzahl von elektrischen Energieverteilerschaltkreissystemen mit einer Halbleiterschaltvorrichtung und wenigstens einen Relaisschalter in dem elektrischen Verbindergehäuse aufzunehmen, ohne daß ein gehäuseseitiger Schaltkreis des elektrischen. Verbindergehäuses (z. B. ein elektrischer Energieschaltkreis unter Verwendung einer Busschienenkarte) verkompliziert wird, indem die elektrische Energieverteilereinheit in dem elektrischen Verbindergehäuse direkt eingebaut wird. Da weiterhin die Steuerschaltkreiskarte und die Relaiskarte so angeorndet sind, daß sie zur Oberfläche des gemeinsamen Wärmeabstrahlungsteils weisen, wobei die Relaiskarte und die Steuerschaltkreiskarte im wesentlichen parallel zueinander sind, wird der Gesamtaufbau kompakt. Wenn das Wärmeabstrahlungsteil in der Gehäuseschale des elektrischen Verbindergehäuses eingebaut ist und aus der Gehäuseschale herausweist, liegen die Steuerschaltkreiskarte und die Relaiskarte dem inneren Teil der Gehäuseschale gegenüber. Dies führt dazu, daß die Karten vor irgendwelchen Gegenständen außerhalb der Gehäuseschale geschützt sind.
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Um die Schaltvorrichtungen und die Steuerschaltkreiskarte auf der Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles elektrisch miteinander zu verbinden, werden bevorzugt, jedoch nur als Beispiel genannt, Teile der einheitenbildenden Busschienen, an welchen die Schaltvorrichtungen befestigt werden, mit hochgebogenen Abschnitten versehen, welche Kartenverbindungsanschlüsse bilden, welche von der Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles hoch stehen und die Steuerschaltkreiskarte ist mit diesen Kartenverbindungsanschlüssen verbunden. Bei dieser Konstruktion ist es möglich, die Schaltvorrichtungen und die Steuerschaltkreiskarte über einen einfachen Aufbau elektrisch miteinander zu verbinden, bei welchem Teile der Einheit bildende Busschienen hochgebogen sind.
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Um die Steuerschaltkreiskarte mit einem externen Schaltkreis (z. B. einem Steuerschaltkreis seitens des Fahrzeuges) zu verbinden, wird bevorzugt, jedoch nur beispielhaft, ein Steuerschaltkreiskartenverbinder vorgesehen, der die Steuerschaltkreiskarte und den externen Schaltkreis verbindet und der an einer Oberfläche der Steuerschaltkreiskarte angeordnet ist, welche von dem Wärmeabstrahlungsteil wegweist. Da bei dieser Konstruktion die Steuerschaltkreiskarte und die externe Karte leicht unter Verwendung des Steuerschaltkreiskartenverbinders verbindbar sind und der Verbinder an der Oberfläche der Steuerschaltkreiskarte angeordnet ist, welche von dem Wärmeabstrahlungsteil wegweist, ist es möglich, die Steuerschaltkreiskarte nahe an die erste Seite des Wärmeabstrahlungsteiles heranzubringen. Dies führt zu einem Verringern eines Abstandes zwischen der Steuerschaltkreiskarte und der Schaltvorrichtungen.
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Weiterhin kann ein Relaiskartenverbinder, der den elektrischen Energieverteilerschaltkreis und einen externen Schaltkreis verbindet, an der Relaiskarte angebracht sein. Mit dieser Konstruktion ist es möglich, den elektrischen Energieverteilerschaltkreis auf der Relaiskarte und den externen Schaltkreis unter Verwendung des Relaiskartenverbinders miteinander zu verbinden und effektiv die Wärme abzustrahlen, welche von dem Relaisschalter abgegeben wird, was über den Kabelbaum oder die Verdrahtung erfolgt, welche mit dem Relaiskartenverbinder verbunden ist. Somit ist es möglich, die Schaltvorrichtungen über das Wärmeabstrahlteil und die Relaisschalter über den Kabelbaum oder die Verkabelung wirksam zu kühlen, welche mit dem Relaisschalterkartenverbinder verbunden ist.
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Wenn der Relaiskartenverbinder und der Relaisschalter auf der gleichen Oberfläche der Relaiskarte angebracht sind, ist es möglich, die Gesamtgröße der Relaiskarte erheblich zu verringern (beispielsweise in Dickenrichtung der Karte), im Vergleich zu einer Anordnung, bei der der Relaiskartenverbinder und die Relaisschalter auf gegenüberliegenden Oberflächen angebracht sind.
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Weiterhin können die Relaisschalter und der Relaiskartenverbinder an der Oberfläche der Relaiskarte angebracht werden, welche in Richtung des Wärmeabstrahlungssteils weist. Bei dieser Konstruktion kann der Relaisschalter nahe an das Wärmeabstrahlungsteil herangebracht werden. Infolgedessen ist es möglich, die Temperatur um den Relaisschalter unter Verwendung der Kühlfunktion des Wärmeabstrahlungsteils wirksam abzusenken.
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Weiterhin kann die Relaiskarte von der Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils um einen Abstand größer beabstandet sein, als die Steuerschaltkreiskarte von der Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles beabstandet ist und ein Steuerschaltkreiskartenverbinder, der die Steuerschaltkreiskarte und einen externen Schaltkreis verbindet, ist auf einer Oberfläche der Steuerschaltkreiskarte angebracht, welche von dem Wärmeabstrahlungsteil wegweist.
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In einem elektrischen Verbindergehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Busschienenkarte eine Mehrzahl von Busschienen auf, wobei die Busschienenkarte in einer Gehäuseschale aufgenommen ist und die Eingangs- und Ausgangsanschlußbusschienen der elektrischen Energieverteilereinheit sind elektrisch mit der Busschienenkarte in Verbindung. Bei diesem elektrischen Verbindergehäuse wird elektrische Energie oder Leistung, welche von der Busschienenkarte des elektrischen Verbindergehäuses an die Eingangsanschlußbusschienen der elektrischen Energieverteilereinheit geliefert wird, auf die Busschienenkarte über die jeweiligen Schaltvorrichtungen und Ausgangsanschlußbusschienen zurückgeführt, welche zusammen durch das Wärmeabstrahlungsteil gekühlt werden, wodurch beispielsweise fahrzeugseitige Lasten oder Verbraucher versorgt werden können.
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Weiterhin kann die Busschienenkarte entlang einer Außenwand der Gehäuseschale angeordnet werden, wobei die Außenwand mit Einsetzabschnitten für elektrische Bauteile zur Aufnahme elektrischer Bauteile, beispielsweise Sicherungen, ausgestattet ist, wobei ein Kartenverbinder wenigstens entweder an der Steuerschaltkreiskarte oder der Relaiskarte in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Aufnahmeabschnitt für elektrische Bauteile angeordnet ist. Somit ist es möglich, die elektrische Energieverteilereinheit in der Gehäuseschale des elektrischen Verbindergehäuses auf kompakte Weise aufzunehmen, ohne daß eine Störung zwischen dem Einsetzabschnitt für elektrische Bauteile und dem Relaiskartenverbinder erfolgt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 eine frontale Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines elektrischen Verbindergehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Draufsicht auf einen wesentlichen Teil des elektrischen Verbindergehäuses von 1;
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3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Anordnung einer jeden Busschiene einer Energieverteilereinheit in dem elektrischen Verbindergehäuse; und
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4 eine perspektivische Darstellung der Energieverteilereinheit.
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Bezugnehmend auf die Zeichnung wird nun eine exemplarische Ausführungsform eines elektrischen Verbindergehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Ein elektrisches Verbindergehäuse gemäß den 1 bis 3 umfaßt eine untere Gehäuseschale 12, eine obere Gehäuseschale 14, welche auf die untere Gehäuseschale 12 aufgesteckt ist und eine Gehäuseabdeckung 16, welche an der oberen Gehäuseschale 16 angebracht ist. Die oberen und unteren Gehäuseschalen 14 und 12 und die Gehäuseabdeckung 16 sind bevorzugt aus einem isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, Kunstharz oder dergleichen, gebildet, um das Gehäuse (isolierendes Gehäuse) der vorliegenden Erfindung zu bilden.
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Jede der oberen und unteren Gehäuseschalen 14 und 12 ist in Form eines offenen Behälters mit einer Bodenwand ausgebildet. Eine Oberseite der unteren Gehäuseschale 12 überdeckt eine Bodenwand der oberen Gehäuseschale 14.
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In der oberen Gehäuseschale 14 ist eine Busschienenkarte 19 aufgenommen. Die Busschienenkarte kann durch Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von Busschienen und Isolationsplatten aufeinander gebildet werden, um einen elektrischen Energieversorgungsschaltkreis zu bilden.
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Die Bodenwand der oberen Gehäuseschale 14 ist mit einer Mehrzahl von Verbinderaufnahmen (nachfolgend als ”Verbinderaufnahme 18” oder ”Verbinderaufnahmen 18” bezeichnet, obgleich in 1 nur eine dieser Verbinderaufnahmen 18 gezeigt ist), welche zur Bodenseite hin offen sind. Busschienenenden 20 erstrecken sich von der Busschienenkarte 19 aus nach unten und laufen nach unten durch die oberen Wände der Verbinderaufnahmen 18. Die Busschienenenden 20 und die Verbinderaufnahmen 18 bilden Verbinder, welche mit externen Verbindern oder Steckern (nicht gezeigt) verbindbar sind. Genauer gesagt, die externen Verbinder oder Stecker können mit den Verbinderaufnahmen 18 verbunden werden und Anschlüsse der externen Verbinder können somit mit den Busschienenenden 20 verbunden werden, so daß elektrische Schaltkreise (beispielsweise ein elektrischer Energieversorgungsschaltkreis und ein lastseitiger Schaltkreis) über die externen Verbinder mit dem elektrischen Energieversorgungsschaltkreis verbunden werden können, der durch die Busschienenkarte 19 gebildet wird.
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Die Gehäuseabdeckung 16 ist an der oberen Gehäuseschale 14 angebracht, um die Öffnung der oberen Gehäuseschale 14 zu schließen. Die Gehäuseabdeckung 16 weist eine Mehrzahl von Halteabschnitten 22 für elektrische Bauteile oberhalb der Busschienenkarte 19 und eine Mehrzahl von Sicherungshalteabschnitten 22 und 23 auf. In dieser Erfindung bzw. der hier vorliegenden Ausführungsform ist ein elektrisches Bauteil 26 eine Sicherung.
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Jeder der Halteabschnitte 22 und 23 für elektrische Bauteile hat eine Formgebung, bei der ein elektrisches Bauteil 26, welches in 1 strichpunktiert dargestellt ist, eingesetzt werden kann. Jedes der elektrischen Bauteile 26 hat ein Paar von Anschlüssen 26a, welche von einem Gehäuse aus nach unten verlaufen, wohingegen die jeweiligen Halteabschnitte 22 und 23 Anschlußaufnahmeabschnitte 22a und 23a haben, in welche die Bauteilanschlüsse 26a eingeführt werden können.
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Busschienenenden 24 erstrecken sich von der Busschienenkarte 19 aus nach oben und sind in die Anschlußaufnahmeabschnitte 22a eingeführt. Die Anschlüsse 26a der elektrischen Bauteile, welche in die jeweiligen Aufnahmeabschnitte 22a eingesetzt sind, sind in Anlage mit den Busschienenenden 24 und sind somit elektrisch mit der Busschienenkarte 19 verbunden.
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Nachfolgend wird genauer eine Verbindungsstruktur für elektrische Bauteile in den Halteabschnitten 23 für die elektrischen Bauteile erläutert.
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Eine der Seitenwände der oberen Gehäuseschale 14, welche benachbart den Halteabschnitten 23 für die elektrischen Bauteile ist, weist eine Öffnung 15 auf, welche eine elektrische Energieverteilereinheit 30 aufnimmt. Die elektrische Energieverteilereinheit 30 ist in der Öffnung 15 eingesetzt und gehalten.
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Die elektrische Energieverteilereinheit 30 weist gemäß den 3 und 4 ein Wärmeabstrahlungsteil 32, eine Busschiene 34 für einen Eingangsanschluß (Eingangsanschlußbusschiene), eine Mehrzahl von Busschienen 36 der Ausgangsanschlüsse (Ausgangsanschlußbusschienen), eine Mehrzahl von Busschienen 38 zur Verbindung der Karte (Kartenverbindungsbusschienen), eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, beispielsweise Halbleiterschaltvorrichtungen (Leistungs-MOSFETs 40 in der Zeichnung; nachfolgend als ”FETs 40” bezeichnet), eine Treibersteuerkarte 50 und eine Relaiskarte 56 auf, auf der eine Mehrzahl von Relaisschaltern 58 angeordnet ist.
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Das Wärmeabstrahlungsteil 32 beinhaltet eine Mehrzahl von Wärmeabstrahlungsrippen 32a, welche Plattenform haben können und nach außen von einer äußeren Oberfläche des Bauteiles vorstehen. Das Wärmeabstrahlungsteil 32 kann aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (oder hoher spezifischer Wärmekapazität) sein, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung. Das Wärmeabstrahlungsteil 32 ist bevorzugt an der oberen Gehäuseschale 14 so angeordnet, daß eine Endoberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 im wesentlichen senkrecht zur Busschienenkarte 19 verläuft. Genauer gesagt, das Wärmeabstrahlungsteil 32 ist, wie in 1 gezeigt, mit einer Ausnehmung 32b versehen, welche in Eingriff mit der Öffnung 15 ist, die von einer oben offenen Unterkante 14a des oberen Gehäuses 14 und einem unteren Ende einer Seitenwand der Gehäuseabdeckung 16 gebildet wird.
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Die jeweiligen Busschienen 34, 36 und 38 können auf der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 durch einen Kleber oder dergleichen festgelegt sein und können wie in 3 gezeigt angeordnet sein. Unter der Annahme, daß das Wärmeabstrahlungsteil leitfähig ist, wird eine elektrisch isolierende Schicht 33 zwischen das Wärmeabstrahlungsteil 32 und die Busschienen 34, 36 und 38 gelegt.
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Die Eingangsanschlußbusschiene 34 beinhaltet einen Drainverbindungsabschnitt 34a (ein Abschnitt zur Anordnung der Schaltvorrichtungen) und Eingangsanschlußabschnitte 34b. Der Drainverbindungsabschnitt 34a verläuft parallel zur rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32. Eine Mehrzahl von FETs 40 (in der dargestellten Ausführungsform 8 FETs) sind in Längsrichtung an einer Oberfläche des Drainverbindungsabschnittes 34a angeordnet. Der Eingangsanschlußabschnitt 34b erstreckt sich von einem Ende des Drainverbindungsabschnittes 34a (linkes Ende in 3) zu einem inneren Teil der oberen Gehäuseschale 14 und erstreckt sich nach oben zu der Busschienenkarte 19, wie in den 1 und 4 gezeigt, um mit der Busschienenkarte 19 verbunden zu werden.
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Genauer gesagt, ein distales Ende des Eingangsanschlußabschnittes 34b erstreckt sich horizontal und ist mit einer Durchgangsöffnung 34c versehen, wie in 2 gezeigt. Eine Eingangsbusschiene 25 für eine elektrische Energiequelle erstreckt sich von der Busschienenkarte 19 in Richtung der elektrischen Energieverteilereinheit 30. Eine Durchgangsöffnung 25c ist in einem distalen Ende der Eingangsbusschiene 25 ausgebildet, wie in 1 gezeigt. Ein nach oben weisender Mutternbefestigungsabschnitt 61 ist in der Gehäuseabdeckung 16 an einer Position entsprechend der Durchgangsöffnung 25c vorgesehen. Eine Mutter 57 ist in dem Mutternbefestigungsabschnitt 61 eingebettet. Ein Schraubbolzen 55 wird nach oben durch die Durchgangsöffnung 34c und 25c in dem Eingangsanschlußabschnitt 34b und der Energieversorgungseingangsbusschiene 25 eingeführt und in die Mutter 57 eingeschraubt, wodurch der Eingangsanschlußabschnitt 34b und die Energieversorgungseingangsbusschiene 25 mit der Mutter 57 elektrisch miteinander verbunden werden.
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Die Ausgangsanschlußbusschienen 36 und die entsprechenden Kartenverbindungsbusschienen 38 (3) können streifenförmig ausgebildet sein und in einer Richtung entlang der oberen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles 32 angeordnet sein, und zwar in einer Richtung parallel zu der Anordnungsrichtung der FETs 40.
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Ein unteres Ende einer jeden Ausgangsanschlußbusschiene 36 kann unmittelbar oberhalb des Drainverbindungsabschnittes 34a angeordnet sein, wohingegen ein oberes Ende der Busschiene 36 nach oben vorsteht und sich über die Oberkante des Wärmeabstrahlungsteils 32 hinaus erstreckt. Das obere Ende jeder Busschiene 36 weist einen zweizinkigen gabelartigen Verbindungsanschluß für ein elekrisches Bauteil (Wärmeabstrahlungsteilseitiger Verbindungsanschluß für ein elektrisches Bauteil) 36a auf, in welchem ein Anschluß 26a des elektrischen Bauteiles 26 unter Kraft eingeführt werden kann.
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Eine Busschiene 35 für eine elektrische Bauteilverbindung erstreckt sich, win in 1 gezeigt, von der Busschienenkarte 19 in Richtung der elektrischen Energieverteilereinheit 30 und ist an einem Ende nach oben hoch gebogen. Ein Verbindungsanschluß 35a für ein elektrisches Bauteil (z. B. ein Sicherungsverbindungsanschluß) ist am Ende der Busschiene 35 vorgesehen. Der Verbindungsanschluß 35a für das elektrische Bauteil (der in dieser Ausführungsform eine zweizinkige gabelartige Formgebung hat, in welche der elektrische Anschluß 26a des Bauteiles unter Kraft eingeführt werden kann) ist auf gleiche Weise wie der Verbindungsanschluß 36a für das elektrische Bauteil ausgeführt.
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Die beiden Verbindungsanschlüsse 35a und 36a für die elektrischen Bauteile werden in Anschlußaufnahmeöffnungen 23a in den Aufnahmeabschnitten 23a für die elektrischen Bauteile in der Gehäuseabdeckung 16 eingeführt. Die entsprechenden Anschlüsse 26a der elektrischen Bauteile 26, welche in die Aufnahmeabschnitte 23 für die elektrischen Bauteile eingeführt werden, werden unter Kraft in die Verbindungsanschlüsse 35a und 36a für die elektrischen Bauteile eingeführt. Somit überbrücken die elektrischen Bauteile 26 die Verbindungsanschlüsse 35a und 36a der elektrischen Bauteile, so daß die Anschlüsse 35a und 36a über das elektrische Bauteil 26 miteinander elektrisch in Verbindung stehen.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann eines oder können mehrere der elektrischen Bauteile nicht zwingend notwendig sein. Im Fall der Verwendung von elektrischen Bauteilen können beispielsweise alle elektrischen Bauteile auf der Busschienenkarte 19 aufgebaut werden.
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Ein unteres Ende einer jeden Kartenverbindungsbusschiene 38 (vgl. 3 und 4) liegt unmittelbar oberhalb des Drainverbindungsabschnittes 34a, wohingegen ein oberes Ende einer jeden Busschiene 38 nach oben von der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles 32 in Richtung eines inneren Teils der oberen Gehäuseschale 14 (nach rechts in 1) gebogen ist, um einen Kartenverbindungsanschluß 38a zu bilden.
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Obgleich die jeweiligen wärmeabstrahlungsteilseitigen Busschienen 34, 36 und 38 aus einer einzelnen Metallplatte in dieser Ausführungsform gefertigt sind, können sie aus einer Mehrzahl von Metallplatten abhängig von ihren Anordnungen sein und die Mehrzahl von Metallplatten können miteinander durch Falzverbindungen oder Direktverbindung, z. B. Löten, Schweißen oder dergleichen, verbunden sein.
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Jeder geeignete Vorgang und/oder jedes geeignete Material kann zur Ausbildung der Isolierschicht 33 auf der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 verwendet werden und jeder geeignete Vorgang und/oder jedes geeignete Material kann verwendet werden, um die jeweiligen wärmeabstrahlungsteilseitigen Busschienen an der Isolierschicht 33 festzulegen. Beispielsweise kann eine Isolierschicht aus Silikonharz oder dergleichen an der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles angebracht werden und die wärmeabstrahlungsteilseitigen Busschienen können dann an dieser Isolierschicht festgelegt werden. Ein Kleber mit guten elektrischen Isolationseigenschaften und guter Wärmeleitfähigkeit kann auf der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles aufgebracht werden und die einheitenbildenden Busschienen können auf der rückwärtigen Oberfläche angeklebt werden.
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Jeder FET 40 kann einen im wesentlichen rechteckförmigen Körper oder ein Gehäuse und einen Sourceanschluß 42 und einen Gateanschluß 44 an einer Seitenwand des Gehäuses haben.
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Ein Drain eines jeden FET 40 ist an einer rückwärtigen Oberfläche des FET-Gehäuses freiliegend angeordnet. Das Gehäuse eines jeden FET 40 ist an dem Drainverbindungsabschnitt 34a der Eingangsanschlußbusschiene 34 durch Löten oder dergleichen angebracht, wodurch die Drain eines jeden FET 40 mit dem Drainverbindungsabschnitt 34a elektrisch verbunden ist. Der Sourceanschluß 42 des FET 40 ist an der entsprechenden Ausgangsanschlußbusschiene 36 durch Löten oder dergleichen angebracht und der Gateanschluß 44 des FET 40 ist an der entsprechenden Kartenverbindungsbusschiene 38 durch Löten oder dergleichen angebracht. Mit anderen Worten, jeder FET 40 ist an diesen Busschienen (wärmeabstrahlungsteilseitige Busschienen) angebracht, um den gemeinsamen Drainverbindungsabschnitt 34a und die jeweilige Ausgangsanschlußbusschiene 36 und Kartenverbindungsbusschiene 38 zu überbrücken.
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Was die Schaltvorrichtungen betrifft, welche in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, so ist es möglich, unterschiedliche Arten von Halbleitervorrichtungen oder anderen Vorrichtungen mit einer Schaltfunktion zu verwenden, beispielsweise Transistoren (z. B. einen insulated gate bipolar transistor (IGBT) oder einen gewöhnlichen bipolaren Transistor), gate-turn-off Thyristoren (GTOs), oder verschiedene andere Arten von Thyristoren, sowie die bereits genannten Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs), was jeweils von bestimmten Auslegungsparametern und Anforderungen abhängt. Derartige Schaltvorrichtungen können beispielsweise Halbleiterchips oder Gehäusevorrichtungen sein.
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Jedes geeignete Verfahren kann verwendet werden, um die Schaltvorrichtungen und die jeweiligen Anschlüsse miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann auch eine Drahtbondierung verwendet werden. Es ist auch möglich, die Anzahl und Anordung der Schaltvorrichtungen und Ausgangsanschlüsse abhängig von der Anzahl und der Anordnung der jeweiligen elektrischen Vorrichtungen im Fahrzeug zu ändern.
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Die Steuerschaltkreiskarte 50 beinhaltet einen Steuerschaltkreis zur Steuerung des Betriebs eines jeden FET 40, beispielsweise eine gedruckte Schaltkreiskarte. Die Steuerschaltkreiskarte 50 kann an allen geeigneten Stellen mit Durchgangsöffnungen versehen sein, in welche die Kartenverbindungsanschlüsse 38a der jeweiligen Kartenverbindungsbusschienen 38 eingeführt und durch Löten festgelegt werden (vgl. 4). Infolgedessen sind die Gateanschlüsse 44 der jeweiligen FETs 40 über die Kartenverbindungsbusschiene 38 mit dem Steuerschaltkreis der Steuerschaltkreiskarte 50 elektrisch in Verbindung, und die Steuerschaltkreiskarte 50 wird so angeordnet, daß sie der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 gegenüberliegt.
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Steuerschaltkreiskartenverbinder 52 und 54 zur Verbindung mit externen Schaltkreisen können an der Steuerschaltkreiskarte 50 angebracht sein. Die Steuerschaltkreiskartenverbinder 52 und 54 können an der Oberfläche der Karte 50 angebracht werden, welche von dem Wärmeabstrahlungsteil 32 wegweist.
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Weiterhin ist in der elektrischen Energieverteilereinheit 30 der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Relaisschaltern 58, wie sie bei bisher bekannten elektrischen Verbindergehäusen verwendet werden, zusammen mit den FETs 40 für ein EIN/AUS-Schalten der Energieversorgung des elektrischen Energieversorgungsschaltkreises vorgesehen.
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Jeder Relaisschalter 58 ist auf einer Relaiskarte 56 angebracht, welche von der Steuerschaltkreiskarte 50 getrennt ist. Obgleich die Relaiskarte 56 zusammen mit der Steuerschaltkreiskarte 50 so angeordnet ist, daß sie in Richtung der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 weist, ist die Relaiskarte 56 von der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 ßer als die Steuerschaltkreiskarte 50 beabstandet. Die Mehrzahl von Relaisschaltern 58 und ein Verbinder 60 zur externen Verbindung können auf der Oberfläche der Relaiskarte 56 angebracht werden, welche in Richtung der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 weist. Der Verbinder 60 kann mit einem externen Verbinder 59a verbunden werden, der an einem Kabelbaum oder einer Verkabelung 59 zur Zufuhr von elektrischer Leistung oder Energie an eine fahrzeugseitige Last oder einen fahrzeugseitigen Verbraucher vorgesehen ist, wie in 4 gezeigt.
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Die Steuerschaltkreiskarte 50 und die Relaiskarte 60 werden an dem Wärmeabstrahlungsteil 32 durch Rahmenteile 51a und 51b gehalten, wie in 2 gezeigt.
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Ein Eingangsanschluß 62 für elektrische Energie zur Zufuhr elektrischer Energie oder Leistung an die Steuerschaltkreiskarte 50 und ein Eingangsanschluß 64 zur Zufuhr elektrischer Energie oder Leistung an die Relaiskarte 56 sind in der elektrischen Energieverteilereinheit 30 vorhanden und verlaufen in Richtung der Busschienenkarte 19. Energieschwelleneingangsbussschienen (nicht gezeigt) ähnlich zu den Energiequelleneingangsbusschienen 25 erstrecken sich von der Busschienenkarte 19 in Richtung der elektrischen Energieverteilereinheit 30. Die Energieschwellenbusschienen und die Energiequelleneingangsanschlüsse 62 und 64 können auf gleiche Weise wie in der Verbindungsstruktur der Energiequelleneingangsbusschiene 25 und des Eingangsanschlußabschnittes 34a verbunden werden (eine Anordnung unter Verwendung einer Mutter 57 in dem Mutterbefestigungsabschnitt 61), wie in den 1 und 2 gezeigt. Die jeweiligen Energiequelleneingangsanschlüsse 62 und 64 sind mit Durchgangsöffnungen 62a und 64a versehen, wie in den 2 und 4 gezeigt. Auf ähnliche Weise sind die Energiequelleneingangsbusschienen mit Durchgangsöffnungen (nicht gezeigt) versehen. Durch diese Durchgangsöffnungen werden Schraubbolzen eingeführt und in die Muttern eingeschraubt, so daß die jeweiligen Energiequelleneingangsanschlüsse 62 und 64 und die Energiequelleneingangsbusschienen 25 elektrisch verbunden werden.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise des elektrischen Verbindergehäuses erläutert.
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Von einer fahrzeugseitigen Batterie (nicht gezeigt) gelieferte elektrische Energie oder Leistung wird in die Busschienenkarte 19 über einen externen Verbinder oder Stecker eingegeben, der mit einem geeigneten Verbindergehäuse (beispielsweise einer Verbinderaufnahme 18) verbunden ist, welcher in der oberen Gehäuseschale 14 ausgebildet ist. Diese elektrische Energie oder Leistung wird von der Energiequelleneingangsbusschiene 25 der Busschienenkarte 19 der Eingangsanschlußbusschiene 34 über den Eingangsanschlußabschnitt 34b zugeführt. Sodann wird die elektrische Energie der Drain des FET 40 eingegeben, der auf dem Drainverbindungsabschnitt 34a der Eingangsanschlußbusschiene 34 angeordnet ist.
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Wenn der FET 40 in den Zustand EIN gebracht wird, wird die der Drain eingegebene elektrische Energie von der Ausgangsanschlußbusschiene 36 über das elektrische Bauteil 26 (z. B. eine Sicherung, welche in dem Halteabschnitt 23 eingesetzt ist) der Verbindungsbusschiene 35 für das elektrische Bauteil auf der Busschienenkarte 19 zugeführt. Diese elektrische Energie wird von dem externen Verbinder oder Stecker, der mit einem geeigneten Verbindergehäuse der oberen Gehäuseschale 14 verbunden ist, einer bestimmten elektrischen Last oder einem Verbraucher (beispielsweise einem fahrzeugseitigen elektrischen Gerät) geliefert. Wenn andererseits der FET 40 im Zustand AUS ist, wird, selbst wenn die elektrische Leistung der Drain zugeführt wird, diese Leistung nicht an die Ausgangsanschlußbusschiene 36 übertragen. Mit anderen Worten, der Energieverteilerschaltkreis ist abgeschaltet.
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Der Steuerschaltkreis, der auf der Steuerschaltkreiskarte 50 aufgebaut ist, steuert die EIN/AUS-Schaltvorgänge des jeweiligen FET 40. Genauer gesagt, ein Betriebssignal (beispielsweise ein Schaltsignal), welches von einem Schaltkreis außerhalb des elektrischen Verbindergehäuses eingegeben wird, wird über die Verbinder 52 und 54 in den Steuerschaltkreis auf der Steuerschaltkreiskarte 50 übertragen. In Antwort auf das Betriebssignal schickt der Steuerschaltkreis ein Steuersignal durch die Kartenverbindungsbusschiene 38 an den Gatenanschluß 44 des jeweiligen FET 40, wodurch ein EIN/AUS-Schaltvorgang zwischen Drain und Source des FET 40 bewirkt wird.
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Elektrische Energie von einer fahrzeugseitigen elektrischen Energiequelle (Batterie) wird von dem Energiequelleneingangsanschluß 64 über die Busschienenkarte 19 der Relaiskarte 56 zugeführt. Die Relaisschalter 58 und der Relaiskartenverbinder 60 auf der Relaiskarte 56 liefern weiterhin elektrische Energie über die Verkabelung 59 an jeden Teil des Fahrzeuges. Der EIN/AUS-Schaltvorgang der Relaisschalter 58 steuert die elektrische Energieverteilung auf der Relaiskarte 56.
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Bei dem elektrischen Verbindergehäuse gemäß obiger Beschreibung sind einige der üblicherweise verwendeten mechanischen Relaisschalter in einem Busschienenschaltkreis enthalten; sie können jedoch bei Bedarf durch FETs 40 ersetzt werden und die FETs 40 können auf den Oberflächen der wärmeabstrahlungsteilseitigen Busschienen 34, 36 und 38 angebracht sein, welche mit dem gemeinsamen Wärmeabstrahlteil 32 festgelegt sind. Infolgedessen ist es möglich, die jeweiligen FETs 40 zu gleicher Zeit wirksam zu kühlen. Da die Relaisschalter 58, welche zusammen mit den FETs 40 verwendet werden, auf der Relaiskarte 56 angebracht sind und da die Relaiskarte 56 und die Steuerschaltkreiskarte 50 zur Steuerung der FETs 40 so angebracht sind, daß sie von der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 wegweisen, wobei die Relaiskarte 56 im wesentlichen parallel zu der Steuerschaltkreiskarte 50 ist, ist es möglich, die Steuerschaltkreise der FETs 40 und den Relaisschaltkreis mit einer kompakten Struktur zusammenzubauen und wirksam Wärme von den Relaisschaltern 58 von dem Relaiskartenverbinder 60 abzuführen, was über die Verkabelung zur Außenseite der Gehäuseschale hin erfolgt.
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Da die Relaiskarte 56, die Steuerschaltkreiskarte 50 und die FETs 40 an der Innenseite der oberen Gehäuseschale 14 angeordnet sind, wohingegen das Wärmeabstrahlungsteil 32 an der Vorderseite (rechte Seite in 1) der oberen Gehäuseschale 14 angeordnet ist, ist es möglich, die Relaiskarte 56 und die Steuerschaltkreiskarte 50 sowie die FETs 40 wirksam vor Objekten außerhalb der Gehäuseschale zu schützen.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann das Material zur Verbindung der FETs 40 und der Steuerschaltkreiskarte 50 beispielsweise ein spezielles Verdrahtungsmaterial sein. Wenn jedoch die Kartenverbindungsbusschienen 38, welche die Gateanschlüsse 44 der FETs 40 tragen, nach oben gebogen werden, um die Kartenverbindungsanschlüsse 38a zu bilden, und wenn die Steuerschaltkreiskarte mit den Anschlüssen 38a verbunden wird, wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt, ist es möglich, die FETs 40 und die Steuerschaltkreiskarte 50 mit einem einfachen Aufbau zu verbinden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die Entscheidung, ob die Steuerschaltkreiskartenverbinder 52 und 54 und/oder der Relaiskartenverbinder 60 enthalten sein müssen oder nicht, abhängig von den jeweiligen Auslegungen und Anwendungsfällen getroffen werden.
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Obgleich die Anordnung dieser Verbinder nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt ist, kann die in der Zeichnung dargestellte Anordnung darüber hinaus die folgenden Effekte und Wirkungsweisen erzielen:
Da die Steuerschaltkreiskartenverbinder 52 und 54 auf der Oberfläche der Steuerschaltkreiskarte 50 angebracht sind, welche vom Wärmeabstrahlungsteil 32 wegweist, ist es möglich, daß die Steuerschaltkreiskarte 50 nahe an der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 herangebracht wird, wodurch ein Verbindungsabstand zwischen der Steuerschaltkreiskarte 50 und den FETs 40 (Vorsprungsbetrag der Kartenverbindungsbusschienen 38) verringert wird.
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Da der Relaiskartenverbinder 60 auf der Oberfläche der Relaiskarte 56 angebracht ist, auf der auch die Relaisschalter 58 angeordnet sind, ist es möglich, die Gesamtgröße der Relaiskarte 56 erheblich zu verringern (insbesondere die Dickenabmessung der Karte) im Vergleich zu einer Anordnung, in der der Verbinder 60 und die Relaisschalter 58 nicht auf der gleichen Oberfläche der Relaiskarte 56 angebracht sind. Da die Relaisschalter 58 und der Relaiskartenverbinder 60 auf der Oberfläche der Relaiskarte 56 angebracht sind, welche zur rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 weist, ist es möglich, die Relaisschalter 58 nahe an das Wärmeabstrahlungsteil 32 heranzubringen und somit wirksam die Temperatur um die Relaisschalter unter Verwendung der Kühlfunktion des Wärmeabtrahlungsteils 32 abzusenken.
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Da weiterhin die Verbinder 52, 54 und 60 so angeordnet sind, daß die Relaiskarte 56 um einen größeren Betrag von der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils 32 als die Steuerschaltkreiskarte 50 liegt, ist es möglich, diese Verbinder in einer kompakten Weise anzubringen und die Gesamtgröße der Einheit (insbesondere die Abmessungen in Dickenrichtung des Wärmeabstrahlungsteils und jeder Karte) zu verringern.
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Da weiterhin die Busschienenkarte 19 entlang der Gehäuseabdeckung 16 vorgesehen ist, die Halteabschnitte 22 für die elektrischen Bauteile zum Tragen der elektrischen Bauteile 26 an der Gehäuseabdeckung 16 angeordnet sind und die Steuerschaltkreiskartenverbinder 52 und 54 und der Relaiskartenverbinder 60 an der gegenüberliegenden Seite bezüglich der Halteabschnitte 22 liegen, ist es möglich, die elektrische Energieverteilereinheit 30 in der oberen Gehäuseschale 14 in einer kompakten Weise ohne Störung mit den Halteabschnitten 22 und den jeweiligen verbindern 52, 54 und 60 anzuordnen.
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Da bei der bisher beschriebenen Konstruktion die Eingangs- und Ausgangsanschlußbusschienen über die Isolationsschicht auf der rückwärtigen Oberfläche des gemeinsamen Wärmeabstrahlungsteiles festgelegt sind und eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen an der vorderen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteiles angeordnet ist, ist es möglich, effizient und konzentriert die Schaltvorrichtungen durch das Wärmeabstrahlungsteil zu kühlen und den Betrieb der jeweiligen Schaltvorrichtungen durch den Steuerschaltkreis auf der Steuerschaltkreiskarte zu steuern.
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Zusätzlich ist die Relaiskarte, welche den elektrischen Energieverteilerschaltkreis trägt, der die Relaisschalter verwendet, in dem elektrischen Verbindergehäuse unabhängig von dem elektrischen Energieverteilerschaltkreis angeordnet, der die Schaltvorrichtungen verwendet und die Steuerschaltkreiskarte und die Relaiskarte sind so angeordnet, daß sie zur rückwärtigen Oberfläche des gemeinsamen Wärmeabstrahlungsteils weisen, wobei die Karten im wesentlichen parallel zueinander sind. Von daher ist es möglich, problemlos einen elektrischen Energierverteilerschaltkreis mit einer Schaltvorrichtung und einen elektrischen Energieverteilerschaltkreis mit einem Relaisschalter als Schaltvorrichtung in dem elektrischen Verbindergehäuse anzuordnen, ohne den gehäuseseitigen Schaltkreis des elektrischen Verbindungsgehäuses durch Einbringen der elektrischen Energieverteilereinheiten in das elektrische Verbindergehäuse direkt zu verkomplizieren. Es auch möglich, die Karten vor irgendwelchen Gegenständen außerhalb der Gehäuseschale zu schützen.
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Beschrieben wurde insoweit zusammenfassend eine Maßnahme, um eine elektrische Energieverteilungseinheit oder einen elektrischen Energieverteilungsschaltkreis mit Halbleiterschaltvorrichtungen und Relaisschaltern in einem elektrischen Verbindergehäuse in einer kompakten Struktur anzuordnen. Einheitsbildende Busschienen mit Eingangsanschlußbusschienen und Ausgangsanschlußbusschienen werden über eine Isolationsschicht an einer rückwärtigen Oberfläche eines Wärmeabstrahlungsteils festgelegt, welches so angeordnet ist, daß es zur Außenseite eines elektrischen Verbindergehäuses weist und z. B. FETs sind auf den Busschienen angebracht. Relaisschalter, welche Schaltvorrichtungen unterschiedlich zu den FETs sind, sind auf einer Relaiskarte (56) angebracht. Die Relaiskarte und eine Steuerschaltkreiskarte zur Steuerung des Betriebs der FETs sind so angeordnet, daß sie der rückwärtigen Oberfläche des Wärmeabstrahlungsteils gegenüberliegen, wobei die Karten im wesentlichen parallel zueinander sind.
