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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Wärmeableitungsstruktur.
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Stand der Technik
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In einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik wird ein Halbleitermodul mit einem Halbleiterelement verwendet. Das Halbleitermodul erzeugt beim Schalten Wärme, daher ist es erwünscht, dass das Halbleitermodul gekühlt wird. Als Verfahren zum Kühlen des Halbleitermoduls wird beispielsweise ein Verfahren zum Kühlen des Halbleitermoduls durch einen Kühlkörper, an dem das Halbleitermodul montiert ist, vorgesehen.
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In der Kunststromumwandlungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik wird das Halbleitermodul von einem Federelement auf den Kühlkörper gedrückt. Mit dieser Konfiguration wird ein gewisser enger Kontakt zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlkörper verbessert, wodurch ein Wärmeübertragungskoeffizient verbessert werden kann. Das heißt, die Wärme wird leicht aus dem Halbleitermodul abgeführt.
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Im Stand der Technik ist das Federelement auf dem Halbleitermodul angeordnet, das auf einer Oberseite des Kühlkörpers angeordnet ist, und ein Verstärkungsbalken, der zur Verstärkung des Federelements konfiguriert ist, ist auf dem Federelement angeordnet. Im Bewehrungsbalken sind Durchgangsbohrungen ausgebildet. Weiterhin wird der Verstärkungsbalken in einem Zustand, in dem der Verstärkungsbalken und das Federelement gestapelt sind, mit Schrauben an der Kühlkörperseite befestigt, so dass das Halbleitermodul in engen Kontakt mit dem Kühlkörper gebracht wird (z.B. siehe Patentliteratur 1).
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Zitatliste
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Patentliteratur
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Der Stand der Technik hat jedoch folgende Probleme.
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Um das Halbleitermodul auf den Kühlkörper zu drücken, werden in der entsprechenden Technik das Federelement und der Verstärkungsbalken benötigt. Dementsprechend wird die Anzahl der Komponenten in der zugehörigen Leistungsumwandlungsvorrichtung erhöht. Darüber hinaus hat die zugehörige Leistungsumwandlungsvorrichtung aufgrund der zunehmenden Anzahl von Komponenten ein Problem, wie z.B. die Beschränkung der inneren Struktur des Gehäuses oder die Erhöhung der Anzahl der Montageschritte.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und hat das Ziel, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Struktur zu erhalten, die in der Lage ist, die Anzahl der Komponenten innerhalb eines Gehäuses und die Anzahl der Montageschritte im Vergleich zu denen in der entsprechenden Art.
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Lösung des Problems
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung vorgesehen, die Folgendes beinhaltet: ein Halbleitermodul mit einem Halbleiterschaltelement; einen Kühlkörper, der konfiguriert ist, das Halbleitermodul zu kühlen; ein Federelement, das konfiguriert ist, das Halbleitermodul auf den Kühlkörper zu drücken; ein Gehäuse, das konfiguriert ist, das Halbleitermodul und das Federelement aufzunehmen; und eine brückenartige Struktur, die konfiguriert ist, das Halbleitermodul durch Vermittlung des Federelements auf den Kühlkörper zu drücken, wenn das Gehäuse an dem Kühlkörper montiert wird.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Zwecke der Kühlung der wärmeerzeugenden Komponenten, wie des Halbleitermoduls und einer Energiekomponente, anstelle der Montage und Befestigung des Verstärkungsbalkens auf dem Federelement eine Struktur vorgesehen, die in der Lage ist, das Federelement durch Montage und Befestigung des Gehäuses zu drücken, und das Halbleitermodul kann durch Montage des Gehäuses am Kühlkörper befestigt werden. Dadurch ist es möglich, die Leistungsumwandlungsvorrichtung mit der Struktur zu erhalten, die in der Lage ist, die Anzahl der Komponenten im Gehäuse und die Anzahl der Montageschritte im Vergleich zu denen in der entsprechenden Art.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Explosionszeichnung zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 1.
- 3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 3.
- 5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 5.
- 7 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 7.
- 9 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 10 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 9.
- 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Weiterhin ist 2 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 1.
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Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten in 1 dargestellten Ausführungsform weist eine Struktur auf, in der ein Deckel 10, eine Schaltungseinheit 20, ein Gehäuse 30, eine Tellerfeder 40, ein Halbleitermodul 50 und ein Kühlkörper 60 gestapelt und mit den Schrauben 70 und 71 befestigt sind.
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Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das Gehäuse 30 eine brückenartige Struktur 31, die anstelle eines Bewehrungsstabes verwendet wird. Das Gehäuse 30 wird mit den Schrauben 71 am Kühlkörper 60 montiert, wodurch die Tellerfeder 40 gleichzeitig von der brückenartigen Struktur 31 gedrückt wird. Bei dieser Struktur wird das Halbleitermodul 50 in engen Kontakt mit dem Kühlkörper 60 gebracht.
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Außerdem wird der Deckel 10 mit den Schrauben 70 am Gehäuse 30 montiert, so dass die Schaltungseinheit 20 zwischen dem Deckel 10 und dem Gehäuse 30 eingeklemmt ist.
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Wie vorstehend beschrieben, kann das Halbleitermodul 50 gemäß der ersten Ausführungsform mit dem Kühlkörper 60 verbunden werden, indem das Gehäuse 30 einschließlich der brückenartigen Struktur 31 verwendet wird. Dementsprechend ist der für die zugehörige Leistungsumwandlungsvorrichtung erforderliche Verstärkungsbalken nicht erforderlich. Dadurch ist es möglich, die Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Struktur zu erreichen, die in der Lage ist, die Anzahl der Komponenten im Gehäuse und die Anzahl der Montageschritte im Vergleich zu denen in der entsprechenden Art.
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Zweite Ausführungsform
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3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Weiterhin ist 4 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 3.
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Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform weist, ähnlich wie die oben genannte erste Ausführungsform, eine Struktur auf, in der ein Deckel 10, eine Schaltungseinheit 20, ein Gehäuse 30, eine Plattenfeder 40, ein Halbleitermodul 50 und ein Kühlkörper 60 gestapelt und mit den Schrauben 70 und 71 befestigt sind. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der oben genannten ersten Ausführungsform in einem Befestigungsverfahren mit den Schrauben 71. Daher wird dieser Unterschied im Folgenden im Wesentlichen beschrieben.
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In der oben genannten ersten Ausführungsform wird die folgende Struktur übernommen. Insbesondere nachdem das Gehäuse 30 mit den Schrauben 71 am Kühlkörper 60 befestigt wurde, wird die Schaltungseinheit 20 auf das Gehäuse 30 gelegt. Anschließend wird der Deckel 10 mit weiteren Schraubenlöchern am Gehäuse 30 befestigt.
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In der zweiten Ausführungsform hingegen, wenn das Gehäuse 30 mit Schrauben am Kühlkörper 60 befestigt ist, wird das Gehäuse 30 mit den Schrauben 71 von der Seite des Kühlkörpers 60 aus befestigt. Dadurch können Schraublöcher für die Schrauben 70 zur Befestigung des Deckels 10 am Gehäuse 30 und Schraublöcher für die Schrauben 71 gemeinsam verwendet werden, wodurch die Anzahl der Schraubbefestigungspunkte reduziert werden kann.
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Wie vorstehend beschrieben, können gemäß der zweiten Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben genannten ersten Ausführungsform erzielt werden. Darüber hinaus ist gemäß der zweiten Ausführungsform die Befestigungsmethode mit den Schrauben so konzipiert, dass sie die Schraubenlöcher teilt. Dadurch kann auch die Anzahl der Verschraubungspunkte reduziert werden.
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Dritte Ausführungsform
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5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Weiterhin ist 6 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 5.
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Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der in 5 dargestellten dritten Ausführungsform weist die Struktur auf, in der ein Deckel 10, eine Schaltungseinheit 20, ein Gehäuse 30, eine Tellerfeder 40, ein Halbleitermodul 50 und ein Kühlkörper 60 gestapelt und nur mit Schrauben 70 befestigt sind. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den oben genannten ersten und zweiten Ausführungsformen in einem Befestigungsverfahren ohne die Schrauben 71. Daher wird dieser Unterschied im Folgenden im Wesentlichen beschrieben.
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In der dritten Ausführungsform wird die folgende Struktur übernommen. Insbesondere wird das Gehäuse 30 auf dem Kühlkörper 60 und die Schaltungseinheit 20 auf dem Gehäuse 30 platziert. Dann wird der Deckel 10 auf das Gehäuse 30 gelegt, und drei Komponenten, nämlich der Kühlkörper 60, das Gehäuse 30 und der Deckel 10, werden mit den Schrauben 70 einer Art befestigt. Auf diese Weise können die Schrauben gemeinsam verwendet werden, was die Anzahl der Schrauben und die Anzahl der Schraubpunkte reduziert.
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Wie vorstehend beschrieben, können gemäß der dritten Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben genannten ersten Ausführungsform erzielt werden. Darüber hinaus wird gemäß der dritten Ausführungsform die Befestigungsmethode mit den Schrauben zur gemeinsamen Nutzung der Schraubenlöcher konzipiert und eine Art der Schrauben verwendet. Dadurch kann auch die Anzahl der Schrauben und die Anzahl der Schraubstellen reduziert werden.
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Vierte Ausführungsform
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7 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Weiterhin ist 8 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 7.
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Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der in 7 dargestellten vierten Ausführungsform weist die Struktur auf, in der ein Gehäuse 30a, eine Schaltungseinheit 20, eine Plattenfeder 40, ein Halbleitermodul 50 und ein Kühlkörper 60 nur mit Schrauben 70 gestapelt und befestigt werden. Das heißt, im Vergleich zur oben genannten dritten Ausführungsform hat das Gehäuse 30a in der vierten Ausführungsform eine Funktion des Deckels 10, um dadurch den Deckel 10 und das Gehäuse 30 miteinander zu integrieren. Daher wird dieser Unterschied im Folgenden im Wesentlichen beschrieben.
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In der vierten Ausführungsform werden das Halbleitermodul 50 und die Schaltungseinheit 20 auf dem Kühlkörper 60 platziert, und dann wird das Gehäuse 30a mit Funktionen des Verstärkungsträgers und dem Deckel platziert. Mit dieser Struktur wird eine weitere Reduzierung der Anzahl der Komponenten erreicht.
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Wie vorstehend beschrieben, können gemäß der vierten Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben genannten ersten Ausführungsform erreicht werden. Darüber hinaus sind nach der vierten Ausführungsform Deckel und Gehäuse miteinander integriert, so dass eine weitere Reduzierung der Anzahl der Komponenten erreicht werden kann.
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Fünfte Ausführungsform
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9 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Weiterhin ist 10 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration aus 9.
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Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der in 9 dargestellten fünften Ausführungsform weist die Struktur auf, in der ein Deckel 10, eine Schaltungseinheit 20, eine Packung 80, ein Gehäuse 30, eine Plattenfeder 40, ein Halbleitermodul 50, eine Packung 81 und ein Kühlkörper 60 gestapelt und mit den Schrauben 70 und 71 befestigt sind. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der oben genannten zweiten Ausführungsform dadurch, dass die Packungen 80 und 81 weiter vorgesehen sind. Daher wird dieser Unterschied im Folgenden im Wesentlichen beschrieben.
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In der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ist die Dichtung 80 zwischen dem Deckel 10 und dem Gehäuse 30 vorgesehen, und die Dichtung 81 ist zwischen dem Gehäuse 30 und dem Kühlkörper 60 vorgesehen. Durch die Übernahme dieser Struktur können die Packungen 80 und 81 eine Wasser- und Staubdichtigkeit zwischen dem Gehäuse 30 und dem Kühlkörper 60 gewährleisten und so die Schaltungseinheit 20 vor dem Eintritt von Wasser und Fremdkörpern von außen schützen.
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Wie vorstehend beschrieben, können gemäß der fünften Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben genannten zweiten Ausführungsform erreicht werden. Darüber hinaus kann nach der fünften Ausführungsform durch Einarbeitung der Packungen die Leistungsumwandlungsvorrichtung mit Wasser- und Staubdichtigkeit erreicht werden.
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Sechste Ausführungsform
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11 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Veranschaulichung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der sechsten Ausführungsform beinhaltet das Gehäuse 30 eine Vielzahl von brückenartigen Strukturen 31. Durch die Übernahme dieser Struktur kann die Anzahl der anzuordnenden Halbleitermodule 50 erhöht werden.
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Wie vorstehend beschrieben, können gemäß der sechsten Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der oben genannten ersten Ausführungsform erreicht werden. Darüber hinaus kann gemäß der sechsten Ausführungsform durch die Verwendung des Gehäuses mit der Vielzahl von brückenartigen Strukturen, die jeweils als Verstärkungsbalken fungieren, die Anzahl der anzuordnenden Halbleitermodule erhöht und ein Freiheitsgrad bei der Auslegung der Leistungsumwandlungsvorrichtung verbessert werden.
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In den Leistungsumwandlungsvorrichtungen gemäß der ersten Ausführungsform der vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsform sind das Gehäuse und die brückenartige Struktur miteinander integriert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. So kann beispielsweise eine Konfiguration gewählt werden, bei der das Gehäuse und die brückenartige Struktur in eine Vielzahl von Komponenten unterteilt sind, insbesondere eine Konfiguration, bei der die brückenartige Struktur, die als Verstärkungsbalken fungiert, durch das Gehäuse fixiert wird, wenn ein Federelement gedrückt wird. Durch diese Art der Bereitstellung des Gehäuses und der brückenartigen Struktur als separate Elemente kann die Struktur des Gehäuses vereinfacht werden.
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Weiterhin ist in der ersten Ausführungsform der vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsform ein Werkstoff für das Gehäuse nicht besonders spezifiziert. Es ist jedoch erwünscht, dass das Gehäuse aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt wie Aluminiumlegierung oder Zinklegierung besteht, das im Druckguss verarbeitbar ist und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Solange das Gehäuse aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, ist das Material für das Gehäuse nicht auf Metall beschränkt. Es kann ein durch Formen verarbeitbares Harzmaterial verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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10 Deckel, 20 Schaltungseinheit, 30, 30a Gehäuse, 31 brückenförmige Struktur, 40 Plattenfeder, 50 Halbleitermodul, 60 Kühlkörper, 70,71 Schraube, 80, 81 Packung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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