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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungseinrichtung.
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Die vorliegende Anmeldung beruht auf der beim japanischen Patentamt am 30. März 2017 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017 -
068331 , deren gesamter Inhalt durch Verweis als aufgenommen gilt.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Patentdokument Nr. 1 offenbart einen elektrischen Verteilerkasten, der mit einer Batterie und einer Last wie etwa einem Scheinwerfer oder einem Scheibenwischer verbunden ist. In diesem elektrischen Verteilerkasten sind mehrere plattenförmige Leiter auf einer Platzierungsfläche eines Wärmeabführelements platziert, wobei ein Isolationselement dazwischen angeordnet ist, und Plattenflächen auf einer Seite der Leiter sind der Platzierungsfläche zugewandt. Ein Ende und ein anderes Ende eines Halbleiterschalters sind mit jeweils einem von zwei der mehreren Leiter verbunden. Das eine Ende des Halbleiterschalters ist über einen der zwei Leiter mit der Batterie verbunden, und das andere Ende des Halbleiterschalters ist über den anderen der zwei Leiter mit der Last verbunden.
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Eine Leiterplatte ist auf Plattenflächen auf der anderen Seite der mehreren Leiter angeordnet, und eine Plattenfläche der Leiterplatte ist den Plattenflächen auf der anderen Seite der Leiter zugewandt. Ein Steuerelement ist auf der anderen Plattenfläche der Leiterplatte angeordnet, und das Steuerelement gibt Steuersignale zum Ein- bzw. Ausschalten des Halbleiterschalters aus. Wenn das Steuerelement ein Steuersignal zum Einschalten des Halbleiterschalters ausgibt, wird der Halbleiterschalter eingeschaltet und die Last wird mit Strom aus der Batterie versorgt, wobei Strom über den Halbleiterschalter fließt. Wenn das Steuerelement ein Steuersignal zum Ausschalten des Halbleiterschalters ausgibt, wird der Halbleiterschalter ausgeschaltet, und die Stromversorgung von der Batterie zur Last wird dadurch, dass der Stromfluss über den Halbleiterschalter unterbrochen ist, beendet.
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Fließt Strom über den Halbleiterschalter, erzeugt der Halbleiterschalter Wärme. Die von dem Halbleiterschalter erzeugte Wärme wird erst über die Leiter und dann das Wärmeabführelement geleitet und wird dann von dem Wärmeabführelement abgeführt.
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VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENTE
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Patentdokument Nr. 1:
JP 2003-164040A -
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Eine Schaltungseinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmeabführelement, einen Leiter, der auf einer Platzierungsfläche des Wärmeabführelements platziert ist, wobei ein Isolationselement dazwischen angeordnet ist, ein Wärmeisolationselement, das an einem Ort auf der Platzierungsfläche angeordnet ist, der sich von dem Ort unterscheidet, an dem der Leiter platziert ist, eine Schaltungskomponente, die mit dem Leiter elektrisch verbunden ist und Wärme erzeugt, eine Leiterplatte und ein Steuerelement, welches auf der Leiterplatte platziert ist, gegenüber dem Wärmeisolationselement angeordnet ist, wobei die Leiterplatte dazwischen angeordnet ist, und ein Steuersignal zum Steuern des Betriebs der Schaltungskomponente ausgibt.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schaltbild eines elektrischen Verteilerkastens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht des elektrischen Verteilerkastens.
- 3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A in 2.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht des elektrischen Verteilerkastens mit einem abgenommenen Deckel.
- 5 ist eine Draufsicht auf den elektrischen Verteilerkasten ohne den Deckel.
- 6 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie B-B in 5.
- 7 ist eine vergrößerte Ansicht des in 6 mit C bezeichneten Abschnitts.
- 8 ist ein Diagramm, das die Fertigung des elektrischen Verteilerkastens veranschaulicht.
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
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Bei dem in Patentdokument Nr. 1 beschriebenen elektrischen Verteilerkasten sind das Wärmeabführelement, die Leiter, die Leiterplatte und das Steuerelement in ebendieser Reihenfolge angeordnet. Daher wird von dem Halbleiterschalter erzeugte Wärme über die Leiter und die Leiterplatte zu dem Steuerelement geleitet. Nimmt die Temperatur des Halbleiterschalters zu, nimmt dementsprechend die Temperatur des Steuerelements mit einer Geschwindigkeit zu, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur des Halbleiterschalters zunimmt.
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Das Steuerelement weist eine geringe Wärmefestigkeit auf. Daher ist der obere Grenzwert der Temperatur des Halbleiterschalters, bis zu welcher dessen Normalbetrieb sichergestellt ist, üblicherweise höher als der obere Grenzwert der Temperatur des Steuerelements, bis zu welcher dessen Normalbetrieb sichergestellt ist. In diesem Fall wird der Betrieb des Halbleiterschalters derart gesteuert, dass die Temperatur des Halbleiterschalters nicht höher wird als der obere Grenzwert der Temperatur des Steuerelements. Wenn sich die Temperatur des Halbleiterschalters dem oberen Grenzwert der Temperatur des Steuerelements nähert, gibt das Steuerelement zum Beispiel ein Steuersignal aus, um den Halbleiterschalter auszuschalten und die Stromversorgung über den Halbleiterschalter zu beenden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, tritt bei dem in Patentdokument Nr. 1 beschriebenen elektrischen Verteilerkasten das Problem auf, dass der obere Grenzwert einer zulässigen Temperatur des Halbleiterschalters niedriger ist als der tatsächliche obere Grenzwert der Temperatur des Halbleiterschalters.
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Schaltungseinrichtungen, bei welchen ein derartiges Problem auftritt, sind nicht auf den in Patentdokument Nr. 1 beschriebenen elektrischen Verteilerkasten beschränkt. Ähnliche Probleme treten in Schaltungseinrichtungen auf, bei welchen ein Wärmeabführelement, ein Leiter, eine Leiterplatte und ein Steuerelement in ebendieser Reihenfolge angeordnet sind und eine Wärme erzeugende Schaltungskomponente mit dem Leiter verbunden ist.
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Bei einer derartigen Schaltungseinrichtung gibt das Steuerelement Steuersignale zum Steuern des Betriebs der Schaltungskomponente aus, und der obere Grenzwert der Temperatur der Schaltungskomponente, bis zu welcher deren Normalbetrieb sichergestellt ist, ist höher als der obere Grenzwert der Temperatur des Steuerelements, bis zu welcher dessen Normalbetrieb sichergestellt ist. Daher ist der obere Grenzwert einer zulässigen Temperatur der Schaltungskomponente kleiner als der tatsächliche obere Grenzwert der Temperatur der Schaltungskomponente.
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Die vorliegende Offenbarung zielt daher darauf ab, eine Schaltungseinrichtung bereitzustellen, bei welcher der obere Grenzwert einer zulässigen Temperatur einer Schaltungskomponente hoch ist.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der obere Grenzwert einer zulässigen Temperatur einer Schaltungskomponente hoch.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Zunächst werden Aspekte der Umsetzung der vorliegenden Erfindung aufgelistet und beschrieben. Von den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen lassen sich mindestens einige nach Bedarf kombinieren.
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(1) Eine Schaltungseinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmeabführelement, einen Leiter, der auf einer Platzierungsfläche des Wärmeabführelements platziert ist, wobei ein Isolationselement dazwischen angeordnet ist, ein Wärmeisolationselement, das an einem Ort auf der Platzierungsfläche angeordnet ist, der sich von dem Ort unterscheidet, an dem der Leiter platziert ist, eine Schaltungskomponente, die mit dem Leiter elektrisch verbunden ist und Wärme erzeugt, eine Leiterplatte und ein Steuerelement, welches auf der Leiterplatte platziert ist, gegenüber dem Wärmeisolationselement angeordnet ist. wobei die Leiterplatte dazwischen angeordnet ist, und ein Steuersignal zum Steuern des Betriebs der Schaltungskomponente ausgibt.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt ist das Steuerelement gegenüber dem Wärmeisolationselement angeordnet, wobei die Leiterplatte dazwischen angeordnet ist, und daher wird von der Schaltungskomponente erzeugte Wärme kaum über den Leiter oder das Wärmeabführelement an das Steuerelement geleitet. Demgemäß nimmt die Temperatur des Steuerelements selbst dann kaum zu, wenn die Temperatur der Schaltungskomponente zunimmt. Als Ergebnis ist der obere Grenzwert einer zulässigen Temperatur der Schaltungskomponente hoch, da dieser Wert nicht durch den oberen Grenzwert der Temperatur des Steuerelements beschränkt ist, bis zu welcher dessen Normalbetrieb sichergestellt ist.
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(2) Bei einer Schaltungseinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Wärmeisolationselement durch ein Vlies gebildet, das Silikataerogel-Partikel enthält.
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Gemäß diesem Aspekt ist das Wärmeisolationselement durch ein Vlies gebildet, das Silikataerogel-Partikel enthält, und daher ist es weniger wahrscheinlich, dass Wärme von dem Leiter oder dem Wärmeabführelement über das Wärmeisolationselement an das Steuerelement geleitet wird.
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(3) Eine Schaltungseinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen Rahmen, der entlang einer Umfangskante der Platzierungsfläche des Wärmeabführelements angeordnet ist und die Schaltungskomponente, die Leiterplatte und das Steuerelement umgibt, und einen Deckel, der gegenüber der Platzierungsfläche des Wärmeabführelements angeordnet ist und das Innere des Rahmens abdeckt, wobei der Leiter, die Schaltungskomponente, die Leiterplatte und das Steuerelement zwischen der Platzierungsfläche und dem Deckel angeordnet sind.
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Gemäß diesem Aspekt ist die Schaltungskomponente durch das Wärmeabführelement, den Rahmen und den Deckel abgedeckt, und es ist daher unwahrscheinlich, dass Luft, die sich in Kontakt mit der Schaltungskomponente befindet, aus der Schaltungseinrichtung entweicht. Daher wird der Großteil der Wärme, die von der Schaltungskomponente erzeugt wird, über den Leiter und das Wärmeabführelement geleitet. Das Wärmeisolationselement funktioniert bei einer Ausgestaltung, bei der der Rahmen und der Deckel bereitgestellt sind, effektiver.
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(4) Bei einer Schaltungseinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungseinrichtung mehrere der Leiter auf, die Schaltungskomponente ist ein Halbleiterschalter, der mit zwei der mehreren Leiter elektrisch verbunden ist, und das Steuersignal ist ein Signal zum Ein- oder Ausschalten der Schaltungskomponente.
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Gemäß diesem Aspekt fließt Strom über die zwei Leiter und den Halbleiterschalter, der als die Schaltungskomponente dient. Ist der Halbleiterschalter eingeschaltet, kann Strom über die zwei Leiter fließen, ist hingegen der Halbleiterschalter ausgeschaltet, fließt kein Strom über die zwei Leiter.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Nachfolgend wird ein konkretes Beispiel für einen elektrischen Verteilerkasten (eine Schaltungseinrichtung) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist, sondern durch die Ansprüche definiert ist, und alle Abwandlungen umfassen soll, die in dem Bereich vorgenommen werden, der in Bedeutung und Umfang den Ansprüchen äquivalent ist.
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1 ist ein Schaltbild eines elektrischen Verteilerkastens 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Der elektrische Verteilerkasten 1 ist vorzugsweise in einem Fahrzeug eingebaut und weist Leiter 20, 21 und 22, sechs n-Kanal-Feldeffekttransistoren (FETs) 3 und 4, eine Ansteuerschaltung 50 und einen Mikrocomputer 51 auf. Jeder der Leiter 20, 21 und 22 ist eine sogenannte Stromschiene und ist zum Beispiel aus einer Kupferlegierung hergestellt. Der elektrische Verteilerkasten 1 dient als Schaltungseinrichtung.
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Jeder der FETs 3 weist einen FET-Hauptkörper 3a und eine Diode 3b auf, und die Diode 3b ist zwischen den Drain und die Source des FET-Hauptkörpers 3a geschaltet. Jeder der FETs 4 weist einen FET-Hauptkörper 4a und eine Diode 4b auf, und die Diode 4b ist zwischen den Drain und die Source des FET-Hauptkörpers 4a geschaltet. Die Dioden 3b und 4b sind parasitäre Dioden.
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Die drei FET-Hauptkörper 3a sind zwischen den Leitern 20 und 21 parallelgeschaltet, und die drei FET-Hauptkörper 4a sind zwischen den Leitern 21 und 22 parallelgeschaltet. Die Drains der drei FET-Hauptkörper 3a sind mit dem Leiter 20 verbunden, die Sources der sechs FET-Hauptkörper 3a und 4a sind mit dem Leiter 21 verbunden und die Drains der drei FET-Hauptkörper 4a sind mit dem Leiter 22 verbunden. Die Gates der sechs FET-Hauptkörper 3a und 4a sind mit der Ansteuerschaltung 50 verbunden. Außerdem ist der Mikrocomputer 51 mit der Ansteuerschaltung 50 verbunden.
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Jeder der FETs 3 und 4 dient als Halbleiterschalter. Die Ansteuerschaltung 50 regelt die Spannung am Gate der sechs FETs 3 und 4 bezogen auf ein festes Potenzial. Die Ansteuerschaltung 50 schaltet somit die sechs FETs 3 und 4 ein bzw. aus.
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Sind die sechs FETs 3 und 4 eingeschaltet, kann Strom über die Leiter 20, 21 und 22 und die sechs FETs 3 und 4 fließen. Sind die sechs FETs 3 und 4 ausgeschaltet, fließt kein Strom über die Leiter 20, 21 und 22 und die sechs FETs 3 und 4.
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Wenn Strom zwischen Drain und Source der FETs 3 fließt, erzeugen die FETs 3 Wärme. Wenn Strom zwischen Drain und Source der FETs 4 fließt, erzeugen die FETs 4 Wärme. Jeder der FETs 3 und 4 dient außerdem als Schaltungskomponente.
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Die Anoden der drei Dioden 3b sind über den Leiter 21 mit den Anoden der drei Dioden 4b verbunden. Daher fließt kein Strom über die sechs Dioden 3b und 4b, wenn die sechs FETs 3 und 4 ausgeschaltet sind.
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Ein Einschaltsignal, das die sechs FETs 3 und 4 einschaltet, und ein Ausschaltsignal, das die sechs FETs 3 und 4 ausschaltet, werden an den Mikrocomputer 51 eingegeben. Je nachdem, welches Signal eingegeben wird, gibt der Mikrocomputer 51 ein Steuersignal, das die sechs FETs 3 und 4 ein- oder ausschaltet, an die Ansteuerschaltung 50 aus.
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Im Einzelnen gibt der Mikrocomputer 51, wenn ein Einschaltsignal eingegeben wird, ein Steuersignal zum Einschalten der sechs FETs 3 und 4 an die Ansteuerschaltung 50 aus, und die Ansteuerschaltung 50 schaltet dann die sechs FETs 3 und 4 ein. Wenn ein Ausschaltsignal eingegeben wird, gibt der Mikrocomputer 51 ein Steuersignal zum Ausschalten der sechs FETs 3 und 4 an die Ansteuerschaltung 50 aus, und die Ansteuerschaltung 50 schaltet dann die sechs FETs 3 und 4 aus.
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Die Steuersignale sind Signale zum Steuern des Betriebs eines jeweiligen der sechs FETs 3 und 4.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des elektrischen Verteilerkastens 1. Der elektrische Verteilerkasten 1 weist ferner ein kastenförmiges Gehäuse 6 auf, und die sechs FETs 3 und 4, die Ansteuerschaltung 50 und der Mikrocomputer 51 sind in dem Gehäuse 6 untergebracht. Das Gehäuse 6 weist einen rechteckigen Rahmen 60 und einen Deckel 61 auf. Der Deckel 61 ist auf der Oberseite des elektrischen Verteilerkastens 1 angeordnet, ist in den Rahmen 60 eingepasst und deckt das Innere des Rahmens 60 ab.
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Die Leiter 20 und 22 sind plattenförmig. Eine Plattenfläche des Leiters 20 deckt die Oberseite eines Seitenabschnitts des Rahmens 60 ab, und eine Plattenfläche des Leiters 22 deckt die Oberseite eines anderen Seitenabschnitts des Rahmens 60 ab. Der von dem Leiter 20 abgedeckte eine Seitenabschnitt des Rahmens 60 und der von dem Leiter 22 abgedeckte andere Seitenabschnitt des Rahmens 60 sind in Links-rechts-Richtung nebeneinander angeordnet und verlaufen in Vorne-hinten-Richtung. Dementsprechend ist der von dem Leiter 20 abgedeckte eine Seitenabschnitt des Rahmens 60 gegenüber dem von dem Leiter 22 abgedeckten anderen Seitenabschnitt des Rahmens 60 angeordnet. In der folgenden Beschreibung wird der von dem Leiter 20 abgedeckte eine Seitenabschnitt des Rahmens 60 als linker Seitenabschnitt bezeichnet, und der von dem Leiter 22 abgedeckte andere Seitenabschnitt des Rahmens 60 wird als rechter Seitenabschnitt bezeichnet.
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Eine zylindrische Stiftschraube 52 ragt aus einer oberen Fläche des linken Seitenabschnitts des Rahmens 60 nach oben heraus. Der Leiter 20 weist ein Durchgangsloch 20a auf, das in Oben-unten-Richtung durch ihn hindurchführt, und die Stiftschraube 52 verläuft durch das Durchgangsloch 20a. Auf gleichartige Weise ragt eine zylindrische Stiftschraube 53 aus einer oberen Fläche des rechten Seitenabschnitts des Rahmens 60 nach oben heraus. Der Leiter 22 weist ein Durchgangsloch 22a auf, das in Oben-unten-Richtung durch ihn hindurchführt, und die Stiftschraube 53 verläuft durch das Durchgangsloch 22a. Die zwei Stiftschrauben 52 und 53 sind einander in Links-rechts-Richtung gegenüber angeordnet und in jeder der Stiftschrauben 52 und 53 ist ein Gewinde ausgebildet.
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An der Stiftschraube 52 ist ein nicht dargestellter Anschluss angebracht, der eine Öffnung aufweist. Im Speziellen ist in einem Zustand, bei dem die Stiftschraube 52 durch die Öffnung des Anschlusses verläuft, eine nicht dargestellte Mutter auf der Stiftschraube 52 angezogen. Als Ergebnis treten der Leiter 20 und der Anschluss in Kontakt miteinander, und der Leiter 20 ist elektrisch mit dem Anschluss verbunden.
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Auf gleichartige Weise ist an der Stiftschraube 53 ein nicht dargestellter Anschluss angebracht, der eine Öffnung aufweist. Im Speziellen ist in einem Zustand, bei dem die Stiftschraube 53 durch die Öffnung des Anschlusses verläuft, eine nicht dargestellte Mutter auf der Stiftschraube 53 angezogen. Als Ergebnis treten der Leiter 22 und der Anschluss in Kontakt miteinander, und der Leiter 22 ist elektrisch mit dem Anschluss verbunden.
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Der an der Stiftschraube 52 angebrachte Anschluss ist beispielsweise mit einer positiven Elektrode der Batterie verbunden, und der an der Stiftschraube 53 angebrachte Anschluss ist beispielsweise mit einem Ende der Last verbunden. Die Last wird über den elektrischen Verteilerkasten 1 mit Strom aus der Batterie versorgt.
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Der elektrische Verteilerkasten 1 weist einen Verbinder 54 auf, und in den Verbinder 54 ist ein nicht dargestellter Verbinder eingepasst, der an einem Endabschnitt einer nicht dargestellten Signalleitung bereitgestellt ist. Das Einschaltsignal und das Ausschaltsignal werden über die Signalleitung an den Mikrocomputer 51 des elektrischen Verteilerkastens 1 eingegeben.
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3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A in 2. In dem Rahmen 60 ist ein plattenförmiges Wärmeabführelement 23 untergebracht. Das Wärmeabführelement 23 ist zum Beispiel aus Aluminium hergestellt. Der Rahmen 60 deckt einen linken Kantenabschnitt und einen rechten Kantenabschnitt einer oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 ab. Der Leiter 20 ist mehrfach gebogen, und die Plattenfläche des Leiters 20 deckt nicht nur die obere Fläche des linken Seitenabschnitts des Rahmens 60, sondern auch einen linken Seitenabschnitt der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 innerhalb des Rahmens 60 und eine Innenfläche des linken Seitenabschnitts des Rahmens 60 ab. Auf ähnliche Weise ist auch der Leiter 22 mehrfach gebogen und die Plattenfläche des Leiters 22 deckt nicht nur die obere Fläche des rechten Seitenabschnitts des Rahmens 60, sondern auch einen rechten Seitenabschnitt der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 innerhalb des Rahmens 60 und eine Innenfläche des rechten Seitenabschnitts des Rahmens 60 ab.
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Der Leiter 21 ist außerdem plattenförmig. Der Leiter 21 ist zwischen den Leitern 20 und 22 auf der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 platziert. Die obere Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 ist unteren Flächen der Leiter 20, 21 und 22 zugewandt, und die obere Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 ist unter Verwendung eines Isolationselements 24 (siehe 7), das als Klebemittel dient, mit den unteren Flächen der Leiter 20, 21 und 22 verklebt.
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Wie vorstehend beschrieben ist, sind die Leiter 20, 21 und 22 auf der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 platziert, wobei das Isolationselement 24 dazwischen angeordnet ist. Die obere Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 dient als Platzierungsfläche.
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Innerhalb des Rahmens 60 sind die FETs 3 und 4, welche chipförmig sind, auf der Oberseite der Leiter 20, 21 und 22 angeordnet. Wie vorstehend beschrieben ist, sind die Drains der FETs 3 elektrisch mit dem Leiter 20 verbunden, die Sources der FETs 3 und 4 sind elektrisch mit dem Leiter 21 verbunden, und die Drains der FETs 4 sind elektrisch mit dem Leiter 22 verbunden. Innerhalb des Rahmens 60 ist eine Leiterplatte 25 auf den oberen Flächen der Leiter 20, 21 und 22 angeordnet. Eine untere Fläche der Leiterplatte 25 ist den oberen Flächen der Leiter 20, 21 und 22 zugewandt, und sechs Öffnungen 25a sind in der Leiterplatte 25 bereitgestellt (siehe 4). Die sechs FETs 3 und 4 verlaufen durch jeweils eine der sechs Öffnungen 25a.
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Wärme, die durch die FETs 3 erzeugt wird, wird erst über den Leiter 20, dann das Isolationselement 24 und danach das Wärmeabführelement 23 geleitet bzw. erst über den Leiter 21, dann das Isolationselement 24 und danach das Wärmeabführelement 23 geleitet. Wärme, die durch die FETs 4 erzeugt wird, wird erst über den Leiter 21, dann das Isolationselement 24 und danach das Wärmeabführelement 23 geleitet bzw. erst über den Leiter 22, dann das Isolationselement 24 und danach das Wärmeabführelement 23 geleitet. An das Wärmeabführelement 23 geleitete Wärme wird von dem Wärmeabführelement 23 aus dem elektrischen Verteilerkasten 1 heraus abgeführt.
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4 ist eine perspektivische Ansicht des elektrischen Verteilerkastens 1 mit abgenommenem Deckel 61, und 5 ist eine Draufsicht auf den elektrischen Verteilerkasten 1 ohne den Deckel 61. Die Leiterplatte 25 weist eine rechteckige Form auf und verläuft in Vorne-hinten-Richtung. Die sechs Öffnungen 25b sind in der Leiterplatte 25 in einem Gittermuster bereitgestellt. Drei Öffnungen 25a sind in Vorne-hinten-Richtung angeordnet und zwei Öffnungen 25a sind in Links-rechts-Richtung angeordnet.
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Die drei FETs 3 sind jeweils in einer von drei Öffnungen 25a angeordnet, die in einem linken Seitenabschnitt der Leiterplatte 25 bereitgestellt sind. Die drei FETs 4 sind jeweils in einer von drei Öffnungen 25a angeordnet, die in einem rechten Seitenabschnitt der Leiterplatte 25 bereitgestellt sind. Die Gates der FETs 3 und 4 sind elektrisch mit einem nicht dargestellten Leiterbahnmuster verbunden, das auf einer oberen Fläche der Leiterplatte 25 bereitgestellt ist.
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Der Mikrocomputer 51 ist chipförmig und ist in einem vorderen Seitenabschnitt der oberen Fläche der Leiterplatte 25 angeordnet. Außerdem ist der Verbinder 54 in dem vorderen Seitenabschnitt der oberen Fläche der Leiterplatte 25 bereitgestellt. Die Ansteuerschaltung 50 ist auf der oberen Fläche der Leiterplatte 25 ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ansteuerschaltung 50 in 4 und 5 nicht dargestellt ist.
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Der Mikrocomputer 51 ist über das Leiterbahnmuster, das auf der oberen Fläche der Leiterplatte 25 bereitgestellt ist, einzeln mit der Ansteuerschaltung 50 und dem Verbinder 54 elektrisch verbunden. Die Ansteuerschaltung 50 ist über das Leiterbahnmuster, das auf der oberen Fläche der Leiterplatte 25 bereitgestellt ist, elektrisch mit den Gates der sechs FETs 3 und 4 verbunden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Verbinder der Signalleitung in den Verbinder 54 eingepasst. Das Einschaltsignal und das Ausschaltsignal werden über die Signalleitung und das Leiterbahnmuster an den Mikrocomputer 51 eingegeben. Außerdem werden Steuersignale von dem Mikrocomputer 51 über das Leiterbahnmuster an die Ansteuerschaltung 50 eingegeben. Die Ansteuerschaltung 50 legt ferner über das Leiterbahnmuster eine Spannung an die Gates der sechs FETs 3 und 4 an und regelt die Spannung an diesen Gates bezogen auf ein festes Potenzial.
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Wie vorstehend beschrieben ist, gibt der Mikrocomputer 51, wenn ein Einschaltsignal eingegeben wird, ein Steuersignal zum Einschalten der sechs FETs 3 und 4 an die Ansteuerschaltung 50 aus, und die Ansteuerschaltung 50 schaltet dann die sechs FETs 3 und 4 ein. Wenn ein Ausschaltsignal eingegeben wird, gibt der Mikrocomputer 51 ein Steuersignal zum Ausschalten der sechs FETs 3 und 4 an die Ansteuerschaltung 50 aus, und die Ansteuerschaltung 50 schaltet dann die sechs FETs 3 und 4 aus.
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Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist der Deckel 61 gegenüber der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 angeordnet und deckt die sechs FETs 3 und 4, die Leiterplatte 25 und den Mikrocomputer 51 ab. Die sechs FETs 3 und 4, die drei Leiter 20, 21 und 22, die Leiterplatte 25 und der Mikrocomputer 51 sind zwischen der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 und dem Deckel 61 angeordnet.
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6 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie B-B in 5. Wie in 4, 5 und 6 gezeigt ist, ist ein rechteckiges folienförmiges Wärmeisolationselement 26 auf dem vorderen Seitenabschnitt der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 innerhalb des Rahmens 60 angeordnet. Das Wärmeisolationselement 26 ist an einem Ort, der sich von den Orten unterscheidet, an denen die drei Leiter 20, 21 und 22 platziert sind, auf der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 platziert. Das Wärmeisolationselement 26 ist durch ein Vlies gebildet, das Silikataerogel-Partikel enthält. Die Leiterplatte 25 verläuft an den drei Leitern 20, 21 und 22 vorbei nach vorn, und ein Verlängerungsabschnitt der Leiterplatte 25 ist auf der Oberseite des Wärmeisolationselements 26 angeordnet. Der Mikrocomputer 51 ist auf einer oberen Fläche des Verlängerungsabschnitts der Leiterplatte 25 angeordnet, und der Mikrocomputer 51 ist gegenüber dem Wärmeisolationselement 26 angeordnet, wobei die Leiterplatte 25 dazwischen angeordnet ist. Der Mikrocomputer 51 dient als Steuerelement.
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Wie in 3 und 6 gezeigt ist, ist der Rahmen 60 entlang der Umfangskante der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 angeordnet und umgibt die sechs FETs 3 und 4, die Leiterplatte 25 und den Mikrocomputer 51.
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7 ist eine vergrößerte Ansicht des in 6 mit C bezeichneten Abschnitts. Wie vorstehend beschrieben ist, sind die unteren Flächen der Leiter 20, 21 und 22 mit der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 unter Verwendung des Isolationselements 24 verklebt, das als Klebemittel dient, und das Isolationselement 24 weist die Form einer Schicht auf. Im Speziellen wird das Isolationselement 24 auf die obere Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 aufgebracht, und die Leiter 20, 21 und 22 werden auf der Oberseite des Isolationselements 24 angeordnet. In diesem Zustand wird das Isolationselement 24 erhitzt. Als Ergebnis ist das Isolationselement 24 ausgehärtet und alle Leiter 20, 21 und 22 sind über das Isolationselement 24 mit der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 verklebt.
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Es fließt kein Strom über das Isolationselement 24, und demgemäß fließt auch kein Strom von den Leitern 20, 21 und 22 zu dem Wärmeabführelement 23. Das Isolationselement 24 weist Wärmeabführeigenschaften auf. Daher wird Wärme von jedem der Leiter 20, 21 und 22 über das Isolationselement 24 an das Wärmeabführelement 23 geleitet. Das Isolationselement 24 ist zum Beispiel aus einem Epoxidharz hergestellt, das einen wärmeleitfähigen Füllstoff enthält. Als wärmeleitfähiger Füllstoff wird beispielsweise Aluminiumoxid verwendet.
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Bei dem wie vorstehend beschrieben eingerichteten elektrischen Verteilerkasten 1 ist der Mikrocomputer 51 gegenüber dem Wärmeisolationselement 26 angeordnet, wobei die Leiterplatte 25 dazwischen angeordnet ist, und daher wird von den sechs FETs 3 und 4 erzeugte Wärme kaum über einen der Leiter 20, 21 und 22 oder das Wärmeabführelement 23 an den Mikrocomputer 51 geleitet. Daher nimmt die Temperatur des Mikrocomputers 51 selbst dann kaum zu, wenn die Temperatur der sechs FETs 3 und 4 zunimmt.
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Der Mikrocomputer 51 weist eine geringe Wärmefestigkeit auf. Daher ist der obere Grenzwert der Temperatur der FETs 3 und 4, bis zu welcher deren Normalbetrieb sichergestellt ist, höher als der obere Grenzwert der Temperatur des Mikrocomputers 51, bis zu welcher dessen Normalbetrieb sichergestellt ist. Selbst wenn die Temperatur der sechs FETs 3 und 4 zunimmt, nimmt die Temperatur des Mikrocomputers 51 kaum zu. Der obere Grenzwert der zulässigen Temperatur der FETs 3 und 4 ist dementsprechend groß, da dieser Wert nicht durch den oberen Grenzwert der Temperatur des Mikrocomputers 51 beschränkt wird, bis zu welcher dessen Normalbetrieb sichergestellt ist.
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Die Leiter 20, 21 und 22 und das Wärmeabführelement 23 sind aus Metall hergestellt und weisen daher eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die Leiterplatte 25 hingegen wird durch eine Isolationsplatte gebildet, auf der das Leiterbahnmuster ausgebildet ist, und die Wärmeleitfähigkeit der Isolationsplatte ist hinreichend geringer als die Wärmeleitfähigkeit der Leiter 20, 21 und 22 und des Wärmeabführelements 23. Daher wird kaum Wärme von den sechs FETs 3 und 4 über die Leiterplatte 25 an den Mikrocomputer 51 geleitet.
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Es kann ein Fall vorliegen, bei dem der elektrische Verteilerkasten 1 - außer dem Mikrocomputer 51 - ein Niedertemperaturelement aufweist, dessen oberer Grenzwert der Temperatur, bis zu welcher dessen Normalbetrieb sichergestellt ist - das heißt, dessen oberer Grenzwert einer adäquaten Temperatur - niedriger ist als der obere Grenzwert der adäquaten Temperatur der FETs 3 und 4. Zu Beispielen für derartige Niedertemperaturelemente zählen Steuer-ICs (integrierte Schaltkreise), Aluminiumelektrolytkondensatoren und dergleichen. Wenn außer dem Mikrocomputer 51 ein Niedertemperaturelement enthalten ist - beispielsweise, wenn ein Niedertemperaturelement in der Ansteuerschaltung 50 enthalten ist - dann ist das Niedertemperaturelement, das von dem Mikrocomputer 51 verschieden ist, vorzugsweise ebenso derart auf der oberen Fläche der Leiterplatte 25 angeordnet, dass es gegenüber dem Wärmeisolationselement 26 angeordnet ist und die Leiterplatte 25 dazwischen angeordnet ist.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist das Wärmeisolationselement 26 durch ein Vlies gebildet, das Silikataerogel-Partikel enthält, und daher ist die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeisolationselements 26 geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Luft. Als Ergebnis ist es unwahrscheinlich, dass Wärme über einen der Leiter 20, 21 und/oder 22 und das Wärmeabführelement 23 an den Mikrocomputer 51 geleitet wird.
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Die sechs FETs 3 und 4, die Leiterplatte 25, die Ansteuerschaltung 50 und der Mikrocomputer 51 sind durch das Wärmeabführelement 23, den Rahmen 60 und den Deckel 61 abgedeckt. Es ist daher unwahrscheinlich, dass Luft, die sich in Kontakt mit den sechs FETs 3 und 4 befindet, aus dem elektrischen Verteilerkasten 1 entweicht. Demgemäß wird der Großteil der Wärme, die von den sechs FETs 3 und 4 erzeugt wird, über einen der Leiter 20, 21 und 22 und das Wärmeabführelement 23 geleitet. Das Wärmeisolationselement 26 funktioniert daher bei einer Ausgestaltung, bei der der Rahmen 60 und der Deckel 61 bereitgestellt sind, effektiver.
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Es sei angemerkt, dass die sechs FETs 3 und 4, die Leiterplatte 25, die Ansteuerschaltung 50 und der Mikrocomputer 51 durch das Wärmeabführelement 23, der Rahmen 60, der Deckel 61 und dergleichen flüssigkeitsdicht abgedichtet sind.
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Als Nächstes wird ein Fertigungsverfahren des elektrischen Verteilerkastens 1 beschrieben. 8 ist ein Diagramm, das die Fertigung des elektrischen Verteilerkastens 1 veranschaulicht. Zunächst werden die Leiter 20, 21 und 22 durch Schneiden und Biegen von Metallplatten gefertigt, die aus einer Kupferlegierung hergestellt sind. Als Nächstes wird die Leiterplatte 25 an den Leitern 20, 21 und 22 fixiert und die sechs FETs 3 und 4 werden an jeweils einer der sechs Öffnungen 25a angebracht, die in der Leiterplatte 25 bereitgestellt sind. Danach werden mehrere Elemente, darunter der Mikrocomputer 51, auf der oberen Fläche der Leiterplatte 25 angebracht. Als Nächstes wird das Isolationselement 24, das als Klebemittel dient, auf die obere Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 aufgebracht, und das Wärmeabführelement 23 wird an der Innenseite des Rahmens 60 angebracht, das mit den zwei Stiftschrauben 52 und 53 versehen ist.
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Als Nächstes wird das Isolationselement 26 auf dem vorderen Seitenabschnitt der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 angeordnet und die drei Leiter 20, 21 und 22 und die Leiterplatte 25 werden derart auf der Oberseite des Wärmeabführelements 23 angeordnet, dass der Mikrocomputer 51 gegenüber dem Wärmeisolationselement 26 angeordnet ist, wobei die Leiterplatte 25 dazwischen angeordnet ist. Danach wird das Isolationselement 24 durch Erhitzung ausgehärtet. Als Ergebnis sind die unteren Flächen der Leiter 20, 21 und 22 mit der oberen Fläche 23a des Wärmeabführelements 23 verklebt. Danach wird der Deckel 61 von oben in den Rahmen 60 eingepasst.
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Es sei angemerkt, dass auch eine Ausgestaltung möglich ist, bei welcher die Sources der drei FETs 3 mit dem Leiter 20 verbunden sind, die Drains der sechs FETs 3 und 4 mit dem Leiter 21 verbunden sind und die Sources der drei FETs 4 mit dem Leiter 22 verbunden sind. Auch in diesem Fall fließt kein Strom über die sechs Dioden 3b und 4b, solange die sechs FETs 3 und 4 ausgeschaltet sind.
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Die Anzahl von FETs 3 und die Anzahl von FETs 4 sind nicht auf drei beschränkt, sondern können eins, zwei, vier oder mehr betragen. Es ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei welcher die Anzahl der FETs 3 ungleich der Anzahl der FETs 4 ist. Ferner sind die FETs 3 und die FETs 4 nicht auf den n-Kanal-Typ beschränkt. Die FETs 3 und die FETs 4 können auch vom p-Kanal-Typ sein. Der Typ der FETs 3 ist jedoch gleich dem Typ der FETs 4.
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Die FETs 3 und 4 brauchen lediglich als Halbleiterschalter zu dienen, und es können daher Bipolartransistoren, Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) oder dergleichen anstelle der FETs 3 und 4 verwendet werden. Sind in Halbleiterschaltern keine parasitären Dioden ausgebildet, fließt kein Strom über die Halbleiterschalter, wenn die Halbleiterschalter ausgeschaltet sind. Sind in Halbleiterschaltern keine parasitären Dioden ausgebildet, ist daher auch eine Ausgestaltung möglich, welche keine Halbleiterschalter aufweist, die elektrisch zwischen die Leiter 21 und 22 geschaltet sind. In diesem Fall sind die Leiter 21 und 22 einstückig ausgebildet und werden als ein einziger Leiter behandelt. Besteht keine Möglichkeit, dass Strom vom Leiter 22 erst über den Leiter 21 und dann den Leiter 20 fließt, ist es ferner nicht erforderlich, in dem elektrischen Verteilerkasten 1 die FETs 4 bereitzustellen. Auch in diesem Fall sind die Leiter 21 und 22 einstückig ausgebildet und werden als ein einziger Leiter behandelt. Werden die Leiter 21 und 22 als ein einziger Leiter behandelt, beträgt die Anzahl von Leitern zwei.
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Das Wärmeisolationselement 26 braucht lediglich ein Element zu sein, das eine hinreichend geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und muss nicht notwendigerweise durch ein Vlies gebildet sein, das Silikataerogel-Partikel enthält. Außerdem sind die Schaltungskomponenten, die mit den Leitern 20, 21 und 22 verbunden sind, nicht auf Halbleiterschalter beschränkt, solange sie Komponenten sind, die Wärme erzeugen. Der Mikrocomputer 51 braucht ferner lediglich als Steuerelement zu dienen, das Steuersignale ausgibt. Daher kann anstelle des Mikrocomputers 51 ein Element, das Steuersignale ausgibt, verwendet werden. Die Anzahl der Leiter ist nicht auf zwei oder drei beschränkt und kann auch eins, vier oder mehr betragen.
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Das offenbarte Ausführungsbeispiel ist in allen Aspekten ein veranschaulichendes Beispiel und ist nicht als einschränkend anzusehen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die vorstehende Beschreibung definiert, sondern durch die Ansprüche; er soll alle Abwandlungen umfassen, die in dem Bereich vorgenommen werden, der in Bedeutung und Umfang den Ansprüchen äquivalent ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Verteilerkasten (Schaltungseinrichtung)
- 3,4
- FET (Schaltungskomponente, Halbleiterschalter)
- 3a, 4a
- FET-Hauptkörper
- 3b, 4b
- Diode
- 6
- Gehäuse
- 20, 21, 22
- Leiter
- 20a, 22a
- Durchgangsloch
- 23
- Wärmeabführelement
- 23a
- obere Fläche (Platzierungsfläche)
- 24
- Isolationselement
- 25
- Leiterplatte
- 25a
- Öffnung
- 26
- Wärmeisolationselement
- 50
- Ansteuerschaltung
- 51
- Mikrocomputer (Steuerelement)
- 52, 53
- Stiftschraube
- 54
- Verbinder
- 60
- Rahmen
- 61
- Deckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017 [0002]
- JP 068331 [0002]
- JP 2003164040 A [0006]
