JP2004090918A - 自動車のための電気加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　放散熱を十分に除去することができ、簡単な形式で製造することができる加熱装置を提供する。
【解決手段】　本発明は、ダンパレジスタと制御ユニットとが１つの構造ユニットに組み込まれている、自動車のための補助加熱としての電気加熱装置に関する。ダンパレジスタの加熱エレメント２を制御するために、プリント回路基板１０に直接に取り付けられたパワートランジスタ１９が設けられている。パワートランジスタ１９からの放散熱を有効に除去するために、パワートランジスタ１９は下側において、プリント回路基板１０に設けられた開口２３を介して冷却エレメントと接触している。製造を単純化するために、冷却エレメントは、２片、すなわち、プリント回路基板１０の開口２３に挿入可能な、小さな熱的質量を備えた熱伝導エレメント２４と、この熱伝導エレメント２４に結合されることができる冷却ボディ２５とから形成されている。
【選択図】　図１３

Description

　本発明は、特に自動車において補助的な電気加熱装置として使用するのに適した、空気を加熱するための電気加熱装置に関する。

　自動車、特に、可能な限り少ない消費のために最適化されたモータを有する自動車において使用するために、電気加熱装置は、室内及び／又はモータを加熱するために使用される。内燃機関が十分な熱エネルギを提供しない限り、特にモータの始動後に、補助的な電気加熱が必要とされる。可能な限り少ない消費のために最適化された内燃機関でさえも、基本的に、補助的な電気加熱の使用を必要とする。

　しかしながら、このような加熱装置の使用は、自動車分野に限定されるものではない。加熱装置は、その他の多数の用途、例えば家庭用設備（室内エアコン）、工業プラント等にも適している。

　特許文献１から、自動車のための電気加熱装置が公知である。記載された加熱装置は、ヒータブロックにおいて相互結合された複数の加熱エレメントを有している。ヒータブロックは、加熱エレメントを制御するための制御ユニットと共に、共通のフレームに保持されている。したがって、制御ユニットは、フレームに保持されたヒータブロックを備えた構造ユニットを構成する。制御ユニットは、電子スイッチを備えたパワーエレクトロニクスシステムから成っており、電子スイッチのそれぞれには冷却ボディが設けられている。制御ユニットは、電子スイッチを冷却するために、加熱される空気流の一部が制御ユニット、特に冷却エレメントに吹き付けられるように配置されている。

　加熱エレメントに供給されるパワーを制御する、特にパワートランジスタの形式の電子スイッチは、一方の側においてプリント回路基板に直接に取り付けられている。パワートランジスタによって生じた放散熱を除去するために、プリント回路基板の反対側には冷却エレメント若しくは冷却板が設けられている。プリント回路基板を介してトランジスタと冷却エレメントとの間の熱伝達を向上させるために、プリント回路基板には、トランジスタと冷却エレメントとの間の領域において、多数の貫通孔が設けられている。この公知の手段の欠点は、これらの貫通孔の熱伝導性が、放散熱を除去するには十分ではないということである。これらの貫通孔は、パワートランジスタの下方に約１ｃｍ²の領域に設けられているが、放散熱は、６ワットを越える大きさでは貫通孔によって冷却エレメントに伝導されることはできない。

　特許文献２から、電気加熱装置が公知であり、この場合、ダンパレジスタと電気制御ユニットとが同様に１つの構造ユニットに組み込まれている。制御ユニットのパワートランジスタが、プリント回路基板に直接に配置されており、下側においてパワートランジスタは、プリント回路基板に設けられたボアを介して冷却エレメントによって接触されている。パワートランジスタと直接接触したこのような冷却エレメントは、単純な形式でかつ十分な量でパワートランジスタの放散熱を除去することができる。

　しかしながら、この加熱装置の欠点は、トランジスタへの冷却エレメントのクランプ締付けである。車両の振動は、有効な熱伝導が低減されるような、冷却エレメントの締め具に不都合な影響を与えるおそれがある。付加的に、クランプは、トランジスタの接触面と、プリント回路基板を貫通したペグエレメントの表面とにおける不均一を補償することはできない。これにより、熱伝達が損失され、計算されることができず、接触面は、パワートランジスタからの放散熱を、トランジスタの表面全体に亘って均一に除去することができない。

　択一的に、トランジスタと冷却エレメントとは、接触面において溶接されることができる。この結合形式によりクランプを省略することができ、それと同時に、トランジスタの接触面と、プリント回路基板を貫通した冷却エレメントのペグの表面とにおいて、確実な高い熱伝達読取を保証することができる。この結合形式の欠点は、製造コストが高いことである。パワートランジスタは、冷却ボディと比較して著しく小さな質量により、このような製造プロセスによって特に高い熱負荷を受けやすい。冷却ボディの大きな質量は、冷却ボディ全体を対応する温度に加熱するために、ろう接プロセスの間、通常よりも著しく長い時間、制御回路をろう接温度に維持することを必要とする。ろう接プロセスにおいて、パワートランジスタと冷却ボディとを備えた制御回路は、約２３０℃の温度に曝される。その小さな質量により、パワートランジスタは、極めて迅速に大気温度を吸収する。しかしながら、冷却ボディが対応するレベルに加熱されるまでの時間は、概して、パワートランジスタがこのような温度に曝されてよい最大許容時間を超えている。

欧州特許出願公開第０９０２３１１号明細書 欧州特許出願公開第１１５７８６７号明細書

　本発明は、放散熱を十分に除去することができ、簡単な形式で製造することができる加熱装置を提供することを目的としている。

　上記目的は、ヒータブロックから成る複数の加熱エレメント（２）と、該加熱エレメント（２）を制御するための制御ユニットとが設けられており、該制御ユニットが、ヒータブロックと共に１つの構造ユニットを形成しておりかつ、プリント回路基板（１０）上に配置されたパワートランジスタ（１９）と、これらのパワートランジスタに割り当てられた冷却エレメントとを有しており、それぞれの冷却エレメントが、プリント回路基板（１０）に設けられた開口（２３）を介して、個々のパワートランジスタ（１９）に結合されている電気加熱装置において、冷却エレメントが、冷却ボディ（２５）と、プリント回路基板（１０）の開口（２３）に挿入可能な熱伝導エレメント（２４）とから形成されていることを特徴とする、本発明の電気加熱装置によって達成される。

　本発明によれば、冷却エレメントは２つの部分から形成されており、より具体的には、一方は熱伝導エレメントであり、もう一方は、熱伝導エレメントに接続されることができる冷却ボディである。冷却エレメントの２部構造により、両部分のパラメータを別個に調整可能である。特に２つの部分のサイズ、熱的質量、形状及び材料は個々に選択可能であり、これにより、パラメータを適切に選択することにより製造コストを著しく削減することができる。

　２つの部分に分割することにより、冷却エレメントの両部分は、製造プロセスの別々の時点で制御回路に接続されることができる。このようにしても、全体で冷却エレメントを介して除去されることができる熱の量は、１部構成の場合と比較して実質的に変化しない。本発明によれば、冷却エレメントの熱的質量は、極めて小さな部材すなわち熱伝導エレメントと、大きな部材すなわち冷却ボディとに分割することができる。小さな熱的質量は、製造プロセス中に各トランジスタに接続される。したがって、従来必要とされているような、特に熱抵抗トランジスタへの依存は回避することができる。大きな熱的質量を備えた第２の部材は、引き続き、いかなる危険性もなく第１の部材に接続されることができる。このように、加熱装置は、著しくより簡単でかつより安価な形式で製造することができる。

　本発明の有利な実施例によれば、冷却エレメントの２つの部材は互いに接着されている。この形式では、特に有効でかつ高い熱伝導性の接続を簡単な形式で製造することができる。

　２つの部材を互いに接着剤付けするために使用される接着剤は、好適には、機械的に密閉されかつ高い熱伝導性を有する接続の他に、冷却エレメントの２つの部分、すなわち熱伝導エレメントと冷却ボディとの電気的絶縁をも提供する。これにより、同時に熱伝導エレメントからの冷却ボディの電気的絶縁も達成することができるので、通常プラス極であるトランジスタの下側は、外側からアクセス可能な加熱装置の部分とは接触しない。

　本発明の別の利点は、冷却エレメントの２つの部材のために種々異なる材料を選択することができるということである。したがって、例えば冷却ボディのために、熱伝導エレメントのための材料よりも安価な材料を選択することができる。なぜならば、放散熱が熱伝導エレメントを介して冷却ボディに伝導されることができるならば、放散熱は十分な量で除去されることができるからである。このように、冷却エレメント全体は、除去されることができる熱の量を減じることなく、特に安価に製造することができる。

　有利な実施例では、熱伝導エレメントは銅から形成されている。銅は、良好な熱伝導性を有しているが比較的高価であるので、熱伝導のために、すなわちトランジスタからプリント回路基板を介して冷却ボディまでの熱伝導のために特に決定的な箇所においてのみ使用されなければならない。銅から形成されたこのような熱伝導エレメントは、例えばプレス成形された又は焼結された片として特に安価に製造することができる。

　別の好適な実施例によれば、冷却ボディはアルミニウムから形成されている。大きな冷却ボディ質量により、より安価な材料の選択は、製造コスト全体に特に有利な効果をもたらす。さらに、冷却ボディ自体は、このように、打抜き及び曲げ加工された片として安価に製造することができる。

　したがって、本発明の特別な利点は、冷却エレメントの２部構成の実施例は、各部材の単純な製造を可能にし、これにより、１部構成の実施例よりも製造コストが著しく削減される。

　有利な実施例によれば、プリント回路基板に設けられた開口及び熱伝導エレメントは、基本的に円筒形に形成されている。このような形状は、特に安価な製造を可能にする。

　好適な実施例によれば、冷却ボディは、プリント回路基板と接触した、実質的に平らな区分を有している。この区分には開口が設けられており、この開口を貫通して熱伝導エレメントの一端が貫通している。熱伝導エレメントは、冷却ボディの平らな区分を貫通した一端において、少なくとも１つの側方突出部を有しており、この側方突出部によって冷却ボディが機械的に取り付けられている。このような配置により、熱伝導エレメントに冷却ボディを接着することを省略することができる。

　好適には、冷却ボディを取り付けるための側方突出部は、熱伝導エレメントの端部を取り囲むように取り付けられたバルブとして形成されている。このようなバルブにより、冷却ボディの特に良好な機械的取付けを、簡単な形式で達成することができる。

　本発明の有利な実施例では、加熱される空気は、全体が制御ユニットに吹き付けられるのではなく、パワーエレクトロニクスシステムを冷却するために使用される空気スループットは、窓開口によって制御することができる。好適には、窓開口は、冷却ボディの冷却リブのみが外部空気によって吹き付けられるように配置されている。これにより、パワーエレクトロニクスシステムを冷却するために使用される空気量は調節可能であり、これにより、加熱される空気流において温度が変化する領域は生じない、すなわち、冷却空気の流れと、ラジエータエレメントによって加熱される空気流とは、ほぼ同じ初期温度を有する。この形式では、加熱装置全体の有効性は、電子制御システムを冷却するために逸らされる空気流によって減じられることはない。

　本発明の有利な実施例において、向かい合った側における窓開口の間の領域において、空気流に影響する手段が設けられている。これにより、空気流は、冷却空気流の最大加熱を達成するために、パワーエレクトロニクスシステムの冷却エレメントに直接に吹き付けられるように方向付けられることができる。特に有利な改良例は、Ｕ字形の冷却エレメントによって達成することができ、この場合、Ｕ字形の冷却エレメントの脚の間に突入した、付加的な空気案内エレメントを設けることができる。

　冷却空気が、冷却ユニットの部材にも向けられるならば、さらに優れた放散熱の除去を達成することができる。このために、制御ユニットのプリント回路基板には、好適には一方の側においてのみ部材が設けられている。これにより、部材への特に単純な流れを達成することができる。さらに、部材のこのような配列は、技術的製造の理由からも特に有利である。

　本発明の有利な実施例において、プリント回路基板は、ヒータブロックのフレームの平面に対して垂直に配置されている。このような配列により、一方では、部材への単純な空気の吹付けが可能であり、他方では、このように電気加熱装置の小さな構造深さを達成することができる。

　外部からアクセス可能な表面によって電流と接触する冷却ボディから生じる危険性を排除するために、冷却ボディの表面は、外側において電気絶縁コーティングが設けられている。このような手段により、単純な形式で、加熱された／加熱される空気に衝突する金属部材によって生じるような、電気的な短絡を防止することができる。

　好適には、冷却ボディには、外部からアクセス可能な領域においてのみ電気絶縁コーティング、すなわち特に窓開口とは反対側に位置した冷却リブが設けられている。

　冷却エレメントの両部材を接着するために、種々異なる接着剤を有利に使用することができる。エポキシ樹脂接着剤は、特に冷却エレメントがプリント回路基板に付加的に接着される場合に、２つの部材の特に気密な接合を容易にする。シリコーン接着剤は、接着された材料の互いに異なる膨張係数を補償することができる。別の有利に利用可能な接着剤は、アクリル接着剤である。これらの接着剤の利点は、特に、あらゆる不均一が接着剤によって均一化されるので、個々の部材、すなわち熱伝導エレメントと、冷却ボディと、プリント回路基板との平面平行表面が必要とされない、ということである。

　有利な実施例によれば、熱伝導エレメントは、トランジスタから冷却ボディに向かって断面積が増大するように形成されている。このような設計により、材料の最小限の使用で、可能な限り大きな効果を得ることができる。熱伝導エレメントのこのような実施例は、パワートランジスタによって生じた放散熱が熱伝導円錐の形式で拡散させられるということを考慮しており、この場合、平坦化された点を備えた熱伝導円錐は、トランジスタの半導体エレメントを起点としている。

　熱伝導エレメントの特に単純な実施例により、熱伝導エレメントは、実質的に円筒形に形成されており、好適にはプリント回路基板から突出した区分よりも小さな直径を備えたプリント回路基板の開口に配置された区分に設けられている。

　熱伝導エレメントの別の有利な実施例によれば、プリント回路基板の開口に配置された区分は、円錐形に形成されている。このような形状は、材料を節約することを可能にし、熱伝導エレメントをプリント回路基板に簡単な形式で挿入することを可能にする。

　より優れた機械的な取付けのために、熱伝導エレメントには、好適には垂直方向で整合した半径方向の突出部が設けられている。このような実施例は、熱伝導エレメントの容易な挿入及び同時の機械的取付けを可能にする。このために、半径方向突出部の先端部の直径は、プリント回路基板における開口の内径よりも僅かに大きい。これにより、熱伝導エレメントは、挿入されるとすぐにプリント回路基板に機械的に取り付けられる。

　冷却ボディは、実質的に矩形の断面を有していると、特に安価に製造することができる。冷却ボディの第１の区分は、この目的のために、好適にはプリント回路基板に対して平行に配置されており、第２の区分は、第１の区分から垂直に突出している。

　冷却ボディのより優れた機械的な取付けのために、冷却ボディには、熱伝導エレメントを収容するために働く、プリント回路基板から突出した端部において凹所が設けられている。これにより、冷却ボディは、同時に、例えば接着によって、プリント回路基板に機械的に取り付けられることができ、これにより、単に熱伝導エレメントに接着されている場合よりも、より大きな機械適応力を吸収することができる。

　特に有利な実施例では、対応する数の熱伝導エレメントを備えた複数のパワートランジスタのためのジョイント冷却ボディが提供されている。このような冷却ボディは、特に単純かつ安価な形式で製造することができる。さらに、個々のパワートランジスタの損失パワーを、特にパワートランジスタが不均一な損失パワーを生じさせたとしても、より容易に除去することができる。

　以下に、本発明に係る実施の形態の例を、添付の図面に基づき説明する。

　図１には、本発明による電気加熱装置１の側面図が示されている。図２は、電気加熱装置１の平面図を示している。電気加熱装置１は、加熱エレメント２から成るヒータブロックを有しており、加熱エレメントの大多数は、層を成しているか又は積層されている。各加熱エレメント２は、抵抗加熱エレメントから成っており、加熱エレメントの隣にはラジエータ又は熱伝導シートが配置されている。ＰＴＣエレメントが、好適には抵抗加熱エレメントとして使用される。加熱エレメント２から成るヒータブロックはフレームに保持されている。このフレームは、向かい合った長手方向部材３と、この長手方向部材に対して垂直に配置された横方向部材４及び５とから成っている。フレームの部材は、金属又はプラスチックから形成されている。

　長手方向部材３の構造は実質的に対称的であるが、図１及び図２に示された実施例における２つの横方向部材４及び５は、互いに異なっている。

　横方向部材４とは異なり、横方向部材５は、一方の側において開放した箱として形成されている。この箱状の横方向部材５の開口は、加熱エレメント２とは反対側の、横方向部材５の側に配置されている。制御ユニットをこの箱に挿入することができ、この制御ユニットは、加熱エレメント２に供給される電流を制御することによって個々の加熱エレメント２の放熱を制御する。箱として形成された横方向部材５の開放側は、制御ユニットを挿入した後、取付け可能な又はクリップ型カバーで閉鎖される。

　制御ユニットのプリント回路基板１０は、挿入後に、好適にはフレームの平面に対して垂直に配置されるが、平行な配列（図示せず）も可能である。

　加熱装置１の電力供給は、２つのコネクタボルト８を介して提供される。コネクタボルトは、所要の加熱電流を容易に伝導することができるように形成されている。コネクタボルト８は、図１及び図２に示された実施例では、箱形の横方向部材５が開放している側から突出している。

　同じ側において、制御ユニットを制御するための別のプラグベースが設けられているが、このプラグベースは図１及び図２に示されていない。

　横方向部材５は、フレームの平面に配置された側において、窓開口７を有している。これらの窓開口７は、同様に加熱される空気流内に位置するように配置されている。互いに向かい合って位置した窓開口７の間には、制御回路のパワーエレクトロニクス部材に割り当てられた別の冷却エレメント６が配置されている。動作中には、加熱エレメント２によって形成されたヒータブロックのみならず、窓開口も、加熱される空気によって透過される。

　窓開口７のサイズを選択することにより、冷却エレメント６を流過する空気の量のポーションが決定される。本発明によれば、空気スループットは、ヒータブロックを吹き通される空気と、冷却エレメント６を吹き通される空気とが、できるだけ小さな温度差を有するように調節される。窓開口７を吹き通される空気の温度が、ヒータブロックを吹き通される空気の温度にできるだけ接近しさえすれば、加熱装置の動作において最大の効率が達成される。

　図３は、箱形の横方向部材の内部に配置された制御ユニットの詳細な図を示している。プリント回路基板１０上に、パワーエレクトロニクス部材１１と並んで、電子制御システム１２が設けられている。電子制御システム１２は、パワーエレクトロニクス部材１１、特にパワートランジスタによって、それぞれのパワートランジスタに割り当てられた加熱エレメント２に供給される電気の量を決定する。電気の量は、ラインバー１３を介してコネクタボルト８のうちの１つから制御回路に供給される。パワートランジスタ１１の出力部は、プリント回路基板１０にしっかりとろう接されておりかつ、電流を個々の加熱エレメントに送るために、このトランジスタに割り当てられたばねエレメント１４に接続されている。

　ばねエレメント１４は、プリント回路基板に取り付けられており、制御ユニットとヒータブロックとが互いに差し込まれたときに、制御ユニットとヒータブロックとが、横方向部材５内に突出した加熱エレメント接続突起に結合される。このような結合突起１５は、図４及び図５に示されている。

　図示された実施例では、結合突起１５は、プリント回路基板１０を貫通してばねエレメント１４に結合される。このような配列により、電子制御システムを備えたプリント回路基板１０の、フレームへの気密な機械的な取付けが可能になる。それと同時に、個々の加熱エレメントとの電気的接触が行われる。

　プリント回路基板には、一方の側にのみ部材が設けられている。加熱レベルの数に従って、プリント回路基板は、プリント回路基板に対して水平に取り付けられたパワートランジスタ１１を有している。図示された実施例では、３つの加熱レベル、すなわち３つのパワートランジスタが設けられている。各パワートランジスタ１１は、出力端子においてプリント回路基板１０にしっかりとろう接されている。

　それぞれのパワートランジスタは、放散熱を除去するために冷却エレメントに接続されている。図３及び図９に示されているように、冷却エレメント６は、１つの平面においてプリント回路基板に対して垂直に配置された冷却リブを有している。冷却リブは、好適には、露出されているプリント回路基板の側に配置されている。トランジスタから冷却エレメントへ熱を除去するために、冷却エレメントは、トランジスタと直接接触している。このような接触は、本発明によれば、トランジスタの下方に配置された開口を介して行われる。

　トランジスタ１１、ばねエレメント１４及び冷却エレメント６の部材の対応する配列が、各加熱レベルのためにプリント回路基板上に設けられている。

　図４は、箱形の横方向部材５と、この横方向部材に挿入可能な制御回路の詳細な図を示している。横方向部材５は、一方の側において、長手方向部材３と、加熱エレメント２を備えたヒータブロックとに結合されている。横方向部材５の表面には、窓状の開口７が示されており、この開口を、加熱される空気が通過する。

　箱形の横方向部材５の内部には、３つの結合突起１５と１つのコネクタボルト８ａとが示されている。このコネクタボルトは、全ての加熱エレメント２のためのプラス接続部を構成している。付加的に、この斜視図において、横方向部材５の箱に挿入されることができる制御ユニット５ａが示されている。制御ユニット５ａは、側部が横方向部材５を向くように横方向部材５に挿入される。

　横方向部材５を向いた制御ユニット５ａの側には、プリント回路基板１０の下側が示されている。３つの冷却エレメント６がプリント回路基板１０から突出している。これらの冷却エレメント若しくは冷却シートはそれぞれ、加熱レベルのパワートランジスタ１１の内の１つに割り当てられている。

　各冷却エレメント６のために、対応する窓開口７が、横方向部材５の表面に設けられている。したがって、動作中は、空気流が特に各冷却エレメントに供給される。

　外側を向いた側において、付加的なコネクタボルト８ｂが示されている。このコネクタボルトは、電気が供給される場合に電気的な接地極として働く。コネクタボルト８ｂは、加熱電流を様々な加熱レベルに供給する、図３及び図５に示されたラインバー１３に接続されている。それぞれ１つの加熱レベルは、パワートランジスタ１１を介して、導体シート１３を介して供給される電気の量の約４０アンペアまでを排出する。

　図５には、横方向部材５と、横方向部材５の箱形の開口に挿入可能な制御回路との別の詳細な斜視図が示されている。

　図５の上部において、横方向部材５の表面に、窓開口７の内の２つが示されている。これらの窓開口は、制御回路が横方向部材５に挿入された場合に、冷却エレメント６の上下に位置するように配置されている。

　横方向部材５の箱形の開口の内部には、加熱エレメント２の結合突起１５が示されている。各加熱レベルに対して１つの結合突起１５が設けられている。

　図５の下半分には、横方向部材５に挿入可能な制御回路が示されている。この場合、構造をより分かり易く示すために、パワートランジスタ１１のうちの１つにのみ冷却エレメント６が設けられている。それ以外は、制御回路の構造は、図３に関連して説明した制御回路に対応する。

　図６から図８は、トランジスタから放散熱を効果的に除去するための別の実施例を示している。この場合、図６、図７及び図８には様々な詳細な図が示されており、より具体的には、このような図においてこの実施例は前述の実施例と特に異なっている。

　図６において、横方向部材５の僅かに修正された実施例が示されている。この場合、窓開口７の配列は前述の実施例に対応する。より特定して空気に影響するために、横方向部材５における窓開口７の間には、横方向部材５への制御回路の挿入を妨げることがないような程度に壁部が設けられており、これにより、上側における窓の間と、加熱エレメントに面した側とに配置された全ての空間は、付加的な壁部１８によって閉鎖されている。これにより、動作中に、空気のあらゆる不特定の流れが回避される。

　図６及び図７には、窓開口７の間における空気の案内が詳細に示されている。空気の特定の案内のために、空気案内エレメント１７が、窓開口７の間に位置する区分に挿入されている。図７に示されているように、Ｙ字形のスポイラエレメントは、Ｌ字形又はＵ字形の冷却エレメント６の冷却リブに沿ってより優れた流れを提供する。この場合、冷却エレメント６の冷却リブは、それぞれ窓開口７に隣接して配置されている。

　図７には、さらに、プリント回路基板１０がパワートランジスタ１１と共に示されている。

　図８は冷却エレメント６の対応する実施例を示している。前述の実施例では、Ｕ字形側部を備えた実質的にＵ字形の冷却エレメント６は、プリント回路基板上に垂直に起立しているが、この実施例では、冷却エレメント６は、そのＵ字型の下側がプリント回路基板１０に対して平行になるように、配置されている。すなわち、Ｙ字形の空気案内エレメント１７は、加熱エレメントに面した横方向部材５の側から、制御ユニットに向かう方向へ突出するように配置されている。第１の実施例に基づく冷却エレメント６を使用することにより、対応する空気案内エレメントは、互いに向かい合って位置する窓開口７の間の横方向限定部に配置されることができる。

　図８に示された実施例では、冷却リブの幅ｂ１は約３ｍｍであるのに対し、冷却リブの間の距離ｂ２は、幾分小さい、すなわち約２．５ｍｍである。冷却エレメントは好適にはアルミニウム又は銅から形成されている。

　図９から図１２には、本発明による制御ユニットの別の実施例が示されている。この実施例では、特に、パワートランジスタと冷却エレメントとの択一的な配列が示されている。冷却エレメント２０は、この実施例では、異なる形式でパワートランジスタに結合されている。上記の実施例では、一方の側においてパワートランジスタから突出した冷却突起は、パワートランジスタ１１に形成されている。上述の実施例における冷却エレメントは、これらの冷却突起に取り付けられている。パワートランジスタの冷却突起はプリント回路基板にろう接されている。以下に説明される実施例では、冷却エレメントは、プリント回路基板１０を貫通した開口を介してトランジスタ１９の下側に直接に結合されている。冷却エレメントの機械的な取付けは、この場合、例えば接着剤付け又は図１０から図１２に示されているような締付け具によって行うことができる。

　図９から図１２に示されているような冷却エレメント２０は、締付け具のために形成されている。クランプ２１をはめ込むために、冷却エレメント２０は、冷却リブの非対称的な構成を有している。このために、好適にはＵ字形の冷却エレメントの一方の側には、クランプ２１をはめ込むためにより少ないリブが設けられている。クランプは、好適には外側からパワートランジスタ１９及び冷却エレメント２０を包囲し、これにより、冷却エレメント２０を制御ユニット及びトランジスタ１９に取り付ける。

　プリント回路基板１０におけるボアを介するパワートランジスタ１９への直接結合は、ＳＭＤバージョンのパワートランジスタのために特に有利である。ＳＭＤバージョンのトランジスタは、その形式により、冷却エレメントが取り付けられることができる冷却突起を有していない。冷却エレメントをパワートランジスタ１９の下側に結合できるために、開口、好適にはボアがプリント回路基板に設けられており、この開口を通して冷却エレメントの一部が突出する。このようなボアは約５ｍｍ〜約７．５ｍｍの範囲の直径を有する。冷却エレメント２０には、プリント回路基板１０に面した側において、ペグ状の突出部２０ａが形成されている。このペグ２０ａは、トランジスタ１９の下方においてプリント回路基板に設けられた開口へ突入している。ペグ２０ａの直径は、好適にはボアの内径よりも幾分小さく、好適には約４ｍｍ〜約７ｍｍの範囲である。

　この構造は図１０，図１１及び図１２に詳細に示されている。図１０は、パワートランジスタ１９を備えたプリント回路基板１０の平面図である。パワートランジスタ１９は、冷却エレメント２０を取り付けるためのクランプ２１が容易に取り付けられるように、プリント回路基板１０の縁部に配置されている。プリント回路基板１０は、取り付けられたクランプ２１の領域において、好適にはクランプ２１のストラップのための僅かな凹みを有している。この凹みの深さは、好適にはほぼクランプ２１の厚さに相当している。トランジスタ１９は、好適には、接続接点２２がクランプ２１の方向を向かないように配置されている。

　図１１には側面図が示されている。図１２は、図１１における切断線Ａ−Ａに沿った断面図が示されている。図１２は、冷却エレメント２０とばね２１とが、位置に適した取付けが最適な圧力点で保証されるように、互いに幾何学的に調和させられている。

　図１２に示された冷却エレメント２０の別の改良された実施例は、図１３及び図１４に２つの択一的な実施例として示されている。図１２に示された冷却エレメント２０は比較的大きな質量を有しており、この比較的大きな質量は、製造プロセスを複雑にし、製造のために必要なトランジスタの熱抵抗により、利用可能なトランジスタタイプの選択を明らかに制限する。

　図１３及び図１４には、２部構造により冷却エレメント２０の大きな熱的質量（製造プロセスにおいて問題がある）を著しく低減した、冷却エレメントの２つの択一的な実施例が示されている。

　この目的のためには、冷却エレメント２０は、互いに結合された２つの部材、すなわち熱伝導エレメント２４と冷却ボディ２５とに分割されている。熱伝導エレメント２４は、プリント回路基板１０のボア２３に挿入されている。製造プロセス中、熱伝導エレメント２４の小さな熱的質量により、温度上昇時間は遅らされない。すなわち、この場合、パワートランジスタ１９の熱抵抗に対して特別の要求がなされる必要はない。

　熱伝導エレメント２４に、熱伝導形式で、プリント基板１０の、トランジスタとは反対側において冷却ボディ２５が接続されている。冷却ボディ２５は、パワートランジスタ１９によって生じる放散熱を有効に除去できるように、冷却リブを備えた大きな熱的質量を有している。

　本発明の特別な実施例によれば、熱伝導エレメント２４は円筒状である。有利には、熱伝導エレメント２４は２つの区分から成っている。プリント回路基板１０におけるボア２３に挿入可能でかつパワートランジスタ１９と接触している第１の区分は、より小さな断面積を有しているのに対し、第２の区分２４ａは、プリント回路基板から突出した熱伝導エレメントの端部においてより大きな断面積を有している。

　熱伝導エレメントの第２の区分２４ａは、熱伝導形式で冷却ボディ２５と接触している。冷却ボディ２５は、熱伝導エレメント２４、ひいてはプリント回路基板１０に接続されることができる実質的に平坦な区分２６と、この区分２６から垂直方向外方へ突出した冷却リブとを有している。冷却ボディの区分２６は、熱伝導エレメント２４に面した側において凹所２８を有している。この凹所は、プリント回路基板１０から突出した熱伝導エレメントの区分２４ａを収容するために働く。

　熱伝導エレメント２４と冷却ボディ２５とは好適には接着されている。冷却エレメントの２つの部分２４及び２５の接着は、好適にはエポキシ樹脂接着剤、シリコーン接着剤又はアクリル接着剤によって行われる。エポキシ樹脂接着剤は、２つの部材の特に気密な結合を提供する。シリコーン接着剤は、特に冷却ボディ２５が、機械適応力に対する冷却ボディの耐性を高めるためにプリント回路基板１０に付加的に結合されるならば、接着された材料の異なる膨張係数を補償することができる。これらの接着剤は、特に、不均一性を接着剤自体によって補償することができるので、接着された部材において平面平行な面が必要ないという利点を有する。

　使用される接着剤は、同時に、接着された冷却エレメント２０の２つの部材２４，２５の電気的絶縁を行う。トランジスタ１９の出力端子のポテンシャル、概して正ポテンシャルは、熱伝導エレメント２４に存在し、冷却ボディ２５はポテンシャルがない。冷却ボディ２５の冷却リブは、外部から自由にアクセス可能であるように放熱のために配置されている。２つの部材の電気的に絶縁する（しかしながら熱伝導性の高い）結合により、加熱装置に衝突しかつ冷却リブに接触する金属部材による短絡のあらゆる危険性が排除される。これにより、加熱装置の動作安全性が著しく増大されることができる。

　図１４は、２部構成の冷却エレメント２０の択一的な構造を示している。熱伝導エレメント３０はこの場合、プリント回路基板１０を貫通しているだけではなく、プリント回路基板１０と接触した冷却ボディ２５の区分２６をも貫通している。区分２６から突出した熱伝導エレメント３０の部分には、区分２６を備えた冷却ボディをプリント回路基板１０に機械的に取り付けるために、少なくとも１つの側方突出部、有利には側方へ取り付けられたバルブ３０ａが設けられている。このような実施例では、２つの部材の接着は不要である。

　冷却ボディ２５の電気的絶縁を達成するために、冷却ボディ２５の表面には、電気絶縁コーティング３１が設けられている。好適には、このコーティングは、外部から自由にアクセス可能な表面の部分、例えば窓開口７に位置する部分にのみ提供されている。このようなコーティング３１は、より優れた故障の安全性を達成するために、図１３に示された実施例による接着材による電気的絶縁に加えて使用されることができる。

　熱伝導エレメント２４の実施例の付加的な周辺条件を、図１５を参照にして以下に説明する。トランジスタ１９から除去されるべき放散熱は、トランジスタの半導体エレメント３２において生ぜしめられる。半導体エレメント３２を起点として、放散熱は、原理的にのみ図１５に示された“熱伝導円錐”３３を介して除去されることができる。熱伝導円錐３３の実際の形状は、それぞれの場合の具体的条件に依存する。半導体エレメント３２からの熱がこのような熱伝導円錐３３のみを介して冷却ボディ２５へ逃がされることができるならば、熱伝導エレメント２４の大きな断面積は、熱散逸におけるいかなる改善をも生じさせることはできない。したがって、熱伝導エレメント２４は、好適には、熱伝導円錐３３の形状と同様に形成されている。この目的のために、熱伝導エレメント２４は、有利には、トランジスタからの距離が増大するに従って対応してより大きな断面積を備えて形成されている。このために、熱伝導エレメントは、製造を単純化した変形の実施例において、プリント回路基板内ではより小さな断面積を、プリント回路基板１０から突出した区分２４ａにおいてはより大きな断面積を備えて形成されている。好適には、熱伝導エレメント２４は円筒状に形成されている。

　熱伝導ディスク（熱伝導エレメント）２４の付加的な典型的な実施例が図１６に示されている。熱伝導ディスク２４は、実質的に円筒形に形成された２つの区分、すなわち、プリント回路基板１０に挿入可能でありかつより小さな直径を備えた円筒形状を有する第１の区分と、プリント回路基板１０から突出しておりかつ著しくより大きな直径を備えた円筒形状を有する第２の区分２５と、から成っている。プリント回路基板１０に挿入可能な第１の区分は、好適には、僅かに円錐状である。これにより、熱伝導ディスクの挿入が容易になり、熱伝導ディスクの形状は、熱伝導円錐３３により適合させられる（図１５参照）。

　図１６に示された実施例では、プリント回路基板１０に挿入可能な区分の円周上に付加的に配置された半径方向突出部３５が設けられている。これらの突出部３５はそれぞれ、先端が外方へ突出した楔状である。突出部３５は、先端部が、プリント回路基板１０における開口２３の内径よりも僅かに大きくなるように形成されている。これにより、熱伝導エレメント２４は、プリント回路基板に挿入された後にこのプリント回路基板に機械的に係止させられる。熱伝導エレメントの挿入は、突出部３５がそれぞれ垂直方向で整合していることにより容易になる。適切な場合には、プリント回路基板１０への熱伝導ディスク２４の挿入を容易にするために、突出部３５は第１の区分の円錐形状に基づき僅かに傾斜させられる。

　図１７及び図１８は、冷却ボディ２５の特別な実施例を示している。冷却ボディ２５は好適には、平坦区分２６において整合させられかつこの平坦区分に対して垂直に整合させられた冷却リブ区分３６，３７，３８を備えた、実質的な２部構造から成っている。冷却ボディ２５は、好適には矩形に形成されているので、打抜き加工及び曲げ加工された片として簡単かつ安価に製造することができる。

　図１８には、凹所２８ａ，２８ｂ，２８ｃが示されており、これらの凹所は、プリント回路基板１０と接触した区分２６の側に設けられている。これらの凹所は、プリント回路基板１０から突出した熱伝導エレメント２４の区分２４ａを収容するために働く。

　図１７及び図１８に示された特に有利な実施例によれば、冷却ボディ２５は、複数のパワートランジスタ１９（及び対応する熱伝導エレメント２４）のために１つの片として形成されている。これにより、冷却ボディ２５の製造はさらに単純化される。さらに、冷却ボディ２５のより大きな熱的質量により、個々のパワートランジスタ１９の放散熱は、トランジスタの個々の損失電力の大きさが異なるとしても、よりよく除去することができる。

　要するに、本発明は、ダンパレジスタ及び制御ユニットが１つの構造ユニットに組み込まれている、自動車のための補助加熱装置としての電気加熱装置に関する。ダンパレジスタの加熱エレメントを制御するために、プリント回路基板に直接に取り付けられたパワートランジスタが設けられている。パワートランジスタから放散熱を効果的に除去するために、パワートランジスタは、下側において、プリント回路基板における開口を介して冷却エレメントと直接接触している。製造を単純化するために、冷却エレメントは２つの片、すなわち、プリント回路基板の開口に挿入可能な小さな熱的質量を備えた熱伝導ディスクと、熱伝導エレメントに結合されることができる冷却ボディとから成っている。

本発明による電気加熱装置の側面図を示している。 本発明による電気加熱装置の正面図を示している。 部材が設けられた制御ユニットのプリント回路基板の詳細な図である。 箱形の側方部材と、この側方部材に挿入可能な制御ユニットとの詳細な図である。 箱形の側方部材と、この側方部材に挿入可能な制御ユニットとの別の詳細な図である。 パワートランジスタを冷却するための付加的な実施例の詳細な図である。 パワートランジスタを冷却するための付加的な実施例の詳細な図である。 パワートランジスタを冷却するための付加的な実施例の詳細な図である。 本発明による制御ユニットの別の実施例の、単純化された詳細な斜視図である。 図９に示された制御ユニットの構造の、様々な詳細な図である。 図９に示された制御ユニットの構造の、様々な詳細な図である。 図９に示された制御ユニットの構造の、様々な詳細な図である。 パワートランジスタと、パワートランジスタに割り当てられた冷却エレメントとを備えた制御ユニットの詳細な図である。 図１３に示された冷却エレメントの構造の択一的な実施例を示している。 パワートランジスタの半導体エレメントを起点にした熱散逸円錐を示す図である。 熱伝導エレメントの構造の有利な実施例を示している。 冷却ボディの有利な実施例を示している。 冷却ボディの有利な実施例を示している。

符号の説明

　１　電気加熱装置
　２　加熱エレメント
　３　長手方向部材
　４，５　横方向部材
　５ａ　制御ユニット
　６　冷却エレメント
　７　窓開口
　８　コネクタボルト
　１０　プリント回路基板
　１１　パワーエレクトロニクス部材
　１２　電子制御システム
　１３　ラインバー
　１４　ばねエレメント
　１５　結合突起
　１７　空気案内エレメント
　１８　壁部
　１９　トランジスタ
　２０　冷却エレメント
　２０ａ　ペグ
　２１　クランプ
　２２　接続接点
　２３　ボア
　２４　熱伝導エレメント
　２４ａ　第２の区分
　２５　冷却ボディ
　２６　平坦な区分
　２８　凹所
　３０ａ　バルブ
　３１　コーティング
　３２　半導体エレメント
　３３　熱伝導円錐
　３５　突出部
　３６，３７，３８　冷却リブ区分

Claims (21)

1. 　ヒータブロックを有する複数の加熱エレメント（２）と、該加熱エレメント（２）を制御するための制御ユニットとが設けられており、前記制御ユニットが、前記ヒータブロックとともに１つの構造ユニットを形成しておりかつ、プリント回路基板（１０）上に配置されたパワートランジスタ（１９）と、これらのパワートランジスタに割り当てられた冷却エレメントとを有しており、それぞれの前記冷却エレメントが、前記プリント回路基板（１０）に設けられた開口（２３）を介して、個々の前記パワートランジスタ（１９）に結合されている電気加熱装置であって、
   　前記冷却エレメントが、冷却ボディ（２５）と、前記プリント回路基板（１０）の前記開口（２３）に挿入可能な熱伝導エレメント（２４）とから形成されていることを特徴とする、電気加熱装置。
2. 　前記熱伝導エレメント（２４）が、前記冷却ボディ（２５）に接着されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気加熱装置。
3. 　前記熱伝導エレメント（２４）と前記冷却ボディ（２５）とを接着させるために使用される接着剤（２８）が、前記熱伝導エレメント（２４）と前記冷却ボディ（２５）との電気的絶縁を形成することを特徴とする、請求項２に記載の電気加熱装置。
4. 　前記熱伝導エレメント（２４）が銅から形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
5. 　前記冷却ボディ（２５）がアルミニウムから形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
6. 　前記熱伝導エレメント（２４）の質量が、前記冷却ボディ（２５）の質量よりも著しく小さいことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
7. 　前記プリント回路基板（１０）に設けられた前記開口（２３）と前記熱伝導エレメント（２４）とが円筒形に形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
8. 　前記冷却ボディ（２５）が、開口（２９）を備えた平坦な区分（２６）を有しており、
   　前記熱伝導エレメント（３０）が、前記冷却ボディ（２５）の平坦な前記区分（２６）に設けられた前記開口（２９）を貫通しており、
   　前記熱伝導エレメント（３０）が、前記冷却ボディ（２５）の機械的取付けのために、前記冷却ボディ（２５）を貫通しておりかつ該冷却ボディから突出している端部において少なくとも１つの側方突出部（３０ａ）を有していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
9. 　前記側方突出部（３０ａ）が、前記熱伝導エレメント（３０）の突出した端部の周囲に、側方に取り付けられたバルブであることを特徴とする、請求項８に記載の電気加熱装置。
10. 　前記冷却ボディ（２５）は、加熱される空気が、加熱装置のハウジングに設けられた窓開口（７）を介して前記冷却ボディに沿って吹き流されることができるように、加熱装置内に配置されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
11. 　前記冷却ボディ（２５）の表面の外側に、電気絶縁コーティング（３１）が設けられていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
12. 　前記冷却ボディ（２５）の表面には、窓開口（７）に向かい合った領域においてのみ、電気絶縁コーティング（３１）が設けられていることを特徴とする、請求項１０または１１記載の電気加熱装置。
13. 　前記熱伝導エレメント（２４）と前記冷却ボディ（２５）とを接着させるために使用される接着剤（２８）が、エポキシ樹脂接着剤、シリコーン接着剤又はアクリル接着剤であることを特徴とする、請求項２から１２のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
14. 　前記熱伝導エレメント（２４）が、パワートランジスタ（１９）からの距離が増大するにしたがって、より大きな断面積を有していることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
15. 　前記熱伝導エレメント（２４）が円筒形に形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の電気加熱装置。
16. 　前記プリント回路基板（１０）の開口（２９）に配置された前記熱伝導エレメント（２４）の区分（３４）が、前記パワートランジスタ（１９）と接触した端部の方向に次第に小さくなる円錐の形状を有していることを特徴とする、請求項１５に記載の電気加熱装置。
17. 　前記プリント回路基板（１０）の開口（２９）に配置された前記熱伝導エレメント（２４）の区分（３４）が、前記プリント回路基板（１０）の開口（２９）に前記熱伝導エレメント（２４）を機械的に取り付けるための半径方向の突出部（３５）を有していることを特徴とする、請求項１６に記載の電気加熱装置。
18. 　前記冷却ボディ（２５）が、前記プリント回路基板（１０）に対して平行に配置された第１の区分（２６）と、該第１の区分に対して垂直に配置された第２の区分（３６〜３８）とを備えた矩形の断面を有していることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか１項に記載の電気加熱装置。
19. 　前記冷却ボディ（２５）の第１の区分（２６）が、前記プリント回路基板（１０）から突出した前記熱伝導エレメント（２４）の端部を収容するために、前記プリント回路基板（１０）に面した側において凹所（２８ａ〜２８ｃ）を有していることを特徴とする、請求項１８に記載の電気加熱装置。
20. 　複数の隣接する冷却エレメントの前記冷却ボディ（２５）が、一片として形成されていることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の電気加熱装置。
21. 　前記一片として形成された前記冷却ボディ（２５）が、第１の区分（２６）を介して互いに結合されていることを特徴とする、請求項２０に記載の電気加熱装置。

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