JP2015103813A - 電源変換装置及びその組立方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源変換装置及びその組立方法を提供する。
【解決手段】電源変換装置の組立方法は、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程と、配線板と放熱ベースに取り付けられた電子デバイスとを電気的に接続する工程と、を備える。
【選択図】図9

Description

本発明は、電力電子技術に関し、特に、車両用電力電子技術に関する。
ハイブリッド車や電気自動車は、経済的、省エネルギー、環境に優しい等の利点を有するので、エネルギー不足の危機で、各大規模の車両製造所の研究開発の重点となっている。自動車工業の発展につれて、自動車保有量が不断に増加しており、環境汚染とエネルギー不足の圧力が益々明らかになる。現在、世界の石油資源が不足になり、地球温暖化の情勢が緊迫化し、世界の各国は、それぞれ省エネと環境保護を今後の自動車工業の優先的な発展方向とする。電気自動車は、効率的、省エネ、低ノイズ、ゼロエミッションの顕著な特徴により、省エネと環境保護の点で、比較にならない優勢を有する。近年、世界にわたって、電気自動車用パワー電池、モータ、制御システム、車載型充電器等の主要な技術で重要な進展を取得し、製品の安全性、信頼性、寿命が明らかに向上し、コストが制限され、ハイブリッド自動車、単なる電気自動車は、益々実用化及び小産業化の段階に入りつつある。電気自動車は、世界の自動車産業発展の戦略的方向になろうとしている。
電気自動車の主な組み合わせ部品の1つとして、電気自動車充電器は、全体的に非車載型充電装置と車載型充電器(On Board Charger Module;OBCM)に分けられる。非車載型充電装置は、地上充電装置又は充電杭とも呼ばれ、一般的に、その電力、体積及び質量が大きい。車載型充電器OBCMとは、電動車に取り付けられた、地上交流電力網によって電池列に充電する装置であり、交流電源ケーブルを直接電気自動車のソケットに挿入して電気自動車に充電する。実質的に、入力ハーネスを介して電力網から交流電流を導入し、その出力ハーネスを介して高圧直流電流を出力して車載高圧電池パック(Battery Pack)に充電して、更に、自体の通信ポートを介して電池管理システム(Battery Management System;BMS)と即時双方向通信を保持する電源変換装置である。車載型充電器の総合性能の向上とコストの制限は、従来から、電気自動車の大量生産を制約する影響要素の1つであるが、その構造設計と熱管理レベルは、車載型充電器の性能を総合的に評価・測定する場合の最も重要な指標の1つである。
しかしながら、車載型充電器OBCMのある電子デバイス、例えば、変圧器、チョークコイル又はコンデンサー等が非常に膨大で重く、且つ電子デバイスがはんだ接点を介して配線板に結合されるため、電子デバイスが車両の運行や制動で揺れ動く場合、はんだ接点が破損し又は電子デバイス自体の重力で配線板が曲がって、電子デバイスと配線板との間の電気的な接続の品質が悪くなってしまう。
本発明は、以上の従来技術に言及した困難を解決するための電源変換装置及びその組立方法を提供することを目的とする。
本発明による電源変換装置及びその組立方法は、車載型充電器に好適に用いられ、又は自動車の関連技術部分に広く適用されて、この構造及びその組立方法によって、電子デバイスが配線板から容易に離脱しないようにし、更に、電子デバイスと配線板との間の電気的な接続の品質の劣化の可能性を低下させることができる。
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程と、配線板と放熱ベースに取り付けられた電子デバイスとを電気的に接続する工程と、を備える電源変換装置の組立方法を提供する。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、封止剤を立体構造からなる収納槽内に注入することと、電子デバイスを収納槽内に置いて、封止剤内に浸入させて、封止剤が電子デバイスと立体構造との間の隙間に位置するようにすることと、を含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、電子デバイスを立体構造からなる収納槽内に置くことと、封止剤を電子デバイスと立体構造との間の隙間に注入することと、を含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、立体構造が一体成形して位置する放熱ベースを固着装置に入れて、収納槽内の封止剤を硬化させることを含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、収納槽を固着装置に入れて、収納槽内の封止剤を硬化させることと、封止剤が硬化した後、立体構造を放熱ベースに組み立てることと、を含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、収納槽内に注入された封止剤で電子デバイスと立体構造との間の隙間を満たすように制御することを含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、収納槽に注入された封止剤の収納槽内における高さが電子デバイスの高さよりも小さくなるように制御することを含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、電磁誘導装置を収納槽内に置く前に、エンドキャップを電子デバイスの磁気素子に覆うことと、磁気素子の導接部をエンドキャップの固接部材に位置合わせることと、を含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、電子デバイスを収納槽内に置いた後、エンドキャップを立体構造に固定することを含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、電子デバイスの磁気素子を収納槽内に置くことと、エンドキャップを磁気素子に覆うことと、を含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、エンドキャップを磁気素子に覆った後、磁気素子の導接部をエンドキャップの固接部材に位置合わせることを含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程は、エンドキャップを磁気素子に覆った後、エンドキャップを立体構造に固定することを含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、配線板と放熱ベースに取り付けられた電子デバイスとを電気的に接続する工程は、電子デバイスの導接部を導電性の固接部材を介して配線板の導接部にロックすることを含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、配線板と放熱ベースに取り付けられた電子デバイスとを電気的に接続する工程は、電子デバイスの導接部を配線板の導接部に半田付けすることを含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスは、電磁誘導装置又はコンデンサーである。
本発明の別の実施形態によれば、放熱ベースと、配線板と、配線板と放熱ベースとの間に介在するように、放熱ベースに取り付けられる電子デバイスと、電子デバイスと配線板とをロックして、電子デバイスと配線板とを電気的に接続するロック素子と、を備える電源変換装置を提供する。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、放熱ベースは、収納槽を有し、電子デバイスの少なくとも一部が収納槽内に位置し、立体構造との間に隙間を有する立体構造と、隙間を充填する封止体と、を含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、封止体が隙間を満たす。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、封止体の収納槽内における高さが電子デバイスの高さよりも小さい。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスは、少なくとも一部が収納槽内に位置し、少なくとも一部が封止体に被覆され、ロック素子を介して配線板と電気的に接続する磁気素子を更に含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスは、磁気素子と収納槽を覆って、ロック素子を介して配線板にロックされるエンドキャップを更に含む。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、配線板は、第1の貫通孔を有する第1の導接部を含み、磁気素子は、第2の固接部材と第1の導接部との間に挟まれて、第2の貫通孔を有する第2の導接部を更に含み、ロック素子は、互いに合わせた第1の固接部材と、エンドキャップに位置する第2の固接部材を含み、第1の固接部材が第1の貫通孔と第2の貫通孔を通り抜けて、第2の固接部材にロックされて、第2の導接部が第1の導接部に電気的に接続されるようにする。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、エンドキャップは、固定構造によって立体構造に固定される。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、固定構造は、互いに合わせたボルトとねじ孔、互いに合わせた留め具と止め具、互いに合わせた嵌合具と嵌合止め具、又は互いに合わせたほぞとほぞ穴である。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、立体構造は、放熱ベースと一体成形される。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、立体構造は、放熱ベースに分離可能に位置する。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、放熱ベースは、水冷型放熱ベース、空冷式放熱ベース又はそれらの任意の組み合わせである。
本発明の1つ又は複数の実施形態によれば、電子デバイスは、電磁誘導装置又はコンデンサーである。
要するに、本発明の技術方案は、従来の技術よりも、明確な利点及び有益な効果を有する。上記技術方案によって、技術がかなり進歩し、産業上の広範な利用価値を有し、少なくとも下記の利点を有する。
1.組み立て時間を省く。
2.維持費を低下させる。
3.素子と配線板との間の電気的な接続の品質を強化する。
以下、実施形態によって上記の説明を詳しく記述し、本発明の技術方案に更なる解釈を提供する。
本発明の一実施形態の電源変換装置を示す組み合わせ図である。 図1の分解図を示す。 図2Aに示した方向D1から観察する放熱ベースを示す。 図2Aに示した放熱ベースと配線板を示す組み合わせ図である。 図2Cに示したA‐Aに沿う断面図である。 図2Aに示した放熱ベースと電磁誘導装置を示す分解図である。 図3に示した放熱ベースと電磁誘導装置を組み合わせた様子を示す上面図である。 図3による磁気素子とエンドキャップを示す分解図である。 図5Aに示した方向D2から観察する磁気素子とエンドキャップを示す分解図である。 本発明の一実施形態の放熱ベースと電磁誘導装置を組み合せた様子を示す断面略図である。 本発明の一実施形態の放熱ベースと電磁誘導装置を組み合せた様子を示す断面略図である。 本発明の一実施形態の放熱ベース、独立した立体構造と電磁誘導装置を示す分解図である。 図7Aの組み合わせ図を示す。 本発明の一実施形態に係る放熱ベースを示す分解図である。 本発明の一実施形態の電源変換装置の組立方法を示すフロー図である。 封止剤を立体構造と磁気素子との間に注入する様子を示す。 封止剤を電磁誘導装置が入れられていない収納槽内に注入する様子を示す。 磁気素子を収納槽内に入れておく様子を示す。
以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示し、明らかに説明するために、数多くの実際の細部を下記でまとめて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実際の細部が、本発明を制限するためのものではない。つまり、本発明の実施形態の一部において、これらの実際の細部は、必須なものではない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。
実施形態と特許請求の範囲において、「結合(coupled with)」という記述とは、一般的に、素子が他の素子を介して別の素子に間接に接続され、又は素子が他の素子を介さずに別の素子に直接接続されることである。
実施形態と特許請求の範囲において、本文には冠詞に対して特別に限定しない限り、「一」と「該」は、単一又は複数をまとめて指すことができる。
本文に用いる「約」、「ほぼ」又は「おおよそ」は、いかなる微小変化の数を修飾し、しかしながら、これらの微小変化がその実質を変えない。実施形態において、特に説明しなければ、「約」、「ほぼ」又は「おおよそ」で修飾された数値の誤差範囲は、一般に20%以内にあることを許し、10%以内にあることが好ましく、5%以内にあることがさらに好ましい。
図1は、本発明の一実施形態の電源変換装置100を示す組み合わせ図である。図2Aは、図1の分解図を示す。図2Bは、図2Aに示した方向D1から観察する放熱ベース200を示す。図2Cは、図2Aに示した放熱ベース200と配線板300を示す組み合わせ図である。図1と図2Aに示すように、電源変換装置100は、放熱ベース200と、配線板300と、電子デバイスと、ロック素子500と、を備える。本実施形態において、電子デバイスは、電磁誘導装置400である。電磁誘導装置400が配線板300と放熱ベース200との間に介在するように、放熱ベース200に取り付けられる。ロック素子500が電磁誘導装置400と配線板300とをロックして、電磁誘導装置400と配線板300とを電気的に接続する。
このように、この実施形態の構造であれば、電磁誘導装置400の配線板300と放熱ベース200との間に固定される強度を強化し、電磁誘導装置400が、自重又は外力作用で電気的な接続が破壊されて配線板300から離脱する可能性を減少し、更に電磁誘導装置400と配線板300との間の電気的な接続の品質を保持することができる。
図3は、図2Aに示した放熱ベース200と電磁誘導装置400を示す分解図である。図4は、図3に示した放熱ベース200と電磁誘導装置400を組み合せた様子を示す上面図である。図3に示すように、放熱ベース200は、少なくとも1つの立体構造210を含む。立体構造210は、立体構造210から形成される収納槽213を有する。電磁誘導装置400は、一部が収納槽213内に位置し(図2A)、別の一部が収納槽213から外へ伸ばして、立体構造210及び配線板300と互いに固定される。
具体的には、この実施形態では、図2Bと図3に示すように、放熱ベース200は、底面202と、複数の側壁201と、を含み、これらの側壁201が底面202の外縁からそれぞれおおよそ同一の伸展方向Tへ延長し、側壁201が更に底面202と共に収納空間205を形成するように取り囲むが、これに限定されない。立体構造210が収納空間205内に位置し、熱伝導界面材料によって放熱ベース200の底面202と1つの側壁201に同時に接続され、ここでの熱伝導界面材料が封止剤であってもよい。このように、立体構造210に伝達される熱が同時に放熱ベース200の底面202とこの側壁201によって伝送され、熱伝達効率が向上する。また、立体構造210の一側が放熱ベース200の底面に接続され、言い換えれば、立体構造210の一側面が底面202に対向するため、立体構造210の底面202に反対する一側面(以下、頂面211ともいう)は、電磁誘導装置400を支持し結合することに用いる。
更に、立体構造210が放熱ベース200の底面202から同時に上記の伸展方向Tに向かって配線板300へ伸ばす複数のスペーサ210Tからなる(図2B)ため、立体構造210の頂面211は、即ち、これらのスペーサ210T同士が底面202に反対して形成した端面である(図3)。この実施形態において、少なくとも2つのスペーサ210Tが前記立体構造210に接続された側壁201に接続されて、これらのスペーサ210Tが前記立体構造210に接続された側壁201と共に、電磁誘導装置400を収容するための収納槽213を形成するように取り囲む。しかしながら、他の実施形態において、これらのスペーサは、自分で収納槽を形成するように取り囲み、つまり、これらのスペーサが側壁と接続せずに、スペーサ同士のみで収納槽を定義してもよく、或いは、収納槽が直接放熱ベース内の底面に設置されてもよい。
また、図3に示すように、これらのスペーサ210Tが一体成形して互いに接続され、少なくとも2つの隣接するスペーサ210Tの間に隅部210Cが形成される。立体構造210の載置強度を強化するために、何れの隅部210Cの厚さも、何れのスペーサ210Tの厚さより大きい。しかしながら、他の実施形態において、これらのスペーサは、一体成形して互いに接続せずに、組み立てるように互いに接続してもよい。
一般的に、磁気素子を受け入れるために、立体構造の外形は、磁気素子の形状に基づいて調整される。例としては、この実施形態において、図3に示すように、電磁誘導装置400の主要な形状が直方体又はおおよそ直方体である場合、立体構造210として、直方体又はおおよそ直方体を選択してもよい。しかしながら、本発明では、立体構造の外形について制限しないので、当業者であれば、実際の要求に応じて、立体構造の外形を柔軟的に選択すべきであり、例えば、立体構造の形状は、円筒形又は半円筒形であってもよい。
図5Aは、図3による磁気素子410とエンドキャップ440を示す分解図である。図5Bは、図5Aに示した方向D2から観察する磁気素子410とエンドキャップ440を示す分解図である。図3と図5Aに示すように、電磁誘導装置400は、例えば、変圧器及び/又はインダクタであり、磁気素子410を含む。磁気素子410は、少なくとも一部が収納槽213内に位置する。磁気素子410は、ロック素子500によって配線板300(図2A)と電気的に接続する。更に、電磁誘導装置400は、2つの磁気素子410を含む。放熱を強め、短絡の発生を避けるために、この2つの磁気素子410は、収納槽213の底部213Bから伸ばした分割リブ214により隔離されるように、並列して収納槽213内に位置する(図3)。より詳しくは、複数の磁気素子410のそれぞれは、磁気コア、巻き線フレーム、コイル本体等を含む。磁気コアの磁気シリンダーが巻き線フレームの中に位置し、コイル本体が巻き線フレームに巻いて、磁気シリンダーの外に取り囲まれる。しかしながら、磁気コア、巻き線フレーム及びコイル本体の互いの関係については、既に知られているため、繰り返して説明しないことにする。
電磁誘導装置400は、エンドキャップ440を更に含む。エンドキャップ440は、収納槽213を覆う(図2A)。図5Aと図5Bに示すように、エンドキャップ440が磁気素子410に結合され、例えば、接着剤450によって、エンドキャップ440の取付面446(図5B)が磁気素子410に結合される。また、エンドキャップ440がロック素子500によって配線板300と互いに実質的に固定するため、エンドキャップ440が配線板300と磁気素子410との間に結合される(図2A)。エンドキャップ440の材料としては、絶縁材又は表面が絶縁処理された金属材であってもよい。しかしながら、他の実施形態において、エンドキャップは必要な素子ではなく、電子デバイスが封止体のみによって収納槽の中に固定されてもよい。
より具体的には、図2Aに示すように、本実施形態において、配線板300にトランジスタ、コンデンサー等のような複数の電子デバイスを更に含み、入力された電気エネルギーが電源変換装置100により変換された後、放熱ベース200に組み立てられた出力、入力及び通信ポート203によってシステム部品に接続されて、電気エネルギー変換及び電気管理を実現する。配線板300に複数の第1の導接部310を更に含む。第1の導接部310の何れも配線板300における電子デバイスの1つと電気的に接続される。複数の第1の導接部310のそれぞれが第1の貫通孔311を有する。図5Aに示すように、複数の磁気素子410のそれぞれが複数の導線420を有し、複数の導線420のそれぞれが第2の導接部430に電気的に接続され、複数の第2の導接部430のそれぞれが第2の貫通孔431を有する。ロック素子500は、例えば、互いに合わせた第1の固接部材510(例えば、ボルト)と第2の固接部材520(例えば、ナット)を含む。第2の固接部材520がエンドキャップ440の取付面446(図5B)に反対する一面(以下、頂面441ともいう)に嵌設される。
しかしながら、本発明はこれに限定されず、当業者であれば、ロック素子として、実際の要求に応じて、他の既知のロック技術が選択される。
このように、図2Dは、図2Cに示したA‐Aに沿う断面図である。図2Dに示すように、電磁誘導装置400が配線板300にロックされる場合、第2の導接部430は、第2の固接部材520(例えば、ナット)と第1の導接部310との間に挟まれ、第1の固接部材510(例えば、ボルト)が第1の貫通孔311と第2の貫通孔431を通り抜けて、第2の固接部材520(例えば、ナット)と互いに結合し、結合の過程中に、第2の固接部材520が第2の導接部430を第1の導接部310へ押し付けて、第2の導接部430と第1の導接部310とを互いに電気的に接続させる。
第2の導接部430が容易に第2の固接部材520と位置合わせるように、図5Aに示すように、第2の導接部430がU形とたり、その対向する2つの端面に第1の係止部432(例えば、凸縁又は凹溝)と第2の係止部433(例えば、凸縁又は凹溝)を有する。エンドキャップ440は、エンドキャップ440の頂面441に位置し、第1の係止部432と互いに配合する第3の係止部444(例えば、凸縁又は凹溝)と、第4の係止部445(例えば、凸縁又は凹溝)と、を含む。第4の係止部445がエンドキャップ440頂面441の隣接面443に位置し、隣接面443が頂面441と面一ではない。第4の係止部445が第2の係止部433と互いに配合し、互いに係止する。
そのため、エンドキャップ440が磁気素子410の一面に覆われた後、且つ第2の導接部430が第2の固接部材520(例えば、ナット)に置かれた場合、図2Dに示すように、第1の係止部432(例えば、凸縁)が第3の係止部444(例えば、凹溝)と互いに係合し、且つ第2の係止部433(例えば、凹溝)が第4の係止部445(例えば、凸縁)と互いに係合するため、第2の導接部430がエンドキャップ440に立体的に位置限定される。
また、エンドキャップ440をがっしりと立体構造210に結合するために、図3に示すように、本実施形態では、固定構造によって、エンドキャップ440を収納槽213を覆うように立体構造210に固定してもよい。例としては、立体構造210のこれらのスペーサ210Tにより底面202に反対して形成された頂面211が複数の第1のねじ孔212を有し、この実施形態において、複数の第1のねじ孔212のそれぞれが隅部210Cの位置に設置されてもよいが、これに限定されない。エンドキャップ440がそれぞれ複数の第2のねじ孔442を有し、エンドキャップ440が立体構造210の頂面211に覆われる場合、第1のねじ孔212が第2のねじ孔442と互いに位置合わせ、この場合、ボルトSが第2のねじ孔442を通り抜けて第1のねじ孔212にロックされた後、エンドキャップ440が立体構造210の頂面211にロックされ、つまりエンドキャップ440が収納槽213に固定される。
しかしながら、本発明はこれに限定されず、当業者であれば、固定構造として、実際の要求に応じて、互いに配合する留め具と止め具、互いに配合する嵌合具と嵌合止め具、互いに配合するほぞとほぞ穴、又は他の既知の固定技術を柔軟的に採用してもよい。
図6Aは、本発明の一実施形態の放熱ベース200と電磁誘導装置400を組み合わせた様子を示す断面略図である。図6Aに示すように、放熱性能を向上させるために、本実施形態は、収納槽213内に封止体215が充填され、封止体215が収納槽213内の磁気素子410と立体構造210との間の隙間G内に充填される以外、上記実施形態とおおよそ同一である。理解すべきなのは、磁気素子410は、収納槽213内において、スペーサ210Tとの間に隙間Gを有する以外、放熱ベース200の底面202との間に隙間Gを有してもよい。このように、封止体215は、磁気素子410からの熱を放熱ベース200に伝導できるだけではなく、磁気素子410を被覆して、電磁誘導装置400を収納槽213内にがっしりと固定することもできる。
実際に封止体215を充填することを考えて、エネルギー消費が大きく又はコイルのエネルギー消費が磁力消費よりも大きくなると、当業者であれば、実際の要求に応じて、封止体215を磁気素子410と立体構造210との間の隙間G内に満たしてもよい。
しかしながら、本発明はこれに限定されず、つまり、他の実施形態において、封止体215を磁気素子410と立体構造210との間の隙間G内に満たさなくてもよい。図6Bは、本発明の一実施形態の放熱ベース200と電磁誘導装置400を組み合わせた様子を示す断面略図である。図6Bに示すように、エネルギー消費が小さく又はコイルのエネルギー消費が磁力消費より小さくなると、当業者であれば、実際の要求に応じて、封止体215を磁気素子410と立体構造210との間の隙間Gの一部に充填して、封止体215の収納槽213内における高さH1が電磁誘導装置400の高さH2よりも小さくなるようにし、例えば、封止体215の収納槽213内における高さH1が電磁誘導装置400の高さH2の半分となるようにしてもよい。理解すべきなのは、磁気素子410は、収納槽213内において、スペーサ210Tとの間に隙間Gを有するだけではなく、更に放熱ベース200の底面202との間に隙間Gを有する。
封止体215が立体構造210に満たされていないため、図6Bに示す実施形態は、1つの選択肢において、エンドキャップを配置しなくてもよく、電磁誘導装置400の一部が封止体215により収納槽213内に固着され、電磁誘導装置400の別の一部が立体構造210から突き出る。
また、図6Aに示すように、熱伝導の効果を向上させるために、本実施形態において、封止体215内に数多くの熱伝導粒子216がドープされている。これらの熱伝導粒子216の材料としては、例えば、炭素、金属又はダイヤモンド類似石等があるが、本発明はこれに限定されない。しかしながら、封止体内に如何なる熱伝導粒子もドープされないこともある。
また、熱伝導の効果を向上させるために、底面202に対する反対面に放熱を補強するための第1の放熱フィン206が配置されている、図2Aに示すような放熱ベース200であってもよい。また、本実施形態において、電源変換装置100は、放熱上蓋600を更に備える。放熱上蓋600は、放熱ベース200を被ることに用いる。更に、放熱上蓋600は、上記収納空間205を覆うように、ボルトBにより放熱ベース200にロックされて、配線板300及び電磁誘導装置400が放熱上蓋600と放熱ベース200との間に収納されるようにする。放熱上蓋600は、放熱を補強するための第2の放熱フィン610を更に有する。具体的には、放熱ベース200の材質は、放熱に寄与する金属材質又は非金属材質である。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
図2Bに示すように、エネルギー消費が大きくなると、より優れた放熱性能を提供するために、この実施形態の立体構造210として、放熱ベース200に一体成形して位置する集積型立体構造210を選択してもよい。具体的には、これらのスペーサ210Tが、一体成形して放熱ベース200の底面202に接続され、放熱ベース200の底面202から直接伸ばし、より具体的には、少なくとも2つのスペーサ210Tが一体成形して前記立体構造210に接続された側壁201に接続されて、これらのスペーサ210Tが前記立体構造210に接続された側壁201と共に上記の収納槽213を形成するように取り囲むようにする。このように、放熱ベース200の底面202、側壁201及び立体構造210のこれらのスペーサ210Tの何れも、熱を導く放熱面となり、一旦熱が生成すると、熱がこれらのスペーサ210Tの外表面、放熱ベース200の底面202と側壁201を介して放熱ベース200の他の部分に引導され、熱伝導の効果を効果的に増強することができる。
より具体的には、本発明の一実施例において、これらのスペーサ210Tは、一体成形して放熱ベース200の底面202に接続されて、放熱ベース200の底面202から直接伸ばし、また、これらのスペーサ210T同士が上記の収納槽213を形成するように取り囲む。このように、放熱ベース200の底面202及び立体構造210のこれらのスペーサ210Tの何れも、熱を伝達する放熱面となり、一旦熱が生成すると、熱がこれらのスペーサ210Tの外表面及び放熱ベース200の底面202から放熱ベース200の他の部分に引導され、熱伝導の効果を効果的に増強することができる。
しかしながら、本発明の立体構造210は、集積型立体構造210に限定されず、他の実施形態において、本発明の立体構造210は、独立した立体構造220であってもよい。図7Aと図7Bに示すように、図7Aは、本発明の一実施形態の放熱ベース200、独立した立体構造220と電磁誘導装置400を示す分解図である。図7Bは、図7Aの組み合わせ図を示す。本実施形態は、立体構造が独立した立体構造220である以外、上記実施形態とおおよそ同じである。独立した立体構造220が放熱ベース200に分離可能に位置する。図7Aに示すように、独立した立体構造220は、単独で製作された後、収納空間205内に置かれ、放熱ベース200の底面202に組み合わせられたものであり、例としては、独立した立体構造220の一側面が底面202に対向するため、独立した立体構造220の底面202に反対する側面(以下、頂面211ともいう)は、電磁誘導装置400を支持し結合することに用いる。その後、立体構造220をロックラグ221とボルト224によって放熱ベース200の底面202に組み合わせる。それに対応して、独立した立体構造220の一側が放熱ベース200の底面202に組み合わせられる。
更に、独立した立体構造220は、1つの底板222と複数の側板223からなる箱状となり、これらの側板223が底板222から同時に同一の伸展方向Tへ伸ばすため、独立した立体構造220の頂面211は、これらの側板223同士が底板222に反対して形成した端面となる。この実施形態において、底板222の外縁にこれらの側板223を立設して収納槽213を形成する。ロックラグ221がその中の対向する2つの側板223の外表面に位置し、収納槽213から離れた方向へ水平に外へ伸ばす。また、底板222とこれらの側板223が一体成形して互いに接続し、何れの2つの隣接する側板223の間に隅部223Cが形成する。独立した立体構造220の載置強度を強化するために、何れの隅部223Cの厚さも何れの側板223の厚さより大きい。しかしながら、他の実施形態において、これらの側板は、一体成形して互いに接続せずに、組み立てるように互いに接続してもよい。このように、独立した立体構造220の底板222とこれらの側板223の何れも、放熱面となり、独立した立体構造220が放熱ベース200に組み立てられる場合、生成した熱が独立した立体構造220によって放熱ベース200の他の部分に引導されて、熱伝導の効果を効果的に増強することができる。
一般的に、磁気素子を受け入れるために、独立した立体構造の外形を、磁気素子の形状に基づいて調整する。例としては、この実施形態において、図7Aに示すように、磁気素子410の形状が直方体又はおおよそ直方体である場合、独立した立体構造220として、直方体又はおおよそ直方体を選択してもよい。しかしながら、本発明では、独立した立体構造の外形について制限しないので、当業者であれば、実際の要求に応じて、独立した立体構造の外形を柔軟的に選択すべきであり、例えば、独立した立体構造の形状は、円筒形又は半円筒形であってもよい。また、この独立した立体構造220に対しては、放熱ベース200に組み合わせる前に単独に封止剤を注入してから、放熱ベース200に組み合わせてもよく、本実施形態の独立した立体構造220の利点については、以下で詳しく説明する。
また、放熱性能を更に向上させるために、実施形態の放熱ベースは、水冷型放熱ベース、空冷型放熱ベース又はそれらの任意の組み合わせであってもよい。具体的には、図8に示すように、図8は、本発明の一実施形態に係る放熱ベース200を示す分解図である。本実施形態は、放熱ベース200が、冷却流体が内蔵され、冷却流体に水冷板のベース内を流動させて、放熱に更に寄与する中空状の水冷板のベースであること以外、上記実施形態とおおよそ同じである。具体的には、放熱ベース200は、流体コネクタ281と、流体溝289と、を更に含む。流体溝289が放熱ベース200の背面に位置し、底板292に覆われて冷却流体を循環させるための通路を形成する。流体コネクタ281が放熱ベース200の一側に位置し、放熱ベース200を介して流体溝289とつながる。流体コネクタ281は、外部の冷却流体を流体溝289内に導入して、流体溝289内の冷却流体を導出することに用いる。流体溝289が放熱ベース200内の電子デバイス(例えば、電磁誘導装置)の周囲を避けて、冷却流体の流通経路を提供して、放熱ベース200の放熱に寄与することに用いる。当業者であれば、制限と要求に応じて、流体溝の経路を変えてもよい。
図9は、本発明電源変換装置100に係る組立方法の一実施形態におけるフロー図を示す。図2Aと図9に示すように、このような電源変換装置100の組立方法は、以下の工程を備える。工程901において、上記電磁誘導装置400、放熱ベース200と配線板300を提供する。工程902において、電磁誘導装置400を放熱ベース200に取り付ける。工程903において、配線板300を電磁誘導装置400に電気的に接続する。
このように、この実施形態の組立方法では、電磁誘導装置400を放熱ベース200に取り付けてから、配線板300を電磁誘導装置400に電気的に接続させるため、電磁誘導装置を配線板に電気的に接続させた後で放熱ベースを取り付けることよりも、電磁誘導装置が、自重又は外力作用で電気的な接続が破壊されて配線板から離脱されることを避けることができ、電子デバイスと配線板との間の電気的な接続の品質を増強して、ここでの接続の信頼性を更に向上させることができる。
工程901は、下記の順序となる細部の実施形態を更に含む。図3と図5Aに示すように、電磁誘導装置400を収納槽213内に置く前に、エンドキャップ440を電磁誘導装置400の磁気素子410に覆う。次に、磁気素子410の第2の導接部430をエンドキャップ440の第2の固接部材520に位置合わせる。具体的に、磁気素子410の第2の導接部430をエンドキャップ440の第2の固接部材520に位置合わせて、図2Dに示すように、第2の導接部430をエンドキャップ440の第2の固接部材520に移動して、上記導接部430の係止件432、433とエンドキャップの係止件444、445によって互いに係止させて、第2の導接部430と第2の固接部材520を互いに位置合わせる工程を含む。
工程902は、下記の順序となる細部の実施形態を更に含む。図10Aは、封止剤Lを立体構造210と磁気素子410との間に注入する様子を示す。図3に示すように、まず、配線板300に組み立てられていない電磁誘導装置400を放熱ベース200の収納槽213内に置く。次に、図10Aに示すように、封止剤Lを立体構造210と磁気素子410との間の隙間内に注入する。
具体的には、図10Aに示すように、上記電磁誘導装置400が立体構造210に入れた場合、磁気素子410が収納槽213に置かれた後、エンドキャップ440を立体構造210に覆って固定して、エンドキャップ440と立体構造210との間にスリット217を有し、磁気素子410が立体構造210の収納槽213内において依然として立体構造210の内壁との間に隙間を有するようにする。上記のように封止剤Lを収納槽213に注入する場合、封止剤Lがスリット217を介して収納槽213内に注入され、更に磁気素子410と収納槽213との隙間内に注入される。上記工程902の細部の工程は、収納槽213のノッチの寸法が大きく、組み立ての視野が不良である条件で好適に行われるが、本発明はこれに制限されない。
上記のように封止剤Lを立体構造210と磁気素子410との間の隙間内に注入する工程の後、本実施形態は、収納槽213を固着装置(例えば、オーブン、不図示)に入れて、収納槽213内の封止剤Lを封止体215(図6A)となるように硬化させる工程を更に含む。
しかしながら、他の実施形態において、工程902は、下記の順序となる細部の実施形態を更に含む。図10Bは、封止剤Lを物体が入れられていない収納槽213内に注入する様子を示す。まず、封止剤Lを上記収納槽213内に注入して、上記収納槽213の一部に充填してもよい。次に、図6Aに示すように、電磁誘導装置400の磁気素子410を収納槽213内に置いて、磁気素子410を封止剤L(封止体215を参照)内に浸入させる。
具体的には、図6Aに示すように、上記電磁誘導装置400を収納槽213内に置いて、即ち磁気素子410を収納槽213内の封止剤(封止体215を参照)の中に入れる場合、磁気素子410が収納槽213に入った後、エンドキャップ440を立体構造210に覆って固定し、この場合、封止剤(封止体215を参照)が既に磁気素子410と立体構造210との間の隙間Gに浸入される。上記工程902の別の細部の工程は、収納槽213のノッチの寸法が小さく、組み立ての視野が良好である条件で好適に行われるが、本発明はこれに制限されない。
次に、上記のように電磁誘導装置400を収納槽213内の封止剤L(封止体215を参照)内に浸入させる工程の後、本実施形態は、収納槽213を固着装置(例えば、オーブン、不図示)に入れて、収納槽213内の封止剤を硬化させることを更に含む。
上記工程902の2つの細部の実施形態において、本発明の立体構造210は、放熱ベースから分離可能な独立した立体構造220、又は放熱ベース200と一体成形した集積型立体構造210であってもよいが、それらに限定されない。
例としては、立体構造が独立した立体構造220であり(図7B)、且つ上記封止剤の注入が既に終わった場合、独立した立体構造220として、独自で封止剤の硬化を行ってから、放熱ベース200に組み立てられたものを選択してもよい。逆に、立体構造が集積型立体構造210である場合(図2B)、放熱ベース200をその集積型立体構造210と共に固着装置まで移動して封止剤を硬化させなければならない。
理解すべきなのは、独立した立体構造220が放熱ベース200に組み立てられる前に、前もって固着装置に入れられるため、放熱ベース200の重量が独立した立体構造220の重量よりも大きいので、オペレーターが独立した立体構造220を移動すれば、割りに手間と時間を省くことが可能である。また、図2Bに示した放熱ベース200の体積が図7Bに示した独立した立体構造220の体積よりも大きく、固着装置が硬化を行うたびに、収容可能な図7Bに示した独立した立体構造220の数が収納可能な図2Bに示した放熱ベース200の数より遥かに大きい。そのため、独立した立体構造220を採用し、図7Bに示した放熱ベース200に組み立てる前に、硬化プログラムを完成させる場合、組み立て時間と硬化コストを省くことが可能である。
また、封止剤を収納槽213に注入する場合、図6Aに示すように、オペレーターは、上記需求や目的に応じて、封止剤(封止体215を参照)の立体構造210と磁気素子410との間での隙間Gを満たすように制御することができる。又は、図6Bを参照し、封止剤(封止体215を参照)で立体構造210と磁気素子410との間の隙間Gの一部を充填するように制御して、封止剤(封止体215を参照)を収納槽213内に注入した高さH1が電磁誘導装置400の高さH2よりも小さくように制御する。例えば、封止剤(封止体215を参照)を収納槽213内に注入した高さH1が電磁誘導装置400の高さH2の半分となるように制御する。
理解すべきなのは、収納槽に入って電磁誘導装置の磁気素子を被覆し保護することができれば、上記封止剤の種類は、態様や様式が限定されず、例えば、液状封止剤、半固形封止剤であってもよい。より具体的には、UB‐5204、LORD SC‐309のような液状封止剤、ダウコーニングDC527のような半固形封止剤であってもよい。
別の実施形態において、工程901は、下記の順序となる細部の実施形態を更に含む。図11は、磁気素子410を前もって収納槽213内に置く様子を示す。図11に示すように、エンドキャップ440を電磁誘導装置400の磁気素子410に覆う前、磁気素子410を単独に収納槽213内に置く。次に、エンドキャップ440を磁気素子410に覆う。次に、磁気素子410の第2の導接部430をエンドキャップ440の第2の固接部材520(図2Bと図2Dを参照)に位置合わせる。
この別の実施形態において、工程902は、下記の順序となる細部の実施形態を更に含む。エンドキャップ440を磁気素子410に覆った後、図2Bに示すように、エンドキャップ440を立体構造210に固定する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、他の実施形態において、磁気素子410の第2の導接部430をエンドキャップ440の第2の固接部材520に位置合わせる工程が、エンドキャップ440を立体構造210に固定させた後で行われてもよい。この別の実施形態において、封止剤の注入順序及び細部については、上記実施形態の通りにしてもよい。
工程903は、下記の順序となる細部の実施形態を更に含む。図2Aと図2Cに示すように、電磁誘導装置400の第2の導接部430を導電性の固接部材510を介して配線板300の第1の導接部310にロックする。このように、配線板300と電磁誘導装置400との間の実質的な接続を達成する同時に、配線板300と電磁誘導装置400との間の電気的な導通を達成する。より具体的には、第2の導接部430を導電性の第1の固接部材510、例えば、金属のボルトを介して、第1の導接部310にロックする前に、配線板300を電磁誘導装置400に逆に被って、電磁誘導装置400の導接部430がそれぞれ配線板300の導接部310に対向するようにする工程を更に含む。
上記実施形態では、電磁誘導装置の導接部が配線板の導接部にロックされたが、他の実施形態において、工程903は、下記の順序となる細部の実施形態を更に含む。電磁誘導装置の導接部を配線板の導接部に電気的に接続する。例えば、半田付けプロセスによって、電磁誘導装置の導接部が導電性のはんだ接点を介して配線板の導接部に結合され、配線板と電磁誘導装置との間の実質的な接続を達成する同時に、配線板と電磁誘導装置との間の電気的な導通を達成する。
また、上記工程903の2つの細部の実施形態において、本発明は、ロックと半田付けの結合方式を兼備してもよいが、それに限定されない。
上記の全ての実施形態では、電磁誘導装置を配線板に固定することで配線板に固定された強度を強化することを言及したが、本発明が車載型充電器における電子デバイスに限定されない。車載型充電器における大体積、大重量の電子デバイスであれば、例えば、トランジスタ、コンデンサー、変圧器、チョークコイル等が、何れも上記の全ての実施形態に記載の電磁誘導装置を取り替えることができる。本発明の上記の全ての実施形態による電源変換装置及びその組立方法は、車載型充電器に好適に用いられ、又は自動車の関連技術部分に広く適用され、このように、車載型充電器における電子デバイスがかなり重いが、本発明の構造によれば、車載型充電器における電子デバイスが配線板と放熱ベースとの間に固定された強度を強化し、この重く膨大な電子デバイスが、自体重量、車両運行又は制動による外力で電気的な接続が破壊され配線板から離脱する可能性を低下させ、更に車載型充電器のサービス性能を安定させることができる。
最後に、上記で開示された各実施形態では、本発明を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
100 電源変換装置
200 放熱ベース
201 側壁
202 底面
203 通信ポート
205 収納空間
206 第1の放熱フィン
210 立体構造
210C 隅部
210T スペーサ
211 頂面
212 第1のねじ孔
213 収納槽
213B 底部
214 分割リブ
215 封止体
216 熱伝導粒子
217 スリット
220 独立した立体構造
221 ロックラグ
222 底板
223 側板
223C 隅部
224 ボルト
281 流体コネクタ
289 流体溝
292 底板
300 配線板
310 第1の導接部
311 第1の貫通孔
400 電磁誘導装置
410 磁気素子
420 導線
430 第2の導接部
431 第2の貫通孔
432 第1の係止部
433 第2の係止部
440 エンドキャップ
441 頂面
442 第2のねじ孔
443 隣接面
444 第3の係止部
445 第4の係止部
446 取付面
450 接着剤
500 ロック素子
510 第1の固接部材
520 第2の固接部材
600 放熱上蓋
610 第2の放熱フィン
901〜903 工程
A‐A 線分
B ボルト
D1、D2 方向
G 隙間
H1、H2 高さ
L 封止剤
S ボルト
T 伸展方向

Claims (15)

  1. 放熱ベースと、
    配線板と、
    前記配線板と前記放熱ベースとの間に介在するように、前記放熱ベースに取り付けられる電子デバイスと、
    前記電子デバイスと前記配線板とをロックして、前記電子デバイスと前記配線板とを電気的に接続するロック素子と、
    を備える電源変換装置。
  2. 前記放熱ベースは、
    収納槽を有し、前記電子デバイスの少なくとも一部が前記収納槽内に位置し、立体構造との間に隙間を有する立体構造と、
    前記隙間を充填する封止体と、
    を含む請求項1に記載の電源変換装置。
  3. 前記電子デバイスは、
    少なくとも一部が前記収納槽内に位置し、少なくとも一部が前記封止体に被覆され、前記ロック素子を介して前記配線板に電気的に接続される磁気素子を含む請求項2に記載の電源変換装置。
  4. 前記電子デバイスは、
    前記磁気素子と前記収納槽を覆って、前記ロック素子を介して前記配線板にロックされるエンドキャップを更に含む請求項3に記載の電源変換装置。
  5. 前記配線板は、第1の貫通孔を有する第1の導接部を含み、
    前記磁気素子は、前記エンドキャップと前記第1の導接部との間に挟まれ、第2の貫通孔を有する第2の導接部を更に含み、
    前記ロック素子は、互いに合わせた第1の固接部材と、前記エンドキャップに位置する第2の固接部材を含み、
    前記第1の固接部材が前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔を通り抜けて前記第2の固接部材にロックされて、前記第2の導接部が前記第1の導接部に電気的に接続されるようにする請求項4に記載の電源変換装置。
  6. 前記立体構造は、前記放熱ベースと一体成形される請求項2に記載の電源変換装置。
  7. 前記立体構造は、前記放熱ベースに分離可能に位置する請求項2に記載の電源変換装置。
  8. 電子デバイスを放熱ベースに取り付ける工程と、
    配線板と前記放熱ベースに取り付けられた前記電子デバイスとを電気的に接続する工程と、
    を備える電源変換装置の組立方法。
  9. 前記電子デバイスを前記放熱ベースに取り付ける工程は、
    封止剤を立体構造からなる収納槽内に注入することと、
    前記電子デバイスを前記収納槽内に置いて、前記封止剤内に浸入させて、前記封止剤が前記電子デバイスと前記立体構造との間の隙間に位置するようにすることと、
    を含む請求項8に記載の電源変換装置の組立方法。
  10. 前記電子デバイスを前記放熱ベースに取り付ける工程は、
    前記電子デバイスを立体構造からなる収納槽内に置くことと、
    封止剤を前記電子デバイスと前記立体構造との間の隙間に注入することと、
    を含む請求項8に記載の電源変換装置の組立方法。
  11. 前記電子デバイスを前記放熱ベースに取り付ける工程は、
    前記立体構造が一体成形して位置する前記放熱ベースを固着装置に入れて、前記収納槽内の前記封止剤を硬化させることを含む請求項9又は10に記載の電源変換装置の組立方法。
  12. 前記電子デバイスを前記放熱ベースに取り付ける工程は、
    前記立体構造を固着装置に入れて、前記収納槽内の前記封止剤を硬化させることと、
    前記封止剤が硬化した後、前記立体構造を前記放熱ベースに組み立てることと、
    を含む請求項9又は10に記載の電源変換装置の組立方法。
  13. 前記電子デバイスを前記放熱ベースに取り付ける工程は、
    前記電子デバイスを前記収納槽内に置く前に、エンドキャップを前記電子デバイスの磁気素子に覆うことと、
    前記磁気素子の導接部を前記エンドキャップの固接部材に位置合わせることと、
    を含む請求項9又は10に記載の電源変換装置の組立方法。
  14. 前記電子デバイスを前記放熱ベースに取り付ける工程は、
    前記電子デバイスの磁気素子を前記収納槽内に置くことと、
    エンドキャップを前記磁気素子に覆うことと、
    を含む請求項2又は3に記載の電源変換装置の組立方法。
  15. 前記配線板と前記放熱ベースに取り付けられた前記電子デバイスとを電気的に接続する工程は、
    前記電子デバイスの導接部を固接部材を介して前記配線板の導接部にロックすることを含む請求項8に記載の電源変換装置の組立方法。
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