JP2021097594A - ヒートシンクの２つの面によって冷却されるバスバーを備える電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレームの熱放散を改善することを可能な電気機器を提供する。【解決手段】電気機器１００は、少なくとも２つの対向面によって画定される内部容積を有するヒートシンク２と、ヒートシンクによって冷却されるようにヒートシンクの２つの対向面に接するバスバー４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器の分野、特に電気自動車又はハイブリッド自動車に関するものであり、より正確には、電気モータリゼーションシステムにおいてモータに接続されるインバータなどの電気システムの冷却に関するものである。

バスバーを有する電気機器を使用することが知られている。特に、このようなバスバーは、電気機器のインターフェース、特に外部インターフェースから電気機器の内部コンポーネントへ電気エネルギーを伝達することを目的としている。例えば、バスバーは、電気機器の端子を電気機器のコンデンサと接続する。バスバーは一般に、特に金属製のリードフレームを備え、電気絶縁材料、特にプラスチックから形成される本体によって維持される。電子部品は、リードフレーム内を流れる信号のフィルタリングを可能にするために、バスバー上で受け取ることができる。バスバーに電流が流れる間、導電体及び／又はフィルタリングコンポーネントによって放出される熱は、電気機器の他のコンポーネント、特にコンデンサに損傷を与える可能性があり、このコンデンサは、それ自体の動作によってジュール効果によって既に熱を発生している。

バスバーを冷却するために、冷却液を循環させるシステムを備えた冷却ボックスに沿ってバスバーを通過させることが知られている。しかしながら、これは、特に電気機器が高電圧、すなわち６０Ｖより高い電圧、８０Ｖ又は１００Ｖ又は４００Ｖ又は８００Ｖで作動している場合には不十分であり得る。特に、電気機器は５０ｋＷから３００ｋＷの間で運転できる。

したがって、リードフレームの熱放散を改善することを可能にする冷却ソリューションが求められる。

この目的のために、
少なくとも２つの対向面によって画定される内部容積を備えるヒートシンクと、
前記ヒートシンクによって冷却されるように前記ヒートシンクの前記２つの対向面に接するバスバーと、を備える電気機器を提案する。

したがって、前記バスバーは、前記ヒートシンクの前記２つの対向面によって冷却される。従来技術では、前記バスバーを冷却するために前記ヒートシンクの一方の面のみが使用される。したがって、前記バスバーと前記ヒートシンクとの一体化のおかげで、従来技術に対して、前記バスバーの前記冷却が増大する。特に、前記バスバーは、前記ヒートシンクの前記２つの対向面と直接接触するか、又は１つ以上の中間層を介して前記ヒートシンクの前記対向面に接する。

一実施形態によれば、前記バスバーは、前記ヒートシンクを取り囲むように前記２つの対向面に沿って延在する。

一実施形態によれば、前記ヒートシンクは、前記２つの対向面が接続される第１の側面を有し、前記バスバーは前記第１の側面から前記ヒートシンクに沿って延在し、前記第１の側面に戻る。

代替例においては、前記バスバーの入力端子及び出力端子は、前記ヒートシンクの前記第１の側面にある。

代替例においては、前記ヒートシンクは、前記２つの対向面が接続される第２の側面を有し、前記第２の側面は前記第１の側面の反対側にある。前記バスバーは、前記ヒートシンクに沿って、前記第１の側面から前記第２の側面へ、次いで前記第２の側面から前記第１の側面へ延在する。

一実施形態によれば、前記バスバーは、共に組み立てられた２つの部分を有し、第１の部分は前記ヒートシンクの前記面のうちの第１の面に接し、第２の部分は前記ヒートシンクを取り囲むように、前記ヒートシンクの前記面のうちの第２の面に接する。

代替例においては、前記バスバーの前記第１の部分と前記第２の部分は、前記ヒートシンクの第２の縁部で共に組み立てられる。

一実施形態によれば、前記バスバーは、前記ヒートシンクを取り囲むことによって単一部品から作製される。

一実施形態によれば、前記バスバーは、リードフレームを取り囲むコーティングを有し、該コーティングは前記ヒートシンクの一部分から横切る開口部を有し、該開口部は、該リードフレームの前記冷却を改善するような方法で、電気絶縁ヒートシンク材料を含む。

一実施形態によれば、前記バスバーは、少なくとも１つの電気部品を支持する。代替例においては、前記電気部品はＥＭＣフィルタリングコンポーネントである。

代替例においては、前記電気部品は、前記バスバーと前記ヒートシンクとの間に挟まれる。

一実施形態によれば、前記ヒートシンクの前記面のうちの少なくとも１つは、前記バスバーによって覆われていない少なくとも１つの表面上の他のコンポーネントを冷却するように構成される。

代替例においては、前記ヒートシンクの前記第１の面は電力モジュールを受け取り、前記ヒートシンクの前記第２の面は、前記バスバーによって覆われていない表面で容量性モジュールを受け取る。

代替例においては、前記ヒートシンクは、冷却流体を受け入れるように構成された少なくとも１つの冷却チャネルを有し、前記冷却チャネルは、少なくとも部分的に、前記バスバーによって覆われないゾーンにあり、前記バスバーによって囲まれた前記ヒートシンクの前記部分は、冷却チャネルを有しない。

添付の図面を参照して非限定的な例として与えられる以下の説明を読めば、本発明はより良く理解され、本発明の他の詳細、特徴及び利点が明らかになる。

本発明に係る電気機器の一例の斜視図である。

図１の電気機器の斜視図であり、バスバーにはコンポーネントが設けられている。

図２の電気機器の断面図である。

図２の電気機器の分解図である。

図２の電気機器の代替品の詳細図である。

図１に示されるような電気機器１００は、少なくとも２つの対向面２０ａ、２０ｂによって画定される内部容積を有するヒートシンク２を備える。図示の例では、主部２ａと呼ばれるヒートシンク２の一部が、冷却流体を受け入れるように構成された冷却チャネル２１を備えることができる。補助部２ｂと呼ばれるヒートシンクの別の部分は、冷却チャネルを伴わない。補助部２ｂは特に、冷却チャネル２１内を流れる冷却流体により排熱される補助部２ｂから主部２ａへの熱伝導により冷却される。言い換えれば、補助部２ｂは、主部２ａからの材料の突出部を形成する。補助部２ｂに冷却チャネルを設けないことによって、補助部２ｂのサイズ及び電気機器１００の最終的なサイズが制限される。ヒートシンク２は、実質的に長方形の形状を有することができる。しかしながら、補助部２ｂは冷却チャネルを受け入れることができ、これはそのサイズを増大させるが、補助部２ｂでの熱放散を向上させる。しかし、冷却チャネルを有さない補助部２ｂは、特に後述するように、バスバーを冷却するのに十分である。補助部２ｂは、主部２ａの材料とは異なる材料で作製することができる。特に補助部２ｂは、主部２ａよりも高い熱伝導率を有する材料で作製することができる。例えば主部２ａはアルミニウムで作製され、補助部２ｂは銅で作製される。しかしながら、コストは実質的に高くなる可能性がある。

２つの対向面２０ａ、２０ｂは、実質的に同一の輪郭を有することができる。これらは、実質的に平行に重ね合わせることができる。２つの対向面２０ａ、２０ｂの輪郭は、特に、輪郭に沿ってすべて壁３によって接続されている。代替的に、２つの対向面の輪郭は、特に、壁３なしで、それらの間に直接接続されることができる。コンポーネントの位置決めのために、又は接続部の通過のために、又は他のために、対向面２０ａ、２０ｂは、他の対向面２０ａ、２０ｂに対してノッチ、開口部、又は他の差異を備えることができる。

電気機器はバスバー４を備える。バスバー４は、２つのリードフレーム４１ａ、４１ｂ、特にネガティブリードフレーム４１ａ及びポジティブリードフレーム４１ｂを備えることができる。リードフレーム４１ａ、４１ｂは特に、金属、例えば銅で形成される。それらは、例えばオーバーモールディングによって堆積された電気絶縁材料から形成されるコーティング４２によって共に維持される剛性部品を形成する。図１では、リードフレーム４１ａ、４１ｂを見えるようにするために、コーティング４２の一部は示されていない。リードフレーム４１ａ、４１ｂは、電気機器１００の特定の端子を電気機器１００のコンデンサと接続する。

バスバー４は、ヒートシンク２によって冷却されるような方法で、ヒートシンク２の２つの対向面２０ａ、２０ｂに接する。したがって、バスバー４は、冷却されるべきヒートシンク２の２つの面から利益を得る。電気機器１００へのバスバー４の一体化は、従来技術に対して改善される。バスバー４の冷却は、電気機器１００のサイズを依然として制御しながら改善される。バスバー４は特に、ヒートシンク２を取り囲むような方法で、ヒートシンク２の２つの対向面２０ａ、２０ｂに沿って延在している。したがって、バスバー４は、その全長にわたって冷却することができる。したがって、冷却されるバスバー４の表面は、従来技術に対して増大される。その後、バスバー４の冷却はより高くなり、そのため、熱による損傷のリスクは実質的に減少する。さらに、ヒートシンク２を取り囲むことによって、バスバー４は、ヒートシンク２と一体化される。

特に、バスバー４はヒートシンク２の第１の側面３ａから始まり、補助部２ｂに沿って、特に補助部２ｂに含まれる第１の面２０ａの部分に沿って延設される。バスバー４は次に、ヒートシンク２の第２の側面３ｂによって第２の面２０ｂに接合し、再び補助部２ｂに沿って、特に補助部２ｂに含まれる第２の面２０ｂの部分に沿って走り、第１の側面３ａに戻る。したがって、バスバー４はヒートシンク２の周り、特に補助部２ｂの周りにループを形成する。第１の側面３ａに戻ると、バスバー４への電気接続、例えば、電気機器１００の端子への接続又は電気機器１００のコンデンサへの接続は、ヒートシンク２の同じ側面３ａに設けることができる。特に産業上の観点からは、電気機器１００の製造中に、この構成によって、バスバー４をより容易に接続することが可能となる。したがって、２つの接続は電気装置１００を裏返すことなく、ヒートシンク２の同じ側から行うことができ、製造工程及び時間を節約することも可能になる。したがって、組み立て中の電気機器１００の不必要な操作が回避され、及び／又は品質検査が容易になる。特に、第２の側面３ｂは、第１の側面３ａの反対側にある。しかしながら、この第２の側面３ｂは、ヒートシンク２の第１の側面３ａに隣接する側面であってもよい。

バスバー４は特に、ヒートシンク２を取り囲むように共に組み立てられた２つの部分４ａ、４ｂを有する。第１の部分４ａはヒートシンク２の第１の面２０ａに接し、第２の部分４ｂは、ヒートシンク２の第２の面２０ｂに接する。したがって、ヒートシンク２の周りのバスバー４の組み立て体は、いくつかの工程で行うことができる。特に、バスバー４の第１の部分４ａと第２の部分４ｂは、ヒートシンク２の第２の側面３ｂにおいて共に組み立てられる。特に、リードフレーム４１ａ、４１ｂの各々は、第１の面２０ａに接する第１の部分と、第２の面２０ｂに接する第２の部分とを有する。例えば図４に示すように、リードフレーム４１ａ、４１ｂの第１の部分の端部５ａ、５ｂは、リードフレーム４１ａ、４１ｂの第２の部分のそれぞれの端部５ｃ、５ｄに接する。これらの端部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、溶着、ろう付け、ねじ止め、又は任意の他の締結手段によって接続される。上述の構成は、単一の軸に沿ったヒートシンク２を有するバスバー４の組み立てを可能にする。

代替的に、バスバー４は、ヒートシンク２を取り囲むことによって、単一部品とすることができる。リードフレーム４１ａ、４１ｂはそれぞれ単一部品であり、特に、第１の面２０ａから第２の面２０ｂまで連続的に延在する。これは、逆に、部品、例えば、バスバー４の第１の部分４ａと第２の部分４ｂとを接続する部品、及び／又は、事前組立工程を節約することを可能にする。さらに、誤った方向への組み立てが回避される。

例えば、図５に示すように、バスバー４のコーティング４２は、ヒートシンク２に面する１つ以上の開口部４０を含むことができる。開口部４０は、特にリードフレーム４１ａ、４１ｂの表面に露出する。次いで、この開口部４０は電気絶縁材料で満たされるが、リードフレーム４１ａ、４１ｂの冷却を改善するように作用する熱を伝導する。材料は、熱グリース、又は、例えば「ギャップパッド」（登録商標）のような可撓性材料、又は、電気絶縁及び熱伝導の二重の特性を有する任意の他の材料とすることができる。

例えば、図２、図３及び図４に示すように、バスバー４は、コンポーネント１２、１６を支持することができる。特に、フィルタリングに必要なフィルタリングコンポーネント１２及び磁気コア１６を支持することができる。これらのコンポーネント１２、１６は、それ自体がバスバー４上、特にバスバー４のコーティング４２上に取り付けられる電子基板１４上に組み立てることができる。電子基板１４は、特に、小さなサイズの電気素子を受け取り、そのバスバー４上での直接の組み立ては困難であろう。このフィルタリングによって、電気機器１００のコンポーネントを保護するように、バスバー４に流れる電流にリンクされたＥＭＣ電磁界を減少させることが可能になる。他のコンポーネントは、別の電子基板上に配置することができ、ケーブル、バンドル、又は剛性コネクタによってバスバー４に接続することができる。

代替的に、コンポーネント１２、１６は、電子基板１４を介さずに、バスバー４上に直接取り付けることができる。この場合、コンポーネント１２、１６は、バスバー４上に締結する他の任意の方法によって溶接、ろう付け、又は締結することができる。

特に、バスバー４は、ヒートシンク２の補助部２ｂにおいてヒートシンク２に接する。バスバー４は、ヒートシンク２上の１つのゾーンのみを覆っている。好ましくは、バスバー４は、ヒートシンク２の補助部２ｂの１つのゾーンのみを覆う。ヒートシンク２の残りの部分、特に、主部２ａ内に位置する第１の面２０ａ及び第２の面２０ｂの部分は、他のコンポーネントを冷却するために他のコンポーネントを受け入れることができる。例えば、図１において、ヒートシンク２の第１の面２０ａ内の開口部２２は、電力モジュールを運ぶプレートによって閉じられている。このプレートは、第１の面２０ａの開口部２２を閉塞することで、特にヒートシンク２の主部２ａに位置する冷却チャネルを形成する上で寄与する。例えば図４に示すように、主部２ｂに位置する第２の面２０ｂの部分２０１ｂは、主部２ａによって冷却されることになるコンデンサを受け入れることができる。パワーモジュールとコンデンサは、一般にジュール効果により多くの熱を放出するので、ヒートシンクの主部２ａ上に配置すると有利である。

図示しない代替例においては、コンポーネント１２、１６をバスバー４とヒートシンク２との間に挟むことができ、これによりコンポーネント１２、１６の冷却が改善される。この特定の場合、ヒートシンク２の面２０ａ、２０ｂの構造は、コンポーネント１２、１６のサイズに適合させることができる。コンポーネント１２、１６が接するヒートシンク２の表面は、その冷却を確実にするために、コンポーネント１２、１６の異なる高さ及び形状を考慮することができる。例えば、ヒートシンク２から出発して、まず、電気絶縁性であるが熱伝導性の可撓性材料４２の層が存在し、次いで、コンポーネント１２、１６、次いで、電子基板１４及びバスバー４が存在する。このようなサンドイッチの構造はさらに、コンポーネント１２、１６の堅固な保持を可能にする。そして、振動による劣化が減衰する。電気機器１００の寿命は長くなる。

Claims (11)

1. 少なくとも２つの対向面（２０ａ、２０ｂ）によって画定される内部容積を有するヒートシンク（２）と、
   前記ヒートシンク（２）によって冷却されるように前記ヒートシンク（２）の前記２つの対向面（２０ａ、２０ｂ）に接するバスバー（４）と、を備える電気機器（１００）。
2. 前記バスバー（４）は、前記ヒートシンク（２）を取り囲むように前記２つの対向面（２０ａ、２０ｂ）に沿って延在する、請求項１に記載の電気機器（１００）。
3. 前記ヒートシンク（２）は、前記２つの対向面（２０ａ、２０ｂ）が接続される第１の側面（３ａ）を有し、前記バスバー（４）は、前記第１の側面（３ａ）から前記ヒートシンク（２）に沿って前記第１の側面（３ａ）に戻る、請求項１又は２に記載の電気機器（１００）。
4. 前記バスバー（４）の入力端子及び出力端子は、前記ヒートシンク（２）の前記第１の側面（３ａ）にある、請求項１〜３いずれか１項に記載の電気機器（１００）。
5. 前記ヒートシンク（２）は、前記２つの対向面（２０ａ、２０ｂ）が接続される第２の側面（３ｂ）を有し、前記第２の側面（３ｂ）は前記第１の側面（３ａ）の反対側にあり、
   前記バスバー（４）は、前記ヒートシンク（２）に沿って、前記第１の側面（３ａ）から前記第２の側面（３ｂ）へ、次いで前記第２の側面（３ｂ）から前記第１の側面（３ａ）へ延在する、請求項３又は４に記載の電気機器（１００）。
6. 前記バスバー（４）は、共に組み立てられた２つの部分（４ａ、４ｂ）を有し、前記第１の部分（４ａ）は前記ヒートシンク（２）の前記第１の面（２０ａ）に接し、前記第２の部分（４ｂ）は前記ヒートシンク（２）を取り囲むように、前記ヒートシンク（２）の前記第２の面（２０ｂ）に接する、請求項１〜５いずれか１項に記載の電気機器（１００）。
7. 前記バスバー（４）の前記第１の部分（４ａ）及び前記第２の部分（４ｂ）は、前記ヒートシンク（２）の前記第２の側面（３ｂ）において共に組み立てられている、請求項５及び６に記載の電気機器（１００）。
8. 前記バスバー（４）は、前記ヒートシンク（２）を取り囲むことによって単一の部品から形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気機器（１００）。
9. 前記バスバー（４）は、リードフレーム（４１ａ、４１ｂ）を取り囲むコーティング（４２）を有し、
   前記コーティング（４２）は、前記ヒートシンク（２）の一部分から横切る開口部を有し、前記開口部（４０）は、前記リードフレーム（４１ａ、４１ｂ）の前記冷却を改善するように電気絶縁ヒートシンク材料を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気機器（１００）。
10. 前記ヒートシンク（２）の前記対向面（２０ａ、２０ｂ）のうちの少なくとも１つは、前記バスバー（４）によって覆われていない少なくとも１つの表面上の他のコンポーネントを冷却するように構成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気機器（１００）。
11. 前記ヒートシンク（２）は、冷却流体を受け入れるように構成された少なくとも１つの冷却チャネル（２１）を有し、前記冷却チャネル（２１）は、前記バスバー（４）によって覆われていないゾーンに少なくとも部分的に存在し、前記バスバー（４）によって囲まれたヒートシンク（２）の部分は、冷却チャネルを有しない、請求項１０に記載の電気機器（１００）。

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