JP2024063778A - 電子制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】少ない個数のコンポーネントだけを使用して、半導体を冷却ベースプレートの方に付勢し、組立時間を短縮する電気制御ユニットを提供する。【解決手段】電動駆動系の電気機械用の電子制御ユニット（１）であって、電子制御ユニット（１）は、複数のパワー半導体（３）を有する少なくとも１つの半導体ボード（２）と、電子制御ユニット（１）に発生する熱を放散させるためのベースプレート（４）と、ベースプレート（４）に取り付けられた保持ブラケット（６）と、パワー半導体（３）をベースプレート（４）の方に付勢するために、保持ブラケット（６）と複数のパワー半導体（３）との間に配置された弾性付勢手段（８）とを有し、保持ブラケット（６）は、保持ブラケットに弾性付勢手段（８）を取り付けるための手段を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、独立請求項１の上位概念記載の電気制御ユニットに関する。

背景技術
一般的に公知であるのは、ヒートシンクを介して半導体デバイスから効果的に熱を放散させるために、電子制御デバイスの、熱を発生する半導体パッケージをヒートシンクの方に付勢することである。

公知の従来技術の電子制御デバイスは、韓国公開特許第２００８－００９９１１１号公報に開示されている。これには、両側に開口部を有する箱形形状のハウジングと、このハウジングの一方の開口部に取り付けられたアルミニウムヒートシンクとが記載されている。電子制御デバイスの半導体スイッチング素子はハウジングに配置されており、またこの半導体スイッチング素子は、ねじによってヒートシンクに取り付けられている板ばねを介し、ヒートシンクの方に押し付けられている。

ヒートシンクに半導体をクランプするための手段も米国特許第５４８３１０３号明細書に開示されている。ここでも、板ばねが、ねじによってヒートシンクに取り付けられており、この板ばねにより、半導体が、この場合ではレベラーを介して、ヒートシンクの方に付勢される。

電気機械用の電子電力インバータはまた、欧州特許第３６０９０６６号明細書において公知である。電力インバータは、半導体ボードと、キャパシタボードと、電源端子と、相端子スタッドとを備えたハウジングを有する。ねじによって熱交換器プレートに取り付けられる押さえ付けプレートにより、半導体ボートが熱交換器の方に付勢され、これにより、半導体ボートと押さえ付けプレートとの間にバスバーガイドプレートと、キャパシティプレートと、減衰プレートとが配置される。

概要
請求項１に規定された、本発明による電気制御ユニットは、少ない個数のコンポーネントだけを使用して、半導体を冷却ベースプレートの方に付勢することができ、組立時間が短縮されるという利点を有する。

この課題は、本発明により、電気機械用の電子制御ユニットによって達成され、この電子制御ユニットは、複数のパワー半導体を有する少なくとも１つの半導体ボードと、電子制御ユニットに発生する熱を放散させるためのベースプレートと、ベースプレートに取り付けられた保持ブラケットと、保持ブラケットと複数のパワー半導体との配置される、パワー半導体をベースプレートの方に付勢するための弾性付勢手段とを有し、この保持ブラケットは、この保持ブラケットに弾性付勢手段を取り付けるための手段を有する。

弾性付勢手段を取り付けるための手段を保持ブラケットに設けることにより、パワー半導体をベースプレートに押し付けるそれぞれのばねを、ねじによって冷却ベースプレートに取り付ける必要がなくなる。したがって、部材の個数を少なくすることができ、組立時間を改善できる。また、それぞれのばねが、ねじによってベースプレートに取り付けられる従来技術の設計と比較して、スペースを節約することもできる。

電子制御ユニットは特に、電力インバータであってよい。

弾性付勢手段は有利には、複数の板ばねによって構成されている。したがって、板ばねは、ベースプレートに取り付けられた保持ブラケットに取り付けられている。板ばねはそれぞれ、保持ブラケットに板ばねを取り付けるための中央固定部と複数の付勢アームとを有し、これらの付勢アームは、中央固定部から一体で延在しており、またパワー半導体をベースプレートの方に付勢するためにパワー半導体の１つまたは半導体ボードと接触している。

パワー半導体は、半導体ボードに設けられているため、第１実施形態ではこれらのパワー半導体はベースプレートに直接に接触しない。しかしながら、パワー半導体を押し付けることにより、今度は、ベースプレートに対して半導体ボードを押し付け、またパワー半導体と、半導体ボードと、ベースプレートとの間の接触は特に、板ばねがパワー半導体を押し付けることにより、熱を発生するパワー半導体の領域において良好になる。

択一的な実施形態では、パワー半導体は、ベースプレートを向いた、半導体ボードの面に配置可能であり、これにより、板ばねは、パワー半導体の領域において半導体ボードと接触するように配置可能であり、パワー半導体は、熱放散ベースプレートと直接に接触することになる。

板ばねは好ましくは、板金から形成される。

好ましい１つの実施形態では、板ばねはそれぞれ、少なくとも４つの付勢アームを有し、これらの付勢アームは、中央固定部から一体で延在しており、またパワー半導体をベースプレートの方に付勢するためにそれぞれパワー半導体の１つまたは半導体ボードと接触している。板ばねは好ましくは、板金の単一の部分から打ち抜かれる。このようにして、それぞれの板ばねは、４つのパワー半導体をベースプレートの方に付勢可能であり、これにより、必要とされる部材の個数が少なくなる。

板ばねは、中央固定部に少なくとも１つの固定開口部を有することができる。好ましくは２つの固定開口部が、それぞれの板ばねに設けられている。２つの固定開口部を設けることにより、保持ブラケットに対し、板ばねを相対回転不能に位置決めすることができる。

保持ブラケットに弾性付勢手段を取り付けるための手段は、保持ブラケットから突出する保持ピンを有する。有利には、保持ブラケットと保持ピンとは一体で成形可能である。保持ブラケットと一体の保持ピンとは好ましくは、例えばダイカスト鋳造により、アルミニウムから形成される。択一的には、保持ブラケットと一体の保持ピンとは、軽量化のためにプラスチックから形成可能であり、この場合、保持ブラケットは、射出成形によって形成可能である。したがって、組立時間を短縮するために、保持ピンと保持ブラケットとを１つの成形ステップで製造することができる。

保持ピンは、板ばねにおける、対応する固定開口部を貫通して延在しており、板ばねは、保持ピンの変形によって保持ブラケットに取り付けられる。保持ピンの端部は好ましくは、板ばねが、保持ブラケットに堅固に固定されるのではなく、浮動式に固定されるように変形させられる。このことは、半導体に付勢力を加えるとき、ピンが過度に酷使されず、ばねがそれ自体を保持ブラケットにおいて正確に位置決めすることができるという利点を有する。

保持ブラケットは、複数のねじによってベースプレートに取り付けられる。このために、保持ブラケットは複数の貫通孔を有することができ、これら貫通孔を通って、ねじが延在する。保持ブラケットは、ねじにより、ベースプレートに取り付け可能であり、ねじは、パワー半導体から離隔されて、ブラケットの縁部またはコーナーに位置付け可能である。したがって、保持ブラケットの固定ねじは、パワー半導体間に位置付けられない。このようにして、電子制御ユニットはよりコンパクトに形成可能である。

保持ブラケットには、ベースプレートに固定されるかまたは収容される複数の第１位置決めピンをそれぞれ収容するための少なくとも１つの、好ましくは少なくとも２つの位置決め孔が設けられている。第１位置決めピンはまた、少なくとも１つの半導体ボードの位置決め孔を貫通して延在していてもよい。したがって、保持ブラケットは、ベースプレートおよび／または少なくとも１つの半導体ボードに対して正確に位置決め可能である。

保持ブラケットは、保持ブラケットに対して論理制御ボードを位置決めするための複数の第２位置決めピンを有する。ピンは、金属、好ましくは鋼から形成可能である。第２位置決めピンは、ベースプレートから離れる方向に、保持ブラケットから延在している。

ベースプレートは、熱伝導性金属、好ましくはアルミニウムから形成されており、熱放散を改善するためにピンまたはフィンを有することができる。

以下では、添付の図面を参照し、単なる実施例として実施形態を説明する。

本発明による電子制御ユニットの斜視図である。 図１の電子制御ユニットの分解組立図である。 本発明による電子制御ユニットの断面図である。 本発明による保持ブラケットの底面の斜視図である。 本発明による保持ブラケットを上面の斜視図である。 本発明による板ばねの斜視図である。 保持ブラケットの部材の断面図である。

詳細な説明
図１および図２には、本発明による、電気機械用の電子制御ユニット１が示されている。図２には、電子制御ユニット１の分解組立図が示されている。電子制御ユニット１は、例えば、電動モータに３相電力を供給するためのインバータユニットであってよい。これはまた、発電機モータからの３相電力を直流電力に変換するための変換器ユニットであってもよい。

電子制御ユニット１は、複数のパワー半導体３を有する少なくとも１つの半導体ボード２を有する。パワー半導体は、スイッチング時に熱を発生し、この熱は放散されなければならない。このために、電子制御ユニットに発生する熱を放散させるためのベースプレート４が設けられている。ベースプレート４は好ましくは、アルミニウム製であり、冷却を改善するために複数のピンまたはフィン５を有していてよい。

保持ブラケット６は、ねじ７を介してベースプレート４に取り付けられている。板ばね８の形態の弾性付勢手段は、パワー半導体３をベースプレートの方に付勢するために、保持ブラケット６と複数のパワー半導体３との間に配置されており、保持ブラケット６は、この保持ブラケット６に弾性付勢手段８を取り付けるための手段９を有する。

板ばね８を取り付けるための手段９を保持ブラケット６に設けることにより、パワー半導体をベースプレートに押し付けるそれぞれのばねを、ねじによって冷却ベースプレートに取り付ける必要がなくなる。

図３および図６において最もよく見て取ることができるように、板ばね８はそれぞれ、保持ブラケット６に板ばね８を取り付けるための中央固定部１０と複数の付勢アーム１１とを有し、これらの付勢アーム１１は、中央固定部１０から一体で延在しており、また複数のパワー半導体３をベースプレート４の方に付勢するためにパワー半導体３の１つまたは半導体ボード２と接触している。

図示した実施形態では、パワー半導体３は、ベースプレート４とは反対側を向いた、半導体ボード２の面に設けられており、したがって、パワー半導体３は、ベースプレート４と直接に接触しないが、半導体を押し付けることにより、今度は、ベースプレート４に対して半導体ボード２を押し付け、またパワー半導体３と、半導体ボード２と、ベースプレート４との間の接触が、熱を発生するパワー半導体３の領域において改善される。また半導体３からの熱伝導を改善するために、半導体ボード２の領域において、ベースプレート４に熱伝導層が設けられていてもよい。

択一的な実施形態では、パワー半導体３は、ベースプレート４を向いた、半導体ボードの面に配置可能であり、これにより、この場合に板ばね８は、パワー半導体の領域において半導体ボード２と接触して配置されており、またこの場合にパワー半導体３は、熱放散ベースプレート４と直接に接触する。

板ばね８は好ましくは、板金から形成されており、好ましくは１枚の金属から打ち抜かれている。図示した実施形態では、板ばね８はそれぞれ４つの付勢アーム１１を有し、これらの付勢アーム１１は、中央固定部１０から一体で延在しており、また半導体３をベースプレート４の方に付勢するためにそれぞれ半導体３の１つと接触している。したがって、それぞれの板ばね８は、４つのパワー半導体３をベースプレート４の方に押し付け、したがって、必要とされる部材の個数が少なくなる。図１および図２に示した１２個のパワー半導体３を備えたフルブリッジインバータには、全ての半導体３をベースプレート４の方に付勢するために、このような板ばね８が３つだけ必要である。

図６に示したように、板ばね８は、保持ブラケット６に対して板ばね８を位置決めするために、中央固定部１０に２つの固定開口部１２を有する。保持ブラケット６は、保持ブラケット６からベースプレート４に向かう方向に突出する保持ピン９を有する。保持ブラケット６と保持ピン９とは、例えばダイカスト鋳造により、アルミニウムから一体で成形されている。したがって、組立時間を短縮するために、保持ピン９と保持ブラケット６とを１つの成形ステップで製造することができる。択一的には、保持ブラケット６と保持ピン９とは、軽量化のために、例えば射出成形により、プラスチック材料から一体で成形可能である。

保持ピン９は、板ばね８における、対応する固定開口部１２を貫通して延在しており、板ばね８は、保持ピン９の変形によって保持ブラケット６に取り付けられる。保持ピン９の端部は好ましくは、板ばね８が、保持ブラケット６に堅固に固定されるのではなく、浮動式に固定されるように変形させられる。このことは、半導体に付勢力を加えるとき、ピンが過度に酷使されず、ばねがそれ自体を保持ブラケットにおいて正確に位置決めすることができるという利点を有する。保持ピン９の変形を容易にするために、保持ピン９には、図７に示したように、保持ピン９の自由端部に円錐形凹部１３が設けられている。

上述のように、保持ブラケット６は、複数のねじ７によってベースプレート４に取り付けられる。このために、保持ブラケット６は複数の貫通孔１４を有し、これら貫通孔１４を通って、ねじ７が延在する。ねじ７は、パワー半導体３から離隔されて、ブラケット６の縁部またはコーナーに位置付け可能である。したがって、保持ブラケットの固定ねじ７は、パワー半導体３間に位置付けられない。このようにして、電子制御ユニットはよりコンパクトに形成可能である。

保持ブラケット６にはさらに、ベースプレート４の穴に固定されるかまたは収容される複数の第１位置決めピン１６をそれぞれ収容するための少なくとも２つの位置決め孔１５が設けられている。第１位置決めピン１６はまた、半導体ボード２の位置決め孔１７を貫通して延在していてもよい。したがって、保持ブラケット６は、ベースプレート４および／または少なくとも１つの半導体ボード２に対して正確に位置決め可能である。

保持ブラケット６はまた、保持ブラケット６に対して論理制御ボード（図示せず）を位置決めするための複数の第２位置決めピン１８も有する。第２位置決めピン１８は、ベースプレート４から離れる方向に、保持ブラケット６から延在している。論理制御ボードはまた、ベースプレート４とは反対側を向いた、保持ブラケット６の面にも配置されており、ピン１８を収容する、対応する位置決め孔または開口部を有する。ピン１８は、金属、好ましくは鋼から形成可能である。

１ 電子制御ユニット
２ 半導体ボード
３ パワー半導体
４ ベースプレート
５ 冷却フィン
６ 保持ブラケット
７ ねじ
８ 板ばね
９ 保持ピン
１０ 板ばねの中央固定部
１１ 付勢アーム
１２ 板ばねにおける固定開口部
１３ 円錐形凹部
１４ 貫通孔
１５ 位置決め孔
１６ 第１位置決めピン
１７ 半導体ボードにおける位置決め孔
１８ 第２位置決めピン

Claims (12)

1. 電動駆動系の電気機械用の電子制御ユニット（１）であって、前記電子制御ユニット（１）は、複数のパワー半導体（３）を有する少なくとも１つの半導体ボード（２）と、前記電子制御ユニット（１）に発生する熱を放散させるためのベースプレート（４）と、前記ベースプレート（４）に取り付けられた保持ブラケット（６）と、前記パワー半導体（３）を前記ベースプレート（４）の方に付勢するために、前記保持ブラケット（６）と複数の前記パワー半導体（３）との間に配置された弾性付勢手段（８）とを有し、
   －前記保持ブラケット（６）は、前記保持ブラケットに前記弾性付勢手段（８）を取り付けるための手段を有する、電子制御ユニット（１）。
2. 前記弾性付勢手段（８）は、複数の板ばね（８）によって構成されている、請求項１記載の電子制御ユニット（１）。
3. 前記板ばね（８）はそれぞれ、中央固定部（１０）と複数の付勢アーム（１１）とを有し、前記付勢アーム（１１）は、前記中央固定部（１０）から一体で延在しており、また前記パワー半導体（３）を前記ベースプレート（４）の方に付勢するために前記パワー半導体（３）の１つまたは前記半導体ボード（２）と接触している、請求項２記載の電子制御ユニット（１）。
4. 前記板ばね（８）の少なくとも１つは、少なくとも４つの前記付勢アーム（１１）を有し、前記付勢アーム（１１）は、前記中央固定部（１０）から一体で延在し、また前記パワー半導体（１１）を前記ベースプレート（４）の方に付勢するためにそれぞれ前記パワー半導体（３）の１つまたは前記半導体ボード（２）と接触している、請求項３記載の電子制御ユニット（１）。
5. 前記板ばね（８）は、前記中央固定部（１０）に少なくとも１つの固定開口部（１２）を有する、請求項２または３記載の電子制御ユニット（１）。
6. 前記保持ブラケット（６）に前記弾性付勢手段（８）を取り付けるための前記手段は、前記保持ブラケット（６）から突出する保持ピン（９）を有し、前記保持ブラケット（６）と前記保持ピン（９）とは、一体で成形されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（１）。
7. 前記保持ピン（９）は、前記板ばねにおける、対応する前記固定開口部（１２）を貫通して延在しており、前記板ばね（８）は、前記保持ピン（９）の変形によって前記保持ブラケット（６）に浮動式に取り付けられている、請求項６記載の電子制御ユニット（１）。
8. 前記板ばね（８）の少なくとも１つは、前記保持ブラケット（６）に対して前記板ばね（８）を位置決めするために２つの前記固定開口部（１２）を有する、請求項７記載の電子制御ユニット（１）。
9. 前記保持ブラケット（６）は、複数のねじ（７）によって前記ベースプレート（４）に取り付けられる、請求項１から８までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（１）。
10. 前記ねじ（７）は、前記パワー半導体（３）から離隔されて、前記ブラケット（６）の縁部またはコーナーに位置付けられている、請求項９記載の電子制御ユニット（１）。
11. 前記保持ブラケット（６）には、前記ベースプレート（４）に固定されるかまたは収容される複数の第１位置決めピン（１６）をそれぞれ収容するための少なくとも２つの位置決め孔（１５）が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（１）。
12. 前記保持ブラケット（６）は、前記保持ブラケット（６）に対して制御ボードを位置決めするための、前記ベースプレートから離れる方向に延在する複数の第２位置決めピン（１８）を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（１）。