JP2024501776A - コンバータ - Google Patents

Abstract

コンバータは、内部空間を含むハウジング、前記内部空間内に配置されるプリント回路基板、前記プリント回路基板の上面に配置される第１電子部品、前記プリント回路基板の下面に配置される第２電子部品、および前記ハウジング内に配置される放熱空間を含み、前記第１電子部品は、前記放熱空間と第１方向にオーバーラップされるように配置され、前記第２電子部品は、前記放熱空間と前記第１方向に垂直な第２方向にオーバーラップされるように配置される。
【選択図】図１

Description

本実施例は、コンバータに関する。

自動車の電気装置としては、エンジン電気装置（始動装置、点火装置、充電装置）と灯火装置が一般的であるが、近年車両がより電子制御化されることにより、シャーシ電気装置を含むほとんどのシステムが電気電子化されている傾向にある。

自動車に設置されるランプ、オーディオ、ヒーター、エアコンなどの各種電装品は、自動車停止時にはバッテリーから電源の供給を受け、走行時には発電機から電源が供給されるようになっているが、この時、通常の電源電圧で１４Ｖ系電源システムの発電容量が使用されている。

近年、情報技術産業の発達に伴い、自動車の利便性増大を目的とした様々な新技術（モーター式パワステアリング、インターネットなど）が車両に組み込まれており、今後も現行の自動車システムを最大限に利用できる新技術の開発が進むと予想される。

ソフトまたはハードタイプの区分なく、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、電装負荷（１２Ｖ）供給のためのＤＣ－ＤＣコンバータ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ－ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が設置されている。また、一般ガソリン車の発電機（オルタネーター）の役割をするディーシーディーシーコンバータは、メインバッテリー（通常１４４Ｖ以上の高電圧バッテリー）の高電圧をダウンさせて電装負荷用電圧１２Ｖを供給している。

ディーシーディーシーコンバータ（ＤＣ－ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とは、ある電圧の直流電源から別の電圧の直流電源に変換する電子回路装置を指し、テレビ受像機、自動車の電装品など様々な領域に使用されている。

コンバータは、ハウジングによって外形が形成される。前記ハウジングの内部には、駆動のための一つ以上の電子部品が配置される。前記電子部品の例として、多数の素子が実装されるプリント回路基板がある。プリント回路基板に配置される素子は、駆動によって熱を発生する。発生した熱は、各電子部品の過負荷を引き起こして、設定機能に障害を発生させて故障を誘発することができる。従って、コンバータ内の部品の放熱のための構造または手段が要求される。

本発明は、前記のような問題点を改善するために提案されたもので、構造を改善して放熱効率を向上させることができるコンバータを提供することにある。

本実施例に係るコンバータは、内部空間を含むハウジング、前記内部空間内に配置されるプリント回路基板、前記プリント回路基板の上面に配置される第１電子部品、前記プリント回路基板の下面に配置される第２電子部品、および前記ハウジング内に配置される放熱空間を含み、前記第１電子部品は、前記放熱空間と第１方向にオーバーラップされるように配置され、前記第２電子部品は、前記放熱空間と前記第１方向に垂直な第２方向にオーバーラップされるように配置される。

前記第１方向は、上下方向であり、前記第２方向は、前記プリント回路基板に平行な方向であってもよい。

前記放熱空間の上面と前記プリント回路基板の下面との間には、第１熱伝導層が配置されてもよい。

前記内部空間の底面には、他の領域よりも陥没形成されて、前記第２電子部品を収容する溝が配置されてもよい。

前記溝の内面と前記第２電子部品の外面との間には、第２熱伝導層が配置されてもよい。

前記第２熱伝導層は、前記第２電子部品の側面と前記溝の内面との間に配置される側面部と、前記第２電子部品の下面と前記溝の底面との間に配置される下面部を含むことができる。

前記放熱空間内に配置され、内部に冷媒が流動する冷媒管を含むことができる。

前記冷媒管は、一端に冷媒流入部が配置される第１直線部と、一端に冷媒排出部が配置され、前記第１直線部と平行な第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部を連結し、前記第１直線部と前記第２直線部に垂直な連結部を含むことができる。

前記第２電子部品は、複数で備えられ、一部は、前記第１直線部と平行な第１列に沿って配置され、残りの一部は、前記第２直線部と平行な第２列に沿って配置されてもよい。

他の実施例に係るコンバータは、プリント回路基板、前記プリント回路基板の上面に配置される第１電子部品、前記プリント回路基板の下面に配置される第２電子部品、および前記プリント回路基板の下面と離隔して配置される冷媒管を含み、前記冷媒管は、第１直線部と、前記第１直線部と平行な第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部を連結する連結部を含み、前記第１電子部品は、前記第１直線部、前記第２直線部および前記連結部と前記プリント回路基板に垂直な方向にオーバーラップされるように配置され、前記第２電子部品は、前記第１直線部と前記第２直線部との間に配置される。

本実施例により、プリント回路基板の両面に配置される第１電子部品と第２電子部品が冷媒管と最適な放熱構造を形成するため、放熱効率を向上させることができる長所がある。

特に、第２電子部品の場合、下面だけでなく側面においても放熱が行われるため、電子部品の放熱面積が増加できる長所がある。

本発明の実施例に係るコンバータの外観を図示した斜視図。 本発明の実施例に係るコンバータの下面を図示した平面図。 本発明の実施例に係るコンバータの上面を図示した平面図。 本発明の実施例に係るコンバータの分解斜視図。 本発明の実施例に係るカバーおよびプリント回路基板が除外されたコンバータの上面を図示した平面図。 本発明の実施例に係るカバーが除外されたコンバータの上面を図示した平面図。 本発明の実施例に係るプリント回路基板の下面を図示した平面図。 本発明の実施例に係るコンバータ内の放熱構造の断面図。 図３のＡ－Ａ'を図示した断面図。

以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。但し、本発明の技術思想は、説明される一部の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現することができ、本発明の技術思想の範囲内であれば、実施例間でその構成要素のうち一つ以上を選択的に結合、置換して使用することができる。

また、本発明の実施例で使用される用語（技術および科学的用語を含む）は、明らかに特別に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に一般的に理解できる意味と解釈することができ、予め定義された用語のように一般的に使用される用語は、関連技術の文脈上の意味を考慮して、その意味を解釈することができるだろう。

また、本発明の実施例で使用される用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。

本明細書において、単数形は文面で特に言及しない限り複数形も含むことができ、「Ａおよび（と）Ｂ、Ｃのうち少なくとも一つ（または一個以上）」と記載される場合、Ａ、Ｂ、Ｃで組み合わせられるすべての組み合わせのうち一つ以上を含むことができる。

また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたり、 第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）等の用語を用いることができる。

これらの用語は、その構成要素を別の構成要素と区別するためのものであって、その用語によって該当構成要素の本質や順番または順序などに限定されない。

尚、ある構成要素が別の構成要素に「連結」、「結合」、または「接続」されると記載された場合、その構成要素はその別構成要素に直接的に「連結」、「結合」、または「接続」される場合だけでなく、その構成要素とその別の構成要素との間にあるさらに別の構成要素によって「連結」、「結合」、または「接続」される場合も含むことができる。

また、各構成要素の「上（の上）」または「下（の下）」に形成または配置されるものと記載される場合、「上（の上）」または「下（の下）」は、二つの構成要素が互いに直接接触する場合だけでなく、一つ以上のさらに別の構成要素が二つの構成要素の間に形成または配置される場合も含む。また、「上（の上）」または「下（の下）」で表現される場合、一つの構成要素を基準に上側方向だけでなく下側方向の意味も含むことができる。

図１は、本発明の実施例に係るコンバータの外観を図示した斜視図であり、図２は、本発明の実施例に係るコンバータの下面を図示した平面図であり、図３は、本発明の実施例に係るコンバータの上面を図示した平面図であり、図４は、本発明の実施例に係るコンバータの分解斜視図であり、図５は、本発明の実施例に係るカバーおよびプリント回路基板が除外されたコンバータの上面を図示した平面図であり、図６は、本発明の実施例に係るカバーが除外されたコンバータの上面を図示した平面図であり、図７は、本発明の実施例に係るプリント回路基板の下面を図示した平面図であり、図８は、本発明の実施例に係るコンバータ内の放熱構造の断面図であり、図９は、図３のＡ－Ａ'を図示した断面図である。

図１～９を参照すると、本発明の実施例に係るコンバータ１０は、ハウジング１００によって外形が形成される。前記ハウジング１００内には、前記コンバータ１０の駆動のための部品が配置されるように内部空間１０１が形成される。前記ハウジング１００の上面には、カバー１９０が結合されて、前記内部空間１０１の上面をカバーすることができる。前記ハウジング１００と前記カバー１９０には、それぞれ互いに対応する領域にネジが貫通するようにネジ穴が形成され、前記ハウジング１００と前記カバー１９０はネジ結合することができる。前記ハウジング１００と前記カバー１９０との間には、前記内部空間１０１のシーリングのためのシーリング部材が配置されてもよい。

前記ハウジング１００の側面には、コネクタモジュール２００が配置されてもよい。前記コネクタモジュール２００は、前記ハウジング１００の側面に配置され、外部に露出することができる。前記コネクタモジュール２００の少なくとも一部は、前記ハウジング１００内に配置され、後述するプリント回路基板１２０と電気的に連結することができる。

前記コネクタモジュール２００は、前記コンバータ１０とバッテリー（図示せず）、前記コンバータ１０と負荷を電気的に連結して、前記バッテリーから提供された電源は、前記コンバータ１０で変換することができる。変換された電源は、前記負荷に印加することができる。例えば、前記バッテリーから印加された高電圧の電源は、前記コンバータ１０で変換され、前記負荷に低電圧の電源が印加される。従って、前記コネクタモジュール２００を介して、前記コンバータ１０に電源を印加するための構成、または前記コンバータ１０から電源が印加される構成の間が連結されることができる。

しかし、これは例示的なものであり、前記コネクタモジュール２００は、前記コンバータ１０の駆動に関連する外部端子が電気的、物理的に連結されるために、前記ハウジング１０の外面に配置される一切の構成を含むものと定義することができる。

前記コネクタモジュール２００は、ブラケットと、ブラケット内に収容されるピン２１０と、前記ピン２１０と前記プリント回路基板１２０を電気的に連結するバスバー２２０を含むことができる。

前記コンバータ１０は、冷媒管３００を含むことができる。前記冷媒管３００は、前記ハウジング１００に結合することができる。前記ハウジング１００内には、前記冷媒管３００を収容するように放熱空間１１０が形成されてもよい。前記冷媒管３００は、少なくとも一部が前記放熱空間１１０内に配置されて、他の一部が、前記放熱空間１１０の外側に突出して外部に露出することができる。前記ハウジング１００の下面のうち前記放熱空間１１０の配置領域は、他の領域より下方に突出することができる。前記ハウジング１００内の空間のうち前記放熱空間１１０の配置領域は、他の領域と区画されることができる。例えば、前記ハウジング１００内の放熱空間１１０は、前記冷媒管３００を包む隔壁形状であってもよい。

前記冷媒管３００は、内側に冷媒が流動するように流路３０１が形成され、一端には前記流路３０１に冷媒を流入させる冷媒流入部３１０が配置され、他端には前記流路３０１を循環した冷媒が排出される冷媒排出部３２０が配置される。前記冷媒管３００は、金属材質のパイプ形状で形成されてもよい。前記流路３０１に沿って循環した冷媒によって熱交換が行われて前記コンバータ１０は放熱することができる。

前記冷媒管３００と前記ハウジング１００は、重力鋳造によって一体で形成されてもよい。

前記冷媒管３００は、互いに平行に配置される第１直線部３０２および第２直線部３０６と、前記第１直線部３０２と前記第２直線部３０６を連結する連結部３０４を含むことができる。前記連結部３０４は、前記第１直線部３０２および前記第２直線部３０４に対して垂直に配置されてもよい。前記連結部３０４と前記第１直線部３０２の連結領域、前記連結部３０４と前記第２直線部３０６の連結領域は折り曲げられた形状であってもよい。前記第１直線部３０２の一端には、前記冷媒流入部３１０が配置され、前記第２直線部３０６の一端には、前記冷媒排出部３２０が配置されてもよい。

前記放熱空間１１０の隔壁は、前記ハウジング１００内に配置される第１直線部３０２、第２直線部３０６および連結部３０４を包むように形成され、前記第１直線部３０２と前記連結部３０４の連結領域、前記第２直線部３０６と前記連結部３０４の連結領域は、前記ハウジング１００内の空間に露出することができる。

前記内部空間１０１には、前記コンバータ１０の駆動のための少なくとも一つ以上の電子部品が配置されてもよい。前記電子部品は、プリント回路基板１２０、第１電子部品１２２および第２電子部品１３０を含むことができる。前記プリント回路基板１２０は、プレート形状で形成され、前記内部空間１０１内に配置されてもよい。前記プリント回路基板１２０の上面は、前記カバー１９０と向かい合わせるように配置され、前記プリント回路基板１２０の下面は、前記内部空間１０１の底面と向かい合わせるように配置されてもよい。前記プリント回路基板１２０の両面には、多数の電子部品が配置されてもよい。前記プリント回路基板１２０の上面には、前記第１電子部品１２２が配置され、前記プリント回路基板１２０の下面には、前記第２電子部品１３０が配置されてもよい。

前記第１電子部品１２２は、前記プリント回路基板１２０の上面に配置されてもよい。前記第１電子部品１２２は、ＦＥＴ素子を含むことができる。前記第１電子部品１２２は、複数で備えられ、前記プリント回路基板１２０上に実装することができる。前記複数の第１電子部品１２２は、四つずつ一つのグループを形成して、複数のグループで配置されてもよい。単一グループ内の前記四つの第１電子部品１２２は、コーナー領域にそれぞれ配置されてもよい。各グループは、互いに離隔するように配置されてもよい。

前記第１電子部品１２２は、前記冷媒管３００と上下方向（第１方向）にオーバーラップされるように配置されてもよい。前記第１電子部品１２２は、前記第１直線部３０２および前記第２直線部３０６と上下方向にオーバーラップされるように配置されてもよい。例えば、前記第１電子部品１２２は、六つのグループを含み、三つのグループは、前記第１直線部３０２と上下方向にオーバーラップされるように配置され、残りの三つのグループは、前記第２直線部３０６と上下方向にオーバーラップされるように配置されてもよい。

前記プリント回路基板１２０の下面は、前記放熱空間１１０の外面に接触することができる。前記プリント回路基板１２０の下面と前記放熱空間１１０の上面との間には、第１熱伝導層１２９が配置されてもよい。前記第１熱伝導層１２９の介在下で、前記プリント回路基板１２０の下面と前記放熱空間１１０の上面が接触することができる。前記第１熱伝導層１２９は、熱伝導性に優れた材質で形成され、前記第１電子部品１２２の駆動熱を前記放熱空間１１０に伝達することができる。前記第１熱伝導層１２９が配置される前記放熱空間１１０の上面はフラット（ｆｌａｔ）面であってもよい。

前記第２電子部品１３０は、前記プリント回路基板１２０の下面に配置されてもよい。前記第２電子部品１３０は、インダクタンスを得るためのインダクタ（Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）を含むことができる。前記第２電子部品１３０は、複数で備えられ、前記プリント回路基板１２０の下面に実装されてもよい。前記第２電子部品１３０は、三つずつ一つの列を形成し、前記内部空間１０１内に六つが配置できる。前記六つの第２電子部品１３０は、第１列を形成する第２－１電子部品１３１、第２－２電子部品１３２および第２－３電子部品１３３と、第２列を形成する第２－４電子部品１３４、第２－５電子部品１３５および第２－６電子部品１３６を含むことができる。それぞれの第２電子部品１３０は、互いに離隔するように配置されてもよい。

前記内部空間１０１の底面には、前記第２電子部品１３０が結合する溝１０２が形成されてもよい。前記溝１０２は、第２電子部品１３０の断面形状に対応するように形成され、前記内部空間１０１の底面のうち一部が他の領域よりも下方に陥没する形状であってもよい。前記第２電子部品１３０の一部は、前記溝１０２内に収容され、他の一部は、前記溝１０２の外側に突出するように配置されてもよい。前記溝１０２の外部に突出した前記第２電子部品１３０の上部領域は、前記プリント回路基板１２０に結合することができる。前記ハウジング１００の下面のうち前記溝１０２形成領域と対応する領域には、他の領域よりも下方に突出する突出部１０７が配置されてもよい。前記突出部１０７は、前記ハウジング１００の下面に突出した前記放熱空間１１０の領域と水平方向にオーバーラップされるように配置されてもよい。

第２電子部品１３０は、コアおよび前記コア内に配置されるコイルを含むことができる。前記コアは、前記溝１０２内に配置され、前記コイルは、前記コアの上方に露出して前記プリント回路基板１２０と電気的に連結することができる。

前記第２電子部品１３０は、少なくとも一部が前記冷媒管３００と水平方向にオーバーラップされるように配置される。前記水平方向（第２方向）は、前記上下方向に垂直な方向、前記プリント回路基板１２０と平行な方向と理解することができる。前記第２－１電子部品１３１、第２－２電子部品１３２、および第２－３電子部品１３３は、前記第１直線部３０２に水平方向にオーバーラップされるように配置されてもよい。前記第２－４電子部品１３４、第２－５電子部品１３５、および第２－６電子部品１３６は、前記第２直線部３０６に水平方向にオーバーラップされるように配置されてもよい。これにより、前記第２電子部品１３０の駆動熱が容易に前記冷媒管３００に伝達することができる。

一方、前記溝１０２の内面と前記第２電子部品１３０の外面との間には、第２熱伝導層１５０が配置されてもよい。前記第２熱伝導層１５０は、前記第２電子部品１３０の側面と前記溝１０２の内面との間に配置される側面部１５２と、前記第２電子部品１３０の下面と前記溝１０２の底面との間に配置される下面部１５４を含むことができる。前記側面部１５２および前記下面部１５４によって、前記第２熱伝導層１５０の断面は「コ」の字状を有することができる。前記第２熱伝導層 １５０は、熱伝導性に優れた材質で形成され、前記第２電子部品１３０の駆動熱を前記冷媒管３００および放熱空間１１０に伝達することができる。前記第２熱伝導層１５０は、パッド形状を有することができる。

前記のような構造によると、プリント回路基板の両面に配置される第１電子部品と第２電子部品が、冷媒管と最適な放熱構造を形成することになるため、放熱効率を向上させることができる長所がある。

特に、第２電子部品の場合、下面だけでなく側面においても放熱が行われるため、電子部品の放熱面積が増加できる長所がある。

以上、本発明の実施例を構成するすべての構成要素が一つで結合するか、結合して動作するものと説明されたが、本発明が必ずしもこのような実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の目的範囲内であれば、そのすべての構成要素が一つ以上に選択的に結合して動作することもできる。また、以上で記載された「含む」、「構成する」または「有する」等の用語は、特に反対の記載がない限り、該当構成要素が内在し得ることを意味するものであり、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができると解釈されるべきである。技術的または科学的な用語を含むすべての用語は、異なるように定義されない限り、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味がある。予め定義された用語のように一般的に使用される用語は、関連技術の文脈上の意味と一致するものと解釈されるべきであり、本発明で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味と解釈されない。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で様々な修正および変更が可能である。従って、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下記の請求範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (10)

1. 内部空間を含むハウジング、
   前記内部空間内に配置されるプリント回路基板、
   前記プリント回路基板の上面に配置される第１電子部品、
   前記プリント回路基板の下面に配置される第２電子部品、および
   前記ハウジング内に配置される放熱空間を含み、
   前記第１電子部品は、前記放熱空間と第１方向にオーバーラップされるように配置され、
   前記第２電子部品は、前記放熱空間と前記第１方向に垂直な第２方向にオーバーラップされるように配置されることを特徴とするコンバータ。
2. 前記第１方向は、上下方向であり、
   前記第２方向は、前記プリント回路基板に平行な方向であることを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
3. 前記放熱空間の上面と前記プリント回路基板の下面との間には、第１熱伝導層が配置されることを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
4. 前記内部空間の底面には、他の領域よりも陥没形成され、前記第２電子部品を収容する溝が配置されることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のコンバータ。
5. 前記溝の内面と前記第２電子部品の外面との間には、第２熱伝導層が配置されることを特徴とする請求項４に記載のコンバータ。
6. 前記第２熱伝導層は、
   前記第２電子部品の側面と前記溝の内面との間に配置される側面部と、前記第２電子部品の下面と前記溝の底面との間に配置される下面部を含むことを特徴とする請求項５に記載のコンバータ。
7. 前記放熱空間内に配置され、内部に冷媒が流動する冷媒管を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のコンバータ。
8. 前記冷媒管は、
   一端に冷媒流入部が配置される第１直線部と、一端に冷媒排出部が配置され、前記第１直線部と平行な第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部を連結して、前記第１直線部と前記第２直線部に垂直な連結部を含むことを特徴とする請求項７に記載のコンバータ。
9. 前記第２電子部品は、複数で備えられ、一部は、前記第１直線部と平行な第１列に沿って配置され、残りの一部は、前記第２直線部と平行な第２列に沿って配置されることを特徴とする請求項８に記載のコンバータ。
10. プリント回路基板、
    前記プリント回路基板の上面に配置される第１電子部品、
    前記プリント回路基板の下面に配置される第２電子部品、および
    前記プリント回路基板の下面と離隔して配置される冷媒管を含み、
    前記冷媒管は、第１直線部と、前記第１直線部と平行な第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部を連結する連結部を含み、
    前記第１電子部品は、前記第１直線部、前記第２直線部および前記連結部と前記プリント回路基板に垂直な方向にオーバーラップされるように配置され、
    前記第２電子部品は、前記第１直線部と前記第２直線部との間に配置されることを特徴とするコンバータ。

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