JPWO2003049518A1 - 給電装置 - Google Patents

Abstract

スイッチング素子（２０）を用いてなる給電装置において、当該給電装置は、スイッチング素子が装着された導電性を有する第１ヒートシンク（３０）と、第１ヒートシンクが電気的に絶縁されて装着された第２ヒートシンク（４０）とを備え、第１ヒートシンクをスイッチング素子の１つの端子として用いるものであり、第１ヒートシンクは、外部端子（８１），（８２）と当接する突部（３１）を有する構成の給電装置である。

Description

技術分野
本発明は、スイッチング素子を用いてなる給電装置に関し、スイッチング素子の放熱に係る熱抵抗を小さくして、かかる装置の性能を満足に確保するとともに、外部端子との接続構造を合理化したものである。
背景技術
所定の装置に電力を供給する給電装置は、スイッチング素子を用いて構成されている。スイッチング素子は、開閉接点を設けずに回路網にスイッチ機能を持たせる素子であり、その代表例としては、シリコン製のトランジスタが挙げられる。特に、電力供給用のスイッチング素子は、ある程度大きな出力を必要とし、発熱に対する処置として、ヒートシンクに装着される。
ところで、前述した給電装置は、より高性能で安価なものが望ましく、具体的には、スイッチング素子の定格温度が高いこと、外部の端子との接続が簡単になされること、構造が簡素であり製造性及びコスト面に優れていること、軽量且つ小型であること、が重要とされる。
本発明は、これらの諸条件を考慮してなされたものであり、その目的は、スイッチング素子の放熱に係る熱抵抗を小さくするとともに、外部端子との接続構造を合理化した給電装置を提供することである。
発明の開示
本願第１請求項に記載した発明は、スイッチング素子を用いてなる給電装置において、当該給電装置は、前記スイッチング素子が装着された導電性を有する第１ヒートシンクと、前記第１ヒートシンクが電気的に絶縁されて装着された第２ヒートシンクとを備え、前記第１ヒートシンクを前記スイッチング素子の１つの端子として用いるものであり、前記第１ヒートシンクは、外部端子と当接する突部を有する構成の給電装置である。このような構成によると、スイッチング素子の放熱に係る熱抵抗を小さくするとともに、外部端子との接続構造を合理化することが可能となる。
すなわち、スイッチング素子において発生する熱は、スイッチング素子から第１ヒートシンクに伝わり、更に第１ヒートシンクから第２ヒートシンクに伝わる。ついては、スイッチング素子の放熱性が良好となる。
また、第１ヒートシンクは、導電性を有するものであり、スイッチング素子の１つの端子として利用することが可能である。更に、第１ヒートシンクは、外部端子と当接する突部を有し、第１ヒートシンクと外部端子とは、突部を利用することにより、正確且つ効率良く接続される。
本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記第１ヒートシンクと前記第２ヒートシンクとの対向面積は、前記スイッチング素子と前記第１ヒートシンクとの対向面積よりも広い構成の給電装置である。
第１ヒートシンクと第２ヒートシンクとを電気的に絶縁すると、それらの間における熱抵抗は大きくなる。故に、本発明では、第１ヒートシンクと第２ヒートシンクとの対向面積を、スイッチング素子と第１ヒートシンクとの対向面積よりも広く設定することにより、スイッチング素子から第１ヒートシンクに伝わる熱量と、第１ヒートシンクから第２ヒートシンクに伝わる熱量とのバランスを確保している。
本願第３請求項に記載した発明は、請求項１又は２において、前記第１ヒートシンクは、Ｌ字状に成形された金属プレートである構成の給電装置である。
つまり、第１ヒートシンクとしては、Ｌ字状に形成された金属プレートを用いることが可能である。本発明では、このような金属プレートを第２ヒートシンクに装着して、第２ヒートシンクから立ち上がる部位を外部端子と当接する突部とする。
本願第４請求項に記載した発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第１ヒートシンクの突部及び前記外部端子にはそれぞれコネクタを設け、前記コネクタ同士を接合することにより、前記突部と前記外部端子とを当接する構成の給電装置である。
このように、コネクタ同士を接合して突部と外部端子とを当接すれば、給電装置と外部端子との接続作業が容易になり、非常に便利である。
本願第５請求項に記載した発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、当該給電装置は、前記スイッチング素子及び前記第１ヒートシンクを複数備え、少なくとも１つの前記第１ヒートシンクに対し、電極の電位が同電位となる２つ以上の前記スイッチング素子を装着した構成の給電装置である。
このように、電極の電位が同電位となる複数のスイッチング素子を１つの第１ヒートシンクに装着すれば、それらのスイッチング素子の電極にそれぞれ接続する配線が不要となり、その構造が一層簡素化される。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の具体例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図１２に示す本例の給電装置１は、ＤＣモータのコイルに電力を供給するものである。かかるＤＣモータは、電源たるバッテリとともに電気自動車に搭載され、ドライバーの運転操作に基づいて自動車を走行させる走行用モータである。
これらの図（代表的には図４）に示すように、本給電装置１は、複数のスイッチング素子２０と、１つ又は複数のスイッチング素子２０がそれぞれ装着された導電性を有する複数の第１ヒートシンク３０と、複数の第１ヒートシンク３０が装着された第２ヒートシンク４０と、第１ヒートシンク３０及び第２ヒートシンク４０の間に介在された絶縁シート５０と、各スイッチング素子２０の端子２１を接続した回路基板６０と、これらを保持するカバー７０とを備えている。回路基板６０には、外部端子と当接する端子部材６１、コントローラ用コネクタ６２、コンデンサ６３、コイル６４、リレー６５等が配置されている。尚、図１０に示す第１ヒートシンク３０は、１つのスイッチング素子２０を装着するものであり、図１１に示す第１ヒートシンク３０は、複数のスイッチング素子２０を装着するものである。
本例のスイッチング素子２０は、半導体中における電子の流れを別の電極で制御する電圧制御式のＦＥＴである。電源からモータコイルへ流れる電流は、回路基板６０が複数のスイッチング素子２０をそれぞれ電圧制御することによって切り替えられる。その制御信号は、コントローラ用コネクタ６２から入力される。
各第１ヒートシンク３０は、スイッチング素子２０の１つの端子として用いられ、第２ヒートシンク４０と対向する部位と、その対向部位から突き出て外部端子と当接する突部３１とを有するものである。本例の場合、第１ヒートシンク３０は、Ｌ字状に成形された金属プレートであり、一方の部位を第２ヒートシンク４０に固着するとともに、第２ヒートシンク４０から立ち上がる他方の部位を外部端子と当接する突部３１としている。また、第２ヒートシンク４０は、所要の面積を有する金属プレートである。
スイッチング素子２０において発生する熱は、第１ヒートシンク３０及び第２ヒートシンク４０に伝わり発散される。特に本例においては、第１ヒートシンク３０の突部３１からも放熱がなされるという利点がある。また、第１ヒートシンク３０と第２ヒートシンク４０との対向面積は、絶縁シート５０による熱抵抗を考慮して、スイッチング素子２０と第１ヒートシンク３０との対向面積よりも広く設定している。尚、第２ヒートシンク４０には、フィン等の放熱手段を設けてもよい。かかる放熱手段によれば、スイッチング素子２０の放熱性は一層向上することかできる。
本例における外部端子は、電源側の端子８１及びモータ側の端子８２（図９参照）であり、給電装置１は、隣接する複数の第１ヒートシンク３０の突部３１を電源側の端子８１に接続するとともに、他の第１ヒートシンク３０の突部３１と回路基板６０の端子部材６１とをモータ側の端子８２に接続する構成となっている。ここで、他の第１ヒートシンク３０には、電極の電位が同電位となる複数のスイッチング素子２０を装着している。つまり、１つの第１ヒートシンク３０を複数のスイッチング素子２０の電極として利用することにより、構造の簡素化を達成している。
更に、第１ヒートシンク３０の突部３１と外部端子との当接、並びに、回路基板６０の端子部材６１と外部端子との当接は、突部３１及び端子部材６１に設けたコネクタと、外部端子に設けたコネクタとを接合することによってなされる。具体的には、突部３１及び端子部材６１にはコネクタたるジャックＪを装着するとともに、電源側の端子８１及びモータ側の端子８２にはコネクタたるプラグＰをそれぞれ装着しており、各プラグＰをジャックＪに挿入することにより、所定の当接がなされる構成となっている。尚、本例のジャックＪ及びプラグＰは、耐熱性に優れた樹脂製の部材である。
また、カバー７０には、各第１ヒートシンク３０の突部３１及び回路基板６０の端子部材６１を露呈する第１開口部７１、並びに、回路基板６０のコントローラ用コネクタ６２を露呈する第２開口部７２が設けられている。突部３１及び端子部材６１は、第１開口部７１からカバー７０の外部に突出しており、ジャックＪは、第１開口部７１の縁部に嵌め込まれている。
尚、突部３１や端子部材６１については、外部端子との当接箇所における温度上昇を回避する点で、適宜部位に孔部や切欠部を設けてもよい。つまり、スイッチング素子２０から突部３１と外部端子との当接箇所へ伝わる熱は、孔部や切欠部を設けることによってある程度防止することができる。また、孔部や切欠部の影響で突部３１や端子部材６１の強度がやや劣るような場合は、孔部や切欠部の周辺をジャックＪで抑えて補強するとよい。
給電装置１の組み立ては、先ず、ジグを用いる等してスイッチング素子２０、第１ヒートシンク３０、第２ヒートシンク４０、及び絶縁シート５０を位置決めし、これらを複数のボルトＢ（図４乃至８参照）を用いてねじ止めする。各部材の要所には、かかるボルトＢを挿通する通孔及びボルトＢを螺合する雌ねじ部がそれぞれ設けられている。
こうして、スイッチング素子２０は、第１ヒートシンク３０にねじ止めして固着され、第１ヒートシンク３０は、第２ヒートシンク４０にねじ止めして固着される。ここで、第１ヒートシンク３０と第２ヒートシンク４０とは、電気的に絶縁する必要があることから、ボルトＢとしては、絶縁体からなるものを採用する。或いは、金属製のボルトＢと絶縁体からなるボスとを併用する等してもよい。尚、スイッチング素子２０、第１ヒートシンク３０、及び第２ヒートシンク４０の固着方法としては、ねじ止めの他に、ハト目止めやリベット止め等を採用することも可能である。
次に、スイッチング素子２０及び第２ヒートシンク４０に対し、端子部材６１、コントローラ用コネクタ６２、コンデンサ６３、コイル６４、及びリレー６５等を固定した回路基板６０を位置決めし、第２ヒートシンク４０及び回路基板６０を複数のボルトＢを用いてねじ止めするとともに、スイッチング素子２０の端子２１を回路基板６０にハンダ付けする。第２ヒートシンク４０及び回路基板６０の要所には、かかるボルトＢを挿通する通孔及びボルトＢを螺合する雌ねじ部がそれぞれ設けられている。
そして、第１ヒートシンク３０の突部３１及び回路基板６０の端子部材６１にジャックＪを装着し、また、回路基板６０を覆うようにカバー７０を装着する。
本例のカバー７０は、第２ヒートシンク４０の縁部に支持されるものであり、スイッチング素子２０、第１ヒートシンク３０、絶縁シート５０、及び回路基板６０は、カバー７０及び第２ヒートシンク４０からなる筐体の内部に収納される。本給電装置１は、このようなカバー７０を用いてユニット化したものである。
尚、上述した実施例は、ＤＣモータのコイルに電力を供給する給電装置を例に採って説明したが、本発明は他のモータ（例えばＤＣブラシレスモータ）に電力を供給する給電装置や、モータ以外の装置に電力を供給する給電装置にも応用すること可能である。また、スイッチング素子及び第１ヒートシンクの個数や組み合わせ等は、所定の被電力供給装置に応じて設定されるものである。
産業上の利用可能性
本発明の給電装置は、スイッチング素子の放熱に係る熱抵抗を小さくするとともに、外部端子との接続構造を合理化したものであり、ＤＣモータに電力を供給する給電装置を始めとして、給電装置一般に好適である。
【図面の簡単な説明】
図１
本発明の具体例に係り、給電装置を示す正面図である。
図２
本発明の具体例に係り、給電装置を示す右側面図である。
図３
本発明の具体例に係り、給電装置を示す上面図である。
図４
本発明の具体例に係り、給電装置の内部を示す正面図である。
図５
本発明の具体例に係り、給電装置の内部を示す右側面図である。
図６
本発明の具体例に係り、スイッチング素子、第１ヒートシンク、及び第２ヒートシンクを示す正面図である。
図７
本発明の具体例に係り、スイッチング素子、第１ヒートシンク、及び第２ヒートシンクを示す左側面図である。
図８
本発明の具体例に係り、スイッチング素子、第１ヒートシンク、及び第２ヒートシンクを示す下面図である。
図９
本発明の具体例に係り、第１ヒートシンクの突部と外部端子との接続を示す説明図である。
図１０
本発明の具体例に係り、第１ヒートシンクを示す正面図（ａ）、右側面図（ｂ）、下面図（ｃ）である。
図１１
本発明の具体例に係り、第１ヒートシンクを示す正面図（ａ）、右側面図（ｂ）、下面図（ｃ）である。
図１２
本発明の具体例に係り、端子部材を示す正面図（ａ）、右側面図 （ｂ）、下面図（ｃ）である。

Claims (5)

1. スイッチング素子を用いてなる給電装置において、
   当該給電装置は、前記スイッチング素子が装着された導電性を有する第１ヒートシンクと、前記第１ヒートシンクが電気的に絶縁されて装着された第２ヒートシンクとを備え、前記第１ヒートシンクを前記スイッチング素子の１つの端子として用いるものであり、
   前記第１ヒートシンクは、外部端子と当接する突部を有することを特徴とする給電装置。
2. 前記第１ヒートシンクと前記第２ヒートシンクとの対向面積は、前記スイッチング素子と前記第１ヒートシンクとの対向面積よりも広いことを特徴とする請求項１記載の給電装置。
3. 前記第１ヒートシンクは、Ｌ字状に成形された金属プレートであることを特徴とする請求項１又は２記載の給電装置。
4. 前記第１ヒートシンクの突部及び前記外部端子にはそれぞれコネクタを設け、前記コネクタ同士を接合することにより、前記突部と前記外部端子とを当接することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の給電装置。
5. 当該給電装置は、前記スイッチング素子及び前記第１ヒートシンクを複数備え、少なくとも１つの前記第１ヒートシンクに対し、電極の電位が同電位となる２つ以上の前記スイッチング素子を装着したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の給電装置。

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