KR20040069319A

KR20040069319A - 급전장치

Info

Publication number: KR20040069319A
Application number: KR10-2004-7007545A
Authority: KR
Inventors: 효도쥰
Original assignee: 가부시키 가이샤 도쿄 알 앤드 디
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-08-05
Also published as: JP4217157B2; TW586343B; US7151671B2; EP1463396A1; WO2003049518A1; US20050078454A1; CN1600051A; JPWO2003049518A1; CN1255012C; TW200301069A

Abstract

스위칭 소자(20)를 이용해서 되는 급전장치에 있어서, 이 급전장치는, 스위칭 소자가 장착된 도전성을 가지는 제1 히트 싱크(30)와, 이 제1 히트 싱크가 전기적으로 절연되어서 장착된 제2 히트 싱크(40)를 구비하고, 제1 히트 싱크를 스위칭 소자의 1개의 단자로서 이용하는 것이며, 제1 히트 싱크는, 외부단자(81, 82)와 맞닿는 돌부(31)를 가지는 구성의 급전장치이다.

Description

급전장치{POWER SUPPLY}

소정의 장치에 전력을 공급하는 급전장치는, 스위칭 소자를 이용해서 구성되어 있다. 스위칭 소자는, 개폐 접점을 마련하지 않고 회로망(回路網)에 스위치 기능을 갖게 하는 소자이며, 그 대표적인 예로서는, 실리콘제의 트랜지스터를 들 수 있다. 특히, 전력공급용의 스위칭 소자는, 어느 정도 큰 출력을 필요로 하고, 발열에 대한 처치(處置)로서, 히트 싱크(heat sink)에 장착된다.

그런데, 전술한 급전장치는, 보다 고성능으로 저렴한 것이 바람직하고, 구체적으로는, 스위칭 소자의 정격(定格) 온도가 높은 것과, 외부의 단자와의 접속이 간단히 되는 것과, 구조가 간소해서 제조성(製造性) 및 비용면에 우수하다는 것과, 경량이면서 또한 소형인 것이 중요하다고 한다.

본 발명은, 이것들의 제조건을 고려해서 된 것이며, 그 목적은, 스위칭 소자의 방열에 관한 열저항을 작게 하는 동시에, 외부단자와의 접속구조를 합리화한 급전장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 스위칭 소자를 이용해서 되는 급전장치(給電裝置)에 관한 것으로서, 스위칭 소자의 방열(放熱)에 관한 열저항을 작게 해서, 이와 같은 장치의 성능을 만족하게 확보하는 동시에, 외부단자와의 접속구조를 합리화(合理化)한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 급전장치를 나타내는 정면도.

도 2는 본 발명의 구체예에 관한 급전장치를 나타내는 우측면도.

도 3은 본 발명의 구체예에 관한 급전장치를 나타내는 평면도.

도 4는 본 발명의 구체예에 관한 급전장치의 내부를 나타내는 정면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 관한 급전장치의 내부를 나타내는 우측면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 관한 스위칭 소자, 제1 히트 싱크 및 제2 히트 싱크를 나타내는 정면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 관한 스위칭 소자, 제1 히트 싱크 및 제2 히트 싱크를 나타내는 좌측면도.

도 8은 본 발명의 실시예에 관한 스위칭 소자, 제1 히트 싱크 및 제2 히트 싱크를 나타내는 하면도.

도 9는 본 발명의 실시예에 관한 제1 히트 싱크의 돌부와 외부단자와의 접속을 나타내는 설명도.

도 10은 본 발명의 실시예에 관한 제1 히트 싱크를 나타내는 정면도(a), 우측면도(b), 하면도(c).

도 11은 본 발명의 실시예에 관한 제1 히트 싱크를 나타내는 정면도(a), 우측면도(b), 하면도(c).

도 12는 본 발명의 실시예에 관한 단자부재를 나타내는 정면도(a),우측면도(b), 하면도(c).

본 청구항 1에 기재한 발명은, 스위칭 소자를 이용해서 되는 급전장치에 있어서, 이 급전장치는, 상기 스위칭 소자가 장착된 도전성(導電性)을 가지는 제1 히트 싱크와, 이 제1 히트 싱크가 전기적으로 절연되어서 장착된 제2 히트 싱크를 구비하고, 상기 제1 히트 싱크를 상기 스위칭 소자의 1개의 단자로서 이용하는 것이며, 상기 제1 히트 싱크는, 외부단자와 맞닿는 돌부(突部)를 가지는 구성의 급전장치이다. 이러한 구성에 의하면, 스위칭 소자의 방열에 관한 열저항을 작게 하는 동시에, 외부단자와의 접속구조를 합리화하는 것이 가능하게 된다.

즉, 스위칭 소자에 있어서 발생하는 열은, 스위칭 소자에서 제1 히트 싱크로 전해지고, 또한 제1 히트 싱크로부터 제2 히트 싱크에 전해진다. 그러므로, 스위칭 소자의 방열성이 양호하게 된다.

또한, 제1 히트 싱크는, 도전성을 가지는 것이며, 스위칭 소자의 1개의 단자로서 이용하는 것이 가능하다. 또한, 제1 히트 싱크는, 외부단자와 맞닿는 돌부를 가지고, 제1 히트 싱크와 외부단자와는, 돌부를 이용하는 것에 의해, 정확하게 또한 효율이 좋게 접속된다.

본 청구항 2에 기재한 발명은, 청구항 1에 있어서, 상기 제1 히트 싱크와 상기 제2 히트 싱크와의 대향 면적은, 상기 스위칭 소자와 상기 제1 히트 싱크와의 대향 면적보다도 넓은 구성의 급전장치이다.

제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크를 전기적으로 절연하면, 그것들의 사이에 있어서의 열저항은 커진다. 고로, 본 발명에서는, 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크와의 대향 면적을, 스위칭 소자와 제1 히트 싱크와의 대향 면적보다도 넓게 설정하는 것에 의해, 스위칭 소자에서 제1 히트 싱크로 전해지는 열량과, 제1 히트 싱크에서 제2 히트 싱크로 전해지는 열량과의 밸런스를 확보하고 있다.

본 청구항 3에 기재한 발명은, 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 제1 히트 싱크는, L자 형상으로 성형된 금속 플레이트인 구성의 급전장치이다.

즉, 제1 히트 싱크로서는, L자 형상으로 형성된 금속 플레이트를 이용하는 것이 가능하다. 본 발명에서는, 이러한 금속 플레이트를 제2 히트 싱크에 장착하여, 제2 히트 싱크로부터 일어서는 부위를 외부단자와 맞닿는 돌부라고 한다.

본 청구항 4에 기재한 발명은, 청구항 1 내지 3의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 히트 싱크의 돌부 및 상기 외부단자에는 각각 커넥터를 마련하고, 상기 커넥터끼리를 접합하는 것에 의해, 상기 돌부와 상기 외부단자를 맞닿는 구성의 급전장치이다.

이렇게, 커넥터끼리를 접합해서 돌부와 외부단자를 맞닿으면, 급전장치와 외부단자와의 접속작업이 용이해져, 대단히 편리하다.

본 청구항 5에 기재한 발명은, 청구항 1 내지 4의 어느 한 항에 있어서, 이 급전장치는, 상기 스위칭 소자 및 상기 제1 히트 싱크를 복수 구비하여, 적어도 1개의 상기 제1 히트 싱크에 대하여, 전극의 전위가 같은 전위가 되는 2개 이상의 상기 스위칭 소자를 장착한 구성의 급전장치이다.

이렇게, 전극의 전위가 같은 전위가 되는 복수의 스위칭 소자를 1개의 제1 히트 싱크에 장착하면, 그것들의 스위칭 소자의 전극에 각각 접속하는 배선이 불필요하게 되어, 그 구조가 한층 간소화된다.

이하에, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 12에 나타내는 본 실시예의 급전장치(1)는, DC 모터의 코일에 전력을 공급하는 것이다. 이와 같은 DC 모터는, 전원으로서의 배터리와 함께 전기 자동차에 탑재되어, 드라이버의 운전조작에 근거하여 자동차를 주행시키는 주행용 모터이다.

이것들의 도면(대표적으로는 도 4)에 나타낸 바와 같이, 본 급전장치(1)는, 복수의 스위칭 소자(20)와, 1개 또는 복수의 스위칭 소자(20)가 각각 장착된 도전성을 가지는 복수의 제1 히트 싱크(30)와, 복수의 제1 히트 싱크(30)가 장착된 제2 히트 싱크(40)와, 제1 히트 싱크(30) 및 제2 히트 싱크(40)와의 사이에 개재(介在)된 절연 시트(50)와, 각 스위칭 소자(20)의 단자(21)를 접속한 회로기판(60)과, 이것들을 유지하는 커버(70)를 구비하고 있다. 회로기판(60)에는, 외부단자와 맞닿는 단자부재(61), 컨트롤러용 커넥터(62), 콘덴서(63), 코일(64), 릴레이(65) 등이 배치되어 있다. 또한 도 10에 나타내는 제1 히트 싱크(30)는, 1개의 스위칭 소자(20)를 장착하는 것이며, 도 11에 나타내는 제1 히트 싱크(30)는, 복수의 스위칭 소자(20)를 장착하는 것이다.

본 실시예의 스위칭 소자(20)는, 반도체중에 있어서의 전자의 흐름을 다른 전극으로 제어하는 전압 제어식의 FET이다. 전원으로부터 모터 코일에 흐르는 전류는 회로기판(60)이 복수의 스위칭 소자(20)를 각각 전압제어함으로써 바꿀 수 있다, 그 제어신호는, 컨트롤러용 커넥터(62)로부터 입력된다.

각 제1 히트 싱크(30)는, 스위칭 소자(20)의 1개의 단자로서 이용되고, 제2 히트 싱크(40)와 대향하는 부위와, 그 대향 부위로부터 돌출(突出)하여 외부단자와 맞닿는 돌부(31)를 가지는 것이다. 본 실시예의 경우, 제1 히트 싱크(30)는, L자 형상으로 성형된 금속 플레이트이며, 한쪽의 부위를 제2 히트 싱크(40)에 고착(固着)하는 동시에, 제2히트 싱크(40)로부터 일어서는 다른쪽의 부위를 외부단자와 맞닿는 돌부(突部)(31)로 하고 있다. 또한, 제2 히트 싱크(40)는, 소요의 면적을 가지는 금속 플레이트이다.

스위칭 소자(20)에 있어서 발생하는 열은, 제1 히트 싱크(30) 및 제2 히트 싱크(40)에 전해져 발산된다. 특히, 본 실시예에 있어서는, 제1 히트 싱크(30)의 돌부(31)에서도 방열이 된다고 하는 이점이 있다. 또한, 제1 히트 싱크(30)와 제2히트 싱크(40)와의 대향 면적은, 절연 시트(50)에 의한 열저항을 고려하여, 스위칭 소자(20)와 제1 히트 싱크(30)와의 대향 면적 보다도 넓게 설정되어 있다. 또한, 제2 히트 싱크(40)에는, 핀 등의 방열수단을 마련해도 좋다. 이와 같은 방열수단에 따르면, 스위칭 소자(20)의 방열성은 한층 향상될 수가 있다.

본 실시예에 있어서의 외부단자는, 전원측의 단자(81) 및 모터측의 단자(82)(도 9 참조)이며, 급전장치(1)는, 인접하는 복수의 제1 히트 싱크(30)의 돌부(31)를 전원측의 단자(81)에 접속하는 동시에, 다른 제1 히트 싱크(30)의 돌부(31)와 회로기판(60)의 단자부재(61)를 모터측의 단자(82)에 접속하는 구성으로 되어 있다. 여기에서, 다른 제1 히트 싱크(30)에는, 전극의 전위가 같은 전위로되는 복수의 스위칭 소자(20)를 장착하고 있다. 즉, 1개의 제1 히트 싱크(30)를 복수의 스위칭 소자(20)의 전극으로서 이용하는 것에 의해, 구조의 간소화를 달성하고 있다.

또한, 제1 히트 싱크(30)의 돌부(31)와 외부단자와의 맞닿는 및 회로기판(60)의 단자부재(61)와 외부단자와의 맞닿는 돌부(31) 및 단자부재(61)에 형성한 커넥터와, 외부단자에 마련된 커넥터를 접합하여서 된다. 구체적으로는, 돌부(31) 및 단자부재(61)에는 커넥터로서의 잭(J)을 장착하는 동시에, 전원측의 단자(81) 및 모터측의 단자(82)에는 커넥터로서의 플러그(P)를 각각 장착하고 있어, 각 플러그(P)를 잭(J)에 삽입하는 것에 의해, 소정의 맞닿음이 이루어지는 구성으로 되어 있다. 또한, 본 구성예의 잭(J) 및 플러그(P)는, 내열성에 우수한 수지제의 부재이다.

또한, 커버(70)에는, 제각기 제1 히트 싱크(30)의 돌부(31) 및 회로기판(60)의 단자부재(61)를 노정(露呈)하는 제1 개구부(開口部)(71) 및 회로기판(60)의 컨트롤러용 커넥터(62)를 노정하는 제2 개구부(72)가 구성되어 있다. 돌부(31) 및 단자부재(61)는 제1 개구부(71)로부터 커버(70)의 외부에 돌출되어 있고, 잭(J)은 제1 개구부(71)의 가장자리부에 끼워져 있다.

또한, 돌부(31)나 단자부재(61)에 대해서는, 외부단자와의 맞닿는 개소에 있어서의 온도상승을 회피하는 점에서, 적당히 부위에 구멍부나 노치부(notch部))를 마련해도 좋다. 즉, 스위칭 소자(20)로부터 돌부(31)와 외부단자와의 맞닿는 개소에 전해지는 열은, 구멍부나 노치부를 마련하는 것에 의해 어느 정도 방지할 수 있다. 또한, 구멍부나 노치부의 영향으로 돌부(31)나 단자부재(61)의 강도가 다소 뒤떨어지는 것 같을 경우는, 구멍부나 노치부의 주변을 잭(J)으로 억제해서 보강하면 좋다.

급전장치(1)의 구성은, 우선, 지그를 이용하는 동일한 스위칭 소자(20), 제1 히트 싱크(30), 제2 히트 싱크(40) 및 절연 시트(50)를 위치 결정하고, 이것들을 복수의 볼트(B)(도 4 내지 8 참조)를 이용해서 나사 멈춤한다. 각 부재의 요소에는, 이와 같은 볼트(B)를 삽통하는 관통구멍 및 볼트(B)를 나합하는 암 나사부가 각각 구성되어 있다.

이렇게 해서, 스위칭 소자(20)는, 제1 히트 싱크(30)에 나사 멈춤하여 고착되고, 제1 히트 싱크(30)는, 제2 히트 싱크(40)에 나사 멈춤하여 고착된다. 여기에서, 제1 히트 싱크(30)와 제2 히트 싱크(40)와는, 전기적으로 절연할 필요가 있는 것으로, 볼트(B)로서는, 절연체로 된 것을 채용한다. 혹은 금속제의 볼트(B)와 절연체로 된 보스를 병용하는 동일한 것이라도 좋다. 또한, 스위칭 소자(20), 제1 히트 싱크(30) 및 제2 히트 싱크(40)의 고착방법으로서는 나사 멈춤의 이외에, 끈 구멍의 멈춤이나 리베트 멈춤 등을 채용하는 것도 가능하다.

이어서, 스위칭 소자(20) 및 제2 히트 싱크(40)에 대하여, 단자부재(61), 컨트롤러용 커넥터(62), 콘덴서(63), 코일(64) 및 릴레이(65) 등을 고정한 회로기판(60)을 위치 결정하고, 제2 히트 싱크(40) 및 회로기판(60)을 복수의 볼트(B)를 이용해서 나사 멈춤하는 동시에, 스위칭 소자(20)의 단자(21)를 회로기판(60)에 핸더 붙임한다. 제2 히트 싱크(40) 및 회로기판(60)의 요소에는, 이와 같은 볼트(B)를 삽통하는 관통구멍 및 볼트(B)를 나합하는 암 나사부가 각각 마련되어 있다.

그리고, 제1 히트 싱크(30)의 돌부(31) 및 회로기판(60)의 단자부재(61)에 잭(J)을 장착하고, 또한, 회로기판(60)을 피복하도록 커버(70)를 장착한다.

본 실시예의 커버(70)는, 제2 히트 싱크(40)의 가장자리부에 지지되는 것이며, 스위칭 소자(20), 제1 히트 싱크(30), 절연 시트(50) 및 회로기판(60)은, 커버(70) 및 제2 히트 싱크(40)로 이루어지는 상자본체의 내부에 수납된다. 본 급전장치(1)는, 이와 같은 커버(70)를 이용해서 유닛화한 것이다.

또한, 상술한 실시예는, DC 모터의 코일에 전력을 공급하는 급전장치를 예로 채용해서 설명했지만, 본 발명은 다른 모터(예를 들면 DC 브러시레스 모터)에 전력을 공급하는 급전장치나, 모터 이외의 장치에 전력을 공급하는 급전장치에도 응용하는 것이 가능하다. 또한, 스위칭 소자 및 제1 히트 싱크의 개수나 조합 등은, 소정의 피전력공급장치에 따라서 설정되는 것이다.

본 발명의 급전장치는, 스위칭 소자의 방열에 관한 열저항을 작게 하는 동시에, 외부단자와의 접속구조를 합리화한 것이며, DC 모터에 전력을 공급하는 급전장치를 비롯해서 급전장치 일반에 호적하다.

Claims

스위칭 소자를 이용해서 되는 급전장치에 있어서, 이 급전장치는, 상기 스위칭 소자가 장착된 도전성을 가지는 제1 히트 싱크와, 이 제1 히트 싱크가 전기적으로 절연되어서 장착된 제2 히트 싱크를 구비하고, 상기 제1 히트 싱크를 상기 스위칭 소자의 1개의 단자로서 이용하는 것이며, 상기 제1 히트 싱크는, 외부 단자와 맞닿는 돌부를 가지는 것을 특징으로 하는 급전장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 히트 싱크와 상기 제2 히트 싱크와의 대향 면적은, 상기 스위칭 소자와 상기 제1 히트 싱크와의 대향 면적보다도 넓은 것을 특징으로 하는 급전장치.
제1항 또는 제2항에 있어서. 상기 제1 히트 싱크는, L자 형상으로 성형된 금속 플레이트인 것을 특징으로 하는 급전장치.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 히트 싱크의 돌부 및 상기 외부단자에는 각각 커넥터를 마련하고, 상기 커넥터끼리를 접합하는 것에 의해, 상기 돌부와 상기 외부단자를 맞닿는 것을 특징으로 하는 급전장치.
제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서, 해당 급전장치는, 상기 스위칭 소자 및 상기 제1 히트 싱크를 복수 구비하여, 적어도 1개의 상기 제1 히트 싱크에 대하여, 전극의 전위가 같은 전위가 되는 2개 이상의 상기 스위칭 소자를 장착한 것을 특징으로 하는 급전장치.