特許 6133488 電気器具の制御モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6133488

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】電気器具の制御モジュール

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20170515BHJP

   B60H 1/03 20060101ALI20170515BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20170515BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   H05K1/02 C

   B60H1/03 C

   H01L25/04 C

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-504593(P2016-504593)

(86)(22)【出願日】2014年3月21日

(65)【公表番号】特表2016-515761(P2016-515761A)

(43)【公表日】2016年5月30日

(86)【国際出願番号】EP2014055700

(87)【国際公開番号】WO2014154581

(87)【国際公開日】20141002

【審査請求日】2015年9月28日

(31)【優先権主張番号】1352738

(32)【優先日】2013年3月26日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】505113632

【氏名又は名称】ヴァレオ システム テルミク

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(72)【発明者】

【氏名】ベルトラン、プゼナ

(72)【発明者】

【氏名】ティエリー、エルバール

(72)【発明者】

【氏名】ジャン−バティスト、オードイエ

(72)【発明者】

【氏名】アラン、レナール

【審査官】 原田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１７００９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２３６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００９４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５６６７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｂ６０Ｈ １／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プリント回路基板（１９）を備える、電気器具（１０）の制御モジュール（１３）であって、
電気電子コンポーネント（２６）および少なくとも１つのパワートランジスタ（１８）がプリント回路基板（１９）に実装され、
前記少なくとも１つのパワートランジスタ（１８）は、前記プリント回路基板（１９）の第１の領域（２０）に固定され、前記第１の領域（２０）の第１の導電性トラック（２２）に接続されたドレインと呼ばれる第１の端子（Ｄ）と、前記プリント回路基板（１９）の第２の領域（２１）の第２の導電性トラック（２３）に接続されたソースと呼ばれる第２の端子（Ｓ）と、ゲートと呼ばれる第３の端子（Ｇ）とを備え、
前記プリント回路基板（１９）は、前記プリント回路基板（１９）の前記第１および第２の領域（２０、２１）の間に少なくとも部分的に材料の不連続性を形成する少なくとも１つの開口（２７）を備え、
前記開口（２７）は、前記第１および第２の導電性トラック（２２、２３）の間に位置する、ことを特徴とする制御モジュール（１３）。

【請求項2】

前記パワートランジスタ（１８）は、前記第１のトラック（２２）と電気接触状態にある前記ドレイン（Ｄ）を形成する底プレートと、前記第２のトラック（２３）に電気的に接続された前記ソース（Ｓ）を形成するピン（２９）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の制御モジュール（１３）。

【請求項3】

前記開口は、前記プリント回路基板（１９）の前記第１の領域（２０）を少なくとも部分的に囲むスリット（２７）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の制御モジュール（１３）。

【請求項4】

前記スリット（２７）は、略Ｕ字状またはＬ字状であることを特徴とする、請求項３に記載の制御モジュール（１３）。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の制御モジュール（１３）を備える、暖房装置（１０）、特に、自動車用の暖房装置（１０）。

【請求項6】

バッテリ（１７）の第１の端子に電気的に接続された第１の端子と、第１の電気接続部材（２８）を介して前記パワートランジスタ（１８）の前記ドレイン（Ｄ）に電気的に接続された第２の端子とを備える少なくとも１つの加熱モジュール（１２）を備え、
前記バッテリ（１７）の第２の端子は、第２の電気接続部材（３０）を介して、前記パワートランジスタ（１８）の前記ソース（Ｓ）に電気的に接続され、
前記加熱モジュール（１２）の前記第１の端子は、第３の電気接続部材（３２）を介して前記バッテリ（１７）の前記第１の端子に電気的に接続され、
前記３つの接続部材（２８、３０、３２）は、電気絶縁取付具（３３）を介して互いに機械的に接続されることを特徴とする、請求項５に記載の暖房装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気器具の制御モジュールおよびこのような制御モジュールを備える暖房装置、特に、自動車用の暖房装置に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明は、特に、自動車の増設型の電気暖房装置の技術分野に適用される。このような暖房装置は、特に、自動車の始動時の最初の数分、車内に温風を供給できるほどにはエンジンが暖まっていない場合に使用される。このような暖気時間は、例えば、ディーゼルタイプのエンジンの場合、１５〜２０分である。

【0003】

このような増設型の暖房装置は、一般に、複数の加熱モジュールを並設して加熱対象の空気流が通過するように取り付けられた支持フレームを備える。

【0004】

各加熱モジュールは、２つの電極を備え、これらの２つの電極の間に、正の温度係数のタイプの抵抗素子が配置される。２つの対向するヒートシンクは、加熱対象の空気流と交換表面積が増大するように電極に固定される。ヒートシンクは、例えば、ひだ付きまたは波形の金属ストリップで形成される。

【0005】

このように、各加熱モジュールは、バッテリのプラス端子に電気的に接続されたプラス端子と、金属酸化膜ゲート電解効果トランジスタ、いわゆる、ＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタを介して、バッテリのマイナス端子または接地に電気的に接続されたマイナス端子とを備える。

【0006】

より詳しく言えば、各ＭＯＳＦＥＴは、制御モジュール、いわゆる、ドライバのプリント回路基板にはんだ付けされる。制御モジュールは、支持フレームに固定されたケースに取り付けられる。

【0007】

各ＭＯＳＦＥＴは、対応する加熱モジュールのマイナス端子に接続されたドレインと呼ばれる第１の端子と、バッテリのマイナス端子または接地に接続されたソースと呼ばれる第２の端子と、ＭＯＳＦＥＴの開閉を制御可能にする制御モジュールの入力として作用するゲートと呼ばれる第３の端子とを備える。

【0008】

異なる電気リンクは、特に、プリント回路基板に固定された電気絶縁取付具によって機械的に接続された導体バーによって設けることができる。

【0009】

このような暖房装置は、特に、本願出願人と同一の出願人による仏国特許出願公開第２９５４６０６号から知られている。

【0010】

ＭＯＳＦＥＴが開いているとき、対応する抵抗素子には電流が流れない。一方で、ＭＯＳＦＥＴが閉じているのとき、抵抗素子に電流が流れ、電極およびヒートシンクの加熱を引き起こす。

【0011】

ＭＯＳＦＥＴが閉じているとき、すなわち、オン状態にあるとき、ＭＯＳＦＥＴは、例えば、およそ４ｍΩの値の抵抗Ｒｄｓｏｎを有する。ＭＯＳＦＥＴおよび抵抗素子に流れる電流が比較的大きいため、通常の動作において、例えば、２Ｗ〜３Ｗの熱量がＭＯＳＦＥＴによって消失する。

【0012】

また、ＭＯＳＦＥＴが動作中にダメージを受ける可能性も非常に低い。ほとんどの場合、このダメージは、結果的に、ドレインとソースとの間の妨げとなる短絡状態になる。言い換えれば、ＭＯＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴ内部のインピーダンスが、ドレインとソースとの間に並列に取り付けられているように挙動する。このインピーダンスは、例えば、およそ４０ｍΩの値を有する。このとき、ＭＯＳＦＥＴによって消失する熱は、例えば、およそ３０Ｗである。

【0013】

この熱により、最終的には、プリント回路基板の材料の劣化が進み、このような劣化は、通常絶縁性の材料であるものを、比較的伝導性のある材料へ変えてしまう。

【0014】

このような劣化がドレインとソースとの間、特に、ドレインとソースとが電気的に接続された導電性トラック間に広がれば、プリント回路基板の劣化した材料がレジスタとして作用する。並行して、ＭＯＳＦＥＴは、加熱素子のマイナス端子が、プリント回路基板の劣化材料によって形成されたレジスタを介してバッテリのマイナス端子または接地に接続されるように最終的に完全に開いた状態になる。この場合、このレジスタは、例えば、およそ１０Ωである。この抵抗によって消失する熱は、およそ１０〜１５Ｗである。

【0015】

このとき消失する熱量が著しい場合、この熱により、プリント回路基板および／または周辺素子に発火や発煙が生じる危険がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】仏国特許出願公開第２９５４６０６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

本発明の目的は、特に、この問題に対処するための単純で効果的な低コストの解決方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

この目的を達成するために、電気電子コンポーネントおよび少なくとも１つのパワートランジスタが実装されたプリント回路基板を備え、少なくとも１つのパワートランジスタは、例えば、金属酸化膜ゲートを有する電解効果トランジスタであり、プリント回路基板の第１の領域に固定され、前記第１の領域の第１の導電性トラックに接続されたドレインと呼ばれる第１の端子と、プリント回路基板の第２の領域の第２の導電性トラックに接続されたソースと呼ばれる第２の端子と、ゲートと呼ばれる第３の端子とを備える、電気器具の制御モジュールであって、プリント回路基板は、プリント回路基板の第１および第２の領域の間に少なくとも部分的に材料の不連続性を形成する少なくとも１つの開口を備え、前記開口は、第１および第２の導電性トラックの間に位置することを特徴とする制御モジュールを提案する。

【0019】

このようにして、パワートランジスタにダメージが生じている場合、プリント回路基板の第１の領域の材料が劣化していても、開口は、プリント回路基板の第１および第２の領域間および関連する第１および第２の導電性トラックの間に材料の不連続性を生じさせる。

【0020】

上述した暖房装置の特定の場合において、ＭＯＳＦＥＴの劣化が生じている場合、暖房装置のマイナス端子が、劣化材料によって形成されたレジスタを介して、バッテリのマイナス端子または接地端子に接続されることがないように防止される。したがって、発火の危険性や、それに伴って煙が発生する危険性が回避される。

【0021】

本発明の一実施形態によれば、パワートランジスタは、第１のトラックと電気接触状態にあるドレインを形成する底プレートと、第２のトラックに電気的に接続されたソースを形成するピンとを備える。

【0022】

好ましくは、開口は、プリント回路基板の第１の領域を少なくとも部分的に囲むスリットである。

【0023】

この場合、スリットは、略Ｕ字状またはＬ字状でありえ、基部を備え、この基部から少なくとも１つのブランチが延伸する。

【0024】

本発明はまた、上述したタイプの制御モジュールを備える暖房装置、特に、自動車用の暖房装置に関する。暖房装置は、バッテリの第１の端子に電気的に接続された第１の端子と、第１の電気接続部材を介してパワートランジスタのドレインに電気的に接続された第２の端子とを備える少なくとも１つの加熱モジュールをさらに備え、バッテリの第２の端子は、第２の電気接続部材を介して、パワートランジスタのソースに電気的に接続され、加熱モジュールの第１の端子は、第３の電気接続部材を介してバッテリの第１の端子に電気的に接続され、３つの接続部材は、電気絶縁取付具を介して互いに機械的に接続される。

【0025】

接続部材は、例えば、導体バーである。

【0026】

以下、添付の図面を参照しながら、非制限的な例によって与えられる以下の記載を読むことで、本発明はさらに深く理解され、本発明の他の詳細、特徴および利点が明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】従来技術によるＭＯＳＦＥＴの通常動作の場合における加熱素子のマイナス端子とバッテリの接地との間に実装されたＭＯＳＦＥＴを示す概略図。

【図2】ＭＯＳＦＥＴの劣化状態、すなわち、ドレインとソースとの間の妨げとなる短絡状態を示す、図１に対応する図。

【図3】ＭＯＳＦＥＴの完全に開いた劣化状態とプリント回路基板の劣化状態とを示す、図１に対応する図。

【図4】図３の場合を示す、プリント回路基板の一部の平面図。

【図5】本発明による暖房装置の正面図。

【図6】図４の暖房装置を構成する、本発明による制御モジュールの平面図。

【図7】本発明による制御モジュールを構成するプリント回路基板の底面図。

【図8】異なる導電性トラックを示すプリント回路基板の平面図。

【図9】暖房装置の電力配線の概略図。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、プリント回路基板上に実装されるＭＯＳＦＥＴと呼ばれる金属酸化膜ゲートを有する電解効果トランジスタなどのパワートランジスタ１の通常動作モードを示す。このようなトランジスタ１は、従来、ドレインと呼ばれる第１の端子Ｄと、ソースと呼ばれる第２の端子Ｓと、ゲートと呼ばれる第３の端子Ｇとを備え、ＭＯＳＦＥＴの開閉を制御することができる。

【0029】

ドレインＤは、例えば、特に、第１の導電性トラック３（図４）を介して、加熱モジュール２のマイナス端子に電気的に接続され、加熱モジュール２のプラス端子は、例えば、バッテリのプラス端子によって形成された電位に接続される。ソースＳは、例えば、特に、第２の導電性トラック４を介して、バッテリのマイナス端子または接地に接続される。

【0030】

このように、通常動作において、ＭＯＳＦＥＴ１が開いているとき、加熱モジュール２に電流は流れない。一方で、ＭＯＳＦＥＴ１が閉じられているとき、電流が加熱モジュール２に流れる。

【0031】

ＭＯＳＦＥＴ１が閉じているとき、すなわち、オン状態にあるとき、ＭＯＳＦＥＴ１は、例えば、およそ４ｍΩの値の抵抗Ｒｄｓｏｎを有する。ＭＯＳＦＥＴ１に流れる電流が比較的大きいため、通常の動作において、例えば、２Ｗ〜３Ｗの熱量がＭＯＳＦＥＴ１によって消失する。

【0032】

また、ＭＯＳＦＥＴ１が動作中にダメージを受ける可能性も非常に低い。ほとんどの場合、このダメージは、結果的に、ドレインＤとソースＳとの間の妨げとなる短絡状態になる。図２に、このような劣化状態が示されている。

【0033】

言い換えれば、ＭＯＳＦＥＴ１は、インピーダンス５（ＭＯＳＦＥＴ１の内部）がドレインＤとソースＳとの間に並列に取り付けられているように挙動する。このインピーダンス５は、例えば、およそ４０ｍΩの値を有する。このとき、ＭＯＳＦＥＴ１によって消失する熱は、例えば、およそ３０Ｗである。

【0034】

この熱により、最終的には、プリント回路基板（図４）の材料の劣化が進み、このような劣化は、通常絶縁性の材料であるものを、比較的伝導性のある材料へ変えてしまう。

【0035】

このような劣化がドレインＤとソースＳとの間、特に、ドレインＤとソースＳとが電気的に接続された導電性トラック３、４間に広がれば、プリント回路基板の劣化した材料６が抵抗として作用する（図５）。並行して、ＭＯＳＦＥＴは、加熱素子のマイナス端子が、プリント回路基板の劣化材料によって形成されたレジスタを介してバッテリのマイナス端子または接地に接続されるように最終的に完全に開いた状態になる。このとき、このレジスタ７は、例えば、およそ１０Ωである。このレジスタ７によって消失する熱は、よそ１０〜１５Ｗである。

【0036】

このとき消失する熱量が著しい場合、この熱により、プリント回路基板および／または周辺素子に発火や発煙が生じる危険がある。

【0037】

図５は、自動車に装備するための、本発明による増設型の電気暖房装置１０を示す。このような暖房装置１０は、特に、自動車を使用する最初の数分、車内に温風を供給できるほどにはエンジンが暖まっていない場合に使用される。

【0038】

この暖房装置１０は、加熱対象の空気流が通過するように配設された並列加熱モジュール１２が取り付けられた平行六面体の支持フレーム１１を備える。加熱モジュール１２は、支持フレーム１１に固定されたケース１４に取り付けられた制御モジュール１３（図６）または駆動部を用いて制御される。

【0039】

各加熱モジュール１２は、図９の＋および−を基準とする２つの電極または端子を備え、これらの間に正の温度係数（ＰＴＣ）タイプの抵抗素子１５（図９）が配置される。２つの対向するヒートシンク１６は、加熱対象の空気流と交換表面積が増大するように電極に固定される。ヒートシンク１６は、例えば、ひだ付きまたは波形の金属ストリップから形成される。

【0040】

このように、各加熱モジュール１２は、バッテリ１７のプラス端子に電気的に接続されたプラス端子と、金属酸化膜ゲートを有する電解効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのパワートランジスタ１８を介して、バッテリ１７のマイナス端子に電気的に接続されたマイナス端子とを備える。

【0041】

制御モジュール１３は、ＭＯＳＦＥＴ１８が実装された第１の領域２０と、さまざまな電気電子コンポーネントが、特に、はんだ付けまたは実装された第２の領域２１（図７および図８）とを備えるプリント回路基板１９を備える。

【0042】

各第１の領域２０は、略矩形状であり、上面に第１のトラック２２（図８）を備え、第１のトラック２２は、第１の領域２０のほとんどにわたって延伸し、対応するＭＯＳＦＥＴ１８のドレインＤに接続される。さらに詳細には、各ＭＯＳＦＥＴ１８は、第１のトラック２２と電気的に接触したドレインＤを形成し、第１のトラック２２にはんだ付けされた底プレートを備える。

【0043】

電子基板１９の第２の領域２１は、対応する第１のトラック２２と全体的に対面して配置された３つの第２の導電性トラック２３および３つの第３の導電性トラック２４と、バッテリ１７のマイナス端子または接地に接続された第４の導電性トラック２５とがそれぞれ形成された上面を備える。第４のトラック２５は、以下にさらに詳細に記載するように、第２の領域のほとんどにわたって延伸し、接地面を形成する。各第２のトラック２３は、レジスタまたは「シャント」２６（図６）を介して接地面２５に接続され、電流測定の実行が可能になる。この「シャント」の値は非常に低く、およそ数ミリΩである。

【0044】

プリント回路基板１９は、プリント回路基板１９の各第１の領域２０と第２の領域２１との間にそれぞれ位置する３つのスリット２７を備え、各スリット２７は、プリント回路基板１９の第１および第２の領域２０、２１の間に少なくとも部分的に材料の不連続性を形成し、前記スリット２７は、特に、第１および第２の導電性トラック２２、２３の間に位置または挿入される。

【0045】

このスリット２７は、略Ｕ字状であり（または用途やスリットの位置に応じてＬ字状）であり、基部を備え、この基部から２つのブランチが延伸する。

【0046】

図７にさらに良好に示されているように、各ＭＯＳＦＥＴ１８のドレインＤは、対応する第１のトラック２２および第１のトラック２２にはんだ付けされた末端を有する第１の導体バー２８を介して、対応する加熱モジュール１２のマイナス端子に接続される。

【0047】

ソースＳは、ＭＯＳＦＥＴ１８の第１のピン２９によって形成され、プリント回路基板１９の第２および第４のトラック２３、２５を介して、対応する「シャント」２６を介して、第４のトラック２５にはんだ付けされた末端を有する第２の導体バー３０を介して、バッテリ１７のマイナス端子または接地に接続される。以下、本明細書において、説明を簡略化するために、「シャント」２６の存在は無視する。

【0048】

最後に、ＭＯＳＦＥＴ１８のゲートＧは、ＭＯＳＦＥＴ１８の開閉を制御可能にする制御信号の入力として作用するピン３１によって形成され、前記ピン３１は、プリント回路基板１９の対応する第３のトラック２４にはんだ付けされる。

【0049】

バッテリ１７および加熱モジュール２のプラス端子間の電気リンクは、第３の導体バー３２によって与えられる。

【0050】

異なる導体バー２８、３０、３２は、互いに機械的に接続され、合成材料で外側が被覆された取付具３２によって互いに電気的に絶縁され、取付具３２は、前記導体バー２８、３０、３２および取付具３３が一体化された組立体を形成するように支持体として作用する。取付具３３は、プリント回路基板１９に固定される。

【0051】

前述したように、ＭＯＳＦＥＴ１８が開いているとき、対応する抵抗素子１５には電流が流れない。一方で、ＭＯＳＦＥＴ１８が閉じられているとき、抵抗素子１８に電流が流れるため、対応する加熱モジュール１２の温度が上昇する。

【0052】

各ＭＯＳＦＥＴ１８は、周期的に開閉でき、各加熱モジュール１２によって達する温度は、ＭＯＳＦＥＴ１８の開閉のタイミングに応じたものとなる。

【0053】

スリット２７が存在することで、プリント回路基板１９の材料６が劣化により温度が急上昇しうる図３に示す事態を回避することができる。

【0054】

このスリット２７により、ドレインＤ（第１のトラック２２）の電位と、ソースＳ（第２のトラック２３または第４のトラック２５）の電位との間に配置されたレジスタ７のように劣化材料６が作用する事態が防止される。なお、「シャント」２６の影響が無視できるものとすると、第２および第４のトラック２３、２５の電位は実質的に同一である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】