特許第6208323号(P6208323)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(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】6208323
(24)【登録日】2017年9月15日
(45)【発行日】2017年10月4日
(54)【発明の名称】電気器具のための制御モジュール
(51)【国際特許分類】
   H05K 1/18 20060101AFI20170925BHJP
   H05B 3/00 20060101ALI20170925BHJP
   H05K 1/02 20060101ALI20170925BHJP
   H05K 1/14 20060101ALI20170925BHJP
   H05K 3/36 20060101ALI20170925BHJP
   H05K 3/00 20060101ALI20170925BHJP
【FI】
   H05K1/18 S
   H05B3/00 310A
   H05K1/02 G
   H05K1/02 Q
   H05K1/14 D
   H05K1/14 F
   H05K3/36 A
   H05K3/00 X
【請求項の数】8
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2016-504589(P2016-504589)
(86)(22)【出願日】2014年3月20日
(65)【公表番号】特表2016-515760(P2016-515760A)
(43)【公表日】2016年5月30日
(86)【国際出願番号】EP2014055654
(87)【国際公開番号】WO2014154567
(87)【国際公開日】20141002
【審査請求日】2015年10月30日
(31)【優先権主張番号】1352728
(32)【優先日】2013年3月26日
(33)【優先権主張国】FR
【前置審査】
(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】100091982
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082991
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 泰和
(74)【代理人】
【識別番号】100105153
【弁理士】
【氏名又は名称】朝倉 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(74)【代理人】
【識別番号】100130719
【弁理士】
【氏名又は名称】村越 卓
(72)【発明者】
【氏名】ステファヌ、ド、スーザ
【審査官】 ゆずりは 広行
(56)【参考文献】
【文献】 特開2000−269667(JP,A)
【文献】 国際公開第2011/076816(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05K 1/00−1/02
H05K 1/14
H05K 1/18
H05K 3/00
H05K 3/36
H05B 3/00
B60H 1/00−3/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気電子部品(12)が実装されるプリント回路基板(11)と、少なくとも1つのパワーエレクトロニクス部品(10)とを備える電気器具(3)のための制御モジュール(4)であって、前記パワーエレクトロニクス部品(10)は、前記プリント回路基板(11)からは分離しており、前記プリント回路基板(11)に固定されて前記パワーエレクトロニクス部品(10)の端子(S、D、G)のうちの1つ(D)に接続される少なくとも1つの電気的接続部材(18a、18b、18c)を使用して前記プリント回路基板に対して保持され、
前記パワーエレクトロニクス部品(10)は、実質的に前記プリント回路基板(11)の平面内で延在する基板(14)上に実装され、前記プリント回路基板がスリット(15)により前記基板(14)から離間され
前記スリット(15)は、U形状を成し、その端部が前記プリント回路基板(11)の外周縁(16)上に現れることを特徴とする制御モジュール(4)。
【請求項2】
前記パワーエレクトロニクス部品がパワートランジスタ(10)であることを特徴とする請求項1に記載の制御モジュール(4)。
【請求項3】
第1の電気的接続部材(18a、18b、18c)が前記パワーエレクトロニクス部品(10)の第1の端子(D)に電気的に接続され、第2の電気的接続部材(19)が前記パワーエレクトロニクス部品(10)の第2の端子(S)に電気的に接続され、2つの前記接続部材(18a、18b、18c、19)が電気的に絶縁する取付具(21)を介して互いに機械的に接続され、前記取付具(21)が前記プリント回路基板(11)に固定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の制御モジュール(4)。
【請求項4】
請求項1からのいずれか一項に記載の制御モジュール(4)と、少なくとも1つの加熱モジュール(3)とを備え、前記加熱モジュール(3)は、バッテリ(9)の第1の端子に電気的に接続される第1の端子と、第1の電気的接続部材(18a、18b、18c)を介して前記パワーエレクトロニクス部品(10)の第1の端子(D)に電気的に接続される第2の端子とを含み、前記バッテリ(9)の第2の端子が第2の電気的接続部材(19)を介して前記パワーエレクトロニクス部品(10)の第2の端子(S)に電気的に接続される、特に自動車両用の、加熱装置。
【請求項5】
前記加熱モジュール(3)の前記第1の端子は、第3の電気的接続部材(20)を介して前記バッテリ(9)の第1の端子に電気的に接続され、3つの前記接続部材(18a、18b、18c、19、20)は、前記プリント回路基板(11)に固定される電気的に絶縁する取付具(21)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に記載の加熱装置。
【請求項6】
請求項1からのいずれか一項に記載の制御モジュール(4)を製造するための方法であって、
− 少なくとも1つのパワーエレクトロニクス部品(10)を含む電気電子部品(10、12)の組を、少なくとも1つの材料ブリッジ(24)を介してパネル(23)に接続された少なくとも1つのプリント回路基板(11)上に実装するステップと、
− 少なくとも1つの接続部材(18a、18b、18c)を前記パワーエレクトロニクス部品(10)の端子(S)に電気的に接続し、前記接続部材(18a、18b、18c)を前記プリント回路基板(11)上に固定的に取り付けるステップと、
− 前記パワーエレクトロニクス部品(10)を支持する部分(14)を前記プリント回路基板(11)の残りの部分から分離するように前記プリント回路基板(11)を機械加工し、前記パワーエレクトロニクス部品(10)が前記電気的接続部材(18a、18b、18c)によって保持され、前記材料ブリッジ(24)を機械加工することによって前記プリント回路基板(11)を前記パネル(23)の残りの部分から分離するステップと、
を備える方法。
【請求項7】
前記電子部品(10、12)の実装前に、前記パネル(23)は、前記プリント回路基板(11)と前記材料ブリッジ(24)とを画定するスリットと、前記プリント回路基板(11)の残りの部分から絶縁されるように前記パワーエレクトロニクス部品(10)を部分的に取り囲む少なくとも1つのスリット(15)とを備えることを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項8】
前記パネル(23)が複数の別個のプリント回路基板(11)を備え、前記プリント回路基板の各々が少なくとも1つの材料ブリッジ(24)により前記パネル(23)に接続されることを特徴とする請求項または請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気器具のための制御モジュール、および、そのような制御モジュールを備える、特に自動車両用の、加熱装置、並びに、そのようなモジュールを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本発明は、特に増設電気加熱装置の技術分野に適用される。そのような加熱装置は、特に、エンジンが車両内部への熱気の供給を確保するのに十分熱くないときに、自動車両の始動の最初の数分で用いられる。この暖機運転時間は、例えば、ディーゼル型エンジンにおいては15〜20分である。
【0003】
そのような増設加熱装置は、一般に、加熱されるべき空気流が通過するように配置される平行な加熱モジュールが取り付けられる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、これらの電極間には、正の温度係数タイプの抵抗素子が配置される。加熱されるべき空気流との交換の表面積を増大させるために、電極には2つの対向するヒートシンクが固定される。ヒートシンクは、例えば、襞のある或いは波形の金属ストリップから形成される。
【0005】
したがって、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、MOSFETとも呼ばれる金属酸化膜ゲートを有する電界効果トランジスタ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に電気的に接続されたマイナス端子とを備える。
【0006】
特に、各MOSFETは、“ドライバ”とも呼ばれる制御モジュールのプリント回路基板上に半田付けされる。制御モジュールは、支持フレームに固定されるケーシング内に取り付けられる。
【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アース端子に接続されソースと呼ばれる第2の端子と、MOSFETの開閉を制御できるようにする制御信号のための入力としての機能を果たすゲートと呼ばれる第3の端子とを備える。
【0008】
異なる電気的接続は、特に、プリント回路基板に固定される電気的に絶縁する取付具により共に機械的に接続される導体バーによって付与されうる。
【0009】
そのような加熱装置は、特に、本出願人の名の下の特許文献1から知られている。
【0010】
MOSFETが開であるとき、電流は対応する抵抗素子を流れない。逆に、MOSFETが閉じられると、電極およびヒートシンクの加熱を行うように電流が抵抗素子に流れる。
【0011】
MOSFETが閉じられると、すなわち、MOSFETがON状態にあると、MOSFETはかなりの抵抗Rdsonを有する。MOSFETおよび抵抗素子に入る電流は比較的大きいため、通常の動作では、かなりの量の熱(2〜3ワット)がMOSFETによって放散される。
【0012】
また、MOSFETが破損され、その結果、MOSFETが短絡状態になるという非常に低い危険もある。この場合、放熱量は、大きく、例えば20〜30ワット程度である。
【0013】
いずれの場合にも、各MOSFETによりこのように生成される熱がプリント回路基板の他の電子部品を破損させないようにすることが賢明である。
【0014】
そのため、MOSFETを加熱モジュールのマイナス端子に接続する導体バーの一部を空気流中に配置して、MOSFETにより放散される熱の一部がこの空気流によって放出されるようにすることが既知のやり方である。
【0015】
また、プリント回路基板の他の電子部品へ向かう熱の伝導を制限するようにMOSFETを部分的に取り囲む概ねU形状のスリットを設けることも既知のやり方である。しかしながら、これらのスリットは、これらの伝導現象を十分には減少させず、そのため、特に高出力加熱モジュールに給電しようとするとき、あるいは、MOSFETの少なくとも1つが破損されるときに、周囲の電子部品の劣化の危険が依然として残る。実際に、熱は、MOSFETを支持するプリント回路基板の部分とプリント回路基板の残りの部分との間に位置される材料のブリッジを介して依然として伝導され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【特許文献1】FR 2 954 606
【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、この課題に対する簡単で効果的な経済的解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0018】
このため、本発明は、電気電子部品が実装されるプリント回路基板と、少なくとも1つのパワーエレクトロニクス部品とを備える電気器具のための制御モジュールであって、パワーエレクトロニクス部品が、プリント回路基板からは分離しており、プリント回路基板に固定されてパワーエレクトロニクス部品の端子のうちの1つに接続される少なくとも1つの電気的接続部材を使用してプリント回路基板に対して保持されることを特徴とする制御モジュールを提案する。
【0019】
パワーエレクトロニクス部品がプリント回路基板から分離され或いは遠く離れていれば、他の電子部品への伝導による熱の任意の伝達が回避される。その結果、これらの電子部品の劣化の任意の危険が回避される。また、パワーエレクトロニクス部品が電気的接続部材を介してプリント回路基板に機械的に取り付けられるという事実は、例えばケーシングの内側で容易に取り扱うことができて実装できる一体型のアセンブリを形成できるようにする。
【0020】
本発明の特徴によれば、パワーエレクトロニクス部品は、パワートランジスタ、例えば金属酸化物ゲートを有する電界効果トランジスタである。
【0021】
そのようなトランジスタは、一般に高電流が通過し、したがって、ON状態で特にその抵抗の関数である熱を発生させる。従来技術と比較すると、本発明は、ON状態Rdsonにおいて一層高い抵抗を有しそれ故にコストがかからないMOSFETタイプのトランジスタ、および/または、非常に高い電流が通過するトランジスタを使用できるようにする。
【0022】
第1の接続部材をパワーエレクトロニクス部品の第1の端子に電気的に接続することができ、第2の接続部材はパワーエレクトロニクス部品の第2の端子に電気的に接続され、2つの接続部材は、電気的に絶縁する取付具を介して互いに機械的に接続され、前記支持取付具はプリント回路基板に固定される。
【0023】
また、パワーエレクトロニクス部品は、実質的にプリント回路基板の平面内で延在する基板上に実装することができ、プリント回路基板は、スリットによって前記基板から離間される。
【0024】
この場合、前記スリットは、U形状を成し、その端部がプリント回路基板の外周縁上に現れる。
【0025】
そのようなスリットは、機械加工によって、特にフライス加工によって容易に形成され得る。
【0026】
また、本発明は、前述したタイプの制御モジュールと、少なくとも1つの加熱モジュールとを備え、加熱モジュールが、バッテリの第1の端子に電気的に接続される第1の端子と、第1の電気的接続部材を介してパワーエレクトロニクス部品の第1の端子に電気的に接続される第2の端子とを備え、バッテリの第2の端子が第2の電気的接続部材を介してパワーエレクトロニクス部品の第2の端子に電気的に接続される、特に自動車両用の、加熱装置にも関連する。
【0027】
加熱モジュールの第1の端子は、第3の電気的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可能であり、3つの接続部材は、プリント回路基板に固定される電気的に絶縁する取付具を介して互いに機械的に接続される。
【0028】
接続部材は例えば導体バーである。
【0029】
本発明は、最終的に、前述したタイプの制御モジュールを製造するための方法であって、
− 少なくとも1つのパワーエレクトロニクス部品を含む電子部品の組を、少なくとも1つの材料ブリッジを介してパネルに接続された少なくとも1つのプリント回路基板上に実装するステップと、
− 少なくとも1つの接続部材をパワーエレクトロニクス部品の端子に電気的に接続し、前記接続部材をプリント回路基板上に取り付け固定するステップと、
− 前記パワーエレクトロニクス部品を支持する部分をプリント回路基板の残りの部分から分離させるようにプリント回路基板を機械加工し、パワーエレクトロニクス部品が電気的接続部材によって保持され、材料ブリッジを機械加工することによってプリント回路基板をパネルの残りの部分から分離するステップと、
を備える方法に関する。
【0030】
従来技術と比べると、本発明に係る方法は、パワーエレクトロニクス部品を支持する部分をプリント回路基板の残りの部分から完全に分離させるようにプリント回路基板を機械加工することを提案する。この機械加工は、プリント回路基板をパネルの残りの部分から分離するために材料ブリッジの機械加工と同時に行うことができる。
【0031】
電子部品の実装前に、パネルは、プリント回路基板と材料ブリッジとを画定するスリットと、電子基板の残りの部分から絶縁されるようにパワーエレクトロニクス部品を部分的に取り囲む少なくとも1つのスリットとを備えることができる。
【0032】
この場合、パワーエレクトロニクス部品を部分的に取り囲むスリットは、パワーエレクトロニクス部品を支持する部分をプリント回路基板の残りの部分から完全に分離させるように機械加工によって引き延ばされ得る。
【0033】
また、パネルは複数の別個のプリント回路基板を備えることができ、各プリント回路基板は、少なくとも1つの材料ブリッジによってパネルに接続される。
【0034】
添付図面を参照して非限定的な一例として与えられる以下の説明を読むと、本発明をより良く理解できるとともに、本発明の他の詳細、特徴、および、利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
図1】本発明に係る加熱装置の正面図である。
図2図1の加熱装置に属する本発明に係る制御モジュールの前から見た斜視図である。
図3図2の制御モジュールの一部の後部から見た斜視図である。
図4図2および図3の制御モジュールの一部の横断面概略図である。
図5】前述の制御モジュールの平面図である。
図6】本発明に係る制御モジュールに属するMOSFETの基板およびプリント回路基板の平面図である。
図7】加熱装置の電気配線の概略図である。
図8】プリント回路基板を製造するために使用されるパネルの平面図である。
図9図8のパネルの一部の図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
図1は、自動車両に設けるようになっている本発明に係る増設電気加熱装置1を表わす。そのような加熱装置1は、特に、エンジンが車両内部への熱気の供給を確保するのには十分熱くないときに、自動車両の使用の最初の数分で用いられる。
【0037】
この装置1は平行六面体支持フレーム2を備え、該支持フレーム2上には、加熱されるべき空気流が通過されるように配置される平行な加熱モジュール3が取り付けられる。加熱モジュール3は、支持フレーム2に固定されるケーシング5内に取り付けられる制御モジュール4(図2および図5)すなわちドライバを使用して制御される。
【0038】
各加熱モジュール3は、図7に+および−の符号が付される2つの電極または端子を備え、これらの2つの間には、正の温度係数(PTC)タイプの抵抗素子6(図7)が配置される。加熱されるべき空気流との交換の表面積を増大させるように、電極には2つの対向するヒートシンク8が固定される。ヒートシンク8は、例えば、襞のある或いは波形の金属ストリップから形成される。
【0039】
したがって、各加熱モジュール3は、バッテリ9のプラス端子に電気的に接続されたプラス端子と、MOSFETとも呼ばれる金属酸化物ゲートを有する電界効果トランジスタ10などのパワートランジスタを介してバッテリ9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。
【0040】
制御モジュール4はプリント回路基板11を備え、プリント回路基板11上には異なる電気電子部品12が半田付けされあるいは実装され、また、プリント回路基板11は、MOSFETが半田付けされる基板14を収容できるようにする長方形または正方形の切り欠き13を備える。各基板14は、切り欠き13の形状に対応する形状を有する。各基板14の縁部は、プリント回路基板11から1〜2mmの距離dだけ離間される。プリント回路基板11と各基板14の縁部との間で延在するスリット15は、概ねU形状を成すとともに、プリント回路基板の外周縁16で現れる2つの脚を備える。各基板14は、プリント回路基板11の平面内で延在するとともに、前記プリント回路基板11の厚さに実質的に等しい厚さを有する。図7においてより良く分かるように、各MOSFET10は、MOSFETのベースを形成するとともに対応する加熱モジュール3のマイナス端子に接続されるドレインDと呼ばれる第1の端子と、バッテリ9のマイナス端子またはアース端子に接続されるソースSと呼ばれる第2の端子と、MOSFET10の開閉を制御できるようにする制御信号のための入力としての機能を果たすゲートGと呼ばれる第3の端子とを備える。
【0041】
各基板14は、MOSFET10のベースすなわちドレインDと、後述する導体バー18a、18b、18cの末端とをその上に半田付けできるようにする導電材料、例えば銅、の少なくとも1つのトラックを備える。
【0042】
各MOSFET10は小さい断面の2つのタブを更に備え、これらのタブのうちの一方がソースSに接続され、他方がゲートGに接続される。前記タブS、Gはプリント回路基板11上に半田付けされる(図5)。特に、ゲートに接続されるタブGは、MOSFET10の開閉を制御するようになっているセットポイント信号を受けることができるようにし、また、タブSは、以下で更に良く説明される導体バー19を介してバッテリ9のマイナス端子に接続される。
【0043】
MOSFET10、加熱モジュール3、および、バッテリ9の間の電気的な接続は導体バーによってもたらされる。
【0044】
特に、3つの導体バー18a、18b、18cはそれぞれ、各加熱モジュール3のマイナス端子を対応するMOSFET10のドレインDに接続する。他の導体バー19は、MOSFETの全てのソースSをバッテリ9のマイナス端子またはアース端子に接続する。最後の導体バー20は、バッテリ9のプラス端子を異なる加熱モジュール3のプラス端子に接続する。
【0045】
異なる導体バー18a、18b、18c、19、20は、合成材料を用いてオーバーモールドされて支持体としての役目を果たす取付具21によって、互いに機械的に接続されるとともに互いから電気的に絶縁され、それにより、前記導体バー18a、18b、18c、19、20および取付具21が一体のアセンブリを形成する。取付具21はプリント回路基板上の22で固定される(図3)。また、バー19、20は、それらの末端の一部により、プリント回路基板上に固定される(図5参照)。
【0046】
MOSFET10が開であるとき、電流が対応する抵抗素子7を流れない。逆に、MOSFET10が閉じられると、電流は、抵抗素子7に流れ、したがって、対応する加熱モジュール3の温度を上昇させる。
【0047】
各MOSFET10を周期的に開閉することができ、その結果、各加熱モジュール3によって達せられる温度は、MOSFET10の開閉時間の関数である。
【0048】
スリット15による基板14の分離及びプリント回路基板11の分離は、特にMOSFETが破損される場合に(一般的には、ドレインDとソースSとの間の短絡の状態において)、または、MOSFET10が閉じられる場合、すなわち、MOSFETがON状態のときに、熱の任意の伝導を回避できるようにする。
【0049】
したがって、高抵抗Rdsonを有するMOSFET10を使用することができ、これらのMOSFETは、従来技術で使用される低抵抗Rdsonを有するMOSFETよりもコストがかからない。また、高電流がMOSFET10に流れる高出力加熱モジュール3を使用することもできる。
【0050】
本発明に係る制御モジュール4は、以下の方法を実行することによって製造される。
【0051】
この方法は、複数の別個のプリント回路基板11、例えば8個または16個のプリント回路基板を備えるパネル23(図8)を使用し、各プリント回路基板11は、材料ブリッジ24によってパネル23の残りの部分に接続される。
【0052】
図9においてより良く分かるように、各基板は、MOSFETを受け入れるようになっている領域14を取り囲むU形状および/またはL形状のスリット15を含む。各スリット15は、プリント回路基板の隣接する外周縁16と平行なベース25aと、ベース25aに対して直角を成す互いに平行な1つあるいは2つの分岐部25bとを備える。分岐部25bは、プリント回路基板11の外周縁16に現れない。
【0053】
それから、例えば半田付けによってあるいは蝋付けによって、電気部品12がプリント回路基板11の一方及び/又は他方の面に実装される。これらの電気部品は、特に、SMC部品、すなわち、表面実装部品であってもよい。また、MOSFET10もスリット15により画定される領域14内に実装される。
【0054】
それから、異なる導体バー18a、18b、18c、19、20と取付具21とによって形成されるアセンブリが、プリント回路基板11上に取り付けられる。
【0055】
それから、各プリント回路基板11をパネル23の残りの部分から取り外すように、様々な材料ブリッジ24がフライス加工によって除去される。この工程中、機械加工、例えばフライス加工、によって、スリット15の分岐部25bも引き延ばされ、それにより、前記分岐部25bがプリント回路基板11の隣接する外周縁16上に現れる。
【0056】
それから、プリント回路基板11と、導体バー18a、18b、18c、19、20および取付具21によってプリント回路基板に接続されるプリント回路基板11とは別個の基板14上に実装されるMOSFET10とを備える前述した制御モジュール4が得られる。
【0057】
そのような方法は、実施が容易であるとともに、既知の技術に対し、実施が容易である適合を必要とする。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9