JP2014057066A - 電力素子とｐｃｂとの結合アセンブリー及びその製造方法 - Google Patents

電力素子とｐｃｂとの結合アセンブリー及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電力素子がＰＣＢに固く固定されることができ、かつ電力素子の発熱効率を改善することができる、電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーを提供すること。
【解決手段】本発明の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーは、ＰＣＢと、前記ＰＣＢの上部に結合される電力素子と、前記電力素子の上部に位置する接続部材と、前記電力素子を前記ＰＣＢに固定させる主要固定手段と、前記ＰＣＢの外側に備えられるハウジングと、を備える。本発明によれば、電力素子のＰＣＢの結合力を高めるようになり、電気効率を上げて発熱量を減らすことができるだけでなく、接続部材を介してより速い発熱が可能になり冷却効果を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力素子とＰＣＢ（プリント回路基板）との結合アセンブリーに関し、さらに詳細には、接続部材とＰＣＢとの間に電力素子を位置させ、前記接続部材をＰＣＢ側に加圧して固定させることによって、電力素子がＰＣＢに固く固定できるようにすると同時に、冷却効率及び電気効率を向上させることができる、電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーに関する。
従来の電力変換装置などの電気／電子装置に使用される電力素子は、ボルトやクリップを利用してハウジングの内部に直接固定されたまま、電力素子の脚がプリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）に接続する構造を有するか、ハウジングの内部に直接付着されずにクリップやボルトを利用してＰＣＢに固定される構造を有していた。
図１は、ＰＣＢに電力素子が結合されている従来の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーの一例を示す図である。電力素子１０は、固定用ボルト４０を使用してハウジング３０の内部に付着され、電力素子１０の脚１１は、ハンダ付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）されてＰＣＢ２０に接続される。このような構造によれば、電力素子１０とハウジング３０とが直接的に接触しているために、電力素子１０の発熱及び冷却が有利になる。
しかしながら、電力素子１０の脚１１がハンダ付けによりＰＣＢ２０に結合されるので、組み立てが容易でなく、振動に対して脆弱な可能性があるという短所がある。
図２は、ＰＣＢ６０に電力素子５０が結合されている、従来のさらに他の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーの一例を示す図である。先の従来の結合アセンブリーとは異なり、電力素子５０がＰＣＢ６０の上部に付着されており、固定用ボルト７０とクリップ８０とを使用してＰＣＢ６０の上面に加圧、固定される。
したがって、電力素子５０がより固くＰＣＢ６０に固定されうるという長所を有しているが、電力素子５０がハウジング（図示せず）に直接接触しないので、冷却効率が良くないという短所を有するようになる。
本発明は、上記のような問題を解決するために、電力素子がＰＣＢに固く固定されることができ、かつ電力素子の発熱効率を改善することができる、電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーを提供することを目的とする。
また、電流が通じる通路の面積を広くして、電力素子の電気効率を改善することによって、発熱量自体を低くすることができる、電力素子のＰＣＢの結合アセンブリーを提供することを目的とする。
本発明の一実施形態による電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーは、ＰＣＢと、前記ＰＣＢ上の回路パターンと電気的に接続する複数の脚を有する電力素子と、前記電力素子の上部に位置し通電可能な素材を含んでなる接続部材と、前記電力素子を前記ＰＣＢに固定させる主要固定手段と、前記ＰＣＢの外側に備えられるハウジングとを備え、前記接続部材は、前記電力素子の上部に接触する平板部と、前記平板部の一端から下方に向けて延びる翼部とを備え、前記翼部の端部が前記電力素子の脚に通電可能に接触する。
前記翼部は、少なくとも一つ以上が備えられ、一つの翼部に複数の脚に通電可能に接触することができる。
前記翼部の上下延長角度は、前記電力素子の脚の上下延長角度より垂直に近くできる。
前記平板部は、前記電力素子の上面と面接続することができる。
前記ＰＣＢには、接地部が備えられ、前記接続部材は、前記接地部まで延ばしうる。
本発明の一実施形態による電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーは、前記接続部材と前記接地部とを加圧して固定する補助固定手段をさらに備えることができる。
本発明の一実施形態による電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーの製造方法は、ＰＣＢに電力素子をハンダ付けして結合するステップと、前記電力素子の上部に接続部材を位置させるステップと、接続部材が上部に位置したＰＣＢをハウジングの内側に位置させるステップと、主要固定手段を利用して前記接続部材と、前記ＰＣＢと、前記ハウジングとを結合するステップとを含む。
また、前記電力素子の上部に接続部材を位置させるステップと前記接続部材が上部に位置したＰＣＢをハウジングの内側に位置させるステップとの間に、補助固定手段を利用して接続部材と接地部とを結合させるステップをさらに含み、前記補助固定手段は、ハンダ付けと固定ボルトのうちの何れかを一つ以上とすることができる。
本発明によれば、接続部材が電力素子を加圧しＰＣＢに結合されることによって、電力素子をＰＣＢに固く固定させうるようになり、同時に電力素子から発生する熱が接続部材を介して発熱されることによって、発熱効率が高まるようになる。
また、接続部材が複数の電力素子の脚と接続されて電流を通過させることによって、電流が通じる通路の面積が広くなって抵抗が少なくなり、それにより電力素子の発熱量が減る。したがって、電気効率が高まる。
また、接続部材がＰＣＢの接地部（ｇｒｏｕｎｄ）まで直接延びて接続されることによって、接地効果を高めうる。
従来の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーの一例を示す図である。 従来の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーの他の例を示す図である。 本発明の一実施形態による、電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態による電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーを概略的に示す断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明による、電力素子とＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）との結合アセンブリーの一実施形態を詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施形態による、電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーを概略的に示す斜視図で、図４は、本発明の一実施形態による、電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーを概略的に示す断面図である。
図３及び図４を介して説明する本実施形態は、電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーが電力変換装置に採用された例を説明しているが、本発明による結合アセンブリーは、電力変換装置以外の他の電気／電子装置にも採用することができる。
図３に示すように、本実施形態による電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーは、ＰＣＢ（プリント回路基板）３００と、前記ＰＣＢ３００の上部に結合された電力素子１００と、前記電力素子１００の上部に位置し、前記電力素子１００をＰＣＢ３００側に加圧するように固定される接続部材２００とを備える。ここで、接続部材２００は、通常バスバーとも呼ばれるものであって、通電可能な素材、例えば銅などからなる。
ここで、前記電力素子１００は、ＰＣＢ３００の上部に配置され、複数の脚１１０を具備する。前記脚１１０は、通電可能な素材からなり、上下方向に傾斜するように延びる。前記脚１１０は、外側端部がＰＣＢ３００に印刷された回路パターンにハンダ付けされて電気的に接続される。
本実施形態に備えられる接続部材２００は、略長方形の平面を有する板状の平板部２１０と、前記平板部２１０の何れか一つの長辺から下方に向けて延びる翼部２２０とを備える。
前記平板部２１０は、前記電力素子１００が上面と接触しながら、面接触を介して電力素子１００から発生する熱をさらに効果的に除去できる。
このとき、前記翼部２２０は、上下方向に傾斜し延び、前記翼部２２０の傾斜角度は、前記電力素子１００の脚１１０の上下方向の傾斜角度に比べて、より垂直に近い。したがって、接続部材２００が前記電力素子１００の上方からＰＣＢ３００の方へ加圧されると、前記翼部２２０が前記電力素子の脚１１０を加圧し接触し、この接触状態が安定して維持されるようになる。
前記翼部２２０は、複数備えることができる。本実施形態では、４個の翼部２２０を備えた形態を例に挙げて説明したが、翼部２２０の個数は、必要によって選択可能である。
前記翼部２２０は、複数の脚１１０に同時接続できる幅を有して延び、本実施形態では、同一方向に電流を流す４個の脚１１０に同時に接触できる程度の幅を有する。このような構造によって、電流が流れることができる通路の面積が大きくなり、電気効率が高まり、電力素子の発熱量も減る。
一方、ＰＣＢ３００には、接地部５００が備えられ、接続部材２００の平板部２１０は、接地部５００まで延びて、接地部５００と接触する。したがって、接地効果を高めることができる。
一方、前記接続部材２００は、図３及び図４に示すように、主要固定手段４１０を利用して、ＰＣＢ３００側に加圧され、ハウジング６００に結合される。
図４は、図３の接続部材２００及び電力素子１００が結合されたＰＣＢ３００がハウジング６００の内側に結合された形態を示す断面図である。前記ハウジング６００は、下方に延びられる複数のピンを具備している。
このとき、前記主要固定手段４１０には、図３及び図４に示すようなボルトを使用することができる。
前記ボルトは、前記接続部材２００の平板部２１０と、ＰＣＢ３００とを貫通して、その端部がハウジング６００に位置するように締結されることによって、電力素子１００をＰＣＢ３００側に加圧して、電力素子１００がＰＣＢ３００に固く固定されるようにする。
一方、前記接続部材２００の平板部２１０のうち、接地部５００と接する部分には、補助固定手段４２０が備えられ、前記補助固定手段４２０には、前記主要固定手段４１０と同様にボルトを使用することができる。
前記補助固定手段４２０は、接続部材２００の平板部２１０を接地部５００側に加圧して締結され、前記接続部材２００と前記平板部２１０とが常時接触状態を固く維持できるようにする。
以下、前記のような構成を有する電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリー結合過程を簡単に説明する。
まず、ＰＣＢ３００に電力素子１００をハンダ付けして接続する。
その次に、接続部材２００を電力素子１００及び接地部５００の上部に載置する。このとき、前記接続部材２００の平板部２１０と接地部５００とを補助固定手段により固定することができる。このとき、補助固定手段４２０には、ハンダ付けが使用されても良く、図３及び図４に示すように、ボルトが使用されても良い。また、ハンダ付けとボルトの両方が使用されても良い。
次に、組み立てられるＰＣＢ３００をピンが備えられたハウジング６００の内部に位置させる。
その次に、主要固定手段４１０であるボルトを利用して、接続部材２００とハウジング６００とを結合させる。
一方、補助固定手段４２０による接続部材２００と接地部５００との結合は、ＰＣＢ３００がハウジング６００に結合された以後になされることもできる。
前記のような結合構造及び結合方法によれば、電力素子１００のＰＣＢ３００の結合力を高めるようになり、電気効率が改善して発熱量を減らすことができるだけでなく、接続部材２００を介してより速い発熱が可能になり、冷却効果を向上できるようになる。
また、電力素子１００とＰＣＢ３００との間の接地効果を増大させるようになる。
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、本発明の属する技術分野における通常の知識を有した者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明に開示される実施形態は、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、このような実施形態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なければならなく、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と解釈されねばならない。
１００ 電力素子
１１０ 脚
２００ 接続部材
２１０ 平板部
２２０ 翼部
３００ ＰＣＢ
４１０ 主要固定手段
４２０ 補助固定手段
５００ 接地部
６００ ハウジング

Claims (8)

  1. プリント回路基板（ＰＣＢ）と、
    前記ＰＣＢ上の回路パターンと電気的に接続する複数の脚を有する電力素子と、
    前記電力素子の上部に位置し通電可能な素材を含んでなる接続部材と、
    前記電力素子を前記ＰＣＢに固定させる主要固定手段と、
    前記ＰＣＢの外側に備えられるハウジングとを備え、
    前記接続部材は、
    前記電力素子の上部に接触する平板部と、
    前記平板部の一端から下方に向けて延びる翼部とを備え、
    前記翼部の端部が前記電力素子の脚に通電可能に接触する電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリー。
  2. 前記翼部は、少なくとも一つ以上が備えられ、
    一つの翼部に複数の脚に通電可能に接触する、請求項１に記載の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリー。
  3. 前記翼部の上下延長角度は、前記電力素子の脚の上下延長角度より垂直に近い、請求項２に記載の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリー。
  4. 前記平板部は、前記電力素子の上面と面接続する、請求項３に記載の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリー。
  5. 前記ＰＣＢには、接地部が備えられ、
    前記接続部材は、前記接地部まで延びる、請求項４に記載の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリー。
  6. 前記接続部材と前記接地部とを加圧して固定する補助固定手段をさらに備える、請求項５に記載の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリー。
  7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーの製造方法であって、
    ＰＣＢに電力素子をハンダ付けして結合するステップと、
    前記電力素子の上部に接続部材を位置させるステップと、
    前記接続部材が上部に位置したＰＣＢをハウジングの内側に位置させるステップと、
    主要固定手段を利用して前記接続部材と、前記ＰＣＢと、前記ハウジングとを結合するステップと
    を含む電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーの製造方法。
  8. 前記電力素子の上部に接続部材を位置させるステップと前記接続部材が上部に位置したＰＣＢをハウジングの内側に位置させるステップとの間に、
    補助固定手段を利用して接続部材と接地部とを結合させるステップをさらに含み、
    前記補助固定手段は、
    ハンダ付けと固定ボルトの少なくともいずれかを含む、請求項７に記載の電力素子とＰＣＢとの結合アセンブリーの製造方法。
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