JP2016501449A

JP2016501449A - 電力モジュール

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Publication number: JP2016501449A
Application number: JP2015546863A
Authority: JP
Inventors: デルマルク、マルティン
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2016-01-18
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: JP6228989B2; US20150313019A1; RU2015127831A; EP2932807A1; WO2014090284A1; US9743520B2

Abstract

入力電圧を受け取り、出力電圧を伝達するように構成される電力モジュール（１００）であって、第１及び第２の主表面（１１１，１０９）を伴う支持レイヤ（１１０）と、主表面を囲む縁部（１２２）と、を含む。電力モジュール（１００）は、支持レイヤ（１１０）上の又は支持レイヤ（１１０）内の少なくとも１つのコンポーネント（１１２，１１３，１１４，１１５）をも含み、当該少なくとも１つのコンポーネントは、主表面のうちの１つから第１の垂直距離（ｄ１）だけ突出する。電力モジュール（１００）は、外部のコンポーネント（１０）へ電力モジュール（１００）を取り付けるためのコネクタ（１１６〜１１９；１２０〜１２３）を追加的に含む。電力モジュールが外部のコンポーネント（１０）に取り付けられる場合に、外部のコンポーネント（１０）から予め定義される距離（ｄ４，ｄ５）に少なくとも１つのコンポーネントがあるように、１つ以上のコネクタ（１１６〜１１９；１２０〜１２３）は、主表面（１１１，１０９）のうちの１つから垂直方向に前記縁部（１２２）から第２の距離（ｄ２）だけ突出する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力モジュールを開示する。

電力モジュールは、電子アプリケーションの大規模な配列において使用され、規制された電力（電圧／電流）フィードを電力モジュールの外部の又は内部のユーザに供給する目的で使用される。規制された電力フィードは、電力モジュールへの入力電力フィードを用いて電力モジュールにより生成され、電力モジュールは、入力電力フィードを１つ以上の規制された出力電力フィードへと変換するように構成され、そして、それは上記ユーザへと供給される。

電力モジュールへの入力電力フィードの場合も通常そうであるように、規制された電力フィードは通常ＤＣフィードであり、その場合、電力モジュールはＤＣ／ＤＣ電力モジュールである。一方、電力モジュールは、ＡＣ／ＡＣ電力モジュール、又はＤＣ／ＡＣ電力モジュールでもＡＣ／ＤＣ電力モジュールでもあり得る。

電力モジュールは、例えば、ＰＣＢか何かのような支持基板を通常備え、当該支持基板上に構成される１つ以上のコンポーネントを伴う。上述の通り、電力モジュールは、大量のアプリケーションにおいて使用され、かつある体積を占め、それによって設計全体の高さ及び／又は幅を増加させる。これは望ましいことではないため、そのような電力コンポーネントは、その代わりに、設計においてそういうものとして、即ち、他の目的にも使用されるＰＣＢ上に、統合されることがしばしばある。そのような解決策は、それぞれの特定の設計又はアプリケーションについてその際“テイラーメイド”であり、設計及び検証などのリソースに関してそれは当然効率的ではない。

本発明の目的は、上述した不利益のうち少なくともいくつかを未然に防止し、かつ改良された電力モジュールを提供することである。

この目的は、入力電圧を受け取り、１つ以上の規制された出力電圧を伝達するように構成される電力モジュールにより得られる。当該電力モジュールは、反対方向を向く第１及び第２の主表面を伴う支持レイヤを含み、かつ当該主表面を囲む縁部をも含む。

電力モジュールは、支持レイヤ上に又は支持レイヤ内に構成される少なくとも１つのコンポーネントをも含む。当該少なくとも１つのコンポーネントは、主表面のうちの１つから垂直方向に第１の距離だけ突出し、電力モジュールは、電力モジュールの外部のコンポーネントへ電力モジュールを取り付けるために構成される１つ以上のコネクタを追加的に含む。電力モジュールが電力モジュールの外部のコンポーネントに取り付けられる場合に、電力モジュールの外部のコンポーネントから予め定義される距離に上記少なくとも１つのコンポーネントが構成されることになるように、上記１つ以上のコネクタは、主表面のうちの１つから垂直方向に縁部から第２の距離だけ突出するように構成される。

本文中において与えられる詳細な説明からより明白となるように、サイズによる理由に起因して類似のコンポーネントを伴う電力モジュールを使用することができなかったスペースにおいて、上記電力モジュールを１つ以上のコネクタの手段によって構成することができる。これは、電力モジュールの支持レイヤから垂直ないずれかの方向における電力モジュールの利用可能なスペースの量に依存して、コネクタ用の複数の標準サイズを１つの及び同種の電力モジュールと共に使用することができるという事実に起因する。

電力モジュールの実施形態において、１つ以上のコネクタは、導電性であり、電力モジュールの導電面に接続される第１の部分、第１の部分に取り付けられる中間的な第２の部分、及び第２の部分に取り付けられる第３の部分を含み、当該第３の部分は、電力モジュールの外部のコンポーネントに取り付けるための取り付け面を含む。

電力モジュールの実施形態において、少なくとも１つのコンポーネントはまた、主表面のうちの１つから第３の距離だけ突出し、当該第３の距離は、第１の距離の反対方向である。

電力モジュールの実施形態において、１つ以上のコネクタは、電力モジュールに取り付けられているベアラ（bearer）に取り付けられる。電力モジュールのいくつかのそのような実施形態において、ベアラは、電力モジュール上の予め定義される位置にベアラを案内するための１つ以上の第１のガイド手段を含み、電力モジュールは、第１のガイド手段を受け入れるための、対応する第２のガイド手段を含む。

本発明は、添付された図面を参照して、以下においてより詳細に説明される。

電力モジュールの第１の実施形態を示す。図１の実施形態からのコンポーネントを示す。図１の実施形態からのコンポーネントを示す。図１の実施形態からのコンポーネントを示す。電力モジュールの外部のコンポーネントに取り付けられている、図１の電力モジュールを示す。電力モジュールの外部のコンポーネントに取り付けられている、図１の電力モジュールを示す。電力モジュールの外部のコンポーネントに取り付けられる電力モジュールの側面図を示す。

本発明の実施形態は、本発明の実施形態が示される添付図面を参照して、より十分に以下に説明される。しかしながら、発明は、多くの異なる形式で具現化されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されるものとして構築されるべきではない。図面中の同様の数字は、全体を通して同様の要素を参照する。

ここで用いられる用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、本発明を限定することを意図するものではない。

図１は、電力モジュール１００の一実施形態を示す。電力モジュール１００は、例えばキャパシタ及び／又はインダクタといった、複数のコンポーネント１１２、１１３、１１４、１１５を含む。コンポーネント１１２、１１３、１１４、１１５は、好適にはいわゆる電力コンポーネントと呼ばれ、即ち、同種の他のコンポーネントよりも高い電力レベルに耐えるように設計されているコンポーネントである。

電力モジュール１００は、入力ポート（不図示）において入力電圧を受け取り、出力ポート（不図示）において入力電圧を１つ以上の規制された出力電圧に変換するためにコンポーネント１１２〜１１５を使用するように構成される。入力電圧及び出力電圧は、ＡＣ又はＤＣのいずれかであることができ、それにより、電力モジュールは、次の種類の電力モジュール：ＡＣ／ＡＣ、ＡＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＡＣのうちの１つ以上であることができる。

図１に示すように、電力モジュール１００は、例えばＰＣＢなどの支持レイヤ１１０をも含み、支持レイヤ１１０は、反対方向を向く２つの主表面１１１、１０９を有する。図１に示す例では、コンポーネント１１２〜１１６の全てがＰＣＢ１１０内に、即ち、ＰＣＢ１１０の主表面１１１、１０９の双方から突出するように構成される。図１において、主表面１１１からのコンポーネントの突出の長さは、ｄ_１と示される。図１に示す全てのコンポーネントは均等な量で突出しているように示されているが、当然ながら、コンポーネントは様々な量で突出し得る。

当然ながら、電力モジュール上のコンポーネントの数は、４つより多くてもよく、又は少なくてもよい。コンポーネントのうち１つ以上は、ＰＣＢ１１０上に、即ち、問題のコンポーネントのみがＰＣＢ１１０の主表面１０９、１１１のうちの１つだけから突出するように構成され得る。さらに、コンポーネントは、主表面に対し垂直な方向に突出するように示されているが、当然ながら、主表面のうちの１つを基準として傾斜した角度で構成されるコンポーネントを想定することも可能である。一方、そのようなコンポーネントについてであっても、突出の垂直距離は当然ながら見出される。図１では、突出の一方向が、ｄ_１と示される延長線で示される。

主表面１０９、１１１は、縁部１２２により囲まれ、縁部１２２は、主表面１０９、１１１の周りに伸びる。図１に示すように、縁部１２２は４つの側辺を含むが、他の形状の電力モジュール１００、即ち、三角形、楕円形、円形等も全くあり得ることから、当然ながらそれは例に過ぎない。

電力モジュール１００は、複数の電気接続面をも含み、例えばそれは、入力電圧及び規制された出力電圧のための入力ポート及び出力ポートとして使用され得る。好適には、接続面は、はんだ面である。図１に示される本実施形態１００では、電気接続面は、主表面１０９、即ち、見る人の“反対側を向く”主表面上に構成され、それにより電気接続面は図１に示されていない。当然ながら、そのような電気接続面はまた、主表面１０９、１１１双方の上に、又は主表面１１１上に構成され得る。

図１は、複数のコネクタ１１６〜１１９及び１２０〜１２３をも示し、ＰＣＢ１００の、互いに反対方向を向く側辺上の縁部１２２に同量のコネクタが構成されている。当然ながら、コネクタの量及びＰＣＢの縁部を囲むコネクタの正確な位置の双方は、変更され得る。そのため、図１に示すコネクタの量及び位置は、ほんの一例として理解されるべきである。

図１に示すように、コネクタ１１６〜１１９及び１２０〜１２３は、主表面のうちの１つ、この場合は主表面１０９、即ち、それが図１から見て“底側”であるために図１に示されない主表面から、垂直距離ｄ_２だけ突出するように構成される。以下で説明されることとなるこれらのコネクタの目的が得られる限り、コネクタが突出する距離は、主表面１１１、１０９のいずれかから測定され得る。

コネクタ１１６〜１１９、１２０〜１２３の機能についての理解を深めるために、ここでコネクタについて図２を参照してより詳細に説明する。図２は、図１からのコネクタ１１６を示す。コネクタは、非導電性又は導電性のいずれかであり得ることが指摘されるべきである。非導電性の場合、コネクタは単に機械的な目的で供され、導電性の場合、コネクタは機械的及び電気的双方の２つの目的で供される。これら双方の場合について、以下説明する。

図２に示すように、コネクタ１１６は、電力モジュールへの取り付けのための第１の部分１３０、及び第１の部分に取り付けられる中間的な第２の部分１３１を含む。さらに、コネクタ１１６は、第２の部分１３１に取り付けられる第３の部分１３２を含む。図２に示すように、第３の部分は、本文中の後で説明される方法で、電力モジュール１００の外部のコンポーネントに取り付けるための取り付け面１３３を含む。好適には、取り付け面１３３は、はんだ面である。コネクタを導電性にすることが望ましい場合、その３つの部分の全てが、導電性の物質で作られるか又は導電性の物質を含むべきである。さらに、第１の部分１３０は、電力モジュール１００上の前述した電気接続面のうちの１つと一致するように構成されるべきである。そのような一実施形態では、電気接続面が、第３の部分１３２によりアクセスされ得るように、コネクタは、電気接続面の“延長（extension）”となる。

図１及び図２に示す実施形態では、第２の部分１３１は、直線的に伸長する形状を有するが、他の形状もまた可能である。さらに、図２において見られるように、第３の部分１３２は、第２の部分１３１を基準として垂直な角度で構成される。その理由は、本文中の後で明らかとなるであろう。多様な実施形態において、当該角度は、好適には第２の部分を基準として４５°〜１３５°の間である。

実施形態では、生産ラインにおける、いわゆる“ピックアンドプレース”マシンの使用を促進するための例として、１つ以上のコネクタが、共通のベアラ（bearer）に取り付けられることができ、それにより、そのようなベアラを電力モジュールに取り付けることによって、１つ以上のコネクタが電力モジュールに取り付けられる。そのようなベアラ３０１の例が図３ａに示されており、図３ａでは、ベアラ３０１は、例えば、硬化したゴム又はいくつかの他の好適な物質の直線部材として示される。図３ａに示される例では、４つのコネクタ１１６〜１１９は、ベアラ３０１に取り付けられる。当然ながら、４つよりも少ない、又は多いコネクタが１つの及び同一のベアラに接続されてもよく、ベアラは、当然ながら図３ａに示される直線的な形状とは異なる他の形状が付与されてもよい。そのような形状は縁部１２２の形状に適合されてもよく、例えば９０°の角度を含む他の方法で湾曲され又は折り曲げられてもよい。それにより、ベアラは図１に示すＰＣＢ１１０のようなＰＣＢの角に取り付けられる。

図３ｂは、別の角度からベアラ３０１を示す。図３ｂでは、２つのガイドピン３１０、３１１を見ることができ、ガイドピン３１０、３１１は、ベアラ３０１を案内するためにベアラに含まれてもよい。それにより、ＰＣＢ内の対応するガイド手段、例えば、ガイドピン３１０、３１１を受け入れるように構成される穴などによって、コネクタはＰＣＢ１１０上の所望の位置に入る。

ここで、コネクタによって電力モジュール１００が電力モジュール１００の外部のコンポーネント内でどのように構成され得るかに移り、図４ａ及び図４ｂを参照する。図４ａにおいて、電力モジュール１００の外部、即ち、電力モジュール１００内に含まれないコンポーネント１０が示されている。例として、コンポーネント１０は、より大きなＰＣＢとして理解されてもよく、その上には、電力モジュール１００が１つ以上の規制された電圧を供給するコンポーネントが存在する。図４ａに示されるように、外部のコンポーネント１０はまた２つの主表面を有し、即ち、この場合外部のコンポーネント１０は基本的に平坦な形状を有する。

コンポーネント１０には、電力モジュール１００の容積に対応する容積で構成される空洞２０があり、それにより電力モジュールは空洞２０内に受け入れられ得る。図４ａにおいて矢印により示されるように、電力モジュールは、空洞２０内へ下げられるように示される１００である。支持レイヤ１１０は、実施形態において、例えば、１つの角が支持レイヤ１１０の他の角の形状からずれた（deviate）形状を有するといった特別に設計された形状を付与されてもよい。その場合、外部のコンポーネント１０の空洞２０の１つの角は対応する形状を付与され、従って製造中に電力モジュール１００の誤った搭載を防止するための“機械的な固定（mechanical keying）”を生成する。

電力モジュールは、コネクタによって、より詳細にはコネクタの第３の部分１３２によって、コンポーネント１０に取り付けられる。図４ａに示されるコネクタの本実施形態では、第３の部分１３２は、コネクタの第２の部分を基準として９０°の角度で構成され、第３の部分１３２は、第２の部分により空洞２０の外側のコンポーネント１０の表面に“係止する”ことが可能となる。電力モジュール１００がこの位置、即ち、コネクタでコンポーネント１０の上に係止した位置にあると仮定すると、コネクタの第３の部分がはんだ面１３３を含み、それによりコネクタが電力モジュール１００を適当な位置にはんだ付けするために使用され得る場合、コネクタの第３の部分は、追加的な強度でコンポーネント１０に取り付けられ得る。当然ながら、コネクタの第３の部分もまた、真っ直ぐな部分、即ち、第２の部分を基準として０°の角度で構成されてもよく、その上はんだ面を有してもよい。その場合、電力モジュール１００もまた、適当な位置にはんだ付けされ得るが、その際はんだ付けが行われる間適当な位置に固定する必要があることとなる。図４ｂは、電力モジュール１００の外部にあるが、電力モジュール１００がその中に構成されているコンポーネント１０において、適当な位置にある電力モジュール１００を示している。図４ｂを見ると、いくつかの実施形態においてコネクタが導電性で作られている理由を理解することができる：コネクタが導電性であり、前述した電力モジュール上の電気接続面に取り付けられている場合、電力モジュールは、コネクタの第３の部分により電気的にアクセスされる。図４ｂでは、コネクタは、コンポーネント１０内の空洞２０の“縁を超えて”突出するのが見られ得る。当然ながら、コネクタが非導電性で作られている場合、又はコネクタが導電性であってもそれがより便利であると考えられる場合、電力モジュール１００はまた、電力モジュール上の電気接続面でアクセスされてもよい。

電力モジュール１００により得られる利点について、図５に関連して説明する。図５は、図４ｂのように電力モジュールの外部のコンポーネント１０内に構成される電力モジュール１００の側面図を示す。前述したコンポーネントについて、ここで深く説明されることはなく、あるいは、実際に図５の説明中では全く言及されない可能性がある。図５において、ＰＣＢ１１０の主表面１１１及び１０９の双方が見られ、コンポーネント１１２、１１４が主表面１０９から突出する距離ｄ_３に加えて、コンポーネント１１２、１１４が主表面１１１から突出する距離ｄ_１もまた見られる。突出ｄ_３は、コンポーネント１１２、１１４がＰＣＢ１１０“内に”構成されるという事実に起因している。それは、コンポーネント１１２、１１４が主表面１０９、１１１のうちの１つの“上に”構成されているのとは対照的であり、その場合があったとしてもよい。

また、コネクタ１１６〜１１９（明確化のため、図５において１１６及び１１９だけが附番されている）及び、これらのコネクタが主表面のうちの１つ、この場合は主表面１０９から突出する距離ｄ_２が図５に示されている。コネクタ１１６〜１１９の“長さ”ｄ_２に起因して、コンポーネント１１２、１１４は、外部のコンポーネント１０の主表面から距離ｄ_４及びｄ_５だけ突出することが分かる。電力モジュール１００がコネクタ１１６〜１１９を用いることなく外部のコンポーネント１０内に構成されている場合、即ち、電力モジュール１００が、コンポーネント１０と“同一平面にある”ＰＣＢ１１０を伴って構成されている場合、これらの距離ｄ_４及びｄ_５は、コンポーネント１１２、１１４が外部のコンポーネント１０の主表面のうちの１つから突出するであろう距離と対比され得る。その場合、コンポーネント１１２、１１４は、本来一方向に距離ｄ_１だけ突出し、他の方向に距離ｄ_３だけ突出することとなる。

このように、コネクタによって、突出ｄ_１及びｄ_３は突出ｄ_５及びｄ_４にそれぞれ“変換”される。図５において１１及び１２として示される面を考慮すると、このことによる利点が明らかになる：コンポーネント１０のいずれかの側にｄ_５及びｄ_４を有すれば十分である空間内に、その中に電力モジュール１００を伴うコンポーネント１０を構成することがここで可能となる。

このように、図示し上述した電力モジュールの構成により、以前よりも制限された空間に電力モジュールを設置することが可能となり、当然ながらそれは有益である。さらに、様々な“高さ”ｄ_２を有する一連のコネクタが準備され得る。また、電力モジュールのいずれかの方向における高さの制限に応じて、標準化された電力モジュールが多くの様々なアプリケーションにおいて使用されることを可能にするために、好適な“高さ”ｄ_２を有するコネクタを標準化された電力モジュールと共に使用することができる。

図面及び明細書中において、本発明の例示的な実施形態を開示した。しかしながら、本発明の原理から本質的に逸脱することなく、これらの実施形態に対し多くの変形及び修正を行うことが可能である。従って、特定の用語が採用されているとしても、それらは汎用的及び説明的な意味のみで用いられ、限定の目的ではない。

本発明は、上述し及び図面に示した実施形態の例に限定されることはなく、添付の特許請求の範囲内において自由に変更され得る。

Claims

入力電圧を受け取り、１つ以上の規制された出力電圧を伝達するように構成される電力モジュール（１００）であって、前記電力モジュール（１００）は、反対方向を向く第１及び第２の主表面（１１１，１０９）を伴う支持レイヤ（１１０）と、前記主表面を囲む縁部（１２２）と、を含み、前記電力モジュール（１００）は、前記支持レイヤ（１１０）上に又は前記支持レイヤ（１１０）内に構成される少なくとも１つのコンポーネント（１１２，１１３，１１４，１１５）をも含み、当該少なくとも１つのコンポーネントは、前記主表面のうちの１つから垂直方向に第１の距離（ｄ_１）だけ突出し、前記電力モジュール（１００）は、前記電力モジュールの外部のコンポーネント（１０）へ前記電力モジュール（１００）を取り付けるために構成される１つ以上のコネクタ（１１６〜１１９；１２０〜１２３）を追加的に含み、前記電力モジュールが前記電力モジュール（１００）の外部の前記コンポーネント（１０）に取り付けられる場合に、前記電力モジュール（１００）の外部の前記コンポーネント（１０）から予め定義される距離（ｄ_４，ｄ_５）に前記少なくとも１つのコンポーネント（１１２，１１３，１１４，１１５）が構成されることになるように、前記１つ以上のコネクタ（１１６〜１１９；１２０〜１２３）は、前記主表面（１１１，１０９）のうちの１つから垂直方向に前記縁部（１２２）から第２の距離（ｄ_２）だけ突出するように構成される、
電力モジュール（１００）。
１つ以上の前記コネクタ（１１６〜１１９；１２０〜１２３）は、導電性であり、前記電力モジュール（１００）の導電面に接続される第１の部分（１３０）、前記第１の部分（１３０）に取り付けられる中間的な第２の部分（１３１）、及び前記第２の部分（１３１）に取り付けられる第３の部分（１３２）を含み、第３の部分は、前記電力モジュール（１００）の外部の前記コンポーネント（１０）への取り付けのための取り付け面（１３３）を含む、
請求項１の電力モジュール（１００）。
前記第２の部分（１３１）は、直線的に伸長する形状を有する、
請求項２の電力モジュール（１００）。
前記第３の部分（１３２）は、前記第２の部分（１３１）を基準として４５°〜１３５°の間の角度で構成される、
請求項２又は３の電力モジュール（１００）。
前記取り付け面（１３３）は、はんだ面である、
請求項２〜４のうちのいずれかの電力モジュール（１００）。
前記少なくとも１つのコンポーネント（１１２，１１３，１１４，１１５）はまた、前記主表面のうちの１つから第３の距離（ｄ_３）だけ突出し、前記第３の距離は、前記第１の方向（ｄ_１）の反対方向である、
請求項１〜５のうちのいずれかの電力モジュール（１００）。
前記１つ以上のコネクタ（１１６〜１１９；１２０〜１２３）は、前記電力モジュール（１００）に取り付けられているベアラ（３０１）に取り付けられる、
請求項１〜６のうちのいずれかの電力モジュール。
前記ベアラ（３０１）は、前記電力モジュール（１００）上の予め定義される位置に前記ベアラ（３０１）を案内するための１つ以上の第１のガイド手段（３１０，３１１）を含み、前記電力モジュールは、前記第１のガイド手段（３１０，３１１）を受け入れるための、対応する第２のガイド手段を含む、
請求項７の電力モジュール。