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JP7052601B2 - 回路構成体 - Google Patents

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Description

本発明は、回路構成体に関する。
車両において、板状の2枚のバスバーと、該2枚のバスバーの電気的な接続及び切断の切替を行う複数のスイッチング素子と、スイッチング素子のオンオフを制御する制御素子とを備える回路構成体が、電源と負荷とを接続する電気回路の中途に設けられている場合がある(特許文献1参照)。
電源及び負荷は、2枚のバスバー及びスイッチング素子を介して電気的に接続される。スイッチング素子がオンの場合、電源からスイッチング素子を通して負荷へ電流が流れる。スイッチング素子がオフの場合、スイッチング素子に電流が流れないので、電源と負荷との接続が切断される。
特開2018-082520号公報
上記の回路構成体において、バスバー及び複数のスイッチング素子の配列によっては、特定のスイッチング素子に電流が集中して流れる場合があり、この場合、スイッチング素子の発熱が増加し過熱する虞がある。
本発明の目的は、スイッチング素子の過熱を防止することができる回路構成体を提供することにある。
本発明の一態様に係る回路構成体は、一方向に長い板状の第1導電部と、該第1導電部の長さ方向に沿って長く、前記第1導電部に所定距離離隔するように配された板状の第2導電部と、前記第1導電部及び第2導電部に跨って配され、前記長さ方向に並設されている複数のスイッチング素子と、前記第1導電部及び第2導電部が一面から露出するように形成されている複合成形体とを備え、前記複合成形体の前記一面は、信号を前記複合成形体に出力する制御基板に対向しており、前記第2導電部には、一端部の前記第1導電部側に切り欠き部が設けられ、前記複数のスイッチング素子は、前記切り欠き部と他端部との間に並設されている。
本発明の一態様に係る回路構成体は、一方向に長い板状の第1導電部と、該第1導電部の長さ方向に沿って長く、前記第1導電部に所定距離離隔するように配された板状の第2導電部と、前記第1導電部及び第2導電部に跨って配され、前記長さ方向に並設されている複数のスイッチング素子とを備え、前記第2導電部における前記長さ方向の一端部側及び他端部側の幅の大きさが異なり、前記第2導電部における前記第1導電部の反対側に、切り欠き部が前記複数のスイッチング素子の並設方向に沿って設けられ、該切り欠き部は、前記他端部側から前記一端部側に向けてより深くなっており、前記第2導電部にて、電流が前記一端部側から前記他端部側に向けて流れる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、一方向に長い第1部分、及び該第1部分の一端部に連続し、交差する第2部分を有し、同一形状をなす板状の第1導電部及び第2導電部と、複数のスイッチング素子とを備え、前記第1導電部及び第2導電部は、夫々の前記第1部分が所定距離離隔して並んでおり、前記複数のスイッチング素子は、前記第1導電部及び第2導電部の前記第1部分に跨って長さ方向に等間隔に並設され、前記第1導電部の第2部分は、前記第2導電部の第2部分と対向しており、前記複数のスイッチング素子は、前記第1導電部及び第2導電部の第2部分間に配置されている。
上記によれば、スイッチング素子の過熱を防止することができる。
実施の形態1に係る回路構成体の斜視図である。 実施の形態1に係る回路構成体の平面図である。 図2のIII-III線における断面図である。 切り欠き部による効果を説明する模式図である。 切り欠き部による効果を示すグラフである。 実施の形態2に係る回路構成体の平面図である。 実施の形態3に係る回路構成体の平面図である。 実施の形態4に係る回路構成体の平面図である。
本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせても良い。
本発明の一態様に係る回路構成体は、一方向に長い板状の第1導電部と、該第1導電部の長さ方向に沿って長く、前記第1導電部に所定距離離隔するように配された板状の第2導電部と、前記第1導電部及び第2導電部に跨って配され、前記長さ方向に並設されている複数のスイッチング素子とを備え、前記第1導電部又は前記第2導電部における前記長さ方向の一端部側及び他端部側の幅の大きさが異なる。
本態様にあっては、第1導電部又は第2導電部の内の一方において、一端部又は他端部における電流が流れる幅を小さくすることができる。これにより、当該スイッチング素子を流れる電流の経路における抵抗値を上昇させることができる。したがって、幅の狭い側から電流を流す場合に当該スイッチング素子に流れる電流値の差を他のスイッチング素子と比べて少なくすることができる。これにより、特定のスイッチング素子に電流が集中することによるスイッチング素子の過熱を防止することができる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、前記第2導電部には、一端部の前記第1導電部側に切り欠き部が設けられ、前記複数のスイッチング素子は、前記切り欠き部と他端部との間に並設されている。
本態様にあっては、第2導電部の一端部側から流れ込む電流は切り欠き部の部分を流れないため、切り欠き部を設けていない場合よりも、切り欠き部に最も近いスイッチング素子を流れる電流の経路が長くなる。また、切り欠き部によって第2導電部の一端部の幅が小さくなる。これにより、当該経路における抵抗値が上昇して電流が流れにくくなり、当該スイッチング素子への電流の集中を防止できる。
したがって、切り欠き部に最も近いスイッチング素子に流れる電流の大きさと、他のスイッチング素子に流れる電流の大きさの差を少なくすることができる。以上より、特定のスイッチング素子に電流が集中することを防止でき、スイッチング素子の過熱を防止することができる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、前記切り欠き部は、前記長さ方向に直角な方向に延びている。
本態様にあっては、切り欠き部に最も近いスイッチング素子を流れる電流の経路における抵抗値をより良好に増加させることができ、より良好にスイッチング素子の過熱を防止することができる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、前記第1導電部における前記第2導電部の反対側、又は前記第2導電部における前記第1導電部の反対側に、切り欠き部が前記複数のスイッチング素子の並設方向に沿って設けられ、該切り欠き部は、前記他端部側から前記一端部側に向けてより深くなっている。
本態様にあっては、切り欠き部により、一端部に最も近いスイッチング素子から順に、第1導電部又は第2導電部における電流の流れる幅を狭くすることができる。これにより、各スイッチング素子を流れる電流の経路における抵抗値を、一端部に近い程上昇の程度が大きくなるように、上昇させることができる。したがって、各スイッチング素子に流れる電流値の差を少なくすることができる。以上より、特定のスイッチング素子に電流が集中することによるスイッチング素子の過熱を防止することができる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、一方向に長い第1部分、及び該第1部分の一端部に連続し、交差する第2部分を有し、同一形状をなす板状の第1導電部及び第2導電部と、複数のスイッチング素子とを備え、前記第1導電部及び第2導電部は、夫々の前記第1部分が所定距離離隔して並んでおり、前記複数のスイッチング素子は、前記第1導電部及び第2導電部の前記第1部分に跨って長さ方向に等間隔に並設されている。
本態様にあっては、各スイッチング素子に流れる電流の経路の長さを略同一として各経路の抵抗値を略同一とすることにより、各経路を流れる電流の大きさを略同一にすることができる。これにより、特定のスイッチング素子に電流が集中することによるスイッチング素子の過熱を防止することができる。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
(実施の形態1)
図1は実施の形態1に係る回路構成体1の斜視図、図2はその平面図、図3は図2のIII-III線における断面図である。回路構成体1は、車両が備えるバッテリなどの電源と、ランプ、ワイパ等の車載電装品又はモータなどからなる負荷との間の電力供給経路に配される電気接続箱を構成する。回路構成体1は、例えばDC-DCコンバータやインバータなどの電気部品として用いられる。
回路構成体1は、回路部2と、回路部2を収容する収容体3とを備える。回路部2は、扁平形状の複合成形体20と、該複合成形体20に対向配置されている制御基板24と、6個のスイッチング素子である第1FET25a,第2FET25b,第3FET25c,第4FET25d,第5FET25e,第6FET25fとを備える。
複合成形体20は、第1FET25a~第6FET25fが実装される実装面20aを有する。収容体3は、枠状体をなす。収容体3の開口は、複合成形体20の外形と略同形状をなし、複合成形体20の外寸よりも少しだけ大きい。枠状体の軸方向一端側の内周面には、内側に向かって突出しているリブ201が設けられている。複合成形体20は、枠状体の軸方向一端側において、実装面20aが露出するようにリブ201に載置されている。
なお、収容体3と複合成形体20とは、ネジ止め、接着等の公知の手段を用いて固定されることが好ましい。また、複合成形体20の実装面20aは、収容体3と面一であるか、若しくは、より高いことが好ましい。
複合成形体20は、電力回路を構成する第1バスバー21、第2バスバー22及び第3バスバー23を有し、第1バスバー21~第3バスバー23が絶縁性樹脂材とともに一体化されることにより形成されている。複合成形体の実装面20aは面一に形成されており、該実装面20aにおいて、第1バスバー21、第2バスバー22及び第3バスバー23夫々が露出している。第1バスバー21~第3バスバー23は、銅合金等の金属材料により形成された導電性板部材である。第1バスバー21及び第2バスバー22は、例えば1.0~2.0mm程度の厚みを有する。第3バスバー23は、例えば、0.5~1.0mm程度の厚みを有する。
第1バスバー21は一方向に長い平板状をなし、複合成形体20の実装面20aの中央部に位置している。第1バスバー21は、複合成形体20の実装面20aから露出し、実装面20aと面一である。第2バスバー22は、一方向に長い平板状をなす。第2バスバー22の一端部には、該一端部に連続し、略直角に交差する連続部22aが延設されている。連続部22aは、実装面20aから露出している。
第2バスバー22は、第1バスバー21に長さ方向を沿わせて、所定距離離隔するように位置している。連続部22aは、第1バスバー21の短手方向に沿って、第1バスバー21と所定距離離隔するように位置している。
第2バスバー22には、第1バスバー21側において、反対側に凹む6個の凹部220が長さ方向に並設されている。また、第2バスバー22において、連続部22aに連なる一端部には、切り欠き部222が設けられている。切り欠き部222は、第2バスバー22の一端部において、第1バスバー21側に設けられ、反対側に延びている。切り欠き部222は、第2バスバー22の長さ方向に直角な方向に延びている。また、第2バスバー22は、凹部220及び切り欠き部222により形成される6個の凸部221を有する。
第3バスバー23は、板状をなし、第2バスバー22の凹部220内に位置し、実装面20aに露出している露出部23aと、該露出部23aから反対側に延設されている延設部23bとを有する。延設部23bは、延設端部がより細い先細りの形状をなしている。
複合成形体20は、例えばフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料を用いたインサート成形により製造される。絶縁性樹脂材料により成形される樹脂成形体は、第1バスバー21~第3バスバー23と接合されることによって、これらを一体化するとともに、第1バスバー21~第3バスバー23間に配されることによって、第1バスバー21~第3バスバー23間を絶縁する。
第1FET25a~第6FET25fは、具体的には例えば面実装タイプのパワーMOSFETであり、第1バスバー21~第3バスバー23上に実装される。第1バスバー21~第3バスバー23上には第1FET25a~第6FET25fの他に、ダイオード等の電子部品が実装されてもよい。
第1FET25a~第6FET25fは、第1バスバー21~第3バスバー23により構成される電力回路の通電を制御する。第1FET25a~第6FET25fにおいては、制御回路が実装された制御基板24からの制御信号が入力され、これにより、入力された制御信号に基づき通電/非通電を切り替える。
なお、図1~図3の例では、スイッチング素子としてFETを6つ実装した構成について示したが、2~5個又は7個以上のFETが実装されてもよい。
第1FET25a~第6FET25fは、夫々同様の構造をなしており、直方体状の素子本体250と、該素子本体250に設けられたドレイン端子251と、ソース端子252と、ゲート端子253とを有する。ドレイン端子251は、素子本体250の第1面254に設けられ、ソース端子252及びゲート端子253は、第1面254の反対側の第2面255に設けられている。
第1FET25a~第6FET25fは、実装面20aにおいて、第1バスバー21及び第2バスバー22を跨って配されており、第1バスバー21及び第2バスバー22の長さ方向に沿って並んでいる。第1FET25a~第6FET25fは、第1FET25a,第2FET25b,第3FET25c,第4FET25d,第5FET25e,第6FET25fの順に第2バスバー22の一端部側から反対側に向けて並んでいる。切り欠き部222は、第2バスバー22において、第2バスバー22の一端部及び第1FET25aの間に位置している。
ドレイン端子251は、第1バスバー21の露出面に半田接続されている。また、ソース端子252は、第2バスバー22の各凸部221に半田接続されている。ゲート端子253は、第3バスバー23の露出部23aに半田接続されている。
第1FET25a~第6FET25fは、例えばリフロー方式により複合成形体20の実装面20aに実装される。リフロー方式では、基板上の接合箇所に対応した部分に開口を設けたマスクを用いて、基板上の接合箇所に半田ペーストを印刷し、電子部品を載せた後に熱を加えて半田を溶かすことにより、基板上の接合箇所に電子部品を接合する。本実施の形態では、複合成形体20の実装面20aを面一に形成しており、実装面20aには不要な突起物が存在しないため、半田ペーストの印刷の際、半田ペーストを均一に塗布することが可能となり、第1FET25a~第6FET25fの各端子を各バスバーに良好に接合することが可能となる。
制御基板24は、例えば、矩形状の絶縁基板と、絶縁基板の一面に実装されたFETなどのスイッチング素子、抵抗、コイル、コンデンサ、ダイオード等の電子部品を備えた制御回路(不図示)と、これらの電子部品を電気的に接続する配線パターン(不図示)とを備える。制御基板24は、収容体3の軸方向他端部側において、前記一面の反対面が複合成形体20に対向するように配される。
制御基板24は、第3バスバー23に対応して設けられた複数のスルーホール24aを有する。第3バスバー23の延設部23bの先端部は、スルーホール24aを挿通し、スルーホール24aに導電性材料を充填して前記配線パターンに接続されている。これにより、回路構成体1に実装された第1FET25a~第6FET25fと、制御基板24に実装された制御回路との間の導通が確保される。なお、延設部23bの長さ寸法は、回路構成体1の仕様や要求される耐熱性能等に応じて適宜設計され得る。
図4は、切り欠き部222による効果を説明する模式図であり、図5は、切り欠き部222による効果を示すグラフである。図4A及び図4Bは、第2バスバー22の連続部22aの突出端側から、第1バスバー21側に電流を流す場合を示す。この場合、第2バスバー22の連続部22aに電源が接続され、第1バスバー21に負荷が接続される。図4Aは、第2バスバー22に切り欠き部222を設けていない場合の電流の流れを模式的に示し、図4Bは、第2バスバー22に切り欠き部222を設けている場合の電流の流れを模式的に示す。図5において、横軸は第1FET25a~第6FET25fを示し、縦軸は、各FETに流れ込む電流値(単位はアンペア(A))を示す。
第1FET25a~第6FET25fにおいて、第1FET25aを流れる電流の経路は、第1FET25aが第2バスバー22の一端部に最も近いため、切り欠き部222がない場合には、第1FET25a~第6FET25f夫々を通過する経路の内、最も抵抗値が小さくなる。また、図4Aに示すように、第1FET25aのソース端子252が接続される領域A1においては、電流は主に白抜き矢印の示す方向X(図中下方向),Y(図中右方向)に流れ込む。第2FET25b~第6FET25fにおいては、方向から流れ込む。以上より、図5に示すように、第1FET25aに流れ込む電流値は、他の第2FET25b~第6FET25fよりも大きくなる。
一方、図4Bに示すように、第2バスバー22に切り欠き部222を設けている場合、該領域A1には、電流は方向Yからは流れず、方向Xから流れ込むため、第1FET25aを通過する経路における抵抗値が上昇し、第1FET25aに流れ込む電流値が図6に示すように低減される。このとき、低減された電流値に相当する電流は、第2FET25b~第6FET25fに分流して流れ込む。したがって、全FETにおいて、流れ込む電流値の差を低減することができる。
上記の構成によれば、第2バスバー22の一端部側から流れ込む電流は切り欠き部222の部分を流れない。また、切り欠き部222を設けていない場合よりも、第1FET25aを流れる電流の経路が長くなる。したがって、当該経路における抵抗値が上昇して電流が流れにくくなり、第1FET25aへの電流の集中を防止できる。
これにより、切り欠き部222に最も近い第1FET25aに流れる電流の大きさと、他の第2FET25b~第6FET25fに流れる電流の大きさの差を少なくすることができる。以上より、特定のFETに電流が集中して発熱することを防止でき、該FETの過熱を防止することができる。
また、切り欠き部222は第2バスバー22の長さ方向の直角方向に凹んでいる。これにより、切り欠き部222に最も近い第1FET25aを流れる電流の経路における抵抗値をより良好に増加させることができ、より良好にFETの過熱を防止することができる。
なお、切り欠き部222は、第2バスバー22の短手方向ではなく、短手方向に対して傾斜する方向に凹んでいてもよい。
また、回路構成体1は、第1バスバー21側に電源を接続し、第2バスバー22に負荷を接続して第1バスバー21側から電流が流れるように構成してもよい。この場合おいても、同様に切り欠き部222に最も近いFETに流れる電流の大きさと、他のFETに流れる電流の大きさの差を少なくすることができる。これにより、特定のFETに電流が集中して発熱することを防止でき、FETの過熱を防止することができる。
(実施の形態2)
実施の形態2に係る回路構成体においては、実施の形態1と切り欠き部の形状が異なる。図6は実施の形態2に係る回路構成体1の平面図である。実施の形態2に係る回路構成体の構成について、実施形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態2では、第2バスバー22において、切り欠き部222に代えて、切り欠き部223が設けられている。切り欠き部223は、第1FET25a~第6FET25fの並設方向に沿って、第1バスバー21の反対側に設けられており、三角形状をなし、第1バスバー21側に向けて凹んでいる。
切り欠き部223は、第1FET25a側が最も深くなり、第6FET25f側に向けて、深さが浅くなっている。これにより、第2バスバー22において、第1FET25a側に向けて幅が小さくなる。
以上の構成によれば、切り欠き部223により、第1FET25aから順に、第2バスバー22における幅を大きくすることができる。これにより、第1FET25a~第6FET25fを流れる電流の経路における抵抗値を、一端部に近い程上昇の程度が大きくなるように、上昇させることができる。したがって、第1FET25a~第6FET25fに流れる電流値の差を少なくすることができる。以上より、特定のFETに電流が集中して発熱することを防止でき、FETの過熱を防止することができる。
(実施の形態3)
実施の形態3に係る回路構成体においては、実施の形態1と第1バスバー及び第2バスバーの形状が異なる。図7は実施の形態3に係る回路構成体1の平面図である。実施の形態3に係る回路構成体の構成について、実施形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態3では、第2バスバー22において、切り欠き部222に代えて、第1バスバー21に切り欠き部224が設けられている。切り欠き部224は、第1FET25a~第6FET25fの並設方向に沿って、第2バスバー22の反対側に設けられており、三角形状をなし、第2バスバー22側に向けて凹んでいる。
切り欠き部224は、第1FET25a側が最も深く凹み、第6FET25f側に向けて、凹みの深さが浅くなっている。これにより、第1バスバー21において、第1FET25a側に向けて幅が狭くなる。
以上の構成によれば、切り欠き部224により、第1FET25aから順に、第1バスバー21における幅を広くすることができる。これにより、第1FET25a~第6FET25fを流れる電流の経路における抵抗値を、一端部に近い程上昇の程度が大きくなるように、上昇させることができる。したがって、第1FET25a~第6FET25fに流れる電流値の差を少なくすることができる。以上より、特定のFETに電流が集中して発熱することを防止でき、FETの過熱を防止することができる。
なお、実施の形態2及び3において、切り欠き部223,224は、第1FET25a側が最も深く凹み、第6FET25f側に向けて、凹みの深さが浅くなっていれば、三角形状に限られず、階段形状その他の形状であってもよい。
(実施の形態4)
実施の形態4に係る回路構成体においては、第1バスバー21及び第2バスバー22の形状が同一である。図8は実施の形態4に係る回路構成体1の平面図である。実施の形態4に係る回路構成体の構成について、実施形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態3における第1バスバー21及び第2バスバー22は、平面視L字状で同一形状であり、また、略同一の寸法である。第1バスバー21及び第2バスバー22は夫々、一方向に長い第1部分211と、該第1部分211の一端部に連続し、略直角に交差する第2部分212とを有する。
第1バスバー21及び第2バスバー22は、夫々の第1部分211が平行に所定距離離隔して並び、第2部分212が同じ側に位置するように配されている。また、第1FET25a~第6FET25fは等間隔に並んでいる。
第1FET25a~第6FET25f夫々に流れる電流の経路の長さを略同一として各経路の抵抗値を略同一とすることができる。これにより、各経路を流れる電流の大きさを略同一にすることができる。これにより、特定のスイッチング素子に電流が集中して発熱することを防止でき、スイッチング素子の過熱を防止することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 回路構成体
2 回路部
3 収容体
20 複合成形体
20a 実装面
201 リブ
21 第1バスバー(第1導電部)
22 第2バスバー(第2導電部)
22a 連続部
211 第1部分
212 第2部分
220 凹部
221 凸部
222,223,224 切り欠き部
23 第3バスバー
23a 露出部
23b 延設部
24 制御基板
24a スルーホール
25a 第1FET(スイッチング素子)
25b 第2FET(スイッチング素子)
25c 第3FET(スイッチング素子)
25d 第4FET(スイッチング素子)
25e 第5FET(スイッチング素子)
25f 第6FET(スイッチング素子)
250 素子本体
251 ドレイン端子
252 ソース端子
253 ゲート端子
254 第1面
255 第2面

Claims (4)

  1. 一方向に長い板状の第1導電部と、
    該第1導電部の長さ方向に沿って長く、前記第1導電部に所定距離離隔するように配された板状の第2導電部と、
    前記第1導電部及び第2導電部に跨って配され、前記長さ方向に並設されている複数のスイッチング素子と
    前記第1導電部及び第2導電部が一面から露出するように形成されている複合成形体と
    を備え、
    前記複合成形体の前記一面は、信号を前記複合成形体に出力する制御基板に対向しており、
    前記第2導電部には、一端部の前記第1導電部側に切り欠き部が設けられ、
    前記複数のスイッチング素子は、前記切り欠き部と他端部との間に並設されている回路構成体。
  2. 前記切り欠き部は、前記長さ方向に直角な方向に延びている請求項1に記載の回路構成体。
  3. 一方向に長い板状の第1導電部と、
    該第1導電部の長さ方向に沿って長く、前記第1導電部に所定距離離隔するように配された板状の第2導電部と、
    前記第1導電部及び第2導電部に跨って配され、前記長さ方向に並設されている複数のスイッチング素子と
    を備え、
    記第2導電部における前記長さ方向の一端部側及び他端部側の幅の大きさが異なり、
    前記第2導電部における前記第1導電部の反対側に、切り欠き部が前記複数のスイッチング素子の並設方向に沿って設けられ、
    該切り欠き部は、前記他端部側から前記一端部側に向けてより深くなっており、
    前記第2導電部にて、電流が前記一端部側から前記他端部側に向けて流れる
    回路構成体。
  4. 一方向に長い第1部分、及び該第1部分の一端部に連続し、交差する第2部分を有し、同一形状をなす板状の第1導電部及び第2導電部と、
    複数のスイッチング素子と
    を備え、
    前記第1導電部及び第2導電部は、夫々の前記第1部分が所定距離離隔して並んでおり、
    前記複数のスイッチング素子は、前記第1導電部及び第2導電部の前記第1部分に跨って長さ方向に等間隔に並設され
    前記第1導電部の第2部分は、前記第2導電部の第2部分と対向しており、
    前記複数のスイッチング素子は、前記第1導電部及び第2導電部の第2部分間に配置されている
    回路構成体。
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