(57)【要約】  本発明は、電気機械（１）を駆動制御するための制御装置（５、６）用ハウジングフレーム（１０、１１）を出発点とし、ハウジングフレーム（１０、１１）は、制御装置（５、６）の回路基板（３０）と電気的に接触接続するための少なくとも１つの接続ピン（２０）を有する。本発明の１つの態様は、接続ピン（２０）が接続脚部（２１）を有し、接続脚部（２１）における接続ピン（２０）がレーザビーム溶接によって回路基板（３０）に電気的に接続可能なようにハウジングフレーム（１０、１１）に刺入されていることにある。本発明はさらに、本発明に係るハウジングフレーム（１０、１１）を有する制御装置（５、６）と、本発明に係る制御装置（５、６）を有する電気機械（１）と、ハウジングフレーム（１０、１１）の接続ピン（２０）を制御装置（５、６）の回路基板（３０）に電気的に接続する方法と、に関する。
2021536663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械（１）を駆動制御するための制御装置（５、６）用ハウジングフレーム（１０、１１）であって、前記ハウジングフレーム（１０、１１）は、前記制御装置（５、６）の回路基板（３０）と電気的に接触接続するための少なくとも１つの接続ピン（２０）を有するハウジングフレーム（１０、１１）において、
前記接続ピン（２０）は接続脚部（２１）を有し、前記接続脚部（２１）における前記接続ピン（２０）がレーザビーム溶接によって前記回路基板（３０）に電気的に接続可能なように前記ハウジングフレーム（１０、１１）に刺入されていることを特徴とする、ハウジングフレーム（１０、１１）。
【請求項２】
前記接続ピン（２０）は弾性構成部（２２）を有することを特徴とする、請求項１に記載のハウジングフレーム（１０、１１）。
【請求項３】
前記接続ピンの前記弾性構成部（２２）は、Ｌ字形またはＳ字形に構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のハウジングフレーム（１０、１１）。
【請求項４】
前記接続ピン（２０）の横断面が、少なくとも特定の領域において、前記弾性構成部（２２）の外側よりも小さく構成されていることを特徴とする、請求項２または３に記載のハウジングフレーム（１０）。
【請求項５】
前記接続脚部（２１）は、前記ハウジングフレーム（１０、１１）の主延在面（１３）に対して所定の角度（２４）で構成されていることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のハウジングフレーム（１０、１１）。
【請求項６】
電気機械（１）を駆動制御するための制御装置（５、６）であって、前記制御装置（５、６）は、回路基板（３０）と、請求項１から５のいずれか一項に記載のハウジングフレーム（１０、１１）と、を有し、前記接続ピン（２０）の前記接続脚部（２１）は、レーザビーム溶接によって前記回路基板（３０）に電気的に接続されている制御装置（５、６）。
【請求項７】
前記回路基板（３０）はＤＢＣ基板として構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の制御装置（５、６）。
【請求項８】
請求項７に記載の制御装置（５、６）を備えた電気機械（１）。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか一項に記載のハウジングフレーム（１０、１１）の接続ピンを制御装置（５、６）の回路基板（３０）に電気的に接続する方法であって、
ａ．請求項１から５のいずれか一項に記載のハウジングフレーム（１０、１１）と、ヒートシンク（４０）上に配置された制御装置（５、６）の回路基板（３０）と、を提供する方法ステップと、
ｂ．前記接続ピン（２０）の前記接続脚部（２１）が前記回路基板（３０）の主延在面（３３）に対して平面平行に前記回路基板（３０）上に載置されるように、前記ハウジングフレーム（１０、１１）の前記主延在面（１３）に垂直な方向（１５）で前記制御装置（５、６）の前記ヒートシンク（４０）に前記ハウジングフレーム（１０、１１）を押圧する方法ステップと、
ｃ．前記接続脚部（２１）を前記回路基板（３０）にレーザビーム溶接する方法ステップと、
を少なくとも有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記方法ステップａで提供された回路基板（３０）は、ＤＢＣ基板として構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械を駆動制御するための制御装置用ハウジングフレームを出発点とし、ハウジングフレームは、制御装置の回路基板と電気的に接触接続（コンタクト）するための少なくとも１つの接続ピンを有する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、回路基板の接触接続は、回路基板を他の外部構成要素に電気的に接続するために、アルミニウム製の太いワイヤまたはテープを回路基板に超音波ボンディングすることによって従来行われてきた。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、電気機械を駆動制御するための制御装置用ハウジングフレームを出発点とし、ハウジングフレームは、制御装置の回路基板と電気的に接触接続するための少なくとも１つの接続ピンを有する。
【０００４】
ハウジングフレームとは、電気機械を駆動制御するための制御装置の少なくとも一部を形成する要素であると理解される。ここで、ハウジングフレームは略プラスチックから形成されている。また、ここで、略プラスチックから形成されているとは、ハウジングフレームが主にプラスチックを有し、わずかに、例えば一桁のパーセントの範囲で、プラスチックと異なる１つ以上の物質を有すると理解される。このプラスチックと異なる物質としては、例えば不純物があり得る。しかし、プラスチックと異なる物質も、例えば、柔軟性や耐久性などの特性に影響を与えるために、意図的に混ぜることもできる。しかしながら、ハウジングフレームが、特に好ましくはハウジングフレームの３０％までを形成することができるグラスファイバー充填材を追加的に有することも考えられる。
【０００５】
接続ピンとは、電流を流すことができ、様々な他の部品同士を電気的に接続するために使用される部品であると理解される。この場合、これは例えば、制御装置の電子部品と、例えば制御装置の外部に配置された電源との間の接続であってもよい。
【０００６】
本発明の１つの態様は、接続ピンは接続脚部を有し、接続脚部における接続ピンがレーザビーム溶接によって回路基板に電気的に接続可能なようにハウジングフレームに刺入されている。
【０００７】
ここで有利には、レーザビーム溶接接続の場合、ボンディング接続に比べて、回路基板上の対応する電気接続点で必要なスペースが少なくなる。これにより、回路基板は、同一の機能で小型化されたものを選択することができるか、または、従来よりも多くの部品を回路基板に取り付けることができる。
【０００８】
本発明に係るハウジングフレームの一実施形態では、接続ピンが弾性構成部を有することが企図される。
【０００９】
ここで有利には、弾性作用により、ハウジングフレームが制御装置に適切に取り付けられるとすぐに、接続脚部に力が作用し、その力が接続脚部を回路基板に押圧する。この力によって、回路基板上に接続ピンをさらに機械的に固定する必要なく、その後レーザビーム溶接接続を容易に実施することができる。さらなる利点は、対応するハウジングフレームを有する制御装置において、接続ピンの弾性作用により、制御装置の作動中に熱機械的応力を調整できることである。これにより、このような接続ピンの電気接続の耐久性を延長することができ、ひいては制御装置の耐久性および信頼性を高めることができる。
【００１０】
本発明に係るハウジングフレームの一実施形態によれば、接続ピンの弾性構成部は、Ｌ字形またはＳ字形に構成されていることが企図される。
【００１１】
ここで有利には、これは、接続ピンの弾性作用を取得するための容易な手段である。
【００１２】
本発明に係るハウジングフレームの一実施形態によれば、弾性構成部の接続ピンの横断面が、少なくとも特定の領域において、弾性構成部の外側よりも小さいことが企図される。
【００１３】
ここで有利には、特に良好なばね作用を得ることができる。これは特に、小さな電流のみを流す接続ピンに適している。
【００１４】
本発明に係るハウジングフレームの一実施形態によれば、接続脚部は、ハウジングフレームの主延在面に対して所定の角度で構成されていることが企図される。
【００１５】
ここで有利には、ハウジングフレームの未取付状態では、対応する角度が存在するが、ハウジングフレームが制御装置に適切に取り付けられるとすぐに、接続脚部を、弾性作用により接続支持体上に平行に載置することができ、さらに、対応する力が接続脚部に作用し、この力は、続いて複雑でない方法でレーザビーム溶接できるように、接続脚部を機械的に固定する。
【００１６】
ここで、ハウジングフレームの主延在面は、ハウジングフレームの上面であると理解される。ハウジングフレームが制御装置に取り付けられている場合、この上面は、ヒートシンクの主延在面に対してと同様に、回路基板の主延在面に対して平行に位置する。
【００１７】
本発明はさらに、電気機械を駆動制御するための制御装置に関し、制御装置は、回路基板と、本発明に係るハウジングフレームと、を有し、接続ピンの接続脚部は、レーザビーム溶接によって回路基板に電気的に接続されている。
【００１８】
本発明に係る制御装置は、電気機械を適宜駆動制御して作動させるために使用される。
【００１９】
回路基板およびハウジングフレームは、典型的にはヒートシンク上に配置されている。ヒートシンクとは、制御装置で発生した熱を周囲に放出できる素子であると理解される。ここで、熱は、典型的には、制御装置の回路基板上に配置された電子部品によって発生する。熱を放出するために、ヒートシンクは、例えば、その下面に追加的に冷却フィンを有することができる。
【００２０】
本発明に係る制御装置の一実施形態によれば、回路基板はＤＢＣ基板として構成されていることが企図される。
【００２１】
ここで有利には、超音波ボンディングとは対照的に、レーザビーム溶接は、特に、接続ピンが同様に略銅から形成されている場合、ＤＢＣ基板または接続ピンの追加の表面被覆を必要としない。これにより、制御装置の製造が容易になり、さらに費用が低減される。
【００２２】
ＤＢＣ基板とは、構造および接続技術において、銅を介した電子部品とチップとの電気的／熱的に緊密な接続を可能にする構造であると理解される。
【００２３】
本発明は、さらに、本発明に係る制御装置を備えた電気機械、特に電動機に関する。
【００２４】
ここで、電動機とは、例えば同期機や非同期機などの三相機であると理解される。
【００２５】
さらに、本発明は、本発明に係るハウジングフレームの接続ピンを制御装置の回路基板に電気的に接続する方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るハウジングフレームの第１実施形態の透視図での部分図である。
【図２】図１による本発明に係るハウジングフレームを通る断面図である。
【図３】図１または図２による本発明に係るハウジングフレームを有する本発明に係る制御装置を通る断面図である。
【図４】本発明に係るハウジングフレームの第２実施形態の透視図での部分図である。
【図５】図４による本発明に係るハウジングフレームを通る断面図である。
【図６】図４または図５による本発明に係るハウジングフレームを有する本発明に係る制御装置を通る断面図である。
【図７】本発明に係る制御装置を有する本発明に係る電気機械の一実施形態を模式的に示す透視図である。
【図８】本発明に係るハウジングフレームの接続ピンを制御装置の回路基板に電気的に接続する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明に係るハウジングフレームの第１実施形態の透視図での部分図である。
【００２８】
示されているのはハウジングフレーム１０である。ハウジングフレーム１０に接続ピン２０が刺入されている。この接続ピン２０は、信号ピン２７として構成されている。信号ピン２７とは、電気信号を伝導することができる素子であると理解される。これらの電気信号は電流の形態であり、信号ピン２７の電流または電圧は典型的に小さい。例えば、信号ピン２７の電流量は１Ａ未満であり、それどころか典型的にはわずか数ｍＡの大きさである。これに対し、電源ピン２５の電流量は約１００Ａまでとすることができ、典型的には８０〜１１０Ａが短時間にタイミング制御で印加される。
【００２９】
接続ピン２０は、Ｓ字状に構成された弾性構成部２２を有する。さらに、接続ピン２０は接続脚部２１を有し、接続脚部２１において、接続ピン２０と図示しない回路基板３０とがレーザビーム溶接により電気的に接続可能である。さらに、弾性構成部２２における接続ピン２０の断面積は、少なくとも特定の領域において弾性構成部２２の外側よりも小さく、特に接続ピン２０の接続脚部２１においてより小さいことがわかる。
【００３０】
図２は、図１による本発明に係るハウジングフレームを通る断面図である。
【００３１】
ここでの断面は、図１に示す切断線Ａ−Ａ’に沿って垂直に延びる。
【００３２】
ハウジングフレーム１０は、信号ピン２７として構成された接続ピン２０と共に再び示されている。ここで、接続ピン２０の接続脚部２１は、ハウジングフレーム１０の主延在面１３と所定の角度２３をなしていることがわかる。ここで、この角度２３は、ハウジングフレーム１０の接続ピン２０が回路基板３０に接続されていない場合に与えられる角度であり、したがって、接続ピン２０はまだばね力を有していない。
【００３３】
図３は、図１または図２による本発明に係るハウジングフレームを有する本発明に係る制御装置を通る断面図である。示されているのは、ヒートシンク４０と、回路基板３０と、図１または図２によるハウジングフレーム１０と、を有する制御装置５である。ここでハウジングフレーム１０は、弾性的に構成された接続ピン２０の接続脚部２１が回路基板３０の主延在面３３と平行に回路基板３０上に載置されるように、ヒートシンク４０に押圧される。ここで、ハウジングフレーム１０は、ハウジングフレーム１０の主延在面１３に直交する方向１５に、ヒートシンクに押圧されている。ハウジングフレーム１０は、ここで任意選択的に、図示しないリベット接続によって適宜ヒートシンク４０に固定されてもよい。ハウジングフレーム１０およびその接続ピン２０は、ここで、接続ピン２０の接続脚部２１が回路基板３０上に平面平行に載置されるように構成されており、弾性部２２によってハウジングフレーム１０の主延在面１３に直交する方向１５に力１６が生成され、その力によって接続脚部２１が回路基板に押圧される。さらに、接続脚部２１は、レーザビーム溶接接続部２４によって回路基板３０と電気的に接続されている。これにより、例えば、接続脚部２１に対向する接続ピン２０の端部を適宜外側に案内して接触接続させることで、図示しない他の電子部品や電源を回路基板３０に電気的に接続することができる。
【００３４】
さらに、図２と図３とを比較すると、図２による未取付状態のハウジングフレーム１０の場合の接続脚部２１は、図３による取付状態のハウジングフレーム１０においてヒートシンク上に載置されるハウジングフレーム１０の平面に対応する垂直距離を有し、この垂直距離は、図３による取付状態のハウジングフレーム１０においてヒートシンク上に載置されるハウジングフレーム１０の平面と、回路基板３０の上面との間の垂直距離よりも小さい。
【００３５】
接続ピン２０とハウジングフレーム１０とを、未取付状態のハウジングフレーム１０と取付状態のハウジングフレーム１０との間の公称垂直距離に差があるように構成することにより、ハウジングフレーム１０が制御装置５に対して取り付けられた場合に、接続ピン２０のばね作用が弾力構成部２２に生じる。
【００３６】
図４は、本発明に係るハウジングフレームの第２実施形態の透視図での部分図である。
【００３７】
示されているのはハウジングフレーム１１である。このハウジングフレーム１１には、再び接続ピン２０が刺入されている。この接続ピン２０は、電源ピン２５として構成されている。電源ピン２５とは、信号ピン２７と比較して著しく高い電流強度を有する電流が流れることができる接続ピン２０であると理解される。接続ピン２０は、再び弾性構成部２２を有しており、これは信号ピン２７とは対照的に、Ｌ字状に形成されている。さらに、接続ピン２０は、レーザビーム溶接により、接続ピン２０を図示しない回路基板３０に電気的に接続可能な接続脚部２１を有する。
【００３８】
図５は、図４による本発明に係るハウジングフレームを通る断面図である。
【００３９】
ここでの断面は、図４に示す切断線Ｂ−Ｂ’に沿って垂直に延在している。
【００４０】
ハウジングフレーム１１は、電源ピン２５として構成された接続ピン２０を有して再び示されている。ここで、接続ピン２０の接続脚部２１は、再びハウジングフレーム１１の主延在面１３と所定の角度２３をなしていることがわかる。ここで、この角度２３は、ハウジングフレーム１１の接続ピン２０が回路基板３０に接続されていない場合に与えられる。
【００４１】
図６は、図４または図５による本発明に係るハウジングフレームを有する本発明に係る制御装置を通る断面を示す図である。示されているのは、ヒートシンク４０と、回路基板３０と、図４または図５によるハウジングフレーム１１と、を有する制御装置６である。ここで、図６による制御装置６の構造は、図３による制御装置５の構造と略対応しており、異なって構成されている接続ピン２０のみが異なり、接続ピン２０は、図３による制御装置５のように信号ピン２７としてではなく、図６による制御装置６では電源ピン２５として構成されている。
【００４２】
図７は、本発明に係る制御装置を有する本発明に係る電気機械の一実施形態を模式的に示す透視図である。
【００４３】
示されているのは電気機械１である。この電気機械１は、例えば、電気機械、特に同期機または非同期機として構成されていてもよく、したがって、三相機を形成している。電気機械１は、制御装置５、６を有する。制御装置５、６は、再びヒートシンク４０と複数の回路基板３０とを有する。ここで、回路基板３０は、ＤＢＣ基板として構成されている。さらに、制御装置５はハウジングフレーム１０、１１を有する。ここで、ハウジングフレーム１０、１１は多数の接続ピン２０を有し、それらは、一部が例えば図１〜図３による信号ピン２７として構成され、または図４〜図６による電源ピン２５として構成され、レーザビーム溶接によって適宜回路基板３０に電気的に接続されている。回路基板３０には、例えばベアダイ構成要素として構成された電子部品３５が再び搭載されている。これらの電子部品３５は、電気機械５の駆動制御および作動のための対応する電子回路を可能にするために、例えば、コンデンサ、半導体スイッチ、コイル、センサまたはエネルギ蓄積装置であってもよい。これにより、電子部品３５は、接続ピン２０を介して制御装置５、６の外部から電気的に接触接続可能となっている。
【００４４】
図８は、本発明に係るハウジングフレームの接続ピンを制御装置の回路基板に電気的に接続する方法を示す図である。
【００４５】
ここで、方法ステップａの方法の開始時に、本発明に係るハウジングフレーム１０、１１は、例えば、図１および図２にしたがって、あるいは、図４および図５にしたがって提供される。さらに、ヒートシンク４０上に配置された回路基板３０は、方法ステップａで提供される。ここで、回路基板３０は、ＤＢＣ基板として構成されていてもよい。
【００４６】
続いて、方法ステップｂにおいて、ハウジングフレーム１０、１１は、接続ピン２０の接続脚部２１が回路基板３０の主延在面３３に対して平面平行に回路基板３０上に載置されるように、ハウジングフレーム１０、１１の主延在面１３に垂直な方向１５で制御装置５、６のヒートシンク４０に押圧される。ここでは特に、ハウジングフレーム１０、１１およびその接続ピン２０は、接続脚部２１が回路基板３０上に平面平行に載置されていることに加えて、弾性構成部２２によって、接続脚部２１に回路基板３０の主延在面３３に直交する方向１５に力１６が作用し、その力によって接続脚部２１が回路基板３０上に押圧されるように構成されている。続いて、方法ステップｃでは、接続脚部２２を回路基板にレーザビーム溶接して、回路基板３０と接続ピン２０との間の電気的接続を可能にするレーザビーム溶接接続部２４を生成する。
【図１】
2021536663.tif 000003
【図２】
2021536663.tif 000004
【図３】
2021536663.tif 000005
【図４】
2021536663.tif 000006
【図５】
2021536663.tif 000007
【図６】
2021536663.tif 000008
【図７】
2021536663.tif 000009
【図８】
2021536663.tif 000010
【国際調査報告】
2021536663.tif 000011
2021536663.tif 000012
2021536663.tif 000013
2021536663.tif 000014