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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Steuereinheit.
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Elektrische
Steuereinheiten, wie zum Beispiel die in 5 und die
in 6 gezeigte, sind Massenerzeugnisse für Fahrzeuge.
In der in 5 gezeigten Einheit ist ein
Substrat 102, auf dem elektronische Komponenten 101 angebracht
sind, durch Bonden auf einer ebenen Platte 100, die aus
Aluminium hergestellt ist, befestigt. Große elektronische Komponenten 104 (beispielsweise
Spulen und Kondensatoren), die auf dem Substrat 102 nicht
angebracht werden können,
werden auf einem Harzrahmen 103 gehalten und befestigt,
der ein Gehäuse und
einen Verbinder bzw. Stecker kombiniert. Eine Busschiene bzw. -leiter
(metallischer elektrischer Leiter) 105 ist in den Harzrahmen 103 eingefügt. Die großen elektronischen
Komponenten 104 werden elektrisch mit einem verbindenden
Kontaktfleck des Substrats 102 über einen Leitungsdraht 106,
die Busschiene 105 und einen Banddraht (metallische Folie) 107 verbunden.
Die Busschiene 105, die in den Harzrahmen 103 eingefügt ist,
wird als ein Verbindungsstift (Verbinderstift) eines Verbinders 108 verwendet. Diese
Einheit wird auf einem Motor 200 angebracht.
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In
der in 6 gezeigten Einheit ist ein Aluminiumgehäuse 110 in
einer Kastenform ausgebildet, ein Substrat 111 ist durch
Bonden in dem Aluminiumgehäuse 110 befestigt,
und sämtliche
elektronischen Komponenten 112, 113 sind auf das
Substrat 111 gelötet.
Ein Verbinder 114 ist an dem Aluminiumgehäuse 110 befestigt,
und das Aluminiumgehäuse 110 wird
auf einem Motor (Fahrzeug) 200 unter Verwendung eines Randes 115 des
Aluminiumgehäuses 110 befestigt.
Das Aluminiumgehäuse 110 dient
als eine Wärmesenke.
Somit wird die meiste Wärme
von den elektronischen Komponenten 112, 113, die
auf dem Substrat 111 angeordnet sind, zum Aluminiumgehäuse 110 geleitet,
und die Wärme
wird an den Motor über
den Rand 115 abgestrahlt. Ein Teil der Wärme wird
zum Gehäuse 110 mittels
Strahlung und einer Übertragung
durch die Luft innerhalb des Gehäuses 110 geleitet
und von dem Gehäuse 110 an
die Luft abgestrahlt.
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Die
Einheit der 5 kann die großen elektronischen
Komponenten 104, die große Ausgänge erzeugen, in dem Gehäuse beinhalten.
Demzufolge kann die Einheit der 5 zum Erzeugen
großer Ausgänge verwendet
werden, beispielsweise als eine Einspritzansteuerung für einen
Dieselmotor und eine Einspritzansteuerung für einen Benzinmotor mit Direkteinspritzung.
Die ebene Platte 100 und der Harzrahmen 103 bilden
jedoch das Gehäuse,
den Verbinder 108 und ein Trägerelement für die großen elektronischen
Komponenten, und die Busschiene 105 weist eine nach außen vorstehende
Struktur auf, so dass sie als Verbinderstift verwendet werden kann.
Demzufolge wird die Breite der Busschiene gleich der Breite des
Verbinderstiftes, und demzufolge ist die Anzahl der Verbinderstifte
begrenzt (beispielsweise auf näherungsweise
20 Stifte).
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Seit
kurzem hat sich die Anzahl der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der
elektronischen Steuereinheiten beachtlich erhöht (beispielsweise 50 Stifte
bis 150 Stifte), und somit kann die Struktur der 5 der
Erhöhung
der Anschlüsse
physikalisch nicht mehr gerecht werden. Als Ergebnis werden die elektronischen
Steuereinheiten in eine Einheit für einen großen Ausgang und eine andere
Einheit für
einen kleinen Ausgang (Steuereinheit) unterteilt. Außerdem werden
verschiedene Arten für
den Verbinder 108 verwendet. Wenn die Gestalt des Verbinders nach
Bedarf geändert
wird, werden die Variationen des Gehäuses erhöht, und demzufolge verursacht dieses
das Problem, dass die Variationen die Kosten für die elektronischen Steuereinheiten
erhöhen.
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Andererseits
ist die Einheit der 6 auf die Verwendung für die Vorrichtung
mit kleinem Ausgang (Steuerelement) begrenzt. Der Verbinder 114 kann durch
Mehrzweckentwurf mit geringem Zwischenraum eine Anzahl von Eingangs-
und Ausgangsanschlüsse
aufweisen, die bis zu etwa 100 Stiften bis 150 Stiften entsprechen.
Es ist jedoch schwierig, bei dieser Struktur die großen elektronischen
Komponenten 104 wie in 5 gezeigt
zu installieren. Sogar wenn das Substrat 111, das in dem
Aluminiumgehäuse 110 enthalten
ist, groß ist,
können
die elektronischen Komponenten von dem Substrat auf Grund einer
einwirkenden Vibration und des Gewichtes der elektronischen Komponenten
selbst abbrechen, wenn die elektronischen Steuereinheiten für eine Brennkraftmaschine
direkt am Motor installiert werden.
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Das
Dokument
EP 0 708 583
A1 beschreibt eine elektrische Vorrichtung, die eine Leiterplatte
aufweist, die in einem Teil aus einem flexiblen Material ausgebildet
ist. Die elektrischen Komponenten der Leiterplatte sind mit flexiblen
Leiterpfaden, die in der Leiterplatte integriert sind, verbunden.
Die Leiterplatte wird von einem stationären Gehäuseteil aufgenommen, wobei
das Gehäuseteil
und zumindest ein Teil der flexiblen Leiterpfade von einer gehärteten Schaummasse
zur mechanischen Fixierung der eingebetteten Komponenten an ihrer
Position umschlossen sind.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische
Steuereinheit zu schaffen, die eine bordeigene elektronische Komponente
und eine nicht bordeigene elektronische Komponente innerhalb eines
Gehäuses
aufweist und eine verbesserte Erschütterungskonstruktion und eine
verbesserte thermische Abstrahlung aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1
erzielt; weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung
wird sogar dann, wenn die nicht bordeigene elektronische Komponente,
die die große
elektronische Komponente ist, in dem Gehäuse angeordnet ist, die nicht
bordeigene elektronische Komponente innerhalb des Harzrahmens gehalten,
wodurch ein hoher Vibrationswiderstand gewährleistet wird. Da außerdem das
thermisch leitende Metallgehäuse
als Wärmesenke
dient, können
die nicht bordeigene bzw. nicht leiterplatteneigene) elektronische
Komponente und die bordeigene bzw. leiterplatteneigene elektronische
Komponente die Wärme über das
Gehäuse
freigeben. Somit sind die bordeigene elektronische Komponente und
die nicht bordeigene elektronische Komponente in dem Gehäuse angeordnet,
und die Erschütterungsfestigkeit und
das thermisch Abstrahlungsvermögen
sind verbessert.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden genaueren Beschreibung mit
Bezug auf die zugehörigen
Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht, die eine elektronische Steuereinheit gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 eine
Schnittansicht entlang der Linie II-II der 1,
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie II-II der 1 in Bezug
auf eine modifizierte Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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4 eine
perspektivische Ansicht, die einen Harzrahmen zeigt,
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5 eine
Schnittansicht, die eine elektronische Steuereinheit gemäß dem Stand
der Technik zeigt, und
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6 eine
Schnittansicht, die eine andere elektronische Steuereinheit gemäß dem Stand
Technik zeigt.
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Im
Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert. In den
Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Komponenten und
Vorrichtungen verwendet.
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Eine
elektrische Steuereinheit (ECU) 1, die in den 1 und 2 gezeigt
ist, wird für
das Fahrzeug verwendet. Sie ist in einem Motorraum angeordnet und
direkt an dem Motor angebracht. Die Einheit 1 weist ein
Gehäuse 2 aus
Aluminium auf. Das Aluminiumgehäuse 2 weist
eine Kastenform auf, die eine Öffnung
in einer oberen Oberfläche
aufweist sowie eine Bodenplatte und eine Seitenwand aufweist. Die Öffnung in
der oberen Oberfläche
des Aluminiumgehäuses 2 ist
mit dem Deckel 3 bedeckt.
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Eine
Leiterplatte 11, die bordeigene bzw. leiterplatteneigene
elektronische Komponenten 10 aufweist, ist an einem mittleren
Abschnitt einer Bodenfläche
des Aluminiumgehäuses 2 angeordnet
und durch ein Haftmittel 12 befestigt. Ein Verbinder 20 ist an
einer rechten Seite des Anbringungsortes der Leiterplatte 11 in
der Bodenfläche
des Aluminiumgehäuses 2 angebracht.
Das heißt,
das Aluminiumgehäuse 2 ist
von dem Verbinder 20 getrennt. Der Verbinder 20 enthält ein Gehäuse 21,
das eine zylindrische Gestalt mit einer Bodenplatte aufweist, und
Verbindungsstifte (Verbinderstifte) 22, die durch diesen
laufen und von dem Verbinder 20 getragen werden. Das Gehäuse 21 wird
in ein Durchgangsloch 2a eingeführt, das in dem Aluminiumgehäuse 2 vorgesehen ist,
und dann wird der Verbinder 20 an dem Aluminiumgehäuse 2 durch
ein Bondmaterial bei einer Bedingung, bei der das Gehäuse 21 in
dem Durchgangsloch 2a eingeführt ist, befestigt. Die Leiterplatte 11 wird
mit den Verbindungsstiften (Leitungsdrähte) 22 des Verbinders 20 mittels
Bonddrähten 23 elektrisch
verbunden.
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Andererseits
ist eine Vorstehung in Beutel- bzw. Taschenform 2b an der
linken Seite des Anbringungsortes der Leiterplatte 11 in
der Bodenfläche
des Aluminiumgehäuses 2 ausgebildet.
Eine Konkavität 4 ist
innerhalb der Vorstehung 2b vorgesehen, um große elektronische
Komponenten (nicht bordeigene elektronische Komponenten) 40 und 41 zu
installieren. Ein Harzrahmen 30 ist in die Konkavität 4 des Aluminiumgehäuses 2 eingeführt und
mittels Bonden befestigt. Die nicht bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 sind
in einer Speicherkonkavität 31 für die elektronischen
Komponenten innerhalb des Harzrahmens 30 untergebracht
und mittels eines Klebemittels 42 befestigt. Die nicht
bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 sind
die großen elektronischen
Komponenten wie zum Beispiel Spulen und Kondensatoren für eine Schaltung
mit großem
Ausgang.
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Auf
diese Weise ist die Vorstehung in Beutelform 2b in einem
Teil des Aluminiumgehäuses 2 vorgesehen,
und die großen
elektronischen Komponenten 40 und 41 sind innerhalb
der Vorstehung 2b (Konkavität 4) in einer Haltebedingung
mit dem Harzrahmen 30 angebracht, wodurch das Gesamtvolumen der
ECU 1 verringert wird und wodurch eine Verringerung der
Größe möglich ist.
Da außerdem
der Harzrahmen 30 isolierend ist, dient er außerdem als
ein Isolierelement zwischen dem Aluminiumgehäuse 2 und den großen elektronischen
Komponenten 40 und 41. Die großen elektronischen Komponenten 40 und 41 sind
auf dem Harzrahmen 30 angebracht, so dass nur derartige
bordeigene elektronische Komponenten (oberflächenmontierte Vorrichtung:
SMD) 10, die eine geringe Größe aufweisen, auf der Leiterplatte 11 angebracht
werden. Dementsprechend ist es möglich,
die Leiterplatte 11 zu verkleinern und ein feines Muster
zu entwickeln.
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Der
Harzrahmen 30 ist derart ausgelegt, dass seine Größe geeignet
minimiert ist, um die großen
elektronischen Komponenten 40 und 41 zu installieren.
Das heißt,
der Harzrahmen 30, der die großen elektronischen Komponenten,
wie in 5 des Standes der Technik gezeigt, nicht umgibt,
weist eine minimale Größe auf,
die die Funktion eines Sitzes zum Halten der Komponenten 40 und 41 aufweist. Das
Aluminiumgehäuse 2 ist
derart strukturiert, dass es die Vorstehung 2b nur an einem
Ort der großen elektronischen
Komponenten 40 und 41 aufweist, und an einem anderen
Ort des Gehäuses 2 schmal ist.
Dieses verringert das Gesamtvolumen der ECU 1. Das heißt, dieses
verringert das Volumen eines Bereiches, der durch eine gestrichelte
Linie Z1 der 2 gezeigt ist, in Bezug auf
das Volumen des Aluminiumgehäuses 2,
und ermöglicht
eine Verringerung der Größe.
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Zusätzlich wird
das Wärmeabstrahlungsvermögen verbessert,
da die großen
elektronischen Komponenten 40 und 41 auf effiziente
Weise ihre Wärme
auf den Umgebungsbereich zur Absorption in dem Aluminiumgehäuse 2 abstrahlen.
Der Harzrahmen 30 selbst muss nicht die Festigkeit des
Gehäuses
wie bei der Struktur gemäß dem Stand
der Technik, die in 5 gezeigt ist, aufweisen. Daher
kann die Dicke des Harzrahmens 30 auf ein Drittel der Dicke
gemäß dem Stand
der Technik verringert werden, wodurch der Harzverbrauch und das
Gewicht des Harzrahmens 30 verringert werden.
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Die
nicht bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 weisen
Leitungsdrähte 40a und 40b auf.
Der Harzrahmen 30 weist ein Busschienenträgerelement 32 auf,
und das Busschienenträgerelement 32 erstreckt
sich in Richtung nach rechts o berhalb der Leiterplatte 11.
Die Busschienen (metallische elektrische Leiter für nicht
bordeigene elektronische Komponenten) 50 und 51 führen durch
das Busschienenträgerelement 32,
und die Busschienen 50 und 51 erstrecken sich
in horizontaler Richtung. Die Busschienen 50 und 51 sind
mit den Leitungsdrähten 40a und 41a der
nicht bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 jeweils
durch Widerstandsschweißen
verbunden. Dadurch wird eine hohe Vibrationsfestigkeit gegenüber Vibrationen (10–30G) bei
einer Bedingung gewährleistet,
bei der die ECU 1 direkt an dem Motor angebracht ist.
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Die
Busschienen 50 und 51 sind jeweils elektrisch
mit der Leiterplatte 11 über metallische Folien (Banddrähte) 52 und 53 verbunden.
Ein Anbringungsrand 5 ist einstückig an den oberen Ende des Aluminiumgehäuses 2 gegossen
und weist Durchgangslöcher 5a wie
in 1 gezeigt auf. Die ECU 1 wird an dem
Motor 80 mittels Schrauben durch die Schraubenlöcher 5a angebracht.
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In
dem Verbinder 20 sind Endabschnitte, die in dem Gehäuse 21 der
Verbindungsstifte 22 angeordnet sind, mit dem Ende eines
Drahtes bzw. Leiters (nicht gezeigt) über einen Endverbinder des
Drahtes zur Verbindung mit der Leiterplatte 11 und einer
externen Vorrichtung verbunden. Der Draht ist mit einer Batterie,
verschiedenen Arten von Sensoren und einem Aktuator zum Steuern
des Motors verbunden. Das heißt,
interne Elemente innerhalb des Aluminiumgehäuses 2 der ECU 1 sind
mit der Batterie, den verschiedenen Arten von Sensoren und dem Aktuator
zum Steuern des Motors über
den Draht verbunden. Dann erfasst die ECU 1 eine Bedingung
des Motors durch Signale von Sensoren, führt verschiedene Arten von
Berechnungen durch und steuert dann den Aktuator, wie zum Beispiel
einen Einspritzer oder eine Zündung,
an, um den Motor geeignet zu steuern.
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In
dieser Ausführungsform
wird Wärme,
die von den bordeigenen elektronischen Komponenten 10,
die auf der Leiterplatte 11 angebracht sind, abgestrahlt
wird, hauptsächlich
zur Leiterplatte 11, dann zum Klebemittel 12 und
danach zum Aluminiumgehäuse 2 geleitet.
Dann wird die Wärme
effizient von dem Aluminiumgehäuse 2 zum
Motor (Fahrzeug) 80 abgestrahlt. Die Wärme, die von sämtlichen
elektronischen Komponenten 10, 40 und 41 abgestrahlt wird,
wird zum Aluminiumgehäuse 2 als
Wärmesenke
geleitet und effizient von dem Anbringungsrand 5 (Anbringungselement
für die
ECU) an der Seite des Motors 80 abgestrahlt.
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Wie
es oben erläutert
ist, sind die nicht bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 in der
ECU 1 in dem Aluminiumgehäuse 2 untergebracht.
Die Leiter platte 11, die die bordeigenen elektronischen
Komponenten 10 aufweist, ist ebenfalls in dem Aluminiumgehäuse 2 untergebracht.
Die Leiterplatte 11 ist elektrisch mit den nicht bordeigenen
elektronischen Komponenten 40 und 41 verbunden,
und die Verbindungsstifte 22 des Verbinders 20,
der in dem Aluminiumgehäuse 2 installiert
ist, sind elektrisch mit der Leiterplatte 11 verbunden.
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Das
Aluminiumgehäuse
(gut thermisch leitendes Metallgehäuse), das die Konkavität 4 zum
Anbringen der nicht bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 aufweist,
wird als das Gehäuse 2 verwendet.
Der Harzrahmen 30, der die nicht bordeigenen elektronischen
Komponenten 40 und 41 aufweist, ist in der Konkavität 4 vorgesehen.
Die Busschienen (metallischer elektrischer Leiter für nicht bordeigene
elektronische Komponenten) 50 und 51, die in den
Harzrahmen 30 eingeführt
sind, sind elektrisch mit der Leiterplatte 11 über die
Metallfolien 52 und 53 verbunden.
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Sogar
dann, wenn dementsprechend die nicht bordeigenen elektronischen
Komponenten 40 und 41, die die großen elektronischen
Komponenten sind, in dem Aluminiumgehäuse 2 angeordnet sind, werden
die nicht bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 von
dem Harzrahmen 30 gehalten, wodurch eine hohe Vibrationsfestigkeit
gewährleistet
wird. Da außerdem
das Aluminiumgehäuse 2 als
die Wärmesenke
dient, können
die bordeigenen elektronischen Komponenten 10 und die nicht
bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 die Wärme über das
Aluminiumgehäuse 2 freisetzen. Demzufolge
sind die bordeigenen elektronischen Komponenten 10 und
die nicht bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 in
dem Aluminiumgehäuse 2 angeordnet,
und die Erschütterungsfestigkeit
und das thermische Abstrahlungsvermögen sind verbessert.
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Die
großen
elektronischen Komponenten 40 und 41 sind an dem
Harzrahmen 30 angebracht, wodurch die Vibrationsfestigkeit
verbessert ist. Dementsprechend wird die ECU 1 geeignet
als eine Fahrzeug-ECU, und insbesondere als eine ECU, die direkt
an dem Motor angebracht ist, verwendet.
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Durch
beliebige Modifizierung der Gestalt des Harzrahmens 30 werden
der Installationsort der großen
elektronischen Komponenten 40 und 41 und die Verbindungsorte
zwischen der Leiterplatte 11 und den Busschienen 50 und 51 an
beliebigen Orten festgelegt, wodurch die Flexibilität des Entwurfes
in Bezug auf die Leiterplatte 11 verbessert wird. Dieses kommt
daher, dass es notwendig ist, die Vibrationsfestigkeit und einen
Pfad, über
den der Strom fließt, wenn
die großen
elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte angebracht sind,
zu berücksichtigen, und
dadurch ist der Anbringungsort der großen elektronischen Komponenten
begrenzt.
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Außerdem sind
das Aluminiumgehäuse 2, der
Harzrahmen 30 und der Verbinder 20 getrennt aufgebaut
(einzeln ausgelegt) und nicht einstückig gegossen. Dieses kann
ermöglichen,
dass verschiede Arten von Vorrichtungen flexibel gesteuert werden können. Das
heißt,
das Aluminiumgehäuse 2,
der Harzrahmen 30 und der Verbinder 20 sind getrennt aufgebaut,
so dass nur eine Entwurfsänderung
des Verbinders 20 im Vergleich zur einstückig gegossenen
Struktur eines Verbinders und eines Gehäuses benötigt wird, wenn sich die Anzahl
der Eingänge
und Ausgänge
zum Steuern erhöht,
wodurch die Flexibilität
des Entwurfes in Bezug auf die ECU 1 verbessert wird. Genauer
gesagt kann die ECU 1 in das Aluminiumgehäuse 2,
den Verbinder 20, den Harzrahmen 30, die Leiterplatte 11 und
den Deckel 3 unterteilt werden, und dann kann jedes Element
individuell ausgelegt werden.
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Die
gesamte Aufbau der nicht bordeigenen elektronischen Komponenten 40 und 41 ist
innerhalb des Harzrahmens 30 angeordnet (angebracht). Dementsprechend
können
die großen
elektronischen Komponenten 40 und 41 außerhalb
der Leiterplatte 11 angeordnet werden, und nur die kleinen
elektronischen Komponenten wie z.B. die bordeigenen elektronischen
Komponenten (SMD) 10 sind auf der Leiterplatte 11 angebracht,
wodurch die Größe der Leiterplatte 11 verringert
und ihre Vibrationsfestigkeit verbessert werden kann.
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Der
Anbringungsrand 5 ist einstückig mit dem Aluminiumgehäuse 2 gegossen,
so dass die Wärme
von dem Anbringungsrand 5 auf die Motorseite (Fahrzeugseite),
die das andere Anbringungsende ist, freigegeben wird, wodurch die
thermische Abstrahlung verbessert wird. Wenn Rippen an dem Aluminiumgehäuse 2 vorgesehen
sind, wird die Wärmeabstrahlung
an die Luft weiter verbessert.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und die
in den Figuren gezeigten Ausführungsformen
begrenzt, sondern kann auf verschiedene Weise ohne von dem Bereich
der Erfindung, der durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen,
implementiert werden. Wie es beispielsweise in 3 gezeigt
ist, kann der Harzrahmen 30 Schlitze (Durchgangslöcher) 60 als
thermisch abstrahlende Fenster aufweisen. Genauer gesagt sind, wie
es in 4 gezeigt ist, viele quadratische Schlitze (Durchgangslöcher) 60 an
einer Seitenwand der Speicherkonkavität 31 des Harzrahmens 30 angeordnet.
Somit tendiert die Wärme
dazu, durch die Schlitze 60 zum Aluminiumgehäuse 2 geleitet
zu werden. Dementsprechend wird die Wärmeab strahlung von den großen elektronischen
Komponenten 40 und 41 verbessert. Da der Harzrahmen 30 eine
niedrige thermische Leitfähigkeit
aufweist, dient die Seitenwand des Harzrahmens 30 als Wärmeisolationsmaterial.
Aus diesem Grund sind die Schlitze 60 vorgesehen, so dass
die Wärme
von den elektronischen Komponenten 40 und 41 auf
einfache Weise durch die Luft an den Stellen der Schlitze 60 zum
Aluminiumgehäuse 2 geleitet
wird.