JP2008282637A - 電気回路装置および電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気回路装置の放熱を効率化し、もって装置の劣化や故障発生を防止しつつ、コスト削減と装置筐体小型化を実現した電気回路装置を提供すること。
【解決手段】電子制御装置１は、マイコン１１、モータ駆動ブロック１２、リレー・電解コンデンサブロック１３およびコネクタ２０を樹脂基板上にマウントして電気回路を構成したＥＰＳ用のＥＣＵであり、発熱量の大きいシャント抵抗３０をコネクタ２０の端子２２の一部を利用して形成している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、熱対策を必要とする要放熱部品を含む電気回路装置および電子制御装置に関し、特に効果的な放熱を行なう電気回路装置および電子制御装置に関する。

電気回路において使用される各種電気素子には、動作時に発熱を伴うものが多い。そして、かかる電気素子の発熱によって電気回路装置の内部雰囲気温度が上昇しすぎると、素子の破損や動作異常が引き起こされる。

そこで従来、電気素子の発熱を外部に放熱する技術が各種考案されてきた。例えば、特許部件１は、電子部品と金属ケースとを接触させることで、電子部品が発した熱を金属ケース経由で外部に放出する技術を開示している。

また、特許文献２は、発熱素子の熱をフィン放熱用貫通孔、放熱ブロック、ケースを順に伝導させて放出する技術を開示している。さらに特許文献３は、発熱体パッケージを筐体の上部側に配置するとともに、放熱脚部を下ケースの底壁方向に延在させて、発熱体パッケージから発生する熱を放出する技術を開示している。

特開平１０−４４６５７号公報 特開２０００−３３２１７１号公報 特開２００１−２７４５７４号公報

しかしながら、上述した従来の技術のように、発熱量の大きい素子を他の素子と同一基板上にマウントすると、近傍の他の素子への影響が大きく、従来技術のように放熱経路を設定したとしても、近傍の素子には大きなあおり熱が加わり動作異常や破損を引き起こす場合があった。また、発熱量の大きい部品自体も、雰囲気温度が定格温度を超えると動作異常や破損が発生する場合がある。

そのため、特に発熱量の大きい部品を基板上に搭載する場合には、搭載位置周辺にバイアホールを設けて放熱効果を増すと共に周囲の素子との距離を離す必要があり、基板上の占有面積が大きくなるという問題点があった。

特に、車載用の電子制御装置（ＥＣＵ）では、高温で埃などの多い環境で安全確実に動作する必要があるため、放熱の重要度が高い。中でも電動パワーステアリング用モータなどのモータを駆動する電子制御装置では、電流検出用の抵抗素子であるシャント抵抗の発熱量が大きいため、基板占有面積を非常に大きく必要となり、装置の大型化を招いていた。

また、装置内が高温になる状況を想定して耐熱性の高い高価な部品を使用する必要があるため、装置全体の価格上昇が引き起こされていた。さらに、雰囲気温度上昇によってシャント抵抗自体の動作精度が低下し、電流の検出精度が低くなるという問題点があった。

本発明は、上述した従来技術における問題点を解消し、課題を解決するためになされたものであり、放熱を効率化し、もって装置の劣化や故障発生を防止しつつ、コスト削減と装置筐体小型化を実現した電気回路装置および電子制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電気回路装置および電子制御装置は、コネクタやパスバーなどの基板外の電気経路上に熱対策を必要とする要放熱部品を形成する。

本発明によれば電気回路装置および電子制御装置は、放熱を要する部品をコネクタやパスバーなどの基板外の電気経路上に形成することとしたので、放熱を効率化し、もって装置の劣化や故障発生を防止しつつ、コスト削減と装置筐体小型化を実現した電気回路装置を得ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る電気回路装置および電子制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例である電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用の電子制御装置（ＥＣＵ）１の概要構成を示す概要構成図である。同図に示す様に、電子制御装置１は、マイコン１１、モータ駆動ブロック１２、リレー・電解コンデンサブロック１３、コネクタ２０を樹脂基板１０上にマウントし、樹脂基板１０に印刷されたプリント配線によって電気的に接続することで電気回路を構成している。

ここで、コネクタ２０は、電子制御装置１を外部のバッテリおよびモータと電気的・物理的に着脱可能に接続する機能配線部材であり、端子２１〜２４を有する。端子２１は図２の回路ブロック図に示すバッテリ２の＋側と接続され、端子２２はバッテリ２の−側と接続されている。また端子２３，２４は図２に示すモータ３と接続される。

そして、本発明では、コネクタ２０の端子２２に電流検出用のシャント抵抗３０を形成している。図３は、ＥＰＳ用の電子制御装置の回路構成図であり、電子制御装置１もこの回路構成は同一である。ここで、シャント抵抗３０はバッテリ２の−側から最初に接続される電気素子であり、発熱量が非常に大きい。

そのため、シャント抵抗３０を樹脂基板上にマウントする場合は、シャント抵抗３０からの発熱を放出するためにその搭載位置周辺に広いバイアホール領域が必要であり、樹脂基板、ひいては装置全体が大型化する。

これに対し、電子制御装置１はシャント抵抗３０をコネクタ２０の端子２２上に形成しているので、電気的な回路構成は従来と同一であるが、樹脂基板上にシャント抵抗をマウントする物理構成に比して放熱効率を向上することが出来る。

また、樹脂基板上にシャント抵抗をマウントする必要がなくなるため、シャント抵抗の搭載場所およびバイアホール領域を基板から省略することができ、基板および装置筐体の小型化を実現することができる。

つづいて、コネクタ端子へのシャント抵抗３０の形成方法について具体的に説明する。シャント抵抗３０は、端子２２の一部を用いて形成する。すなわち、端子２２から所定間隔で配線を引き出し、その配線間の電圧降下を計測することで電流値を求める。したがって、この配線間の抵抗値がシャント抵抗として機能することとなる。

ここで、配線間の抵抗値は、配線の間隔の設定によって制御することができる。また、端子配線の形状を加工して抵抗値を制御することもできる。例えば、図４には同図のＡ方向からみた端子２２の断面図を示している。この図４に示した例では、端子２２の一部に凹部２２ａを設けて端子配線を薄くすることによって抵抗値を増した上で、シャント抵抗３０を形成している。

また、図５には同図のＢ方向から見た端子２２の拡大図を示したが、この図５に示した例では、シャント抵抗３０として使用する範囲に対し、トリミングを行なって切れ目２２ｂを入れることで抵抗値を増している。

同様に、図６に示したＢ方向拡大図では、シャント抵抗３０として使用する範囲の端子配線幅を狭くすることで、抵抗値を増している。

また、材質については、一般的にコネクタ端子として使用される材質（例えば銅）のままとしてもよいが、一般的にシャント抵抗に用いられる材質（例えば銅ニッケル）に替えることも出来る。

さらに、端子２２全体を同一の材質（銅や銅ニッケルなど）とし、配線の引き出し（すなわちシャント抵抗３０として使用する範囲の設定）および形状の加工によって所望の抵抗値を得るようにしてもよいし、図７のＡ方向断面図に示したように端子２２のうちシャント抵抗３０として使用する範囲のみ異なる材質を用いてもよい。図７に示した例では、端子２２のコネクタピン材質として銅を使用し、シャント抵抗３０として使用する範囲のみ銅ニッケルを接合している。

また、端子２２全体の材質をシャント抵抗に適した材質に変更する場合、コネクタ２０の着脱時に端子表面に荒れが生じ、接続性能が劣化する恐れがある。そこで、図８のコネクタ断面図に示したように、コネクタ２０にコネクタ５０を装着した場合にコネクタ５０の端子５１が端子２２に嵌合するとすれば、その嵌合部近傍にメッキ２２ｃを施しておくことが好ましい。

さらに、複数の端子上にそれぞれ抵抗素子を形成し、得られた抵抗素子を並列接続してシャント抵抗として利用することもできる。図９に示した構成では、バッテリの−側に接続する端子が端子２２と端子２５の二つあり、端子２２に抵抗素子３０ａを、端子２５に抵抗素子３０ｂを有している。そして、抵抗素子３０ａと抵抗素子３０ｂとを並列接続することでシャント抵抗３０を形成している。

また、これまで示した例では、端子に対してコネクタ側と基板側にそれぞれ引き出し配線を設け、二つの引き出し配線の間をシャント３０抵抗として使用していたが、例えば図１０に示すように、シャント抵抗３０として使用する部分の基板側を基板に接触させる、すなわち端子２２の下端にシャント抵抗３０を形成すれば、基板側の引き出し配線を樹脂基板１０上のプリント配線によって実現し、マウントやボンディングを容易にするとともに部品点数を削減して製造コストを抑えることが出来る。

また、図１１に示した構成例では、電子制御装置１側のコネクタ２０に装着される、バッテリ２やモータ３側のコネクタ５０にシャント抵抗３１を形成している。具体的には、コネクタ５０のハーネス５２に二つの引き出し配線を接続し、その間をシャント抵抗３０として使用している。また、この時、引き出した配線は、ピンなどで基板側に接続することとすればよい。

さらに、図１２に示したように、電子制御装置１側の端子２２にシャント抵抗３０を形成する場合であっても、サブピン６１，６２などによって引き出し配線をコネクタ外部に引き出して、装置外部でシャント抵抗に流れる電流値を検出する構成としても良い。

また、これまでの説明では、電気回路を外部と接続する機能配線であるコネクタ２０のうち、バッテリ−側に接続する端子２２に要放熱部品であるシャント抵抗を形成する場合について説明したが、バッテリの＋側やモータ側、また任意の装置と外部接続するコネクタ端子上に要放熱部品を形成することができる。

さらに、他の機能配線上に要放熱部材を形成することも出来る。例えば図１３に示した構成例では、電子制御装置１内部で樹脂基板１０と金属基板１０ａとを電気的に接続すると共に、金属基板１０ａを物理的に支持する機能を有するバスバー７１にシャント抵抗３２を形成している。

さらに、本実施例ではＥＰＳ用のＥＣＵにおいてシャント抵抗を機能配線上に形成する場合を例に説明を行なったが、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜変形して実施可能である。

たとえば、要放熱部品として、動作時の発熱量が他の部品に比して大きい発熱素子のほか、動作時における周辺温度を他の部品に比して低く保つ必要のある素子を使用することも好適である。

例えば、ＥＰＳ用のＥＣＵでは、ＭＯＳＦＥＴの他、シャント抵抗、電源平滑用のコイルや電解コンデンサ、リレーなどを要放熱部品として機能配線上に形成することが好適である。

また、昇圧回路では、MOS-FET、電源平滑用のコイルや電解コンデンサ、同様に昇圧用のコイルや電解コンデンサ、整流用のダイオードなどが要放熱部品となる。

また、プリクラッシュＥＣＵでは、ブレーキランプ用供給電流通電部に用いるダイオードを要放熱部品として機能配線上に形成することが好適である。

その他、一般的なECUにおける要放熱部品としては、トランジスタ（例えば５V電源等の電源回路部分など）、ダイオード（５V電源等の電源回路部分など）、モータ駆動製品、電流供給ライン（ランプ等）での発熱部品などが挙げられる。さらに、車載用以外の電子制御装置についても要放熱部品が存在する装置であれば、任意の装置に本発明は適用可能である。

以上説明してきたように、本実施例にかかる電子制御装置１では、要放熱部品であるシャント抵抗３０をコネクタ２０の端子２２の一部を利用して形成したので、樹脂基板上にシャント抵抗をマウントする物理構成に比して放熱効率を向上することが出来る。

また、樹脂基板上にシャント抵抗をマウントする必要がなくなるため、シャント抵抗の搭載場所およびバイアホール領域を基板から省略することができ、基板および装置筐体の小型化を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる電気回路装置および電子制御装置は、部品の放熱に有用であり、特に装置内雰囲気温度上昇の防止に適している。

本発明の実施例である電子制御装置の概要構成を示す概要構成図である。 本発明の実施例である電子制御装置の回路構成を説明する回路ブロック図である。 本発明の実施例である電子制御装置の回路図である。 端子を薄くすることによる抵抗値の制御について説明する説明図である。 端子のトリミングによる抵抗値の制御について説明する説明図である。 端子幅の加工による抵抗値の制御について説明する説明図である。 端子の素材を切り替えてシャント抵抗を形成する構成について説明する説明図である。 端子の素材を変更する場合における端子のメッキについて説明する説明図である。 複数に端子にそれぞれ形成した抵抗素子を並列接続したシャント抵抗について説明する説明図である。 シャント抵抗の一端を樹脂基板上に直接接続する構成について説明する説明図である。 外部側のコネクタにシャント抵抗を形成する場合について説明する説明図である。 シャント抵抗の引き出し配線を装置外部まで引き出す場合の構成について説明する説明図である。 金属基板を支持するバスバーにシャント抵抗を形成する構成について説明する説明図である。

符号の説明

１ 電子制御装置
２ バッテリ
３ モータ
１０ 樹脂基板
１０ａ 金属基板
１１ マイコン
１２ モータ駆動ブロック
１３ リレー・電解コンデンサブロック
２０，５０ コネクタ
２１〜２５ 端子
２２ａ 凹部
２２ｂ 切れ目
２２ｃ メッキ
３０〜３２ シャント抵抗
３０ａ，３０ｂ 抵抗素子
１０，１１，１２，１１０ パッケージ
２０，２１ａ，２１ｂ，２２，２３，２４ａ，２４ｂ，２５，１２０ 放熱板
２２ａ 貫通孔
２３ａ 横溝
３０ 樹脂基板
３１ 金属基板
３２ パスバー
３３ 樹脂
３４ 押さえ板
３５，３５ａ リード線
４０ ＭＯＳＦＥＴ
４０ｂ モジュール
４１〜４３ 部品
５２ ハーネス
６１，６２ サブピン
７１ バスバー

Claims (11)

1. 熱対策を必要とする要放熱部品を含む複数の部品を電気的に接続して構成した電気回路と、
   前記電気回路を構成する主要な部品群を物理的に接続する基板と、
   前記基板と基板外部との間を電気的および機械的に接続する機能配線部材と、
   を備え、前記要放熱部品を前記機能配線部材上に形成したことを特徴とする電気回路装置。
2. 前記機能配線部材は、前記電気回路を装置外部と接続するコネクタ部材であり、前記要放熱部品を前記コネクタ部材の端子配線上に形成したことを特徴とする電気回路装置。
3. 前記要放熱部品は、シャント抵抗であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気回路装置。
4. 前記コネクタ部材の端子配線について、当該端子配線の形状を加工して抵抗値を制御し、前記シャント抵抗を形成することを特徴とする請求項３に記載の電気回路装置。
5. 前記コネクタ部材の端子配線について、当該端子配線の素材を選択することで前記シャント抵抗を形成することを特徴とする請求項３または４に記載の電気回路装置。
6. 前記コネクタ部材の複数の端子配線を並列接続して前記シャント抵抗を形成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の電気回路装置。
7. 前記コネクタ部材の端子配線のうち前記シャント抵抗として使用する領域の一端を、当該端子配線の基板に対する接続位置としたことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載の電気回路装置。
8. 前記コネクタ部材は前記電気回路を電源に接続し、前記要放熱部品は前記電源の負側に接続する端子配線上に形成されることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載の電気回路装置。
9. 前記要放熱部品を前記基板から離隔して形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の電気回路装置。
10. 前記機能配線部材は、前記複数の部品間の電気的接続に加え、前記部品の一部、前記基板、もしくは前記基板とは異なる第２の基板を物理的に支持するバスバーであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の電気回路装置。
11. 熱対策を必要とする要放熱部品を含む複数の部品を電気的に接続して構成するとともに、車載装置に対して外部接続された電気回路と、
    前記電気回路を構成する主要な部品群を物理的に接続する基板と、
    前記基板と基板外部との間を電気的および機械的に接続する機能配線部材と、
    を備え、前記要放熱部品を前記機能配線部材上に形成した電気回路によって前記車載装置の動作を制御する電子制御装置。

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