JP2016034203A

JP2016034203A - 電子装置

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Publication number: JP2016034203A
Application number: JP2014156482A
Authority: JP
Inventors: 隆広山中; Takahiro Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: JP6146380B2; US9949384B2; DE102015214201B4; DE102015214201A1; US20160037659A1; CN105322719A; CN105322719B

Abstract

【課題】筐体と電子部品との接触を防止しつつ、小型化可能な電子装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ３は、第１主面５１に電子部品３１が搭載された基板５と、筐体７とを有している。筐体７は、電子部品３１とは、異なる位置に向かって突出している突出部７６を有している。突出部７６の高さＨ３は、電子部品の高さＨ１よりも高く、かつ、基板５とヒートシンク７との間のＤ１よりも小さい。基板５に反りが発生し、第１主面５１がヒートシンク７の対向面７１に近づいた場合、第１主面５１と突出部７６とが接触することにより、電子部品３１とヒートシンク７とが接触することが防止される。また、基板５の第２主面５２の全領域に他の電子部品３２を搭載することが可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品が搭載された基板と筐体とを有する電子装置に関する。

従来、電子部品が搭載された基板と筐体との間のクリアランスを確保するために、基板の角部だけでなく、その中央部でも、基板と筐体とをネジ止めする技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。このような従来技術によれば、基板に反りが生じた場合に、筐体と電子部品とが接触することが防止される。

特開２０１３−２５１９９１号公報

しかしながら、特許文献１等の従来技術では、基板の２つの主面のいずれであっても、その中央部にはネジが挿通するために電子部品を配置することができず、このような構成の電子装置を小型化することは難しい。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、筐体と電子部品との接触を防止しつつ、小型化可能な電子装置を提供することにある。

本発明の電子装置は、一方の主面に電子部品が搭載された基板と、筐体とを有している。
筐体は、基板の主面との間に隙間を挟んで配置された対向面、基板を支持する支持部、および、基板の主面における電子部品とは異なる位置に向かって対向面から突出している突出部を有している。
ここで、基板の主面と筐体の対向面との隙間の隙間方向において、突出部の高さは、電子部品の高さよりも高く、かつ、当該隙間よりも小さい。

上記構成では、基板の主面と、筐体の対向面とが隙間を挟んで対向している。当該隙間方向では、電子部品および突出部が高さを有する。突出部の高さは電子部品の高さよりも高いため、基板に反りが発生し、基板の主面が筐体の対向面に近づいた場合、基板の主面とヒートシンクの突出部とが接触する。これにより、基板の主面は、それ以上筐体の対向面に近づかない。よって、電子部品と筐体の対向面との間の隙間を保つことが可能であり、電子部品と筐体の対向面とが接触することはない。

上記構成によれば、基板の主面において突出部に対面する以外の領域、および、基板の主面とは反対側の他の主面の全領域に、電子部品を搭載することが可能である。すなわち、従来よりも基板に対する電子部品の実装面積が増える。
したがって、本発明は、電子部品と筐体との接触を防止しつつ、電子装置を小型化することが可能である。

本発明の一実施形態による駆動装置を模式的に示す断面図である。図１のＩＩ部分を拡大して示す図である。図１のＩＩＩ方向から見たときの基板を示す平面図である。図１のＩＶ方向から見たときのヒートシンクを示す平面図である。基板に反りが生じている様子を模式的に示す図である。突出部の他の配置例を説明するためのヒートシンクを示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態による電子装置は、駆動装置に適用される。以下では、駆動装置１について図１〜図４に基づいて説明する。駆動装置１は、例えば電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを出力し、減速ギアを介してコラムまたはラックに伝達する。

（駆動装置の構成）
まず、駆動装置１の概略構成について、図１を参照して説明する。駆動装置１は、回転電機としてのモータ２、および、モータ２の通電を制御する「電子装置」としてのＥＣＵ３を備えている。ＥＣＵ３は、モータ２の軸方向の一方側に設けられており、モータ２とＥＣＵ３とは一体に構成されている。以下適宜、モータ２の軸方向を単に「軸方向」といい、モータ２の径方向を単に「径方向」という。

モータ２は、例えば三相ブラシレスモータであり、モータケース２１、ステータ２２、巻線組２３、ロータ２４、および、シャフト２５等を備える。
モータケース２１は、２つの底部２１１および２１２、ならびに、筒部２１３を有し、例えばアルミ等の金属により有底筒状に形成される。
ステータ２２は、モータケース２１の内側に固定されており、３相結線された２組の巻線組２３が巻回されている。巻線組２３からは、相毎にモータ線２６が延びており、モータケース２１の底部２１２に形成されるモータ線挿通孔２１４を介してＥＣＵ３側に取り出されている。
ロータ２４は、ステータ２２と同軸となるようにステータ２２の径方向内側に設けられている。

シャフト２５は、ロータ２４の軸中心に固定されている。シャフト２５は、モータケース２１に設けられたベアリング（不図示）に軸受され、回転可能に支持されている。
シャフト２５の一端２５１は、モータケース２１の一方の底部２１１に形成される軸孔２１５に挿通され、モータケース２１の外部に突出する。シャフト２５の一端２５１には、図示しない出力端が設けられる。シャフト２５の他端２５２は、モータケース２１の他方の底部２１２に形成される軸孔２１６に挿通され、ＥＣＵ３側に露出している。シャフト２５の他端２５２には、マグネット（不図示）が保持されている。
（ＥＣＵ３の構成）
次に、ＥＣＵ３の詳細な構成について、さらに図２〜図４を参照して説明する。
ＥＣＵ３は、電子部品３１、３２が実装された基板５、「筐体」としてのヒートシンク７、および、「熱伝導材」としての放熱ゲル９を有する。本実施形態では、ヒートシンク７は、モータケース２１の一方の底部２１２として構成されている。以下の説明では、適宜、モータケース２１の底部２１２をヒートシンク７と記載する。

基板５は、モータ２の軸方向に対して垂直に配置されてモータケース２１の底部２１２に対向しており、ネジ２８によって底部２１２固定されている。基板５には、モータ線挿通部５６が形成されており、モータ線２６は、モータ線挿通部５６を挿通して基板５と電気的に接続されている。また、基板５には、回転角センサ４４が実装されており、回転角センサ４４は、シャフト２５の他端２５２に保持されたマグネットに対向している。

基板５は、例えばプリント基板である。基板５の２つの主面のうち、ヒートシンク７に対向している面を第１主面５１とし、その反対側の面を第２主面５２とする。また、基板５には、モータ線２６や電源端子（不図示）と電子部品３１、３２とを電気的に接続するための配線５９が形成されている。配線５９は、第１主面５１側に設けられる場合には、突出部７６〜７８に対向する領域以外に配置されるように配線パターンが工夫されている。なお、図３では、基板５の第１主面５１に形成された一部の配線５９のみを例示し、他の配線については図示を省略している。

電子部品３１は、例えばＭＯＳＦＥＴ等であり、２組の巻線組２３にそれぞれ対応する２組のインバータを構成している。また、電子部品３２はコンデンサや抵抗等である。電子部品３１は基板５の第１主面５１に配置され、電子部品３２は、基板５の第１主面５１に配置されている。ここで、軸方向の電子部品３１の高さをＨ１とする。

ヒートシンク７は、例えばアルミ等の熱伝導性のよい金属により形成される。ここで、基板５の第１主面５１に対向するヒートシンク７の面を対向面７１と称し、その反対側の面を背面７２と称する。ヒートシンク７の対向面７１は、基板５の第２主面５２との間に隙間Ｄ１を有しており、電子部品３１との間に隙間Ｄ２を有している。本実施形態では、隙間Ｄ１、Ｄ２の隙間方向は軸方向に略一致する。

ヒートシンク７の対向面７１には、基板５側に突出している基板支持部７５が形成されている。基板支持部７５は、基板５を支持しており、基板支持部７５と基板５とは、ネジ２８によって固定されている。基板５の第１主面５１とヒートシンク７の対向面７１との間の隙間Ｄ１は、基板支持部７５の対向面７１からの高さＨ２と等しい。

「熱伝導材」としての放熱ゲル９は、基板５の第１主面５１とヒートシンク７の対向面７１との間に充填され、電子部品３１と接触している。放熱ゲル９は、例えばシリコーン等を主成分とする熱伝導性材料であり、電子部品３１から発生する熱をヒートシンク７に伝導可能である。また、放熱ゲル９は、電気抵抗率が大きく概ね絶縁性である。

放熱ゲル９は、基板５とヒートシンク７との間を全範囲で充填しているのではなく、電子部品３１に接触可能な程度の所定範囲に充填されている。以下では、基板５の第１主面５１において放熱ゲル９が塗布される範囲を塗布範囲５４と称し、ヒートシンク７の対向面７１において放熱ゲル９が塗布される範囲を塗布範囲７４と称する。
本実施形態では、基板５は２つの塗布範囲５４を有しており、各塗布範囲５４は、インバータ毎に複数（本実施形態では６個）の電子部品３１を内側に含んでいる。

ここで、ヒートシンク７の対向面７１には、基板５側に突出している突出部７６〜７８が形成されている。突出部７６〜７８は、基板支持部７５よりも径方向内側に配置され、基板支持部７５よりも基板５の中央部に近い側に位置している。また、突出部７６〜７８は、基板５の第１主面５１内の電子部品３１が搭載された位置とは異なる位置に向かって突出している。

図２に示すように、軸方向において、突出部７６〜７８の高さをＨ３とするとき、突出部７６〜７８の高さＨ３は、電子部品３１の高さＨ１よりも高く、かつ、ヒートシンク７の対向面７１と基板５の第１主面５１との間の隙間Ｄ１よりも小さい。
また、突出部７６〜７８の高さＨ３は、ヒートシンク７の対向面７１と電子部品３１との間の隙間Ｄ２よりも大きい。これにより、突出部７６〜７８は、軸方向において、電子部品３１と一部重複するように配置されている。

図３および図４に示すように、突出部７６〜７８は、ヒートシンク７の対向面７１における配置がそれぞれ異なる。なお、図３では、基板５の第１主面５１において突出部７６〜７８に対向する領域を二点鎖線で示し、突出部７６〜７８と同じ符号を付している。
具体的には、「軸孔用突出部」としての突出部７６は、基板５の第１主面５１の中央部分に対向する位置で、シャフト２５が挿通する軸孔２１６の縁に沿って環状に配置されている。また、突出部７６は、塗布範囲７４の境界付近に設けられ、放熱ゲル９に接触している。
突出部７７は、塗布範囲７４を挟むように２つの直線状に配置されている。
突出部７８は、ヒートシンク７のモータ線挿通孔２１４の周りに、塗布範囲７４とは反対側の位置を除いて、コの字状に配置されている。
また、突出部７８は、突出部７６との間に、塗布範囲７４を挟んでいる。突出部７６および７８が塗布範囲７４を挟む方向（図４中のｘ方向）は、突出部７７が塗布範囲７４を挟む方向（図４中のｙ方向）に対して直交している。

（効果）
基板５は温度変化によって反りが発生することがある。図５に示すように、基板５がヒートシンク７側に撓んだ場合、基板５の第１主面５１がヒートシンク７の対向面７１に近づく。本実施形態では、基板５の第１主面５１のうち、基板支持部７５に支持された箇所よりも内側である中央部分が、最もヒートシンク７の対向面７１に近づく。ここで、基板５の第１主面５１の中央部分には突出部７６〜７８が対向しており、突出部７６の高さＨ３は電子部品３１の高さＨ１よりも高い。このため、電子部品３１とヒートシンク７との間に隙間が存在する状態は、突出部７６〜７８によって保持される。

特に本実施形態では、突出部７６〜７８のうち、最も基板５の中央部分に対向する突出部７６が基板５の第１主面５１に接触する。これにより、基板５の第１主面５１は、それ以上ヒートシンク７の対向面７１に近づかない。よって、ヒートシンク７の対向面７１が電子部品３１に接触することが防止される。

本実施形態では、図１に示すように、基板５の第１主面５１において突出部７６〜７８に対面する以外の領域、および、基板５の第２主面５２の全領域に、電子部品３１、３２を搭載することができる。これにより、基板５の中央部分をネジ止めしているような従来技術よりも、基板５に対する電子部品３１、３２の実装面積を増やすことができる。したがって、本実施形態では、電子部品３１とヒートシンク７との接触を防止しつつ、ＥＣＵ３を小型化することが可能である。

また、駆動装置１が電動パワーステアリング装置に適用される場合には、駆動装置１を配置するための車載スペースが限られている。このため、ＥＣＵ３の小型化は、駆動装置１全体の小型化に貢献可能であるという利点がある。

また、本実施形態では、基板５の配線は、突出部７６〜７８に対向する領域以外に設けられている。このため、基板５と突出部７６〜７８とが接触した場合にも、断線や短絡等の問題は生じない。

また、本実施形態では、放熱ゲル９が基板５の第１主面５１とヒートシンク７の対向面７１との間に充填されている。よって、突出部７６〜７８は、放熱ゲル９の移動を防止する機能を兼ね備えている。すなわち、突出部７６〜７８が形成された箇所は、基板５とヒートシンク７との間の隙間が狭いため、放熱ゲル９は突出部７６〜７８を乗り越えて移動し難くなっている。
特に、本実施形態では、突出部７６〜７８と電子部品３１とは、隙間方向において一部重複するように配置されている。これによって、放熱ゲル９に対する径方向の同位置には突出部７６〜７８または電子部品３１が存在するため、放熱ゲル９の移動をより抑制することができる。

本実施形態では、ヒートシンク７にシャフト２５が挿通する軸孔２１６やモータ線２６が挿通するモータ線挿通孔２１４が設けられている。突出部７６は、シャフト２５が挿通する軸孔２１６を囲っているため、放熱ゲル９が軸孔２１６に落下することが抑制される。また、突出部７８は、塗布範囲７４とモータ線挿通孔２１４との間に配置されているため、放熱ゲル９がモータ線挿通孔２１４に落下することが抑制される。

また、図４に示すように、突出部７６〜７８は、全体として、塗布範囲７４の周囲を囲うように配置されている。これにより、突出部７６〜７８は、放熱ゲル９が対向面７１を移動することを抑制している。特に、突出部７６は、放熱ゲル９に接触しているため、好適に放熱ゲル９の移動を抑制できる。

また、駆動装置１が電動パワーステアリング装置に適用される場合には、車体の振動が伝わる。このため、突出部７６〜７８は、放熱ゲル９が振動の影響によって脱落することを抑制することができる。

（他の実施形態）
（ア）上記実施形態において、突出部７６および７７は、それぞれ、塗布範囲７４に面していない箇所で部分的に途切れていてもよい。例えば、他の実施形態では、２つの突出部７６１が軸孔２１６の縁に沿って塗布範囲７４に面する位置に配置されていてもよい。また、塗布範囲７４をｙ方向で挟むように配置された２つの直線状の突出部７７１が２組配置されていてもよい（図６参照）。
（イ）上記実施形態では、ヒートシンク７に複数の突出部７６〜７８が設けられているが、他の実施形態では、突出部７６〜７８のいずれかが少なくとも１つ設けられていればよい。例えば、本実施形態では、少なくとも突出部７６が設けられていることにより、電子部品３１とヒートシンク７とが接触することが好適に防止される。
（ウ）上記実施形態では、突出部７６のみが放熱ゲル９と接触しているが、他の実施形態では、突出部７６〜７８の全てが放熱ゲル９と接触するように配置されていてもよい。この場合、より好適に放熱ゲル９の移動を抑制することができる。

（エ）基板５の配線５９は、第２主面５２側にのみ設けられていてもよい。また、断線や短絡等の問題が生じない場合には、基板５の配線５９が第１主面５１の突出部７６〜７８に対向する領域に設けられていてもよい。例えば、本実施形態のように、一部の突出部７７、７８と基板５とが接する可能性が低い場合には、基板５の配線５９は、当該一部の突出部７７、７８に対向する領域に設けられていてもよい。
（オ）放熱ゲル９は、ＥＣＵ３に設けられていなくともよい。なお、「熱伝導材」には、放熱ゲル９の他、放熱グリス等が含まれる。
（カ）他の実施形態では、駆動装置１は、電動パワーステアリング装置以外に用いられてもよい。また、本発明の電子装置は、駆動装置１のＥＣＵ３であることに限られず、他の電子装置であってもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・駆動装置
３・・・ＥＣＵ（電子装置）
３１、３２・・・電子部品
５・・・基板
５１・・・第１主面（主面）
７・・・ヒートシンク（筐体）
７１・・・対向面
７５・・・基板支持部（支持部）
７６〜７８・・・突出部

Claims

一方の主面（５１）に電子部品（３１）が搭載された基板（５）と、
前記基板の前記主面との間に隙間（Ｄ１）を挟んで配置された対向面（７１）、前記基板を支持する支持部（７５）、および、前記基板の前記主面における前記電子部品とは異なる位置に向かって前記対向面から突出している突出部（７６〜７８）を有している筐体（７）と、を備え、
前記突出部は、前記対向面に平行な方向において前記支持部よりも内側に配置されており、
前記隙間の隙間方向において、前記突出部の高さ（Ｈ３）は、前記電子部品の高さ（Ｈ１）よりも高く、かつ、前記隙間よりも小さいことを特徴とする電子装置（３）。
前記基板の前記主面と前記筐体の前記対向面との間に前記電子部品に接触するように充填され、前記電子部品から発生する熱を前記筐体に導く熱伝導材（９）を、さらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記隙間の隙間方向において、前記突出部の高さは、前記筐体の前記対向面と前記電子部品との間の隙間（Ｄ２）よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
前記突出部は、前記熱伝導材を間に挟む位置に複数配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電子装置。
前記基板には、前記主面の前記突出部に対向する領域以外に、前記電子部品を外部に電気的に接続するための配線（５９）が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置。
負荷を回転駆動する駆動装置（１）であって、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子装置と、
前記電子装置に通電を制御される回転電機（２）と、を備える駆動装置。
前記回転電機は、一端が前記基板に対面するシャフト（２５）を有しており、
前記筐体は、前記シャフト（２５）が挿通する軸孔（２１６）を有しており、
前記突出部は、前記軸孔の縁に沿って配置された軸孔用突出部（７６）を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。