JP2018067638A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱部による冷却性能が高い電子制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置は、基板１２及び基板１２の実装面１２ａ，１２ｂに実装された複数の電子部品１４を有する電子回路部１０と、実装面１２ａと対向するように配置され、電子部品１４から発生する熱を放熱する放熱部２０と、を備える。放熱部２０は、当該放熱部２０の表部に開口し、冷却液を放熱部２０の内部に流入させる流入口を有する入口部と、放熱部２０の表部に開口し、冷却液を放熱部２０の外部に流出させる流出口を有する出口部と、放熱部２０の内部に形成され、冷却液が流れる通路であって、入口部から分岐すると共に、出口部で合流するように、互いに並列に配置された複数の筒部２３と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電子部品を有する電子回路部を備えた電子制御装置に関する。

従来、複数の電子部品を有する電子回路部を備えた電子制御装置が知られている。特許文献１に記載の装置は、基板及び基板の実装面に実装された複数の電子部品を有する電子回路部と、当該実装面と対向するように配置され、電子部品から発生する熱を放熱する放熱部を備えている。放熱部は、当該放熱部から開口し、冷却液を放熱部の内部に流入させる入口部と、放熱部から開口し、冷却液を放熱部の外部に流出させる出口部と、を有している。放熱部の内部に形成され、冷却液が流れる筒部は、１つであり、Ｕ字状に何度もカーブしている。

特開平５−２６７８７５号公報

しかしながら、特許文献１のようにＵ字状に何度もカーブしている１つの筒部では、経路長さが長くなる傾向があり、出口部に近づいた時には、既に冷却液の温度が上昇してしまっている場合があり、出口部に近い領域にて十分に冷却効果を発揮できないといった問題があった。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、放熱部による冷却性能が高い電子制御装置を提供することにある。

本発明は、基板（１２）及び基板の実装面（１２ａ，１２ｂ）に実装された複数の電子部品（１４，１４ａ，１４ｂ）を有する電子回路部（１０）と、実装面と対向するように配置され、電子部品から発生する熱を放熱する放熱部（２０，２２０，３２０）と、を備える電子制御装置であって、
放熱部は、
放熱部の表部に開口し、冷却液を放熱部の内部に流入させる流入口（２８，２２８）を有する入口部（２７）と、
放熱部の表部に開口し、冷却液を放熱部の外部に流出させる流出口（３４，２３４）を有する出口部（３３）と、
放熱部の内部に形成され、冷却液が流れる通路であって、入口部から分岐すると共に、出口部で合流するように、互いに並列に配置された複数の筒部（２３，２３ａ〜ｅ，２２３，２２３ａ〜ｃ）と、を有する。

このような発明によると、放熱部の内部には、複数の筒部が入口部から分岐すると共に、出口部で合流するように、互いに並列に配置されている。こうした複数の筒部に並列に冷却液が流れる構成では、放熱部の複数箇所にて同時に冷却を行ないつつ、経路長さを比較的短く構成可能となるので、出口部に近い領域でも冷却効果を発揮可能となる。したがって、放熱部による冷却性能が高い電子制御装置を提供することができる。

なお、括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。

第１実施形態の電子制御装置の断面図（図２のI−I線断面図）である。 第１実施形態の電子制御装置の平面図である。 第１実施形態の電子制御装置の側面図である。 第１実施形態の電子制御装置が循環装置を接続された状態を示す図である。 図３のV−V線断面図である。 図５において、各筒部の経路を説明するための図である。 第２実施形態における図５に対応する図である。 第３実施形態における図５に対応する図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電子制御装置１００は、車両に搭載され、車両又は車両が備える各種装置を制御するために用いられる。電子制御装置１００は、図１に示すように、電子回路部１０及び放熱部２０を備えている。

電子回路部１０は、基板１２、複数の電子部品１４及びコネクタ１６を有している。基板１２は、例えばガラスエポキシ樹脂等の合成樹脂により平板状に形成されている。基板１２は、両側の面に導通パターンが形成された実装面１２ａ，１２ｂを有している。複数の電子部品１４は、両実装面１２ａ，１２ｂに、導通パターンとはんだ等を用いて電気的に接続されることにより実装されている。電子部品１４としては、例えば半導体素子、コンデンサ、トランジスタ、抵抗器等が挙げられ、各電子部品１４に固有の発熱特性により発熱するようになっている。コネクタ１６は、導通パターン及びコネクタリード１６ａを介して電子制御装置１００の外部に露出して配置されている。コネクタ１６としては、電力の供給に用いられる電源コネクタ、又は信号の入出力に用いられる入出力コネクタが挙げられる。

放熱部２０は、実装面１２ａ，１２ｂと基板１２の板厚方向Ｄｔに対向するように配置され、電子部品１４から発生する熱を放熱する。特に本実施形態の放熱部２０は、電子回路部１０を収容する筐体として形成されており、一方の実装面１２ａと対向する第１筐体２１、及び他方の実装面１２ｂと対向する第２筐体４０を組み合わせて形成されている。第２筐体４０は、例えばアルミニウム等の熱伝導率が高い金属により形成されている。

第１筐体２１は、図２に示すように、本体部２２、入口用ハウジング２６、及び出口用ハウジング３２を一体的に有している。本体部２２は、例えばアルミニウム等の熱伝導性が高い金属により形成されている。図３に示すように、入口用ハウジング２６及び出口用ハウジング３２は、例えば合成樹脂により形成され、本体部２２の側面２２ａに各々ねじ３８により締結されている。

図１に示すように、第１筐体２１の本体部及び第２筐体４０において、各実装面１２ａ，１２ｂと隙間を介して対向する箇所には、平面状の対向平面２１ａ，４０ａが形成されている。ここで、第１筐体２１と対向する対向実装面１２ａに実装された電子部品１４のうち、発熱量が比較的大きな電子部品１４ａ，１４ｂと、対向平面２１ａとの間には、隙間を埋めるように、熱伝導性を有する放熱ゲル５０が配置されている。この放熱ゲル５０が配置された電子部品１４ａ，１４ｂには、最も発熱量が大きな電子部品１４ａが含まれている。こうした放熱ゲル５０を通じて、発熱量が比較的大きな電子部品１４ａ，１４ｂから発生した熱が第１筐体２１へ効率的に伝導される。

また、第１筐体２１と第２筐体４０とが、基板１２の端部及び基板おさえ５２を挟むことにより、基板１２が安定的に保持されている。基板おさえ５２は、例えばゴムブッシュ等であり、弾性を有している。

ここで第１筐体２１の入口用ハウジング２６には、図２に示すように、入口部２７が設けられている。入口部２７は、第１筐体２１の表部に開口する円筒穴状の流入口２８を有している。同様に、出口用ハウジング３２には、出口部３３が設けられている。出口部３３は、第１筐体２１の表部に開口する円筒穴状の流出口３４を有している。

入口部２７の流入口２８及び出口部３３の流出口３４は、循環装置２のパイプ３と接続されている。ここで、図４を用いて循環装置２について説明する。循環装置２は、電子制御装置１００の使用例として一般的な冷却方法を明示したものであり、電子制御装置１００の構成に含まれるものではない。循環装置２は、ラジエータ４及びポンプ５を有し、これらの間をパイプ３で接続して形成されている。循環装置２は、パイプ３を通じて、冷却液を循環可能に形成されている。具体的に、循環装置２は、流出口３４から流出する冷却液を、ラジエータ４で放熱冷却した後、パイプ３を通じてポンプ５に送り込み、当該ポンプ５にて水圧を調整して、当該冷却液を流入口２８に流入させる。流入口２８に流入した冷却液は、後述する筒部２３を通じて流出口３４から流出するようになっている。こうして、循環装置２及び電子制御装置１００のうち放熱部２０により冷却システム１が構成されている。

したがって、流入口２８は、冷却液を放熱部２０の内部に流入させ、流出口３４は、冷却液を放熱部２０の外部に流出させるように、それぞれ構成されている。本実施形態では、図５に示すように、流入口２８と流出口３４とは、第１筐体２１において正反対の位置に配置されている。このため、流入口２８における冷却液の流入方向Ｄｉｎと、流出口３４における冷却液の流出方向Ｄｏｕｔとは、実質的に互いに一致している。

筒部２３は、対向実装面１２ａと対向する側の第１筐体２１において、本体部２２の内部に形成され、冷却液が流れる通路として、複数設けられている。複数の筒部２３は、入口部２７から分岐すると共に、出口部３３で合流するように、入口部２７と出口部３３とを連通して、互いに並列に配置されている。特に本実施形態では、筒部２３が５つ設けられている。

本実施形態において、各筒部２３は、直線的に延伸する円筒穴状に形成され、互いに、実装面１２ａの延設方向に実質平行となるように並んで配置されている。また、各筒部２３は、その配置間隔が本体部２２の一側面２２ａから当該一側面２２ａに対向する他側面２２ａまで大まかに等しげな間隔となるように、配置されている。また、各筒部２３の両端部は、入口用ハウジング２６及び出口用ハウジング３２に跨って形成されており、本体部２２との接続部分にはＯリング３９が配置されている。

ここで本実施形態では、筒部２３のうち、中央の筒部２３ａが流入口２８及び流出口３４と対向して配置されている。中央の筒部２３ａに隣接する筒部２３ｂ，２３ｃでは、流入口２８及び流出口３４との距離が中央の筒部２３ａよりも大きくなっている。さらに外側の筒部２３ｄ，２３ｅでは、流入口２８及び流出口３４との距離が筒部２３ｂ，２３ｃよりも大きくなっている。

入口部２７において各筒部２３が分岐する分岐部分２９は、入口用ハウジング２６の内部空間として形成されている。同様に、出口部３３において各筒部２３が合流する合流部分３５は、出口用ハウジング３２の内部空間として形成されている。

こうした第１筐体２１に形成された複数の筒部２３のうち特定の筒部２３を通る流入口２８から流出口３４までの経路ＰＬ（図６を参照）の長さを経路長さと定義する。このような経路長さは、各筒部２３について固有なものとして定義可能である。本実施形態では、中央の筒部２３ａの経路長さ、中央の筒部２３ａに隣接する筒部２３ｂ，２３ｃの経路長さ、さらに外側の筒部２３ｄ，２３ｅの経路長さの順に、経路長さが次第に長くなっている。

各筒部２３の断面積は、経路長さが長い筒部２３である程、大きくなるように設定されている。具体的に、経路長さに対応して、中央の筒部２３ａの断面積、中央の筒部２３ａに隣接する筒部２３ｂ，２３ｃの断面積、さらに外側の筒部２３ｄ，２３ｅの断面積の順に、断面積が次第に大きくなっている。

より詳細には、複数の筒部２３のうち２つの筒部２３を比較したとき、この２つの筒部２３の経路長さの比率が当該２つの筒部２３の直径の比率の５乗に正比例するように、各筒部２３の直径が設定されている。この関係は、２つの円筒穴状の管の流量が同じという条件の下、導出された関係式ｄ_２ ^５＝Ｌ_２／Ｌ_１・ｄ_１ ^５による。ここで、Ｌ_１は一方の管の長さ、ｄ_１は一方の管の直径、Ｌ_２は他方の管の長さ、ｄ_２は他方の管の長さである。

具体的に、この上述の関係式は、２つの式から導出される。１つは、距離ｌ離れた２点間における圧力損失をΔＰとした場合の、以下の数１に示されたダルシーワイズバッハの式である。

もう１つは、単位時間当たりに流れる体積流量Ｑを表す式Ｑ＝（ｎ×ｄ^２）／４×ｕ_ｍである。ここで、λは管摩擦係数、ｕ_ｍは管内の平均速度、ρは流体密度、ｄは管の直径である。

このように、筒部２３の断面積又は直径は、経路長さに基づいて設定されているが、入口部２７の流入口２８及び分岐部分２９、並びに出口部３３の流出口３４及び合流部分３５の各寸法についても、同様に、経路長さに基づいて設定されている。

具体的に、流入口２８及び流出口３４の断面積は、各筒部２３の断面積の総和に実質等しくなっている。分岐部分２９の断面積について、中央の筒部２３ａが分岐した後、かつ、筒部２３ｂと筒部２３ｄとが分岐する前の分岐通路２９ａの断面積は、筒部２３ｂの断面積と筒部２３ｄの断面積の和に実質等しくなっている。同様に、中央の筒部２３ａが分岐した後、かつ、筒部２３ｃと筒部２３ｅとが分岐する前の分岐通路２９ｂの断面積は、筒部２３ｃの断面積と筒部２３ｅの断面積の和に等しくなっている。合流部分３５の断面積について、筒部２３ｂと筒部２３ｄとが合流した後、かつ、中央の筒部２３ａが合流する前の合流通路３５ａの断面積は、筒部２３ｂの断面積と筒部２３ｄの断面積の和に等しくなっている。同様に、筒部２３ｃと筒部２３ｅとが合流した後、かつ、中央の筒部２３ａが合流する前の合流通路３５ｂの断面積は、筒部２３ｃの断面積と筒部２３ｅの断面積の和に等しくなっている。分岐通路２９ａ，２９ｂ及び合流通路３５ａ，３５ｂも、それぞれ円筒穴状に形成されている。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に説明する。

第１実施形態によると、放熱部２０の内部には、複数の筒部２３が入口部２７から分岐すると共に、出口部３３で合流するように、互いに並列に配置されている。こうした複数の筒部２３に並列に冷却液が流れる構成では、放熱部２０の複数箇所にて同時に冷却を行ないつつ、経路長さを比較的短く構成可能となるので、出口部３３に近い領域でも冷却効果を発揮可能となる。したがって、放熱部２０による冷却性能が高い電子制御装置１００を提供することができる。

また、第１実施形態によると、各筒部２３の断面積は、経路長さが長い筒部２３である程、大きくなるように設定されているので、各筒部２３に対応する経路ＰＬの断面積の和は、各経路ＰＬ間にて互いに近づけられる。このため、各筒部２３を流れる冷却液の流量のばらつきが低減され、放熱部２０における冷却効果を冷却領域内で均一化することが可能となる。

また、第１実施形態によると、ダルシーワイズバッハの式をもとに得られた関係式ｄ_２ ^５＝Ｌ_２／Ｌ_１・ｄ_１ ^５に基づいて設定された各筒部２３の直径により、各筒部２３を流れる冷却液の流量は、互いに実質同等なものとなる。この結果、放熱部２０における冷却効果を冷却領域内でより均一化することが可能となる。

また、第１実施形態によると、各電子部品１４のうち最も発熱量が大きな電子部品１４ａは、両実装面１２ａ，１２ｂのうち片側の対向実装面１２ａに実装されている。この位置関係では、最も発熱量が高い電子部品１４ａと筒部２３との距離が短くなるため、当該電子部品１４ａを重点的かつ効率的に冷却可能となる。

また、第１実施形態によると、冷却液を循環させる循環装置２が、入口部２７及び出口部３３と接続されている。流出口３４から流出した冷却液の熱を放熱した後、再度、冷却液が流入口２８に流入されるので、継続的に冷却性能を発揮することができる。

（第２実施形態）
図７に示すように、本発明の第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第２実施形態の放熱部２２０において、入口用ハウジング２２６と出口用ハウジング２３２とは、本体部２２２の側面のうち、互いに直交して隣接する側面２２ａに、各々ねじ３８により締結されている。このため、流入口２２８における冷却液の流入方向Ｄｉｎと、流出口２３４における冷却液の流出方向Ｄｏｕｔとは、互いに異なり、特に流入方向Ｄｉｎと流出方向Ｄｏｕｔとの角度差は、９０度となっている。

第２実施形態では、筒部２２３は例えば３つ設けられている。各筒部２２３は、流入口２２８から流入方向Ｄｉｎに流入する冷却液を、流出口２３４の流出方向Ｄｏｕｔに合うように偏向させるために、９０度の角度差に応じて９０度曲げられた曲げ部２２４を有している。各筒部２２３において曲げ部２２４の前後には、直線的に延伸する直線部２２５が設けられ、当該直線部２２５においては、各筒部２２３は、互いに実質平行となるように並んで配置されている。このため、筒部２２３のうち、曲げ部２２４によるカーブの最も外側に配置された筒部２２３ｃは、内側の筒部２２３ａ，２２３ｂよりも、大回りになる分、経路長さが長くなっている。

これに対し、第２実施形態でも、各筒部２２３の断面積は、経路長さが長い筒部２２３である程、大きくなるように設定されている。すなわち、曲げ部２２４によるカーブの最も外側に配置された筒部２２３ｃは、他の内側の筒部２２３ａ，２２３ｂよりも、断面積が大きくなるように設定されている。

以上説明した第２実施形態によると、各筒部２２３は、流入口２２８の流入方向Ｄｉｎと流出口２３４の流出方向Ｄｏｕｔとの角度差に応じて曲げられた曲げ部２２４を有する。このような曲げ部２２４を各筒部２２３に設けると、スムーズな冷却液の流れが実現されると共に、表部における入口部２７及び出口部３３の位置設定の自由度が高まる。したがって、電子制御装置２００の車両等への搭載性を高めつつ、高い冷却性能を実現することができる。

より詳細に、こうした曲げ部２２４を設ける構成では、筒部２２３が互いに並列関係にあるので、各筒部２２３に対応する経路長さは、互いに異なるものとなる蓋然性が高く、冷却領域間の冷却効果のばらつきが懸念される。しかしながら、上述の断面積等の設定によって、冷却効果を冷却領域間で均一化することが可能となるので、こうした構成と相俟って、より実用性の高い電子制御装置２００が実現できるのである。

（第３実施形態）
図８に示すように、本発明の第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第３実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第３実施形態の電子回路部１０は、発熱量が比較的大きな電子部品１４ａが特定領域に集中して配置されたことにより、実装面１２ａ上に、単位面積当たりの発熱量が小さな小発熱領域Ｈ１と、当該小発熱領域Ｈ１よりも単位面積当たりの発熱量が大きな大発熱領域Ｈ２と、を有している。

第３実施形態の放熱部３２０において第１筐体３２１の本体部３３２は、大発熱領域Ｈ２と基板１２の板厚方向Ｄｔに重なる箇所に、複数の筒部２３を部分的に配置している。一方の小発熱領域Ｈ１と板厚方向Ｄｔに重なる箇所において、第１筐体３２１は、筒部２３の代わりに、突起状のフィンを配置していてもよい。

以上説明した第３実施形態の電子制御装置３００によると、複数の筒部２３は、電子回路部１０のうち大発熱領域Ｈ２と板厚方向Ｄｔに重なって、放熱部２０のうち部分的な範囲に配置される。こうした部分的な範囲への配置によって、大発熱領域Ｈ２を重点的かつ効率的に冷却可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的に、変形例１としては、各筒部２３は、矩形筒穴状又は楕円筒穴状に形成されてもよい。

変形例２としては、第２筐体４０にも第１筐体２１と同様の筒部２３を設けてもよい。また、第２筐体４０に突起状のフィンを配置してもよい。

変形例３としては、放熱部２０は、実装面１２ａ又は１２ｂと対向するように配置されていれば、電子回路部１０を収容する筐体でなくてもよい。

第２実施形態に関する変形例４としては、流入方向Ｄｉｎと流出方向Ｄｏｕｔとの角度差は、９０度以外の例えば４５度、６０度、１８０度等、任意に設定されていてもよく、曲げ部２２４は、角度差に応じて曲げられていれば、その曲げ角度が当該角度差に一致していなくてもよい。例えば、分岐部分２９及び合流部分３５で冷却液が流れる方向を少し調整することも可能である。

１００，２００，３００ 電子制御装置、２ 循環装置、１０ 電子回路部、１２ 基板、１２ａ，１２ｂ 実装面、１４，１４ａ，１４ｂ 電子部品、２０，２２０，３２０ 放熱部、２３，２３ａ〜ｅ，２２３，２２３ａ〜ｃ 筒部、２７ 入口部、２８，２２８ 流入口、３３ 出口部、３４，２３４ 流出口、２２４ 曲げ部、Ｄｉｎ 流入方向、Ｄｏｕｔ 流出方向、Ｄｔ 板厚方向、Ｈ１ 小発熱領域、Ｈ２ 大発熱領域

Claims (7)

1. 基板（１２）及び前記基板の実装面（１２ａ，１２ｂ）に実装された複数の電子部品（１４，１４ａ，１４ｂ）を有する電子回路部（１０）と、前記実装面と対向するように配置され、前記電子部品から発生する熱を放熱する放熱部（２０，２２０，３２０）と、を備える電子制御装置であって、
   前記放熱部は、
   前記放熱部の表部に開口し、冷却液を前記放熱部の内部に流入させる流入口（２８，２２８）を有する入口部（２７）と、
   前記放熱部の表部に開口し、前記冷却液を前記放熱部の外部に流出させる流出口（３４，２３４）を有する出口部（３３）と、
   前記放熱部の内部に形成され、前記冷却液が流れる通路であって、前記入口部から分岐すると共に、前記出口部で合流するように、互いに並列に配置された複数の筒部（２３，２３ａ〜ｅ，２２３，２２３ａ〜ｃ）と、を有する電子制御装置。
2. 前記複数の筒部のうち１つの特定の筒部を通る前記流入口から前記流出口までの経路（ＰＬ）の長さを前記特定の筒部の経路長さと定義すると、
   各前記筒部の断面積は、前記経路長さが長い前記筒部である程、大きくなるように設定されている請求項１に記載の電子制御装置。
3. 各前記筒部は、円筒穴状に形成され、
   前記複数の筒部のうち、２つの筒部の前記経路長さの比率が前記２つの筒部の直径の比率の５乗に正比例するように、各前記筒部の直径が設定されている請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記流入口における前記冷却液の流入方向（Ｄｉｎ）と前記流出口における前記冷却液の流出方向（Ｄｏｕｔ）とは、互いに異なり、
   各前記筒部は、前記流入方向と前記流出方向との角度差に応じて曲げられた曲げ部（２２４）を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の電子制御装置。
5. 前記電子回路部は、発熱量が小さな小発熱領域（Ｈ１）と、前記小発熱領域よりも発熱量が大きな大発熱領域（Ｈ２）を有し、
   前記複数の筒部は、前記大発熱領域と前記基板の板厚方向（Ｄｔ）に重なって、前記放熱部のうち部分的な範囲に配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の電子制御装置。
6. 前記複数の筒部は、前記放熱部において、前記基板の両側の前記実装面のうち片側の対向実装面（１２ａ）と対向する側に設けられ、
   各前記電子部品のうち最も発熱量が大きな電子部品（１４ａ）は、前記対向実装面に実装されている請求項１から５のいずれか１項に記載の電子制御装置。
7. 前記入口部及び前記出口部は、前記流出口から流出した前記冷却液の熱を放熱した後、前記流入口に流入させることで、前記冷却液を循環させる循環装置（２）と、接続されている請求項１から６のいずれか１項に記載の電子制御装置。

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