JP2019021900A - 電子制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】空気が流通する通気口の閉塞を抑制することのできる電子制御装置を提供する。【解決手段】この電子制御装置は、制御回路部が実装された回路基板と、内部に回路基板が収容された筐体と、筐体を空冷する送風ユニットと、を備える。送風ユニットは、制御回路部により駆動を制御され、筐体における送風ユニットの搭載面に平行な面内で回転するファンと、ファンを覆うように形成され、ファンに対して筐体と反対側に形成された吸気口と、搭載面とファンとの間に形成された排気口とを有する防塵カバーとを有する。制御回路部は、送風ユニットの制御モードとして、空気が吸気口から排気口に向かって流れるようにファンを正回転させる通常制御モードと、ファンを正回転と反対の方向に逆回転させる状態を含む逆回転制御モードとを有するとともに、送風ユニットを、通常制御モードから逆回転制御モードに一時的に切り替えて駆動する。【選択図】図4
Description
この明細書の開示は、ファン冷却型の電子制御装置に関する。
特許文献1に開示されるように、防水型の電子装置が知られている。この電子装置は、シール剤により水密に封止された防水筐体を備えており、防水筐体の内部空間に回路基板が収容されている。防水筐体の壁部には、回路基板の生じた熱を放熱するために複数の放熱フィンが設けられている。
電子装置の小型化にともない放熱フィンの設置領域が狭くなり、放熱性を確保することが困難となってきている。
これに対し、防水筐体の壁部に、ファン及びハウジングを有する送風ユニットを配置し、放熱性を確保することが考えられる。ところで、ファンの回転に伴う空気の流れに沿って水分や異物がファンの可動部分に流入すると、ファンの劣化につながる虞がある。このため、ファンを回転可能に収容するハウジングを設けることにより、異物等のファンへの到達を抑制している。ハウジングには、ある大きさ以上の異物を浸入させず、且つ空気の流れをある程度確保可能な通気口が設けられる。
ファンを一方向に回転させて筐体表面に沿う空気の流れを生じさせるとき、例えばハウジング近傍に存在していた水分や異物が上記通気口を閉塞する虞がある。通気口が閉塞されると空気の流れが阻害されて放熱効率を低下させる一因となる。
そこで、この明細書の開示は、空気が流通する通気口の閉塞を抑制することのできる電子制御装置を提供することを目的とする。
この明細書の開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
上記目的を達成するために、この明細書に開示される電子制御装置は、制御回路部(34)が実装された回路基板(30)と、内部に回路基板が収容された筐体(20)と、筐体を空冷する送風ユニット(40)と、を備え、送風ユニットは、制御回路部により駆動を制御され、筐体における送風ユニットの搭載面(21a)に平行な面内で回転するファン(41)と、ファンを覆うように形成され、ファンに対して筐体と反対側に形成された吸気口(423,523)と、搭載面とファンとの間に形成された排気口(424,524)とを有する防塵カバー(42,50)と、を有し、制御回路部は、送風ユニットの制御モードとして、空気が吸気口から排気口に向かって流れるようにファンを正回転させる通常制御モードと、ファンを正回転と反対の方向に逆回転させる状態を含む逆回転制御モードとを有するとともに、送風ユニットを、通常制御モードと逆回転制御モードを一時的に切り替えて駆動する。
ファンが通常制御モードで正回転しているときの空気の流れを順方向というとき、順方向では吸気口近傍に異物や水分が付着し得る。この電子制御装置では、一時的に逆回転制御モードを実行するので、ファンを逆回転させて空気の流れを順方向とは逆の逆方向にすることができる。空気の流れが逆方向になると、吸気口から空気が排出されることになり、通常制御モードの最中に付着した異物や水分を吹き飛ばして排除することができる。
なお、この電子制御装置では、正回転時における吸気口が、排気口よりも筐体から遠い側に位置しており、逆回転時に較べて正回転時における空冷の効果が高い。換言すれば、逆回転制御モードにおける空冷能力は通常制御モードよりも低い。しかしながら、異物を排除するための逆回転制御モードは一時的に実行されるものであるから、筐体に対する空冷能力を著しく低下させることなく異物を排除する効果を奏することができる。
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士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形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
なお、以下において、回路基板の板厚方向をZ方向と示す。また、Z方向に直交する一方向であって、コネクタの長手方向をY方向、Z方向及びY方向の両方向に直交する方向をX方向と示す。特に断りのない限り、XY平面に沿う形状を平面形状とする。
(第1実施形態)
最初に、図1〜図3を参照して、本実施形態に係る電子制御装置の概略構成について説明する。なお、図2では、ファンの正回転にともなう空気の流れを一点鎖線の矢印で示している。正回転に対して、ファンが逆回転すると空気の流れも逆になる。
最初に、図1〜図3を参照して、本実施形態に係る電子制御装置の概略構成について説明する。なお、図2では、ファンの正回転にともなう空気の流れを一点鎖線の矢印で示している。正回転に対して、ファンが逆回転すると空気の流れも逆になる。
図1および図2に示すように、電子制御装置10は、防水筐体20、回路基板30、および送風ユニット40を備えている。この電子制御装置10は、車両の内燃機関を制御する制御装置(ECU)として構成されている。
防水筐体20は、回路基板30を収容する内部空間20sとして防水空間を提供する。防水筐体20は、回路基板30の板厚方向であるZ方向において2つの部材に分割されており、一方がケース21、他方がカバー22とされている。防水筐体20は、図示しないシール部材を介して、ケース21及びカバー22を相互に組み付けて構成される。
ケース21は、一面が開口する箱状をなしている。本実施形態では、放熱のために、ケース21が金属材料を用いて形成されている。具体的には、ケース21がアルミダイカストによって成形されている。
ケース21の底壁210は、平面略矩形状をなしている。ケース21の底壁210における外部に面する一面がケースの外面21aであり、防水筐体20のうち後述の送風ユニット40が搭載される搭載面に相当する。底壁210に連なる4つの側壁のひとつには、図示しない切り欠きが設けられている。この切り欠きは、ケース21の一面の開口につながっている。
底壁210には、複数の貫通孔211が形成されている。貫通孔211は、ケース21の外面21aから内面21bにわたって貫いて形成されている。本実施形態では、ケース21が、底壁210の一部として、底壁210の他の部分に対して凹んで設けられた第1収容部212及び第2収容部213を有している。
第1収容部212は、コネクタ33を収容すべくX方向における一端側に設けられている。第2収容部213は、回路基板30を構成する電子部品32のうち、アルミ電解コンデンサなどの高背部品を収容すべく設けられている。第2収容部213は、X方向に延設されるとともに、一端が第1収容部212に連なっている。貫通孔211は、底壁210のうち、第1収容部212及び第2収容部213を除く部分に形成されている。貫通孔211は、底壁210のうち、略平坦な部分に形成されている。
なお、図1に示す符号214は電子制御装置10を車両に取り付けるための取り付け部であり、符号215は、ケース21とカバー22とを固定するための固定孔である。固定孔215には、図示しないねじが挿入される。これら取り付け部214及び固定孔215は、ケース21と一体に設けられている。
カバー22は、ケース21とともに防水筐体20の内部空間20sを形成する。ケース21とカバー22を組み付けることで、カバー22によりケース21における一面の開口が閉塞される。また、カバー22によりケース21の一面の開口が閉塞されることで、側壁に形成された切り欠きが区画され、図示しない開口部となる。この開口部により、コネクタ33の一部が外部に露出される。
本実施形態では、放熱性向上のために、カバー22も金属材料を用いて形成されている。カバー22も、アルミダイカストによって成形されている。カバー22は、一面が開口する底の浅い箱状をなしている。カバー22は、外面側に複数の放熱フィン220を有している。
防水筐体20のシール部材は、ケース21とカバー22との間、ケース21とコネクタ33との間、及びカバー22とコネクタ33との間を介して、内部空間20sが防水筐体20の外部の空間と連通するのを遮断するように設けられている。このシール部材は、内部空間20sを取り囲むようにケース21及びカバー22の周縁部に配置されている。シール部材により、ケース21及びカバー22の周縁部が水密に封止されている。シール部材として、たとえば硬化前において液状の接着材を採用することができる。
回路基板30は、ケース21に固定されている。回路基板30は、プリント基板31、及び、プリント基板31に実装された電子部品32を有している。プリント基板31は、樹脂などの電気絶縁材料を用いて形成された基材に、配線が配置されてなる。そして、配線と電子部品32とにより、回路が形成されている。プリント基板31は、平面略矩形状をなしている。電子部品32は、プリント基板31におけるケース21側の面である一面31a及びカバー22側の面である裏面31bの少なくとも一方に実装されている。本実施形態では、電子部品32のうち、パワーMOSFETやマイコンなどの発熱素子が、図2に示すように、プリント基板31の一面31aであって、XY平面において送風ユニット40の周囲に配置されている。電子部品32は、後述する送風ユニットの駆動の制御を担う制御回路部34を含んでいる。制御回路部34はプリント基板31上に実装されている。
また、電子部品32には例えばPN接合ダイオードを用いた温度センサを含む。温度センサは回路基板30の温度を、直接的あるいは間接的に検出する素子である。温度センサにより検出される物理量は回路基板30の温度に相関する物理量である。
回路基板30には、コネクタ33が実装されている。コネクタ33は、回路基板30におけるX方向の一端側に実装されている。コネクタ33の一部は防水筐体20の上記した開口部を介して外部に露出され、残りの部分は内部空間20sに収容されている。図示を省略するが、コネクタ33は、樹脂材料を用いて形成されたハウジング、及び、導電性材料を用いて形成され、ハウジングに保持された複数の端子を有している。
送風ユニット40は、ケース21の底壁210に取り付けられている。具体的には、底壁210のうち、防水筐体20の外部に面する外面21aに搭載されている。送風ユニット40は、ケース21の複数の貫通孔211を覆うように取り付けられている。送風ユニット40は、回転により空気の流れを形成し、これによりケース21、ひいては回路基板30を冷却する。送風ユニット40は、ファン41、ハウジング42、及び端子43を備えている。ファン41の構造は、軸流ファンにおける周知の構造と同じである。このため、図2では、ファン41を簡略化して図示している。
ファン41は、軸部410及び複数の羽根411を有している。軸部410は、回転シャフト410aを含んでいる。羽根411は、回転シャフト410aと一体に回転する。よって、回転シャフト410aが、ファン41の回転軸となる。回転シャフト410aの軸方向、すなわちファン41の回転軸の方向が、Z方向と一致するように、送風ユニット40がケース21に取り付けられている。すなわち、羽根411は、外面21aに平行なXY面内で回転するようになっている。ファン41の回転に伴って発生する空気の流れは、主にZ方向であり、本実施形態において羽根411が正回転する場合には、空気が、外部から外面21aに吹き付ける向きの流れとなる。
軸部410は、回転シャフト410a以外にも、ボス410bを有している。ボス410bは、Z方向において回路基板30側に開口し、他端側に閉じた有底の円筒形状をなしている。ボスの外周面には、複数の羽根411が等間隔で設けられている。羽根411は、Z方向において、貫通孔211の周囲部分の外面21aよりも上方に位置している。ボス410b及び羽根411は、所謂インペラとして一体に成形されている。回転シャフト410aは、ボス410bの内部に設けられており、一端がボス410bの略中心に固定されている。金属製の回転シャフト410aは、樹脂製のインペラにインサート成形されて、インペラに一体化されている。ボス410bの内周面には、マグネット410cが取り付けられている。このように、ボス410b、羽根411、回転シャフト410a、及びマグネット410cを含んでロータが構成されている。
軸部410は、上記以外にも、図示しない軸受、コイル410d、軸受ホルダ410eなどを有している。軸受は、回転シャフト410aを回転可能に支持している。軸受ホルダ410eは、軸受を保持している。軸受ホルダ410eは、ハウジング42の底壁420からZ方向に突出している。本実施形態では、軸受ホルダ410eが、ハウジング42と同一材料を用いて一体に設けられている。軸受は、軸受ホルダ410eの内周面に配置されている。コイル410dは、軸受ホルダ410eの外周面に配置されている。このように、コイル410d、軸受、及び軸受ホルダ410eを含んでステータが構成されている。すなわち、ファン41は、モータを有している。
ハウジング42は、ファン41を回転可能に収容している。ハウジング42は、外面21aにおける貫通孔211の周囲部分に対向しつつ貫通孔211に被せるように配置されている。ハウジング42には、複数の通気口が形成されている。複数の通気口は、ファン41(羽根411)の回転にともなって、底壁210の外面21aに沿った空気の流れが形成されるように、Z方向において異なる位置に形成されている。
ハウジング42は、底壁420及び側壁421を有している。ハウジング42は樹脂材料を用いて形成されている。側壁421は、Z方向において両端が開口する筒形状をなしている。この筒の一方の開口が後述する第1通気口423とされている。他方の開口を底壁420が閉塞して、ハウジング42は全体として有底筒状をなしている。隣り合う側壁421の角部、すなわち連結部分は丸みをもったラウンド形状をなしている。
ハウジング42は、第1通気口423及び第2通気口424を有している。ファン41が正回転するとき、第1通気口423が空気の吸気口として機能し、第2通気口424が排気口として機能する。第1通気口423はXY平面図で開口し、ケース21から見ればファン41よりもZ方向に遠い位置に形成されている。つまり、Z方向から第1通気口を覗けばファン41の羽根411が視認できる。第2通気口424は、ハウジング42の側壁421に開口した通気口である。側壁421は、Z方向から正面視すると角がラウンドした略矩形を成しており、第2通気口424はX方向に開口した2つ開口部と、Y方向に開口した2つの開口部とから成る。第2通気口424はZ方向において、羽根411と外面21aの間に開口している。つまり、いずれの通気口423,424も、Z方向において貫通孔211の開口周囲の外面21aよりも上方に位置している。
第1通気口423および第2通気口424は比較的大きな塵がハウジング42内に浸入しないように開口面積が制限されており、防塵の機能も有している。ハウジング42は特許請求の範囲に記載の防塵カバーに相当する。なお、ハウジング42に形成する第1通気口423および第2通気口424の開口面積を、防塵を考慮せず十分大きくとり、ハウジング42よりも外側にハウジング42を覆うように別途防塵カバーを設けるようにしても良い。
本実施形態において、上記のようにファン41の正回転にともなう空気の流れが、第1通気口423を吸込口とするような流れであるとすれば、空気は第1通気口423からZ方向に吸気されてからXY平面に沿う方向に流れを変え、第2通気口424から排出されてケース21の外面21aに沿って外側に逃げる。ところで、蓄熱しやすい防水筐体20の近傍は空気が温められている傾向にあるため、逆回転による空気の流通よりも、正回転により防水筐体20からより遠いところにある空気を防水筐体20側へ流入されるほうが冷却効果が高くなる。
底壁420は、図示しないシール部材を介してケース21の外面21aに固定されている。底壁420は、貫通孔211を覆うように、貫通孔211の周囲の外面21aに接触固定されている。シール部材は貫通孔211を囲むようにして底壁420と外面21aとの間に介在し、外部から水や塵が貫通孔211に浸入しないようにされている。
端子43は、ハウジング42から内部空間20s側に突出しており、回路基板30と電気的に接続されている。端子43は、ハウジング42の底壁420を貫通している。端子43は、ケース21における貫通孔211に挿通されつつ内部空間20sに突出している。端子43の一端は、ハウジング42内に配置されたファン基板44と電気的に接続され、他端は回路基板30と接続されている。このように、端子43を介して、ファン基板44、すなわち送風ユニット40と、回路基板30とが電気的に接続されている。なお、金属製の端子43は、樹脂製のハウジング42にインサート成形されて、一体化されている。
ファン基板44には、ファン41を回転させるための駆動回路が形成されている。ファン基板44には、軸部410を構成するコイル410dが電気的に接続されている。回路基板30、端子43、及びファン基板44を通じてコイル410dが通電されることにより、上記したロータが回転する。そして、羽根411の所定の形状によりハウジング42内に空気の圧力差が発生し、図2に示すように、第1通気口423から吸入した空気が第2通気口424から排出される。なお、ロータを正方向とは反対の方向に回転させると、第2通気口424から吸入した空気が第1通気口423から排出される。
ファン基板44は、ハウジング42内において、羽根411よりも下方に配置されている。ファン基板44はハウジング42に固定されている。本実施形態では、ファン基板44がポッティング体45によって封止されている。ファン基板44は、端子43及びポッティング体45により、ハウジング42に固定されている。ポッティング体45は、ハウジング42内において、第2通気口424を閉塞せず、且つ、ボスや羽根411などのロータの動きを阻害しない深さで設けられている。なお、ファン基板44の封止は、ポッティング体45に限定されない。たとえば、端子43が実装されたファン基板44が、ハウジング42にインサート成形され、底壁420によってファン基板44が封止された構成を採用することもできる。
上記のとおり、回路基板30とファン基板44は端子43により電気的に接続されており、ファン41の回転の制御が回路基板30上に実装された制御回路部34によって行われている。具体的には、図3に示すように、制御回路部34がファン基板44に構成されたインバータ回路を介してコイル410dに接続されている。インバータ回路への電源供給は回路基板30が行う。すなわち、回路基板30とファン基板44は電源ラインと信号ラインとで互いに接続されている。なお、電源ラインは別途外部から配線しても良い。回路基板30はスイッチSW8を有し、インバータ回路への電源の供給を制御するとともに、後述のスイッチSW7にファン41の正回転および逆回転の切り替え制御を行う。
本実施形態における送風ユニット40は、例えば3相駆動のブラシレスモータ型である。ファン基板44に構成されたインバータ回路は、3相(U相、V相、W相)を構成するための6つのスイッチ(SW1〜SW6)を有している。スイッチSW1とスイッチSW2とが直列に接続されて直列回路を成し、スイッチSW3とスイッチSW4とが直列に接続されて直列回路を成し、スイッチSW5とスイッチSW6とが直列に接続されて直列回路を成し、3つの直列回路が電源VBに対してそれぞれ並列に接続されている。コイル410dはスイッチSW1とスイッチSW2との間の接点(U相)と、スイッチSW3とスイッチSW4との間の接点(V相)と、スイッチSW5とスイッチSW6との間の接点(W相)とに接続され、3相交流電流が入力される。ファン基板44は、スイッチSW1〜SW6の開閉を制御する制御信号を出力する回路44aを有し、この回路44aがインバータ回路に制御信号を送信してファン41のスムーズな回転を制御している。なお、図3では、便宜的に回路44aからスイッチSW5に出力する信号のみを図示しているが、回路44aは、スイッチSW1〜SW6に制御信号を出力している。
さらに、ファン基板44はスイッチSW7を有している。スイッチSW7は、インバータ回路とコイル410dとの間に介在して接続されている。本実施形態では、スイッチSW7の接点aおよび接点cがコイル410dに接続され、接点bがスイッチSW1とスイッチSW2の接点に接続され、接点dがスイッチSW3とスイッチSW4の接点に接続されている。スイッチSW7は、制御回路部34の制御信号に基づいて、接点a−b間が電気的に接続され、且つ、接点c−d間が電気的に接続される状態が、あるいは、接点a−d間が電気的に接続され、且つ、接点c−b間が電気的に接続される状態のいずれかの状態を切り替えることのできるスイッチである。つまり、スイッチSW7は、コイル410dに入力される電流について、U相とV相とを相互に切り替えることができるようになっている。
例えば、接点a−b間、および接点c−d間が接続された状態でファンが正回転するとすれば、接点a−d間、および接点c−b間を接続するように制御回路部34から制御信号が送信されれば、ファン41は逆回転する。すなわち、制御回路部34は、スイッチSW7の接点の切り替えによってファン41の正回転と逆回転とを制御している。通常、制御回路部34は、ファン41を正回転させて防水筐体20、ひいては回路基板30を空冷する。よって、制御回路部34がファン41を正回転のみで駆動する制御モードを通常制御モードと称する。一方、制御回路部34がファン41を逆回転させる状態を含む制御モードを逆回転制御モードと称する。
なお、3相交流電流によって回転するブラシレスモータに対しては、U相、V相、W相のうち、いずれか2相を相互に入れ替えるとモータの回転方向を逆転できる。本実施形態では、スイッチSW7がU相とV相とを切り替えるように接続されているが、2相の組み合わせは本実施形態の例に限定されない。スイッチSW7は、V相とW相とを切り替えるように介在してもよいし、W相とU相とを切り替えるように介在してもよい。
次に、図4を参照して、上記した電子制御装置10の制御の一例について説明する。なお、図4は、制御回路部34の制御フローを示すフローチャートである。図4に示す動作フローは車両におけるイグニッションスイッチがオンされた直後に制御回路部34が実行するものである。また、制御回路部34は、イグニッションスイッチがオンされている間において所定時間毎に、図4に示す動作を実行してもよい。さらに、制御回路部34は、イグニッションスイッチがオンされている間において、ケース21、ひいては回路基板30の冷却が必要と判断した場合に、図4に示す動作を実行してもよい。以下、具体的に説明する。
先ず、ステップS101を実行する。ステップS101は、ECUの温度Tを取得するステップである。ここでいうECUの温度Tとは、電子部品32に含まれる温度センサが検出する物理量であり、例えば電圧値として検出される。制御回路部34はこの電圧値を取得する。本実施形態では、温度センサが回路基板30の温度を検出しており、ECUの温度Tとは、回路基板30の温度に相関するものである。ステップS101で検出する対象として採用する温度は、回路基板30の直接的な温度のほか、防水筐体20の内部空間20sの雰囲気温度であっても良いし、ケース21やカバー22の温度であっても良い。
また、温度に相関する物理量は、実測値を採用しても良いし、実測できない場合には推定値を採用することもできる。
次いで、ステップS102を実行する。ステップS102は、取得したECUの温度Tと閾値温度Tthとを比較するステップである。ここで、閾値温度Tthは、例えば常温よりも高く、ECUの動作保障温度よりも低い値に設定されている。具体的には、例えば80℃〜100℃に設定されている。なお、ステップS101において検出した温度に相関する物理量が電圧値であれば、閾値温度Tthも電圧値として定義される。つまり、閾値温度Tthとして設定される80℃〜100℃の値と対応する電圧値が設定される。
ステップS102において、検出された温度Tが閾値温度Tthより高ければNO判定となり、ステップS105に移行する。ステップS105は、制御回路部34が送風ユニット40を通常制御モードで駆動する。すなわち、ファン41を正回転して防水筐体20、ひいては回路基板30を通常どおり空冷する。
一方、検出された温度Tが閾値温度Tthより低ければYES判定となる。温度Tが閾値温度Tthより低い状態の一例としては、回路基板30が過熱状態になく、直ちに空冷が必要でない状態がある。回路基板30の温度条件がこのような状態にあるときにはステップS103に進む。
ステップS103は、制御回路部34が送風ユニット40を逆回転制御モードで駆動するステップである。本実施形態における逆回転制御モードは、逆回転制御モードの間、常にファン41を逆回転する。
次いで、ステップS104を実行する。ステップS104は、ステップS103において実行された逆回転制御モードが開始されてからの経過時間に対して、所定の閾値時間を超過したか否かを判定するステップである。所定の閾値時間は例えば5秒に設定される。つまり、ステップS103において逆回転制御モードが開始されてから5秒が経過していればステップS104はYES判定となり、経過していなければNO判定となる。NO判定の場合は引き続きステップS104を実行し、所定の閾値時間が経過するまで逆回転制御モードを継続することとなる。ステップS104がYES判定になるとステップS105に進む。
ステップS105は上記したとおり通常制御モードを実行するステップであり、制御回路部34は送風ユニット40に対して、逆回転制御モードから通常制御モードに移行するように制御信号を送信する。つまり、ステップS105が実行されると、ファン41が逆回転を含まない回転モードとなり、通常の空冷動作を行う。
このように、本実施形態における電子制御装置10は、例えば回路基板30が過熱状態になく、直ちに空冷が必要でない状態が検出された場合において、5秒の間だけ一時的にファン41を逆回転する動作を行う。つまり、制御回路部34は、温度Tが閾値温度Tth以下などの所定の条件を満たしていない場合は送風ユニット40を通常制御モードで駆動するものである。そして、制御回路部34は、所定の条件を満たした場合(ここではT<Tth)に、送風ユニット40を、通常制御モードから逆回転制御モードへ一時的に切り替えて駆動すると言える。
なお、所定の閾値時間として、本実施形態では5秒を例に説明しているが、具体的な時間については5秒に限定されない。防水筐体20に形成された他の放熱機構、例えば放熱フィン220などによる放熱効率が比較的高い場合には、直ちにファン41による空冷が不要なことも有り得るので、閾値時間を長く取ることもできる。また、閾値時間は固定値である必要もなく、別の特性値に対応して可変にされても良い。
次に、本実施形態に係る電子制御装置10の作用効果について説明する。
ファン41が通常制御モードで正回転しているときの空気の流れを順方向というとき、順方向では吸気口たる第1通気口423近傍に異物や水分が付着し得る。本実施形態における電子制御装置10では、一時的に逆回転制御モードを実行してファン41を逆回転させるので、空気の流れを順方向とは逆の逆方向にすることができる。空気の流れが逆方向になると、第1通気口423から空気が排出されることになり、通常制御モードでファン41が正回転している間に付着した異物や水分を吹き飛ばして排除することができる。
なお、この電子制御装置10では、第1通気口423が、第2通気口424よりも防水筐体20の外面21aから遠い側に位置しており、逆回転時に較べて正回転時における空冷の効果が高い。換言すれば、逆回転制御モードにおける空冷能力は通常制御モードよりも低い。しかしながら、異物を排除するための逆回転制御モードは一時的に実行されるものであるから、防水筐体20に対する空冷能力を著しく低下させることなく異物を排除する効果を奏することができる。
(第2実施形態)
第1実施形態では、制御回路部34が逆回転制御モードに移行するトリガとしてECUの温度Tが所定の閾値温度より低いことを条件としていたが、これに限定されない。
第1実施形態では、制御回路部34が逆回転制御モードに移行するトリガとしてECUの温度Tが所定の閾値温度より低いことを条件としていたが、これに限定されない。
例えば、検出あるいは推定された内燃機関の出力をトリガとして採用しても良い。内燃機関の出力が大きいほど内燃機関から防水筐体20への伝熱が大きくなり、回路基板30への熱的負担が大きくなる。換言すれば、内燃機関の出力が比較的小さい状態では熱的負担は小さく、ファン41を一時的に逆回転しても電子部品32の熱暴走の虞はない。
内燃機関の出力を逆回転制御モード移行のトリガとして採用するときの制御回路部34の動作フローを図5に示す。以下、説明する。
先ず、ステップS201を実行する。ステップS201は、内燃機関の出力Pを取得するステップである。ここでいう内燃機関の出力Pとは、図示しないトルクセンサやエンジンの回転数から算出あるいは推定される物理量である。
次いで、ステップS202を実行する。ステップS202は、取得した出力Pと閾値出力Pthとを比較するステップである。閾値出力Pthは適宜決定することができるが、例えば内燃機関から回路基板30への伝熱と放熱フィン220による放熱とが平衡するような出力を選択する。
ステップS202において、P≧Pthを満たすならばステップS205に進んで送風ユニット40は通常制御モードで正回転する。一方、P<Pthを満たすならばステップS203に進んで逆回転制御モードを実行する。P<Pthの関係を満たす状態とは、回路基板30が放熱フィン220による冷却だけでも過熱状態に陥ることなく、直ちに送風ユニット40による空冷が必要でない状態である。
なお、ステップS203、ステップS204およびステップS205は、それぞれ第1実施形態におけるステップS103、ステップS104およびステップS105と同一である。
本実施形態における電子制御装置でも、回路基板30が過熱状態になく、直ちに空冷が必要でない状態が検出された場合において、一時的にファン41を逆回転させることができるので、通常制御モードでファン41が正回転している間に付着した異物や水分を吹き飛ばして排除することができる。
なお、本実施形態では、制御回路部34が逆回転制御モードに移行するトリガとして内燃機関の出力のみを用いる例を説明したが、ECUの温度も含めて、逆回転制御モードに移行するトリガとして採用しても良い。例えば、ECUの温度が比較的高めの場合には、閾値出力Pthを低めに設定して逆回転制御モードへ移行する条件を厳しく設定しても良い。
(第3実施形態)
さらに、制御回路部34が逆回転制御モードに移行するトリガとして、スロットル開度を採用しても良い。スロットル開度が大きいほど内燃機関の出力が大きくなるので防水筐体20への伝熱が大きくなり、回路基板30への熱的負担が大きくなる。換言すれば、スロットル開度が比較的小さい状態では熱的負担は小さく、ファン41を一時的に逆回転しても電子部品32の熱暴走の虞はない。
さらに、制御回路部34が逆回転制御モードに移行するトリガとして、スロットル開度を採用しても良い。スロットル開度が大きいほど内燃機関の出力が大きくなるので防水筐体20への伝熱が大きくなり、回路基板30への熱的負担が大きくなる。換言すれば、スロットル開度が比較的小さい状態では熱的負担は小さく、ファン41を一時的に逆回転しても電子部品32の熱暴走の虞はない。
スロットル開度を逆回転制御モード移行のトリガとして採用するときの制御回路部34の動作フローを図6に示す。以下、説明する。
先ず、ステップS301を実行する。ステップS301は、スロットル開度Rを取得するステップである。ここでいうスロットル開度Rとは、図示しないアクセル開度センサから算出あるいは推定される物理量である。
次いで、ステップS302を実行する。ステップS302は、取得した開度Rと閾値開度Rthとを比較するステップである。閾値開度Rthは適宜決定することができるが、例えばスロットル開度Rに対応した内燃機関の出力に起因した、内燃機関から回路基板30への伝熱と、放熱フィン220による放熱とが平衡するような開度を選択する。
ステップS302において、R≧Rthを満たすならばステップS305に進んで送風ユニット40は通常制御モードで正回転する。一方、R<Rthを満たすならばステップS303に進んで逆回転制御モードを実行する。R<Rthの関係を満たす状態とは、回路基板30が放熱フィン220による冷却だけでも過熱状態に陥ることなく、直ちに送風ユニット40による空冷が必要でない状態である。
なお、ステップS303、ステップS304およびステップS305は、それぞれ第1実施形態におけるステップS103、ステップS104およびステップS105と同一である。
本実施形態における電子制御装置でも、回路基板30が過熱状態になく、直ちに空冷が必要でない状態が検出された場合において、一時的にファン41を逆回転させることができるので、通常制御モードでファン41が正回転している間に付着した異物や水分を吹き飛ばして排除することができる。
なお、本実施形態では、制御回路部34が逆回転制御モードに移行するトリガとしてスロットル開度のみを用いる例を説明したが、ECUの温度も含めて、逆回転制御モードに移行するトリガとして採用しても良い。例えば、ECUの温度が比較的高めの場合には、閾値開度Rthを低めに設定して逆回転制御モードへ移行する条件を厳しく設定しても良い。
(第4実施形態)
上記した各実施形態では、逆回転制御モードを継続する時間、すなわち閾値時間については固定値とする例について説明した。本実施形態では、図7を参照して閾値時間を可変に設定する例を説明する。なお、本実施形態では、第1実施形態における動作フローに対して、閾値時間を可変に制御する例について説明する。このため、動作フローにおける各ステップにおいて、第1実施形態と同一の動作を行うものにおいては、第1実施形態の記載を援用する。
上記した各実施形態では、逆回転制御モードを継続する時間、すなわち閾値時間については固定値とする例について説明した。本実施形態では、図7を参照して閾値時間を可変に設定する例を説明する。なお、本実施形態では、第1実施形態における動作フローに対して、閾値時間を可変に制御する例について説明する。このため、動作フローにおける各ステップにおいて、第1実施形態と同一の動作を行うものにおいては、第1実施形態の記載を援用する。
先ず、制御回路部34はステップS401を実行する。ステップS401は、ECUの温度Tを取得するステップであり、第1実施形態におけるステップS101と同様である。
次いで、ステップS402を実行する。ステップS402は、取得したECUの温度Tと閾値温度Tthとを比較するステップであり、第1実施形態におけるステップS102と同様である。ステップS402においてNO判定であればステップS405へ移行して送風ユニット40を通常制御モードで駆動する。ステップS405は第1実施形態におけるステップS105と同様である。
ステップS402においてYES判定の場合には、ステップS406に進む。ステップS406は第1実施形態に対して新たに追加されたステップである。ステップS406は、制御回路部34が閾値時間τを算出するステップである。本実施形態における制御回路部34は、例えばステップS401で取得したECUの温度Tに基づいて閾値時間τを算出する。ECUの温度Tは第1実施形態に記載のように回路基板30の温度に相関する物理量の一例である。ECUの温度がある所定の温度T1であるときに閾値時間τが5秒であると規定したとすると、この時間を基準にして、ECUの温度TがT1より高いときには閾値時間τを短く設定し、ECUの温度TがT1よりも低いときには閾値時間τを長く設定する。このようにステップS406において閾値時間τを算出する。
次いで、ステップS403を実行する。ステップS403は、制御回路部34が送風ユニット40を逆回転制御モードで駆動するステップであり、第1実施形態におけるステップS103と同様である。
次いで、ステップS404を実行する。ステップS404は、ステップS403において実行された逆回転制御モードが開始されてからの経過時間に対して、閾値時間τを超過したか否かを判定するステップである。ここで採用される閾値時間τは、ステップS406で算出された閾値時間τであり、ECUの温度Tに基づいて決定される値である。閾値時間τが可変であることを除き、ステップS404の動作は第1実施形態におけるステップS104と同様である。すなわち、逆回転制御モードの継続時間が閾値時間τよりも短ければ逆回転制御モードを継続し、閾値時間τを超過していればステップS405に進む。上記をしたように、ステップS405は第1実施形態におけるステップS105と同様である。
このように、逆回転制御モードの継続時間を可変とすることにより、例えばECUの温度が高く冷却が必要な場合には逆回転制御モードの継続時間を短くして冷却を優先し、逆に直近の冷却が不要な場合には、逆回転制御モードの継続時間を長くして異物の除去を優先するようにできる。すなわち、冷却能力を必要以上に削減することなく、異物の除去についても実行することができる。
(第5実施形態)
上記した各実施形態では、制御回路部34が逆回転制御モードで動作するとき、ファン41が逆回転のみを行う例について説明した。これに対して、本実施形態における逆回転制御モードは、ファン41が逆回転と正回転とをいずれも含む。
上記した各実施形態では、制御回路部34が逆回転制御モードで動作するとき、ファン41が逆回転のみを行う例について説明した。これに対して、本実施形態における逆回転制御モードは、ファン41が逆回転と正回転とをいずれも含む。
本実施形態における制御回路部34の動作フローは例えば第1実施形態と同様であり、図4に示すフローチャートに従う。ここで、ステップS103において逆回転制御モードが実行されるが、制御回路部34は、ファン41に対して、正回転と逆回転とを交互に繰り返すように制御信号を出力する。これによれば、逆回転によって空冷能力が低下している時間をより短くでき、異物の除去のためにファン41の逆回転を行いつつも、逆回転制御モード時における回路基板30の温度上昇を抑制することができる。
(その他の実施形態)
以上、好ましい実施形態について説明したが、上記した実施形態になんら制限されることなく、この明細書に開示する主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
以上、好ましい実施形態について説明したが、上記した実施形態になんら制限されることなく、この明細書に開示する主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
電子制御装置10が、車両エンジンを制御する電子制御装置として構成される例を示したが、これに限定されない。
送風ユニット40がケース21の外面21aにおいてシール部材を介して実装される例を示したが、図8に示すように、ケース21の内面21bと、送風ユニット40の底壁420とがシール部材を介して固定されるような態様であっても良い。この場合でも、正回転時の吸気口である第1通気口423および排気口である第2通気口424はケース21の外側にあり、順方向に流れて排気口から出た空気は外面21aに沿って流れる。
また、上記した各実施形態では、ハウジング42が防塵カバーとして機能する例について説明したが、図9に示すように、ハウジング42よりも外側に、ハウジング42を覆うように別途、第2のハウジング50を設け、これを防塵カバーとして用いても良い。内側のハウジング42を防塵カバーとして機能させる場合、想定される異物の大きさを検討したうえで第1通気口423および第2通気口424の幅を決定するとともに、ファン41を回転させるための強度を確保する必要があるなど、第1通気口423および第2通気口424の幅とトレードオフとなる事項が存在することがある。これに対して、第2のハウジング50を防塵カバーとして機能させることによって、通気口423,424の設計自由度を向上することができる。図9に示すように、防塵カバーたる第2のハウジング50において、吸気口は第3通気口523であり、排気口は第4通気口524である。制御回路部34が逆回転制御モードで動作してファン41が逆回転するときには、第4通気口524から吸気されて第3通気口523から排気される。
また、ケース21に放熱フィンを設けてもよい。すなわち、送風ユニット40と放熱フィンを併用してもよい。また、放熱フィン220を有さないカバー22を採用することもできる。ケース21として、たとえば第2収容部213を有さない構成を採用することもできる。
また、端子43が回路基板30に挿入実装される例を示したが、これに限定されない。表面実装構造を採用することもできる。
また、ケース21の形状は、上記例に限定されない。たとえば第2収容部213を有さない構成とすることもできる。
なお、上記例では、T<Tthなどの条件を満たした場合に、送風ユニット40を、通常制御モードから逆回転制御モードへ一時的に切り替えて駆動する例を採用した。しかしながら、本開示は、これに限定されない。ここで他の変形例に関して、図10を用いて説明する。ステップS501は、第1実施形態におけるS101と同様である。また、ステップS504は、第1実施形態におけるS104と同様である。よって、この点に関しては、第1実施形態の説明を参照して適用することができる。
ステップS502は、取得したECUの温度Tと閾値温度Tthとを比較するステップである。ここで、閾値温度Tthは、第1実施形態と同様の値に設定されている。ステップS502において、検出された温度Tが閾値温度Tthより低ければNO判定となり、ステップS505に移行する。温度Tが閾値温度Tthより低い状態の一例としては、回路基板30が過熱状態ではないものの、空冷することが望ましい状態がある。回路基板30の温度条件がこのような状態にあるときにはステップS505に進む。
ステップS505は、制御回路部34が送風ユニット40を逆回転制御モードで駆動するステップである。本実施形態における逆回転制御モードは、逆回転制御モードの間、常にファン41を逆回転する。送風ユニット40は、逆回転制御モードで制御された場合であっても、外面21aに沿う空気の流れを形成することができる。よって、送風ユニット40は、逆回転制御モードで駆動される場合、通常制御モードで駆動される場合よりは冷却能力は劣るものの、ケース21、ひいては回路基板30を冷却することができる。つまり、制御回路部34は、温度Tが閾値温度Tthより低い状態の場合、送風ユニット40を、逆回転制御モードで駆動してケース21などを冷却していると言える。
一方、検出された温度Tが閾値温度Tth以上であればYES判定となる。温度Tが閾値温度Tthより高い状態の一例としては、回路基板30が過熱状態であり、直ちに空冷が必要な状態がある。回路基板30の温度条件がこのような状態にあるときにはステップS503に進む。
ステップS503は、制御回路部34が送風ユニット40を通常制御モードで駆動する。すなわち、ファン41を正回転して防水筐体20、ひいては回路基板30を空冷する。つまり、制御回路部34は、温度Tが閾値温度Tth以上の場合、送風ユニット40を、通常制御モードで駆動することで、逆回転制御モードで駆動している場合よりも、ケース21などを急激に冷却していると言える。このように、本開示は、送風ユニット40を、電子制御装置10の状態に相関する物理量を条件として、逆回転制御モードから通常制御モードに一時的に切り替えて駆動してもよい。
また、本変形例の制御回路部34は、温度Tが閾値温度Tth以上などの所定の条件を満たしていない場合は送風ユニット40を逆回転制御モードで駆動するものである。そして、制御回路部34は、所定の条件を満たした場合に、送風ユニット40を、逆回転制御モードから通常制御モードへ一時的に切り替えて駆動すると言える。本変形例の制御回路部34は、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本変形例の制御回路部34は、回路基板30が過熱状態である場合に、ケース21、ひいては回路基板30の冷却を優先的に行うことができる。
また、本変形例では、制御モードを切り替える条件として、温度Tを採用した。しかしながら、本開示は、これに限定されず、上記例のように、電子制御装置10の制御対象の状態を条件としてもよい。つまり、制御回路部34は、P≧Pthを満たすならば送風ユニット40を通常制御モードで駆動し、P<Pthを満たすならば逆回転制御モードを実行してもよい。例えば、本変形例の制御回路部34は、送風ユニット40を逆回転制御モードで駆動している最中に、P≧Pthを満たすと、送風ユニット40を、逆回転制御モードから通常制御モードへ一時的に切り替えて駆動してもよい。
さらに、制御回路部34は、R≧Rthを満たすならば送風ユニット40を通常制御モードで駆動し、R<Rthを満たすならば逆回転制御モードを実行してもよい。例えば、本変形例の制御回路部34は、送風ユニット40を逆回転制御モードで駆動している最中に、R≧Rthを満たすと、送風ユニット40を、逆回転制御モードから通常制御モードへ一時的に切り替えて駆動してもよい。これによっても、温度Tが閾値温度Tth以上であることを条件とした場合と同様の効果を奏することができる。
なお、本変形例は、第4実施形態と組み合わせて実施することもできる。また、本変形例は、第5実施形態と組み合わせて実施することもできる。さらに、本変形例は、その他の実施形態と組み合わせて実施することもできる。
さらに、本開示の制御回路部34は、送風ユニット40を逆回転制御モードで駆動している最中に、T≧Tthなどを満たすと、送風ユニット40を、逆回転制御モードから通常制御モードへ一時的に切り替えて駆動してもよい。例えば、制御回路部34は、ステップS103で送風ユニット40を逆回転制御モードで駆動している最中に、ステップS101、S102を実行する。そして、制御回路部34は、ステップS102の判定でNO判定すると、ステップS105に進んで、送風ユニット40を、逆回転制御モードから通常制御モードへ一時的に切り替えて駆動する。これによっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、この場合、制御回路部34は、上記のように、回路基板30が過熱状態である場合に、ケース21、ひいては回路基板30の冷却を優先的に行うことができる。
10…電子制御装置、20…防水筐体、20s…内部空間、21…ケース、21a…外面、21b…内面、210…底壁、211…貫通孔、212…第1収容部、213…第2収容部、214…取り付け部、215…固定孔、22…カバー、220…放熱フィン、30…回路基板、31…プリント基板、31a…一面、31b…裏面、32…電子部品、33…コネクタ、40…送風ユニット、41…ファン、410…軸部、410a…回転シャフト、411…羽根、42…ハウジング、420…底壁、421…側壁、422…フランジ、423…第1通気口、424…第2通気口、43…端子、44…ファン基板、45…ポッティング体,50…第2のハウジング,523…第3通気口,524…第4通気口
Claims (10)
- 制御回路部(34)が実装された回路基板(30)と、
内部に前記回路基板が収容された筐体(20)と、
前記筐体を空冷する送風ユニット(40)と、を備え、
前記送風ユニットは、
前記制御回路部により駆動を制御され、前記筐体における前記送風ユニットの搭載面(21a)に平行な面内で回転するファン(41)と、
前記ファンを覆うように形成され、前記ファンに対して前記筐体と反対側に形成された吸気口(423,523)と、前記搭載面と前記ファンとの間に形成された排気口(424,524)とを有する防塵カバー(42,50)と、を有し、
前記制御回路部は、
前記送風ユニットの制御モードとして、空気が前記吸気口から前記排気口に向かって流れるように前記ファンを正回転させる通常制御モードと、前記ファンを正回転と反対の方向に逆回転させる状態を含む逆回転制御モードとを有するとともに、
前記送風ユニットを、前記通常制御モードと前記逆回転制御モードを一時的に切り替えて駆動する電子制御装置。 - 前記送風ユニットを、前記電子制御装置の状態に相関する物理量、あるいは、前記電子制御装置の制御対象の状態を条件として、前記通常制御モードから前記逆回転制御モードに一時的に切り替えて駆動する請求項1に記載の電子制御装置。
- 前記送風ユニットを、前記電子制御装置の状態に相関する物理量、あるいは、前記電子制御装置の制御対象の状態を条件として、前記逆回転制御モードから前記通常制御モードに一時的に切り替えて駆動する請求項1に記載の電子制御装置。
- 前記通常制御モードと前記逆回転制御モードの切り替えは、前記回路基板の温度に相関する物理量が、所定の閾値以下となる条件下においては、前記通常制御モードから前記逆回転制御モードへの切り替えが行われる、請求項2に記載の電子制御装置。
- 前記制御回路部は、内燃機関の駆動を制御するものであり、
前記通常制御モードと前記逆回転制御モードの切り替えは、前記内燃機関の出力が、所定の閾値出力以下となる条件下においては、前記通常制御モードから前記逆回転制御モードへの切り替えが行われる、請求項2に記載の電子制御装置。 - 前記制御回路部は、内燃機関の駆動を制御するものであり、
前記通常制御モードと前記逆回転制御モードの切り替えは、スロットル開度が、所定の閾値開度以下となる条件下においては、前記通常制御モードから前記逆回転制御モードへの切り替えが行われる、請求項2に記載の電子制御装置。 - 前記通常制御モードと前記逆回転制御モードの切り替えは、前記回路基板の温度に相関する物理量が、所定の閾値以上となる条件下においては、前記逆回転制御モードから前記通常制御モードへの切り替えが行われる、請求項3に記載の電子制御装置。
- 前記逆回転制御モードにおいて、前記ファンが正回転と逆回転とを繰り返す、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子制御装置。
- 前記制御モードの一時的な切り替えの継続時間は、予め決められた所定の時間である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電子制御装置。
- 前記制御モードの一時的な切り替えの継続時間は、前記回路基板の温度に基づいて設定される請求項1〜8のいずれか1項に記載の電子制御装置。
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Cited By (1)
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JP2021019472A (ja) * | 2019-07-23 | 2021-02-15 | 矢崎総業株式会社 | 電気接続箱 |
-
2018
- 2018-01-25 JP JP2018010582A patent/JP2019021900A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021019472A (ja) * | 2019-07-23 | 2021-02-15 | 矢崎総業株式会社 | 電気接続箱 |
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