JP2019139845A - 基板モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成を用いつつリレーの動作音を聞こえにくくすることができる基板モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】基板モジュールは、固定接点と可動接点とを有する機械式のリレーRE1と、リレーRE1を実装する基板60とを有している。基板60にはスリット66,67が設けられ、そのスリット66,67により基板60に片持ち部61が形成されている。片持ち部61には、リレーRE1が実装されている。【選択図】 図3
Description
本発明は、基板上に機械式のリレーを実装する基板モジュールに関する。
機械式のリレーでは、開状態から閉状態へと変化する際に、可動接点が固定接点に当接することで動作音を生じさせる場合がある。そのため、特許文献1では、リレーの動作音を低減するために、基板と対向するリレーの底面や側面をゴムキャップで覆った発明が開示されている。特許文献1では、リレーの底面と基板との間に介在するゴムキャップの層により、リレーから基板へ振動が伝わりにくくなり、リレーの動作音を聞こえにくくすることができる。
特許文献1では、動作音低減のために、ゴムキャップ付きのリレーを用いなければならず、部品コストの増加を招くおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みたものであり、簡易な構成を用いつつリレーの動作音を聞こえにくくすることができる基板モジュールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明では、固定接点と可動接点とを有する機械式のリレーと、前記リレーを実装する基板とを有する基板モジュールであって、前記基板にはスリットが設けられ、そのスリットにより前記基板に片持ち部が形成されており、前記リレーが前記片持ち部に実装されている。
上記構成では、基板にはスリットにより片持ち部が形成されており、片持ち部にはリレーが実装されている。この場合、リレーの動作時において、可動接点が固定接点に衝突する際のエネルギが、基板に形成された片持ち部が振動することで吸収され、リレーの動作音が低減される。そのため、基板上にスリットを用いて形成した簡易な構成によりリレーの動作音を聞こえにくくすることができる。
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジンを駆動源として走行する車両において、当該車両の各種機器に電力を供給する車載電源システムを具体化するものとしている。
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジンを駆動源として走行する車両において、当該車両の各種機器に電力を供給する車載電源システムを具体化するものとしている。
図1に示すように、本車載電源システムは、鉛蓄電池11と、リチウムイオン蓄電池12と、を有する2電源システムであり、各蓄電池11,12からはスタータ13や、電気負荷15への給電が可能となっている。また、各蓄電池11,12に対しては回転電機14による充電が可能となっている。本車載電源システムでは、回転電機14に対して並列に鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12が接続されるとともに、電気負荷15に対して並列に鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12が接続されている。
リチウムイオン蓄電池12は、基板とともに収容ケースに収容されており、電池ユニット10を構成している。本実施形態では、電池ユニット10は、外部端子P0,P1,P2を有しており、このうち外部端子P0に鉛蓄電池11とスタータ13が接続され、外部端子P1に回転電機14が接続され、外部端子P2に電気負荷15が接続されている。
回転電機14は、3相交流モータや電力変換装置としてのインバータを有するモータ機能付き発電機であり、機電一体型のISG(Integrated Starter Generator)として構成されている。回転電機14は、エンジン出力軸や車軸の回転により発電(回生発電)を行う発電機能と、エンジン出力軸に回転力を付与する力行機能とを備えている。回転電機14は、発電電力を各蓄電池11,12や電気負荷15に供給する。
電気負荷15の具体例としては、ナビゲーション装置やオーディオ装置、メータ装置、エンジンECU等の各種ECUが挙げられる。
次に、電池ユニット10について説明する。電池ユニット10には、ユニット内電気経路として、各外部端子P0,P1を繋ぐ電気経路L1と、電気経路L1上の接続点N1とリチウムイオン蓄電池12とを繋ぐ電気経路L2とが設けられている。このうち電気経路L1の一部にスイッチ21が設けられ、電気経路L2の一部にスイッチ22が設けられている。回転電機14の発電電力は、電気経路L1,L2を介して鉛蓄電池11やリチウムイオン蓄電池12に供給される。
また、電池ユニット10は、電気経路L1,L2以外に、電気経路L1上の接続点N2と、外部端子P2と、を接続する電気経路L3を有している。電気経路L3により、鉛蓄電池11から電気負荷15への電力供給を可能とする経路が形成されている。電気経路L3には、スイッチ23が設けられている。
また、電池ユニット10では、電気経路L2の接続点N3と、電気経路L3上の接続点N4と、を接続する電気経路L4が設けられている。電気経路L4により、リチウムイオン蓄電池12から電気負荷15への電力供給を可能とする経路が形成されている。電気経路L4には、スイッチ24が設けられている。
各スイッチ21〜24は、例えば2つ一組のMOSFETを備え、その2つ一組のMOSFETの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されている。この寄生ダイオードによって、各スイッチ21〜24をオフ状態とした場合にそのスイッチが設けられた経路に流れる電流が完全に遮断される。なお、スイッチ21〜24として、MOSFETに代えて、IGBTやバイポーラトランジスタ等を用いることも可能である。スイッチ21〜24としてIGBTやバイポーラトランジスタを用いた場合、上記の寄生ダイオードの代わりに、スイッチ21〜24のそれぞれに逆向きのダイオードを並列接続させてもよい。
また、電池ユニット10には、ユニット内のスイッチ21,23を介さずに、鉛蓄電池11を回転電機14及び電気負荷15に接続可能とするバイパス経路B1,B2が設けられている。
バイパス経路B1の一端は電気経路L1上の接続点N2に接続され、他端は電気経路L3上の接続点N4に接続されている。バイパス経路B1には、バイパス経路B1を通電状態と通電遮断状態との間で切り替えるリレーRE1が設けられている。リレーRE1によって、バイパス経路B1を通電状態にすれば、スイッチ23が開状態となっている状況下にあっても、バイパス経路B1を介して鉛蓄電池11から電気負荷15への電力供給が可能となる。このため、バイパス経路B1は、車載電源システムの停止状態下において電気負荷15に対して暗電流を供給する暗電流経路ともいえる。本実施形態では、リレーRE1が第1リレーに相当する。
バイパス経路B2の一端は電気経路L1上の接続点N2に接続され、他端は電気経路L1上の接続点N1に接続されている。バイパス経路B2には、バイパス経路B2を通電状態と通電遮断状態との間で切り替えるリレーRE2が設けられている。リレーRE2によって、バイパス経路B2を通電状態にすれば、スイッチ21が開状態となっている状況下にあっても、バイパス経路B2を介して回転電機14から鉛蓄電池11へ発電電力の供給が可能となる。本実施形態では、リレーRE2が第2リレーに相当する。
リレーRE1,RE2は、機械式のリレーであり、詳しくは、常閉式のリレーである。これらのリレーRE1,RE2は、通電により励磁される駆動コイル45a,45bと、駆動コイル45a,45bの励磁に応じて開閉状態が変化するスイッチ部40a,40bと、をそれぞれ有している。
各駆動コイル45a,45bは、コイル端子TB1を介して電源に接続されるとともに、コイル端子TB2を介してリレー駆動回路33,34に接続されている。また、スイッチ部40a,40bは、両接点端子TA1,TA2を介してバイパス経路B1,B2に接続されている。電源としては、例えば、鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12が利用される。リレー駆動回路33,34の作動により、駆動コイル45a,45bが通電される。そのため、駆動コイル45a,45bが励磁され、スイッチ部40a,40bそれぞれが開状態となる。
また、外部端子P0は、ヒューズ35を介して鉛蓄電池11に接続されている。また、外部端子P2は、ヒューズ36を介して電気負荷15に接続されている。また、接続点N2は、ヒューズ37を介してリレーRE2に接続されている。
リレーRE1,RE2は、基板に実装されており、基板モジュールを構成している。図2では、基板60に実装されるリレーRE1,RE2のうち、リレーRE1のみを示している。リレーRE1,RE2は同じ構成であるため、リレーRE1のみを説明し、リレーRE2については説明を省略する。
リレーRE1は、固定接点41と、可動片42の一端に設けられた可動接点43とを有している。可動片42は、戻りバネ44により図の下方、すなわち可動接点43を固定接点41に押し当てる方向に付勢されている。可動片42の近接位置には駆動コイル45aが設けられている。本実施形態では、基板60の厚み方向に固定接点41と可動接点43とが並べて配置されており、可動片42の回動変位により、可動接点43は基板60に対して近づく又は離れる方向に変位する。図1に示すリレーRE1との対応関係で言えば、各接点41,43によりスイッチ部40aが構成されている。本実施形態では、可動片42において、可動接点43を有する一端を接点側端部42aと称す。
駆動コイル45aが非通電となることで、戻りバネ44の付勢力により可動接点43が固定接点41に押し当てられた状態となり、リレーRE1が閉状態に維持される。一方、駆動コイル45aが通電されることで、駆動コイル45aに生じる電磁力により可動接点43が固定接点41よりも離れる方向に変位し、リレーRE1が開状態に維持される。
図1の説明に戻り、電池ユニット10は、各スイッチ21〜24のオンオフ(開閉)や、リレーRE1,RE2の駆動を制御する制御部51を備えている。制御部51は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。
制御部51は、各蓄電池11,12の蓄電状態等に基づいて、各スイッチ21〜24や、各リレーRE1,RE2の開閉状態を制御する。例えば、制御部51は、車載電源システムの停止状態(すなわちイグニッションスイッチのオフ状態)において、リレーRE1,RE2を閉状態にするとともに、スイッチ21〜24を開状態にするよう制御する。なお、以下では、車載電源システムの停止状態を、IGオフ状態と称す。また、車載電源システムの稼働状態(すなわちイグニッションスイッチのオン状態)を、IGオン状態と称す。
一方、制御部51は、IGオン状態において、リレーRE1,RE2を開状態にするとともに、各スイッチ21〜24の開閉状態を適宜制御する。その際、制御部51は、電気負荷15へ電力が供給され続けるように、各スイッチ21〜24の開閉状態を適宜制御する。例えば、制御部51は、リチウムイオン蓄電池12のSOC(残存容量:State Of Charge)が所定の使用範囲内に維持されるように、各スイッチ21〜24の開閉状態を制御して、鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12の充電及び放電を制御する。
また、制御部51は、電池ユニット10の異常を判定した場合に、スイッチ21〜24を強制的に開状態にするとともに、リレーRE1,RE2を閉状態にする。電池ユニット10に関する異常としては、具体的には、リチウムイオン蓄電池12の充放電に関する異常や、スイッチ21〜24に関する異常がある。
ここで、常閉式のリレーRE1において、駆動コイル45aの通電状態から通電遮断状態へとなることで、戻りバネ44の付勢力により可動接点43が固定接点41に衝突し、動作音が発生する。なお、動作音は、駆動コイル45aが通電遮断状態から通電状態へとなる場合に、駆動コイル45aに生じる電磁力により接点側端部42aが駆動コイル45a側に移動して、駆動コイル45aのコアに当接する場合にも生じることも考えられる。
リレーRE1の動作音は可動接点43が固定接点41に衝突することにより生じ、その衝突の際に生じるエネルギを吸収することができれば、リレーRE1の動作音を聞こえにくくすることができる。そこで、本実施形態では、リレーRE1の動作音を聞こえにくくする構成が基板60に設けられている。
次に、図3,図4,図5を用いて、リレーRE1の基板60への実装状態を説明する。図3は、基板60をリレーRE1が実装される実装面側から見た図であり、図4は、基板60を実装面とは反対側の面側から見た図である。図5は、図3における、V−V線での断面図である。なお、図5では、リレーRE1の内部構造を省略して図示している。
基板60は、実装面に配線パターンが形成された片面実装基板である。基板60は、電池ユニット10の筐体内において、ねじ部材を介して固定されている。本実施形態では、基板60は矩形状であり、基板60の外周を形成する4つの辺のうち、1つの辺60a側に、基板60の外側から内側へ向けて延びる2つのスリット66,67が設けられている。各スリット66,67は、当該スリット66,67が設けられている側の辺60aに沿う方向に所定間隔で並んでいる。そのため、基板60において、スリット66,67により挟まれる部位により平面視において矩形状の片持ち部61が形成されている。
片持ち部61には、リレーRE1が実装されている。本実施形態では、リレーRE1は、可動片42の延びる方向がスリット66,67に沿う方向である延設方向に沿っており、かつ可動接点43が片持ち部61の先端となるようにして片持ち部61に実装されている。また、リレーRE1は、片持ち部61の基端よりも先端側の領域に実装されている。
図4,5に示すように、片持ち部61には、基板60を貫通する端子貫通孔62,63,64,65が設けられている。リレーRE1は、各端子貫通孔62〜65に接点端子TA1,TA2及びコイル端子TB1,TB2が挿通された状態で、片持ち部61に実装されている。各端子貫通孔62〜65のうち、コイル端子TB1,TB2が挿通するものをコイル端子孔62,63とも称し、接点端子TA1,TA2が挿通するものを接点端子孔64,65とも称す。
コイル端子孔62,63は、片持ち部61において、接点端子孔64,65よりも、基端側に設けられている。言い換えると、接点端子孔64,65は、片持ち部61において、コイル端子孔62,63よりも、先端側に設けられている。
基板60は、片持ち部61とそれ以外の部分とがスリット66,67に沿って分断され、片持ち部61は基端側のみでそれ以外の部分と繋がっている。そのため、片持ち部61の実装面68に配線パターンを設ける構成では、片持ち部61において配線パターンが混み合うことが考えられる。また、各配線パターン間の距離を確保するために、片持ち部61に形成する配線パターンの面積を広く取れなくなることが考えられる。配線パターンの面積が小さくなることで配線抵抗が大きくなり、片持ち部61や、この片持ち部61に実装されたリレーRE1の温度が上昇し易くなる。リレーRE1の温度上昇は、リレーRE1の動作に悪影響を与えるおそれがある。
本実施形態では、片持ち部61において、基板60の両面のうち実装面68とは反対側の面である裏面69に放熱パターン71,72,73,74が形成されている。また、各放熱パターン71〜74は、裏面69において、基板60を貫通した各通電端子TA1,TA2,TB1,TB2の先端に接続されている。各通電端子TA1,TA2,TB1,TB2と、放熱パターン71〜74と、により、リレーRE1の熱を外部に放熱する放熱経路が形成される。
放熱パターン71〜74は非導電性の物質により形成されていればよく、例えば、放熱パターン71〜74として熱伝導性物質を含有するシリコーンを用いることができる。
駆動コイル45aは各接点41,43に比べて発熱量が大きいと考えられる。また、駆動コイル45aは発熱により絶縁被膜が劣化するおそれがあるため、各接点41,43よりもリレーRE1の発熱による悪影響が大きい。そこで、コイル端子TB1,TB2に接続される放熱パターン71,72の面積が、接点端子TA1,TA2に接続される放熱パターン73,74の面積よりも大きくなるように、各放熱パターン71〜74が裏面69に形成されている。
本実施形態では、基板60の4隅には、ねじ部材の雄ねじ部が貫通するねじ貫通孔60bが形成されている。具体的には、スリット66,67の延設方向と交差する方向において、各スリット66,67よりも外側に各ねじ貫通孔60b,60bが形成されている。このため、基板60における片持ち部61の両側の部位が電池ユニット10の筐体内に固定されることとなり、片持ち部61の振動による基板60のたわみ変形が抑制される。その結果、リレーRE1の動作時において、片持ち部61に加わる力が片持ち部61以外に逃げにくくなり、片持ち部61を振動させ易くすることができる。
なお、リレーRE2においても、基板60に片持ち部61を形成し、この片持ち部にリレーRE2を実装させればよい。
次に、本実施形態に係る片持ち部61の作用・効果を説明する。
・IGオン状態からIGオフ状態へ移行することで、制御部51によりリレーRE1が開状態から閉状態へ切り替えられる。リレーRE1が開状態から閉状態へ切り替わることで、可動接点43が固定接点41に衝突し、動作音が生じる。このとき、リレーRE1の衝突により片持ち部61が基板60の厚み方向に振動する。そのため、可動接点43が固定接点41に衝突する際に生じるエネルギが片持ち部61の振動により吸収され、リレーRE1の動作音を聞こえにくくすることができる。
・リレーRE1は、一端側で回動可能に支持され、かつ他端側に可動接点43が設けられた可動片42を有している。また、リレーRE1は、可動片42がスリットに沿う方向に延び、かつ可動接点43が片持ち部61の先端となるようにして片持ち部61に実装されている。このため、可動接点43が固定接点41に衝突する際の力の向きが片持ち部61の振動方向と同じ向きとなり、かつ力が片持ち部61の基端よりも先端側に加わる。その結果、可動接点43が固定接点41に衝突する際に、片持ち部61が振動し易くなり、リレーRE1の動作音をいっそう聞こえにくくすることができる。
・片持ち部61において、基板60の両面のうちリレーRE1の実装面68とは反対側の裏面69に、各通電端子TA1,TA2,TB1,TB2に接続される放熱パターン71〜74が形成されている。この場合、リレーRE1の熱は、各通電端子TA1,TA2,TB1,TB2を通じて各放熱パターン71〜74に伝わり、各放熱パターン71〜74から放熱されることで、リレーRE1の温度を上昇させにくくすることができる。
・片持ち部61には、コイル端子TB1,TB2に接続される放熱パターン71,72が設けられている。この場合、発熱による悪影響が大きい駆動コイル45aに対して放熱効果を高めることで、発熱に伴うリレーRE1の劣化を抑制することができる。
・コイル端子TB1,TB2に接続される放熱パターン71,72は、接点端子TA1,TA2に接続される放熱パターン73,73よりも面積が大きい。この場合、発熱に伴うリレーRE1の劣化をいっそう抑制することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
本実施形態では、リレーRE1を片持ち部61において基板60の両面のうち一方の面に実装し、リレーRE2を基板60の両面のうち他方の面に実装することで、各リレーRE1,RE2の動作音を聞こえにくくしている。
図6は、基板60をリレーRE1の実装面から見た図である。図7は、図6において、VII−VII線での断面図である。なお、図7では、便宜上、各リレーRE1,RE2の端子を省略するとともに、リレーRE1,RE2の内部構造を省略して図示している。
本実施形態では、基板60は、基板60の両面である第1実装面168及び第2実装面169に配線パターンが形成された両面実装基板である。片持ち部61において、リレーRE1は、基板60の両面のうち第1実装面168に実装され、リレーRE2は第2実装面169に実装されている。具体的には、リレーRE1は、片持ち部61の第1実装面168のうち、延設方向と交差する方向において片持ち部61の中心よりもスリット66側の領域に実装されており、リレーRE2は、第2実装面169のうち、延設方向と交差する方向において片持ち部61の中心よりもスリット67側の領域に実装されている。
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏する。IGオン状態からIGオフ状態へ移行することで、制御部51により、リレーRE1,RE2が開状態から閉状態へ切り替えられる。リレーRE1及びリレーRE2それぞれの可動接点43が固定接点41に衝突する際、リレーRE1から片持ち部61に伝わる力と、リレーRE2から片持ち部61に伝わる力とが合成される。そのため、片持ち部61は合成された力により振動し、各リレーRE1,RE2の動作音を聞こえにくくすることができる。
(その他の実施形態)
・図8に示すように、スリット81,82の延設方向での長さ寸法が、片持ち部61に実装されているリレーRE1における延設方向に沿う方向での長さ寸法よりも短くなるように構成されていてもよい。
・図8に示すように、スリット81,82の延設方向での長さ寸法が、片持ち部61に実装されているリレーRE1における延設方向に沿う方向での長さ寸法よりも短くなるように構成されていてもよい。
・片持ち部61は、基板60の外縁よりも内側に形成されていてもよい。図9では、基板60の外縁よりも内側において、平面視で略U字状のスリット83が設けられている。そして、基板60において、スリット83により他の領域と一部が分割される部位が片持ち部61として形成されている。
・リレーRE1,RE2は、可動片42の接点側端部42aが片持ち部の基端を向くように片持ち部61に実装されていてもよい。
・片持ち部61において、コイル端子孔62,63の周囲にのみ、放熱パターンが設けられていても良い。
・リレーRE1,RE2は、常開式のリレーであってもよい。
・基板モジュールは、基板に機械式のリレーを実装するものであればよく、電池ユニット以外の装置に適用されるものであってもよい。
10…電池ユニット、41…固定接点、43…可動接点、45a,45b…駆動コイル、60…基板、61…片持ち部、66,67…スリット、RE1,RE2…リレー。
Claims (6)
- 固定接点(41)と可動接点(43)とを有する機械式のリレー(RE1,RE2)と、前記リレーを実装する基板(60)とを有する基板モジュールであって、
前記基板にはスリット(66,67)が設けられ、そのスリットにより前記基板に片持ち部(61)が形成されており、
前記リレーが前記片持ち部に実装されている基板モジュール。 - 前記リレーは、一端側で回動可能に支持され、かつ他端側に前記可動接点が設けられた可動片(42)を有しており、前記可動片が前記スリットに沿う方向に延び、かつ前記可動接点が前記片持ち部の先端となるようにして前記片持ち部に実装されている請求項1に記載の基板モジュール。
- 前記片持ち部には、前記基板を貫通する貫通孔(62,63,64,65)が設けられており、
前記貫通孔に、前記リレーの通電端子(TA1,TA2,TB1,TB2)が挿通されており、
前記片持ち部において、前記基板の両面のうち前記リレーの実装面とは反対側の面に、前記通電端子に接続される放熱パターン(71,72,73,74)が形成されている請求項1又は2に記載の基板モジュール。 - 前記リレーは、前記可動接点を動作させるコイル(45a,45b)を有し、
前記通電端子として、前記固定接点及び前記可動接点に接続される接点端子(TA1,TA2)と、前記コイルに接続されるコイル端子(TB1,TB2)とが含まれており、
前記片持ち部には、前記接点端子及び前記コイル端子のうち少なくとも前記コイル端子に接続される前記放熱パターンが設けられている請求項3に記載の基板モジュール。 - 前記片持ち部には、前記放熱パターンとして、前記接点端子に接続される放熱パターンと、前記コイル端子に接続される放熱パターンとが設けられており、
前記コイル端子に接続される前記放熱パターンは、前記接点端子に接続される前記放熱パターンよりも面積が大きい請求項4に記載の基板モジュール。 - 前記リレーは、第1リレーと、第2リレーとを有しており、
前記片持ち部において、前記第1リレーは前記基板の両面のうち一方の面に実装され、前記第2リレーは前記基板の両面のうち他方の面に実装されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板モジュール。
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2018
- 2018-02-06 JP JP2018019246A patent/JP2019139845A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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