JP2022160918A - 電子制御モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板上に発熱部品を設けた場合にも、装置の大型化を防止しつつ、冷却を容易にすることを目的とする。【解決手段】電子制御モジュール１００は、上面３０ａに複数の電子部品３１が実装されたモータ制御基板３０と、モータ制御基板３０を下面３０ｅ側から支持するブラケット４０と、モータ制御基板３０に設けられ、複数の電子部品３１のうち少なくとも１つの電子部品３１である発熱部品３１ａで発生した熱をモータ制御基板３０の下面３０ｅ側に伝達する配線パターン３２と、ブラケット４０に設けられ、配線パターン３２との間で熱伝達を行う金属部材４１と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、電子制御モジュールに関する。

特許文献１には、パワーモジュール等の電力変換回路を構成する高電圧系の構成素子と、パワーモジュール等の動作を制御する制御回路を構成する低電圧系の構成素子と、を１つの筐体の中に収容した電力変換装置が開示されている。

特開２０１３－１１０８５６号公報

特許文献１に記載された電力変換装置では、発熱量の大きな高電圧系の構成素子を冷却器で冷却している。

しかしながら、特許文献１に記載された電力変換装置では、低電圧系では冷却器を備えていない。このため、低電圧系の回路基板上に発熱量が大きな部品（発熱部品）を設けた場合に、その部品を冷却する冷却器を別途設ける必要性があり、装置が大型化しまうおそれがあった。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、回路基板上に発熱部品を設けた場合にも、装置の大型化を防止しつつ、冷却を容易にすることを目的とする。

本発明のある態様によれば、電子制御モジュールは、一端面に複数の電子部品が実装された回路基板と、回路基板を他端面側から支持するブラケットと、回路基板に設けられ、複数の電子部品のうち少なくとも１つの電子部品である発熱部品で発生した熱を回路基板の他端面側に伝達する第１熱伝達部材と、ブラケットに設けられ、第１熱伝達部材との間で熱伝達を行う第２熱伝達部材と、を備える。

本発明によれば、回路基板上に発熱部品を設けた場合にも、回路基板に設けられた第１熱伝達部材及び第２熱伝達部材によって、発熱部品で発生した熱を逃がすことができる。これにより、発熱部品の冷却を容易にすることができる。また、発熱部品に対して冷却装置を新たに設ける必要がないので、装置の大型化を防止できる。

図１は、本実施形態の電子制御モジュールの外観斜視図である。 図２は、本実施形態の電子制御モジュールの分解斜視図である。 図３は、本実施形態の電子制御モジュールを筐体に取り付けた図である。 図４は、本実施形態の放熱経路近傍の断面図である。 図５は、本実施形態の配線パターンの他端と金属部材との接合個所を重量部品に対応する位置に設けた場合を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の電子制御モジュール１００の外観斜視図である。図２は、本実施形態の電子制御モジュール１００の分解斜視図である。図３は、本実施形態の電子制御モジュール１００を筐体１に取り付けた図である。なお、以下の説明における上下とは、天地を意味するものではなく、図面における上下を意味するものである。

本実施形態の電子制御モジュール１００は、例えば、ハイブリッド車両に搭載されるモータジェネレータを制御するパワーコントロールユニットに用いられる。図１及び図２に示すように、電子制御モジュール１００は、基体としてのパワーモジュール１０と、パワーモジュール１０上に配置され、上面２０ａに電子部品２１が載置されるドライバ基板２０と、ドライバ基板２０の上面２０ａ側に間隔をあけて配置され、上面３０ａに複数の電子部品３１が実装されたモータ制御基板３０と、ドライバ基板２０とモータ制御基板３０との間に設けられる筒状のブラケット４０と、を備える。

電子制御モジュール１００は、金属製の筐体１（図３参照）の底面にねじ２によって固定され、筐体１内に収容される。

パワーモジュール１０は、車両に搭載されたバッテリから供給される直流電力を多相交流電力に変換するインバータ（図示せず）を備える。パワーモジュール１０は、インバータによって変換された多相交流電力をモータジェネレータ（図示せず）に供給する。パワーモジュール１０には、冷却装置（図示せず）が設けられ、パワーモジュール１０は、この冷却装置によって冷却される。

ドライバ基板２０は、パワーモジュール１０のスイッチング動作を制御する。ドライバ基板２０は、例えば、多層プリント基板により形成される。図２に示すように、ドライバ基板２０の上面２０ａには、複数の電子部品２１（トランス、ダイオード、コンデンサ、チップ抵抗など）が配置される。これら電子部品２１によってスイッチング回路が構成される。

ドライバ基板２０の対向する二辺の両端近傍には、電子制御モジュール１００を筐体１に固定するねじ２及びねじ２を締結するための工具とドライバ基板２０との接触を防止するための切り欠き２０ｂが設けられる。

ドライバ基板２０には、さらに、ドライバ基板２０をパワーモジュール１０に固定するねじ３が挿通される貫通孔２０ｃと、ブラケット４０に設けられた位置決め突起４０ｄ（図２参照）が挿入される貫通孔２０ｄと、が設けられる。

モータ制御基板３０は、ドライバ基板２０に設けられたスイッチング回路の動作を車両運転状態に応じて制御する。モータ制御基板３０は、例えば、多層プリント基板により形成される。モータ制御基板３０の一端面としての上面３０ａには、複数の電子部品３１（ＣＰＵ、電源ＩＣ、ダイオード、コイル、コンデンサ、コネクタ、チップ抵抗など）が配置される。これらの電子部品３１によって制御回路が構成される。この制御回路は、ドライバ基板２０のスイッチング回路におけるスイッチング動作の周波数を制御する。

モータ制御基板３０の対向する二辺の両端近傍には、電子制御モジュール１００を筐体１に固定するねじ２及びねじ２を締結するための工具とモータ制御基板３０との接触を防止するための切り欠き３０ｂが設けられる。

モータ制御基板３０には、さらに、モータ制御基板３０をブラケット４０に固定するねじ２が挿通される貫通孔３０ｃと、ブラケット４０に設けられた位置決め突起４０ｄが挿入される貫通孔３０ｄと、が設けられる。

ブラケット４０は、樹脂材料（例えば、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂））によって形成される。ブラケット４０は、ドライバ基板２０の外縁部の形状に沿った筒状の枠体として形成される。ブラケット４０は、モータ制御基板３０を下面３０ｅ（図４など参照）側から支持する。

ブラケット４０内には、ドライバ基板２０、モータ制御基板３０、及びブラケット４０によって閉空間が形成される。この閉空間内には、ドライバ基板２０上に配置された電子部品２１が配置される。これにより、電子部品２１にコンタミが付着することを防止できる。

ブラケット４０の対向する二辺の両端近傍には、電子制御モジュール１００を筐体１に固定するねじ２及びねじ２を締結するための工具とドライバ基板２０上に配置された電子部品２１等との接触を防止するための凹部４０ｂが設けられる。凹部４０ｂは、周壁４０ａが内側に窪むようにして形成される。

ブラケット４０には、さらに、モータ制御基板３０をブラケット４０に固定するねじ２がねじ込まれる受け部４０ｃと、ブラケット４０を上下に貫通する貫通孔４０ｅ（図４参照）を有する円筒部４０ｆと、ブラケット４０及びドライバ基板２０をパワーモジュール１０に固定するねじ３が挿通する円筒部４０ｇと、が設けられる。受け部４０ｃ、円筒部４０ｆ、及び円筒部４０ｇは、ブラケット４０の内壁に設けられる。円筒部４０ｆの貫通孔４０ｅには、銅などの円柱状の金属部材４１がインサートされる。

次に、図２を参照して、電子制御モジュール１００の組み立てについて説明する。

パワーモジュール１０上にドライバ基板２０を載置する。次に、ドライバ基板２０上に、位置決め突起４０ｄを貫通孔２０ｄに挿入するようにしてブラケット４０を載置する。

そして、ブラケット４０に設けられた円筒部４０ｇ及びドライバ基板２０に設けられた貫通孔２０ｃに挿通したねじ３をパワーモジュール１０の上面に設けられた突起部１０ｂにねじ込む。これにより、パワーモジュール１０上にブラケット４０とドライバ基板２０が固定される。

次に、モータ制御基板３０をブラケット４０に設けられた位置決め突起４０ｄを貫通孔３０ｄに挿入するようにしてブラケット４０上に載置する。その後、モータ制御基板３０の貫通孔３０ｃに挿通したねじ２を、ブラケット４０の受け部４０ｃにねじ込むことで、電子制御モジュール１００が完成する。

このようにして組み立てられた電子制御モジュール１００は、パワーモジュール１０の貫通孔１０ｃに挿通したねじ２を筐体１にねじ込むことで、図３に示すように、筐体１に固定される。

ところで、モータジェネレータの高出力化に伴い、パワーモジュール１０に流れる電流を増大させた場合には、パワーモジュール１０の温度上昇に伴い筐体１内の温度、つまりパワーモジュール１０上のインバータの雰囲気温度も上昇する。電子部品３１のうち自己発熱量が特に大きい電子部品（以下では、「発熱部品３１ａ」という。）は、内部雰囲気温度上昇と自己発熱量の合算で発熱部品３１ａ自身の耐熱温度を越えるおそれがある。このため、発熱部品３１ａに対して何らかの冷却手段を設ける必要がある。

そこで、本実施形態では、モータ制御基板３０上に設けられた発熱部品３１ａで発生した熱を逃がす放熱経路Ｒを設ける。以下に、本実施形態における放熱経路Ｒについて説明する。

図４に示すように、放熱経路Ｒは、モータ制御基板３０に設けられた第１熱伝達部材としての配線パターン３２と、ブラケット４０に設けられた第２熱伝達部材としての金属部材４１と、を備えて構成される。

配線パターン３２は、一端３２ａが上面３０ａに露出し、他端３２ｂが他端面としての下面３０ｅに露出するように形成される。配線パターン３２は、既存の配線パターンと同様に、基板上に銅などの導電性の金属をプリントすることによって形成される。なお、配線パターン３２は、他の配線パターンとは、電気的に分離されて形成される。言い換えると、配線パターン３２は、電子部品３１などに電気的に接続される配線パターンではない。

配線パターン３２の一端３２ａは、発熱部品３１ａに対向する位置に設けられ、配線パターン３２の他端３２ｂは、金属部材４１の一端面４１ａに対向する位置に設けられる。

配線パターン３２の他端３２ｂは、金属部材４１の一端面４１ａに接着剤Ｓなどによって接合される。また、金属部材４１の他端面４１ｂは、伝熱部材（図示せず）等を介してパワーモジュール１０を冷却する冷却機構（図示せず）に接合される。これにより、発熱部品３１ａにおいて発生した熱は、配線パターン３２及び金属部材４１（放熱経路Ｒ）を通じて冷却機構に伝達される。さらに、このようにして伝達された熱は、冷却機構との間で熱交換され、外部に放熱される。

このように、本実施形態では、発熱部品３１ａで発生した熱を配線パターン３２及び金属部材４１（放熱経路Ｒ）を通じて放熱することができる。これにより、発熱部品３１ａや発熱部品３１ａの周辺の電子部品３１などが熱によって劣化することを防止できる。

また、本実施形態では、放熱経路Ｒを基板に形成した配線パターン３２と、ブラケット４０の円筒部４０ｆ内にインサートされた金属部材４１と、によって形成している。これにより、発熱部品３１ａに対する冷却装置を新たに設ける必要がないので、発熱部品３１ａの冷却を容易にすることができるとともに、装置の大型化を防止できる。

なお、図５に示すように、好ましくは、配線パターン３２の他端３２ｂと金属部材４１との接合個所を、電子部品３１のうち比較的質量の重い部品、具体的には、コネクタ、コイル、トランス及びコンデンサの少なくともいずれか（以下、これらを「重量部品３１ｂ」ともいう。）が設けられた位置に対応するように設ける（最適には、重量部品３１ｂの直下）ことが望ましい。重量部品３１ｂの近傍が固定されていない場合には、例えば、車両が走行しているときの振動が電子制御モジュール１００に伝わると、重量部品３１ｂが基板を撓ませながら振動する。このように基板が撓みながら振動すると、重量部品３１ｂや周辺の電子部品３１の端子や半田部分が損傷するおそれがある。そこで、上述のように、配線パターン３２の他端３２ｂと金属部材４１との接合個所を重量部品３１ｂが設けられた位置に対応するように設けることにより、重量部品３１ｂが基板を撓ませながら振動することを抑制できる。

なお、上記実施形態では、配線パターン３２の他端３２ｂと金属部材４１とを接着剤Ｓによって接合していた場合を例に説明したが、これに限らず、溶着など他の接合方法によって接合するようにしてもよい。また、配線パターン３２と金属部材４１とが接触した状態を保持できるのであれば、必ずしもこれらを接合する必要はない。

また、第２熱伝達部材として金属部材４１を例に説明したが、必要とする熱伝達率を満たすものであれば、第２熱伝達部材は、金属部材４１に限らず、樹脂など他の材料であってもよい。

上記実施形態では、放熱経路Ｒ（金属部材４１）をパワーモジュール１０の冷却機構に接続する場合を例に説明したが、これに限らず、例えば、金属部材４１から筐体１、あるいは他の冷却機構に接続して放熱するようにしてもよい。

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

電子制御モジュール１００は、上面３０ａ（一端面）に複数の電子部品３１が実装されたモータ制御基板３０（回路基板）と、モータ制御基板３０（回路基板）を下面３０ｅ（他端面）側から支持するブラケット４０と、モータ制御基板３０（回路基板）に設けられ、複数の電子部品３１のうち少なくとも１つの電子部品３１である発熱部品３１ａで発生した熱をモータ制御基板３０（回路基板）の下面３０ｅ（他端面）側に伝達する配線パターン３２（第１熱伝達部材）と、ブラケット４０に設けられ、配線パターン３２（第１熱伝達部材）との間で熱伝達を行う金属部材４１（第２熱伝達部材）と、を備える。

この構成では、モータ制御基板３０（回路基板）に実装された電子部品３１を高出力化した場合にも、回路基板に設けられた配線パターン３２（第１熱伝達部材）及び金属部材４１（第２熱伝達部材）によって、発熱部品３１ａで発生した熱を逃がすことができる。これにより、発熱部品３１ａの冷却を容易にすることができる。また、発熱部品３１ａに対する冷却装置を新たに設ける必要がないので、装置の大型化を防止できる。

電子制御モジュール１００では、配線パターン３２（第１熱伝達部材）は、モータ制御基板３０（回路基板）に形成された配線パターンである。

この構成では、配線パターン３２（第１熱伝達部材）をモータ制御基板３０（回路基板）に形成された配線パターンで構成することで、既存の配線パターンを形成するときに、配線パターン３２（第１熱伝達部材）を同時に形成することができる。これにより、工数を削減できる。また、新たに部品を設ける必要がないので、装置の大型化を抑制できるとともに、コストの上昇を抑制できる。

電子制御モジュール１００では、金属部材４１（第２熱伝達部材）は、ブラケット４０にインサートされた金属部材である。

この構成では、金属部材４１（第２熱伝達部材）がブラケット４０にインサートされた構成であるので、電子制御モジュール１００の組み立てを簡単にすることができる。

電子制御モジュール１００では、配線パターン３２（第１熱伝達部材）金属部材４１（第２熱伝達部材）は、接着剤Ｓによって接合されている。

この構成では、配線パターン３２（第１熱伝達部材）と金属部材４１（第２熱伝達部材）とが、接着剤Ｓによって接合されているので、発熱部品３１ａによって発生した熱を金属部材４１（第２熱伝達部材）に伝達することができる。

電子制御モジュール１００では、複数の電子部品３１は、発熱部品３１ａから離間した位置に設けられたコネクタ、コイル、トランス及びコンデンサの少なくともいずれかからなる重量部品３１ｂを含み、金属部材４１（第２熱伝達部材）は、重量部品３１ｂが設けられた位置に対応するように設けられている。

この構成では、重量部品３１ｂが設けられた位置に対応するように配線パターン３２の他端３２ｂと金属部材４１との接合個所が設けられているので、振動が電子制御モジュール１００に伝わっても、重量部品３１ｂがモータ制御基板３０（回路基板）を撓ませながら振動することを抑制できる。これにより、モータ制御基板３０上に実装された電子部品３１と配線パターンとの接続部分が断線することなどを防止できる。

電子制御モジュール１００は、モータの動作を制御するパワーモジュール１０と、パワーモジュール１０上に設けられ、パワーモジュール１０のスイッチング動作を制御するドライバ基板２０と、をさらに備え、モータ制御基板３０（回路基板）は、ドライバ基板２０に設けられたスイッチング回路の動作を車両運転状態に応じて制御するモータ制御基板３０であって、ブラケット４０を介してドライバ基板２０に支持され、金属部材４１（第２熱伝達部材）は、パワーモジュール１０を冷却する冷却機構に接続される。

この構成では、発熱部品３１ａにおいて発生した熱は、配線パターン３２（第１熱伝達部材）及び金属部材４１（第２熱伝達部材）を介してパワーモジュール１０を冷却する冷却機構に伝達されて放熱される。これにより、発熱部品３１ａにおいて発生した熱をより効率よく放熱することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、電子制御モジュール１００としてハイブリッド車両のパワーコントロールユニットに用いられるものを例に説明したが、電子制御モジュール１００はこれに限らず、どのようなものであってもよい。

１００ 電子制御モジュール
１ 筐体
１０ パワーモジュール
２０ ドライバ基板
３０ モータ制御基板（回路基板）
３０ａ 上面（一端面）
３０ｅ 下面（他端面）
３１ 電子部品
３１ａ 発熱部品
３１ｂ 重量部品
３２ 配線パターン（第１熱伝達部材）
３２ａ 一端
３２ｂ 他端
４０ ブラケット
４１ 金属部材（第２熱伝達部材）
４１ａ 一端面

Claims (6)

1. 一端面に複数の電子部品が実装された回路基板と、
   前記回路基板を他端面側から支持するブラケットと、
   前記回路基板に設けられ、複数の前記電子部品のうち少なくとも１つの前記電子部品である発熱部品で発生した熱を前記回路基板の前記他端面側に伝達する第１熱伝達部材と、
   前記ブラケットに設けられ、前記第１熱伝達部材との間で熱伝達を行う第２熱伝達部材と、を備えた電子制御モジュール。
2. 請求項１に記載の電子制御モジュールにおいて、
   前記第１熱伝達部材は、前記回路基板に形成された配線パターンである電子制御モジュール。
3. 請求項１または２に記載の電子制御モジュールにおいて、
   前記第２熱伝達部材は、前記ブラケットにインサートされた金属部材である電子制御モジュール。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の電子制御モジュールにおいて、
   前記第１熱伝達部材と前記第２熱伝達部材は、接着剤によって接合されている電子制御モジュール。
5. 請求項４に記載の電子制御モジュールにおいて、
   複数の前記電子部品は、前記発熱部品から離間した位置に設けられたコネクタ、コイル、トランス及びコンデンサの少なくともいずれかからなる重量部品を含み、
   前記第２熱伝達部材は、前記重量部品が設けられた位置に対応するように設けられている電子制御モジュール。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の電子制御モジュールにおいて、
   モータの動作を制御するパワーモジュールと、
   前記パワーモジュール上に設けられ、前記パワーモジュールのスイッチング動作を制御するドライバ基板と、をさらに備え、
   前記回路基板は、前記ドライバ基板に設けられたスイッチング回路の動作を車両運転状態に応じて制御するモータ制御基板であって、前記ブラケットを介して前記ドライバ基板上に支持され、
   前記第２熱伝達部材は、前記パワーモジュールを冷却する冷却機構に接続される電子制御モジュール。

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