JP4326357B2 - 電装品制御ユニットの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は電装品制御ユニットの冷却構造に関するものである。

車両に設けられた電装品を制御する制御ユニットを電動ファンや走行風等の冷却風によって冷却することは一般に行なわれている。例えば、特許文献１には、自動車用冷却システムのラジエータ及びコンデンサに送風を行なう電動ファンに、そのファンモータ（電装品）への通電制御を行なう制御ユニットを支持し、この電動ファンによる冷却風によって制御ユニットを冷却することが記載されている。この制御ユニットは、モータへの通電制御を行なうための回路基板を有し、この回路基板の一方の面にパワートランジスタがヒートシンクを介して取付けられ、他方の面に放熱フィンが設けられている。

また、特許文献２には、同じく自動車用冷却システムの電動ファンのモータ側面に制御ユニットを支持し、該電動ファンによる冷却風を制御ユニットに当てることが記載されている。この制御ユニットでは、電子部品を収容する樹脂製ハウジングの片面に放熱板が固定されている。
特開平１１−１８２２４４号公報 特開平０９−２６１９１５号公報

図１１に示すように、制御ユニットａを構成するハウジングｂの片面に放熱フィンを有する放熱板ｃを固定し、この放熱板ｃの放熱フィンに電動ファンの冷却風を当てると、放熱板ｃに取り付けた電子部品ｄを冷却することができる。しかし、かかる構成において、冷却風の流れについて流体解析を行なうと、同図に示すように、冷却風は制御ユニットの周辺部では比較的高い流速で流れるものの、放熱板ｃの表面（放熱フィン部）では冷却風が淀んだ状態になってその流速が低い。このため、放熱フィンによって放熱板の表面積を大きくしても、放熱板ｃの熱を冷却風によって効率良く奪うことができず、冷却風による放熱の促進が充分に図れない。なお、同図の矢符の向きは冷却風の流れる方向を表し、矢符の長さは流速の大きさを表す。

そこで、本発明は、冷却風による制御ユニットの放熱効果を高めることができる冷却構造を提供することを課題とする。

本発明は、このような課題に対して、制御ユニットのハウジングにこれを貫通する通気孔を形成した。

すなわち、請求項１に係る発明は、車両に設けられた電装品を制御する制御ユニットが冷却風によって冷却される電装品制御ユニットの冷却構造であって、
上記制御ユニットは、電子部品と、該電子部品を収容するハウジングと、該ハウジングに設けられ上記電子部品が発生する熱を放射させる放熱部材とを備えていて、上記ハウジングの一面が上記冷却風を直接受けるように設けられ、
上記ハウジングには、上記冷却風を上記一面から該ハウジングの反対側の面に通す通気孔が該ハウジングを貫通するように形成され、
上記放熱部材は、上記ハウジングの上記冷却風受け面とは反対側の面に設けられ、該放熱部材が上記通気孔の出口部を形成していることを特徴とする。

従って、冷却風が制御ユニットのハウジングの一面に直接当たるから、放熱に有利になるとともに、その冷却風が該ハウジングを通り抜けるため、冷却風がハウジングの冷却風受け面で淀むことが少なくなり、該冷却風による放熱の促進が図れる。

しかも、通気孔を流れる冷却風が通気孔の出口部において放熱部材から熱を直接奪うことになり、冷却風による放熱の促進に有利になる。

請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記ハウジングの上記冷却風を受ける一面には凹みが形成され、該凹みに上記通気孔の冷却風入口が開口していることを特徴とする。

従って、上記凹みによってハウジングの冷却風を受ける面積が広くなるから、放熱に有利になるとともに、冷却風が上記凹みによって受けられて通気孔に導かれるから、冷却風の流れが円滑になり、冷却風による放熱の促進に有利になる。

請求項３に係る発明は、請求項２において、
上記通気孔の冷却風入口は、上記凹みの最深部に開口していることを特徴とする。

従って、冷却風が凹みにおいて淀むことが防止され、すなわち、冷却風が凹みによって通気孔に効率良く導かれ、冷却風による放熱の促進に有利になる。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記通気孔の冷却風出口部の壁面は、該通気孔が冷却風出口に向かって末広がりになるように湾曲していることを特徴とする。

従って、通気孔を出る冷却風がハウジングの背面（冷却風受け面とは反対側の面）に沿って周囲に広がるように流れることになり、該冷却風がハウジング背面からの放熱にも有効に利用される。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
上記電子部品は上記放熱部材に取付けられていることを特徴とする。

従って、電子部品の熱を放熱部材に伝えて効率良く放熱させることができ、電子部品を熱から保護する上で有利になる。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
上記電装品は、電動ファンを駆動するモータであり、
上記電動ファンは、上記車両のエンジンの冷却システムの熱交換器に送風を行なうものであり、
上記電動ファンによって送られる風が上記制御ユニットに冷却風として当てられることを特徴とする。

従って、電動ファンのモータを制御する制御ユニットを該電動ファンによる冷却風によって効率良く冷却することができ、エンジンの冷却システムの性能維持に有利になる。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
上記電装品は、電動ファンを駆動するモータであり、
上記電動ファンは、上記車両の空調用ブロアであって車室内に送風を行なうものであり、
上記電動ファンによって送られる風が上記制御ユニットに冷却風として当てられることを特徴とする。

従って、電動ファンのモータを制御する制御ユニットを該電動ファンによる冷却風によって効率良く冷却することができ、車両の空調システムの性能維持に有利になる。

以上のように本発明によれば、制御ユニットの電子部品を収容するハウジングの一面が冷却風を直接受けるように設けられているとともに、該ハウジングにその冷却風受け面から反対側の面に貫通する通気孔が形成され、放熱部材が、上記ハウジングの上記冷却風受け面とは反対側の面に設けられ、該放熱部材が上記通気孔の出口部を形成しているから、冷却風を制御ユニットの放熱に効率良く利用することができ、特に通気孔を流れる冷却風が通気孔の出口部において放熱部材から熱を直接奪うことになって冷却風による放熱の促進に有利になり、制御ユニットの性能維持に有利になるとともに、放熱部材の小型化が図れ、制御ユニットのコスト低減及び軽量化に有利になる。

また、上記ハウジングの冷却風を受け面には凹みを形成し、該凹みに上記通気孔の冷却風入口を開口したものによれば、ハウジングの冷却風を受け面が広くなって放熱に有利になるとともに、冷却風を凹みによって通気孔に円滑に導くことができ、冷却風による放熱の促進に有利になる。

また、上記通気孔の冷却風出口部の壁面を、該通気孔が冷却風出口に向かって末広がりになるように湾曲させたものによれば、通気孔を出る冷却風がハウジングの背面に沿って周囲に広がるように流れることになり、該冷却風がハウジング背面からの放熱にも有効に利用され、該冷却風による放熱の促進に有利になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜参考形態＞
まず、本発明の後述する実施形態の理解のための参考形態を説明する。

図１に示す車両の電装品制御ユニットの冷却構造において、１は車両空調用冷媒回路のコンデンサ（熱交換器）、２は該エンジンの冷却システムを構成するラジエータ（エンジン冷却水を冷却する熱交換器）、３は電動ファン、４はエンジンであり、このコンデンサ１、ラジエータ２、電動ファン３及びエンジン４がこの順序で車両前側から後側へ向かって配設されている。電動ファン３のシュラウド５の後面には、電動ファン３を駆動するモータ（電装品）６が支持されているとともに、モータ６への通電制御を行なう制御ユニット７が支持されている。制御ユニット７には後に詳述する放熱部材（ヒートシンク）９が設けられている。

従って、電動ファン４による冷却風は、コンデンサ１及びラジエータ２を通ってエンジン４の方へ流れるが、ファンシュラウド５の後面に制御ユニット７が支持されているから、この制御ユニット７も冷却風を受けて冷却される。

制御ユニット７は、モータ６をパルス幅変調制御するものであって、そのための電子部品を図２及び図３に示すハウジング８に収容して構成されている。すなわち、ハウジング８は、図４にも示すように、合成樹脂製の矩形状周壁部材１１と、周壁部材１１の一方の開口面を塞ぐ金属製の外形矩形状放熱部材９と、周壁部材１１の他方の開口面を塞ぐ合成樹脂製の矩形状カバー１２とによって形成されている。すなわち、放熱部材９がハウジング８の一部を構成している。

ハウジング８には、電子部品としてのパワートランジスタ１３及び回路基板１４等が収容されている。周壁部材１１にはコネクタ部１５が形成されているとともに、ファンシュラウド５に対する取付部１６が形成されている。

制御ユニット７は、図１に示すように、ハウジング８の放熱部材９が設けられた側の面が上記電動ファン３の冷却風を直接受けるように、上記取付部１６によってファンシュラウド５に取付けられる。

図２に示すように、放熱部材９の冷却風を受ける面には、該放熱部材９の中央部が最深部となるように略円錐状に凹んだ凹み１７が形成されている。そして、図４及び図５に示すように、放熱部材９は、凹み１７の最深部よりハウジング反対側のカバー１２へ向かって突出した筒部１８を備えている。この筒部１８は、円形であって、回路基板１４の中央孔１９に通されてカバー１２の中央孔２０に嵌められており、この筒部１８の筒孔がハウジング８を貫通して冷却風を放熱部材８の前面からカバー１２の後方へ流出させる通気孔２１に形成されている。従って、通気孔２１の冷却風入口は凹み１７の最深部に開口していることになる。

凹み１７及び通気孔２１の壁面には、図２（及び図５）に示すように、複数のフィン２２が周方向に間隔をおいて設けられている。各フィン２２は、凹み１７及び通気孔２１の中心に向かって突出したものであって、電動ファン３の送風方向に延びている。すなわち、各フィン２２は、凹み１７の開口縁からその最深部の通気孔２１の入口に向かって直線状に延び、さらに通気孔２１の入口から出口へ向かって直線状に延びている。

放熱部材９の背面側（凹み１７の反対側）には、図４に示すように、パワートランジスタ１３を取り付ける２つの取付部２３が筒部１８を挟んで相対する位置に形成されている。

図５は、上記構成の制御ユニット７について、当該図面の断面位置での電動ファン３による冷却風の流れを流体解析によってみたものである。なお、同図の矢符の向きは冷却風の流れる方向を表し、矢符の長さは流速の大きさを表す。

制御ユニット７に当たる冷却風が凹み１７によって受けられて通気孔２１へ導かれ、この通気孔２１を多量の冷却風が高い流速で通り抜けており、制御ユニット１７の冷却風受け面における冷却風の淀みはほとんどない。この場合、フィン２２は冷却風の整流する働きをするとともに、放熱部材９の放熱面積を拡大する、すなわち、放熱効果を高める働きをする。

従って、パワートランジスタ１３や回路基板１４から放熱部材９に伝わる熱は、この放熱部材９から冷却風に効率良く奪われ、パワートランジスタ１３や回路基板１４のオーバヒートが確実に防止され、制御ユニット１７の性能が良好な状態で維持される。よって、エンジンの冷却システムや空調システムの性能維持に有利になる。

なお、図５において、２４はハウジング８の収容部品との干渉を避けるために放熱部材９の凹み１７の一部を表側に膨出させた膨出部である。

図６乃至図８は放熱部材９の他の例を示す。なお、電子部品の図示は省略している。この例では、凹み１７が外側（遠心方向）に反ったラッパ状に形成されて通気孔２１の壁面に滑らかに続いている。また、フィン２２も、凹み１７においては、該凹み１７に対応させて反り形状に形成されている。パワートランジスタ１３の取付部２３は筒部１８の周囲の１カ所に設けられている。他の構成は先の参考形態と同じであり、同じく干渉防止用の膨出部２４を備えている。

従って、当該放熱部材９では、凹み１７がラッパ状になって通気孔２１の壁面に滑らかに続いているから、凹み１７の壁面を伝って通気孔２１へ流れる冷却風は、通気孔２１の壁面から大きく剥離することなく、該通気孔２１の壁面に沿って淀みなく円滑に流れることになり、冷却風による放熱部材９からの放熱の促進に有利になる。

図９は放熱部材９の他の例を示す。なお、電子部品の図示は省略している。この例の放熱部材９では、図６乃至図８の例と同じく、凹み１７が外側（遠心方向）に反ったラッパ状に形成されて通気孔２１の壁面に滑らかに続いている。また、フィン２２も、凹み１７においては、該凹み１７に対応させて反り形状に形成されている。パワートランジスタ１３の取付部２３は筒部１８の周囲の１カ所に設けられている。

そうして、通気孔２１の冷却風出口部の壁面２１ａは、該通気孔２１が冷却風出口に向かって末広がりになるように湾曲している。すなわち、出口部の壁面２１ａは、出口へいくに従って外側へ広がるように弓なりに曲がったラッパ形状になり、ハウジング８の背面（冷却風が当たる面とは反対側の面）に滑らかに続いている。他の構成は先の参考形態と同じである。

従って、本例の放熱部材９では、凹み１７の壁面を伝って通気孔２１へ流れる冷却風は、通気孔２１の壁面から大きく剥離することなく、該通気孔２１の壁面に沿って淀みなく円滑に流れるとともに、通気孔２１を出る際にハウジング８の背面に沿って周囲に広がることになり、該冷却風がハウジング８の背面からの放熱にも有効に利用される。よって、冷却風による放熱部材９からの放熱の促進に有利になる。

＜実施形態＞
次に本発明の実施形態を説明する。

図１０は上記電動ファンのモータへの通電を制御する制御ユニット１７の実施形態を示す。この実施形態では、周壁部と底壁部とを有し底壁部中央に開口を有する箱形の合成樹脂製の周壁部材１１と、該周壁部材１１の一方の開口面を塞ぐ合成樹脂製の矩形状カバー１２と、周壁部材１１の底壁部開口を塞ぐ金属製の放熱部材９とによってパワートランジスタ１３等の電子部品（回路基板の図示は省略している。）を収容するハウジング８が形成されている。

制御ユニット１７は、先の実施形態とは違って、カバー１２が電動ファンの冷却風を直接受けるように、ファンシュラウドに取り付けられる。カバー１２には、その中央部が最深部となるように略円錐状に凹んだ凹み１７が形成されている。

放熱部材９は、矩形状の本体部３１を備え、該本体部３１の一方の面の中央より筒部１８が突出し、その先端がカバー１２の最深部に形成された中央孔に嵌められている。この筒部１８の筒孔は本体部３１を貫通する貫通孔に続いており、この筒孔と貫通孔とが、ハウジング８を貫通して冷却風をカバー１２の前面から放熱部材１１の後方へ流出させる通気孔２１を形成している。

従って、本実施形態の場合は、放熱部材本体部３１がハウジング８の冷却風受け面とは反対側にあって、通気孔２１の出口部を形成していることになる。通気孔２１の壁面には通気孔長手方向に延びる複数のフィン２２が周方向に間隔をおいて形成されている。

また、放熱部材本体部３１のカバー１２側を向いた面にパワートランジスタ１３が取り付けられ、カバー１２の他方の面には放熱フィン３２が形成されている。

以上の構成により、本実施形態の場合は、電動ファンの冷却風はカバー１２の凹み１７で受けられて通気孔２１に導かれ、該通気孔２１を多量の冷却風が高い流速で通り抜けることになる。よって、制御ユニット１７の冷却風受け面における冷却風の淀みはほとんどなく、パワートランジスタ１３や回路基板から放熱部材９に伝わる熱は、この放熱部材９から冷却風に効率良く奪われ、それら電子部品のオーバヒートが確実に防止され、制御ユニット１７の性能が良好な状態で維持される。このため、エンジンの冷却システムや空調システムの性能維持に有利になる。

なお、本実施形態においても、凹み１７はラッパ状に形成することができ、また、通気孔２１の出口部の壁面も末広がりになったラッパ状に形成することができる。

また、上述した実施形態では制御ユニットに電動ファンによる冷却風を当てるようにしたが、走行風を冷却風として制御ユニットに当てるように構成してもよい。

また、上述した実施形態の電動ファンはエンジン冷却システムの熱交換器に送風を行なうものであるが、電動ファンは、車室内に送風を行なう車両空調用のブロアを構成するものであってもよい。

さらに、本発明がその他の電装品の制御ユニットの冷却に適用できることはもちろんである。

本発明の参考形態に係る電装品制御ユニットの冷却構造を示す図である。 同制御ユニットを冷却風受け面側からみた斜視図である。 同制御ユニットを冷却風受け面砥は反対の側からみた斜視図である。 同制御ユニットの分解斜視図である。 同制御ユニットに当たる冷却風の流れを示す一部断面にした斜視図である。 放熱部材の他の例を示す斜視図である。 同放熱部材の側面図である。 同放熱部材の背面図（冷却風受け面の反対側からみた図）である。 放熱部材のさらに他の例を示す一部断面にした側面図である。 本発明の実施形態に係る制御ユニットを示す図である。 従来の制御ユニットにおける冷却風の流れを示す図である。

１ コンデンサ（熱交換器）
２ ラジエータ（熱交換器）
３ 電動ファン
４ エンジン
５ ファンシュラウド
６ モータ
７ 制御ユニット
８ ハウジング
９ 放熱部材
１３ パワートランジスタ（電子部品）
１４ 回路基板（電子部品）
１７ 凹み
２１ 通気孔
２１ａ 通気孔出口部の壁面

Claims (7)

1. 車両に設けられた電装品を制御する制御ユニットが冷却風によって冷却される電装品制御ユニットの冷却構造であって、
   上記制御ユニットは、電子部品と、該電子部品を収容するハウジングと、該ハウジングに設けられ上記電子部品が発生する熱を放射させる放熱部材とを備えていて、上記ハウジングの一面が上記冷却風を直接受けるように設けられ、
   上記ハウジングには、上記冷却風を上記一面から該ハウジングの反対側の面に通す通気孔が該ハウジングを貫通するように形成され、
   上記放熱部材は、上記ハウジングの上記冷却風受け面とは反対側の面に設けられ、該放熱部材が上記通気孔の出口部を形成していることを特徴とする電装品制御ユニットの冷却構造。
2. 請求項１において、
   上記ハウジングの上記冷却風を受ける一面には凹みが形成され、該凹みに上記通気孔の冷却風入口が開口していることを特徴とする電装品制御ユニットの冷却構造。
3. 請求項２において、
   上記通気孔の冷却風入口は、上記凹みの最深部に開口していることを特徴とする電装品制御ユニットの冷却構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記通気孔の冷却風出口部の壁面は、該通気孔が冷却風出口に向かって末広がりになるように湾曲していることを特徴とする電装品制御ユニットの冷却構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   上記電子部品は上記放熱部材に取付けられていることを特徴とする電装品制御ユニットの冷却構造。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
   上記電装品は、電動ファンを駆動するモータであり、
   上記電動ファンは、上記車両のエンジンの冷却システムの熱交換器に送風を行なうものであり、
   上記電動ファンによって送られる風が上記制御ユニットに冷却風として当てられることを特徴とする電装品制御ユニットの冷却構造。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
   上記電装品は、電動ファンを駆動するモータであり、
   上記電動ファンは、上記車両の空調用ブロアであって車室内に送風を行なうものであり、
   上記電動ファンによって送られる風が上記制御ユニットに冷却風として当てられることを特徴とする電装品制御ユニットの冷却構造。

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