JP5041548B2 - 電力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両内部において電力制御を行う電力制御装置に関する。

車両内に設置されるボックス状の車載用パワーコントロールユニット（電力制御装置）において、その駆動回路（リレー）は、大電流を駆動するため、（パワー駆動用）コネクタ近傍に実装され、電子制御回路は、その反対側に実装される。このため、駆動回路での発生熱が電子回路部に伝達しやすいという問題があった。

また、比較的小型のユニットであること、電力消費抑制が必要であることなどにより、ファン等を備えることができず、空気の流れだけで、発熱する部品を冷却する必要がある。また、車両実装時においては、取付け方向が必ずしも単一方向のみではないため、可能な限り、複数の取付け方向を可能とすることが要求される。したがって、取付け方向に依らず、空冷効果が得られる放熱構造が要求される。

これまでにも、電子回路による発生熱を排出する技術がいくつか提案されている。例えば、１つの従来技術として、筐体内を複数区画に分け、熱を発生する部品を分散して配置することで高温になることを防ぐとともに、強制空冷の排気用ファンを上部に設け、自然対流による空気流と、排気用ファンによる強制排気とにより、発生熱を外部に放熱する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の従来技術として、密閉された筐体内（密閉室）に装置を収納し、密閉室内の空気を外気へ露出している側部壁面に供給する送風機及びダクトを設けるとともに、側部壁面に平板フィンを設けることで、部品が発生する熱を排出する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、他の従来技術として、薄型表示装置において、ヒートシンクを兼ねた支持構造物であるメインフレームと後ろキャビネットとにて冷却用風路を形成し、電子回路部品からの発生熱をメインフレームに伝導し、熱伝導部材を介して電子回路部品をメインフレームに当接させることで、冷却効果を発揮させる技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平７−１３１９５３号公報 特開平８−２７１１０４号公報 特開２００６−５８６７９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、強制冷却を行うためのファンを設ける必要があり、コストや、信頼性などの面で現実的とは言えず、ファン等を備えることができない車載用パワーコントロールユニットに適用することができない。

また、いずれの従来技術でも、装置の設置方向が予め決まっており、その設置方向でのみ空冷効果が得られるよう設計されているので、設置方向によっては空冷効果が働かなくなるため、複数の取付け方向を可能とすることが要求される車載用パワーコントロールユニットに適用することができないという問題がある。

また、発熱の大きい駆動部（トランスリアクトル部）からの熱が電子回路部側面を通過するので、電子回路部に駆動部の熱が伝わる可能性があるという問題がある。

そこで本発明は、発熱素子（リレーなど）での発生熱を電子回路に伝わるのを防ぐことができ、設置方向に依存することなく、ファン等の強制空冷手段を用いずに、自然対流による空気流のみで十分な空冷効果を確保することができる電力制御装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、同一の基板に発熱部品と、該発熱部品への供給電流が入出力されるコネクタと、その他の電子部品とが実装されており、前記コネクタの挿入口が露出するように前記基板を、上部筐体と下部筐体とで構成される筐体内に搭載する電力制御装置であって、前記発熱部品は、前記コネクタの近傍に実装されており、前記上部筐体と前記基板とで囲まれた空間を仕切り板により、少なくとも２つの空間に分離し、そのうちの少なくとも１つの空間に前記発熱部品および前記コネクタを配置し、外気を吸入するため、あるいは内部の空気を排出するための通気口として、前記上部筐体の前記コネクタの挿入口の周囲の第１側面に第１の通気口を設け、前記第１側面に直交する第２側面および第３側面に第２の通気口を設け、さらに、前記第１、第２、第３側面に直交し、前記基板と平行に位置する前記上部筐体の上面に第３の通気口を設け、前記発熱部品は、前記第１の通気口と前記第３の通気口との中間付近に配置することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記通気口は、格子構造を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記第３の通気口は、前記仕切り板を介して前記上部筐体の上面に貫通していることを特徴とする。

本発明により、発熱素子（リレーなど）での発生熱を他の電子回路に伝わるのを防ぐことができ、設置方向に依存することなく、ファン等の強制空冷手段を用いずに、自然対流による空気流のみで十分な空冷効果を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態による車載用パワーコントロールユニット１の構造を示す斜視図である。図において、筐体は、上部筐体２ａと下部筐体２ｂとに分かれている。下部筐体２ｂには、基板３がねじ等により固定される。基板３には、各種電子部品や、コネクタ４ａ、４ｂなどが実装されている。

特に、本実施形態では、基板３上に搭載する電子部品において、発熱素子（リレーなど）を、全体の１／３ほどの発熱素子実装部５ａに集め、その他の電子回路（図示略：発熱から保護する電子回路）を実装する電子回路実装部５ｂと分けている。発熱素子実装部５ａと電子回路実装部５ｂとを分けることで、発熱素子で発せられた熱が電子回路実装部に伝達されるのを防いでいる。また、発熱素子実装部５ａを、負荷電流が入出力されるコネクタ４ａの近傍に設けることにより、負荷電流の線路長を短くし、配線上の発熱を抑えている。

上部筐体２ａは、下部筐体２ｂとねじ止めまたは嵌合される。基板３が装着された筐体は、車体に取り付けるための取付けパネル６に固定される。最終的に組み立てられた状態の外観が図１（ｂ）に示されている。また、図１（ａ）、（ｂ）において、上部筐体２ａで、発熱素子が実装されている発熱素子実装部５ａの部分には、コネクタ４ａが位置する側面に側面通気口（格子構造）Ａ群１０ａ、１０ｂ、側面に側面通気口（格子構造）Ｂ群１１ａ、１１ｂ、上面に上面通気口Ｃ群１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。

なお、詳細については後述するが、上面通気口Ｃ群１２ａ〜１２ｃの開口経路については、上面側の開口部と筐体内への開口部とを９０度ずらすことで、また、側面通気口Ａ群１０ａ、１０ｂ、側面通気口Ｂ群１１ａ、１１ｂの開口部を格子構造とすることで、筐体内部への粉塵や水などの侵入を防いでいる（防塵、防滴の実現）。

次に、図２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態による車載用パワーコントロールユニットの上部筐体の構造を示す斜視図である。図２（ａ）には、上部筐体２ａの内側の構造が示されている。また、同図（ｂ）には、上部筐体２ａの外側の構造が示されている。上部筐体２ａの内側には、図２（ａ）に示すように、基板３上の発熱素子実装部５ａと電子回路実装部５ｂとを筐体内部での空間を仕切るための仕切り板１３が設けられている。該仕切り板１３には、基板３上の発熱素子実装部５ａに実装された発熱素子で発生した熱を、空気対流により電子回路実装部５ｂへ向かわせず、上面通気口Ｃ群１２ａ〜１２ｃへ導く、複数の通気口１４ａ〜１４ｃが設けられている。

これにより、発熱素子実装部５ａに実装された発熱素子での発生熱が電子回路実装部５ｂに伝達されるのを防いでいる。また、上部筐体２ａの側面には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、発熱素子実装部５ａに実装された発熱素子での発生熱を外へ排出するための側面通気口Ａ群１０ａ、１０ｂ、側面通気口Ｂ群１１ａ、１１ｂが形成されている。

なお、本実施形態においては、上面通気口Ｃ群１２ａ〜１２ｃを孔の形状にしているが、側面通気口Ａ群１０ａ、１０ｂや側面通気口Ｂ群１１ａ、１１ｂのようにスリット形状にすることもできる。ただし、筐体の上面部にスリット形状の通気口を設けた場合、筐体全体の剛性が低下する懸念がある。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態による車載用パワーコントロールユニットの設置方向を説明するための模式図である。本実施形態による車載用パワーコントロールユニット１は、通気口Ａ群１０ａ、１０ｂ、Ｂ群１１ａ、１１ｂ、Ｃ群１２ａ〜１２ｃを、水浸入時、浸入した水が筐体内部に至らない構造としているとともに、車室内取り付け部品の保護等級ＩＰ４０（ＩＥＣ規格）を満足させる構造（格子構造）としているので、図３（ａ）に示す縦置き、図３（ｂ）に示す水平置き、図３（ｃ）に示すように、横置きの３方向への取付けが可能である。

次に、図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態による車載用パワーコントロールユニット１の設置方向と自然空冷のメカニズム、及び各設置方向における通気口と空冷したい場所との位置関係を説明するための模式図である。

車載用パワーコントロールユニット１は、図４（ａ）に示す縦置き、図４（ｂ）に示す水平置きで設置された場合には、通気口Ａ群１０ａ、１０ｂと通気口Ｃ群１２ａ〜１２ｃとの中間に発熱素子、すなわち空冷したい場所が位置する。この場合、下方の通気口Ａ群１０ａ、１０ｂが吸気口となり、上方の通気口Ｃ群１２ａ〜１２ｃが排気口となる。すなわち、コネクタ隙間や、下方の通気口Ａ１０ａ、１０ｂ群から流入した空気が発熱素子（リレーなど）によって温められ、上方の通気口Ｃ群１２ａ〜１２ｃから排出される。

また、図４（ｃ）に示す横置きで設置された場合には、対向する通気口Ｂ群１１ａ、１１ｂの中間に発熱素子、すなわち空冷したい場所が位置する。この場合、下方の通気口Ａ群１０ｂ、Ｂ群１１ｂ、Ｃ群１２ｃが吸気口となり、上方の通気口Ａ群１０ａ、Ｂ群１１ａ、Ｃ群１２ａが排気口となる。すなわち、コネクタ隙間や、下方の通気口Ａ群１０ｂ、Ｂ群１１ｂ、Ｃ群１２ｃから流入した空気が発熱素子（リレーなど）によって温められ、反対側の上方の通気口Ａ群１０ａ、Ｂ群１１ａ、Ｃ群か１２ａら排出される。

すなわち、車載用パワーコントロールユニット１をどの方向に設置しても自然空冷が働き、温度上昇を抑えることが可能となる。しかも、温度が上昇した空気は、発熱素子実装部５ａの領域のみを通って排出され、電子回路実装部５ｂへ向うことはない。

通常、内部の空気温度が上昇すると、空気の対流が発生し、下方の通気口が吸気口となり、上部の通気口が排気口となる。設置方向が変わると、その設置方向において、内部で発生した対流の方向に応じて、各通気口が吸気口、排気口となる。

以上のことから、図４（ａ）〜（ｃ）に、車載用パワーコントロールユニットに対するＸ、Ｙ、Ｚ座標軸（）を示しているように、通気口Ａ群１０ａ、１０ｂ、Ｂ群１１ａ、１１ｂ、Ｃ群１２ａ〜１２ｃの位置は、以下のように一般化することが可能となる。

（１）通気口Ａ群１０ａ、１０ｂがＸ軸方向の筐体面に配置されていること。
（２）通気口Ｂ群１１ａ、１１ｂがＹ軸及び−Ｙ軸方向の筐体面に配置されていること。
（３）通気口Ｃ群１２ａ〜１２ｃがＺ軸方向の筐体面に配置されていること。
（４）空冷したい場所が概ね各軸の中心となる筐体内部に配置されていること。

上述した実施形態によれば、発熱の大きい発熱素子（リレーなど）が実装される発熱素子実装部５ａと電子回路が実装される電子回路実装部５ｂとの間を、筐体内部に設けた仕切り板１３により空間的に遮断しているため、発熱素子実装部５ａでの発生熱が電子回路実装部５ｂに伝わるのを防ぐことができる。

また、鏡体の側面に通気口Ａ１０ａ、１０ｂ、Ｂ群１１ａ、１１ｂを設け、筐体上面に通気口Ｃ群１２ａ〜１２ｃを設けたことにより、ファン等の強制空冷手段を用いることなく、３方向の設置方向（コネクタ端子部上向きを除く方向）に対して十分な空冷効果を確保することができる。

さらに、筐体内部の電子回路に対して、防塵、防滴などの保護をしつつ、またＥＣＵケースの剛性も確保しつつ、空冷を行うことができる。

本実施形態による車載用パワーコントロールユニット１の構造を示す斜視図である。 本実施形態による車載用パワーコントロールユニットの上部筐体の構造を示す斜視図である。 本実施形態による車載用パワーコントロールユニットの設置方向を説明するための模式図である。 本実施形態による車載用パワーコントロールユニット１の設置方向と自然空冷のメカニズム、及び各設置方向における通気口と空冷したい場所との位置関係を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 車載用パワーコントロールユニット
２ａ 上部筐体
２ｂ 下部筐体
３ 基板
４ａ、４ｂ コネクタ
５ａ 発熱素子実装部
５ｂ 電子回路実装部
６ 取付けパネル
１０ａ、１０ｂ 側面通気口Ａ群
１１ａ、１１ｂ 側面通気口Ｂ群
１２ａ〜１２ｃ 上面通気口Ｃ群
１３ 仕切り板

Claims (3)

1. 同一の基板に発熱部品と、該発熱部品への供給電流が入出力されるコネクタと、その他の電子部品とが実装されており、前記コネクタの挿入口が露出するように前記基板を、上部筐体と下部筐体とで構成される筐体内に搭載する電力制御装置であって、
   前記発熱部品は、前記コネクタの近傍に実装されており、
   前記上部筐体と前記基板とで囲まれた空間を仕切り板により、少なくとも２つの空間に分離し、そのうちの少なくとも１つの空間に前記発熱部品および前記コネクタを配置し、
   外気を吸入するため、あるいは内部の空気を排出するための通気口として、
   前記上部筐体の前記コネクタの挿入口の周囲の第１側面に第１の通気口を設け、
   前記第１側面に直交する第２側面および第３側面に第２の通気口を設け、
   さらに、前記第１、第２、第３側面に直交し、前記基板と平行に位置する前記上部筐体の上面に第３の通気口を設け、
   前記発熱部品は、前記第１の通気口と前記第３の通気口との中間付近に配置する
   ことを特徴とする電力制御装置。
2. 前記通気口は、格子構造を有することを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
3. 前記第３の通気口は、前記仕切り板を介して前記上部筐体の上面に貫通していることを特徴とする請求項１または２に記載の電力制御装置。
   

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