JP6361396B2 - 電子制御ユニット及びこれを用いた回転電機 - Google Patents
電子制御ユニット及びこれを用いた回転電機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6361396B2 JP6361396B2 JP2014187608A JP2014187608A JP6361396B2 JP 6361396 B2 JP6361396 B2 JP 6361396B2 JP 2014187608 A JP2014187608 A JP 2014187608A JP 2014187608 A JP2014187608 A JP 2014187608A JP 6361396 B2 JP6361396 B2 JP 6361396B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- electronic component
- electronic components
- electronic
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 29
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 43
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 19
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 14
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 7
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- FQZYTYWMLGAPFJ-OQKDUQJOSA-N tamoxifen citrate Chemical compound [H+].[H+].[H+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.C=1C=CC=CC=1C(/CC)=C(C=1C=CC(OCCN(C)C)=CC=1)/C1=CC=CC=C1 FQZYTYWMLGAPFJ-OQKDUQJOSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
詳しくは、熱伝導部材が電子部品に接触する面積を放熱面積とし、熱伝導部材を介する電子部品とヒートシンクとの間隔を放熱間隔とし、電子部品について、放熱面積が最大値であり、かつ、放熱間隔が最小値であるときの温度マージンを限界温度マージンとする。限界温度マージンが相対的に大きい電子部品に設けられる熱伝導部材の放熱面積は、限界温度マージンが相対的に小さい電子部品に設けられる熱伝導部材の放熱面積よりも、最大値に対する割合が小さくなるように設定されている。
なお、温度マージンが「等しい」とは、厳密に数値が一致することを要せず、当業者の技術常識の範囲内での誤差を含んでもよい。
機を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には
同一の符号を付し、説明を省略する。
本発明の第1実施形態による電子制御ユニット、及び、これを用いた回転電機について、図1〜図5を参照して説明する。回転電機1は、電力を供給されることにより駆動し、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に採用される。電動パワーステアリング装置に適用された回転電機1は、操舵アシストトルクを出力し、減速ギアを介してステアリングシャフト等に伝達することができる。
まず、回転電機1の概略構成について、図1を参照して説明する。回転電機1は、モータ2、及び、モータ2の通電を制御する電子制御ユニット3を備えている。以下適宜、モータ2の軸方向を単に「軸方向」といい、モータ2の径方向を単に「径方向」という。
モータケース21は、ステータ22を内側に支持する筒部211と、筒部211を軸方向に挟持する第1フレームエンド212及び第2フレームエンド213とを有する。第1フレームエンド212と第2フレームエンド213とは、複数のボルト27によって締結されている。
ロータ25は、例えば軟磁性体及び永久磁石等から構成され、ステータ22と同軸となるようにステータ22の径方向内側に設けられている。
また、シャフト26の一端には出力端261が設けられており、他端には回転角検出用のマグネット262が保持されている。
電子制御ユニット3は、後述するインバータを構成するパワーモジュールやマイコン等の電子部品を有し、各種センサからの信号に基づき、モータ2の巻線組23、24への通電を制御する。巻線組23、24の各相への通電が順次切り替えられると、ステータ22に回転磁界が生じ、ロータ25がシャフト26とともに回転する。
次に、回転電機1の回路構成について、図2を参照して簡単に説明する。
モータ2は、例えば3相ブラシレスモータであり、上述した2組の巻線組23、24を有する。第1巻線組23は、U相コイル231、V相コイル232、及び、W相コイル233から構成されており、第2巻線組24は、U相コイル241、V相コイル242、及び、W相コイル243から構成されている。
電子制御ユニット3は、第1インバータ部31、第2インバータ部32、コンデンサ33、及び、制御部34、回転角センサ37等を備えている。
マイコン35は、図示しないトルクセンサや回転角センサ37等からの信号に基づき、第1巻線組23及び第2巻線組24への通電に係る指令値を演算する。
駆動回路36は、指令値に基づいて駆動信号を生成し、生成された駆動信号を第1インバータ部31及び第2インバータ部32に出力する。各インバータ部31、32のスイッチング素子311〜316、321〜326が駆動信号に従ってスイッチング動作することで、第1巻線組23及び第2巻線組24に指令値に応じた交流電流が通電される。これにより、モータ2が駆動される。
次に、電子制御ユニット3の詳細な構成について、図1及び図3に基づき説明する。
図1に示すように、電子制御ユニット3は、複数の電子部品4、5等が実装された基板6、ヒートシンク7、熱伝導部材81、82、及び、カバー9を有する。なお、本実施形態では、第2フレームエンド213がヒートシンク7を構成している。
ヒートシンク7の対向面71には、基板6側に突出している複数の基板支持部73が形成されている。基板支持部73は、基板6を支持しており、基板支持部73と基板6とは、ネジ15によって固定されている。基板6とヒートシンク7との間の隙間は、基板支持部73の突出方向の長さによって定まる。
第1電子部品4は、上述のスイッチング素子311〜316、321〜326の各々に対応する。本実施形態では、第1電子部品4は、MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)等の半導体モジュールであり、スイッチング機能を有する半導体チップ41、半導体チップ41を覆っている樹脂体42、放熱板43、及び、複数の端子44を備えている。第1電子部品4の放熱板43及び端子44は、半田63によって基板6の配線65に半田付けされている。
本実施形態では、電子部品4、5の熱を放熱する放熱構造が熱伝導部材81、82及びヒートシンク7によって構成されている。以下に、熱伝導部材81、82の構成について、図4を参照して説明する。なお、図4は、熱伝導部材81、82による放熱効果が最大である場合の仮想の構成を示すものである。また、図4では、図が煩雑になるのを避けるため、樹脂体42、52のハッチングを省略している。
例えば、軸方向に垂直な方向から見たとき、半導体チップ41、51の面411、511の端部と、放熱面811、821の端部とを結ぶ仮想線が、放熱面811、821との間に有する角度をαとするとき、角度αが約45度である場合に最大有効放熱面積S1max、S2maxが得られる。
一般的に、電子部品の熱を放熱する放熱構造を構成する際、電子部品の最高使用温度Tmoが最高許容温度Tmaを超えないように、温度マージンMを設定する。温度マージンMとは、最高許容温度Tmaに対する最高使用温度Tmoの余裕度であり、最高許容温度Tmaから最高使用温度Tmoを引いた値である。
なお、最高使用温度Tmoとは、電子部品の最大発熱量Pmaxによる温度上昇ΔTに、最高使用周囲温度TAmaxを加えた値である。最高許容温度Tmaとは、電子部品の破損等を防ぐために、電子部品の仕様に基づいて設定されている許容温度の上限値である。最高使用温度Tmo及び最高使用周囲温度TAmaxは、例えば測定により求めることができる。
また、以下では、熱伝導部材81、82の構成を中心に説明しているが、熱伝導部材81、82の構成は、ヒートシンク7の突出部75、76の構成に関係している。具体的には、突出部75、76の先端面751、761は、放熱面811、821と等しい面積を有する。また、突出部75の突出高さは、第1電子部品4とヒートシンク7の対向面71との間の軸方向の距離から放熱間隔D1を引いた値に等しく、突出部76の突出高さは、第2電子部品5とヒートシンク7の対向面71との間の距離から放熱間隔D2を引いた値に等しくなる。
第1電子部品4の発熱量P1[W]による温度上昇ΔT1[K]は、第1熱伝導部材81の放熱面積S1[m2]及び放熱間隔D1[m]を用いて、以下の式(1)により求められる。
ΔT1=P1×(1/λ)×D1/S1 ・・・式(1)
ΔT2=P2×(1/λ)×D2/S2 ・・・式(2)
ΔT10=P1max×(1/λ)×D1min/S1max ・・・式(3)
ΔT20=P2max×(1/λ)×D2min/S2max ・・・式(4)
なお、以下の式(5)、(6)において、最高許容温度T1max、T2max[K]は、電子部品4、5の各仕様によって設定される値である。また、最高使用周囲温度TAmax[K]は、電子部品4、5に共通の値である。
M10=T1max−(TAmax+ΔT10) ・・・式(5)
M20=T2max−(TAmax+ΔT20) ・・・式(6)
以下では、放熱面積S2をS2maxよりも小さくする場合を説明する。
ΔT21=T2max−M10−TAmax
=T2max−(T1max−(TAmax+ΔT10))−TAmax
=ΔT10−(T1max−T2max)・・・式(7)
ΔT21=P2max×(1/λ)×D2min/S2
=ΔT20×S2max/S2 ・・・式(8)
S2=ΔT20×S2max/{ΔT10−(T1max−T2max)}
・・・式(9)
図3は、以上の方法により求められた最適な構成を有しており、熱伝導部材81、82は、電子部品4、5の温度マージンM1、M2は等しくなるように設けられている。
(1)本実施形態の電子制御ユニット3では、サイズ、発熱量、及び、最高許容温度の異なる電子部品4、5の間で温度マージンM1、M2が一致するように、熱伝導部材81、82が設けられている。これにより、電子部品4、5では、互いの放熱がバランス良く効果的に行われる。すなわち、一部の電子部品が必要以上に熱抵抗を下げて放熱されることがない。したがって、本実施形態の電子制御ユニット3では、複数の電子部品4、5に対して全体的に効率の良い放熱構造が実現される。
本発明の第2実施形態による電子制御ユニット3の一部を図6に示す。
第2実施形態では、第1電子部品4が、放熱板43の他に、第2の放熱板45をさらに有している点が第1実施形態と異なっている。以下、この点について中心に説明する。
本発明の第3実施形態による電子制御ユニット3の一部を図7に示す。
第3実施形態では、電子部品4、5のみでなく、基板6の配線65に対して放熱構造を設けている点が第1実施形態と異なっている。以下、この点について中心に説明する。
配線65と突出部77との間には熱伝導部材83が配置されている。熱伝導部材83を構成する材料等は、熱伝導部材81、82と同様である。
この場合、第1電子部品4の温度上昇ΔT1を求める際、第1電子部品4の放熱が補助される分だけ温度上昇ΔT1が低くなるように、配線65等の熱伝導率や熱伝導部材83の構成等を要素に加えて計算を行うことができる。
(ア)第1実施形態において、電子部品5とヒートシンク7の突出部75との短絡防止等を優先して考慮する場合には、放熱間隔D2を最小放熱間隔D2minよりも大きくしてもよい。また、本発明はこれに限られず、放熱面積S2を最大有効放熱面積S2maxよりも小さくすることと、放熱間隔D2を最小放熱間隔D2minよりも大きくすることとを組み合せることで、最適設計することも可能である。
また、3種類以上の電子部品について温度マージンを一致させてもよい。この場合、各電子部品の温度マージンは、複数の電子部品について求められる最も小さい限界温度マージンに合わせて設定されることが好ましい。
また、3種類以上の電子部品に対して放熱構造を設ける場合、そのうち少なくとも2種類の電子部品の間で温度マージンを等しくしてもよい。
4・・・第1電子部品(電子部品)
5・・・第2電子部品(電子部品)
6・・・基板
7・・・ヒートシンク
81、82・・・熱伝導部材
Claims (4)
- サイズ、発熱量、および最高許容温度の少なくとも1つが異なる複数の電子部品(4、5)と、
前記複数の電子部品が実装された基板(6)と、
前記基板に対向して配置されたヒートシンク(7)と、
前記複数の電子部品と前記ヒートシンクとの間にそれぞれ介在し、対応する前記電子部品の熱を前記ヒートシンクに伝導する複数の熱伝導部材(81、82)と、
を備え、
前記熱伝導部材は、前記電子部品についての最高使用温度と最高許容温度との差である温度マージン(M1、M2)が前記複数の電子部品の間で等しくなるように設けられており、
前記熱伝導部材が前記電子部品に接触する面積を放熱面積(S1、S2)とし、
前記熱伝導部材を介する前記電子部品と前記ヒートシンクとの間隔を放熱間隔(D1、D2)とし、
前記電子部品について、前記放熱面積が最大値(S1max、S2max)であり、かつ、前記放熱間隔が最小値(D1min、D2min)であるときの前記温度マージンを限界温度マージン(M10、M20)とするとき、
前記限界温度マージンが相対的に大きい前記電子部品に設けられる前記熱伝導部材の前記放熱面積は、前記限界温度マージンが相対的に小さい前記電子部品に設けられる前記熱伝導部材の前記放熱面積よりも、前記最大値に対する割合が小さくなるように設定されていることを特徴とする電子制御ユニット(3)。 - 前記複数の電子部品は、電力変換回路を構成する複数のスイッチング素子(311〜316、321〜326)、および、当該スイッチング素子を駆動する駆動回路(36)を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の電子制御ユニット。
- サイズ、発熱量、および最高許容温度の少なくとも1つが異なり、電力変換回路を構成する複数のスイッチング素子(311〜316、321〜326)、および、当該スイッチング素子を駆動する駆動回路(36)を含んでいる複数の電子部品(4、5)と、
前記複数の電子部品が実装された基板(6)と、
前記基板に対向して配置されたヒートシンク(7)と、
前記複数の電子部品と前記ヒートシンクとの間にそれぞれ介在し、対応する前記電子部品の熱を前記ヒートシンクに伝導する複数の熱伝導部材(81、82)と、
を備え、
前記熱伝導部材は、前記電子部品についての最高使用温度と最高許容温度との差である温度マージン(M1、M2)が前記複数の電子部品の間で等しくなるように設けられていることを特徴とする電子制御ユニット(3)。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子制御ユニットと、
前記電子制御ユニットに通電を制御されるモータ(2)と、を備える回転電機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014187608A JP6361396B2 (ja) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | 電子制御ユニット及びこれを用いた回転電機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014187608A JP6361396B2 (ja) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | 電子制御ユニット及びこれを用いた回転電機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016062953A JP2016062953A (ja) | 2016-04-25 |
JP6361396B2 true JP6361396B2 (ja) | 2018-07-25 |
Family
ID=55796195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014187608A Active JP6361396B2 (ja) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | 電子制御ユニット及びこれを用いた回転電機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6361396B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6524023B2 (ja) * | 2016-06-01 | 2019-06-05 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 |
JP6837257B2 (ja) * | 2016-09-02 | 2021-03-03 | 日立Astemo株式会社 | 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 |
JP6684190B2 (ja) * | 2016-09-02 | 2020-04-22 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 |
JP6770863B2 (ja) * | 2016-09-26 | 2020-10-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 |
DE112017005924T5 (de) * | 2016-11-23 | 2019-08-08 | Nidec Corporation | Motor und elektrische servolenkvorrichtung |
JP6776923B2 (ja) * | 2017-02-06 | 2020-10-28 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
JP6658971B2 (ja) * | 2017-06-01 | 2020-03-04 | 日本精工株式会社 | 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 |
JP6964718B2 (ja) * | 2019-02-13 | 2021-11-10 | 三菱電機株式会社 | 回転電機 |
JP6864029B2 (ja) * | 2019-04-26 | 2021-04-21 | 日立Astemo株式会社 | 電動駆動装置 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0945827A (ja) * | 1995-08-02 | 1997-02-14 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JP2013016634A (ja) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Toyota Motor Corp | 半導体素子の冷却構造 |
-
2014
- 2014-09-16 JP JP2014187608A patent/JP6361396B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016062953A (ja) | 2016-04-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6361396B2 (ja) | 電子制御ユニット及びこれを用いた回転電機 | |
US10897219B2 (en) | Drive apparatus and electric power steering apparatus using the same | |
JP6680053B2 (ja) | 駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 | |
JP6146380B2 (ja) | 電子装置 | |
JP6056827B2 (ja) | 回転電機制御装置 | |
US9338925B2 (en) | Device for controlling drive of motor for electric power steering device | |
JP5725055B2 (ja) | 電子制御ユニット | |
US9123693B2 (en) | Mold module utilized as power unit of electric power steering apparatus and electric power steering apparatus | |
JP6278695B2 (ja) | 電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 | |
JP5970668B2 (ja) | 電動式パワーステアリング用パワーモジュールおよびこれを用いた電動式パワーステアリング駆動制御装置 | |
JP5126277B2 (ja) | 電動装置 | |
JP6366809B2 (ja) | 一体型電動パワーステアリング装置 | |
JP5039171B2 (ja) | 電動式駆動装置およびその電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置 | |
JP5160185B2 (ja) | インバータ装置 | |
JP6183314B2 (ja) | 電子装置及びそれを備えた駆動装置 | |
JPWO2017068636A1 (ja) | 一体型電動パワーステアリング装置、及びその製造方法 | |
JP5267959B2 (ja) | 半導体モジュール、及び、それを用いた駆動装置 | |
JP6207650B2 (ja) | 回転電機 | |
JP2017201867A (ja) | 制御装置一体型回転電機 | |
JP2016019401A (ja) | 電力変換装置一体型電動機 | |
JP2014049610A (ja) | 回路基板 | |
JP2014053373A (ja) | 回路基板 | |
JP2010239810A (ja) | インバータ装置及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170321 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180116 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180302 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180529 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180611 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6361396 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |