JP6418041B2 - 電子制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱部材を適切に配置可能な電子制御装置を提供することにある。
発熱素子は、基板に実装される。ヒートシンクは、発熱素子の熱を放熱可能に設けられる。放熱部材は、発熱素子とヒートシンクとの間であって、それぞれの発熱素子の実装箇所を含む放熱領域に設けられる。
少なくとも3つの発熱素子に対応する放熱領域に設けられる放熱部材で取り囲まれた箇所には、放熱部材が配置されない間隙部が形成される。間隙部は、空気溜まりを有する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。
図6に示すように、本実施形態の電子制御装置1は、車両の電動パワーステアリング装置100に適用され、操舵トルク信号および車速信号等に基づき、運転者による操舵を補助するアシストトルクを発生するモータ101の駆動を制御する。本実施形態のモータ101は、ブラシ付きの直流モータである。電子制御装置1とモータ101とは、ハーネス103により接続され、電子制御装置1とバッテリ102とは、ハーネス104により接続される。
スイッチング素子21〜24は、制御部60からの制御信号に基づいてオンオフ作動が制御される。制御部60は、スイッチング素子21〜24のオンオフ作動を制御することにより、モータ101の駆動を制御する。本実施形態では、スイッチング素子21〜24は、いずれもMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)であるが、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等としてもよい。
高電位側に接続されるスイッチング素子21、22の接続点は、電源リレー41およびコイル55を経由して、バッテリ102の正極と接続される。低電位側に接続されるスイッチング素子23、24の接続点は、シャント抵抗25を経由してバッテリ102の負極と接続される。
スイッチング素子21、23の接続点と、スイッチング素子22、24の接続点の間には、モータリレー42、および、モータ101が接続される。
本実施形態では、電源リレー41およびモータリレー42は、機械的に構成されるメカリレーである。
コンデンサ51〜53は、例えばアルミ電解コンデンサであり、バッテリ102と並列に接続され、電荷を蓄えることにより、スイッチング素子21〜24への電力供給を補助したり、サージ電圧などのノイズ成分を抑制したりする。
コイル55は、例えばチョークコイルであり、バッテリ102と電源リレー41との間に接続され、ノイズを低減する。
制御領域Rcの第1面11には、カスタムIC62が実装され、第2面12にはマイコン61が実装される。
図14に示す参考例のように、発熱素子21〜25を含む放熱領域H20の全体に放熱ゲルを配置する場合、塗布状態によっては、ゲルの内部に空気が巻き込まれて空気溜まりが形成されることがある。スイッチング素子21〜24の直下に空気溜まりが形成されると、放熱性が悪化する。そのため、意図しない箇所に空気溜まりができないように工夫した塗布方法としたり、多量のゲルを用いたりする必要があり、工数やコストがかかる。
まず、放熱ゲル79の配置を図4および図5に基づいて説明する。図4および図5は、基板10およびヒートシンク70において、発熱素子21〜25の放熱に係る部分を模式的に示しており、図2の実装箇所とは必ずしも一致しない。
そして、スイッチング素子21〜24の略中心に放熱ゲル79を塗布し、基板10とヒートシンク70とを組み付けることで、放熱領域H21〜H24に放熱ゲル79が広がる。また、放熱ゲル79が広がる放熱領域H21〜H24で囲まれる箇所には、間隙部81が形成される。間隙部81は、部品配置線S1の内側であって、放熱ゲル79にて外縁が規定される空間である。
なお、図4では、説明の都合上、放熱領域H21〜H25を分けて記載し、重複箇所があるが、実際には、放熱ゲル79は、基板10とヒートシンク70とで挟み込まれたとき、一点鎖線で囲まれた箇所に一体的に広がる。図11および図13についても同様である。
なお、スイッチング素子21、22、および、シャント抵抗25の間に位置する間隙部82に対応する箇所には、台座部が形成されない。
ヒートシンク70に基板10が組み付けられたとき、位置決めピン75と基板10とは、絶縁されていてもよいし、位置決めピン75と基板10のグランドパターンとが接続されるようにしてもよい。
なお、図4中では位置決めピン75および位置決め穴15の記載を省略した。図11においても同様である。
発熱素子21〜25は、基板10に実装される。
ヒートシンク70は、発熱素子21〜25の熱を放熱可能に設けられる。
少なくとも3つの発熱素子21〜25に対応する放熱領域H21〜H25で取り囲まれた箇所には、放熱ゲル79が配置されない間隙部81、82が形成される。
基板10と台座部74とを当接させることで、基板10の第1面11に実装される発熱素子21〜25とヒートシンク70とが当接するのを防ぐことができ、発熱素子21〜25とヒートシンク70とがショートするのを防ぐことができる。間隙部81に台座部74を形成することで、間隙部81となるスペースを有効に活用することができる。
これにより、基板10とヒートシンク70とが適切に位置決めされるので、組み付けが容易になる。
発熱素子21〜25は、基板10のヒートシンク70側の面である第1面11に実装される。これにより、発熱素子21〜25が基板10の第2面12側に実装されて基板10を介して放熱させる場合と比較し、発熱素子21〜25の熱を高効率にヒートシンク70に放熱させることができる。
本実施形態の第2実施形態を図8〜図12に示す。
上記実施形態では、電源リレー41およびモータリレー42がメカリレーである。図9および図12等に示すように、本実施形態の電子制御装置2では、電源リレー43、44およびモータリレー45、46として半導体素子を用いる。リレー43〜46は、スイッチング素子21〜24と同様のMOSFETとするが、IGBT等としてもよい。
間隙部83、84は、間隙部81、82と同様、空気溜まりが存在することが許容される領域である。
本実施形態では、台座部74および位置決めピン75は、間隙部81、83の2箇所に形成される。
このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第3実施形態を図13に示す。図13中においては、基板10に実装されるスイッチング素子91〜96以外の部品の記載を省略している。
本実施形態のモータは、3相ブラシレスモータである。
基板10の第1面11には、6つのスイッチング素子91〜96が実装される。スイッチング素子91〜96は、図示しないモータとバッテリとの間に接続され、バッテリの電力を3相交流に変換して、モータに供給する。
図13(a)に示すように、放熱領域H91、H92、H94、H95に塗布される放熱ゲル79で囲まれる箇所には、間隙部85が形成される。また、非放熱領域N5が間隙部85内となるように、部品配置線S5が非放熱領域N5を中心とする円形に設定される。
また、放熱領域H92、H93、H95、H96に塗布される放熱ゲル79で囲まれる箇所には、間隙部86が形成される。また、非放熱領域N6が間隙部86内となるように、部品配置線S6が非放熱領域N6を中心とする円形に設定される。そして、部品配置線S5、S6上にスイッチング素子91〜96を配置する。
なお、図13中においては図示していないが、間隙部85〜87にも、台座部74および位置決めピン75を設け、基板10の位置決めピン75に対応する箇所に位置決め穴15を形成してもよい。
このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
(ア)発熱部品
上記実施形態では、発熱素子は、スイッチング素子またはシャント抵抗である。他の実施形態では、発熱素子は、スイッチング素子またはシャント抵抗以外の基板に実装される電子部品としてもよい。
上記実施形態では、発熱素子であるスイッチング素子またはシャント抵抗は、基板のヒートシンク側の面に実装される。他の実施形態では、発熱素子を、基板のヒートシンクと反対側の面に実装してもよい。
上記実施形態では、放熱部材は放熱ゲルである。他の実施形態では、放熱部材は、基板とヒートシンクとで挟み込まれることで、放熱領域に亘って広がる性状を有し、発熱素子の熱をヒートシンクに伝達可能なものであれば、どのようなものであってもよい。
上記実施形態では、間隙部は、3つ、4つ、または、6つの発熱素子に対応して塗布される放熱ゲルにて囲まれる箇所である。他の実施形態では、間隙部を囲んで配置される発熱素子の数は、3つ以上であればいくつであってもよい。
第1実施形態では、放熱部材は、ヒートシンク側に塗布され、基板が組み付けられることで基板とヒートシンクとの間に設けられる。他の実施形態では、基板側(詳細には発熱素子が実装される箇所)に放熱部材を塗布した状態にて、基板とヒートシンクとを組み付けてもよい。
上記実施形態では、台座部と位置決めピンとが一体に形成される。他の実施形態では、台座部と位置決めピンは別体であってもよく、台座部および位置決めピンは、同一の間隙部に形成してもよいし、異なる間隙部に形成してもよい。また、台座部および位置決めピンの少なくとも一方を省略してもよい。
上記実施形態では、ヒートシンクの放熱部は、平らに形成される。他の実施形態では、ヒートシンクの放熱部には、例えばスイッチング素子の形状に応じた凹部等、放熱部材が放熱領域に亘って広がれる程度の段差が形成されていてもよい。なお、スイッチング素子の形状に応じた凹部が形成される場合等、放熱部の形状によっては、台座部の高さは、スイッチング素子とヒートシンクとが当接しない範囲であれば、スイッチング素子よりも低くてもよい。
上記実施形態では、基板は、パワー領域と制御領域とに分割され、スイッチング素子、シャント抵抗、コンデンサ、および、コイルがパワー領域に実装され、マイコンおよびカスタムICが制御領域に実装される。他の実施形態では、パワー基板をパワー領域と制御領域とに分割しなくてもよい。また、各電子部品は、基板の第1面または第2面のどちら面のどの箇所に実装してもよい。また、基板には、上記以外の部品が実装されていてもよい。
上記実施形態では、電子制御装置は、モータの駆動を制御するものであり、ハーネス等でモータと接続される。他の実施形態では、電子制御装置をモータと一体に形成してもよい。上記実施形態では、電子制御装置は、電動パワーステアリング装置に用いられる。他の実施形態では、電子制御装置は、電動パワーステアリング装置に限らず、他の装置のモータの駆動を制御するのに用いてもよいし、モータ以外の装置の制御に用いてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10・・・基板
21〜24、91〜96・・・スイッチング素子(発熱素子)
29・・・シャント抵抗(発熱素子)
43、44・・・電源リレー(発熱素子)
45、46・・・モータリレー(発熱素子)
70・・・ヒートシンク
79・・・放熱ゲル(放熱部材)
81〜87・・・間隙部
Claims (5)
- 基板(10)と、
前記基板に実装される3つ以上の発熱素子(21〜25、43〜46、91〜96)と、
前記発熱素子の熱を放熱可能に設けられるヒートシンク(70)と、
前記発熱素子と前記ヒートシンクとの間であって、それぞれの前記発熱素子の実装箇所を含む放熱領域に設けられる放熱部材(79)と、
を備え、
少なくとも3つの前記発熱素子に対応する前記放熱領域に設けられる前記放熱部材で取り囲まれた箇所には、前記放熱部材が配置されない間隙部(81〜87)が形成され、
前記間隙部は、空気溜まりを有することを特徴とする電子制御装置。 - 前記ヒートシンクには、前記間隙部(81、83)となる箇所にて前記基板側に突出し、前記基板の前記ヒートシンク側の面(11)と当接する台座部(74)が形成され、
前記台座部と前記基板とが当接した状態にて、前記発熱素子と前記ヒートシンクとが離間していることを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。 - 前記ヒートシンクには、前記間隙部となる箇所にて前記基板側に突出する位置決めピン(75)が形成され、
前記基板には、前記位置決めピンが挿通される位置決め穴(15)が形成されることを特徴とする請求項2に記載の電子制御装置。 - 前記位置決めピンは、前記台座部から突出して形成されることを特徴とする請求項3に記載の電子制御装置。
- 前記発熱素子は、前記基板の前記ヒートシンク側の面(11)に実装されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子制御装置。
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