JP6468036B2 - 電子制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子制御装置に関する。
従来、電子部品が基板に実装された電子制御装置が知られている。例えば特許文献1では、基板が固定される蓋部と反対側の面に制御部を構成する電子部品が実装される。
特開2011−103446号公報
特許文献1では、電子部品への通電等により生じる熱は、アルミ等で形成される蓋部側に基板を介して放熱される。また、発熱する部品である発熱部品と、発熱部品の熱を受熱する部材との間に放熱ゲル等の放熱部材を設けることがあるが、特許文献1の蓋部は、放熱部材の配置については考慮されていない。
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。
本発明の電子制御装置は、基板と、筐体と、複数の発熱素子と、放熱部材と、を備える。
筐体には、基板が固定される。発熱素子は、基板の筐体側の面に実装される。放熱部材は、発熱素子と筐体との間に設けられる。
筐体の基板側の面には、収容凹部、仕切壁部、周壁部、および、緩衝部が形成される。
収容凹部には、発熱素子が収容される。仕切壁部は、発熱素子を隔離する。周壁部は、収容凹部および仕切壁部を囲む。緩衝部は、収容凹部と周壁部との間に形成される。緩衝部は、収容凹部の底部より高く、周壁部より低く形成される。
第1態様では、筐体には、発熱素子以外の大型部品が収容される収容室が形成される。収容凹部の深さは、収容室の深さより浅い。
第2態様では、基板の筐体側の面には、外部との接続に用いられるコネクタが固定される。筐体の外壁部には、コネクタが配置される切欠が形成される。
本実施形態では、発熱素子は、仕切壁部および周壁部で区画される空間に配置される。そのため、仕切壁部および周壁部で区画された空間に放熱部材が配置されるので、仕切壁部および周壁部がない場合と比較し、放熱部材の量を低減可能である。また、収容凹部と周壁部との間には、緩衝部が形成されるので、放熱部材が周壁部の外部へ流出するのを防ぐことができる。
また、発熱素子が仕切壁部および周壁部で区画された空間に配置されるので、発熱素子の基板と反対側の面に加え、発熱素子の外周側からも筐体へ放熱可能であるので、放熱効率が向上する。また、磁界の干渉が低減されるので、ノイズを低減することができる。
本発明の第1実施形態による電子制御装置の平面図である。 図1のII−II線断面図である。 図1のIII−A−B−III線断面図である。 本発明の第1実施形態による筐体の平面図である。 本発明の第1実施形態による電動パワーステアリング装置を説明する模式図である。 本発明の第1実施形態による電子制御装置の電気的な構成を示す図である。 本発明の第2実施形態による電子制御装置の平面図である。 図7のVIII−VIII線断面図である。 本発明の第3実施形態による電子制御装置の平面図である。 図9のX−X線断面図である。 本発明の第4実施形態による電子制御装置の平面図である。
以下、本発明による電子制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。本実施形態の各図は、いずれも模式図であって、特徴部分の説明のため、適宜、縦横比等を変更したり、一部の部品の記載を省略したりしている。後述の実施形態に係る図面も同様である。
図5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。
図1〜図3に示すように、電子制御装置1は、基板10、スイッチング素子21〜24、シャント抵抗25、筐体50、および、放熱部材90等を備える。なお、図2および図3中において、基板10に実装される各電子部品のハッチングは省略した。後述の実施形態の断面図についても同様である。
まず、電子制御装置1の回路構成について、図6に基づいて説明する。なお、モータ101は、電子制御装置1の外部に設けられるが、図6では、便宜上、内部に記載した。
スイッチング素子21〜24は、制御部40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40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。
スイッチング素子21〜24は、Hブリッジ接続される。詳細には、スイッチング素子21、23が直列に接続され、スイッチング素子22、24が直列に接続される。また、直列に接続されるスイッチング素子21、23と、スイッチング素子22、24とが並列に接続される。
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32およびコイル35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33、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32およびモータリレー33は、機械的に構成されるメカリレーである。
シャント抵抗25は、モータ101に通電される電流を検出する。
コンデンサ31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35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32との間に接続され、ノイズを低減する。
制御部40は、マイコン41およびカスタムIC42(図1〜図3参照。)を有する。マイコン41およびカスタムIC42は、例えばCPU、ROM、RAMおよびI/O等を有する半導体パッケージである。制御部40は、リレー32、33、スイッチング素子21〜24の作動を制御する。制御部40は、車両の各部に設けられたセンサ類からの信号等に基づき、スイッチング素子20の作動を制御することにより、モータ101の回転駆動を制御する。
図1〜図3に示すように、スイッチング素子21〜24、シャント抵抗25、コンデンサ31、リレー32、33、コイル35、マイコン41、および、カスタムIC42は、基板10に実装される。本実施形態では、基板10の筐体50側の面を第1面11、筐体50と反対側の面を第2面12とする。基板10の第1面11側には、モータ101およびバッテリ102との接続に用いられるコネクタ15が固定される。コネクタ15は、モータ101、バッテリ102、および、各種センサ等との接続に用いられる。コネクタ15には、コネクタピン16が設けられる。コネクタピン16は、基板10に挿通され、はんだ等により基板10と電気的に接続される。なお、図1においては、コネクタピン16の記載を省略した。後述の図7、図9および図11についても同様である。
基板10は、例えばガラス繊維とエポキシ樹脂からなるFR−4等のプリント配線板であり、略矩形に形成される。基板10には、後述する基板固定部61〜65に対応する箇所に孔部が形成され、この孔部に固定部材としての基板固定ねじ19が挿入される。
基板10は、2つの領域に分けられ、2点鎖線Lbの一方側の領域をパワー領域Rp、他方側の領域を制御領域Rcとする。
パワー領域Rpの第1面11には、スイッチング素子21〜24、シャント抵抗25、コンデンサ31、リレー32、33、および、コイル35(モータリレー33およびコイル35は、図2中においても不図示。)が実装される。スイッチング素子21〜24およびシャント抵抗25は、筐体50の放熱部70に放熱可能に配置される。本実施形態では、スイッチング素子21〜24およびシャント抵抗25が「発熱素子」に対応し、以下適宜、スイッチング素子21〜24およびシャント抵抗25を「発熱素子21〜25」という。
コンデンサ31、リレー32、33、および、コイル35は、発熱素子21〜25が実装される箇所とコネクタ15が固定される箇所との間の領域に実装される。
制御領域Rcの第2面12には、マイコン41およびカスタムIC42が実装される。マイコン41およびカスタムIC42を、パワー領域Rpとは異なる領域である制御領域Rcに実装することで、スイッチング素子21〜24等のパワー部品に大電流が通電されることによるノイズの影響を低減することができる。
図1〜図4に示すように、筐体50は、アルミ等の熱伝導性のよい材料により、全体として平面視略矩形に形成される。筐体50は、基板10が固定される側にて外縁に沿って立ち上がって形成される外壁部51を有する。また、外壁部51には、コネクタ15の形状に合わせた切欠51が形成され、この切欠51にコネクタ15が配置される。
筐体50には、発熱素子21〜25が配置される領域を囲む周壁部52が形成される。周壁部52は、外壁部51と同一の高さに形成される。周壁部52で囲まれる領域を、放熱部70とする。本実施形態では、放熱部70は、平面視略矩形に形成される。
図1および図4に示すように、本実施形態では、周壁部52の一部が、外壁部51と一体に形成される。具体的には、放熱部70のコネクタ15と反対側、および、制御領域Rcと反対側に形成される周壁部52は、外壁部51と一体に形成される。
放熱部70とコネクタ15との間には、収容室59が形成される(図2および図3参照)。収容室59には、発熱素子21〜25よりも大型の部品であるコンデンサ31、リレー32、33、および、コイル35が収容される。本実施形態では、比較的大型の部品であるコンデンサ31、リレー32、33、および、コイル35を基板10の筐体50側の面に実装し、収容室59に収容することにより、放熱部70の熱マスを確保することができる。本実施形態では、コンデンサ31、リレー32、33、および、コイル35が「大型部品」に対応する。
基板固定部61〜64は、筐体50の角部から内側に突出して形成される。基板固定部64は、周壁部52から放熱部70側に突出して形成されている、と捉えることもできる。基板固定部65は、周壁部52における基板固定部64の対角となる箇所にて放熱部70側に突出して形成される。本実施形態では、基板固定部64、65は、周壁部52に形成されているとみなす。
基板固定部61〜65は、同一の高さに形成され、基板10の第1面11と当接する。基板10の筐体50と当接する部分は、地絡防止のためにグランドと同電位となるような配線アートワークとしている。基板固定部61〜65には、基板固定ねじ19が螺着される。これにより、基板10は、筐体50に固定される。基板10が筐体50に固定された状態にて、発熱素子21〜25と筐体50とは離間している。
放熱部70には、発熱素子21〜25が収容される収容凹部71〜75が形成される。本実施形態では、放熱部70における収容凹部71〜75の深さは、収容室59よりも浅い。換言すると、収容凹部71〜75の底部と筐体50の基板10側の端面までの距離d1は、収容室59の底部と筐体50の基板10側の端面までの距離d2より小さい。すなわち、d1<d2である。
収容凹部71〜75の間には、仕切壁部76が形成される。したがって、放熱部70内において、発熱素子21〜25は、それぞれ仕切壁部76によって隔離された空間に配置される。本実施形態では、仕切壁部76は、外壁部51および周壁部52と同じ高さに形成される。
収容凹部71〜75と周壁部52との間には、緩衝部81〜85が形成される。緩衝部81〜85は、収容凹部71〜75の底部よりも高く、周壁部52よりも低く形成される。本実施形態では、緩衝部81〜85は、仕切壁部76との接続箇所を除き、周壁部52の内側の全周に亘って形成される。
なお、図1においては、基板10の第1面11側に実装される発熱素子21〜25および筐体50の形状を破線で記載しているが、煩雑になることを避けるため、仕切壁部76および緩衝部81〜85の記載を省略した。図7、図9および図11についても同様である。
放熱部70において、発熱素子21〜25と筐体50との間には、放熱部材90が設けられる。本実施形態の放熱部材90は、いわゆる放熱ゲルである。放熱部材90は、発熱素子21〜25の通電等により生じる熱を、筐体50へ伝達し、放熱させる。換言すると、筐体50は、ヒートシンクとしての機能を有しており、発熱素子21〜25は、放熱部材90を介して筐体50に放熱可能に設けられている。
本実施形態では、発熱素子21〜25が周壁部52および仕切壁部76で区画された収容凹部71〜75に収容され、区画ごとに放熱部材90が設けられる。そのため、発熱素子21〜25が配置される空間が区画されていない場合と比較し、放熱部材90の量が低減される。また、放熱部材90の移動を抑制することができる。特に、本実施形態では、収容凹部71〜75と周壁部52との間に緩衝部81〜85が形成されているので、仮に放熱部材90の経年変化等により、多少の移動があったとしても、周壁部52を超えて放熱部70の外部へ流出するのを防止することができる。
また、発熱素子21〜25が配置される空間は、周壁部52および仕切壁部76で囲まれている。そのため、発熱素子21〜25の熱は、発熱素子21〜25の基板10と反対側の面からの背面放熱に加え、各素子の外周側から周壁部52および仕切壁部76へも放熱可能である。本実施形態では、発熱素子21〜25が略矩形に形成され、発熱素子21〜25が収容される空間は、周壁部52および仕切壁部76にて略矩形に形成されるので、発熱素子21〜25の熱は、背面および外周4方向の計5方向に放熱される。これにより、放熱効率が向上する。
また、発熱素子21〜25は、周壁部52および仕切壁部76で仕切られる1空間に1つずつ配置されるので、発熱素子21〜25間の磁界の干渉を防ぐことができる。
以上詳述したように、電子制御装置1は、基板10と、筐体50と、発熱素子21〜25と、放熱部材90と、を備える。
筐体50には、基板10が固定される。発熱素子21〜25は、基板10の筐体50側の面に実装される。放熱部材90は、発熱素子21〜25と筐体50との間に設けられる。
筐体50の基板10側の面には、収容凹部71〜75、仕切壁部76、周壁部52、および、緩衝部81〜85が形成される。
収容凹部71〜75には、それぞれ発熱素子21〜25が収容される。仕切壁部76は、発熱素子21〜25を隔離する。周壁部52は、収容凹部71〜75および仕切壁部76を取り囲む。
緩衝部81〜85は、収容凹部71〜75と周壁部52との間に形成される。緩衝部81〜85は、収容凹部71〜75の底部より高く、かつ、周壁部52より低く形成される。
本実施形態では、発熱素子21〜25は、仕切壁部76および周壁部52で区画される空間に配置される。そのため、仕切壁部76および周壁部52で区画された空間に放熱部材90が配置されるので、仕切壁部76および周壁部52がない場合と比較し、放熱部材90の量を低減可能である。また、収容凹部71〜75と周壁部52との間には、緩衝部81〜85が形成されているので、放熱部材90が経年変化したとしても、放熱部材90が周壁部52の外部へ流出するのを防ぐことができ、放熱部材90を適切に配置することができる。
また、発熱素子21〜25が仕切壁部76および周壁部52で区画された空間に配置されるので、発熱素子21〜25の基板10と反対側の面に加え、発熱素子21〜25の外周側からも筐体50へ放熱可能であり、放熱効率が向上する。また、磁界の干渉が低減されるので、ノイズを低減することができる。
筐体50には、基板10と当接し、基板固定ねじ19により基板10が固定される複数の基板固定部61〜65が形成される。複数の基板固定部61〜65は、高さが等しく、かつ、基板10が筐体50に固定された状態にて、発熱素子21〜25が筐体50と離間する高さに形成される。これにより、基板10を筐体50に適切に組み付けることができる。また、発熱素子21〜25と筐体50との間には、放熱部材90が配置される。発熱素子21〜25と筐体50とが離間しているので、発熱素子21〜25と筐体50とが当接してショートするのを避けることができる。
周壁部52には、少なくとも2つの基板固定部64、65が形成される。これにより、発熱素子21〜25と筐体50とが当接するのを防ぐことができる。
本実施形態では、少なくとも1つの基板固定部65が、基板10の外縁から離間した箇所に形成される。これにより、基板10が反りにくくなり、スイッチング素子21〜24とシャント抵抗25とが当接するのを防ぐことができる。
筐体50には、発熱素子21〜25以外の大型部品であるコンデンサ31、リレー32、33、および、コイル35を収容する収容室59が形成される。
収容凹部71〜75の深さは、収容室59の深さより浅い。
これにより、放熱部70の熱マスを確保することができるので、放熱効率が向上する。
基板10の筐体50側の面には、外部(本実施形態では、モータ101およびバッテリ102等)との接続に用いられるコネクタ15が固定される。これにより、コネクタ15の高さ分の筐体50の厚みを確保することができるので、熱マスを確保することができ、放熱効率が向上する。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図7および図8に示す。
本実施形態の電子制御装置2は、基板固定部66の形成箇所が異なる以外は、上記実施形態と同様である。
本実施形態の電子制御装置2の基板固定部66は、周壁部52の角部であって、コネクタ15と反対側にて外壁部51と一体に形成される箇所に形成される。すなわち、上記実施形態と同様、周壁部52には、2つの基板固定部64、66が形成される。
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。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図9および図10に示す。
本実施形態の電子制御装置3の周壁部52には、3つの基板固定部64、65、66が形成される。
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。
(第4実施形態)
本発明の第3実施形態を図11に示す。
本実施形態の電子制御装置4の周壁部52には、第3実施形態の3つの基板固定部64〜66に加え、さらにもう1つの基板固定部67が形成される。基板固定部67は、周壁部52の角部であって、制御領域Rcと反対側の外壁部51と一体に形成される箇所に形成される。
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。
(他の実施形態)
(ア)発熱素子
上記実施形態では、発熱素子は、スイッチング素子および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の一方であってもよいし、基板に実装されるスイッチング素子およびシャント抵抗以外の部材としてもよい。
上記実施形態では、電源リレーおよびモータリレーが機械式リレーである。他の実施形態では、電源リレーおよびモータリレーの少なくとも一方をMOSFETやIGBT等の半導体素子としてもよい。この場合、半導体素子で構成される電源リレーおよびモータリレーを「発熱素子」とみなし、基板の第1面に実装し、放熱部材を介して筐体に放熱させることが望ましい。
(イ)筐体
上記実施形態では、放熱部を囲む周壁部の一部は、筐体の外縁に形成される外壁部と一体に形成される。他の実施形態では、周壁部の全体は、外壁部とは別途に形成されていてもよい。また、上記実施形態では、周壁部と外壁部との高さが同じである。他の実施形態では、基板固定部の高さが同じであれば、基板固定部以外の箇所における周壁部の高さと外壁部の高さとは異なっていてもよい。
上記実施形態では、仕切壁部の高さは、周壁部および外壁部の高さと同じである。他の実施形態では、仕切壁部の高さは、収容凹部の底部よりも高く形成されていれば、周壁部および外壁部の高さよりも低くてもよい。上記実施形態では、緩衝部は、収容凹部と周壁部との間に形成される。他の実施形態では、収容凹部と仕切壁部との間にも緩衝部を形成してもよい。また、上記実施形態では、緩衝部は、周壁部の内側の全周に亘って形成される。他の実施形態では、緩衝部の形成箇所は、周壁部の内側の一部であってもよい。
上記実施形態では、放熱部は、略矩形に形成される。他の実施形態では、放熱部を矩形以外の形状の領域としてもよい。
(ウ)基板
上記実施形態では、基板の筐体側の面に、発熱素子に加え、コンデンサ、リレー、および、コイルが実装され、筐体と反対側の面にマイコンおよびカスタムICが実装される。他の実施形態では、発熱素子以外の電子部品は、基板のどちら側の面に実装してもよい。同様に、コネクタは、基板の筐体側の面に固定されるが、筐体と反対側の面に固定してもよい。
また、上記実施形態では、コンデンサ、リレー、および、コイルが大型部品であり、筐体の収容室に収容される。他の実施形態では、収容室に収容される大型部品は、コンデンサ、リレー、および、コイルの一部を省略してもよいし、コンデンサ等以外の部材としてもよい。また、収容室を形成せず、これらの大型部品を、基板の筐体と反対側の面に実装してもよい。
また、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る。他の実施形態では、基板は、パワー領域と制御領域とに分割されていなくてもよい。
(オ)電子制御装置
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。
1〜4・・・電子制御装置
10・・・基板
21〜24・・・スイッチング素子(発熱素子)
25・・・シャント抵抗(発熱素子)
50・・・筐体
52・・・周壁部
61〜67・・・基板固定部
70・・・放熱部 71〜75・・・収容凹部
76・・・仕切壁部 81〜85・・・緩衝部
90・・・放熱部材

Claims (6)

  1. 基板(10)と
    前記基板が固定される筐体(50)と、
    前記基板の前記筐体側の面(11)に実装される複数の発熱素子(21〜25)と、
    前記発熱素子と前記筐体との間に設けられる放熱部材(90)と、
    を備え、
    前記筐体の前記基板側の面には、前記発熱素子が収容される収容凹部(71〜75)、前記発熱素子を隔離する仕切壁部(76)、前記収容凹部および前記仕切壁部を囲む周壁部(52)、ならびに、前記収容凹部と前記周壁部との間に形成される緩衝部(81〜85)が形成され、
    前記緩衝部は、前記収容凹部の底部より高く、かつ、前記周壁部より低く形成され
    前記筐体には、前記発熱素子以外の大型部品(31、32)が収容される収容室(59)が形成され、
    前記収容凹部の深さは、前記収容室の深さより浅いことを特徴とする電子制御装置。
  2. 前記基板の前記筐体側の面には、外部との接続に用いられるコネクタ(15)が固定されることを特徴とする請求項に記載の電子制御装置。
  3. 基板(10)と
    前記基板が固定される筐体(50)と、
    前記基板の前記筐体側の面(11)に実装される複数の発熱素子(21〜25)と、
    前記発熱素子と前記筐体との間に設けられる放熱部材(90)と、
    を備え、
    前記筐体の前記基板側の面には、前記発熱素子が収容される収容凹部(71〜75)、前記発熱素子を隔離する仕切壁部(76)、前記収容凹部および前記仕切壁部を囲む周壁部(52)、ならびに、前記収容凹部と前記周壁部との間に形成される緩衝部(81〜85)が形成され、
    前記緩衝部は、前記収容凹部の底部より高く、かつ、前記周壁部より低く形成され
    前記基板の前記筐体側の面には、外部との接続に用いられるコネクタ(15)が固定され、
    前記筐体の外壁部(51)には、前記コネクタが配置される切欠(511)が形成されることを特徴とする電子制御装置。
  4. 前記筐体には、前記基板と当接し、固定部材(19)により前記基板が固定される複数の基板固定部(61〜67)が形成され、
    複数の前記基板固定部は、高さが等しく、かつ、前記基板が前記筐体に固定された状態にて、前記発熱素子が前記筐体と離間する高さに形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子制御装置。
  5. 前記周壁部には、少なくとも2つの前記基板固定部(64〜67)が形成されることを特徴とする請求項に記載の電子制御装置。
  6. 前記周壁部に形成される少なくとも1つの前記基板固定部(65)は、前記基板の外縁から離間した箇所に形成されることを特徴とする請求項またはに記載の電子制御装置。
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