JP6693706B2

JP6693706B2 - 電子制御装置

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Publication number: JP6693706B2
Application number: JP2015077728A
Authority: JP
Inventors: 進司柴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2015-04-06
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2035-04-06
Also published as: CN106057751A; MY180019A; JP2016197683A; CN106057751B; US11051430B2; US20160295740A1

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置に用いられるモータなどを駆動制御する電子制御装置が知られている。
特許文献１に記載の電子制御装置は、基板の一方の面に複数のコンデンサ及びコイルを備え、それと同じ側にヒートシンクを備えている。ヒートシンクは、複数のコンデンサ及びコイルをそれぞれ１個ずつ収容する複数の凹部を有している。

特許第５４１４９４４号

しかしながら、特許文献１に記載の電子制御装置が備えるヒートシンクは、コンデンサ及びコイルの数と同じ数の凹部を設けているので、ヒートシンクの構成が複雑になり、製造コストが増大するという問題がある。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、体格を小型化すると共に、ヒートシンクの構成を簡素にすることの可能な電子制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電子制御装置は、基板、複数の電子部品、およびヒートシンクを備える。基板に実装された複数の電子部品は、集積回路、及び、その集積回路よりも背が高い複数の背高部品、および、背高部品よりも背が低い複数の背低部品を含む。ヒートシンクは、複数の背高部品を纏めて収容する第１凹部、および、複数の背低部品を纏めて収容する第２凹部を有し、基板に複数の背高部品が実装された側に設けられる。
これにより、複数の背高部品とヒートシンクを基板の同一面側に設けることで、電子制御装置を小型化することが可能である。また、ヒートシンクが電子部品を複数個まとめて凹部に収容することで、ヒートシンクの構成を簡素なものとし、製造コストを低減することができる。
また、本発明では、第１凹部は、背の高さがそれぞれ異なる複数の背高部品の背の高さに応じて深さが異なるよう形成されている。ヒートシンクは、板厚が第１凹部の最大の深さより大きい板状に形成されている。
また、本発明では、背高部品は、コイル、リレーまたはコンデンサである。背低部品は、半導体のスイッチング素子である。
また、本発明では、第１凹部と第２凹部とは、互いに所定距離離れるようヒートシンクの基板側の面において別体に形成されている。第２凹部の容積は、第１凹部の容積より小さい。第１凹部と背高部品の基板側を除く外周との間には、占有されていない空の隙間が形成されている。第２凹部と背低部品の基板側を除く外周との間には、熱伝導部材が設けられている。

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の模式図である。第１実施形態による電子制御装置の回路図である。第１実施形態による電子制御装置の断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。本発明の第２実施形態による電子制御装置の断面図である。本発明の第３実施形態による電子制御装置の断面図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。本発明の第４実施形態による電子制御装置の断面図である。本発明の第５実施形態による電子制御装置の断面図である。本発明の第６実施形態による電子制御装置の断面図である。図１０のＸＩ−ＸＩ線の断面図である。図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線の断面図である。本発明の第７実施形態による電子制御装置の断面図である。図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線の断面図である。図１３のＸＶ−ＸＶ線の断面図である。

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から図４に示す。本実施形態では、車両の電動パワーステアリング装置１に用いられる電子制御装置１０について説明する。
〔電動パワーステアリング装置の構成〕
先ず、電動パワーステアリング装置１の構成について説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、電子制御装置１０とモータ２とがハーネス３により接続され、電子制御装置１０と電源としてのバッテリ４とが、それぞれハーネス５により接続されている。電子制御装置１０は、車両のＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等から送信される操舵トルク信号および車速信号等に基づき、モータ２の駆動を制御する。これにより、モータ２は、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。なお、モータ２は、ブラシ付きの直流モータである。

〔電子制御装置の回路構成〕
次に、電子制御装置１０の回路構成について説明する。
図２に示すように、電子制御装置１０の回路は、スイッチング素子１１〜１４、シャント抵抗１５、コイル１６、リレー１７，１８、コンデンサ１９，２０、マイコン２３および集積回路としてのカスタムＩＣ２２などを含む複数の電子部品により構成されている。
本実施形態では、上述した電子部品のうち、シャント抵抗１５、コイル１６、リレー１７，１８及びコンデンサ１９，２０など、カスタムＩＣ２２よりも背が高い電子部品を「背高部品」と称する。
なお、本実施形態では、スイッチング素子１１〜１４は、カスタムＩＣ２２よりも背が低いＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）が使用されている。なお、スイッチング素子１１〜１４は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等、種々の半導体スイッチング素子を使用してもよい。

スイッチング素子１１〜１４は、Ｈブリッジ回路を構成する。即ち、直列に接続された２個のスイッチング素子１１，１２と、直列に接続された２個のスイッチング素子１３，１４とが並列に接続される。一方の高電位側のスイッチング素子１１と低電位側のスイッチング素子１２との接続点２４と、他方の高電位側のスイッチング素子１３と低電位側のスイッチング素子１４との接続点２５との間に、モータ２と機械式のモータリレー１７とが直列に接続される。

一方の高電位側のスイッチング素子１１と他方の高電位側のスイッチング素子１３との接続点２６は、コイル１６と機械式の電源リレー１８を経由し、バッテリ４の正極に接続される。コイル１６は、例えばチョークコイルであり、ノイズを低減する。
一方の低電位側のスイッチング素子１２と他方の低電位側のスイッチング素子１４との接続点２７は、シャント抵抗１５を経由し、バッテリ４の負極に接続される。シャント抵抗１５は、モータ２に通電される電流の検出に用いられる。

コンデンサ１９，２０は、例えばアルミ電解コンデンサであり、直列に接続された高電位側のスイッチング素子１１，１３と低電位側のスイッチング素子１２，１４に対し並列に接続される。コンデンサ１９，２０は、電荷を蓄えることにより、スイッチング素子１１〜１４への電力供給を補助し、又は、サージ電圧などのノイズ成分を抑制する。
即ち、スイッチング素子１１〜１４、シャント抵抗１５、コイル１６、リレー１７，１８及びコンデンサ１９，２０は、バッテリ４からモータ２へ大電流を流す回路を構成している。

制御部２１は、マイコン２３およびカスタムＩＣ２２等から構成される。制御部２１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１１〜１４およびリレー１７，１８等のオンオフ動作を制御することにより、モータ２の駆動を制御する。

〔電子制御装置１０の構成〕
続いて、電子制御装置１０の構成について説明する。
図３および図４に示すように、電子制御装置１０は、上述した電子部品１１〜２３、基板４０、ヒートシンク３０およびカバー５０等を備える。
基板４０は、例えばＦＲ−４等であり、配線パターンが形成され、その表面に複数の電子部品１１〜２３が実装されている。
基板４０のカバー５０側の面αには、カスタムＩＣ２２、マイコン２３および４個のスッチング素子１１〜１４などが実装されている。
一方、基板４０のヒートシンク３０側の面βには、コイル１６、モータリレー１７、電源リレー１８、コンデンサ１９，２０およびコネクタ２９などが実装されている。

ここで、コイル１６、モータリレー１７、電源リレー１８、コンデンサ１９，２０などの背高部品１６〜２０が基板４０に実装される領域を背高領域Ｈと称する。また、上述した４個のスッチング素子１１〜１４が基板４０に実装される領域をスイッチング領域Ｓと称する。また、制御部２１を構成するカスタムＩＣ２２及びマイコン２３などの制御部２１が基板４０に実装される領域を制御領域Ｃと称する。
図４では、背高領域Ｈ、スイッチング領域Ｓおよび制御領域Ｃの一例を、模式的に破線で示している。本実施形態では、基板４０のヒートシンク３０側の面βに背高領域Ｈが設けられ、基板４０のカバー５０側の面αにスイッチング領域Ｓと制御領域Ｃとが設けられている。即ち、背高部品１６〜２０は、基板４０のヒートシンク３０側の面βの一部分に集約して設けられている。
なお、図３及び図４等に示した背高領域Ｈ、スイッチング領域Ｓ、制御領域Ｃ、及びそこに実装された電子部品１１〜２３の配置は、その一例を示したものであり、これに限るものではない。

ヒートシンク３０は、例えばアルミなどの金属から形成され、基板４０に複数の背高部品１６〜２０が実装された側に設けられる。ヒートシンク３０は、基板４０の背高領域Ｈに対応する箇所に、複数の背高部品１６〜２０を纏めて収容する凹部３１を有する。この凹部３１は、複数の背高部品１６〜２０の基板４０側を除く外周を全て囲っている。これにより、ヒートシンク３０は、背高部品１６〜２０から発せられる電磁波が外部へ漏れることを遮断することが可能である。また、ヒートシンク３０は、通電により背高部品１６〜２０から生ずる熱を放熱することが可能である。
カバー５０は、例えば樹脂または金属などから有底筒状に形成され、基板４０のヒートシンク３０とは反対側に設けられている。カバー５０は、ヒートシンク３０に固定され、基板４０と、その基板４０に実装されたカスタムＩＣ２２及びマイコン２３などを覆っている。

〔作用効果〕
第１実施形態の電子制御装置１０は、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、ヒートシンク３０は、基板４０に複数の背高部品１６〜２０が実装された側に設けられ、複数の背高部品１６〜２０を纏めて収容する凹部３１を有する。
これにより、ヒートシンク３０の高さの範囲内で背高部品１６〜２０が設けられるので、電子制御装置１０を小型化することが可能である。
また、ヒートシンク３０は、複数の背高部品１６〜２０を纏めて凹部３１に収容することで、ヒートシンク３０の構成を簡素にすると共に、製造コストを低減することができる。
さらに、ヒートシンク３０の高さの範囲内で背高部品１６〜２０の体格が許容されるので、背高部品１６〜２０の性能を維持することが可能である。
また、ヒートシンク３０の高さを背高部品１６〜２０よりも高くすることで、放熱性を高めることが可能である。また、背高部品１６〜２０とヒートシンク３０との距離が近くなるので、背高部品１６〜２０からヒートシンク３０への放熱性を高めることが可能である。

（２）第１実施形態では、ヒートシンク３０の凹部３１は、複数個の背高部品１６〜２０の基板４０側を除く外周を囲う。
これにより、背高部品１６〜２０から発せられる電磁波をヒートシンク３０により遮断することで、電子制御装置１０から発せられるノイズを低くすることができる。また、背高部品１６〜２０の外周をヒートシンク３０で囲うことで、背高部品１６〜２０からヒートシンク３０への放熱性を高めることができる。

（３）第１実施形態では、スイッチング素子１１〜１４は、基板４０のヒートシンク３０とは反対側の面に実装される。
これにより、ヒートシンク３０にスイッチング素子１１〜１４を収容する凹部を設けることなく、ヒートシンク３０の構成を簡素にし、製造コストを低減することができる。

（４）第１実施形態では、電子制御装置１０は、電動パワーステアリング装置１のモータ２の駆動を制御するものである。
電子制御装置１０は、電動パワーステアリング装置１に求められる体格の小型化の要求を満たし、且つ、通電により高発熱する電子部品１１〜２０の放熱性を高めるという要求を満たすことができる。

（５）第１実施形態では、ヒートシンク３０は、基板４０の背高領域Ｈに対応する箇所に凹部３１を有する。
これにより、基板４０の背高領域Ｈに背高部品１６〜２０を集約して配置し、そこにヒートシンク３０の凹部３１を設けることで、ヒートシンク３０の構成を簡素にすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に示す。第２実施形態では、基板４０に実装された背高部品１６〜２０と、ヒートシンク３０の凹部３１の内壁との間に熱伝導部材６０が設けられる。熱伝導部材６０は、例えば放熱ゲルまたは放熱シートなどである。通電により背高部品１６〜２０から生じた熱は、熱伝導部材６０を経由してヒートシンク３０へ放熱される。したがって、第２実施形態では、熱伝導部材６０により、背高部品１６〜２０からヒートシンク３０への放熱性を高めることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図６および図７に示す。第３実施形態では、基板４０のカバー５０側の面αに、カスタムＩＣ２２およびマイコン２３などが実装されている。一方、基板４０のヒートシンク３０側の面βに、４個のスッチング素子１１〜１４および背高部品１６〜２０などが実装されている。
したがって、第３実施形態では、基板４０のカバー５０側の面αに制御領域Ｃが設けられ、基板４０のヒートシンク３０側の面βにスイッチング領域Ｓと背高領域Ｈが設けられている。

ヒートシンク３０は、基板４０の背高領域Ｈに対応する箇所に第１凹部３２を有し、基板４０のスイッチング領域Ｓに対応する箇所に第２凹部３３を有する。第１凹部３２は、上述した第１および第２実施形態の凹部３１と同様に、複数個の背高部品１６〜２０の基板４０側を除く外周を全て囲っている。第２凹部３３は、複数個のスイッチング素子１１〜１４の基板４０側を除く外周を全て囲っている。これにより、ヒートシンク３０は、背高部品１６〜２０およびスイッチング素子１１〜１４から発せられる電磁波が外部へ漏れることを遮断することが可能である。また、ヒートシンク３０は、通電により背高部品１６〜２０およびスイッチング素子１１〜１４から生ずる熱を放熱することが可能である。

さらに、第３実施形態では、基板４０に実装されたスイッチング素子１１〜１４と、ヒートシンク３０の第２凹部３３の内壁との間に熱伝導部材６０が設けられる。通電によりスイッチング素子１１〜１４から生じた熱は、熱伝導部材６０を経由してヒートシンク３０へ放熱される。したがって、第３実施形態では、スイッチング素子１１〜１４からヒートシンク３０への放熱性を高めることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図８に示す。第４実施形態では、基板４０に実装された背高部品１６〜２０と、ヒートシンク３０の第１凹部３２の内壁との間に熱伝導部材６０が設けられる。また、基板４０に実装されたスイッチング素子１１〜１４と、ヒートシンク３０の第２凹部３３の内壁との間にも熱伝導部材６０が設けられる。
通電により背高部品１６〜２０から生じた熱は、熱伝導部材６０を経由してヒートシンク３０へ放熱される。また、通電によりスイッチング素子１１〜１４から生じた熱は、熱伝導部材６０を経由してヒートシンク３０へ放熱される。したがって、第４実施形態では、背高部品１６〜２０およびスイッチング素子１１〜１４からヒートシンク３０への放熱性を高めることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図９に示す。第５実施形態では、４個のスイッチング素子１１〜１４それぞれに対応して、４個の第２凹部３３が設けられている。４個の第２凹部３３の間には、十字形の仕切壁３４が設けられている。
これにより、それぞれのスイッチング素子１１〜１４と、第２凹部３３の内壁との距離が近くなる。そのため、通電によりスイッチング素子１１〜１４から生じた熱は、それぞれのスイッチング素子１１〜１４に対応して設けられた４個の第２凹部３３の内壁からヒートシンク３０へ放熱される。したがって、第５実施形態では、スイッチング素子１１〜１４からヒートシンク３０への放熱性を高めることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１０から図１２に示す。第６実施形態では、コネクタ２９が基板４０の長手方向に設けられている。基板４０は、ヒートシンク３０側の面βにおいて、長手方向の一方にスイッチング領域Ｓを有し、長手方向の他方に背高領域Ｈを有している。背高領域Ｈには、コイル１６、モータリレー１７、電源リレー１８、および２個のコンデンサ１９，２０が集約して設けられている。
ヒートシンク３０は、基板４０の背高領域Ｈに対応する箇所に１個の第１凹部３２を有し、基板４０のスイッチング領域Ｓに対応する箇所に４個の第２凹部３３を有する。４個のスイッチング素子１１〜１４と、４個の第２凹部３３の内壁との間に熱伝導部材６０が設けられている。
第６実施形態も、上述した第１〜第５実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態を図１３から図１５に示す。第７実施形態では、機械式のモータリレー１７に代えて、ＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチング素子１７１，１７２，が設けられている。なお、２個のスイッチング素子１７１，１７２は、逆接による不具合を防ぐため、エミッタとコレクタの向きが互いに逆向きとなるように直列接続されている。
また、第７実施形態では、機械式の電源リレー１８に代えて、ＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチング素子１８１，１８２が設けられている。なお、この２個のスイッチング素子１８１，１８２も、エミッタとコレクタの向きが互いに逆向きとなるように直列接続されている。

第７実施形態では、基板４０のヒートシンク３０側の面βに形成されたスイッチング領域Ｓに、８個のスイッチング素子１１〜１４，１７１，１７２，１８１，１８２が設けられている。これらのスイッチング素子１１〜１４，１７１，１７２，１８１，１８２と、ヒートシンク３０に設けられた８個の第２凹部３３の内壁との間に熱伝導部材６０が設けられている。
第７実施形態も、上述した第１〜第６実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、電子制御装置１０は、４個のスイッチング素子１１〜１４によりＨブリッジ回路を構成し、直流モータ２を駆動した。これに対し、他の実施形態では、電子制御装置１０は、例えば６個のスイッチング素子によりインバータ回路等を構成し、ブラシレスモータを駆動してもよい。

（２）上述した実施形態では、電動パワーステアリング装置１のモータ２から離れた位置に設けられてモータ２を制御する電子制御装置１０について説明した。これに対し、他の実施形態では、電子制御装置１０は、モータ２と一体に設けられるものであってもよい。また、他の実施形態では、電子制御装置１０は、電動パワーステアリング装置１に限らず、他の様々な装置を制御するものであってもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に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・・・電子制御装置
１１〜１４・・・スイッチング素子（電子部品）
１６〜２０・・・背高部品（電子部品）
２２・・・カスタムＩＣ（集積回路、電子部品）
３０・・・ヒートシンク
３１・・・凹部
３２・・・第１凹部（凹部）
３３・・・第２凹部（凹部）
４０・・・基板

Claims

基板（４０）と、
前記基板に実装された集積回路（２２）及び前記集積回路よりも背が高い複数の背高部品（１６〜２０）、および、前記背高部品よりも背が低い複数の背低部品（１１〜１４）を含む複数の電子部品（１１〜２３）と、
複数の前記背高部品を纏めて収容する第１凹部（３２）、および、複数の前記背低部品を纏めて収容する第２凹部（３３）を有し、前記基板に複数の前記背高部品が実装された側に設けられるヒートシンク（３０）と、を備え、
前記第１凹部は、背の高さがそれぞれ異なる複数の前記背高部品の背の高さに応じて深さが異なるよう形成されており、
前記ヒートシンクは、板厚が前記第１凹部の最大の深さより大きい板状に形成されており、
前記背高部品は、コイル（１６）、リレー（１７、１８）またはコンデンサ（１９、２０）であり、
前記背低部品は、半導体のスイッチング素子（１１〜１４）であり、
前記第１凹部と前記第２凹部とは、互いに所定距離離れるよう前記ヒートシンクの前記基板側の面において別体に形成されており、
前記第２凹部の容積は、前記第１凹部の容積より小さく、
前記第１凹部と前記背高部品の前記基板側を除く外周との間には、占有されていない空の隙間が形成され、
前記第２凹部と前記背低部品の前記基板側を除く外周との間には、熱伝導部材（６０）が設けられていることを特徴とする電子制御装置。
背の高さがそれぞれ異なる複数の前記背高部品（１６〜２０）を収容する前記第１凹部（３２）は、複数の前記背高部品の背の高さに応じて深さが異なるよう底面が階段状に形成されている請求項１に記載の電子制御装置。
前記ヒートシンクより板厚が小さく、前記基板の前記ヒートシンクとは反対側を覆うカバー（５０）をさらに備える請求項１または２に記載の電子制御装置。
前記ヒートシンクの前記第１凹部は、複数個の前記背高部品の前記基板側を除く外周を囲うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子制御装置。
前記スイッチング素子は、前記基板の前記ヒートシンク側の面（β）に実装されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子制御装置。
前記基板に実装された前記電子部品は、車両の電源（４）から電動パワーステアリング装置（１）のモータ（２）へ大電流を流す回路を構成する前記背高部品及び前記スイッチング素子と、前記背高部品及び前記スイッチング素子の動作を制御する前記集積回路及びマイコン（２３）とを含み、前記電動パワーステアリング装置の前記モータの駆動を制御することを特徴とする請求項５に記載の電子制御装置。
前記基板は、前記背高部品が実装される背高領域（Ｈ）と、前記スイッチング素子が実装されるスイッチング領域（Ｓ）と、前記集積回路及び前記マイコンが実装される制御領域（Ｃ）とを有し、
前記ヒートシンクは、前記基板の前記背高領域に対応する箇所に前記第１凹部を有し、前記基板の前記スイッチング領域に対応する箇所に前記第２凹部を有することを特徴とする請求項６に記載の電子制御装置。