WO2020261655A1

WO2020261655A1 - 車載用電子装置

Info

Publication number: WO2020261655A1
Application number: PCT/JP2020/009555
Authority: WO
Inventors: 中川　充
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2020-12-30
Also published as: JP2021003954A

Abstract

車両（１００）の天井（１１）の車室（１００ａ）内側に設けられる電子部品（３１）と、前記電子部品を冷却する冷却部（３４）とを備える車載用電子装置を提供する。前記冷却部は、冷媒が流れるパイプ（５１）と、前記パイプが接続され、流入する冷媒と前記電子部品とを熱交換させて、前記電子部品から吸熱する吸熱部（５２）と、前記パイプが接続され、前記吸熱部を通過した冷媒と前記車室内の下部の空気とを熱交換させて、前記車室内の下部に放熱する放熱部（５３）と、前記パイプが接続され、前記放熱部と前記吸熱部との間で冷媒を循環させるポンプ（５４）とを含む。

Description

車載用電子装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１９年６月２５日に出願された日本特許出願番号２０１９－１１７７５３号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

　この明細書における開示は、電子部品が車室内の天井付近に配置される車載用電子装置に関する。

　従来、車両の天井に備えられ、アンテナを収容する突起部を有するアンテナ装置が開示されている（たとえば特許文献１参照）。アンテナ装置が備える回路部は、性能を維持するために放熱できるようになっていることが好ましい。

　特許文献１では、回路部を突起部の中に設け、さらに車両の上部のルーフ表面からも離間した位置に回路部を設けている。これによって回路部の熱を突起部内の空間に逃がすことができる。これによって回路部の温度上昇を抑制している。

特開２０１４－５００３１号公報

　特許文献１に記載の構造では、太陽から突起部に照射される熱が突起部の内部に伝わり、突起部内の温度が上昇することになり、回路部が備える電子部品も温度上昇するという課題がある。

　そこで、本開示は車両の天井の車室内側に設けられる電子部品の温度上昇を抑制することができる車載用電子装置を提供することを目的とする。

　本開示は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

　ここに開示された車載用電子装置は、車両の天井の車室内側に設けられる電子部品と、電子部品を冷却する冷却部と、を含み、冷却部は、冷媒が流れるパイプと、パイプが接続され、流入する冷媒と電子部品とを熱交換させて、電子部品から吸熱する吸熱部と、パイプが接続され、吸熱部を通過した冷媒と車室内の下部の空気とを熱交換させて、車室内の下部に放熱する放熱部と、パイプが接続され、放熱部と吸熱部との間で冷媒を循環させるポンプと、を含む。

　このような車載用電子装置に従えば、冷却部は冷媒を放熱部と吸熱部との間で循環させ、冷媒と熱交換することで電子部品を冷却している。放熱部は、車室内の下部の空気と熱交換しているが、車室内の下部の空気は車室内の上部に比べて温度が低い。このような温度が低い車室内の下部の空気と冷媒を熱交換させて、電子部品の熱を放熱している。このように冷媒を吸熱部と放熱部との間で循環することによって電子部品を冷却することができる。したがって天井の車室内側に設けられる電子部品の温度上昇を抑制することができる。

第１実施形態のアンテナ装置の取付構造を示す断面図。アンテナ装置を示す側面図。温度変化の一例を示す図。

　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態に関して、図１～図３を用いて説明する。本実施形態の車載用アンテナ装置１０は、外部の装置と通信するための送受信機である。車載用アンテナ装置１０は、車載用電子装置であって、たとえば自動運転に必要な電波による通信を行う。

　本実施形態の車載用アンテナ装置１０は、図２に示すように、車両１００のルーフ板金１１に取り付けられる。ルーフ板金１１は、車両１００の天井部分を構成する金属板である。車載用アンテナ装置１０は、シャークフィン型のアンテナ装置１０として知られている。以下、車載用アンテナ装置１０を、単にアンテナ装置１０と示す。

　アンテナ装置１０は、図１に示すように、アンテナ部２０および装置本体３０を含んで構成される。アンテナ部２０は、車両１００のルーフ板金１１の上面に取り付けられる。装置本体３０は、ルーフ板金１１の下面側、すなわち車室１００ａ内に設けられる。アンテナ部２０と装置本体３０とは、ルーフ板金１１に形成された貫通孔（図示せず）を介して、コネクタ１２によって電気的に接続される。図１では、コネクタ１２は簡略化して示している。貫通孔の周囲は、図示しない防水構造によってルーフ板金１１にかかる雨水などが車室１００ａ内に浸水することを禁止している。

　アンテナ部２０は、突起部２１およびアンテナ部材２２を有する。突起部２１は、アンテナ部２０の外殻を構成し、内部にアンテナ部材２２を収容する。突起部２１は、樹脂材料からなり、走行による空気抵抗を減ずる流線形状に形成され、たとえばシャークフィン状に形成されている。突起部２１は、ルーフ板金１１の表面を介して設けられる。

　アンテナ部材２２は、絶縁性を有する板部材の表面に銅箔がパターニングされている。パターニングされた銅箔は、アンテナとして機能する。アンテナ部材２２は、例えば５．９ＧＨｚ帯を使用電波の周波数とする車々間通信用のアンテナを形成する。アンテナ部材２２は、装置本体３０に電気的に接続される。

　装置本体３０は、電子部品３１、回路基板３２、筐体３３、冷却部３４および断熱部材３５を含んで構成される。装置本体３０の取付構造として、ルーフ板金１１と車室１００ａ内の天井を構成するライナー１４との間の空間に装置本体３０が設けられる。ライナー１４は、内張ともいう。

　筐体３３は、直方体状であって、内部に電子部品３１および回路基板３２を収容する。筐体３３は、樹脂ケース３６とアルミカバー３７によって構成される。樹脂ケース３６は、樹脂材料からなり、中空の直方体状であって、６面のうち１面が開放されている。したがって樹脂ケース３６は、いわゆるバスタブ形状である。

　アルミカバー３７は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、樹脂ケース３６の開放部分を覆うように設けられる。アルミカバー３７は、筐体３３の一部を構成する金属部分である。アルミカバー３７は、伝熱性に優れ、筐体３３の電子部品３１の熱を外部に放熱する主要部分となる。アルミカバー３７は、絞り加工によって成型されており、ビスやフックなどを用いた嵌合などで樹脂ケース３６に対し固定されている。

　筐体３３は、アルミカバー３７が下側、すなわち車室１００ａ側に位置するように配置される。筐体３３は、断熱部材３５を介してルーフ板金１１の下面に設けられる。筐体３３は、たとえばルーフ板金１１に対して固定される。

　断熱部材３５は、筐体３３の外部に設けられ、筐体３３とルーフ板金１１とを断熱する。断熱部材３５は、断熱性に優れる材料、たとえばグラスウールからなる。断熱部材３５は、ルーフ板金１１と筐体３３との間を埋めるように設けられる。断熱部材３５は、ルーフ板金１１と筐体３３との間で形成される空間を埋めることでルーフ板金１１が受けた日射熱量が筐体３３、具体的には樹脂ケース３６に影響しないよう空気遮蔽を目的に配置している。

　回路基板３２は、いわゆるプリント基板であり、絶縁性を有する基材の表面および裏面に所定の配線パターンが形成されている。回路基板３２は、筐体３３内に図示しないビスなどの固定部材で固定されている。回路基板３２の表面および裏面には、電子部品３１の伝熱経路としての伝熱パターンが形成されている。伝熱パターンは、伝熱性に優れる材料、たとえば銅箔が用いられる。したがって伝熱パターンと配線パターンとは、同じ材料で構成される。また回路基板３２には、図示しない複数のバイヤホールが形成されている。バイヤホールは、円筒部分が銅箔で形成され、伝熱性に優れる材料、たとえばはんだが充填されればさらに伝熱効果が期待できる。これによってバイヤホールは、表面の伝熱パターンと裏面の伝熱パターンとを熱的に結合している。またバイヤホールは、表面の配線パターンと裏面の配線パターンとを、所定の配線経路で電気的に結合している。

　電子部品３１は、種々の電子回路素子を含み、回路基板３２の表面および裏面に複数実装されている。電子部品３１は、通電すると発熱する発熱素子も含む。発熱素子は、たとえば複数のＩＣにより構成されるモジュール構造の一部に１個から数個配置されている。複数の電子部品３１は、回路基板３２にはんだ固定され、配線パターンによって所定の関係で電気的に接続されている。

　所定の電子部品３１は、アンテナ部材２２と電気的に接続され、アンテナ部材２２を介して外部と無線通信を行う無線通信回路の少なくとも一部をなすものである。本実施形態では、電子部品３１として、送信信号を増幅するパワーアンプを含んでいる。それ以外にも、電子部品３１として、たとえば受信信号を増幅するローノイズアンプ、給電ラインを送信側及び受信側のいずれかに切り替えるスイッチ、送信側のバンドパスフィルタ、および受信側のバンドパスフィルタを含む構成としても良い。電子部品３１は、車両１００に搭載される車両用制御装置と有線（図示せず）によって電気的に接続されている。

　回路基板３２とアルミカバー３７とは熱的に結合されている。回路基板３２とアルミカバー３７との接続部分には、たとえば伝熱部材４０として伝熱シートまたは伝熱グリスが設けられている。また回路基板３２の伝熱パターンとの接続部分が、アルミカバー３７との接続部分となる。このように伝熱部材４０で空気層が介在しないように配置されて、回路基板３２とアルミカバー３７との伝熱通路が形成されている。電子部品３１の発熱した熱は、回路基板３２の基材、バイヤホールの円筒銅箔部および円筒部を介して、アルミカバー３７に伝わる。

　次に、冷却部３４に関して説明する。冷却部３４は、冷媒を用いて電子部品３１を冷却する機能を有する。具体的には、冷却部３４は、筐体３３のアルミカバー３７を冷却することで、電子部品３１を冷却する。冷却部３４は、パイプ５１、吸熱部５２、放熱部５３、ポンプ５４および発電部５５を含んで構成される。

　パイプ５１は、管状の部材であって、内部に冷媒が流れる空間を形成している。パイプ５１は、ポンプ５４、吸熱部５２、放熱部５３をこの順に接続し、冷媒が循環するように配置される。したがって冷媒がポンプ５４、吸熱部５２および放熱部５３を順次通過して、再びポンプ５４に戻るようにパイプ５１が接続されている。パイプ５１は、たとえば断熱性にすぐれる材料からなり、たとえばゴムホースによって実現される。

　冷媒は、冬は凍結せず、夏には１２０℃でも沸騰しない不凍液が用いられる。冷媒は、パイプ５１、吸熱部５２、放熱部５３およびポンプ５４に充填されている。

　ポンプ５４は、パイプ５１が接続され、放熱部５３と吸熱部５２との間で冷媒を循環させる。ポンプ５４は、図１に示すように、放熱部５３から冷媒を吸引し、吸熱部５２側へと冷媒を圧送する。ポンプ５４は、モータを内蔵し、モータの回転力によって吸引した冷媒を吐出する。ポンプ５４は、電動であって発電部５５から供給される電力によって駆動する。

　発電部５５は、太陽光で発電し、ポンプ５４を駆動するための電力を供給する。発電部５５は、図１に示すように、車両１００の天井の表面であるルーフ板金１１の上面に設けられる。ポンプ５４は、発電部５５の発電量によって駆動可能なときは随時駆動する。

　発電部５５は、ポンプ５４の駆動タイミングを制御する制御回路を備える構成であってもよい。たとえば制御回路は、所定の温度以上のときにポンプ５４を駆動するように制御したり、ポンプ５４を間欠作動するように制御する。本実施形態では、ポンプ５４は太陽光で発電する電力によって駆動するが、車載バッテリから電力を供給してもよい。

　吸熱部５２は、パイプ５１が接続され、流入する冷媒と電子部品３１とを熱交換させて、電子部品３１から吸熱する。本実施形態では、吸熱部５２は、アルミカバー３７と熱交換することで、電子部品３１から吸熱する。

　吸熱部５２は、内部を冷媒が複数に分岐して通過する冷媒通路を有する吸熱本体部５６、パイプ５１に接続される入口部５７および出口部５８を有する。吸熱部５２は、伝熱性に優れる材料、たとえば銅からなる。入口部５７および出口部５８は、銅製の管部材であり、それぞれパイプ５１を圧入または接着されて固定されている。入口部５７は、ポンプ５４側のパイプ５１に接続されている。出口部５８は、放熱部５３側のパイプ５１に接続されている。

　吸熱本体部５６は、直方体状であり、一面にアルミカバー３７に接触して設けられ、アルミカバー３７と熱的に接続されている。入口部５７から吸熱本体部５６に流入した冷媒は、内部の冷媒通路を流下し出口部５８に至り、出口部５８からパイプ５１に流下する。冷媒が冷媒通路を流下するときに、アルミカバー３７と冷媒とが熱交換し、アルミカバー３７から吸熱する。

　放熱部５３は、パイプ５１が接続され、流入する冷媒と車室１００ａ内の空気とを熱交換させて、車室１００ａ内に放熱する。放熱部５３は、内部を冷媒が通過する冷媒通路を有する放熱本体部５９、パイプ５１に接続される入口部５７ａおよび出口部５８ａを有する。放熱部５３は、伝熱性に優れる材料、たとえば銅からなる。入口部５７ａおよび出口部５８ａは、銅製の管部材であり、それぞれパイプ５１を圧入または接着されて固定されている。入口部５７ａは、吸熱部５２側のパイプ５１に接続されている。出口部５８ａは、ポンプ５４側のパイプ５１に接続されている。

　放熱本体部５９は、複数の放熱フィン５９ａを有し、放熱本体部５９の放熱面積を増加させている。図１では、放熱フィン５９ａの厚みを省略して示している。放熱本体部５９は、図２に示すように、車室１００ａ内の下部、たとえばダッシュボード１０１の下であって、乗員の足元付近に設けられる。車室１００ａ内の下部は、車室１００ａ内でも温度が低い空間であり、さらにダッシュボード１０１の下は日陰となるので、さらに温度が低い空間である。

　入口部５７ａから放熱本体部５９に流入した冷媒は、内部の冷媒通路を流下し出口部５８ａに至り、出口部５８ａからパイプ５１に流下する。冷媒が冷媒通路を流下するときに、車室１００ａ内の空気と冷媒とが熱交換し、放熱フィン５９ａから放熱する。

　次に、図３を用いて、冷却部３４による冷却効果に関して説明する。図３では、横軸に時間を示し、縦軸に摂氏温度と日射量を示す。図３では、車両１００を日当たりがよい屋外に配置した場合の各部の温度の変化を示している。

　図３に示すように、深夜０時から時刻が進み、朝５時の日の出ともに日射量が増加し、１２時に日射量がピークである３．５ＭＪ／ｍ^２ｈ（＝９７０Ｗ）となり、日没に向けて日射量が減少する。日射量がピーク時の外気温は４６℃であるが最高気温は地球のヒートマスにより２時間遅れで４８℃程度となる。日射量と同様に温度変化するのがルーフ板金１１の表面温度である。ルーフ板金１１が金属からなるので、日射量による影響を受けやすい。ルーフ板金１１とライナー１４との間の空間は、ルーフ板金１１から温度が伝わるので、ルーフ板金１１よりは温度が低いが高温の空間となる。ルーフ板金１１の表面の最高温度が約１１２度であり、ルーフ板金１１とライナー１４との間の空間の最高温度は約１０５度である。ライナー１４の車室１００ａ側の表面温度は、さらに温度が低下するが約８９度と高温である。通常の回路素子の耐熱温度８５℃に対して、ルーフ板金１１とライナー１４との間の空間は、約２０℃と大幅にオーバーしている環境となり異常作動や最悪時は破損する。

　車室１００ａ内は上方で浮力により高温空気が滞留するものの、直射日光が遮られるダッシュボード１０１下では６４℃と比較的低温となっている。したがってこの低温の足元空気を用いて、高温の空間であるルーフ板金１１とライナー１４との間の空間に配置される電子部品３１を冷却部３４が冷却する。これによって電子部品３１の温度を足元温度付近まで低下させることができる。

　このように冷却部３４を設けることで、図１の矢印で示すようにルーフ板金１１に向けて太陽光が照射されて、たとえば日射量３．５ｋＷで気温４５℃の環境にても電子部品３１の許容雰囲気温度である８５℃以下を確保することができる。電子部品３１は非作動時も許容雰囲気温度以下を確保する必要があるので、放熱するために駆動力を車載バッテリから得るファンなどは使用しないことが好ましい。本実施形態では、太陽光で発電する発電部５５を用いるので、車載バッテリの電力を消費せずとも放熱を促進することができる。また本件発明者の実験では、日射量１ｋＷで気温４５℃の環境の気象条件において、電子部品３１の温度が８５℃以下であることを確認することができた。

　以上説明したように本実施形態のアンテナ装置１０は冷却部３４を有し、冷却部３４は冷媒を放熱部５３と吸熱部５２との間で循環させ、冷媒と熱交換することで電子部品３１を冷却している。放熱部５３は、車室１００ａ内の下部の空気と熱交換しているが、車室１００ａ内の下部の空気は車室１００ａ内の上部に比べて温度が低い。このような温度が低い車室１００ａ内の下部の空気と冷媒を熱交換させて、電子部品３１の熱を放熱している。このように冷媒を吸熱部５２と放熱部５３との間で循環することによって電子部品３１を冷却することができる。したがってルーフ板金１１の車室１００ａ内側に設けられる電子部品３１の温度上昇を抑制することができる。

　また本実施形態では、筐体３３の一部がアルミカバー３７からなり、伝熱部材４０は電子部品３１とアルミカバー３７とを熱的に結合している。熱的に結合とは、電子部品３１とアルミカバー３７とを断熱材や空気などの低熱伝導素材を介さずに、電子部品３１とアルミカバー３７との間で伝熱しやい部材で機械的に結合していることである。吸熱部５２は、流入する冷媒とアルミカバー３７と熱交換させて、電子部品３１から吸熱する。これによって筐体３３内に冷媒を通過させる構造を設けることなく、筐体３３と吸熱部５２とが熱交換することで電子部品３１を冷却することができる。したがって簡単な構成で吸熱部５２を実現することができる。

　さらに本実施形態では、太陽光で発電し、ポンプ５４を駆動するための電力を供給する発電部５５であって、ルーフ板金１１の表面に設けられる発電部５５を含む。これによって発電部５５が発電した電力でポンプ５４を駆動することができるので、車載バッテリの電力を用いることなく電子部品３１を冷却することができる。また発電部５５は日射量が多いとには発電量が多くなるが、日射量が多いときは必要とする冷却能力も高くなるので、発電した電力を用いて効率よくポンプ５４を駆動することができる。

　また本実施形態では、ルーフ板金１１と電子部品３１との間に設けられる断熱部材３５をさらに含む。断熱部材３５によってルーフ板金１１から電子部品３１に伝わる熱を少なくすることができる。これによって電子部品３１が高温になることをある程度抑制することができ、冷却部３４によって所定の温度まで冷却することができる。

　さらに本実施形態では、アンテナ部材２２は突起部２１に収容される。これによってアンテナを車両１００のルーフ板金１１の上に配置できるので送受信性能を高くすることができる。また電子部品３１は、アンテナ部材２２を介して外部と無線通信を行う無線通信回路である。これによってアンテナ部材２２と無線通信回路部を近づけることができるので、アンテナ部材２２と無線通信回路部との間で信号が減衰してしまうことを抑制できる。

　また車両用制御装置はインパネ内に配置されることが多いが、アンテナ装置１０はインパネ内の設置スペースを使用していないので、インパネ内の設置スペースを他の装置に用いることができ、ルーフ板金１１とライナー１４との間の天井スペースを有効に活用することができる。

　通常、ルーフ板金１１の近くは、太陽光によって高温環境になりやすいが、本実施形態では冷却部３４を用いて太陽光による温度上昇を抑制しているので、電子部品３１の設置スペースとして有効に活用することができる。また天井スペースから放熱するための穴をルーフ板金１１に形成することなく、本実施形態のアンテナ装置１０を実現することができる。これによって意匠的および防水的にも考慮する必要なく本実施形態のアンテナ装置１０を実現することができる。

　（その他の実施形態）
　以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

　前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

　前述の第１実施形態では、筐体３３の一部が金属からなるが、筐体３３の全体を金属、たとえばアルミニウムから構成してもよい。

　前述の第１実施形態では、電子部品３１は回路基板３２の両面に配置されているが、このような構成に限るものではなく、回路基板３２の上面、すなわちルーフ板金１１側の表面にのみ配置してもよい。これによって回路基板３２の下面に電子部品３１を設ける構成に比べて、回路基板３２での伝熱ロスを回避することができる。また回路基板３２に両面を電気的に接続するための複数のバイヤホールが不要となるので、製造コストを低減することができる。

　前述の第１実施形態では、電子装置はアンテナ装置１０によって実現されているが、アンテナ装置１０に限るものではなく、他の機能を有する電子装置であってもよい。たとえば、車両１００の天井に配置される空気清浄機、そのスモークセンサ、ドライブレコーダ、および自動運転に必要な車載カメラなどであってもよい。

　前述の第１実施形態では、吸熱部５２は直方体状であり、その一面が直接、アルミカバー３７に接触する構成であるが、このような構成に限るものではない。たとえば吸熱部５２は、冷媒が流れるパイプ５１を偏平形状にして、アルミカバー３７に板金などでろう付けまたは伝熱ゲルによって直接接触させてもよい。これによって吸熱部５２を小型化、軽量化することができる。

　また前述の第１実施形態では、放熱部５３は放熱フィン５９ａを有する構成であるが、このような構成に限るものではない。たとえば放熱フィン５９ａに換えて、パイプ５１の軸方向と半径方向に伸びる板部材を周方向に間隔を開けて複数設けた構成であってもよい。このような複数の板部材を、ダイキャストで成型することで強度を確保することができる。

　また前述の第１実施形態では、冷媒を循環させているが、冷媒を用いることなくパイプ５１に換えて、伝熱特性のよいカーボンナノチューブを使用してもよい。

Claims

　車両（１００）の天井（１１）の車室（１００ａ）内側に設けられる電子部品（３１）と、
　前記電子部品を冷却する冷却部（３４）と、を含み、
　前記冷却部は、
　　冷媒が流れるパイプ（５１）と、
　　前記パイプが接続され、流入する冷媒と前記電子部品とを熱交換させて、前記電子部品から吸熱する吸熱部（５２）と、
　　前記パイプが接続され、前記吸熱部を通過した冷媒と前記車室内の下部の空気とを熱交換させて、前記車室内の下部に放熱する放熱部（５３）と、
　　前記パイプが接続され、前記放熱部と前記吸熱部との間で冷媒を循環させるポンプ（５４）と、を含む車載用電子装置。
　前記電子部品を収容し、少なくとも一部が金属からなる筐体（３３）と、
　前記電子部品と前記筐体の金属部分（３７）とを熱的に結合する伝熱部材（４０）と、をさらに含み、
　前記吸熱部は、流入する冷媒と前記筐体の金属部分と熱交換させて、前記電子部品から吸熱する請求項１に記載の車載用電子装置。
　太陽光で発電し、前記ポンプを駆動するための電力を供給する発電部であって、前記車両の天井の前記電子部品とは反対側の面に設けられる発電部（５５）をさらに含む請求項１または２に記載の車載用電子装置。
　前記車両の前記天井と前記電子部品との間に設けられる断熱部材（３５）をさらに含む請求項１～３のいずれか１つに記載の車載用電子装置。
　前記天井の前記電子部品とは反対側の面に配置され、前記天井から突き出し、アンテナ部材（２２）を収容する突起部（２１）をさらに備え、
　前記電子部品は、前記アンテナ部材を介して外部と無線通信を行う無線通信回路である請求項１～４のいずれか１つに記載の車載用電子装置。