JP6398849B2

JP6398849B2 - 電子制御装置

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Publication number: JP6398849B2
Application number: JP2015077729A
Authority: JP
Inventors: 剛田島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2015-04-06
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2035-04-06
Also published as: MY171558A; CN106061194B; US20160295682A1; US9788411B2; CN106061194A; JP2016197684A

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

従来、配線パターンが形成された基板に対し、通電により発熱するＭＯＳＦＥＴ等を含む電子部品が実装された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、基板の板厚方向の一方にヒートシンクを備え、他方に金属製のカバーを備えている。電子部品から発せられた熱は、ヒートシンクとカバーへ放熱される。

特開２０１０−２４５１７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電子制御装置は、金属製のカバーを使用しているので、重量が重くなると共に、製造コストが増加するという問題がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、電子部品が発する熱の放熱性を高めると共に、カバーの重量を軽く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。

本発明は、電動パワーステアリング装置においてアシストトルクを発生するモータの駆動を制御する電子制御装置であって、基板、電子部品、ヒートシンク、樹脂製のカバー、蓄熱体、及びねじを備える。配線パターンが形成された基板に、少なくともスイッチング素子、電源リレー、コイル及びコンデンサを含む通電により発熱する電子部品が実装される。ヒートシンクは、基板の板厚方向の一方に設けられる。樹脂製のカバーは、基板の板厚方向の他方に設けられ、カバー本体及び筒部を有する。カバーの基板側において筒部の径内側に固定された蓄熱体は、基板のカバー側の面に露出した配線露出部に当接する。ねじは、一端がヒートシンクに接続し、中央部が基板に設けられた孔を挿通し、他端が蓄熱体に接続する。

これにより、電子部品が発する熱は、電子部品から基板とねじを経由して蓄熱体に伝熱する第１経路と、電子部品から直接または基板を経由してヒートシンクに伝熱する第２経路により放熱される。そのため、電子制御装置は、電子部品の放熱性を高めることが可能である。さらに、電子制御装置は、カバーを樹脂製とすることで、軽量化が可能になると共に、製造コスト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分解斜視図である。図３のＩＶ方向における基板の平面図である。図３のＶ方向における基板の平面図である。図４及び図５のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。第２実施形態による電子制御装置の部分断面図である。第３実施形態による電子制御装置の部分断面図である。第３実施形態による電子制御装置の基板の平面図である。第３実施形態による電子制御装置の基板の平面図である。

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から図６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１９〜２１、カスタムＩＣ２２及びマイコン２３などの電子部品により構成されている。
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、モータリレー１７とモータ２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、電源リレー１８およびコイル１６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１９〜２１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１９〜２１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。

制御部２８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２８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のオンオフ作動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から図６に示すように、電子制御装置１０は、ヒートシンク３０、基板４０、上述した電子部品１１〜２８、カバー５０、ナット６０、及びねじ７０等を備える。
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の板厚方向の一方に設けられる。ヒートシンク３０は、車体等に取り付けるためのフランジ３１を有する。
また、ヒートシンク３０は、基板４０とは反対側の面から基板４０側へ凹む凹部３２を有する。この凹部３２の底には、ヒートシンク３０の板厚方向に通じるボルト孔３３が設けられている。

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１１〜２８が実装されている。以下の説明において、基板４０のヒートシンク３０側の面を第１面αと称し、基板４０のカバー５０側の面を第２面βと称する。図４は、基板４０の第１面αを示し、図５は基板４０の第２面βを示している。
基板４０の第１面αと第２面βは、樹脂コーティング４１がされている。
基板４０の四隅と中央部には、樹脂コーティング４１から露出した配線露出部４２１，４２２が設けられている。第１面αの配線露出部４２１は、ヒートシンク３０に当接し、通電により電子部品１１〜２１が発する熱をヒートシンク３０へ放熱可能である。なお、基板４０は、配線露出部４２１，４２２が設けられた箇所に、基板４０の板厚方向に通じる孔４３を有する。

基板４０の第１面αには、４個のスッチング素子１１〜１４、シャント抵抗１５、およびカスタムＩＣ２２等が実装されている。本実施形態では、スイッチング素子１１〜１４は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である。このスイッチング素子１１〜１４は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等にしてもよい。なお、スイッチング素子１１〜１４とヒートシンク３０との間に、放熱ゲル又は放熱シートなどの熱伝導部材（図示していない）を入れてもよい。
一方、基板４０の第２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１９〜２１、コネクタ２９およびマイコン２３が実装されている。

また、上述したスッチング素子１１〜１４、シャント抵抗１５、コイル１６、モータリレー１７、電源リレー１８およびコンデンサ１９〜２１など、バッテリ４からモータ２へ大電流が流れる電子部品１１〜２１は、基板４０を矩形長手方向に２つの領域に分けた一方のパワー領域Ｐに実装されている。
一方、カスタムＩＣ２２およびマイコン２３などの電子部品は、基板４０の他方の制御領域Ｃに実装されている。パワー領域Ｐと制御領域Ｃを分けることにより、パワー領域Ｐに実装された電子部品から発せられる電磁波が、制御領域Ｃに実装された電子部品に与える影響を低減することが可能である。
なお、図４及び図５等に示したパワー領域Ｐ、制御領域Ｃ、及びそこに実装された電子部品の配置などは、その一例を示したものであり、これに限られるものではない。

上述した本実施形態のスイッチング素子１１〜１４、シャント抵抗１５、コイル１６、電源リレー１８、モータリレー１７、コンデンサ１９〜２１の少なくともいずれか１つが、特許請求の範囲に記載の「電子部品」の一例に相当する。
なお、これらの電子部品うち発熱量が最も大きい４個のスイッチング素子１１〜１４は、基板４０の第１面αのパワー領域Ｐに纏めて実装されている。また、配線露出部４２１は、そのパワー領域Ｐの範囲内、またはパワー領域Ｐに隣接した外周部に設けられている。

図３及び図６に示すように、カバー５０は、例えば樹脂などから形成され、基板４０の板厚方向の一方に設けられる。カバー５０は、有底筒状に形成されて基板４０を覆うカバー本体５１、及びそのカバー本体５１の内側でカバー本体５１の内壁から基板４０側へ延びる筒部５２を有する。
カバー本体５１は、ヒートシンク３０のフランジ３１に干渉する箇所に切欠き５３を有する。また、カバー５０は、コネクタ２９が設けられる箇所に開口部５４を有する。
筒部５２は、基板４０の配線露出部４２１，４２２に対応する箇所に設けられている。筒部５２の径内側にナット６０が固定されている。

ナット６０は、金属から形成され、所定の熱容量を有する蓄熱体として機能する。即ち、本実施形態のナット６０は、特許請求の範囲に記載の「蓄熱体」の一例に相当する。
ナット６０は、筒部５２の内側に熱圧入される圧入部６１と、その圧入部６１の基板４０側で筒部５２から露出する当接部６２を有する。また、ナット６０は、内側に雌ねじ６３を有する。
圧入部６１は、その径外側の外壁にローレット６４が設けられている。ナット６０は、筒部５２の内側に熱圧入される。熱圧入とは、加熱したナット６０の圧入部６１により筒部５２の内壁を溶かしながら、圧入部６１を筒部５２の内側に圧入する工法である。この工法により、筒部５２の壁が割れることが防がれると共に、ローレット６４と筒部５２の内壁とが密着する。
ナット６０の当接部６２は、基板４０の第２面βの配線露出部４２２に当接する。また、当接部６２の外径は、圧入部６１の外径よりも大きい。したがって、ナット６０は、当接部６２を有することにより、第２面βの配線露出部４２２との接触面積を大きくすることが可能である。

ねじ７０は、例えば金属から形成される。ねじ７０は、ヒートシンク３０側から挿入され、ヒートシンク３０のボルト孔３３、及び、基板４０の孔４３を通り、ナット６０が有する雌ねじ６３に螺合する。即ち、ねじ７０は、一端がヒートシンク３０に接続し、中央部が基板４０の板厚方向に通じる孔４３を挿通し、他端がナット６０に接続する。これにより、ヒートシンク３０と基板４０とカバー５０とが固定される。そのため、基板４０の第１面αの配線露出部４２１とヒートシンク３０とが確実に当接し、且つ、基板４０の第２面βの配線露出部４２２とナット６０の当接部６２とが確実に当接する。したがって、スイッチング素子１１〜１４等の電子部品が発する熱は、その電子部品から基板４０の第２面βの配線露出部４２２およびねじ７０を経由してナット６０に伝熱する第１経路により放熱され、また、その電子部品から直接又は配線露出部４２１等を経由してヒートシンク３０に伝熱する第２経路により放熱される。

〔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、樹脂製のカバー５０に固定されたナット６０は、基板４０の第２面βの配線露出部４２２に当接する。ねじ７０は、一端がヒートシンク３０に接続し、中央部が基板４０に設けられた孔４３を挿通し、他端がナット６０に接続する。
これにより、スイッチング素子１１〜１４等を含む電子部品１１〜２１が発する熱は、上述した第１経路と第２経路により、ヒートシンク３０とナット６０に放熱される。そのため、電子制御装置１０は、電子部品１１〜２１の放熱性を高めることが可能である。さらに、電子制御装置１０は、カバー５０を樹脂製とすることで、重量を軽くし、且つ、製造コストを低減することができる。

（２）第１実施形態では、ねじ７０は、ヒートシンク３０側から挿入され、ナット６０の雌ねじ６３に螺合する。
これにより、基板４０とヒートシンク３０にカバー５０を取り付けるためのナット６０を、電子部品１１〜２１が発する熱を放熱するための蓄熱体として用いることが可能である。

（３）第１実施形態では、ナット６０は、カバー５０が有する筒部５２の径内側に熱圧入により固定される。
これにより、ナット６０の圧入によって筒部５２の壁面が割れることが防がれる。そのため、筒部５２の壁を薄くすることが可能である。したがって、筒部５２の外径を細く形成し、その周りに配線または電子部品１１〜２１を配置することで、電子制御装置１０の体格を小さくすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７に示す。第２実施形態では、カバー５０の有する筒部５２の内側に、筒状の金属チップ６５が固定されている。金属チップ６５は、所定の熱容量を有する蓄熱体として機能する。即ち、第２実施形態の金属チップ６５も、特許請求の範囲に記載の「蓄熱体」の一例に相当する。
金属チップ６５は、筒部５２の内側に熱圧入される圧入部６１と、その圧入部６１の基板４０側で筒部５２から露出する当接部６２を有する。また、金属チップ６５は、ねじ７０を挿通する孔６６を有する。

ねじ７０は、カバー５０側から挿入され、カバー５０に設けられた孔５５、金属チップ６５の孔６６、及び、基板４０の孔４３を通り、ヒートシンク３０に設けられた雌ねじ３４に螺合する。これにより、ヒートシンク３０と基板４０とカバー５０とが固定される。そのため、基板４０の第１面αの配線露出部４２１とヒートシンク３０とが当接し、且つ、基板４０の第２面βの配線露出部４２２と金属チップ６５とが当接する。したがって、スイッチング素子等の電子部品が発する熱は、電子部品から基板４０の第２面βの配線露出部４２２およびねじ７０を経由して金属チップ６５に伝熱する第１経路により放熱され、また、電子部品から直接または基板４０の第１面αの配線露出部４２１を経由してヒートシンク３０に伝熱する第２経路により放熱される。
第２実施形態では、カバー５０に固定する蓄熱体として、第１実施形態で説明したナット６０に限ることなく、種々の形状の金属チップ６５を使用することが可能である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８から図１０に示す。第３実施形態では、基板４０の四隅の孔４３の周囲に設けられた配線露出部４２１，４２２に加えて、基板４０に実装された４個のスイッチング素子１１〜１４の中央又は隣接した位置にも、配線露出部４４１，４４２が設けられている。
第３実施形態では、基板４０の四隅の孔４３の周囲に設けられた配線露出部を第１配線露出部４２１，４２２と称し、基板４０のパワー領域Ｐの範囲内で４個のスイッチング素子１１〜１４に隣接して設けられた配線露出部を第２配線露出部４４１，４４２と称する。第３実施形態の第２配線露出部４４１，４４２は、ねじ７０を通すための孔を有していない。

第３実施形態では、カバー５０の筒部５２に対し、第１配線露出部４２２に対応する位置にナット６０が固定され、第２配線露出部４４２に対応する位置に金属チップ６７が固定される。第３実施形態の金属チップ６７は、ねじ７０を相通する孔を有していない。
第３実施形態のナット６０は、特許請求の範囲に記載の「第１蓄熱体」の一例に相当する。第３実施形態の金属チップ６７は、特許請求の範囲に記載の「第２蓄熱体」の一例に相当する。

第３実施形態では、電子制御装置１０は、カバー５０にナット６０と金属チップ６７が固定されている。これにより、蓄熱体として機能するナット６０と金属チップ６７の数を増やし、電子制御装置１０は、放熱性を高めることができる。

第３実施形態では、第２配線露出部４４１，４４２が、４個のスイッチング素子１１〜１４の間、または隣接した位置に配置される。
これにより、電子制御装置１０は、スイッチング素子１１〜１４から発せられる熱を第２配線露出部４４２から金属チップ６７へ素早く放熱させることが可能である。したがって、電子制御装置１０は、放熱性を高めることができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、カバー５０の筒部５２にナット６０を熱圧入した。これに対し、他の実施形態では、ナット６０は、カバー５０の筒部５２に圧入または接着により固定してもよいし、或いは、カバー５０に対し、インサート成形してもよい。インサート成形によっても、筒部５２の壁を薄くすることが可能となるので、電子制御装置１０の体格を小さくすることができる。

（２）上述した実施形態では、基板４０の第１面αにスイッチング素子１１〜１４及びカスタムＩＣ２２等を実装し、第２面βにコンデンサ１９〜２１、コイル１６及びリレー１７，１８などを実装した。これに対し、他の実施形態では、スイッチング素子１１〜１４、カスタムＩＣ２２、コンデンサ１９〜２１、コイル１６及びリレー１７，１８などの電子部品は、基板４０の第１面αまたは第２面βのどちらに実装してもよい。

（３）上述した実施形態では、電子制御装置１０は、電源リレー１８およびモータリレー１７に機械式リレーを使用した。これに対し、他の実施形態では、電子制御装置１０は、電源リレー１８およびモータリレー１７の少なくとも一方をＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子としてもよい。

（４）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。

（５）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）
３０・・・ヒートシンク
４０・・・基板
５０・・・カバー
６０・・・ナット（蓄熱体）
６５、６７・・・金属チップ（蓄熱体）
７０・・・ねじ

Claims

電動パワーステアリング装置（１）においてアシストトルクを発生するモータ（２）の駆動を制御する電子制御装置であって、
配線パターンが形成された基板（４０）と、
前記基板に実装され、少なくともスイッチング素子（１１〜１４）、電源リレー（１８）、コイル（１６）及びコンデンサ（１９〜２１）を含む通電により発熱する電子部品と、
前記基板の板厚方向の一方に設けられるヒートシンク（３０）と、
前記基板の板厚方向の他方に設けられ、前記基板を覆うカバー本体（５１）、及び、前記カバー本体の内壁から前記基板側へ延びる筒部（５２）を有する樹脂製のカバー（５０）と、
前記カバーの前記基板側において前記筒部の径内側に固定されており、前記基板の前記カバー側の面に露出した配線露出部（４２１，４２２，４４１，４４２）に当接する蓄熱体（６０、６５、６７）と、
一端が前記ヒートシンクに接続し、中央部が前記基板の板厚方向に通じる孔（４３）を挿通し、他端が前記蓄熱体に接続するねじ（７０）と、を備えることを特徴とする電子制御装置。
前記電子部品は、シャント抵抗（１５）又はモータリレー（１７）の少なくともいずれかをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
前記ねじは、前記ヒートシンク側から挿入され、前記蓄熱体に設けられた雌ねじ（６３）に螺合することを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。
前記蓄熱体（６５）は、前記ねじを挿通する孔（６６）を有し、
前記ねじは、前記カバー側から挿入され、前記ヒートシンクに設けられた雌ねじ（３４）に螺合する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。
前記蓄熱体は、
前記基板の前記孔の周囲に露出した第１配線露出部（４２１，４２２）に当接する第１蓄熱体（６０）と、
前記第１蓄熱体とは異なる位置で前記基板の表面に露出した第２配線露出部（４４１，４４２）に当接する第２蓄熱体（６７）とを有す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。
前記第２配線露出部は、複数の前記電子部品と前記電子部品との間に配置されることを特徴とする請求項５に記載の電子制御装置。