JP6439834B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置に関する。

ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の発熱が顕著な素子が実装された基板には、放熱用の部材として、例えばヒートシンクが設けられる場合がある。

ヒートシンクは、多くの場合、アルミニウム又は銅等の熱伝導性が良好な金属製であって、発熱源となる素子が取り付けられている基板の裏側に当接させて取り付けられる場合があり、かかる場合では基板を介して発熱源の熱を放散する。

基板の裏側には、素子の端子が露出している場合が少なくないので、金属製のヒートシンクを基板の裏側に取り付ける際には、絶縁用の部材が基板の端子とヒートシンクとの間に設けられる。

特許文献１には、基板とヒートシンクを兼ねた金属ケースとの間に絶縁シート又は絶縁接着剤を挟み込んだ制御装置が開示されている。

特開２００６−１０８３９８号公報

しかしながら、基板とヒートシンクとの間に絶縁用の部材が介在し、基板とヒートシンクとが直接に接触する部分がまったくない構成では、素子の熱を効果的にヒートシンクへ放散させることが困難となる。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、基板とヒートシンクとの絶縁及び基板に実装された素子の放熱を両立させた制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の制御装置は、発熱する素子及び接地端子を備えた回路が実装されると共に実装された回路の接地端子が接続される接地領域を備えた基板と、前記基板に固定される側の一部分を隆起させることで設けられ、頂部が接地領域と平行に当接して固定部材の底面部よりも大面積での面接触が可能な平面になった第１突起部と、前記第１突起部に対して十分に小さな面積を有する第２突起部とを備え、前記第１突起部及び前記第２突起部が前記接地領域に接触し、かつ前記第１突起部及び前記第２突起部以外の部分が前記基板と接触しない状態で前記基板に固定された際に、前記第１突起部に続く端部が前記基板から離間し、前記基板との間に空間を有すると共に、前記基板に固定される側と反対の側の前記第１突起部から前記端部に対応する位置に複数の放熱用突起部を有する金属製の放熱部材と、前記基板と前記放熱部材の前記基板に固定される側の前記第１突起部、前記第２突起部及び前記第１突起部から前記端部以外の部分との間に介在された絶縁部材と、を含んでいる。

この制御装置は、発熱する素子が実装された基板に、素子の熱を放散させる放熱部材が取り付けられている。基板上には、接地電位となっている接地領域があり、放熱部材は、かかる接地領域に接触する。素子の熱は、基板の接地領域を介して放熱部材に放散されるので、基板と放熱部材との絶縁及び基板に実装された素子の放熱を両立させることができる。

請求項２に記載の制御装置は、請求項１に記載の制御装置において、前記放熱部材は、前記第１突起部に続く前記端部が前記基板から徐々に離間する傾斜状を呈する。

請求項３に記載の制御装置は、請求項１又は請求項２に記載の制御装置において、前記基板は、前記放熱部材が前記基板から離間し、前記基板との間に空間を有する箇所に対応する位置にコンデンサを備えている。

請求項４に記載の制御装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の制御装置において、前記接地領域を、前記基板の前記回路が実装される面と反対の面に設けている。

この制御装置によれば、接地電位となる領域は、素子が実装されている面の裏面に設けられた接地領域を介して素子の熱を放散でき、基板と放熱部材との絶縁及び基板に実装された素子の放熱を両立させることができる。

請求項５に記載の制御装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の制御装置において、２の前記第１突起部及び２の前記第２突起部を、前記基板に固定される側の四隅に相当する部分の各々に設けている。

この制御装置によれば、突起部を基板に固定される側の四隅に相当する部分の各々に設けることにより、放熱部材を基板に安定して固定できる。

請求項６に記載の制御装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の制御装置において、前記絶縁材の厚みは、所定の耐電圧を有し、かつ、前記素子が所定の温度以下になるように設定されている。

この制御装置によれば、基板と放熱部材との間には、厚みが最適化された絶縁材が設けられるので、基板と放熱部材との絶縁及び基板に実装された素子の放熱を両立させることができる。

請求項７に記載の制御装置は、請求項１〜請求項６いずれか１項に記載の制御装置において、前記回路は、モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路である。

この制御装置によれば、上述のように基板と放熱部材との絶縁及び基板に実装された素子の放熱を両立させることが可能なので、安定したモータの駆動の制御が可能となる。

本発明の実施の形態に係る基板を用いたモータユニットの構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る基板を用いたモータ駆動制御装置の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る基板におけるグラウンド電位の領域の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る基板とヒートシンクとの結合を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るヒートシンクの基板に取り付けられる側の一例を示す模式図である。

図１は、本実施の形態に係る基板を用いたモータユニット１０の構成を示す概略図である。図１の本実施の形態に係るモータユニット１０は、一例として車載用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。

本実施の形態に係るモータユニット１０は、ステータ１４の外側にロータ１２が設けられた、アウターローター構造の多相モータに係るものである。ステータ１４はコア部材に導線が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。

ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ駆動制御装置２０の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。

ロータ１２の内側（図示せず）にはロータマグネットが設けられており、ロータマグネットは、ステータ１４で生じた回転磁界に対応することにより、ロータ１２を回転させる。

ロータ１２にはシャフト１１が設けられており、ロータ１２と一体になって回転する。図１には示していないが、本実施の形態ではシャフト１１には、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが設けられ、当該多翼ファンがシャフト１１と共に回転することにより、車載用エアコンにおける送風が可能となる。

ステータ１４は、上ケース１３を介して、モータ駆動制御装置２０に取り付けられる。モータ駆動制御装置２０は、素子が実装された基板２２と、基板上の素子から生じる熱を放散するヒートシンク２１とを備えている。

また。ロータ１２、ステータ１４及びモータ駆動制御装置２０を含んで構成されるモータユニット１０には、下ケース５０が取り付けられる。

続いて、図２を用いて、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る基板を用いたモータ駆動制御装置の一例を示す図である。

図２（Ａ）は、基板２２においてステータ１４が取り付けられる側のモータ駆動制御装置２０の平面図である。基板２２にはヒートシンク２１が取り付けられ、ヒートシンク２１には、放熱用のピン状の突起２１Ａが複数設けられている。

図２（Ａ）において、基板２２の中央付近には、ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に電力を供給する電力供給端子２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが設けられている。

また、図２（Ａ）のモータ駆動制御装置２０には、車載バッテリから電力が供給されると共に、車載用エアコンに係る制御の信号がＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御装置を介して入力される外部接続コネクタ２３が設けられている。

図２（Ｂ）はモータ駆動制御装置２０の側面図であり、図２（Ｃ）は基板２２においてステータ１４が取り付けられる側とは反対側の面を示したモータ駆動制御装置２０の平面図である。

図２（Ｃ）において、基板２２には、ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に供給する電力を制御するためのインバータ回路４０が実装されている。本実施の形態に係るモータ駆動制御装置２０のインバータ回路４０は、直流側の回路に大容量のコンデンサ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄが並列に接続され、電圧源として動作する電圧形インバータである。

インバータ回路４０は、スイッチング素子として、ＦＥＴ４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆを備えている。ＦＥＴ４１Ａ、４１ＤはＵ相に、ＦＥＴ４１Ｂ、４１ＥはＶ相に、ＦＥＴ４１Ｃ、４１ＦはＷ相に、各々供給する電力のスイッチングを行う。

基板２２上のインバータ回路４０にはノイズ除去用のコイル４３が設けられると共に、回路保護のための逆接防止ＦＥＴ４４及び大容量のコンデンサ４２Ｅが設けられている。また、基板２２には、インバータ回路４０を制御するためのマイコン３１が実装されている。

図２に示したモータ駆動制御装置２０において、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４４は、動作時の発熱が著しい。本実施の形態では、図２（Ｃ）において、動作時の発熱が著しい素子が実装されている箇所の裏側に固定ボルト２９によってヒートシンク２１が取り付けられている。また、基板２２の図２（Ａ）に示した側のヒートシンク２１で覆われた部分には、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ、ＦＥＴ４４等の端子又は該端子に接続される配線が露出している。

前述のようにヒートシンク２１は熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属製であるから、基板２２とヒートシンク２１との間には、ゲル状又は柔軟性を有する固体状の絶縁用の部材を挟む必要がある。

しかしながら、基盤の一部には電位がグラウンド電位（接地電位）になっている領域が設けられる。グラウンド電位となっている領域であれば、金属製のヒートシンク２１を絶縁用の部材を介さずに当接させることができるので、素子の熱をヒートシンク２１へ効果的に放散させることができる。

図３は、本実施の形態に係る基板におけるグラウンド電位の領域であるグラウンド電位領域２５の一例を示す図である。図３において、グラウンド電位領域２５は、発熱が著しいＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ等が実装された側の裏面に設けられている。

図３に示したように、グラウンド電位領域２５を面状に設けることにより、ヒートシンク２１を基板２２に面接触させる部分の面積を広くすることができ、かつヒートシンク２１を基板２２に安定して固定できる。

図４は、基板２２とヒートシンク２１との結合を示す模式図である。ヒートシンク２１は、基板２２に取り付けられる側の一部分が他の部分よりも隆起した突起部２７、２８を有している。

突起２７、２８は、基板２２のグラウンド電位領域２５と当接して面接触する。ヒートシンク２１は、突起２７、２８が基板２２のグラウンド電位領域２５と当接した状態で、固定ボルト２９によって基板２２に取り付けられる。突起２７、２８の頂部、特に面積の大きな突起２８の頂部は、基板２２のグラウンド電位領域２５と平行に当接して面接触が可能なように、その頂部が平面になっていることが望ましい。

突起２７、２８が当接している部分以外の基板２２とヒートシンク２１との間には絶縁用部材２６が設けられている。絶縁用部材２６は、一例として絶縁性を有するシリコーングリス、常温時にはゲル状でＦＥＴ等の素子の発熱によって硬化するシリコーン樹脂又は柔軟性を有するゴム若しくは樹脂等の固体状の絶縁用部材でよい。

図５は、ヒートシンク２１の基板２２に取り付けられる側の一例を示す模式図である。略長方形を呈する面の四隅に相当する部分に突起２７、２８が設けられ、基板２２のグラウンド電位領域２５と当接する。

図５において、斜線で示した領域は、絶縁用部材２６が設けられる部分である。図５の斜線部分は、ヒートシンク２１が基板２２の所定の位置に取り付けられた場合に、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ等が実装された側の裏面において、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ等が実装された箇所に相当する部分を覆うようになっている。

本実施の形態では、基板２２とヒートシンク２１との絶縁及び放熱を両立させるために、図４において絶縁用部材２６が詰められる隙間の寸法Ａ、すなわち絶縁用部材２６の厚みを最適化する。

絶縁用部材２６の厚みは、突起２７、２８の高さ、基板２２の反り、基板２２の熱変形及び突起２７、２８の平面度等の要素に左右される。本実施の形態では、絶縁用部材２６の厚みは、要求される絶縁を確保しつつ、確実に放熱が行われる程度の厚みを有していることが好ましい。

本実施の形態では、基板２２におけるグラウンド電位の領域に金属製のヒートシンク２１を当接させて固定すると共に、基板２２とヒートシンク２１との間で基板２２にヒートシンク２１が当接していない部分には厚みを最適化した絶縁用部材２６を挟んでいる。

かかる構成により、基板とヒートシンクとの絶縁及び基板に実装された素子の放熱を両立させた制御装置を提供することが可能となる。

１０・・・モータユニット、１１・・・シャフト、１２・・・ロータ、１３・・・上ケース、１４・・・ステータ、２０・・・制御装置としてのモータ駆動制御装置、２１・・・放熱部材としてのヒートシンク、２１Ａ・・・突起、２２・・・基板、２３・・・外部接続コネクタ、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ・・・電力供給端子、２５・・・接地領域としてのグラウンド電位領域、２６・・・絶縁用部材、２７、２８・・・突起、２９・・・固定ボルト、３１・・・マイコン、４０・・・インバータ回路、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆ・・・ＦＥＴ、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ・・・コンデンサ、４３・・・コイル、４４・・・逆接防止ＦＥＴ、５０・・・下ケース

Claims (7)

1. 発熱する素子及び接地端子を備えた回路が実装されると共に実装された回路の接地端子が接続される接地領域を備えた基板と、
   前記基板に固定される側の一部分を隆起させることで設けられ、頂部が接地領域と平行に当接して固定部材の底面部よりも大面積での面接触が可能な平面になった第１突起部と、前記第１突起部に対して十分に小さな面積を有する第２突起部とを備え、前記第１突起部及び前記第２突起部が前記接地領域に接触し、かつ前記第１突起部及び前記第２突起部以外の部分が前記基板と接触しない状態で前記基板に固定された際に、前記第１突起部に続く端部が前記基板から離間し、前記基板との間に空間を有すると共に、前記基板に固定される側と反対の側の前記第１突起部から前記端部に対応する位置に複数の放熱用突起部を有する金属製の放熱部材と、
   前記基板と前記放熱部材の前記基板に固定される側の前記第１突起部、前記第２突起部及び前記第１突起部から前記端部以外の部分との間に介在された絶縁部材と、
   を含む制御装置。
2. 前記放熱部材は、前記第１突起部に続く前記端部が前記基板から徐々に離間する傾斜状を呈する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記基板は、前記放熱部材が前記基板から離間し、前記基板との間に空間を有する箇所に対応する位置にコンデンサを備えた請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
4. 前記接地領域を、前記基板の前記回路が実装される面と反対の面に設けた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. ２の前記第１突起部及び２の前記第２突起部を、前記基板に固定される側の四隅に相当する部分の各々に設けた請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記絶縁部材の厚みを、所定の耐電圧を有し、かつ、前記素子が所定の温度以下になるように設定した請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記回路は、モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の制御装置。