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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinheit.
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Es ist eine elektronische Steuereinheit bekannt, welche einen Motorbetrieb steuert. Beispielsweise enthält die elektronische Steuereinheit der
JP 2014-154745 A eine zweite Metallplatte, die von einem Halbleitermodul absteht, ein zweites Teil bestimmter Form, das von einem Radiator in Richtung des Halbleitermoduls hervorsteht und ein zweites Wärmeleitbauteil, welches zwischen der zweiten Metallplatte und dem zweiten Teil bestimmter Form eingeschlossen ist.
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Wenn ein Abstrahlgel (Wärmeleitgel) in einem gesamten Abschnitt angeordnet wird, wo eine Mehrzahl elektronischer Bauteile angeordnet ist, wobei keine Untertrennung zwischen den elektronischen Bauteilen vorliegt, kann abhängig von dem Zustand des aufgebrachten Gels Luft in dem Abstrahlgel eingeschlossen werden, was die Abstrahlleistung verschlechtert. Weiterhin ist es notwendig, das Aufbringmuster speziell auszugestalten oder es kann notwendig sein, eine große Menge von Abstrahlgel zu verwenden, damit in dem Abstrahlgel keine Luft eingeschlossen ist.
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Die vorliegende Erfindung soll wenigstens einen dieser genannten Nachteile beseitigen. Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Steuereinheit zu schaffen, bei der die geeignete Anbringung eines Abstrahlbauteils ermöglicht ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine elektronische Steuereinheit geschaffen, welche ein Substrat, drei oder mehr Heizelemente, eine Wärmesenke, drei oder mehr Abstrahlbauteile und ein Spaltteil aufweist. Die drei oder mehr Heizelemente befinden sich auf dem Substrat. Die Wärmesenke ist vorgesehen, um Wärme von den drei oder mehr Heizelementen abzuführen. Jedes der drei oder mehr Abstrahlbauteile befindet sich zwischen einem entsprechenden der drei oder mehr Heizelemente und der Wärmesenke und ist in Entsprechung von einem von drei oder mehr Abstrahlbereichen vorgesehen. Jede der drei oder mehr Abstrahlbereiche enthält einen entsprechenden von Anordnungsabschnitten der drei oder mehr Heizelemente. Das Spaltteil ist in einem Bereich ausgebildet, der von den drei oder mehr Abstrahlbauteilen umgeben ist, von denen jedes mit einem entsprechenden der drei oder mehr Abstrahlbereiche versehen ist. Jedes der drei oder mehr Heizelemente liegt in einem entsprechenden der drei oder mehr Abstrahlbereiche. Keines der drei oder mehr Abstrahlbauteile befindet sich bei dem Spaltteil.
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 eine Draufsicht auf eine elektronische Steuereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine Draufsicht auf eine Substratfläche an einer Seite nahe einer Wärmesenke bei der ersten Ausführungsform;
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3 eine Schnittansicht entlang Linie III-A1-A2-A3-A4-III in 1;
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4A eine schematische Darstellung eines Abstrahlbereichs und eines Nichtabstrahlbereichs bei der ersten Ausführungsform;
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4B eine schematische Darstellung eines Abstrahlbereichs und eines Nichtabstrahlbereichs bei der ersten Ausführungsform;
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5A eine schematische Darstellung eines Aufbringverfahrens eines Abstrahlgels bei der ersten Ausführungsform;
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5B eine schematische Darstellung eines Aufbringverfahrens eines Abstrahlgels bei der ersten Ausführungsform;
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6 eine schematische Darstellung eines elektromotorischen Lenkunterstützungssystems gemäß der ersten Ausführungsform;
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7 den elektrischen Aufbau der elektronischen Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform;
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8 eine Draufsicht auf eine elektronische Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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9 eine Draufsicht auf eine Substratoberfläche an einer Seite nahe einer Wärmesenke bei der zweiten Ausführungsform;
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10 eine Schnittansicht entlang Linie X-B1-B2-B3-B4-X in 8;
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11 eine schematische Darstellung eines Abstrahlbereichs und eines Nichtabstrahlbereichs bei der zweiten Ausführungsform;
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12 den elektrischen Aufbau der elektronischen Steuereinheit der zweiten Ausführungsform;
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13A eine schematische Darstellung eines Abstrahlbereichs und eines Nichtabstrahlbereichs bei einer dritten Ausführungsform;
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13B eine schematische Darstellung eines Abstrahlbereichs und eines Nichtabstrahlbereichs bei einer dritten Ausführungsform; und
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14 eine schematische Darstellung eines Abstrahlbereichs bei einem Referenzbeispiel.
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Nachfolgend wird eine elektronische Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In den nachfolgenden Ausführungsformen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente und Ausbildungsbereiche mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine wiederholte Beschreibung erfolgt nicht.
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<Erste Ausführungsform>
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Eine erste Ausführungsform wird anhand der 1 bis 7 beschrieben. Wie in 6 gezeigt, ist eine elektronische Steuereinheit 1 der ersten Ausführungsform bei einem elektromotorischen Lenkunterstützungssystem 100 für ein Fahrzeug vorgesehen und steuert den Betrieb eines Motors 101, der entsprechend einem Lenkdrehmomentsignal, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal etc. ein Unterstützungsdrehmoment erzeugt, das den Lenkvorgang durch einen Fahrer unterstützt. Der Motor 101 ist bei der ersten Ausführungsform ein DC-Bürstenmotor. Die elektronische Steuereinheit 1 ist mit dem Motor 101 über einen Kabelbaum 103 in Verbindung und über einen Kabelbaum 104 mit einer Batterie 102.
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Wie in den 1 bis 3 gezeigt, enthält die elektronische Steuereinheit 1 ein Substrat 10, Schaltelemente 21 bis 24, einen Shuntwiderstand 25, Relais 41 und 42, Kondensatoren 51 bis 53, eine Spule 55, ein Steuerteil 60 (siehe 7), eine Wärmesenke 70 und ein Abstrahlgel (Wärmeleitgel, Wärmeleitpaste etc.) 79 als Abstrahlbauteil. In 3 sind die sich auf dem Substrat 10 befindlichen elektronischen Bauteile nicht schraffiert.
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Der Schaltkreisaufbau der elektronischen Steuereinheit 1 wird nachfolgend anhand von 7 beschrieben. Der Motor 101 ist in 7 aus Gründen der Einfachheit der Darstellung im Inneren der elektronischen Steuereinheit 1 gezeigt, wobei er sich tatsächlich außerhalb hiervon befindet. Gleiches trifft für 12 zu. Die Schaltelemente 21 bis 24 führen jeweils einen EIN/AUS-Betrieb unter Steuerung durch ein Steuersignal vom Steuerteil 60 durch. Das Steuerteil 60 steuert den EIN/AUS-Betrieb eines jeden der Schaltelemente 21 bis 24 und somit den Betrieb des Motors 101. Obgleich bei der ersten Ausführungsform die Schaltelemente 21 bis 24 jeweils ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sind, können die Schaltelemente auch durch bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT) gebildet sein.
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Die Schaltelemente 21 bis 24 sind in einer H-Brückenverbindung. Genauer gesagt, die Schaltelemente 21 und 23 sind seriell verbunden und die Schaltelemente 22 und 24 sind seriell verbunden. Die Schaltelemente 21 und 23 in Serienverbindung sind parallel zu den Schaltelementen 22 und 24 in Serienverbindung. Der Knoten der Schaltelemente 21 und 22 in Verbindung mit der Hochpotentialseite ist über ein Leistungsrelais 41 und die Spule 55 mit dem positiven Anschluss der Batterie 102 verbunden. Der Knoten der Schaltelemente 23 und 24 auf einer Niedrigpotentialseite ist über den Shuntwiderstand 25 mit dem negativen Anschluss der Batterie 102 verbunden. Zwischen dem Knoten der Schaltelemente 21 und 23 und dem Knoten der Schaltelemente 22 und 24 sind ein Motorrelais 42 und der Motor 101 angeschlossen. Bei der ersten Ausführungsform sind sowohl das Leistungsrelais 41 als auch das Motorrelais 42 mechanisch aufgebaut, sind also jeweils ein mechanisches Relais.
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Der Shuntwiderstand 25 erkennt einen am Motor 101 anliegenden Strom. Jeder der Kondensatoren 51 bis 53 ist beispielsweise ein Aluminiumelektrolytkondensator und ist parallel zur Batterie 102 geschaltet. Der Kondensator speichert eine elektrische Ladung und unterstützt damit die Energieversorgung der Schaltelemente 21 bis 24 und unterdrückt Störkomponenten, beispielsweise eine Stoßspannung. Die Spule 55 ist beispielsweise eine sogenannte Chalk-Spule und ist zwischen Batterie 102 und Leistungsrelais 41 geschaltet, um Störungen zu verringern.
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Das Steuerteil 60 enthält einen Mikrocomputer 61 und einen kundenspezifischen integrierten Schaltkreis IC 62 (siehe 1 bis 3). Jeder von Mikrocomputer 61 und IC 62 ist eine Halbleiterpackung mit CPU, ROM, RAM und I/O etc. Das Steuerteil 60 steuert die Betriebe der Relais 41 und 42 und der Schaltelemente 21 bis 24. Das Steuerteil 60 steuert jeden der Betriebe der Schaltelemente 21 bis 24 entsprechend Sensorsignalen, welche von verschiedenen Fahrzeugteilen kommen, und steuert damit eine Drehung des Motors 101.
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Wie in den 1 bis 3 gezeigt, befinden sich die Schaltelemente 21 bis 24, der Shuntwiderstand 25, die Relais 41 und 42, die Kondensatoren 51 bis 53, die Spule 55, der Mikrocomputer 61 und das IC 62 auf dem Substrat 10. Bei der ersten Ausführungsform hat das Substrat 10 eine erste Oberfläche 11 an einer Seite nahe der Wärmesenke 70 und eine zweite Oberfläche 12 an einer Seite entgegengesetzt zu der Seite nahe der Wärmesenke 70. Ein Verbinder oder Anschluss 3 zur Verbindung mit dem Motor 101 und der Batterie 102 ist an der zweiten Oberfläche 12 des Substrats 10 befestigt.
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Das Substrat 10 ist beispielsweise eine gedruckte Schaltkreiskarte, beispielsweise eine FR-4-Karte aus Glasfaser und Epoxyharz und hat annähernd Rechteckform. Das Substrat 10 weist Löcher oder Bohrungen 13 auf. Ein nicht dargestelltes Befestigungsbauteil, beispielsweise eine Schraube, ist in jeweils eine Öffnung 13 eingesetzt, um das Substrat 10 mit der Wärmesenke 70 zu verbinden. In der ersten Ausführungsform ist das Substrat 10 in zwei Bereiche unterteilt, nämlich einen Leistungsbereich Rp und einen Steuerbereich Rc, welche in den 1 und 2 durch eine Strichdoppelpunktlinie Lb voneinander abgeteilt sind.
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Die Schaltelemente 21 bis 24 und der Shuntwiderstand 25 befinden sich auf der ersten Oberfläche 11 des Leistungsbereichs Rp und das Leistungsrelais 41, das Motorrelais 42, die Kondensatoren 51 bis 53 und die Spule 55 befinden sich auf der zweiten Oberfläche 12 hiervon. Das IC 62 ist auf der ersten Oberfläche 11 des Steuerbereichs Rc angeordnet und der Mikrocomputer 61 auf der zweiten Oberfläche 12 hiervon.
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In der ersten Ausführungsform sind die Schaltelemente 21 bis 24, der Shuntwiderstand 25, die Relais 41 und 42, die Kondensatoren 51 bis 53 und die Spule 55, welche jeweils Leistungsbauteile sind, die einen hohen Strom ziehen, im Leistungsbereich Rp angeordnet und der Mikrocomputer 61 und das IC 62, welche jeweils ein Steuerbauteil sind, die keinen hohen Stromverbrauch haben, befinden sich im Steuerbereich Rc. Der Mikrocomputer 61 und das IC 62 sind nicht im Leistungsbereich Rp, sondern im Steuerbereich Rc angeordnet, sodass diese Steuerbauteile auch weniger durch Störungen beeinflusst sind, die durch den hohen Strom hervorgerufen werden, der den Leistungsbauteilen zugeführt wird, also beispielsweise den Schaltelementen 21 bis 24.
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Die Wärmesenke 70 hat im Wesentlichen annähernd Plattenform aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium. Die Schaltelemente 21 bis 24 und der Shuntwiderstand 25, die auf der ersten Oberfläche 11 des Substrats 10 angeordnet sind, befinden sich auf einem Abstrahlteil 71 der Wärmesenke 70, damit eine Wärmeabstrahlung über das Abstrahlgel 79 möglich ist. Bei der ersten Ausführungsform entsprechen die Schaltelemente 21 bis 24 und der Shuntwiderstand 25 „Heizelementen” und werden auch nachfolgend als „Heizelemente 21 bis 25” bezeichnet.
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Das Abstrahlgel (Wärmeleitgel, Wärmeleitpaste) 79 ist auf das Abstrahlteil 71 der Wärmesenke 70 punkt- oder linienförmig aufgebracht und wird dann zwischen der Wärmesenke 70 und dem Substrat 10 eingeschlossen, wobei es sich über einen Bereich entsprechend dem Aufbringmuster verteilt oder ausbreitet. Der Begriff „punktförmiger Auftrag” bedeutet, dass jede Aufbringung des Abstrahlgels durch einen Dispenser oder dergleichen durchgeführt wird, der sich über einer Aufbringoberfläche bewegt, wobei das Aufbringmuster des Abstrahlgels 79 grob kreisförmig und nicht exakt punktförmig ist. Der Begriff „linienförmige Aufbringung” bedeutet, dass jede Aufbringung mit einem Dispenser oder dergleichen durchgeführt wird, der bezüglich der Aufbringoberfläche bewegt wird, wobei das Aufbringmuster des Abstrahlgels 79 nicht exakt linienförmig sein muss. Wenn beispielsweise das Abstrahlgel mit einem Dispenser oder dergleichen aufgebracht wird, der geradlinig bewegt wird, wird das Abstrahlgel in einem annähernd ovalen Muster aufgebracht. Die geradlinige Aufbringung kann nicht nur in einem geradlinigen Muster durchgeführt werden, sondern beispielsweise auch in einem Bogenmuster.
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Wenn das Substrat 10 mit der Wärmesenke 70 zusammengebaut wird, wird das Abstrahlgel 79, das auf die Wärmesenke 70 aufgebracht worden ist, zwischen der Wärmesenke 70 und dem Substrat 10 eingeschlossen und breitet sich somit über einen Bereich entsprechend dem Aufbringmuster und entsprechend dem Betrag oder der Menge des aufgebrachten Gels aus. Genauer gesagt, wenn das Abstrahlgel 79 in einem Punktmuster aufgebracht worden ist, breitet es sich annähernd kreisförmig zwischen dem Substrat 10 und der Wärmesenke 70 aus. Ein in einem geraden Muster oder einer Linie aufgebrachtes Abstrahlgel 79 breitet sich in einem elliptischen oder ovalen Bereich zwischen dem Substrat 10 und der Wärmesenke 70 aus. Eine größere Menge an aufgebrachtem Abstrahlgel 79 vergrößert den Verteilungsbereich des Abstrahlgels 79 zwischen dem Substrat 10 und der Wärmesenke 70. Bei der ersten Ausführungsform wird das Abstrahlgel 79 soweit aufgebracht, dass es sich über Abstrahlbereiche H21 bis H25 entsprechend den jeweiligen Heizelementen 21 bis 25 ausbreitet oder verteilt.
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Das Layout der Heizelemente 21 bis 25 und des Abstrahlgels 79 werden nachfolgend beschrieben. Wenn das Abstrahlgel über den gesamten Abstrahlbereich H20, der die Heizelemente 21 bis 25 enthält, verteilt wird, wie in dem Referenzbeispiel von 14 gezeigt, kann Luft in dem Abstrahlgel abhängig von dem Zustand des aufgebrachten Gels eingeschlossen werden, sodass sich Lufteinschlüsse in dem Gel bilden können. Wenn ein derartiger Lufteinschluss direkt unterhalb eines der Schaltelemente 21 bis 24 vorhanden ist, wird die Abstrahlleistung verschlechtert. Es ist daher notwendig, ein spezielles Aufbringverfahren zu gestalten oder eine große Menge an Gel zu verwenden, um die Ausbildung von Lufteinschlüssen an nicht gewollten Abschnitten zu unterbinden, was zu einer großen Zahl von Herstellungsschritten und hohen Kosten führt.
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Bei der ersten Ausführungsform wird daher ein Bereich, der nicht zur Wärmeabstrahlung beiträgt, vorab als Nichtabstrahlbereich festgelegt und in diesem Nichtabstrahlbereich wird kein Abstrahlgel 79 aufgebracht. Mit anderen Worten, der Nichtabstrahlbereich ist ein Raum, der Luft enthalten kann oder darf. Das Layout des Abstrahlgels 79 wird nun anhand der 4A, 4B, 5A und 5B beschrieben. Die 4A, 4B und die 5A, 5B zeigen schematisch Abschnitte, welche jeweils eine Abstrahlung von den Heizelementen 21 bis 25 in das Substrat 10 bzw. die Wärmesenke 70 betreffen, wobei diese Abschnitte nicht notwendigerweise den Anbringabschnitten für die Heizelemente von 2 entsprechen müssen.
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Wie in den 4A und 4B gezeigt, enthält der Abstrahlbereich H21 einen Bereich, wo sich das Schaltelement 21 befindet, und trägt zur Wärmeabstrahlung von dem Schaltelement 21 bei. Auf ähnliche Weise enthalten die Abstrahlbereiche H22 bis H24 Bereiche, wo sich die Schaltelemente 22 bis 24 befinden und tragen zur Wärmeabstrahlung von den jeweiligen Schaltelementen 22 bis 24 bei. In jedem der Abstrahlbereiche H21 bis H24 befindet sich das Abstrahlgel 79.
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Wie in 5A gezeigt, wird das Abstrahlgel 79 in einem Punktmuster annähernd mittig eines Abschnitts aufgebracht, wo jedes der Schaltelemente 21 bis 24 auf der Wärmesenke 70 angeordnet wird. Die Menge an aufgebrachtem Abstrahlgel 79 ist so gewählt, dass sich das Abstrahlgel 79 über die Abstrahlbereiche H21 bis H24 ausbreitet, wobei ein Spaltteil (Leerraum) 81 verbleibt. Wenn das Substrat 10 mit der Wärmesenke 70 zusammengebaut wird, wie in 5B gezeigt, wird das Abstrahlgel 79 zwischen der Wärmesenke 70 und dem Substrat 10 eingeschlossen und breitet sich annähernd in Kreisform über die Abstrahlbereiche H21 bis H24 aus. In der ersten Ausführungsform wird, da die Abstrahlbereiche H21 bis H24 zueinander im Wesentlichen identisch sind, der Spaltteil 81 annähernd mittig der Abstrahlbereiche H21 bis H24 gebildet. Wenn die Abstrahlbereiche H21 bis H24, welche den Spaltteil 81 umgeben, die gleiche Form haben, liegt der Spaltteil 81 in der Mitte zwischen den Abstrahlbereichen H21 bis H24. Jedoch liegt der Spaltteil 81 nicht immer mittig, was von der Form oder der Fläche eines jedes Abstrahlbereichs abhängt und kann an jedem gewünschten Ort vorgesehen werden, in dem die Menge an aufgebrachtem Gel und/oder das Aufbringmuster entsprechend gewählt wird.
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Wie in den 4A und 4B gezeigt, wird bei der ersten Ausführungsform ein Abschnitt, der ein Nichtabstrahlbereich N1 wird, welcher nicht aktiv zur Wärmeabstrahlung von den Schaltelementen 21 bis 24 beiträgt, vorab festgesetzt und eine Bauteilanordnungslinie S1 wird so festgesetzt, dass der Nichtabstrahlbereich N1 in dem luftgefüllten Spaltteil 81 zu liegen kommt. Wenn die Abstrahlbereiche H21 bis H24 die gleiche Kreisform haben, hat die Bauteilanordnungslinie S1 eine Kreisform. Die Anordnungsabschnitte für die Schaltelemente 21 bis 24 auf dem Substrat 10 werden so festgesetzt, dass sich die Schaltelemente 21 bis 24 auf der Bauteilanordnungslinie S1 befinden. Das Abstrahlgel 79 wird annähernd mittig auf jedes der Schaltelemente 21 bis 24 aufgebracht und das Substrat 10 wird mit der Wärmesenke 70 zusammengebaut, sodass sich das Abstrahlgel 79 über die Abstrahlbereiche H21 bis H24 ausbreitet und verteilt. Der Spaltteil 81 wird in dem Abschnitt ausgebildet, der von den Abstrahlbereichen H21 bis H24 umgeben wird, über die sich das Abstrahlgel 79 verteilt hat. Der Spaltteil 81 ist ein Raum, der innerhalb der Bauteilanordnungslinie S1 liegt und hat eine Außenkante oder Randlinie, welche von dem Abstrahlgel 79 gebildet ist.
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Wie in 4B gezeigt, enthält der Abstrahlbereich H25 einen Bereich, in welchem sich der Shuntwiderstand 25 befindet und trägt zur Wärmeabstrahlung vom Shuntwiderstand 25 mit dem hierin angeordneten Abstrahlgel 79 bei. Bei der ersten Ausführungsform hat der Abstrahlbereich H25 eine elliptische Form. Ein Nichtabstrahlbereich N2 ist ein Abschnitt, der nicht aktiv zur Wärmeabstrahlung von den Abstrahlbereichen H21, H22 und H25 beiträgt. Da der Abstrahlbereich H25 die elliptische Form hat, hat eine Bauteilanordnungslinie S2 um den Nichtabstrahlbereich N2 herum ebenfalls eine elliptische Form. Wenn die Bauteilanordnungslinie S2 durch die Hauptachse der Ellipse halbiert wird, befindet sich der Shuntwiderstand 25 auf einer Seite, wohingegen die Schaltelemente 21 und 22 an der anderen Seite angeordnet sind. Wenn folglich das Substrat 10 mit der Wärmesenke 70 zusammengebaut wird, breitet sich das Abstrahlgel 79 über die Abstrahlbereiche H21, H22 und H25 aus. Ein Spaltteil 82 ist in dem Abschnitt ausgebildet, der von den Abstrahlbereichen H21, H22 und H25 umgeben wird, wo sich das Abstrahlgel 79 ausgebreitet hat. Der Spaltteil 82 ist ein Raum, der innerhalb der Bauteilanordnungslinie S2 liegt und der eine Außenkante hat, die vom Abstrahlgel 79 definiert ist.
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Da sich das Abstrahlgel 79 nicht in jeden der Spaltteile 81 und 82 ausbreitet, ist in jedem Spaltteil ein Abschnitt für ein Luftreservoir oder einen Lufteinschluss vorhanden. Mit anderen Worten, man kann erkennen, dass bei der ersten Ausführungsform ein Lufteinschluss absichtlich in jedem der Nichtabstrahlbereiche N1 und N2 vorgesehen wird, um die Ausbildung eines Lufteinschlusses in jedem der Abstrahlbereiche H21 bis H25, welche zur Wärmeabstrahlung beitragen, zu unterbinden. Dies unterdrückt eine Verschlechterung der Abstrahlleistung aufgrund der Ausbildung von Lufteinschlüssen in jedem der Abstrahlbereiche H21 bis H25. Obgleich die 4A und 4B jeweils separat die Abstrahlbereiche H21 bis H25 zeigen, die einander überlappend sind, um die Beschreibung zu vereinfachen, breitet sich das Abstrahlgel 79, das zwischen dem Substrat 10 und der Wärmesenke 70 eingeschlossen ist, tatsächlich als ein Körper über einen Abschnitt aus, der durch die Strichpunktlinie umschlossen ist. Gleiches gilt für die 11 und 13.
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Wie in den 1 bis 4A und 4B gezeigt, ist in dem Abschnitt der Wärmesenke 70 entsprechend dem Spaltteil 81 ein Sitzteil 74 vorhanden. Das Sitzteil 74 steht in dem Abstrahlteil 71 in Richtung des Substrates 10 von der Wärmesenke 70 vor, um in Kontakt mit der ersten Oberfläche 11 des Substrats 10 zu sein. Das Sitzteil 74 wird abhängig von der Form der Wärmesenke 70 mit einer Höhe ausgebildet, bei der die Heizelemente 21 bis 25 nicht in Kontakt mit der Wärmesenke 70 sind, wohingegen das Substrat 10 in Kontakt mit dem Sitzteil 74 ist. Wenn das Abstrahlteil 71 eine gleichförmige Höhe wie in der ersten Ausführungsform hat, ist das Sitzteil 74 mit größerer Höhe als die Höhe eines jeden der Heizelemente 21 bis 25 ausgebildet. Dies vermeidet einen Kurzschluss aufgrund eines Kontaktes zwischen den Heizelementen 21 bis 25 und der Wärmesenke 70. In dem Abschnitt entsprechend dem Spaltteil 82 zwischen dem Schaltelement 21, dem Schaltelement 22 und dem Shuntwiderstand 25 ist kein Sitzteil vorhanden.
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Ein Positionierstift 75 steht von dem Sitzteil 74 in Richtung Substrat 10 vor. Das Substrat 10 hat eine Positionieröffnung 15 an einer Stelle entsprechend dem Positionierstift 75. Wenn das Substrat 10 mit der Wärmesenke 70 zusammengebaut wird, wird der Positionierstift 75 in die Positionieröffnung 15 eingeführt. Dies vermeidet eine Fehlausrichtung zwischen Substrat 10 und Wärmesenke 70 während des Zusammenbaus von Substrat 10 und Wärmesenke 70, was den Zusammenbau vereinfacht. Wenn das Substrat 10 mit der Wärmesenke 70 zusammengebaut wird, kann der Positionierstift 75 vom Substrat 10 isoliert sein oder er kann mit einem Massemuster des Substrats 10 verbunden werden. Die 4A und 4B zeigten den Positionierstift 75 und die Positionieröffnung 15 nicht. Gleiches gilt für 11.
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Bei der ersten Ausführungsform ist das Sitzteil 74 im Spaltteil 81 vorgesehen, um effektiv den Raum für den Spaltteil 81 auszunutzen. Das Abstrahlgel 79 kann sich bis zum Sitzteil 74 ausbreiten, sodass der Spaltteil 81 abhängig von der Menge des aufgebrachten Abstrahlgels 79 und von der Größe des Sitzteils 74 keine Luftkammer oder kein Luftreservoir hat. Genauer gesagt, obgleich der Spaltteil 81 ein Raum ist, der eine Außenkante hat, die von dem Abstrahlgel 79 umgeben ist und der das Luftreservoir enthalten oder bilden kann, muss, wenn ein Bauteil anders als das Abstrahlgel 79 im Spaltteil 81 zu liegen kommt, der Spaltteil 81 nicht notwendigerweise ein Luftreservoir enthalten.
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Wie oben beschrieben, enthält die elektronische Steuereinheit 1 der ersten Ausführungsform das Substrat 10, drei oder mehr Heizelemente 21 bis 25, die Wärmesenke 70 und das Abstrahlgel 79. Die Heizelemente 21 bis 25 sind auf dem Substrat 10 angeordnet. Die Wärmesenke 70 ist so angeordnet, dass eine Wärmeabstrahlung von den Heizelementen 21 bis 25 ermöglicht ist.
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Das Abstrahlgel 79 liegt zwischen den jeweiligen Heizelementen 21 bis 25 und der Wärmesenke 70 in den Abstrahlbereichen H21 bis H25, welche die Anordnungsabschnitte für die Heizelemente 21 bis 25 enthalten. Jeder der Spaltteile 81 und 82 ohne das Abstrahlgel 79 darin ist in dem Abschnitt ausgebildet, der von den Abstrahlbereichen H21 bis H25 entsprechend den drei oder mehr Heizelementen 21 bis 25 umgeben ist.
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Bei der ersten Ausführungsform sind die Nichtabstrahlbereiche N1 und N2, wo keine Wärmeabstrahlung von den Heizelementen 21 bis 25 stattfindet, absichtlich als die Spaltteile 81 und 82 ohne das Abstrahlgel 79 darin vorgesehen. Dies unterdrückt die Ausbildung von Lufteinschlüssen in jedem der Abstrahlbereiche H21 bis H25. Folglich wird das Abstrahlgel 79 geeignet angeordnet oder aufgebracht und damit ist es möglich, eine Verschlechterung der Abstrahlleistung aufgrund von Lufteinschlüssen in jedem der Abstrahlbereiche H21 bis H25 zu unterdrücken. Zusätzlich ist es möglich, den Verbrauch von Abstrahlgel 79 zu verringern und die Anzahl von Schritten zu verringern, die zum Aufbringen des Abstrahlgels 79 notwendig sind, verglichen mit dem Fall, bei dem das Abstrahlgel 79 über die gesamte Fläche hinweg aufgebracht wird.
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Das Sitzteil 74, das an der Wärmesenke 70 angeordnet oder ausgebildet ist, steht in Richtung Substrat 10 vor, um in Kontakt mit der ersten Oberfläche 11 des Substrats 10 an einer Seite nahe der Wärmesenke 70 zu sein. Die Heizelemente 21 bis 25 sind jeweils von der Wärmesenke 70 beabstandet, wenn das Sitzteil 74 in Kontakt mit der ersten Oberfläche 11 des Substrats 10 ist. Das Substrat 10 in Kontakt mit dem Sitzteil 74 vermeidet einen Kontakt zwischen der Wärmesenke 70 und jedem der Heizelemente 21 bis 25 an der ersten Oberfläche 11 des Substrats 10, sodass Kurzschlüsse hier unterbunden sind. Die Ausbildung des Sitzteils 74 im Spaltteil 81 erlaubt, dass der Raum für das Spaltteil 81 wirksam ausgenutzt wird.
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Die Wärmesenke 70 weist den Positionierstift 75 auf, der in dem Abschnitt für den Spaltteil 81 in Richtung Substrat 10 vorsteht. Das Substrat 10 hat die Positionieröffnung 15, in welche der Positionierstift 75 einführbar ist. Der Positionierstift 75 steht von dem Sitzteil 74 vor. Folglich wird das Substrat 10 bezüglich der Wärmesenke 70 korrekt ausgerichtet und kann somit einfach mit der Wärmesenke 70 zusammengebaut werden. Die Heizelemente 21 bis 25 sind an der ersten Oberfläche 11 des Substrats 10 an der Seite nahe der Wärmesenke 70 angeordnet. Folglich kann Wärme von den Heizelementen 21 bis 25 wirksam auf die Wärmesenke 70 verglichen zu dem Fall abgegeben werden, wo die Heizelemente 21 bis 25 an der zweiten Oberfläche 12 des Substrats 10 angeordnet sind, sodass die Wärme über das Substrat 10 abgegeben werden muss.
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<Zweite Ausführungsform>
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Eine zweite Ausführungsform ist in den 8 bis 12 gezeigt. Bei der ersten Ausführungsform sind das Leistungsrelais 41 und das Motorrelais 42 jeweils ein mechanisches Relais. Wie in den 9 und 12 gezeigt, verwendet eine elektronische Steuereinheit 2 der zweiten Ausführungsform als Leistungsrelais 43 und 44 und Motorrelais 45 und 46 Halbleiterelemente. Obgleich die Relais 43 bis 46 wie die Schaltelemente 21 bis 24 jeweils MOSFETs sind, können die Relais auch als IGBTs oder dergleichen ausgeführt sein.
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Wie in den 8, 9 und 10 gezeigt, sind die Relais 43 bis 46 in dem Leistungsbereich Rp der ersten Oberfläche 11 des Substrats 10 angeordnet. Die Relais 43 bis 46 sind so angeordnet, dass eine Wärmeabstrahlung auf die Wärmesenke 70 über das Abstrahlgel (Wärmeleitgel, Wärmeleitpaste) 79 möglich ist. Bei der zweiten Ausführungsform entsprechen die Schaltelemente 21 bis 24, der Shuntwiderstand 25 und die Relais 43 bis 46 den „Heizelementen” gemäß der Erfindung, also wärmeerzeugenden Elementen, wie bei der ersten Ausführungsform.
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Wie in 11 gezeigt, enthält ein Abstrahlbereich H43 einen Bereich, wo das Leistungsrelais 43 angeordnet ist und trägt zur Wärmeabstrahlung vom Leistungsrelais 43 bei. Ein Abstrahlbereich H44 enthält einen Bereich, wo sich das Leistungsrelais 44 befindet und trägt zur Wärmeabstrahlung vom Leistungsrelais 44 bei. Ein Abstrahlbereich H45 enthält einen Bereich, wo das Motorrelais 45 angeordnet ist und trägt zur Wärmeabstrahlung vom Motorrelais 45 bei. Ein Abstrahlbereich H46 enthält einen Bereich, in welchem das Motorrelais 46 angeordnet ist und trägt zur Wärmeabstrahlung vom Motorrelais 46 bei.
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Da bei der zweiten Ausführungsform das Abstrahlgel 79 in einem Punktmuster in jedem der Abstrahlbereiche H43 bis H46 angeordnet ist, hat jeder Abstrahlbereich eine Kreisform. Ein Spaltteil 83 ist in dem Abschnitt ausgebildet, der von dem Abstrahlgel 79 umgeben ist, welches über die Abstrahlbereiche H43 bis H46 aufgebracht wurde. Eine Bauteilanordnungslinie S3 ist um einen Nichtabstrahlbereich N3 in Kreisform so festgesetzt, dass sich der Nichtabstrahlbereich N3 innerhalb des Spaltteils 83 befindet. Die Relais 43 bis 46 liegen auf Bauteilanordnungslinie S3.
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Ein Spaltteil 84 ist in dem Abschnitt ausgebildet, der von dem Abstrahlgel 79 umgeben wird, das auf die Abstrahlbereiche H21, H23, H44 und H46 aufgebracht wurde. Innerhalb des Spaltteils 84 befindet sich ein Nichtabstrahlbereich N4. Wie bei den Spaltteilen 81 und 82 sind die Spaltteile 83 und 84 jeweils ein Bereich, der ein Luftreservoir oder eine Luftkammer enthalten kann oder darf. Bei der zweiten Ausführungsform sind das Sitzteil 74 und der Positionierstift 75 jeweils zweigeteilt, d. h. liegen in den Spaltteilen 81 und 83. Dieser Aufbau liefert gleiche oder ähnliche Effekte wie bei der ersten Ausführungsform.
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<Dritte Ausführungsform>
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Eine dritte Ausführungsform ist in den 13A und 13B gezeigt. Die 13A und 13B zeigen Schaltelemente 91 bis 96, welche auf dem Substrat 10 angeordnet sind, wobei andere Bauteile weggelassen sind. Der Motor bei der dritten Ausführungsform ist ein dreiphasiger bürstenloser Motor. Die sechs Schaltelemente 91 bis 96 befinden sich auf der ersten Oberfläche 11 des Substrats 10. Die Schaltelemente 91 bis 96 sind zwischen dem Motor und einer Batterie (jeweils nicht gezeigt) angeschlossen und wandeln Leistung der Batterie in einen dreiphasigen Wechselstrom, der dann dem Motor zugeführt wird.
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Abstrahlbereiche H91 bis H96 enthalten Bereiche, in denen sich die Schaltelemente 91 bis 96 befinden und tragen zur Wärmeabstrahlung von den Schaltelementen 91 bis 96 bei. Da bei der dritten Ausführungsform das Abstrahlgel 79 in einem Punktmuster in jedem der Abstrahlbereiche H91 bis H96 aufgebracht ist, hat jeder Abstrahlbereich eine Kreisform. Wie in 13A gezeigt, ist ein Spaltteil 85 in dem Abschnitt gebildet, der vom Abstrahlgel 79 eingefasst ist, welches über die Abstrahlbereiche H91, H92, H94 und H95 aufgebracht worden ist. Eine Bauteilanordnungslinie S5 hat um einen Nichtabstrahlbereich N5 herum eine Kreisform derart, dass der Nichtabstrahlbereich N5 innerhalb des Spaltteils 85 liegt. Ein Spaltteil 86 ist in dem Abschnitt ausgebildet, der vom Abstrahlgel 79 eingefasst ist, welches über die Abstrahlbereiche H92, H93, H95 und H96 aufgebracht wurde. Eine Bauteilanordnungslinie S6 verläuft in Kreisform um einen Nichtabstrahlbereich N6 herum derart, dass der Nichtabstrahlbereich N6 innerhalb des Spaltteils 86 liegt. Die Schaltelemente 91 bis 96 liegen auf den Bauteilanordnungslinien S5 und S6.
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Wie in 13B gezeigt, kann durch das Abstrahlgel 79, das auf die Abstrahlbereiche H91 bis H96 aufgebracht worden ist, ein Spaltteil 87 gebildet werden. In diesem Fall ist eine Bauteilanordnungslinie S7 in Kreisform um einen Nichtabstrahlbereich N7 herum so festgesetzt, dass sich der Nichtabstrahlbereich N7 innerhalb des Spaltteils 87 befindet und die Schaltelemente 91 bis 96 liegen auf der Bauteilanordnungslinie S7. Obgleich in den 13A und 13B nicht gezeigt, können das Sitzteil 74 und der Positionierstift 75 in jedem der Spaltteile 85 bis 87 vorgesehen werden, wohingegen die Positionieröffnung 15 in einem Abschnitt des Substrats 10 entsprechend dem Positionierstift 75 vorgesehen ist. Dieser Aufbau liefert gleiche oder ähnliche Effekte wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform.
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Abwandlungen der obigen Ausführungsform sollen nachfolgend noch kurz erläutert werden.
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(A) Heizbauteil
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Heizbauteil oder Heizelement (im Betrieb Wärme erzeugendes Element) ein Schaltelement oder ein Shuntwiderstand. In einer Abwandlung kann das Heizelement ein elektronisches Bauteil sein, welches auf einem Substrat angeordnet ist und welches kein Schaltelement oder kein Shuntwiderstand ist. In den obigen Ausführungsformen befindet sich das Schaltelement oder der Shuntwiderstand als das Heizelement auf der Substratoberfläche auf der Seite nahe der Wärmesenke. Bei einer Abwandlung kann das Heizelement an einer Substratoberfläche angeordnet sein, die die entgegengesetzte Seite zu der Seite ist, die der Wärmesenke nahe ist oder zu dieser zeigt.
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(B) Abstrahlbauteil
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In den obigen Ausführungsformen ist das Abstrahlbauteil das Abstrahlgel oder die Wärmeleitpaste. In einer Abwandlung kann das Abstrahlbauteil jegliches Bauteil sein, das die Eigenschaft hat, sich über einen Abstrahlbereich hinweg auszubreiten und zu verteilen, wenn es zwischen dem Substrat und der Wärmesenke eingeschlossen wird, um dann Wärme von dem Heizelement auf die Wärmesenke zu übertragen. In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Spaltteil ein Abschnitt, der von dem Abstrahlgel umgeben oder eingefasst ist, welches entsprechend den drei, vier oder sechs Heizelementen aufgebracht worden ist. Bei einer Abwandlung kann die Anzahl von Heizelementen, welche dem Spaltteil umgebend angeordnet sind, jede beliebige Anzahl von drei oder mehr sein. In der ersten Ausführungsform wird das Abstrahlbauteil auf der Wärmesenke vorgesehen und liegt zwischen dem Substrat und der Wärmesenke, nachdem das Substrat mit der Wärmesenke zusammengebaut worden ist. Bei einer Abwandlung kann das Substrat mit der Wärmesenke zusammengebaut werden, wobei das Abstrahlbauteil auf die Substratseite aufgebracht wird (genauer gesagt auf einen Substratabschnitt, der das hieran angeordnete Abstrahlelement hat).
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(C) Wärmesenke
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Sitzteil einteilig mit dem Positionierstift versehen. Bei einer Abwandlung kann das Sitzteil separat vom Positionierstift ausgebildet sein und Sitzteil und Positionierstift können im gleichen Spaltteil ausgebildet sein oder können separat zueinander in unterschiedlichen Spaltteilen vorgesehen werden. Wenigstens entweder das Sitzteil oder der Positionierstift kann auch weggelassen werden. In den oben beschriebenen Ausführungsformen hat die Wärmesenke ein flaches Abstrahlteil. Bei einer Abwandlung kann das Abstrahlteil der Wärmesenke auch eine abgestufte Höhe insoweit haben, als sich das Abstrahlbauteil über den Abstrahlbereich hinweg ausbreiten kann, beispielsweise in Form einer Vertiefung entsprechend der Form des Schaltelements. Bei bestimmten Formen des Schaltelements, beispielsweise wenn die Vertiefung entsprechend der Form des Schaltelements vorgesehen ist, kann die Höhe des Sitzteils niedriger als diejenige des Schaltelements innerhalb eines Bereichs gemacht werden, bei dem das Schaltelement nicht in Kontakt mit der Wärmesenke ist.
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(D) Substrat
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In den obigen Ausführungsformen ist das Substrat in den Leistungsbereich und den Steuerbereich unterteilt. Die Schaltelemente, der Shuntwiderstand, die Kondensatoren und die Spule sind im Leistungsbereich angeordnet und der Mikrocomputer und der IC befinden sich im Steuerbereich. Bei einer Abwandlung ist das Substrat nicht in den Leistungsbereich und den Steuerbereich unterteilt. Die elektronischen Bauteile können in jeglichem Abschnitt auf einer oder beiden Oberflächen des Substrats angeordnet sein. Weitere Bauteile können auf dem Substrat vorgesehen werden.
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(E) Elektronische Steuereinheit
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen steuert die elektronische Steuereinheit einen Motorbetrieb und ist mit dem Motor über einen Kabelbaum oder dergleichen verbunden. Bei einer Abwandlung kann die elektronische Steuereinheit einteilig mit dem Motor ausgebildet sein. In den obigen Ausführungsformen wird die elektronische Steuereinheit im Zusammenhang mit einem elektromotorischen Lenkunterstützungssystem verwendet. In Abwandlungen ist die elektronische Steuereinheit nicht in Verbindung mit einem elektromotorischen Lenkunterstützungssystem vorgesehen, sondern für die Steuerung von Motorbetrieben in anderen Systemen oder zur Steuerung einer anderen Vorrichtung als einem Motor. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und kann im Rahmen der Ansprüche auf verschiedene Arten abgewandelt werden.
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Die wesentlichen Eigenschaften der elektronischen Steuereinheit 1 oder 2 gemäß obiger Ausführungsformen sind demnach wie folgt: Die elektronische Steuereinheit 1, 2 enthält das Substrat 10, drei oder mehr Heizelemente 21–25, 43–46, 91–96, die Wärmesenke 70, drei oder mehr Abstrahlbauteile 79 und den Spaltteil 81–87. Die drei oder mehr Heizelemente 21–25, 43–46, 91–96 sind auf dem Substrat 10 angeordnet. Die Wärmesenke 70 ist in der Lage, Wärme von den drei oder mehr Heizelementen 21–25, 43–46, 91–96 abzuführen. Jedes der drei oder mehr Abstrahlbauteile 79 befindet sich zwischen einem entsprechenden der drei oder mehr Heizelemente 21–25, 43–46, 91–96 und der Wärmesenke 70 und ist in einem entsprechenden der drei oder mehr Abstrahlbereiche H21–H25, H43–H46, H91–H96 angeordnet. Jeder der drei oder mehr Abstrahlbereiche H21–H25, H43–H46, H91–H96 enthält einen entsprechenden von Anordnungsabschnitten für die drei oder mehr Heizelemente 21–25, 43–46, 91–96. Der Spaltteil 81–87 ist in einem Bereich ausgebildet, der von den drei oder mehr Abstrahlbauteilen 79 umgeben ist, von denen jeder mit einem entsprechenden der drei oder mehr Abstrahlbereiche H21–H25, H43–H46, H91–H96 versehen ist. Jedes der drei oder mehr Heizelemente 21–25, 43–46, 91–96 liegt in einem entsprechenden der drei oder mehr Abstrahlbereiche H21–H25, H43–H46, H91–H96. Keines der drei oder mehr Abstrahlbauteile 79 befindet sich in einem der Spaltteile 81–87.
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Bei den vorliegenden Ausführungsformen wird ein Nichtabstrahlbereich N1–N7, der nicht zur Wärmeabstrahlung von einem Heizelement 21–25, 43–46, 91–96 beiträgt, absichtlich in Form des Spaltteils 81–87 ohne Abstrahlbauteile 79 vorgesehen, was die Ausbildung von Lufteinschlüssen in den Abstrahlbereichen H21–H25, H43–H46, H91–H96 unterbindet. Folglich wird das Abstrahlbauteil 79 korrekt angeordnet und es ist möglich, eine Verschlechterung der Wärmeabstrahlleistung aufgrund von Lufteinschlüssen im Abstrahlbereich H21–H25, H43–H46, H91–H96 zu unterbinden.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf Ausführungsformen hiervon beschrieben, wobei sich versteht, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen und deren Konstruktionen beschränkt ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist, ist eine Vielzahl von Modifikationen und Abwandlungen möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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