JP2015050276A - 電子制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱を効率よく確実に放熱することができる電子制御装置を提供する。【解決手段】基板30には、上流側スイッチング素子群101、103、105の電気配線111a、111b、111cを共通化した第1の配線パターン111と、下流側スイッチング素子群102、104、106の電気配線112a、112b、112cを共通化した第2の配線パターン112と、が形成され、第1の配線パターン111及び第2の配線パターン112の少なくとも一方が、ベタパターンである。【選択図】図3

Description

本発明は、電子制御装置に関し、特に、電動モータ等の被駆動機器の駆動を制御する電子制御装置に関する。
近年、自動車等の車両に搭載された電動モータを、モータ駆動回路により駆動制御する電子制御装置が提案されている。
かかる状況において、特許文献1は、モータの駆動を制御する電子制御装置に関し、モータ駆動回路であるH型ブリッジ回路の複数のスイッチング素子を基板に実装する構成を開示する。詳しくは、特許文献1が開示する構成では、各スイッチング素子を実装した基板の回路パターンの間に、スイッチング素子で生ずる熱の伝導を抑制する熱伝導抑制部が設けられている。このように熱伝導抑制部を設けることにより、H型ブリッジ回路におけるスイッチング素子間の熱干渉を低減することができる。
特開2011−23593号公報
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献1の構成では、駆動回路を動作させる際の条件や環境によっては、各スイッチング素子で生じた熱が熱伝導抑制部により充分に拡散されないため、スイッチング素子の周辺の温度が却って局所的に上昇してしまい、スイッチング素子間に熱干渉が発生する可能性があることが判明した。
つまり、現状では、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱を効率よく確実に放熱できる新規な構成の電子制御装置の実現が待望された状況にある。
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱を効率よく確実に放熱することができる電子制御装置を提供することを目的とする。
以上の目的を達成すべく、本発明は、複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子の通電状態を切り替えることにより電動モータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を実装する基板と、を備えた前記電動モータを駆動制御する電子制御装置において、前記複数のスイッチング素子は、前記駆動回路の電気的に上流側に設けられると共に、前記基板の一方の実装面に実装される上流側スイッチング素子群と、前記駆動回路の電気的に下流側に設けられると共に、前記基板の前記一方の実装面の裏面である他方の実装面に実装される下流側スイッチング素子群と、を構成し、前記基板には、前記上流側スイッチング素子群の電気配線を共通化した第1の配線パターンと、前記下流側スイッチング素子群の電気配線を共通化した第2の配線パターンと、が形成され、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンの少なくとも一方が、ベタパターンであることを第1の局面とする。
また本発明は、かかる第1の局面に加えて、前記第1の配線パターンは、前記基板の前
記一方の実装面に形成される一方で、前記第2の配線パターンは、前記基板の前記他方の実装面に形成され、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンの双方は、ベタパターンであることを第2の局面とする。
また本発明は、かかる第2の局面に加えて、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンは、前記基板を介して前記基板に直交する方向で重なり合うことを第3の局面とする。
また本発明は、かかる第1から第3のいずれかの局面に加えて、前記上流側スイッチング素子群及び前記下流側スイッチング素子群の一方に含まれるスイッチング素子は、前記ベタパターン上に載置されることを第4の局面とする。
また本発明は、かかる第1から第4の局面のいずれかの局面に加えて、前記複数のスイッチング素子の各々は、前記基板を介して前記基板に直交する方向で重なり合わないように偏位されたことを第5の局面とする。
また本発明は、かかる第1から第5の局面のいずれかの局面に加えて、前記複数のスイッチング素子の複数の端子の内で、前記ベタパターンに接続する端子は、前記ベタパターンに接続しない残余の端子よりも、大きな幅サイズを有することを第6の局面とする。
また本発明は、かかる第1から第6の局面のいずれかの局面に加えて、前記駆動回路を実装した前記基板を内部に収容する収容ケースを更に有し、前記収容ケース内に樹脂部を充填することにより前記駆動回路及び前記基板を前記収容ケース内に封止することを第7の局面とする。
本発明の第1の局面における構成によれば、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子の通電状態を切り替えることにより電動モータを駆動する駆動回路と、駆動回路を実装する基板と、を備えた電動モータを駆動制御する電子制御装置において、複数のスイッチング素子は、駆動回路の電気的に上流側に設けられると共に、基板の一方の実装面に実装される上流側スイッチング素子群と、駆動回路の電気的に下流側に設けられると共に、基板の一方の実装面の裏面である他方の実装面に実装される下流側スイッチング素子群と、を構成し、基板には、上流側スイッチング素子群の電気配線を共通化した第1の配線パターンと、下流側スイッチング素子群の電気配線を共通化した第2の配線パターンと、が形成され、第1の配線パターン及び第2の配線パターンの少なくとも一方が、ベタパターンであることにより、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱を効率よく確実に放熱することができる。特に、上流側スイッチング素子群と下流側スイッチング素子群とをそれぞれ別の実装面に配置することで、上流側スイッチング素子群及び下流側スイッチング素子群の配線パターンが入り乱れることが無く整然と配置され得るので、上流側スイッチング素子群で共通な配線と下流側スイッチング素子群とで共通な配線の少なくとも一方をベタパターンにすることができる。これにより、複数のスイッチング素子が発した熱を効率よく拡散して外部に放熱することができる。
また、本発明の第2の局面における構成によれば、第1の配線パターンが、基板の一方の実装面に形成される一方で、第2の配線パターンが、基板の他方の実装面に形成され、第1の配線パターン及び第2の配線パターンの双方が、ベタパターンであることにより、第1の配線パターン及び第2の配線パターンの双方のベタパターンで、駆動回路の複数のスイッチング素子が発した熱をより拡散することができ、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本発明の第3の局面によれば、第1の配線パターン及び第2の配線パターンが、基板を介して基板に直交する方向で重なり合うことにより、第1の配線パターン及び第2の配線パターンの双方のベタパターンで、基板上の実装スペースを確保しながら、駆動回路の複数のスイッチング素子が発した熱を不要に分散させない態様で拡散することができ、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本発明の第4の局面によれば、上流側スイッチング素子群及び下流側スイッチング素子群の一方に含まれるスイッチング素子の各々が、ベタパターン上に載置されることにより、基板上の実装スペースを確保しながら、上流側スイッチング素子群及び下流側スイッチング素子群の一方に含まれるスイッチング素子が発した熱を不要に基板側に伝熱しない態様で拡散することができ、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本発明の第5の局面によれば、複数のスイッチング素子の各々が、基板を介して基板に直交する方向で重なり合わないように偏位されたことにより、駆動回路の複数のスイッチング素子が発した熱を拡散することができ、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本発明の第6の局面によれば、複数のスイッチング素子の複数の端子の内で、ベタパターンに接続する端子は、ベタパターンに接続しない残余の端子よりも、大きな幅サイズを有することにより、駆動回路の複数のスイッチング素子が発した熱を効率的にベタパターンに伝熱させて拡散することができ、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本発明の第7の局面によれば、駆動回路を実装した基板を内部に収容する収容ケースを更に有し、収容ケース内に樹脂部を充填することにより駆動回路及び基板を収容ケース内に封止することにより、駆動回路の複数のスイッチング素子で生じた熱を収容ケース内に充填した樹脂部に伝熱させて収容ケースより効率的且つ確実に放熱することができる。
図1(a)は、本発明の実施形態における電子制御装置の斜視図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図である。 本実施形態における電子制御装置の回路構成を示す模式図である。 図3(a)は、本実施形態における電子制御装置の駆動回路を構成するスイッチング素子が基板に実装された構成において、下流側スイッチング素子群を第1の実装面に実装した基板の上面図であり、図3(b)は、本実施形態における電子制御装置の駆動回路を構成するスイッチング素子が基板に実装された構成において、上流側スイッチング素子群を第2の実装面に実装した基板の底面図である。また、図3(c)は、図3(a)及び図3(b)のB−B拡大部分断面図である。 図4(a)は、本実施形態における電子制御装置の駆動回路の上流側スイッチング素子群及び下流側スイッチング素子群の通電パターンを示す図であり、図4(b)は、本実施形態における電子制御装置の駆動回路のスイッチング素子の相毎の通電パターンを示す図である。
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電子制御装置につき、詳細に説明する。なお、図中、x軸、y軸及びz軸は、3軸直交座標系を成し、z軸の方向が上下方向に対応するものとする。
<電子制御装置の全体構成>
まず、本実施形態における電子制御装置の全体構成につき、図1を参照しながら、詳細に説明する。
図1(a)は、本実施形態における電子制御装置の斜視図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図である。なお、図1(b)中では、ステーの挿通孔は図示を諸略している。
図1に示すように、本実施形態における電子制御装置10は、駆動回路20と、基板30と、収容ケース40と、制御部50と、樹脂部60と、コネクタ70と、を主に備えている。なお、図1(a)では、樹脂部60の図示を省略している。
駆動回路20は、複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106と、複数の背高部品23と、を有している。駆動回路20では、スイッチング素子101、102、103、104、105、106よりも背高部品23を制御部50側に配置した態様で、これらを基板30に実装する。駆動回路20は、基板30上に形成された図1では図示を省略する電気配線により制御部50と接続されており、制御部50の制御に従って、被駆動機器である3相交流モータを駆動する。スイッチング素子101、102、103、104、105、106の各々は、典型的にはFET(field effect transistor)等のトランジスタであり、3相交流モータを駆動する際にスイッチング動作することにより発熱する。スイッチング素子102、104、106は、基板30の第1の実装面30aの所定の領域に半田付けにより実装されている。スイッチング素子101、103、105は、基板30の第2の実装面30bの所定の領域に半田付けにより実装されている。ここで、スイッチング素子102、104、106は、下流側スイッチング素子群を構成し、スイッチング素子101、103、105は、上流側スイッチング素子群を構成している。なお、駆動回路20にはスイッチング素子101、102、103、104、105、106及び背高部品23以外の構成部品も含まれているが、図示を省略している。なお、スイッチング素子101、102、103、104、105、106を含む駆動回路20の構成の詳細については後述する。
基板30は、典型的にはガラスエポキシ基板等の回路基板であり、第1の実装面30aと、第1の実装面30aの裏面である第2の実装面30bと、を有している。第1の実装面30aには、スイッチング素子102、104、106、制御部50及びコネクタ70が実装されている。第2の実装面30bには、スイッチング素子101、103、105が実装されている。なお、基板30の構成の詳細については後述する。
収容ケース40は、典型的には樹脂製であり、駆動回路20、制御部50及びコネクタ70を実装した基板30を収容している。収容ケース40は、外部に開放した開口部41をy軸の負方向側の端部に有した袋状になっており、開口部41からコネクタ70の一部が外部に突出している。開口部41は、基板30を収容ケース40の内部に挿入すると共に、樹脂部60を形成するための溶融状態の樹脂材を内部に充填するために設けられている。収容ケース40には、x軸の方向で対向する側壁部48から外方に突出するステー80が収容ケース40と一体に各々形成されている。ステー80は、肉厚方向に貫通する挿通孔81を有している。収容ケース40は、挿通孔81を挿通する図示を省略するボルト等の締結部材により、車両の車体等の取付部位に取り付けられて固定される。
制御部50は、基板30の第1の実装面30aに実装され、スイッチング動作等の駆動回路20の動作を制御する。制御部50は、駆動回路20のスイッチング素子101、102、103、104、105、106と比較して、発熱量の小さい部品から構成されて
いる。
樹脂部60は、収容ケース40の内部に充填された溶融状態の樹脂材が硬化することにより形成される。樹脂部60は、駆動回路20、制御部50、基板30及びコネクタ70の一部を収容ケース40の内部に封止して固定する。なお、樹脂部50の機能的な構成の詳細については後述する。
コネクタ70は、図示を省略する相手側コネクタが嵌合する凹部である嵌合部70aを有すると共に、図示を省略する接続端子が設けられている。コネクタ70は、接続端子の一端が基板30に半田付けされることにより、基板30の第1の実装面30aに実装されている。接続端子の他端は、嵌合部70aに露出して相手側コネクタの端子に電気的に接続可能になっている。
<電子制御装置の回路構成>
次に、本実施形態における電子制御装置10の回路構成につき、3相交流モータ90の概略構成を含め、更に図2をも参照しながら、詳細に説明する。
図2は、本実施形態における電子制御装置10の回路構成を示す模式図である。
駆動回路20は、上流側スイッチング素子群160及び下流側スイッチング素子群170を有し、直流電源である電源56より直流電流を供給されることにより動作する。
上流側スイッチング素子群160は、駆動回路20において電気的に上流側に設けられ、スイッチング素子101、103、105により構成されている。下流側スイッチング素子群170は、駆動回路20において電気的に下流側に設けられ、スイッチング素子102、104、106により構成されている。ここで、駆動回路20における電気的な上流側とは、電源56の正電位側に電気的に接続された高電位側をいい、駆動回路20における電気的な下流側とは、電源56の負電位側に電気的に接続された低電位側をいう。
スイッチング素子101、102、103、104、105、106は、3相ブリッジ接続された構成を有し、制御部50の制御信号に従って、各々の通電状態を切り替えて、電源56から供給された直流電流を各々が矩形波から成る3相交流電流に変換すると共に、その3相交流電流を3相交流モータ90に供給する。なお、図2中では、スイッチング素子101、102、103、104、105、106を、N型のMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)として各々例示している。
具体的には、駆動回路20は、U相、V相及びW相の3相の各相に対して、一対のスイッチング素子101、102、一対のスイッチング素子103、104、及び一対のスイッチング素子105、106を各々対応して有している。つまり、U相に対応してスイッチング素子101とスイッチング素子102とが電気的に接続され、V相に対応してスイッチング素子103とスイッチング素子104とが電気的に接続され、また、W相に対応してスイッチング素子105とスイッチング素子106とが電気的に接続されている。
スイッチング素子101は、指令部52に電気的に接続された制御接続端子と、電源56の高電位側に電源接続線111aを介して電気的に接続された一方の端子である電源接続端子と、スイッチング素子102及び3相交流モータ90の接続端子94に出力接続線113を介して電気的に接続された他方の端子である出力接続端子と、を有している。スイッチング素子102は、指令部52に電気的に接続された制御接続端子と、電源56の低電位側に電源接続線112aを介して電気的に接続された他方の端子である電源接続端
子と、スイッチング素子101及び3相交流モータ90の接続端子94に出力接続線113を介して電気的に接続された一方の端子である出力接続端子と、を有している。スイッチング素子103は、指令部52に電気的に接続された制御接続端子と、電源56の高電位側に電源接続線111bを介して電気的に接続された一方の端子である電源接続端子と、スイッチング素子104及び3相交流モータ90の接続端子96に出力接続線114を介して電気的に接続された他方の端子である出力接続端子と、を有している。スイッチング素子104は、指令部52に電気的に接続された制御接続端子と、電源56の低電位側に電源接続線112bを介して電気的に接続された他方の端子である電源接続端子と、スイッチング素子103及び3相交流モータ90の接続端子96に出力接続線114を介して電気的に接続された一方の端子である出力接続端子と、を有している。スイッチング素子105は、指令部52に電気的に接続された制御接続端子と、電源56の高電位側に電源接続線111cを介して電気的に接続された一方の端子である電源接続端子と、スイッチング素子106及び3相交流モータ90の接続端子95に出力接続線115を介して電気的に接続された他方の端子である出力接続端子と、を有している。また、スイッチング素子106は、指令部52に電気的に接続された制御接続端子と、電源56の低電位側に電源接続線112cを介して電気的に接続された他方の端子である電源接続端子と、スイッチング素子105及び3相交流モータ90の接続端子95に出力接続線115を介して電気的に接続された一方の端子である出力接続端子と、を有している。
かかる構成のスイッチング素子101、102、103、104、105、106は、それらの制御接続端子に対して指令部52から印加される所定の制御信号に従って、オン/オフ動作し、それらがオン状態のときは、一方の端子から他方の端子へ電流が流れる。なお、図2中では、制御接続端子、電源接続端子及び出力接続端子の図示は省略し、それらの構成の詳細については図3を参照して後述する。
制御部50は、判定部51及び指令部52を機能ブロックとして有し、3相交流モータ90におけるU相のコイル91、V相のコイル92及びW相のコイル93が設けられた図示を省略するロータの回転角(回転位置)の情報を担持する位相センサ55の検出信号に基づいて、スイッチング素子101、102、103、104、105、106の各々のオン状態とオフ状態とを切り替えるスイッチング制御を行う。なお、判定部51及び指令部52を機能ブロックとして機能させるプログラムは、図示を省略するメモリ中に予め記憶されている。
具体的には、判定部51は、位相センサ55で検出した検出信号から、3相交流モータ90のいずれも図示を省略するマグネット群が設けられたステータに対するロータの位相角、つまり3相交流モータ90の位相角を判別すると共に、これらに基づいて、3相交流モータ90の次の位相角の範囲におけるスイッチング素子101、102、103、104、105、106の通電パターンを決定し、指令部52にその決定結果を担持する信号を送出する。
指令部52は、各スイッチング素子101、102、103、104、105、106の制御接続端子に電気的に接続され、判定部51からの送出信号に従って、スイッチング素子101、102、103、104、105、106の制御接続端子に対してハイレベル及びローレベルから成る制御信号を各々印加することにより、これらを対応してオン/オフ動作させる。
また、電子制御装置10の被駆動機器である3相交流モータ90は、U相のコイル91と、V相のコイル92と、W相のコイル93と、の3相のコイルと、をロータ側に有すると共に、これらの周囲のステータ側に配列されたマグネット群を有し、駆動回路20から3相交流電流である駆動電流の供給を受けて駆動される。
詳しくは、U相のコイル91は、U相のスイッチング素子101の他方の端子と、U相のスイッチング素子102の一方の端子と、に電気的に接続する接続端子94を有している。V相のコイル92は、V相のスイッチング素子103の他方の端子と、V相のスイッチング素子104の一方の端子と、に電気的に接続する接続端子95を有している。W相のコイル93は、W相のスイッチング素子105の他方の端子と、W相のスイッチング素子106の一方の端子と、に電気的に接続する接続端子95を有している。
また、位相センサ55は、3相交流モータ90に設けられた典型的にはホール素子や磁気抵抗素子を用いた磁気センサであり、3相交流モータ90のマグネット群が設けられたステータに対するロータの回転角(回転位置)を時系列に変化する電圧信号として検出し、その検出信号を制御部50の判定部51に送出する。かかる検出信号は、ロータの回転角で典型的には180度毎にハイレベル及びローレベルの電圧レベルが交互に現れる電圧信号であり、ロータに設けられたU相のコイル91、V相のコイル92、及びW相のコイル93の各々の回転位置に応じて位相の異なる3相の電圧信号を含む。
<駆動回路のスイッチング素子の実装構成>
次に、本実施形態における電子制御装置10の駆動回路20のスイッチング素子101、102、103、104、105、106の実装構成につき、更に図3をも参照しながら、詳細に説明する。
図3(a)は、本実施形態における電子制御装置10の駆動回路20を構成するスイッチング素子101、102、103、104、105、106が基板30に実装された構成において、下流側スイッチング素子群170を第1の実装面30aに実装した基板30の上面図であり、図3(b)は、本実施形態における電子制御装置の駆動回路10を構成するスイッチング素子101、102、103、104、105、106が基板30に実装された構成において、上流側スイッチング素子群160を第2の実装面30bに実装した基板30の底面図である。また、図3(c)は、図3(a)及び図3(b)のB−B拡大部分断面図である。
図3(a)から図3(c)に示すように、基板30の第1の実装面30aには、電源接続パターン部112及び出力接続パターン部113a、114a、115aが設けられていると共に、基板30の第2の実装面30bには、電源接続パターン部111及び出力接続パターン部113b、114b、115bが設けられている。なお、図中、第1の実装面30a及び第2の実装面30bに各々設けられる保護層は、図示を省略する。
具体的には、電源接続パターン部111(第1の電源接続パターン部)は、電源56の高電位側に電気的に接続されており、上流側スイッチング素子群160の各スイッチング素子101、103、105で共用する銅製等の単一の導電性のベタパターンとして、基板30の第2の実装面30bに形成されている。つまり、電源接続パターン部111は、電源56の高電位側とスイッチング素子101の電源接続端子131とを電気的に接続する電源接続線111a、電源56の高電位側とスイッチング素子103の電源接続端子133とを電気的に接続する電源接続線111b、及び電源56の高電位側とスイッチング素子105の電源接続端子135とを電気的に接続する電源接続線111cを単一の導電性のパターンに共通化して纏めてベタパターンとして形成されたものであり、これはヒートシンクとしての機能も発揮する。
一方で、電源接続パターン部112(第2の電源接続パターン部)は、電源56の低電位側に電気的に接続されており、下流側スイッチング素子群170の各スイッチング素子102、104、106で共用する銅製等の単一の導電性のベタパターンとして、基板3
0の第1の実装面30aに形成されている。つまり、電源接続パターン部112は、電源56の低電位側とスイッチング素子102の電源接続端子132とを電気的に接続する電源接続線112a、電源56の低電位側とスイッチング素子104の電源接続端子134とを電気的に接続する電源接続線112b、及び電源56の低電位側とスイッチング素子106の電源接続端子136とを電気的に接続する電源接続線112cを単一の導電性のパターンに共通化して纏めてベタパターンとして形成されたものであり、これはヒートシンクとしての機能も発揮する。なお、電源接続パターン部112は、スイッチング素子102の制御接続端子143、スイッチング素子104の制御接続端子147、及びスイッチング素子106の制御接続端子151を、基板30の第1の実装面30aに形成された対応する配線パターンに向かって配策させるように、その一部を対応して切り欠いた切欠部を有する。
ここで、電源接続パターン部111は、上面視で、典型的には矩形状であり、且つ、上流側スイッチング素子群160のスイッチング素子101、103、105をその表面上からはみ出させないようにそれらのサイズより大きなサイズを有することが好ましい。これにより、スイッチング素子101、102、103、104、105、106がその動作時に発熱する際の熱が、基板30に直接的に伝熱されることを抑制しながら、電源接続パターン部111に伝熱された熱を拡散してそれらの周囲に存在する樹脂部60に伝熱する。電源接続パターン部112は、上面視で、典型的には矩形状であり、且つ、電源接続パターン部111のサイズと同等なサイズを有することが好ましい。これにより、基板上30の限られたスペースで、電源接続パターン部111、112のサイズを大きく確保する。また、電源接続パターン部111と電源接続パターン部112とは、上面視で基板30を介して互いの頂点を一致させるように上下方向に重複して対向していることが好ましい。これにより、基板上30の限られたスペースで、電源接続パターン部111、112のサイズをより大きく確保する。
出力接続パターン部113a、114a、115aは、上流側スイッチング素子群160のスイッチング素子101、103、105の出力接続端子142、146、150及び3相交流モータ90の接続端子94、95、96に対応して電気的に接続されており、下流側スイッチング素子群170のスイッチング素子102、104、106に各々に対応した銅製等の導電性のベタパターンとして、基板30の第1の実装面30aに形成されている。また、出力接続パターン部113a、114a、115aのy軸の正方向におけるスイッチング素子102、104、106が載置されない端部領域には、コネクタ70の接続端子及び対応する出力接続パターン部113b、114b、115bとの電気的接続用の複数のスルーホール121が各々形成されている。
一方で、出力接続パターン部113b、114b、115bは、下流側スイッチング素子群170のスイッチング素子102、104、106の出力接続端子144、148、152及び3相交流モータ90の接続端子94、95、96に対応して電気的に接続されており、上流側スイッチング素子群160のスイッチング素子101、103、105に各々に対応した銅製等の導電性のベタパターンとして、基板30の第2の実装面30bに形成されている。また、出力接続パターン部113b、114b、115bのy軸の正方向における端部領域には、コネクタ70の接続端子及び対応する出力接続パターン部113a、114a、115aとの電気的接続用の複数のスルーホール121が各々形成されている。なお、出力接続パターン部113b、114b、115bは、スイッチング素子101の制御接続端子141、スイッチング素子103の制御接続端子145、及びスイッチング素子105の制御接続端子149を、基板30の第2の実装面30bに形成された対応する配線パターンに向かって配策させるように、その一部を対応して切り欠いた切欠部を有する。
ここで、出力接続パターン部113a、114a、115aは、各々、上面視で、典型的には矩形状であり、且つ、下流側スイッチング素子群170のスイッチング素子102、104、106をその表面上からはみ出させないようにそれらのサイズより大きなサイズを有することが好ましい。これにより、スイッチング素子101、102、103、104、105、106がその動作時に発熱する際の熱が、基板30に直接的に伝熱されることを抑制しながら、出力接続パターン部113a、114a、115aに伝熱された熱を拡散してそれらの周囲に存在する樹脂部60に伝熱する。出力接続パターン部113b、114b、115bは、対応する出力接続パターン部113a、114a、115aのサイズと同等なサイズを有することが好ましい。これにより、基板上30の限られたスペースで、出力接続パターン部113a、113b、114a、114b、115a、115bのサイズを大きく確保する。また、出力接続パターン部113a、114a、115aと対応する出力接続パターン部113b、114b、115bとは、上面視で基板30を介して互いの頂点を一致させるように上下方向で重複して対向していることが好ましい。これにより、基板上30の限られたスペースで、出力接続パターン部113a、113b、114a、114b、115a、115bのサイズをより大きく確保する。
また、出力接続パターン部113a及び出力接続パターン部113bは、U相の一対のスイッチング素子101、102から3相交流モータ90のU相のコイル91に対して駆動電流を供給する出力接続線113を協働して構成するベタパターンとして形成されたものである。出力接続パターン部114a及び出力接続パターン部114bは、V相の一対のスイッチング素子103、104から3相交流モータ90のV相のコイル92に対して駆動電流を供給する出力接続線114を協働して構成するベタパターンとして形成されたものである。出力接続パターン部115a及び出力接続パターン部115bは、W相の一対のスイッチング素子105、106から3相交流モータ90のW相のコイル93に対して駆動電流を供給する出力接続線115を協働して構成するベタパターンとして形成されたものである。
なお、電源接続パターン部111、112及び出力接続パターン部113a、113b、114a、114b、115a、114bに関しては、基板30に直接的に伝熱することを抑制しながら、それらに伝熱された熱を拡散してそれらの周囲に存在する樹脂部60に伝熱する観点からは、それらの全てがベタパターンであることが好ましいが、電源接続パターン部111、112のサイズが基板30上で大きく確保しやすいことを考慮すると、それらの少なくとも一方又は双方が、ベタパターンであればよい。また、基板30のサイズやそれに実装される部品のサイズや数等を考慮して、電源接続パターン部111、112及び出力接続パターン部113a、113b、114a、114b、115a、114bの内の少なくとも1つがベタパターンであってもよい。
スイッチング素子101は、電源接続パターン部111上に載置され、基板30の第2の実装面30bに形成された図示を省略する配線パターンに半田付けされて、それを介して制御部50の指令部52に電気的に接続された制御接続端子141と、電源接続パターン部111に半田付けされて、それを介して電源56の高電位側に電気的に接続された電源接続端子131と、出力接続パターン部113bに半田付けされて、それ及び接続端子94を介してU相のコイル91に電気的に接続された出力接続端子142と、を有する。
スイッチング素子102は、出力接続パターン部113a上に載置され、基板30の第1の実装面30aに形成された図示を省略する配線パターンに半田付けされて、それを介して制御部50の指令部52に電気的に接続された制御接続端子143と、電源接続パターン部112に半田付けされて、それを介して電源56の低電位側に電気的に接続された電源接続端子132と、出力接続パターン部113aに半田付けされて、それ及び接続端子94を介してU相のコイル91に電気的に接続された出力接続端子144と、を有する
スイッチング素子103は、電源接続パターン部111上に載置され、基板30の第2の実装面30bに形成された図示を省略する配線パターンに半田付けされて、それを介して制御部50の指令部52に電気的に接続された制御接続端子145と、電源接続パターン部111に半田付けされて、それを介して電源56の高電位側に電気的に接続された電源接続端子133と、出力接続パターン部114bに半田付けされて、それ及び接続端子96を介してV相のコイル92に電気的に接続された出力接続端子146と、を有する。
スイッチング素子104は、出力接続パターン部114a上に載置され、基板30の第1の実装面30aに形成された図示を省略する配線パターンに半田付けされて、それを介して制御部50の指令部52に電気的に接続された制御接続端子147と、電源接続パターン部112に半田付けされて、それを介して電源56の低電位側に電気的に接続された電源接続端子134と、出力接続パターン部114aに半田付けされて、それ及び接続端子96を介してV相のコイル92に電気的に接続された出力接続端子148と、を有する。
スイッチング素子105は、電源接続パターン部111上に載置され、基板30の第2の実装面30bに形成された図示を省略する配線パターンに半田付けされて、それを介して制御部50の指令部52に電気的に接続された制御接続端子149と、電源接続パターン部111に半田付けされて、それを介して電源56の高電位側に電気的に接続された電源接続端子135と、出力接続パターン部115bに半田付けされて、それ及び接続端子95を介してW相のコイル93に電気的に接続された出力接続端子150と、を有する。
スイッチング素子106は、出力接続パターン部115a上に載置され、基板30の第1の実装面30aに形成された図示を省略する配線パターンに半田付けされて、それを介して制御部50の指令部52に電気的に接続された制御接続端子151と、電源接続パターン部112に半田付けされて、それを介して電源56の低電位側に電気的に接続された電源接続端子136と、出力接続パターン部115aに半田付けされて、それ及び接続端子95を介してW相のコイル93に電気的に接続された出力接続端子152と、を有する。
ここで、電源接続端子131、133、135、制御接続端子141、145、149、出力接続端子142、146、150は、いずれも平板状の金属板を加工した端子であり、それらの延在方向に直交するx軸の方向の幅は、電源接続端子131、133、135のものが一番大きいことが好ましい。これにより、電源接続端子131、133、135の各々の平面状の当接部における電源接続パターン部111に対する接触面積が増大されるためにそれらの熱抵抗は小さくなり、スイッチング素子101、103、105がその動作時に発熱する際の熱を、電源接続パターン部111により多く伝熱する。併せて、これらは、ヒートシンクとしての機能も発揮する。
また、電源接続端子132、134、136、制御接続端子143、147、151、出力接続端子144、148、152は、いずれも平板状の金属板を加工した端子であり、それらの延在方向に直交するx軸の方向の幅は、出力接続端子144、148、152のものが一番大きいことが好ましい。これにより、出力接続端子144、148、152の各々の平面状の当接部における出力接続パターン部113a、114a、115aに対する接触面積が増大されるためにそれらの熱抵抗は小さくなり、スイッチング素子102、104、106がその動作時に発熱する際の熱を、出力接続パターン部113a、114a、115aにより多く伝熱する。併せて、これらは、ヒートシンクとしての機能も発揮する。
また、電源接続端子131、132、133、134、135、136及び出力接続端子142、144、146、148、150、152に関しては、対応する電源接続パターン部111、112及び出力接続パターン部113a、113b、114a、114b、115a、115bの内で、熱を拡散して伝熱するベタパターンであるものに対応して、そのサイズを大きくすることが好ましい。また、電源接続端子131、132、133、134、135、136及び出力接続端子142、144、146、148、150、152は、熱を分散して対応する電源接続パターン部111、112及び出力接続パターン部113a、113b、114a、114b、115a、114bに伝熱する観点からは、基板30を介して上下方向で重ならないもの同士のサイズを大きくすることが好ましい。
また、上流側スイッチング素子群160と下流側スイッチング素子群170とは、上下方向で重ならない位置で、電源接続パターン部111、並びに出力接続パターン部113a、出力接続パターン部114a及び出力接続パターン部115a上に対応して載置されて基板30に実装されている。これにより、特に、スイッチング素子101の電源接続端子131及び出力接続端子142、スイッチング素子103の電源接続端子133及び出力接続端子146、並びにスイッチング素子105の電源接続端子135及び出力接続端子150と、スイッチング素子102の電源接続端子132及び出力接続端子144、スイッチング素子104の電源接続端子134及び出力接続端子148、並びにスイッチング素子106の電源接続端子136及び出力接続端子152と、の各々は、互いに上下方向で重ならない位置に配置されることが好ましい。これにより、スイッチング素子101、102、103、104、105、106がその動作時に発熱する際の熱を、分散化した態様で、対応する電源接続パターン部111、112及び出力接続パターン部113a、113b、114a、114b、115a、114bに伝熱する。
なお、上流側スイッチング素子群160を各々対応する出力接続パターン部上に載置し、下流側スイッチング素子群170を単一の電源接続パターン部上に載置してもかまわない。
<電子制御装置の動作>
次に、本実施形態における電子制御装置10の動作につき、更に図4をも参照しながら、詳細に説明する。
図4(a)は、本実施形態における電子制御装置10の駆動回路20の上流側スイッチング素子群160及び下流側スイッチング素子群170の通電パターンを示す図であり、図4(b)は、本実施形態における電子制御装置10の駆動回路20のスイッチング素子101、102、103、104、105、106の相毎の通電パターンを示す図である。
本実施形態における電子制御装置10においては、制御部50は、図4(a)及び図4(b)に示す通電パターンで、スイッチング素子101、102、103、104、105、106の制御接続端子141、143、145、147、149、151に対してハイレベル及びローレベルから成る制御信号を各々印加することにより、これらを対応してオン/オフ動作させるスイッチング制御を行って3相交流モータ90を駆動する。
ここで、図4(b)に示すように、U相の一対のスイッチング素子101、102においては、その一方がオンし、他方がオフする通電パターンで駆動されることが好ましい。かかる場合、時刻t0から時刻t1、及び時刻t4から時刻t7において、スイッチング素子101はオフ状態である一方、スイッチング素子102はオン状態である。また、時
刻t1から時刻t4、及び時刻t7から時刻t10において、スイッチング素子101はオン状態である一方、スイッチング素子102はオフ状態である。
V相の一対のスイッチング素子103、104においては、その一方がオンし、他方がオフする通電パターンで駆動されることが好ましい。かかる場合、時刻t0から時刻t3、及び時刻t6から時刻t9において、スイッチング素子103はオフ状態である一方、スイッチング素子104はオン状態である。また、時刻t3から時刻t6、及び時刻t9から時刻t10において、スイッチング素子103はオン状態である一方、スイッチング素子104はオフ状態である。
W相の一対のスイッチング素子105、106においては、その一方がオンし、他方がオフする通電パターンで駆動されることが好ましい。かかる場合、時刻t0から時刻t2、及び時刻t5から時刻t8において、スイッチング素子105はオン状態である一方、スイッチング素子106はオフ状態である。また、時刻t2から時刻t5、及び時刻t8から時刻t10において、スイッチング素子105はオフ状態である一方、スイッチング素子106はオン状態である。
このような通電パターンでスイッチング素子101、102、103、104、105、106を駆動する場合には、それらの動作時に、熱が分散した部位から分散した態様で発生するため、発熱部位が集中せずに分散化する。
この際、上流側スイッチング素子群160を構成するスイッチング素子101、103、105で生じた熱は、それらの周囲に存在する樹脂部60に伝熱されると共に、電源接続パターン部111及び出力接続パターン部113b、114b、115bに伝熱される。そして、電源接続パターン部111及び出力接続パターン部113b、114b、115bに伝熱された熱は、それらの周囲に存在する樹脂部60に伝熱される。そして、このように樹脂部に伝熱された熱は、収容ケース40に伝熱されてそれを介して外部に放熱される。
併せて、下流側スイッチング素子群170を構成するスイッチング素子102、104、106で生じた熱は、それらの周囲に存在する樹脂部60に伝熱されると共に、電源接続パターン部112及び出力接続パターン部113a、114a、115aに伝熱される。そして、電源接続パターン部112及び出力接続パターン部113a、114a、115aに伝熱された熱は、それらの周囲に存在する樹脂部60に伝熱される。そして、このように樹脂部に伝熱された熱は、収容ケース40に伝熱されてそれを介して外部に放熱される。
ここで、電源接続パターン部111は、電源56の高電位側とスイッチング素子101の電源接続端子131とを電気的に接続する電源接続線111a、電源56の高電位側とスイッチング素子103の電源接続端子133とを電気的に接続する電源接続線111b、及び電源56の高電位側とスイッチング素子105の電源接続端子135とを電気的に接続する電源接続線111cを単一の導電性のパターンに共通化して纏めてベタパターンとして形成されたものであり、電源接続パターン部112は、電源56の低電位側とスイッチング素子102の電源接続端子132とを電気的に接続する電源接続線112a、電源56の低電位側とスイッチング素子104の電源接続端子134とを電気的に接続する電源接続線112b、及び電源56の低電位側とスイッチング素子106の電源接続端子136とを電気的に接続する電源接続線112cを単一の導電性のパターンに共通化して纏めてベタパターンとして形成されたものであるため、それらに伝熱された熱をそれらの周囲に存在する樹脂部60に拡散して伝熱する。
また、出力接続パターン部113a及び出力接続パターン部113bは、U相の一対のスイッチング素子101、102から3相交流モータ90のU相のコイル91に対して駆動電流を供給する出力接続線113を協働して構成するベタパターンとして形成されたものであり、出力接続パターン部114a及び出力接続パターン部114bは、V相の一対のスイッチング素子103、104から3相交流モータ90のV相のコイル92に対して駆動電流を供給する出力接続線114を協働して構成するベタパターンとして形成されたものであり、また、出力接続パターン部115a及び出力接続パターン部115bは、W相の一対のスイッチング素子105、106から3相交流モータ90のW相のコイル93に対して駆動電流を供給する出力接続線115を協働して構成するベタパターンとして形成されたものであるため、それらに伝熱された熱をそれらの周囲に存在する樹脂部60に拡散して伝熱する。
この際、電源接続端子131、133、135、制御接続端子141、145、149、出力接続端子142、146、150のうちで、電源接続端子131、133、135のサイズが一番大きい場合には、電源接続端子131、133、135の各々の平面状の当接部における電源接続パターン部111に対する接触面積が増大されるためにそれらの熱抵抗が小さくなり、スイッチング素子102、104、106の動作時に生じる熱は、電源接続パターン部111により多く伝熱する。
また、電源接続端子132、134、136、制御接続端子143、147、151、出力接続端子144、148、152のうちで、出力接続端子144、148、152のサイズが一番大きい場合には、出力接続端子144、148、152の各々の平面状の当接部における出力接続パターン部113a、114a、115aに対する接触面積が増大されるためにそれらの熱抵抗が小さくなり、スイッチング素子102、104、106の動作時に生じる熱は、電源接続パターン部111に上下方向で重ならない出力接続パターン部113a、114a、115aにより多く伝熱する。
<電子制御装置の組み立て方法>
最後に、本実施形態における電子制御装置10の組み立て方法につき、図1から図3を参照しながら、以下詳細に説明する。
まず、スイッチング素子101、102、103、104、105、106、背高部品23、制御部50及びコネクタ70を実装した基板30を、収容ケース40の開口部41から収容ケース40の内部に収容する。
次に、基板30の第1の実装面30aにスイッチング素子102、104、106、背高部品23及び制御部50を半田付けにより実装すると共に、基板30の第2の実装面30bにスイッチング素子101、103、105を半田付けにより実装する。
併せて、基板30に対してコネクタ70の接続端子71を半田付けして、コネクタ70を基板30の第1の実装面30aに実装する。
そして、開口部41から収容ケース40の内部に流動性を有する樹脂材料を流入させて充填した後に硬化させることにより、スイッチング素子101、102、103、104、105、106、背高部品23、基板30、制御部50、並びにコネクタ70の一部を、収容ケース40内に封止して固定して、電子制御装置10を得る。
以上の本実施形態の構成によれば、複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106を有し、複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106の通電状態を切り替えることにより電動モータを駆動する駆動回路2
0と、駆動回路20を実装する基板30と、を備えた電動モータ90を駆動制御する電子制御装置10において、複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106は、駆動回路20の電気的に上流側に設けられると共に、基板20の一方の実装面30bに実装される上流側スイッチング素子群160と、駆動回路20の電気的に下流側に設けられると共に、基板30の一方の実装面30bの裏面である他方の実装面30aに実装される下流側スイッチング素子群170と、を構成し、基板30には、上流側スイッチング素子群160の電気配線111a、111b、111cを共通化した第1の配線パターン111と、下流側スイッチング素子群170の電気配線112a、112b、112cを共通化した第2の配線パターン112と、が形成され、第1の配線パターン111及び第2の配線パターン112の少なくとも一方が、ベタパターンであることにより、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106で生じた熱を効率よく確実に放熱することができる。
また、本実施形態の構成によれば、第1の配線パターン111が、基板30の一方の実装面30bに形成される一方で、第2の配線パターン112が、基板30の他方の実装面30bに形成され、第1の配線パターン111及び第2の配線パターン112の双方が、ベタパターンであることにより、第1の配線パターン111及び第2の配線パターン112の双方のベタパターンで、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106が発した熱をより拡散することができ、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本実施形態の構成によれば、第1の配線パターン111及び第2の配線パターン112が、基板30を介して基板30に直交する方向で重なり合うことにより、第1の配線パターン111及び第2の配線パターン112の双方のベタパターンで、基板上30の実装スペースを確保しながら、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106が発した熱を不要に分散させない態様で拡散することができ、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本実施形態の構成によれば、上流側スイッチング素子群160及び下流側スイッチング素子群170の一方に含まれるスイッチング素子101、103、105の各々が、ベタパターン111、112上に載置されることにより、基板上30の実装スペースを確保しながら、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106が発した熱を不要に基板側に伝熱しない態様で拡散することができ、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本実施形態の構成によれば、 また、本発明の第5の局面によれば、複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106の各々が、基板30を介して基板30に直交する方向で重なり合わないように偏位されたことにより、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106が発した熱を拡散することができ、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本実施形態の構成によれば、複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106の複数の端子131〜135、141〜152の内で、ベタパターン111、112に接続する端子131、133、135は、ベタパターンに接続しない残余の端子よりも、大きな幅サイズを有することにより、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106が発した熱を効率的にベタ
パターンに伝熱させて拡散することができ、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106で生じた熱をより効率よく確実に放熱することができる。
また、本実施形態の構成によれば、駆動回路20を実装した基板30を内部に収容する収容ケース40を更に有し、収容ケース40内に樹脂部60を充填することにより駆動回路20及び基板30を収容ケース40内に封止することにより、駆動回路20の複数のスイッチング素子101、102、103、104、105、106で生じた熱を収容ケース40内に充填した樹脂部60に伝熱させて収容ケース40より効率的且つ確実に放熱することができる。
なお、本発明は、部材の形状、種類、配置、個数等は以上のの実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
以上のように、本発明は、モータ等の被駆動機器の駆動を制御する電子制御装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から自動二輪車等の電子制御装置に広く適用され得るものと期待される。
10…電子制御装置
20…駆動回路
23…背高部品
30…基板
30a…第1の実装面
30b…第2の実装面
40…収容ケース
41…開口部
50…制御部
55…位相センサ
51…判定部
52…指令部
60…樹脂部
70…コネクタ
70a…嵌合部
71…接続端子
80…ステー
81…挿通孔
90…3相交流モータ
91…U相のコイル
92…V相のコイル
93…W相のコイル
94、95、96…接続端子
101、102、103、104、105、106…スイッチング素子
111、112…電源接続パターン部
111a、111b、111c、112a、112b、112c…電源接続線
113、114、115…出力接続線
113a、113b、114a、114b、115a、115b…出力接続パターン部
131、132、133、134、135…電源接続端子
141、143、145、147、149、151…制御接続端子
142、144、146、148、150、152…出力接続端子
160…上流側スイッチング素子群
170…下流側スイッチング素子群

Claims (7)

  1. 複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子の通電状態を切り替えることにより電動モータを駆動する駆動回路と、
    前記駆動回路を実装する基板と、
    を備えた前記電動モータを駆動制御する電子制御装置において、
    前記複数のスイッチング素子は、前記駆動回路の電気的に上流側に設けられると共に、前記基板の一方の実装面に実装される上流側スイッチング素子群と、前記駆動回路の電気的に下流側に設けられると共に、前記基板の前記一方の実装面の裏面である他方の実装面に実装される下流側スイッチング素子群と、を構成し、
    前記基板には、前記上流側スイッチング素子群の電気配線を共通化した第1の配線パターンと、前記下流側スイッチング素子群の電気配線を共通化した第2の配線パターンと、が形成され、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンの少なくとも一方が、ベタパターンであることを特徴とする電子制御装置。
  2. 前記第1の配線パターンは、前記基板の前記一方の実装面に形成される一方で、前記第2の配線パターンは、前記基板の前記他方の実装面に形成され、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンの双方は、ベタパターンであることを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
  3. 前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンは、前記基板を介して前記基板に直交する方向で重なり合うことを特徴とする請求項2に記載の電子制御装置。
  4. 前記上流側スイッチング素子群及び前記下流側スイッチング素子群の一方に含まれるスイッチング素子の各々は、前記ベタパターン上に載置されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電子制御装置。
  5. 前記複数のスイッチング素子の各々は、前記基板を介して前記基板に直交する方向で重なり合わないように偏位されたことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電子制御装置。
  6. 前記複数のスイッチング素子の複数の端子の内で、前記ベタパターンに接続する端子は、前記ベタパターンに接続しない残余の端子よりも、大きな幅サイズを有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電子制御装置。
  7. 前記駆動回路を実装した前記基板を内部に収容する収容ケースを更に有し、
    前記収容ケース内に樹脂部を充填することにより前記駆動回路及び前記基板を前記収容ケース内に封止することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電子制御装置。
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