JP6361396B2 - 電子制御ユニット及びこれを用いた回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御ユニット及びこれを用いた回転電機に関する。

従来、電子部品の作動時の熱をヒートシンクにより放熱する電子制御ユニットが知られている。例えば特許文献１に記載された電子制御ユニットでは、電子部品に対して基板側とは反対側にヒートシンクが配置されており、電子部品とヒートシンクとの間に熱伝導部材が配置されている。電子部品の発する熱は、電子部品の基板実装面の反対側の面から熱伝導部材を経由してヒートシンクに伝達される。

特開２０１４−１５４７４５号公報

特許文献１等の従来技術では、電子部品の最高使用温度が当該電子部品の最高許容温度を超えないように、熱伝導部材による放熱効果が最大になるようにして電子部品に設けている。最高使用温度にする最高許容温度の余裕度を温度マージンという。

ところで、一般的な電子制御ユニットには、サイズ、発熱量、または、最高許容温度等の異なる複数の電子部品が搭載されている。これらの各電子部品に対して、従来技術のように放熱効果を最大にすることのみを考慮して熱伝導部材を設けた場合、電子部品間で温度マージンが異なることになる。

１つのヒートシンクを共有する複数の電子部品の温度マージンが異なる場合、電子部品間における放熱のバランスが悪くなる。例えば、温度マージンの大きい電子部品では必要以上に熱抵抗を下げて放熱されることになるため、ヒートシンクに余分に放熱される熱量によって他の電子部品からの放熱が妨げられる恐れがあり、全体的な放熱が効率良く行われない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の電子部品に対して全体的に効率の良い放熱構造を設けた電子制御ユニットを提供することにある。

本発明の電子制御ユニットは、サイズ、発熱量、及び最高許容温度の少なくとも１つが異なる複数の電子部品と、複数の電子部品が実装された基板と、基板に対向して配置されたヒートシンクと、複数の電子部品とヒートシンクとの間にそれぞれ介在し、対応する電子部品の熱をヒートシンクに伝導する複数の熱伝導部材と、を備えている。ここで、熱伝導部材は、電子部品についての最高使用温度と最高許容温度との差である温度マージンが複数の電子部品の間で等しくなるように設けられている。
詳しくは、熱伝導部材が電子部品に接触する面積を放熱面積とし、熱伝導部材を介する電子部品とヒートシンクとの間隔を放熱間隔とし、電子部品について、放熱面積が最大値であり、かつ、放熱間隔が最小値であるときの温度マージンを限界温度マージンとする。限界温度マージンが相対的に大きい電子部品に設けられる熱伝導部材の放熱面積は、限界温度マージンが相対的に小さい電子部品に設けられる熱伝導部材の放熱面積よりも、最大値に対する割合が小さくなるように設定されている。

上記構成によれば、複数の電子部品において温度マージンが等しくなることで、互いの放熱がバランス良く行われる。すなわち、一部の電子部品が必要以上に熱抵抗を下げて放熱されることがない。よって、本発明によれば、複数の電子部品に対して全体的に効率の良い放熱構造を設けた電子制御ユニットが提供される。
なお、温度マージンが「等しい」とは、厳密に数値が一致することを要せず、当業者の技術常識の範囲内での誤差を含んでもよい。

本発明の第１実施形態による回転電機を模式的に示す断面図である。 図１の駆動装置の回路構成を示す図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態による電子制御ユニットを模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。 （Ａ）は図３の電子制御ユニットを構成するための仮の構成を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図である。 複数の電子部品の限界温度マージンを比較して示す図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態による電子制御ユニットを模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態による電子制御ユニットを模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態による電子制御ユニット、及び、これを用いた回転電
機を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には
同一の符号を付し、説明を省略する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による電子制御ユニット、及び、これを用いた回転電機について、図１〜図５を参照して説明する。回転電機１は、電力を供給されることにより駆動し、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に採用される。電動パワーステアリング装置に適用された回転電機１は、操舵アシストトルクを出力し、減速ギアを介してステアリングシャフト等に伝達することができる。

（回転電機１の全体構成）
まず、回転電機１の概略構成について、図１を参照して説明する。回転電機１は、モータ２、及び、モータ２の通電を制御する電子制御ユニット３を備えている。以下適宜、モータ２の軸方向を単に「軸方向」といい、モータ２の径方向を単に「径方向」という。

モータ２は、モータケース２１、ステータ２２、２組の巻線組２３、２４、ロータ２５、及び、シャフト２６等を備える。
モータケース２１は、ステータ２２を内側に支持する筒部２１１と、筒部２１１を軸方向に挟持する第１フレームエンド２１２及び第２フレームエンド２１３とを有する。第１フレームエンド２１２と第２フレームエンド２１３とは、複数のボルト２７によって締結されている。

ステータ２２は、モータケース２１の筒部２１１の内側に固定されており、２組の巻線組２３、２４が巻回されている。各巻線組２３、２４から相毎にモータ線２８が延びており、第２フレームエンド２１３に形成されるモータ線挿通孔２１５を介して電子制御ユニット３側に取り出されている。
ロータ２５は、例えば軟磁性体及び永久磁石等から構成され、ステータ２２と同軸となるようにステータ２２の径方向内側に設けられている。

シャフト２６は、ロータ２５の軸中心に固定されている。シャフト２６の一端側は、第１フレームエンド２１２に形成された軸孔に軸受けされている。シャフト２６の他端側は、第２フレームエンド２１３に形成された軸孔に軸受けされている。これにより、ロータ２５は、ステータ２２の内側で回転可能なように支持されている。
また、シャフト２６の一端には出力端２６１が設けられており、他端には回転角検出用のマグネット２６２が保持されている。

電子制御ユニット３は、モータ２の軸方向の一方側に設けられており、モータ２と電子制御ユニット３とは一体に構成されている。
電子制御ユニット３は、後述するインバータを構成するパワーモジュールやマイコン等の電子部品を有し、各種センサからの信号に基づき、モータ２の巻線組２３、２４への通電を制御する。巻線組２３、２４の各相への通電が順次切り替えられると、ステータ２２に回転磁界が生じ、ロータ２５がシャフト２６とともに回転する。

（回転電機１の回路構成）
次に、回転電機１の回路構成について、図２を参照して簡単に説明する。
モータ２は、例えば３相ブラシレスモータであり、上述した２組の巻線組２３、２４を有する。第１巻線組２３は、Ｕ相コイル２３１、Ｖ相コイル２３２、及び、Ｗ相コイル２３３から構成されており、第２巻線組２４は、Ｕ相コイル２４１、Ｖ相コイル２４２、及び、Ｗ相コイル２４３から構成されている。
電子制御ユニット３は、第１インバータ部３１、第２インバータ部３２、コンデンサ３３、及び、制御部３４、回転角センサ３７等を備えている。

第１インバータ部３１は、６つのスイッチング素子３１１〜３１６がブリッジ接続されており、第１巻線組２３への通電を切り替える。第２インバータ部３２は、６つのスイッチング素子３２１〜３２６がブリッジ接続されており、第２巻線組２４への通電を切り替える。

コンデンサ３３は、バッテリ１１、第１インバータ部３１及び第２インバータ部３２と並列に接続される。コンデンサ３３は、電荷を蓄えることで、スイッチング素子３１１〜３１６、３２１〜３２６への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。

制御部３４は、マイコン３５、及び、駆動回路３６を有する。
マイコン３５は、図示しないトルクセンサや回転角センサ３７等からの信号に基づき、第１巻線組２３及び第２巻線組２４への通電に係る指令値を演算する。
駆動回路３６は、指令値に基づいて駆動信号を生成し、生成された駆動信号を第１インバータ部３１及び第２インバータ部３２に出力する。各インバータ部３１、３２のスイッチング素子３１１〜３１６、３２１〜３２６が駆動信号に従ってスイッチング動作することで、第１巻線組２３及び第２巻線組２４に指令値に応じた交流電流が通電される。これにより、モータ２が駆動される。

回転角センサ３７は、磁気検出素子により構成され、シャフト２６に設けられたマグネット２６２が回転することによる回転磁界を検出することにより、ロータ２５の回転角度を検出する。

（電子制御ユニット３の詳細）
次に、電子制御ユニット３の詳細な構成について、図１及び図３に基づき説明する。
図１に示すように、電子制御ユニット３は、複数の電子部品４、５等が実装された基板６、ヒートシンク７、熱伝導部材８１、８２、及び、カバー９を有する。なお、本実施形態では、第２フレームエンド２１３がヒートシンク７を構成している。

基板６は、例えばプリント基板であり、ヒートシンク７に対向して配置されている。基板６の２つの主面のうち、ヒートシンク７に対向している面を主面６１とし、その反対側の面を背面６２とする。基板６の主面６１には、複数の電子部品４、５が実装されており、背面６２には、コンデンサ３３及びマイコン３５が実装されている。また、基板６には、モータ線２８が半田付け等によって接続されている。

ヒートシンク７は、例えばアルミ等の熱伝導性のよい金属により形成される。ここで、基板６の主面６１に対向するヒートシンク７の面を対向面７１と称する。
ヒートシンク７の対向面７１には、基板６側に突出している複数の基板支持部７３が形成されている。基板支持部７３は、基板６を支持しており、基板支持部７３と基板６とは、ネジ１５によって固定されている。基板６とヒートシンク７との間の隙間は、基板支持部７３の突出方向の長さによって定まる。

図３は、電子部品４、５を中心に拡大して示す図である。以下、適宜、電子部品４、５の一方を第１電子部品４と称し、他方を第２電子部品５と称する。
第１電子部品４は、上述のスイッチング素子３１１〜３１６、３２１〜３２６の各々に対応する。本実施形態では、第１電子部品４は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等の半導体モジュールであり、スイッチング機能を有する半導体チップ４１、半導体チップ４１を覆っている樹脂体４２、放熱板４３、及び、複数の端子４４を備えている。第１電子部品４の放熱板４３及び端子４４は、半田６３によって基板６の配線６５に半田付けされている。

第２電子部品５は、上述の駆動回路３６に対応する。本実施形態では、第２電子部品５は、例えば集積回路部品であるＡＳＩＣ等の半導体モジュールであり、駆動機能を有する半導体チップ５１、半導体チップ５１を覆っている樹脂体５２、及び、複数の端子５４を備えている。第２電子部品５の端子５４は、半田６３によって基板６の配線６５に半田付けされている。

ヒートシンク７の対向面７１には、基板６側に突出している複数の突出部７５、７６が形成されている。突出部７５は、第１電子部品４に対応する位置に形成されており、第１電子部品４近傍まで突出している。突出部７６は、第２電子部品５に対応する位置に形成されており、第２電子部品５近傍まで突出している。第１電子部品４と突出部７５との間には熱伝導部材８１が配置され、第２電子部品５と突出部７６との間には熱伝導部材８２が配置されている。

熱伝導部材８１、８２は、例えば、所定の厚みをもつガラス繊維クロスの両面に、窒化ボロンやアルミナ等のフィラーを含むシリコーンゴムを塗布することにより形成されている。これにより、熱伝導部材８１、８２は、比較的高い電気的絶縁性及び熱伝導性を有している。以下、適宜、熱伝導部材８１を第１熱伝導部材８１と称し、熱伝導部材８２を第２熱伝導部材８２と称する。

回転電機１の動作時、電子部品４、５に電流が流れることにより、半導体チップ４１、５１が特に発熱する。半導体チップ４１、５１の熱は、樹脂体４２、５２、熱伝導部材８１、８２、及び、突出部７５、７６を経由して、ヒートシンク７の本体に伝達される。これにより、半導体チップ４１、５１の熱を放熱することができる。

（熱伝導部材８１、８２）
本実施形態では、電子部品４、５の熱を放熱する放熱構造が熱伝導部材８１、８２及びヒートシンク７によって構成されている。以下に、熱伝導部材８１、８２の構成について、図４を参照して説明する。なお、図４は、熱伝導部材８１、８２による放熱効果が最大である場合の仮想の構成を示すものである。また、図４では、図が煩雑になるのを避けるため、樹脂体４２、５２のハッチングを省略している。

熱伝導部材８１、８２は、第１電子部品４、第２電子部品５に接する電子部品接触面８１１、８２１、及び、ヒートシンク７の突出部７５、７６に接するヒートシンク接触面８１２、８２２を有し、電子部品接触面８１１、８２１とヒートシンク接触面８１２、８２２との間に間隔を有する。なお、各熱伝導部材８１、８２において、電子部品接触面８１１、８２１の面積は、ヒートシンク接触面８１２、８２２の面積と等しい。

ここで、熱伝導部材８１、８２の電子部品接触面８１１、８２１を、放熱面８１１、８２１と称し、放熱面８１１、８２１の面積をそれぞれ放熱面積Ｓ１、Ｓ２と称する。放熱面積Ｓ１、Ｓ２が最大有効面積以下である場合、その面積が大きいほど熱伝導部材８１、８２による放熱効果は上昇する。放熱面積Ｓ１、Ｓ２の「最大値」としての最大有効面積を、最大有効放熱面積Ｓ１ｍａｘ、Ｓ２ｍａｘとする。

図４に示すように、第１熱伝導部材８１の最大有効放熱面積Ｓ１ｍａｘは、対応する電子部品４の半導体チップ４１のヒートシンク７側の面４１１の面積によって定まる。同様に、第２熱伝導部材８２の最大有効放熱面積Ｓ２ｍａｘは、対応する電子部品５の半導体チップ５１のヒートシンク７側の面５１１の面積によって定まる。
例えば、軸方向に垂直な方向から見たとき、半導体チップ４１、５１の面４１１、５１１の端部と、放熱面８１１、８２１の端部とを結ぶ仮想線が、放熱面８１１、８２１との間に有する角度をαとするとき、角度αが約４５度である場合に最大有効放熱面積Ｓ１ｍａｘ、Ｓ２ｍａｘが得られる。

また、熱伝導部材８１、８２を介する電子部品４、５とヒートシンク７との間隔を、放熱間隔Ｄ１、Ｄ２と称する。放熱間隔Ｄ１、Ｄ２の値が小さいほど、熱伝導部材８１、８２による放熱効果は上昇する。放熱間隔Ｄ１、Ｄ２の「最小値」を最小放熱間隔Ｄ１ｍｉｎ、Ｄ２ｍｉｎとする。

図４に示すように、第１熱伝導部材８１の最小放熱間隔Ｄ１ｍｉｎは、第１電子部品４と、対応する突出部７５との絶縁性を確実に確保することができる最小の間隔である。同様に、第２熱伝導部材８２の最小放熱間隔Ｄ２ｍｉｎは、第２電子部品５と、対応する突出部７６との絶縁性を確実に確保することができる最小の間隔である。

以上により、第１熱伝導部材８１の放熱面積Ｓ１が最大有効放熱面積Ｓ１ｍａｘであり、放熱間隔Ｄ１が最小放熱間隔Ｄ１ｍｉｎのとき、第１熱伝導部材８１による放熱効果は最大になる。同様に、第２熱伝導部材８２の放熱面積Ｓ２が最大有効放熱面積Ｓ２ｍａｘであり、放熱間隔Ｄ２が最小放熱間隔Ｄ２ｍｉｎのとき、第２熱伝導部材８２による放熱効果は最大になる。

（温度マージンを等しくするための放熱構造）
一般的に、電子部品の熱を放熱する放熱構造を構成する際、電子部品の最高使用温度Ｔｍｏが最高許容温度Ｔｍａを超えないように、温度マージンＭを設定する。温度マージンＭとは、最高許容温度Ｔｍａに対する最高使用温度Ｔｍｏの余裕度であり、最高許容温度Ｔｍａから最高使用温度Ｔｍｏを引いた値である。
なお、最高使用温度Ｔｍｏとは、電子部品の最大発熱量Ｐｍａｘによる温度上昇ΔＴに、最高使用周囲温度ＴＡｍａｘを加えた値である。最高許容温度Ｔｍａとは、電子部品の破損等を防ぐために、電子部品の仕様に基づいて設定されている許容温度の上限値である。最高使用温度Ｔｍｏ及び最高使用周囲温度ＴＡｍａｘは、例えば測定により求めることができる。

本実施形態では、電子部品４、５の温度マージンＭ１、Ｍ２が等しくなるように放熱構造が構成されている。以下、電子部品４、５の温度マージンＭ１、Ｍ２を等しくするための熱伝導部材８１、８２の構成の求め方について、図３〜図５を参照して説明する。

なお、本明細書において温度マージンＭが「等しい」とは、厳密に数値が一致することを要せず、当業者の技術常識の範囲内での誤差を含んでもよい。
また、以下では、熱伝導部材８１、８２の構成を中心に説明しているが、熱伝導部材８１、８２の構成は、ヒートシンク７の突出部７５、７６の構成に関係している。具体的には、突出部７５、７６の先端面７５１、７６１は、放熱面８１１、８２１と等しい面積を有する。また、突出部７５の突出高さは、第１電子部品４とヒートシンク７の対向面７１との間の軸方向の距離から放熱間隔Ｄ１を引いた値に等しく、突出部７６の突出高さは、第２電子部品５とヒートシンク７の対向面７１との間の距離から放熱間隔Ｄ２を引いた値に等しくなる。

第１電子部品４と第２電子部品５とは、サイズ、発熱量、及び最高許容温度等の少なくとも１つが互いに異なっている。また、熱伝導部材８１、８２の熱伝導率をλ［Ｗ／ｍ・Ｋ］とする。
第１電子部品４の発熱量Ｐ１［Ｗ］による温度上昇ΔＴ１［Ｋ］は、第１熱伝導部材８１の放熱面積Ｓ１［ｍ²］及び放熱間隔Ｄ１［ｍ］を用いて、以下の式（１）により求められる。
ΔＴ１＝Ｐ１×（１／λ）×Ｄ１／Ｓ１ ・・・式（１）

同様に、第２電子部品５の発熱量Ｐ２［Ｗ］による温度上昇ΔＴ２［Ｋ］は、第２熱伝導部材８２の放熱面積Ｓ２［ｍ²］及び放熱間隔Ｄ２［ｍ］を用いて、以下の式（２）により求められる。
ΔＴ２＝Ｐ２×（１／λ）×Ｄ２／Ｓ２ ・・・式（２）

ここで、熱伝導部材８１、８２がそれぞれ最大の放熱効果を奏する場合、すなわち、放熱面積Ｓ１、Ｓ２が最大有効放熱面積Ｓ１ｍａｘ、Ｓ２ｍａｘ［ｍ²］であり、放熱間隔Ｄ１、Ｄ２が最小放熱間隔Ｄ１ｍｉｎ、Ｄ２ｍｉｎ［ｍ］である場合を仮定する（図４参照）。

この場合において、電子部品４、５が、最大発熱量Ｐ１ｍａｘ、Ｐ２ｍａｘ［Ｗ］を発生したときの最大の温度上昇をΔＴ１０、ΔＴ２０［Ｋ］とし、以下の式（３）、（４）により求める。
ΔＴ１０＝Ｐ１ｍａｘ×（１／λ）×Ｄ１ｍｉｎ／Ｓ１ｍａｘ ・・・式（３）
ΔＴ２０＝Ｐ２ｍａｘ×（１／λ）×Ｄ２ｍｉｎ／Ｓ２ｍａｘ ・・・式（４）

次に、熱伝導部材８１、８２がそれぞれ最大の放熱効果を奏する場合における電子部品４、５の各温度マージンＭ１、Ｍ２を、限界温度マージンＭ１０、Ｍ２０とし、以下の式（５）（６）により求める。
なお、以下の式（５）、（６）において、最高許容温度Ｔ１ｍａｘ、Ｔ２ｍａｘ［Ｋ］は、電子部品４、５の各仕様によって設定される値である。また、最高使用周囲温度ＴＡｍａｘ［Ｋ］は、電子部品４、５に共通の値である。
Ｍ１０＝Ｔ１ｍａｘ−（ＴＡｍａｘ＋ΔＴ１０） ・・・式（５）
Ｍ２０＝Ｔ２ｍａｘ−（ＴＡｍａｘ＋ΔＴ２０） ・・・式（６）

次に、上記式（５）、（６）により求められた限界温度マージンＭ１０、Ｍ２０を比較し（図５参照）、最も小さい値を最小許容温度マージンＭｍｉｎに設定する。本実施形態では、限界温度マージンＭ１０の値を最小許容温度マージンＭｍｉｎに設定する。

次に、電子部品４の温度マージンＭ１及び電子部品５の温度マージンＭ２が、それぞれ最小許容温度マージンＭｍｉｎに等しくなるように、熱伝導部材８１、８２の最適な構成を求める。具体的には、以下に説明する。

まず、第１電子部品４の限界温度マージンＭ１０は、上述したように最小許容温度マージンＭｍｉｎに等しい。このため、第１熱伝導部材８１の放熱面積Ｓ１をＳ１ｍａｘに設定し、放熱間隔Ｄ１をＤ１ｍｉｎに設定する。

第２電子部品５の限界温度マージンＭ２０は、最小許容温度マージンＭｍｉｎより大きい。このため、第２熱伝導部材８２による放熱効果が最大よりも小さくなるように第２熱伝導部材８２を構成することによって、温度マージンＭ２を最小許容温度マージンＭｍｉｎに一致させる。例えば、第２熱伝導部材８２について、放熱面積Ｓ２をＳ２ｍａｘよりも小さくするか、放熱間隔Ｄ２をＤ２ｍｉｎよりも大きくすることが考えられる。
以下では、放熱面積Ｓ２をＳ２ｍａｘよりも小さくする場合を説明する。

第２電子部品５の温度マージンＭ２を最小許容温度マージンＭｍｉｎに等しくした場合、図４に基づき、第２電子部品５が最大に発熱したときの温度上昇ΔＴ２１は、以下の式（７）で表される。
ΔＴ２１＝Ｔ２ｍａｘ−Ｍ１０−ＴＡｍａｘ
＝Ｔ２ｍａｘ−（Ｔ１ｍａｘ−（ＴＡｍａｘ＋ΔＴ１０））−ＴＡｍａｘ
＝ΔＴ１０−（Ｔ１ｍａｘ−Ｔ２ｍａｘ）・・・式（７）

また、第２電子部品５の温度マージンＭ２を最小許容温度マージンＭｍｉｎに等しくした場合、第２電子部品５が最大に発熱したときの温度上昇ΔＴ２１は、式（２）に基づき、以下の式（８）で表される。
ΔＴ２１＝Ｐ２ｍａｘ×（１／λ）×Ｄ２ｍｉｎ／Ｓ２
＝ΔＴ２０×Ｓ２ｍａｘ／Ｓ２ ・・・式（８）

上記式（７）及び（８）により、第２電子部品５が最小許容温度マージンＭｍｉｎを有する場合の面積Ｓ２は、以下の式（９）によって求められる。
Ｓ２＝ΔＴ２０×Ｓ２ｍａｘ／｛ΔＴ１０−（Ｔ１ｍａｘ−Ｔ２ｍａｘ）｝
・・・式（９）

第２熱伝導部材８２の放熱面積Ｓ２を、上記式（９）により求められる値に構成し、放熱間隔Ｄ２をＤ２ｍｉｎに構成する。このような構成の第２熱伝導部材８２によれば、第２電子部品５の温度マージンＭ２は最小許容温度マージンＭｍｉｎに等しくなる。
図３は、以上の方法により求められた最適な構成を有しており、熱伝導部材８１、８２は、電子部品４、５の温度マージンＭ１、Ｍ２は等しくなるように設けられている。

（効果）
（１）本実施形態の電子制御ユニット３では、サイズ、発熱量、及び、最高許容温度の異なる電子部品４、５の間で温度マージンＭ１、Ｍ２が一致するように、熱伝導部材８１、８２が設けられている。これにより、電子部品４、５では、互いの放熱がバランス良く効果的に行われる。すなわち、一部の電子部品が必要以上に熱抵抗を下げて放熱されることがない。したがって、本実施形態の電子制御ユニット３では、複数の電子部品４、５に対して全体的に効率の良い放熱構造が実現される。

（２）また、本実施形態では、限界温度マージンＭ１０が小さい電子部品４では、その放熱面積Ｓ１が最大有効放熱面積Ｓ１ｍａｘと等しい。一方、限界温度マージンＭ２０が大きい電子部品５では、その放熱面積Ｓ２が最大有効放熱面積Ｓ２ｍａｘよりも小さい。すなわち、限界温度マージンＭ２０が大きい電子部品５では、限界温度マージンＭ１０が小さい電子部品４よりも、最大有効放熱面積Ｓ２ｍａｘに対する放熱面積Ｓ２の割合が小さい。このように構成することによって、第２熱伝導部材８２の使用量が過剰にならず、コストが抑えられる。

（３）本実施形態では、第１電子部品４は、第１インバータ３１及び第２インバータ３２を構成するスイッチング素子３１１〜３１６、３２１〜３２６であり、第２電子部品５は、駆動回路３６である。一般に、スイッチング素子３１１〜３１６、３２１〜３２６の発熱量は大きい一方、駆動回路３６の発熱量は小さい。特に、電動パワーステアリング装置に用いられる回転電機１では、スイッチング素子３１１〜３１６、３２１〜３２６の発熱量は大きい。したがって、本実施形態は、発熱量の大きく異なる第１電子部品４及び第２電子部品５間での放熱効率をバランス良く効果的に行うことができるという点で利点を有する。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による電子制御ユニット３の一部を図６に示す。
第２実施形態では、第１電子部品４が、放熱板４３の他に、第２の放熱板４５をさらに有している点が第１実施形態と異なっている。以下、この点について中心に説明する。

放熱板４５は、例えば銅等の金属により、角部の１つが切り欠かれたような矩形の板状に形成されている。放熱板４５は、放熱板４３との間に半導体チップ４１を挟むようにして設けられている。放熱板４５は、一方の面４５１が半導体チップ４１に当接し、他方の面４５２が樹脂体４２から露出している。複数の端子４４の一部は、放熱板４５と一体に形成されている。

第２実施形態では、第１熱伝導部材８１の放熱面８１１は、第１電子部品４の放熱板４５に接触している。よって、半導体チップ４１の熱は、放熱板４５、熱伝導部材８１、及び、突出部７５を経由して、ヒートシンク７の本体に伝達される。第１電子部品４が放熱板４５を有することにより、半導体チップ４１の熱がより効果的に放熱される。

また、第２実施形態では、半導体チップ４１の熱は樹脂体４２よりも放熱板４５に伝達される。このため、放熱面積Ｓ１の最大有効放熱面積Ｓ１ｍａｘは、放熱板４５のヒートシンク７側に露出している面４５２の面積に等しい。

その他、第１熱伝導部材８１の構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態においても、第１実施形態と同様、電子部品４、５において効率的な放熱構造を実現することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による電子制御ユニット３の一部を図７に示す。
第３実施形態では、電子部品４、５のみでなく、基板６の配線６５に対して放熱構造を設けている点が第１実施形態と異なっている。以下、この点について中心に説明する。

図７に示すように、ヒートシンク７の対向面７１には、基板６側に突出している突出部７７が形成されている。突出部７７は、基板６の配線６５に対応する位置に形成されており、配線６５の近傍まで突出している。なお、本実施形態では、特に発熱の大きい第１電子部品４とモータ線２８を接続する配線６５に対応して、突出部７７が形成されている。
配線６５と突出部７７との間には熱伝導部材８３が配置されている。熱伝導部材８３を構成する材料等は、熱伝導部材８１、８２と同様である。

第３実施形態において、配線６５に設けられた放熱構造である熱伝導部材８３及び突出部７７は、第１電子部品４の放熱を補助するものと考えることができる。例えば、第１電子部品４の半導体チップ４１の熱は、第１実施形態で説明した伝達経路のみではなく、放熱板４３、半田６３、配線６５、熱伝導部材８３、及び、突出部７７を経由して、ヒートシンク７の本体に伝達される。
この場合、第１電子部品４の温度上昇ΔＴ１を求める際、第１電子部品４の放熱が補助される分だけ温度上昇ΔＴ１が低くなるように、配線６５等の熱伝導率や熱伝導部材８３の構成等を要素に加えて計算を行うことができる。

あるいは、第３実施形態において、配線６５の温度マージンＭを考慮する必要性が高い場合、配線６５、電子部品４、５の間において、温度マージンＭを一致させるように、熱伝導部材８３を構成してもよい。例えば、熱伝導部材８３の最大有効放熱面積Ｓｍａｘは突出部７７が他の部材に干渉しない程度とし、最小放熱間隔Ｄｍｉｎは配線６５と突出部７７との間が短絡しない程度にすればよい。その他、熱伝導部材８３の構成の求め方は、第１実施形態と同様である。

したがって、第３実施形態では、配線６５に対して放熱構造を設ける場合であっても、本発明の思想を適用することにより、効率的な放熱構造を実現することができる。

［他の実施形態］
（ア）第１実施形態において、電子部品５とヒートシンク７の突出部７５との短絡防止等を優先して考慮する場合には、放熱間隔Ｄ２を最小放熱間隔Ｄ２ｍｉｎよりも大きくしてもよい。また、本発明はこれに限られず、放熱面積Ｓ２を最大有効放熱面積Ｓ２ｍａｘよりも小さくすることと、放熱間隔Ｄ２を最小放熱間隔Ｄ２ｍｉｎよりも大きくすることとを組み合せることで、最適設計することも可能である。

（イ）上記実施形態では、電子部品４はスイッチング素子であり、電子部品５はその駆動回路であるが、本発明はこれに限られず、様々な電子部品に対応することができる。例えば、温度マージンを等しくする複数の電子部品は、サイズ、発熱量、及び最高許容温度の少なくともいずれか１つが異なるものであればよい。
また、３種類以上の電子部品について温度マージンを一致させてもよい。この場合、各電子部品の温度マージンは、複数の電子部品について求められる最も小さい限界温度マージンに合わせて設定されることが好ましい。
また、３種類以上の電子部品に対して放熱構造を設ける場合、そのうち少なくとも２種類の電子部品の間で温度マージンを等しくしてもよい。

（ウ）また、本発明による電子制御ユニットは、電動パワーステアリング装置の回転電機に限られず、他の装置やシステムを制御するのに用いられても良い。

以上、本発明はこのような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、種々の形態で実施することができる。

３・・・電子制御ユニット
４・・・第１電子部品（電子部品）
５・・・第２電子部品（電子部品）
６・・・基板
７・・・ヒートシンク
８１、８２・・・熱伝導部材

Claims (4)

1. サイズ、発熱量、および最高許容温度の少なくとも１つが異なる複数の電子部品（４、５）と、
   前記複数の電子部品が実装された基板（６）と、
   前記基板に対向して配置されたヒートシンク（７）と、
   前記複数の電子部品と前記ヒートシンクとの間にそれぞれ介在し、対応する前記電子部品の熱を前記ヒートシンクに伝導する複数の熱伝導部材（８１、８２）と、
   を備え、
   前記熱伝導部材は、前記電子部品についての最高使用温度と最高許容温度との差である温度マージン（Ｍ１、Ｍ２）が前記複数の電子部品の間で等しくなるように設けられており、
   前記熱伝導部材が前記電子部品に接触する面積を放熱面積（Ｓ１、Ｓ２）とし、
   前記熱伝導部材を介する前記電子部品と前記ヒートシンクとの間隔を放熱間隔（Ｄ１、Ｄ２）とし、
   前記電子部品について、前記放熱面積が最大値（Ｓ１ｍａｘ、Ｓ２ｍａｘ）であり、かつ、前記放熱間隔が最小値（Ｄ１ｍｉｎ、Ｄ２ｍｉｎ）であるときの前記温度マージンを限界温度マージン（Ｍ１０、Ｍ２０）とするとき、
   前記限界温度マージンが相対的に大きい前記電子部品に設けられる前記熱伝導部材の前記放熱面積は、前記限界温度マージンが相対的に小さい前記電子部品に設けられる前記熱伝導部材の前記放熱面積よりも、前記最大値に対する割合が小さくなるように設定されていることを特徴とする電子制御ユニット（３）。
2. 前記複数の電子部品は、電力変換回路を構成する複数のスイッチング素子（３１１〜３１６、３２１〜３２６）、および、当該スイッチング素子を駆動する駆動回路（３６）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電子制御ユニット。
3. サイズ、発熱量、および最高許容温度の少なくとも１つが異なり、電力変換回路を構成する複数のスイッチング素子（３１１〜３１６、３２１〜３２６）、および、当該スイッチング素子を駆動する駆動回路（３６）を含んでいる複数の電子部品（４、５）と、
   前記複数の電子部品が実装された基板（６）と、
   前記基板に対向して配置されたヒートシンク（７）と、
   前記複数の電子部品と前記ヒートシンクとの間にそれぞれ介在し、対応する前記電子部品の熱を前記ヒートシンクに伝導する複数の熱伝導部材（８１、８２）と、
   を備え、
   前記熱伝導部材は、前記電子部品についての最高使用温度と最高許容温度との差である温度マージン（Ｍ１、Ｍ２）が前記複数の電子部品の間で等しくなるように設けられていることを特徴とする電子制御ユニット（３）。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子制御ユニットと、
   前記電子制御ユニットに通電を制御されるモータ（２）と、を備える回転電機。

Images