JP6183314B2 - 電子装置及びそれを備えた駆動装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の電子装置は、基板に実装された電子部品の反基板側に熱伝導性シートを挟んでヒートシンクを備えている。この電子装置は、電子部品が通電時に発生する熱を、熱伝導性シートを通じてヒートシンクに放熱させている。
この場合、例えば基板に対して電子部品が傾いた状態で実装されるか、又は、温度変化により基板が撓む等により、電子部品の導電部とヒートシンクとの間の絶縁ギャップが減少すると、導電部とヒートシンクとが短絡するおそれがある。
これにより、第2発明は、電子部品とヒートシンクとの短絡による駆動装置の不具合を防ぐことができる。また、第2発明は、電子部品からヒートシンクへの放熱性を高めることで、コントローラ及びモータ部に供給する電流を大きくし、駆動装置による操舵アシストトルクを高めることが可能である。さらに、第2発明は、電子部品とヒートシンクとの絶縁ギャップを小さくすることで、コントローラの体格を小型化することに好適である。
本発明の第1実施形態を図1から図6に示す。第1実施形態による電子装置1は、車両の電動パワーステアリング装置の操舵アシストトルクを発生する駆動装置2に使用されるものである。
まず、駆動装置2の構成を説明し、その後、電子装置1について説明する。
図1に示すように、駆動装置2は、モータ部3、及び、そのモータ部3を駆動するコントローラ4を備える。
モータ部3は、ステータ5及びロータ6を備えている。ステータ5は、円筒状に形成され、軸方向の一端をフロントフレームエンド7に支持され、他端をリヤフレームエンド8に支持されている。ステータ5のスロットにはコイル9が巻かれている。ロータ6は、ステータ5の径方向内側に円筒状に形成され、ステータ5に対し相対回転可能に設けられている。ロータ6の有するシャフト10は、出力端11側がフロントフレームエンド7に設けられた軸受12に回転可能に支持され、他端がリヤフレームエンド8に設けられた軸受13に回転可能に支持されている。
モータ部3は、コントローラ4からコイル9に通電されると、ステータ5が回転磁界を発生し、ロータ6とシャフト10が軸周りに回転する。
本実施形態の電子装置1は、1枚のみの基板30を備える。
基板30には、複数の電子部品40が実装されている。これによると、複数の基板によりコントローラ4を構成する場合と比較し、部品点数を低減可能であるとともに、小型化が可能である。
図2では、基板30と、その基板30のヒートシンク側に実装された電子部品40の一例を、破線で示している。
基板30のヒートシンク側に、MOSFETなどのスイッチング素子からなる電子部品40、ロータ6の位置を検出するセンサ32、及び、ロータ6の位置に応じてコイル9に供給する電力を制御するための集積回路33等が実装されている。
基板30に実装された複数個のMOSFETは、モータ部3に電力を供給するための三相インバータ回路、又は、コネクタからその三相インバータ回路に供給される電力を遮断可能な電源スイッチ等として機能する。三相インバータ回路は、マイコンからの指示に応じてモータ部3のコイル9に電力を供給する。
本実施形態の基板30、電子部品40、放熱ゲル50及びヒートシンク20は、特許請求の範囲に記載の「電子装置1」の一例を構成するものである。
この電子装置1は、電子部品40の一例としてMOSFETを備えている。図4に示すように、電子部品40は、チップ41と、そのチップ41に電気的に接続する導電部42,43、及びチップ41と導電部42,43とを樹脂モールドする絶縁部44を有する。
MOSFETが有するチップ41は、P型又はN型半導体素子から構成され、ゲートに入力される制御信号により、ソース、ドレイン間の通電をオン、オフする。
絶縁部44は、チップ41と基板側導電部42と背面側導電部43とを一体に樹脂モールドする。図3及び図4では、絶縁部44のヒートシンク側の端面と、背面側導電部43のヒートシンク側の端面とが同一平面上に位置しているが、これらは高低差を有するものであってもよい。
なお、以下の説明で単に「導電部43」という場合、背面側導電部43をいうものとする。
突部23は、電子部品40の絶縁部44に向き合う位置に設けられる。図5では、電子部品40が有する導電部43の外縁と絶縁部44の外縁を破線で示している。図5に示すように、本実施形態のヒートシンク20が有する突部23は、1個の電子部品40の絶縁部44に対して3個設けられる。3個の突部23は、直線状に並ぶことなく、3個の突部23を結ぶ仮想線Tが三角形を形成するように配置される。
なお、ヒートシンク20が有する突部23は、3個に限らず、1個又はそれ以上であってもよく、位置又は形状についても、任意に設定することが可能である。
図3に示すように、支持部22の高さAは、電子部品40の高さBと、突部23の高さCとの和よりも大きい。そのため、支持部22の端面に基板30をねじ31により固定したとき、基板30及び電子部品40がヒートシンク本体21に対してほぼ平行な状態で、電子部品40と突部23との間に隙間Dが形成される。これにより、突部23から電子部品40に応力が作用することが防がれる。
一方、ヒートシンク本体21と導電部43との間には所定の距離があけられている。この間には、放熱ゲル50が充填されている。即ち、ヒートシンク本体21のうち放熱ゲル50を挟んで導電部43に向き合う面が、導電部43と当接することの無い非当接面25である。
また、基板30とほぼ平行な方向において、当接面24と導電部43との距離Eは、当接面24と絶縁部44とが当接した場合でも、当接面24と導電部43との間の絶縁を放熱ゲル50が維持可能な間隔が形成されるように設定される。これにより、電子装置1は、電子部品40とヒートシンク20との短絡を防ぐことができる。
(1)第1実施形態では、電子装置1が備えるヒートシンク20は、電子部品40の導電部43に向き合う非当接面25と、その非当接面25よりも基板側に位置して電子部品40の絶縁部44と当接可能な当接面24を有する。
これにより、電子部品40の絶縁部44とヒートシンク20の当接面24とが当接した場合、電子部品40の導電部43とヒートシンク20の非当接面25とが当接することが防がれる。したがって、電子装置1は、例えば温度変化により基板30がヒートシンク側に撓んだ場合でも、電子部品40とヒートシンク20との短絡を防ぐことができる。
これにより、電子装置1は、導電部43と非当接面25との絶縁を保障することができる。
これにより、ヒートシンク20の当接面24と電子部品40の絶縁部44とが当接した場合でも、当接面24は導電部43に接触することがない。したがって、電子装置1は、導電部43と非当接面25との絶縁を保障することができる。
これにより、電子装置1は、導電部43と非当接面25との絶縁を保障することができる。
これにより、例えば鋳造などにより、ヒートシンク20に突部23を容易に形成することが可能である。したがって、電子装置1の製造コストを低減することができる。
これにより、電子装置1は、支持部22の高さAと突部23の高さCとの高低差に関する公差を小さくすることが可能である。
これにより、電子部品40の導電部43とヒートシンク20の非当接面25との短絡を確実に防ぐことができる。なお、突部23の個数は、3個以上としてもよい。
これにより、駆動装置2のコントローラ4は、電子部品40とヒートシンク20との短絡による駆動装置2の不具合を防ぐことができる。また、コントローラ4は、電子部品40からヒートシンク20への放熱性を高めることで、モータ部3に供給する電流を大きくし、駆動装置2による操舵アシストトルクを高めることが可能である。さらに、電子部品40とヒートシンク20との絶縁ギャップを小さくすることで、コントローラ4は、その体格を小型化することが可能である。
本発明の第2実施形態の電子装置1が備えるヒートシンク20の模式平面図を図7に示す。なお、図7から図9についても、電子部品40が有する導電部43の外縁と絶縁部44の外縁を破線で示している。
第2実施形態では、ヒートシンク20が有する突部231は、基板30の板厚方向から見て、電子部品40の絶縁部44に連続して当接可能な直線形状である。この突部231は、1個の電子部品40に対し、2個設けられている。2個の突部231は、平行に配置されている。これにより、突部231は、電子部品40の傾きを抑制可能である。なお、突部231の個数は、1個以上であってもよく、位置又は形状についても、任意に設定することが可能である。
また、第2実施形態では、ヒートシンク20が有する突部231の体積を大きくすることで、電子部品40の放熱性を高めることができる。
本発明の第3実施形態の電子装置1が備えるヒートシンク20の模式平面図を図8に示す。
第3実施形態では、ヒートシンク20が有する突部232は、基板30の板厚方向から見て、電子部品40の絶縁部44に連続して当接可能な矩形状である。これにより、突部232は、電子部品40の傾きを抑制可能である。
第3実施形態においても、上述した第1、第2実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
本発明の第4実施形態の電子装置1が備えるヒートシンク20の模式平面図を図9に示す。
第4実施形態は、第1実施形態と第2実施形態の組み合わせである。ヒートシンク20は、基板30の板厚方向から見て、電子部品40の絶縁部44に連続して当接可能な直線形状の突部231と、円柱状の突部23を備えている。
第4実施形態においても、上述した第1から第3実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
本発明の第5実施形態の電子装置1が備えるヒートシンク20の模式平面図を図10に示す。
第5実施形態では、ヒートシンク20が有する突部231は、基板30の板厚方向から見て、複数の電子部品40が有する複数の絶縁部44に連続して当接可能な直線形状である。これにより、ヒートシンク20に設ける突部231の数を少なくすることが可能である。
本発明の第6実施形態による電子装置1の模式断面図を図11に示す。
第6実施形態では、ヒートシンク20が有する支持部22の高さAは、電子部品40の高さBと突部23の高さCとの和と、ほぼ同一である。そのため、支持部22の端面222に基板30をねじ31により固定したとき、電子部品40の絶縁部44と、突部23の当接面24とが当接する。
この構成においても、電子部品40の導電部43と、ヒートシンク本体21の非当接面25との間には、突部23の高さCと同一の距離があけられている。この間には、放熱ゲル50が充填されている。したがって、第6実施形態の電子装置1は、ヒートシンク20の当接部と電子部品40とが当接した状態で電子装置1を組み立てた場合でも、電子部品40とヒートシンク20との短絡を防ぐことができる。
本発明の第7実施形態による電子装置1の模式断面図を図12及び図13に示す。
第7実施形態では、ヒートシンク20は、ヒートシンク本体21から反基板側に凹む凹部26を有する。凹部26は、電子部品40の導電部43に向き合う位置に設けられる。この凹部26の外縁27は、電子部品40の導電部43の外縁よりも外側に位置している。
一方、ヒートシンク20の凹部26の内側の面と導電部43との間には所定の距離があけられている。この間には、放熱ゲル50が充填されている。即ち、ヒートシンク20の凹部26の内側の面が、導電部43と当接することの無い非当接面25である。
また、第7実施形態では、ヒートシンク本体21の体積を大きくすることで、電子部品40から放出される熱の吸収量を増加することができる。
上述した実施形態では、駆動装置2のコントローラ4に使用される電子装置1について説明した。これに対し、他の実施形態では、電子装置1は、駆動装置2のコントローラ4に限らず、種々の装置に適用することが可能である。
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、種々の形態で実施することができる。
20・・・ヒートシンク
24・・・当接面
25・・・非当接面
30・・・基板
40・・・電子部品
41・・・チップ
43・・・背面側導電部(導電部)
44・・・絶縁部
50・・・放熱ゲル(絶縁放熱材)
Claims (8)
- 基板(30)と、
チップ(41)、そのチップに電気的に接続する導電部(43)、及び前記チップと前記導電部とをモールドする絶縁部(44)を有し、前記基板に実装された電子部品(40)と、
前記電子部品の反基板側に設けられた絶縁放熱材(50)と、
前記電子部品の反基板側に露出する前記導電部と前記絶縁放熱材を挟んで向き合う非当接面(25)、及びその非当接面よりも前記基板側に位置して前記絶縁部と当接可能な当接面(24)を有し、前記電子部品が通電時に発生する熱を吸収可能なヒートシンク(20)と、を備えており、
前記ヒートシンクは、ヒートシンク本体(21)、及びそのヒートシンク本体から前記基板側に突出する突部(23,231,232)を一体に有し、
前記当接面は前記突部の前記絶縁部側の面であり、
前記非当接部は前記ヒートシンク本体のうち前記導電部に向き合う面であり、
前記ヒートシンクは、複数の前記電子部品が有する複数の前記絶縁部に連続して当接可能な形状の前記突部(231)を有することを特徴とする電子装置(1)。 - 前記ヒートシンクの前記当接面と前記電子部品の前記絶縁部とが当接した場合、前記基板の板厚方向において、前記非当接面と前記導電部との間を前記絶縁放熱材が絶縁可能な間隔(C,F)が形成されることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
- 前記当接面は前記絶縁部と向き合う位置に設けられ、且つ、前記導電部と向き合うことのない位置に設けられることを特徴とする請求項1または2に記載の電子装置。
- 前記ヒートシンクの前記当接面と前記電子部品の前記絶縁部とが当接した場合、前記基板と平行な方向において、前記当接面と前記導電部との間を前記絶縁放熱材が絶縁可能な間隔(E)が形成され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装置。
- 前記ヒートシンクは、前記ヒートシンク本体から前記基板側に突出して基板を支持する支持部(22)、前記ヒートシンク本体、及び前記突部を一体に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装置。
- 前記ヒートシンクは、1個の前記電子部品に対し、複数個の前記突部(23,231)を有し、前記電子部品の傾きを抑制可能であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子装置。
- 前記ヒートシンクは、1個の前記電子部品に対し、前記絶縁部に連続して当接可能な形状の前記突部(231,232)を有し、前記電子部品の傾きを抑制可能であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電子装置。
- 電動パワーステアリング装置に用いられ、操舵アシストトルクを出力するモータ部(3)と、
前記モータ部を駆動するコントローラ(4)と、
前記コントローラに使用される請求項1から7のいずれか一項に記載の電子装置と、を備えることを特徴とする駆動装置(2)。
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