(57)【要約】【課題】高発熱源である高速スイッチング素子を分散配置することにより、ヒートシンクの放熱効率の悪化を防止して周辺の電子部品への温度影響をできるだけ回避する。【解決手段】ＥＣＵ１０を構成する制御基板２０は、モータをＰＷＭ駆動させるモータ駆動回路を構成するスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ、２６ａ，２６ｂ，２６ｃを備えている。これらスイッチング素子は、高速スイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、低速スイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとは基板２０ａに固定されたヒートシンク２７に交互に配置されて取り付けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータをＰＷＭ駆動させるモータ駆動回路を構成する複数のスイッチング素子をヒートシンクへ取り付ける取付構造において、
前記モータ駆動回路により高速スイッチングされる高速スイッチング素子と低速スイッチングされる低速スイッチング素子とを交互に配置して前記ヒートシンクに取り付けることを特徴とするヒートシンクへのスイッチング素子取付構造。
【請求項２】
請求項１において、前記高速スイッチング素子は、他の電子部品から離して配置されたことを特徴とするヒートシンクへのスイッチング素子取付構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンクへのスイッチング素子取付構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、モータをＰＷＭ駆動させるモータ駆動回路を構成する複数のスイッチング素子をヒートシンクへ取り付ける取付構造は知られている。図２および図３を参照して電動パワーステアリングを制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０すなわち電子制御装置の制御基板２０におけるヒートシンクへのスイッチング素子取付構造について説明する。
【０００３】
ＥＣＵ１０は、図３に示すように、制御基板２０と、制御基板２０を収納するケース３０からなる。制御基板２０は、図２に示すように、マイコン２１およびモータ駆動回路２２を備えている。マイコン２１は各種検出手段Ｓから検出信号を入力し、それら検出信号に基づいて制御値を演算し、さらに、この制御値に基づいてＰＷＭ演算を行って、その結果をモータ駆動回路２２に出力し、モータ駆動回路２２を介してモータＭを駆動する。
【０００４】
モータ駆動回路２２は、ゲート駆動回路２３およびインバータ回路２４を備えている。インバータ回路２４は上下両段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ（例えばＭＯＳＦＥＴ）を備えている。上段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃのドレインは直流電源であるバッテリにシャント抵抗Ｒｓを介して接続され、ゲートはゲート駆動回路２３に接続され、ソースは下段のスイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃのドレインに接続され、下段のスイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃのゲートはゲート駆動回路２３に接続され、ソースは接地されている。上下両段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各中間点Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗには、モータＭの図示しないＵ相、Ｖ相、Ｗ相の界磁巻線がそれぞれ接続されている。各中間点Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗはそれぞれ第１抵抗Ｒｕ１，Ｒｖ１，Ｒｗ１および第２抵抗Ｒｕ２，Ｒｖ２，Ｒｗ２を介して接地されており、第１および第２抵抗Ｒｕ１，Ｒｕ２間、Ｒｖ１，Ｒｖ２間およびＲｗ１，Ｒｗ２間の各電圧すなわちＵ相、Ｖ相およびＷ相のモータ端子電圧の分圧がマイコン２１に入力されている。
【０００５】
このように構成されたＥＣＵ１０によってモータＭを駆動する際には、マイコン２１は上述した一方の段のスイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃを高速でスイッチングし（高速スイッチング素子）、他方の段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃを低速でスイッチングする（低速スイッチング素子）。何れのスイッチング素子もスイッチングにより発熱し、高速でスイッチングする高速スイッチング素子は特に高温となる。そこで、基板２０ａに実装されている上下両段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、図３に示すように、基板２０ａの上面に固定されたヒートシンク２７に密着固定され、このヒートシンク２７によって放熱されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した制御基板２０において、高速スイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃおよび低速スイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、ヒートシンク２７の互いに異なる側面にそれぞれ一まとめにして並設されている。これにより、高発熱源である高速スイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃが集中するので、ヒートシンク２７の放熱効率が悪くなり、高温による周辺の電子部品への影響が避けられないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、高発熱源である高速スイッチング素子を分散配置することにより、ヒートシンクの放熱効率の悪化を防止して周辺の電子部品への温度影響をできるだけ回避することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、モータをＰＷＭ駆動させるモータ駆動回路を構成する複数のスイッチング素子をヒートシンクへ取り付ける取付構造において、モータ駆動回路により高速スイッチングされる高速スイッチング素子と低速スイッチングされる低速スイッチング素子とを交互に配置してヒートシンクに取り付けることである。
【０００９】
これによれば、高発熱源である高速スイッチング素子を分散配置することにより、ヒートシンクの放熱効率の悪化を防止して周辺の電子部品への温度影響をできるだけ回避することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、高速スイッチング素子は、他の電子部品から離して配置されたことである。これによれば、より確実に周辺の電子部品への温度影響を回避することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるヒートシンクへのスイッチング素子取付構造を電動パワーステアリングを制御するＥＣＵ（電子制御装置）１０の制御基板２０に適用した一実施の形態について図１および図２を参照して説明する。図１は、制御基板２０を備えたＥＣＵ１０の内部構造を示す平面図であり、図２は、制御基板２０の電気ブロック図である。
【００１２】
ＥＣＵ１０は、図１に示すように、制御基板２０と、制御基板２０を収納するケース３０からなる。制御基板２０は、基板２０ａに各種電子部品が実装されているものである。
【００１３】
制御基板２０は、図２に示すように、マイコン２１およびモータ駆動回路２２を備えている。マイコン２１は各種検出手段Ｓから検出信号を入力し、それら検出信号に基づいて制御値を演算し、さらに、この制御値に基づいてＰＷＭ演算を行って、その結果をモータ駆動回路２２に出力し、モータ駆動回路２２を介してモータＭを駆動する。このモータＭは、三相同期式永久磁石で構成したブラシレスモータにて構成されている。
【００１４】
モータ駆動回路２２は、ゲート駆動回路２３およびインバータ回路２４を備えている。インバータ回路２４は上下両段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃを備えている。各スイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、例えばＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）にて構成されている。上段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃのドレインは直流電源であるバッテリにシャント抵抗Ｒｓを介して接続され、ゲートはゲート駆動回路２３に接続され、ソースは下段のスイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃのドレインに接続され、下段のスイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃのゲートはゲート駆動回路２３に接続され、ソースは接地されている。
【００１５】
上下両段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各中間点Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗには、モータＭの図示しないＵ相、Ｖ相、Ｗ相の界磁巻線がそれぞれ接続されている。各中間点Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗはそれぞれ第１抵抗Ｒｕ１，Ｒｖ１，Ｒｗ１および第２抵抗Ｒｕ２，Ｒｖ２，Ｒｗ２を介して接地されており、第１および第２抵抗Ｒｕ１，Ｒｕ２間、Ｒｖ１，Ｒｖ２間およびＲｗ１，Ｒｗ２間の各電圧すなわちＵ相、Ｖ相およびＷ相のモータ端子電圧の分圧がマイコン２１に入力されている。なお、シャント抵抗Ｒｓに接続された電源電流検出回路２８は、シャント抵抗Ｒｓの電圧値を検出してモータＭに通電される電流値を検出しその検出結果をマイコン２１に出力するようになっている。
【００１６】
このように構成されたＥＣＵ１０によってモータＭを駆動する際には、マイコン２１は上述した一方の段（下段）のスイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃをＤｕｔｙ制御により高速でスイッチングし（高速スイッチング素子）、他方の段（上段）のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃを低速でスイッチングする（低速スイッチング素子）。何れのスイッチング素子もスイッチングにより発熱し、高速でスイッチングする高速スイッチング素子は特に高温となる。そこで、基板２０ａに実装されている上下両段のスイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、図１に示すように、基板２０ａの上面に固定されたヒートシンク２７に密着固定され、このヒートシンク２７によって放熱されるようになっている。
【００１７】
なお、高速スイッチング素子は、所定時間だけＰＷＭ制御にて所定のｄｕｔｙ比でオン・オフが繰り返され、次の所定時間だけオフが継続され、このＰＷＭ制御と電圧不印加を繰り返し実行するようになっている。一方、低速スイッチング素子は、高速スイッチング素子がＰＷＭ制御されている所定時間中ずっとオンの場合もあり、高速スイッチング素子と比して少ないスイッチング回数、かつ、長いサイクル時間でスイッチングする場合もある。
【００１８】
ヒートシンク２７は直方体状に形成されており、このヒートシンク２７に高速スイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃと低速スイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが、図１に示すように、交互に配置されて取り付けられている。すなわち、ヒートシンク２７の外寄りの一側面２７ａに２つの高速スイッチング素子２６ａ，２６ｂと１つの低速スイッチング素子２５ｃが交互に配置され、側面２７ａと異なる内寄りの一側面２７ｂに１つの高速スイッチング素子２６ｃと２つの低速スイッチング素子２５ａ，２５ｂが交互に配置されている。これにより、高発熱源である高速スイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃを分散配置することにより、ヒートシンク２７の放熱効率の悪化を防止して周辺の電子部品への温度影響をできるだけ回避することができる。なお、ヒートシンク２７は基板２０ａの中央部より端部に配置するのが好ましい。また、ヒートシンク２７の形状は直方体に限られるものではなく、断面Ｕ字状に形成されたものでもよい。何れの場合にも、放熱フィンを設けるのが好ましい。
【００１９】
基板２０ａには、上述した各スイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ、ヒートシンク２７以外に、他の電気・電子部品、例えばシャント抵抗Ｒｓ、コンデンサＣ１〜Ｃ５、コイルＣＬ１、リレーＲＬ１〜ＲＬ４が実装されている。高速スイッチング素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、これら電気・電子部品から離して配置されている。これにより、より確実に周辺の電子部品への温度影響を回避することができる。
【００２０】
上述した説明から明らかなように、本実施の形態においては、ヒートシンク２７の外寄りの一側面２７ａ、すなわち電気・電子部品の少ない側のヒートシンク２７の側面に高速スイッチング素子２６ａ，２６ｂを配置するようにしたので、周辺の電子部品への温度影響をできるだけ回避することができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態において、スイッチング素子をＭＯＳＦＥＴにて構成したが、バイポーラ型トランジスタ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）にて構成してもよい。
【００２２】
また、上記実施の形態において、モータＭを三相同期式永久磁石で構成したブラシレスモータにて構成したが、三相以外の同期式永久磁石モータにて構成するようにしてもよい。また、モータＭをブラシレスモータ以外の他のモータ例えばＤＣモータにて構成してもよい。
【００２３】
また、上記実施の形態において、本発明を電動パワーステアリングを制御するＥＣＵ（電子制御装置）１０の制御基板２０に適用したが、モータを制御する他の制御装置の制御基板に適用してもよい。
【００２４】
また、上記実施の形態においては、上段および下段スイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃがそれぞれ低速および高速スイッチング素子となるように制御したが、上段および下段スイッチング素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃがそれぞれ高速および低速スイッチング素子となるように制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒートシンクへのスイッチング素子取付構造を適用した制御基板の一実施の形態を備えた電動パワーステアリングを制御するＥＣＵの内部構造を示す平面図である。
【図２】図１に示す制御基板の電気ブロック図である。
【図３】従来技術に係るヒートシンクへのスイッチング素子取付構造を適用した制御基板を備えた電動パワーステアリングを制御するＥＣＵの内部構造を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…ＥＣＵ、２０…制御基板、３０…ケース、２１…マイコン、２２…モータ駆動回路、２３…ゲート駆動回路、２４…インバータ回路、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…低速スイッチング素子（上段のスイッチング素子）、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…高速スイッチング素子（下段のスイッチング素子）、２７…ヒートシンク、２８…電源電流検出回路、Ｃ１〜Ｃ５…コンデンサ、ＣＬ１…コイル、Ｍ…モータ、ＲＬ１〜ＲＬ４…リレー、Ｒｓ…シャント抵抗、Ｓ…各種検出手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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