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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die elektrische Leistung von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung oder von Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umsetzt, und insbesondere auf ein Verfahren zum Implementieren eines Leistungsmoduls, mit dem Gehäuse für einen Motor und für einen Umrichter direkt verbunden sind, oder zum Implementieren eines mechatronisch integrierten Leistungsmoduls, für das der Motor und der Umrichter in demselben Gehäuse angeordnet sind.
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Stand der Technik
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Der Stand der Technik in Bezug auf das obenerwähnte technische Gebiet ist in der PATENTLITERATUR 1 und in der PATENTLITERATUR 2 beschrieben. In der PATENTLITERATUR 1 ist ein vergossenes Modul beschrieben, das erhalten wird, wenn mehrere Anschlüsse, die eine Verdrahtung bilden, und mehrere elektronische Teile, die an den einzelnen Anschlüssen angebracht sind, mit Pressharz vergossen werden. Wenigstens einige der mehreren Anschlüsse werden von der Rückfläche des Pressharzes freigelegt. Eine Elektromotorkapsel, an der das vergossene Modul befestigt wird, ist eine Kapsel, die in Richtung eines Untersetzungsmechanismus angeordnet ist und an dem Untersetzungsmechanismus befestigt ist.
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In der PATENTLITERATUR 2 ist ein Leistungsmodul beschrieben, das eine Wärmeabgabeschicht, eine Isolierschicht, einen Stromkreisverdrahtungsabschnitt, mehrere Schaltelemente, mehrere Außenanschlüsse und Harz enthält. Die Wärmeabgabeschicht enthält eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche, die der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegend positioniert ist. Die Isolierschicht ist auf der ersten Hauptoberfläche der Wärmeabgabeschicht angeordnet. Der Stromkreisverdrahtungsabschnitt ist für die Isolierschicht vorgesehen. Die mehreren Schaltelemente sind auf der Isolierschicht angeordnet und mit dem Stromkreisverdrahtungsabschnitt elektrisch verbunden. Die mehreren Außenanschlüsse sind mit dem Stromkreisverdrahtungsabschnitt elektrisch verbunden. Das Harz dichtet die Isolierschicht, den Stromkreisverdrahtungsabschnitt, die Schaltelemente, die gesamte erste Hauptoberfläche der Wärmeabgabeschicht und einen Teil der zweiten Hauptoberfläche der Wärmeabgabeschicht ab. Das Leistungsmodul ist mit einer Leistungsmodulhalterung eines Motors verbunden.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentliteratur
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- PATENTLITERATUR 1: WO 2012-137333
- PATENTLITERATUR 2: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-118067
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn eine herkömmliche mechatronisch integrierte Struktur verwendet ist, um das Gehäuse für einen Motor mit dem Gehäuse für einen Umrichter direkt zu verbinden oder um den Motor und den Umrichter dasselbe Gehäuse verwenden zu lassen, ist eine z. B. in der PATENTLITERATUR 1 beschriebene elektrische Servolenkvorrichtung so konfiguriert, dass die Unterseite der Metallverdrahtung für das Modul freiliegt. Somit ist es notwendig, ein Isoliermaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit vorzubereiten, wenn das Modul mit einem Metallgehäuse verbunden wird. Ferner ist es notwendig, einen Prozess des Härtens des Isoliermaterials auszuführen, falls ein Isoliermaterial mit einer Adhäsionskraft verwendet werden soll. Dies führt zu einer Erhöhung der Herstellungszeit. Darüber hinaus gibt es in der in der PATENTLITERATUR 1 und in der PATENTLITERATUR 2 beschriebenen elektrischen Servolenkvorrichtung nur eine Kühlfläche für das Modul. Somit benötigt das Modul eine große Wärmeabgabefläche, damit durch ein in dem Modul angeordnetes Halbleiterelement erzeugte Wärme richtig zu der Metallgehäuseseite geleitet werden kann. In diesem Fall ist es schwierig, die Größe des Moduls zu verringern.
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Wenn eine herkömmliche Technologie verwendet wird, liegt die Metallverdrahtung für das Leistungsmodul wie oben beschrieben frei, um Wärme abzugeben, und benötigt die freiliegende Oberfläche ein isolierendes Element. Da es nur eine Kühlfläche gibt, führt eine Verringerung der Wärmeabgabefläche des Moduls ferner zu einer Erhöhung des Wärmewiderstands. Somit übersteigt der Betrag des Temperaturanstiegs in dem Halbleiterelement einen zulässigen Grenzwert. Dies erschwert es, die Größe des Moduls zu verringern.
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Lösung des Problems
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Zur Lösung des obigen Problems wird eine z. B. in den beigefügten Ansprüchen definierte Konfiguration genutzt.
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Die vorliegende Anmeldung enthält mehrere Mittel zur Lösung des obigen Problems. In Übereinstimmung mit einem Beispiel für solche Mittel wird eine Leistungsumsetzungsvorrichtung mit einem Motor und mit einem Umrichter geschaffen. Wenigstens ein Leistungsmodul für den Umrichter ist an einem Metallgehäuse für den Motor angeordnet. Eine Wärmeabgabemetallplatte ist auf einer Oberfläche des Leistungsmoduls, die seiner Oberfläche in Kontakt mit dem Metallgehäuse gegenüberliegend positioniert ist, angeordnet.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung steht eine Oberfläche des für den Umrichter vorgesehenen Leistungsmoduls in Kontakt mit dem Metallgehäuse für den Motor und steht die andere Oberfläche in Kontakt mit der Wärmeabgabemetallplatte. Somit kann durch das Leistungsmodul erzeugte Wärme von beiden Oberflächen abgegeben werden. Dies ermöglicht, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung mit hoher Wärmeabgabeleistung zu implementieren. Im Ergebnis kann die Größe des Leistungsmoduls wesentlich verringert werden.
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Aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen gehen weitere als die zuvor beschriebenen Konfigurationen und vorteilhaften Wirkungen hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 ist ein Stromlaufplan, der ein für die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehenes Leistungsmodul darstellt.
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3 ist eine Draufsicht, die das für die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehene Leistungsmodul darstellt.
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4 ist eine Querschnittsdarstellung, die das für die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform vorgesehene Leistungsmodul darstellt.
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5 ist eine Draufsicht, die wesentliche Teile darstellt, um beispielhaft zu zeigen, wie das Leistungsmodul in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert ist.
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6 ist eine Querschnittsdarstellung, die wesentliche Teile darstellt, um eine andere Form einer Wärmeabgabemetallplatte in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzugeben.
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7 ist eine Querschnittsdarstellung, die die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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8 ist eine Querschnittsdarstellung, die die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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9 ist eine Draufsicht, die das für die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehene Leistungsmodul darstellt.
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10 ist eine Draufsicht, die ein vorderes Ende einer für die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Anschlussstromschiene darstellt.
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11 ist eine Querschnittsdarstellung, die die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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12 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine elektrische Servolenkvorrichtung in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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13 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Umrichtervorrichtung in Übereinstimmung mit einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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14 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine mechatronisch integrierte Antriebsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschrankt.
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<Erste Ausführungsform>
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage eines Beispiels einer Leistungsumsetzungsvorrichtung mit einem Umrichter zum Umsetzen elektrischer Leistung und mit einem Motor zum Umwandeln elektrischer Energie in mechanische Energie beschrieben.
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1 ist eine Querschnittsdarstellung in axialer Richtung des Motors 200, um eine Konfiguration der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform darzustellen. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 enthält den Motor 200, der einen Stator 202 und einen Rotor 204 aufweist, und den Umrichter 300, der eine Motoransteuerschaltung enthält.
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Der Stator 202 für den Motor 200 ist aus einer Statorwicklung um eine elektromagnetische Stahlplatte gebildet. Der Statur 202 ist kreisförmig auf der Innenseite eines zylindrischen Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors angeordnet und z. B. durch Presspassung oder Aufschrumpfsitz befestigt. Ferner ist im Zentrum eines Sperrabschnitts 201s, der eine Öffnung an einem axialen Ende des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors versperrt, ein Raum zum Befestigen eines Lagers 203 vorgesehen. Das Lager 203 ist durch Presspassung befestigt.
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Eine Öffnung an dem anderen axialen Ende des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors ist mit einer Metallabdeckung 207 und mit einer Muffenstruktur 209 versehen. Die Metallabdeckung 207 befestigt ein weiteres Lager 208. Die Muffenstruktur 209 verbindet mit der Metallabdeckung 207. Das Lager 208 ist in die Metallabdeckung 207 pressgepasst. Die Metallabdeckung 207 ist z. B. durch Schrauben oder durch Presspassung an dem Metallgehäuse 201 auf der Seite des Motors befestigt.
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Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist das andere axiale Ende des Metallgehäuses 201 auf der Seite in Richtung des Motors 200 mit einem Schraubabschnitt zum Verbinden mit einer Abdeckung 312 auf der Seite in Richtung des Umrichters 300 versehen. Der Schraubabschnitt ist z. B. auf der Außenseite (auf dem Außenumfang) der Muffenstruktur 209 angeordnet, an der die Metallabdeckung 207 angeordnet ist. Ferner kann ein Abschnitt des Metallgehäuses 201, der in Richtung des Umrichters 300 (250) positioniert ist, aus einem anderen Element als dem Element für das Metallgehäuse 201 gebildet sein.
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Der Umrichter 300 ist zwischen der Metallabdeckung 207 und dem anderen axialen Ende des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors angeordnet. Auf einem Abschnitt, der in einer vorgegebenen Entfernung von der Metallabdeckung 207 und in Richtung des anderen axialen Endes des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors positioniert ist, ist eine Leiterplatte 308 angeordnet. Zwischen der Abdeckung 312, der Leiterplatte 308 und dem anderen axialen Ende einer Welle 205 ist eine Leiterplatte 311 angeordnet.
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Die Statorwicklung für den Stator 202 ist aus Wicklungen für drei Phasen, d. h. aus Wicklungen für die U-, für die V- und für die W-Phase, gebildet. Die Verdrahtungen für die einzelnen Statorwicklungen sind durch eine Anschlussstromschiene 210, die mit Isolierharz vergossen ist, elektrisch verbunden. Ein Verdrahtungsverfahren für die Statorwicklung kann entweder ein Sternverdrahtungsverfahren oder ein Dreiecksverdrahtungsverfahren sein. Ferner sind die Metallverdrahtungen 213 für die U-, für die V- und für die W-Phase von der Anschlussstromschiene 210 axial verlängert und durch ein Loch 211 in der Metallabdeckung 207 geleitet.
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Der Rotor 204 ist aus der Welle 205 und aus einem Permanentmagneten, der an dem Außenumfang der Welle 205 befestigt ist, gebildet. Der Rotor 204 kann sich wegen der Lager 203, 208 und wegen eines rotierenden Magnetfelds, das erzeugt wird, wenn ein Strom zu der Statorwicklung fließt, drehen. Als ein Material des Permanentmagneten kann z. B. Neodym oder Ferrit verwendet werden.
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An der Metallabdeckung 207 ist ein Leistungsmodul 301 für den Umrichter 300 angeordnet. 2 ist ein Stromlaufplan, der das Leistungsmodul 301 darstellt. Das Leistungsmodul 301 enthält Halbleiterelemente 302a, 302b (2(a)) oder Halbleiterelemente (302a–302c (2(b)). Die Halbleiterelemente 302a–302c werden zum Leistungsumsetzen verwendet. Als die Halbleiterelemente 302a–302c können z. B. ein IGBT oder ein MOSFET verwendet werden.
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Wie in 3 gezeigt ist, sind die z. B. in 2(a) gezeigten Halbleiterelemente 302a, 302b und eine (nicht gezeigte) mit den Halbleiterelementen 302a, 302b elektrisch verbundene Metallverdrahtung 303 mit Isolierharz 304 bedeckt. Einzelne Anschlüsse, die mit der Metallverdrahtung verbunden sind, liegen von dem Harz 304 nach außen frei.
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3 ist eine Draufsicht, die das Leistungsmodul 301 darstellt. Von dem Harz 304 liegen ein positiver Verdrahtungsanschluss 331, ein negativer Verdrahtungsanschluss 332, ein Phasenausgangsanschluss 333, ein Gate-Anschluss 334 und ein Gate-Anschluss 335 frei. Der positive Verdrahtungsanschluss 331 liegt auf demselben Potential wie eine Drain-Elektrode des Halbleiterelements 302a. Der negative Verdrahtungsanschluss 332 liegt auf demselben Potential wie eine Source-Elektrode des Halbleiterelements 302b. Der Phasenausgangsanschluss 333 verbindet mit einer Motorwicklung. Der Gate-Anschluss 334 ist mit einer Gate-Elektrode des Halbleiterelements 302a für einen oberen Zweig elektrisch verbunden. Der Gate-Anschluss 335 ist mit einer Gate-Elektrode des Halbleiterelements 302b für einen unteren Zweig elektrisch verbunden.
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Die Figur zeigt, dass die Gate-Anschlüsse 334, 335 von derselben Seite wie der Phasenausgangsanschluss 333 vorstehen. Alternativ können allerdings die Gate-Anschlüsse 334, 335 von derselben Seite wie der positive und der negative Anschluss 331, 332 vorstehen oder können sie von einer Querseite, die um 90 Grad von der obenerwähnten Seite angewinkelt ist, vorstehen. Ferner können die einzelnen Ausgangsanschlüsse in andere Stellungen gebogen sein und können sich ihre Längen unterscheiden. Sofern einzelne Ausgangsanschlüsse leicht mit der Anschlussstromschiene 210 und mit den Leiterplatten 308, 311 verbunden werden, können sie geeignet ausgelegt sein.
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2(b) zeigt ein Beispiel des Leistungsmoduls, das die Halbleiterelemente 302a, 302b für den oberen und für den unteren Zweig und das Halbleiterelement 302c auf der Motorausgangsseite enthält. Das Halbleiterelement 302c auf der Motorausgangsseite ist zwischen den Phasenausgangsanschluss 333 und einen gemeinsamen Verbindungspunkt für die Halbleiterelemente 302a, 302b geschaltet.
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Das in 2(b) gezeigte Leistungsmodul ist in derselben Weise wie das in 3 Gezeigte konfiguriert. Genauer sind die drei Halbleiterelemente 302a–302c und die Metallverdrahtung mit dem Isolierharz 304 vergossen, wobei die einzelnen Anschlüsse 331–335 aus dem Harz 304 nach außen freiliegen.
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4 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Leistungsmodul darstellt, in dem die zwei in 2(a) gezeigten Halbleiterelemente 302a, 302b mit dem Harz 304 bedeckt sind. Anhand von 4 ist der aus einem Metall gebildete positive Verdrahtungsanschluss 331 mit der Drain-Elektrode des Halbleiterelements 302a für den oberen Zweig verbunden und ist der Phasenausgangsanschluss 333 mit einer Source-Elektrode desselben Halbleiterelements 302a verbunden. Diese Anschlüsse sind z. B. durch Löten verbunden. Ferner ist der Phasenausgangsanschluss 333 mit einer Drain-Elektrode des Halbleiterelements 302b verbunden und ist der aus einem Metall gebildete negative Verdrahtungsanschluss 332 mit der Source-Elektrode desselben Halbleiterelements 302b verbunden. Diese Anschlüsse sind z. B. durch Löten verbunden.
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Der mit dem Halbleiterelement 302a verbundene Phasenausgangsanschluss und der mit dem Halbleiterelement 302b verbundene Phasenausgangsanschluss brauchen nicht aus einer Metallplatte gebildet zu sein. Jeder dieser Phasenanschlüsse kann aus zwei oder mehr Metallplatten gebildet sein.
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Als ein Material der obenerwähnten Metallanschlüsse können z. B. Kupfer, das einen niedrigen elektrischen Widerstand zeigt, oder Aluminium, das eine niedrige relative Dichte aufweist, verwendet werden. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist eine Metallverdrahtung mit den Gate-Elektroden der Halbleiterelemente 302a, 302b elektrisch verbunden. Die Elektroden der Halbleiterelemente können z. B. durch direktes Löten oder durch Drahtkontaktieren unter Verwendung von Aluminium oder dergleichen mit Metallanschlüssen elektrisch verbunden sein.
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Als das Verfahren zum Bedecken mit dem Isolierharz 304 kann z. B. ein Spritzpressverfahren verwendet werden. Als das Harz 304 kann Epoxidharz oder dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise weist das Harz 304 eine Wärmeleitfähigkeit von 3 W/(m·K) oder höher auf. Ferner ist die Dicke 305 des Harzes, das die Metallanschlüsse 331–335 bedeckt, vorzugsweise nicht größer als 300 μm ist. Dass die Halbleiterelemente 302a, 302b mit dem Harz 304 bedeckt sind, verringert die Beanspruchung, die einem Lötmaterial oder einem anderen Verbindungsmaterial wegen eines Unterschieds des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Halbleiterelementen und den Metallanschlüssen auferlegt wird.
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5 ist eine Draufsicht, die das in 3 gezeigte Leistungsmodul darstellt, wenn es an der Metallabdeckung 207 angebracht ist. An der Metallabdeckung 207 sind insgesamt drei Leistungsmodule 301a, 301b, 301c angebracht, die in dieser Reihenfolge der U-, der V- und der W-Phase entsprechen. An einer Stelle, die dem Phasenausgangsanschluss 333 jedes Leistungsmoduls auf der Metallabdeckung 207 gegenüberliegt, ist ein Metallabdeckungsloch 211 gebildet, durch das eine Motorverdrahtung verläuft.
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Der Phasenausgangsanschluss 333 ist z. B. durch Schweißen mit einer Ausgangsverdrahtung 213 der Anschlussstromschiene 210 elektrisch verbunden. Zwischen der Metallabdeckung 207 und dem Leistungsmodul 301 kann Fett oder ein anderes den Wärmekontaktwiderstand verringerndes Material angeordnet sein. Ferner ist im Zentrum der Metallabdeckung 207 ein Loch 214 gebildet, das die Motorwelle 205 durchdringt. Um die Störung der in den Leistungsmodulen erzeugten Wärme zu verhindern und in Anbetracht der Ausgangsanschlussverbindungen sind die Leistungsmodule 301a–301c vorzugsweise konzentrisch und symmetrisch angeordnet. Darüber hinaus kann die Metallabdeckung 207 eine Nut oder eine andere Vertiefung zum Positionieren der Leistungsmodule aufweisen. Außerdem kann die Metallabdeckung 207 eine Nut aufweisen, um für die Leistungsmodule eine ausreichende Isolierentfernung zu der Metallverdrahtung (zu den Metallanschlüssen 331–335) bereitzustellen.
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Anhand von 1 wird nun eine Konfiguration des Umrichters 300 beschrieben. Auf einer Oberfläche des Leistungsmoduls 301, die seiner Oberfläche in Kontakt mit der Metallabdeckung 207 gegenüberliegend positioniert ist, ist eine rechteckige Metallplatte 306 für die Wärmeableitung angeordnet. Die Metallplatte 306 ist an die Metallabdeckung 207 geschraubt oder auf andere Weise daran befestigt. Alternativ kann die Metallplatte 306 mit Klebstoff oder dergleichen an dem Leistungsmodul 301 befestigt sein. Als ein Material der Metallplatte 306 kann z. B. Aluminium verwendet werden, das eine hohe spezifische Wärme aufweist. Zwischen der Metallplatte 306 und dem Leistungsmodul 301 kann Fett oder ein anderes den Wärmekontaktwiderstand verringerndes Material angeordnet sein. Ferner kann auf einer Oberfläche der Metallplatte 306, die ihrer Oberfläche in Kontakt mit dem Leistungsmodul 301 gegenüberliegend angeordnet ist, eine Wärmeableitrippe angeordnet sein.
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Die Metallplatte 306 kann für jedes der Leistungsmodule 301a–301c getrennt vorgesehen sein. Alternativ ist für eine Gruppe der drei Leistungsmodule nur eine Metallplatte vorgesehen. Ferner braucht die Metallplatte 306 nicht immer rechteckförmig zu sein.
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Auf einer Oberfläche der Metallplatte 306, die dem Leistungsmodul 301 gegenüberliegend positioniert ist, ist die Leiterplatte 308 zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem positiven und zu dem negativen Verdrahtungsanschluss 331, 332 der Leistungsmodule 301a–301c angeordnet. Die Verdrahtungsanschlüsse 331, 332 sind z. B. durch Löten oder durch Presspassung mit der Leiterplatte 308 elektrisch verbunden. Auf eine Oberfläche der Leiterplatte 308, die in Richtung der Metallabdeckung 207 positioniert ist, sind z. B. ein Kondensator 309 zum Glätten der Spannung zwischen dem positiven und dem negativen Anschluss des Leistungsmoduls und eine Induktionsspule 310 zum Unterdrücken von Rauschen gelötet.
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Als der Kondensator 309 kann z. B. ein Elektrolytkondensator oder ein Kondensator mit einem. leitenden Polymer verwendet werden. In einem Abschnitt der Metallabdeckung 207, der dem Kondensator 309 gegenüberliegt, kann eine Nut zum Bereitstellen einer ausreichenden Entfernung zu einem explosionsgeschützten Ventil für den Kondensator 309 oder ein Loch, in das das Gehäuse für den Kondensator 309 eingeführt ist, gebildet sein.
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Die Leiterplatte 308 ist aus mehreren Verdrahtungsschichten (allgemein einer geraden Anzahl von Verdrahtungsschichten) gebildet. Verdrahtungen auf positivem und auf negativem Potential der Leiterplatte 308, die zu dem Leistungsmodul 301 verlaufen, sind in abwechselnden Schichten angeordnet. Genauer ist eine Verdrahtung auf positivem Potential in einer n-ten Schicht angeordnet und ist eine Verdrahtung auf negativem Potential in einer (n + 1)-ten Schicht angeordnet. Um die Verdrahtungsinduktivität zwischen dem Kondensator 309 und dem Leistungsmodul 301 zu verringern, sind die Verdrahtungen auf positivem und auf negativem Potential ferner einander gegenüberliegend angeordnet. Darüber hinaus sind die Verdrahtungsinduktivitäten zwischen dem Kondensator und den einzelnen Leistungsmodulen 301a, 301b, 301c vereinheitlicht, so dass die einzelnen Leistungsmodule eine gleiche Menge Wärme erzeugen. Obwohl dies nicht gezeigt ist, können auf der Leiterplatte 308 z. B. ein Nebenschlusswiderstand für die Stromdetektion und ein Chipkondensator für die Rauschunterdrückung angebracht sein. Obwohl die Leiterplatte 308 in der vorliegenden Ausführungsform als eine elektrische Verdrahtung zum Zuführen elektrischer Leistung dargestellt ist, können als eine Alternative z. B. eine mit Pressharz bedeckte Stromschiene, eine Metallverdrahtungsplatine oder eine Keramikplatine verwendet werden.
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Eine Leiterplatte 311 ist auf einer der Metallabdeckung 207 für die Leiterplatte 308 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Auf die Leiterplatte 311 sind z. B. eine Treiber-IC und ein Mikrocomputer, die die Halbleiterelemente 302a, 302b in dem Leistungsmodul 301 steuern, und ein Operationsverstärker, der einen durch den Nebenschlusswiderstand detektierten Stromwert verstärkt, gelötet. Die Gate-Verdrahtungen 334, 335 für das Leistungsmodul 301 sind z. B. durch Löten oder durch Presspassung mit der Leiterplatte 311 elektrisch verbunden. In das vordere Ende der Welle 205 des Motors 200 ist durch das Harz ein Magnet 212 für die Stellungsdetektion pressgepasst. Auf einer Oberfläche der Leiterplatte 311, die dem Stellungsdetektionsmagneten 212 gegenüberliegt, sind eine oder mehrere ICs zum Detektieren der Stellung einer Motordrehachse angebracht.
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An jeder der Leiterplatten 308, 311 ist ein Verbinder 307 befestigt, um einen Signalaustausch zwischen den Leiterplatten zu ermöglichen. Ferner kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 mit externen Teilen wie etwa einer Batterie und einen Drehmomentsensor elektrisch verbunden werden, wenn an einer Stelle des Verbinders 307 eine Abdeckung 312 mit einem Loch angeordnet ist.
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In der oben beschriebenen Konfiguration wird die durch das Leistungsmodul 301 (301a–301c) für den Umrichter 300 erzeugte Wärme über einen Wärmeabgabeweg von der Metallabdeckung 207 auf der Seite des Motors an das Metallgehäuse 201 auf der Seite des Motors und über einen Wärmeabgabeweg von der Metallplatte 306 abgegeben.
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Wie oben beschrieben wurde, schafft die erste Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- (1) Auf beiden Oberflächen des Leistungsmoduls (301) sind Metalle (die Metallabdeckung 207 und die Metallplatte 306) angeordnet, um eine Wärmeabgabefläche und eine Wärmekapazität zu erhöhen. Somit kann die durch das Leistungsmodul erzeugte Wärme effektiv freigesetzt werden. Dies ermöglicht, die Größe des Leistungsmoduls zu verringern.
- (2) Die Metallanschlüsse (331–335) des Leistungsmoduls sind alle mit Harz bedeckt. Dies verringert die Anzahl zusätzlicher Objekte, die für die Isolation und für die Wärmeabgabe erforderlich sind. Ferner nimmt der Wärmewiderstand des Harzes ab, wenn das Harz 304 eine Wärmeleitfähigkeit von 3 W/(m·K) und eine Dicke von 300 μm aufweist. Dies verbessert die Wärmeabgabeleistung des Leistungsmoduls weiter.
- (3) Für den Umrichter 300 ist kein Metallgehäuse erforderlich. Dies führt zu einer vereinfachten Struktur.
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<Änderung der ersten Ausführungsform>
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In der ersten Ausführungsform steht die Metallplatte 306 nur mit dem Leistungsmodul 301 in Kontakt. Allerdings steht in einer Änderung der ersten Ausführungsform, wie sie in 6 gezeigt ist, die eine Querschnittsstruktur darstellt, von der ein Umfangsabschnitt des Leistungsmoduls 301 extrahiert ist, ebenfalls eine Metallplatte 306' in planarem Kontakt mit der Metallabdeckung 207. In der ersten Ausführungsform wird ein Teil der durch das Leistungsmodul 301 erzeugten Wärme, die zu der Metallplatte 306 geleitet wird, nur durch Wärmeübertragung an die Luft in dem Umrichter 300 freigesetzt. Dagegen wird die zu der Metallplatte 306' geleitete Wärme in der Änderung der ersten Ausführungsform über die Metallabdeckung 207 an das Metallgehäuse 201 auf der Seite des Motors übertragen. Dies ermöglicht, eine größere Wärmeabgabefläche zu verwenden.
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Wenn die obige Änderung der ersten Ausführungsform verwendet wird, kann die durch das Leistungsmodul 301 erzeugte Wärme mit erhöhter Effektivität freigesetzt werden. Somit kann die Größe des Leistungsmoduls weiter verringert werden. Außerdem kann die Metallplatte 306' zum Positionieren des Leistungsmoduls 301 verwendet werden. Zwischen der Metallplatte 306' und der Metallabdeckung 207, die in planarem Kontakt miteinander stehen, kann Fett oder ein anderes den Wärmekontaktwiderstand verringerndes Material angeordnet sein. Ferner kann auf einer Oberfläche der Metallplatte 306', die in Richtung der Leiterplatte 308 positioniert ist, eine Wärmeableitrippe angeordnet sein.
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<Zweite Ausführungsform>
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Die folgende Beschreibung einer zweiten bis siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung behandelt keine Elemente mit denselben Funktionen wie die in den oben beschriebenen Figuren von der in 1 bis 5 gezeigten Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 mit denselben Bezugszeichen bezeichneten Elemente.
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7 zeigt eine beispielhafte Konfiguration der Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform. 7 ist eine axiale Querschnittsdarstellung des Motors 200. Die Konfiguration des Motors 200 ist dieselbe wie die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebene. Die Öffnung an dem anderen axialen Ende des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors weist einen größeren Durchmesser als die Öffnung in der ersten Ausführungsform (1) auf. In der zweiten Ausführungsform ist ein Metallgehäuse 313 für den Umrichter anstatt über der in 1 gezeigten Abdeckung 312 über der Öffnung angeordnet.
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Anstelle der in 1 gezeigten Metallplatte 306 ist auf einem Abschnitt des Metallgehäuses 313, der dem Leistungsmodul 301 gegenüberliegt, ein aus einem Metall gebildeter Sockel 314 angeordnet. Somit steht eine Oberfläche des Leistungsmoduls 301 mit der Metallabdeckung 207 in Kontakt und steht die andere Oberfläche mit dem Sockel 314 in Kontakt. In dem Sockel 314 kann hier eine Nut zum Positionieren des Leistungsmoduls 301 gebildet sein. Ferner kann zwischen dem Leistungsmodul 301, der Metallabdeckung 207 und dem Sockel 314 Fett oder ein anderes ähnliches Material angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Sockel 314 in Richtung der Metallabdeckung 207 angeordnet sein.
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Das Leistungsmodul 301 in der zweiten Ausführungsform ist so konfiguriert, dass die Gate-Anschlüsse 334, 335 an anderen Stellen als in der ersten Ausführungsform angeordnet sind. Genauer sind die Gate-Anschlüsse 334, 335 in Richtung der positiven und der negativen Verdrahtungsanschlüsse 331, 332 positioniert.
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Die Leiterplatte 308 ist an einer Stelle, die den positiven und negativen Verdrahtungsanschlüssen 331, 332 und den Gate-Anschlüssen 334, 335 des Leistungsmoduls 301 gegenüberliegt, angeordnet und an das Metallgehäuse 313 oder an das Metallgehäuse 201 und an die Metallabdeckung 207 geschraubt oder auf andere Weise daran befestigt. Auf der Leiterplatte 308 sind z. B. eine Verdrahtung zum elektrischen Verbinden einer externen Leistungsversorgung mit dem Leistungsmodul 301, der Kondensator 309 für die Spannungsglättung und eine Induktionsspule angebracht.
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Ferner sind auf der Leiterplatte 308 z. B. durch Löten z. B. eine IC zum Steuern der Halbleiterelemente 302a, 302b des Leistungsmoduls 301 und eine Stellungsdetektions-IC, die in der Weise positioniert ist, dass sie dem Stellungsdetektionsmagnet 212 gegenüberliegt, angebracht. Um Wärme an den an dem Metallgehäuse 313 über eine isolierende Wärmeabgabeplatte oder dergleichen angeordneten Sockel 314 abzugeben, kann darüber hinaus in einer Oberfläche, auf der die IC zum Steuern der Halbleiterelemente 302a, 302b angebracht ist, und in einer Oberfläche, auf der der Kondensator 309 angebracht ist, ein Wärmekontaktloch angeordnet sein.
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Das Metallgehäuse 313 fungiert außerdem als eine Abdeckung und ist an das Metallgehäuse 201 für den Motor 200 geschraubt oder auf andere Weise daran befestigt.
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In der oben beschriebenen Konfiguration wird die durch das Leistungsmodul 301 für den Umrichter 300 erzeugte Wärme über einen Wärmeabgabeweg von der Metallabdeckung 207 auf der Seite des Motors an das Metallgehäuse 201 auf der Seite des Motors abgegeben und über einen Wärmeabgabeweg von dem Sockel 314 auf der Seite des Umrichters an das Metallgehäuse 313 auf der Seite des Umrichters und an das Metallgehäuse 201 auf der Seite des Motors abgegeben.
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Wie oben beschrieben wurde, schafft die zweite Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- (1) Unter Verwendung des vorhandenen Umrichtermetallgehäuses (313) und ohne die Metallplatte (306) zum Freisetzen der durch das Leistungsmodul (301) erzeugten Wärme hinzufügen zu müssen kann eine Zunahme der Anzahl erforderlicher Teile unterbunden werden.
- (2) Die durch das Leistungsmodul erzeugte Wärme wird sowohl zu dem Umrichtermetallgehäuse (313) als auch zu dem Motormetallgehäuse (201) geleitet. Somit kann die Wärmeabgabefläche erhöht werden. Dies ermöglicht, die Größe des Leistungsmoduls zu verringern.
- (3) Durch die Leiterplatte (308), auf der z. B. ein Kondensator angebracht ist, erzeugte Wärme wird ebenfalls zu dem Umrichtermetallgehäuse (313) geleitet und nach außen freigesetzt. Dies ermöglicht, die Größe sowohl der Leiterplatte als auch des Kondensators zu verringern.
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<Dritte Ausführungsform>
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Anhand von 8 bis 10 wird nun die dritte Ausführungsform beschrieben. 8 ist eine Querschnittsdarstellung, die die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform darstellt. 9 ist eine Draufsicht, die das Leistungsmodul darstellt. 10 ist eine Draufsicht, die ein vorderes Ende der Anschlussstromschiene darstellt. In der ersten und in der zweiten Ausführungsform stehen die Anschlüsse 331–335 des Leistungsmoduls 301 von einer seitlichen Oberfläche des Leistungsmoduls nach außen vor und verbinden mit der Statorwicklung des Motors 200 und mit der elektrischen Verdrahtung der Leiterplatte.
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Wie in 9 gezeigt ist, ist in der dritten Ausführungsform andererseits an einem oder an mehreren Orten an dem Phasenausgangsanschluss 333 des Leistungsmoduls 301 ein Fenster 350 durch das Harz 304 gebildet. Wie in 10 gezeigt ist, weist das vordere Ende der Ausgangsverdrahtung 353 der Anschlussstromschiene 210 ferner eine gegabelte Struktur auf, die in das Fenster 350 des Leistungsmoduls 301 passt.
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Während die oben beschriebene Konfiguration genutzt wird, kann zwischen dem Phasenausgangsanschluss 333 des Leistungsmoduls 301 und der Ausgangsverdrahtung 353 eine gute elektrische Verbindung hergestellt sein, während sie in Druckkontakt miteinander sind, wenn die Ausgangsverdrahtung 353 in das Fenster 350 eingeführt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Fenster 350 nur für den Phasenausgangsanschluss 333 des Leistungsmoduls 301 vorgesehen. Allerdings kann dasselbe Fenster alternativ ebenfalls für den positiven und für den negativen Verdrahtungsanschluss 331 und 332 und für die Gate-Anschlüsse 334, 335 vorgesehen sein. In einer solchen alternativen Konfiguration sollte die mit den einzelnen Anschlüssen elektrisch verbundene Verdrahtung so geformt sein, dass sie eine Druckkontaktverbindung herstellt. Die Verdrahtung für den Umrichter 300, der mit dem positiven und mit dem negativen Verdrahtungsanschluss 331, 332 elektrisch verbunden werden soll, kann aus einer vergossenen Stromschiene gebildet sein.
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Wie oben beschrieben wurde, schafft die dritte Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- (1) Wenn die einzelnen Teile zusammengesetzt werden, können die elektrischen Verbindungen zwischen den Leistungsmodulanschlüssen und der Verdrahtung auf der Seite des Motors und der Verdrahtung auf der Seite des Umrichters gleichzeitig hergestellt werden. Dies ermöglicht, die Notwendigkeit für Schweiß- und andere Prozesse zu beseitigen.
- (2) Die Länge der Metallverdrahtung für das Leistungsmodul kann verringert werden. Dies ermöglicht nicht nur, den elektrischen Widerstand der Metallverdrahtung zu verringern, sondern auch eine Kostensenkung zu erzielen.
- (3) Das Leistungsmodul kann so strukturiert werden, dass seine Anschlüsse nicht von seiner seitlichen Oberfläche freiliegen. Dies ermöglicht, die für das Leistungsmodul erforderliche Montagefläche weiter zu verringern.
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<Vierte Ausführungsform>
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11 zeigt eine Querschnittsstruktur der Leistungsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform. In den vorhergehenden Ausführungsformen ist der Umrichter 300 in der axialen Richtung des Motors 200 angeordnet. Dagegen ist der Umrichter 300 in der vierten Ausführungsform in der Umfangsrichtung des Motors 200 angeordnet. Der Motor 200 weist dieselbe Konfiguration wie in der ersten Ausführungsform auf. Allerdings ist die vierte Ausführungsform so konfiguriert, dass sie die Öffnung in dem anderen axialen Ende des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors, die die Metallabdeckung 207 als eine Grenze verwendet, beseitigt.
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In der vierten Ausführungsform ist das Leistungsmodul 301 in dem Metallgehäuse 313 auf der Seite des Umrichters für den Umrichter 300 angeordnet. Genauer ist das Leistungsmodul 301 auf der Gehäuseinnenfläche eines dicken Abschnitts 313aa einer Platte 313a, die das Metallgehäuse auf der Seite des Umrichters bildet, angeordnet. Eine Oberfläche des Leistungsmoduls 301, die dem dicken Abschnitt 313aa gegenüberliegend positioniert ist, steht mit dem an der Abdeckung 312 (der anderen Platte), die der einen Platte 313a gegenüberliegt, angeordneten Sockel 314 in Kontakt. Die eine Platte 313a des Metallgehäuses 313 auf der Seite des Umrichters steht mit einer Außenumfangsplatte 201a des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors in Kontakt und ist daran befestigt.
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Die in Richtung des Motors 200 positionierte Metallverdrahtung 213 von der Anschlussstromschiene 210 ist durch ein in der Metallabdeckung 207 und in der Außenumfangsplatte 201a des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors gebildetes Loch (nicht gezeigt) in Richtung des Umrichters 300 gerichtet. Ein Ende der Metallverdrahtung 213 ist mit dem Anschlussabschnitt 390, der auf der Außenfläche des dicken Abschnitts 313aa der einen Platte 313a des Metallgehäuses 313a auf der Seite des Umrichters angeordnet ist, elektrisch verbunden.
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Ein vorderes Ende des Phasenausgangsanschlusses 333, der von dem Leistungsmodul 301 aus dem Metallgehäuse 313 nach außen freiliegt, ist ebenfalls mit dem Anschlussabschnitt 390 verbunden und zusammen mit der Metallverdrahtung 213 z. B. mit einer Metallschraube, die ein Teil des Anschlussabschnitts 390 ist, befestigt.
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Die anderen Anschlüsse 331, 332, 334, 335 des Leistungsmoduls 301 sind mit der in dem Metallgehäuse 313 angeordneten Leiterplatte 308 verbunden.
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In der oben beschriebenen Konfiguration wird die durch das Leistungsmodul 301 erzeugte Wärme von einem Wärmeabgabeweg, der durch den Sockel 314 des Metallgehäuses 313 auf der Seite des Umrichters und durch die Abdeckung 312 geht, und von einem Wärmeabgabeweg, der durch den dicken Abschnitt 313aa und durch die Außenumfangsplatte 201a des Metallgehäuses 201 auf der Seite des Motors geht, abgegeben.
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Wie oben beschrieben wurde, schafft die vierte Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- (1) Das Metallgehäuse für den Motor und das Metallgehäuse für den Umrichter können beide zur Wärmeabgabe genutzt werden. Somit kann die durch das Leistungsmodul erzeugte Wärme weiter nach außen freigesetzt werden. Dies ermöglicht, die Größe des Leistungsmoduls zu verringern.
- (2) Der Motor und der Umrichter können getrennt vorbereitet und verbunden werden. Dies erhöht den Freiheitsgrad bei der Auswahl und Anbringung der Teile erheblich.
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<Fünfte Ausführungsform>
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12 zeigt eine Querschnittsstruktur der fünften Ausführungsform, die eine elektrische Servolenkvorrichtung beschreibt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird. 12 zeigt einen Teil der elektrischen Servolenkvorrichtung. Anhand von 12(a) ist an das Metallgehäuse 201 für die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform (1) beschriebene Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 ein Untersetzungsmechanismus 400 geschraubt oder auf andere Weise daran befestigt. Der Untersetzungsmechanismus 400 enthält eine Lenkspindel 401, ein Schneckenrad 402, eine Schneckenwelle 403, eine Schnecke 404 und ein Untersetzungsmechanismus-Metallgehäuse 405. Das Untersetzungsmechanismus-Metallgehäuse 405 ist aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung gebildet.
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Wenn ein Fahrer eines Fahrzeugs ein Lenkrad manipuliert, übt die elektrische Servolenkvorrichtung über den Untersetzungsmechanismus 400 ein Hilfsdrehmoment auf die Lenkspindel 401 aus, um die von dem Fahrer erforderliche Lenkradmanipulationskraft zu verringern.
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Wenn die oben beschriebene Konfiguration genutzt wird, kann die durch das Leistungsmodul 301 erzeugte Wärme über die Metallabdeckung 207 und über das Metallgehäuse 201 auf der Seite des Motors zu dem Metallgehäuse 405 für den Untersetzungsmechanismus 400 geleitet werden.
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Der Untersetzungsmechanismus 400, der Motor 200 und der Umrichter 300 brauchen nicht immer wie in 12(a) gezeigt angeordnet zu sein. Wie z. B. in 12(b) gezeigt ist, kann der Umrichter 300 zwischen dem Untersetzungsmechanismus 400 und dem Motor 200 angeordnet sein.
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Die in 12(b) gezeigte alternative Konfiguration unterscheidet sich von der in 12(a) gezeigten Konfiguration. Genauer ist in der in 12(b) gezeigten Konfiguration das andere axiale Ende der Welle 205 mit einem Sperrabschnitt 201ss hermetisch abgedichtet, die Öffnung in dem Metallgehäuse 201 auf der Seite des Motors an dem einen axialen Ende positioniert, derselbe wie in 12(a) gezeigte Umrichter 300 in der Öffnung angeordnet, der Verbinder 307 an dem Außenumfang des Gehäuses 201 angeordnet und der Verbinder 307 mittels Draht mit den Leiterplatten 308, 311 verbunden. Das Bezugszeichen 220 bezeichnet einen Resolver.
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In der obigen alternativen Konfiguration wird die durch das Leistungsmodul 301 erzeugte Wärme abgegeben, da eine Oberfläche des Leistungsmoduls 301 mit der Metallabdeckung 207 für den Motor in Kontakt steht und die andere Oberfläche mit der Metallplatte 306 in Kontakt steht. Es kann eine andere alternative Konfiguration derart genutzt werden, dass das Leistungsmodul 301 an dem Metallgehäuse 405 für den Untersetzungsmechanismus 400 angebracht ist. In dieser Konfiguration wird die durch das Leistungsmodul 301 erzeugte Wärme an das Metallgehäuse 405 für den Untersetzungsmechanismus und an die Metallplatte 306 abgegeben.
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Wie oben beschrieben wurde, schafft die fünfte Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- (1) Die durch das Leistungsmodul erzeugte Wärme kann von dem Metallgehäuse 201 zu dem Untersetzungsmechanismus 400 geleitet werden. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Abgabefläche. Folglich kann die Größe des Leistungsmoduls verringert werden.
- (2) Der Freiheitsgrad beim Entwurf des Motors, des Umrichters und des Untersetzungsmechanismus kann wesentlich erhöht werden. Somit kann die vorliegende Erfindung auf eine Vielzahl von Produkten angewendet werden.
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<Sechste Ausführungsform>
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13 zeigt eine Querschnittsstruktur der sechsten Ausführungsform. 13 zeigt einen Teil der Umrichtervorrichtung (300). Anhand von 13 ist angrenzend an das Leistungsmodul 301 ein Abstandshalter 503 angeordnet. Der Abstandshalter 503 weist im Wesentlichen dieselbe Dicke wie das Leistungsmodul 301 auf. Sowohl auf der Oberfläche des Abstandshalters 503 als auch auf der des Leistungsmoduls 301 ist eine Kühlrippe 501 zur Wärmeabgabe angeordnet.
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Die Kühlrippe 501 ist über den Abstandshalter 503 geschraubt oder auf andere Weise daran befestigt. Dies verhindert, dass der auf das Leistungsmodul 301 ausgeübte Druck einen Bemessungswert übersteigt. Zwischen dem Leistungsmodul 301 und der Kühlrippe 501 kann Fett oder ein anderes den Wärmekontaktwiderstand verringerndes Material angeordnet sein. Obwohl dies nicht gezeigt ist, sind mehrere Leistungsmodule 301 angeordnet. Die Kühlrippe 501 kann für jedes Leistungsmodul 301 vorgesehen sein. Alternativ können für die mehreren Leistungsmodule zwei Kühlrippen (eine für eine Oberfläche der Leistungsmodule und die andere für die andere Oberfläche der Leistungsmodule) vorgesehen sein.
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Wie z. B. in 2(a) gezeigt ist, enthält das Leistungsmodul 301 zwei Halbleiterelemente, mit den Halbleiterelementen verbundene Anschlüsse und Harz 304, mit dem die Anschlüsse vergossen sind. Alle Anschlüsse sind auf einer Seite angeordnet und in eine Harzkapsel 500, die dem Abstandshalter 503 gegenüberliegend angeordnet ist und an die Kühlrippe 501 angrenzt, eingeführt.
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In der Harzkapsel 500 sind z. B. ein Schichtkondensator 504, die Leiterplatte 308, auf der z. B. eine IC für die Halbleiterelementsteuerung angebracht ist, und eine Anschlussleiste 505 angeordnet. Die Fläche um den Schichtkondensator 504 ist mit Harz 506 getränkt.
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Der Schichtkondensator 504 ist an den Ausgangsanschluss des Leistungsmoduls 301 geschweißt oder auf andere Weise damit verbunden. Die Leiterplatte 308 ist an den Gate-Anschluss des Leistungsmoduls 301 gelötet oder auf andere Weise damit verbunden.
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Wie oben beschrieben wurde, schafft die sechste Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- (1) Von beiden Oberflächen des vollständig vergossenen Leistungsmoduls (301) wird Wärme freigesetzt. Dies ermöglicht, die Größe des Leistungsmoduls, d. h. die Größe der Umrichtervorrichtung, zu verringern.
- (2) Da das vollständig vergossene Leistungsmodul und die Kühlrippe genutzt sind, kann das Leistungsmodul, das Wärme erzeugt, von elektronischen Teilen getrennt werden. Dies verbessert den Wärmewiderstand der elektronischen Teile.
- (3) Da die Kühlrippe von dem Leistungsmodul getrennt ist, kann die Größe der Kühlrippe und des Leistungsmoduls auf Wunsch geändert werden.
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<Siebente Ausführungsform>
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14 zeigt eine Querschnittsstruktur der siebenten Ausführungsform, die eine mechatronisch integrierte Antriebsvorrichtung in einem Ölpumpensystem, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, beschreibt. Anhand von 14 enthält die mechatronisch integrierte Antriebsvorrichtung 600 den Motor 200 und den Umrichter 300. Der Umrichter 300 wird verwendet, um den Motor 200 anzusteuern, um die Menge des von einem Einlassabschnitt 604 zu einem Auslassabschnitt 605 strömenden Öls zu steuern.
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Ein Metallgehäuse für den Umrichter 300 ist aus einer flachen Wärmesenke 601 und aus einer Kapsel 602 gebildet. In dem Metallgehäuse ist die Leiterplatte 311 angeordnet, die parallel zu der Wärmesenke 601 ist. Im Wesentlichen im Zentrum der Leiterplatte 311 ist ein Loch 603 gebildet. Durch das Loch 603 ist wenigstens ein Leistungsmodul zum Leistungsumsetzen angeordnet.
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Eine Oberfläche des Leistungsmoduls 301 steht mit der Wärmesenke 601 in Kontakt. Auf der anderen Oberfläche des Leistungsmoduls 301 ist die Metallplatte 306 angeordnet. Eine Oberfläche der Metallplatte 306 steht mit dem Leistungsmodul 301 in Kontakt und die andere Oberfläche steht mit der aus Metall gebildeten Kapsel 602 in Kontakt. Der Motor 200 ist an der Kapsel 602 angeordnet, die mit dem Metallgehäuse 201 auf der Seite des Motors in Kontakt steht.
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Das Leistungsmodul 301 enthält die Halbleiterelemente und die z. B. in 2(a) gezeigten Anschlüsse und Harz, mit dem die Halbleiterelemente und die Anschlüsse vergossen sind. Die Anschlüsse, die aus Metall gebildet sind, stehen linear nach außen vor und sind mit der Leiterplatte 311 verbunden.
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Folglich sind die Anschlüsse des Leistungsmoduls 301 bündig mit der elektrischen Verbindungsoberfläche der Leiterplatte 311. Somit brauchen die Anschlüsse nicht gebogen oder auf andere Weise bearbeitet zu werden.
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Auf der Leiterplatte 311 sind z. B. ein Kondensator 610, eine Induktionsspule 611, ein Verbinder 612 und eine Steuer-IC angebracht. Somit kann die Leiterplatte 311 eine genaue Steuerung des Motors 200 ausüben. Die Wärmesenke 601 ist aus Aluminium oder aus einem anderen wärmeleitenden Material mit einer hohen Wärmekapazität gebildet. Die Kapsel 602 ist aus Eisen oder aus einem anderen preiswerten, leicht bearbeitbaren Metall gebildet.
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In der oben beschriebenen Konfiguration steht eine Oberfläche des Leistungsmoduls 301 in direktem Kontakt mit der Wärmesenke 601, ohne dass die Leiterplatte 311 zwischen ihnen angeordnet ist. Somit kann die durch die Halbleiterelemente in dem Leistungsmodul erzeugte Wärme effektiv freigesetzt werden. Ferner ist ein Wärmeübertragungsweg zwischen der anderen Oberfläche des Leistungsmoduls 301 und der Kapsel 602 vorgesehen. Dies verbessert die Wirkung der Wärmeabgabe weiter.
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Die Metallplatte 306 kann ein Teil der Kapsel 602 sein. Ferner kann zwischen dem Leistungsmodul 301 und der Wärmesenke 601 Fett oder dergleichen angeordnet sein. Darüber hinaus kann das Metallgehäuse 201 für den Motor 200 die Rolle der Kapsel 602 spielen.
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Wie oben beschrieben wurde, schafft die siebente Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
- (1) Von beiden Oberflächen des vollständig vergossenen Leistungsmoduls 301 wird Wärme freigesetzt, ohne dass sie über die Leiterplatte 311 übertragen wird. Dies ermöglicht, die Größe des Leistungsmoduls zu verringern, d. h. die Größe der Umrichtervorrichtung zu verringern.
- (2) Die Metallanschlüsse des Leistungsmoduls sind mit der Oberfläche der elektrischen Verbindungen der Leiterplatte bündig. Somit brauchen die Metallanschlüsse nicht gebogen oder auf andere Weise bearbeitet zu werden. Dies ermöglicht, die Kosten und die Mannstunden zu senken.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Leistungsumsetzungsvorrichtung,
- 200
- Motor,
- 201
- Metallgehäuse auf der Seite des Motors,
- 201s, 201ss,
- Sperrabschnitt,
- 202
- Stator,
- 203, 208
- Lager,
- 204
- Rotor,
- 205
- Welle,
- 206
- Statorwicklungsausgangsabschnitt,
- 207
- Metallabdeckung,
- 209
- Muffenstruktur,
- 210
- Anschlussstromschiene,
- 11
- Metallabdeckungsloch,
- 212
- Stellungsdetektionsmagnet,
- 213
- Metallverdrahtung,
- 14
- Loch,
- 300
- Umrichter,
- 301
- Leistungsmodul,
- 302a–302c
- Halbleiterelement,
- 304
- Harz,
- 305
- Harzdicke,
- 306, 306'
- Metallplatte,
- 307, 612
- Verbinder,
- 308, 311
- Leiterplatte,
- 309, 610
- Kondensator,
- 310, 611
- Induktionsspule,
- 312
- Abdeckung,
- 313
- Metallgehäuse auf der Seite des Umrichters,
- 313a
- eine Platte,
- 313aa
- dicker Abschnitt,
- 314
- Sockel,
- 331
- positiver Verdrahtungsanschluss,
- 332
- negativer Verdrahtungsanschluss,
- 333
- Phasenausgangsanschluss,
- 334, 335
- Gate-Anschluss,
- 350
- Leistungsmodulfenster,
- 353
- Ausgangsverdrahtung,
- 390
- Anschlussabschnitt,
- 400
- Untersetzungsmechanismus,
- 401
- Lenkspindel,
- 402
- Schneckenrad,
- 403
- Schneckenwelle,
- 404
- Schnecke,
- 405
- Metallgehäuse für Untersetzungsmechanismus,
- 500
- Harzkapsel,
- 501
- Kühlrippe,
- 503
- Abstandshalter,
- 504
- Schichtkondensator,
- 505
- Anschlussleiste,
- 506
- Harz,
- 600
- mechatronisch integrierte Antriebsvorrichtung,
- 601
- Wärmesenke,
- 602
- Kapsel,
- 603
- Loch,
- 604
- Einlassabschnitt,
- 605
- Auslassabschnitt.
