JP2011030408A - 電子回路内蔵型モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】筒状のモータケース101は、外郭を形成する。半導体モジュール502は、半導体チップ、樹脂部11、および、巻線用端子508を有する。樹脂部11は、半導体チップを封止する。巻線用端子508は、樹脂部11に突設され、巻線205と直接接続される。巻線用端子508の巻線205との接続部584は、モータケース101の軸方向における樹脂部11のモータケース101側の端面112よりも反モータケース101側に位置する。これにより、モータケース101と半導体モジュール502との間において、巻線用端子508と巻線205とを接続するための治具を用いるためのスペースを小さくすることができ、電子回路内蔵型モータ1の軸方向における体格の小型化に寄与する。
【選択図】 図7
Description
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、装置全体の体格を小型化可能な電子回路内蔵型モータを提供することにある。
本発明では、巻線用端子の巻線との接続部は、モータケースの軸方向における樹脂部のモータケース側の端部よりも反モータケース側に位置する。
請求項3に記載の発明では、巻線用端子は、折り曲げられて巻線を挟持することにより接続部を構成する。これにより、比較的容易に巻線用端子と巻線とを直接接続することができる。
請求項4に記載の発明では、接続部は、折り曲げられる前の状態において、樹脂部の側方に設けられる。これにより、リードフレームを有効に利用することができ、リードフレームを小型化することができる。
請求項10に記載の発明では、接続部は、厚肉に形成される。これにより、巻線が巻線用端子の厚みに対して太い場合であっても、接続部のみを厚肉に形成することにより、リードフレーム全体を厚くすることなく、巻線用端子と巻線とを確実に接続することができる。
請求項16に記載の発明では、半導体モジュールは、半導体チップ面の垂線がシャフトの中心線に対して非平行となるように縦配置される。つまり、軸方向へ立ち上がった状態で半導体モジュールを配置している。これにより、径方向のスペース確保に一層寄与する。
(第1実施形態)
第1実施形態は、車両の電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」という。)の回路内蔵型モータに本発明を適用したものである。
最初に、電動パワーステアリング(以下「EPS」という)の電気的構成を、図1に基づいて説明する。ここで示す電気的構成は、以下の実施形態にも共通する。
FET61〜66のゲートは、後述するプリドライバ71の6つの出力端子に接続されている。
FET61〜66のソースとドレインの接続関係は、以下の通りである。すなわち、FET(Su+)61では、ドレインが電源ラインに接続され、ソースがFET(Su−)64のドレインに接続されている。FET(Sv+)62では、ドレインが電源ラインに接続され、ソースがFET(Sv−)65のドレインに接続されている。FET(Sw+)63では、ドレインが電源ラインに接続され、ソースがFET(Sw−)66のドレインに接続されている。
FET(Su−)64では、ドレインがFET(Su+)61のソースに接続され、ソースがグランドに接続されている。FET(Sv−)65では、ドレインがFET(Sv+)62のソースに接続され、ソースがグランドに接続されている。FET(Sw−)66では、ドレインがFET(Sw+)63のソースに接続され、ソースがグランドに接続されている。
シャント抵抗53〜55は、回路に通電される電流量を検出するためのものである。
検出電圧増幅部77は、パワー部50に設けられたシャント抵抗53〜55の両端電圧を検出し、当該両端電圧を増幅してマイコン74へ出力する。
電子回路内蔵型モータ1は、モータハウジングとして、円筒状のモータケース101と、モータケース101に対し出力側に螺着されるフレームエンド102と、電子回路部分を覆う有底円筒状のカバー103とを備えている。カバー103には、図示しないコネクタが取り付けられ、このコネクタを経由して後述するバスバー16〜19へ電力が供給される。
なお、取出線206u、206v、206wが、取出線206を構成している。
半導体モジュール501〜506は、モータケース101の軸方向の端部106に立設されたヒートシンク601に対し取り付けられている。半導体モジュール501〜506は、ヒートシンク601の径外方向を向く側壁面605に一つずつ配置されている。本形態では、連結半導体モジュール10のバスバー16、17を折り曲げることにより、半導体モジュール501〜503により構成される連結半導体モジュール10をモータ30の回転軸の周囲に配置している。同様に、連結半導体モジュール20のバスバー18、19を折り曲げることにより、半導体モジュール504〜506により構成される連結半導体モジュール20をモータ30の回転軸の周囲に配置している。半導体モジュール501〜506は、樹脂部11によってモールドされた半導体チップの面の方向に広がる板状であり、相対的に面積の大きな面の一方が放熱面となっている。半導体モジュール501〜506は、放熱面が側壁面605に面接触するように配置されている。このとき、側壁面605は平面で構成されており、これに合わせて、半導体モジュール501〜506の放熱面も平面となっている。半導体モジュール501〜506とヒートシンク601との間には、放熱絶縁シート570(図7等参照)が設けられ、半導体モジュール501〜506とヒートシンク601との間の絶縁を確保している。なお、放熱絶縁シート570等のシート状の部材が半導体モジュール501〜506とヒートシンク601との間に介在している場合であっても、「半導体モジュール501〜506とヒートシンク601とが面接触している」とみなすものとする。
このように、径方向外側から径方向内側へ向かって、モータケース101の外径の範囲内に、巻線用端子508と取出線206の接続部、半導体モジュール501〜506、ヒートシンク601、コンデンサ701〜706、チョークコイル52の順で配置され、径方向の空間が有効に活用されている。
半導体モジュール501〜506は、それぞれ対応するFET61〜67を構成する図示しない半導体チップを有する。半導体チップは、樹脂部11に封止されている。
図2〜図6に示すように、本実施形態の連結半導体モジュール10は、U1半導体モジュール501、V1半導体モジュール502、及びW1半導体モジュール503が、第1バスバー16及び第2バスバー17により連結されたものである。また、連結半導体モジュール20は、U2半導体モジュール504、V2半導体モジュール505、及びW1半導体モジュール506が、第1バスバー18及び第2バスバー19により連結されたものである。第1バスバー16、18は電源ラインに接続され、第2バスバー17、19はグランドに接続されることにより、バスバー16〜19を経由して半導体モジュール501〜506に電力が供給される。すなわち、バスバー16〜19は、半導体モジュール501〜506を機械的に連結するとともに、電気的に接続している、といえる。本実施形態においては、連結半導体モジュール10が第1インバータ60を構成し、連結半導体モジュール20が図1に示す第2インバータ68を構成している。換言すると、本実施形態の電子回路内蔵型モータ1は、2組のインバータ60、68を有している。これにより、インバータ60、68のそれぞれに流れる電流を半分に減らしている。なお、バスバー16〜19が「連結部材」を構成している。
第1バスバー16及び第2バスバー17は、U1半導体モジュール501、V1半導体モジュール502、及びW1半導体モジュール503の樹脂部11に埋設される図示しない埋設部、及び、樹脂部11に埋設されていない露出部161を有している。埋設部と露出部161とは、連続的に一体形成されている。露出部161には、直線部から円弧状に膨らんで形成される屈曲部162が形成されている。同様に、第2バスバー17は、樹脂部11に埋設される図示しない埋設部、および、樹脂部11に埋設されていない露出部171を有している。埋設部と露出部171とは、連続的に一体形成されている。露出部171には、直線部から円弧状に膨らんで形成される屈曲部172が形成されている。
コンデンサ用端子510は、ヒートシンク601に沿って径内方向に折り曲げられコンデンサ701〜706の端子と直接接続される。これにより、半導体モジュール501〜506とコンデンサ701〜706とは、プリント基板等の別部材を介することなく直接接続される。
V1半導体モジュール502が電子回路内蔵型モータ1に縦配置されたとき、樹脂部11のモータケース101側の端面112に設けられる巻線用端子508は、図10に破線で示す箇所で折り曲げられて、巻線205の取出線206を挟持する。図7〜図9に示すように、巻線用端子508は、垂下部581、中間部582、起立部583、および、接続部584から構成される。垂下部581、中間部582、起立部583、および、接続部584は、一体に形成されている。
接続部584は、起立部583の先端に形成され、ヒートシンク601側に開口するU字形状に折り曲げられ、モータケース101の軸方向の端部106に形成された穴から取り出される巻線205の取出線206を挟持する。接続部584と取出線206とは、溶接されることにより電気的に接続される。これにより、巻線用端子508と巻線205の取出線206とは、直接接続される。
図11〜図13に示すように、治具191は、溶接電極192および冷やし金193を備える。溶接電極192は、抵抗の大きな金属で形成され、図示しない電源と接続されている。溶接電極192は、巻線用端子508の接続部584を挟持した状態で通電されることにより、接続部584と取出線206とを溶接する。冷やし金193は、熱容量の大きい金属で形成される。冷やし金193は、巻線用端子508と取出線206とを溶接するときに発生する熱を放熱し、溶接時の熱が樹脂部11側へ伝達されるのを抑制する。ここで、モータケース101の軸方向において、巻線用端子508の反モータケース101側の端部と治具191のモータケース101側の端部との間の領域を「治具領域」(図13中において記号「S1」で示す。)、治具領域S1と上述の巻線−モータケース間領域G1とを合わせた領域を「溶接領域」(図13中おいて記号「T1」で示す)とする。
図13に示すように、本実施形態における治具領域S1は、軸方向において樹脂部11が配置される領域(以下、「樹脂部領域」といい、記号「R1」で示す。)と重なっている。すなわち、溶接領域T1は、樹脂部領域R1と重なっている。
本発明の第2実施形態による半導体モジュールを図14〜図19に示す。なお、電子回路内蔵型モータの構成は第1実施形態と同様であるため、1つの半導体モジュールの近傍のみを図示し、上記実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
中間部214は、樹脂部11の端面112の幅方向と垂直に樹脂部11の厚み方向であってヒートシンク601から離れる方向(図17においては紙面手前方向)に約90°折り曲げられる。中間部214は、電子回路内蔵型モータ1に配置されたとき、ヒートシンク601と反対方向に延びて形成される。
接続部216は、起立部215の先端に形成され、ヒートシンク601側に開口するU字形状に折り曲げられ、モータケース101の軸方向の端部106に形成された穴から取り出された巻線205の取出線206を挟持する。接続部216と取出線206とは、溶接されることにより電気的に接続される。これにより、巻線用端子508と巻線205の取出線206とは、直接接続される。
図17および図18に示すように、本実施形態の巻線用端子212は、折り曲げられる前の状態、すなわち電子回路内蔵型モータ1に組み付けられる前の状態において、中間部214と起立部215とでL字形状に形成される部分が、モータケース101側に配置される端面112の一方の端部113を取り囲むように形成される。起立部215の先端に形成される接続部216は、樹脂部11の側方であって、バスバー16、17によって一体に形成される隣の半導体モジュール207の樹脂部11との間に形成される。また、リードフレーム188の下端部189は、垂下部213および中間部214によって構成されている。すなわち、リードフレーム188の下端部189と第1バスバー16との間に接続部216が形成される。
参考例による連結半導体モジュール180の巻線用端子182は、折り曲げられる前の状態において、樹脂部11の下方に大きく突出している。そのため、リードフレーム187の面積が大きいものとなっている。
一方、図18に示す本実施形態のリードフレーム188は、接続部216が樹脂部11の側方に形成されているので、図35に示す参考例と比較して、リードフレームを有効に利用しており、リードフレームの小型化を実現している。
本発明の第3実施形態による半導体モジュールを図20に示す。図20(a)は斜視図、図20(b)は巻線用端子を折り曲げる前の形状を示す平面図である。第3実施形態は、第1実施形態の変形例である。
図20に示すように、本発明の第3実施形態による半導体モジュール221の巻線用端子222は、樹脂部11のモータケース101側に配置される端面112から突設される。巻線用端子222は、垂下部223、中間部224、折返部225、起立部226、および、接続部227から構成される。垂下部223、中間部224、折返部225、起立部226、および、接続部227は、一体に形成される。
折返部225から延びる起立部226は、中間部224と略直行する方向に形成される。起立部226は、モータケース101の端部106から離れる方向に約90°折り曲げられる。垂下部223と起立部226とは、樹脂部11の幅方向における位置がずれて形成されている。
また、本実施形態では、巻線用端子222を折り曲げる前の状態において、接続部227は、巻線用端子222が樹脂部11の端面112から突出する突出方向(図20(b)における紙面下方向)と反対方向に起立部226から延びて形成されているので、第1実施形態と比較して折り曲げる箇所が多くなるものの、第1実施形態および第2実施形態と同程度の組み付け性を維持しつつ、第1実施形態と比較して、リードフレームを小型化することができる。
本発明の第4実施形態による半導体モジュールを図21に示す。図21(a)は斜視図、図21(b)は巻線用端子を折り曲げる前の形状を示す平面図である。
図21に示すように、本発明の第4実施形態による半導体モジュール231の巻線用端子232は、樹脂部11のモータケース101側に配置される端面112から突設される。巻線用端子232は、垂下部233、中間部234、起立部235、および、先端部236から構成される。垂下部233、中間部234、起立部235、および、先端部236は、一体に形成されている。
起立部235は、中間部234の周方向に延びる先端側からモータケース101の端部106から離れる方向に折り曲げられる。垂下部233と起立部235とは、樹脂部11の幅方向における位置がずれて形成されている。
本発明の第5実施形態による半導体モジュールを図22に示す。図22(a)は斜視図、図22(b)は巻線用端子を折り曲げる前の形状を示す平面図である。なお、第5実施形態は、第4実施形態の変形例である。
図22に示すように、本発明の第5実施形態による半導体モジュール241の巻線用端子242は、樹脂部11のモータケース101側に配置される端面112から突設される。巻線用端子242は、垂下部243、中間部244、起立部245、および、先端部246から構成される。垂下部243、中間部244、起立部245、および、先端部246は、一体に形成される。
起立部245は、中間部244の周方向に延びる先端側からモータケース101の端部106から離れる方向に折り曲げられる。垂下部243と起立部245とは、樹脂部11の幅方向における位置がずれて形成されている。
本発明の第6実施形態による半導体モジュールを図23に示す。図23(a)は斜視図、図23(b)は巻線用端子を折り曲げる前の形状を示す平面図である。なお、第6実施形態は、第5実施形態の変形例である。
図23に示すように、本発明の第5実施形態による半導体モジュール251の巻線用端子252は、樹脂部11のモータケース101側に配置される端面112から突設される。巻線用端子252は、垂下部253、中間部254、起立部255、および、先端部258から構成される。垂下部253、中間部254、起立部255、および、先端部258は、一体に形成される。
本実施形態の起立部255は、中間部254の反垂下部253側から延びる幅狭部256、及び幅狭部256の先端部258側において幅狭部256よりも幅広に形成される幅広部257から構成される。また、先端部258は、幅広部257と同じ幅で形成される。
また、図23(b)に示すように、巻線用端子252は、折り曲げる前の状態においてバスバー16、17と平行する方向に延びる鍵型に形成されており、先端部258がバスバー16、17と直行する方向(図23(b)における紙面下方向)に突出していない。これにより、第1実施形態と比較して、リードフレームを小型化することができる。また、起立部255の幅広部257と先端部258との間には、切欠部259が形成されているので、第5実施形態と同様、切欠部259において取出線206の位置決めができる。
本発明の第7実施形態による半導体モジュールを図24〜26に示す。なお、図24においては、コンデンサ用端子を省略している。
図24〜図26に示すように、本発明の第7実施形態による連結半導体モジュール270を構成する半導体モジュール271の巻線用端子272は、樹脂部11のモータケース101側の端面112から突設される。巻線用端子272は、垂下部273、中間部274、起立部275、および、接続部276から構成される。垂下部273、中間部274、起立部275、および、接続部276は、一体に形成される。
中間部274は、樹脂部11の厚み方向であってヒートシンク601から離れる方向に垂下部273から約90°折り曲げられる。中間部274は、電子回路内蔵型モータ1に配置されたとき、ヒートシンク601と反対方向に延びて形成される。
接続部276は、起立部275の先端に形成され、ヒートシンク601と反対方向に開口するU字形状に折り曲げられ、巻線205の取出線206を挟持し、溶接される。これにより、巻線用端子272と巻線205の取出線206とは、直接接続される。
本発明の第8実施形態による半導体モジュールを図27及び図28に示す。なお、図27においては、コンデンサ用端子を省略している。
図27及び図28に示すように、本発明の第8実施形態による連結半導体モジュール280を構成する半導体モジュール281の巻線用端子282は、樹脂部11のモータケース101側の端面112と垂直な幅狭側面114から突設される。巻線用端子282は、バスバー16、17と平行に設けられている。巻線用端子282は、折り曲げる前の状態において、略直線状に形成されている。
本発明の第9実施形態による半導体モジュールを図29及び図30に示す。なお、図29においては、コンデンサ用端子を省略している。
図29及び図30に示すように、本発明の第9実施形態による連結半導体モジュール290を構成する半導体モジュール291の巻線用端子292は、樹脂部11のモータケース101側の端面112と垂直な幅広側面115から突設される。本実施形態では、巻線用端子292は、制御用端子509およびコンデンサ用端子510と直行する方向に設けられている。巻線用端子292は、折り曲げる前の状態において、略直線状に形成される。
また、本実施形態では、巻線用端子292は、樹脂部11のモータケース101側の端面112と垂直な幅広側面115から突設されている。樹脂部11のモータケース101側の端面112からリードやタイバーを露出させないことにより、半導体モジュール291のモータケース101側の端面112とモータケース101の端部106との間の絶縁を省略することができる。具体的には、例えば、半導体モジュール281のモータケース101側の端部とモータケース101の端部106との間の隙間G4を小さくすることができる。なお、図30(b)中において、半導体モジュール291とモータケース101との間に隙間G4が設けられているが、樹脂部11の端面112からリードやタイバーが露出していない場合、半導体モジュール281とモータケース101との間に隙間を形成しなくてもよい。すなわち、半導体モジュール291の樹脂部11とモータケース101とは、接触していてもよい。
また、巻線用端子292を予め曲げたうえで樹脂部11を形成すれば、巻線用端子292を曲げることによる応力を緩和することができる。
上記実施形態では、ヒートシンクはモータケースの軸方向端部の中心に立設されていた。他の実施形態では、ヒートシンクを周縁部から筒状に立設し、半導体モジュールを径方向内側に面接触させて配置してもよい。
上記実施形態では、半導体モジュールは連結部材で連結されて連結半導体モジュールを構成していた。他の実施形態では、連結部材により複数の半導体モジュールを連結しなくてもよい。
また、半導体モジュールは、半導体チップ面の垂線がシャフトの中心線に対して垂直に設けられていたが、垂直に限らず、傾いて配置されていてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら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可能である。
Claims (16)
- 外郭を形成する筒状のモータケースと、
前記モータケースの径内側に配置され複数相を構成するように巻線が巻回されたステータと、
前記ステータの径内側に配置されるロータと、
前記ロータと共に回転するシャフトと、
モータの駆動に係る複数相の前記巻線に流れる巻線電流を切り換えるスイッチング素子を構成する半導体チップ、前記半導体チップを封止する樹脂部、および前記樹脂部に突設され前記巻線と直接接続される巻線用端子を有する半導体モジュールと、
を備え、
前記巻線用端子の前記巻線との接続部は、前記モータケースの軸方向における前記樹脂部の前記モータケース側の端部よりも反前記モータケース側に位置することを特徴とする電子回路内蔵型モータ。 - 前記接続部は、前記モータケースの軸方向における前記樹脂部の反モータケース側の端部よりも前記モータケース側に位置することを特徴とする請求項1に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記巻線用端子は、折り曲げられて前記巻線を挟持することにより前記接続部を構成することを特徴とする請求項1または2に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記接続部は、折り曲げられる前の状態において、前記樹脂部の側方に設けられることを特徴とする請求項3に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記巻線用端子は、前記樹脂部の前記モータケース側の端面から突設されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記巻線用端子は、前記樹脂部の前記モータケース側の端面から突出する垂下部、前記垂下部から前記樹脂部の厚み方向に形成される中間部、および、前記中間部から前記モータケースから離れる方向に形成される起立部を有し、
前記接続部は、前記起立部の先端に形成されることを特徴とする請求項5に記載の電子回路内蔵型モータ。 - 前記巻線用端子は、前記樹脂部の前記モータケース側の端面と垂直な前記樹脂部の幅狭側面から突設されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記巻線用端子は、前記樹脂部の前記モータケース側の端面と垂直な前記樹脂部の幅広側面から突設されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記巻線用端子は、切欠部を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記接続部は、厚肉に形成されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記半導体モジュールは、前記樹脂部に埋設される埋設部、および、前記樹脂部から露出する露出部を有し、前記露出部が他の半導体モジュールの樹脂部に埋設された埋設部と連続的に一体形成されることにより、前記他の半導体モジュールと連結する連結部材を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記半導体モジュールは、前記巻線への通電を制御する制御部を有する基板と接続される制御用端子を有し、
前記巻線用端子と前記制御用端子とは、前記樹脂部の異なる面に設けられることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。 - 前記巻線用端子と前記制御用端子とは、前記樹脂部を挟んで反対方向に突設されることを特徴とする請求項12に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記モータケース、前記半導体モジュール、および、前記基板は、この順で配列されることを特徴とする請求項13に記載の電子回路内蔵型モータ。
- 前記モータケースの軸方向端部から立設されるヒートシンクを備え、
前記半導体モジュールは、前記ヒートシンクに直接的または間接的に接触するように配置されることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。 - 前記半導体モジュールは、前記半導体チップ面の垂線が前記シャフトの中心線に対し非平行となるように縦配置されることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載の電子回路内蔵型モータ。
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