JP2014176151A - Coil drive apparatus and transformer and motor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子とコイルを備えたコイル駆動装置、並びにそれを用いた変圧器及び電動機に関するものである。 The present invention relates to a coil driving device including a semiconductor element and a coil, and a transformer and an electric motor using the same.
モータと制御装置の間の配線を短縮すると共に小型化及び軽量化を図るために、制御装置を収容するカバーを、モータを収容するブランケットに固定する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。 In order to shorten the wiring between the motor and the control device and reduce the size and weight, a technique for fixing a cover for housing the control device to a blanket for housing the motor is known (for example, see Patent Document 1). ).
上記の技術では、相互に独立したブランケットとカバーを一体化する構造であるため、モータの発熱部品(例えばステータコイル)を放熱する手段と、制御装置の発熱部品(例えばパワーモジュール)を放熱する手段を個別に設ける必要があり、小型化及び軽量化には限界があるという問題がある。 In the above technique, since the mutually independent blanket and cover are integrated, means for radiating heat generating parts (for example, a stator coil) of a motor and means for radiating heat generating parts (for example, a power module) of a control device There is a problem that there is a limit to miniaturization and weight reduction.
本発明が解決しようとする課題は、変圧器や電動機の小型化及び軽量化を図ることが可能なコイル駆動装置、並びに、それを用いた変圧器及び電動機を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a coil driving device capable of reducing the size and weight of a transformer and an electric motor, and a transformer and an electric motor using the same.
本発明では、半導体素子と、当該半導体素子に電気的に接続されたコイルの少なくとも一部と、を同一の基板に設けることによって、上記課題を解決する。 In the present invention, the above problem is solved by providing a semiconductor element and at least a part of a coil electrically connected to the semiconductor element on the same substrate.
本発明によれば、半導体素子と、コイルの少なくとも一部とが同一基板に設けられているので、当該基板を介して半導体素子とコイルを同じ放熱手段によって冷却することが可能となり、変圧器や電動機の小型化及び軽量化を図ることができる。 According to the present invention, since the semiconductor element and at least a part of the coil are provided on the same substrate, the semiconductor element and the coil can be cooled by the same heat dissipating means via the substrate. The electric motor can be reduced in size and weight.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<<第1実施形態>>
以下に、本発明に係るコイル駆動装置をDC/DCコンバータに適用した例について、図1〜図14を参照しながら説明する。
<< first embodiment >>
Below, the example which applied the coil drive device which concerns on this invention to DC / DC converter is demonstrated, referring FIGS.
図1は本実施形態におけるDC/DCコンバータの回路図、図2は本実施形態におけるDC/DCコンバータの全体構成を示す図、図3(a)〜図3(c)は、本発明の第1実施形態における回路基板を示す図である。 FIG. 1 is a circuit diagram of a DC / DC converter according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram illustrating an overall configuration of the DC / DC converter according to the present embodiment, and FIGS. It is a figure showing a circuit board in one embodiment.
本実施形態におけるDC/DCコンバータ10は、図1に示すように、一次側回路20と、二次側回路30と、を備えており、入力直流電力を所望の電圧の直流電力に変換する装置である。例えば、一次側回路20の端子21,22の間には直流電源11が接続され、二次側回路30の端子31,32の間には負荷12が接続されている。
As shown in FIG. 1, the DC /
一次側回路20は、4つのパワーモジュールP1〜P4と、コンデンサC1と、トランス40の一次コイル41と、を含んでおり、いわゆるフルブリッジ回路(Hブリッジ回路)を構成している。
The
具体的には、第1及び第2のパワーモジュールP1,P2の直列回路と、第3及び第4のパワーモジュールP3,P4の直列回路と、コンデンサC1とが、端子21,22の間に並列接続されている。そして、一次コイル41の一端が第1のパワーモジュールP1と第2のパワーモジュールP2の間に接続され、当該一次コイル41の他端が第3のパワーモジュールP3と第4のパワーモジュールP4の間に接続されている。
Specifically, the series circuit of the first and second power modules P1 and P2, the series circuit of the third and fourth power modules P3 and P4, and the capacitor C1 are connected in parallel between the
二次側回路30も、4つのパワーモジュールP5〜P8と、コンデンサC2と、トランス40の二次コイル42と、を含んでおり、一次側回路20と同様のフルブリッジ回路を構成している。具体的には、第5及び第6のパワーモジュールP5,P6の直列回路と、第7及び第8のパワーモジュールP7,P8の直列回路と、コンデンサC2とが、端子31,32の間に並列接続されている。そして、二次コイル42の一端が第5のパワーモジュールP5と第6のパワーモジュールP6の間に接続され、当該二次コイル42の他端が第7のパワーモジュールP7と第8のパワーモジュールP8の間に接続されている。
The
なお、一次側回路20及び二次側回路30の回路構成は特にこれに限定されず、例えば、フォワード方式、フライバック方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式であってもよい。
The circuit configurations of the
パワーモジュールP1〜P8は、スイッチング素子S1〜S8と、当該スイッチング素子S1〜S8に逆並列に接続されたダイオードD1〜D8と、をそれぞれ備えている。本例では、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を、スイッチング素子S1〜S8として用いているが、特にこれに限定されない。例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)やバイポーラトランジスタをスイッチング素子S1〜S8として用いてもよい。 The power modules P1 to P8 include switching elements S1 to S8 and diodes D1 to D8 connected in antiparallel to the switching elements S1 to S8, respectively. In this example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are used as the switching elements S1 to S8, but the present invention is not particularly limited thereto. For example, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) or bipolar transistors may be used as the switching elements S1 to S8.
本実施形態では、図2に示すように、一次側回路20が2つの回路基板50A,50Bで形成されており、二次側回路30も2つの回路基板50C、50Dで形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
第1の回路基板50Aは、第1及び第2のパワーモジュールP1,P2と、第1のコイル411(図1における一次コイル41の上側部分)と、からなる第1の電気回路51Aを有している。また、第2の回路基板50Bは、第3及び第4のパワーモジュールP3,P4と、第2のコイル412(図1における一次コイル41の下側部分)と、からなる第2の電気回路51Bを有している。そして、第1の回路基板50Aの第1のコイル411と、第2の回路基板50Bの第2のコイル412とを電気的に接続することで、一次側回路20が構成されている。
The
同様に、第3の回路基板50Cは、第5及び第6のパワーモジュールP5,P6と、第3のコイル421(図1における二次コイル42の上側部分)と、からなる第3の電気回路51Cを有している。また、第4の回路基板50Dは、第7及び第8のパワーモジュールP7,P8と、第4のコイル422(図1における二次コイル42の下側部分)と、からなる第4の電気回路51Dを有している。そして、第3の回路基板50Cの第3のコイル421と、第4の回路基板50Dの第4のコイル422とを電気的に接続することで、二次側回路30が構成されている。
Similarly, the
第1〜第4の回路基板50A〜50Dはいずれも同一の構成であるので、第1の回路基板50Aの構成を以下に詳細に説明し、第2〜第4の回路基板50B〜50Dの構成の説明については省略する。
Since all of the first to
第1の回路基板50Aは、図3(a)〜図3(c)に示すように、第1の電気回路51Aと、基板52と、を有しており、2つのパワーモジュールP1,P2が基板52の第1の主面52aに実装されていると共に、第1のコイル411も当該第1の主面52a上に設けられている。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the
この基板52は、例えば、アルミニウム層の両面に樹脂絶縁膜を積層したIMS(Insulated Metal Substrate:金属絶縁基板)、酸化アルミニウム(Al2O3)や窒化アルミニウム(AlN)を主成分とするセラミックス板、或いは、樹脂材料から構成される絶縁基板から構成されている。この基板52は、その略中央を貫通する開口52cを有しており、第1のコイル411の巻線部411aがこの開口52cを囲繞するように、第1のコイル411は基板52上に設けられている。
The
基板52の上端部には、交流端子511と、高電位端子512と、低電位端子513と、が設けられている。交流端子511には、第1のコイル411の一端が接続されている。一方、高電位端子512に第1のパワーモジュールP1が接続され、低電位端子513には第2のパワーモジュールP2が接続されており、さらに、この第2のパワーモジュールP2には第1のコイル411の他端が接続されている。
An
なお、特に図示しないが、交流端子511、高電位端子512及び低電位端子513の少なくとも一つを、基板52の下端部に設けてもよいし、基板52の開口52cの周縁に設けてもよい。端子511〜513を開口52cの周縁に設ける場合には、後述するバスバ541〜543も開口52c内に配置する。
Although not particularly illustrated, at least one of the
第1のコイル411は、基板52上に積層された金属層をパターニングすることで形成された配線パターンであってもよいし、絶縁電線を巻回したものであってもよい。
The
第1のコイル411を配線パターンで構成する場合には、図3(b)に示すように、基板52の第1の主面52a上において外側から内側に渦巻き状に巻くように巻線部411aを形成すると共に、この巻線部411aの内側端から第2のパワーモジュールP2まで延在する引出配線部411bを形成する。この引出配線部411bは、巻線部411aを乗り越えるジャンパ部411cを有している(図9参照)。
When the
図4(a)及び図4(b)は本実施形態における回路基板の第1変形例を示す図、図5(a)〜図5(c)は本実施形態における回路基板の第2変形例を示す図、図6(a)〜図6(c)は本実施形態における回路基板の第3変形例を示す図である。 4A and 4B are diagrams showing a first modification of the circuit board in the present embodiment, and FIGS. 5A to 5C are second modifications of the circuit board in the present embodiment. FIGS. 6A to 6C are diagrams showing a third modification of the circuit board in the present embodiment.
図4(a)及び図4(b)に示すように、引出配線部411bに代えて、基板52の内部に内部配線411dを形成し、この内部配線411dを介して、巻線部411aの内側端と第2のパワーモジュールP2とを接続してもよい。これにより、第1及び第2の回路基板50A,50Bを積層した際に、ジャンパ部411cによるコイル占有率の低下を防止することができる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, instead of the
或いは、図5(a)〜図5(c)に示すように、第1の巻線部411aに加えて、基板52の第2の主面52bに第2の巻線部411eを設け、第1の巻線部411aの内側端と第2の巻線部411eの内側端とをスルーホール411fを介して接続してもよい。これにより、第1及び第2の回路基板50A,50Bを積層した際に、ジャンパ部411cによるコイル占有率の低下を防止することができる。なお、この場合には、第1及び第2のパワーモジュールP1,P2を基板52の第2の主面52bに実装する。
Alternatively, as shown in FIGS. 5A to 5C, in addition to the first winding
一方、第1のコイル411を絶縁電線で構成する場合には、基板52の開口52cの周縁に支持壁521を立設し、当該支持壁521に絶縁電線を巻き付ける。なお、第1のコイル411を配線パターンで構成する場合には、支持壁521を省略してもよい。
On the other hand, when the
また、第1のコイル411を絶縁電線で構成する場合には、図6(a)〜図6(c)に示すように、基板52を小さくして、第1のコイル411の引出配線部411bのみを基板52に接着固定し、巻線部411aを基板52に固定しなくてもよい。これにより、コイル占有率がさらに向上する。
Further, when the
図7(a)及び図7(b)は本実施形態において放熱部材を取り付けた回路基板を示す図である。 FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams showing a circuit board to which a heat dissipation member is attached in the present embodiment.
以上に説明した第1の回路基板50Aは、空冷式或いは水冷式の放熱手段に熱的に接続されている。例えば、図7(a)及び図7(b)に示すように、高熱伝導性材料で構成される板状の放熱部材53を、第1の回路基板50Aの端部に熱的に接続してもよい。放熱部材53を構成する高熱伝導性材料の具体例としては、グラファイトを例示することができるが、特にこれに限定されない。
The
この場合には、第1の回路基板50Aの端部に突起523を形成すると共に、放熱部材53に挿入穴531を形成し、この突起523を挿入穴531に差し込むことが好ましい。グラファイトは平面方向に沿った熱伝導性能が特に高いため、突起523を挿入穴531に差し込むことで、平面方向に沿った接触面積を増やすことができ、放熱効果の向上を図ることができる。なお、端子511〜513やバスバ541〜543との干渉を回避するために、放熱部材53の端部には切り欠き532が形成されている。
In this case, it is preferable that the
以上のように、本実施形態では、パワーモジュールP1,P2とコイル411が同一の基板52に設けられているので、当該基板52を介してパワーモジュールP1,P2とコイル411を同じ放熱部材53によって冷却することができ、DC/DCコンバータ10の小型化及び軽量化を図ることができる。
As described above, in this embodiment, since the power modules P1 and P2 and the
図8(a)は本実施形態において回路基板を積層する工程を示す図、図8(b)は本実施形態において回路基板にコアの凸部を挿入する工程を示す図である。 FIG. 8A is a diagram illustrating a process of laminating a circuit board in the present embodiment, and FIG. 8B is a diagram illustrating a process of inserting a convex portion of the core into the circuit board in the present embodiment.
図8(a)に示すように、第1の回路基板50Aと第2の回路基板50Bは相互に積層されており、さらに、図8(b)に示すように、当該積層体50A,50Bの開口52cにトランス40の第1のコア43の凸部431が挿入されている。同様に、第3及び第4の回路基板50C,50Dは相互に積層されており、当該積層体50C,50Dの開口52cにトランス40の第2のコア44の凸部441が挿入されている。そして、図2に示すように、凸部431,441同士が対向するように第1のコア43と第2のコア44とが組み合わせられている。
As shown in FIG. 8A, the
この際、同図に示すように、第1及び第2の回路基板50A,50Bにおいて、交流端子511同士は交流バスバ541を介して電気的に接続され、高電位端子512同士は高電位バスバ542を介して電気的に接続され、低電位端子513同士も低電位バスバ543を介して電気的に接続されている。
At this time, as shown in the figure, in the first and
同様に、第3及び第4の回路基板50C,50Dにおいても、交流端子511同士は交流バスバ541を介して電気的に接続され、高電位端子512同士は高電位バスバ542を介して電気的に接続され、低電位端子513同士も低電位バスバ543を介して電気的に接続されている。
Similarly, in the third and
図9は図3(b)のA部の断面図、図10(a)及び図10(b)は本実施形態における回路基板の第4変形例を示す図、図11(a)〜図11(c)は本実施形態においてコンデンサを取り付けた回路基板を示す図である。 9 is a cross-sectional view of a portion A in FIG. 3B, FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a fourth modification of the circuit board in the present embodiment, and FIGS. (C) is a figure which shows the circuit board which attached the capacitor | condenser in this embodiment.
図9に示すように、第1の回路基板50Aの第2の主面52bにおいて第2の回路基板50Bのジャンパ部411cに対応する部分に凹部522を設けてもよい。これにより、第1及び第2の回路基板50A,50Bを積層した際に、ジャンパ部411cによるコイル占有率の低下を防止することができる。
As shown in FIG. 9, a
また、図10(a)及び図10(b)に示すように、第1の回路基板50Aの第2の主面52bに、高電位端子512及び低電位端子513と配線パターン514〜516を設けて、配線パターン514を介して第2の回路基板50B上の第2のコイル412とパワーモジュールP0を接続し、配線パターン515を介してパワーモジュールP0と高電位端子512を接続し、配線パターン516を介してパワーモジュールP0と低電位端子513を接続してもよい。
Also, as shown in FIGS. 10A and 10B, high
これにより、第1及び第2の回路基板50A,50Bを積層することで、第2のコイル412、パワーモジュールP0、及び端子512,513を接続することができ、ボンディング作業が不要となるので、工数低減を図ると共に省スペース化を図ることができる。なお、同図に示すパワーモジュールP0は、上述の第1のパワーモジュールP1と第2のパワーモジュールP2をワンチップ化すると共に、高電位電極と低電位電極を同一方向に導出させたラテラル型のモジュールである。
Thereby, by laminating the first and
また、図11(a)〜図11(c)に示すように、コンデンサC1を回路基板50A,50Bの上端部の近傍に配置して、当該コンデンサC1を回路基板50A,50Bの高電位端子512と低電位端子513に接続してもよい。コンデンサC1としては、積層セラミックコンデンサやフィルムコンデンサを用いることができる。
Further, as shown in FIGS. 11A to 11C, the capacitor C1 is disposed in the vicinity of the upper ends of the
回路基板50A,50Bを積層するとその端部にある程度のスペースが確保される。本実施形態では、こうしたスペースにコンデンサC1を配置することで、省スペース化を図ると共に、配線の短縮化による電気的動作の安定化を図ることができる。なお、コンデンサC1に代えて、或いは、コンデンサC1に加えて、第1〜第4のパワーモジュールP1〜P4を制御する駆動回路を、回路基板50A,50Bの上端部の近傍に配置してもよい。
When the
図12(a)及び図12(b)は図7(a)及び図7(b)に示す回路基板をDC/DCコンバータに組み込んだ状態を示す図である。 FIGS. 12A and 12B are views showing a state where the circuit board shown in FIGS. 7A and 7B is incorporated in a DC / DC converter.
第1〜第4の回路基板50A〜50Dに放熱部材53が取り付けられている場合には、図12(a)及び図12(b)に示すように、DC/DCコンバータ10の筐体13に貫通孔131を形成し、当該貫通孔131から放熱部材53を筐体13の外部に突出させる。なお、放熱部材53と貫通孔131の内壁面との間には封止材が充填されている。
When the
上述の実施形態では、2枚の回路基板50A,50Bで一次側回路20を構成したが、一次側回路20を構成する回路基板の枚数は特に限定されない。同様に、二次側回路30を構成する回路基板の枚数も特に限定されない。
In the above-described embodiment, the
図13は本実施形態における回路基板の第5変形例を示す図、図14は本実施形態におけるDC/DCコンバータの変形例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing a fifth modification of the circuit board in the present embodiment, and FIG. 14 is a diagram showing a modification of the DC / DC converter in the present embodiment.
例えば、図13に示すような1枚の回路基板50Eで一次側回路20を構成してもよい。この回路基板50Eは、同一の基板52上に第1〜第4のパワーモジュールP1〜P4が実装されている。
For example, the
或いは、図14に示すように、6枚の回路基板50F〜50Kで一次側回路を構成してもよい。回路基板50F,50H,50Jは、上述の第1の回路基板50Aと同様の構成であり、回路基板50G,50I,50Kは、上述の第2の回路基板50Bと同様の構成である。図14に示す例では、図1に示す一次側回路20を3つ有し、当該3つの一次側回路20が並列接続されている。
Or as shown in FIG. 14, you may comprise a primary side circuit by the six
このように、本実施形態では、個々の回路基板によって、コイルとそれに対応するパワーモジュールをユニット化しているので、コイルの大容量化を容易に行いことができる。また、コイルとパワーモジュールの接続点がそれぞれ独立しているので、並列化による電流バランスの問題が発生しない。さらに、回路基板を複数積層することで、コイルやパワーモジュールの発熱を分散することができると共に、放熱面積も容易に増やすこともできる。 Thus, in this embodiment, since the coil and the power module corresponding to it are unitized by each circuit board, the capacity of the coil can be easily increased. In addition, since the connection points of the coil and the power module are independent from each other, the problem of current balance due to parallelization does not occur. Furthermore, by stacking a plurality of circuit boards, it is possible to dissipate the heat generated by the coil and the power module and to easily increase the heat dissipation area.
本実施形態におけるDC/DCコンバータ10が本発明における変圧器の一例に相当し、本実施形態における第1〜第8のパワーモジュールP1〜P8が本発明における半導体素子の一例に相当し、本実施形態におけるコンデンサC1や駆動回路が本発明における電子部品の一例に相当し、本実施形態におけるバスバ541〜543が本発明における電気接続部材の一例に相当する。
The DC /
<<第2実施形態>>
次に、本発明に係るコイル駆動装置をモータ60に適用した例について、図15〜図20を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、ラジアルギャップ型モータに本発明を適用した例について説明するが、特にこれに限定されず、アキシャルギャップ型モータに本発明を適用してもよい。
<< Second Embodiment >>
Next, an example in which the coil driving device according to the present invention is applied to the
図15は本実施形態におけるモータを示す正面図、図16は本実施形態において回路基板にステータのティースを挿入する工程を示す図、図17は図15のB-B線に沿った断面図、図18は本実施形態におけるステータの変形例を示す部分斜視図、図19は図18に示す回路基板の回路図、図20は本実施形態における駆動回路による制御を示すタイミングチャートである。 15 is a front view showing the motor in the present embodiment, FIG. 16 is a diagram showing a process of inserting stator teeth into the circuit board in the present embodiment, FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 19 is a partial perspective view showing a modification of the stator in this embodiment, FIG. 19 is a circuit diagram of the circuit board shown in FIG. 18, and FIG. 20 is a timing chart showing control by the drive circuit in this embodiment.
図15に示すように、本実施形態におけるモータ60は、筒状のステータ61と、当該ステータ61に挿入されたロータ62と、を備えた三相誘電モータである。ステータ61の内周には複数(本例では6本)のティース611が突出している。そして、図16に示すように、回路基板50の開口52cにティース611が挿入されることで、それぞれのティース611に回路基板50が取り付けられている。
As shown in FIG. 15, the
本例では、図15に示すように、1つのティース611に対して、積層された2枚の回路基板50が取り付けられており、この2枚の回路基板50が電気的一相分の回路を形成している。
In this example, as shown in FIG. 15, two
なお、この回路基板50は、第1実施形態で説明した回路基板50Aと同一の構成のものであるので、回路基板50において第1実施形態と同一の構成である部分に同一の符号を付して、当該回路基板50の構成の説明は省略する。また、特に図示しないが、第1実施形態の回路基板50Aと同様に、この回路基板50の端部は、上述の放熱部材53等の放熱手段に熱的に接続されている。
Since the
このように、本実施形態では、第1実施形態と同様に、パワーモジュールP1,P2とコイル411が同一の基板52に設けられているので、当該基板52を介してパワーモジュールP1,P2とコイル411を同じ放熱手段によって冷却することができるので、モータ60の小型化及び軽量化を図ることができる。
Thus, in this embodiment, since the power modules P1 and P2 and the
また、第1実施形態と同様に、回路基板50に突起523を形成すると共に、放熱部材53に挿入穴531を形成し、この突起523を挿入穴531に差し込むことで、放熱効果の向上を図ることができる(図7(a)及び図7(b)参照)。
Similarly to the first embodiment, the
また、第1実施形態と同様に、引出配線部411bに代えて、基板52の内部に内部配線411dを形成してもよい(図4(a)及び図4(b)参照)。或いは、第1実施形態と同様に、第1の巻線部411aに加えて、基板52の第2の主面52bに第2の巻線部411eを設け、第1の巻線部411aの内側端と第2の巻線部411eの内側端とをスルーホール411fを介して接続してもよい(図5(a)〜図5(c)参照)。これにより、回路基板50を積層した際に、ジャンパ部411cによるコイル占有率の低下を防止することができる。
Similarly to the first embodiment, an
また、第1実施形態と同様に、基板52を小さくして、第1のコイル411の引出配線部411bのみを基板52に接着固定し、巻線部411aを基板52に固定しなくてもよい(図6(a)〜図6(c)参照)。これにより、コイル占有率がさらに向上する。
Similarly to the first embodiment, it is not necessary to make the
また、第1実施形態と同様に、回路基板50の第1の主面52bにおいて他の回路基板50のジャンパ部411cに対応する部分に凹部522を設けてもよい(図9参照)。これにより、回路基板50を積層した際に、ジャンパ部411cによるコイル占有率の低下を防止することができる。
Similarly to the first embodiment, a
また、第1実施形態と同様に、回路基板50の第2の主面52bに、高電位端子512及び低電位端子513と配線パターン514〜516を設けてもよい(図10(a)及び図10(b)参照)。これにより、ボンディング作業が不要となるので、工数低減を図ると共に省スペース化を図ることができる。
Similarly to the first embodiment, high
本実施形態では、ティース611を回路基板50の開口52cに挿入しているため、回路基板50の一部がティース611よりも上方に突出している。これに対し、ティース611に隣接するバックヨーク612は、当該回路基板50よりも低く且つ平坦となっている。本実施形態では、図15に示すように、このバックヨーク612に高電位バスバ641と低電位バスバ642が設けられている。いずれのバスバ641,642も環状形状を有しており、図17に示すように、絶縁材643を介して高電位バスバ641の上に低電位バスバ642が積層されている。
In the present embodiment, since the
さらに、本実施形態では、このバスバ641,642の上にコンデンサ65が実装されている。具体的には、コンデンサ65の高電位端子651が高電位バスバ641に接続されている。また、この高電位端子651は、配線66を介して2枚の回路基板50の高電位端子512に接続されている。
Further, in the present embodiment, a
同様に、コンデンサ65の低電位端子652も低電位バスバ642に接続されている。また、特に図示しないが、この低電位端子652は、配線を介して2枚の回路基板50の低電位端子513に接続されている。因みに、モータ60が有する全ての回路基板50の交流端子511は、特に図示しない接続部材を介して電気的に接続されている。
Similarly, the low
このように、本実施形態では、ステータ61のバックヨーク612にバスバ641,642やコンデンサ65を配置することで、省スペース化を図ると共に、配線の短縮化による電気的動作の安定化を図ることができる。コンデンサ65に代えて、或いは、コンデンサ65に加えて、後述する駆動回路をバックヨーク611に配置してもよい。
As described above, in the present embodiment, by arranging the bus bars 641 and 642 and the
なお、1つのティース611に取り付けられる回路基板50の枚数は特に限定されない。例えば、図18に示すように、一つのティース611に対して4枚の回路基板50を取り付けてもよい。この場合には、図19に示すように、4つの回路基板50の電気回路51Aを並列接続することで、電気的一相分の回路を形成する。
The number of
このように、本実施形態では、第1実施形態と同様に、個々の回路基板によって、コイルとそれに対応するパワーモジュールをユニット化しているので、コイルの大容量化を容易に行いことができる。また、コイルとパワーモジュールの接続点がそれぞれ独立しているので、並列化による電流バランスの問題が発生しない。また、回路基板を複数積層することで、コイルやパワーモジュールの発熱を分散することができると共に、放熱面積も容易に増やすことができる。 As described above, in this embodiment, as in the first embodiment, the coils and the power modules corresponding to the coils are unitized by the individual circuit boards, so that the capacity of the coils can be easily increased. In addition, since the connection points of the coil and the power module are independent from each other, the problem of current balance due to parallelization does not occur. Further, by stacking a plurality of circuit boards, it is possible to disperse the heat generated by the coil and the power module and to easily increase the heat dissipation area.
また、図19に示す例では複数の電気回路51Aが並列接続されているので、駆動回路が、電気回路51Aのスイッチング素子に対して次のような制御を行うことで、リプル電流を低減することができる。
In the example shown in FIG. 19, since the plurality of
具体的には、駆動回路は、図20に示すように、ある回路基板50に実装されているスイッチング素子と、別の回路基板50に実装されているスイッチング素子を逆位相で動作させる。このように、あるスイッチング素子がターンオンする際に、別のスイッチング素子をターンオフさせることで、リプル電流を相殺することができ、結果的にコンデンサ65の小型化を図ることができる。
Specifically, as shown in FIG. 20, the drive circuit operates a switching element mounted on one
因みに、特に図示しないが、図19における高電位端子と低電位端子の間に直流電源や平滑コンデンサが接続されており、当該直流電源から供給された直流電力が回路基板50に実装されたパワーモジュールのスイッチングによって交流電力に変換される。
Incidentally, although not particularly illustrated, a power module in which a DC power source or a smoothing capacitor is connected between the high potential terminal and the low potential terminal in FIG. 19 and the DC power supplied from the DC power source is mounted on the
本実施形態におけるモータ60が本発明における電動機の一例に相当し、本実施形態におけるパワーモジュールP1,P2が本発明における半導体素子の一例に相当し、本実施形態におけるコンデンサ65や駆動回路が本発明における電子部品の一例に相当し、本実施形態におけるバスバ641〜643が本発明における電気接続部材の一例に相当する。
The
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
上述の実施形態では、本発明に係るコイル駆動装置をDC/DCコンバータやモータに適用した例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、本発明に係るコイル駆動装置をソレノイドバルブ(電磁弁)や電動ポンプに適用してもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the coil driving device according to the present invention is applied to a DC / DC converter or a motor has been described. However, the present invention is not particularly limited thereto. For example, the coil drive device according to the present invention may be applied to a solenoid valve (electromagnetic valve) or an electric pump.
10…DC/DCコンバータ
20…一次側回路
P1〜P4…第1〜第4のパワーモジュール
C1…コンデンサ
30…二次側回路
P5〜P8…第5〜第8のパワーモジュール
C2…コンデンサ
40…トランス
41…一次コイル
411…第1のコイル
412…第2のコイル
42…二次コイル
43…第1のコア
44…第2のコア
50,50A〜50K…回路基板
51A〜51D…電気回路
511…交流端子
512…高電位端子
513…低電位端子
52…基板
52c…開口
523…突起
53…放熱部材
541…交流バスバ
542…高電位バスバ
543…低電位バスバ
60…モータ
61…ステータ
611…ティース
612…バックヨーク
641…高電位バスバ
642…低電位バスバ
643…絶縁材
65…コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体素子が実装されている共に前記コイルの少なくとも一部が固定された基板と、を有する回路基板を備えていることを特徴とするコイル駆動装置。 An electrical circuit including a semiconductor element and a coil electrically connected to the semiconductor element;
A coil drive device comprising: a circuit board having a substrate on which the semiconductor element is mounted and at least a part of the coil is fixed.
前記コイル駆動装置は、前記基板に熱的に接続された放熱手段を備え、
前記基板は、前記基板を貫通する開口を有しており、
前記コイルは、前記開口を囲繞するように、前記基板の少なくとも一方の主面上に設けられていることを特徴とするコイル駆動装置。 The coil drive device according to claim 1,
The coil driving device includes heat radiating means thermally connected to the substrate,
The substrate has an opening penetrating the substrate;
The coil drive device according to claim 1, wherein the coil is provided on at least one main surface of the substrate so as to surround the opening.
前記放熱手段は、高熱伝導性材料から構成された放熱部材を有し、
前記基板は、前記基板の端部に突起を有し、
前記突起は、前記放熱部材に挿入されていることを特徴とするコイル駆動装置。 The coil drive device according to claim 2,
The heat dissipating means has a heat dissipating member composed of a high thermal conductivity material,
The substrate has a protrusion at an end of the substrate;
The coil drive device, wherein the protrusion is inserted into the heat dissipation member.
相互に積層された複数の前記回路基板を備えており、
複数の前記回路基板が有する前記電気回路同士が電気的に並列接続されていることを特徴とするコイル駆動装置。 The coil drive device according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of the circuit boards stacked on each other;
The coil drive device, wherein the electrical circuits of the plurality of circuit boards are electrically connected in parallel.
前記コイルは、
前記基板の主面上において外側から内側に巻かれた巻線部と、
前記巻線部の内側端から前記基板の内部を通過して前記基板の端部に引き出された内部配線と、を有することを特徴とするコイル駆動装置。 The coil drive device according to any one of claims 1 to 4,
The coil is
A winding portion wound from the outside to the inside on the main surface of the substrate;
An internal wiring which passes through the inside of the substrate from the inner end of the winding portion and is drawn out to the end portion of the substrate.
前記コイルは、
前記基板の一方の主面上において外側から内側に巻かれた第1の巻線部と、
前記基板の他方の主面上において内側から外側に巻かれた第2の巻線部と、
前記基板を貫通し、前記第1の巻線部の内側端と前記第2の巻線部の内側端とを電気的に接続する貫通配線と、を有することを特徴とするコイル駆動装置。 The coil drive device according to any one of claims 1 to 4,
The coil is
A first winding portion wound from the outside to the inside on one main surface of the substrate;
A second winding portion wound from the inside to the outside on the other main surface of the substrate;
A coil driving apparatus comprising: a through-wiring that penetrates the substrate and electrically connects an inner end of the first winding portion and an inner end of the second winding portion.
前記コイルは、
前記基板の主面上において外側から内側に巻かれた巻線部と、
前記巻線部の内側端から前記基板の端部に引き出された引出配線部と、を有し、
前記引出配線部は、前記巻線部を乗り越えるジャンパ部を含み、
前記回路基板に積層された他の回路基板は、前記ジャンパ部に対応する部分に凹部を有することを特徴とするコイル駆動装置。 The coil drive device according to any one of claims 1 to 4,
The coil is
A winding portion wound from the outside to the inside on the main surface of the substrate;
A lead-out wiring part drawn from the inner end of the winding part to the end of the substrate,
The lead-out wiring portion includes a jumper portion overcoming the winding portion,
The other circuit board laminated on the circuit board has a recess in a portion corresponding to the jumper part.
前記回路基板に積層された他の回路基板は、前記回路基板の半導体素子に対応する位置に配線パターンを有し、
前記回路基板同士が積層されることで、前記半導体素子と前記配線パターンとが電気的に接続されることを特徴とするコイル駆動装置。 The coil drive device according to any one of claims 1 to 7,
The other circuit board laminated on the circuit board has a wiring pattern at a position corresponding to the semiconductor element of the circuit board,
A coil driving apparatus characterized in that the semiconductor elements and the wiring pattern are electrically connected by stacking the circuit boards.
請求項2〜8の何れかに記載のコイル駆動装置と、を備え、
前記コアの凸部が、前記基板の前記開口に挿入されていることを特徴とする変圧器。 The core,
A coil drive device according to any one of claims 2 to 8,
The transformer, wherein the convex part of the core is inserted into the opening of the substrate.
前記変圧器は、電子部品又は電気接続部材の少なくとも一方を備え、
前記回路基板は、前記電子部品又は電気接続部材の少なくとも一方が電気的に接続された端子を前記基板の端部に有しており、
前記電子部品又は電気接続部材の少なくとも一方が前記基板の端部の近傍に配置されていることを特徴とする変圧器。 The transformer according to claim 9, wherein
The transformer includes at least one of an electronic component or an electrical connection member,
The circuit board has terminals to which at least one of the electronic component or the electrical connection member is electrically connected at an end of the board,
At least one of the electronic component or the electrical connection member is disposed in the vicinity of an end of the substrate.
前記電動機は、請求項2〜8の何れかに記載のコイル駆動装置を備えており、
前記ステータのティースが、前記基板の前記開口に挿入されていることを特徴とする電動機。 An electric motor including a stator and a rotor,
The electric motor includes the coil driving device according to any one of claims 2 to 8,
An electric motor, wherein teeth of the stator are inserted into the opening of the substrate.
前記電動機は、電子部品又は電気接続部材の少なくとも一方を備えており、
前記電子部品又は前記電気接続部材の少なくとも一方は、前記ステータのバックヨークに配置されていることを特徴とする電動機。 The electric motor according to claim 11,
The electric motor includes at least one of an electronic component or an electrical connection member,
At least one of the electronic component or the electrical connection member is disposed on a back yoke of the stator.
前記電動機は、前記回路基板に実装されている前記半導体素子と、他の回路基板に実装されているは導体素子を逆位相で動作させる駆動回路を備えたことを特徴とする電動機。 The electric motor according to claim 11 or 12,
The electric motor includes a drive circuit that operates the semiconductor element mounted on the circuit board and the conductive element mounted on another circuit board in opposite phases.
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