JP2016059149A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電力変換装置の冗長システムにおける信頼性向上を目的とする。
【解決手段】
筒状のモータケース、複数相のステータ、ロータを有するモータ２００と、モータ２００への通電を切り替える電力変換部３００と、電力変換部３００を制御する制御基板４００と、前記電力変換部及び前記制御基板が実装される金属製の蓋と、を備え、前記電力変換部は、第１の電力変換部と第２の電力変換部を有し、前記蓋は、前記モータの径方向と略平行な面から前記モータ側へ突出する凸部を有し、前記凸部は、前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部を互いに隔てるように形成される
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力を直流から交流または交流から直流に変換する電力変換装置に関し、特に機電一体方式に用いられる電力変換装置の冗長化手法に関する。

従来、モータおよび電力変換装置の筐体が直接接続される、または同一筐体内に双方が配置される機電一体方式の電力変換装置が知られている。このような電力変換装置には、実装スペースの制約から、小型化や軽量化が強く求められている。例えば、特許文献１には、ヒートシンク、パワーモジュール、制御配線部、パワー配線部、制御コネクタ、およびパワーコネクタが、モータの軸方向に配置されることで、駆動装置の軸方向における体格を小型化することができる発明が記載されている。

特開２０１１−２５０４８９号公報

一方で、電力変換装置内の部品に一次故障が発生しても、電力変換装置からモータへの電力供給を継続し、モータを駆動し続ける冗長系の電力変換装置では、一次故障による影響で二次故障が発生しないように構成する必要がある。また、電力変換装置を構成する部品、例えば主回路の半導体装置が破壊した際に、他の回路が破壊の影響を受けないようにするために追加部材を配置した場合、部品点数が増加し、電力変換装置の小型化が難しくなる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、電力変換装置の冗長システムにおける信頼性向上を目的とするものである。

本発明の電力変換装置は、筒状のモータケース、前記モータケースに配置される複数相のステータ、及び前記ステータの内側に配置されるロータを有するモータと、前記モータへの通電を切り替える電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御基板と、前記電力変換部及び前記制御基板が実装される金属製の蓋と、を備え、前記電力変換部は、第１の電力変換部と第２の電力変換部を有し、前記蓋は、前記モータの径方向と略平行な面から前記モータ側へ突出する凸部を有し、前記凸部は、前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部を互いに隔てるように形成される。

本発明の電力変換装置によれば、凸部を境界として配置された第１の電力変換部と第２の電力変換部の一方が故障した際にも、その影響を他方に波及させることを抑制することができるため、電力変換装置の信頼性を向上することができる。

実施例１の駆動装置１００の構成図である。 蓋３３０の形状の概略を示す斜視図である。 実施例１の駆動装置１００の回路構成図である。 電力変換部のモータ接続箇所の例である。 モータ配線の接続部の例である。 実施例２の駆動装置における電力変換部の実装構造の例である。 実施例３の駆動装置１００の構成図である。 実施例３の絶縁金属基板の構成図の例である。 実施例４の電力変換装置のコネクタ配置の例である。 実施例５の電動パワーステアリング装置の略図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

本実施例では、電力を変換する電力変換装置３００及び電気エネルギーを機械エネルギーへ変換するモータ２００を備えた駆動装置１００の例を説明する。

図１は、本実施例の駆動装置１００の構成例を示す図であり、モータ２００の軸方向断面で示したものである。駆動装置１００は、巻き線が巻かれた固定子（ステータ）２０２と回転子（ロータ）２０４からなるモータ部２００と、モータに所望の電力を供給するための回路を含む電力変換装置３００を備える。

モータ２００の固定子２０２は、電磁鋼板に固定子巻き線が取り付けられた構造である。固定子２０２は、円筒状のモータ金属筺体２０１の内面側に円形状に配置される。固定子２０２は、圧入や焼きバメ等で固定される。また、モータ金属筺体２０１の開口部の逆側（図中下側）には、ベアリング２０３を固定するための空間が設けられる。当該空間に、圧入によりベアリング２０３が固定される。

モータ金属筺体２０１の開口部には、もう一方のベアリング２０３を固定するための金属カバー２０７が備えられる。ベアリング２０３は、金属カバー２０７に圧入で固定される。また金属カバー２０７は、ねじ止めや圧入等でモータ金属筺体２０１に固定される。なお、図示していないが、金属カバー２０７を接続する為のインロー構造がモータ金属筐体２０１に設けられている。

固定子２０２の固定子巻き線は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の三相巻き線で構成され、絶縁性の樹脂によりモールドされたターミナルバスバ２１０で、各固定子巻き線の配線が電気的に結線されている。また、固定子巻き線の結線方法としては、Ｙ結線またはΔ結線が挙げられる。さらに、ターミナルバスバ２１０からは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の金属配線が、それぞれ２本ずつ合計６本軸方向に延長しており、金属カバー２０７に設けられた穴を貫通している。

回転子２０４は、シャフト２０５と、回転軸の外周に固定された永久磁石とで構成される。回転子２０４は、固定子巻き線に電流を流すことで発生する回転磁場及びベアリング２０３により回転することができる。なお、永久磁石の材料としては、ネオジウムやフェライトなどが挙げられる。また、シャフト２０５の電力変換装置３００側の端部には、位置検出用磁石２１０が接続されている。

電力変換装置３００は、電力変換部３１０及び３２０、制御基板４００、蓋３３０を備える。

蓋３３０は、アルミニウムなどの金属で形成される。蓋３３０は、モータ２００の径方向と略平行な面からモータ２００の軸方向に突出する凸部３３１を有する。蓋３３０は、凸部３３１が形成される側とは反対側に、冷却のためのフィンを有する。また、蓋３００には、金属柱３３２が形成される。金属柱３３２は、凸部３３１と同じ方向に向かって突出する。金属柱３３２の先端には、後述するように、制御基板４００が固定される。電力変換部３１０及び３２０、制御基板４００が備えられた電力変換装置３００は、螺子止めや圧入などでモータ金属筐体２０１に固定される。

蓋３３０の凸部３３１は、当該凸部３３１を境界として、空間を２つに隔てるように形成される。凸部３３１に対して一方側には、電力変換部３１０が配置される。凸部３３１に対して他方側には、電力変換部３２０が配置される。電力変換部３１０及び３２０は、モールド樹脂によって、リードフレーム及びＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が封止された構成である。ＭＯＳＦＥＴは、はんだ付け等によって、金属製のリードフレームに電気的に接続される。

このように、第１の電力変換部３１０と第２の電力変換部３２０とが凸部３３１によって隔てられていることにより、例えば一方の電力変換部のモジュールが破壊した際の衝撃や粉塵などの影響を他方に及ぼすことを抑制することができる。破壊モードとしては、電力変換部に用いられる半導体素子や、電解コンデンサなどの破裂などが挙げられる。

また、ＭＯＳＦＥＴなどが実装される蓋３３０は、金属製の部材であり、電磁的な遮蔽部材として機能するとともに、放熱部材としても機能する。金属製の蓋３３０と凸部３３１とを一体に構成することにより、部品点数を削減することができる。

電力変換部３１０は、領域３１１及び領域３１２を有する。領域３１１は、凸部３３１が形成される側の蓋３３０の面と接する領域である。領域３１１が設置される蓋３３０の面は、モータ２００の径方向と略平行な面である。領域３１２は、モータ２００の軸方向と略平行である凸部３３１の面と接する領域である。すなわち、領域３１１が接する蓋３３０の面と、領域３１２が接する凸部３３１の面とは、略直交する関係にある。領域３１１と領域３１２との二つの面で冷却されることにより、電力変換部３１０は効率よく冷却される。

電力変換部３１０の領域３１１及び３１２は、リードフレーム３１３によって接続される。リードフレーム３１３は、モールド樹脂に覆われることなく、モールド樹脂から露出する部分を有する。当該露出部を支点として、リードフレーム３１３は折り曲げられる。このように、リードフレーム３１３を曲げるだけで、領域３１１と領域３１２を略直交して配置することができる。

当該モールド樹脂は、領域３１１に位置するリードフレームの蓋３３０側の面及び領域３１２に位置するリードフレームの凸部３３１側の面を覆うように、形成される。当該モールド樹脂は、電気的な絶縁の役割を果たすとともに、熱を伝導する役割を果たす。例えば、モールド樹脂厚さを０.３ｍｍ以下、樹脂熱伝導率を３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることで、電力変換部３１０で発生した熱を蓋３３０へ効率的に放熱するとともに、絶縁性も確保することができる。

電力変換部３１０は、螺子等によって、蓋３３０に固定される。電力変換部３１０は、例えば、領域３１１及び領域３１２の双方を螺子で蓋３３０に固定する。

電力変換部３１０は、当該モールド樹脂と蓋３３０の間にグリースなどの部材を介在させることで、良好な接触を確保する構成としてもよい。そのようなグリースは、領域３１１及び領域３１２の双方に設けてもよいし、またはいずれか一方に設けてもよい。

また、図示していないが、電力変換部３１０の領域３１１には、後述するスイッチング部１０及びモータ側半導体リレー１１が実装される。電力変換部３１０の領域３１２には、後述する電解コンデンサ３１４、チョークコイル１３、シャント抵抗１４が実装される。ここで、体積の大きな電解コンデンサ３１４やチョークコイル１３は、凸部３３１とモータ金属筐体２０１の間にある空間に配置されることになる。

シャント抵抗１４は、ＭＯＳＦＥＴと一緒に、はんだ等で接続される。電解コンデンサ３１４やチョークコイル１３は、例えば溶接等で接続される。電解コンデンサ３１４やチョークコイル１３の端子と対向する凸部３１１には、電気的な絶縁距離を保つための溝や穴などがあってもよい。

電力変換部３１０の領域３１２側には、信号配線３１５が設けられる。信号配線３１５は、ＭＯＳＦＥＴのゲート配線や、シャント抵抗の電圧検出端子に接続される。信号配線３１５は、リードフレームと同一材料で形成することができるが、スイッチング部１０に電流を入出力する配線幅よりは狭く形成される。

電力変換部３１０の領域３１２、電力変換部３２０の領域３２２のモータ２００側には、ＭＯＳＦＥＴのゲート配線やシャント抵抗の電圧を検出するための端子に接続される、複数の信号配線３１５及び３１６が備えられている。信号配線３１５及び信号配線３２５はリードフレームと同一部材で、スイッチング部１０に電流を入出力する配線幅よりは狭いものである。

電力変換部３２０は、以上説明した電力変換部３１０と同様の構成であるため、重複する説明は省略する。電力変換部３２０における領域３２１は、電力変換部３１０における領域３１１に対応する。領域３２２は、領域３１２に対応する。リードフレーム３２３は、リードフレーム３１３に対応する。電解コンデンサ３２４は、電解コンデンサ３１４に対応する。信号配線３２５は、信号配線３１５に対応する。その他、図示されない構成も同様である。

制御基板４００は、例えばガラスエポキシ基板（ＦＲ４）と金属配線で形成される多層基板である。制御基板４００は、モータ側から突出してくる電気配線２０９を避けるよう、両側を切り欠いた形状に形成される。制御基板４００には、蓋３３０の金属柱３３２と対向する位置に穴が形成される。制御基板４００は、螺子などで蓋３３０の金属柱３３２に固定される。制御基板４００には、凸部３３１近傍において、電力変換部３１０の信号配線３１５及び電力変換部３２０の信号配線３２５と電気的に接続するためのスルーホールが設けられる。

制御基板４００の略中央部には、モータの位置を検出するための位置検出用センサ４０１が設置される。位置検出用センサ４０１と対向する位置には、一定のギャップを介して位置検出用磁石２１０が配置される。また、凸部３３１と対向する位置には、二つの電力変換部に共通する制御回路部品が実装されており、例えば後述するマイコン４１が配置される。

また、制御基板４００には、電力変換部３１０にゲート信号を出力するドライバＩＣ４０２、電力変換部３２０にゲート信号を出力するドライバＩＣ４０３が設けられる。モータ２００の軸方向から見たときに、ドライバＩＣ４０２は凸部３３１に対して一方側に配置され、ドライバＩＣ４０３は凸部に対して他方側に配置される。その他、図示はされないが、制御基板４００には、安定した電力を供給するためのレギュレータ部４４や、電流検出用の増幅部４５が、電力変換部３１０に対向する領域に配置される。

一方、凸部３３１を境界として電力変換部３１０に対向する制御基板部には、電力変換部３１０を制御するための回路部品が実装されており、例えば電力変換部３１０にゲート信号を出力するドライバＩＣ４０２や、安定した電力を供給するためのレギュレータ部４４、さらには電流検出用の増幅部４５がある。なお、電力変換部３２０に対向する位置に関しても構成は同様であり、説明は省略する。

二つの電力変換部３１０及び３２０に共通する部品が凸部３３１と対向する領域に設けられ、それぞれの電力変換部に対応する部品が凸部３３１を境に、それぞれの電力変換部と対向する領域に設けられている。このように構成することで、電力変換部３１０又は３２０のいずれかの故障の影響を他方側に与えることを抑制することができ、電力変換装置の信頼性向上に寄与する。

また、モータ２００の金属筺体２０１には、電力変換装置３００側の蓋３１２を接続する為のねじ止め部が備えられており、例えばモータ金属筐体２０１の電力変換装置３００側端部の、モータ径の外側にある。なお、図中ではモータ金属筐体２０１はモータ２００の内部部品と電力変換装置３００の双方を覆う構造となっているが、電力変換装置３００を覆う領域は別部品であっても構わない。

図２は、蓋３３０の形状を示す概略斜視図である。図２においては、金属柱３３２などの構成は省略して図示している。

図３は、駆動装置１００の回路構成を示す。前述の通り、電力変換装置３００は、電力変換部３１０及び３２０、制御基板４００を有する。電力変換装置３００の入力側には、例えばバッテリー等の電源が接続される。電力変換装置３００の出力側には、例えばブラシレス三相モータが接続される。なお、電力変換部３２０の回路構成は、電力変換部３１０と同じである。

電力変換部３１０は、半導体素子であるＭＯＳＦＥＴを有している。電力変換部３１０のスイッチング部１０は、６個のＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチング部１０の各相は、ハイサイド用及びローサイド用として２個のＭＯＳＦＥＴを備える。電力変換部３１０は、スイッチング部１０の各ＭＯＳＦＥＴのゲート電位を個別に変化させることで、電源３０から入力される直流電力を三相交流電力に変換する。

また、ハイサイド側のＭＯＳＦＥＴのソース電位と、ローサイド側のＭＯＳＦＥＴのドレイン電位とが同電位となる各相の中性点には、モータ側半導体リレー１１が備えられる。モータ側半導体リレー１１もＭＯＳＦＥＴであり、図中では当該ＭＯＳＦＥＴのソース電極側がモータの各相の巻き線と電気的に接続される。

電力変換部３１０は、電解コンデンサ３１４及びチョークコイル１３を有する。電解コンデンサ３１４及びチョークコイル１３は、スイッチング部１０よりも電源側に配置される。電解コンデンサ３１４は、スイッチング部１０の正極側配線と、スイッチング部１０のグランド側配線との間に配置される。チョークコイル１３は、電解コンデンサ３１４よりも電源側に配置される。チョークコイル１３は、スイッチング部１０の正極側配線と電源の間に配置される。電解コンデンサ３１４は、例えば導電性高分子ハイブリッド電解コンデンサからなる。また、電解コンデンサ３１４とチョークコイル１３は、フィルタ回路を形成する。当該フィルタ回路は、スイッチング部１０で発生するノイズが外部へ影響を与えることを回避している。また、当該フィルタ回路は、外部からのノイズが電力変換装置へ影響を与えることも抑制している。

電力変換部３１０は、電解コンデンサ３１４のグランド側配線とスイッチング部１０のグランド側配線の間に、シャント抵抗１４を有する。シャント抵抗１４は、抵抗自身に電流が流れた際に発生する電位差を検出することで、モータ２００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に流れる電流をそれぞれ検出する。

また、電力変換部３１０は、チョークコイル１３のさらに電源側に、電源側半導体リレー１２を有する。電源側半導体リレー１２は、モータ側半導体リレー１１と同様に、ＭＯＳＦＥＴから構成される。電源側半導体リレー１２は、２つのＭＯＳＦＥＴのソース電極を同電位とすることで双方向リレーを構成している。

制御部４００は、ドライバＩＣ４０２、４０３、マイコン４１、位置検出部４２、レギュレータ部４４、増幅部４５を有する。

レギュレータ部４４は、マイコン４１やドライバＩＣ４０２、４０３等へ安定した電源を供給する機能を有する。レギュレータ部４４は、専用ＩＣまたはディスクリート部品で構成される。レギュレータ部４４は、回路としてはスイッチングレギュレータやリニアレギュレータなどである。

位置検出部４２は、例えばＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ）センサやホールＩＣで構成される。位置検出部４２は、モータシャフト２０５の端部に取り付けられた位置検出用磁石２１０の磁場を検出し、回転子２０４の位置を特定する。また、位置検出部４２で検出したモータ回転子４０２の位置情報は、マイコン４１へ送信される。

増幅部４５は、シャント抵抗１４で検出した電圧を増幅し、マイコン４１へ電流値情報を送信する。増幅部４５の回路構成は、例えばオペアンプと抵抗やコンデンサなどの受動部品からなる。

マイコン４１は、位置検出部からモータ２００の位置情報を得る。また、マイコン４１は、増幅部４５からモータ電流情報を得る。マイコン４１は、必要であれば、別途備えられているトルク検出部４３からトルク情報を得る。マイコン４１は、これらの情報を用いて、モータ回転数及びトルク出力が所望の値となるように、ドライバＩＣ４０２及び４０３へ制御信号を生成、出力することで、電力変換装置３００を制御する。

次に、異常（故障）時の動作に関し説明する。電力変換部３１０または電力変換部３２０のいずれかで、スイッチング部１０のＭＯＳＦＥＴがショート故障した場合を想定する。電力変換装置３００は、異常を検知後、異常があった側の電源側半導体リレー１２若しくはモータ側半導体リレー１１又はこれらの両方をオフする。電源側半導体リレー１２は、電源３０からスイッチング部１０又はモータ２００に短絡電流が流れることを防止する。モータ側半導体リレー１１は、モータ２００の回転子２０４が回されることで発生する逆起電力が、正常側の電力変換部へ影響を与えることを防止する。

図４は、電力変換部３１０の領域３１１におけるモータ出力配線２０９の接続部分を示す図である。図４は、モータ２００側から見た図である。図中では、モータ２００側から見たときに、図中右側に凸部３３１が位置する。なお、電力変換部３２０も同様の構成を有する。以下では、電力変換部３１０の例で説明をする。

電力変換部３１０は、開放部３１８及び端子３１９を有する。開放部３１８及び端子３１９は、モータ出力配線２０９と電気的に接続するため設けられる。開放部３１８及び端子３１９は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応して設けられる。

図５は、モータ配線２０９の先端部の拡大図である。モータ配線２０９は、当該モータ配線２０９の先端部において、二股２２０が形成される。二股２２０は、モータ２００と電力変換装置３００を接続する際に、当該二股２２０の谷部に端子３１９が圧接されるように、設けられる。モータ配線２０９の二股２２０と、電力変換部３１０の端子３１９が圧接されることで、これらが電気的に接続される。

なお、図４及び図５で示したモータ配線の接続構造は一例であり、圧力をかけることで良好な接触状態を実現し、低い接触電気抵抗を示す端子構造であれば、これらの構造に限られるものではない。

以上のような構成を有する本実施携帯の電力変換装置は、次のような効果を得ることができる。

（１）電力変換部３１０と電力変換部３２０とが、金属製の蓋３３０の凸部３３１を境界に分離して配置されることで、一方の電力変換部が破壊した際の影響を他方の電力変換部に与えることを抑制する。これにより、高信頼な電力変換装置を提供することができる。

（２）電力変換部は、モータ２００の径方向と略平行な面と、モータ２００の軸方向と略平行な凸部３３１の面との二つの冷却面により冷却される。これにより、電力変換部で発生した熱を効果的に蓋及び外部へ逃がすことを可能とする。よって、電力変換部の小型化に寄与する。

（３）電力変換部にある二つの冷却面の間に位置するリードフレームを樹脂から露出し、露出部を支点としてモールド成型後にリードフレームを曲げることで、電力変換部の冷却面を９０°ずらすことができる。これにより、複数冷却面を有する電力変換部を容易に製造することを可能とする。

（４）金属製の蓋と凸部を一体とすることで、従来は別部材であったヒートシンクを削減し、部品点数を低減することができる。

（５）電解コンデンサやチョークコイルといった比較的大型な部品を制御基板と蓋の間にある空間に配置することで、電力変換装置をより小型化にすることができる。

（６）二つの電力変換部に共通する制御部品を凸部と対向する位置に配置することで、一次故障の影響で共通制御部品が二次故障に至ることを抑制し、より高信頼な電力変換装置を提供できる。

（７）電力変換部は、蓋のモータの径方向と平行な面にメス端子を備え、モータから突出する端子の先端はオス端子とすることで、蓋を閉じる工程とモータと電力変換装置を電気的に接続する工程を同時に行うことを実現し、生産工程を削減する。

図６は、別の実施形態の電力変換装置における電力変換部の構成例である。図６においては、電力変換部３１０の領域３１１は、金属製の板状部材３１６によって、蓋３３０に固定される。実施例１と同じ構造を有する部分については、記載及び説明を省略する。

本実施形態では、電力変換部３１０の領域３１１は、一方の面側に蓋３３０が配置されるとともに、他方の面側に板状部材３１６が配置される。領域３１１は、スイッチング１０やモータ側半導体リレー１１が実装される領域である。板状部材３１６は、蓋３３０の面３１７と接するように、蓋３３０に螺子等で固定される。面３１７は、電力変換部３３０が配置される側である。

なお、図中には示されていないが、電力変換部３１０内にあるＭＯＳＦＥＴのドレイン側には、銅などでできた板状の配線（例えば、クリップ）が幅広に接続されている。また、板状の配線を覆う樹脂の厚さは、例えば０.３ｍｍ、樹脂の熱伝導率を３Ｗ／（ｍ・ｋ）とすることで、樹脂が熱伝導と絶縁の機能を担う。

以上のような構成とすることで、スイッチング部及びモータ側半導体リレーが位置する領域の冷却面は、２倍に増える。また、金属板から蓋への放熱経路を確保することで電力変換部の放熱性能をさらに改善する。その結果、電力変換部の更なる小型化を実現する。また、電力変換部を板状の部材で固定することで、電力変換部と蓋の間にかかる圧力を均等にすることができ、接触熱抵抗の小さい十分な放熱面積を確保することができる。さらに、金属板が電力変換部を固定するため、電力変換部に固定のための穴などを配置する必要がなく、放熱面積を十分に確保することができる。

図７及び図８を用いて、さらに別の実施形態を示す。図７は、本実施例の実装形態を、図１と同様にモータ軸方向断面で示したものである。前述の実施例では、電力変換部３１０及び３２０として、リードフレームとＭＯＳＦＥＴのベアチップを用いていたが、本実施形態においては、電力変換部３１０及び３２０は、複数のディスクリート型ＭＯＳＦＥＴを実装した絶縁金属基板で構成される。

図８は、ＭＯＳＦＥＴ５４が実装された絶縁金属基板５０である。絶縁金属基板５０は、金属ベース５１、絶縁層５２、配線層５３から構成される。金属ベース５１は、例えば、銅、アルミニウム又は鉄で構成される数百μｍから数ｍｍほどの厚さの部材である。絶縁層５２は、金属ベース５１と配線層５３の間に配置され、金属ベース５１と配線層５３を電気的に分離する。。絶縁層５２は、例えば、１００μｍ程度の薄い層である。配線層５３は、例えば、銅やアルミニウムで構成される数十μｍから数百μｍ程度の厚さの層である。

絶縁金属基板５０の配線層５３には、樹脂封止されたディスクリート型のＭＯＳＦＥＴ５４や、電解コンデンサ３１４、３２４がリフロー工程ではんだ付けされる。ここで、ディスクリート型のＭＯＳＦＥＴとしては、例えば、一辺が６ｍｍ程度のパッケージを用いられる。電解コンデンサは、従来の電解コンデンサと比較し、小型、高性能な導電性高分子ハイブリッド電解コンデンサが用いられる。

図８に示すように、配線層５３が配置される側とは反対側の金属ベース５１の面には、切り欠き５５が形成される。切り欠き５５は、例えばＶ字状の形状とすることができる。電力変換部３１０は、切り欠き５５を境界として、領域３１１と、領域３１２とに分けられる。領域３１１には、スイッチング部１０やモータ側半導体リレー１１が実装される。領域３１２には、電解コンデンサ３１４、シャント抵抗１４、電源側半導体リレー１２が実装される。

電力変換部３１０は、各部品をリフローではんだ付けした後に、切り欠き５５を支点として曲げられることで、９０°に分離された二つの冷却面を有することとなる。曲げの方法としては、例えばプレスなどが挙げられる。

電力変換部３１０の領域３１１には、凹字状に成型されたメス端子３４１が設けられる。メス端子３４１は、図５に示されるような二股２２０形状とされたモータ出力配線２０９と接続される。このような構成とすることで、電力変換装置３００とモータ２００の機械的接続及び電気的接続を一括して行うことができる。なお、電力変換部３２０に関しても同一構成となるため、説明は省略する。

以上のような構成とすることで、絶縁金属基板とディスクリート型のＭＯＳＦＥＴを用いる実装方式においても、電力変換装置の小型化、高信頼化を可能とする。また、電力変換部の回路部品を一回のリフロー工程で全て実装することを可能とするため、生産性を大幅に改善することができる。

図９は、電力変換装置３００のコネクタの配置に関する他の実施例である。図９は、蓋部３３０をモータ２００側から見た図である。図中の点線で囲まれた領域は、凸部３３１が形成されている領域である。

パワー系コネクタ３６１及び３６２は、凸部３１１の面のうち、モータ２００の軸方向と平行な面に近接して配置される。パワー系コネクタ３６１及び３６２は、図５のようなオス端子形状をしている。パワー系コネクタ３６１及び３６２は、電力変換部３１０及び３２０に設けられたメス端子に接続される。当該メス端子は、電力変換部３１０のうち、領域３１１又は領域３１２のどちら側に設けてもよいし、電力変換部３２０も同様である。メス端子に圧接接続されたパワー系コネクタ３６１及び３６２は、螺子等によって蓋３３０に固定される。

制御系コネクタ３７０は、パワー系コネクタ３６１及び３６２の間に配置される。制御系コネクタ３７０は、制御基板４００にはんだ付けされる。パワー系コネクタ３６１及び３６２、制御系コネクタ３７０は、蓋３３０とモータ２００の間に配置される。

以上のように、電力変換部へ電力を供給する配線を電力変換部３１０側及び電力変換部３２０側のそれぞれに備えることで、一方の電力変換部が故障しても動作を継続することできる。これにより、より高信頼な電力変換装置を提供することができる。また、パワー系コネクタの間に制御系コネクタを配置することで、電力変換装置の小型化を可能とする。

図１０は、電動パワーステアリング装置を示したものである。駆動装置１００は、これまでの実施例にて説明したいずれかの構成を採用している。駆動装置１００は、車両のステアリング５０１の軸に取り付けられたギア５０２を介してトルクを伝達し、ステアリング５０１の動作を補助する。また駆動装置１００は、ステアリング５０１に備えられたトルクセンサのトルク情報や、車両から得られる車速情報も用いることで、高応答・高性能にステアリング５０１の動作を補助する。

以上のように、電動パワーステアリング装置に小型・高信頼な本実施例の駆動装置を採用することで、狭い車両スペース内でも駆動装置を配置することを可能とし、様々な車種に展開することを可能とする。

また、地面に対し電力変換装置３００の凸部３３１が垂直に位置するよう駆動装置１００を配置することで、電解コンデンサの電解液が漏れた場合に、他方の電力変換部へ液が流れることを抑制する。

なお、全ての実施例において、電力変換装置３００はモータ側半導体リレー１１を備えた構成となっているが、いずれかの電力変換部が故障した際の影響を回避することが可能であれば、モータ側半導体リレー１１は削除していても良い。

１０：スイッチング部
１１：モータ側半導体リレー
１２：電源側半導体リレー
１３：チョークコイル
１４：シャント抵抗
４１：マイコン
４２：位置検出部
４３：トルク検出部
４４；レギュレータ部
４５：増幅部
５０：絶縁金属基板
５１：金属ベース
５２：絶縁層
５３：金属配線
５４：ＭＯＳＦＥＴ
５５：切り欠き
１００：駆動装置
２００：モータ
２０１：モータ金属筐体
２０２：固定子
２０３：ベアリング
２０４：回転子
２０５：シャフト
２０７：金属カバー
２０８：ターミナルバスバ
２０９：モータ出力配線
２１０：位置検出用磁石
３１０：第１の電力変換部
３１１：第１の電力変換部の領域１
３１２：第１の電力変換部の領域２
３１３：露出部
３１４：コンデンサ
３１５：信号配線
３１６：金属板
３２０：第２の電力変換部
３２１：第２の電力変換部の領域１
３２２：第２の電力変換部の領域２
３２３：露出部
３２４：コンデンサ
３２５：信号配線
３３０：蓋
３３１：凸部
３３２：金属柱
４００：制御基板
４０１：位置検出センサ
４０２：ドライバＩＣ
４０３：ドライバＩＣ
３６１：パワー系コネクタ
３６２：パワー系コネクタ
３７０：制御系コネクタ
５０１：ハンドル
５０２：ギア
５０３：トルクセンサ

Claims (12)

1. 筒状のモータケース、前記モータケースに配置される複数相のステータ及び前記ステータの内側に配置されるロータを有するモータと、
   前記モータへの通電を切り替える電力変換部と、
   前記電力変換部が実装される金属製の蓋と、を備え、
   前記電力変換部は、第１の電力変換部と第２の電力変換部を有し、
   前記蓋は、前記モータの径方向と略平行な面から前記モータ側へ突出する凸部を有し、
   前記凸部は、前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部を互いに隔てるように形成される電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記電力変換部は、第１領域と第２領域とを有し、
   前記電力変換部の前記第１領域は、前記モータの径方向と略平行な前記蓋の面に実装され、
   前記電力変換部の前記第２領域は、前記モータの軸方向と略平行な前記凸部の面に実装される電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置であって、
   前記電力変換部は、金属製のリードフレームと、前記リードフレームに電気的に接続された半導体素子と、前記半導体素子を覆う樹脂と、を有し、
   前記リードフレームは、前記電力変換部の前記第１領域及び前記第２領域を接続し、
   前記リードフレームは、前記第１領域と前記第２領域を接続する部分において、前記樹脂から露出している電力変換装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記蓋と前記モータの間に配置される制御基板を備え、
   前記制御基板は、前記第１の電力変換部を制御する第１制御回路部品と、前記第２の電力変換部を制御する第２制御回路部品と、前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部を制御する共通制御回路部品と、を有し、
   前記第１制御回路部品は、前記凸部の突出方向に沿って、前記第１の電力変換部と対向して配置され、
   前記第２制御回路部品は、前記凸部の突出方向に沿って、前記第２の電力変換部と対向して配置され、
   前記共通制御回路部品は、前記凸部の突出方向に沿って、前記凸部と対向して配置される電力変換装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記蓋は、前記電力変換部が実装される側とは反対側の面に、放熱用のフィンを有する電力変換装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記電力変換部を挟んで前記蓋と対向する領域に配置される金属板を備え、
   前記金属板は、前記蓋に固定され、
   前記電力変換部は、当該電力変換部の一方側において前記蓋と熱的に接触するとともに、当該電力変換部の他方側において前記金属板と熱的に接触する電力変換装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記蓋と前記モータの間に配置される制御基板を備え、
   前記電力変換部は、コンデンサを有し、
   前記コンデンサは、前記モータの径方向と略平行な前記蓋の面と、前記モータの軸方向と略平行な前記凸部の面と、前記制御基板と、に囲まれた空間に配置される電力変換装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記蓋に実装された前記電力変換部は、前記モータに対して、前記モータの軸方向に平行な方向から取り付けられ、
   前記モータは、前記電力変換部に向かって突出する配線を有し、
   前記電力変換部は、前記配線と接続される端子を有し、
   前記端子は、前記モータの径方向と略平行な前記蓋の面に配置される電力変換装置。
9. 請求項２に記載の電力変換装置であって、
   前記電力変換部は、金属ベースと、前記金属ベース上に絶縁材を介して実装される金属配線及び半導体素子と、を有し、
   前記金属ベースは、前記第１領域と前記第２領域を接続する部分において曲げ部を有する電力変換装置。
10. 請求項９に記載の電力変換装置であって、
    前記曲げ部は、前記金属ベースに形成された切り欠き部を支点に前記金属ベースを曲げ加工することにより形成される電力変換装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の電力変換装置であって、
    前記電力変換部は、電力の入出力を行うコネクタを有し、
    前記コネクタは、前記第１の電力変換部と電力の入出力を行う第１電力配線と、前記第２の電力変換部と電力の入出力を行う第２電力配線と、を有し、
    前記第１電力配線は、前記第２電力配線とは独立して設けられる電力変換装置。
12. 減速機構と、
    前記減速機構に連結されたモータと、
    前記モータに電力を供給する電力変換装置と、を備え、
    前記電力変換装置は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の電力変換装置である電動パワーステアリング装置。