CN102255539A - 逆变器装置及利用该逆变器装置的驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逆变器装置及利用该逆变器装置的驱动单元。在驱动电机的两个三相交流电逆变器装置系统中，位于桥接电路的电源侧的功率元件安装在单元基部上以构成上臂单元。位于桥接电路的接地侧的功率元件安装在单元基部上以构成下臂单元。上臂单元和下臂单元独立地布置在散热器的散热块的上表面和外表面上。由功率元件产生的热量不相互干涉并散发到散热器，由此改善构成桥接电路的功率元件的散热性能。

Description

逆变器装置及利用该逆变器装置的驱动单元

技术领域

本发明涉及一种由直流电产生多相交流电的逆变器装置和利用该逆变器装置的驱动单元。

背景技术

通常，由驾驶员操作的用于辅助转向的电动转向系统已为公众所知。由直流电产生交流电的逆变器装置用作用于控制电动转向系统中的电机的驱动的控制器。通过将比如为半导体功率器件之类的电子部件安装在功率基板上构造逆变器装置，半导体功率器件比如为晶体管、电阻器和电容器。比如，在专利文献1(JP-A-2004-237832)和专利文献2(JP-A-2008-029093)中说明了应用于电动转向控制器并对应于逆变器装置的控制单元和电能转换器。

在专利文献1中说明的用于电动转向的控制单元中，功率基板(驱动基板)和控制板相互垂直地布置。但是，功率基板形成为单个平面形状，多个功率元件(半导体切换元件)安装在功率基板上。因此，由相邻功率元件产生的热量相互干涉，从而阻碍热耗散。因此，有可能由于功率元件的温度升高而引起失效或故障。

在专利文献2中说明的电能转换器中，一个单元(功率切换装置组)构成为用于每组桥接电路。比如，用于产生三相交流电的桥接电路具有三个单元。当采用用于产生三相交流电的两个电路系统时，使用六个单元，从而增加单元的数目。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善构成桥接电路的多个功率元件的散热性能的逆变器装置，以及提供一种利用该逆变器装置的驱动单元。

根据本发明的第一示例方面，逆变器装置由直流电产生多相交流电。逆变器装置具有多个功率元件、散热器、控制布线部分和功率布线部分。

多个功率元件构成桥接电路。散热器安装有功率元件并能够接收由功率元件产生的热量。控制布线部分向功率元件输出控制信号。功率布线部分输入和输出通到功率元件的电流。

每个功率元件具有主体部分和引线部分，在主体部分中，半导体芯片通过树脂模铸插入树脂内，引线部分从主体部分的一侧延伸并与功率布线部分电连接。上臂单元和下臂单元相互独立地布置，上臂单元通过将功率元件集合在桥接电路的电源侧而形成，下臂单元通过将功率元件集合在桥接电路的接地侧而形成。

多个功率元件安装在散热器上，上臂单元和下臂单元相互独立地布置。因此，由功率元件产生的热量不相互干涉，而散发到散热器。因此，能够改善功率元件的散热性能。因此，可防止由于功率元件的温度升高引起的失效和故障。

功率元件可包括构成桥接电路的切换功率元件。功率元件可包括连接在供电线路与桥接电路之间的电源继电器功率元件，用于阻断通向桥接电路的电流供应和用于保护电路。根据本发明，至少构成桥接电路的上臂和下臂的切换功率元件布置为分成上臂单元和下臂单元。

在专利文献2的产生三相交流电的常规逆变器装置中，六个切换功率元件构成三组单元，每组单元分别包括用于各相的两个切换功率元件。与此对比，六个切换功率元件分成上臂单元和下臂单元以构成两组单元，每组单元包括三个切换功率元件。因此，可减少单元的数目。此外，当逆变器装置具有两个三相逆变电路系统时，与常规技术相比，单元的数目可由六个减少到四个。

当用于电源继电器的再两个功率元件用于每个三相逆变电路系统时，一个电源继电器功率元件可包括在上臂单元中，另一个电源继电器功率元件可包括在下臂单元中。因此，上臂单元和下臂单元中的每一个可分别包括四个功率元件。

根据本发明的第二示例方面，上臂单元和下臂单元布置成使得引线部分面向功率布线部分。因此，上臂单元的功率元件的引线部分和下臂单元的功率元件的引线部分沿彼此接近的方向面对。因此，可缩短上臂和下臂的功率元件之间的布线距离。可缩短功率元件与电源、接地、产生的电压等之间的布线距离。因此，可减小布线阻抗。因此，能够减小逆变器装置的电能损失。

根据本发明的第三示例方面，上臂单元和下臂单元安装在散热器的不同表面上。因此，与上臂单元和下臂单元彼此横向布置在同一平面上的情况相比，能够在空间上聚集由上臂单元和下臂单元占据的空间，并能够减小投影面积。产生的空闲空间中可有效地用于布置电子部件，比如扼流线圈和电解电容器。因此，能够减小逆变器装置的尺寸。

根据本发明的第四示例方面，上臂单元和下臂单元安装在散热器的彼此相邻的表面上。因此，可使得上臂单元和下臂单元彼此特别地靠近。因此，可缩短上臂和下臂之间的布线距离，并可减小布线阻抗。因此，可减小逆变器装置的电能损失，并能够减小逆变器装置的尺寸。

根据本发明的第五示例方面，上臂单元和下臂单元安装在散热器的彼此垂直的表面上。根据本发明的第六示例方面，功率布线部分由平板形状的功率基板构成。上臂单元和下臂单元中的一个安装在平行于功率基板的表面上。上臂单元和下臂单元中的另一个安装在垂直于功率基板的表面上。

例如，如果散热器的轮廓基本上形成为长方体形状，则基本上类似长方体形状的上表面和侧面相邻并彼此垂直。上表面平行于功率基板，侧面垂直于功率基板。上臂单元安装在上表面上，下臂单元安装在侧面上。这样，通过形成基本上为长方体形状的散热器的轮廓，便于逆变器装置的设计和加工。

根据本发明的第七示例方面，上臂单元和下臂单元中每一个均通过将功率元件安装在平板形状的单元基部上形成。上臂单元和下臂单元分别设置为子组件。因此，可简化变换器装置的装配工序。

根据本发明的第八示例方面，单元基部具有由导热材料制成并接触散热器的散热层。因此，进一步改善了功率元件的散热性能。

根据本发明的第九示例方面，单元基部具有用于使功率元件相互绝缘的绝缘层。一般地，商业通用功率元件的漏极电极暴露在将被安装在基板上的表面上。关于这点，根据本发明的上述方面，单元基部具有绝缘层，漏极电极接触绝缘层。因此，即使在采用通用功率元件的情况下，也能够防止功率元件间的短路。

根据本发明的第十示例方面，上臂单元和下臂单元中的每一个均形成为功率模块，通过树脂模铸将功率元件集成在功率模块中。因此，能够减小部件的数目，并可简化逆变器装置的装配工序。

根据本发明的第十一示例方面，驱动单元具有定子和转子，绕组围绕定子绕制以形成多个相位，转子布置在定子的径向内部以能够相对于定子旋转，上述逆变器装置设置在转子的一个轴向侧。

根据本发明的逆变器装置能够改善功率元件的散热性能。因此，例如，将根据本发明的逆变器装置应用到用于电动转向系统的高功率电机驱动单元是特别有效的。

附图说明

从对以下详细说明书、所附权利要求以及附图的研究，将理解实施方式的特征和优势以及相关部件的功能和操作的方法，其中详细说明书、所附权利要求以及附图都形成本申请的一部分。在附图中：

图1是示出根据本发明的第一实施方式的电动转向系统的示意性结构图；

图2是示出根据第一实施方式的驱动单元的剖视图；

图3是示出根据第一实施方式的驱动单元的俯视图；

图4是示出图3的沿箭头标记IV的方向暴露的驱动单元的视图；

图5是示出根据第一实施方式的驱动单元的分解立体图；

图6是示出根据第一实施方式的逆变器装置的俯视图；

图7是示出图6沿箭头标记VII的方向的逆变器装置的视图；

图8是示出图6沿箭头标记VIII的方向的逆变器装置的视图；

图9是示出根据第一实施方式的逆变器装置的立体图；

图10是示出根据第一实施方式的逆变器装置的底部立体图；

图11是示出根据第一实施方式逆变器装置的俯视图，其中上臂单元和下臂单元安装在散热器上；

图12是示出图11沿箭头标记XII的方向的逆变器装置的视图；

图13A是示出图11沿箭头标记XIIIA的方向的逆变器装置的视图；

图13B是示出图13A的逆变器装置的基本部分的示意性视图；

图14是示出根据第一实施方式的逆变器装置的立体图，其中上臂单元和下臂单元安装在散热器上；

图15A是示出在根据第一实施方式的逆变器装置或根据本发明的第二实施方式的逆变器装置中使用的功率元件的俯视图；

图15B是示出在根据第一或第二实施方式的逆变器装置中使用的功率元件的侧视图；

图16是示出根据第一实施方式的逆变器装置的功率基板组件的仰视图；

图17是示出图16沿箭头标记XVII的方向的功率基板组件的视图；

图18是示出根据第一实施方式的功率基板组件的立体图；

图19是示出根据第二实施方式的逆变器装置的立体图；

图20A是示出根据第二实施方式的逆变器装置的侧视图，其中上臂单元和下臂单元安装在散热器上；

图20B是示出根据第二实施方式的逆变器装置的基本部分的示意性视图，其中上臂单元和下臂单元安装在散热器上；

图21是示出根据第二实施方式的逆变器装置的立体图，其中上臂单元和下臂单元安装在散热器上；

图22A是示出根据本发明的第三实施方式的逆变器装置的俯视图，其中上臂单元和下臂单元安装在散热器上；

图22B是示出根据第三实施方式的逆变器装置的侧视图，其中上臂单元和下臂单元安装在散热器上；

图23是示出根据第三实施方式的逆变器装置的立体图，其中上臂单元和下臂单元安装在散热器上；

图24是示出根据第三实施方式的逆变器装置的基本部分的示意性视图；以及

图25是示出比较例的逆变器装置的示意性图。

具体实施方式

以下，将参照附图说明根据本发明的每个实施方式的逆变器装置和驱动单元。相同的标记在实施方式中用于基本上相同的结构。

(第一实施方式)

图1至18示出根据本发明的第一实施方式的逆变器装置和利用该逆变器装置的驱动单元。根据本实施方式的驱动单元1应用于电动转向系统。驱动单元1具有电机2和逆变器装置4。逆变器装置4包括控制板组件90、散热器80、安装在散热器80上的多个功率元件、功率基板组件40等。控制板组件90对应于根据本发明的控制布线部分。功率基板组件40对应于根据本发明的功率布线部分。

首先，参照图1说明电动转向系统的电气结构。以下说明的电气结构通常也用于后续的实施方式中。如图1所示，驱动单元1经由附接到管柱轴6上的齿轮7产生管柱轴6中的转矩。管柱轴6是车辆的转向机构5的旋转轴。因此，驱动单元1辅助转向机构5的转向。更具体地，如果驾驶员操作转向机构5，驱动单元1借助于转矩传感器8感测由于操作而在管柱轴6内引起的转向转矩。驱动单元1从图1中未示出的CAN(控制器区域网)获得车速信息，并辅助由驾驶员执行的转向机构5的转向。这种结构的使用不局限于辅助转向。相反地，这种结构可应用于转向机构5的操作的自动控制，比如高速公路上行车道中车辆位置的维护以及利用适当的控制方法引导至停车场中的停车位。

电机2是用于使齿轮7执行正转和反转的无刷电机。逆变器装置4控制电机2的供电和驱动。逆变器装置4包括功率部分400和控制部分900，用于电机2的驱动电流经过功率部分400，控制部分900用于控制功率部分400的驱动。

功率部分400具有扼流线圈44、电解电容器43和电池9与供电线路之间的两个逆变电路系统500、600。第一系统的逆变电路500的结构与第二系统的逆变电路600的结构相同。因此，以下将说明作作为代表例的第一系统的逆变电路500。逆变器装置4具有两个逆变电路系统。因此，即使一个系统损坏，驱动单元1仍能够由另一个系统继续驱动。

逆变电路500具有八个功率元件51-58。六个功率元件51-56是用于切换的功率元件并构成三相桥接电路。两个功率元件57、58是用于电源继电器的功率元件。功率元件57、58设置在电池9与桥接电路的电源侧的供电线路之间。功率元件57、58的寄生二极管设定为彼此相对。如果驱动单元1中出现异常，通过来自控制部分900的指令断开功率元件57、58。因此，功率元件57、58阻断经由桥接电路等流向电机2的电流。

比如，功率元件51-58是MOS场效应晶体管。特别地，在本实施方式中，假定商业通用MOS用作每个功率元件51-58。第二系统的逆变电路600的功率元件61-68(比如，参照图11)相当于功率元件51-58。

在用于切换的每个功率元件51-56中，通过栅极电势接通(即连接)或断开(即阻断)源极与漏极之间的导电。功率元件51、53、55的漏极与供电线路连接。功率元件51、53、55的源极分别与功率元件52、54、56的漏极连接。功率元件52、54、56的源极与地连接。功率元件51、53、55和功率元件52、54、56之间的连接点分别与电机2的U相线圈、V相线圈和W相线圈连接。

分流电阻46电连接在接地侧功率元件52、54、56与地之间。感测施加到分流电阻46上的电压或电流以感测通到U相线圈、V相线圈和W相线圈的电流。

扼流线圈44和电解电容器43电连接在电池9与电源继电器之间。扼流线圈44和电解电容器43构成滤波电路，并降低由共享电池9的其它装置传播的噪音。扼流线圈44和电解电容器43降低由驱动单元1传送到共享电池9的其它装置的噪音。

两个电解电容器45设置为用于供电线路与接地线之间的每个系统，接地线与电源侧的功率元件51、53、55，接地侧的功率元件52、54、56以及分流电阻46并联。电解电容器45存储用于辅助向功率元件51-56供电并用于防止比如浪涌电压的噪声分量的电荷。

控制部分900具有预驱动器91、定制IC92、位置传感器93和微型计算机94。定制IC92具有作为功能块的调节器部分95、位置传感器信号放大器96和感测电压放大器97。

调节器部分95是用于稳定供电的稳定电路。调节器部分95稳定供给到各个部分的供电。例如，微型计算机94在由调节器部分95稳定的预定电压(例如5V)下运行。

来自位置传感器93的信号输入到位置传感器信号放大器96。位置传感器93感测电机2的旋转位置信号。感测的旋转位置信号传送至位置传感器信号放大器96。位置传感器信号放大器96放大旋转位置信号，并将放大的信号输出到微型计算机94。感测电压放大器97感测并放大分流电阻46的两端之间的电压(以下称为两端电压)。感测电压放大器97将放大的电压输出到微型计算机94。

电机2的旋转位置信号和分流电阻46的两端电压输入到微型计算机94。转向转矩信号从附装到管柱轴6上的转矩传感器8输入到微型计算机94。车速信息经由CAN输入到微型计算机94。如果转向转矩信号和车速信息输入到微型计算机94，则微型计算机94根据旋转位置信号经由预驱动器91而控制逆变电路500，以便根据车速辅助转向机构5的转向。更具体地，微型计算机94通过经由预驱动器91切换功率元件51-56的接通状态和断开状态而控制逆变电路500。功率元件51-56的栅极连接到预驱动器91的六个输出端子。微型计算机94通过由预驱动器91改变栅极电势而且切换功率元件51-56的接通状态和断开状态。

微型计算机94控制逆变电路500以使供给到电机2的电流基于从感测电压放大器97输入的分流电阻46的两端电压而接近正弦波。

接着，将参照图2至18说明逆变器装置4和驱动单元1的结构。图2至5是每一个均示出整个驱动单元1的视图。图6至10是每一个均示出逆变器装置4的视图。图11至14是每一个均示出散热器80和多个功率元件的视图。图16至18是每一个均示出功率基板组件40的视图。根据本实施方式的驱动单元1具有布置在电机2的轴向端面13侧的逆变器装置4，由此电机2和逆变器装置4提供层叠结构。

首先，将说明电机2。电机2具有电机壳体10、定子20、转子30、轴35等。电机壳体10由铁或类似材料形成为柱形。由铝制成的框架端14用螺丝或类似部件固定到电机壳体10的与逆变器装置4相反的一侧的端部上。开口11形成在电机壳体10的逆变器装置4侧的端部的轴向中心内。轴35通过开口11插入。树脂引导部16设置在电机壳体10的逆变器装置4侧上的端部上。树脂引导部16基本上形成为环形，并在其中心部具有开口。六个孔17形成在树脂引导部16上。

定子20设置在电机壳体10径向内部。定子20具有向电机壳体10的径向内侧突出的十二个凸极21。凸极21以预定间隔沿电机壳体10的圆周方向布置。绕组26围绕绝缘体(未示出)绕制以提供U相、V相和W相的三层绕组。

电机线路27从绕组26的六个点抽出。电机线路27通过形成在树脂引导部16上的六个孔17插入。因此，电机线路27由树脂引导部16定位，并与电机壳体10可靠地绝缘。电机线路27延伸到逆变器装置4侧，并穿过散热器80径向外部的空间。电机线路27连接到功率基板41。

转子30设置在定子20径向内部以相对于定子20可旋转。转子30由比如铁之类的磁性材料形成为圆筒形状。转子30具有转子铁心31和设置在转子铁心31径向外部的永磁体32。永磁体32的北极和南极沿圆周方向交替布置。

轴35固定到形成在转子铁心31的轴向中心的轴孔33上。轴35由轴承12和轴承15可旋转地支承，轴承12设置在电机壳体10上，轴承15设置在框架端14上。因此，轴35可与转子30一起相对于定子20旋转。

磁体36设置在轴35的控制板98侧的端部上。磁体36设置在面对安装在控制板98上的位置传感器93的位置处。输出端37设置在轴35的与控制板98相反的一侧的端部上。内部具有齿轮7的齿轮箱(未示出)设置在轴35的输出端37侧上。齿轮7与输出端37连接，并由轴35的驱动力旋转和驱动。

接着，将要说明逆变器装置4。逆变器装置4设置在电机2的与齿轮箱相反的一侧。逆变器装置4包括控制板组件90、散热器80、多个功率元件和功率基板组件40，所述控制板组件90、散热器80、多个功率元件和功率基板组件40从电机2侧按以上顺序布置。

在控制板组件90中，图1所示构成控制部分900的各个电子部件安装在控制板98上。例如，控制板98由玻璃环氧基板形成。控制板98从电机2侧用螺丝89拧紧到散热器80上。

预驱动器91、定制IC92、位置传感器93和微型计算机94安装在控制板98的电机2侧的端面上。位置传感器93基本上设置在控制板98的中心处，并面向轴35的磁体36。位置传感器93通过感测由与轴35一起旋转的磁体36产生的磁场的变化而感测轴35的旋转。控制连接器99连接到控制板98的与电机2相反的一侧的一个较短侧上。控制连接器99设置成使得布线能够从电机2的径向外侧连接到控制连接器99。传感器信息从各个传感器输入到控制连接器99。

散热器80由比如铝之类的导热材料制成。如图11到14所示，散热器80具有能够接收由功率元件51-58、61-68产生的热量的容量。散热器80具有在对称轴A两侧相互对称地面对的两个散热块811、812。散热块811、812通过连接部分84连接。

散热块811、812的位于功率基板41侧的上表面821、822分别相邻并垂直于散热块811、812的面向径向向外的外表面831、832。上表面821、822垂直于电机2的轴向。外表面831、832平行于电机2的轴向。

四个通孔86靠近两端形成在散热块811、812内，使得通孔86平行于电机2的轴向。两个螺丝87b插入位于一条对角线上的通孔86内，并拧紧到电机壳体10上。两个螺丝87a从盖88(随后详细说明)插入并穿过位于另一条对角线上的通孔86，且拧紧到电机壳体10上。

上臂单元50和下臂单元59(随后详细说明)分别用螺丝72附装到散热块811的上表面821和外表面831上。上臂单元60和下臂单元69(随后详细说明)分别用螺丝72附装到散热块812的上表面822和外表面832上。

接着，将说明上臂单元和下臂单元50、59、60、69。上臂单元和下臂单元50、59、60、69分别构成用于系统的逆变器装置4的桥接电路。第一系统的上臂单元50和下臂单元59对应于图1的除分流电阻46之外的逆变电路500。第二系统的上臂单元60和下臂单元69对应于图1的除分流电阻46之外的逆变电路600。以下将说明作为代表例的第一系统的上臂单元50和下臂单元59。第二系统的上臂单元60和下臂单元69与第一系统相同。

上臂单元50包括四个功率元件51、53、55、57和单元基部71。功率元件51、53、55是电源侧的切换元件。功率元件57是用于供电继电器的功率元件。功率元件51、53、55、57对准并在单元基部71上安装成使得功率元件51、53、55、57的引线部分79的方向相同。

下臂单元59包括四个功率元件52、54、55、58和单元基部71。功率元件52、54、56是接地侧的切换元件。功率元件58是用于供电继电器的功率元件。功率元件52、54、56、58对准并在单元基部71上安装使得功率元件52、54、56、58的引线部分79的方向相同。

每个功率元件51-58均为商业通用MOS。每个功率元件51-58的主体部分77通过将半导体芯片插入树脂内而利用树脂模铸形成。如图15所示，三个引线部分79从每个功率元件51-58的主体部分77的一个侧面延伸。三个引线部分79是栅极79g、源极79s和漏极79d。漏极电极78暴露在主体部分77的一个端面上。漏极79d和漏极电极78互相电气短路。

通过层压由铝制成的金属层71m与树脂层71p形成单元基部71。金属层71m对应于根据本发明的散热层。树脂层711p对应于根据本发明的绝缘层。当功率元件51-58安装在单元基部71上时，执行焊接工序使得漏极电极78接触绝缘层711p。漏极电极78和金属层71m由绝缘层71p相互绝缘。

上臂单元50被附装为使得单元基部71的金属层71m接触散热块811的上表面821。此时，每个功率元件51、53、55、57的引线部分79从主体部分77的外表面83侧基本上以直角弯曲，以向功率基板41侧(在图13A和13B中向上)延伸。附装下臂单元59，使得单元基部71的金属层71m接触散热块811的外表面831。此时，功率元件52、54、56、58的引线部分79向功率基板41侧(在图13A和13B中向上)直线延伸。即，上臂单元50和下臂单元59布置为使得功率元件51-58的引线部分79指向功率基板41并相互靠近。

第二系统的上臂单元60和下臂单元69安装在散热器80的另一个散热块812的上表面822和外表面832上，以在散热器80的对称轴A两侧与第一系统的上臂单元50和下臂单元59对称。

接着，将说明功率基板组件40。如图16到18所示，在功率基板组件40中，扼流线圈44、电解电容器43、四个电解电容器45和电源连接器47安装在功率基板41的电机2侧。功率基板组件40与上臂单元和下臂单元50、59、60、69构成图1所示的功率部分400。从电机2的相反的一侧用螺丝39将功率基板41拧紧到散热器80上。

用于驱动电机2的驱动电流所通过的电力布线形成在功率基板41上。例如，在第一系统中，用于连接供电线路侧的切换功率元件51、53、55的布线、用于连接接地侧的切换功率元件52、54、56的布线、用于连接供电继电器功率元件58与切换功率元件51、53、55的布线、用于连接供电继电器功率元件57与扼流线圈44和电解电容器43的布线等形成在功率基板41上。

功率元件51-58、61-68的引线部分79穿过功率基板41的通孔41h。功率基板41通过焊接工序或类似工艺与功率元件51-58、61-68电连接。功率基板41通过焊接工序或类似工艺与电机线路27在通孔41h外部电连接。由逆变器装置4产生的交流电经由电机线路27供给到围绕定子20绕制的绕组26。

扼流线圈44、电解电容器43、四个电解电容器45以及电源连接器47布置在一个空间内，该空间形成在散热器80的连接部分84与功率基板41之间以及散热块811、812之间。即，这些电子部件布置在除安装上臂单元和下臂单元50、59、60、69所需的空间以外的空间内。

电源连接器47设置在与控制连接器99相反的一侧。如果电源连接器47与电池9连接，则电能供给到功率基板41。基板接线端子42电连接功率基板41和控制板98。由控制板组件90输出的控制信号经由基板接线端子42和功率基板41输入功率元件51-58、61-68的栅极79g。

盖88由比如铁之类的磁性材料形成为具有底部的圆筒形状。盖88防止电场从逆变器装置4侧向外泄漏，并防止灰尘等进入逆变器装置4侧。穿过盖88的孔和散热器80的通孔将螺丝87a拧紧到电机壳体10上，把盖88固定到散热器80和电机壳体10上。盖88在对应于控制连接器99和电源连接器47的位置处具有切口部88n。树脂引导部16的突出部18装配到电源连接器47侧的切口部88n内。

(动作)

接着，将说明逆变器装置4和驱动单元1的动作。控制板组件90的微型计算机94基于来自位置传感器93、转矩传感器8、分流电阻46等的信号通过预驱动器91产生由PWM控制形成的脉冲信号，使得驱动单元1根据车速辅助转向机构5的转向。

脉冲信号经由基板接线端子42和功率基板41输出到切换功率元件51-56、61-66，用于在接通状态与断开状态之间控制功率元件的切换动作。因此，具有彼此偏离相位的正弦波电流经过电机2的绕组26的各个相位，从而形成旋转磁场。响应于旋转磁场，转子30和轴35一体地旋转。由于轴35的旋转，驱动力从输出端子37输出到管柱轴6的齿轮7，从而辅助由驾驶员执行的转向机构5的转向。

由切换功率元件51-56、61-66产生的热量通过单元基部71扩散到散热器80。因此，能够防止由于功率元件51-56、61-66的温度升高引起的失效和故障。

(效果)

根据上述结构，根据第一实施方式的逆变器装置4发挥以下效果(1)到(7)。

(1)上臂单元50、60和下臂单元59、69是分离的并分别布置在散热器80的散热块811、812上。因此，功率元件51-58、61-68产生的热量不相互干涉。热量如由图13B中的虚线箭头标记所示放出到散热块811、812。因此，能够改善功率元件51-58、61-68的散热性能，从而防止由于温度升高引起的失效或故障。

(2)在具有两个三相逆变电路系统的逆变器装置中，功率元件分成用于每个系统的上臂单元和下臂单元。因此，与功率元件分成各个相位的情况相比，单元的数目能够从六个减少到四个。

(3)成对的上臂单元50和下臂单元59以及成对的上臂单元60和下臂单元69布置为使得功率元件的引线部分79面向功率基板41并相互靠近。因此，能够缩短上臂和下臂的功率元件51-58、61-68之间的布线距离，并能够缩短功率元件51-58、61-68与电源、接地、产生的电压等之间的布线距离。因此，能够减小布线阻抗。由此可减小逆变器装置4的电能损失。

(4)上臂单元50和下臂单元59分别布置在散热块811的上表面821和外表面831上。上臂单元60和下臂单元69分别布置在散热块812的上表面822和外表面832上。这样，上臂单元和下臂单元不布置在同一平面上，而布置在不同的平面上。因此，由上臂单元和下臂单元占据的空间在空间上集合，从而减小投影面积。因此，可在散热块811、812之间形成空间，电子部件——比如扼流线圈44和电解电容器43、45——可布置在该空间内。因此，可有效地利用空间，并能够减小逆变器装置4的尺寸。

(5)散热块811的上表面821和外表面831相邻并相互垂直。散热块812的上表面822和外表面832相邻并相互垂直。根据这种结构，上臂单元50、60和下臂单元59、69可相互特别靠近地布置。因此，可缩短上臂和下臂之间的布线距离，并可减小布线阻抗。由此可减小逆变器装置4的电能损失。另外，可减小逆变器装置4的尺寸。由于每个散热块811、812基本上形成为长方体形状，因此便于逆变器装置4的设计和加工。

(6)上臂单元和下臂单元50、59、60、69布置在单元基部71上以分别形成子组件。因此，可简化逆变器装置4的装配工序。

(7)单元基部71的金属层71m进一步改善了从功率元件51-58、61-68向散热器80散热的效果。单元基部71的树脂层71p绝缘功率元件与单元基部71的接触面。因此，即使在采用漏极电极78暴露在单元基部71侧的表面上的通用功率元件的情况下，也可防止功率元件之间的短路。

(比较例)

图25所示为比较例的逆变器装置中功率元件的布置。在该比较例中，十六个功率元件48共同地布置在单个基板49上。功率元件48没有相互独立地布置。因此，功率元件48产生的热量如虚线箭头标记H所示相互干涉，从而阻碍散热。因此，有可能由功率元件48的温度升高引起失效或故障。十六个功率元件48布置在同一平面上。因此，基板49的面积扩大，从而扩大逆变器装置的整体体形。

(第二实施方式)

接着，将参照图19至21说明根据本发明的第二实施方式的逆变器装置。根据第二实施方式的逆变器装置3应用于单个驱动单元系统。包括功率元件51-54在内的上臂单元50附装到散热器80的一个散热块811的外表面831上。包括功率元件55-58在内的下臂单元59附装到散热器80的另一个散热块812的外表面832上。这样，上臂单元50和下臂单元59布置在不同平面上。第二实施方式发挥第一实施方式的效果(1)至(4)、(6)和(7)。

(第三实施方式)

接着，将参照图22至24说明根据本发明的第三实施方式的逆变器装置。根据第三实施方式的逆变器装置应用于两个驱动单元系统。与第一实施方式不同，功率元件51-58、61-68不安装在单元基部上。功率元件51-58、61-68由螺丝73或粘合剂一个一个单独地附装到散热器80上。

这种情况下，如果漏极电极暴露的功率元件直接附装到散热器80上，则功率元件彼此短路。因此，必须在漏极电极78与散热器80之间插入绝缘片74。绝缘片74是由比如硅之类的绝缘材料制成的薄板。可选择地，可采用具有通过树脂涂敷和绝缘的漏极电极的功率元件。第三实施方式发挥第一实施方式的效果(1)至(5)。

(其它实施方式)

(a)在上述实施方式的说明中，说明了应用于车辆的电动转向系统的驱动单元。可选择地，根据本发明的驱动单元可应用于其它用途。

(b)在上述实施方式中，说明了两个系统的三相交流电逆变器装置或单个系统的三相交流电逆变器装置。逆变器装置可对应于三个或更多个系统。可选择地，逆变器装置可产生除三相以外的多相交流电。

(c)在上述实施方式中，逆变器装置布置在电机2的与齿轮箱相反的一侧。作为本发明的另一个实施方式，逆变器装置可布置在电机与齿轮箱之间。这种情况下，轴的输出端布置在逆变器装置的与电机相反的一侧。即，轴从电机延伸并穿过散热器的彼此面对的散热块之间的空间。然后，轴贯穿控制板和功率基板。

(d)在上述第一或第二实施方式中，单元基部71包括作为散热层的金属层71m。当仅由散热器就能获得充分的散热效果时，可消除单元基部的散热层，单元基部可由绝缘树脂板或类似材料构成。

(e)在上述实施方式中，商业通用MOS用作功率元件。可选择地，例如，可采用通过由树脂模铸集成四个MOS而形成的专用功率模块。因此，可根据驱动单元的设计要求定制功率元件的特性和功率模块的尺寸，并可减小部件的数目。

(f)在上述实施方式中，上臂单元和下臂单元包括除用于切换的功率元件之外的用于电源继电器的功率元件。可选择地，用于电源继电器的功率元件可独立于切换元件布置，例如布置在功率基板上。

(g)在上述实施方式中，散热器80的散热块811、812通过连接部分84连接。可选择地，散热块可相互独立地形成。

虽然本发明已对关于什么是当前认为最实用和优选的实施方式作以说明，但可以理解，本发明不限于公开的实施方式，而相反，意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变型和等同方案。

Claims (11)

1.一种由直流电产生多相交流电的逆变器装置，所述逆变器装置包括：

构成桥接电路的多个功率元件；

散热器，所述散热器安装有所述功率元件并能够接收由所述功率元件产生的热量；

向所述功率元件输出控制信号的控制布线部分；和

输入和输出通到所述功率元件的电流的功率布线部分，其中

每个所述功率元件均具有主体部分和引线部分，在所述主体部分中，半导体芯片通过树脂模铸插入树脂内，所述引线部分从所述主体部分的一侧延伸并与所述功率布线部分电连接，并且

上臂单元和下臂单元相互独立地布置，所述上臂单元通过将所述功率元件集合在所述桥接电路的电源侧形成，所述下臂单元通过将所述功率元件集合在所述桥接电路的接地侧形成。

2.如权利要求1所述的逆变器装置，其中

所述上臂单元和所述下臂单元布置成使得所述引线部分面向所述功率布线部分。

3.如权利要求1所述的逆变器装置，其中

所述上臂单元和所述下臂单元安装在所述散热器的不同表面上。

4.如权利要求3所述的逆变器装置，其中

所述上臂单元和所述下臂单元安装在所述散热器的彼此相邻的表面上。

5.如权利要求3所述的逆变器装置，其中

所述上臂单元和所述下臂单元安装在所述散热器的彼此垂直的表面上。

6.如权利要求5所述的逆变器装置，其中

所述功率布线部分由平板形状的功率基板构成，

所述上臂单元和所述下臂单元中的一个安装在平行于所述功率基板的表面上，并且

所述上臂单元和所述下臂单元中的另一个安装在垂直于所述功率基扳的表面上。

7.如权利要求1所述的逆变器装置，其中

所述上臂单元和所述下臂单元中的每一个均通过将所述功率元件安装在平板形状的单元基部上形成。

8.如权利要求7所述的逆变器装置，其中

所述单元基部具有由导热材料制成并接触所述散热器的散热层。

9.如权利要求7所述的逆变器装置，其中

所述单元基部具有用于使所述功率元件相互绝缘的绝缘层。

10.如权利要求1所述的逆变器装置，其中

所述上臂单元和所述下臂单元中的每一个均形成为功率模块，其中，所述功率元件通过树脂模铸集成。

11.一种驱动单元，包括：

定子，绕组围绕所述定子绕制以形成多个相位；

转子，所述转子布置在所述定子的径向内部以能够相对于所述定子旋转；以及

设置在所述转子的一个轴向侧的如权利要求1至10中任一项所述的逆变器装置。

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