JP2000209810A - モ―タ機器における電力半導体素子の固定構造及び流体ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力用半導体素子を効果的に冷却し、しか
も、ハウジングへの組み付けを容易化する。 【解決手段】 ウォータポンプ１０のハウジング１１内
のモータ室１２には、ポンプ室１において羽根車３４が
固定されている出力軸２０の周りにポンプ室１３との隔
壁２７に隣接して環状の収容部３１を設ける。収容部３
１の周壁３１ｂには、複数のパワートランジスタ３９
を、その本体部３９ａの厚さ方向が出力軸２０の径方向
に一致する状態で配置する。各パワートランジスタ３９
が実装されている駆動回路用基板３２をハウジング１１
に組み付けるときに、隔壁３１ｂに固定した固定部材４
２の各保持片４３がパワートランジスタ３９によって弾
性変形するようにする。そして、駆動回路用基板３２が
ハウジング１１に組み付けられたときに、各パワートラ
ンジスタ３９がそれぞれ保持片４３によって周壁３１ｂ
に押圧された状態で弾性的に保持されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ機器におい
て金属ハウジングに内蔵される電力用半導体素子の固定
構造、及び、同電力用半導体素子の固定構造を備えた流
体ポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用のウォータポンプには、モ
ータとポンプとが設けられた金属ハウジングの内部に、
モータの駆動回路が内蔵されているものがある。ウォー
タポンプに使用されるモータは、例えばブラシレスモー
タであって、その駆動回路として三相インバータ回路等
が採用されている。三相インバータ回路は、パワートラ
ンジスタ等の電力用半導体素子をスイッチング駆動し
て、モータを駆動制御する。電力用半導体素子をスイッ
チング駆動するときには、その発熱に対する対策が必要
であるが、特に電力用半導体素子が金属ハウジングの内
部に収容される場合には、その冷却が容易でない。

【０００３】又、モータ駆動回路を金属ハウジングに内
蔵したその他のモータ機器においても、電力用半導体素
子の冷却が必要である。このように駆動回路内蔵型のモ
ータ機器における電力用半導体素子の冷却機構として
は、以下のようなものがある。

【０００４】例えば、電力用半導体素子の発熱によって
上昇した金属ハウジング内の空気の温度を、金属ハウジ
ングの外部に設けた冷却用フィンからの放熱によって冷
却することで半導体素子を冷却するようにした空冷式の
冷却機構を採用したモータ機器がある。

【０００５】又、特開平５−２９２７０３号公報に開示
されたモータのように、内部に冷却液の流路を備えたヒ
ートシンクを金属ハウジングに隣接して設け、モータの
駆動によって冷却液を流路で強制循環させて半導体素子
を冷却するようにした液冷式の冷却機構を採用したもの
がある。さらに、ウォータポンプでは、ヒートシンクに
ポンプ部から吐出する液体を強制循環させるものがあ
る。

【０００６】このように各冷却機構によれば、密閉され
た金属ハウジングの内部に電力用半導体素子を設けたモ
ータ機器であっても、電力用半導体素子を冷却して許容
温度範囲で動作させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空冷式
の冷却機構では、必要な冷却能力を確保するために、冷
却用フィンとして占有体積が大きなものを採用する必要
がある。又、冷却用フィンからの放熱を効率良く行なわ
せるために、モータの外部に大きな放熱空間を設けた
り、換気構造を設ける必要がある。従って、モータ機器
の設置空間が大きくなり、特に車両用の冷却水用ウォー
タポンプのように限られた空間に設置する必要があるも
のに採用することは困難である。

【０００８】一方、液冷式の冷却機構によれば、熱容量
が大きな液体で冷却を行うことから、モータの外部に大
きな放熱構造を設ける必要はない。しかしながら、必要
な冷却能力を確保するために、冷却用の液体を循環させ
る冷却水用流路を複雑にする必要があり、又、そのため
に冷却水用流路が設けられたヒートシンクの体積が大き
くなる。ウォータポンプに採用した場合のように、冷却
用液体としてポンプが吐出する液体を使用する場合でも
同じである。従って、依然として、モータ機器が大型と
なる問題がある。

【０００９】そこで、上記のような各冷却機構における
問題を解消するため、本出願人は、次のようなウォータ
ポンプにおける冷却機構を考えた。即ち、いままで、電
力用半導体素子は、金属ハウジングの内部に組み付けら
れた回路基板上にハウジングから離間した状態で設けら
れていたため、空冷式であっても液冷式であっても、主
に金属ハウジング内の空気を介して電力用半導体素子を
間接的に冷却していた。このため、冷却効率が悪く、電
力用半導体素子を動作許容範囲内の温度まで冷却するた
めに、冷却フィンあるいはヒートシンクで金属ハウジン
グを十分に冷却する必要があった。

【００１０】そこで、本出願人は、電力用半導体素子
を、温度が低い金属ハウジングによって直接冷却する冷
却機構を考えた。即ち、電力用半導体素子を、金属ハウ
ジングに直接に密着するように、又は、金属ハウジング
に密着された熱伝導性が高い固定用部材に密着するよう
にハウジングに組み付けるものである。金属ハウジング
は、冷却用フィン又はヒートシンクによって冷却されな
くても、モータ機器の外部の空気によって冷却され、モ
ータ機器の各部位の中で最も温度が低い状態で維持され
ている。さらに、ウォータポンプであれば、ポンプ室か
ら吐出する液体によって金属ハウジングが冷却されるの
で、一層温度が低い状態で維持されている。従って、電
力用半導体素子を金属ハウジングの内壁に密着させるよ
うに配置するだけでよく、冷却用フィン又はヒートシン
クといった余分な冷却機構を必要としないので、上記の
各冷却機構では避けることができない問題を解消するこ
とができる。

【００１１】一方、このような冷却機構では、十分に冷
却するために電力用半導体素子を金属ハウジングに直接
又は固定用部材を介して十分な接触面積で確実に密着さ
せることが必要であるため、電力用半導体素子を金属ハ
ウジング又は固定用部材にねじ止めで固定する必要があ
る。

【００１２】しかしながら、複数の電力用半導体素子を
金属ハウジング内にねじ止めで組み付けるようにする
と、電力用半導体素子を実装した回路基板を金属ハウジ
ングに組み付けるだけの従来の場合に比較して電力用半
導体素子を含む回路基板の組み付けが容易でなくなり、
又、回路基板の組み付け工数が多くなる問題がある。

【００１３】本発明は、上記各問題点を解決するために
なされたものであって、その目的は、モータ機器の大型
化の原因となる特別な冷却機構を備えることなく電力用
半導体素子を効果的に冷却することができ、しかも、電
力用半導体素子の金属ハウジングへの組み付けが容易な
モータ構造、同モータ構造を備えたモータ、及び、ウォ
ータポンプを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、電動モータが設けられた
モータ室を備えた金属ハウジングの前記モータ室の内部
に、前記電動モータを駆動するための電力用半導体素子
が、前記金属ハウジングの内壁に密着する状態で固定さ
れているモータ機器における電力用半導体素子の固定構
造であって、前記電力用半導体素子は、ばね状保持部材
によって前記金属ハウジングの内壁に対し弾性的に押圧
された状態で保持されている。

【００１５】「金属ハウジングの内壁に対し弾性的に押
圧された状態」とは、電力用半導体素子が金属ハウジン
グの内壁に直接押圧されている状態だけでなく、金属ハ
ウジングとは別に金属で形成された固定用部材を介して
金属ハウジングに押圧されている状態をも含む。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記バネ状保持部材は、前記金属ハウ
ジング側に固定された状態で設けられ、前記電力用半導
体素子が実装されるとともに前記モータ室に収容される
回路基板の前記金属ハウジングへの組み付け時に、前記
電力用半導体素子により弾性変形するように設けられて
いる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記ばね状保持部材は、前記電力用半
導体素子が実装されるとともに前記モータ室に収容され
る回路基板に設けられ、該回路基板の金属ハウジングへ
の組み付け時に、前記電力用半導体素子を介して弾性変
形するように設けられている。

【００１８】請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求
項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ばね状
保持部材は、バイメタル又は形状記憶合金からなり、そ
の温度が高くなるほど前記電力用半導体素子をより強く
押圧するように形成されている。

【００１９】請求項５に記載の発明は、電動モータが収
容されたモータ室と、前記電動モータの出力軸に固定さ
れた羽根車が収容されたポンプ室とが形成された金属ハ
ウジングを備え、前記モータ室には、前記電動モータを
駆動するための電力用半導体素子が収容されている流体
ポンプ装置において、前記電力用半導体素子は、請求項
１〜請求項４のいずれか一項に記載のモータ機器におけ
る電力用半導体用素子の固定構造によって、前記金属ハ
ウジングの内壁に固定されている。

【００２０】請求項６に記載の発明は、電動モータが収
容されたモータ室と、前記電動モータの出力軸に固定さ
れた羽根車が収容されたポンプ室とが隔壁を挟んで形成
された金属ハウジングを備え、前記モータ室には、前記
電動モータを駆動するための複数の電力用半導体素子が
収容されている流体ポンプ装置において、前記モータ室
には、前記金属ハウジングにより前記出力軸の周りに前
記隔壁に隣接して環状の収容部が形成され、前記各電力
用半導体素子は、請求項２に記載のモータ機器における
電力半導体用素子の固定構造により、その本体部の厚さ
方向が前記出力軸の径方向に一致する状態で前記収容部
の周壁に固定されている。

【００２１】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の発明において、前記ばね状保持部材は金属にて形成さ
れるとともに前記隔壁に固定されている。 （作用）請求項１に記載の発明によれば、電力用半導体
素子が、金属ハウジングの外部の空気又は流体によって
温度が相対的に低く維持される金属ハウジングによって
冷却される。又、電力用半導体素子は、ばね状保持部材
によって弾性的に押圧された状態で保持されることで金
属ハウジングの内壁に密着する状態で固定される。従っ
て、作業性が悪いねじ止めによる固定が不要となる。

【００２２】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加えて、電力用半導体素子が実装
されている回路基板を金属ハウジングに組み付けること
で、金属ハウジング側に固定されているばね状保持部材
によって電力用半導体素子が金属ハウジングに固定され
る。

【００２３】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加えて、電力用半導体素子が実装
されている回路基板を金属ハウジングに組み付けること
で、回路基板に固定されているばね状保持部材によって
電力用半導体素子が金属ハウジングに固定される。

【００２４】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項３のいずれか一項に記載の発明の作用に加え
て、電力用半導体素子が高温になると、バイメタル又は
形状記憶合金からなるばね状保持部材によってより強く
電力用半導素子が押圧される。従って、ばね状保持部材
の加工精度、組み付け精度にばらつきがあっても、冷却
が必要な高温時には電力用半導体素子が確実にハウジン
グ又は固定用部材に密着する。

【００２５】請求項５に記載の発明によれば、流体ポン
プ装置のモータ室に、請求項１〜請求項４のいずれか一
項に記載の発明の作用をなす固定構造で電力用半導体素
子が固定される。

【００２６】請求項６に記載の発明によれば、電力用半
導体素子が実装された回路基板と、流体ポンプ装置のハ
ウジングとを組み合わせると、複数の電力用半導体素子
の板状の本体部が、金属ハウジングにより環状に形成さ
れた収容部の周壁に対し、その厚さ方向を中心軸の径方
向に一致させた状態で、かつ、周方向に離間した位置に
固定される。従って、モータの出力軸に羽根車が固定さ
れている流体ポンプ装置において複数の電力用半導体素
子が出力軸を中心軸とするできるだけ小さい半径内に配
置される。

【００２７】請求項７に記載の発明によれば、請求項６
に記載の発明の作用に加えて、ポンプ室から吐出する流
体によって冷却された隔壁によって金属性のばね状保持
部材を介しても冷却される。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を車両における冷却水用ウォータポンプに具体化した
第１の実施の形態を図１〜図３に従って説明する。

【００２９】モータ機器としてのウォータポンプ１０
は、ハウジング１１内に、モータ室１２とポンプ室１３
とを備えている。ハウジング１１は、第１部材１４、第
２部材１５、第３部材１６及び第４部材１７からなる。
各部材１４〜１７はアルミニウム合金で形成されてい
る。第１部材１４と第３部材１６とによってモータ室１
２が形成され、第２部材１５はモータ室１２に収容され
ている。又、第３部材１６及び第４部材１７によってポ
ンプ室１３が形成されている。

【００３０】モータ室１２には、電動モータとしてのイ
ンナロータ型のブラシレスモータ（以下、単にモータと
いう）１８が設けられている。モータ１８はビルトイン
型であって、第１部材１４の一部と第２部材１５とによ
ってそのケーシングが構成されている。そして、第１部
材１４に組み込まれた軸受１９ａと、第３部材１６に組
み込まれた軸受１９ｂとによって出力軸２０が支持され
ている。出力軸２０には、マグネットロータ２１が固定
されている。モータ室１２には、マグネットロータ２１
の外周側に界磁２２が設けられている。界磁２２は、複
数の界磁極２３を備え、各界磁極２３には界磁巻線２４
が設けられている。又、モータ室１２には、マグネット
ロータ２１の回転数を検出するためのホール素子２５が
設けられている。

【００３１】モータ室１２には、モータ１８の出力軸２
０に対して径方向の外向きに突出する回路収容部１２ａ
が設けられている。回路収容部１２ａ内には、外部の図
示しない制御装置から出力される制御信号に基づき、ホ
ール素子２５で検出するモータ１８の回転速度を制御す
るための制御回路が形成された制御回路用基板２６が固
定されている。

【００３２】モータ室１２を形成するハウジング１１の
ポンプ室１３側の部位は、第３部材１６によって形成さ
れる隔壁２７となっている。モータ室１２には、隔壁２
７の壁面から筒状の支持部２８が突出されている。支持
部２８内には、出力軸２０が挿通されるとともに軸受１
９ｂとシール部２９が組み込まれている。支持部２８内
には、軸受１９ｂとシール部２９との間に、ポンプ室１
３からシール部２９を洩れて浸入した水をハウジング１
１の外部に排出するための排出室３０が設けられてい
る。排出室３０には、ハウジング１１の外部に連通する
図示しない排出流路が連通されている。

【００３３】モータ室１２には、支持部２８の周りに隔
壁２７に隣接する環状の収容部３１が形成されている。
収容部３１のモータ室１２側に望む開口端３１ａには、
環状に形成された回路基板としての駆動回路用基板３２
が、その中心孔に出力軸２０が挿通されるとともに出力
軸２０の中心軸に直交するように配置されている。駆動
回路用基板３２は、収容部３１の開口端３１ａにねじ３
３で固定されている。駆動回路用基板３２には、制御回
路によって制御され、外部から供給されている電力でモ
ータ１７を駆動するための駆動回路が設けられている。

【００３４】前記ポンプ室１３は、隔壁２７を挟んでモ
ータ室１２に隣接されている。ポンプ室１３には、モー
タ１８の出力軸２０が支持部２８を通して導入されてい
る。出力軸２０の端部には、羽根車３４が固定されてい
る。出力軸２０の前方には、ポンプ室１３に連通する吸
入口３５が第４部材１７によって形成されている。羽根
車３４の外周側には、ポンプ室１３の外周側に設けられ
た吐出口３６に連通する吐出流路３７が第３部材１６に
よって形成されている。羽根車３４、第３部材１６及び
第４部材１７によって形成されるポンプケーシング等に
より公知の渦巻き型遠心ポンプが構成されている。

【００３５】第２部材１５は第１部材１４に組み付ける
ようになっており、第３部材１６は、駆動回路用基板３
２を組み付けた状態で、第２部材１５を組み付けた第１
部材１４に組み付けるようになっている。第４部材１７
は、第１部材１４に組み付けた第３部材１６に組み付け
るようになっている。

【００３６】制御回路用基板２６には、定速制御回路の
構成部品であるアナログＩＣ、デジタルＩＣ等、駆動回
路の構成部品である複数の平滑用コンデンサ３８等が設
けられている。駆動回路用基板３２には、駆動回路の構
成部品である電力用半導体素子としての６個のバイポー
ラ型パワートランジスタ３９等が設けられている。尚、
パワートランジスタ３９はモールド型であって、板状の
本体部３９ａから足３９ｂが延出されている。

【００３７】図２は収容部３１を示す第３部材１６の断
面図である。収容部３１は、外周側を形成する内壁とし
ての周壁３１ｂが、６個の同一の平面部４０から形成さ
れている。各平面部４０には出力軸２０の中心軸方向に
延びる溝４１が形成されている。各溝４１にはパワート
ランジスタ３９の本体部３９ａが、その厚さ方向が出力
軸２０の中心軸の径方向に一致された状態で嵌合されて
いる。即ち、パワートランジスタ３９の本体部３９ａ
は、出力軸２０の周方向に等角度間隔に固定されてい
る。

【００３８】各パワートランジスタ３９は、収容部３１
に設けられたばね状保持部材としての固定部材４２の各
保持片４３によって、溝４１の底面に押圧された状態で
弾性的に保持されている。

【００３９】図３は駆動回路用基板３２及び固定部材４
２を示す概略斜視図である。各パワートランジスタ３９
は、駆動回路用基板３２の一方の側面における外周側
に、本体部３９ａの厚さ方向が駆動回路用基板３２の中
心軸の径方向に一致する状態で等角度間隔で配置されて
いる。

【００４０】固定部材４２は、バイメタルで形成されて
いる。固定部材４２は、隔壁２７に固定される円環状の
基板部４４を備えている。基板部４４の外側縁端には、
ほぼその中心軸方向に延びるように形成された保持片４
３が等角度間隔で複数設けられている。固定部材４２
は、バイメタルにより、その温度が高くなるほど各保持
片４３が外側に弾性変形するように形成されている。

【００４１】収容部３１の各溝４１は、駆動回路用基板
３２の第３部材１６への組み付け時に、各パワートラン
ジスタ３２の本体部３９ａが出力軸２０の中心軸方向に
溝４１に嵌合するように形成されている。又、固定部材
４２の各保持片４３は、駆動回路用基板３２の第３部材
１６への組み付け時に、溝４１に嵌合しようとするパワ
ートランジスタ３９によって弾性変形し、駆動回路用基
板３２が固定されたときに、パワートランジスタ３９の
本体部３９ａを溝４１の底面に密着させた状態で弾性的
に押圧するように形成されている。

【００４２】以上詳述したように、本実施の形態によれ
ば、以下に記載の各効果を得ることができる。 （ａ） 駆動回路用基板３２をハウジング１１の一部と
なる第３部材１６に組み付けるときに、パワートランジ
スタ３９によって弾性変形し、駆動回路用基板３２が組
み付けられたときにパワートランジスタ３９をハウジン
グ１１の内壁に弾性的に押圧する固定部材４２によって
保持するようにした。従って、パワートランジスタ３９
を第３部材１６に組み付けるだけで、ハウジング１１の
内壁に密着した状態で固定される。その結果、ウォータ
ポンプ１０の大型化の原因となる冷却機構を備えること
なくパワートランジスタ３９を効果的に冷却することが
でき、しかも、パワートランジスタ３９のハウジング１
１への組み付けを容易に行うことができる。

【００４３】（ｂ） 固定部材４２をハウジング１１に
固定し、パワートランジスタ３９を実装した駆動回路用
基板３２をハウジング１１に組み付けることでパワート
ランジスタ３９が固定部材４２の保持片４３によって固
定されるようにした。従って、駆動回路用基板３２にば
ね状保持部材を設ける必要がないので、ほぼ従来通りの
駆動回路用基板３２を使用することができる。

【００４４】（ｃ） 固定部材４２を、その温度が高く
なるほどパワートランジスタ３９をより強く押圧するよ
うにしたバイメタルによって形成したので、パワートラ
ンジスタ３９が高温になると、保持片４３によってより
強くハウジング１１の内壁に押圧される。従って、固定
部材４２の加工精度、組み付け精度にばらつきがあって
も、冷却が確実に必要な高温時にはパワートランジスタ
３９が確実にハウジング１１の内壁に密着されるので、
安定して効果的に冷却することができる。

【００４５】（ｄ） ウォータポンプ１０において、パ
ワートランジスタ３９をハウジング１１の内壁に押圧す
る固定部材４２を熱伝導性が高いバイメタルで形成する
とともに、ポンプ室１２を形成する隔壁２７に固定部材
４２を固定した。従って、ポンプ室１２の水によって効
率良く冷却される隔壁２７によって固定部材４２を介し
てもパワートランジスタ３９が冷却されるので、単にハ
ウジング１１の内壁に密着させた場合よりもより効果的
に冷却することができる。

【００４６】（ｅ） モータ室１２とポンプ室１３とを
隔絶する隔壁２７に隣接して、出力軸２０の周りに環状
の収容部３１を設け、駆動回路用基板３２が組み付けら
れたときに、各パワートランジスタ３９の板状の本体部
３９ａが、収容部３の周壁３１ｂに対し、その厚さ方向
が径方向に一致する状態で固定されるようにした。従っ
て、モータ１７の出力軸２０に羽根車３４が固定されて
いるウォータポンプ１０において複数のパワートランジ
スタ３９ができるだけ小さい半径内に配置されるので、
ウォータポンプ１０の体格を出力軸２０の径方向に小形
化することができる。

【００４７】（ｆ） パワートランジスタ３９を押圧し
て保持する収容部３１の周壁３１ｂに溝４１を設け、パ
ワートランジスタ３９の本体部３９ａの一部を溝４１に
嵌合させた状態で固定するようにした。従って、溝４１
を設けていない平面部４０に本体部３９ａの一面を単に
密着させるだけの場合に比較して、パワートランジスタ
３９のより大きな表面積がハウジング１１によって直接
冷却されるので、より一層効果的に冷却することができ
る。

【００４８】（第２の実施の形態）次に、本発明を第１
の実施の形態と同じく車両用の冷却水用ウォータポンプ
に具体化した第２の実施の形態を図４〜図６に従って説
明する。尚、本実施の形態は、前記第１の実施の形態の
ウォータポンプ１０に対して、ハウジング５１と、パワ
ートランジスタ３９の固定構造とが基本的に異なる。従
って、その他の同一の構成については、その符号を同じ
にして説明を省略する。

【００４９】ウォータポンプ５０は、ハウジング５１内
に、モータ室１２及びポンプ室１３を備えている。ハウ
ジング５１は、第１部材５２、第２部材５３、第３部材
５４及び第４部材５５とからなる。各部材５２〜５５は
アルミニウム合金で形成されている。第１部材５２、第
２部材５３及び第３部材５４とによってモータ室１２が
形成され、第３部材５４及び第４部材５５によってポン
プ室１３が形成されている。

【００５０】モータ室１２を形成するハウジング５１の
部位は、第３部材５４によって形成される隔壁５６とな
っている。ポンプ室１３には、隔壁５６を挟んでモータ
室１２に隣接されている。

【００５１】モータ室１２には、隔壁５６の壁面から、
軸受１９ｂ及びシール部２９が支持された筒状の支持部
５７が突出されている。モータ室１２には、支持部５７
の周りに隔壁５６に隣接して環状の収容部５８が形成さ
れている。

【００５２】モータ室１２には、収容部５８の開口端に
相対するように、環状の回路基板５９が設けられてい
る。回路基板５９は、その中心孔に支持部５７が挿通さ
れた状態で、かつ、出力軸２０の中心軸に直交する状態
で設けられている。回路基板５９には、定速制御回路及
び駆動回路が設けられている。

【００５３】回路基板５９には、そのモータ室１２側の
側面に、主として発熱量が少ない定速制御回路の構成部
品が実装されている。一方、回路基板５９のポンプ室１
３側の側面には、駆動回路の構成部品である４個の円柱
状の平滑用コンデンサ３８が、その中心軸が出力軸２０
の中心軸と平行な状態で実装されている。又、同じくポ
ンプ室１３側の側面には、駆動回路の構成部品である６
個のパワートランジスタ３９が、本体部３９ａの厚さ方
向が出力軸２０の中心軸と一致する状態で、かつ、その
３本の足３９ｂによって回路基板５９からポンプ室１３
側に離間した位置に配置された状態で実装されている。
さらに、回路基板５９のポンプ室１３側の側面には、各
パワートランジスタ３９毎に、その本体部３９ａに相対
する位置に、本体部３９ａをポンプ室１３側に付勢する
ためのばね状保持部材としての板ばね部材６０が設けら
れている。

【００５４】第２部材５３は第１部材５２に組み付ける
ようになっており、第３部材５４は、回路基板５９を組
み付けた上で、第２部材５３を組み付けた第１部材５２
に組み付けるようになっている。又、第４部材５５は、
第１部材５２に組み付けられた第３部材５４に組み付け
るようになっている。

【００５５】収容部５８には、ハウジングとしての固定
用部材６１がねじで固定されている。固定用部材６１
は、図５に示すように、アルミニウム合金により、一部
が切り欠かれた円環板状に形成されている。固定用部材
６１の中心孔には支持部５７が挿通されている。固定用
部材６１のモータ室１２側の側面には、各パワートラン
ジスタ３９を保持するための凹部６２が６箇所に形成さ
れている。又、固定用部材６１には、平滑用コンデンサ
３８を挿通させるための４つの孔６３が形成されてい
る。

【００５６】各パワートランジスタ３９は、固定用部材
６１の各凹部６２に収容されている。そして、各パワー
トランジスタ３９は、図６に示すように、凹部６２に収
容された状態で、回路基板５９に設けられた板ばね部材
６０により、凹部６２の底面に押圧された状態で弾性的
に保持されている。即ち、各板ばね部材６０は、回路基
板５９がハウジング５１に組み付けられたときに、各パ
ワートランジスタ３９を介して弾性変形するように設け
られている。

【００５７】又、各平滑用コンデンサ３８は、その一部
が各孔６３を挿通して収容部５８に配置されている。さ
らに、各平滑用コンデンサ３８の先端部は、収容部５８
を通り越して、隔壁５６に設けられた穴部６４に挿入さ
れている。

【００５８】以上詳述したように、本実施の形態によれ
ば、前記第１の実施の形態の（ａ）に記載の効果の他
に、以下に記載の効果を得ることができる。 （ｇ） パワートランジスタ３９を実装した回路基板５
９に板バネ部材６０を設け、回路基板５９を第３部材５
４を組み付けることで、各板ばね部材６０がパワートラ
ンジスタ３９を介して弾性変形し、パワートランジスタ
３９を固定用部材６１に押圧して弾性的に保持するよう
にした。従って、板ばね部材６０を回路基板５９と共に
ハウジング５１に組み付けるので、第１の実施の形態の
場合よりも組み付けが容易となる。

【００５９】（ｈ） ウォータポンプ５０において、ポ
ンプ室１３を形成する隔壁５６に密着する状態で設けら
れた金属製の固定用部材６１にパワートランジスタ３９
を密着する状態で固定した。従って、ポンプ室１２の水
によって効率良く冷却される隔壁５６により固定用部材
６１を介して冷却されるので、ハウジング５１の隔壁５
６以外の部位に固定した場合よりも効果的に冷却するこ
とができる。

【００６０】（ｉ） 固定用部材６１に設けた凹部６２
に各パワートランジスタ３９を収容した状態でその両側
面が固定用部材６１に接触するようにした。従って、凹
部６２を設けない固定用部材６１に単に一側面を当接さ
せるだけの場合に比較して、パワートランジスタ３９の
より大きな表面積が固定用部材６１によって冷却される
ので、より効果的に冷却することができる。

【００６１】尚、本発明は、上記各実施の形態に限らず
以下に記載の各別例のように実施することができる。 ・ 第１の実施の形態で、固定部材４２を、隔壁２７以
外の部位、例えば、支持部２８に固定されるばね状保持
部材としてもよい。この場合には、上記（ａ），（ｂ）
に記載の各効果を得ることができる。

【００６２】・ 第１の実施の形態で、固定部材４２
を、バイメタルに代えて形状記憶合金により、その温度
が高くなるほどパワートランジスタ３９をより強く押圧
するように形成してもよい。この場合には、上記（ａ）
〜（ｆ）に記載の各効果を得ることができる。

【００６３】・ 第２の実施の形態で、固定用部材６１
をなくすとともに隔壁５６を厚く形成し、隔壁５６に凹
部を設けた構成としてもよい。この場合には、上記
（ａ），（ｇ）に記載の各効果の他、固定用部材６１を
設けた場合よりもパワートランジスタ３９をより一層効
果的に冷却することができる。

【００６４】・ 第２の実施の形態で、各板ばね部材６
０を、その温度が高くなるほどより強くパワートランジ
スタ３９を押圧するようにしたバイメタル又は形状記憶
合金で形成してもよい。この場合には、上記（ａ），
（ｇ）〜（ｉ）に記載の各効果を得ることができる上、
各板ばね部材６０の加工精度、組み付け精度にばらつき
があっても、温度が高いときにパワートランジスタ３９
を確実に固定用部材に押圧して安定して効果的に冷却す
ることができる。

【００６５】・ 第１及び第２の実施の形態で、パワー
トランジスタ３９を回路基板５９に実装しない状態でハ
ウジング５１に組み付けるようにしてもよい。この場合
には、上記（ａ）〜（ｉ）に記載の各効果を得ることが
できる。

【００６６】・ 第１及び第２の実施の形態で、ハウジ
ング１１，５１の外側面に冷却用フィンを設けてもよ
い。又、ポンプ室１３から吐出する水の一部をハウジン
グ１１，５１の冷却に使用するヒートシンクを設けても
よい。この場合には、上記（ａ）〜（ｉ）に記載の各効
果を得ることができる上に、より一層大きな冷却能力を
確保することができる。

【００６７】・ 電力用半導体素子が実装された回路基
板は、駆動回路あるいは制御回路の構成部品が実装され
たものに限らず、電力用半導体素子のみが実装されたも
のをも含む。

【００６８】・ ブラシレスモータは、インナロータ型
に限らず、アウタロータ型あるいはディスクロータ型の
ものをも含む。 ・ ブラシレスモータは、２相ブラシレスモータで半波
通電方式又は全波通電方式で駆動されるもの、３相ブラ
シレスモータで界磁巻線２４がデルタ結線又はスター結
線されるのを含む。

【００６９】・ 電力用半導体素子を含む駆動回路は、
定速制御を行うものに限らず、可変速制御あるいは位置
決め制御を行うものをも含む。 ・ モータは、電力用半導体素子を含む駆動回路によっ
て駆動されるものであればよく、ブラシレスモータに限
らず、例えば、電力用半導体素子としてのバイポーラ型
パワートランジスタを含む駆動回路でエミッタあるいは
コレクタ駆動されるＤＣモータ、パワーＭＯＳＦＥＴ等
のスイッチング素子でスイッチング駆動されるＤＣモー
タ、サイリスタを含む駆動回路で定速制御されるインダ
クションモータをも含む。

【００７０】又、励磁コイルの励磁制御を行うパワート
ランジスタを含む駆動回路によって例えば連続回転駆
動、間欠回転駆動、正逆転駆動されるステッピングモー
タをも含む。

【００７１】・ モータは、そのケーシングがハウジン
グによって形成されたビルトイン型に限らず、ハウジン
グと独立したケーシングを備えたものをも含む。 ・ バイポーラ型パワートランジスタはモールド型に限
らずキャン型をも含む。この場合には、足が設けられて
いない側の広い側面をハウジングに密着させることによ
り効果的に冷却することができる。

【００７２】・ 電力用半導体素子は、バイポーラ型パ
ワートランジスタに限らず、その他例えば、パワーＭＯ
ＳＦＥＴ、サイリスタ、ＩＧＢＴ、ＳＩＴ（静電誘導ト
ランジスタ）、ＳＩサイリスタ等を含む。

【００７３】・ 電力用半導体素子は、バイポーラ型パ
ワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴのディスクリー
トな半導体素子に限らず、ブリッジドライバＩＣ、ブラ
シレスモータ駆動用ＩＣ、ステッピングモータ駆動用Ｉ
Ｃ等のパワーＩＣ、ドライバＩＣ、ガバナＩＣを含む。

【００７４】・ モータ機器は、金属ハウジングの内部
に設けたモータ室に、モータを駆動するための電力用半
導体素子が設けられたものであればよく、ウォータポン
プ等の液体ポンプ装置に限らず、例えば、車両におい
て、金属ハウジングとしてのアクスルシャフトに内蔵さ
れたパワーステアリング用モータからなるパワーステア
リング装置をも含む。

【００７５】又、少なくとも電力用半導体素子を金属ハ
ウジングとしてのケーシングに内蔵したブラシレスモー
タ、インクダクションモータ等のモータ単体をも含む。
以下、特許請求の範囲に記載された各発明の外に前述し
た各実施の形態から把握される技術的思想をその効果と
ともに記載する。

【００７６】（１） 請求項１〜請求項４のいずれか一
項に記載のモータ機器における電力用半導体素子の固定
構造において、前記電力用半導体素子は板状の本体部
（３９ａ）を備え、前記ハウジングの内壁、又は、該ハ
ウジングの内壁に密着する状態で設けられた金属固定用
部材に設けられた凹部（溝４１，凹部６２）に、その厚
さ方向に直交する側の側面の少なくとも一部が接触する
状態で前記電力用半導体素子が収容されている。このよ
うな構成によれば、電力用半導体素子のより大きな表面
積がハウジング又は固定用部材によって直接冷却される
ので、より一層効率良く冷却することができる。

【００７７】（２） 請求項２に記載のモータ機器にお
ける電力用半導体素子の固定構造において、前記モータ
室には、前記金属ハウジングによって前記出力軸の周り
に環状の収容部（３１）が形成され、前記ばね状保持部
材（固定部材４２）は、前記金属ハウジングに固定され
る基部（基板部４４）と、該基部から前記出力軸の中心
軸にほぼ平行に延出され、前記収容部の周壁（３１ｂ）
に沿ってその周方向に所定間隔で複数設けられた保持片
（４３）とからなり、前記回路基板は、環状に形成さ
れ、前記出力軸の中心軸方向に前記ハウジングに組み付
けられて、出力軸が挿通するとともに出力軸に直交する
状態でモータ室内に固定されるものであり、前記電力用
半導体素子は、前記周壁に沿うように周方向に所定の間
隔で前記回路基板に複数実装されたものであって、前記
各電力用半導体素子は、それぞれが前記保持片によっ
て、その本体部の厚さ方向が出力軸の中心軸に対する径
方向に一致する状態で前記収容部の周壁に弾性的に押圧
された状態で保持されている。

【００７８】このような構成によれば、複数の電力用半
導体素子が出力軸を中心軸とするできるだけ小さい半径
内に配置されるので、モータ機器の体格を出力軸の径方
向に小形化することができる。

【００７９】（３） 請求項５に記載の流体ポンプ装置
において、前記電力用半導体素子は、前記モータ室とポ
ンプ室とを隔絶する隔壁に固定されている流体ポンプ。
このような構成によれば、電力半導体用素子をハウジン
グの隔壁以外の部位に密着させた場合よりも効率良く冷
却することができる （４） 請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の流
体ポンプ装置は、車両における冷却水循環用ウォータポ
ンプである。このような構成によれば、余分な冷却機構
がなく体格が小さいので車両のエンジン室に容易に設置
することができ、又、電力用半導体素子が効果的に冷却
されるので信頼性を高くすることができる。

【００８０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
７に記載の発明によれば、機器の大型化の原因となる特
別な冷却機構を備えることなく電力用半導体素子を効果
的に冷却することができ、しかも、電力用半導体素子の
金属ハウジングへの組み付けを容易に行うことができ
る。

【００８１】請求項２〜請求項７に記載の発明によれ
ば、回路基板にばね状保持部材を設ける必要がないの
で、ほぼ従来通りの回路基板を使用することができる。
請求項３〜請求項７に記載の発明によれば、ばね状保持
部材が回路基板と共にハウジングに組み付けられるの
で、組み付けが容易となる。

【００８２】請求項４〜請求項７に記載の発明によれ
ば、ばね状保持部材の加工精度、組み付け精度にばらつ
きがあっても、安定して効果的に冷却することができ
る。請求項６又は請求項７に記載の発明によれば、モー
タの出力軸に羽根車が固定されている流体ポンプ装置に
おいて複数の電力用半導体素子ができるだけ小さい半径
内に配置されるので、流体ポンプ装置の体格を出力軸の
径方向に小形化することができる。

【００８３】請求項７に記載の発明によれば、電力用半
導体素子がポンプ室に隣接する温度の低い隔壁によって
金属のばね状保持部材を介して冷却されるので、より一
層効果的に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態のウォータポンプを示す概
略縦断面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ線における概略断面図。

【図３】 駆動回路用基板及び固定部材を示す概略分解
斜視図。

【図４】 第２の実施の形態のウォータポンプを示す概
略縦断面図。

【図５】 固定用部材を示す概略平面図。

【図６】 図５のＢ視概略部分正面図。

【符号の説明】

１０…モータ機器としてのウォータポンプ、１１…ハウ
ジング、１２…モータ室、１３…ポンプ室、１８…電動
モータとしてのブラシレスモータ、２７…隔壁、３１…
収容部、３１ｂ…内壁としての周壁、３２…回路基板と
しての駆動回路用基板、３４…羽根車、３９…電力用半
導体素子としてのバイポーラ型パワートランジスタ、４
２…ばね状保持部材としての固定部材、５０…モータ機
器としてのウォータポンプ、５１…ハウジング、５９…
回路基板、６０…ばね状保持部材としての板ばね部材、
６１…ハウジングとしての固定用部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H609 BB01 BB14 BB19 BB21 BB23 PP05 PP16 QQ04 QQ23 RR03 RR27 RR32 RR42 RR58 RR69 RR73 RR74 SS20 SS23

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動モータが設けられたモータ室を備え
   た金属ハウジングの前記モータ室の内部に、前記電動モ
   ータを駆動するための電力用半導体素子が、前記金属ハ
   ウジングの内壁に密着する状態で固定されているモータ
   機器における電力用半導体素子の固定構造であって、 前記電力用半導体素子は、ばね状保持部材によって前記
   金属ハウジングの内壁に対し弾性的に押圧された状態で
   保持されているモータ機器における電力用半導体素子の
   固定構造。
2. 【請求項２】 前記バネ状保持部材は、前記金属ハウジ
   ング側に固定された状態で設けられ、前記電力用半導体
   素子が実装されるとともに前記モータ室に収容される回
   路基板の前記金属ハウジングへの組み付け時に、前記電
   力用半導体素子により弾性変形するように設けられてい
   る請求項１に記載のモータ機器における電力用半導体素
   子の固定構造。
3. 【請求項３】 前記ばね状保持部材は、前記電力用半導
   体素子が実装されるとともに前記モータ室に収容される
   回路基板に設けられ、該回路基板の金属ハウジングへの
   組み付け時に、前記電力用半導体素子を介して弾性変形
   するように設けられている請求項１に記載のモータ機器
   における電力用半導体素子の固定構造。
4. 【請求項４】 前記ばね状保持部材は、バイメタル又は
   形状記憶合金からなり、その温度が高くなるほど前記電
   力用半導体素子をより強く押圧するように形成されてい
   る請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のモータ機
   器における電力用半導体素子の固定構造。
5. 【請求項５】 電動モータが収容されたモータ室と、前
   記電動モータの出力軸に固定された羽根車が収容された
   ポンプ室とが形成された金属ハウジングを備え、前記モ
   ータ室には、前記電動モータを駆動するための電力用半
   導体素子が収容されている流体ポンプ装置において、 前記電力用半導体素子は、請求項１〜請求項４のいずれ
   か一項に記載のモータ機器における電力用半導体用素子
   の固定構造によって、前記金属ハウジングの内壁に固定
   されている流体ポンプ装置。
6. 【請求項６】 電動モータが収容されたモータ室と、前
   記電動モータの出力軸に固定された羽根車が収容された
   ポンプ室とが隔壁を挟んで形成された金属ハウジングを
   備え、前記モータ室には、前記電動モータを駆動するた
   めの複数の電力用半導体素子が収容されている流体ポン
   プ装置において、 前記モータ室には、前記金属ハウジングにより前記出力
   軸の周りに前記隔壁に隣接して環状の収容部が形成さ
   れ、前記各電力用半導体素子は、請求項２に記載のモー
   タ機器における電力半導体用素子の固定構造により、そ
   の本体部の厚さ方向が前記出力軸の径方向に一致する状
   態で前記収容部の周壁に固定されている流体ポンプ装
   置。
7. 【請求項７】 前記ばね状保持部材は金属にて形成され
   るとともに前記隔壁に固定されている請求項６に記載の
   流体ポンプ装置。