JP2017229134A - 機電一体型モータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】駆動ユニットでの温度上昇を抑制できる機電一体型モータユニットを提供する。
【解決手段】機電一体型モータユニット１に係る駆動ユニット５では、モータハウジング２ａに対向する第１主面３３とその反対側の第２主面３４を有する基板３５の第２主面３４に、半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣが接合されている。半導体チップＣＨは、基板３５の第２主面３４と対向する第１端部３６とその反対側の第２端部３７とを含み、平滑コンデンサＣは、基板３５の第２主面３４と対向する第３端部３８とその反対側の第４端部３９とを含む。半導体チップＣＨは、平滑コンデンサＣの第４端部３９よりも基板２の第２主面３４に近い位置でカバー部材６の底壁部４５と熱的に接続されている。そして、カバー部材６の底壁部４５は、当該カバー部材６の側壁部４６を介してモータハウジング２ａに熱的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータと当該モータを駆動制御するための駆動回路を有する駆動ユニットとを備えた機電一体型モータユニットに関する。

一般的に、モータと当該モータを駆動制御するための駆動回路を有する駆動ユニットとを備えた機電一体型モータユニットでは、駆動回路にスイッチング素子を含む半導体チップを備えているから、スイッチング素子のスイッチング動作時にサージ電圧が生じる虞がある。サージ電圧の大きさは、電流が流れる配線等の電流経路のインダクタンス成分に比例するため、電流経路からインダクタンス成分を如何にして取り除くかが一つの課題となっている。

電流経路からインダクタンス成分を取り除く一つの手法として、駆動回路を構成する複数の電子部品のうちの半導体チップと当該半導体チップに印加される電圧を平滑化するための平滑コンデンサとを、同一の基板の同一表面に接合することが考えられる。このような構成によれば、半導体チップと平滑コンデンサとの間の電流経路が短くなるから、それらの間のインダクタンス成分を低減できる。このような形態の一例が特許文献１の図２に開示されている。

特許文献１の図２には、モータと当該モータを駆動制御するための駆動回路を有する駆動ユニットとを備える電動パワーステアリング装置が開示されている。この電動パワーステアリング装置は、モータハウジング有するモータを含む。モータハウジングの外側には、モータの軸方向に当該モータハウジングと対向するように配置されたパワー基板（基板）を含む駆動ユニットが配置されている。パワー基板において、モータハウジングとは反対側の表面には、駆動回路の一部を構成するスイッチング素子（半導体チップ）および平滑コンデンサがヒートシンクを介して隣り合うように接合されている。そして、スイッチング素子および平滑コンデンサから間隔を隔ててパワー基板を収容するケース（カバー部材）が、モータハウジングに取り付けられている。

特開２０１４−７５８６６号公報

機電一体型モータユニットの他の課題として、駆動ユニットにおける温度上昇の問題がある。駆動ユニットにおける主たる熱の発生源は、スイッチング素子を含む半導体チップであるが、特許文献１の図２の構成では、基板を収容するカバー部材が半導体チップおよび平滑コンデンサから軸方向に間隔を隔てて設けられている。したがって、半導体チップで発生した熱がカバー部材に伝達され難く、当該半導体チップで発生した熱を、カバー部材を介して比較的大きな熱容量を有するモータハウジングに効率的に伝達させることができない。その結果、駆動ユニットの温度が上昇するという課題がある。

そこで、本発明は、駆動ユニットでの温度上昇を抑制できる機電一体型モータユニットを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、金属製のモータハウジング（２ａ）を有するモータ（２）と、前記モータと軸方向に対向するように前記モータハウジングの外側に配置されたモータ制御装置（３）であって、前記モータを駆動制御するための駆動回路（４，４Ａ，４Ｂ）を含む駆動ユニット（５）と、前記駆動ユニットを収容する金属製のカバー部材（６）とを含むモータ制御装置（３）とを備えた機電一体型モータユニット（１）であって、前記駆動ユニットは、前記モータハウジングと対向する第１主面（３３）と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面（３４）とを有する基板（３５）と、前記基板の前記第２主面に接合され、前記駆動回路の一部を構成するスイッチング素子（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）を含む半導体チップ（ＣＨ）であって、前記軸方向において前記基板の前記第２主面に対向する第１端部（３６）と、前記第１端部とは反対側に位置する第２端部（３７）とを有する半導体チップ（ＣＨ）と、前記基板の前記第２主面に接合され、前記駆動回路の一部を構成し、前記半導体チップに印加される電圧を平滑化するための平滑コンデンサ（Ｃ）であって、前記軸方向において前記基板の前記第２主面に対向する第３端部（３８）と、前記第３端部とは反対側に位置し、かつ、前記軸方向において前記半導体チップの前記第２端部よりも前記基板の前記第２主面から離れた位置に位置する第４端部（３９）とを有する平滑コンデンサ（Ｃ）とを含み、前記カバー部材は、前記軸方向に前記基板の前記第２主面に対向し、かつ、前記軸方向の直交方向に前記平滑コンデンサと対向するように配置され、前記軸方向における前記平滑コンデンサの前記第３端部と前記第４端部との間の位置において前記半導体チップに熱的に接続される対向壁（４５）と、前記軸方向から見て前記基板の周縁よりも外側に配置され、前記対向壁の周縁から前記モータハウジング側に向けて延び、前記対向壁と前記モータハウジングとを熱的に接続させる接続部（４６）とを含む、機電一体型モータユニット（１）である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。以下、この項において同じ。

請求項２に記載の発明は、前記モータハウジングと前記駆動ユニットとの間に配置された金属製の放熱器（７）と、前記基板の前記第１主面に接合され、前記駆動回路の一部を構成する複数の電子部品（Ｒ１〜Ｒ３，Ｓｗｖ（Ｔｒ７，Ｔｒ８），Ｓｗｍ１〜Ｓｗｍ３（Ｔｒ９〜Ｔｒ１１））とをさらに含み、前記放熱器は、前記モータハウジングと前記基板の前記第１主面との間において、前記複数の電子部品と前記モータハウジングとを熱的に接続させている、請求項１に記載の機電一体型モータユニットである。

請求項３に記載の発明は、前記放熱器は、前記カバー部材と連結されることによって、前記カバー部材と共に前記駆動ユニットを収容するハウジング（８）を構成しており、前記カバー部材の前記接続部は、前記放熱器を介して前記モータハウジングに熱的に接続されている、請求項２に記載の機電一体型モータユニットである。
請求項４に記載の発明は、前記基板の前記第２主面において、前記半導体チップは、前記モータの軸線を基準とすると、前記平滑コンデンサよりも径方向外側に接合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の機電一体型モータユニットである。

請求項５に記載の発明は、前記カバー部材の前記対向壁には、前記平滑コンデンサが貫通する貫通孔（４４）が形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機電一体型モータユニットである。
請求項６に記載の発明は、前記平滑コンデンサを覆うように前記貫通孔を閉塞する閉塞部材（５０）をさらに含む、請求項５に記載の機電一体型モータユニットである。

請求項１に記載の発明では、モータハウジングに対向する第１主面とその反対側の第２主面を有する基板の第２主面に、半導体チップおよび平滑コンデンサが接合されている。半導体チップは、基板の第２主面と対向する第１端部とその反対側の第２端部とを含み、平滑コンデンサは、基板の第２主面と対向する第３端部とその反対側の第４端部とを含む。カバー部材の対向壁は、軸方向の直交方向に平滑コンデンサと対向するように配置されており、平滑コンデンサの第４端部よりも基板の第２主面に近い位置で半導体チップと熱的に接続されている。そして、カバー部材は、対向壁とモータハウジングとを熱的に接続させる接続部を含み、これによって、半導体チップは、当該カバー部材を介してモータハウジングに熱的に接続されている。

したがって、基板の第２主面に半導体チップおよび平滑コンデンサが接合された構成において、半導体チップで生じた熱がモータハウジングに伝わるまでの経路の距離を小さくしつつ、カバー部材を介して半導体チップで生じた熱を比較的大きな熱容量を有するモータハウジングに良好に伝達させることができる。その結果、半導体チップの温度上昇を良好に抑制できるから、駆動ユニットでの温度上昇を良好に抑制できる機電一体型モータユニットを提供できる。

請求項２に記載の発明では、モータハウジングと基板の第１主面との間に、複数の電子部品とモータハウジングとを熱的に接続させる放熱器が設けられている。これにより、複数の電子部品で生じた熱を、放熱器を介してモータハウジングに伝達させることができると共に、半導体チップで生じた熱も放熱器を介してモータハウジングに伝達させることができる。よって、駆動ユニットの温度上昇をより一層良好に抑制できる。

請求項３に記載の発明のように、カバー部材と放熱器とを接続させることによって、カバー部材および放熱器とによって半導体チップで生じた熱をモータハウジングに良好に伝達させることができる。
請求項４に記載の発明のように、基板の第２主面において、モータの軸線を基準として平滑コンデンサよりも径方向外側に半導体チップを接合することによって、半導体チップで生じた熱がモータハウジングに伝わるまでの経路の距離をより一層小さくできる。

請求項５に記載の発明のように、カバー部材の対向壁に開口された貫通孔を設けることによって、平滑コンデンサの大きさや形状に依らずに、軸方向における平滑コンデンサの第３端部と第４端部との間の位置に、カバー部材の対向壁を配置させることができる。
請求項６に記載の発明のように、貫通孔を閉塞する閉塞部材を設けることによって、貫通孔から露出する平滑コンデンサを良好に保護できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る機電一体型モータユニットの断面図である。 図２は、図１に示す駆動ユニット用のハウジングを上側から見た分解斜視図である。 図３は、図２に示す駆動ユニット用のハウジングを下側から見た分解斜視図である。 図４は、駆動ユニットの電気的構造を示す電気回路図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る機電一体型モータユニット１の断面図である。図２は、図１に示す駆動ユニット５用のハウジング８を上側から見た分解斜視図である。図３は、図２に示す駆動ユニット用のハウジングを下側から見た分解斜視図である。
本実施形態に係る機電一体型モータユニット１は、たとえば車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれるものであり、金属製のモータハウジング２ａを有するモータ２と、当該モータ２の軸方向に対向するようにモータハウジング２ａの外側に配置されたモータ制御装置３とを備えている。モータ２は、本実施形態では三相ブラシレスモータである。モータ制御装置３は、モータ２を駆動制御するための駆動回路４を含む駆動ユニット５と、駆動ユニット５を収容する金属製のカバー部材６と、モータハウジング２ａおよび駆動ユニット５の間に配置された金属製の放熱器７とを含む。

本実施形態では、放熱器７は、カバー部材６と連結されることによって、当該カバー部材６と共に駆動ユニット５を収容する駆動ユニット５用のハウジング８を構成している。したがって、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１は、モータハウジング２ａと、駆動ユニット５を収容するハウジング８とがモータ２の軸方向に連結された構成を有している。

モータハウジング２ａは、円板状の底壁９と、底壁９の周縁から軸方向に立設され、当該底壁９の反対側に開口部１０を有する円筒状の側壁１１と、開口部１０を閉塞するように側壁１１の端部に連結された上壁１２とを有しており、これら底壁９、側壁１１および上壁１２によって内部空間１３が区画されている。
モータハウジング２ａの内部空間１３において、底壁９の中央部には、第１軸受１４を保持するための第１軸受保持部１５が設けられている。第１軸受保持部１５は、本実施形態では、略円形状に一段窪んだ凹所であり、第１軸受１４は、第１軸受保持部１５内に配置されている。この第１軸受保持部１５の底面中央部には、底壁９を貫通する第１貫通孔１６が形成されている。

また、モータハウジング２ａの内部空間１３において、上壁１２の中央部には、第２軸受１７を保持するための第２軸受保持部１８が設けられている。第２軸受保持部１８は、本実施形態では、略円形状に一段窪んだ凹所であり、第２軸受１７は、第２軸受保持部１８内に配置されている。この第２軸受保持部１８の底面中央部には、上壁１２を貫通する第２貫通孔１９が形成されている。

モータハウジング２ａの内部空間１３には、円筒状のステータ２０と、ステータ２０の径方向内側に配置されたロータ２１と、ロータ２１の中央部を貫通するように当該ロータ２１に取り付けられたモータシャフト２２とが配置されている。
ステータ２０は、モータハウジング２ａの側壁１１の内周面に固定されている。ステータ２０は、モータハウジング２ａの側壁１１の内周面から径方向内側に向って延設された複数のステータティース２３と、複数のステータティース２３に巻回された巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗとを有している。巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗは、図４において詳述するように、モータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するＵ相巻線２４Ｕ、Ｖ相巻線２４ＶおよびＷ相巻線２４Ｗを含む。なお、図１では、各相の巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４ＷのうちのＵ相巻線２４ＵおよびＶ相巻線２４Ｖが示されている。各相の巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端は、モータハウジング２ａの上壁１２に選択的に設けられた第１巻線挿通孔２５を介して、駆動ユニット５側に引き出されている。

ロータ２１は、円柱状のロータコア２６と、ロータコア２６の外周に固定され、ロータコア２６の周方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に着磁されたリング状の永久磁石２７とを含む。軸方向から見て、ロータコア２６の中央部には、モータシャフト２２が挿通されるシャフト挿通孔２８が形成されている。
モータシャフト２２は、ロータコア２６に形成されたシャフト挿通孔２８に挿通されて固定されていると共に、モータハウジング２ａの底壁９に設けられた第１軸受１４と、モータハウジング２ａの上壁１２に設けられた第２軸受１７とによって軸支されている。前述のロータ２１は、モータハウジング２ａ内において、モータシャフト２２によって回転自在に支持されている。

また、モータシャフト２２は、底壁９に設けられた第１貫通孔１６を貫通してモータハウジング２ａの外側に突出する先端部２９と、上壁１２に設けられた第２貫通孔１９を貫通してモータハウジング２ａの外側に突出する基端部３０とを有している。モータシャフト２２の先端部２９には、連結部材３１が取り付けられている。連結部材３１は、外部の機構に連結されることによって、モータ２の回転駆動力を当該外部の機構に伝達する。外部の機構としては、電動パワーステアリング装置用の減速機を例示できる。モータシャフト２２の基端部３０には、モータ２の回転角を検出するための永久磁石３２が取り付けられている。

駆動回路４を含む駆動ユニット５は、軸方向にモータハウジング２ａと対向する第１主面３３とその反対側の第２主面３４とを有する円板状の基板３５を含む。基板３５は、たとえば多層配線基板であり、複数の絶縁層と、複数の配線層と、絶縁層を挟んで上下に配置された配線層を電気的に接続するビアとを有している。基板３５の第１主面３３および第２主面３４のそれぞれには、配線が選択的に引き回されており、駆動回路４を構成する複数の電子部品が基板３５の第１主面３３および第２主面３４の両方に接合可能とされている。以下、図４を参照して、駆動ユニット５の電気的構造について説明する。図４は、駆動ユニット５の電気的構造を示す電気回路図である。

図４を参照して、駆動ユニット５は、本実施形態では、電源Ｖｃに並列接続された二系統の駆動回路４を有している。以下では、二系統の駆動回路４のうちの一方（図４の紙面上側）の駆動回路４を第１駆動回路４Ａといい、他方（図４の紙面下側）の駆動回路４を第２駆動回路４Ｂという。第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂは、いずれも同様の構成を有している。図４では、第１駆動回路４Ａの構成について説明し、第２駆動回路４Ｂにおいて第１駆動回路４Ａと対応する構成については、当該第１駆動回路４Ａの構成と同一の参照符号を付して説明を省略する。

第１駆動回路４Ａは、当該第１駆動回路４の一部を構成する複数の電子部品として、複数のスイッチング素子の一例としての複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）Ｔｒ１〜Ｔｒ６を含む半導体チップＣＨと、平滑コンデンサＣと、電源リレーＳｗｖと、複数のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、複数のモータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３とを含む。

半導体チップＣＨは、電源Ｖｃの両電極間に接続されている。半導体チップＣＨに含まれる複数の電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、Ｕ相用のハイサイドの第１電界効果トランジスタＴｒ１と、それに直列接続されたＵ相用のローサイドの第２電界効果トランジスタＴｒ２と、Ｖ相用のハイサイドの第３電界効果トランジスタＴｒ３と、それに直列接続されたＶ相用のローサイドの第４電界効果トランジスタＴｒ４と、Ｗ相用のハイサイドの第５電界効果トランジスタＴｒ５と、それに直列接続されたＷ相用のローサイドの第６電界効果トランジスタＴｒ６とを含む。

各電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極とを有している。各電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６において、ドレイン電極およびソース電極間には、ボディダイオードＤ１〜Ｄ６が逆バイアス接続されている。
第１、第３および第５電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のドレイン電極は、電源Ｖｃの正極側電極に接続されている。第１、第３および第５電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のソース電極は、それぞれ第２、第４および第６電界効果トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のドレイン電極に接続されている。第２、第４および第６電界効果トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のソース電極は、電源Ｖｃの負極側電極に接続されている。

第１電界効果トランジスタＴｒ１と第２電界効果トランジスタＴｒ２との接続点は、モータ２のＵ相巻線２４Ｕに電気的に接続されている。第３電界効果トランジスタＴｒ３と第４電界効果トランジスタＴｒ４との接続点は、モータ２のＶ相巻線２４Ｖに電気的に接続されている。第５電界効果トランジスタＴｒ５と第６電界効果トランジスタＴｒ６との接続点は、モータ２のＷ相巻線２４Ｗに電気的に接続されている。

平滑コンデンサＣは、半導体チップＣＨと並列接続されるように電源Ｖｃの両電極間に接続されている。平滑コンデンサＣは、電源Ｖｃから供給される電圧を平滑化して半導体チップＣＨ（半導体チップＣＨに含まれる複数の電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６）に供給する。なお、本実施形態では、第１駆動回路４Ａは、後述するように３個の平滑コンデンサＣを有しているが、図４では、説明の便宜上、１個の平滑コンデンサＣのみを示している。

電源リレーＳｗｖは、電源Ｖｃと平滑コンデンサＣとの間に接続されており、本実施形態では、第７および第８電界効果トランジスタＴｒ７、Ｔｒ８によって構成されている。各電界効果トランジスタＴｒ７、Ｔｒ８は、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極とを有している。各電界効果トランジスタＴｒ７、Ｔｒ８において、ドレイン電極およびソース電極間には、ボディダイオードＤ７，Ｄ８が逆バイアス接続されている。

電源リレーＳｗｖにおいて、各電界効果トランジスタＴｒ７、Ｔｒ８は、ボディダイオードＤ７，Ｄ８の極性方向が互いに逆向きとなる態様で直列接続されている。本実施形態では、各ボディダイオードＤ７，Ｄ８のカソード同士が接続されるように、各電界効果トランジスタＴｒ７、Ｔｒ８のドレイン電極同士が接続されている。
複数のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、各相の巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れ込む電流を個別的に検出するための素子である。複数のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、第１および第２電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２間の接続点とＵ相巻線２４Ｕとの間に接続された第１シャント抵抗Ｒ１と、第３および第４電界効果トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４間の接続点とＶ相巻線２４Ｖとの間に接続された第２シャント抵抗Ｒ２と、第５および第６電界効果トランジスタＴｒ５，Ｔｒ６間の接続点とＷ相巻線２４Ｗとの間に接続された第３シャント抵抗Ｒ３とを含む。

複数のモータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３は、シャント抵抗Ｒ１とＵ相巻線２４Ｕとの間に接続された第１モータリレーＳｗｍ１と、シャント抵抗Ｒ２とＶ相巻線２４Ｖとの間に接続された第２モータリレーＳｗｍ２と、シャント抵抗Ｒ３とＷ相巻線２４Ｗとの間に接続された第３モータリレーＳｗｍ３とを含む。各モータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３は、本実施形態では、第９〜第１１電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１によって構成されており、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極とを有している。各電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１において、ドレイン電極およびソース電極間には、ボディダイオードＤ９〜Ｄ１１が逆バイアス接続されている。

なお、電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ１１の各ゲート電極および各シャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、基板３５の第１主面３３または第２主面３４に接合されたマイクロコンピュータ（図示せず）等に制御対象として接続されていてもよい。
図１〜図３を参照して、第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の各半導体チップＣＨは、本実施形態では、いずれも直方体形状に形成されており、基板３５の第２主面３４に接合されている。第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の各半導体チップＣＨは、軸方向において基板３５の第２主面３４と対向する第１端部３６と、第１端部３６とは反対側に位置する第２端部３７とを有している。

各半導体チップＣＨは、本実施形態では、第１端部３６が各電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のソース電極、ドレイン電極およびゲート電極が設けられた所謂横型の半導体チップである。各半導体チップＣＨは、第１端部３６側に設けられた複数の電極が金属製の接合材（たとえば半田）を介して基板３５の第２主面３４に形成された配線と接合されることによって、当該基板３５と接合されている。一方、各半導体チップＣＨの第２端部３７は、いずれの電極も形成されていない非電極面からなり、当該半導体チップＣＨの本体を構成する半導体基板によって形成されている。半導体基板は、たとえばＳｉ系基板であってもよいし、ＧａＮ系基板であってもよい。

第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の各平滑コンデンサＣは、半導体チップＣＨと隣接するように基板３５の第２主面３４に接合されている。より具体的には、本実施形態では、半導体チップＣＨは、モータ２の軸線を基準とすると、平滑コンデンサＣよりも径方向外側に接合されている。さらに具体的には、半導体チップＣＨは、基板３５の第２主面３４の周縁部に接合されており、平滑コンデンサＣは、基板３５の第２主面３４の中央部に接合されている。

本実施形態では、３個の第１駆動回路４Ａ用の平滑コンデンサＣと、３個の第２駆動回路４Ｂ用の平滑コンデンサＣとが、基板３５の第２主面３４の中央部に接合されている。軸方向から見て、第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の平滑コンデンサＣは、基板３５の第２主面３４の中央部に所定の接続態様で行列状に接合されている。図４では、３個の第１駆動回路４Ａ用の平滑コンデンサＣを「Ｃ１〜Ｃ３」の符号を付して示しており、３個の第２駆動回路４Ｂ用の平滑コンデンサＣを「Ｃ４〜Ｃ６」の符号を付して示している。なお、第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂにおいて、平滑コンデンサＣの個数は、当該平滑コンデンサＣの容量値やモータ２の駆動に要求される電圧値等に応じて適宜変更可能であり、３個に限定されるものではない。

第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の各平滑コンデンサＣは、本実施形態では半導体チップＣＨの高さよりも大きい高さを有する円柱状の電界コンデンサであり、軸方向において基板３５の第２主面３４に対向する第３端部３８と、第３端部３８とは反対側に位置する第４端部３９とを有している。第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の各平滑コンデンサＣの第４端部３９は、いずれも軸方向において半導体チップＣＨの第２端部３７よりも基板３５の第２主面３４から離れた位置に位置している。各平滑コンデンサＣは、第３端部３８側に設けられた複数の電極が金属製の接合材（たとえば半田）を介して基板３５の第２主面３４に形成された配線と接合されることによって、当該基板３５と接合されている。

図３を参照して、基板３５の第１主面３３の周縁部には、第１駆動回路４Ａの電源リレーＳｗｖを構成する第７および第８電界効果トランジスタＴｒ７，Ｔｒ８、ならびに、第２駆動回路４Ｂの電源リレーＳｗｖを構成する第７および第８電界効果トランジスタＴｒ７，Ｔｒ８が所定の接続態様で一纏まりとなって接合された第１接合領域４０が設定されている。

また、基板３５の第１主面３３の周縁部には、第１駆動回路４Ａ用の各シャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３および各モータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３（第９〜第１１電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１）が所定の接続態様で一纏まりとなって接合された第２接合領域４１が設定されている。本実施形態では、第２接合領域４１は、第１接合領域４０に対して基板３５の周方向一方側に角度位置が略９０度ずれた位置に設定されている。

また、基板３５の第１主面３３の周縁部には、第２駆動回路４Ｂ用の各シャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３および各モータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３（第９〜第１１電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１）が所定の接続態様で一纏まりとなって接合された第３接合領域４２が設定されている。本実施形態では、第３接合領域４２は、第１接合領域４０に対して基板３５の周方向他方側に角度位置が略９０度ずれた位置に設定されている。

さらに、基板３５の第１主面３３の中央部には、各接合領域４０，４１，４２から間隔を空けて磁気センサ４３が所定の接続態様で接合されている。磁気センサ４３は、モータシャフト２２の基端部３０に取り付けられた永久磁石３２と対向する位置に接合されており、モータシャフト２２の回転に伴って変動する永久磁石３２からの磁界（磁束）を検出する。

図１〜図３を参照して、カバー部材６は、軸方向に基板３５の第２主面３４に対向し、かつ平滑コンデンサＣが貫通する矩形状の貫通孔４４がその中央部に形成された円板状の底壁部４５（対向壁）と、基板３５の外側において底壁部４５の外周縁からモータハウジング２ａ側に向けて延びる円筒状の側壁部４６（接続部）と、平滑コンデンサＣを覆うように貫通孔４４を閉塞する閉塞部５０（閉塞部材）とを含む。

カバー部材６の底壁部４５は、軸方向の直交方向に平滑コンデンサＣと対向するように配置されている。より具体的には、カバー部材６の底壁部４５は、基板３５の第２主面３４に対向する内壁面４５ａとその反対側の外壁面４５ｂとを有しており、少なくとも内壁面４５ａが、軸方向における各平滑コンデンサＣの第３端部３８と第４端部３９との間に位置するように構成されている。本実施形態では、カバー部材６の底壁部４５は、内壁面４５ａおよび外壁面４５ｂの両方が、軸方向における各平滑コンデンサＣの第３端部３８と第４端部３９との間に位置するように構成されている。カバー部材６の底壁部４５は、軸方向における各平滑コンデンサＣの第３端部３８と第４端部３９との間において、第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の各半導体チップＣＨに熱的に接続されている。

本実施形態では、第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の各半導体チップＣＨの第２端部３７に板状またはブロック状の金属製（たとえば銅製）のヒートスプレッダ４７が金属製の接合材４８（たとえば半田）を介して接合されている。そして、カバー部材６の底壁部４５は、たとえばシリコーン、金属またはセラミックを含む第１放熱シート４９を介してヒートスプレッダ４７に熱的に接続されている。このようにして、カバー部材６の底壁部４５が、第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂ用の各半導体チップＣＨに熱的に接続されている。

カバー部材６の側壁部４６は、放熱器７に連結されており、当該放熱器７を介してモータハウジング２ａに熱的に接続されている。したがって、各半導体チップＣＨで生じた熱は、接合材４８、ヒートスプレッダ４７、第１放熱シート４９およびカバー部材６を介してモータハウジング２ａに伝達される。なお、第１放熱シート４９に代えて、シリコーン、金属またはセラミックを含む放熱グリスや金属ペーストが採用されてもよい。

カバー部材６の閉塞部５０は、平面視矩形状の底壁部５０Ａと、底壁部５０Ａの外周縁からモータハウジング２ａ側に向けて延び、当該底壁部５０Ａと、貫通孔４４を区画する底壁部４５の縁部とを連結する角筒状の側壁部５０Ｂとを含む。本実施形態では、閉塞部５０がカバー部材６の底壁部４５と一体的に形成されている例を示しているが、閉塞部５０は、カバー部材６とは別体とされていてもよい。

モータハウジング２ａと駆動ユニット５との間に設けられた放熱器７は、モータハウジング２ａの上壁１２と基板３５の第１主面３３との間において、複数のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３、複数の電源リレーＳｗｖ（第７および第８電界効果トランジスタＴｒ７、Ｔｒ８）および複数のモータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３（第９〜第１１電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１）のそれぞれと、モータハウジング２ａとを熱的に接続させている。

より具体的には、図２および図３を参照して、放熱器７は、モータシャフト２２の基端部３０が貫通する貫通孔５１をその中央部に有する円板状の板状部５２と、板状部５２の周縁から軸方向に沿って駆動ユニット５側に延びる第１筒状部５３と、板状部５２の周縁から軸方向に沿ってモータハウジング２ａ側に延びる第２筒状部５４とを有している。放熱器７の第１筒状部５３および第２筒状部５４は、当該放熱器７の外壁を構成している。

放熱器７の板状部５２は、基板３５の第１主面３３と対向する対向面５５と、その反対の非対向面５６とを含む。放熱器７の板状部５２は、対向面５５において、基板３５の第１主面３３の第１接合領域４０側に向けて突出した第１凸部５７と、基板３５の第１主面３３の第２接合領域４１側に向けて突出した第２凸部５８と、基板３５の第１主面３３の第３接合領域４２側に向けて突出した第３凸部５９とを有している。第１〜第３凸部５７，５８，５９は、本実施形態では、いずれも軸方向から見て矩形状に形成されている。

板状部５２の第１凸部５７は、第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂの各電源リレーＳｗｖを構成する第７および第８電界効果トランジスタＴｒ７，Ｔｒ８と対向しており、たとえばシリコーン、金属またはセラミックを含む第２放熱シート６０を介してこれらと熱的に接続されている。なお、第２放熱シート６０に代えて、シリコーン、金属またはセラミックを含む放熱グリスや金属ペーストが採用されてもよい。

板状部５２の第２凸部５８は、第１駆動回路４Ａの各シャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３および各モータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３（第９〜第１１電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１）と対向しており、たとえばシリコーン、金属またはセラミックを含む第３放熱シート６１を介してこれらと熱的に接続されている。なお、第３放熱シート６１に代えて、シリコーン、金属またはセラミックを含む放熱グリスや金属ペーストが採用されてもよい。

板状部５２の第３凸部５９は、第２駆動回路４Ｂの各シャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３および各モータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３（第９〜第１１電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１）と対向しており、たとえばシリコーン、金属またはセラミックを含む第４放熱シート６２を介してこれらと熱的に接続されている。なお、第４放熱シート６２に代えて、シリコーン、金属またはセラミックを含む放熱グリスや金属ペーストが採用されてもよい。

図２を参照して、前述の基板３５は、第１ボルト６３によって放熱器７の板状部５２に固定されている。より具体的には、基板３５の周縁部には、当該基板３５の周方向に沿って複数（本実施形態では３つ）の第１ボルト挿通孔６４が設けられている。一方、放熱器７の板状部５２の周縁部には、各第１ボルト挿通孔６４と整合する位置に第２ボルト挿通孔６５が設けられている。各第１ボルト挿通孔６４およびそれに対応する第２ボルト挿通孔６５に、基板３５側から放熱器７側に向けて第１ボルト６３が挿通されている。このようにして、基板３５が放熱器７に固定されている。

また、前述のカバー部材６は、第２ボルト６６によって放熱器７の第１筒状部５３に固定されている。より具体的には、前述のカバー部材６の側壁部４６には、当該カバー部材６の径方向外側に向かって延設された複数（本実施形態では３つ）の第１延設部６７が設けられている。各第１延設部６７には、第３ボルト挿通孔６８が設けられている。一方、放熱器７の第１筒状部５３および第２筒状部５４によって形成される外壁には、各第１延設部６７に整合する位置に当該放熱器７の径方向外側に向かって延設された第２延設部６９が設けられている。各第２延設部６９において、各第３ボルト挿通孔６８に整合する位置には、第４ボルト挿通孔７０が設けられている。

各第３ボルト挿通孔６８およびそれに対応する第４ボルト挿通孔７０に、カバー部材６側から放熱器７側に向かって第２ボルト６６が挿通されている。このようにして、カバー部材６が放熱器７に固定されて、カバー部材６と放熱器７とによって、駆動ユニット５用のハウジング８が構成されている。
放熱器７の第２筒状部５４は、モータハウジング２ａに外嵌されている。これにより、放熱器７が、モータハウジング２ａに取り付けられている。放熱器７は、モータハウジング２ａに取り付けられた状態において、板状部５２の非対向面５６がモータハウジング２ａの上壁１２に接する構成とされている。このようにして、放熱器７とモータハウジング２ａとが機械的および熱的に接続されていると共に、カバー部材６が、放熱器７を介してモータハウジング２ａに機械的および熱的に接続されている。

図１を再度参照して、放熱器７の板状部５２には、各相の巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端が挿通される第２巻線挿通孔７１が選択的に形成されている。各相の巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端は、板状部５２に形成された第２巻線挿通孔７１を介して駆動ユニット５側に引き出されている。
また、基板３５の周縁部には、各相の巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端が挿通される第３巻線挿通孔７２が選択的に形成されている。各相の巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端は、基板３５の周縁部に形成された第３巻線挿通孔７２を介して基板３５の第２主面３４側に引き出されている。各相の巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端は、基板３５の第１主面３３側または第２主面３４側において第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂと電気的に接続されている。

以上、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１では、モータハウジング２ａに対向する第１主面３３とその反対側の第２主面３４を有する基板３５の第２主面３４に、半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣが接合されている。半導体チップＣＨは、基板３５の第２主面３４と対向する第１端部３６とその反対側の第２端部３７とを含み、平滑コンデンサＣは、基板３５の第２主面３４と対向する第３端部３８とその反対側の第４端部３９とを含む。

カバー部材６の底壁部４５は、軸方向の直交方向に平滑コンデンサＣと対向するように配置されており、平滑コンデンサＣの第４端部３９よりも基板３５の第２主面３４に近い位置で半導体チップＣＨと熱的に接続されている。そして、カバー部材６は、底壁部４５とモータハウジング２ａとを熱的に接続させる側壁部４６を含み、これによって、半導体チップＣＨは、当該カバー部材６を介してモータハウジング２ａに熱的に接続されている。

したがって、基板３５の第２主面３４に半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣが接合された構成において、半導体チップＣＨで生じた熱がモータハウジング２ａに伝わるまでの経路の距離を小さくしつつ、半導体チップＣＨで生じた熱を、カバー部材６を介して比較的大きな熱容量を有するモータハウジング２ａに良好に伝達させることができる。
特に、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１では、半導体チップＣＨが基板３５の第２主面３４の周縁部に接合され、平滑コンデンサＣが基板３５の第２主面３４の中央部に接合されている。したがって、半導体チップＣＨで生じた熱がモータハウジング２ａに伝わるまでの経路の距離をより一層小さくできるから、半導体チップＣＨで生じた熱をモータハウジング２ａに良好に伝達させることができる。その結果、半導体チップＣＨの温度上昇を良好に抑制できるから、駆動ユニット５での温度上昇を良好に抑制できる機電一体型モータユニット１を提供できる。

また、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１によれば、モータハウジング２ａと基板３５の第１主面３３との間に、複数の電源リレーＳｗｖ（第７および第８電界効果トランジスタＴｒ７，Ｔｒ８）、複数のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３および複数のモータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３（第９〜第１１電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１）のそれぞれと、モータハウジング２ａとを熱的に接続させる放熱器７が設けられている。

これにより、複数の電源リレーＳｗｖ（第７および第８電界効果トランジスタＴｒ７，Ｔｒ８）、複数のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３および複数のモータリレーＳｗｍ１〜Ｓｗｍ３（第９〜第１１電界効果トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１１）のそれぞれにおいて生じた熱を、放熱器７を介してモータハウジング２ａに伝達させることができると共に、半導体チップＣＨで生じた熱も放熱器７を介してモータハウジング２ａに伝達させることができる。

しかも、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１では、カバー部材６と放熱器７とが機械的および熱的に接続されている。したがって、カバー部材６および放熱器７によって、半導体チップＣＨで生じた熱をモータハウジング２ａに良好に伝達させることができる。よって、駆動ユニット５の温度上昇をより一層良好に抑制できる。
また、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１では、カバー部材６の底壁部４５に平滑コンデンサＣが貫通する貫通孔４４が設けられている。これにより、平滑コンデンサＣの大きさや形状に依らずに、軸方向における平滑コンデンサＣの第３端部３８と第４端部３９との間の位置に、カバー部材６の底壁部４５を配置させることができる。また、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１では、貫通孔４４を閉塞する閉塞部５０がカバー部材６の底壁部４５に設けられている。これにより、貫通孔４４から露出する平滑コンデンサＣを良好に保護できる。

また、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１では、基板３５の第２主面３４に半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣが接合されている。したがって、半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣが、基板３５の異なる面に接合されている場合や、半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣが、互いに異なる部材に接合されている場合に比べて、これらの間の配線経路を小さくできる。これにより、半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣ間のインダクタンス成分の低減を良好に図ることができる。

また、本実施形態に係る機電一体型モータユニット１では、基板３５の第２主面３４に半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣが接合されているのに加えて、当該基板３５の第１主面３３に、第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂの一部を構成する複数の電子部品が接合されている。このように、基板３５の第１主面３３側の領域を利用することにより、半導体チップＣＨおよび平滑コンデンサＣ以外の電子部品を接合するために別の基板を使用しなくて済むから、部品点数を削減できる。これにより、機電一体型モータユニット１の小型化を図ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、駆動ユニット５が第１および第２駆動回路４Ａ，４Ｂの二系統を含む構成とされた例について説明したが、駆動ユニット５は一系統からなる駆動回路４のみを含む構成とされていてもよい。

また、前述の実施形態では、１つの半導体チップＣＨが複数の電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を含む例について説明したが、１つの電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を含む１つの半導体チップＣＨが基板３５の第２主面３４に複数接合された構成が採用されてもよい。
また、前述の実施形態では、半導体チップＣＨが複数のスイッチング素子の一例として電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を含む例について説明した。しかし、半導体チップＣＨは、電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に代えて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）を含んでいてもよいし、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ：Bipolar Junction Transistor）を含んでいてもよい。

また、前述の実施形態において、放熱器７の板状部５２に形成された第１〜第３凸部５７，５８，５９に代えて、当該放熱器７とは別体とされた金属製（たとえば銅製）のブロック状または板状のヒートスプレッダが設けられていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…機電一体型モータユニット、２…モータ、３…モータハウジング、４，４Ａ，４Ｂ…駆動回路、５…駆動ユニット、６…カバー部材、７…放熱器、８…駆動ユニット用のハウジング、３３…基板の第１主面、３４…基板の第２主面、３５…基板、３６…半導体チップの第１端部、３７…半導体チップの第２端部、３８…平滑コンデンサの第３端部、３９…平滑コンデンサの第４端部、４４…対向壁の貫通孔、４５…カバー部材の底壁部、４６…カバー部材の側壁部、５０…閉塞部材、Ｃ…平滑コンデンサ、ＣＨ…半導体チップ、Ｒ１〜Ｒ３…シャント抵抗、Ｓｗｖ…電源リレー、Ｓｗｍ１〜Ｓｗｍ３…モータリレー、Ｔｒ１〜Ｔｒ１１…電界効果トランジスタ

Claims (6)

1. 金属製のモータハウジングを有するモータと、前記モータと軸方向に対向するように前記モータハウジングの外側に配置されたモータ制御装置であって、前記モータを駆動制御するための駆動回路を含む駆動ユニットと、前記駆動ユニットを収容する金属製のカバー部材とを含むモータ制御装置とを備えた機電一体型モータユニットであって、
   前記駆動ユニットは、
   前記モータハウジングと対向する第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する基板と、
   前記基板の前記第２主面に接合され、前記駆動回路の一部を構成するスイッチング素子を含む半導体チップであって、前記軸方向において前記基板の前記第２主面に対向する第１端部と、前記第１端部とは反対側に位置する第２端部とを有する半導体チップと、
   前記基板の前記第２主面に接合され、前記駆動回路の一部を構成し、前記半導体チップに印加される電圧を平滑化するための平滑コンデンサであって、前記軸方向において前記基板の前記第２主面に対向する第３端部と、前記第３端部とは反対側に位置し、かつ、前記軸方向において前記半導体チップの前記第２端部よりも前記基板の前記第２主面から離れた位置に位置する第４端部とを有する平滑コンデンサとを含み、
   前記カバー部材は、
   前記軸方向に前記基板の前記第２主面に対向し、かつ、前記軸方向の直交方向に前記平滑コンデンサと対向するように配置され、前記軸方向における前記平滑コンデンサの前記第３端部と前記第４端部との間の位置において前記半導体チップに熱的に接続される対向壁と、
   前記軸方向から見て前記基板の周縁よりも外側に配置され、前記対向壁の周縁から前記モータハウジング側に向けて延び、前記対向壁と前記モータハウジングとを熱的に接続させる接続部とを含む、機電一体型モータユニット。
2. 前記モータハウジングと前記駆動ユニットとの間に配置された金属製の放熱器と、
   前記基板の前記第１主面に接合され、前記駆動回路の一部を構成する複数の電子部品とをさらに含み、
   前記放熱器は、前記モータハウジングと前記基板の前記第１主面との間において、前記複数の電子部品と前記モータハウジングとを熱的に接続させている、請求項１に記載の機電一体型モータユニット。
3. 前記放熱器は、前記カバー部材と連結されることによって、前記カバー部材と共に前記駆動ユニットを収容するハウジングを構成しており、
   前記カバー部材の前記接続部は、前記放熱器を介して前記モータハウジングに熱的に接続されている、請求項２に記載の機電一体型モータユニット。
4. 前記基板の前記第２主面において、前記半導体チップは、前記モータの軸線を基準とすると、前記平滑コンデンサよりも径方向外側に接合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の機電一体型モータユニット。
5. 前記カバー部材の前記対向壁には、前記平滑コンデンサが貫通する貫通孔が形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機電一体型モータユニット。
6. 前記平滑コンデンサを覆うように前記貫通孔を閉塞する閉塞部材をさらに含む、請求項５に記載の機電一体型モータユニット。

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