JP2022144211A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検出素子等の周辺素子を含めた駆動回路を構成する素子の基板占有面積を低減可能な電子装置を提供する。【解決手段】上下アームモジュール１４１～１４３は、上アーム素子１２１～１２３および下アーム素子１２４～１２７が１つのモジュールとなっている。リレーモジュール１４７～１４９は、モータリレー素子１２７～１２９が素子毎にモジュールとなっている。周辺素子は、シャント抵抗１３１～１３３、および、スナバ回路素子１３４～１３９の少なくとも一方を含む。基板３１には、上下アームモジュール１４１～１４３、モータリレーモジュール１４７～１４９、および、周辺部品が実装されている。周辺部品の一部であるシャント抵抗１３１～１３３およびスナバ回路素子１３７～１３９は、上下アーム素子１４１～１４３と出力端子１９１～１９３との間の領域にて、モータリレーモジュール１４７～１４９と横並びに配置されている。【選択図】 図７

Description

本発明は、電子装置に関する。

従来、機電一体型の電動駆動装置が知られている。例えば特許文献１では、電力変換回路を冗長化しており、正極側電源経路と負極側電源経路とを隣接して配設している。

特開２０１７－５５４８８号公報

特許文献１では、高電位側ＭＯＳＦＥＴ、低電位側ＭＯＳＦＥＴおよび相リレーＭＯＳＦＥＴをそれぞれが個別にパッケージされており、基板上にて駆動回路部の占有面積が大きい。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流検出素子等の周辺素子を含めた駆動回路を構成する素子の基板占有面積を低減可能な電子装置を提供することにある。

本発明の電子装置は、上下アームモジュール（１４１～１４３、２４１～２４３）と、リレーモジュール（１４７～１４９、２４７～２４９、３５１～３５７）と、周辺部品と、基板（３１）と、を備える。上下アームモジュールは、インバータ回路（１２０、２２０）を構成する同相の上アーム素子（１２１～１２３、２２１～２２３）および下アーム素子（１２４～１２６、２２４～２２６）が１つのモジュールとなっている。リレーモジュールは、上下アームモジュールと出力端子（１９１～１９３、２９１～２９３）との断接を切替可能なリレー素子（１２７～１２９、２２７～２２９）が素子毎にモジュールとなっている。周辺部品は、電流検出素子（１３１～１３３、２３１～２３３）、および、ノイズ除去素子（１３４～１３９、２３４～２３９）の少なくとも一方を含む。基板は、上下アームモジュール、リレーモジュール、および、周辺部品が実装される。

基板の同一面（３９１）において、基板中心線から外側に向かい、上下アームモジュール、リレーモジュール、出力端子の順で配列されており、少なくとも一部の周辺部品（１３１～１３３、１３７～１３９、２３１～２３３、２３７～２３９）は、上下アームモジュールと出力端子との間の領域にて、リレーモジュールと横並びに配置されている。これにより、インバータ回路および周辺回路の基板占有面積を低減することができる。

第１実施形態によるステアリングシステムを示す概略構成図である。 第１実施形態による駆動装置を示す側面図である。 図２のＩＩＩ方向矢視図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 第１実施形態によるカバーを外した状態のＥＣＵを示す側面図である。 第１実施形態による駆動装置の回路図である。 第１実施形態によるメイン基板のヒートシンク側の面を示す平面図である。 第１実施形態による上下アームモジュール、モータリレーモジュール、シャント抵抗、スナバ回路素子の配置を示す図である。 第１実施形態による部品の高さを説明する断面図である。 第２実施形態によるモータリレーモジュールを示す平面図である。 第３実施形態によるモータリレーモジュールを示す平面図である。 第４実施形態によるモータリレーモジュールを示す平面図である。 第５実施形態によるモータリレーモジュールを示す平面図である。 第６実施形態によるモータリレーモジュールを示す平面図である。 第７実施形態によるモータリレーモジュールを示す平面図である。 図１５のＸＶＩ方向矢視図である。 第８実施形態によるモータリレーモジュールを示す平面図である。 図１７のＸＶＩＩＩ方向矢視図である。 参考例による部品の高さを説明する断面図である。

以下、本発明による電子装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第１実施形態）
以下、電子装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。第１実施形態による電子制御装置を図１～図９に示す。

図１に示すように、駆動装置１は、モータ８０と、ＥＣＵ１０とを備え、車両のステアリング操作を補助するための操舵装置である電動パワーステアリング装置８に適用される。図１は、電動パワーステアリング装置８を備えるステアリングシステム９０の全体構成を示すものである。ステアリングシステム９０は、操舵部材であるステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、および、電動パワーステアリング装置８等を備える。

ステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２と接続される。ステアリングシャフト９２には、操舵トルクを検出するトルクセンサ９３が設けられる。トルクセンサ９３は、内部にて２系統化されており、それぞれの検出値は、対応するコネクタ１５６、２５６に入力される。ステアリングシャフト９２の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。ピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が連結される。

運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換される。一対の車輪９８は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に操舵される。

電動パワーステアリング装置８は、駆動装置１、および、モータ８０の回転を減速してラック軸９７に伝える動力伝達部としての減速ギア８９等を備える。本実施形態の電動パワーステアリング装置８は、所謂「ラックアシストタイプ」であるが、モータ８０の回転をステアリングシャフト９２に伝える所謂「コラムアシストタイプ」等としてもよい。

図２～図５に示すように、モータ８０は３相ブラシレスモータである。モータ８０は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、図示しないバッテリから電力が供給されることで駆動され、減速ギア８９を正逆回転させる。モータ８０は、第１モータ巻線１８０および第２モータ巻線２８０を有する。

以下、第１モータ巻線１８０の通電制御に係る構成の組み合わせを第１系統、第２モータ巻線２８０の通電制御に係る構成の組み合わせを第２系統とする。第１系統の構成を主に１００番台で付番し、第２系統Ｌ２の構成を主に２００番台で付番し、第１系統と第２系統とで実質的に同様の構成には下２桁が同じとなるように付番し、適宜説明を省略する。また、図中等適宜、第１系統Ｌ１に係る構成に添え字の「１」、第２系統Ｌ２に係る構成に添え字の「２」を付す。

駆動装置１は、モータ８０の軸方向の一方側にＥＣＵ１０が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」であるが、モータ８０とＥＣＵ１０とは別途に設けられていてもよい。ＥＣＵ１０は、モータ８０の出力軸とは反対側において、シャフト８７０の軸Ａｘに対して同軸に配置されている。ここで、「同軸」とは、例えば組み付けや設計に係る誤差やズレは許容されるものとする。なお、本実施形態の駆動装置１における「機電一体」とは、モータ８０に対し、例えば概ね直方体形状のＥＣＵを単に近接させて設けたものとは異なっている。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ＥＣＵ１０とモータ８０とを効率的に配置することができる。以下、モータ８０の軸方向を駆動装置１の軸方向とみなし、単に「軸方向」とする。

モータ８０は、モータケース８３０、モータフレーム８４０、ステータ８６０、および、ロータ８６５等を有する。ステータ８６０は、モータケース８３０に固定されており、モータ巻線１８０、２８０が巻回される。ロータ８６５は、ステータ８６０の径方向内側に設けられ、ステータ８６０に対して相対回転可能に設けられる。

シャフト８７０は、ロータ８６５に嵌入され、ロータ８６５と一体に回転する。シャフト８７０は、軸受８７１、８７２により、モータケース８３０およびモータフレーム８４０に回転可能に支持される。シャフト８７０のＥＣＵ１０側の端部は、モータフレーム８４０に形成される軸孔８４９に挿通され、ＥＣＵ１０側に露出する。シャフト８７０のＥＣＵ１０側の端部には、マグネット８７５が設けられる。

モータケース８３０は、底部８３１および筒部８３２からなる略有底筒状に形成され、開口側にＥＣＵ１０が設けられる。底部８３１には、軸受８７１が設けられる。筒部８３２には、ステータ８６０が固定される。

モータフレーム８４０は、フレーム部８４１、ヒートシンク８４５、および、コネクタ接続部８４６等を有し、例えばアルミ等の熱伝導性のよい材料で形成される。フレーム部８４１は、モータケース８３０の径方向内側に圧入されており、全体として、モータケース８３０の筒部８３２を軸方向に投影した投影領域（以下適宜、「モータシルエット」とする。）内に収まっている。フレーム部８４１の外周には、フランジ部８４２が形成され、筒部８３２の内壁に形成される段差部８３３と当接する。また、フレーム部８４１のヒートシンク８４５の外側には、拡張部材接続部８４３が形成される。

コネクタ接続部８４６は、モータ巻線１８０、２８０が取り出されない側のヒートシンク８４５の側面の略中央に立設されている。コネクタ接続部８４６の高さは、ヒートシンク８４５よりも高い。

ＥＣＵ１０は、メイン基板３１、サブ基板３２、パワー系接続部品１０１、２０１、信号系接続部品１０６、２０６、コネクタユニット５０、および、カバー６０等を有する。メイン基板３１は、ねじ等の締結部材３９９にてヒートシンク８４５に固定される。サブ基板３２は、コネクタユニット５０に固定される。基板３１、３２は、軸方向に投影したとき、ヒートシンク８４５より大きく、ヒートシンク８４５の外側まで延びて形成されている。

メイン基板３１のヒートシンク８４５側の面３９１には、インバータ回路を構成するスイッチング素子等が実装され、ヒートシンク８４５に放熱可能に設けられている。メイン基板３１のヒートシンク８４５と反対側の面には、アルミ電解コンデンサ等の部品が実装される。メイン基板３１における部品配置は後述する。

サブ基板３２には、フィルタ回路を構成するチョークコイルおよびコンデンサや、通信ドライバ等の部品が実装される。メイン基板３１とサブ基板３２とは、パワー系接続部品１０１、２０１、および、信号系接続部品１０６、２０６で接続される。パワー系接続部品１０１、２０１は、素子実装領域の外側にて横並びに配置される。信号系接続部品１０６、２０６は、素子実装領域の外側であって、パワー系接続部品１０１、２０１とは素子実装領域を挟んで反対側に横並びに配置される。

コネクタユニット５０は、ベース部５１、車両系コネクタ１５２、２５２、および、操舵系コネクタ１５６、２５６を有する。ベース部５１は、平面視略矩形に形成される。ベース部５１のモータ８０と反対側の面には、外縁に沿って溝部５１１が形成されている。また、ベース部５１には、固定部５１６が形成される。固定部５１６には、スルーボルト５１９が挿通され、モータフレーム８４０のコネクタ接続部８４６に螺着される。これにより、コネクタユニット５０がモータフレーム８４０に固定される。モータフレーム８４０のコネクタ接続部８４６とコネクタユニット５０の固定部５１６との軸方向における接続位置は、メイン基板３１とサブ基板３２との間である。

コネクタ１５２、１５６、２５２、２５６は、間口が軸方向外側を向いて形成されている。車両系コネクタ１５２、２５２は、車両電源およびグランドと接続されるパワー系コネクタと、ＣＡＮ（Controller Area Network）等である車両通信網９９（図１参照）と接続される通信系コネクタとが一体になった一体型のハイブリッドコネクタである。操舵系コネクタ１５６、２５６は、トルクセンサ９３と接続される。

カバー６０は、略有底筒状に形成され、内部に基板３１、３２およびヒートシンク８４５等を収容する。カバー６０の底部には、略矩形の孔部６１が形成される。孔部６１には、コネクタ１５２、１５６、２５２、２５６が挿通される。孔部６１は端部６１１が内側に折り曲げられている。端部６１１は、接着材等である接着部材が塗布されたコネクタユニット５０の溝部５１１に挿入される。これにより、コネクタユニット５０とカバー６０との間からの水滴や埃の侵入を防ぐことができる。

本実施形態では、車両系コネクタ１５２、２５２および操舵系コネクタ１５６、２５６の４つの間口を設けており、ベース部５１は、モータケース８３０の筒部８３２を軸方向に投影した投影領域からはみ出す。換言すると、コネクタユニット５０は、モータシルエットに収まっていない。

拡張部材７０は、基部７１、環状凸部７２、カバー挿入溝７３、および、固定部７４等を有し、樹脂等にて一体に形成される。拡張部材７０は、全体として環状に形成され、モータフレーム８４０のフレーム部８４１のＥＣＵ１０側であって、ヒートシンク８４５の径方向外側に配置される。換言すると、ヒートシンク８４５は、拡張部材７０の内周側にて、ＥＣＵ１０側に突出して形成されている。拡張部材７０の外縁の少なくとも一部は、モータシルエットよりも外側に位置している。

環状凸部７２は、基部７１のモータ８０側の面に内周面に沿って突出して設けられ、モータケース８３０の筒部８３２に挿入される。拡張部材７０のモータ８０と反対側の面には、カバー挿入溝７３が外縁に沿って形成される。カバー６０の開口側の端部は、接着材等である接着部材が塗布されたカバー挿入溝７３に挿入される。これにより、拡張部材７０とカバー６０との間からの水滴や埃等の侵入を防ぐことができる。固定部７４は、拡張部材７０の内周壁から径方向内側に突出して形成される。固定部７４には、カラーが挿入され、ねじ７９にてフレーム部８４１に固定される。

ここで、駆動装置１の回路構成を図６に示す。本実施形態では、第１系統Ｌ１の回路構成と第２系統Ｌ２の回路構成とが同じであるので、第１系統Ｌ１について説明し、第２系統Ｌ２に係る説明を適宜省略する。

インバータ回路１２０は、３相インバータであって、高電位側に接続される上アーム素子１２１～１２３、および、低電位側に接続される下アーム素子１２４～１２６がブリッジ接続されている。インバータ回路１２０の高電位側は、電源リレー素子１１１、１１２を経由してバッテリ等である電源と接続され、低電位側はグランドと接続される。

対になるＵ相の上アーム素子１２１と下アーム素子１２４との接続点は、モータリレー素子１２７およびモータ端子１９１を経由してＵ相巻線１８１の一端と接続される。対になるＶ相の上アーム素子１２２と下アーム素子１２５との接続点は、モータリレー素子１２８およびモータ端子１９２を経由してＶ相巻線１８２の一端と接続される。対になるＷ相の上アーム素子１２３と下アーム素子１２６との接続点は、モータリレー素子１２９およびモータ端子１９３を経由してＷ相巻線１８３の一端と接続される。巻線１８１～１８３の他端は、結線される。

下アーム素子１２４、１２５、１２６の低電位側には、モータ巻線１８０の各相の電流を検出する電流検出素子であるシャント抵抗１３１、１３２、１３３が設けられている。また、上アーム素子１２１～１２３および下アーム素子１２４～１２６には、ノイズ低減のためのスナバ回路素子１３４～１３９が並列に接続されている。スナバ回路素子１３４～１３９は、直列に接続されるコンデンサおよび抵抗から構成される。以下、図中等適宜、コンデンサと抵抗とを区別すべく、コンデンサに添え字の「ｃａ」を付し、抵抗に添え字の「ｒ」を付すと共にハッチングを記載した。

インバータ回路１２０には、電源リレー素子１１１、１１２を経由して電力が供給される。本実施形態では、上アーム素子１２１～１２３、下アーム素子１２４～１２６、モータリレー素子１２７～１２９および電源リレー素子１１１、１１２は、いずれもＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴやサイリスタ等であってもよい。電源リレー素子１１１、１１２は、寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように直列に接続される。これにより、バッテリが誤って逆向きに接続された場合に逆向きの電流が流れるのを防ぎ、ＥＣＵ１０を保護する。

図７は、メイン基板３１のヒートシンク８４５側の面３９１を示している。図７に示すように、電子装置３０は、メイン基板３１、および、メイン基板３１に実装される各種電子部品を有する。メイン基板３１には、上下アームモジュール１４１～１４３、２４１～２４３、リレーモジュール１４７～１４９、２４７～２４９、シャント抵抗１３１～１３３、および、スナバ回路素子１３４～１３９、２３４～２３９、電源リレーモジュール１６１、１６２、２６１、２６２、マイコン１７０、２７０、および、集積回路部品１７５、２７５等が実装されている。以下適宜、メイン基板３１を、適宜単に「基板」とする。図７では、端子が接続される孔部について、適宜対応する部材の符号を付した。また、図７では、基板３１について、締結部材３９９に係る孔部等の記載を省略し、円形で記載したが、基板形状は円形に限らず、異なっていてもよい。

本実施形態では、Ｕ相の上アーム素子１２１および下アーム素子１２４が上下アームモジュール１４１としてワンパッケージ化されている。同様に、Ｖ相の上アーム素子１２２および下アーム素子１２５が上下アームモジュール１４２としてワンパッケージ化されている。Ｗ相の上アーム素子１２３および下アーム素子１２６が上下アームモジュール１４３としてワンパッケージ化されている。

第２系統も同様に、Ｕ相の上アーム素子２２１および下アーム素子２２４が上下アームモジュール２４１としてワンパッケージ化されている。Ｖ相の上アーム素子２２２および下アーム素子２２５が上下アームモジュール２４２としてワンパッケージ化されている。Ｗ相の上アーム素子２２３および下アーム素子２２６が上下アームモジュール２４３としてワンパッケージ化されている。すなわち、上下アームモジュール１４１～１４３、２４１～２４３は、２つの素子がパッケージされた、所謂「２ｉｎ１モジュール」である。

モータリレーモジュール１４７～１４９、２４７～２４９は、モータリレー素子１２７～１２９、２２７～２２９が個別にパッケージ化されている、所謂「１ｉｎ１モジュール」である。また、電源リレー素子１１１、１１２は、モータリレーモジュール１４７と同様の１ｉｎ１モジュールであって、電源リレー素子１１１、１１２、２１１、２１２がパッケージされた半導体モジュールを電源リレーモジュール１６１、１６２、２６１、２６２とする。

スナバ回路素子１３４～１３９、２３４～２３９は、１つの上下アームモジュール１４１～１４３、２４１～２４３に対して、２組設けられている。上アーム素子１２１～１２３、２２１～２２３と並列に設けられるスナバ回路素子１３４～１３６、２３４～２３６は、上下アームモジュール１４１～１４３、２４１～２４３の基板中心線Ｃ側に配置される。下アーム素子１２４～１２６、２２４～２２６と並列に接続されるスナバ回路素子１３７～１３９、２３７～２３９は、上下アームモジュール１４１～１４３、２４１～２４３の基板中心線Ｃと反対側に配置される。

基板３１は、第１系統Ｌ１に係る部品が実装される第１系統領域ＲＬ１と、第２系統Ｌ２に係る部品が実装される第２系統領域ＲＬ２とに、基板中心線Ｃにて区画されている。ここで、基板中心線Ｃに直交する方向をｘ方向、基板中心線Ｃに沿う方向をｙ方向とする。また、ｙ方向において、パワー系接続部品１０１、２０１が設けられる側を「パワー端部」、信号系接続部品１０６、２０６が設けられる側を「制御端部」とする。

第１系統領域ＲＬ１において、パワー端部側から、パワー系接続部品１０１、電源リレーモジュール１６１、１６２、ＵＶＷ相に係る部品、マイコン１７０および集積回路部品１７５、信号系接続部品１０６が、この順で配列されている。同様に、第２系統領域ＲＬ２において、パワー端部側から、パワー系接続部品２０１、電源リレーモジュール２６１、２６２、ＵＶＷ相に係る部品、マイコン２７０および集積回路部品２７５、信号系接続部品２０６が、この順で配列されている。電源リレーモジュール１６１、１６２は、長手方向がｘ方向に沿うように、横並びに配置されている。

上下アームモジュール１４１～１４３は、基板中心線Ｃに概ね平行に配列されている。上下アームモジュール１４１～１４３、モータリレーモジュール１４７～１４９、モータ端子１９１～１９３は、基板中心線Ｃ側から、この順で配列されている。

各相の素子配置を図８に示す。図８では、モータリレーモジュール１４７について、内部構成を模式的に示しており、説明のため、封止部３１０を梨地で示した。後述の実施形態に係る図も同様である。第１系統におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相、および、第２系統におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相は、概ね同様の素子配置であるため、主に第１系統のＵ相を例に説明する。

上下アームモジュール１４１は、平面視略正方形形状に形成されている。モータリレーモジュール１４７は、長辺の長さが上下アームモジュール１４１の一辺の長さと概ね同等であり、短辺の長さが上下アームモジュール１４１の一辺の長さより短い平面視略長方形形状に形成されている。ここで、ｙ方向（すなわち紙面上下方向）を幅方向とすれば、モータリレーモジュール１４７は、幅狭に形成されている、といえる。

モータリレーモジュール１４７は、短辺側が上下アームモジュール１４１に向くように、上下アームモジュール１４１の基板外縁側に隣接して配置されている。本実施形態では、モータリレーモジュール１４７が上下アームモジュール１４１より幅狭に形成されているため、上下アームモジュール１４１をｘ方向に延長した領域であるモジュール実装領域Ｒｍにモータリレーモジュール１４７以外の部品を実装可能なスペースを確保可能である。

第１系統Ｌ１では、モジュール実装領域Ｒｍの基板外縁側において、パワー端部側から、モータリレーモジュール１４７、スナバ回路素子１３７、シャント抵抗１３１の順で配列されている。一方、第２系統Ｌ２では、モジュール実装領域Ｒｍの基板外縁側において、制御端部側から、モータリレーモジュール２４７、スナバ回路素子２３７、シャント抵抗２３１の順で配列されている（図７参照）。シャント抵抗１３１は、長手方向がｘ方向となるように配置されている。

スナバ回路素子１３４は、上下アームモジュール１４１の基板中心線Ｃ側であって、抵抗およびコンデンサの長手方向が上下アームモジュール１４１に向くように、ｙ方向に横並びで配置されている。第１系統Ｌ１では、スナバ回路素子１３４は、モジュール実装領域Ｒｍの基板中心線Ｃ側において、制御端部側から、抵抗、コンデンサの順で配列されている。第２系統Ｌ２では、スナバ回路素子２３４は、モジュール実装領域Ｒｍの基板中心線側において、パワー端部側から抵抗、コンデンサの順で配列されている（図７参照）。

スナバ回路素子１３７は、短手方向が上下アームモジュール１４１に向き、上下アームモジュール１４１側から、コンデンサ、抵抗の順で配列され、モータリレーモジュール１４７と隣接して配置されている。

モータリレーモジュール１４７は、ランド３０１、ドレイン３０２、ソース３０３、ゲート３０４、ドレイン端子３０５、ソース端子３０６、ゲート端子３０７および導電クリップ３０８等が、封止部３１０によりモールドされている。

モータリレーモジュール１４７には、一方の短辺に沿ってソース端子３０６が形成され、他方の短辺に沿ってドレイン端子３０５およびゲート端子３０７が形成されている。モータリレーモジュール１４７は、ソース端子３０６が上下アームモジュール１４１側、ドレイン端子３０５およびゲート端子３０７が基板外縁側を向くように配置されている。

ドレイン端子３０５は、ランド３０１と一体に形成されている。ソース３０３とソース端子３０６とは、導電クリップ３０８により接続されている。導電クリップ３０８は、例えば銅等の電気伝導性のよい材料で形成されており、ワイヤ３０９より幅広である。ゲート端子３０７は、ワイヤ３０９によりゲート３０４と接続されている。

本実施形態では、封止部３１０の一方の短辺にドレイン端子３０５およびゲート端子３０７が形成されており、他方の短辺にソース端子３０６が形成されている。ドレイン電極がチップ裏面に形成されているのに対し、ソース３０３はドレイン３０２より電極面積が小さい。そこで、ゲート端子３０７をドレイン端子３０５側に配置してソース端子数をドレイン端子数よりも多くなるようにするとともに、幅広の導電クリップ３０８にてソース３０３とソース端子３０６とを接続している。これにより、ソース側の抵抗を低減可能である。

封止部３１０は、平面視略長方形形状に形成されている。封止部３１０の長辺の長さは、短辺の１．５倍以上とすることが望ましい。短辺の長さが長辺の２／３以下、と捉えてもよい。封止部３１０には、上下アームモジュール１４１と同様、熱伝導率が比較的高い樹脂が用いられる。熱伝導率は、２．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。封止部３１０として熱伝導率が高い樹脂を用いることで、基板３１と反対側の面に露出させることで放熱させる表面電極を省略できるので、モータリレーモジュール１４７の体格を小型化可能である。

図１９の参考例に示すように、モータリレーモジュール９４７のモールド樹脂の熱伝導率が相対的に低く、表面電極９４８が設けられている場合、上下アームモジュール１４１よりも厚さが大きくなる。基板３１に実装されている素子の厚みに差があると、ヒートシンク９４５を素子に合わせた形状に形成する必要があり、加工が複雑になる。また、表面電極とヒートシンク９４５とを絶縁するため、モータリレーモジュール９４７とヒートシンク９４５との間に絶縁距離を確保する必要がある。

図９に示すように、本実施形態では、モータリレーモジュール１４７の封止部３１０として、上下アームモジュール１４１と同様に熱伝導率が高い樹脂を用い、封止部３１０から露出する表面電極を設けていない。これにより、上下アームモジュール１４１とモータリレーモジュール１４７の厚みを略同じとすることができる。

また、上下アームモジュール１４１およびモータリレーモジュール１４７と隣接して配置され、基板３１と反対への放熱が必要な発熱素子（本実施形態では、シャント抵抗１３１およびスナバ回路素子１３４、１３７）の厚さを、上下アームモジュール１４１およびモータリレーモジュール１４７よりも小さく形成している。

これにより、ヒートシンク８４５との絶縁距離を確保する必要がなく、ヒートシンク８４５の放熱面８４８の凹凸を少なくすることができるので、加工が容易になる。なお、図９は、基板３１のヒートシンク８４５側の面における各素子の実装高さを説明するための図であって、実際の配置とは必ずしも一致していない。また、図９および図１９において、煩雑になることを避けるため、各素子のハッチングを省略した。

以上説明したように、電子装置３０は、上下アームモジュール１４１～１４３、２４１～２４３と、リレーモジュール１４７～１４９、２４７～２４９と、周辺部品と、基板３１と、を備える。以下、第１系統Ｌ１について説明し、第２系統Ｌ２について省略する。

上下アームモジュール１４１～１４３は、インバータ回路１２０を構成する同相の上アーム素子１２１～１２３および下アーム素子１２４～１２６が１つのモジュールとなっている。リレーモジュール１４７～１４９は、上下アームモジュール１４１～１４３とモータ端子１９１～１９３との断接を切替可能なモータリレー素子１２７～１２９が素子毎にモジュールとなっている。周辺部品は、シャント抵抗１３１～１３３、および、スナバ回路素子１３４～１３９の少なくとも一方を含む。基板３１には、上下アームモジュール１４１～１４３、モータリレーモジュール１４７～１４９、および、周辺部品が実装されている。

基板３１の同一面３９１において、基板中心線Ｃから外側に向かい、上下アームモジュール１４１～１４３、モータリレーモジュール１４７～１４９、モータ端子１９１～１９３の順に配列されている。また、周辺部品の一部であるシャント抵抗１３１～１３３およびスナバ回路素子１３７～１３９は、上下アームモジュール１４１～１４３とモータ端子１９１～１９３との間の領域にて、モータリレーモジュール１４７～１４９と横並びに配置されている。これにより、インバータ回路１２０および周辺回路の基板専有面積を低減することができる。

上下アームモジュール１４１～１４３およびモータリレーモジュール１４７～１４９において、基板中心線Ｃに沿う方向（図７等におけるｙ方向）の長さを幅とすると、モータリレーモジュール１４７～１４９は、上下アームモジュール１４１～１４３より幅狭である。これにより、モータリレーモジュール１４７～１４９の幅方向にて隣接する箇所に、他の部品を実装するスペースを確保することができる。このスペースにシャント抵抗１３１～１３３およびスナバ回路素子１３７～１３９を配置することで、インバータ回路１２０および周辺回路の基板専有面積を低減することができる。

上下アームモジュール１４１～１４３およびモータリレーモジュール１４７～１４９は、実装高さが等しい。ここで、「実装高さ」とは、基板３１に素子を実装したときの高さであって、「実装高さが等しい」とは、基板３１に略平行する放熱面８４８に対して放熱可能であって、放熱ゲル８４９等にて高さの差を吸収可能な程度の差については許容され、「実装高さが等しい」とみなすものとする。後述の「実装高さ以下」についても同様の程度は許容されるものとする。

モータリレーモジュール１４７～１４９の基板３１と反対側の面は、封止部３１０で覆われている。図示は省略するが、上下アームモジュール１４１～１４３についても同様に、基板３１と反対側の面は、封止部で覆われている。換言すると、上下アームモジュール１４１～１４３およびモータリレーモジュール１４７～１４９は、基板３１と反対側の面において、表面電極等の金属が露出していない。本実施形態では、封止部３１０に熱伝導率の高い樹脂を用いることで、表面電極の露出を行うことなく、高効率に放熱させている。これにより、放熱面８４８との絶縁距離を確保する必要がないので、放熱面８４８を凹凸に形成する必要がなく、ヒートシンク８４５の加工を容易にすることができる。また、絶縁距離の分、上下アームモジュール１４１～１４３およびモータリレーモジュール１４７～１４９と放熱面８４８とを離間させる必要がないので、駆動装置１の小型化に寄与する。

シャント抵抗１３１～１３３およびスナバ回路素子１３４～１３９は、実装高さが上下アームモジュール１４１～１４３以下である。これにより、放熱面８４８に段差を形成する必要がないので、ヒートシンク８４５の加工を容易にすることができる。

上下アームモジュール１４１～１４３、モータリレーモジュール１４７～１４９、および、シャント抵抗１３１～１３３は、基板３１の反対側の面からヒートシンク８４５に放熱可能に設けられている。これにより、通電により生じる熱を適切に放熱させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態を図１０に示す。第２実施形態～第８実施形態は、主にリレーモジュールが上記実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。

図１０に示すように、モータリレーモジュール３５１は、ランド３０１、ドレイン３０２、ソース３０３、ゲート３０４、ドレイン端子３１５、ソース端子３１６、ゲート端子３１７および導電クリップ３０８等が、封止部３１０によりモールドされている。モータリレーモジュール３５１では、一方の短辺に沿ってドレイン端子３１５が形成され、他方の短辺に沿ってソース端子３１６およびゲート端子３１７が形成されている。このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
第３実施形態を図１１に示す。図１１に示すモータリレーモジュール３５２は、ランド３０１、ドレイン３０２、ソース３０３、ゲート３０４、ドレイン端子３１５、ソース端子３１６、ゲート端子３１７および導電クリップ３０８等が、封止部３１０によりモールドされている。図１１では、第２実施形態と同様、ゲート端子をソース端子側に配置しているが、第１実施形態と同様、ゲート端子をドレイン端子側に配置してもよい。

モータリレーモジュール３５２では、シャント抵抗３１８、および、シャント抵抗３１８と接続される基板パターン３１９を含め、封止部３１０に一体にモールドされている。すなわち本実施形態では、モータリレーモジュール３５２には、電流検出に係る素子であるシャント抵抗３１８が内蔵されている。これにより、シャント抵抗を別体とする場合と比較し、実装面積を低減可能である。また、シャント抵抗３１８の放熱性を向上可能である。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第４実施形態）
第４実施形態を図１２に示す。図１２に示すリレーモジュール３５３は、ランド３０１、ドレイン３０２、ソース３０３、ゲート３０４、ドレイン端子３１５、ソース端子３１６、ゲート端子３１７およびシャント抵抗３１８等が、封止部３１０によりモールドされている。

本実施形態では、ソース３０３とソース端子３１６とを、導電クリップ３０８に替えて、シャント抵抗３１８にて接続している。すなわち、シャント抵抗３１８にて、導電クリップの機能を共用している。これにより、実装面積をより低減可能である。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第５実施形態）
第５実施形態を図１３に示す。図１３に示すモータリレーモジュール３５４は、ランド３０１、ドレイン３０２、ソース３０３、ゲート３０４、ドレイン端子３１５、ソース端子３１６、ゲート端子３１７、導電クリップ３０８、および、放熱端子３２１等が、封止部３１０によりモールドされている。

放熱端子３２１は、端子３１５～３１７が形成されていない側の辺に沿って形成され、シャント抵抗３１８と接続される配線パターン３２２と接続されている。これにより、シャント抵抗３１８にて発生した熱は、配線パターン３２２および放熱端子３２１を経由し、モータリレーモジュール３５４側からも放熱可能である。

本実施形態のモータリレーモジュール３５４は、シャント抵抗３１８と接続されている配線パターン３２２と接続される放熱端子３２１を有する。これにより、シャント抵抗３１８にて発生した熱を、より高効率に放熱させることができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第６実施形態）
第６実施形態を図１４に示す。図１４に示すモータリレーモジュール３５５は、ランド３０１、ドレイン３０２、ソース３０３、ゲート３０４、ドレイン端子３３５、ソース端子３０６、ゲート端子３３７、導電クリップ３０８、および、無電位端子３３８が、封止部３１０にてモールドされている。

本実施形態では、配列されるソース端子３０６の両側に無電位端子３３８が設けられており、配列されるドレイン端子３３５およびゲート端子３３７の両側に無電位端子３３８が設けられている。無電位端子３３８は、例えばゲート端子等の主機能に係る電位が割り当てられていないことを意味し、例えば放熱等の副次的な機能を有していても差し支えない。封止部３１０の４角に設けられる端子を無電位端子３３８とすることで、主機能に係る電位が割り当てられている端子のはんだ接合寿命を向上可能である。なお、一部の角部の端子が無電位端子でなくてもよい。

また、ゲート端子３３７の両側には、ドレイン端子３３５が配置される。これにより、ゲート端子３３７のはんだ接合寿命を向上可能である。上記実施形態のモータリレーモジュールにおいても、ゲート端子の両側にドレイン端子等の別の端子を配置するようにしてもよい。また、図示は省略するが、上下アームモジュールにおいても、封止部の４角に設けられる端子を無電位端子としてもよい。

本実施形態では、モータリレーモジュール３５５は、矩形に形成されている封止部３１０の角部の少なくとも１箇所に、無電位端子３３８が形成されている。これにより、角部にて接合不良が生じたとしても、モータリレーモジュール３５５の機能を維持可能である。

モータリレーモジュール３５５において、駆動信号の送受信に係るゲート端子３３７の両側には、他の端子が配列されている。換言すると、ゲート端子３３７は、角部に設けられる端子である角ピン以外に割り当てられている。ゲート端子３３７の両側に配列される端子は、ドレイン端子３３５に限らず、無電位端子等であってもよい。これにより、角部にて接合不良が生じたとしても、少なくとも駆動信号の送受信を維持可能である。

（第７実施形態）
第７実施形態を図１５および図１６に示す。図１５および図１６に示すモータリレーモジュール３５６は、ランド３０１、ドレイン３０２、ソース３０３、ゲート３０４、ドレイン端子３０５、ソース端子３０６、ゲート端子３０７および大型導電クリップ３４１等が、封止部３１０によりモールドされている。

モータリレーモジュール３５６では、ソース３０３とソース端子３０６とが、大型導電クリップ３４１にて接続されている。例えば第１実施形態の導電クリップ３０８はソース３０３より幅狭であるのに対し（図８参照）、大型導電クリップ３４１は、ソース３０３より幅広であって、ソース３０３の全面を覆うように形成されている。本実施形態では、大型導電クリップ３４１は、ソース端子３０６からドレイン端子３０５側まで延びる平板状に形成されており、ゲート３０４と重複しないように、切り欠かれている。

図１６に示すように、大型導電クリップ３４１は、ソース３０３側に突出し、ソース３０３と接続される突出部３４２を有する。大型導電クリップ３４１が設けられる箇所の封止部３１０の厚みである最小厚さＨｒは、樹脂成形を可能とすべく、モールド樹脂内のフィラー径より厚い。また、最小厚さＨｒは、スイッチングの耐圧と同等以上の絶縁を確保できる大きさとする。

ソース３０３とソース端子３０６との接続に大型導電クリップ３４１を用いることで、ソース側の抵抗を低減することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第８実施形態）
第８実施形態を図１７および図１８に示す。第８実施形態は、大型導電クリップ３４５が第７実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。図１７および図１８に示すように、本実施形態のモータリレーモジュール３５７では、大型導電クリップ３４５は、板厚が均一であって、凹部３４６にて、ソース３０３と当接する。これにより、均一な板厚の材料を用いて大型導電クリップ３４５を形成することができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

実施形態では、メイン基板３１が「基板」、モータリレーモジュール１４７～１４９、２３７～２３９、３５１～３５７が「リレーモジュール」、シャント抵抗１３１～１３３、２３１～２３３、３１８が「電流検出素子」および「周辺部品」、スナバ回路素子１３４～１３９、２３４～２３９が「ノイズ除去素子」および「周辺部品」、モータ端子１９１～１９３が「出力端子」、ゲート端子３３７が「駆動信号端子」に対応する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、全てのリレーモジュールにおいて、周辺部品として、シャント抵抗およびスナバ回路素子が横並びに配置されている。他の実施形態では、一部のモータリレーモジュールにおいて、周辺部品が横並びに配置されていなくてもよい。また、他の実施形態では、シャント抵抗またはスナバ回路素子がモータリレーモジュールと横並びに配置されていなくてもよい。また、周辺部品は、シャント抵抗およびスナバ回路素子以外のものであってもよい。また、全てのリレーモジュールが同一の形状である必要はなく、一部のリレーモジュールの形状が他のモジュールと形状が異なっていてもよい。

上記実施形態では、基板に２系統のインバータ回路およびモータリレーモジュール等が実装されている。他の実施形態では、系統数は２系統に限らず、１系統または３系統以上であってもよい。上記実施形態では、電子装置は、モータ駆動回路に適用されている。他の実施形態では、電子装置は発電回路やＤＣＤＣコンバータ等、モータ駆動回路以外の回路に適用してもよい。

上記実施形態では、インバータ回路とマイコンが同一の基板に実装されている。他の実施形態では、インバータ回路とマイコン等の制御に係る電子部品とが異なる基板に実装されていてもよい。また、コネクタ側のサブ基板を省略し、基板が１枚であってもよい。また、基板の枚数等に限らず、駆動回路の構成は上記実施形態とは異なっていてもよい。

上記実施形態では、操舵装置は電動パワーステアリング装置である。他の実施形態では、操舵装置は、ステアバイワイヤ装置であってもよく、駆動装置は、車輪を転舵させる転舵装置として用いてもよいし、ハンドルに反力を付与する反力装置として用いてもよい。また、駆動装置を操舵装置以外の装置に適用してもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

３０・・・電子装置 ３１・・・メイン基板（基板）
１２０、２２０・・・インバータ回路
１２１～１２３、２２１～２２３・・・上アーム素子
１２４～１２６、２２４～２２６・・・下アーム素子
１２７～１２９、２２７～２２９・・・モータリレー素子
１３１～１３３、２３１～２３３、３１８・・・シャント抵抗（電流検出素子）
１３４～１３９、２３４～２３９・・・スナバ回路素子（ノイズ除去素子）
１４１～１４３、２４１～２４３・・・上下アームモジュール
１４７～１４９、２４７～２４９、３５１～３５７・・・モータリレーモジュール（リレーモジュール）

Claims (10)

1. インバータ回路（１２０、２２０）を構成する同相の上アーム素子（１２１～１２３、２２１～２２３）および下アーム素子（１２４～１２６、２２４～２２６）が１つのモジュールとなっている上下アームモジュール（１４１～１４３、２４１～２４３）と、
   前記上下アームモジュールと出力端子（１９１～１９３、２９１～２９３）との断接を切替可能なリレー素子（１２７～１２９、２２７～２２９）が素子毎にモジュールとなっているリレーモジュール（１４７～１４９、２４７～２４９、３５１～３５７）と、
   電流検出素子（１３１～１３３、２３１～２３３）、および、ノイズ除去素子（１３４～１３９、２３４～２３９）の少なくとも一方を含む周辺部品と、
   前記上下アームモジュール、前記リレーモジュール、および、前記周辺部品が実装される基板（３１）と、
   を備え、
   前記基板の同一面（３９１）において、
   基板中心線から外側に向かい、前記上下アームモジュール、前記リレーモジュール、前記出力端子の順で配列されており、
   少なくとも一部の前記周辺部品（１３１～１３３、１３７～１３９、２３１～２３３、２３７～２３９）は、前記上下アームモジュールと前記出力端子との間の領域にて、前記リレーモジュールと横並びに配置されている電子装置。
2. 前記上下アームモジュールおよび前記リレーモジュールにおいて、前記基板中心線に沿う方向の長さを幅とすると、
   前記リレーモジュールは、前記上下アームモジュールより幅狭である請求項１に記載の電子装置。
3. 前記上下アームモジュールおよび前記リレーモジュールは、実装高さが等しい請求項１または２に記載の電子装置。
4. 前記上下アームモジュールおよび前記リレーモジュールの前記基板と反対側の端面は、封止部（３１０）で覆われている請求項１～３のいずれか一項に記載の電子装置。
5. 前記周辺部品は、実装高さが前記上下アームモジュール以下である請求項１～４のいずれか一項に記載の電子装置。
6. 前記上下アームモジュール、前記リレーモジュールおよび前記電流検出素子は、前記基板と反対側の面からヒートシンク（８４５）に放熱可能に設けられている請求項１～５のいずれか一項に記載の電子装置。
7. 前記上下アームモジュールおよび前記リレーモジュール（３５５）の少なくとも一方は、矩形に形成されている封止部（３１０）の角部の少なくとも１箇所に、無電位端子（３３８）が設けられている請求項１～６のいずれか一項に記載の電子装置。
8. 前記リレーモジュール（３５５）において、駆動信号の送受信に係る駆動信号端子（３３７）の両端側には、他の端子が配列されている請求項１～７のいずれか一項に記載の電子装置。
9. 前記リレーモジュール（３５４）は、前記電流検出素子が実装されている配線パターンと接続される放熱端子（３２１）を有する請求項１～８のいずれか一項に記載の電子装置。
10. 前記リレーモジュール（３５２、３５３）には、電流検出に係る素子が内蔵されている請求項１～９のいずれか一項に記載の電子装置。

Images