JP2023066528A - 電子部品装置及びそれを用いた回転電機 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子部品本体部の位置のばらつきを抑制した電子部品装置を得ること。【解決手段】電子部品本体部、及び電子部品本体部から突出した複数のリードを有した電子部品と、電子部品本体部を保持した保持部、及び保持部から延出し、複数のリードにおける電子部品本体部の側の部分を取り囲んだリード取囲み部を有した電子部品ホルダと、複数のリードと接続された回路基板とを備え、電子部品ホルダは、回路基板に形成された貫通孔に嵌合された嵌合部を有し、複数のリードは、電子部品本体部から、リード取囲み部における回路基板の側の開口部に向かって直線状に延出した内側リード部と、開口部において、内側リード部から屈曲し、屈曲後、リード取囲み部と回路基板との隙間を回路基板に向かって直線状に延出し、先端部が回路基板に接続された外側リード部とを有し、外側リード部の延出方向と回路基板の基板面との最小角度は鋭角に設定されている。【選択図】図1

Description

本願は、電子部品装置及びそれを用いた回転電機に関するものである。
回路基板に実装される電子部品の一つとして、電子部品本体部から複数のリードを延出して設けたリード付きの電子部品が利用されている。リード付きの電子部品は、リードをL字状に屈曲した後、リフロー工程等を経て、回路基板にはんだ付けにより実装される。リード付きの電子部品を用いた電子部品装置として、電流検出装置の構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。開示された構成では、電子部品装置は、被測定電流が流れるバスバーの周囲に切り欠きを有する環状の磁気回路を有しており、その切り欠き内に磁電変換素子であるホール素子が封止された電子部品本体部が配置されている。
また、このような電流検出装置の適用例として、機電一体型の回転電機が提案されている。回転電機は、回転子及び固定子から構成される回転電機本体部と、回転電機本体部に電力を供給するインバータ及び制御回路から構成される電力供給ユニットとを備えている。特に車載用の回転電機には、省スペース性と搭載性の容易さ、また、回転電機本体部とインバータとを接続する配線ハーネスの縮小化などが要求されている。そのため、回転電機本体部と電力供給ユニットとを一体化させた機電一体型の回転電機が開発されている。
機電一体型の回転電機においては、電力供給ユニットは回転電機本体部の軸方向の端部に取り付けられる。インバータのヒートシンクにはフィンが形成されており、回転子の端部に装着された送風ファンにより発生した冷却風がフィンを通過することで電力供給ユニットは冷却される。電力供給ユニットは、単相もしくは複数相のアーム部によって構成される。アーム部は、複数のMOSFETなどのパワー半導体素子を備える。パワー半導体素子の出力端子は、出力導体を介して回転電機の固定子巻線と接続され、回転電機本体部に電力を供給する。出力導体に流れる電流を検出するために、回転電機は出力導体に電流検出部を備えている(例えば、特許文献2参照)。検出した電流値を用いて、パワー半導体素子は制御される。
開示された回転電機では、出力導体の周囲を取り囲む環状の磁気回路と、磁気回路の切り欠き部に配置された磁気検出素子とを備えた電子部品装置である電流検出装置が提案されている。電流検出装置は回転電機本体部と電力供給ユニットの間に配置され、磁気検出素子は制御回路に接続されている。パワー半導体素子を有したパワーモジュールは、制御回路と回転電機本体部との間に配置されている。
特開2018-74108号公報 特開2006-174678号公報
上記特許文献1においては、電子部品のL字状に屈曲されたリード部が回路基板に面実装ではんだ付けされている。そのため、屈曲されたリード部の寸法公差、曲げ角度の公差、及び組立位置公差などにより電子部品本体部の位置がばらついてしまうという課題があった。特に電子部品装置が電流検出装置である場合、被測定電流の流れるバスバー及び切り欠きを有する磁性体コアに対して電子部品本体部の位置を精度良く定めなければ、電流検出装置における電流測定の精度が悪化することになる。また、電子部品がL字状に屈曲されたリード部を有した場合、リード長と曲げ角度の寸法公差、及び曲げ角度公差による部品の寸法個体差に加えて、リード部の回路基板への挿入時またはリード部をはんだ付けする際の電子部品本体部の位置ずれ、さらには電子部品本体部が傾いたりするため、電流検出装置本体部の位置がばらつくことを抑制することが難しかった。
上記特許文献2においては、回転電機の出力導体に電流検出装置を備えたため、パワー半導体素子の出力端子に流れる電流を検出することができる。しかしながら、磁気回路と磁気検出素子のそれぞれが別の部品として回転電機に組付けられるため、磁気回路と磁気検出素子の位置精度が悪くなるので、電流検出の精度が悪化するという課題があった。また、制御回路から磁気検出素子までの配線が長くなり、耐振性及び耐水性を確保するための保護処理が配線に必要になるため、磁気検出素子の周辺が大型化すると共に回転電機のコストが上がるという課題があった。特に回転電機を自動車のエンジンルームに搭載する場合、限られた空間に設置できることが求められているため、回転電機の大型化を抑制する必要がある。また、磁気回路と電流検出素子を回転電機に組み付けるまで電流検出装置の検査をすることができないので、アセンブリ後の検査で不具合品が見つかることになるため、電流検出装置の歩留まりが悪く、回転電機のコストが上がるという課題があった。
そこで、本願は、電子部品本体部の位置のばらつきを抑制した電子部品装置を得ること、また、電流検出の精度を改善しつつ、安価で小型な回転電機を得ることを目的としている。
本願に開示される電子部品装置は、回路素子を樹脂部材で覆った電子部品本体部、及び回路素子と電気的に接続され、電子部品本体部から突出した複数のリードを有した電子部品と、電子部品本体部を取り囲み保持した保持部、及び保持部から延出し、複数のリードにおける電子部品本体部の側の部分を取り囲んだリード取囲み部を有した電子部品ホルダと、複数のリードと接続された回路基板とを備え、電子部品ホルダは、リード取囲み部から突出し、回路基板に形成された貫通孔に嵌合された嵌合部を有し、複数のリードは、電子部品本体部から、リード取囲み部における回路基板の側の開口部に向かって直線状に延出した内側リード部と、開口部において、内側リード部から屈曲し、屈曲後、リード取囲み部と回路基板との隙間を回路基板に向かって直線状に延出し、先端部が、回路基板に接続された外側リード部とを有し、外側リード部の延出方向と回路基板の基板面との最小角度は、鋭角に設定されているものである。
本願に開示される回転電機は、回転軸と、回転軸と一体回転する回転子と、回転子の径方向外側に配置され、固定子巻線が巻装された固定子鉄心を有する固定子と、回転子及び固定子の外側を覆うと共にベアリングを介して回転軸の一端側及び他端側を保持するブラケットと、を設けた回転電機本体部と、固定子巻線への供給電流をオンオフする電力用半導体素子を有するパワーモジュールと、パワーモジュールを冷却する冷却器と、パワーモジュールに流れる電流を検出する、本願に開示した電子部品装置と、パワーモジュールを制御する制御回路と、パワーモジュール、制御回路、及び電子部品装置の軸方向の一方側を覆い、径方向及び周方向に延在した板状の底壁を有し、パワーモジュール、制御回路、及び電子部品装置を収容するケースと、を設け、ブラケットの軸方向の他方側に配置された電力供給ユニットと、を備え、パワーモジュールは、底壁の軸方向の他方側の面に沿って本体部から突出したバスバーを有し、底壁には、バスバーの軸方向の他方側の面を除いて取り囲む、断面が軸方向の他方側に開口したU字状又はC字状の磁気シールドが固定され、電子部品装置の電子部品本体部が、磁気シールドの配置位置における、バスバーの軸方向の他方側の面に対向して配置され、電子部品本体部は、磁気シールドにおけるU字状又はC字状の開口部の内側に配置され、電子部品ホルダは、磁気シールドの内側に嵌合されているものである。
本願に開示される電子部品装置によれば、電子部品本体部、及び電子部品本体部から突出した複数のリードを有した電子部品と、電子部品本体部を保持した保持部、及び保持部から延出し、複数のリードにおける電子部品本体部の側の部分を取り囲んだリード取囲み部を有した電子部品ホルダと、複数のリードと接続された回路基板とを備え、電子部品ホルダは、回路基板に形成された貫通孔に嵌合された嵌合部を有し、複数のリードは、電子部品本体部から、リード取囲み部における回路基板の側の開口部に向かって直線状に延出した内側リード部と、開口部において、内側リード部から屈曲し、屈曲後、リード取囲み部と回路基板との隙間を回路基板に向かって直線状に延出し、先端部が、回路基板に接続された外側リード部とを有し、外側リード部の延出方向と回路基板の基板面との最小角度が鋭角に設定されているため、複数のリードのはんだ付け及び部品固体差の発生しやすいリード部分の曲げ工程などに依存することなく、高い寸法精度で作製された樹脂金型成形品である電子部品ホルダにより、電子部品本体部を回路基板に精度よく位置決め固定することができるので、電子部品本体部の位置のばらつきを抑制することができる。また、外側リード部の先端部のみが回路基板と接するため、リードの曲げ角度の寸法公差、及び曲げ角度公差による部品の寸法個体差に依存することなく、リードの屈曲した位置がずれた場合、及び屈曲の角度にばらつきがあった場合においても、電子部品本体部の位置のばらつきを抑制することができる。また、リードを回路基板へ挿入する必要がないので、リードを回路基板へ挿入する際の寸法公差に依存することなく、電子部品本体部の位置のばらつきを抑制することができる。
本願に開示される回転電機によれば、電力供給ユニットが備えたパワーモジュールは、ケースの底壁の軸方向の他方側の面に沿って本体部から突出したバスバーを有し、底壁には、バスバーの軸方向の他方側の面を除いて取り囲む、断面が軸方向の他方側に開口したU字状又はC字状の磁気シールドが固定され、電子部品本体部が、磁気シールドの配置位置における、バスバーの軸方向の他方側の面に対向して配置され、電子部品本体部は、磁気シールドにおけるU字状又はC字状の開口部の内側に配置され、電子部品ホルダは、磁気シールドの内側に嵌合されているため、磁気シールドが固定されたケースに対して、電流測定部である、電子部品ホルダに保持された電子部品本体部とバスバーとが配置され、それぞれの部品を別体で配置する場合に比べて部品の配置の位置精度を高めることができるので、電子部品本体部の電流検出精度を改善することができる。また、制御回路と電子部品本体部とは電力供給ユニットのケースの内部に収容されているため、制御回路から電子部品本体部までの配線長が短くなるので、安価で小型な回転電機を得ることができる。また、電力供給ユニットのみで、電子部品本体部の動作テストを行うことができるため、回転電機を組み立てる前に不良品を発見することができるので、歩留まりの低下が抑制され、安価な回転電機を得ることができる。
実施の形態1に係る電子部品装置の概略を示す断面図である。 実施の形態1に係る電子部品装置の電子部品を示す側面図である。 実施の形態1に係る電子部品装置の要部を示す平面図である。 実施の形態1に係る別の電子部品装置の概略を示す断面図である。 実施の形態1に係る別の電子部品装置の概略を示す断面図である。 実施の形態1に係る別の電子部品装置の概略を示す断面図である。 実施の形態1に係る別の電子部品装置の概略を示す断面図である。 実施の形態2に係る電子部品装置の概略を示す断面図である。 実施の形態2に係る別の電子部品装置の概略を示す断面図である。 実施の形態3に係る電子部品装置の概略を示す断面図である。 実施の形態3に係る電子部品装置の実装の工程を説明する図である。 実施の形態3に係る電子部品装置の要部を示す平面図である。 実施の形態4に係る回転電機の概略を示す斜視図である。 実施の形態4に係る回転電機の概略を示す断面図である。 実施の形態4に係る回転電機の電力供給ユニットの軸方向の他方側を示す平面図である。 実施の形態4に係る回転電機の電力供給ユニットの要部を示す平面図である。 図16のA-A断面位置で切断した電力供給ユニットの要部の断面図である。 図16のB-B断面位置で切断した電力供給ユニットの要部の断面図である。 実施の形態4に係る回転電機の回路構成の概略を示す図である。 実施の形態4に係る回転電機の組立工程を示す図である。 実施の形態4に係る回転電機の組立工程を示す図である。 実施の形態4に係る回転電機の組立工程を示す図である。 実施の形態4に係る回転電機の組立工程を示す図である。 実施の形態4に係る回転電機の組立工程を示す図である。
以下、本願の実施の形態による電子部品装置及び回転電機を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。また、各図間の図示では、対応する各構成部のサイズ及び縮尺は、それぞれ独立している。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る電子部品装置170の概略を示す断面図で、図3のX-X断面位置で切断した図、図2は電子部品装置170の電子部品172を示す側面図、図3は電子部品装置170の要部を示す平面図で、図1に示したZ1方向から電子部品装置170を見た図である。図1において上方向をZ1方向とし、下方向をZ2方向とする。電子部品装置170は、磁電変換素子などの回路素子を有し、屈曲したリードを備えた電子部品を、電子部品ホルダ174を用いて回路基板103aに精度よく位置決めして固定した装置である。
<電子部品装置170>
電子部品装置170は、電子部品172、電子部品ホルダ174、及び回路基板103aを備える。電子部品172は、回路素子(図示せず)をエポキシ等の樹脂部材で覆った電子部品本体部172a、及び回路素子と電気的に接続され、電子部品本体部172aから突出した複数のリード173を有する。回路素子は、例えば、ホール素子、MR素子などの磁電変換素子、または温度センサである。回路素子はこれらに限るものではなく、回路基板に位置決めして固定される素子であれば他の素子であっても構わない。回路素子が磁電変換素子である場合、磁電変換素子を精度よく回路基板103aに位置決めして固定できるので、磁電変換素子を用いた電流検出装置の電流測定の精度を向上させることができる。複数のリード173のそれぞれは、回路基板103aと電気的に接続される。リード173を介して回路素子に電力が供給され、リード173を介して回路素子からの出力信号が回路基板103aに出力される。
回路基板103aは、プリント基板、セラミック基板、または金属基板等により構成される。回路基板103aは、基板面及び内部に、銅などの導電物で構成されたパターンを有する。回路基板103aには、電子部品172以外に複数の電子部品103bが搭載される。回路基板103a、電子部品172、及び複数の電子部品103bから制御回路103が形成される。
電子部品ホルダ174は、電子部品本体部172aを取り囲み保持した保持部174a、及び保持部174aから延出し、複数のリード173における電子部品本体部172aの側の部分を取り囲んだリード取囲み部174bを有する。電子部品本体部172aは、保持部174aにおいて、保持部174aの壁面に設けられた複数の突起部174a1に接して保持される。保持部174aに設けた突起部174a1は、図1に示した断面が半円状の形状に限るものではなく、断面が台形状であっても構わない。このような形状の突起部174a1を設けることで、電子部品本体部172aと接する突起部174a1の部分が押し潰されるため、電子部品本体部172aを保持部174aに挿入した際に、電子部品本体部172aを保持部174aに圧入固定することができる。
電子部品ホルダ174のリード取囲み部174bは、リード取囲み部174bから突出し、回路基板103aに形成された貫通孔に嵌合された嵌合部174cを有する。嵌合部174cが貫通孔に嵌合することで、電子部品ホルダ174は回路基板103aに位置決めして固定される。嵌合部174cは、例えば、円柱状に形成される。回路基板103aの貫通孔に容易に挿入できるように、嵌合部174cのZ2側の端部がC面取り、もしくはR面取りされていることが望ましい。また、貫通孔の内径との公差を吸収しつつ、容易に精度よく嵌合部174cを回路基板103aに固定するために、回路基板103aの貫通孔と接する嵌合部174cの側面に、Z2方向から見て、例えばY字状または十字状のリブを設けることが望ましい。リード取囲み部174bにおける嵌合部174cが設けられた部分は、回路基板103aの基板面に当接している。このように構成することで、電子部品ホルダ174を安定して回路基板103aの基板面に固定することができる。
電子部品ホルダ174は、樹脂部材により作製される。樹脂部材は、250℃以上の高温で実施される表面実装工程においても変形しにくいエポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、または液晶ポリマー(LCP)などの高耐熱樹脂であることが望ましい。また、電子部品ホルダ174は、高い形状精度で形成され、それぞれの個体差が生じにくいように金型を用いた樹脂成形により形成されることが望ましい。なお、電子部品ホルダ174を、回路基板103aを構成するガラスエポキシまたはセラミックスなどよりも大きな線膨張係数を有したポリフェニレンサルファイド(PPS)などの材料で構成しておけば、リード173を回路基板103aに接続する表面実装工程中に高温となった場合も、嵌合部174cの膨張が貫通孔の膨張よりも大きくなるため、嵌合が緩くなって電子部品ホルダ174が脱落するのを抑制することができる。
このように構成することで、複数のリード173のはんだ付け、及び部品固体差の発生しやすいリード部分の曲げ工程などに依存することなく、高い寸法精度で作製された樹脂金型成形品である電子部品ホルダ174により、電子部品本体部172aを回路基板103aに精度よく位置決め固定することができるので、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制した電子部品装置を得ることができる。
<リード173>
本願の要部であるリード173について説明する。複数のリード173のそれぞれは、図1に示すように、内側リード部173aと外側リード部173bとを有する。内側リード部173aは、電子部品本体部172aから、リード取囲み部174bにおける回路基板103aの側の開口部に向かって直線状に延出したリード173の部分である。外側リード部173bは、開口部において、内側リード部173aから屈曲し、屈曲後、リード取囲み部174bと回路基板103aとの隙間を回路基板103aに向かって直線状に延出し、先端部が、回路基板103aに接続されたリード173の部分である。複数のリード173は、銅などの高電気伝導の金属で形成される。
外側リード部173bの延出方向と回路基板103aの基板面との最小角度は、鋭角に設定されている。鋭角の角度は、例えば5度から40度である。望ましくは10度から20度である。このように構成することで、外側リード部173bの先端部のみが回路基板103aと接するため、リード173の曲げ角度の寸法公差、及び曲げ角度公差による部品の寸法個体差に依存することなく、リード173の屈曲した位置がずれた場合、及び屈曲の角度にばらつきがあった場合においても、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制することができる。また、リード173を回路基板103aへ挿入する必要がないので、リード173を回路基板103aへ挿入する際の寸法公差に依存することなく、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制することができる。また、リード173が電子部品本体部172aと回路基板103aとの間の距離よりも長い場合においても、外側リード部173bが弾性変形して回路基板103aに接続できるので、リード長の寸法公差に依存することなく、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制することができる。また、外側リード部173bが回路基板103aから浮くことなく、表面実装によって回路基板103aに外側リード部173bを電気的に接続することができる。
内側リード部173aは、回路基板103aの基板面に垂直方向に延出し、内側リード部173aの延出方向と外側リード部173bの延出方向との最小角度(図2に示した角度α)は鈍角である。このように構成することで、電子部品本体部172aを回路基板103aの基板面に容易に垂直に立設させて固定することができる。後述するように電子部品装置170を電流検出装置として用いる場合、特にこのように電子部品本体部172aを固定することで、バスバー及び磁気シールドと電子部品本体部172aとの位置関係が安定するため電流測定の精度を向上させることができる。また、リード取囲み部174bにおける外側リード部173bを覆う部分は、回路基板103aの基板面とは間隔を空けている。このように構成することで、複数のリード173の外側リード部173bを回路基板103aに向かって容易に直線状に延出させることができる。
リード173と回路基板103aの接続には、粉末状のはんだと金属表面の酸化膜を除去するフラックスで構成されるはんだペーストを用いる。双方を接続する際に、はんだペーストを回路基板103aの表面に形成したパターン上に塗布し、高温の炉内を通過させる際に溶融させ、温度を下げて硬化させて接続する表面実装工程を用いることが望ましい。
<変形例1>
電子部品装置170の変形例について説明する。図4は実施の形態1に係る別の電子部品装置170の概略を示す断面図で、図1と同等の位置で切断した図である。電子部品ホルダ174は、内側リード部173aの屈曲した方向側の側面に対向するリード取囲み部174bの壁面における、開口部の側の端部に、内側リード部173aの方向に突出した屈曲部側突起部174dを有している。
電子部品172を有した電子部品ホルダ174の嵌合部174cを回路基板103aに嵌合する際、外側リード部173bが回路基板103aの表面に接し、外側リード部173bの先端部が外側リード部173bの延出した方向に変位する際に発生する弾性力によって、内側リード部173aが撓むことがある。内側リード部173aが撓むと、電子部品本体部172aとリード173の境界において応力が集中する場合がある。このように電子部品本体部172aとリード173の間に応力が発生すると、電子部品装置170が破損する不良が発生する場合がある。
屈曲部側突起部174dを設けた場合、屈曲部側突起部174dにより、内側リード部173aが内側リード部173aの屈曲した方向側に変位することを抑制することができる。内側リード部173aの変位が抑制されるので、電子部品装置170の破損を抑制することができる。電子部品装置170の破損が抑制されるので、電子部品装置170の信頼性を高めることができる。
屈曲部側突起部174dを設ける位置は、内側リード部173aの変位を効果的に抑制するために、内側リード部173aと外側リード部173bとの境界部分に近い位置であることが望ましい。また、屈曲部側突起部174dを設けることで、外側リード部173bの先端部と接する回路基板103a上のランドからの先端部の位置ずれを抑制することができる。外側リード部173bとランドの位置ずれが抑制されるので、外側リード部173bとランドとのはんだ付け不良の発生を抑制することができる。外側リード部173bとランドとのはんだ付け不良が抑制されるので、電子部品装置170の品質を向上させることができる。
<変形例2>
電子部品装置170の別の変形例について説明する。図5は実施の形態1に係る別の電子部品装置170の概略を示す断面図で、図1と同等の位置で切断した図である。電子部品ホルダ174は、内側リード部173aにおける屈曲した方向とは反対側の側面に対向するリード取囲み部174bの壁面に、内側リード部173aの方向に突出した内側突起部174eを有している。
電子部品172を有した電子部品ホルダ174の嵌合部174cを回路基板103aに嵌合する際、外側リード部173bが回路基板103aの表面に接し、外側リード部173bの先端部が外側リード部173bの延出した方向に変位せずに、先端部がZ1方向に変位する場合がある。その場合、先端部がZ1方向に変位する際に発生する弾性力によって、内側リード部173aの屈曲した方向とは反対側に内側リード部173aが撓むことがある。内側リード部173aが撓むと、電子部品本体部172aとリード173の境界において応力が集中する場合がある。このように電子部品本体部172aとリード173の間に応力が発生すると、電子部品装置170が破損する不良が発生する場合がある。
内側突起部174eを設けた場合、内側突起部174eにより、内側リード部173aが内側リード部173aの屈曲した方向とは反対側に変位することを抑制することができる。内側リード部173aの変位が抑制されるので、電子部品装置170の破損を抑制することができる。電子部品装置170の破損が抑制されるので、電子部品装置170の信頼性を高めることができる。内側突起部174eを設ける位置は、内側リード部173aの変位を効果的に抑制するために、内側リード部173aの中央付近であることが望ましい。
<変形例3>
電子部品装置170のさらに別の変形例について説明する。図6は実施の形態1に係る別の電子部品装置170の概略を示す断面図で、図1と同等の位置で切断した図である。リード取囲み部174bは、外側リード部173bの回路基板103aとは反対側を覆うように延出し、外側リード部173bの先端部よりも外側リード部173bの延出方向側において、先端部と隙間を空けて、回路基板103aに向かって突出した突出部174fを有している。
電子部品172を有した電子部品ホルダ174の嵌合部174cを回路基板103aに嵌合する際、外側リード部173bが回路基板103aの表面に接し、外側リード部173bの先端部が外側リード部173bの延出した方向に変位する際に発生する弾性力によって、内側リード部173aが撓むことがある。突出部174fを設けた場合、突出部174fにより、外側リード部173bの先端部が外側リード部173bの延出した方向に変位することを抑制することができる。外側リード部173bの先端部の変位が抑制されるので、内側リード部173aが内側リード部173aの屈曲した方向側に変位することを抑制することができる。内側リード部173aの変位が抑制されるので、電子部品装置170の破損を抑制することができる。電子部品装置170の破損が抑制されるので、電子部品装置170の信頼性を高めることができる。
<変形例4>
電子部品装置170のさらに別の変形例について説明する。図7は実施の形態1に係る別の電子部品装置170の概略を示す断面図で、図1と同等の位置で切断した図である。回路基板103aは、外側リード部173bの先端部よりも外側リード部173bの延出方向側において、先端部と隙間を空けて、先端部の側に突出した基板突起部103a1を有している。基板突起部103a1は回路基板103aの基板面に設けられた導電性のパターン上にレジスト、もしくはシルク印刷等により形成されていることが望ましい。
電子部品172を有した電子部品ホルダ174の嵌合部174cを回路基板103aに嵌合する際、外側リード部173bが回路基板103aの表面に接し、外側リード部173bの先端部が外側リード部173bの延出した方向に変位する際に発生する弾性力によって、内側リード部173aが撓むことがある。基板突起部103a1を設けた場合、基板突起部103a1により、外側リード部173bの先端部が外側リード部173bの延出した方向に変位することを抑制することができる。外側リード部173bの先端部の変位が抑制されるので、内側リード部173aが内側リード部173aの屈曲した方向側に変位することを抑制することができる。内側リード部173aの変位が抑制されるので、電子部品装置170の破損を抑制することができる。電子部品装置170の破損が抑制されるので、電子部品装置170の信頼性を高めることができる。
以上のように、実施の形態1による電子部品装置170において、電子部品本体部172a、及び電子部品本体部172aから突出した複数のリード173を有した電子部品172と、電子部品本体部172aを保持した保持部174a、及び保持部174aから延出し、複数のリード173における電子部品本体部172aの側の部分を取り囲んだリード取囲み部174bを有した電子部品ホルダ174と、複数のリード173と接続された回路基板103aとを備え、電子部品ホルダ174は、回路基板103aに形成された貫通孔に嵌合された嵌合部174cを有し、複数のリード173は、電子部品本体部172aから、リード取囲み部174bにおける回路基板103aの側の開口部に向かって直線状に延出した内側リード部173aと、開口部において、内側リード部173aから屈曲し、屈曲後、リード取囲み部174bと回路基板103aとの隙間を回路基板103aに向かって直線状に延出し、先端部が、回路基板103aに接続された外側リード部173bとを有し、外側リード部173bの延出方向と回路基板103aの基板面との最小角度が鋭角に設定されているため、複数のリード173のはんだ付け及び部品固体差の発生しやすいリード部分の曲げ工程などに依存することなく、高い寸法精度で作製された樹脂金型成形品である電子部品ホルダ174により、電子部品本体部172aを回路基板103aに精度よく位置決め固定することができるので、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制することができる。
また、外側リード部173bの先端部のみが回路基板103aと接するため、リード173の曲げ角度の寸法公差、及び曲げ角度公差による部品の寸法個体差に依存することなく、リード173の屈曲した位置がずれた場合、及び屈曲の角度にばらつきがあった場合においても、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制することができる。また、リード173を回路基板103aへ挿入する必要がないので、リード173を回路基板103aへ挿入する際の寸法公差に依存することなく、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制することができる。また、リード173が電子部品本体部172aと回路基板103aとの間の距離よりも長い場合においても、外側リード部173bが弾性変形して回路基板103aに接続できるので、リード長の寸法公差に依存することなく、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制することができる。
電子部品ホルダ174が、内側リード部173aの屈曲した方向側の側面に対向するリード取囲み部174bの壁面における、開口部の側の端部に、内側リード部173aの方向に突出した屈曲部側突起部174dを有している場合、屈曲部側突起部174dにより、内側リード部173aが内側リード部173aの屈曲した方向側に変位することを抑制することができるので、電子部品装置170の破損を抑制することができる。
電子部品ホルダ174が、内側リード部173aにおける屈曲した方向とは反対側の側面に対向するリード取囲み部174bの壁面に、内側リード部173aの方向に突出した内側突起部174eを有している場合、内側突起部174eにより、内側リード部173aが内側リード部173aの屈曲した方向とは反対側に変位することを抑制することができるので、電子部品装置170の破損を抑制することができる。
内側リード部173aが、回路基板103aの基板面に垂直方向に延出し、内側リード部173aの延出方向と外側リード部173bの延出方向との最小角度が鈍角である場合、電子部品本体部172aを回路基板103aの基板面に容易に垂直に立設させて固定することができる。また、リード取囲み部174bにおける嵌合部174cが設けられた部分が、回路基板103aの基板面に当接し、リード取囲み部174bにおける外側リード部173bを覆う部分が、回路基板103aの基板面とは間隔を空けている場合、電子部品ホルダ174を安定して回路基板103aの基板面に固定することができ、複数のリード173の外側リード部173bを回路基板103aに向かって容易に直線状に延出させることができる。
リード取囲み部174bが、外側リード部173bの回路基板103aとは反対側を覆うように延出し、外側リード部173bの先端部よりも外側リード部173bの延出方向側において、先端部と隙間を空けて、回路基板103aに向かって突出した突出部174fを有している場合、突出部174fにより、外側リード部173bの先端部が外側リード部173bの延出した方向に変位することを抑制することができるので、内側リード部173aが内側リード部173aの屈曲した方向側に変位することを抑制することができる。内側リード部173aの変位が抑制されるので、電子部品装置170の破損を抑制することができる。
回路基板103aが、外側リード部173bの先端部よりも外側リード部173bの延出方向側において、先端部と隙間を空けて、先端部の側に突出した基板突起部103a1を有している場合、基板突起部103a1により、外側リード部173bの先端部が外側リード部173bの延出した方向に変位することを抑制することができるので、内側リード部173aが内側リード部173aの屈曲した方向側に変位することを抑制することができる。内側リード部173aの変位が抑制されるので、電子部品装置170の破損を抑制することができる。また、回路素子が磁電変換素子である場合、磁電変換素子を精度よく回路基板103aに位置決めして固定できるので、磁電変換素子を用いた電流検出装置の精度を向上させることができる。
実施の形態2.
実施の形態2に係る電子部品装置170について説明する。図8は実施の形態2に係る電子部品装置170の概略を示す断面図で、図1と同等の位置で切断した図である。実施の形態2に係る電子部品装置170は、嵌合部174cの構成が実施の形態1とは異なる構成になっている。
嵌合部174cは、回路基板103aに設けた貫通孔を貫通している。図8に示すように、嵌合部174cの側面部分のZ方向の長さは、貫通孔が形成された回路基板103aの厚みよりも大きい。
電子部品172を有した電子部品ホルダ174の嵌合部174cを回路基板103aの貫通孔に嵌合する際に嵌合力が弱いと、リード173の長さが電子部品本体部172aと回路基板103aとの間の距離よりも長い場合に発生する弾性力によって、電子部品ホルダ174が浮きあがってしまう場合がある。嵌合部174cが貫通孔を貫通している場合、嵌合部174cのZ方向の長さが回路基板103aの厚みよりも大きいため、嵌合部174cのZ方向の長さが回路基板103aの厚みよりも小さい場合と比較して、嵌合部174cと回路基板103aの貫通孔の間に発生する摩擦力が大きいので、電子部品ホルダ174の浮き上がりを抑制することができる。電子部品ホルダ174の浮き上がりが抑制されるので、電子部品本体部172aを回路基板103aに対して高い精度で位置決めして固定することができる。
<変形例>
電子部品装置170の変形例について説明する。図9は実施の形態2に係る別の電子部品装置170の概略を示す断面図で、図1と同等の位置で切断した図である。嵌合部174cは、回路基板103aに設けた貫通孔を貫通しており、貫通孔を貫通した嵌合部174cの部分の径が、貫通孔の内径よりも大きい。このような嵌合部174cの形状は、例えば以下のようにして形成できる。嵌合部174cを回路基板103aに嵌合した後に、Z2の側の基板面に接着剤を塗布したり、回路基板103aから突出した嵌合部174cの先端に熱、超音波、または圧力を加えることで先端部分を変形させたりするなどの手段である。
電子部品172を有した電子部品ホルダ174の嵌合部174cを回路基板103aの貫通孔に嵌合する際に嵌合力が弱いと、リード173の長さが電子部品本体部172aと回路基板103aとの間の距離よりも長い場合に発生する弾性力によって、電子部品ホルダ174が浮きあがってしまう場合がある。貫通孔を貫通した嵌合部174cの部分の径が貫通孔の内径よりも大きい場合、電子部品ホルダ174の浮き上がりを抑制することができる。電子部品ホルダ174の浮き上がりが抑制されるので、電子部品本体部172aを回路基板103aに対して高い精度で位置決めして固定することができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る電子部品装置170について説明する。図10は実施の形態3に係る電子部品装置170の概略を示す断面図で、図1と同等の位置で切断した図、図11は電子部品装置170の実装の工程を説明する図、図12は電子部品装置170の要部を示す平面図で、電子部品装置170を図1に示したZ1方向から見た図である。実施の形態3に係る電子部品装置170は、保持部174aの構成が実施の形態1とは異なる構成になっている。
嵌合部174cは、図12に示すように、回路基板103aの基板面の垂直方向に見て、電子部品本体部172aを挟んだ両側に設けられる。電子部品本体部172aの回路基板103aとは反対側を覆う保持部174aの部分における、回路基板103aとは反対側の面が、回路基板103aの基板面と平行な平面であり、当該平面は、両側の嵌合部174cから等距離の位置に配置されている。
電子部品本体部172aの回路基板103aとは反対側を覆う保持部174aの部分における、回路基板103aとは反対側の面は、吸着面174gである。図11に示すように、吸着面174gは、電子部品172を保持した電子部品ホルダ174を回路基板103aに実装する際に、チップマウンターのヘッドにより吸着される面である。図11の上方に示した部材は、チップマウンターのヘッドの部分である。保持部174aの部分が、磁気シールドなどの他の部材に挿入される場合、吸着面174gの周囲はC面取りまたはR面取りされている。面取り構造を形成することで、精度よく他の部材に挿入することができる。面取り構造を設ける場合、他の部材への挿入性は面取り構造の大きさに依存するため、面取り構造を極力大きくとることが望ましい。しかしながら、電子部品ホルダ174における吸着面174gは小さくなる。
一方、チップマウンターのヘッドにより吸着面174gを吸着して、回路基板103aの貫通孔に嵌合部174cを挿入するため、安定して吸着し、貫通孔と嵌合部174cとを確実に嵌め合うためには、吸着面174gは大きいことが望ましい。また、図12に示すように、嵌合部174cが2か所ある場合、それらの中点を吸着して貫通孔と嵌め合わないと、2つの嵌合部174cに加わる力に差異が生じてしまう。2つの嵌合部174cに加わる力に差異が生じた場合、電子部品ホルダ174が傾くため、電子部品ホルダ174が傾いたまま固定されてしまい、電子部品本体部172aを設置する位置がずれてしまう場合がある。
吸着面174gが両側の嵌合部174cから等距離の位置に配置されている場合、チップマウンターのヘッドにより嵌合部174cから等距離の位置の吸着面174gを吸着して、貫通孔と嵌合部174cとを嵌め合うことができる。嵌合部174cから等距離の位置の吸着面174gを吸着できるため、電子部品ホルダ174が傾くことがないので、電子部品本体部172aの位置のばらつきを抑制することができる。
実施の形態4.
実施の形態4に係る電子部品装置170を用いた回転電機100について説明する。図13は実施の形態4に係る回転電機100の概略を示す斜視図、図14は回転電機100の概略を示す断面図で、回転軸4の軸心C及びヒートシンク110を通る平面で切断した図、図15は回転電機100の電力供給ユニット300の軸方向の他方側を示す平面図で、カバー101及び制御回路103を取り除いて示した図、図16は回転電機100の電力供給ユニット300の要部である電子部品装置170を設置した部分を示す平面図で、図15において円で囲まれた部分の図、図17は図16のA-A断面位置で切断した電力供給ユニット300の要部の断面図、図18は図16のB-B断面位置で切断した電力供給ユニット300の要部の断面図、図19は回転電機100の回路構成の概略を示す図、図20から図24は回転電機100の組立工程を示す図で、回転電機本体部200に電力供給ユニット300を組み付ける図である。図17を除き電子部品ホルダ174を省略する。回転電機100は、回転電機の本体部分である回転電機本体部200と、回転電機本体部200に電力を供給する電力供給ユニット300とを備えた機電一体型の回転電機である。回転電機100は、負荷であるエンジン(図示せず)を駆動する電動機として動作する。あるいは、回転電機100はエンジンより駆動されて発電する発電機として機能する。ここでの電子部品装置170は、電流検出装置である。
本実施の形態で、回転軸4の軸心Cに平行な方向を軸方向Zと定義し、軸方向の一方側Z1をフロント側Z1と称し、軸方向の一方側Z1とは反対側である軸方向の他方側Z2をリヤ側Z2と称する。
<電流検出装置>
電流検出装置である電子部品装置170の構成について説明する。電子部品172の回路素子は、磁電変換素子であり、例えば磁気検出型のホールICである。電子部品装置170は、板状に形成され、被検出電流が流れるバスバーと、バスバーの一方側の面を除いて取り囲む、断面がバスバーの一方側に開口したU字状又はC字状の磁気シールド171とをさらに備える。本実施の形態では、図16に示すように、バスバーは巻線接続部材163である。磁気シールド171は、図17に示すようにU字状である。磁電変換素子が封止された電子部品本体部172aは、磁気シールド171の配置位置における、巻線接続部材163の一方側の面に対向して配置される。電子部品本体部172aは、磁気シールド171におけるU字状又はC字状の開口部171aの内側に配置される。電子部品ホルダ174は、磁気シールド171の内側に嵌合されている
このように構成することで、回路基板103aに精度よく位置決めして固定された磁電変換素子が精度よく磁気シールド171の開口部171aの内側に配置されるので、磁電変換素子を用いた電流検出装置の電流測定の精度を向上させることができる。
<回転電機本体部200>
回転電機本体部200は、図14に示すように、回転軸4と、回転軸4と一体回転する回転子5と、回転子5の径方向外側に配置され、固定子巻線3bが巻装された固定子鉄心3aを有する固定子3と、回転子5及び固定子3の外側を覆うと共にベアリング71、72を介して回転軸4の一端側及び他端側を保持するブラケットと、を備えている。
本実施の形態では、ブラケットは、フロント側Z1に配置されたフロントブラケット1及びリヤ側Z2に配置されたリヤブラケット2から構成されている。フロントブラケット1は、円筒状の外周壁と、外周壁のフロント側Z1の端部から径方向内側に延びた円板状の側壁とを有している。フロントブラケット1の側壁の中心部を回転軸4が貫通し、側壁はベアリング71が固定される貫通孔を備える。リヤブラケット2は、円筒状の外周壁と、外周壁のリヤ側Z2の端部から径方向内側に延びた円板状の側壁とを有している。リヤブラケット2の側壁の中心部を回転軸4が貫通し、側壁はベアリング72が固定される貫通孔を備える。フロントブラケット1とリヤブラケット2は、図13に示すように、軸方向Zに延びたボルト15によって連結される。
回転軸4のフロント側Z1の端部は、フロントブラケット1の貫通孔を貫通して、フロントブラケット1よりもフロント側Z1に突出する。この突出した部分にプーリ9が固定される。エンジンのクランクシャフトに固定されたプーリ(図示せず)と、プーリ9との間にベルト(図示せず)が掛け渡され、回転電機100とエンジンとの間で回転駆動力の伝達が行われる。
回転子5は、界磁鉄心5a及び界磁巻線5bを備える。回転子5は、ランデル型(クローポール型ともいう)とされている。界磁鉄心5aは、円筒状の中心部と、中心部のフロント側Z1の端部から中心部の径方向外側Y2まで延びたフロント側の爪部と、中心部のリヤ側Z2の端部から中心部の径方向外側Y2まで延びたリヤ側の爪部と、を備える。界磁巻線5bの絶縁処理された銅線は、界磁鉄心5aの中心部の外周面に同心状に巻回される。フロント側の爪部とリヤ側の爪部とは、周方向に交互に設けられ、互いに異なる磁極となる。界磁巻線5bは回転軸4のリヤ側Z2に設けられたスリップリング(図示せず)に接続されており、電力供給ユニット300に設けられたブラシを保持するブラシホルダ(図示せず)から界磁電流を供給される。
固定子3は、微小な隙間をあけて回転子5を取り囲むように配設される。固定子3は、スロットを設けた円筒状の固定子鉄心3aと、固定子鉄心3aのスロットに巻装された複数相の固定子巻線3bと、を備える。複数相の固定子巻線3bは、例えば、1組の3相巻線、2組の3相巻線、又は1組の5相巻線等とされ、回転電機100の種類に応じて設定される。
複数相の固定子巻線3bは、固定子鉄心3aからフロント側Z1に突出したフロント側コイルエンド部、及び固定子鉄心3aからリヤ側Z2に突出したリヤ側コイルエンド部を有する。複数相の固定子巻線3bのリード線は、リヤブラケット2を貫通して、リヤ側Z2に延びた固定子巻線端子3cを有する。固定子巻線端子3cは、巻線配線部材113及び巻線側配線部材156を介して、電力供給ユニット300に接続される。
<電力供給ユニット300>
電力供給ユニット300は、回転電機本体部200のブラケットのリヤ側Z2に配置され、回転電機本体部200に固定される。回転電機本体部200と電力供給ユニット300とは、一体化されている。電力供給ユニット300は、パワーモジュール160を有し、直流電源と複数相の巻線との間で直流交流変換を行うインバータと、パワーモジュール160に流れる電流を検出する電子部品装置170と、パワーモジュール160を制御する制御回路103と、パワーモジュール160、制御回路103、及び電子部品装置170を収容するケース102とを備える。
本実施の形態では、インバータは、パワーモジュール160、及びパワーモジュール160が固定され、パワーモジュール160を冷却する冷却器であるヒートシンク110を備える。ヒートシンク110は、フロント側Z1にフィン111を有する。パワーモジュール160は、固定子巻線3bへの供給電流をオンオフする電力用半導体素子(図示せず)を備える。ケース102は、パワーモジュール160、制御回路103、及び電子部品本体部172aのフロント側Z1を覆い、径方向及び周方向に延在した板状の底壁102aを有する。ケース102は、パワーモジュール160、制御回路103、及び電子部品装置170の径方向外側を覆う周壁102bを有する。パワーモジュール160のヒートシンク固定面167は、底壁102aの開口した部分でヒートシンク110に熱的に接続されている。ケース102は、例えば樹脂で作製される。
パワーモジュール160、制御回路103、及び電子部品装置170を封止する封止樹脂105が、ケース102の内側に設けられる。封止樹脂105は、エポキシまたはシリコーンなどのポッティング材である。封止樹脂105で電力供給ユニット300の内部を封止することで、内部の部品の耐湿性、耐水性、絶縁性、及び耐振動性を高めることができる。本実施の形態では、特許文献2のように、制御回路103とパワーモジュール160の接続工程後の樹脂封止工程で、電力供給ユニット300に加えて熱容量の大きな回転電機本体部200を同時に投入する必要がないため、温度の上昇に時間を要して封止工程が長時間になり、生産性が悪化して、回転電機100のコストが上がるということはない。電力供給ユニット300の内部は封止樹脂105で封止する構成に限るものではなく、ねじ止めまたは熱かしめなどによって内部の部品を固定し、絶縁性及び耐湿性を有する被覆材を用いて内部の絶縁を確保しても構わない。
電力供給ユニット300は、カバー101を備える。カバー101は、制御回路103、パワーモジュール160、及びヒートシンク110等のリヤ側Z2及び径方向外側を覆う。カバー101は、フロント側Z1に開口する有底筒状に形成される。カバー101は、例えば樹脂で作製される。径方向外側を覆うカバー101の外周壁101bには、正極側電源端子、負極側電源端子、及び制御用コネクタ(何れも図示せず)が設けられる。正極側電源端子及び負極側電源端子は、インバータを外部の直流電源に接続するため端子である。制御用コネクタは、制御回路103を外部の制御装置に接続するためコネクタである。
制御回路103は、板状に形成された回路基板103aを有する。本実施の形態では、回路基板103aは径方向及び周方向に延在した円板状である。回路基板103aは、プリント基板またはセラミック基板または金属基板等により構成される。回路基板103aは、回路基板103aに実装された電子部品103bを有する。特に、車載される回転電機においては高い振動耐久性が必要なため、制御回路103は、ケース102にねじ、熱かしめ、リベット、接着等により固定される。なお、軸方向Zに見てリヤブラケット2と重複する範囲内に収まれば、回路基板103aは円板状でなくてもよく、2枚以上の回路基板103aにより制御回路103が構成されてもよく、それぞれの回路基板103aの材料が異なっていても構わない。
制御回路103は、リヤブラケット2のリヤ側Z2に間隔を空けて配置される。本実施の形態では、回路基板103aの表面は、軸方向Zに直交している。なお、回路基板103aの表面は、軸方向Zに直交する平面に対して、例えば、30度以内の角度で傾いていてもよい。ケース102の底壁102aは、制御回路103のフロント側Z1を覆っている。また、ケース102は、制御回路103の外周側を覆う周壁102bを備えている。制御回路103のリヤ側Z2は、カバー101の底壁101aにより覆われている。
回転軸4は、リヤブラケット2から制御回路103(本例ではケース102)の前まで、リヤ側Z2に延出する。回転軸4は、制御回路103及びケース102を貫通しておらず、制御回路103及びケース102のフロント側Z1に隙間を空けて配置されている。なお、軸方向Zに見てリヤブラケット2と重複する範囲内に電子部品を配置できれば、制御回路103に回転軸4が貫通する貫通孔が設けられても構わない。
<パワーモジュール160>
パワーモジュール160は、電力用半導体素子、電力用半導体素子が接合されるリード部、外部と接続される部分である接続部材、及びこれらを封止する絶縁樹脂材165を備える。接続部材は、外部と接続される部分をパワーモジュール160の本体部から露出させて設けられる。パワーモジュール160は、1つの相の巻線に対して、直流電源の正極側に接続される正極側の電力用半導体素子と、直流電源の負極側に接続される負極側の電力用半導体素子とが直列に接続された直列回路を、少なくとも1セット備える。正極側の電力用半導体素子と負極側の電力用半導体素子とが直列接続されている接続点が、対応する相の巻線に接続される。例えば、1組の3相の巻線が設けられる場合は、3セットの直列回路が設けられる。図19に示したように、2組の3相の巻線が設けられる場合は、6セットの直列回路が設けられる。
電力用半導体素子には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSFET(Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のスイッチング素子が用いられる。これらは、モータなどの機器を駆動するインバータに用いられるもので、数アンペアから数百アンペアの定格電流を制御するものである。電力用半導体素子の材料として、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、ガリウムナイトライド(GaN)などが用いられてもよい。
パワーモジュール160は、底壁102aのリヤ側Z2の面に沿って本体部から突出した接続部材でありバスバーである巻線接続部材163を有する。パワーモジュール160は、接続部材として、巻線接続部材163以外に、正極側接続部材161、負極側接続部材162、及び制御用接続部材164を備える。正極側接続部材161、負極側接続部材162、巻線接続部材163、制御用接続部材164は、例えば、導電性が良好で熱伝導率の高い銅または銅合金などの金属で作製される。これらの表面は、Au、Ni、Snなどの金属材料でめっきされていても構わない。また、これらの接続部材の金属及びめっきの材質は、2種類以上で構成されてもよい。
本実施の形態では、1つのパワーモジュール160は、正極側の電力用半導体素子と負極側の電力用半導体素子とを2組備え、2つの直列回路を設けている。接続部材のパワーモジュール160の内部における接続について説明する。正極側接続部材161は、正極側の電力用半導体素子のコレクタ端子に接続される。負極側接続部材162は、負極側の電力用半導体素子のエミッタ端子に接続される。巻線接続部材163は、正極側の電力用半導体素子のエミッタ端子と負極側の電力用半導体素子のコレクタ端子との接続点に接続される。制御用接続部材164は、正極側及び負極側の電力用半導体素子のゲート端子等に接続される。
接続部材のパワーモジュール160の外部における接続について説明する。正極側接続部材161は正極側配線部材154に接続され、正極側配線部材154は正極側電源端子151に接続される。負極側接続部材162は負極側配線部材(図示せず)に接続され、負極側配線部材は負極側電源端子(図示せず)に接続される。巻線接続部材163は接続バスバーである巻線側配線部材156に接続され、巻線側配線部材156は巻線配線部材113に接続されて対応する相の固定子巻線3bに接続される。制御用接続部材164は、制御回路103に接続される。制御用接続部材164と制御回路103との間には、コネクタ、はんだ付け、導電性接着剤などが用いられて双方を電気的に接続する。正極側配線部材154、負極側配線部材、巻線側配線部材156はケース102に固定され、これらはヒートシンク110とは電気的に絶縁されている。なお、1つのパワーモジュール160には、1つの電力用半導体素子が設けられてもよく、或いは3つ以上の電力用半導体素子が設けられてもよい。電力用半導体素子の数に合わせて、接続部材等の構成は変更される。
電力用半導体素子は、金属基板又はセラミック基板の配線パターン、バスバー等に、はんだ、銀ペースト等の導電性材料により接合される。金属基板は、アルミ、銅等のベース材料で構成される。セラミック基板は、アルミナ、窒化アルミ、窒化ケイ素等で構成される。バスバーは、鉄、アルミ、銅等で構成される。配線パターン及びバスバーを合わせてリード部と称す。
パワーモジュール160は、ヒートシンク110と固定されるヒートシンク固定面167を有する。本実施の形態では、電力用半導体素子は、リード部の一方側の面に固定される。リード部の他方側の面は、ヒートシンク固定面167を構成する。なお、電力用半導体素子が固定されるリード部の面と同じ側に、ヒートシンク固定面167が設けられても構わない。本実施の形態では、ヒートシンク固定面167とヒートシンク110と間の接続には、接触熱抵抗を低減するため、伝熱材を介在させている。伝熱材には、例えばグリース、接着剤、シート、ゲルの絶縁性を有する材料、またははんだ、銀ペースト等の導電性部材が用いられる。ヒートシンク110と絶縁が必要なリード部の場合は、伝熱材には、絶縁性を有する材料が用いられる。パワーモジュール160とヒートシンク110とが伝熱材を介して熱的に接続されるため、構成部材及び接合工程を削減してパワーモジュール160とヒートシンク110との間の熱抵抗を低減することができる。
リード部とヒートシンク110が同電位の場合、リード部とヒートシンク110をはんだ等の導電性部材で接続してもよく、或いは電力用半導体素子と接合されたリード部を、ばね又はねじ等によりヒートシンク110に機械的に押圧させてもよい。接合から機械的な押圧に変えることで、熱抵抗を低減しつつ、温度サイクル及び高温での劣化が軽減され、長期信頼性を向上させることができる。また、ヒートシンク110は、一つまたは複数のパワーモジュール160と一体的にモジュール化されていても構わない。
絶縁樹脂材165には、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等のポッティング樹脂、フッ素樹脂等の電力用半導体素子の表面のコーティング材料、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)等の成形材料が用いられる。絶縁樹脂材165で電力用半導体素子等の構成部品を覆うことで、例えば、異物が電力供給ユニット300に混入した場合、塩、泥等が入った液体が電力供給ユニット300にかかった場合でもパワーモジュール160の内部の絶縁性を確保することができる。また、エポキシ樹脂等の硬度が高い材料を絶縁樹脂材165に使うことで構成部品はパワーモジュール160の内部に固定されるので、パワーモジュール160の耐振性を向上できる。なお、絶縁樹脂材165を用いない方法でパワーモジュール160を絶縁して固定できれば、絶縁樹脂材165はなくても構わない。
<巻線接続部材163とその配線構成>
パワーモジュール160の本体部は、本実施の形態では矩形板状に形成され、本体部の1つの側面における長手方向の両側の端部のそれぞれから、一つずつ巻線接続部材163が突出している。複数の制御用接続部材164は、2つの巻線接続部材163の間に配置されている。巻線接続部材163は、電子部品装置170の一部となる部材である。このように配置することで、電子部品装置170が制御用接続部材164と干渉しないように、制御用接続部材164から離れた位置に電子部品装置170を容易に配置することができる。巻線接続部材163がパワーモジュール160の1つの側面の両側の端部に無い場合、パワーモジュール160の制御用接続部材164と2つの電子部品装置170の間に、それぞれの干渉を避けるために4か所のスペースが必要となる。電子部品装置170を両側の端部に配置した場合、干渉を避けるためのスペースが2か所になるため、パワーモジュール160の大型化を抑制することができる。パワーモジュール160の大型化が抑制されるので、回転電機100を小型化することができる。
回転電機100が備える巻線側配線部材156、及び巻線配線部材113について説明する。2つの巻線配線部材113は、固定子巻線3bの固定子巻線端子3cに接続され、リヤ側Z2に延出する。2つの巻線側配線部材156は、2つの巻線配線部材113のそれぞれと2つの巻線接続部材163のそれぞれとを接続する。2つの巻線接続部材163は、周方向に間隔を空けて、周壁102bに向かって延出する。2つの巻線配線部材113は、2つの巻線接続部材163の間の周方向位置であって、周壁102bの径方向外側に周方向に隣接して配置される。第1の巻線側配線部材156aは、周方向に延出すると共に周壁102bを貫通し、周方向の一方側の巻線接続部材163の径方向外側の端部と、周方向の一方側の巻線配線部材113とを接続している。第2の巻線側配線部材156bは、周方向に延出すると共に周壁102bを貫通し、周方向の他方側の巻線接続部材163の径方向外側の端部と、周方向の他方側の巻線配線部材113とを接続している。このように、巻線側配線部材156と巻線配線部材113は、電力供給ユニット300と回転電機本体部200とを電気的に接続している。
巻線配線部材113は、巻線配線部材固定部114に固定される。巻線配線部材固定部114は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、リエーテルエーテルケトン(PEEK)等の樹脂材料から作製される。巻線配線部材固定部114は、リヤブラケット2及びヒートシンク110と巻線配線部材113とを電気的及び熱的に絶縁して、巻線配線部材113をリヤブラケット2に固定する。
巻線側配線部材156及び巻線配線部材113をこのように配置することで、2つの巻線接続部材163と制御用接続部材164に隣接したスペースを利用して、巻線側配線部材156と巻線配線部材113を接続することできるので、回転電機100の大型化を抑制し、回転電機100を小型化することができる。
<電子部品装置170と巻線接続部材163の配置構成>
本願の要部である電子部品装置170の配置及び構成について、図16から図18を用いて説明する。本実施の形態における電子部品装置170は電流検出装置であり、電子部品172、電子部品ホルダ174、巻線接続部材163、磁気シールド171、及び回路基板103aで構成される。位置関係を明確にするために、図18において、制御用接続部材164を破線で示し、電子部品ホルダ174を省略する。
磁気シールド171は、巻線接続部材163のリヤ側Z2の面を除いて巻線接続部材163を取り囲み、断面がリヤ側Z2に開口したU字状又はC字状に形成される。磁気シールド171は、底壁102aに固定される。本実施の形態では、図17に示すように、磁気シールド171のフロント側Z1の部分が底壁102aに埋め込まれていて、磁気シールド171がケース102に一体成形されている。磁気シールド171がケース102に一体成形されている場合、磁気シールド171の位置精度を特に高めることができる。磁気シールド171が底壁102aに埋め込まれる構成は一体成形に限るものではなく、嵌め合いにより埋め込む構成でも構わない。なお、磁気シールド171の固定はこれに限るものではなく、底壁102aのリヤ側Z2の面に接着して固定しても構わない。磁気シールド171は、電磁鋼板、鉄、ニッケル等の磁性体によって作製される。磁気シールド171は、固定子3及び回転子5において発生した磁界の電子部品本体部172aへの貫通を抑制する。また、磁気シールド171は巻線接続部材163において生じた磁界を電子部品本体部172aに集磁する効果も有する。磁気シールド171は、ヒートシンク110及び巻線接続部材163と電気的に絶縁されている。また、磁気シールド171は、制御用接続部材164と干渉しないように、パワーモジュール160の本体部及び制御用接続部材164から離れた位置に配置される。
磁電変換素子は、巻線接続部材163に流れる電流に起因して生じた磁界を検出する。電子部品本体部172aは磁気シールド171の配置位置における、巻線接続部材163のリヤ側Z2の面に対向して配置され、電子部品本体部172aは磁気シールド171におけるU字状又はC字状の開口部171aの内側に配置されている。電子部品ホルダ174は、磁気シールド171の内側に嵌合されている。検出した磁界に応じた磁電変換素子の出力が制御回路103に取り込まれて、巻線接続部材163に流れる電流値が検出される。制御回路103は、検出された電流値に基づいてパワーモジュール160を制御する。
このように構成することで、磁気シールド171が固定されたケース102に対して、電流測定部である、電子部品ホルダ174に保持された電子部品本体部172aと巻線接続部材163とが配置されるため、それぞれの部品を別体で配置する場合に比べて部品の配置の位置精度を高めることができるので、電子部品本体部172aの電流検出精度を改善することができる。また、制御回路103と電子部品本体部172aとは電力供給ユニット300のケース102の内部に収容されているため、制御回路103から電子部品本体部172aまでの配線長が短くなるので、安価で小型な回転電機100を得ることができる。また、封止樹脂105で容易に電力供給ユニット300の内部の部品を封止できるので、電力供給ユニット300の内部の耐振性及び耐水性を容易に確保することができる。また、電力供給ユニット300のみで、電子部品本体部172aの動作テストを行うことができるため、回転電機100を組み立てる前に不良品を発見することができるので、歩留まりの低下が抑制され、回転電機100の低コスト化に寄与する。
また、パワーモジュール160と電子部品本体部172aが一体化されていない構成である。そのため、制御用接続部材164の数は増加することがない。制御用接続部材164と制御回路103を部分フローはんだ付けによって接続する場合において、制御回路103の部品実装に用いられるリフローはんだ付けなどより端子間の間隔を広い間隔にする必要がある制御用接続部材164が増加しないので、パワーモジュール160の大型化を抑制することができる。また、制御回路103の大型化も抑制されるので、回転電機100の大型化を抑制することができる。
本実施の形態では、リード173は、外側リード部173bにおいて回路基板103aと接続されている。このように構成することで、制御用接続部材164と回路基板103aとが部分噴流はんだ付けにより接続される場合においても、既に接続されているリード173の接続が外れることによる電子部品本体部172aの位置ずれの不良、及びはんだブリッジまたはマイグレーションによる短絡などの不良が発生することがない。そのため、高品質な回転電機100を提供することができる。
本実施の形態では、磁気シールド171の開口部171aの幅は、磁気シールド171に挟まれた巻線接続部材163の部分である挟まれ部163aの幅よりも大きい。このように構成することで、磁気シールド171と巻線接続部材163とを離間させて設けることができるので、磁気シールド171と巻線接続部材163とを容易に絶縁することができる。また、磁気シールド171の開口部171aの側から、容易に巻線接続部材163を配置できるので、回転電機100の生産性を向上させることができる。
本実施の形態では、挟まれ部163aの幅は、巻線接続部材163の突出方向における挟まれ部163aの前後の巻線接続部材163の部分の幅よりも狭い。このように構成することで、磁気シールド171の開口部171aの幅を狭めることができる。開口部171aの幅を狭めることで磁気シールド171の内部に外部から侵入する磁束が少なくなるため、電子部品本体部172aが外部から受ける磁気ノイズを小さくすることができる。また、磁気シールド171の開口部171aの幅を狭めることで磁気シールド171を小型化できるため、電力供給ユニット300の大型化を抑制することができる。なお、巻線接続部材163の幅を狭めると巻線接続部材163に流れる電流の密度が幅を狭めた部分において上昇するため、巻線接続部材163の発熱が大きくなり、パワーモジュール160の温度が上昇しやすくなる。しかし、本実施の形態では、巻線接続部材163の磁気シールド171に挟まれた挟まれ部163aのみの幅が狭くなっているため、巻線接続部材163の発熱の増加を抑制しつつ、高い精度で電流を測定するとともに、パワーモジュール160の大型化を抑制することができる。
<回転電機100の組立方法>
回転電機100の組立方法において、図20から図24を用いて、回転電機本体部200に電力供給ユニット300を組み付ける組立工程を説明する。図20から図23は、磁気シールド171の開口部171aで電力供給ユニット300を切断した断面である。組立工程は6つの工程を備える。位置関係を明確にするために、図22から図24において、電子部品ホルダ174を省略する。
第一の工程において、ヒートシンク110にケース102が固定される。図20は、第一の工程後の電力供給ユニット300の断面を示している。固定の方法は、例えばねじ止めである。ケース102には、正極側配線部材154、巻線側配線部材156、及び磁気シールド171が予め固定されている。
第二の工程において、パワーモジュール160がヒートシンク110に固定される。図21は、第二の工程後の電力供給ユニット300の断面を示している。パワーモジュール160のヒートシンク固定面167が、底壁102aの開口した部分で位置決めされ、ヒートシンク110に熱的に接続して固定される。ヒートシンク110は、底壁102aの開口した部分に突出する突出部110aを有する。ヒートシンク固定面167は、突出部110aに固定される。パワーモジュール160をヒートシンク110に固定する際、パワーモジュール160の巻線接続部材163は、磁気シールド171の開口部171aから、磁気シールド171の内側に配置される。また、正極側接続部材161と正極側配線部材154、負極側接続部材162(図21において図示せず)と負極側配線部材、及び巻線接続部材163と巻線側配線部材156のそれぞれが接続される。
第三の工程において、電子部品本体部172a及び電子部品ホルダ174が固定された制御回路103がケース102に固定される。図22は、第三の工程後の電力供給ユニット300の断面を示している。制御回路103は、ねじ、熱かしめ、リベット、接着等によりケース102に固定される。電子部品本体部172aは、巻線接続部材163のリヤ側Z2の面に対向した、磁気シールド171の開口部171aの内側に配置される。電子部品ホルダ174は、磁気シールド171の内側に嵌合される。また、制御回路103とパワーモジュール160の制御用接続部材164とが、回路基板103aのリヤ側Z2から部分フローはんだ付けにより接続される。そのため、制御用接続部材164は、隣接する制御用接続部材164同士がはんだで誤接続されてしまわない間隔で配置される。
第四の工程において、ケース102の内部が封止樹脂105で封止される。第四の工程は樹脂封止工程である。図23は、第四の工程後の電力供給ユニット300の断面を示している。液状の封止樹脂105は、ケース102のリヤ側Z2から封入される。封止樹脂105は、制御回路103及び制御用接続部材164が覆われる位置まで封入される。封止樹脂105の封入後、電力供給ユニット300全体が加熱され、封止樹脂105は加熱硬化される。
第五の工程において、電力供給ユニット300が回転電機本体部200に固定される。図24は、第五の工程後の電力供給ユニット300及び回転電機本体部200の断面を示している。巻線配線部材固定部114及び巻線配線部材113は、回転電機本体部200に取り付けられている。まず、電力供給ユニット300が回転電機本体部200のリヤ側Z2に、例えばねじ止めで固定される。その後、巻線側配線部材156と巻線配線部材113が接続される。
第六の工程において、カバー101が電力供給ユニット300に固定される。図14が組立工程終了後の回転電機100である。カバー101は電力供給ユニット300のリヤ側Z2に、例えばねじ止めで固定される。
磁気シールド171が固定されたケース102に対して、巻線接続部材163と電子部品本体部172aとを配置して、これらが固定されるため、それぞれの部品を別体で配置して固定する場合に比べて構成部品の配置の位置精度を高めることができるので、電流検出精度を改善することができる。また、樹脂封止工程において、回転電機100全体ではなく電力供給ユニット300のみで封止樹脂105の加熱硬化が行えるため、生産性を悪化させることなく、回転電機100を容易かつ低コストで組み立てることができる。
以上のように、実施の形態4による回転電機100において、電力供給ユニット300が備えたパワーモジュール160は、ケース102の底壁102aのリヤ側Z2の面に沿って本体部から突出した巻線接続部材163を有し、底壁102aには、巻線接続部材163のリヤ側Z2の面を除いて取り囲む、断面が軸方向の他方側に開口したU字状の磁気シールド171が固定され、電子部品本体部172aが、磁気シールド171の配置位置における、巻線接続部材163のリヤ側Z2の面に対向して配置され、電子部品本体部172aは、磁気シールド171におけるU字状の開口部171aの内側に配置され、電子部品ホルダ174は、磁気シールド171の内側に嵌合されているため、磁気シールド171が固定されたケース102に対して、電流測定部である、電子部品ホルダ174に保持された電子部品本体部172aと巻線接続部材163とが配置され、それぞれの部品を別体で配置する場合に比べて部品の配置の位置精度を高めることができるので、電子部品本体部172aの電流検出精度を改善することができる。
また、制御回路103と電子部品本体部172aとは電力供給ユニット300のケース102の内部に収容されているため、制御回路103から電子部品本体部172aまでの配線長が短くなるので、安価で小型な回転電機100を得ることができる。また、電力供給ユニット300のみで、電子部品本体部172aの動作テストを行うことができるため、回転電機100を組み立てる前に不良品を発見することができるので、歩留まりの低下が抑制され、安価な回転電機100を得ることができる。
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 フロントブラケット、2 リヤブラケット、3 固定子、3a 固定子鉄心、3b 固定子巻線、3c 固定子巻線端子、4 回転軸、5 回転子、5a 界磁鉄心、5b 界磁巻線、71 ベアリング、72 ベアリング、9 プーリ、101 カバー、101a 底壁、101b 外周壁、102 ケース、102a 底壁、102b 周壁、15 ボルト、103 制御回路、103a 回路基板、103a1 基板突起部、103b 電子部品、105 封止樹脂、110 ヒートシンク、110a 突出部、111 フィン、113 巻線配線部材、114 巻線配線部材固定部、151 正極側電源端子、154 正極側配線部材、156 巻線側配線部材、156a 第1の巻線側配線部材、156b 第2の巻線側配線部材、160 パワーモジュール、161 正極側接続部材、162 負極側接続部材、163 巻線接続部材、163a 挟まれ部、164 制御用接続部材、165 絶縁樹脂材、167 ヒートシンク固定面、170 電子部品装置、171 磁気シールド、171a 開口部、172 電子部品、172a 電子部品本体部、173 リード、173a 内側リード部、173b 外側リード部、174 電子部品ホルダ、174a 保持部、174a1 突起部、174b リード取囲み部、174c 嵌合部、174d 屈曲部側突起部、174e 内側突起部、174f 突出部、174g 吸着面、100 回転電機、200 回転電機本体部、300 電力供給ユニット、C 軸心

Claims (13)

  1. 回路素子を樹脂部材で覆った電子部品本体部、及び前記回路素子と接続され、前記電子部品本体部から突出した複数のリードを有した電子部品と、
    前記電子部品本体部を取り囲み保持した保持部、及び前記保持部から延出し、複数の前記リードにおける前記電子部品本体部の側の部分を取り囲んだリード取囲み部を有した電子部品ホルダと、
    複数の前記リードと接続された回路基板と、を備え、
    前記電子部品ホルダは、前記リード取囲み部から突出し、前記回路基板に形成された貫通孔に嵌合された嵌合部を有し、
    複数の前記リードは、前記電子部品本体部から、前記リード取囲み部における前記回路基板の側の開口部に向かって直線状に延出した内側リード部と、前記開口部において、前記内側リード部から屈曲し、屈曲後、前記リード取囲み部と前記回路基板との隙間を前記回路基板に向かって直線状に延出し、先端部が、前記回路基板に接続された外側リード部とを有し、
    前記外側リード部の延出方向と前記回路基板の基板面との最小角度は、鋭角に設定されている電子部品装置。
  2. 前記電子部品ホルダは、前記内側リード部の屈曲した方向側の側面に対向する前記リード取囲み部の壁面における、前記開口部の側の端部に、前記内側リード部の方向に突出した屈曲部側突起部を有している請求項1に記載の電子部品装置。
  3. 前記電子部品ホルダは、前記内側リード部における屈曲した方向とは反対側の側面に対向する前記リード取囲み部の壁面に、前記内側リード部の方向に突出した内側突起部を有している請求項1または2に記載の電子部品装置。
  4. 前記内側リード部は、前記回路基板の基板面に垂直方向に延出し、
    前記内側リード部の延出方向と前記外側リード部の延出方向との最小角度は、鈍角である請求項1から3のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  5. 前記リード取囲み部における前記嵌合部が設けられた部分は、前記回路基板の基板面に当接し、
    前記リード取囲み部における前記外側リード部を覆う部分は、前記回路基板の基板面とは間隔を空けている請求項1から4のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  6. 前記リード取囲み部は、前記外側リード部の前記回路基板とは反対側を覆うように延出し、前記外側リード部の前記先端部よりも前記外側リード部の延出方向側において、前記先端部と隙間を空けて、前記回路基板に向かって突出した突出部を有している請求項1から5のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  7. 前記回路基板は、前記外側リード部の前記先端部よりも前記外側リード部の延出方向側において、前記先端部と隙間を空けて、前記先端部の側に突出した基板突起部を有している請求項1から5のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  8. 前記嵌合部は、前記貫通孔を貫通している請求項1から7のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  9. 前記嵌合部は、前記貫通孔を貫通しており、前記貫通孔を貫通した前記嵌合部の部分の径が、前記貫通孔の内径よりも大きい請求項1から8のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  10. 前記嵌合部は、前記回路基板の基板面の垂直方向に見て、前記電子部品本体部を挟んだ両側に設けられ、
    前記電子部品本体部の前記回路基板とは反対側を覆う前記保持部の部分における、前記回路基板とは反対側の面が、前記回路基板の基板面と平行な平面であり、当該平面は、両側の前記嵌合部から等距離の位置に配置されている請求項1から9のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  11. 前記回路素子は、磁電変換素子である請求項1から10のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  12. 前記回路素子は、磁電変換素子であり、
    板状に形成され、被検出電流が流れるバスバーと、
    前記バスバーの一方側の面を除いて取り囲む、断面が前記バスバーの一方側に開口したU字状又はC字状の磁気シールドと、を備え、
    前記電子部品本体部が、前記磁気シールドの配置位置における、前記バスバーの一方側の面に対向して配置され、
    前記電子部品本体部は、前記磁気シールドにおける前記U字状又は前記C字状の開口部の内側に配置され、
    前記電子部品ホルダは、前記磁気シールドの内側に嵌合されている請求項1から10のいずれか1項に記載の電子部品装置。
  13. 回転軸と、前記回転軸と一体回転する回転子と、前記回転子の径方向外側に配置され、固定子巻線が巻装された固定子鉄心を有する固定子と、前記回転子及び前記固定子の外側を覆うと共にベアリングを介して前記回転軸の一端側及び他端側を保持するブラケットと、を設けた回転電機本体部と、
    前記固定子巻線への供給電流をオンオフする電力用半導体素子を有するパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却する冷却器と、前記パワーモジュールに流れる電流を検出する、請求項11に記載した電子部品装置と、前記パワーモジュールを制御する制御回路と、前記パワーモジュール、前記制御回路、及び前記電子部品装置の軸方向の一方側を覆い、径方向及び周方向に延在した板状の底壁を有し、前記パワーモジュール、前記制御回路、及び前記電子部品装置を収容するケースと、を設け、前記ブラケットの軸方向の他方側に配置された電力供給ユニットと、を備え、
    前記パワーモジュールは、前記底壁の軸方向の他方側の面に沿って本体部から突出したバスバーを有し、
    前記底壁には、前記バスバーの軸方向の他方側の面を除いて取り囲む、断面が軸方向の他方側に開口したU字状又はC字状の磁気シールドが固定され、
    前記電子部品本体部が、前記磁気シールドの配置位置における、前記バスバーの軸方向の他方側の面に対向して配置され、
    前記電子部品本体部は、前記磁気シールドにおける前記U字状又は前記C字状の開口部の内側に配置され、
    前記電子部品ホルダは、前記磁気シールドの内側に嵌合されている回転電機。
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