JP5485591B2 - Drive device and semiconductor module - Google Patents
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Description
本発明は、モータと電子回路とを一体に構成した駆動装置に関する。 The present invention relates to a driving device in which a motor and an electronic circuit are integrated.
近年、低燃費を実現するために、車両のステアリング操作を補助する機構として、油圧式でトルクを発生させる油圧アシスト装置に代わり、電動式でトルクを発生させる電動アシスト装置が注目されている。 In recent years, in order to achieve low fuel consumption, an electric assist device that generates electric torque has attracted attention as a mechanism for assisting the steering operation of the vehicle, instead of the hydraulic assist device that generates torque by hydraulic pressure.
電動アシスト装置の動力発生源となるモータは、直流電圧から作り出された複数相の交流電圧により駆動される。直流を交流に変換する電子回路には、複数相の巻線へ電流を供給するタイミングを切り替えるための半導体チップを有する半導体モジュールおよびマイコン等が含まれている。
従来、モータの近傍にこのような電子回路を配置したものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
A motor that is a power generation source of the electric assist device is driven by a plurality of phases of AC voltage generated from the DC voltage. An electronic circuit that converts direct current into alternating current includes a semiconductor module having a semiconductor chip for switching the timing of supplying current to a plurality of phases of winding, a microcomputer, and the like.
Conventionally, a device in which such an electronic circuit is arranged in the vicinity of a motor has been disclosed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、前述の特許文献1に示される構成では、半導体モジュール本体をあらかじめステータの周囲に配設した上で、ステータコイルまたは他の電子部品が配設されたプリント配線基板に半導体モジュールのリードを接続する必要がある。したがって、プリント配線基板以外の構成品、例えばモータケース等に半導体モジュールを配設する場合、半導体モジュールの位置がその構成品に対してずれないように、あらかじめ半導体モジュールの位置決めを行った上で組立作業を行わなくてはならない。このため、組立工程が複雑になる虞がある。また、仮に、半導体モジュールの位置がずれないように位置決めをするために冶具等を用いたとすると、製造コストの増加が懸念される。 However, in the configuration disclosed in Patent Document 1 described above, the semiconductor module main body is arranged around the stator in advance, and then the lead of the semiconductor module is connected to the printed wiring board on which the stator coil or other electronic components are arranged. There is a need to. Therefore, when a semiconductor module is disposed in a component other than a printed wiring board, such as a motor case, the semiconductor module is positioned in advance so that the position of the semiconductor module does not deviate from the component. You have to do the work. For this reason, there exists a possibility that an assembly process may become complicated. Further, if a jig or the like is used to position the semiconductor module so that the position of the semiconductor module does not shift, there is a concern about an increase in manufacturing cost.
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、治具等を用いることなく半導体モジュールの位置決めを行い、組立工程の省力化が可能な駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a drive device that can position a semiconductor module without using a jig or the like and can save labor in an assembly process. It is in.
上述した課題を解決するためになされた請求項1に記載の駆動装置は、電流を流すことにより回転駆動されるモータと、モータに流す電流を制御するための半導体モジュールを有する電子回路と備えている。 The drive device according to claim 1, which has been made in order to solve the above-described problem, includes a motor that is rotationally driven by passing a current, and an electronic circuit that includes a semiconductor module for controlling the current that flows through the motor. Yes.
モータの外郭は、筒部および筒部の端部から径方向内側に延びて設けられる隔壁を有するモータケースにて形成されている。筒部の径方向内側には、ステータが配置されている。ステータは、複数相を構成するよう巻線が巻回されてなる。さらにステータの径方向内側に配置されるのがロータであり、このロータと共にシャフトは回転する。 The outer shell of the motor is formed by a motor case having a cylindrical portion and a partition wall provided extending radially inward from the end of the cylindrical portion. A stator is disposed on the radially inner side of the cylindrical portion. The stator is formed by winding a winding so as to constitute a plurality of phases. Further, a rotor is disposed on the radially inner side of the stator, and the shaft rotates together with the rotor.
電子回路は、複数相の巻線に流れる巻線電流を切り換えるための半導体チップを具備する半導体モジュールを有している。例えば、半導体チップには半導体スイッチ素子が構成されており、この半導体スイッチ素子のオン/オフによって、巻線電流が切り換えられるという具合である。 The electronic circuit has a semiconductor module including a semiconductor chip for switching winding currents flowing through a plurality of phases of windings. For example, a semiconductor switch element is configured in the semiconductor chip, and the winding current is switched by turning on / off the semiconductor switch element.
半導体モジュールは、半導体チップを封止体で覆って形成されている。ここでいう「覆う」とは、半導体チップの全てを包むようにして覆うという意味に限らず、半導体チップの少なくとも一部を覆うという意味も含む。なお、封止体の材料としては、樹脂が一般的である。封止体は、半導体モジュールの外郭を構成している。 The semiconductor module is formed by covering a semiconductor chip with a sealing body. The term “covering” as used herein is not limited to covering all of the semiconductor chip but also includes covering at least a part of the semiconductor chip. A resin is generally used as a material for the sealing body. The sealing body constitutes the outline of the semiconductor module.
ここで特に本発明では、モータケースにはモータケースと同じ材料により係合部が一体に形成され、半導体モジュールの封止体には封止体と同じ材料により、係合部に対応する被係合部が一体に形成されていることを特徴とする。そして、係合部と被係合部とは、相互の係合によって半導体モジュールのモータケースに対する位置決めが可能な様に形成されている。 Here, particularly in the present invention, the motor case is integrally formed with the same material as that of the motor case, and the semiconductor module sealing body is made of the same material as that of the sealing body so as to correspond to the engaging portion. The joint is formed integrally . The engaging portion and the engaged portion are formed so that the semiconductor module can be positioned relative to the motor case by mutual engagement.
半導体モジュールに形成される被係合部は、例えば、半導体チップの樹脂封止を行う際に樹脂成形により凹部または凸部として形成することができる。あるいは、凹部または凸部を形成するのではなく、半導体モジュールの外郭そのものを被係合部とすることもできる。 The engaged portion formed in the semiconductor module can be formed, for example, as a concave portion or a convex portion by resin molding when performing resin sealing of the semiconductor chip. Alternatively, the outline of the semiconductor module itself can be used as the engaged portion, instead of forming the concave portion or the convex portion.
これにより、半導体モジュールをモータケースに組み付けるとき、係合部と被係合部とが係合するようにして半導体モジュールをモータケースに配置すれば、半導体モジュールは、所定の位置に位置決めされる。ここでいう「位置決め」とは、半導体モジュールのモータケースに対する特定の方向への位置ずれを規制することをいう。 Thus, when the semiconductor module is assembled to the motor case, the semiconductor module is positioned at a predetermined position if the semiconductor module is arranged in the motor case so that the engaging portion and the engaged portion are engaged. “Positioning” as used herein refers to regulating positional deviation in a specific direction with respect to the motor case of the semiconductor module.
このように本発明では、半導体モジュールを支えるための冶具等を用いることなく、半導体モジュールの位置決めを行うことができる。結果として、駆動装置の組立工程を省力化するとともに製造コストの削減が実現される。 Thus, in the present invention, the semiconductor module can be positioned without using a jig or the like for supporting the semiconductor module. As a result, the drive assembly process can be saved and the manufacturing cost can be reduced.
ところで、前述の電子回路においては、半導体モジュールが発熱しても他の電子部品に影響を与えないように部品を配置することが重要である。そこで、モータケース自体が放熱を兼ねるものとしてもよい。例えば、モータケースには放熱構成を設けず、モータケース本体にある程度の熱容量を持たせることが考えられる。また、モータケースが放熱構成を有していてもよい。例えば、次の構成に示すように放熱部を有するものとしてもよい。 By the way, in the above-described electronic circuit, it is important to arrange components so that the semiconductor module does not affect other electronic components even if heat is generated. Therefore, the motor case itself may serve as heat dissipation. For example, it is conceivable that the motor case main body has a certain heat capacity without providing a heat dissipation structure in the motor case. The motor case may have a heat dissipation configuration. For example, it is good also as what has a thermal radiation part as shown to the next structure.
具体的には、請求項1に記載の発明のように、モータケースは、隔壁からシャフトの中心線方向に延びて設けられる放熱部を有することが例示される。また、半導体モジュールは、封止体において半導体チップのチップ面に対向する放熱面を有している。そして、半導体モジュールは、係合部と被係合部とが係合することによって、放熱面が放熱部に当接可能に配置される。ここで、半導体モジュールが放熱部に「当接」するとは、半導体モジュールと放熱部とが直に当接するという意味に限らず、半導体モジュールと放熱部とが例えば放熱シート等を間に挟んで当接する、といった意味も含む。 Specifically, as in the first aspect of the invention, the motor case is exemplified to have a heat radiating portion provided extending from the partition wall in the direction of the center line of the shaft. The semiconductor module has a heat radiating surface facing the chip surface of the semiconductor chip in the sealing body. And a semiconductor module is arrange | positioned so that a thermal radiation surface can contact | abut to a thermal radiation part, when an engaging part and an engaged part engage. Here, the term “contact” of the semiconductor module with the heat radiating portion is not limited to the direct contact between the semiconductor module and the heat radiating portion, but the semiconductor module and the heat radiating portion may contact each other with, for example, a heat radiating sheet interposed therebetween. It also includes the meaning of touching.
これによると、半導体モジュールが放熱部に当接するよう配置されているため、モータケースに対する半導体モジュールの放熱部側への位置ずれが規制される。
また本発明によると、半導体チップの発熱が大きい場合でも半導体モジュールの発する熱が放熱部を経由して放出されるため、半導体チップの温度が許容温度以上に上昇することを抑制できる。
また、請求項1に記載の発明では、係合部は、放熱部に対し垂直に延びる壁面から突出するよう、または凹むよう形成されている。
According to this, since the semiconductor module is disposed so as to come into contact with the heat radiating portion, the displacement of the semiconductor module toward the heat radiating portion with respect to the motor case is restricted.
Further, according to the present invention, even when the heat generated by the semiconductor chip is large, the heat generated by the semiconductor module is released via the heat radiating portion, so that it is possible to suppress the temperature of the semiconductor chip from rising above the allowable temperature.
In the first aspect of the present invention, the engaging portion is formed so as to protrude from the wall surface extending perpendicularly to the heat radiating portion or to be recessed.
請求項2に記載の発明では、半導体モジュールは、放熱面の面積が他の面と比べて最も大きくなるよう形成されている。これによると、例えば前述の様に半導体モジュールと放熱部とが当接する場合、その当接面積を大きく確保できるため、半導体モジュールの放熱効果を促進させることができる。 In the invention according to claim 2 , the semiconductor module is formed so that the area of the heat radiating surface is the largest compared to the other surfaces. According to this, for example, when the semiconductor module and the heat radiating portion are in contact with each other as described above, a large contact area can be ensured, so that the heat dissipation effect of the semiconductor module can be promoted.
また、請求項3に記載のように、半導体モジュールは、略直方体形状に形成されることが例示される。この場合、半導体モジュールは、封止体においてチップ面と略平行で放熱面と対向する面である前面と、放熱面および前面に略垂直な面のうちの1つである下面と、当該下面と対向する面である上面とを有している。また、半導体モジュールは、放熱面、前面、下面、および上面のいずれにも略垂直な面のうちの1つである右側面と、当該右側面と対向する左側面とを有している。 Further, as described in claim 3 , the semiconductor module is exemplified to be formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. In this case, the semiconductor module includes a front surface that is substantially parallel to the chip surface and opposed to the heat dissipation surface in the sealing body, a lower surface that is one of the heat dissipation surface and a surface substantially perpendicular to the front surface, and the lower surface. And an upper surface which is an opposing surface. In addition, the semiconductor module has a right side that is one of the surfaces substantially perpendicular to any of the heat dissipation surface, the front surface, the lower surface, and the upper surface, and a left side that faces the right side.
なお、ここでいう「略直方体」とは、概ね直方体であることをいい、例えば全ての隣接する面同士が正確に垂直に交わっていないもの、あるいは、直方体の角や辺を面取りしたものも含む。以下の請求項4〜11では、上述の発明のより具体的な構成を例示する。 As used herein, “substantially rectangular parallelepiped” refers to a generally rectangular parallelepiped, and includes, for example, all adjacent surfaces that do not intersect each other exactly vertically, or chamfered corners or sides of the rectangular parallelepiped. . The following claims 4 to 11 illustrate more specific configurations of the above-described invention.
請求項4に記載の発明では、半導体モジュールの略直方体形状に形成された封止体自身を被係合部として機能させてもよい。これにより、上述の請求項1と同様の効果を奏する。 In the invention described in claim 4 , the sealing body itself formed in a substantially rectangular parallelepiped shape of the semiconductor module may function as the engaged portion. Thereby, there exists an effect similar to the above-mentioned Claim 1.
請求項5に記載の発明では、前記被係合部は、前記半導体モジュールの前記下面に設けられ、半導体モジュールの前面から放熱面へ向かって延びる溝状凹部として形成されている。ここで、溝状凹部は前面から放熱面まで達している場合と達していない場合が考えられる。例えば、溝状凹部が前面から放熱面まで達している場合、係合部と被係合部とが係合することによって、半導体モジュールはモータケースに対して「右側面」および「左側面」方向の位置ずれが規制される。 In the invention according to claim 5 , the engaged portion is provided on the lower surface of the semiconductor module, and is formed as a groove-like recess extending from the front surface of the semiconductor module toward the heat dissipation surface. Here, the case where the groove-shaped recessed part has reached from the front surface to the heat radiating surface may be considered. For example, when the groove-shaped recess reaches from the front surface to the heat radiating surface, the engaging portion and the engaged portion are engaged, so that the semiconductor module is in the “right side” and “left side” directions with respect to the motor case. Is displaced.
一方、溝状凹部が前面から放熱面まで達していない場合、半導体モジュールは、モータケースに対して前述のように「右側面」方向および「左側面」方向の位置ずれが規制されることに加えて、さらに「前面」方向および「放熱面」方向の位置ずれが規制される。
ここで、「右側面」方向とは、封止体の「左側面」から「右側面」へ向かう方向をいう。同様に、「左側面」方向とは、封止体の「右側面」から「左側面」へ向かう方向をいう。また、「前面」方向とは、封止体の「放熱面」から「前面」へ向かう方向をいう。同様に、「放熱面」方向とは、封止体の「前面」から「放熱面」へ向かう方向をいう。
On the other hand, when the groove-shaped recess does not reach from the front surface to the heat radiating surface, the semiconductor module is restricted from being displaced in the “right side” direction and the “left side” direction as described above with respect to the motor case. Further, the positional deviation in the “front surface” direction and the “heat radiation surface” direction is further restricted.
Here, the “right side” direction refers to a direction from the “left side” to the “right side” of the sealing body. Similarly, the “left side” direction refers to a direction from the “right side” to the “left side” of the sealing body. Further, the “front surface” direction refers to a direction from the “heat radiation surface” of the sealing body toward the “front surface”. Similarly, the “heat radiating surface” direction refers to a direction from the “front surface” of the sealing body toward the “heat radiating surface”.
請求項6に記載の発明では、被係合部は、半導体モジュールの前面に設けられ、半導体モジュールの下面から上面へ向かって延びる溝状凹部として形成されている。本発明では、係合部と被係合部とが係合することによって、半導体モジュールはモータケースに対して「右側面」方向および「左側面」方向の位置ずれが規制されることに加えて、さらに「前面」方向および「放熱面」方向の位置ずれが規制される。 In the invention described in claim 6 , the engaged portion is provided on the front surface of the semiconductor module, and is formed as a groove-shaped recess extending from the lower surface to the upper surface of the semiconductor module. In the present invention, the engagement of the engaging part and the engaged part restricts the displacement of the semiconductor module in the “right side” direction and the “left side” direction with respect to the motor case. Furthermore, the positional deviation in the “front surface” direction and the “heat radiation surface” direction is restricted.
請求項7に記載の発明では、被係合部は、半導体モジュールの前面に設けられ、半導体モジュールの左側面から右側面へ延びる溝状凹部として形成されている。本発明では、係合部と被係合部とが係合することによって、半導体モジュールはモータケースに対して「前面」方向、「放熱面」方向、「上面」方向、および「下面」方向の位置ずれが規制される。 In the seventh aspect of the present invention, the engaged portion is provided as a groove-like recess provided on the front surface of the semiconductor module and extending from the left side surface to the right side surface of the semiconductor module. In the present invention, when the engaging portion and the engaged portion are engaged, the semiconductor module is moved in the “front surface” direction, the “heat radiation surface” direction, the “upper surface” direction, and the “lower surface” direction with respect to the motor case. Misalignment is regulated.
請求項8に記載の発明では、被係合部は、封止体の少なくとも1つの面に複数設けられている。そして、被係合部にそれぞれ対応して複数の係合部がモータケースに設けられている。このように係合部および被係合部を複数組設けることによって、半導体モジュールの位置決めをより確実に行うことができる。 In the invention according to claim 8 , a plurality of engaged portions are provided on at least one surface of the sealing body. A plurality of engaging portions are provided in the motor case corresponding to the engaged portions, respectively. By providing a plurality of sets of engaging portions and engaged portions in this manner, the semiconductor module can be positioned more reliably.
請求項9に記載の発明では、半導体モジュールは、モータケースのシャフトの中心線方向の反ロータ側に、半導体チップのチップ面の垂線がシャフトの中心線と非平行となるよう縦配置されている。なお、以下では、必要に応じて適宜「シャフトの中心線」を単に「軸線」と記載し、「シャフトの中心線方向」を単に「軸方向」と記載することとする。 In the invention according to claim 9 , the semiconductor module is vertically arranged on the side opposite to the rotor in the direction of the center line of the shaft of the motor case so that the perpendicular of the chip surface of the semiconductor chip is not parallel to the center line of the shaft. . In the following description, the “shaft center line” is simply referred to as “axis”, and the “shaft center line direction” is simply referred to as “axial direction” as appropriate.
本発明では、半導体モジュールが、モータケースの隔壁の反ロータ側に配置されている。このように本発明では、半導体モジュールをモータケースのモータ軸方向に配置しているため、ステータの周りに半導体モジュールを配置する構成と比べ、径方向の体格を小さくすることができる。 In the present invention, the semiconductor module is disposed on the opposite rotor side of the partition of the motor case. Thus, in this invention, since the semiconductor module is arrange | positioned in the motor axial direction of a motor case, the physique of radial direction can be made small compared with the structure which arrange | positions a semiconductor module around a stator.
ここで特に、本発明では、半導体モジュールは半導体チップのチップ面の垂線がモータ軸線と非平行となるよう縦配置されていることを特徴としている。つまり、半導体モジュールをモータ軸方向へ立ち上がった状態で配置しているのである。半導体モジュールを縦配置することにより、限られたスペースに多くの半導体モジュールを配置することができる。また、半導体モジュールを縦配置することで確保されるスペースに他の部材等を配置することも可能である。 Here, in particular, the present invention is characterized in that the semiconductor module is vertically arranged so that the perpendicular of the chip surface of the semiconductor chip is not parallel to the motor axis. That is, the semiconductor module is arranged in a state of rising in the motor axis direction. By arranging semiconductor modules vertically, many semiconductor modules can be arranged in a limited space. It is also possible to arrange other members or the like in a space secured by arranging the semiconductor modules vertically.
このように半導体モジュールを縦配置する構成とした場合、製造時等、特に半導体モジュールの倒れが懸念される。しかしながら、本発明では、モータケースは係合部を有し、半導体モジュールは係合部と係合する被係合部を有している。そのため、半導体モジュールを縦配置する構成においても、半導体モジュールの倒れを含む位置ずれを規制することができる。 When the semiconductor modules are arranged vertically as described above, there is a concern that the semiconductor modules may fall down particularly during manufacturing. However, in the present invention, the motor case has an engaging portion, and the semiconductor module has an engaged portion that engages with the engaging portion. For this reason, even in the configuration in which the semiconductor modules are vertically arranged, it is possible to regulate the positional deviation including the collapse of the semiconductor modules.
上述の請求項9に記載の発明では半導体モジュールの縦配置を特徴としている。
請求項10の発明では、その一例として、チップ面の垂線がシャフトの中心線に垂直となるよう半導体モジュールを配置している。一般的に、半導体モジュールは、チップ面の方向に広い板状である。そのため、このようにすれば、半導体モジュールをモータ軸方向に傾斜させて配置する場合と比べ、径方向のスペース確保に一層寄与する。なお、チップ面の垂線がモータ軸線に垂直とは、厳密な意味で垂直でなくてもよく、僅かに傾斜するものも含む趣旨である。
The invention described in claim 9 is characterized by the vertical arrangement of the semiconductor modules.
In the invention of claim 10 , as an example, the semiconductor module is arranged so that the perpendicular of the chip surface is perpendicular to the center line of the shaft. Generally, a semiconductor module has a plate shape that is wide in the direction of the chip surface. For this reason, this configuration further contributes to securing the radial space as compared with the case where the semiconductor module is inclined and arranged in the motor axial direction. Note that the normal of the chip surface perpendicular to the motor axis does not have to be perpendicular in a strict sense, and includes that which is slightly inclined.
請求項11に記載の発明では、半導体モジュールの放熱面を放熱部に押し付ける押さえ部材をさらに備えている。押さえ部材は、例えば、板ばねを用いた付勢手段であることが例示される。これによると、半導体モジュールの放熱面を放熱部に確実に当接させることができるため、半導体モジュールの放熱性を促進させることができる。 The invention according to claim 11 further includes a pressing member that presses the heat dissipation surface of the semiconductor module against the heat dissipation portion. For example, the pressing member is an urging means using a leaf spring. According to this, since the heat radiating surface of the semiconductor module can be brought into contact with the heat radiating portion reliably, the heat radiating property of the semiconductor module can be promoted.
なお、以上駆動装置の発明として説明してきたが、当該駆動装置を回転駆動するための電子回路に設けられる半導体モジュールの発明として実現することもできる。すなわち、請求項12に示す如くである。また、請求項13〜21に示すように、上記駆動装置と同様の構成を採用することもできる。これらの構成を採用しても、上記駆動装置と同様の効果が奏される。 In addition, although it demonstrated as invention of the drive device above, it can also be implement | achieved as invention of the semiconductor module provided in the electronic circuit for rotationally driving the drive device concerned. That is, as shown in claim 12 . Further, as shown in claims 13 to 21 may be employed the same configuration as the driving device. Even if these configurations are employed, the same effects as those of the driving device can be obtained.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による駆動装置は、電動パワーステアリング(以下「EPS」という)の駆動装置として適用されるものである。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
The drive device according to the first embodiment of the present invention is applied as a drive device for electric power steering (hereinafter referred to as “EPS”).
最初に、EPSの電気的構成を、図2に基づいて説明する。
駆動装置1は、モータ30、パワー部50、および、制御部70を備えている。駆動装置1は、車両のステアリング91の回転軸たるコラム軸92に取り付けられたギア93を介しコラム軸92に回転トルクを発生させ、ステアリング91による操舵をアシストする。具体的には、ステアリング91が運転者によって操作されると、当該操作によってコラム軸92に生じる操舵トルクをトルクセンサ94によって検出し、また、車速情報をCAN(Controller Area Network)から取得して(不図示)、運転者のステアリング91による操舵をアシストする。もちろん、このような機構を利用すれば、制御手法によっては、操舵のアシストのみでなく、高速道路における車線キープ、駐車場における駐車スペースへの誘導など、ステアリング91の操作を自動制御することも可能である。
First, the electrical configuration of the EPS will be described with reference to FIG.
The driving device 1 includes a
モータ30は、上記ギア93を正逆回転させるブラシレスモータである。このモータ30へ電力供給を行うのがパワー部50である。パワー部50は、電源51からの電源ラインに介在するチョークコイル52、シャント抵抗53、および、インバータ60を有している。
The
インバータ60は、電界効果トランジスタの一種である7つのMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)61、62、63、64、65、66、67で構成されている。これらMOSFET61〜67は、スイッチング素子である。具体的には、ゲートの電位により、ソース−ドレイン間がON(導通)またはOFF(遮断)される。
The
以下、MOSFET61〜67を、単に、FET61〜67と記述する。なお、シャント抵抗53に最も近いFET67は、逆接保護のためのものである。すなわち、このFET67は、電源の誤接続がなされた場合に、逆向きの電流が流れないようにする。
Hereinafter, the
ここで、残りの6つのFET61〜66の接続について説明しておく。
3つのFET61〜63のドレインが、電源ライン側に接続されている。また、FET61〜63のソースがそれぞれ、残り3つのFET64〜66のドレインに接続されている。さらにまた、これらのFET64〜66のソースが接地されている。また、6つのFET61〜66のゲートは、後述するプリドライバ71の6つの出力端子に接続されている。そして、図2中で上下ペアとなるFET61〜66同士の接続点がそれぞれ、モータ30のU相コイル、V相コイル、W相コイルに接続されている。
Here, the connection of the remaining six
The drains of the three
FET61〜66を区別する必要があるときは、図2中の記号を用い、FET(Su+)61、FET(Sv+)62、FET(Sw+)63、FET(Su−)64、FET(Sv−)65、FET(Sw−)66と記述する。
When it is necessary to distinguish the
また、FET(Su+)61の電源ラインとFET(Su−)64のグランドとの間には、アルミ電解コンデンサ54が並列に接続されている。同様に、FET(Sv+)62の電源ラインとFET(Sv−)65のグランドとの間にはアルミ電解コンデンサ55が並列に接続されており、FET(Sw+)63の電源ラインとFET(Sw−)66のグランドとの間にはアルミ電解コンデンサ56が並列に接続されている。以下、アルミ電解コンデンサを単に「コンデンサ」と記述する。
An aluminum
制御部70は、上記プリドライバ71、カスタムIC72、位置センサ73、および、マイコン74を備えている。カスタムIC72は、機能ブロックとして、レギュレータ部75、位置センサ信号増幅部76、および、検出電圧増幅部77を含む。
The
レギュレータ部75は、電源を安定化する安定化回路である。このレギュレータ部75は、各部へ供給される電源の安定化を行う。例えばマイコン74は、このレギュレータ部75により、安定した所定電源電圧(例えば5V)で動作することになる。
The
位置センサ信号増幅部76には、位置センサ73からの信号が入力される。位置センサ73は、後述するように、モータ30に設けられ、モータ30の回転位置信号を出力する。位置センサ信号増幅部75は、この回転位置信号を増幅してマイコン74へ出力する。
検出電圧増幅部77は、パワー部50に設けられたシャント抵抗53の両端電圧を検出し、当該両端電圧を増幅してマイコン74へ出力する。
A signal from the
The
したがって、マイコン74には、モータ30の回転位置信号、および、シャント抵抗53の両端電圧が入力される。また、マイコン74には、コラム軸92に取り付けられたトルクセンサ94から操舵トルク信号が入力される。さらにまた、マイコン74には、CANを経由して車速情報が入力される。
Therefore, the rotational position signal of the
これにより、マイコン74は、操舵トルク信号および車速情報が入力されるとステアリング91による操舵を車速に応じてアシストするように、回転位置信号に合わせ、プリドライバ71を介し、インバータ60を制御する。インバータ60の制御は、具体的には、プリドライバ71を介したFET61〜66のON/OFFによって行う。つまり、6つのFET61〜66のゲートはプリドライバ71の6つの出力端子に接続されているため、プリドライバ71により、これらゲート電位が変化させられる。
Thereby, the
また、マイコン74は、検出電圧増幅部77から入力されるシャント抵抗53の両端電圧に基づき、モータ30へ供給する電流を正弦波に近づけるべくインバータ60を制御する。
Further, the
このとき、チョークコイル52は、電源ノイズを低減する。また、コンデンサ54〜56は、電荷を蓄えることで、FET61〜66への電力供給を補助したり、サージ電圧などのノイズ成分を抑制したりする。なお、逆接保護用のFET67が設けられているため、電源の誤接続があっても、コンデンサ54〜56が損傷することはない。
At this time, the
ところで、このようにモータ30の駆動制御のためにはパワー部50および制御部70が必要となる。これらのパワー部50および制御部70は、いわゆるコントロールユニット(ECU)として構成される。
By the way, the
なお、EPSに用いられるモータ30は、その出力が200W〜500W程度であり、駆動装置1全体に占めるパワー部50および制御部70の物理的な領域は、20〜40%程度となる。また、モータ30の出力が大きいため、パワー部50が大型化する傾向にあり、パワー部50および制御部70の占める領域のうちの70%以上がパワー部50の占める領域となる。
The
パワー部50を構成する部品で大きな領域を占めるものは、チョークコイル52、コンデンサ54〜56、そして、FET61〜67を構成する半導体モジュールである。
本形態では、逆接保護用のFET67、FET(Su+)61、および、FET(Su−)64が半導体チップとして構成されており、当該半導体チップが樹脂モールドされて一つの半導体モジュールとなっている。
The components constituting the
In this embodiment, the reverse
また、FET(Sv+)62、および、FET(Sv−)65が半導体チップとして構成されており、当該半導体チップが樹脂モールドされて一つの半導体モジュールとなっている。 Further, the FET (Sv +) 62 and the FET (Sv−) 65 are configured as a semiconductor chip, and the semiconductor chip is resin-molded to form one semiconductor module.
さらにまた、FET(Sw+)63、および、FET(Sw−)66が半導体チップとして構成されており、半導体チップが樹脂モールドされて一つの半導体モジュールとなっている。 Furthermore, the FET (Sw +) 63 and the FET (Sw−) 66 are configured as semiconductor chips, and the semiconductor chip is resin-molded to form one semiconductor module.
つまり、図2のインバータ60は、3つの半導体モジュールで構成される。本形態では、図2に示すインバータ60を計2組備えるようにしており、インバータ60に流れる電流を半分に減らしている。このようにインバータ60を2組備えることから、本形態では、6つの半導体モジュール、および、6つのコンデンサを有することとなる。
That is, the
次に、本形態の駆動装置1の物理的な構成について図1、および、図3〜6に基づいて説明する。
最初に、図1に基づいて、駆動装置1の構成を説明しておく。
駆動装置1は、その外郭として、円筒状のモータケース101と、モータケース101に対し出力側に螺着されるフレームエンド102と、電子回路部分を覆う有底円筒状のカバー103とを備えている。
Next, the physical configuration of the drive device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
First, the configuration of the drive device 1 will be described with reference to FIG.
The drive device 1 includes a
ここでモータ30は、モータケース101と、モータケース101の径方向内側に配置されたステータ201と、ステータ201の径方向内側に配置されたロータ301と、ロータ301と共に回転するシャフト401とを有している。
Here, the
モータケース101は、モータ30の外郭を形成し、筒部109、隔壁107、およびヒートシンク601を有している。筒部109はシャフト401の中心線方向に延びる筒状に形成されている。隔壁107は筒部109の端部から径方向内側に延びて設けられている。ヒートシンク601は、隔壁107からシャフト401の中心線方向に延びて設けられている。なおここで、ヒートシンク601が「放熱部」を構成する。
なお、駆動装置1の内部において、ロータ301等の稼動部材が配置される「稼動領域」と電子回路等のモータ制御用の部品が配置される「制御領域」とは、隔壁107によって隔てられている。
The
In the drive device 1, an “operating area” where operating members such as the
ステータ201は、モータケース101の径内方向に突出する12個の突極202を有している。この突極202は、モータケース101の周方向に所定間隔で設けられている。突極202は、磁性材料の薄板を積層してなる積層鉄心203と、積層鉄心203の軸方向外側に嵌合するインシュレータ204とを有している。このインシュレータ204には、巻線としてのコイル線205が巻回されている。コイル線205は、U相、V相、および、W相の三相巻線を構成している。また、コイル線205へ電流を供給するための取出線206は、コイル線205の6箇所から引き出されており、モータケース101の軸方向端部に設けられた6つの穴から電子回路側へ引き出されている。
The
ロータ301は、例えば鉄等の磁性体から筒状に形成されている。ロータ301は、ロータコア302と、当該ロータコア302の径方向外側に設けられた永久磁石303とを有している。永久磁石303は、N極とS極とを周方向に交互に有している。
The
シャフト401は、ロータコア302の軸中心に形成された軸穴304に固定されている。また、シャフト401は、モータケース101の隔壁107に設けられた軸受け104と、フレームエンド102に設けられた軸受け105とによって、回転可能に軸支されている。これにより、シャフト401は、ステータ201に対し、ロータ301と共に回転可能となっている。
The
さらにまた、シャフト401は、電子回路側へ延び、電子回路側の先端には、回転位置を検出するためのマグネット402が設けられている。シャフト401の電子回路側の先端付近には、樹脂製のプリント基板801が配置される。このプリント基板801は、その中央に、位置センサ73(図1中には不図示)を有している。これにより、マグネット402の回転位置、すなわちシャフト401の回転位置が、位置センサ73によって検出される。
Furthermore, the
次に、図3〜図6を参照しつつ、電子回路の物理的な構成を説明する。なお、図3〜6では、図1に示したカバー103およびプリント基板801を省略している。
ここでは、最初にパワー部50の構成について説明し、次に、制御部70の構成について説明する。
Next, the physical configuration of the electronic circuit will be described with reference to FIGS. 3 to 6, the
Here, the configuration of the
パワー部50のインバータ60を構成する7つのFET61〜67が3つの半導体モジュールとして構成されることは既に述べた。そして、本形態の駆動装置1は、インバータ60を2組備えているため、6つの半導体モジュールを備えていることも既に述べた通りである。
As described above, the seven
すなわち、図3に示すように、駆動装置1は、6つの半導体モジュール501、502、503、504、505、506を備えている。これら半導体モジュール501〜506を区別する場合、図3中の記号を用い、U1半導体モジュール501、V1半導体モジュール502、W1半導体モジュール503、U2半導体モジュール504、V2半導体モジュール505、W2半導体モジュール506と記述することとする。
That is, as shown in FIG. 3, the driving device 1 includes six
図2との対応関係について言及すれば、U1半導体モジュール501が、U相に対応するFET61、64および逆接保護用のFET67を有している。また、V1半導体モジュール502が、V相に対応するFET62、65を有している。さらにまた、W1半導体モジュールが、W相に対応するFET63、66を有している。同様に、U2半導体モジュール504がU相に対応するFET61、64および逆接保護用のFET67を有し、V2半導体モジュール505がV相に対応するFET62、65を有し、W2半導体モジュール506がW相に対応するFET63、66を有している。すなわち、U1、V1、W1の3つの半導体モジュール501〜503によって一組のインバータ60が構成されており、U2、V2、W2の3つの半導体モジュール504〜506によってもう一組のインバータ60が構成されている。
Referring to the correspondence relationship with FIG. 2, the
これらインバータ60を構成するU1〜W1の3つの半導体モジュール501〜503、および、U2〜W2の3つの半導体モジュール504〜506は、バスバー507で連結されてモジュールユニットを形成している。バスバー507は、連結機能と共に、電源ラインを兼ねる。すなわち、バスバー507を経由して半導体モジュール501〜506へ電力が供給される。
The three
なお、図3〜図6は、半導体モジュール501〜506等の組み付け構造を示すものであり、電力供給構造については図示していない。この点、実際には、カバー103にコネクタが取り付けられ、そのコネクタを経由してバスバー507へ電力が供給される。
3 to 6 show the assembly structure of the
次に、半導体モジュール501〜506の配置について説明する。
半導体モジュール501〜506は、ヒートシンク601に対し取り付けられている。
Next, the arrangement of the
The
ヒートシンク601は、図3および図6に示すように、内側に略円柱状の空間が形成されている。当該略円柱状の空間は、モータケース101の内部空間に連通している。当該略円柱状の空間の略中心には、シャフト401が位置している。つまり、ヒートシンク601は、肉厚の筒形状とも言え、シャフト401の中心線の周りに側壁部602を有している。側壁部602には、不連続部分を構成する2つの切り欠き部603、604が設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 6, the
また、ヒートシンク601の側壁部602は、径外方向へ向く側壁面605を有している。側壁面605は、円周方向に計6つ形成されている。
Further, the
以上のように形成されたヒートシンク601に対し、半導体モジュール501〜506は、径外方向を向く側壁面605に一つずつ配置されている。半導体モジュール501〜506は、モールドされた半導体チップ511のチップ面の方向に広がる板状の直方体形状であり、相対的に面積の大きな面が側壁面605に当接するように配置されている。
With respect to the
半導体モジュール501〜506は、上述のごとくヒートシンク601の側壁面605に配置されることで、ちょうど半導体チップ511のチップ面の垂線がシャフト401の中心線に垂直となっている。すなわち、本形態において半導体モジュール501〜506は、縦配置されている。
The
半導体モジュール501〜506は、隔壁107側の端部に、巻線用端子508を有している(図3等参照)。コイル線205へ電流を供給するための取出線206がモータケース101の軸方向端部に設けられた6つの穴から電子回路側へ引き出されていることは上述したが、取出線206は各半導体モジュール501〜506の巻線用端子508に挟持されるようにして電気的に接続されている。
The
また、半導体モジュール501〜506は、反隔壁107側の端部に、複数の制御用端子509と、2本のコンデンサ用端子510とを有している。制御用端子509は、後述するようにプリント基板801(図1参照)の所定箇所に半田付けされる。これにより、半導体モジュール501〜506が、制御部70(図2参照)に電気的に接続される。一方、コンデンサ用端子510はそれぞれ、半導体モジュール501〜506の内部で電源ラインおよびグランドに接続されている。そして、いずれのコンデンサ用端子510も、モータケース101の径内方向へ折り曲げられている。
In addition, the
図3等に示すように、半導体モジュール501〜506に対し、ヒートシンク601と同じ側に、6つのコンデンサ701、702、703、704、705、706が配置されている。これらコンデンサ701〜706を区別するため、図3中の記号を用い、U1コンデンサ701、V1コンデンサ702、W1コンデンサ703、U2コンデンサ704、V2コンデンサ705、W2コンデンサ706と記述する。
As shown in FIG. 3 and the like, six
図2との対応関係について言及すれば、U1コンデンサ701がコンデンサ54に対応する。また、V1コンデンサ702がコンデンサ55に対応する。さらにまた、W1コンデンサ703がコンデンサ56に対応する。同様に、U2コンデンサ704がコンデンサ54に対応し、V2コンデンサ705がコンデンサ55に対応し、W2コンデンサ706がコンデンサ56に対応する。
Referring to the correspondence relationship with FIG. 2, the
ヒートシンク601の径方向内側には、ホルダ606が配置されている。ホルダ606は、略円筒状に形成され、一方の端部に鍔部607を有している(図6参照)。ホルダ606の外径は、ヒートシンク601の内径よりやや小さく形成されている。ホルダ606は、鍔部607がヒートシンク601の反フレームエンド102側の壁面に当接するようにして、ヒートシンク601の径方向内側の空間に配置されている(図5参照)。ホルダ606の径方向内側には、6つの収容部608が形成されている。
A
コンデンサ701〜706は、ホルダ606の収容部608に収容されて半導体モジュール501〜506に対して一つずつ、半導体モジュール501〜506のシャフト401側に配置されている。コンデンサ701〜706は円柱状を呈し、その軸がシャフト401の中心線に略平行となるように配置されている。また、半導体モジュール501〜506の有するコンデンサ用端子510が径内方向へ折り曲げられていることで、この折り曲げられたコンデンサ用端子510に対し、コンデンサ701〜706の端子が、直接的に接続されている。
The
図6に示すように、ホルダ606の径方向内側には、コンデンサ701〜706の反鍔部607側にチョークコイル52が収容されている。チョークコイル52はドーナツ状の鉄心にコイル線が巻回されてなり、コイル端は、ヒートシンク601の一方の切り欠き部603を通り、径外方向へ引き出されている。また、シャフト401が電子回路側へ延びていることは既に述べたが、このシャフト401が貫通した状態でチョークコイル52がホルダ606に収容されている。
As shown in FIG. 6, the
なお、チョークコイル52のコイル端は電源ラインに介在するように接続されるが(図2参照)、図3〜図6では、電力供給構造については図示していない。
In addition, although the coil end of the
次に、制御部70について説明する。制御部70は、図1に示すプリント基板801上に形成される。すなわち、プリント基板801には、エッチング処理等により配線パターンが形成され、ここに制御部70を構成するICなどの電子部品が実装される(図1には不図示)。電子部品が実装されたプリント基板801は、所定箇所に形成された端子孔に半導体モジュール501〜506の制御用端子509が挿通されるようにして、モータケース101から延出する複数の支柱106に螺着されている。半導体モジュール501〜506の制御用端子509は、プリント基板801の配線パターンに半田付けされている。
Next, the
本形態の駆動装置1では、半導体モジュール501〜506がシャフト401の中心線方向に配置されている。これにより、径方向の体格を小さくすることができる。また、半導体モジュール501〜506を縦配置とし、これによって確保されるスペースを利用することにより、径方向にチョークコイル52および6つのコンデンサ701〜706を並べて配置した。すなわち、6つの半導体モジュール501〜506の径内方向にコンデンサ701〜706を配置した。これにより、駆動装置1の特に径方向の体格を可及的に小さくすることができる。
In the drive device 1 of this embodiment, the
ところで、上述の駆動装置1では、半導体モジュール501〜506の各々について、巻線用端子508とコイル線205の取出線206とを接続する工程、コンデンサ用端子510とコンデンサ701〜706の端子とを接続する工程、制御用端子509をプリント基板801の端子孔に挿通するとともに配線パターンに半田付けする工程等を含む複雑な組立作業が行われる。したがって、半導体モジュール501〜506は、あらかじめモータケース101に対して「位置決め」を行った上で配置されていることが好ましい。
By the way, in the above-described drive device 1, for each of the
そこで以下では、本形態の特徴部分である、モータケース101に半導体モジュール501〜506を配置するための構成とその効果について、図7に基づいて詳述する。
なお、半導体モジュール501〜506は同様の構成であるため、半導体モジュール501についてのみ説明する。図7では、半導体モジュール501のみを図示し、巻線用端子508、制御用端子509およびコンデンサ用端子510については図示を省略している。
Therefore, in the following, a configuration for arranging the
Since the
まず、モータケース101について説明する。上述のように、モータケース101には隔壁107からシャフト401(図7には不図示)の中心線方向へ延びるヒートシンク601が設けられている。ヒートシンク601の側壁面605に隣接する壁面108はモータケース101の径方向に延びて形成されている(図6等参照)。側壁面605は壁面108と略直角に交わるよう形成されている。また、側壁面605は平面で構成されている。
First, the
すなわち、図7に示すように、壁面108をxyz座標空間におけるxy平面上の壁面とすると、側壁面605は、壁面108からz軸方向へ立ち上がるようにして形成されている。つまり、側壁面605は、yz平面上の壁面である。なお、本形態では、モータ30のシャフト401は、その中心線が前記z軸に略平行となるように設けられている。つまり、側壁面605は、シャフト401の中心線に略平行となるよう形成されている。
That is, as shown in FIG. 7, when the
モータケース101の壁面108には、係合部110が形成されている。本形態において係合部110は、第1係合部111と第2係合部112を有し、半導体モジュール501の外郭を覆う形状の凸部として形成されている。
An engaging
次に、半導体モジュール501について説明する。半導体モジュール501は、半導体チップ511(図7には不図示、図1参照)の一部が露出するように、樹脂による封止体512に覆われている。封止体512は、平板の直方体形状に形成されている。封止体512は、放熱面513、前面514、下面516、上面515、右側面517、および、左側面518の6つの面を有している。ここで、放熱面513は、封止体512の6つの面のうち最も面積が大きい面の一つである。また、放熱面513は、半導体チップ511のチップ面に略平行となるよう形成されている。
Next, the
半導体モジュール501は、モータケース101に形成された係合部110に対応する形状の被係合部519を有している。本形態では、半導体モジュール501の外殻そのものが被係合部519となっている。
The
このような構成によると、モータケース101に半導体モジュール501を配置する場合、係合部110と被係合部519とが係合するため、半導体モジュール501はモータケース101の所定の位置に位置決めされる。
According to such a configuration, when the
なお、半導体チップ511の一部は封止体512から露出しているため、半導体モジュール501は、その放熱面513と側壁面605との間に絶縁性の放熱シート520を介して側壁面605に当接している(図6参照)。
Since a part of the
以下、本形態の駆動装置1において、モータケース101に係合部110を設けるとともに半導体モジュール501〜506に被係合部519を設けることによって奏される効果について述べる。説明を容易にするために、以下では、封止体512の放熱面513から前面514へ向かう方向を「前面」方向とし、封止体512の前面514から放熱面513へ向かう方向を「放熱面」方向とし、封止体512の左側面518から右側面517へ向かう方向を「右側面」方向とし、封止体512の右側面517から左側面518へ向かう方向を「左側面」方向とする。
Hereinafter, in the driving device 1 according to the present embodiment, effects obtained by providing the engaging
(1)本形態の駆動装置1では、モータケース101に係合部110を形成し、半導体モジュール501〜506に係合部110に対応する被係合部519を形成した。ここで、係合部110および被係合部519を、係合部110と被係合部519とが係合することによって半導体モジュール501〜506のモータケース101に対する位置決めが可能な様に形成した。
(1) In the driving device 1 of this embodiment, the engaging
これにより、本形態では、係合部110と被係合部519との係合によって、半導体モジュール501は、モータケース101に対する「前面」方向および「放熱面」方向(x軸方向)、「右側面」方向および「左側面」方向(y軸方向)の位置ずれが規制される(図7参照)。そして、半導体モジュール501〜506を支えるための冶具等を用いることなく半導体モジュール501〜506の位置決めを行うことができるため、結果として駆動装置1の組立工程を省力化するとともに製造コストの削減が実現される。
Thus, in this embodiment, the
(2)また、本形態の駆動装置1では、モータケース101に当該モータケース101から延びる側壁面605を設け、係合部110と被係合部519とが係合することによって、半導体モジュール501〜506の放熱面513が側壁面605に当接するように配置した。これにより、モータケースに対する半導体モジュール501〜506の側壁面605側への位置ずれが規制される。
(2) Further, in the driving device 1 of this embodiment, the
(3)さらにまた、本形態の駆動装置1では、平面で構成された側壁面605に合わせて半導体モジュール501の放熱面513を平面に形成し、放熱面513が側壁面605に当接するように半導体モジュール501〜506を配置した。これにより、半導体モジュール501〜506の発する熱は側壁面605を経由して放出される。結果として、半導体チップ511の温度が許容温度以上に上昇することを抑制できる。
(3) Furthermore, in the driving device 1 of the present embodiment, the
(4)また、本形態の駆動装置1では、半導体モジュール501〜506の放熱面513の面積を他の面と比べて最も大きくなるように形成した。これにより、半導体モジュール501〜506と側壁面605との当接面積を大きく確保できるため、半導体モジュール501〜506の放熱効果を促進させることができる。
(4) Moreover, in the drive device 1 of the present embodiment, the area of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態による駆動装置を図8に基づいて説明する。本形態では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部の形状が第1実施形態と異なる。
(Second Embodiment)
A driving apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the shapes of the engaging portion formed in the motor case and the engaged portion formed in the semiconductor module are different from those in the first embodiment.
本形態では、被係合部523は、半導体モジュール521の下面に設けられ、半導体モジュールの前面から放熱面へ向かって延びる溝状凹部として形成されている。溝状凹部は半導体モジュールの前面から放熱面まで達している場合と達していない場合が考えられるが、本形態では溝状凹部としての被係合部523は前面から放熱面まで達している。モータケース101の壁面108には、側壁面605から前面方向に延びる凸部として、係合部121が設けられている。係合部121は、被係合部523に対応するように形成されている。
これにより、本形態では、係合部121と被係合部523とが係合することによって、半導体モジュール521はモータケース101に対して「右側面」および「左側面」方向の位置ずれが規制される。
In this embodiment, the engaged
Thereby, in this embodiment, the engagement of the engaging
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態による駆動装置を図9に基づいて説明する。本形態では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部が複数設けられている点が第2実施形態と異なる。
(Third embodiment)
A driving apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the second embodiment in that a plurality of engaging portions formed in the motor case and engaged portions formed in the semiconductor module are provided.
本形態では、半導体モジュール531の下面に、二つの被係合部533、534が設けられている。被係合部533は半導体モジュール531の中心より「左側面」側に設けられ、被係合部534は半導体モジュール531の中心より「右側面」側に設けられている。モータケース101の壁面108には、側壁面605から前面方向に延びる凸部として、係合部131、132が設けられている。係合部131、132は、被係合部533、534に対応するように形成されている。
これにより、本形態では、係合部131、132と被係合部533、534とが係合することによって、第2実施形態と同様の方向への位置ずれが効果的に規制される。
In this embodiment, two engaged
Thereby, in this form, when the engaging
(第4実施形態)
本発明の第3実施形態による駆動装置を図10に基づいて説明する。本形態では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部の形状が第3実施形態と異なる。
(Fourth embodiment)
A driving apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the shapes of the engaging portion formed in the motor case and the engaged portion formed in the semiconductor module are different from those in the third embodiment.
本形態では、半導体モジュール541の下面に、二つの被係合部543、544が設けられている。被係合部543は半導体モジュール541の下面と左側面とがなす角を切り欠いた形状に形成されている。同様に、被係合部544は半導体モジュール541の下面と右側面とがなす角を切り欠いた形状に形成されている。モータケース101の壁面108には、側壁面605から前面方向に延びる凸部として、係合部141、142が設けられている。係合部141、142は、被係合部543、544に対応するように形成されている。
これにより、本形態では、係合部141、142と被係合部543、544とが係合することによって、上記第3実施形態と同様の効果が奏される。
In this embodiment, two engaged
As a result, in this embodiment, the engaging
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態による駆動装置を図11に基づいて説明する。本形態では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部の形状が第2実施形態と異なる。
(Fifth embodiment)
A driving apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the shapes of the engaging portion formed on the motor case and the engaged portion formed on the semiconductor module are different from those of the second embodiment.
本形態では、被係合部553は、半導体モジュール551の下面に設けられ、半導体モジュールの前面から放熱面へ向かって延びる溝状凹部として形成されている。本形態では、溝状凹部としての被係合部553は前面から放熱面まで達していない。また、モータケース101の壁面108には、側壁面605から離間させて前面方向に延びる凸部として、係合部151が設けられている。つまり、係合部151と側壁面605との間には隙間が形成されている。係合部151は、被係合部553に対応する形状に形成されている。
In this embodiment, the engaged
これにより、本形態では、係合部151と被係合部553とが係合することによって、半導体モジュール551が係合部151と側壁面605との隙間に嵌まり込むように配置される。このため、半導体モジュール551はモータケース101に対して、第2実施形態と同様に「右側面」および「左側面」方向の位置ずれが規制されることに加えて、さらに「前面」方向および「放熱面」方向の位置ずれが規制される。
Thereby, in this embodiment, the
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態による駆動装置を図12に基づいて説明する。本形態では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部が複数設けられている点が第5実施形態と異なる。
(Sixth embodiment)
A driving apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the fifth embodiment in that a plurality of engaging portions formed on the motor case and engaged portions formed on the semiconductor module are provided.
本形態では、半導体モジュール561の下面に、二つの被係合部563、564が設けられている。被係合部563は半導体モジュール561の「左側面」に設けられ、被係合部534は半導体モジュール561の「右側面」に設けられている。モータケース101には、被係合部563、564に対応して係合部161、162が設けられている。
これにより、本形態では、係合部161、162と被係合部563、564とが係合することによって、上記第5実施形態と同様の方向への位置ずれが効果的に規制される。
In this embodiment, two engaged
Thereby, in this form, when the engaging
(第1参考例)
本発明の第1参考例による駆動装置を図13に基づいて説明する。本参考例では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部の形状が第2実施形態と異なる。
本参考例では、被係合部573は、半導体モジュール571の前面から放熱面へ到達する連通穴として形成されている。本参考例では、連通穴はその横断面が長円形に形成されている。モータケース101には、側壁面605から前面方向に延びる凸部として係合部171が形成されている。係合部171は、被係合部573に対応するよう形成されている。
( First Reference Example )
A driving apparatus according to a first reference example of the present invention will be described with reference to FIG. In this reference example , the shapes of the engaging portion formed on the motor case and the engaged portion formed on the semiconductor module are different from those of the second embodiment.
In this reference example , the engaged
これにより、本参考例では、係合部171と被係合部573とが係合することによって、「右側面」方向、「左側面」方向、「上面」方向、および「下面」方向の位置ずれを規制することができる。また、本参考例では、連通穴として形成される被係合部は長円形に形成されているため、上記の方向への位置ずれの規制に加えて、係合部171の軸周りに半導体モジュール571が回転することを規制できる。
As a result, in this reference example , the
(第2参考例)
本発明の第2参考例による駆動装置を図14に基づいて説明する。本参考例では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部の形状および数が第1参考例と異なる。
本参考例では、被係合部583、584は、半導体モジュール571の前面から放熱面へ到達する連通穴として形成されている。被係合部583は半導体モジュール581の中心より「左側面」側に設けられ、被係合部584は半導体モジュール581の中心より「右側面」側に設けられている。本参考例では、連通穴はその横断面が略円形に形成されている。モータケース101には、側壁面605から前面方向に延びる凸部として係合部181、182が形成されている。係合部181、182は、被係合部583、584に対応するよう形成されている。
( Second reference example )
A driving apparatus according to a second reference example of the present invention will be described with reference to FIG. In this reference example , the shape and number of the engaging portions formed in the motor case and the engaged portions formed in the semiconductor module are different from those in the first reference example .
In this reference example , the engaged
ところで、横断面が略円形に形成された連通穴を1つのみ半導体モジュールが有する場合、当該半導体モジュールは、係合部の軸周りに回転することが懸念される。
しかしながら、本参考例では、半導体モジュール581は、上記のように横断面が略円形に形成された連通穴である被係合部を複数有している。これにより、本参考例では、係合部181、182と被係合部583、584とが係合することによって、半導体モジュール581は、係合部181、182の軸周りに回転することが規制され、上記第1参考例と同様の効果を奏する。
By the way, when the semiconductor module has only one communication hole having a substantially circular cross section, there is a concern that the semiconductor module rotates around the axis of the engaging portion.
However, in this reference example , the
(第3参考例)
本発明の第3参考例による駆動装置を図15に基づいて説明する。本参考例では、モータケースに形成される係合部の形状が第1参考例と異なる。
本参考例では、被係合部593は、半導体モジュール591の前面から放熱面へ到達する連通穴として形成されている。係合部191は、側壁面605に設けられたネジ穴193と、穴部193に嵌合するネジ192とで構成されている。
( Third reference example )
A driving apparatus according to a third reference example of the present invention will be described with reference to FIG. In this reference example , the shape of the engaging portion formed on the motor case is different from that of the first reference example .
In this reference example , the engaged
これによると、半導体モジュール591の被係合部593である連通穴にネジ192を挿通しネジ192を側壁面605に設けられたネジ穴193に嵌合させることができるため、半導体モジュール591をモータケース101に対し固定することができる。したがって、本参考例では、確実に位置ずれが規制される。
According to this, since the
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態による駆動装置を図16に基づいて説明する。本形態では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部の形状が第5実施形態と異なる。
( Seventh embodiment)
The drive device by 7th Embodiment of this invention is demonstrated based on FIG. In this embodiment, the shapes of the engaging portion formed in the motor case and the engaged portion formed in the semiconductor module are different from those in the fifth embodiment.
本形態では、被係合部903は、半導体モジュール901の前面に設けられ半導体モジュール901の左側面から右側面へ延びる溝状凹部904と、押さえ部材905とで構成されている。押さえ部材905は板ばねであり、第1湾曲部907と第2湾曲部906を有している。
一方、モータケース101の壁面108には、側壁面605から離間させて前面方向に延びる凸部として、係合部1001が設けられている。つまり、係合部1001と側壁面605との間には隙間がある。係合部1001は、押さえ部材905の第2湾曲部906に対応する凹部1002を有している。
In this embodiment, the engaged
On the other hand, on the
これによると、半導体モジュール901をモータケース101に配置する場合、まず半導体モジュール901が係合部1001と側壁面605との隙間に配置される。次に、押さえ部材905が半導体モジュール901と係合部1001との間に嵌め込まれる。このとき、押さえ部材905は、第2湾曲部906を凹部1002に当接させるとともに、第1湾曲部907によって溝状凹部904を「放熱面」方向へ押さえつける。
したがって、本形態では、係合部1001と被係合部903とが係合することによって、半導体モジュール901は、モータケース101に対して「前面」方向、「放熱面」方向、「上面」方向、「下面」方向、「左側面」方向、および「右側面」方向の位置ずれが規制される。
According to this, when the
Therefore, in this embodiment, the
(第8実施形態)
本発明の第8実施形態による駆動装置を図17に基づいて説明する。本形態では、モータケースに形成される係合部および半導体モジュールに形成される被係合部は、第2実施形態とは逆の形状に形成されている。
つまり、本形態では、被係合部913は半導体モジュール911の下面に凸部として設けられ、係合部1011はモータケース101の壁面108に溝状凹部として設けられている。
これにより、本形態においても第2実施形態と同様の効果が奏される。
( Eighth embodiment)
A driving apparatus according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the engaging portion formed on the motor case and the engaged portion formed on the semiconductor module are formed in a shape opposite to that of the second embodiment.
That is, in this embodiment, the engaged
Thereby, also in this form, the same effect as a 2nd embodiment is produced.
(他の実施形態)
上述の第2〜第7実施形態では、モータケースに形成される係合部を凸部、半導体モジュールに形成される被係合部を凹部として形成した。一方、上述の第8実施形態では、第2実施形態の凸部と凹部を逆に形成し、モータケースに形成される係合部を凹部、半導体モジュールに形成される被係合部を凸部として形成した。このように、本発明の他の実施形態では、第2〜第7実施形態についても凸部と凹部との関係を逆に構成することができる。これによっても、上述の各実施形態と同様の効果が奏される。
(Other embodiments)
In the second to seventh embodiments described above, the engaging portion formed in the motor case is formed as a convex portion, and the engaged portion formed in the semiconductor module is formed as a concave portion. On the other hand, in the above-described eighth embodiment, the convex portion and the concave portion of the second embodiment are formed in reverse, the engaging portion formed in the motor case is the concave portion, and the engaged portion formed in the semiconductor module is the convex portion. Formed as. Thus, in other embodiment of this invention, the relationship between a convex part and a recessed part can be reversely comprised also about 2nd- 7th embodiment. Also by this, the same effect as each above-mentioned embodiment is produced.
また、本発明の他の実施形態では、半導体モジュールの放熱面をモータの側壁面に押し付ける押さえ部材をさらに備えることができる。
さらにまた、本発明の他の実施形態では、構成上の阻害要因がない限り上述の各実施形態のいかなる構成をも組み合わせることができる。
Moreover, in other embodiment of this invention, the pressing member which presses the thermal radiation surface of a semiconductor module against the side wall surface of a motor can be further provided.
Furthermore, in the other embodiments of the present invention, any configuration of each of the above-described embodiments can be combined as long as there are no structural obstruction factors.
さらにまた、上述の実施形態では、半導体モジュールにおける半導体チップは封止体の放熱面に露出しており、半導体モジュールの放熱面は絶縁性の放熱シートを間に挟んでヒートシンクの側壁面と当接していた。本発明の他の実施形態では、半導体モジュールにおいて、例えば半導体チップの放熱用の金属板が封止体の放熱面に露出していてもよい。あるいは、半導体モジュールは半導体チップの全てを封止体によって包むようにして覆っていてもよい。いずれにしても、半導体モジュールの放熱面がヒートシンクの側壁面に当接することによって、半導体チップの熱を放出することが促進される。 Furthermore, in the above-described embodiment, the semiconductor chip in the semiconductor module is exposed on the heat radiating surface of the sealing body, and the heat radiating surface of the semiconductor module contacts the side wall surface of the heat sink with an insulating heat radiating sheet interposed therebetween. It was. In another embodiment of the present invention, in the semiconductor module, for example, a metal plate for heat dissipation of the semiconductor chip may be exposed on the heat dissipation surface of the sealing body. Alternatively, the semiconductor module may cover the entire semiconductor chip so as to be wrapped with a sealing body. In any case, the heat dissipation surface of the semiconductor module is brought into contact with the side wall surface of the heat sink, thereby promoting the release of heat from the semiconductor chip.
また、本発明の他の実施形態では、ヒートシンクはモータ軸方向に延びて設けられていなくてもよい。すなわち、ヒートシンクの側壁面は、モータ軸に対し傾斜、あるいはモータ軸に対し垂直となるよう形成されていてもよい。また、ヒートシンクの側壁面と、半導体モジュールの下面に対向する壁面であるモータケースの壁面とのなす角は、直角でなくてもよい。 In another embodiment of the present invention, the heat sink may not be provided extending in the motor axial direction. That is, the side wall surface of the heat sink may be formed so as to be inclined with respect to the motor shaft or perpendicular to the motor shaft. Further, the angle formed between the side wall surface of the heat sink and the wall surface of the motor case which is the wall surface facing the lower surface of the semiconductor module may not be a right angle.
さらにまた、本発明の他の実施形態として、ヒートシンクを設けない構成を考えることもできる。本発明では、ヒートシンクを設けなくても、モータケースの係合部と半導体モジュールの被係合部を係合することによって、半導体モジュールをモータケースに対して「位置決め」することができる。 Furthermore, as another embodiment of the present invention, a configuration without a heat sink can be considered. In the present invention, the semiconductor module can be “positioned” with respect to the motor case by engaging the engaging portion of the motor case and the engaged portion of the semiconductor module without providing a heat sink.
また、上述の実施形態では、半導体チップのチップ面の垂線がモータ軸に対して垂直となるよう半導体モジュールを縦配置する例を示した。本発明の他の実施形態では、半導体モジュールを縦配置とせず、前記垂線がモータ軸に対して傾斜するような斜め配置、あるいは前記垂線がモータ軸に対して平行となるような横配置としてもよい。また、上述の各実施形態のように半導体モジュールがモータケースのモータ軸方向に配置される構成に限らず、半導体モジュールがモータケースの径方向外側に配置される構成を考えてもよい。また、半導体モジュールは、モータに対し複数ではなく、1つ設けられることとしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the example in which the semiconductor module is vertically arranged so that the perpendicular of the chip surface of the semiconductor chip is perpendicular to the motor axis is shown. In another embodiment of the present invention, the semiconductor module is not arranged vertically, but may be arranged obliquely such that the perpendicular is inclined with respect to the motor axis, or laterally arranged such that the perpendicular is parallel to the motor axis. Good. The semiconductor module is not limited to the configuration in which the semiconductor module is disposed in the motor axial direction of the motor case as in each of the above-described embodiments, and a configuration in which the semiconductor module is disposed on the radially outer side of the motor case may be considered. Also, a single semiconductor module may be provided for the motor instead of a plurality.
上記実施形態はEPSに適用される場合を例に挙げたが、他の分野への適用ももちろん可能である。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
Although the above embodiment has been described by way of example when applied to EPS, it can of course be applied to other fields.
Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.
1:駆動装置、30:モータ、101:モータケース、110、121、131、132、141、142、151、161、162、171、181、182、191、1001、1011:係合部、201:ステータ、301:ロータ、401:シャフト、501、502、503、504、505、506、521、531、541、551、561、571、581、591、901、911:半導体モジュール、511:半導体チップ、512、522、532、542、552、562、572、582、592、902、912:封止体、519、523、533、534、543、544、553、563、564、573、583、584、593、903、913:被係合部
1: driving device, 30: motor, 101: motor case, 110, 121, 131, 132, 141, 142, 151, 161, 162, 171, 181, 182, 191, 1001, 1011: engaging portion, 201: Stator, 301: Rotor, 401: Shaft, 501, 502, 503, 504, 505, 506, 521, 531, 541, 551, 561, 571, 581, 591, 901, 911: Semiconductor module, 511: Semiconductor chip, 512, 522, 532, 542, 552, 562, 572, 582, 592, 902, 912:
Claims (21)
前記モータは、
筒部および当該筒部の端部から径方向内側に延びて設けられる隔壁を有するモータケースと、
前記筒部の径方向内側に配置され複数相を構成するよう巻線が巻回されたステータと、
前記ステータの径方向内側に配置されるロータと、
前記ロータと共に回転するシャフトと、
前記モータケースと同じ材料により前記モータケースと一体に形成された係合部と、を有し、
前記半導体モジュールは、
前記複数相の巻線に流れる巻線電流を切り換えるための半導体チップと、
前記半導体チップを覆う封止体と、
前記封止体と同じ材料により前記封止体と一体に形成され、前記係合部に係合することで前記モータケースに対する位置決めを行う被係合部と、を有し、
前記モータケースは、前記隔壁から前記シャフトの中心線方向に延びて設けられる放熱部を有し、
前記半導体モジュールは、前記封止体において前記半導体チップのチップ面と対向する放熱面を有し、前記係合部と前記被係合部とが係合することによって前記放熱面が前記放熱部に当接可能に配置され、
前記係合部は、前記放熱部に対し垂直に延びる壁面から突出するよう、または凹むよう形成されていることを特徴とする駆動装置。 A drive device comprising: a motor that is rotationally driven by passing a current; and an electronic circuit having a semiconductor module for controlling the current that flows to the motor,
The motor is
A motor case having a cylindrical portion and a partition wall provided extending radially inward from the end portion of the cylindrical portion;
A stator around which windings are wound so as to constitute a plurality of phases arranged radially inside the cylindrical portion;
A rotor disposed radially inward of the stator;
A shaft that rotates with the rotor;
An engagement portion formed integrally with the motor case from the same material as the motor case ,
The semiconductor module is
A semiconductor chip for switching the winding current flowing in the windings of the plurality of phases;
A sealing body covering the semiconductor chip;
The sealing body and integrally formed, have a, and engaged portions for positioning with respect to the motor case by engaging with the engaging portion of the same material as the sealing body,
The motor case has a heat radiating portion provided extending from the partition wall in the direction of the center line of the shaft,
The semiconductor module has a heat radiating surface facing the chip surface of the semiconductor chip in the sealing body, and the heat radiating surface becomes the heat radiating portion by engaging the engaging portion and the engaged portion. It is arranged so that it can contact,
The driving device according to claim 1, wherein the engaging portion is formed so as to protrude or dent from a wall surface extending perpendicularly to the heat radiating portion .
前記係合部は、前記モータケースに、前記被係合部にそれぞれ対応して複数設けられることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の駆動装置。 A plurality of the engaged portions are provided on at least one surface of the sealing body,
The engaging portion is in the motor case, the driving device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is provided with a plurality to correspond to the engaged portion.
前記複数相の巻線に流れる巻線電流を切り換えるための半導体チップと、
前記半導体チップを覆う封止体と、
前記封止体と同じ材料により前記封止体と一体に形成され、前記係合部に係合することで前記モータケースに対する位置決めを行う被係合部と、を有し、
前記モータケースは、前記隔壁から前記シャフトの中心線方向に延びて設けられる放熱部を有し、
前記封止体において前記半導体チップのチップ面と対向する放熱面を有し、前記係合部と前記被係合部とが係合することによって前記放熱面が前記放熱部に当接可能に配置され、
前記係合部は、前記放熱部に対し垂直に延びる壁面から突出するよう、または凹むよう形成されていることを特徴とする半導体モジュール。 A motor case having a cylindrical portion and a partition wall provided extending radially inward from an end portion of the cylindrical portion; a stator on which windings are wound so as to form a plurality of phases disposed radially inward of the motor case; A motor having a rotor disposed radially inside the stator, a shaft that rotates together with the rotor, and an engaging portion that is formed integrally with the motor case by the same material as the motor case. A semiconductor module for controlling a current supplied to the motor,
A semiconductor chip for switching the winding current flowing in the windings of the plurality of phases;
A sealing body covering the semiconductor chip;
The sealing body and integrally formed, have a, and engaged portions for positioning with respect to the motor case by engaging with the engaging portion of the same material as the sealing body,
The motor case has a heat radiating portion provided extending from the partition wall in the direction of the center line of the shaft,
The sealing body has a heat dissipating surface facing the chip surface of the semiconductor chip, and the heat dissipating surface is arranged to be able to contact the heat dissipating part by engaging the engaging part and the engaged part. And
The said engaging part is formed so that it may protrude from the wall surface extended perpendicularly | vertically with respect to the said thermal radiation part, or it may be dented .
前記係合部は、前記モータケースに、前記被係合部にそれぞれ対応して複数設けられることを特徴とする請求項12〜17のいずれか一項に記載の半導体モジュール。 A plurality of the engaged portions are provided on at least one surface of the sealing body,
The semiconductor module according to any one of claims 12 to 17 , wherein a plurality of the engaging portions are provided in the motor case so as to correspond to the engaged portions, respectively.
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