JP6223613B1

JP6223613B1 - 制御ユニット

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Publication number: JP6223613B1
Application number: JP2017055515A
Authority: JP
Inventors: 崇敬市川; 大畑　克己; 克己大畑; 時義谷川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: JP2018160961A

Abstract

【課題】この発明は、放熱性の低下を抑制しつつ、小型化、かつ低コスト化を図ることができるブリッジ回路を有する制御ユニットを提供する。【解決手段】この発明による制御ユニットは、１組の３相コイルを有する電動モータと電力の授受を行う制御ユニットであって、それぞれ、上記３相コイルの各相に対応する３つの相インバータ部を有するインバータ部と、上記インバータ部への電力の供給／遮断を行う電源リレー部と、上記インバータ部および上記電源リレー部の動作を制御する制御演算部と、を備え、上記インバータ部の１つの相インバータ部と上記電源リレー部が第１モールド部に埋設されてパワーモジュール化され、上記インバータ部の残る２つの相インバータ部が第２モールド部に埋設されてパワーモジュール化されている。【選択図】図２

Description

この発明は、３相モータに電流を供給するパワー回路を構成するブリッジ回路を有する制御ユニットに関するものである。

例えば、電動パワーステアリング装置は、３相電動モータと、３相電動モータを駆動するための制御ユニットと、を備える。制御ユニットにおいては、消費電流が比較的に少ないＣＰＵ，入力回路などと、消費電流が多い半導体スイッチング素子を用いたブリッジ回路に構成されるインバータ部および電源リレー部とが、混在して配設されていた。特に、消費電流が多いインバータ部および電源リレー部は発熱量が多いことから放熱構造をとる必要があり、制御ユニットの小型化の障害となっていた。

例えば、特許文献１に記載の従来の制御ユニットでは、３相電動モータに電流を供給するブリッジ回路に構成されたインバータ部を、３相のそれぞれに対応した相インバータ部毎にパワーモジュール化し、さらに電源リレー部をパワーモジュール化していた。そして、このように構成された４つのパワーモジュールをヒートシンク上に同心状に配置した放熱構造をとっていた。

特許第５１４７９４３号公報

特許文献１に記載の従来の制御ユニットでは、相インバータ部毎にパワーモジュール化された３つのモジュールと、電源リレー部をパワーモジュール化した１つのモジュールとが、ヒートシンク上に配設されているので、放熱性の観点から有利であるが、パワーモジュールの搭載面積が増大し、小型化が図れないとともに、低コスト化が図れないという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、放熱性の低下を抑制しつつ、小型化、かつ低コスト化を図ることができるブリッジ回路を有する制御ユニットを提供する。

この発明による制御ユニットは、１組の３相コイルを有する電動モータと電力の授受を行う制御ユニットであって、それぞれ、上記３相コイルの各相に対応する３つの相インバータ部を有するインバータ部と、上記インバータ部への電力の供給／遮断を行う電源リレー部と、上記インバータ部および上記電源リレー部の動作を制御する制御演算部と、を備え、上記インバータ部の１つの相インバータ部と上記電源リレー部が第１モールド部に埋設されてパワーモジュール化され、上記インバータ部の残る２つの相インバータ部が第２モールド部に埋設されてパワーモジュール化されている。

この発明によれば、３つの相コイル部と電源リレー部とが２つのパワーモジュールにモジュール化されている。そこで、モジュール個数が２つとなり、低コスト化が図られる。また、発熱部品が分散され、放熱性の低下が抑制される。さらに、モジュール全体の搭載面積の増大が抑えられ、小型化が図られる。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の全体回路図である。この発明の実施の形態１に係る制御ユニットにおける第１パワーモジュールの内部構造を示す平面図である。この発明の実施の形態１に係る制御ユニットにおける第１パワーモジュールの内部構造を示す側面図である。この発明の実施の形態１に係る制御ユニットにおける第２パワーモジュールの内部構造を示す平面図である。この発明の実施の形態１に係る制御ユニットにおける第２パワーモジュールの内部構造を示す側面図である。この発明の実施の形態２に係る制御ユニットにおける第２パワーモジュールの内部構造を示す平面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の全体回路図である。

図１において、電動パワーステアリング装置は、制御ユニット１と電動モータ２とを備える。電動モータ２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイル群を備える３相１系統のモータである。電動モータ２の回転角を検出する回転センサ９が電動モータ２の出力軸の近傍に配設されている。ここでは、電動モータ２は３相ブラシレスモータとして説明する。

制御ユニット１は、比較的消費電流の少ない制御演算部４、電動モータ２に電流を供給・遮断するインバータ部３、ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子５ａ，５ｂを備え、電動モータ２への電流供給自体を遮断できる電源リレー部５、ノイズフィルター１４などを備える。制御ユニット１には、車両に搭載されたバッテリ６からイグニッションスイッチ７を介して電流が供給され、センサ８からの各種情報が入力される。なお、図１中、逆三角形印は接続端子を示しているが、詳細は追って説明する。

インバータ部３は、モータコイルである１組の３相コイル（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の各相に対応する３つの相インバータ部を備える。ここで、３つの相インバータ部は同一の構成であるので、Ｕ相に対応する相インバータ部についてのみ説明する。Ｕ相に対応する相インバータ部は、ハイサイドスイッチング素子３１Ｕと、ローサイドスイッチング素子３２Ｕと、ハイサイドスイッチング素子３１Ｕとローサイドスイッチング素子３２Ｕとの接続点とＵ相コイルとの間を開閉するリレー機能を有したモータリレー用スイッチング素子３４Ｕと、を備えている。ハイサイドスイッチング素子３１Ｕとローサイドスイッチング素子３２Ｕとは、ＣＰＵ１０の指令に基づきＰＷＭ駆動されるため、ノイズ抑制の目的で、コンデンサ３０Ｕが並列に接続されている。さらに、電動モータ２に流れる電流を検出するために、シャント抵抗３３Ｕがハイサイドスイッチング素子３１Ｕとローサイドスイッチング素子３２Ｕと直列に接続されている。ハイサイドスイッチング素子３１Ｕ、ローサイドスイッチング素子３２Ｕ、およびモータリレー用スイッチング素子３４Ｕは、例えば、ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。

以下、説明の便宜上、各相インバータ部におけるコンデンサ、ハイサイドスイッチング素子、ローサイドスイッチング素子、シャント抵抗、モータリレー用スイッチング素子に付される符号を、３０、３１、３２、４４、３４とする。また、必要に応じて、例えば３０Ｕのように、対応する相を併せて記載する。

制御演算部４は、車速センサ、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサなどのセンサ８からの情報を入力し、インバータ部３内の各部の電圧、又は電流を検出し、回転センサ９による回転角を検出する入力回路１２を備える。制御演算部４においては、ＣＰＵ１０が、センサ８からに入力情報に基づいて電動モータ２に供給する電流を演算し、その演算結果に基づいて駆動回路１１を介してインバータ部３を駆動する。これにより、各相に対応するスイッチング素子３１，３２，３４が駆動され、電流が電動モータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイル群に供給される。また、供給された電流値をシャント抵抗３３と入力回路１２とで検出し、ＣＰＵ１０が、演算値（目標値）と実電流値との偏差に応じ、インバータ部３の駆動をフィードバック制御する。さらに、ＣＰＵ１０が、駆動回路１１を介して、電源用の半導体スイッチング素子５ａ，５ｂの駆動を制御するとともに、回転センサ９の回転角情報に基づいて、電動モータ２の回転位置、又は速度を算出し、その算出値を制御に利用している。

このように構成された制御ユニット１においては、消費電流の多い部位は、電源リレー部５、インバータ部３の各スイッチング素子３１，３２，３４およびシャント抵抗３３である。これらの発熱素子には放熱構造が必要となる。そこで、これらの発熱素子をパワーモジュール化して放熱構造を考慮すると、自ずと制御演算部４と分離されることになる。パワーモジュール化する場合、特許文献１に記載されたように、電源リレー部５および各相インバータ部の４つのパワーモジュール構成とすることが考えられる。この場合、放熱性を向上させることができるものの、４つのパワーモジュールの総合の搭載面積が大きくなり、小型化が図れないとともに、および低コスト化が図れない。また、インバータ部３を１つのパワーモジュールとし、電源リレー部５を１つのパワーモジュールとすることも考えられる。この場合、インバータ部３を１つのパワーモジュールとすることで、放熱性が低下するとともに、電動モータ２のモータコイルとの接続の自由度が低下する。また、インバータ部３と電源リレー部５を１つのパワーモジュールとすることも考えられる。この場合、パワーモジュールの搭載面積が少なくなり、小型化が図られるが、放熱性が低下するとともに、電動モータ２のモータコイルとの接続の自由度が低下する。

これらのことを鑑み、実施の形態１では、パワーモジュールを２つとし、第１パワーモジュールは、電源リレー部５と１つの相インバータ部とをパワーモジュール化して構成し、第２パワーモジュールは、残る２つの相インバータ部をパワーモジュール化して構成している。

以下、制御ユニット１における発熱素子のパワーモジュール化を図２から図５を参照しつつ具体的に説明する。図２はこの発明の実施の形態１に係る制御ユニットにおける第１パワーモジュールの内部構造を示す平面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る制御ユニットにおける第１パワーモジュールの内部構造を示す側面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る制御ユニットにおける第２パワーモジュールの内部構造を示す平面図、図５はこの発明の実施の形態１に係る制御ユニットにおける第２パワーモジュールの内部構造を示す側面図である。なお、図２および図４では、モールド部を省略した状態を示している。図３および図５では、パワーモジュールがヒートシンクに搭載されている状態を示している。

第１パワーモジュール４０は、図２に示されるように、Ｕ相に対応する相インバータ部を構成するハイサイドスイッチング素子３１Ｕ、ローサイドスイッチング素子３２Ｕ、モータリレー用スイッチング素子３４Ｕ、シャント抵抗３３Ｕ、および電源リレー部５を構成する半導体スイッチング素子５ａ，５ｂが、銅又は銅合金の板材で所定の配線パターンに作製されたフレーム４１に実装されて、絶縁樹脂製の第１モールド部４２内に埋設されて構成されている。

電源入力端子４１１と電源出力端子４１２が、図２中、第１モールド部４２の右側の辺から延び出ている。インバータ入力端子４１３およびグランド端子ＧＮＤが、図２中、第１モールド部４２の左側の辺から延び出ている。さらに、Ｕ相巻線端子４１４および制御端子４１５〜４２３が、図２中、第１モールド部４２の下側の辺から延び出ている。

半導体スイッチング素子５ａのドレインが電源入力端子４１１に接合されて配設されている。半導体スイッチング素子５ｂのドレインが電源出力端子４１２に接合されて配設されている。半導体スイッチング素子５ａのソースが、銅製の配線部材３５により、半導体スイッチング素子５ｂのソースに接続されている。半導体スイッチング素子５ａ，５ｂのゲートが、ワイヤ３６により、制御端子４２２に接続されている。このようにして、電源リレー部５が、図２中、第１モールド部４２内の右側の領域に埋設されている。

ハイサイドスイッチング素子３１Ｕのドレインがインバータ入力端子４１３に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｕのドレインが制御端子４１９に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｕのソースが配線部材３５により制御端子４１７に接続されている。シャント抵抗３３Ｕの両端は制御端子４１７とグランド端子ＧＮＤとに接合されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４ＵのソースがＵ相巻線端子４１４に接続されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｕのドレインが配線部材３５により制御端子４１９に接続されている。ハイサイドスイッチング素子３１Ｕのゲートがワイヤ３６により制御端子４１６に接続されている。ローサイドスイッチング素子３２Ｕのゲートもワイヤ３６により制御端子４１８に接続されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｕのゲートもワイヤ３６により制御端子４２０に接続されている。このようにして、Ｕ相に対応する相インバータ部が、図２中、第１モールド部４２内の、電源リレー部５の左側の領域に配設されている。

なお、制御端子４１５はグランド端子ＧＮＤに接続されている。制御端子４２２は半導体スイッチング素子５ａのソースと半導体スイッチング素子５ｂのソースとを接続している配線部材３５に接続されている。制御端子４２４は電源出力端子４１２に接続されている。また、第１モールド部４２は、図３に示されるように、裏面をヒートシンク３７に接して配設されている。そして、フレーム４１の素子搭載部が第１モールド部４２の内部の底部側に配設されており、発熱素子からの発熱が効果的にヒートシンク３７に伝達されるようになっている。

また、Ｕ相巻線端子４１４は、図２中、制御端子４１５〜４２３とともに、第１モールド部４２の下側の辺から延び出ているが、モータコイルとの位置関係で、第１モールド部４２の上側の辺から延び出るようにしてもよい。また、Ｕ相巻線端子４１４が第１モールド部４２の相対する２辺から延び出る配線パターンのフレーム４１を作製しておき、第１パワーモジュール４０を作製後、モータコイルとの位置関係で、不要な突出部を切断してもよい。この場合、Ｕ相巻線端子４１４の一端側が第１モールド部４２の１辺から延び出ており、他端側の切断面、すなわち他端面が第１モールド部４２の反対側の辺に露出している。

Ｕ相巻線端子４１４がモータコイルのＵ相コイルに接続されるモータ用端子となる。電源入力端子４１１、電源出力端子４１２、インバータ入力端子４１３、グランド端子ＧＮＤが電源系端子となる。制御端子４１５〜４２３が制御演算部４と電気的に接続される制御端子となる。ここで、制御端子４１５，４１７，４１９，４２１，４２３は、電気的にはグランド、電源端子、又は大電流が流れうる配線部であるが、例えば、モニタ用に使用され、大電流が流れることはなく、小電流端子であるので、制御端子と呼んでいる。

第２パワーモジュール５０は、図４に示されるように、Ｖ相に対応する相インバータ部を構成するハイサイドスイッチング素子３１Ｖ、ローサイドスイッチング素子３２Ｖ、モータリレー用スイッチング素子３４Ｖおよびシャント抵抗３３Ｖと、Ｗ相に対応する相インバータ部を構成するハイサイドスイッチング素子３１Ｗ、ローサイドスイッチング素子３２Ｗ、モータリレー用スイッチング素子３４Ｗおよびシャント抵抗３３Ｗとが、銅又は銅合金の板材で所望の配線パターンに作製されたフレーム５１に実装されて、絶縁樹脂製の第２モールド部５２内に埋設されて構成されている。

インバータ入力端子５１３およびグランド端子ＧＮＤが、図４中、第２モールド部５２の左右の両辺から延び出ている。さらに、Ｖ相巻線端子５２４、Ｗ相巻線端子５２５および制御端子５１５〜５２０が、図４中、第２モールド部５２の下側の辺から延び出ている。

ハイサイドスイッチング素子３１Ｖのドレインがインバータ入力端子５１３に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｖのドレインが制御端子５１９に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｖのソースが配線部材３５により制御端子５１７に接続されている。シャント抵抗３３Ｖの両端は制御端子５１７とグランド端子ＧＮＤとに接合されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４ＶのドレインがＶ相巻線端子５２４に接続されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｖのソースが配線部材３５により制御端子５１９に接続されている。ハイサイドスイッチング素子３１Ｖのゲートがワイヤ３６により制御端子５１６に接続されている。ローサイドスイッチング素子３２Ｖのゲートもワイヤ３６により制御端子５１８に接続されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｖのゲートもワイヤ３６により制御端子５２０に接続されている。このようにして、Ｖ相に対応する相インバータ部が、図４中、第２モールド部５２内の、左側の領域に埋設されている。

同様に、ハイサイドスイッチング素子３１Ｗのドレインがインバータ入力端子５１３に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｗのドレインが制御端子５１９に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｗのソースが配線部材３５により制御端子５１７に接続されている。シャント抵抗３３Ｗの両端は制御端子５１７とグランド端子ＧＮＤとに接合されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４ＷのドレインがＷ相巻線端子５２５に接続されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｗのソースが配線部材３５により制御端子５１９に接続されている。ハイサイドスイッチング素子３１Ｗのゲートがワイヤ３６により制御端子５１６に接続されている。ローサイドスイッチング素子３２Ｗのゲートもワイヤ３６により制御端子５１８に接続されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｗのゲートもワイヤ３６により制御端子５２０に接続されている。このようにして、Ｗ相に対応する相インバータ部が、図４中、第２モールド部５２内の、右側の領域に埋設されている。

なお、制御端子５１５はグランド端子ＧＮＤに接続されている。また、第２モールド部５２は、図５に示されるように、裏面をヒートシンク３７に接して配設されている。そして、フレーム５１の素子搭載部が第２モールド部５２の内部の底部側に配設されており、発熱素子からの発熱が効果的にヒートシンク３７に伝達されるようになっている。

また、Ｖ相巻線端子５２４およびＷ相巻線端子５２５は、図４中、制御端子５１５〜５２０とともに、第２モールド部５２の下側の辺から延び出ているが、モータコイルとの位置関係で、第２モールド部５２の上側の辺から延び出るようにしてもよい。また、Ｖ相巻線端子５２４およびＷ相巻線端子５２５が第２モールド部５２の相対する２辺から延び出る配線パターンのフレーム５１を作製しておき、第２パワーモジュール５０を作製後、モータコイルとの位置関係で、不要な突出部を切断してもよい。この場合、Ｖ相巻線端子５２４およびＷ相巻線端子５２５の一端側が第２モールド部５２の１辺から延び出ており、他端側の切断面、すなわち他端面が第２モールド部５２の反対側の辺に露出している。

Ｖ相巻線端子５２４およびＷ相巻線端子５２５がモータコイルのＶ相コイルおよびＷ相コイルに接続されるモータ用端子となる。インバータ入力端子５１３、グランド端子ＧＮＤが電源系端子となる。制御端子５１５〜５２０が制御演算部４と電気的に接続され、小電流端子の制御端子となる。

このように構成された第２パワーモジュール５０は、図４において、部品および配線の配置が、第２モールド部５２を左右方向に２等分する直線を対称軸とする線対称となっている。

ここで、第１パワーモジュール４０におけるＵ相に対応する相インバータ部を構成する部品および配線の配置は、第２パワーモジュール５０におけるＶ相に対応する相インバータ部を構成する部品および配線の配置と同じとなっている。また、Ｖ相に対応する相インバータ部を構成する部品および配線とＷ相に対応する相インバータ部を構成する部品および配線は、第２モールド部５２の長さ方向を２等分する直線を対称軸とする線対称となっている。つまり、第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール５０において、３相に対応する相インバータ部を構成する部品および配線は、同じ配置となっているといえる。
なお、相インバータ部の部品とは、ハイサイドスイッチング素子３１、ローサイドスイッチング素子３２、モータリレー用スイッチング素子３４、シャント抵抗３３、配線部材３５である。また、相インバータ部の配線とは、フレーム４１，５１により形成されたインバータ入力端子４１３，５１３、グランド端子ＧＮＤ、Ｕ相巻線端子４１４、Ｖ相巻線端子５２４、Ｗ相巻線端子５２５、制御端子４１５〜４２０、５１５〜５２０である。

実施の形態１では、電源リレー部５とＵ相に対応する相インバータ部とをモジュール化して第１パワーモジュール４０を構成し、Ｖ相とＷ相に対応する２つの相インバータ部をモジュール化して第２パワーモジュール５０を構成している。そこで、第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール５０のそれぞれに含まれる発熱素子数が過度に多くならないので、放熱性の低下が抑制される。また、インバータ回路の発熱素子群を第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール５０の２つのパワーモジュールにモジュール化しているので、パワーモジュールの総合の搭載面積の増大が抑えられ、制御ユニット１の小型化が可能となる。さらに、パワーモジュールの個数が２個であるので、低コスト化が図られる。３つの相インバータ部が２つのパワーモジュールに分けてモジュール化されているので、インバータ部３と電動モータ２のモータコイルとの接続の自由度が高められる。

第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール５０では、制御端子４１５〜４２３，５１５〜５２０の第１モールド部４２および第２モールド部５２からの突出部を、電源系端子群から分離して第１モールド部４２および第２モールド部５２それぞれの一辺に集約している。そこで、制御端子４１５〜４２３、５１５〜５２０が延び出ている第１モールド部４２および第２モールド部５２の辺を制御演算部４に近づけて第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール５０を配置することで、インバータ部３と制御演算部４との結線作業が容易となる。

第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール５０は、例えば、Ｕ相巻線端子４１４、Ｖ相巻線端子５２４およびＷ相巻線端子５２５のモータ用端子群が制御端子４１５〜４２３，５１５〜５２０と同じ側と反対側との両方向に延びる配線パターンを用いて作製されてもよい。この場合、インバータ部３と電動モータ２のモータコイルとの位置関係を考慮して、第１モールド部４２および第２モールド部５２のそれぞれの相対する２辺から延び出るモータ用端子群の一方を切断することが可能となる。そこで、インバータ部３と電動モータ２のモータコイルとの接続の自由度が高められる。モータ用端子群を第１モールド部４２および第２モールド部５２の制御端子４１５〜４２３、５１５〜５２０と反対側の辺から突出させることで、モータ用端子群に通電することに起因する制御演算部４に対するノイズの影響が抑制される。

インバータ部３の相インバータ部のそれぞれは、図１に示されるように、同じ回路網となっている。そのため、各相インバータ部における実際の部品の配置、および配線を同じにできる。これにより、各相インバータ部のインピーダンスが同じとなり、各相のばらつきを抑制することができる。さらに、第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール５０における各相インバータ部の部品の配置および配線を同一にすることができ、第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール５０の生産性が向上される。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る制御ユニットにおける第２パワーモジュールの内部構造を示す平面図である。なお、図６では、モールド部を省略した状態を示している。

図６において、第２パワーモジュール６０は、Ｖ相に対応する相インバータ部を構成するハイサイドスイッチング素子３１Ｖ、ローサイドスイッチング素子３２Ｖ、モータリレー用スイッチング素子３４Ｖおよびシャント抵抗３３Ｖと、Ｗ相に対応する相インバータ部を構成するハイサイドスイッチング素子３１Ｗ、ローサイドスイッチング素子３２Ｗ、モータリレー用スイッチング素子３４Ｗおよびシャント抵抗３３Ｗとが、銅又は銅合金の板材で所望の配線パターンに作製されたフレーム６１に実装されて、絶縁樹脂製の第２モールド部６２内に埋設されて構成されている。

Ｖ相用のインバータ入力端子６１３およびグランド端子ＧＮＤが、第２モールド部６２の左側の辺から延び出ている。Ｗ相用のインバータ入力端子６１３、Ｖ相巻線端子６２４およびＷ相巻線端子６２５が、第２モールド部６２の上側の辺から延び出ている。さらに、制御端子６１５〜６２０が、第２モールド部６２の下側の辺から延び出ている。

ハイサイドスイッチング素子３１Ｖのドレインがインバータ入力端子６１３に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｖのドレインが制御端子６１９に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｖのソースが配線部材３５により制御端子６１７に接続されている。シャント抵抗３３Ｖの両端は制御端子６１７とグランド端子ＧＮＤとに接合されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４ＶのドレインがＶ相巻線端子６２４に接続されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｖのソースが配線部材３５により制御端子６１９に接続されている。ハイサイドスイッチング素子３１Ｖのゲートがワイヤ３６により制御端子６１６に接続されている。ローサイドスイッチング素子３２Ｖのゲートもワイヤ３６により制御端子６１８に接続されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｖのゲートもワイヤ３６により制御端子６２０に接続されている。このようにして、Ｖ相に対応する相インバータ部が、第２モールド部６２内の、左側の領域に埋設されている。

同様に、ハイサイドスイッチング素子３１Ｗのドレインがインバータ入力端子６１３に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｗのドレインが制御端子６１９に接合されて配設される。ローサイドスイッチング素子３２Ｗのソースが配線部材３５により制御端子６１７に接続されている。シャント抵抗３３Ｗの両端は制御端子６１７とグランド端子ＧＮＤとに接合されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４ＷのドレインがＷ相巻線端子６２５に接続されて配設されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｗのソースが配線部材３５により制御端子６１９に接続されている。ハイサイドスイッチング素子３１Ｗのゲートがワイヤ３６により制御端子６１６に接続されている。ローサイドスイッチング素子３２Ｗのゲートもワイヤ３６により制御端子６１８に接続されている。モータリレー用スイッチング素子３４Ｗのゲートもワイヤ３６により制御端子６２０に接続されている。このようにして、Ｗ相に対応する相インバータ部が、第２モールド部６２内の、右側の領域に埋設されている。

なお、制御端子６１５はグランド端子ＧＮＤに接続されており、電気的にはグランド端子ＧＮＤと同電位である。しかし、主電流はグランド端子ＧＮＤへ流れ、小電流のみ制御端子６１５に流れるように制御端子６１５の接続先のインピーダンスを高めに設定している。そして、例えば、制御端子６１５の電位を、グランド電位としての基準電位として利用している。このように、比較的多くの電流が流れるグランド端子ＧＮＤと小電流が流れる制御端子６１５との間隔を広くとっている。そのため、グランド端子ＧＮＤと制御端子とを別々の辺に配置していた場合と同様に、大電流の流れによる影響が制御端子６１５に及ぼないように工夫している。また、第２モールド部６２は、図示していないが、裏面をヒートシンクに接して配設されている。そして、フレーム６１の素子搭載部が第２モールド部６２の内部の底部側に配設されており、発熱素子からの発熱が効果的にヒートシンクに伝達されるようになっている。

また、Ｗ相巻線端子６２５は、図６中、第２モールド部５２の上側の辺から延び出ているが、モータコイルとの位置関係で、第２モールド部６２の下側の辺から延び出るようにしてもよい。また、Ｗ相巻線端子６２５が第２モールド部６２の相対する２辺から延び出る配線パターンのフレーム６１を作製しておき、第２パワーモジュール６０を作製後、モータコイルとの位置関係で、不要な突出部を切断してもよい。この場合、Ｗ相巻線端子６２５の一端側が第２モールド部６２の１辺から延び出ており、他端側の切断面、すなわち他端面が第２モールド部６２の反対側の辺に露出している。

Ｖ相巻線端子６２４およびＷ相巻線端子６２５がモータコイルのＶ相コイルおよびＷ相コイルに接続されるモータ用端子となる。インバータ入力端子６１３、グランド端子ＧＮＤが電源系端子となる。制御端子６１５〜６２０が制御演算部４と電気的に接続される制御端子となる。

実施の形態２による制御ユニットは、第２パワーモジュール５０に代えて第２パワーモジュール６０を用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
なお、相インバータ部の部品とは、ハイサイドスイッチング素子３１、ローサイドスイッチング素子３２、モータリレー用スイッチング素子３４、シャント抵抗３３、配線部材３５である。また、相インバータ部の配線とは、フレーム４１，６１により形成されたインバータ入力端子４１３，６１３、グランド端子ＧＮＤ、Ｕ相巻線端子４１４、Ｖ相巻線端子５２４，６２４、Ｗ相巻線端子５２５，６２５、制御端子４１５〜４２０、６１５〜６２０、および配線部材３５である。

実施の形態２においても、電源リレー部５とＵ相に対応する相インバータ部とをモジュール化して第１パワーモジュール４０を構成し、Ｖ相とＷ相に対応する２つの相インバータ部をモジュール化して第２パワーモジュール６０を構成している。そこで、第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール６０のそれぞれに含まれる発熱素子数が過度に多くならないので、放熱性の低下が抑制される。また、インバータ回路の発熱素子群を第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール６０、すなわち２つのパワーモジュールにモジュール化しているので、パワーモジュールの総合の搭載面積の増大が抑えられ、制御ユニット１の小型化が可能となる。さらに、パワーモジュールの個数が２個であるので、低コスト化が図られる。

第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール６０では、制御端子４１５〜４２３，６１５〜６２０の第１モールド部４２および第２モールド部６２からの突出部を、電源系端子群から分離したうえで一辺に集約している。そこで、制御端子４１５〜４２３、６１５〜６２０が延び出ている第１モールド部４２および第２モールド部６２の辺を制御演算部４に近づけて第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール６０を配置することで、インバータ部３と制御演算部４との結線作業が容易となる。

第２パワーモジュール６０では、Ｖ相巻線端子６２４とＷ相巻線端子６２５からなるモータ用端子群が第２モールド部６２の制御端子６１５〜６２０と反対側の辺から突出しているので、モータ用端子群に通電することに起因する制御演算部４に対するノイズの影響が抑制される。

第２パワーモジュール６０では、Ｖ相に対応する相インバータ部の部品および配線が、第２パワーモジュール５０におけるＶ相に対応する相インバータ部の部品および配線の配置と同じ配置となっている。そして、Ｗ相に対応する相インバータ部の部品および配線が、Ｖ相に対応する相インバータ部の部品および配線の配置を、第２モールド部６２の長さ方向に平行移動した配置となっている。そこで、３相の相インバータ部の部品および配線が同じ配置となっている。これにより、インピーダンスが同じとなり、各相のばらつきを抑制することができる。さらに、第１パワーモジュール４０および第２パワーモジュール６０の生産性が向上される。

３相の相インバータ部は、同一部品、同一配置、同一配線となっているので、第１モールド部４２および第２モールド部６２の幅方向の長さが同じとなる。これにより、第１パワーモジュール４０と第２パワーモジュール６０の幅方向の取り扱いが同じとなり、組み立て工程での取り扱いが容易となる。

なお、実施の形態２においても、フレーム６１は、Ｖ相巻線端子６２４とＷ相巻線端子６２５からなるモータ用端子群が制御端子６１５〜６２０と同じ側と反対側との両方向に延びる配線パターンを用いて作製されてもよい。この場合、第２パワーモジュール６０を作製後、インバータ部３と電動モータ２のモータコイルとの位置関係を考慮して、第２モールド部６２の相対する２辺から延び出るモータ用端子群の一方を切断することが可能となる。そこで、インバータ部３と電動モータ２のモータコイルとの接続の自由度が高められる。

なお、上記各実施の形態では、モールド部は、厚み方向の上方から見た形状（以下、モジュール形状という）が長方形に作製されているが、モジュール形状は長方形に限定されず、四角形以上の多角形でもよく、その一部の辺を曲線としてもよい。これにより、制御ユニットの外形、モータコイルの配置などを考慮して、モジュール外形を決定すれば、制御ユニットの小型化が図れる。

２電動モータ、３インバータ部、４制御演算部、５電源リレー部、４０第１パワーモジュール、４２第１モールド部、５０第２パワーモジュール、５２第２モールド部、６０第２パワーモジュール、６２第２モールド部、４１３，５１３，６１３インバータ入力端子（電源系端子）、４１４Ｕ相巻線端子（モータ用端子）、４１５〜４２０，５１５〜５２０，６１５〜６２０制御端子、５２４、６２４Ｖ相巻線端子（モータ用端子）、５２５，６２５Ｗ相巻線端子（モータ用端子）。

Claims

１組の３相コイルを有する電動モータと電力の授受を行う制御ユニットにおいて、
それぞれ、上記３相コイルの各相に対応する３つの相インバータ部を有するインバータ部と、
上記インバータ部への電力の供給／遮断を行う電源リレー部と、
上記インバータ部および上記電源リレー部の動作を制御する制御演算部と、を備え、
上記インバータ部の１つの相インバータ部と上記電源リレー部が第１モールド部に埋設されてパワーモジュール化され、上記インバータ部の残る２つの相インバータ部が第２モールド部に埋設されてパワーモジュール化されている制御ユニット。
上記第２モールド部に埋設された上記２つの相インバータ部のそれぞれの部品と配線の配置が、上記第１モールド部に埋設された上記１つの相インバータ部の部品と配線の配置と同じである請求項１記載の制御ユニット。
上記第１モールド部および上記第２モールド部のそれぞれから延び出て、上記制御演算部と電気的に接続される制御端子群が、電源系端子と分離されて、上記第１モールド部および上記第２モールド部のそれぞれの一辺に集約されている請求項１又は請求項２記載の制御ユニット。
上記１つの相インバータ部および上記２つの相インバータ部の上記３相コイルと電気的に接続されるモータ用端子は、その一端側が上記第１モールド部および上記第２モールド部の第１の辺から延び出ており、他端の端面が上記第１モールド部および上記第２モールド部の上記第１の辺と反対側の第２の辺に露出している請求項１から請求項３にいずれか１項に記載の制御ユニット。