WO2020032259A1 - モータ駆動装置および電動ポンプ - Google Patents

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WO2020032259A1
WO2020032259A1 PCT/JP2019/031650 JP2019031650W WO2020032259A1 WO 2020032259 A1 WO2020032259 A1 WO 2020032259A1 JP 2019031650 W JP2019031650 W JP 2019031650W WO 2020032259 A1 WO2020032259 A1 WO 2020032259A1
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WO
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drive device
motor drive
heat
circuit board
cover member
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PCT/JP2019/031650
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English (en)
French (fr)
Inventor
聰直 金井
小西　隆義
雄平 山口
Original Assignee
日本電産エレシス株式会社
日本電産株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B53/08—Cooling; Heating; Preventing freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics

Definitions

  • the present invention relates to a motor drive device and an electric pump.
  • the electric oil pump mounted on an automatic transmission of a vehicle having an idle stop function is known (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-092126).
  • the electric oil pump described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2013-092126 includes an oil pump unit and an inverter unit.
  • the oil pump section has a motor composed of a motor rotor and a stator.
  • the inverter unit includes a substrate on which the power MOSFET is mounted, a heat dissipation sheet provided at a position corresponding to the power MOSFET, and a heat sink in contact with the heat dissipation sheet.
  • a heat radiating path for radiating the heat generated by the power MOSFET to the outside is formed by the heat radiating sheet and the heat sink.
  • An object of the present invention is to provide a motor drive device and an electric pump that can efficiently radiate heat generated from a heating element.
  • an exemplary motor drive device of the present invention is a motor unit including a rotor having a shaft, and a stator disposed to face the rotor and rotating the rotor around a central axis of the shaft.
  • a cover that covers the motor section from one side in the center axis direction, a first cover member made of a resin material, and a first cover member disposed on one side in the center axis direction with respect to the cover section;
  • a circuit board having a heating element that generates heat, a second cover member made of a metal material, covering the circuit board from one side in the central axis direction, and a second cover member formed between the second cover member and the circuit board.
  • a heat conductive member disposed to transfer heat generated from the heating element to the second cover member, wherein the second cover member protrudes toward the heat conductive member and is in contact with the heat conductive member. Department and Having a recess recessed in the opposite side of the protrusion.
  • One embodiment of an exemplary electric pump of the present invention includes the above-described motor driving device.
  • the heat generated from the heating element can be efficiently radiated.
  • FIG. 1 is a schematic partial longitudinal sectional view showing an embodiment of an electric pump (motor driving device) of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a region [A] surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.
  • FIG. 3 is a view of a circuit board included in the electric pump (motor driving device) shown in FIG. 1 as viewed from the negative side in the Z-axis direction.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a simulation result of a temperature distribution in the electric pump (motor driving device) shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic partial longitudinal sectional view showing an embodiment of an electric pump (motor driving device) of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a region [A] surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.
  • FIG. 3 is a view of a circuit board included in the electric pump (motor driving device) shown in FIG. 1 as viewed from the negative side in the Z-axis direction.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a simulation result of a temperature distribution in the electric pump (motor driving device) shown in FIG.
  • FIGS. 1, 2 and 4 may be referred to as “upper (or upper)” and the lower side as “lower (or lower)”, and the left side in FIGS. Or left) “and the right is” right (or right) ".
  • the terms “up”, “down”, “left”, and “right” are simply names for describing the relative positional relationship between the components, and the actual positional relationship and the like are the positional relationships indicated by these names. Other arrangements may be used.
  • the electric pump 10 shown in FIG. 1 is an electric oil pump that includes the motor drive device 1 and transfers the oil OL in one direction (for example, the positive side in the X-axis direction).
  • the electric pump 10 is an electric oil pump as an application example of the electric pump 10, but is not limited thereto.
  • an electric power steering or an electric water pump may be used.
  • the motor driving device 1 includes a motor unit 2, a first cover member 3, a circuit board 4, a second cover member 5, and a heat conductive member 6.
  • the configuration of each unit will be described.
  • the motor unit 2 includes a rotor 21 and a stator 22 arranged to face the rotor 21. Note that the motor unit 2 may further include a housing that collectively stores the rotor 21 and the stator 22.
  • the rotor 21 has a shaft 211 which forms a cylindrical shape, it is possible to rotate about axis O 211 around the shaft 211. In the electric pump 10, the rotational force of the rotor 21 is used for transferring the oil OL.
  • the central axis O211 is parallel to the Z axis in the configuration shown in FIG. 1, but is not limited to this.
  • the stator 22 has a cylindrical stator core 221 and a plurality of coils 222 wound around the stator core 221.
  • the rotor 21 is arranged inside the stator core 221.
  • the coils 222 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the stator core 221.
  • Each coil 222 is electrically connected to a power supply (not shown) via the circuit board 4.
  • the motor unit 2 has a configuration in which the rotor 21 is disposed inside and the stator 22 is disposed outside.
  • the present invention is not limited to this.
  • the rotor 21 is disposed outside and the stator 22 is disposed. May be arranged inside.
  • the first cover member 3 is a member made of a resin material and covers the motor unit 2.
  • the motor unit 2 may be entirely covered with the first cover member 3 or may be partially exposed from the first cover member 3.
  • injection molding can be used.
  • the upper lid portion 31, the side wall portion 32, and the lower lid portion 33 are preferably integrally formed, that is, preferably formed of a single member. However, the present invention is not limited to this. Then, the separate bodies may be connected to each other. Further, the first cover member 3 is separated from the rotor 21. Thereby, when the rotor 21 rotates, it is possible to prevent friction from occurring between the rotor 21 and the first cover member 3, and thus the rotation of the rotor 21 is performed smoothly.
  • the circuit board 4 is a control board that controls the operation of the motor unit 2, that is, the rotation of the rotor 21, and is housed in a housing recess 311 provided in the upper lid unit 31.
  • the number of the circuit boards 4 arranged in the storage recess 311 is one in the configuration shown in FIG. 1, but is not limited to this. You may.
  • a plurality of circuit boards 4 may be arranged in the Z-axis direction, for example, or a plurality of circuit boards 4 may be arranged on the XY plane.
  • the refrigerant flows into the housing. Therefore, the motor unit 2 comes into direct or indirect contact with the refrigerant. Since the upper lid portion 31 serves as a partition separating the motor portion 2 and the circuit board 4, it is possible to prevent the refrigerant from flowing into the storage recess 311 and coming into contact with the circuit board 4.
  • the circuit board 4 includes a board main body 41 provided with a circuit pattern (not shown), and a heating element 42 and a capacitor 43 fixed to the board main body 41. As shown in FIG. 3, when viewed from the central axis O211 direction, the board main body 41 (the circuit board 4) is located on the outside of the motor portion 2, with the first portion 411 overlapping the motor portion 2. And a second portion 412 connected to the second portion 411.
  • the first portion 411 is a projection area where the motor unit 2 is projected on the substrate main body 41, and has an arc-shaped edge 411 a along the outer periphery of the stator core 211 of the motor unit 2.
  • the second portion 412 is a non-projection region that protrudes from the first portion 411 toward the positive side in the X-axis direction and is opposite to the projection region.
  • the second portion 412 has an edge 412a and an edge 412b that are linear in the X-axis direction, and an edge 412c that is linear in the Y-axis direction.
  • a corner 412d formed by the edge 412a and the edge 412c on the positive side in the Y-axis direction and a corner 412e formed by the edge 412b and the edge 412c on the negative side in the Y-axis direction are each rounded.
  • the heating element 42 and the capacitor 43 are mounted on the board main body 41, respectively, and are electrically connected to the circuit pattern via solder (not shown).
  • the electronic components mounted on the board body 41 are not limited to the heating element 42 and the capacitor 43, but may be other electronic components such as an EMI filter and a choke coil.
  • the heating element 42 is a small piece of electronic component that generates heat when energized.
  • three heating elements 42 are arranged. Of the three heating elements 42, two heating elements 42 are arranged in the first portion 411, and the remaining one heating element 42 is arranged in the second portion. 412. Then, in the circuit board 4, each of the heating elements 42 arranged in the first portion 411 can be a switching element 42a.
  • the switch element 42a includes, for example, a field effect transistor (FET) and an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
  • FET field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the heating element 42 arranged in the second portion 412 can be a control element 42b having higher heat generation than the switching element 42a.
  • the control element 42b is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit).
  • the circuit board 4 can exhibit a function as a control board for controlling the operation of the motor unit 2.
  • the number of the heating elements 42 is three in the present embodiment, the number is not limited thereto, and may be one, two, four or more.
  • at least one cylindrical capacitor 43 is arranged in the second portion 412. The height of the condenser 43 is larger than the thickness (height) of each heating element 42.
  • the respective heating elements 42 and capacitors 43 are arranged on the circuit board 4 on the other side in the direction of the central axis O211 , that is, on the negative side in the Z-axis direction. Then, the entire circuit board 4 is stored in the storage recess 311 of the upper cover 31 by increasing the depth of the storage recess 311 of the upper cover 31 by an amount corresponding to each of the heating elements 42 and the capacitors 43 projecting to the negative side in the Z-axis direction. can do.
  • the length of the electric pump 10 (motor driving device 1) along the direction of the central axis O211 can be suppressed, and the size of the electric pump 10 can be reduced.
  • the circuit board 4 is covered with the second cover member 5 from one side in the central axis O211 direction, that is, from the positive side in the Z-axis direction. Thereby, the circuit board 4 can be protected.
  • the second cover member 5 is a plate-shaped member made of a metal material, and is manufactured by, for example, casting.
  • the metal material forming the second cover member 5 is not particularly limited, and for example, a metal material having relatively high thermal conductivity, such as aluminum or copper, is preferably used.
  • the second cover member 5 has not only a function of protecting the circuit board 4 but also a function as a heat sink that emits heat Q.
  • the second cover member 5 is fixed to the upper lid portion 31 of the first cover member 3 by a fixing method such as screwing. Further, an O-ring (not shown) made of an elastic material is arranged between the second cover member 5 and the edge of the upper lid portion 31. In addition, it is preferable that a groove into which an O-ring is fitted is provided in an edge portion of the upper lid portion 31.
  • a heat conducting member 6 is arranged between the second cover member 5 and the circuit board 4. As shown in FIG. 2, the heat Q generated from the heating element 42 is transmitted to the second cover member 5 via the heat conductive member 6 and is released.
  • the heat conductive member 6 is not particularly limited, and for example, a material having fluidity such as a heat conductive compound and heat conductive grease (radiation grease) is preferably used. When the heat conductive member 6 is made of a material having fluidity, the heat conductive member 6 is easily provided by applying the heat conductive member 6 to the upper surface (surface on the front side) 414 of the substrate body 41 of the circuit board 4. be able to.
  • the heat conductive member 6 may be configured by a member having flexibility (elasticity) such as a sheet, for example.
  • the second cover member 5 has two heat radiating portions 53 in which the heat Q is preferentially released in the second cover member 5.
  • the heat radiating portion 53 on the left side in FIG. 2 (hereinafter, referred to as “heat radiating portion 53a”) can radiate the heat Q from each switching element 42a collectively and preferentially.
  • the radiator 53 (hereinafter referred to as a “radiator 53b”) can radiate the heat Q from the control element 42b preferentially. Since the heat radiating portion 53a and the heat radiating portion 53b have the same configuration except that the radiating portion 53a is arranged differently, the heat radiating portion 53a will be representatively described.
  • the heat radiating portion 53 a is formed on the heat conductive member 6, that is, on the convex portion 51 protruding to the negative side in the Z-axis direction, and on the opposite side (back side) of the convex portion 51, that is, the convex portion. 51, a concave portion 52 that is concave on the positive side in the Z-axis direction.
  • the top 511 of the projection 51 is pressed against the heat conductive member 6 and comes into contact with the heat conductive member 6.
  • the heat radiating portion 53a when viewed from the central axis O 211 direction, the heat radiating portion 53a (projecting portions 51 and the recesses 52) is at least partially overlapped with each switching element 42a.
  • the heat radiating section 53a includes two switching elements 42a collectively.
  • the amount of heat generated by the motor unit 2 is substantially equal to the total amount of heat generated by the heat generating element 42 due to the amount of current flowing through the coil 222 of the stator 22 and the flow rate of the refrigerant. Therefore, the heat Q can be efficiently released by disposing the second cover member 5 on the positive side in the Z-axis direction.
  • the thickness t 53 of the heat radiating portion 53a (between the protrusions 51 and the recesses 52) constant.
  • the thickness t53 is constant, the heat radiation in the heat radiation portion 53a can be uniformly performed.
  • the thickness t53 is not particularly limited, but is preferably set to a size that satisfies both the heat dissipation and the strength of the second cover member 5 without excess or shortage.
  • the top 511 of the convex portion 51 and the bottom 521 of the concave portion 52 each have a planar shape parallel to the XY plane. Thereby, the contact area with the heat conductive member 6 can be ensured as large as possible at the top 511 of the convex portion 51, and the heat radiation area for releasing the heat Q can be ensured as large as possible at the bottom 521 of the concave portion 52. can do. It is preferable that the area of the top 511 and the area of the bottom 521 are each larger than the area of each switching element 42a in a plan view.
  • the heat conductive member 6 can follow the shape of the protrusion 51 and sufficiently contact the protrusion 51 regardless of the shape of the protrusion 51.
  • the board main body 41 (the circuit board 4) has a plurality of transmitting portions 413 that transmit the heat Q generated from the heating elements 42 to the heat conducting member 6.
  • Each transmission part 413 is provided so as to penetrate in the thickness direction of the circuit board 4, that is, in the direction of the central axis O211 . Further, each heat transfer section 413 contacts both the heating element 42 and the heat conductive member 6.
  • the heating element 42 is disposed on the back side of the circuit board 4, that is, on the other side (the negative side in the Z-axis direction) in the direction of the central axis O211 , the heat generated from the heating element 42 is transmitted to the heat conducting member 6. Can tell enough.
  • the number of the heat-generating elements 42 and the number of the heat-transfer sections 413 per one element are not particularly limited, and may be one or more.
  • the heat transfer portion 413 is a portion made of a metal material such as a copper inlay (copper post), but is not limited thereto.
  • the heat transfer section 413 may be constituted by a thermal via (through hole).
  • each space 54 is a storage space for storing the electronic components.
  • the hottest point in the electric pump 10 is a region M1 surrounded by a two-dot chain line.
  • the region M1 includes the coil 222 of the stator 22, and the highest temperature measured in the region M1 was 153.1 ° C.
  • the region M2 includes the heating element 42, and the highest temperature measured in the region M2 was 139.5 ° C. It can be seen that the temperature in the region M2 is lower than the temperature in the region M1. If the heat Q of the heating element 42 is released to the motor section 2 side, the motor section 2 is affected by the heat generation. However, in the electric pump 10, the heat Q of the heating element 42 is released to the second cover member 5 side opposite to the motor unit 2, so that efficient heat radiation is possible. Therefore, as described above, the temperature in the region M2 is lower than the temperature in the region M1.
  • the motor drive device 1 and the electric pump 10 of the present invention have been described with reference to the illustrated embodiment.
  • the present invention is not limited to this, and each part configuring the motor drive device 1 and the electric pump 10 It can be replaced with any configuration that can exhibit the same function. Further, an arbitrary component may be added.
  • the thickness t 53 of the heat radiating portion 53 is in the above embodiment is constant, without being limited thereto, for example, it may vary.
  • the heating element 42 is disposed on the negative side in the Z-axis direction with respect to the substrate main body 41 in the above-described embodiment, but is not limited thereto, and may be disposed on the positive side in the Z-axis direction, for example. When the heating element 42 is arranged on the positive side in the Z-axis direction, the heat transfer section 413 can be omitted.
  • SYMBOLS 1 Motor drive device, 2 ... Motor part, 21 ... Rotor, 211 ... Shaft, 22 ... Stator, 221 ... Stator core, 222 ... Coil, 3 ... 1st cover member, 31 ... Upper lid part (lid part), 311 ... Storage Recessed part, 32 ... side wall part, 33 ... lower lid part, 4 ... circuit board, 41 ... board body, 411 ... first part, 411a ... edge part, 412 ... second part, 412a, 412b, 412c ...
  • edge part, 412d 412e corner portion, 413: heat transfer portion, 414: upper surface (front side surface), 42: heating element, 42a: switching element, 42b: control element, 43: capacitor, 5: second cover member, 51: convex Part, 511: top part, 52: concave part, 521: bottom part, 53, 53a, 53b: heat radiating part, 54: space, 6: heat conducting member, 10: electric pump, D 52 : depth, H 51 : projecting height , M1, M2 ... Regions, O 211 ... central axis, OL ... Oil, Q ... heat, t 53 ... thickness

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)

Abstract

【課題】発熱素子から生じた熱を効率的に放熱することができるモータ駆動装置および電動ポンプを提供すること。 【解決手段】モータ駆動装置１は、シャフト２１１を有するロータ２１と、ロータ２１をシャフト２１１の中心軸Ｏ２１１回りに回転させるステータ２２と、を備えるモータ部２と、中心軸Ｏ２１１方向の一方側からモータ部２を覆う上蓋部３１を有し、樹脂材料で構成された第１カバー部材３と、上蓋部３１に対して中心軸Ｏ２１１方向の一方側に配置された発熱素子４２を有する回路基板４と、中心軸Ｏ２１１方向の一方側から回路基板４を覆い、金属材料で構成された第２カバー部材５と、第２カバー部材５と回路基板４との間に配置され、発熱素子４２から発生した熱を第２カバー部材５に伝達する熱伝導部材６と、を備え、第２カバー部材５は、熱伝導部材６に向かって突出し、熱伝導部材６に接する凸部５１と、凸部５１の反対側で窪んだ凹部５２とを有する。

Description

モータ駆動装置および電動ポンプ
　本発明は、モータ駆動装置および電動ポンプに関する。
　アイドルストップ機能を備えた車両の自動変速機用に搭載される電動オイルポンプが知られている（例えば、日本国公開公報特開２０１３－０９２１２６号公報参照）。日本国公開公報特開２０１３－０９２１２６号公報に記載の電動オイルポンプは、オイルポンプ部と、インバータ部と、を備える。オイルポンプ部は、モータロータと、ステータとから構成されるモータを有する。インバータ部は、パワーＭＯＳＦＥＴが実装された基板と、パワーＭＯＳＦＥＴと対応する位置に設けられた放熱シートと、放熱シートに接するヒートシンクと、を有する。そして、インバータ部では、放熱シートおよびヒートシンクによって、パワーＭＯＳＦＥＴの発する熱を外部へ放熱する放熱経路が形成される。これにより、パワーＭＯＳＦＥＴの発する熱が、例えば、基板上のコンデンサやインダクタ等の他の電子部品に影響を与えることを防止することができる。
日本国公開公報：特開２０１３－０９２１２６号公報
　しかしながら、日本国公開公報特開２０１３－０９２１２６号公報に記載の電動オイルポンプでは、ヒートシンクは、放熱シートに接する部分が最も厚くなっており、この厚い分だけ、放熱性が低下する、すなわち、熱が逃げにくくなり、放熱を効率的に行うことできないという問題があった。
　本発明の目的は、発熱素子から生じた熱を効率的に放熱することができるモータ駆動装置および電動ポンプを提供することにある。
　本発明の例示的なモータ駆動装置の一つの態様は、シャフトを有するロータと、前記ロータに対向して配置され、前記ロータを前記シャフトの中心軸回りに回転させるステータと、を備えるモータ部と、前記中心軸方向の一方側から前記モータ部を覆う蓋部を有し、樹脂材料で構成された第１カバー部材と、前記蓋部に対して前記中心軸方向の一方側に配置され、通電により発熱する発熱素子を有する回路基板と、前記中心軸方向の一方側から前記回路基板を覆い、金属材料で構成された第２カバー部材と、前記第２カバー部材と前記回路基板との間に配置され、前記発熱素子から発生した熱を前記第２カバー部材に伝達する熱伝導部材と、を備え、前記第２カバー部材は、前記熱伝導部材に向かって突出し、前記熱伝導部材に接する凸部と、前記凸部の反対側で窪んだ凹部と、を有する。
　本発明の例示的な電動ポンプの一つの態様は、上記モータ駆動装置を備える。
　本発明によれば、発熱素子から生じた熱を効率的に放熱することができる。
図１は、本発明の電動ポンプ（モータ駆動装置）の実施形態を示す概略部分縦断面図である。 図２は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大図である。 図３は、図１に示す電動ポンプ（モータ駆動装置）が備える回路基板をＺ軸方向負側から見た図である。 図４は、図１に示す電動ポンプ（モータ駆動装置）における温度分布のシミュレーション結果を説明するための図である。
　以下、本発明のモータ駆動装置および電動ポンプを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
　 図１は、本発明の電動ポンプ（モータ駆動装置）の実施形態を示す概略部分縦断面図である。図２は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大図である。図３は、図１に示す電動ポンプ（モータ駆動装置）が備える回路基板をＺ軸方向負側から見た図である。図４は、図１に示す電動ポンプ（モータ駆動装置）における温度分布のシミュレーション結果を説明するための図である。なお、説明の都合上、各図では、互い直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を想定し、ＸＹ平面が水平方向と平行であり、Ｚ軸方向がＸＹ平面に垂直方向（鉛直方向）である。また、図１、図２および図４中の上側を「上（または上方）」、下側を「下（または下方）」と言うことがあり、図１～図４中の左側を「左（または左方）」、右側を「右（または右方）」と言うことがある。また、「上」、「下」、「左」、「右」とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。
　図１に示す電動ポンプ１０は、モータ駆動装置１を備え、オイルＯＬを一方向（例えばＸ軸方向正側）に向かって移送する電動オイルポンプである。なお、電動ポンプ１０の適用例として、本実施形態では電動オイルポンプとしているが、これに限定されず、例えば、電動パワーステアリングや電動ウォータポンプ等とすることもできる。
　モータ駆動装置１は、モータ部２と、第１カバー部材３と、回路基板４と、第２カバー部材５と、熱伝導部材６と、を備える。以下、各部の構成について説明する。
　モータ部２は、ロータ２１と、ロータ２１に対向して配置されたステータ２２と、を備える。なお、モータ部２は、ロータ２１およびステータ２２を一括して収納するハウジングをさらに備えていてもよい。
　ロータ２１は、円柱状をなすシャフト２１１を有し、シャフト２１１の中心軸Ｏ２１１回りに回転することができる。電動ポンプ１０では、ロータ２１の回転力は、オイルＯＬの移送に用いられる。なお、中心軸Ｏ２１１は、図１に示す構成ではＺ軸と平行であるが、これに限定されない。
　ステータ２２は、円筒状をなすステータコア２２１と、ステータコア２２１に巻回された複数のコイル２２２と、を有する。ステータコア２２１の内側には、ロータ２１が配置される。各コイル２２２は、ステータコア２２１の周方向に沿って等間隔に配置される。また、各コイル２２２は、回路基板４を介して、電源（図示せず）と電気的に接続される。そして、各コイル２２２の通電状態と通電停止状態とを切り換えることにより、ロータ２１をシャフト２１１の中心軸Ｏ２１１回りに回転させることができる。
　なお、モータ部２は、本実施形態ではロータ２１が内側に配置され、ステータ２２が外側に配置された構成であるが、これに限定されず、例えば、ロータ２１が外側に配置され、ステータ２２が内側に配置された構成であってもよい。
　第１カバー部材３は、樹脂材料で構成され、モータ部２を覆う部材である。なお、モータ部２は、全体が第１カバー部材３に覆われていてもよいし、一部が第１カバー部材３から露出してもよい。また、第１カバー部材３をモータ部２上に設ける（成形する）には、例えば、射出成形を用いることができる。
　第１カバー部材３は、中心軸Ｏ２１１方向の一方側、すなわち、Ｚ軸方向正側からモータ部２を覆う上蓋部（蓋部）３１と、モータ部２を側方から覆う側壁部３２と、中心軸Ｏ２１１方向の他方側、すなわち、Ｚ軸方向負側からモータ部２を覆う下蓋部３３と、を有する。なお、上蓋部３１、側壁部３２および下蓋部３３は、一体的に形成された、すなわち、単一の部材で構成されるのが好ましいが、これに限定されず、各部を別体で構成し、当該別体同士を連結して構成されてもよい。
　また、第１カバー部材３は、ロータ２１と離間する。これにより、ロータ２１が回転した際、ロータ２１と第１カバー部材３との間で摩擦が生じることを防止することができ、よって、ロータ２１の回転が円滑に行われる。
　第１カバー部材３の上蓋部３１に対して中心軸Ｏ２１１方向の一方側、すなわち、Ｚ軸方向正側には、板状をなす回路基板４がＸＹ平面と平行に配置される。回路基板４は、モータ部２の作動、すなわち、ロータ２１の回転を制御する制御基板であり、上蓋部３１に窪んで設けられた収納凹部３１１に収納される。なお、収納凹部３１１内の回路基板４の配置数は、図１に示す構成では１つであるが、これに限定されず、電動ポンプ１０（モータ駆動装置１）の用途によっては、複数であってもよい。回路基板４の配置数が複数の場合、回路基板４は、例えば、Ｚ軸方向に複数配置されてもよいし、ＸＹ平面に複数配置されてもよい。
　電動ポンプ１０では、前記ハウジング内に冷媒が流れ込む。そのため、モータ部２が冷媒と直接または間接的に接触することとなる。上蓋部３１は、モータ部２と回路基板４とを隔てる隔壁となるため、冷媒が収納凹部３１１内に流入して、回路基板４と接触するのを防止することができる。
　回路基板４は、回路パターン（図示せず）が設けられた基板本体４１と、基板本体４１に固定された発熱素子４２およびコンデンサ４３と、を有する。
　図３に示すように、中心軸Ｏ２１１方向から見たとき、基板本体４１（回路基板４）は、モータ部２と重なる第１部分４１１と、モータ部２の外側に位置し、第１部分４１１に繋がる第２部分４１２と、を有する。
　第１部分４１１は、基板本体４１上にモータ部２を投影した投影領域であり、モータ部２のステータコア２１１の外周に沿った円弧状をなす縁部４１１ａを有する。
　第２部分４１２は、第１部分４１１からＸ軸方向正側に向かって突出し、投影領域に相反する非投影領域である。第２部分４１２は、Ｘ軸方向に沿った直線状をなす縁部４１２ａおよび縁部４１２ｂと、Ｙ軸方向に沿った直線状をなす縁部４１２ｃと、を有する。また、Ｙ軸方向正側の縁部４１２ａと縁部４１２ｃとがなす角部４１２ｄと、Ｙ軸方向負側の縁部４１２ｂと縁部４１２ｃとがなす角部４１２ｅとは、それぞれ、丸みを帯びる。
　発熱素子４２およびコンデンサ４３は、それぞれ、基板本体４１に実装されており、半田（図示せず）を介して前記回路パターンと電気的に接続される。なお、基板本体４１に実装される電子部品としては、発熱素子４２およびコンデンサ４３に限定されず、例えば、ＥＭＩフィルタ、チョークコイル等の他の電子部品であってもよい。
　発熱素子４２は、通電により発熱する小片状の電子部品である。本実施形態では、発熱素子４２が３つ配置されており、当該３つの発熱素子４２のうち、２つの発熱素子４２が第１部分４１１に配置され、残りの１つの発熱素子４２が第２部分４１２に配置される。そして、回路基板４では、第１部分４１１に配置された各発熱素子４２をスイッチ素子４２ａとすることができる。スイッチ素子４２ａは、例えば、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：FET）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：IGBT）で構成される。一方、第２部分４１２に配置された発熱素子４２を、スイッチ素子４２ａよりも発熱性が高い制御素子４２ｂとすることができる。制御素子４２ｂは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成される。スイッチ素子４２ａおよび制御素子４２ｂが実装されることにより、回路基板４は、モータ部２の作動を制御する制御基板としての機能を発揮することができる。なお、発熱素子４２の配置数は、本実施形態では３つであるが、これに限定されず、例えば、１つ、２つまたは４つ以上であってもよい。
　また、第２部分４１２には、円柱状をなすコンデンサ４３が少なくとも１つ配置される。コンデンサ４３の高さは、各発熱素子４２の厚さ（高さ）よりも大きい。
　各発熱素子４２およびコンデンサ４３は、それぞれ、回路基板４上では、中心軸Ｏ２１１方向の他方側、すなわち、Ｚ軸方向負側に配置される。そして、各発熱素子４２およびコンデンサ４３がＺ軸方向負側に突出した分、上蓋部３１の収納凹部３１１の深さを深くすることにより、回路基板４全体を上蓋部３１の収納凹部３１１に収納することができる。これにより、電動ポンプ１０（モータ駆動装置１）の中心軸Ｏ２１１方向に沿った長さを抑えて、電動ポンプ１０の小型化を図ることができる。
　回路基板４は、中心軸Ｏ２１１方向の一方側、すなわち、Ｚ軸方向正側から第２カバー部材５で覆われる。これにより、回路基板４を保護することができる。第２カバー部材５は、金属材料で構成された板状をなす部材であり、例えば鋳造により製造される。第２カバー部材５を構成する金属材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅等の比較的熱伝導率の高い金属材料を用いるのが好ましい。これにより、後述するように発熱素子４２からの熱Ｑが第２カバー部材５に伝達された際、当該熱Ｑを十分に放出することができる（図２参照）。従って、第２カバー部材５は、回路基板４を保護する機能の他に、熱Ｑを放出するヒートシンクとしての機能も有する。また、第２カバー部材５は、第１カバー部材３の上蓋部３１に対して、例えばネジ止め等の固定方法により固定される。また、第２カバー部材５と上蓋部３１の縁部との間には、弾性材料で構成されたＯリング（図示せず）が配置される。なお、上蓋部３１の縁部には、Ｏリングが嵌め込まれる溝が設けられること好ましい。
　第２カバー部材５と回路基板４との間には、熱伝導部材６が配置される。図２に示すように、発熱素子４２から発生した熱Ｑは、熱伝導部材６を介して第２カバー部材５に伝達されて、放出される。熱伝導部材６としては、特に限定されず、例えば、熱伝導性コンパウンド、熱伝導性グリス（放熱グリス）等の流動性を有する材料を用いるのが好ましい。熱伝導部材６が流動性を有する材料で構成される場合、回路基板４の基板本体４１の上面（表側の面）４１４に熱伝導部材６を塗布することにより、熱伝導部材６を容易に設けることができる。なお、熱伝導部材６は、例えば、シート等の可撓性（弾性）を有する部材で構成されていてもよい。
　図２に示すように、第２カバー部材５は、当該第２カバー部材５の中で、熱Ｑの放出が優先的に行われる２つの放熱部５３を有する。２つの放熱部５３のうち、図２中左側の放熱部５３（以下「放熱部５３ａ」という）は、各スイッチング素子４２ａからの熱Ｑを一括して優先的に放出することができ、右側の放熱部５３（以下「放熱部５３ｂ」という）は、制御素子４２ｂからの熱Ｑを優先的に放出することができる。放熱部５３ａと放熱部５３ｂとは、配置箇所が異なること以外は同じ構成であるため、放熱部５３ａについて代表的に説明する。
　図２に示すように、放熱部５３ａは、熱伝導部材６に向かって、すなわち、Ｚ軸方向負側に突出した凸部５１と、凸部５１の反対側（裏側）で、すなわち、凸部５１に対してＺ軸方向正側で窪んだ凹部５２と、を有する。凸部５１の頂部５１１は、熱伝導部材６に押し付けられて、熱伝導部材６に接する。また、図３に示すように、中心軸Ｏ２１１方向から見たとき、放熱部５３ａ（凸部５１および凹部５２）は、少なくとも一部が各スイッチング素子４２ａと重なる。図３に示す構成では、放熱部５３ａが２つのスイッチング素子４２ａを一括して包含する。
　上記のような構成により、例えば凹部５２が省略された場合に比べて、凹部５２がある分、放熱部５３ａの厚さｔ５３をできる限り薄くすることができ、よって、当該放熱部５３ａでの熱抵抗を低減させることができる。従って、放熱部５３ａでの放熱性が向上し、各スイッチング素子４２ａから生じた熱ＱをオイルＯＬに効率的に逃がすことができる。また、電動ポンプ１０の作動により、オイルＯＬが流通状態であるため、オイルＯＬに放出された熱Ｑが籠るのを防止することができる。これにより、放熱部５３ａでの放熱が安定して継続的に行われる。
　また、モータ部２の発熱量は、ステータ２２のコイル２２２を流れる電流の量や前記冷媒の流量等の影響によって、発熱素子４２の総発熱量とほぼ同等となる。そのため、第２カバー部材５がＺ軸方向正側に配置されることにより、熱Ｑを効率的に逃がすことができる。
　また、凸部５１の突出高さＨ５１と、凹部５２の深さＤ５２とは、同じ大きさである。これにより、放熱部５３ａ（凸部５１と凹部５２との間）の厚さｔ５３を一定にすることができる。そして、厚さｔ５３が一定であることにより、放熱部５３ａでの放熱を均一に行うことができる。なお、厚さｔ５３は、特に限定されないが、第２カバー部材５の放熱性と強度との双方を過不足なく満足する程度の大きさとすることが好ましい。
　凸部５１の頂部５１１および凹部５２の底部５２１は、それぞれ、ＸＹ平面と平行な平面状である。これにより、凸部５１の頂部５１１では、熱伝導部材６との接触面積をできる限り広く確保することができ、また、凹部５２の底部５２１では、熱Ｑを放出する放熱面積をできる限り広く確保することができる。なお、頂部５１１の面積および底部５２１の面積は、それぞれ、スイッチング素子４２ａ、１つ当たりの平面視での面積よりも大きいことが好ましい。
　前述したように、熱伝導部材６としては、流動性を有する材料を用いるのが好ましい。熱伝導部材６が流動性材料で構成された場合、当該熱伝導部材６は、凸部５１の形状に関わらず、凸部５１の形状に追従して、凸部５１に十分に接することができる。
　図２に示すように、基板本体４１（回路基板４）は、発熱素子４２から発生した熱Ｑを熱伝導部材６に伝達する伝達部４１３を複数有する。各伝達部４１３は、回路基板４の厚さ方向、すなわち、中心軸Ｏ２１１方向に貫通して設けられる。また、各伝熱部４１３は、発熱素子４２および熱伝導部材６の双方に接する。これにより、発熱素子４２が回路基板４の裏側、すなわち、中心軸Ｏ２１１方向の他方側（Ｚ軸方向負側）に配置された場合でも、発熱素子４２から発生した熱を熱伝導部材６に十分に伝えることができる。
　なお、発熱素子４２、１つ当たりの伝熱部４１３の配置数は、特に限定されず、１つ以上であればよい。
　また、伝熱部４１３は、図２に示す構成では銅インレイ（銅ポスト）等のように金属材料で構成された部分であるが、これに限定されない。例えば、伝熱部４１３をサーマルビア（貫通孔）で構成してもよい。
　図１、図２に示すように、第２カバー部材５は、凸部５１および凹部５２を有する凹凸形状をなすことにより、熱伝導部材６から離間して、熱伝導部材６との間に複数の空間５４が生じる。各空間５４は、例えば基板本体４１の表側、すなわち、Ｚ軸方向正側に電子部品が配置された場合、当該電子部品が収納される収納空間となる。
　次に、電動ポンプ１０を作動させた状態での温度分布のシミュレーション結果について、図４を参照しつつ説明する。
　電動ポンプ１０内で、最も高温の箇所は、二点鎖線で囲まれた領域Ｍ１である。領域Ｍ１には、ステータ２２のコイル２２２が含まれており、領域Ｍ１で測定された最高温度は、１５３．１℃であった。
　一方、二点鎖線で囲まれた領域Ｍ２に着目してみる。領域Ｍ２には、発熱素子４２が含まれており、領域Ｍ２で測定された最高温度は、１３９．５℃であった。領域Ｍ２での温度は、領域Ｍ１での温度よりも低いことが分かる。
　仮に、発熱素子４２の熱Ｑをモータ部２側に逃がした場合、モータ部２が発熱する影響を受けてしまう。しかしながら、電動ポンプ１０では、発熱素子４２の熱Ｑをモータ部２と反対側となる第２カバー部材５側に逃しているため、効率的な放熱が可能となる。従って、前述したように、領域Ｍ２での温度は、領域Ｍ１での温度よりも低くなる。
　以上、本発明のモータ駆動装置１および電動ポンプ１０を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、モータ駆動装置１および電動ポンプ１０を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
　また、放熱部５３（凸部５１と凹部５２との間）の厚さｔ５３は、前記実施形態では一定であるが、これに限定されず、例えば、変化していてもよい。
　また、発熱素子４２は、前記実施形態では基板本体４１に対してＺ軸方向負側に配置されるが、これに限定されず、例えば、Ｚ軸方向正側に配置されてもよい。発熱素子４２がＺ軸方向正側に配置された場合、伝熱部４１３を省略することができる。
　１…モータ駆動装置、２…モータ部、２１…ロータ、２１１…シャフト、２２…ステータ、２２１…ステータコア、２２２…コイル、３…第１カバー部材、３１…上蓋部（蓋部）、３１１…収納凹部、３２…側壁部、３３…下蓋部、４…回路基板、４１…基板本体、４１１…第１部分、４１１ａ…縁部、４１２…第２部分、４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ…縁部、４１２ｄ、４１２ｅ…角部、４１３…伝熱部、４１４…上面（表側の面）、４２…発熱素子、４２ａ…スイッチング素子、４２ｂ…制御素子、４３…コンデンサ、５…第２カバー部材、５１…凸部、５１１…頂部、５２…凹部、５２１…底部、５３、５３ａ、５３ｂ…放熱部、５４…空間、６…熱伝導部材、１０…電動ポンプ、Ｄ５２…深さ、Ｈ５１…突出高さ、Ｍ１、Ｍ２…領域、Ｏ２１１…中心軸、ＯＬ…オイル、Ｑ…熱、ｔ５３…厚さ

 

 

Claims (12)

  1. 　シャフトを有するロータと、前記ロータに対向して配置され、前記ロータを前記シャフトの中心軸回りに回転させるステータと、を備えるモータ部と、
    　前記中心軸方向の一方側から前記モータ部を覆う蓋部を有し、樹脂材料で構成された第１カバー部材と、
    　前記蓋部に対して前記中心軸方向の一方側に配置され、通電により発熱する発熱素子を有する回路基板と、
    　前記中心軸方向の一方側から前記回路基板を覆い、金属材料で構成された第２カバー部材と、
    　前記第２カバー部材と前記回路基板との間に配置され、前記発熱素子から発生した熱を前記第２カバー部材に伝達する熱伝導部材と、を備え、
    　前記第２カバー部材は、前記熱伝導部材に向かって突出し、前記熱伝導部材に接する凸部と、前記凸部の反対側で窪んだ凹部と、を有することを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 　前記第２カバー部材は、板状をなし、前記凸部と前記凹部との間の厚さが一定である請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 　前記凸部の突出高さと、前記凹部の深さとは、同じ大きさである請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
  4. 　前記凸部の頂部および前記凹部の底部は、それぞれ、平面状である請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  5. 　前記中心軸方向から見たとき、前記凸部および前記凹部は、それぞれ、少なくとも一部が前記発熱素子と重なる請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  6. 　前記中心軸方向から見たとき、前記回路基板は、前記モータ部と重なる第１部分と、前記モータ部の外側に位置し、前記第１部分に繋がる第２部分と、を有し、
    　前記発熱素子は、前記第１部分に配置される請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  7. 　前記中心軸方向から見たとき、前記回路基板は、前記モータ部と重なる第１部分と、前記モータ部の外側に位置し、前記第１部分に繋がる第２部分と、を有し、
    　前記発熱素子は、前記第２部分に配置される請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  8. 　前記熱伝導部材は、流動性を有する請求項１～７のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  9. 　前記発熱素子は、前記回路基板上では、前記中心軸方向の他方側に配置される請求項１～８のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  10. 　前記回路基板は、該回路基板の厚さ方向に貫通して設けられ、前記発熱素子から発生した熱を前記熱伝導部材に伝達する伝熱部を有する請求項９に記載のモータ駆動装置。
  11. 　前記発熱素子は、スイッチング素子である請求項１～１０のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  12. 　請求項１～１１のいずれか１項に記載のモータ駆動装置を備えることを特徴とする電動ポンプ。
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