(57)【要約】【課題】モータ巻線の高密度化を実現し得るモータを提供する。【解決手段】複数のリング状基板（１１、２１）と、Ｕ字状巻線保持部材（３１Ａ〜３１Ｆ）とを備え、モータ巻線の一部を構成する配線パターンと、一つのＵ字状巻線保持部材（３１Ａ）に収納しているＵ字状巻線の上方開放端と配線パターンとを接続するランドとを複数の各リング状基板（１１、２１）に分散して設け、ステータ（４）の上面に複数のリング状基板（１１、２１）を積層した後、ステータ（４）の下側から各Ｕ字状巻線保持部材（３１Ａ〜３１Ｆ）を各ティースの両側面に挿し込み、リング状基板毎に、配線パターンと一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線の上方開放端とをランドを介して接続することによりモータ巻線を形成し、これらリング状基板毎に形成されるモータ巻線を接続することにより１つのティース当たりのモータ巻線５１を形成する。【選択図】図１
2014103825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のステータコア、バックヨーク、前記ステータコアの内周方向に突出する複数のティースを含んで構成される円筒状のステータと、
複数のリング状基板と、
前記各ティースの両側面及び下方を被覆し得ると共に、上方が開放しているＵ字状巻線であって１つのティースを巻回するＵ字状巻線の全てを収納する、前記ティースの数と同数のＵ字状巻線保持部材と
を備え、
モータ巻線の一部を構成する配線パターンと、前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線の上方開放端と前記配線パターンとを接続するランドとを前記複数の各リング状基板に分散して設け、
前記ステータの上面に前記複数のリング状基板を積層した後、前記ステータの下側から前記各Ｕ字状巻線保持部材を前記各ティースの両側面に挿し込み、
前記リング状基板毎に、前記配線パターンと前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線の上方開放端とを前記ランドを介して接続することによりモータ巻線を形成し、
これらリング状基板毎に形成されるモータ巻線を接続することにより１つのティース当たりのモータ巻線を形成することを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記複数のリング状基板は第１の基板と第２の基板の２つであり、
モータ巻線の一部を構成する第１の配線パターンと、前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線のうちの一部のＵ字状巻線の上方開放端と前記第１の配線パターンとを接続する第１のランドとを前記第１の基板に、モータ巻線の一部を構成する第２の配線パターンと、前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線のうちの残りのＵ字状巻線の上方開放端と前記第２の配線パターンとを接続する第２のランドとを前記第２の基板にそれぞれ設け、
前記第１の配線パターンと前記半数のＵ字状巻線の上方開放端とを前記第１ランド電極を介して接続することにより第１のモータ巻線を、前記第２の配線パターンと前記残り半数のＵ字状巻線の上方開放端とを前記第２ランド電極を介して接続することにより第１のモータ巻線をそれぞれ形成し、
これら形成した第１、第２のモータ巻線を接続することにより１つのティース当たりのモータ巻線を形成することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記第２の基板の外周側に少なくともスイッチング機能を有する半導体素子を用いてハイサイド側アームとローサイド側アームとで構成されるパワーモジュールを設けると共に、前記第１の基板に前記２つのアームを接続する外部バスバーの端子を設け、
前記外部バスバーの端子と前記ハイサイド側、ローサイド側の２つのアームとを電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記パワーモジュールを構成する半導体素子を前記第２基板の上面に設けると共に、前記第２の基板の下面と前記ステータの間に放熱板を配置し、この放熱板に貯まる熱を前記ステータの外に逃すことを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記第２の配線パターンを設ける部位に電流センサを設けることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記第２の基板をセラミックで形成され前記パワーモジュールを構成する半導体素子を設ける第１の部材と、樹脂材料で形成され前記パワーモジュールのうち前記半導体素子を除く残りの部分を設ける第２の部材であって前記第１の部材が嵌り込む穴を有する第２の部材とで構成し、前記第２の部材の有する穴に前記第１の部材を下側から挿入して両者を接合することを特徴とする請求項４または５に記載のモータ。
【請求項７】
前記第２の部材の有する穴に前記第１の部材を下側から挿入して両者を接合した上で下側から金属で形成した前記放熱板を積層し、前記第２の部材の下面と前記金属で形成した放熱板とを半田によって接合することを特徴とする請求項６に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機（モータ）、特にモータ巻線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線パターンが形成された配線シートの上に四角枠状の積層コイルを複数一列に並べて敷いたものを、外周に凸部を有するコア内輪の外周に巻き、その外側を円筒状のコア外輪で被覆することによってステータを構成するのものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５８１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の技術では、配線パターンと積層コイルとの接合部分であるランドは、両者が十分に接合されるように積層コイルよりも大きく形成する必要がある。このため、ランド同士が接触しないように隣り合うランドの間隔を開けて配置すると、ランドと接合する積層コイルの間隔も開いてしまい、モータ巻線の高密度化を実現できない。
【０００５】
そこで本発明は、モータ巻線の高密度化を実現し得るモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のモータは、円筒状のステータコア、バックヨーク、前記ステータコアの内周方向に突出する複数のティースを含んで構成される円筒状のステータと、複数のリング状基板と、前記各ティースの両側面及び下方を被覆し得ると共に、上方が開放しているＵ字状巻線であって１つのティースを巻回するＵ字状巻線の全てを収納する、前記ティースの数と同数のＵ字状巻線保持部材とを備えている。そして、本発明のモータでは、モータ巻線の一部を構成する配線パターンと、前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線の上方開放端と前記配線パターンとを接続するランドとを前記複数の各リング状基板に分散して設け、前記ステータの上面に前記複数のリング状基板を積層した後、前記ステータの下側から前記各Ｕ字状巻線保持部材を前記各ティースの両側面に挿し込み、前記リング状基板毎に、前記配線パターンと前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線の上方開放端とを前記ランドを介して接続することによりモータ巻線を形成し、これらリング状基板毎に形成されるモータ巻線を接続することにより１つのティース当たりのモータ巻線を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数のリング状基板にランドを分散した上で、モータ巻線の一部を構成する配線パターンも複数のリング状基板に分散するので、Ｕ字状巻線の間隔を開けることが必要でなく、これによってモータ巻線の高密度化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】モータケースを除いた本発明の第１実施形態の機電一体駆動ユニットの概略上面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】第１実施形態の中層基板及び放熱板を取り出して上からみた概略上面図である。
【図４】第１実施形態の一つの枠体基板をステータに重ねて示す概略図である。
【図５】枠体基板の拡大図である
【図６】図５のＡ−Ａ’線断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図８】図５のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図９】ステータをＵ字状巻線保持部材の水平断面と共に取り出して上から見た概略上面図である。
【図１０】図９のうちから１つのＵ字状巻線保持部材のみを取り出して示す概略上面図である。
【図１１】図１０のＸ−Ｘ線に沿って見たときのＵ字状巻線保持部材の概略断面図である。
【図１２】第１実施形態の１つのＵ字状巻線保持部材のみを取り出して下方から見た図である。
【図１３Ａ】第１実施形態のモータ駆動用３相インバータの回路図である。
【図１３Ｂ】第１実施形態のモータ駆動用３相インバータの回路図である。
【図１４】第２実施形態の中層基板及び放熱板を取り出して上からみた概略上面図である。
【図１５】第２実施形態の枠体基板の拡大図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ’線断面図である。
【図１７】図１５のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図１８】図１５のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図１９】図１５の一部拡大図である。
【図２０】第２実施形態のベース枠体基板にセラミックス基板を接合する前の状態を示す概略断面図である。
【図２１】第２実施形態のベース枠体基板にセラミックス基板を接合した後の状態を示す概略断面図である。
【図２２】第２実施形態のベース枠体基板にセラミックス基板を接合した後に、さらに放熱板を接合した状態を示す概略断面図である。
【図２３】第３実施形態の中層基板及び放熱板を取り出して上からみた概略上面図である。
【図２４】第１実施形態の２つのモータ巻線の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１はモータケースを除いた本発明の第１実施形態の機電一体駆動ユニット１の概略上面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図である。図３は中層基板２１及び放熱板９１を取り出して上からみた概略上面図、図４は一つの枠体基板２２Ａをステータ４に重ねて示す概略図、図９はステータ４を巻線保持部材３１Ａ〜３１Ｆの水平断面と共に取り出して上から見た概略上面図である。図３、図９に示した中層基板２１、ステータ４は、図１に示した上層基板１１とステータ軸方向の同じ位置で重なるものとする。参考のため、図１に示したＸ−Ｘ線を図３にも同じ位置に示している。以下で、上下方向を言う場合、図２の断面図を基準としてモータ２の上下方向を考えるものとする。
【００１１】
機電一体駆動ユニット１は、モータ２と、パワーモジュールを備えたモータ駆動用３相インバータ（以下、単に「インバータ」という。）６０とからなる。インナーロータ型の同期モータ（以下、単に「モータ」という。）２は、ロータ３と、全体として円筒状のステータ４とで構成される。ロータ３には内部に永久磁石が埋め込まれている。
【００１２】
磁性体で形成されるステータ４は、図９に示したように、円筒状のステータコア５、ステータコアの径方向外側に位置するバックヨーク６、ステータコア６からステータコア６の径方向内側（内周方向）に突出する６つのティース７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆを含んで構成される。ここで、ステータ４のうちロータ２から遠い外周側の部位が「バックヨーク」といわれる。本実施形態では、図２にも示したようにステータ４の上面に薄板リング状の中層基板２１、薄板リング状の上層基板１１をこの順に積層することによって、機電一体駆動ユニット１を構成する。
【００１３】
上層基板１１（第１の基板）、中層基板２１（第２の基板）には、インバータ６０を構成する半導体素子及びこれら半導体素子を接続する配線を配置するのであるが、その配置を説明する前に、インバータ６０を図１３Ａ、図１３Ｂを用いて先に概説する。
【００１４】
図１３Ａ、図１３Ｂは、インバータ６０の電気的な等価回路図である。図１３Ａ、図１３Ｂに示したように、インバータ６０は、３相分のパワーモジュールを１セット分として、全体では２セット分で構成している。このうち、３つのパワーモジュールで構成される１セット分（６１Ａ、７１Ａ、８１Ａ）を図１３Ａに、他の１セット分（６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂ）を図１３Ｂに示している。各セット分の構成は同じであるので、図１３Ａで代表させて説明する。以下、３つの各相のＰ型電極６６、７６、８６を接続する外部バスバーを「Ｐ電位電極」、３つの各相のＮ型電極６７、７７、８７を接続する外部バスバーを「Ｎ電位電極」として定義する。
【００１５】
図１３Ａに示したように、バッテリ１８１と３つの各相のＰ型電極６６、７６、８６を接続する線がＰ電位電極１８２、バッテリ１８１と３つの各相のＮ型電極６７、７７、８７を接続する線がＮ電位電極１８３である。バッテリ１８１と並列に平滑コンデンサ１８５を設けている。
【００１６】
図１３Ａに示したように、各相のパワーモジュール６１Ａ、７１Ａ、８１Ａは、ハイサイド側アーム６２Ａ、７２Ａ、８２Ａと、ローサイド側アーム６２Ｂ、７２Ｂ、８２Ｂとから構成される。各ハイサイド側アーム６２Ａ、７２Ａ、８２Ａは、スイッチング機能を有する半導体素子としてのＩＧＢＴ６３Ａ、７３Ａ、８３Ａと還流ダイオード６４Ａ、７４Ａ、８４Ａを逆並列に接続したものである。同様に、各ローサイド側アーム６２Ｂ、７２Ｂ、８２Ｂは、スイッチング機能を有する半導体素子としてのＩＧＢＴ６３Ｂ、７３Ｂ、８３Ｂと還流ダイオード６４Ｂ、７４Ｂ、８４Ｂを逆並列に接続したものである。なお、スイッチング機能を有する半導体素子はＩＧＢＴに限られるものでなく、ＭＯＳＦＥＴであってよい。
【００１７】
また、各相のパワーモジュール６１Ａ、７１Ａ、８１Ａには、３つの端子（出力電極６５、７５、８５、Ｐ型電極６６、７６、８６、Ｎ型電極６７、７７、８７）と、ハイサイド側アーム６２Ａの端子と、ローサイド側アーム６２Ｂの端子とを有する。ここで、ハイサイド側アーム６２Ａ、７２Ａ、８２Ａの端子は、ゲート電極６８Ａ、７８Ａ、８８Ａ及び基準ソースまたはエミッタ電極６９Ａ、７９Ａ、８９Ａで構成されている。ローサイド側アーム６２Ｂ、７２Ｂ、８２Ｂの端子はゲート電極６８Ｂ、７８Ｂ、８８Ｂ及び基準ソースまたはエミッタ電極６９Ｂ、７９Ｂ、８９Ｂで構成されている。これで、インバータ６０の等価回路図の説明を終える。
【００１８】
図３、図４に示したように、ほぼ薄板台形状の６つの枠体基板２２Ａ〜２２Ｆを円環状に配置することによって、内径、外径をステータ４とほぼ同じにしたリング状の中層基板２１を構成する。この中層基板２１は、図２に示したようにステータ４の上に軸心を揃えて積層する。実際には、ステータ４と中層基板２１の間には放熱板９１を設けるのであるが、これについては後述する。
【００１９】
６つの各枠体基板２２Ａ〜２２Ｆは全体をセラミックス（絶縁体）で形成し、上面（表面）にパワーモジュール６１Ａ、７１Ａ、８１Ａ、６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂを配置する。すなわち、図３において上に位置する枠体基板２２Ａにパワーモジュール６１Ａを、左斜め上に位置する枠体基板２２Ｂにパワーモジュール７１Ａを、左斜め下に位置する枠体基板２２Ｃにパワーモジュール８１Ａを配置する。同様に、図３において下に位置する枠体基板２２Ｄにパワーモジュール６１Ｂを、左斜め上に位置する枠体基板２２Ｅにパワーモジュール７１Ｂを、左斜め下に位置する枠体基板２２Ｆにパワーモジュール８１Ｂを配置する。
【００２０】
各パワーモジュールを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ及び還流ダイオード）の配置の仕方は６つの各枠体基板２２Ａ〜２２Ｆで同じであるので、図５を用い、１つの枠体基板２２Ａに１つのパワーモジュール６１Ａを配置する場合で代表させて説明する。ここで、図５は枠体基板２２Ａの拡大図である。図５に示したようにＩＧＢＴ６３Ａ及び還流ダイオード６４Ａをステータ４の径方向に一列に並べて配置し、その左隣りにＰ電位電極１８２の一部を構成する平板状のＰ電位配線１８２ａを配置する。また、ＩＧＢＴ６３Ａ及び還流ダイオード６４Ａの右隣りに平板状の出力電極６５を置く。出力電極６５の右隣りには、ＩＧＢＴ６３Ｂ及び還流ダイオード６４Ｂをステータ４の径方向に一列に並べて配置し、その右隣りにＮ電位電極１８３の一部を構成する平板状のＮ電位配線１８３ａを配置する。
【００２１】
さらに、図５において２つの支柱２０１、２０２をＩＧＢＴ６３Ａ及び還流ダイオード６４Ａの両側にこれらを挟むようにして立てる。同様に、２つの支柱２０３、２０４をＩＧＢＴ６３Ｂ及び還流ダイオード６４Ｂの両側にこれらを挟むようにして立てる。これら４つの支柱２０１〜２０４で中層基板２１と上層基板１１の間に所定の間隔を保持させる。
【００２２】
ここで、中層基板２１への半導体素子（６３Ａ、６４Ａ、６３Ｂ、６４Ｂ）の実装方法を図６、図７、図８をも参照して説明すると、図６は図５のＡ−Ａ’線断面図、図７は図５のＢ−Ｂ’線断面図、図８は図５のＣ−Ｃ’線断面図である。
【００２３】
図５、図６、図７に示したように、ＩＧＢＴ６３Ａ、６３Ｂ、還流ダイオード６４Ａ、６４Ｂを配置する位置にだけ長方形の金属パターン１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂを枠体基板２２Ａの上面２２ａと下面２２ｂに形成する。図５、図６に示したように金属パターン１０１ａ、１０２ａの左端から少し離した位置に平板状のＰ電位配線１８２ａを、金属パターン１０３ａ、１０４ａの左端から少し離した位置に平板状の出力電極６５を形成する。また、図５、図７に示したように金属パターン１０３ａ、１０４ａの右端より少し離した位置に平板状のＮ電位配線１８３ａを形成する。さらに、図５、図６、図７に示したように金属パターン１０１ａ、１０２ａとＰ電位配線１８２ａとを、金属パターン１０３ａ、１０４ａと出力電極６５とを接続する金属接続片１０５、１０６、１０７、１０８を形成する。
【００２４】
次に、図６、図７に示したように、金属パターン１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、１０４ａにＩＧＢＴ６３Ａ、還流ダイオード６４Ａ、ＩＧＢＴ６３Ｂ、還流ダイオード６４Ｂを半田１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａによって接合する。このようにして半導体素子（６３Ａ、６４Ａ、６３Ｂ、６４Ｂ）の実装を終了する。
【００２５】
次に、半導体素子の実装された枠体基板２１のうち金属パターン１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂの下面を半田１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂによって金属で形成される放熱板９１（後述する）に、図６、図７に示したように接合する。残りの部分は、図６、図７、図８に示したように弾性を有する接着材１２１によって固定する。
【００２６】
一方、上層基板１１を、図１に示したようにセラミックス（絶縁体）でその内径、外径が中層基板２１とほぼ同様のリング状に形成し、このリング状の上層基板１１を中層基板２１の上に、図２に示したように所定の隙間を開けて積層する。所定の隙間を開けて積層する理由は、中層基板２１の上で発熱する半導体素子の熱をステータの外部に逃すためである。
【００２７】
上層基板１１の内部には、図１３Ａ、図１３Ｂに示したＰ電位電極１８２、Ｎ電位電極１８３の一部を構成する円環状部材１８２ｂ、１８３ｂを内蔵させる。すなわち、図２にも示したように、導体を用いて円環状に形成した２つの円環状部材１８２ｂ、１８３ｂを基板１１の内部で基板１１の軸方向にずらせて配置する。一方の円環状部材１８２ｂと中層基板２１の６つのＰ電位配線１８２ａとを接続するための６つの端子１８２ｃ〜１８２ｈを、図１に示したように中層基板２１の６つの各Ｐ電位配線１８２ａに近い位置の上層基板１１に配置する。同様に、他方の円環状部材１８３ｂと中層基板２１の６つのＮ電位配線１８３ａとを接続するための６つの端子１８３ｃ〜１８３ｈを、図１に示したように中層基板２１の６つの各Ｎ電位配線１８２ａに近い位置の上層基板１１に配置する。
【００２８】
このようにして図１３Ａ、図１３Ｂに示したＰ電位電極１８２を、中層基板２１のＰ電位配線１８２ａ、上層基板１１の円環状部材１８２ｂ及び６つの端子１８２ｃ〜１８２ｈから構成する。同様に、図１３Ａ、図１３Ｂに示したＮ電位電極１８３を、中層基板２１のＮ電位配線１８３ａ、上層基板１１の円環状部材１８３ｂ及び６つの端子１８３ｃ〜１８３ｈから構成する。
【００２９】
次に、ステータ４の６つの各ティース７Ａ〜７Ｆに各モータ巻線５１、５２、５３、５４、５５、５６を巻回する方法を説明する。ステータ４の６つの各ティースにモータ巻線を巻回する方法は同じである。
【００３０】
図４に示したように、枠体基板２２Ａの両側面２３Ａ、２４Ａは、枠体基板２２Ａの直ぐ下方に隣接するティース７Ａより周方向外側に広がっている。言い換えると、枠体基板２２Ａにはティース７Ａの周方向外側にはみ出す部位（この部位を以下「ティース両側部位」という。）２５Ａ、２６Ａを有している。同様に、残り５つの枠体基板２２Ｂ〜２２Ｆにもティース両側部位を有している。
【００３１】
この枠体基板２２Ａのティース両側部位２５Ａ、２６Ａと水平断面形状を同じくする６つのＵ字状巻線保持部材３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆを図９に示したようにティースの両側面に設ける。図９には６つのＵ字状巻線保持部材３１Ａ〜３１Ｆの水平断面が見えている。６つの各Ｕ字状巻線保持部材３１Ａ〜３１Ｆはセラミックス（絶縁体）により全体としてＵ字状に形成している。そして、１つのＵ字状巻線保持部材には、１つのティースの両側面及び下方を被覆し得ると共に、上方が開放しているＵ字状巻線であって１つのティースを巻回するＵ字状巻線の全てを収納する。すなわち、図９において上に位置するティース７Ａの両側面にＵ字状巻線保持部材３１Ａを、左斜め上に位置するティース７Ｂの両側面にＵ字状巻線保持部材３１Ｂを、左斜め下に位置するティース７Ｃの両側面にＵ字状巻線保持部材３１Ｃを下から挿し込む。同様に、図９において下に位置するティース７Ｄの両側面にＵ字状巻線保持部材３１Ｄを、右斜め下に位置するティース７Ｅの側面にＵ字状巻線保持部材３１Ｅを、右斜め上に位置するティース７Ｆの両側にＵ字状巻線保持部材３１Ｆを下から挿し込む。このとき、隣り合うティースの間の空間に２つのＵ字状巻線保持部材を挿し込めるように、Ｕ字状巻線保持部材の寸法を設定しておく。
【００３２】
上方に開いている６個のＵ字状巻線保持部材３１Ａ〜３１Ｆの上面は中層基板２１の下面に当接させる。後述するように、ステータ４の上面と中層基板２１の下面との間に放熱板９１を挟むときには、この放熱板９１にＵ字状巻線保持部材３１Ａ〜３１Ｆを挿し込むための６つの穴（図示しない）を開けておく。
【００３３】
次に、Ｕ字状巻線について説明する。６つの各Ｕ字状巻線保持部材に全部で１２個のＵ字状巻線を収納する方法は同じであるので、Ｕ字状巻線保持部材３１Ａに１２個のＵ字状巻線を収納する場合で代表させて説明する。
【００３４】
図１０は図９のうちから１つの巻線保持部材３１Ａのみを取り出して示す概略上面図である。Ｕ字状巻線保持部材３１Ａには、図１０に水平断面を示したように、ティース７Ａの左側面に沿って６つの穴３３ａ〜３３ｆを、その６つの穴の左側に６つの穴３５ａ〜３５ｆを設ける。６つの各穴３３ａ〜３３ｆはティース７Ａの右側面に沿って設けた６つの各穴３３ａ〜３３ｆと、６つの各穴３５ａ〜３５ｆはティース７Ａの右側面に沿って設けた６つの各穴３３ａ〜３３ｆの右隣りの６つの各穴３５ａ〜３５ｆと下方でつながっている。つまり、ティース７Ａに近い側の６つの穴３３ａ〜３３ｆ、ティース７Ａより遠い側の６つの穴３５ａ〜３５ｆとも、全体としてＵ字状の穴を形成している。
【００３５】
たとえば、図１１は図１０のＸ−Ｘ線に沿って見たときのＵ字状巻線保持部材３１Ａの概略断面図である。図１１に示したように、ティース７Ａに近い側の穴３３ｄ、ティース７Ａより遠い側の穴３５ｄとも、全体としてＵ字状に形成され、下方でつながっている。なお、図１１にはＵ字状巻線保持部材３１Ａと上層基板１１、中層基板２１との関係がよくわかるように上層基板１１、中層基板２１を書き入れている。
【００３６】
このようにしてティース７Ａに近い側に設けた６個の各Ｕ字状穴３３ａ〜３３ｆには、図１２にも示したように、６個のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆを収納している。また、ティース７Ａから遠い側に設けた６個の各Ｕ字状穴３５ａ〜３５ｆには図１２にも示したように６個のＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌを収納している。
【００３７】
ここで、図１２は１つのＵ字状巻線保持部材３１Ａのみを取り出して下方から見た図である。ただし、ティース７Ａに近い側に設けた６個のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆ、ティース７Ａから遠い側に設けた６個のＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌの配置を明確にするため、周囲のセラミック部分の記載は省略している。ここで、ティース７Ａに近い側に設けた６個のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆ、ティース７Ａから遠い側に設けた６個のＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌ各巻線は、いずれも水平に配置されるのではなく、いずれも右上がりに配置されている。これは、ティース７Ａに近い側に設けた６個のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆが後述する第１の配線パターンと第１のランドを介して接続されたとき、螺旋状の巻線を形成させるためである。同様に、ティース７Ａから遠い側に設けた６個のＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌが後述する第２の配線パターンと第２のランドを介して接続されたとき、上記螺旋状巻線の外周にもう一つの螺旋状の巻線を形成させるためである。
【００３８】
こうして、ティース７Ａに近い側に６つのＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆが、ティース７Ａから遠い側に６つのＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌが配置される。ここで、ティース７Ａに近い側に配置する６つのＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆの上方開口端は、図１１に示したように、中層基板２１に設けた穴をも挿通する。つまり、中層基板２１に設けた穴をも挿通して、ティース７Ａに近い側に配置する６つのＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆの上方開口端が中層基板の上面２１ａに到達するようＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆの各長さを定めている。一方、ティース７Ａから遠い側の６つのＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌの上方開口端は、図１１に示したように、中層基板２１に設けた穴及び上層基板１１に設けた穴をも挿通する。つまり、中層基板２１の穴及び上層基板１１の穴をも挿通して、ティース７Ａから遠い側のＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌの上方開口端が上層基板の上面１１ａに到達するようにＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌの長さを定めている。上層基板１１及び中層基板２１に設ける上記の穴については後述する。
【００３９】
次に、上層基板１１に、第１の配線パターンと、１つのＵ字状巻線保持部材に収納する１２個（複数）のＵ字状巻線のうちの６個（半数）のＵ字状巻線の上方開放端と第１の配線パターンとを接続する第１のランドを設ける。同様に、中層基板２１に、第２の配線パターンと、１つのＵ字状巻線保持部材に収納する１２個（複数）のＵ字状巻線のうちの残り６個のＵ字状巻線の上方開放端と第２の配線パターンとを接続する第２のランドを設ける。これについて以下に詳述する。
【００４０】
第１、第２の各ランド２１３Ａ〜２１３Ｆ、２２３Ａ〜２２３Ｆの設け方は、６つの各モータ巻線について同じである。ここでは、図５、図１０をも用い、モータ巻線５１について設ける第１、第２の各ランド２１３Ａ、２２３Ａで代表させて説明する。
【００４１】
図５に示したように、ティース７Ａの左側面の歯元から歯先に向けて６つの穴２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆを、ティース７Ａの右側面の歯元から歯先に向けて５つの穴２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆを設ける。また、一列に並んだ６つの穴２７ａ〜２７ｆの直ぐ左側にもティース７Ａの左側面の歯元から歯先に向けて６つの穴２７ｇ、２７ｈ、２７ｉ、２７ｊ、２７ｋ、２７ｌを設ける。同様に、一列に並んだ５つの穴２８ａ〜２８ｅの直ぐ右側にもティース７Ａの右側面の歯元から歯先に向けて５つの穴２８ｇ、２８ｈ、２８ｉ、２８ｊ、２８ｋ、２８ｌを設ける。
【００４２】
上層基板１１にも、図１に示したように上記６つの穴２７ｇ、２７ｈ、２７ｉ、２７ｊ、２７ｋ、２７ｌの位置と同じステータ軸方向位置に６つの穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆを設ける。同様に、上記６つの穴２８ｇ、２８ｈ、２８ｉ、２８ｊ、２８ｋ、２８ｌの位置と同じステータ軸方向位置に６つの穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆを設ける。
【００４３】
このように、中層基板２１に設けた合計で２４個の穴２７ａ〜２７ｆ、２７ｇ〜２７ｌ、２８ａ〜２８ｆ、２８ｇ〜２８ｌ及び上層基板１１に設けた合計で１２個の穴１２ａ〜１２ｆ、１３ａ〜１３ｆは、スルーホールを形成するためのものである。スルーホールは、一般的に多層基板において層間に設けられ各層に設けられた電気部品を接続するために導線を通す穴の意味に用いられる。本発明でも基本的には同じ意味で使用する。すなわち、「スルーホール」を、上層基板１１上の電気部品と中層基板２１上の電気部品とを電気的に接続するための穴（空間）の意味で使用する。図１１にも示したように本発明では、上層基板１１と中層基板２１の間に空間が設けられている。このため、Ｕ字状巻線が外気に触れる部分には予め絶縁材を塗布しておく。
【００４４】
上層、中層の各基板１１、２１の上面１１ａ、２１ａ（表面）にスルーホールの上端を形成するため、これらの穴の上方開口端の周囲に、各基板１１、１２の上面１１ａ、２１ａより上方に少し盛り上がるランドを設ける。ここで、「ランド」とは、穴の上方開口端の周囲に上方に少し盛り上げて形成する半田付け用の導体（たとえば銅箔）のことである。
【００４５】
以下では、穴の符号に「’」を付したものをランドの符号として用いる。たとえば、上層基板１１に設けた１２個の穴１２ａ〜１２ｆ、１３ａ〜１３ｆには、１２個のランド１２ａ’〜１２ｆ’、１３ａ’〜１３ｆ’を設ける。これら１２個のランド１２ａ’〜１２ｆ’、１３ａ’〜１３ｆ’が上層基板１１に設ける第１のランド２１３Ａである。ティース７Ａに遠い側の６個のＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌの上方開口端はこの第１のランド２１３Ａと接続する。
【００４６】
同様に、中層基板２１の２４個の穴２７ａ〜２７ｆ、２７ｇ〜２７ｌ、２８ａ〜２８ｆ、２８ｇ〜２８ｌには、２４個のランド２７ａ’〜２７ｆ’、２７ｇ’〜２７ｌ’、２８ａ’〜２８ｆ’、２８ｇ’〜２８ｌ’を設ける。これら２４個のランド２７ａ’〜２７ｆ’、２７ｇ’〜２７ｌ’、２８ａ’〜２８ｆ’、２８ｇ’〜２８ｌ’が中層基板２１に設ける第２のランド２２３Ａである。ティース７Ａに近い側の６個のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆの上方開口端はこの第２のランド２２３Ａと接続する。
【００４７】
一方、上層基板１１の上面１１ａに、ティース７Ａから遠い側の６つのＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌとつながり、全体として螺旋状となるように銅などからなる配線パターンを第１の配線パターンとして形成しておく。第１の配線パターンを形成する方法は６つの各ティースで同じである。ここでは、ティース７Ａについて第１の配線パターン２１２Ａを作成する場合で代表させて説明する。
【００４８】
第１の配線パターン２１２は、１つのティース７Ａを巻回するモータ巻線５１の一部を構成するものである。たとえば図１に示したように、第１の配線パターン２１２Ａは、１２個のランド１２ａ’〜１２ｆ’、１３ａ’〜１３ｆ’（第１のランド）の全てを被覆している。また、ランド１２ａ’と１３ａ’、１２ｂ’と１３ｂ’、１２ｃ’と１３ｃ’、１２ｄ’と１３ｄ’、１２ｅ’と１３ｅ’、１２ｆ’と１３ｆ’を接続する６つの銅線５１ｔ、５１ｕ、５１ｖ、５１ｗ、５１ｘ、５１ｙで第１の配線パターン２１２Ａを構成する。
【００４９】
図１において第１の配線パターン２１２Ａを構成する６つの銅線５１ｔ〜５１ｙは平行に配置している。一方、図１２で前述したように、ティース７Ａから遠い側の６つのＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌは斜めに配置している。第１の配線パターン２１２Ａと、ティース７Ａから遠い側の６つのＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌとを第１のランド２１３Ａを介して接続することにより、図２４の左側に示したように第１のモータ巻線２１１Ａを螺旋状に形成する。ここで、図２４の左側は、ティース７Ａから遠い側の６つのＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌ、第１の配線パターン２１２Ａ、第１のランド２１３Ａを取り出しで示した概略斜視図である。
【００５０】
同様に、中層基板２１の上面（表面）に６つのＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆとつながり、全体としてコイル状となるように銅などからなる配線パターンを第２の配線パターンとして形成しておく。第２の配線パターン２２２Ａ〜２２２Ｆを形成する方法は６つの各ティースで同じである。ここでは、ティース７Ａについて第２の配線パターン２２２Ａを作成する場合で代表させて説明する。
【００５１】
第２の配線パターン２２２Ａも、１つのティース７Ａを巻回するモータ巻線５１の一部を構成するものである。たとえば図５に示したように第２の配線パターン２２２Ａは、１２個のランド２７ａ’〜２７ｆ’、２９’、２８ａ’〜２８ｆ’の全ての上端を被覆している。また、ランド２７ａ’と２８ａ’、２７ｂ’と２８ｂ’、２７ｃ’と２８ｃ’、２７ｄ’と２８ｄ’、２７ｅ’と２８ｅ’、２７ｆ’と２８ｆ’を接続する６つの銅線５１ｍ、５１ｎ、５１ｏ、５１ｐ、５１ｑ、５１ｒで第２の配線パターン２２２Ａを構成する。第２の配線パターン２２２には、前述のパワーモジュール６１Ａと接続するための銅線５１ｓも設けている。
【００５２】
図５において第２の配線パターン２２２Ａを構成する６つの銅線５１ｍ〜５１ｒは平行に配置している。一方、図１２で前述したように、ティース７Ａに近い側の６つのＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆは斜めに配置している。第２の配線パターン２２２Ａと、ティース７Ａに近い側の６つのＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆとを第２のランド２２３を介して接続することにより、図２４の右側に示したように第２のモータ巻線２１２Ａを螺旋状に形成する。ここで、図２４の右側は、ティース７Ａに近い側の６つのＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆ、第２の配線パターン２２２Ａ、第２のランド２２３Ａを取り出しで示した概略斜視図である。
【００５３】
さらに、ティース７Ａに近い側とティース７Ａから遠い側とに形成した第１、第２の２つのモータ巻線２１１Ａ、２１２Ａを直列接続または並列接続することで、１つのティース７Ａ当たりのモータ巻線５１を形成する。たとえば、図２４において第２のモータ巻線２１２Ａの一端であるランド２７ｆ’と、第１のモータ巻線２１１Ａの一端であるランド１４’とを図示しない導線によって接続すれば直列接続となる。一方、第２のモータ巻線２１２Ａのランド２９’と第１のモータ巻線２１１Ａのランド１４’とを、かつ第２のモータ巻線２１２Ａのランド２７ｆ’と第１のモータ巻線２１１Ａのランド１２ｆ’とを図示しない導線によって接続すれば並列接続となる。
【００５４】
残り５つのモータ巻線５２〜５６ついても同様に構成する。ティース７Ａについて、図２４に示したように、モータ巻線２１１Ａ、第１の配線パターン２１２Ａ、第１のランド２１３Ａ、モータ巻線２２１Ａ、第２の配線パターン２２２Ａ、第２のランド２２３Ａを説明した。これは、ティース７Ａについて番号の最後に「Ａ」を添付することによって区別するためであった。同様に、ティース７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆについてモータ巻線に２１１、２２１、第１、第２の配線パターン２１２、２２２、第１、第２のランド２１３、２２３を考えるときには、番号の最後にＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆをつけて区別すればよい。たとえば、図１に示したように、各ティース７Ａ〜７Ｆ毎に第１の配線パターン２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃ、２１２Ｄ、２１２Ｅ、２１２Ｆを設けている。図３に示したように  各ティース７Ａ〜７Ｆ毎に第２の配線パターン２２２Ａ、２２２Ｂ、２２２Ｃ、２２２Ｄ、２２２Ｅ、２２２Ｆを設けている。
【００５５】
このように、６つの各モータ巻線５１〜５６を、１２個のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｌと、上層、中層の各基板１１、２１の上面に形成する第１、第２の配線パターンと、第１、第２のランドから構成することで、各モータ巻線５１〜５６を容易に形成できる。
【００５６】
ここで、上層基板１１に６個のＵ字状巻線を通す穴１２ａ〜１２ｆ、１３ａ〜１３ｆ及び中層基板２１に１２個のＵ字状巻線を通す穴２７ａ〜２７ｌ、２８ａ〜２８ｌを開けることは容易である。かつ、１２個のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｌを適宣接続することにより全体として６つの各モータ巻線５１〜５６を形成する第１、第２の配線パターン及び第１、第２のランドを、上層、中層の各基板１１、２１の上面に設けることも容易である。ここで、第１、第２の配線パターンは、上層、中層の各基板表面だけでなく各基板に内蔵させることもできる。さらに各基板と別体で構成し、各基板上に載せるようにすることも可能である。また、Ｕ字状巻線と上層、中層の各基板の第１、第２のランドとの接続は、例えばはんだ付けやレーザ接合によって行わせることができる。
【００５７】
次に、図２にも示したように、中層基板２１とステータ４の間に中層基板１１とほぼ同形状の薄板リング状の放熱板９１を配置する。放熱板９１は、良好な熱伝導性を有する金属で形成する。
【００５８】
さらに、放熱板９１の外周から径方向外側に突出する６つの突出部位９２、９３、９４、９５、９６、９７を、図３にも示したように６つの各パワーモジュール６１Ａ〜８１Ａ、６１Ｂ〜８１Ｂを設けた部位の近傍に形成する。この突出部位９２〜９７は、モータケースに設けたスリット孔よりモータケースの外部に出す。突出部位の形成方法はこれに限られない。たとえばモータケースを２つの部材から構成し、これら２つの部材の開口端を合わせることによって内部にモータを収納するようにする。この場合に、突出部位をステータ４の軸方向に折り曲げて形成し、この折り曲げによってＬ字状になった突出部位を２つの部材の合わせ目からケースの外部に出しても良い。
【００５９】
このように、中層基板２１の下面とステータ４の上面との間に放熱板９１を配置することで、ステータ４及び６つの各パワーモジュールを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ、還流ダイオード）を効率よく冷却できる。詳述すると、６つの各パワーモジュールを構成している半導体素子は中層基板２１の上面に分散配置される構成である。このため、中層基板２１の下面（裏面）に放熱板を配置することは容易である。すなわち、中層基板２１の下面に板状の放熱板を設ければ良い。
【００６０】
ここで、第１実施形態の作用効果を説明する。
【００６１】
第１実施形態では、円筒状のステータコア５、バックヨーク６、ステータコア５の内周方向に突出する６個（複数）のティース７Ａ〜７Ｆを含んで構成される全体として円筒状のステータ４と、複数のリング状基板（１１、２１）と、各ティース７Ａ〜７Ｆの両側面及び下方を被覆し得ると共に、上方が開放しているＵ字状巻線（たとえば５１ａ〜５１ｌ）であって１つのティース（たとえば７Ａ）を巻回するＵ字状巻線の全てを収納する、ティース７Ａ〜７Ｆの数と同数のＵ字状巻線保持部材３１Ａ〜３１Ｆとを備え、モータ巻線の一部を構成する配線パターン（２１２Ａ〜２１２Ｆ、２２２Ａ〜２２２Ｆ）と、一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線の上方開放端と配線パターン（２１２Ａ〜２１２Ｆ、２２２Ａ〜２２２Ｆ）とを接続するランド（２１３Ａ〜２１３Ｆ、２２３Ａ〜２２３Ｆ）とを複数のリング状基板（１１、２１）に分散して設け、ステータ４の上面に複数のリング状基板（１１、２１）を積層した後、ステータ４の下側から各Ｕ字状巻線保持部材３１Ａ〜３１Ｆを各ティース７Ａ〜７Ｆの両側面に挿し込み、リング状基板（１１、２１）毎に、配線パターン（２１２Ａ〜２１２Ｆ、２２２Ａ〜２２２Ｆ）と一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線の上方開放端とをランド（２１３Ａ〜２１３Ｆ、２２３Ａ〜２２３Ｆ）を介して接続することによりモータ巻線（２１１Ａ〜２１１Ｆ、２２１Ａ〜２２１Ｆ）を形成し、これらリング状基板毎に形成されるモータ巻線（２１１Ａ〜２１１Ｆ、２２１Ａ〜２２１Ｆ）を接続することにより１つのティース当たりのモータ巻線を形成する。第１実施形態によれば、複数のリング状基板（１１、２１）にランド（２１３Ａ〜２１３Ｆ、２２３Ａ〜２２３Ｆ）を分散して設けた上で、モータ巻線の一部を構成する配線パターン（２１２Ａ〜２１２Ｆ、２２２Ａ〜２２２Ｆ）も複数のリング状基板（１１、２１）に分けて設けたので、複数のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｌの間隔を開けることが必要でなく、これによってモータ巻線の高密度化を実現できる。
【００６２】
さらに述べると、一般にモータ巻線は占積率を上げるために密集させることが望まれる。このモータ巻線を単純にＵ字状巻線と、平板基板上の配線パターンとで形成する、つまり基板上のランドにおいて配線パターンとＵ字状巻線を接続しようとしても、次の問題が生じる。すなわち、ランドは、Ｕ字状巻線の線径よりも太いので隣接するランドが接触しないように隣り合うランドの間隔を開けると、どうしてもＵ字状巻線の間隔も開いてモータ巻線を高密度化することができない。一方、本実施形態では、ランドを複数の基板に分散して設けるので、モータ巻線自体を高密度化しても、ランド自体は分散している。よって、Ｕ字状巻線とランドとを容易に接続しながら、モータ巻線の高密度化（つまりＵ字状巻線の高密度化）を行なうことができる。
【００６３】
第１実施形態によれば、複数のリング状基板は上層基板１１（第１の基板）と中層基板２１（第２の基板）の２つであり、モータ巻線の一部を構成する第１の配線パターン２１２と、一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線のうちの半数（一部）のＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌの上方開放端と第１の配線パターン２１２Ａ〜２１２Ｆとを接続する第１のランド２１３Ａ〜２１３Ｆとを上層基板１１に、モータ巻線の一部を構成する第２の配線パターン２２２Ａ〜２２２Ｆと、前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線のうちの残り（半数）のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆの上方開放端と第２の配線パターン２２２Ａ〜２２２Ｆとを接続する第２のランド２２３Ａ〜２２３Ｆとを中層基板２１にそれぞれ設け、第１の配線パターン２１２Ａ〜２１２Ｆと半数のＵ字状巻線５１ｇ〜５１ｌの上方開放端とを第１ランド２１３Ａ〜２１３Ｆを介して接続することにより第１のモータ巻線２１１Ａ〜２１１Ｆを、第２の配線パターン２２２Ａ〜２２２Ｆと残り半数のＵ字状巻線５１ａ〜５１ｆの上方開放端とを第２ランド２２３Ａ〜２２３Ｆを介して接続することにより第１のモータ巻線２２１Ａ〜２２１Ｆをそれぞれ形成し、これら形成した第１、第２のモータ巻線２１１Ａ〜２１１Ｆ、２２１Ａ〜２２１Ｆを接続することにより１つのティース当たりのモータ巻線５１を形成するので、２つの基板１１、２１を追加するのみでモータ巻線の高密度化を実現できる。
【００６４】
第１実施形態によれば、中層基板２１（第２の基板）の外周側に少なくともＩＧＢＴ６３Ａ、７３Ａ、８３Ａ、６３Ｂ、７３Ｂ、８３Ｂ（スイッチング機能を有する半導体素子）を用いてハイサイド側アーム６２Ａ、７２Ａ、８２Ａとローサイド側アーム６２Ｂ、７２Ｂ、８２Ｂとで構成されるパワーモジュール６１Ａ、７１Ａ、８１Ａ、６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂを設けると共に、上層基板１１（第１の基板）にハイサイド側、ローサイド側の２つのアームを接続する円環状部材１８２ｂ、１８３ｂ（外部バスバーの端子）を設け、円環状部材１８２ｂ、１８３ｂと２つのアームとを電気的に接続するので、インバータケースをなくすことができる。これによってモータ及びインバータ全体の小型化を図ることができる。
【００６５】
これに対して、従来装置ではモータに接続するパワーモジュールのサイズが大きい。すなわち、従来のパワーモジュールのサイズは、半導体素子が占める面積でなく、配線パターンの部分が占める面積が支配的である（配線パターンが大部分を占める場合が多い）。これは半導体素子から外部バスバーに接続される取り出し電極まで、半導体素子と同一平面上を素子を避けて配線パターンを引き回すためである。さらに電位が異なる配線パターンを引き回すために、その間の絶縁距離も必要になっている。これらに起因してパワーモジュールのサイズが大きくなる。加えて従来パワーモジュールでは、一般に全ての半導体素子と、さらに配線パターンを共通ないしは同一のセラミックス基板に実装している。前記配線パターンの引き回しのためにセラミックス基板も大きくなる。これは高価なセラミックス基板の使用量が増えることであり、コストアップに繋がる。一方、第１実施形態によれば、パワーモジュールを構成する半導体素子を主に中層基板２１に配置したので、こうした問題を解決できる。
【００６６】
また、従来装置では、機電一体駆動ユニットの製造工程が長い。これは、モータの巻線を形成する工程が長いこと、さらにモータとパワーモジュールを予め別々の工程で組み立ててから結合させるので効率的で無いこととのためである。一方、第１実施形態によれば、少数の本質機能部品の組み付けるだけで機電一体駆動ユニットを製造できる。ここでいう「本質機能部品」とは、半導体素子、ステータ、モータ巻線のことである。すなわち、上層と中層の２つの基板１１、２１をステータ４に積層し、下からはＵ字状巻線保持部材を挿し込む。その後に、２つの基板の第１、第２の配線パターンとＵ字状巻線保持部材に収納されているＵ字状巻線の上方開放端とを第１、第２のランドに接続することで機電一体駆動ユニットの製造が完了する。これによって、組み立て工程の簡略化による低コスト化を実現できる。
【００６７】
第１実施形態によれば、パワーモジュール６１Ａ、７１Ａ、８１Ａ、６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ６３Ａ、７３Ａ、８３Ａ、６３Ｂ、７３Ｂ、８３Ｂ、６４Ａ及び還流ダイオード６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、６４Ｂ、７４Ｂ、８４Ｂ）を中間基板２１（第２基板）の上面に設けると共に、中間基板２１の下面とステータ４の間に放熱板９１を配置し、この放熱板９１に貯まる熱を６つの各突出部位９２、９３、９４、９５、９６、９７を介してステータ４の外に逃すので、ステータ４及びパワーモジュール６１Ａ、７１Ａ、８１Ａ、６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂ（スイッチング機能を有する半導体素子）を効率よく冷却できる。詳述すると、発熱源であるステータ４やスイッチング機能を有する半導体素子は一箇所で集中して放熱するのではなく、分散してつまり基板の上面で広く放熱する。この熱は放熱板９１に伝わり、放熱板９１に貯まる熱は、放熱板９１に設けた突出部位９２〜９７より空気中（ステータ４の外）に逃される。これによって、ステータ４及びスイッチング機能を有する半導体素子を効果的に冷却できる。
【００６８】
（第２実施形態）
図１４は第２実施形態の中層基板２１及び放熱板９１を取り出して上からみた概略上面図、図１５は一つの枠体基板２２Ａの拡大図、図１６は図１５のＡ−Ａ’線断面図、図１７は図１５のＢ−Ｂ’線断面図、図１８は図１５のＣ−Ｃ’線断面図である。図１９は図１５の一部拡大図である。第１実施形態の図５、図６、図７、図８と同一部分には同一の符号を付している。
【００６９】
第１実施形態は、ほぼ薄板台形状の各枠体基板２２Ａ〜２２Ｆの全体をセラミックで形成するものであった。一方、第２実施形態は、ほぼ薄板台形状の各枠体基板２２Ａ〜２２Ｆを第１の部材と第２の部材に分け、２つの部材を接合することによって各枠体基板２２Ａ〜２２Ｆを完成させるものである。第１の部材はパワーモジュールを構成する４つの半導体を設けるセラミックス基板である。このセラミックス基板はたとえば薄板長方形状に形成する。一方、第２の部材は、このセラミックス基板が挿入され得る開口穴を有する枠体基板である。この枠体基板を「ベース枠体基板」というものとすると、ベース枠体基板は、例えば樹脂材料のような安価でかつ径の大きい銅線を保持することに適した材料を用いて形成する。そして、ベース枠体基板（第２の部材）に開けている穴にセラミックス基板（第１の部材）を挿入することにより枠体基板２２Ａ〜２２Ｆを完成する。
【００７０】
このようにパワーモジュールを構成する４つの半導体を設ける部位のみセラミックス基板とする理由を次に説明する。一般にモータ巻線は大きな電流を流すために、ある程度の径が必要である。例えば１〜２ｍｍ□程度の銅線を用いることとなる。一方、半導体素子を実装する基板は、熱伝導率が高くかつ熱膨張率は小さい材料とする必要がある。このような要求を満たす基板にはＡｌＮ基板やＳｉＮ基板などのセラミックス基板がある。このセラミックス基板上に前述の１〜２ｍｍ□程度の銅線を形成しまたは内蔵することは、これら基板がセラミックスであるために難しい。さらにセラミックス基板は高価であるために、半導体素子を設ける部位以外の部分をもセラミックで形成したのではコストが高くなってしまう。
【００７１】
そこで、第２実施形態では、１つのパワーモジュールを構成する４つの半導体を設ける部位のみをセラミックス基板とし、残りの部分は樹脂材料で形成することにより、コスト高を防止するのである。
【００７２】
以下、第２実施形態を詳述する。第２実施形態では、６つの各枠体基板２２Ａ〜２２Ｆを、セラミックス基板と、このセラミックス基板が挿入される穴を有するベース枠体基板２２Ａ’〜２２Ｆ’とで構成する。各構成は６つの各ベース枠体基板２２Ａ’〜２２Ｆ’で同じであるので、図１９、図２０〜図２２を用い、ベース枠体基板２２Ａ’に半導体素子を実装した４つのセラミックス基板１５１Ａ、１５２Ａ、１５３Ａ、１５４Ａを接合する場合で代表させて説明する。ここで、図２０はベース枠体基板２２Ａ’に４つのセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａを接合する前の状態を示す概略断面図、図２１はベース枠体基板２２Ａ’に４つのセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａを接合した後の状態を示す概略断面図である。図２２はベース枠体基板２２Ａ’に４つのセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａを接合した後に、さらに放熱板９１を接合した状態を示す概略断面図である。なお、図２０、図２１、図２２では図１５のＡ−Ａ線断面で考えているため、２つの半導体（６３Ａ、６４Ｂ）しか示していないが、残り２つの半導体（６３Ｂ、６４Ａ）についても同様である。
【００７３】
ベース枠体基板２２Ａ’には、４つの半導体素子６３Ａ、６４Ａ、６３Ｂ、６４Ｂを配置する部位にほぼ長方形（または正方形）の穴１４１Ａ、１４２Ａ、１４３Ａ、１４４Ａを４つ開口しておく（図１９参照）。このうち、図２０、図２１には２つの開口穴１４１Ａ、１４３Ａが見えている。
【００７４】
４つの開口穴１４１Ａ〜１４４Ａに嵌り込む長方形の４つのセラミックス基板１５１Ａ、１５２Ａ、１５３Ａ、１５４Ａを用意する。４つのセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａの上下面に金属パターン１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂを形成しておく。そして、４つのセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａの上面に半導体素子６３Ａ、６４Ａ、６３Ｂ、６４Ｂを半田１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａによってそれぞれ接合する。
【００７５】
このように半導体素子を接合（実装）した４つのセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａを下方から上記の開口穴１４１Ａ〜１４４Ａにそれぞれ挿入する。これによって、ベース枠体基板２２Ａ’に４つのセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａを接合した図２１の状態とする。
【００７６】
この場合、図１９に示したように、各セラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａの一端である左端は各金属接続片１０５〜１０８によって係止されるが、各セラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａの右端、上端、下端の残り３つの端部は係止されない。そこで、各セラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａの残り３つの端部も係止されるように、各開口端の三方から水平方向に各セラミックス基板に向けて突出するコの字状の各突出部１６１Ａ、１６２Ａ、１６３Ａ、１６４Ａをベース枠体基板２２Ａ’に設けておく。
ここで、図１９において、網掛けで示した部位がコの字状の各突出部１６１Ａ〜１６４Ａである。この各突出部１６１Ａ〜１６４Ａによって、各セラミック部材１５１Ａ〜１５４Ａの右端、上端、下端の残り３つの端部が係止される。このようして、各セラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａの水平方向の４つの端部の上面（表面）のみを、ベース枠体基板２２Ａ’の各開口部１４１Ａ〜１４４Ａの近傍にて保持固定する。
【００７７】
次に、４つのセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａを接合したベース枠体基板２２Ａ’と放熱板９１との間は、各セラミックス基板の下面の金属パターン１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂのみを半田１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂによって接合する。その他の部位は弾性を有する接着剤１２１で接着して固定し、図２２の状態とする。
【００７８】
第２実施形態によれば、中層基板２１（第２の基板）をセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａ（セラミックで形成されパワーモジュールを構成する半導体素子を設ける第１の部材）と、開口穴１４１Ａ〜１４４Ａを有するベース枠体基板２２Ａ’（樹脂材料で形成されパワーモジュールのうち前記半導体素子を除く残りの部分を設ける第２の部材であって前記第１の部材が嵌り込む穴を有する第２の部材）とで構成し、ベース枠体基板２２Ａ’の有する穴１４１Ａ〜１４４Ａにセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａを下側から挿入して両者を接合するので、ベース枠体基板２２Ａ’をもセラミックスで形成する場合よりコストを低減できる。また、モータ巻線部分には安価でかつ径の大きい銅線を保持することに適した樹脂材料を用いることで、モータ巻線を容易に形成できる。
【００７９】
さて、パワーモジュールと放熱器との接合部分の熱応力が大きいという問題がある。詳述すると、従来パワーモジュールは複数の半導体素子を大きなセラミックス基板上に実装している。このセラミックス基板は裏面をベースプレートという別の金属板または放熱器に接合される。これは放熱器へ至る熱結合を実現するためである。一般にこの接合は半田付けで行なわれる。しかしながら、往々にして半田付けされる両材料の熱膨張係数の不整合のために、半田付け部に歪による応力が発生する。この応力に起因して半田付け部に剥離を生じさせる。特に、半田付け部の厚さは半田付け工程の事情によってほぼ一定値に設定されている場合が多い。このため接合される基板のサイズが大きいほど、はんだ付け端部での歪量、即ち変形程度が大きくなる。これによって一層、半田付け部にクラックや剥離等が生じやすくなってしまう。
【００８０】
一方、第２実施形態によれば、ベース枠体基板２２Ａ’（第２の部材）基板の有する穴１４１Ａ〜１４４Ａにセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａ（第１の部材）を下側から挿入して両者を接合した上で下側から金属で形成した放熱板９１を積層し、セラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａの下面と、金属で形成した放熱板９１とを半田によって接合するので、枠体基板２２Ａの下面全体と金属で形成した放熱板との上面全体を半田で接合する場合よりも、半田付け面積を小さくできる。これによって、セラミックス基板とベースプレートや放熱板との熱膨張率に不整合がある場合でも、接合部に生じる応力が小さくなり、半田付け部にクラックや剥離が生じるのを防止できる。
【００８１】
第２実施形態では、さらに以下の効果が追加で生じる。すなわち、半導体素子を実装しているセラミックス基板１５１Ａ〜１５４Ａと、樹脂材料で形成されているベース枠体基板２２Ａ’との結合・一体化は容易にできる。すなわち接着剤等で接合すればよい。また、セラミックス基板とベース枠体基板とを接着剤で接合することは、セラミックス基板に半導体素子を実装する前でも後でも可能である。第２実施形態の場合、あたかも一枚の基盤として、セラミックス基板と樹脂基板（ベース枠体基板）の一体構造基板を扱うことができる。よって、製造工程に煩雑なあるいは複雑な部分は無い。容易に本発明のモータを低コストで製造できる。
【００８２】
（第３実施形態）
図２３は第３実施形態の中層基板２１及び放熱板９１を取り出して上からみた概略上面図である。第１実施形態の図３と同一部分には同一の符号を付している。
【００８３】
第２の配線パターンは、Ｕ字状巻線の開放端と接続することによってモータ巻線（の半分）を形成するものであるが、見方を変えると、第２の配線パターンはモータ巻線と半導体素子とを接続するものでもある。第３実施形態は、図２３に示したように、中間基板２１の上面において、モータ巻線と半導体素子を接続する各第２の配線パターンを設ける部位に各電流センサ１９１、１９２、１９３、１９４、１９５、１９６を設けるものである。
【００８４】
６つの各電流センサ１９１〜１９６は６つの各モータ巻線５１〜５６を流れる電流を検出するためのものである。６つの各電流センサ１９１〜１９６の近傍には、さらに６つの各電流センサ１９１〜１９６の信号処理回路２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６をも設ける。中間基板２１の上面には、モータ巻線の一部を構成する第２の配線パターンと、半導体素子が配置されている。このため同基板２１の適宣な部分にセンサ機能部品（電流センサ）と信号処理回路を設けることは容易である。
【００８５】
第３実施形態によれば、第２の配線パターンを設ける部位に電流センサ２０１〜２０６を設けるので、電流センサ２０１〜２０６を殆どモータ２の体積増加無しで中層基板２１に配置でき、省スペース配置を実現できる。一方、パワーモジュールをモータと別に構成し、パワーモジュールの出力線に電流センサを接続する場合には、電流センサ自体及びその信号処理回路の配置のためにスペースを要してしまう。これに対して、第３実施形態によれば、中層基板２１に電流センサを設けるので、電流センサの配置のためのスペースを新たに設ける必要はない。
【００８６】
さらに、バッテリ１８１（電源電圧）の平滑コンデンサ１８５を最上層の基板１１のバックヨーク部１９に配置するようにしてもかまない。これによって、平滑コンデンサ１８５も殆ど体積増加無しでステータ４のバックヨークに配置できる。
【００８７】
第１実施形態では、１つのＵ字状巻線保持部材に収納するＵ字状巻線が１２個である場合で説明したが、Ｕ字状巻線の総数は１２個に限定されるものでない。Ｕ字状巻線の総数は、最終的にはモータの仕様とモータの使用環境から定まるものである。
【００８８】
第１実施形態ではＵ字状巻線の総数を１２個としてこれを半分の６個ずつに分配したが、これに限られるものでない。たとえば、同数に分配しなくてもかまわない。
【００８９】
第１実施形態は、追加して設けるリング状基板が２つの場合であるがこれに限られるものでない。追加して設けるリング状基板が３つ以上であってもかまわない。たとえばリング状基板が第１の基板と第２の基板と第３の基板の３つの場合で説明すると、次のようになる。すなわち、モータ巻線の一部を構成する第１の配線パターンと、前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線のうちの１／３のＵ字状巻線の上方開放端と前記第１の配線パターンとを接続する第１のランドとを前記第１の基板に設ける。同様に、モータ巻線の一部を構成する第２の配線パターンと、前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線のうちの１／３のＵ字状巻線の上方開放端と前記第２の配線パターンとを接続する第２のランドとを前記第２の基板に設ける。同様に、モータ巻線の一部を構成する第３の配線パターンと、前記一つのＵ字状巻線保持部材に収納しているＵ字状巻線のうちの１／３のＵ字状巻線の上方開放端と前記第３の配線パターンとを接続する第３のランドとを前記第３の基板に設ける。そして、前記第１の配線パターンと前記１／３のＵ字状巻線の上方開放端とを前記第１ランド電極を介して接続することによりモータ巻線を形成する。同様に、前記第２の配線パターンと前記１／３のＵ字状巻線の上方開放端とを前記第２ランド電極を介して接続することによりモータ巻線を形成する。同様に、前記第３の配線パターンと前記１／３のＵ字状巻線の上方開放端とを前記第３ランド電極を介して接続することによりモータ巻線を形成する。これら形成した３つのモータ巻線を接続することにより１つのティース当たりのモータ巻線を形成する。
【００９０】
第１実施形態では、中層基板２１に６つのパワーモジュール６１Ａ、７１Ａ、８１Ａ、６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂの全てを設ける場合で説明したが、この場合に限られるものでない。たとえば、６つあるパワーモジュールの一部を上層基板１１に設け、２つの基板１１、２１の層間を電気的に接続するようにしてもかまわない。ただし、この場合には、上層基板に設けたスイッチング機能を有する半導体素子が発熱するので、上層基板の下面にも放熱板を積層して設ければよい。
【００９１】
実施形態では、インバータが３相インバータである場合で説明したが、３相に限られるものでない。
【符号の説明】
【００９２】
１  機電一体駆動ユニット
２  モータ
３  ロータ
４  ステータ
５  ステータコア
６  バックヨーク
７Ａ〜７Ｆ  ティース
１１  上層基板（第１の基板）
１２ａ〜１２ｆ  穴
１２ａ’〜１２ｆ’  ランド
１３ａ〜１３ｅ  穴
１３ａ’〜１３ｆ’  ランド
２１  中層基板（第２の基板）
２２Ａ〜２２Ｆ  枠体基板
２２Ａ’〜２２Ｆ’  ベース枠体基板（第２の部材）
２７ａ〜２７ｆ  穴
２７ａ’〜２７ｆ’  ランド
２７ｇ〜２７ｌ  穴
２７ｇ’〜２７ｌ’  ランド
２８ａ〜２８ｆ  穴
２８ａ’〜２８ｆ’  ランド
２８ｇ〜２８ｌ  穴
２８ｇ’〜２８ｌ’  ランド
３１Ａ〜３１Ｆ  Ｕ字状巻線保持部材
５１〜５６  モータ巻線
５１ａ〜５１ｆ  Ｕ字状巻線
５１ｇ〜５１ｌ  Ｕ字状巻線
６０  インバータ
６１Ａ、７１Ａ、８１Ａ、６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂ  パワーモジュール
６２Ａ、７２Ａ、８２Ａ  ハイサイド側アーム
６２Ｂ、７２Ｂ、８２Ｂ  ローサイド側アーム
６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、６４Ｂ、７４Ｂ、８４Ｂ  ＩＧＢＴ（スイッチング機能を有する半導体）
９１  放熱板
１２１  接着材
１５１Ａ〜１５４Ａ  セラミックス基板（第１の部材）
１８１  バッテリ（電源電圧）
１８２  Ｐ電位電極（外部バスバー）
１８３  Ｎ電位電極（外部バスバー）
１８５  平滑コンデンサ
１９１〜１９６  電流センサ
２０１〜２０６  信号処理回路
２１１Ａ〜２１１Ｆ  モータ巻線
２１２Ａ〜２１２Ｆ  第１の配線パターン
２１３Ａ〜２１３Ｆ  第１のランド
２２１Ａ〜２２１Ｆ  モータ巻線
２２２Ａ〜２２２Ｆ  第２の配線パターン
２２３Ａ〜２２３Ｆ  第２のランド
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１９】
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【図２４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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