(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータとインバータを備える電力変換装置において、
前記モータの金属筺体上に前記インバータのパワーモジュールが少なくとも１つ以上配置され、前記パワーモジュールの前記金属筺体との接触面とは逆の面に、放熱用の金属板がそれぞれ設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュールは、半導体素子と、前記半導体素子の電極に接続される金属配線と、前記半導体素子および金属配線を封止する絶縁性の樹脂とを有し、
前記モータの金属筺体と接する面および前記金属板と接する面は、前記絶縁性の樹脂で覆われていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記金属板は、前記パワーモジュールの前記金属筺体との接触面と同一面に面接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記放熱用の金属板は前記インバータの金属筺体であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記電力変換装置は、減速機構と、前記減速機構に連結されたモータと、前記モータに電力を供給するインバータとを備えた電動パワーステアリング装置であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
モータとインバータを備える電力変換装置において、
前記インバータの金属筺体上に前記インバータのパワーモジュールが少なくとも１つ以上配置され、前記パワーモジュールの前記金属筺体との接触面とは逆の面に、放熱用の金属板がそれぞれ設けられ、
前記インバータは前記モータの軸と平行に配置され、
前記パワーモジュールは前記インバータの金属筺体を構成する一方の板の筺体内側の面に配設され、
前記放熱用の金属板は、前記インバータの金属筺体の一方の板に対向する他方の板で構成され、
前記インバータの金属筺体の一方の板は、前記モータの金属筺体の、モータ軸に平行する外周板に接していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
モータとインバータを備える電力変換装置において、
前記インバータの金属筺体上に前記インバータのパワーモジュールが少なくとも１つ以上配置され、前記パワーモジュールの前記金属筺体との接触面とは逆の面に、放熱用の金属板がそれぞれ設けられ、
前記放熱用の金属板は前記モータの金属筺体に接していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項２ないし７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュールの樹脂には、該樹脂で封止された金属配線を露出させる窓部が形成され、
前記モータの巻線に接続された配線は、前記窓部に挿入されて前記金属配線と接合されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項２ないし８のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュールの半導体素子は、上アーム側半導体素子と、下アーム側半導体素子と、前記上アーム側半導体素子および下アーム側半導体素子の共通接続点と相出力端子との間に接続されたモータ出力側半導体素子とを備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
半導体素子と、一端が前記半導体素子の電極に接続される金属配線と、前記半導体素子および金属配線を封止する絶縁性の樹脂とを有したパワーモジュールと、前記パワーモジュールの両面に配設された放熱フィンとを備え、
前記パワーモジュールおよび放熱フィンは前記樹脂を介して接触し、
前記金属配線の他端は前記パワーモジュールから外部へ導出されており
前記金属配線のうち、前記半導体素子のドレイン電極、ソース電極から導出された金属配線はキャパシタに接続され、前記半導体素子のゲート電極から導出された金属配線は前記半導体素子を制御するための部品が実装された基板に接続され、前記キャパシタおよび基板は樹脂製のケースに一体に収納されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュールの両面に配設された放熱フィンの間にはスペーサーが介在されていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電力を直流から交流または交流から直流に変換する電力変換装置に関し、特にモータおよびインバータの筺体が直接接続される、または同一筺体内に双方が配置される機電一体方式における、パワーモジュールの実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  本技術分野の背景技術として特許文献１、２が存在する。特許文献１には、「配線を形成する複数のターミナルと前記夫々のターミナルに実装された複数の電子部品とをモールド樹脂によりモールディングしてなるモールドモジュールであって、前記複数のターミナルは、その少なくとも一部分が前記モールド樹脂の裏面に露出しており、モールドモジュールを固着している電動機のケースは、減速機構に固定される減速機構側のケースである。」と記載されている。【０００３】  また、特許文献２には、「第１主面及び該第１主面とは反対側の第２主面を有する放熱層と、前記放熱層の前記第１主面の上に配置された絶縁層と、前記絶縁層に設けられた電流回路用配線部と、前記絶縁層の上に配置され、前記電流回路用配線部に電気的に接続された複数のスイッチング素子と、前記電流回路用配線部に電気的に接続された複数の外部端子と、前記絶縁層、前記電流回路用配線部、前記スイッチング素子、前記放熱層の前記第１主面の全て、及び、該放熱層の前記第２主面の一部を封止した樹脂と、を備えたことを特徴とするパワーモジュールであって、前記パワーモジュールはモータの前記パワーモジュール取り付け部に接続されていることを特徴とする」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１２−１３７３３３号公報
【特許文献２】特開２００８−１１８０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従来のモータとインバータの筺体を直接接続する、または１つの筺体を共用する機電一体構造において、例えば特許文献１に示されているような電動パワーステアリング装置では、モジュールの金属配線の下面が露出しているため、モジュールを金属筺体に接続するときに高熱伝導の絶縁材を用意する必要がある。さらに、接着力を有する絶縁材を用いるためには、絶縁材を硬化させるプロセスを必要とするため、製造時間が長期化する。また、特許文献１および２に記載の電動パワーステアリング装置において、モジュールの冷却面は１か所であり、モジュール内部に備えられた半導体素子で発生した熱を金属筺体側へ良好に伝導させるためには、モジュール側に大きな放熱面積を必要とするため、モジュールの小型化が難しい。【０００６】  以上のように、従来技術では放熱のためにパワーモジュールの金属配線を露出させ、その面には絶縁部材を必要とする。さらに、冷却面が一つしかないため、モジュールの放熱面積を減少させると熱抵抗が増加し、半導体素子の温度上昇量が許容以上となってしまうため、モジュールの小型化が難しいという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。【０００８】  本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「モータとインバータを備える電力変換装置において、前記モータの金属筺体上に前記インバータのパワーモジュールが少なくとも１つ以上配置され、前記パワーモジュールの前記金属筺体との接触面とは逆の面に、放熱用の金属板がそれぞれ設けられている」ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】  本発明によれば、インバータに備えられたパワーモジュールの一方の面はモータの金属筺体に、他方の面は放熱用の金属板に接しており、パワーモジュールで発生した熱を両面から逃がすことができるため、放熱性の高い電力変換装置を実現できる。その結果、パワーモジュールの大幅な小型化を可能とする。【００１０】  上記した以外の構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１における電力変換装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例１における電力変換装置に備えられたパワーモジュール内部の回路図である。
【図３】本発明の実施例１における電力変換装置に備えられたパワーモジュールの平面図である。
【図４】本発明の実施例１における電力変換装置に備えられたパワーモジュールの断面図である。
【図５】本発明の実施例１におけるパワーモジュールの実装例を示す要部平面図である。
【図６】本発明の実施例１における放熱用の金属板の別形態を示す要部断面構成図である。
【図７】本発明の実施例２における電力変換装置の断面図である。
【図８】本発明の実施例３における電力変換装置の断面図である。
【図９】本発明の実施例３における電力変換装置に備えられたパワーモジュールの平面図である。
【図１０】本発明の実施例３における電力変換装置に備えられたターミナルバスバの先端を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施例４における電力変換装置の断面図である。
【図１２】本発明の実施例５における電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図１３】本発明の実施例６におけるインバータ装置の断面図である。
【図１４】本発明の実施７における機電一体型駆動装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】  本実施例では、電力を変換するインバータおよび電気エネルギーを機械エネルギーへ変換するモータを備えた電力変換装置の例を説明する。【００１４】  図１は、本実施例の電力変換装置１００の構成を表し、モータ２００の軸方向断面で示したものである。電力変換装置１００は、固定子２０２と回転子２０４を有したモータ２００と、モータ駆動回路を含むインバータ３００を備える。【００１５】  モータ２００の固定子２０２は、電磁鋼板に固定子巻き線が取り付けられた構造で、円筒状のモータ側金属筺体２０１の内面側に円形状に配置されており、圧入や焼きバメ等で固定されている。また、モータ側金属筺体２０１の軸方向一端側開口部を塞ぐ閉塞部２０１ｓの中心部には、ベアリング２０３を固定するための空間が設けられており、圧入によりベアリング２０３が固定されている。【００１６】  モータ側金属筺体２０１の軸方向他端側開口部には、もう一方のベアリング２０８を固定する為の金属カバー２０７と、金属カバー２０７を接続する為のインロー構造２０９が設けられている。ベアリング２０８は、金属カバー２０７に圧入で固定されており、また金属カバー２０７はねじ止めや圧入等でモータ側金属筺体２０１に固定されている。【００１７】  なお、図示していないが、モータ２００側の金属筺体２０１の軸方向他端には、インバータ３００側の蓋３１２を接続する為のねじ止め部が備えられており、例えば金属カバー２０７を配置するインロー構造２０９の外側（外周部）に設けられている。また、金属筐体２０１のインバータ３００側（２５０）は、金属筐体２０１と別部材でも良い。【００１８】  金属カバー２０７から、モータ側金属筺体２０１の軸方向他端側にはインバータ３００が配設されている。金属カバー２０７から、所定距離モータ側金属筺体２０１の軸方向他端側に隔てた部位にはプリント基板３０８が配設され、プリント基板３０８およびシャフト２０５の軸方向他端部と蓋３１２との間にはプリント基板３１１が配設されている。【００１９】  前記固定子２０２の固定子巻線は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の三相巻線で構成され、絶縁性の樹脂によりモールドされたターミナルバスバ２１０によって、各固定子巻線の配線が電気的に結線されている。また、固定子巻線の結線方法としては、Ｙ結線またはΔ結線が挙げられる。さらに、ターミナルバスバ２１０からはＵ，Ｖ，Ｗ相それぞれの金属配線２１３が軸方向に延長しており、金属カバー２０７に設けられた穴２１１を貫通している。【００２０】  回転子２０４は、シャフト２０５とその外周に固定された永久磁石で構成され、固定子巻線に電流を流すことで発生する回転磁場およびベアリング２０３、２０８により回転することができる。なお、永久磁石の材料としてはネオジウムやフェライトなどが挙げられる。【００２１】  金属カバー２０７には、インバータ３００のパワーモジュール３０１が配置されている。図２に、パワーモジュール３０１の回路図を示す。パワーモジュールには、電力を変換するための半導体素子３０２ａおよび３０２ｂ（図２（ａ））、又は３０２ａ〜３０２ｃ（図２（ｂ））が内蔵されている。半導体素子３０２ａ〜３０２ｃとしては、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴが挙げられる。���００２２】  また、例えば図２（ａ）の半導体素子３０２ａ，３０２ｂとそれらに電気的に接続された金属配線３０３（図示省略）は図３のように絶縁性の樹脂３０４で覆われ、該金属配線につながる各端子が樹脂３０４の外部へ露出している。【００２３】  図３はパワーモジュール３０１の平面図であり、半導体素子３０２ａのドレイン電極と同電位となる正極配線端子３３１、半導体素子３０２ｂのソース電極と同電位となる負極配線端子３３２、モータ巻線と接続するための相出力端子３３３、上アームの半導体素子３０２ａのゲート電極と電気的に接続するゲート端子３３４、下アームの半導体素子３０２ｂのゲート電極と電気的に接続するゲート端子３３５が、樹脂３０４の外部へ出ている。【００２４】  なお、図中ではゲート端子３３４，３３５は相出力端子３３３と同じ辺から出ているが、正・負極端子３３１，３３２と同じ辺から出ていても良く、さらには９０度角度が異なる側面側から出ていても良い。また、各出力端子を折り曲げる位置および長さは同じである必要はなく、ターミナルバスバ２１０およびプリント基板３０８，３１１と接続しやすいよう任意に設定して構わない。【００２５】  図２（ｂ）は上アーム、下アームの各半導体素子３０２ａ，３０２ｂと、それらの共通接続点および相出力端子３３３の間に接続されたモータ出力側半導体素子３０２ｃとを備えたパワーモジュールの例を示している。【００２６】  図２（ｂ）のパワーモジュールの場合も、図３と同様に、３つの半導体素子３０２ａ〜３０２ｃおよび金属配線が絶縁性の樹脂３０４によって封止され、前記各端子３３１〜３３５が樹脂３０４の外部へ露出するように構成される。【００２７】  図４は図２（ａ）の２つの半導体素子３０２ａ，３０２ｂを樹脂３０４で覆ったパワーモジュールの断面構成を示している。図４において、上アームの半導体素子３０２ａのドレイン電極には金属製の正極配線端子３３１が、ソース電極には相出力端子３３３がはんだ付け等で接続されている。また、半導体素子３０２ｂのドレイン電極には相出力端子３３３が、ソース電極には金属製の負極配線端子３３２がはんだ付け等で接続されている。【００２８】  なお、半導体素子３０２ａに接続する相出力端子と、半導体素子３０２ｂに接続する相出力端子は１枚の金属板である必要はなく、２つ以上の金属板で構成されていても良い。【００２９】  前記金属製の端子の材料としては、電気抵抗の小さな銅や比重の小さなアルミニウムなどが挙げられる。なお、図示していないが、半導体素子３０２ａおよび３０２ｂのゲート電極にも金属配線が電気的に接続されており、接続方法としては直接はんだ付けする手法や、アルミニウムなどを用いたワイヤーボンディングを介して半導体素子の電極と金属端子を電気的に接続する手法が挙げられる。【００３０】  前記絶縁性の樹脂３０４で覆う方法としてはトランスファーモールドなどが挙げられる。樹脂３０４の材料としてはエポキシ系の樹脂等が挙げられ、熱伝導率は３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上が望ましい。また、前記金属製の端子３３１〜３３５を覆う樹脂の厚さ３０５は３００（ｕｍ）以下が望ましい。なお、半導体素子３０２ａ，３０２ｂを樹脂３０４で覆うことで、半導体素���と金属製の端子の線膨張係数の差により発生するはんだ等の接合部材への応力を軽減することが可能である。【００３１】  図５に、金属カバー２０７に実装された、図３のパワーモジュールの平面図を示す。パワーモジュールは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相それぞれに対応するパワーモジュール３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃの計３つが備えられている。金属カバー２０７の各パワーモジュールの相出力端子３３３と対向する位置には、モータ配線が貫通するための金属カバー用穴部２１１がそれぞれ備えられている。【００３２】  前記相出力端子３３３と、ターミナルバスバ２１０の出力配線２１３は、溶接等で電気的に接続している。なお、金属カバー２０７とパワーモジュール３０１の間には、グリスのような接触熱抵抗を低減する部材が介在していても良い。また、金属カバー２０７の中央部には、モータシャフト２０５が貫通する為の穴２１４が備えられている。なお、パワーモジュール内部で発生した熱の干渉をなくすこと、および出力端子の接続を考慮し、パワーモジュール３０１ａ〜３０１ｃの配置は同心円上に且つ対称的に配置することが望ましい。また、金属カバー２０７には、前記パワーモジュールを位置決めするための溝等が備わっていても良い。さらに、前記パワーモジュールの金属配線（前記金属製の端子３３１〜３３５）と十分な絶縁距離を確保する為の溝が金属カバー２０７に備わっていても良い。【００３３】  次に、図１を用いてインバータ３００の構成を説明する。パワーモジュール３０１の金属カバー２０７と接する逆側の面には、放熱のための矩形の金属板３０６が配置されている。金属板３０６は、金属カバー２０７にねじ等で固定されている。または、接着剤等でパワーモジュール３０１に固着されていても良い。金属板３０６の材料としては、比熱の大きなアルミニウムなどが挙げられる。なお、金属板３０６とパワーモジュール３０１の間には、グリスのような接触熱抵抗を低減する部材が介在していても良い。さらに、金属板３０６のパワーモジュール３０１と接触する面とは逆の面には、放熱フィンが備えられていても良い。【００３４】  また、パワーモジュール３０１ａ〜３０１ｃに備えられる金属板３０６は、各パワーモジュールに個別に備わっていても、３つのパワーモジュールに対し１つの金属板となっていても良い。また金属板３０６の形状は矩形状に限るものではない。【００３５】  金属板３０６のパワーモジュール３０１とは反対側には、パワーモジュール３０１ａ〜３０１ｃの正・負極配線端子３３１，３３２に電力を供給する為のプリント基板３０８が配置されている。前記配線端子３３１，３３２とプリント基板３０８は、はんだ付けやプレスフィット等で電気的に接続されている。プリント基板３０８の金属カバー２０７側の面には、パワーモジュールの正・負極端子間の電圧を平滑化する為のコンデンサ３０９やノイズを抑制する為のインダクタ３１０などがはんだ付けされている。【００３６】  コンデンサ３０９としては、電解コンデンサや導電性高分子コンデンサなどが挙げられる。なお、金属カバー２０７のコンデンサ３０９と対向する部位には、コンデンサ３０９の防爆弁との距離を確保する為の溝や、コンデンサ３０９の筺体が挿入される為���穴が設けられていても良い。【００３７】  ここで、プリント基板３０８の配線層は複数層（主に偶数）からなり、プリント基板３０８のパワーモジュール３０１へ延びている正電位配線は第ｎ層に、負電位配線は第（ｎ＋１）層と交互に配置され、さらに正電位配線および負電位配線が対向するようにレイアウトすることで、コンデンサ３０９からパワーモジュール３０１間の配線インダクタンスの低減を図っている。また、パワーモジュール３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃとコンデンサ間の配線インダクタンスのバランスも均等にすることで、各パワーモジュールで発生する熱を均一にすることを図っている。なお、図示してはいないが、プリント基板３０８には電流検出のためのシャント抵抗や、ノイズ抑制のためのチップコンデンサ等が実装されていても良い。また、本実施例では電力を供給するための電気的配線としてプリント基板３０８を図示しているが、モールド樹脂に覆われたバスバや金属配線基板、更にはセラミック基板などを用いても良い。【００３８】  プリント基板３０８の金属カバー２０７とは反対側には、パワーモジュール３０１内部の半導体素子３０２ａ、３０２ｂを制御する為のドライバＩＣやマイコン、シャント抵抗で検出した電流値を増幅する為のオペアンプ等がはんだ付けされたプリント基板３１１が配置されている。パワーモジュール３０１のゲート配線３３４，３３５とプリント基板３１１は、はんだ付けやプレスフィット等で電気的に接続されている。また、モータ２００のシャフト２０５の先端には、位置検出用の磁石２１２が樹脂を介してシャフト２０５に圧入されており、位置検出用磁石２１２と対向するプリント基板３１１の面には、モータ回転軸の位置を検出するためのＩＣが１つ以上備えられている。【００３９】  プリント基板３０８，３１１にはそれぞれコネクタ３０７が備えられており、プリント基板間の信号のやり取りを可能としている。また、コネクタ３０７の位置に穴をあけた蓋３１２を備えることで、電力変換装置１００は外部にあるバッテリやトルクセンサ等の部品と電気的に接続できる。【００４０】  上記の構成においてインバータ３００のパワーモジュール３０１（３０１ａ〜３０１ｃ）で発生した熱は、モータ側の金属カバー２０７からモータ側金属筺体２０１への放熱経路と、金属板３０６からの放熱経路の両方から放熱される。【００４１】  以上のように実施例１によれば次のような効果が得られる。【００４２】  （１）パワーモジュール（３０１）の両面に金属（金属カバー２０７と金属板３０６）を配置することで放熱面積および熱容量を大きくし、パワーモジュールで発生した熱を効果的に逃がすことができるため、パワーモジュールの小型化を実現できる。【００４３】  （２）パワーモジュールの金属製の各端子（３３１〜３３５）を全て樹脂で覆う構造であるため、絶縁・放熱のための追加部材が削減される。また、樹脂の熱伝導率を３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、樹脂厚さを３００（ｕｍ）とすることで樹脂の熱抵抗を低減することができ、パワーモジュールの放熱性がさらに改善される。【００４４】  （３）インバータ３００のための金属筺体が不要となるため、構造が簡略化される。【００４５】  ＜実施例１の別形態＞  前��金属板３０６はパワーモジュール３０１のみに接触していたのに対し、実施例１の別形態では、パワーモジュール３０１の周辺部を抜き出した断面構造を示す図６に示すように、金属板３０６’は金属カバー２０７とも面接触する構造となっている。実施例１では、パワーモジュール３０１で発生した熱のうち金属板３０６に伝導した熱は、インバータ３００内部の空気中に熱伝達でのみ放熱していた。これに対し、本実施形態は金属板３０６’に伝導した熱を金属カバー２０７を経由させ、モータ側金属筺体２０１へ伝えるため、より大きな放熱面積を活用することが可能となる。【００４６】  以上のような実施形態とすることで、パワーモジュール３０１で発生した熱をより効果的に逃がすことができ、パワーモジュールの更なる小型化を実現出来る。また、金属板３０６’がパワーモジュール３０１の位置決めをすることができる。なお、金属板３０６’と金属カバー２０７が接触する面には、接触熱抵抗を低減する部材として、グリス等が介在していても良い。また、金属板３０６’のプリント基板３０８側には、放熱フィンが備わっていても良い。
【実施例２】
【００４７】  以下の実施例２〜７の説明では、図１〜図５に示した電力変換装置１００のうち、既に説明した図における同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。【００４８】  図７は、本実施例２の電力変換装置の構成図の例で、モータ２００の軸方向断面で示したものである。モータ２００の構成は、実施例１と同様である。モータ側金属筺体２０１の軸方向他端側の開口部は、実施例１（図１）の場合よりも大径に構成され、その開口部には図１の蓋３１２の代わりにインバータの金属筺体３１３が配設されている。【００４９】  この金属筺体３１３のパワーモジュール３０１に対向する部位には金属製の台座３１４が、図１の金属板３０６の代わりに設けられている。したがって、パワーモジュール３０１の一方の面は、金属カバー２０７に接しており、他方の面は前述した台座３１４に接する実装方式となっている。ここで、台座３１４には、パワーモジュール３０１を位置決めする為の溝が設けられていても良く、またパワーモジュール３０１と金属カバー２０７及び台座３１４の間には、グリス等の部材が介在していても良い。また、台座３１４は金属カバー２０７側に備わっていても良い。【００５０】  この実施例２におけるパワーモジュール３０１は、ゲート端子３３４，３３５の位置が実施例１と変わっており、ゲート端子３３４，３３５は正・負極配線端子３３１，３３２側にある。【００５１】  パワーモジュール３０１の正・負極配線端子３３１，３３２およびゲート端子３３４、３３５と対向する位置にはプリント基板３０８が備えられており、金属筺体３１３または金属筺体２０１および金属カバー２０７にねじ止め等で固定されている。プリント基板３０８には、外部電源からパワーモジュール３０１までを電気的に接続する配線および、電圧平滑化のためのコンデンサ３０９やインダクタ等が実装されている。【００５２】  さらに、プリント基板３０８には、パワーモジュール３０１の半導体素子３０２ａ，３０２ｂを制御するためのＩＣや、位置検出用磁石２１２と対向する位置に配置された位置検出用ＩＣなどが、はんだ付け等で実装されている。また、例えば半導体素子３０２ａ，３０２ｂを制御するためのＩＣの実装面や、コンデンサ３０９の実装面にはサーマルビアが備えられており、絶縁性の放熱シート等を介して金属筺体３１３に備えられた台座３１４へ熱を放熱する実装構造となっていても良い。【００５３】  金属筺体３１３は蓋の役割も担っており、モータ２００の金属筺体２０１とねじ止め等で固定される。【００５４】  上記の構成において、インバータ３００のパワーモジュール３０１で発生した熱は、モータ側の金属カバー２０７からモータ側金属筺体２０１への放熱経路と、インバータ側の台座３１４からインバータ側金属筺体３１３およびモータ側金属筺体２０１への放熱経路の両方から放熱される。【００５５】  以上のように実施例２によれば以下の効果を得ることができる。【００５６】  （１）パワーモジュール（３０１）で発生した熱を逃がすための金属板（３０６）を追加で用意することなく、従来からあるインバータの金属筺体（３１３）を用いることで、部品点数の増加が抑制される。【００５７���  （２）パワーモジュールで発生した熱を、インバータの金属筺体（３１３）およびモータの金属筺体（２０１）の双方に伝導させることで、放熱面積をより大きくすることができ、パワーモジュールの小型化が実現される。【００５８】  （３）コンデンサ等が実装されたプリント基板（３０８）で発生した熱も、インバータの金属筺体（３１３）に伝導することで外部へ逃がすことができ、プリント基板およびコンデンサの小型化が実現される。
【実施例３】
【００５９】  次に実施例３を図８〜図１０とともに説明する。図８は、実施例３の電力変換装置の断面図、図９はパワーモジュールの上面図、図１０はターミナルバスバ先端の平面図である。前記実施例１、２では、パワーモジュール３０１の端子３３１〜３３５は、パワーモジュールの側面から外部に出してモータ２００の固定子巻線やプリント基板の電気配線と接続していた。【００６０】  これに対し、本実施例３は図９に示すように、パワーモジュール３０１の相出力端子３３３上の樹脂３０４を貫通して窓３５０を１か所以上形成した。また、ターミナルバスバ２１０の出力配線３５３の先端は、図１０に示すように二股構造となっており、パワーモジュール３０１の窓３５０と一致する構造となっている。【００６１】  このように構成することで、出力配線３５３を窓３５０に挿入した際に、パワーモジュール３０１の相出力端子３３３と出力配線３５３は圧接状態で電気的に良好に接続することが可能となる。なお、本実施形態ではパワーモジュール３０１の相出力端子３３３だけに窓３５０を設けた構成となっているが、正・負極配線端子３３１，３３２やゲート端子３３４，３３５にも同様な窓部が設けられていても良く、各端子に電気的に接続する配線は圧接接合可能な形状とする。また、正・負極配線端子３３１，３３２と電気的に接続するインバータ３００の配線は、モールドバスバにより成型されているものでも良い。【００６２】  以上のように実施例３によれば以下の効果を得ることができる。【００６３】  （１）モータ側の配線およびインバータ側の配線と、パワーモジュールの各端子との電気的接続を、各部品を組み立てる際に同時に実施することができ、溶接等の工程を削減することができる。【００６４】  （２）パワーモジュールの金属配線長を短くすることができ、金属配線の電気抵抗の低減とコスト低減の両立を実現できる。【００６５】  （３）パワーモジュールの各端子を側面から露出させない構造とすることができ、これによってパワーモジュール実装面積の更なる小型化が実現される。
【実施例４】
【００６６】  図１１に、実施例４における電力変換装置の断面構造を示す。これまでの実施例では、インバータ３００はモータ２００の軸方向に配置されていたのに対し、本実施例４では、インバータ３００をモータ２００の周方向に配置した。モータ２００の構成は、実施例１と同様であるが、金属カバー２０７を境としたモータ側金属筺体２０１の軸方向他端側の開口部は除去している。【００６７】  本実施例４において、パワーモジュール３０１はインバータ３００のインバータ側金属筺体３１３内に設けられている。すなわちインバータ側金属筺体を構成する一方の板３１３ａの肉厚部３１３ａａの筺体内側表面にパワーモジュール３０１が配設され、パワーモジュール３０１の前記肉厚部３１３ａａと反対側の面は、前記一方の板３１３ａに対向する蓋３１２（他方の板）に設けられた台座３１４に接している。前記インバータ側金属筺体３１３の一方の板３１３ａはモータ側金属筺体２０１の外周板２０１ａと接触固定されている。【００６８】  モータ２００側のターミナルバスバ２１０からの金属配線２１３は、金属カバー２０７およびモータ側金属筺体２０１の外周板２０１ａに各々設けた穴（図示省略）を介して、インバータ３００側に導出され、その端部は、インバータ側金属筺体３１３ａの一方の板３１３ａの肉厚部３１３ａａの外表面に設けたターミナル部３９０に電気的に接続されている。【００６９】  このターミナル部３９０には、パワーモジュール３０１から前記金属筺体３１３外に露出した相出力端子３３３の先端も接続され、ターミナル部３９０を構成する例えば金属ネジによって前記金属配線２１３とともに締結される。【００７０】  パワーモジュール３０１のその他の各端子３３１，３３２、３３４、３３５は前記金属筺体３１３内に配設されたプリント基板３０８に接続されている。【００７１】  上記の構成において、パワーモジュール３０１で発生した熱は、インバータ側金属筺体３１３の台座３１４および蓋３１２を通る放熱経路と、肉厚部３１３ａａおよびモータ側金属筺体２０１の外周板２０１ａを通る放熱経路の両方から放熱される。【００７２】  以上のように実施例４によれば以下の効果を得ることができる。【００７３】  （１）モータの金属筺体とインバータの金属筺体双方を放熱のために活用することができ、パワーモジュールで発生した熱をより外部へ逃がすことで、パワーモジュールの小型化を実現できる。【００７４】  （２）モータおよびインバータを別々に用意し接続することが可能となり、部品の選定自由度および実装の自由度が大幅に改善される。
【実施例５】
【００７５】  図１２に、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した実施例５の断面構造を示す。図１２は、電動パワーステアリング装置の一部である。図１２（ａ）において、前記実施例１（図１）で示した電力変換装置１００の金属筺体２０１には、減速機構４００がねじ止め等で接続されている。減速機構４００は、ステアリング軸４０１、ウォームホイール４０２、ウォームギア軸４０３、ウォームギア４０４、減速機構金属筺体４０５で構成されている。減速機構金属筺体４０５は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で成型されている。【００７６】  電動パワーステアリング装置は、運転者がハンドルを操作させた際に、減速機構４００を介してステアリング軸４０１にアシストトルクを加え、運転者のハンドル操作力を低減する。【００７７】  以上のような構成とすることで、パワーモジュール３０１で発生した熱は、金属カバー２０７およびモータ側金属筺体２０１を介して減速機構４００の金属筺体４０５まで伝導することができる。【００７８】  また、減速機構４００、モータ２００、インバータ３００の並びは図１２（ａ）に示される以外の形態でもよく、例えば図１２（ｂ）に示すように、減速機構４００とモータ２００の間にインバータ３００を配置してもよい。【００７９】  図１２（ｂ）において図１２（ａ）と異なる点は、シャフト２０５の軸方向他端側を閉塞部２０１ｓｓによって密閉し、軸方向一端側にモータ側金属筺体２０１の開口部を設け、その開口部内に図１２（ａ）と同様のインバータ３００を設け、コネクタ３０７は前記筺体２０１の開口部外周に配設し、コネクタ３０７とプリント基板３０８、３１１を配線により各々結んだ点にある。尚、２２０はレゾルバである。【００８０】  この場合には、パワーモジュール３０１の一方の面はモータの金属カバー２０７に、他方の面は金属板３０６に各々接し、発生した熱を放熱する。また、別の形態として、パワーモジュール３０１の実装位置は、減速機構４００の金属筺体４０５でも良く、この場合にはパワーモジュール３０１で発生した熱は減速機構の金属筺体４０５と金属板３０６へ放熱することとなる。【００８１】  以上のように実施例５によれば以下の効果を得ることができる。（１）パワーモジュールで発生した熱は、金属筺体２０１から減速機４００へ伝熱することが可能となり、放熱面積をさらに拡大することができ、パワーモジュールの小型化を実現する。（２）モータ・インバータ・減速機構の設計自由度を大幅に改善することができ、様々な製品への展開を可能とする。
【実施例６】
【００８２】  図１３に、実施例６の断面構造を示す。図１３は、インバータ装置（３００）の一部を示している。図１３において、パワーモジュール３０１には、該パワーモジュール３０１と略同等の厚みを有したスペーサー５０３が隣接配置され、それらスペーサー５０３およびパワーモジュール３０１の両面に放熱用の冷却フィン５０１が設けられている。【００８３】  前記スペーサ５０３を介して冷却フィン５０１をねじ止め等で固定することで、パワーモジュール３０１にかかる圧力が設計値以上になることを抑制している。なお、パワーモジュール３０１と冷却フィン５０１の間には、グリス等の接触熱抵抗を低減する部材が介在していても良い。また、図示していないが、パワーモジュール３０１は複数備わっており、冷却フィン５０１はパワーモジュール３０１個々に備わっていても良く、全てのパワーモジュールに共通する２個（両面の２個）で構成されていても良い。【００８４】  パワーモジュール３０１は、例えば図２（ａ）のように２個の半導体素子と、それに接続された各端子と、それらを封止する樹脂３０４とを備えているが、各端子は全て一辺に集約されており、スペーサー５０３と反対側に冷却フィン５０１と隣接して配設された樹脂ケース５００内に導出されている。【００８５】  この樹脂ケース５００にはフィルムキャパシタ５０４、半導体素子を制御するためのＩＣなどが実装されたプリント基板３０８、端子台５０５などが設けられている。また、フィルムキャパシタ５０４の周辺には樹脂５０６が含浸されている。【００８６】  フィルムキャパシタ５０４とパワーモジュール３０１の出力端子は溶接等で接続され、プリント基板３０８とパワーモジュール３０１のゲート端子ははんだ付け等で接続される。【００８７】  以上のように実施例６によれば以下の効果を得ることができる。【００８８】  （１）フルモールドパワーモジュール（３０１）の両面から熱を逃がすことで、パワーモジュールの小型化、即ちインバータ装置の小型化が実現される。【００８９】  （２）フルモールドパワーモジュールおよび冷却フィンを活用することで、発熱部品のパワーモジュールと電子部品を分離することができ、電子部品の耐熱性向上を実現する。【００９０】  （３）冷却フィンとパワーモジュールを分離する構造とすることで、冷却フィンおよびパワーモジュールのサイズを任意に変更することができる。
【実施例７】
【００９１】  図１４に、本発明をオイルポンプシステムにおける機電一体型駆動装置に適用した実施例７の断面構造を示す。図１４において、機電一体型駆動装置６００は、モータ２００およびインバータ３００で構成される。インバータ３００を用いてモータ２００を駆動することで、吸入部６０４から吐出部６０５へ流れるオイル量を制御している。【００９２】  インバータ３００は、平板状のヒートシンク６０１およびケース６０２によって金属筺体が形成され、その金属筺体内にはヒートシンク６０１と平行してプリント基板３１１が配設されている。プリント基板３１１の略中央には穴６０３が設けられ、該穴６０３を通して電力変換用のパワーモジュール３０１が１つ以上配設されている。【００９３】  パワーモジュール３０１の一方の面はヒートシンク６０１に接し、他方の面には金属板３０６が配設されている。この金属板３０６の一方の面はパワーモジュール３０１に接し、他方の面は金属製のケース６０２に接している。前記ケース６０２にはモータ２００が配置され、モータ側金属筺体２０１が接している。【００９４】  パワーモジュール３０１は、例えば図２（ａ）の半導体素子および各端子とそれらを封止する樹脂とを備え、金属製の各端子は外部に直線状に露出されプリント基板３１１と接続されている。【００９５】  したがって、パワーモジュール３０１の各端子とプリント基板３１１の電気的接続面が同一面であるため、前記各端子の曲げ加工等は不要である。【００９６】  プリント基板３１１には、コンデンサ６１０、インダクタ６１１、コネクタ６１２や制御用のＩＣなどが実装されており、モータ２００をきめ細やかに制御することが可能となっている。ヒートシンク６０１は熱伝導および熱容量の大きなアルミニウム等の金属で構成されている。ケース６０２は、加工性が良く安価な鉄などの金属で構成されている。【００９７】  上記構成によれば、プリント基板３１１を介さずパワーモジュール３０１の一方の面が直接ヒートシンク６０１に接しているので、パワーモジュール内の半導体素子で発生した熱を効果的に逃がすことができる。さらに、他方の面からケース６０２への伝熱経路を設けていることで、より高放熱な実装を実現することが可能となる。【００９８】  なお、金属板３０６はケース６０２の一部であっても構わない。また、パワーモジュール３０１とヒートシンク６０１の間にはグリス等が備わっていても良い。さらに、ケース６０２の役割をモータ２００の金属筺体２０１が担っていても良い。【００９９】  以上のように実施例７によれば以下の効果を得ることができる。【０１００】  （１）フルモールドパワーモジュール３０１の両面から、プリント基板３１１を介さずに熱を逃がすことで、パワーモジュールの小型化、即ちインバータ装置の小型化が実現される。【０１０１】  （２）パワーモジュールの金属端子とプリント基板の電気的接続面が同一面にくることで、金属端子に曲げ等の加工が不要となり、コスト・工数を削減することができる。
【符号の説明】
【０１０２】１００…電力変換装置，２００…モータ，２０１…モータ側金属筺体，２０１ｓ，２０１ｓｓ…閉塞部，２０２…固定子，２０３、２０８…ベアリング，２０４…回転子，２０５…シャフト，２０６…固定子巻線出力部，２０７…金属カバー，２０９…インロー構造，２１０…ターミナルバスバ，１１…金属カバー穴部，２１２…位置検出用磁石，２１３…金属配線，１４…穴，３００…インバータ，３０１…パワーモジュール，３０２ａ〜３０２ｃ…半導体素子，３０４…樹脂，３０５…樹脂厚さ，３０６，３０６’…金属板，３０７，６１２…コネクタ，３０８，３１１…プリント基板，３０９，６１０…コンデンサ，３１０，６１１…インダクタ，３１２…蓋，３１３…インバータ側金属筺体，３１３ａ…一方の板，３１３ａａ…肉厚部，３１４…台座，３３１…正極配線端子，３３２…負極配線端子，３３３…相出力端子，３３４，３３５…ゲート端子，３５０…パワーモジュール窓部，３５３…出力配線，３９０…ターミナル部，４００…減速機構，４０１…ステアリング軸，４０２…ウォームホイール，４０３…ウォームギア軸，４０４…ウォームギア，４０５…減速機構の金属筺体，５００…樹脂ケース，５０１…冷却フィン，５０３…スペーサー，５０４…フィルムキャパシタ，５０５…端子台，５０６：樹脂，６００…機電一体型駆動装置，６０１…ヒートシンク，６０２…ケース，６０３…穴，６０４…吸入部，６０５…吐出部。
【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１３】
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【図１４】
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