CN101005224B - 集成有控制设备的电动发电机 - Google Patents

Abstract

为了改进可靠性、成本性能和冷却性质，一种集成有安装至电动发电机的控制电路的电动发电机包括配置有多个半导体开关元件的倒相器桥，以及为倒相器桥的各臂提供的且在对应的臂上安装有半导体开关元件以冷却这些安装的半导体开关元件的多个散热器，其中半导体开关元件包括并联排列的多个半导体开关器件，并且并联排列的多个半导体开关器件被安装在共用散热器上。

Description

集成有控制设备的电动发电机

技术领域

本发明涉及可在车辆等上使用的集成有控制设备的电动发电机，尤其涉及包括倒相器桥和散热器的集成有控制设备的电动发电机，其中倒相器桥带有多个半导体开关元件，而散热器则用于冷却设置在电动发电机上的半导体开关元件。

背景技术

近年来，由于全球变暖和节约资源的问题开始出现混合汽车。混合汽车具有包含带有彼此组合的发动机和电动机的动力单元在内的系统，并且具有通过从驾驶员对制动器和加速器的操作来确定灯的变化，当车辆在红灯停止时停止发动机并在灯变为绿灯时用电动机快速自动重启发动机的空转停止功能；以及当电动机根据加速度状态加速车辆时辅助加速以减轻施加到作为内燃机的发动机上的负荷的功能。然而，该系统要求高压电池和高输出电动机，因此该系统本身成本就很高。

与之相反，为了让该系统广泛地为人熟知，现正在开发用于降低成本的限于空转停止专用功能的系统。

作为这样一种系统，提出了一种在例如JP-A-2004-274992(参见说明书、图1和图3)中公开的集成有倒相器的AC电动机。该系统包括作为一种结构被集成在现有技术的交流发电机内的倒相器功能，即对现有技术的交流发电机的发电功能添加用于起动发动机的电动机功能。

图10是现有技术的集成有控制设备的电动发电机的示意电路图，它示出了配备了带倒相器的功率器件单元的控制设备、电动发电机、电池等之间的连接关系。

在图10中，电动发电机1包括绕在定子上的电枢绕组16a以及绕在转子上的励磁绕组14，并且电枢绕组16a通过将三相(U相、V相和W相)线圈连接成Y型连接(星形连接)来配置。

功率器件单元4包括被称为倒相器模块的倒相器桥40，该倒相器桥40具有作为功率器件的多个开关器件(功率晶体管、MOSFET、IGBT等)、与各开关器件41并联排列的二极管42、以及并联连接至倒相器桥40的电容器43。

倒相器桥40包括三个模块，每个模块都包括串联排列的组成上臂(高电位臂)46的开关器件41a和二极管42，以及组成下臂(低电位臂)47的开关器件41b和二极管42这两组，并且这三个模块对应于三个相位(U相、V相和W相)并联排列。

电枢绕组16a的Y型连接的各相末端经由AC配线9分别在各自的U相、V相和W相内电连接至上臂46的开关器件41a和下臂47的开关器件41b之间的中点。

电池5的正极端子和负极端子经由DC配线8分别电连接至倒相器桥40的正侧和负侧。在倒相器桥40中，各开关器件41a和41b的开关操作由来自控制电路44的命令控制。控制电路44控制励磁电流控制电路45以调节提供给转子的励磁绕组14的励磁电流。

在配备有上述功率器件单元4的电动发电机1中，在发动机起动时DC功率经由DC配线8从电池5分配至功率器件单元4。随后，控制电路44接通和断开倒相器桥40的各开关器件41a和41b，以使DC功率被转换成三相AC功率。随后，三相AC功率经由AC配线9提供给电动发电机1的电枢绕组16a。于是，在由励磁电流控制电路45供应了励磁电流的转子的励磁绕组14周围提供了旋转磁场，从而驱动电动发电机1的转子旋转，因而发动机经由电动发电机滑轮、皮带、曲轴皮带轮和离合器(打开)起动。

另一方面，当起动发动机时，发动机的旋转动力经由曲轴皮带轮、皮带和电动发电机滑轮传送给电动发电机1。于是，驱动电动发电机1的转子转动，且在电枢绕组16a中感生出三相AC电压。因此，控制电路44接通和断开各开关器件41以将在电枢绕组16a中感生出的三相AC功率转换成DC功率，从而为电池5充电。

在现有技术的电动发电机中，三相电路中组成控制电路的功率单元的各臂都包括单个半导体开关器件。虽然依赖车用发电机所要求的可被连续使用的生成电流，但是必须在短时间内提供至少是生成电流1.5至2倍的电流用来起动发动机。因为只提供了一个开关器件，所以就无法根据电动发电机的发电、被驱动时使用的电流、瞬时条件、电动发电机的冷却性质或者散热器、配线构件的构造等来进行灵活设计。因此按照设计就不得不使用具有无用电容或大小的开关器件。

因为不具备设计灵活性，所以如果优先考虑发电和驱动中的一种，那么在另一种正在工作的情况下就迫使减小电流，而这就妨碍了高功率的实现。

因为仅有一个开关器件，所以该器件的故障会直接导致电动发电机的工作故障。因此还存在解决电动发电机可靠性的问题。

此外，还存在着对这些具有自己供应上述车用电动发电机所需的电流的能力的分立多功能器件的几种修改。因此就需要开发一种新的开关器件。然而对新开关器件的开发会不利地导致成本的增加。

当被安装到诸如机动车等车辆上时，就必须妥善应对诸如减少尺寸以及降低重量等限制条件。

发明内容

考虑上述状况，本发明的一个目的是改进电动发电机的可靠性、成本性能和冷却性质。

根据本发明的一种集成有控制设备的电动发电机包括具有多个半导体开关元件的倒相器桥；以及为倒相器桥的各个臂提供的多个散热器，这些散热器包括为相应的臂安装到其上的半导体开关元件以便冷却安装其到上的半导体开关元件；多个半导体开关元件和多个散热器被安装至集成有控制设备的电动发电机，其中半导体开关元件包括并联排列的多个半导体开关器件，并且并联排列的多个半导体开关器件被安装至共用散热器，因而能够有利地改进可靠性、成本性能和冷却性质。

本发明的前述和其他目的、特征、方面和优点将会从随后参考了附图的本发明详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例示出了具有带倒相器的功率器件单元的控制设备、电动发电机、电池等之间的连接关系的集成有控制设备的电动发电机的示意电路图；

图2是根据本发明的第一实施例的集成有控制设备的电动发电机的示例的垂直横截面侧视图；

图3是根据本发明的第一实施例中的集成有控制设备的电动发电机的示例的功率器件单元的正视图；

图4是示出了根据本发明的第一实施例中的集成有控制设备的电动发电机的示例的分解状态下的功率单元的组件图；

图5是示出了根据本发明的第二实施例中的集成有控制设备的电动发电机的示例的功率单元(倒相器单元)各臂中的一个(低电位臂)的示例的立体图；

图6是示出了根据本发明的第三实施例中的集成有控制设备的电动发电机的示例的功率单元(倒相器单元)各臂中的一个(低电位臂)的另一示例的立体图；

图7是示出了根据本发明的第四实施例中的集成有控制设备的电动发电机的示例的功率单元(倒相器单元)各臂中的一个(低电位臂)的又一示例的立体图；

图8是示出了根据本发明的第五实施例中的集成有控制设备的电动发电机的示例的一个相位的功率单元(倒相器单元)的另一示例的正视图；

图9是示出了根据本发明的第六实施例中的集成有控制设备的电动发电机的示例的一个相位的功率单元(倒相器单元)的又一示例的正视图；

图10是现有技术的集成有控制设备的电动发电机的示意电路图，它示出了配备有带倒相器的功率器件单元的控制设备、电动发电机、电池之间的连接关系。

具体实施方式

第一实施例

现将参见图1至图4描述本发明的第一实施例。在图1至图4中，相同的部分由相同的标号表示。在图1中，与示出了上述示例的图10中各部分相同或对应的部分由与图10中相同的标号来表示。

现参考示出了集成有控制设备的电动发电机的示意电路图的图1，将主要描述电路构造和操作。

在图1中，电动发电机1包括绕在定子上的电枢绕组16a和绕在转子上的励磁绕组14，并且电枢绕组16a包括连接成Y形连接(星形连接)的三相(U相、V相和W相)线圈。

功率器件单元4包括具有作为功率元件的多个半导体开关元件并被称为“倒相器模块”的倒相器桥40，以及与倒相器桥40并联的电容器43。在第一实施例中举例说明的倒相器桥40是如图所示具有分别用于U相、V相和W相各相的上臂和下臂的三相倒相器桥。

倒相器桥40配备有带有包括上臂(高电位臂)46和下臂(低电位臂)47的两组臂，其中上臂46具有包括彼此并联排列和连接的多个半导体开关器件41a1和41an的高电位半导体开关元件41a，而下臂47则具有包括彼此并联排列和连接的多个半导体开关器件41b1和41bn的低电位半导体开关元件41b，并且两组的每个臂都为三相(U相、V相和W相)并联连接。

半导体开关器件41a1、41an、41b1、41bn是已知的半导体开关器件，诸如功率晶体管、MOSFET或IGBT，并且为每个臂提供门控信号。换言之，公共门控信号UHGS从控制电路44的三相门驱动器44GD提供给U相上臂46中并联连接的多个半导体开关器件41a1和41an，而公共门控制信号ULGS从三相门驱动器44GD提供给U相下臂47中并联连接的多个半导体开关器件41b1和41bn。

同样，公共门控制信号VHGS从控制电路44的三相门驱动器44GD提供给V相上臂46中并联连接的多个半导体开关器件41a1和41an，而公共门控信号VLGS从三相门驱动器44GD提供给V相下臂47中并联连接的多个半导体开关器件41b1和41bn。公共门控信号WHGS从控制电路44的三相门驱动器44GD提供给W相上臂46中并联连接的多个半导体开关器件41a1和41an，而公共门控信号WLGS从三相门驱动器44GD提供给W相下臂47中并联连接的多个半导体开关器件41b1和41bn。

虽然未在图1中示出，但与半导体开关器件并联连接的已知的续流二极管通过与各自的半导体开关器件41a1、41an、41b1、41bn集成可被配置为模块，或者可以被公共地提供以代替单独提供给彼此并联连接的多个半导体开关器件。

电枢绕组16a的Y形连接的各相末端都经由AC配线9而电连接至自UVW相内串联连接的上臂46的半导体开关器件41a1、41an和下臂47的半导体开关器件41b1、41bn之间的相应中间点。

电池5的正极端子和负极端子经由DC配线8电连接至倒相器桥40的正侧和负侧。在倒相器桥40中，各半导体开关器件41a1、41an、41b1、41bn的开关操作由来自控制电路44的命令控制。控制电路44控制励磁电流控制电路45并调节流向转子的励磁绕组14的励磁电流。

在配备有上述功率器件单元4的电动发电机1中，DC功率在发动机起动时经由DC配线8从电池5供应至功率器件单元4。随后，控制电路44在倒相器桥40内各自的UVW相中接通和断开各半导体开关器件41a1、41an、41b1、41bn，由此DC功率被转换成三相AC功率。随后，三相AC功率经由AC配线9提供给电动发电机1的电枢绕组16a。于是，在从励磁电流控制电路45向其供应了励磁电流的转子的励磁绕组14周围提供了旋转磁场，使得驱动电动发电机1的转子旋转，因而发动机经由电动发电机滑轮、皮带、曲轴皮带轮和离合器(打开)起动。

另一方面，当起动发动机时，发动机的旋转动力经由曲轴皮带轮、皮带和电动发电机滑轮传送给电动发电机1。于是，驱动电动发电机1的转子转动，从而由电枢绕组16a感生出三相AC电压。因此，控制电路44接通和断开各相的相应半导体开关器件41a1、41an、41b1、41bn，将由电枢绕组16a感生出的三相AC功率转换成DC功率以便用该DC功率为电池5充电。

现参考示出了集成有控制设备的电动发电机的详细结构的示例的图2至图4，将主要描述该详细结构。

如图2所示，电动发电机1包括具有前托架10和后托架11的外壳、经由支承轴承12放置在外壳内以能够旋转的轴13、固定在轴13上并具有励磁绕组14的转子15、固定在外壳上以包围转子15并具有电枢绕组16a的定子16、固定在定子15的轴向两个端面上的风扇17、紧固在前侧上的轴13的一端的滑轮18、安装在后托架11上以便放置在轴13后侧外围上的刷握19、放置在刷握19内从而能与安装在轴13后侧的一对滑动环21形成滑动接触的一对刷子20、以及放置在后侧上轴13一端处的旋转位置检测传感器(解算装置等)22。

电动发电机1经由滑轮18和皮带(未示出)连接至发动机的旋转轴(未示出)。

在第一实施例中，功率器件单元4可以集成地放置在电动发电机1内或放置在其附近。换言之，在后托架11后侧上放置的盖罩30和后托架11之间限定的空间内，组成功率器件单元4的多个半导体开关元件41a和41b、连接至各半导体开关元件41的内部散热器50和外部散热器51都经由支承件(未示出)而安装在后托架11的外表面上。其上安装有控制电路44的控制电路板44a被放置在盖罩30之外。其上安装有控制电路的控制电路板44a经由盖罩30被集成地安装至电动发电机1。虽然其上安装有上述控制电路的控制电路板44a在许多情况下可以经由盖罩30直接且集成地安装至电动发电机1，但是它可以经由车身的一部分被间接地集成安装。

盖罩30和后托架11形成有通风孔31a、31b，该通风口形成了如图中箭头F所指示的空气通道，因而空气就能通过转子15上的风扇17的旋转而通过盖罩30以冷却半导体开关元件41a和41b、内部散热器50和外部散热器51以及控制电路板44a上的控制电路44。

如图3所示，功率器件单元4被分成U、V和W的三相部分(U相部分60、V相部分70和W相部分80)、及一对散热器，即安装至每个部分的内部散热器50和外部散热器51。上臂的半导体开关元件41a(图中的空隙部分)被安装至内部散热器50，并且每个半导体开关元件41a都包括并联排列在电动发电机1圆周并且依据图示的电路构造并联的四个(即，多个)半导体开关器件41a1，...41an。以相同的方式，下臂的半导体开关元件41b(图中的阴影部分)被安装至外部散热器51，并且每个半导体开关元件41b都包括并联排列在电动发电机1圆周并且依据图示的电路构造并联的四个(即，多个)半导体开关器件41b1，...41bn。

U相部分60、V相部分70和W相部分80被放置在电动发电机1的旋转轴13周围与旋转轴13径向距离相同的位置上，从而能够如图所示围绕旋转轴13，并且这些部分被放置在与旋转轴13正交的同一平面上。

换言之，U相部分60的内部散热器50、外部散热器51和半导体开关元件41a和41b；V相部分70的内部散热器50、外部散热器和半导体开关元件41a和41b；以及和W相部分80内部散热器50、外部散热器51和半导体开关元件41a和41b被放置在旋转轴13周围与旋转轴13径向距离相同的位置上，从而能够如图所示围绕电动发电机1的旋转轴13，并且被放置在与旋转轴13正交的同一平面上。

现参见作为示出了功率单元的组件的分解立体图的图4，将参考图1的示意电路图描述半导体开关元件41a和41b、内部散热器50、外部散热器51和功率单元配线结构的详细布局。

首先，组成上臂46的半导体开关元件41a包括经由用作漏极端D(仍参见图1)的底座25用导电件和诸如焊料等导热件接合到内部散热器50上的4个MOSFET(半导体开关器件)41a1至41an。

另一方面，组成下臂47的半导体开关元件41b包括经由用作漏极端D(仍参见图1)的底座25用导电件和诸如焊料等导热件接合到内部散热器50上的4个MOSFET(半导体开关器件)41b1至41bn。

因此，各散热器与相应地接合的各漏极端D具有相同的电位。

半导体开关器件41a1至41an(半导体开关元件41a)的源极端65S(仍参见图1中的S)由配线板61从四个半导体开关器件41a1至41an共同引出，该配线板61的一端被共同地连接至下臂47的外部散热器51，即经由桥接的配线层61a连接至半导体开关元件41b的漏极端D(仍参见图1中的D)，并且还经由AC配线9连接至定子16的电枢绕组16a的U相引出线。半导体开关器件41a1至41an(半导体开关元件41a)的栅极端65G以与源极端65S相同的方式从四个半导体开关器件41a1至41an中被共同地引出。此外，源极端65S和栅极端65G还被成对地引出以便于在相应的半导体开关器件41a1至41an之间的切换。

半导体开关器件41b1至41bn(半导体开关元件41b)的源极端66S(仍参见图1中的S)由配线板62从四个半导体开关器件41b1至41bn共同地引出，该配线板62的一端延伸至共用固定部分52，并经由扩展的的配线层62a共同地连接至外部散热器51，并且连同U相配线板的桥接的配线层61a一起共同紧固于U相散热器51，并且还通过其自带的接地件(托架等)接地E。半导体开关器件41b1至41bn的栅极端66G以与源极端66S相同的方式从四个半导体开关器件41b1至41bn中被共同地引出。此外，源极端66S和栅极端66G还被成对地引出以便于在相应的半导体开关器件41b1至41bn之间切换。

在图4中，仅在半导体开关元件41b的半导体开关器件41b1至41bn中的一个上示出了源极端S和栅极端G，并且省略了剩余元件的源极端和栅极端以便清楚地显示配线结构。同样在图5至图7中，也以相同的方式仅在半导体开关元件41b的半导体开关器件41b1至41bn中的一个上示出了源极端S和栅极端G，并且省略了剩余元件的源极端和栅极端以便清楚地显示配线结构。如图2所示，半导体开关元件41a，即各半导体开关器件41a1至41an的源极端S和栅极端G，以及半导体开关元件41b，即各半导体开关器件41b1至41bn的源极端S和栅极端G上设有诸如树脂绝缘体之类的绝缘体58。绝缘体58是为在源极端S和栅极端G之间绝缘，以及这些端和漏极端D或散热器50、51之间绝缘而设置的。在图4至图9中未示出绝缘体58。

以此方式，本发明的第一实施例通过并联连接多个电流容量较小并因此成本较低的半导体开关器件实现了减小动力单元(倒相器桥单元)大小并降低其成本的目标。

此外，通过利用其中有多个半导体开关器件并联排列的构造，能在耗散由半导体开关器件产生的热量的散热器上散布多个器件，因而与现有技术相比能改善热耗散性能。

此外，因为有多个半导体开关器件并联排列，所以即使多个半导体开关器件中有一些出现故障，也可由其他正常的半导体开关器件继续操作，虽然性能会有所降低。

另外，用作半导体开关器件的漏极端的底座直接连接至散热器，半导体开关器件和散热器之间的热阻与将半导体开关器件安装至例如金属衬底并将金属衬底安装至散热器以便散热的情况相比有所降低。因此，能有效地冷却半导体开关器件，因而能够改进高温环境下的输出或使用。

换言之，本发明的第一实施例是集成有控制设备的电动发电机，包括具有多个半导体开关元件的倒相器桥以及为该倒相器桥的各个臂提供的多个散热器，这些散热器包括为相应的臂安装到其上的半导体开关元件以便冷却安装到其上的半导体开关元件，这多个半导体开关元件和多个散热器被安装至集成有控制电路的电动发电机，其中半导体开关元件包括并联排列的多个半导体开关器件，并且并联排列的多个半导体开关器件被安装至共用散热器。因此，在该排列中，通过并联使用能以公道价格广泛获取的电流容量较小的开关器件，就能以与使用电流容量较大的单个开关器件的情况相比更低的价格构造功率电路。通过利用其中由多个半导体开关器件并联连接的构造，就能在散热器上散布半导体开关器件。因此，散热器的散热效率与使用单个半导体开关器件的情况相比就能够得到改进，并能有效降低半导体开关器件的温度。此外，因为提供了多个半导体开关器件，所以即使有某些半导体开关器件失效并且再也无法起作用，仍然能由剩余的半导体开关器件继续起作用，虽然性能受到限制，因此该结构可以有效地用作失效保护结构。

此外，如图所示，因为同一相位上的组成高电位臂的多个半导体开关器件和组成低电位臂的多个半导体开关器件沿电动发电机的径向并联排列，因为组成高电位臂的多个半导体开关器件和组成低电位臂的多个半导体开关器件被并联排列以使沿电动发电机的径向彼此相对并且各自的散热器被置于相应的半导体开关器件的后侧上，并且因为通过电动发电机的旋转产生了冷却空气，所以能够直接且有效地冷却半导体开关器件。

各臂内的多个半导体开关器件在电动发电机的圆周方向上彼此分开，并且通过电动发电机的旋转所产生的冷却空气在半导体开关器件和散热器周围沿着电动发电机的旋转轴延伸的方向流动。在此构造中，能够校正半导体开关器件周围的冷却空气流，因而就能够直接且有效地冷却半导体开关器件。

因为并联排列的组成高电位臂的多个半导体开关器件和组成低电位臂的多个半导体开关器件在电动发电机的圆周方向上被基本排列在相同的位置上，所以能够校正半导体开关器件周围的冷却空气流，因而能够直接且有效地冷却半导体开关器件。

第二实施例

现参见图5，将描述本发明的第二实施例。在图5中，与上述图1至图4中相同或相应的部分由相同的标号表示，并且主要讨论与图1至图4基本不同的部分，同时还省略了对其他部分的描述。

第二实施例是应用于在动力运行期间与上述第一实施例(图1至图4)相比要求更小转矩的车辆的示例。通过与上述图4的比较可以理解，在图5的构造中，半导体开关元件41b的半导体开关器件数目要比图4中的少一个。

以此方式，使用其中组成倒相器桥40的各相的上臂和下臂的半导体开关元件41a和41b包括经由散热器50和51并联连接的多个半导体开关器件41a1至41an的构造，能够根据诸如所需转矩等要求减少半导体开关器件的数目，而不改变散热器50和51及其邻近部分的结构，从而能够以低成本容易地实现并提供可靠性更高的集成有控制设备的电动发电机。换言之，仅仅通过将半导体开关器件的数目减少或增加一，就能够使用散热器或配线件而无需任何修改，因此也无需新的部件。这样就可以标准化各部件，因此能够以低成本容易地实现并提供可靠性更高的集成有控制设备的电动发电机。

此外，当减少半导体开关器件的数目时，需要考虑动力运行期间所需的电流容量。虽然动力运行期间最大电流仅流过很短的时间，但是优选的是考虑动力运行期间的最大电流来确定并联连接的半导体开关器件的数目以提高半导体开关器件的可靠性。在动力运行期间最大电流仅流过很短的时间的情况下，存在一个短时的过渡状态。在此情况下，由于产热或散热，能够或多或少地忽略该过渡状态，因此它基本不依赖于其上安装了半导体开关器件的散热器的冷却性质。因此，不是特别需要考虑散热器的冷却性质。

此外，在上述电流容量中，动力运行温度增加值(动力运行期间的温度增加值)与连续产生动力时(在电动发电机1中连续产生动力时)的饱和温度之和不超过半导体开关器件的允许温度。在这样的设置中，关于连续产生动力时的饱和温度，通过减少并联排列的半导体开关器件的数目来增加对一个半导体开关器件的产热量，但是用于一个半导体开关器件的散热器的表面积(散热表面积)有所增加，由此增强了冷却性质。因此，能在包括动力运行期间的时段内有效使用半导体开关器件的容量。

当能够增大散热器大小或能够增大风扇大小时，在连续产生动力时饱和温度的增加值由于电动发电机的结构而能够被缩减。因此还可以减少并联排列的数目，使得温度增加值与动力运行期间温度增加值之和不超过半导体开关器件允许的温度。

以此方式，通过并联排列半导体开关器件并且在考虑与动力产生和动力运行有关的温度增加值的同时设置并联排列的多个半导体开关器件，就能实现具有高度设计灵活性的电动发电机。

在如本申请中的集成有控制设备的电动发电机的情况下，当电动发电机的操作在已经产生动力之后为空转停止而停止时，风扇的冷却操作也停止，并且半导体开关器件的温度可能由于电动发电机转子或定子的热效应而上升。在此情况下，通过确定并联排列的半导体开关器件的数目或者冷却功能的设计，并在考虑到除动力产生和动力运行期间温度增加值之外还考虑到已经停止之后的半导体开关器件温度增加的情况下实现半导体开关器件的温度不超过允许温度，能够提高半导体开关器件的热安全性。

第三实施例

现参见图6，将描述本发明的第三实施例。在图6中，与上述图1至图5中相同或相应的部分由相同的标号表示，并且主要讨论与图1至图5基本不同的部分，同时还省略了对其他部分的描述。

从图6所示结构可以理解，与本发明第二实施例的方式相同，第三实施例具有其中根据集成有控制电路的电动发电机所需的电流容量而将半导体开关器件41a1至41an、41b1至41bn(41a1至41an未示出)的数目减少一的结构。然而，半导体开关器件在散热器50和51(50未示出)上的排列位置集中在输出线被引出的一侧(与邻接AC配线9的共用固定部分52更接近的一侧)。

以此排列，能降低配线电阻，从而降低由于配线电阻而引起的产热。于是，从散热器耗散的热量也相应地降低，且因此相应地允许在更高环境温度下的改进输出和使用。

以此方式，通过在考虑半导体开关器件排列位置的同时并联排列半导体开关器件并确定要并联排列的半导体开关器件的数目或者冷却功能的设计，提供了具有更高设计灵活性并实现更高热安全性的电动发电机。

第四实施例

现参见图7，将描述本发明的第四实施例。在图7中，与上述图1至图6中相同或相应的部分由相同的标号表示，并且主要讨论与图1至图6基本不同的部分，同时还省略了对其他部分的描述。

从图7所示结构可以理解，与例如本发明的第二和第三实施例的方式相同，第四实施例具有其中根据集成有控制电路的电动发电机所需的电流容量而将半导体开关器件41a1至41an、41b1至41bn(41a1至41an未示出)的数目减少一的结构。然而，半导体开关器件在散热器50和51(51未示出)上的排列位置散布在其安装有半导体开关器件一侧上的整个表面上。

以此排列，能散布来自半导体开关器件的热能并将其散至散热器，因此降低了散热器上的温度分布，从而能证明显著改善了散热器的散热能力。此外，可以降低并联连接的半导体开关器件的温度差，因此温度偏差较小。于是，对于半导体开关器件的使用留有更大的额外上限温度范围，因此能够相应地允许更高环境温度下的改进输出和使用。

以此方式，通过如第三实施例那样在考虑半导体开关器件排列位置的同时并联排列半导体开关器件并确定要并联排列的半导体开关器件的数目或者冷却功能的设计，提供了具有更高设计灵活性并实现更高热安全性的电动发电机。

第五实施例

现参见图8，将描述本发明的第五实施例。在图8中，与上述图1至图7中相同或相应的部分由相同的标号表示，并且主要讨论与图1至图7基本不同的部分，同时还省略了对其他部分的描述。

从图8所示结构可以理解，例如与上述本发明的第一实施例相比，第五实施例具有其中根据集成有控制电路的电动发电机所需的电流容量而将半导体开关器件41a1至41an、41b1至41bn(41a1至41an未示出)的数目减少二的结构，并且半导体开关器件排列在上臂和下臂的散热器50和51上沿电动发电机1的径向彼此精确相对的位置上，而无需在电动发电机1的圆周上彼此移开。

在此排列中，因为在两个散热器之间流动的冷却空气通过半导体开关器件之间的空间Psg，所以能校正在半导体开关器件周围的冷却空气的流动。因此，能直接且有效地冷却半导体开关器件和散热器的内表面。以此方式，因为能够有效地降低半导体开关器件的温度，所以能够相应地允许更高环境温度下的改进输出和使用。

以此方式，通过在考虑包括散热器在内的整个功率单元的冷却性质的同时并联排列半导体开关器件并确定设置半导体开关器件的排列位置，提供了具有更高设计灵活性并实现更高热安全性的电动发电机。

第六实施例

现参见图9，将描述本发明的第六实施例。图9是示出了在集成有控制电路的电动发电机的示例中一个相的功率单元(倒相器单元)的另一个示例的正视图。与上述图1至图8中相同或相应的部分由相同的标号表示，并且主要讨论与图1至图8基本不同的部分，同时还省略了对其他部分的描述。

从图9所示结构可以理解，例如与以上讨论的图2相比，第六实施例具有其中根据集成有控制电路的电动发电机所需的电流容量而将半导体开关器件41a1至41an、41b1至41bn(41a1至41an未示出)的数目减少二的结构，并且半导体开关器件被排列在上臂和下臂的散热器50和51上在电动发电机1的圆周上移开的位置处，而非沿电动发电机1的径向彼此精确相对。

在此排列中，在两个散热器之间流动的冷却空气在半导体开关器件和散热器之间的空间内四散流动，由此能降低在半导体开关器件周围的冷却空气的流动阻力，从而相应地增加了空气流量。因此，能直接且有效地冷却各半导体开关器件和散热器的内表面。以此方式，因为能够有效地降低半导体开关器件的温度，所以相应地允许更高环境温度下的改进输出和使用。

以此方式，通过在如第五实施例那样在考虑包括散热器在内的整个功率单元的冷却性质的同时并联排列半导体开关器件并确定设置半导体开关器件的排列位置，提供了具有更高设计灵活性并实现更高热安全性的电动发电机。

如上所述，从本发明的第一至第六实施例中可以共同地观察到能够改进可靠性、成本性能和冷却性质并容易地优化大小、冷却性质和成本的各项优点。此外，通过并联排列多个在市场上大量流通的低成本的低电流容量的半导体开关器件，能够实现功率单元的成本降低。此外，使用其中有多个半导体开关器件并联排列的构造，可以在耗散半导体开关器件产生的热的散热器上散布多个器件，由此与现有技术相比能改善散热性能。此外，因为有多个半导体开关器件并联排列，所以即使多个半导体开关器件中的一部分失效，其他正常的半导体开关器件仍能继续操作，虽然性能会有所降低。

本发明的各个修改和变化将对本领域普通技术人员是显而易见的，而不会背离本发明的范围和精神，并且应该理解，这不是对在此阐述的说明性实施例的限制。

Claims (14)

1.一种集成有控制装置的电动发电机，包括：

具有多个半导体开关元件的倒相器桥，其中该多个半导体开关元件是提供给该倒相器桥上的各个臂的；以及

为所述倒相器桥的各个臂提供的多个共用散热器，所述散热器包括为相应的臂安装到其上的半导体开关元件以便冷却安装到其上的所述半导体开关元件，所述多个半导体开关元件和所述多个散热器被安装至所述集成有控制装置的电动发电机，

其中，每一个半导体开关元件包括并联连接的多个半导体开关器件，各半导体开关元件的所述多个半导体开关器件被安装至各个所述共用散热器并且在电动发电机的圆周上被互相隔开，以便不仅每一个散热器而且每一个所述半导体开关元件暴露于冷却空气通路中，通过所述电动发电机的旋转轴的旋转所产生的所述冷却空气在所述冷却空气通路中沿着所述旋转轴延伸的方向流动，所述冷却空气通路在所述半导体开关元件之间具有空间(Psg)，

每一个散热器的内表面和每一个所述半导体开关元件通过所述空间(Psg)直接被所述冷却空气冷却。

2.如权利要求1所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，同一相内的组成高电位臂的所述多个半导体开关器件和组成低电位臂的所述多个半导体开关器件沿所述电动发电机的径向并联排列。

3.如权利要求2所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联排列的组成高电位臂的所述多个半导体开关器件和组成低电位臂的所述多个半导体开关器件沿所述电动发电机的径向彼此相对，并且所述各散热器被放置在所述对应半导体开关器件的后侧。

4.如权利要求3所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，各臂上的所述多个半导体开关器件沿所述电动发电机的圆周彼此分开，并且通过所述电动发电机的旋转产生的冷却空气沿所述电动发电机的旋转轴的延伸方向在所述半导体开关器件和所述散热器的周围流动。

5.如权利要求2所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联排列的组成高电位臂的所述多个半导体开关器件和组成低电位臂的所述多个半导体开关器件沿所述电动发电机的圆周被排列在基本相同的位置上。

6.如权利要求2所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联排列的组成高电位臂的所述多个半导体开关器件和组成低电位臂的所述多个半导体开关器件被设置在沿所述电动发电机的圆周移位的位置上。

7.如权利要求1至6中任一项所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联排列的所述半导体开关器件的数目是根据所述倒相器桥所需的电流容量来确定的。

8.如权利要求7所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，所述电流容量是动力运行期间所需的电流容量。

9.如权利要求1至6中任一项所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联排列的所述半导体开关器件的数目是使得动力运行温度增加值和在并联排列在所述共用散热器上的所述多个半导体开关器件连续发电时的饱和温度之和不超过所述半导体开关器件的可允许温度的数目。

10.如权利要求1至6中任一项所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联安装在所述共用散热器上的所述多个半导体开关器件被放置在所述散热器上更靠近所述输出线被导出的一侧。

11.如权利要求1至6中任一项所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联安装在所述共用散热器上的所述多个半导体开关器件被分散地放置在所述散热器上。

12.如权利要求1至6中任一项所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联安装在所述共用散热器上的所述多个半导体开关器件用导热件与所述散热器集成地连接。

13.如权利要求1至6中任一项所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，并联安装在所述共用散热器上的所述多个半导体开关器件用导电件与所述散热器集成地连接。

14.如权利要求1至6中任一项所述的集成有控制装置的电动发电机，其特征在于，所述各半导体开关器件的各端都设有用于在各端之间绝缘的绝缘体。

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