CN107342664A - 与控制器集成的旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及与控制器集成的旋转电机，包括：配备有具有三相定子绕组21b和21c的定子和转子22的旋转电机2，配置旋转电机2的控制电路的电力转换装置3，配备有电子部件的控制板30，以及具有由控制电路控制的多个开关元件33Aa至33Ad、33Ba至33Bd、33Ca至33Cd的多个模块。电源模块33A中的至少一个配备有控制两组不同的定子绕组21b和21c的开关元件33Aa至33Ad以及检测电源模块33A的状态的检测元件33Af。

Description

与控制器集成的旋转电机
技术领域
本公开内容涉及与控制器集成的旋转电机。
背景技术
通常，存在多种与控制设备集成在一起的旋转电机，均配备有旋转电机和控制设备。
与控制器集成的旋转电机配备有旋转电机和控制设备(也被称为逆变器总成)。控制设备包括电源模块、散热器、连接端子、母线(bus bar)和绝缘体。电源模块由具有具有导热和电绝缘性能的粘合剂粘附到散热器。配备有内壁部、外壁部和平壁部的连接端子和母线被插入到形成机壳构件的绝缘体中。通过粘合剂将绝缘体粘附到散热器。电源模块被容纳在由绝缘体和散热器形成的凹部中。电源模块的端子被连接到连接端子和母线。由绝缘体和散热器形成的凹部填充有具有电绝缘性能的填料。在JP2014-45629和JP2011-243909中公开了迄今的与控制器集成的旋转电机的示例。
JP2014-45629中，与控制器集成的旋转电机包括配备有(例如在电路内)相同开关元件以及基本对称的外观的两个不同的电源模块中的每一个。成对的两个电源模块与散热器组合。在这种配置中，由于两个不同的电源模块与其上的散热器组合，从树脂构件暴露到其外部的两个不同电源模块中的至少一个端子的前端被串联布置，以便以到彼此相等的距离突出，即离开两个电源模块的表面端。结果，公开了实现了旋转电机的小型化，并且也可以改善冷却性能和可靠性。
JP2011-243909公开了在将半导体设备(电源模块)的控制装置用作车辆的旋转电机的逆变器的上臂和下臂的开关元件的情况下，上臂和下臂的每一相(phase)相应地需要一个开关元件。结果，连接到温度检测元件的线的数量和信号端子的数量增加了，且控制设备(由IC控制)的信号端子的数量也增加了。关于上述问题，也公开了通过使用配置有上臂和下臂开关元件的电源模块、且通过将温度检测端子上臂或下臂连接到信号端子，可以减少控制IC端口的数量，且可以实现控制设备的小型化。
然而，在JP2014-45629中公开的集成控制设备采用了使用2个开关元件控制上臂和下臂的模块，用于在JP2011-243909中公开的配置有两组三相定子线圈的旋转电机的模块。即JP2014-45629公开了采用总共6个模块的旋转电机。
在以上所描述的集成控制设备中，为了检测定子线圈的所有相中的异常，有必要监视6个电源模块的温度。结果，向其传输温度监视结果(测量结果)的控制设备(控制IC)的端口数量的增加可能带来问题。具体地，端口的数量的增加引起庞大的控制装置(控制IC)，这又导致庞大的集成控制设备结果。鉴于上述情况，本公开内容致力于提供一种与控制器集成的旋转电机，其可以检测定子线圈的异常，且实现其小型化。
发明内容
为了解析前述问题，根据本公开内容的第一方面，与控制器集成的旋转电机配备有旋转电机(2)和电力转换装置(3)，该旋转电机(2)具有定子(21)和转子(22)，该电力转换装置(3)具有控制板(30)和多个电源模块(33A至33C)。定子(21)具有两组三相定子线圈(21b、21c)，且控制板(30)具有配置旋转电机的控制电路的电子部件。所述多个电源模块(33A至33C)配备有多个开关元件(33Aa-33Ad、33Ba至33Bd、33Ca至33Cd)，并且各模块(33A)中的至少一个配备有开关元件(33Aa至33Ad)和检测元件(33Af)，开关元件(33Aa至33Ad)控制两组不同的定子线圈，检测元件(33Af)检测模块的状态。
在该配置中，各模块中的至少一个控制定子线圈。通过使用检测元件检测各模块中的至少一个的状态，可以检测两组定子线圈中的异常。即可以通过检测至少一个模块的状态来检测两组定子线圈的异常，因而可以减少整个旋转电机所要求的检测元件的数量。此外，还可以减少接收从检测器元件传输的检测结果的控制装置(IC控制)的端口的数量。
在本公开内容的第三方面中，与控制器集成的旋转电机配备有电力转换装置(3)，电力转换装置(3)具有第一模块(33A)和第二模块(33B、33C)，第一模块(33A)控制两组不同的定子线圈，第二模块(33B、33C)控制同一组定子线圈。根据该配置，如果在两组定子线圈的任何一个中发生异常，则可以从第一模块和第二模块的检测结果检测其中已经发生异常的定子线圈。
在本公开内容的第三方面中，与控制设备集成的旋转电机(1)配备有第一模块(33A)，第一模块(33A)具有作为检测元件的温度检测元件(33Af)，其检测第一模块的温度。在该配置中，可以使用温度检测第一模块的状态。
在本公开内容的第四方面中，与控制设备集成的旋转电机(1)配备有第二模块(33B、33C)，第二模块(33B、33C)具有作为检测元件的温度检测元件(33Bf、33Cf)，它们检测第二模块的温度。在该配置中，可以检测第二模块(33B和33C)的状态。
在本公开内容的第五方面中，与控制器集成的旋转电机(1)具有各模块中的每一个，这些模块具有与不同模块绝热的散热器(37A至37C)。在该配置中，抑制了通过被放置在邻近模块之间的散热器到每一模块的热传导。结果，也抑制了所传导的检测到的热的检测结果的精度的降低。
在本公开内容的第六方面中，与控制设备集成的旋转电机(1)配备有具有开口圆形的控制板。各模块中的每一个被放置为围绕开口圆形的圆周方向(CIRC)，且各模块中的至少一个被放置为与属于圆的开口部的部分径向相对。在该配置中，各模块中的至少一个不与圆形的开口部紧密邻近。结果，即使散热发生在开口部处，离开各模块中的至少一个的散热也是可抑制的。结果，抑制了检测元件的检测精度的降低。应注意，开环的开口部的对称位置是其圆周方向的对称位置，参考控制板的圆形的中心点。
另外，在所描述的配置中，不同于该至少一个模块的各模块被放置在该至少一个模块和开口圆形的开口部之间。在这种情况中，不同于该至少一个模块的各模块可以在开口圆形的开口部处散热。结果，抑制了从其他邻近模块传导到至少一个模块的热的影响。
本公开内容的第七方面中，与控制器集成的旋转电机配备有具有开口圆形的控制板，该具有配备有开口部的开口圆形，所放置的各模块中的每一个围绕开口圆形的圆周方向(CIRC)，且第一模块被放置为与圆形的开口部径向相对。
在这种配置中，由于第一模块被放置为与开口圆形的开口部径向相对，抑制了离开圆形的开口部的第一模块的散热。具体地，在检测定子线圈的状态(异常)的第一模块和圆形的开口部之间的距离过长，因而在第一模块发热时难以从圆形的开口部散热。这里的距离是指通过控制板传导热的距离。
另外，由于第二模块被放置在圆形的开口部和第一模块之间，在第一模块散热时，即使热是向圆形的开口部传导的，热传导也被放置在其间的第二模块所阻断。结果，抑制了检测第一模块的状态(异常)的检测精度的降低。
本公开内容的第八方面中，与控制器集成的旋转电机(1)配备有控制板以及连接构件(31a、31b)，该控制板具有圆构成的开口部，该连接构件(31a、31b)将控制定子线圈的开关元件(33Aa-33Ad、33Ba至33Bd、33Ca至33Cd)连接到在圆形的开口部上提供的外部连接构件。在该配置中，连接构件也可以用于圆形的开口部处的散热。连接构件具有良好散热性能。在模块发热时，热传导通过模块的连接构件而发生。结果，可以增加圆形的开口部处的散热能力，且从而抑制了来自邻近模块的热对正常操作的模块的影响。另外，也实现了对检测元件的检测精度的下降的抑制。
本公开内容的第九方面中，与控制器集成的旋转电机配备有电力转换装置，该电力转换装置具有连接构件和连接到集成到树脂机壳中的外部连接构件的散热器。通过灌封树脂将控制板和模块包封在树脂机壳。在这种配置中，灌封树脂减少外围温度对模块的温度检测元件的影响。另外，如果电力转换装置(控制装置3)中存在外来物体，则填料构件38抑制外来物体与其中的其他组件的接触或冲突。结果，抑制了检测元件的检测精度的降低。
附图说明
图1是示出根据优选实施例的集成控制装置的旋转电机的俯视图；
图2是跨图1中所示出的线II-II截取的横截面；
图3是示出机壳构件的俯视图，从与根据优选实施例包含旋转电机的一侧相对的一侧观察；
图4是跨图3中所示出的线IV-IV截取的截面图；
图5是示出机壳构件的俯视图，从安装旋转电机的一侧观察；
图6是示出固定构件的俯视图，从与包含旋转电机的一侧相对的一侧观察；
图7是示出固定构件的侧视图；
图8是示出固定构件的俯视图，从安装旋转电机的一侧观察；
图9是示出固定构件的俯视图，从与包含旋转电机的一侧相对的一侧观察；
图10是示出第二固定构件的侧视图的图；
图11是示出第二固定构件的俯视图，从安装旋转电机的一侧观察；
图12是示出用于电源模块的散热器的俯视图，从与包含旋转电机的一侧相对的一侧观察；
图13是用于电源模块的散热器的侧视图；
图14是示出用于电源模块的散热器的俯视图，从安装旋转电机的一侧观察；
图15是示出放置有(在其上)电源模块的机壳构件的俯视图，从与包含旋转电机的一侧相对的一侧观察；
图16是跨图15中所示出的线XVI-XVI截取的截面图；
图17是示出带有放置在其上的接线板的机壳构件的截面图，从与包含旋转电机的一侧相对的一侧观察；
图18是在图17中的箭头XVIII-XVIII之间的截面图；
图19是示出安装在接线板上的磁电路和用于磁电路IC的散热器的外围的截面图；
图20是示出安装在接线板上的微计算机和用于微计算机的散热器的外围的截面图；
图21是示出处于充电状态的充电构件的控制装置的截面图；
图22是示出一种优选实施例的与控制器集成的旋转电机的电路的图；
图23是示出根据改进模式1与控制器集成的旋转电机的电路的图；以及
图24是示出根据改进模式2的与控制器集成的旋转电机的电路的图。
具体实施方式
参考附图描述本公开内容的优选实施例。在优选实施例中与控制器集成的旋转电机是作为安装在车辆中的与控制器集成的旋转电机的示例而示出。
[优选实施例]
将参考图1至图22描述根据优选实施例的与控制器集成的旋转电机1。
根据优选实施例的与控制器集成的旋转电机1是通过使用从安装在车辆中的电池B(在多个图中已省略)供应的电力来产生用来驱动车辆的驱动力的装置。该装置也通过供应来自车辆的发动机的驱动力来产生给电池B充电的电力。与控制器集成的旋转电机1(下文也称为集成旋转电机1)配备有旋转电机和控制装置3。
图1是从与包含旋转电机的一侧相对的一侧观察的根据优选实施例的与控制器集成的旋转电机1的俯视图。图2是跨图1中的线II-II截取的截面图。
(旋转电机)
旋转电机2通过电源产生驱动车辆的驱动力。旋转电机也通过从发动机提供的驱动力产生给电池充电的电力。旋转电机2配备有机壳2、定子21、滑环23、电刷24和用于旋转角检测的磁体25。
机壳20容纳定子21和转子22，且也以可旋转状态支持旋转体22。控制装置3被固定。机壳20配备有弧型啮合构件20a，该弧型啮合构件在控制装置3被固定时啮合控制装置3。
定子21构成磁路的一部分，且也通过电流产生旋转磁场。定子21配备有定子芯21a，以及两组定子线圈21b和21c。
定子22构成磁路的一部分，且也由于流动的电流而形成磁极。定子22配备有旋转轴22a、转子核心22b和转子线圈22c。
滑环23和电刷24将直流电(DC)供应给转子线圈22c。滑环23经由绝缘构件23a被固定在旋转轴22a的外周面。电刷24保持在刷机夹具24b中，且经由弹簧24a被压在旋转轴22a的一侧上，且其端面与滑环23的外周面紧密接触。
用于旋转角检测的磁体25产生用来检测转子22的旋转角的磁场。保持在磁夹具25a中的用于旋转角检测的磁体25固定到旋转轴22a的轴向端部。
(控制装置)
控制装置3控制从电池B供应给旋转电机1的电力，以便产生旋转电机1的驱动力。控制装置3也将由旋转电机2产生的电力转换，并将经转换的电力供应给电池B。控制器3等效于电力转换装置。
如图3以及图17中所分别示出的，控制装置3配备有接线板30、电源接线部31a、31b、定子接线部31c(固定接线部)、转子接线部31d、用于外部通信的接线部31e、旋转角检测电路IC32、电源模块33(33A、33B、33C)、励磁系统电路(field system circuit)IC34、微计算机35、机壳构件36a、固定构件36b和36c、盖体构件36d、用于相应的电源模块的散热器37(37A、37B、37C)、用于励磁系统电路37D的散热器、用于微计算机37E的散热器、以及填料构件38。
图3是从根据优选实施例的旋转电机的2b侧的与控制器集成的旋转电机1的机壳构件36a的俯视图。图17是从旋转电机的2b侧观察的配备有定位于其上的接线板的机壳构件36a。
接线板30是内部接线部板，用于在旋转角检测电路IC32、电源模块33A、33B和33C、励磁系统电路IC34和微计算机35之间连接。接线板30在其表面及内层上形成布线图。接线板30等效于控制板，且电源模块33(33A、33B、33C)等效于一个模块。
接线板30被成型为在与旋转电机2的旋转轴22a的突出方向垂直的方向上扩展，且部分形成开口圆形。所谓的“开环”是指具有开口部的圆周的部分。更具体地，开口圆形缺失周向部分，且形成例如C形和U形。另外，缺失开口圆形的周向部分的圆形可以不实现中心(到达中心部分)。即开环可以被配置为具有从外周向端部朝向中心方向的缺失部分。
电源接线部31a和31b是外部接线部，用于将接线板30的电源连接器和电源模块33A、33B和33C的(多个)电源端子连接到放置在机壳构件36a外的电池B，如图3和图4中所示出。电源接线部31a和31b可由例如导电金属制成。电源接线部31a和31b可以是例如被成型为弯曲形状的铜片或钢片。图4中示出了跨图3中的线IV-IV的截面图。
电源接线部31a和31b插入在机壳构件36a中，具有接线板30的连接器31f和31g，以及暴露在机壳构件36a中的电源模块33A、33B和33C的连接器31h和31i，和暴露在机壳构件36a外的电池B的连接器31j和31k。
电源接线部31b从接线板30的开口圆形的开口部突出，且也可以在其前端处提供将外部电池B连接到电源接线部31b的端部的连接端子(未示出)。连接端子由导电金属制成，例如，由弯曲形状的铜片或钢片制成，以便与电池B连接。连接端子优选地由弯曲钢片制成。在提供由钢片制成的连接端子时，即使电源接线构件31b由诸如铜之类的柔性金属制成，仍然可以将它刚性固定到外部端子，以便连接外部电池B。在这种情况中，连接端子优选地与电源接线构件31b一起放置，插入在机壳构件36a内。
定子接线部31c是外部接线部，它由导电金属制成，用于将电源模块33A、33B的输出端子连接到放置在机壳构件36a外的定子线圈21b和21c。定子接线部31c是例如弯曲形状的铜片或钢片。另外，定子接线部31c插入在机壳构件36a中，具有暴露在机壳构件36a中的电源模块33A、33B和33C的连接器31l以及暴露在机壳构件36a外的定子线圈21b的连接器31m。图5是从安装旋转电机的一侧观察的机壳构件36a的俯视图。
转子接线部31d是由导电金属制成的外部接线部，以便经由电刷24和滑环23将接线板30的转子线圈连接器连接到在机壳构件36a外提供的转子线圈22c。转子接线部31d可以由例如具有弯曲形状的铜片或钢片制成。转子接线部31d插入在机壳构件36a中，机壳构件36a具有连接到暴露在机壳构件36a内的接线板30的连接器31n和连接到暴露在机壳构件36a外的电刷24的连接器31o。
用于外部通信的接线部31e是由导电金属制成的外部接线部，以便将接线板30的外部通信部连接到在机壳构件36a的外部提供的外部设备。用于外部通信的接线部是例如弯曲形状的铜板或钢板。另外，用于外部通信的接线部31e插入在机壳构件36a中，该机壳构件36a带有连接到暴露在机壳构件36a内的接线板30的连接器31p以及连接到暴露在机壳构件36a外的外部设备的连接器31q。
旋转角检测电路IC32是电子部件，它是用于从用于旋转角检测的磁体25产生的磁场检测转子22的旋转角的电路。在接线板30上提供旋转角检测电路IC32。
电源模块33是配置逆变器电路的电子部件。电源模块33配备有多个(4个)开关元件(MOSFET 33a至33d)、二极管33e和温度检测元件33f。电源模块33由微计算机35控制，微计算机35将从电池B供应的直流电(DC)转换成三相交流电，且也将三相交流电供应给定子线圈21b和21c，通过按照预定义的时序切换开关元件(MOSFET 33a至33d)。而且，通过终止开关元件(MOSFET 33a至33d)的切换，二极管33e将从定子线圈21b和21c供应的三相交流电转换成直流电(DC)，并且供应给电池B。
在优选实施例中，三个电源模块33A、33B和33C作为电源模块33提供。图22是根据优选实施例的与控制器集成的旋转电机1的电路图。
电源模块33A具有4个开关元件(MOSFET 33Aa至33Ad)。相应的MOSFET33Aa和33Ab串联连接，且相应的MOSFET 33Ac和33Ad串联连接。MOSFET 33Aa和33Ac的源极均连接到相应的MOSFET 33Aba和33Ad的漏极。在串联连接的两个MOSFET 33Aa和33Ab当中，MOSFET33Aa是高压侧的开关元件，而MOSFET33Ab是低压侧的开关元件。电源模块33A等效于至少一个模块或第一模块。
电源模块33B具有4个开关元件(MOSFET 33Ba至33Bd)。相应的MOSFET33Ba和33Bb串联连接，且相应的MOSFET 33Bc和33Bd串联连接。MOSFET 33Ba和33Bc的源极均连接到相应的MOSFET 33Bb和33Bd的漏极。在两个串联连接的MOSFET 33Ba和33Bb当中，连接到电池B的正极侧的MOSFET 33Ba用于高压侧的开关元件，而MOSFET 33Bb是用于低压侧的开关元件。电源模块33B等效于第二模块。
电源模块33C具有4个开关元件(MOSFET 33Ca至MOSFET 33Cd)。相应的MOSFET33Ca和33Cb串联连接，且相应的MOSFET 33Cc和33Cd串联连接。MOSFET 33Ca和33Cc的源极(电源)均连接到相应的MOSFET 33Cb和33Cd的漏极。在串联连接的两个MOSFET 33Ca和33Cb当中，连接到电池B的正极的MOSFET 33Ca是用于高压侧的开关元件，且MOSFET 33Cb是低压开关元件。电源模块33C等效于第二模块。
如图22中所示出，电源模块33A将相应的MOSFET 33Aa和33Ab中的每一个连接到一组三相定子线圈21b，并把相应的MOSFET 33Ac和33Ad连接到另一组三相定子线圈21c。具体地，电源模块33A控制两组三相定子线圈21b和21c。
电源模块33B将MOSFET 33Ba至33Bd连接到一组三相定子线圈21b。电源模块33C将MOSFET 33Ca至33Cd连接到另一组定子线圈21c。具体地，电源模块中的每一个33B和33C控制三相定子线圈21b和21c中的另一组。
安装在相应的电源模块33A、33B和33C中的温度检测元件33Af、33Bf和33Cf检测其中放置有温度检测元件的模块的温度。在优选实施例中，将二极管用于温度检测元件33Af、33Bf和33Cf，然而，也可以使用常规类型。温度检测元件33Af、33Bf和33Cf等效于检测元件。温度检测元件33Af、33Bf和33Cf在相应的电源模块33A、33B和33C中的安装位置不受限制。即温度检测元件33Af、33Bf和33Cf优选地安装在4个开关元件(MOSFET 33a至33d)的中心(开关元件之间的距离相同)。
将温度检测元件33Af、33Bf和33Cf安装在电源模块33A、33B和33C中的模式不限于所描述的模式。例如，如果通过树脂将电源模块33A、33B和33C与诸如开关元件(MOSFET 33a至33d)之类的其他电子部件模制在一起，则温度检测元件可以被放置为与模制树脂(各组件被粘附到树脂)紧密接触，即使在将温度检测元件33Af、33Bf和33Cf一体化模制时也是如此。
沿着接线板30的开环的圆周方向(CIRC)放置电源模块33A、33B和33C。按33B、33A、33C的相应次序放置各电源模块，从接线板的开环的圆周方向(CIRC)的一个端部朝向其第二端部(如图15中所示出，按顺时针方向)。
即电源模块33A被放置为与接线板30的开环的开口部径向相对。电源模块33B和33C被放置在电源模块33A的两侧，朝向其圆周方向(CIRC)。控制三相定子线圈21b的开关元件(MOSFET 33Aa至33Ab和33Ba至33Bd)被安排在图3的线IV-IV的上侧。控制三相定子线圈组21c的开关元件(MOSFET 33Ac至33Ad和33Ca至33Cd)被安排在跨图3的线IV-IV截取的下侧。
励磁系统电路IC34是用于将直流电供应给转子线圈22C的电路的电子部件，由微计算机35控制。
微计算机35是基于从外部输入的命令和旋转角检测电路IC32的检测结果来控制电源模块33A、33B和33C和励磁系统电路IC34的电子部件。微计算机35根据预先录制的程序操作，并且控制电源模块33A、33B和33C以及励磁系统电路IC34。
检测到的信号从放置在电源模块33A、33B和33C中的温度检测元件33Af、33bf和33Cf输入，并且微计算机35检测电源模块33A、33B和33C的状态。
更详细地，如果温度检测元件33Af(被放置在电源模块33A中)检测到电源模块33A中的异常温度，那么，判断两组定子线圈中的至少一组为异常。另外，如果除了电源模块33A的检测结果之外，被放置在相应的电源模块33B和33C中的温度检测元件33Bf和33Cf也在电源模块33B和33C的任一个中检测到异常温度，那么判断相应的定子线圈组为异常。
应注意，电源模块33A、33B和33C、励磁系统电路IC34和微计算机35在其工作期间发热。顺便提到，励磁系统电路IC34和微计算机35是低发热电子部件，即所产生的热的量是低的。相反，电源模块33A、33B和33C是高发热电子部件，产生比励磁系统电路IC34和微计算机35更大的量的热。上面提到的发热组件配备有在本说明书中稍后描述的散热器37A至37E。
机壳构件36a由树脂成型，且容纳旋转角检测电路IC32、电源模块33A、33B和33C、励磁系统电路IC34和微计算机35，如图2至图5和图15至图21中所示出。机壳构件36a配备有底部构件36e、外壁部36f、开口构件36g和啮合构件36h。底部构件36e是板形部。外壁部36f是在底部构件36e的表面侧上形成的圆柱形部分。啮合构件36h是在底部构件的第二表面侧上形成的弧形部分，它在安装旋转电机2时与机壳39的啮合构件20a啮合。
图15是从与旋转电机的2a侧相对的2b侧观察的机壳构件36a的俯视图，且电源模块33A、33B和33C被安排在机壳构件36a中。图16是跨线XVI-XVI截取的截面图。
固定构件36b和36c是把机壳构件36a固定到机壳20的金属制成的构件。另外，固定构件36b和36c也消散由旋转电机产生的热。例如，构件36b和36c由铝制成。
如图6至图8中所示出，固定构件36b配备有主体部36i、翅片构件36j和孔部36k。另外，如图9至图11中所示出，固定构件36c配备有主体部361、翅片构件36m和孔部36n。主体部36i和36l是板形部。翅片构件36j和36m是批量成型的薄板部分，它们以固定间隔放置在主体部36i和36l的表面侧上。在主体部36i和36l上形成的孔部36k和36n是把机壳构件36a固定到机壳20的螺栓的插入穿过的孔。如图5中所示出，固定构件36b和36c插入在机壳构件36a中，且翅片构件36j和36m和孔部36k和36n暴露在机壳构件36a外、安装旋转电机的2a侧上。
图6是从旋转电机的2b侧观察的固定构件36b的俯视图。图7是固定构件36b的侧视图。图8是从安装旋转电机的一侧观察的固定构件36b的俯视图。另外，图9是从与安装旋转电机的2a侧相对的2b侧观察的固定构件36c的俯视图。图10是固定构件36c的侧视图，且图11是从安装旋转电机的一侧观察的固定构件36c的俯视图。盖体构件36d是由树脂制成的平板部件，其覆盖开口构件36g。
用于电源模块的散热器37A将由电源模块33A产生的热消散到机壳构件36a的外部。更具体地，散热器37A由金属制成。例如，散热器37A由铝制成。散热器37B和37C均被安装在相应的电源模块33B和33C上。
如图12至图14中所示出，用于电源模块的散热器37A配备有主体37Aa和翅片构件37Ab。主体37Aa是板形部。翅片构件37Ab是以固定间隔放置在主体部36i和36l的表面侧上的批量成型的薄板部分。用于电源模块的散热器37A电绝缘且插入在底部构件36e中，且主体部37Aa的第二表面暴露在机壳构件36a中，且翅片构件37Ab也暴露在旋转电机2的一侧(2a)的机壳构件36a外。用于相应的电源模块33B和33C的散热器37B和37C具有与用于电源模块33A的散热器37A相同的配置。即用于电源模块33B的散热器37B配备有主体部37Ba和翅片构件37Bb。用于电源模块33C的散热器37C配备有主体部37Ca和翅片构件37Cb。
图12是用于电源模块33A的散热器37A俯视图，从旋转电机的2b侧观察。图13是用于电源模块33A的散热器37A的侧视图，且用于电源模块33A的散热器37A的俯视图，图14是从安装旋转电机的一侧观察。
用于励磁系统电路IC的散热器37D把由励磁系统电路IC34产生的热消散到机壳构件36a的外部。即散热器37D由金属制成且消散所产生的低热。例如，散热器由例如铝制成。另外，用于励磁系统电路IC的散热器37D可以被配置(被成型)为与用于电源模块33A的散热器37A相同。更具体地，散热器37D配备有主体部37Da和翅片构件37Db。
微计算机35的散热器37E把由微计算机35产生的热消散到机壳构件36a的外部。散热器37E由金属制成且消散所产生的低热。例如，散热器37E由铝制成。用于微计算机35的散热器37E可以被配置(被成型)为与用于励磁系统电路IC的散热器37D以及用于电源模块的散热器37A相同。即散热器37E配备有主体部37Ee和翅片构件37Eb。
固定构件36b和36c、用于相应的电源模块33A、33B和33C的散热器37A、37B和37C、用于励磁系统电路IC的散热器37D以及用于微计算机35的散热器37E插入在机壳构件36a中，插在形成机壳构件36a的树脂之间，具有将每一组件间彼此隔开的间隔(即处于绝热状态)。更具体地，热传导通过每一散热器被调节。
用于电源模块散热器37A、37B和37C、用于励磁系统电路IC的散热器37D以及用于微计算机35的散热器37E被安排在机壳构件36a中，使得在从安装旋转电机的2a侧观察时机壳构件36a的总面积小于机壳构件36a的轮廓所围绕的面积。另外，固定构件36b和36c被安排在机壳构件36a中，以使得在从安装旋转电机的2a侧观察时机壳构件36a的总面积小于用于各模块的散热器37A、37B和37C、用于励磁系统电路IC的散热器37D以及用于微计算机35的散热器37E总面积。
电源模块33A被放置为经由具有电绝缘性能的薄板构成的导热构件39，与电源模块的散热器37A的主体部37Aa的第二侧接触。电源模块33A的电源端子连接到电源接线部31a和31b的连接器31h和31i以及定子接线部31c的连接器31l中的每一个。除了电源模块33A之外，电源模块33B和33C也连接到外部端子，该外部端子连接各个散热器37B和37C中的每一个。
旋转角检测电路IC32被安装在接线板30的后表面。励磁系统电路IC34和微计算机35被安装在接线板30的表面。接线板30被固定在机壳构件36a中且连接到电源模块33A、33B和33C的信号端子，如图18中所示出。顺便提到，图18是跨图17中所示出的线XVIII-XVIII的截面图。
旋转角检测电路IC32被放置在与用于旋转角检测的磁体25和轴向方向相对的位置。如图19中所示出，励磁系统电路IC34被放置为通过接线板30与用于励磁系统电路IC34的散热器37D的主体部的第二表面37Da接触。如图20中所示出，微计算机35被放置为与散热器37E的主体部的第二表面37Da接触。
图19是示出励磁系统电路IC34和用于励磁系统电路IC的散热器37D的截面图。另外，图20是示出安装在接线板30上的微计算机35和用于微计算机的散热器37E的截面图。
填料构件38是具有电绝缘性能的填料或灌封树脂，填充在机壳构件36a中，为例如图21中所示出被容纳在机壳构件36a中的旋转角电路IC32，电源模块33A、33B和33C，和励磁系统电路提供防水性。图21是示出填充在机壳构件36a中的填料构件38的截面图。
填料构件38被填充在机壳构件36a中。填料构件38也容纳机壳构件36a内的由接线板30、电源接线构件31a和31b、定子接线部31c、转子接线构件31d和用于外部通信的接线构件31e来连接的旋转角检测电路IC32、电源模块33A、33B和33C、励磁系统电路IC34以及微计算机35。机壳构件36a的开口36g由盖体构件36d覆盖。
通过将机壳构件36a的啮合构件36h与旋转电机的啮合构件20a啮合起来，并且通过固定插入穿过孔部36c的螺栓36o，控制装置3固定机壳20。提供给连接电池B的正极端子的端子构件31t连接到电源接线构件31a。电源接线构件31a的连接器31k通过车体连接到电池B的负极端子。定子接线部31c的连接器31m通过接线构件31r连接到定子线圈21b和21c。转子接线构件31d的连接器31o通过接线构件31s连接到电刷24。
(旋转电机的操作)
接下来，将描述与控制器集成的旋转电机的操作。
(散热)
将在产生驱动车辆的驱动力时的操作。电池B的负极端子通过机壳20连接到车辆且连接到电源接线构件31b的连接器31k。在车辆的点火开关(未示出)被切换为开启时，电池B的正极端子通过端子构件31t连接到电源接线构件31a的连接器31j。结果，通过电源构件31a和31b的连接器31h和31i将直流电供应给电源模块33A至33Cd的电源端子。通过相应的电源接线构件31a和31b的连接器31f和31g将直流电供应给接线板30，且通过接线板30的布线图也将直流电供应给旋转角检测电路IC32、励磁系统电路IC34和微计算机35。
通过供应直流电来启动旋转角检测电路IC32、励磁系统电路IC34和微计算机35操作。旋转角检测电路IC32从由用于旋转角检测的磁体25a产生的磁场检测转子22的旋转角。
微计算机35基于通过用于外部通信31e的接线构件和接线板30的接线方式从外部输入的命令以及旋转角检测电路IC32的已检测结果控制电源模块33A、33B和33C以及励磁系统电路IC34。
接线板30连接到转子接线构件31d的连接器31n。转子接线构件31d的连接器31o通过接线构件31s连接到电刷构件24。励磁系统电路IC34受到微计算机35控制，且通过接线板30、转子接线部31d、接线部31s、电刷24和滑环23的接线图将直流电供应给定子线圈22c。
接线板30连接到电源模块33A、33B和33C的信号端子。各个电源模块33A、33B和33C的输出端子连接到定子接线部31c的连接器31l。定子接线部31c的连接器31m通过端子31t连接到定子线圈21b和21c。电源模块33A、33B和33C受到微计算机35控制，将供应给电源端子的直流电转换成三相交流电(AC)，且也通过定子接线部31c和连接器31r将三相交流电供应给定子线圈21b。结果，旋转电机2产生驱动车辆的驱动力。
(充电)
接下来，描述当产生用于给电池B充电的电源时的操作。
通过从发动机供应驱动力，定子线圈21b和21c产生三相交流电。微计算机35停止各个电源模块33A、33B和33C的开关端子的开关。各个电源模块33A、33B和33C的二极管通过接线部31r和定子接线部31c将从定子线圈21b和21c供应的三相交流电转换成直流电，并通过电源接线部31a和21b和端子构件31t将直流电供应给电池B。结果，电池B由旋转电机2所产生的电源充电。顺便提到，微计算机35可以基于旋转角检测电路IC32所检测的旋转角开关各个电源模块33A、33B和33C的开关元件，且可以把由定子线圈21b和21b产生的交流电转换成直流电。
(状态的确定)
在优选实施例中，带有集成控制器的旋转电机1可以基于来自放置在相应的电源模块33A、33B和33C的温度检测元件33Af、33BF和33Cf的已检测信号确定电源模块的状态。
具体地，在执行充电时，电流流到两组定子线圈21b和21c。在旋转电机1正常工作时，电源模块33A、33B和33C中的每一个的温度将不超过预定温度。在旋转电机1中发生异常时，电源模块33A、33B和33C中的至少一个的温度增加，且该温度超过预定温度。在温度超过预定温度并进一步增加的情况下，或者在温度继续长期超过预定温度的情况下，定子线圈21b和21c的电绝缘能力降低，这又引起给电池充电的已产生电力的降低。
另外，如果在两组定子线圈21b和21c中的任一个中发生异常，那么在其中已经发生异常的定子线圈的通信通路中就发生异常发热。例如，如果在定子线圈21b中发生异常，那么控制定子线圈21b的电源模块33A和33B的温度升高并超过预定温度。
这里，安装在电源模块33A中的温度检测元件33Af检测其异常温度。微计算机35电源模块33A根据安装在电源模块33A中的温度检测元件33Af检测异常温度确定两组定子线圈21b和21c中的至少一个中发生的异常。
安装在电源模块33B中的温度检测元件33Bf检测电源模块33B的异常温度。微计算机35根据电源模块33B的异常温度的检测结果以及电源模块33A的检测结果确定在相应的定子线圈组(定子线圈21b)中发生的异常。
[优选实施例的影响]
现在将描述根据优选实施例的与控制器集成的旋转电机1的影响。
(影响1)
根据优选实施例的与控制器集成的旋转电机1包括旋转电机2、电力转换装置3、控制板(接线板30)以及多个模块(电源模块33A、33B和33C)，所述旋转电机2具有具有两组三相定子线圈21b和21c的定子21和转子22，所述电力转换装置3(控制装置3)配置旋转电机2的控制电路，所述控制板(接线板30)配备有电子部件，所述多个模块(电源模块33A、33B和33C)具有受到控制电路控制的多个开关元件。与控制器集成的旋转电机1配置有具有开关元件(MOSFET 33Aa至33Ad)的各模块中的至少一个(电源模块33A)和检测元件(温度检测元件33Af)，开关元件(MOSFET 33Aa至33Ad)控制两组不同的定子线圈，检测元件(温度检测元件33Af)检测模块(电源模块33A)的状态。
在根据优选实施例的与控制器集成的旋转电机1中，各模块中的至少一个33A控制两组不同的定子线圈21b和21c。另外，由温度检测元件检测各模块中的至少一个33A的状态。在这个实例中，通过由单个温度检测元件检测至少一个模块33A的状态，可以检测两组定子线圈的状态(是否存在异常温度)。
这展示了可以使用单个检测元件来检测整个与控制器集成的旋转电机1中的异常的检测。在常规的旋转电机，一个模块控制一组定子线圈，因而有必要提供两个检测元件来检测整个机器中的异常。根据在优选实施例中的与控制器集成的旋转电机1可以减少检测元件的数量。另外，还示出也可以减少(微计算机35的通信端口的数量)和检测元件连接到其中且测结果传输到其中的微计算机35的连接器的数量。这又减少了微计算机35的体积和微计算机35安装在其上的控制板(接线板30)的主体结构。此外，由于仅提供单个检测元件，可以缩短处理检测到的异常所需要的处理时间。
(影响2)
在优选实施例中，与控制器集成的旋转电机1包括电力转换装置(控制装置3)，其具有控制两组不同的定子线圈的第一模块(电源模块33A)和控制同一组的定子线圈的第二模块(电源模块33B和33C)。
根据在优选实施例中的与控制器集成的旋转电机1，在两组定子线圈中的任一组中发生异常时，可以从第一模块(电源模块33A)和第二模块(电源模块33B和33C)中的每一个的检测结果确定其中已经发生异常的定子线圈。具体地，除了根据本实施例检测两组定子线圈中的异常之外，也可以检测异常发生的位置。
(影响3)
优选实施例的与控制器集成的旋转电机1包括具有用作检测元件的温度检测元件(33Af)的第一模块(电源模块33A)，温度检测元件(33Af)检测其温度。
在优选实施例中，通过检测其温度确定第一电源模块(电源模块33A)的状态。即可以容易地检测其异常。
(影响4)
根据优选实施例，与控制器集成的旋转电机1包括具有用作检测元件的各自的温度检测元件(33bf和33cf)的第二模块(电源模块33B和33C)，这些温度检测元件检测第二模块(33B和33C)的温度。
另外，在优选实施例中，可以通过在第二电源模块(33B和33C)中的每一个中检测到的温度来确定第二电源模块(电源模块33B和33C)的状态。即可以容易地检测到其异常。尤其，通过把第三影响与第四影响组合起来，可以容易地检测到其中发生了异常的位置。
(影响5)
根据优选实施例，各模块中的每一个(电源模块33A、33B和33C)配备有相应的散热器(用于电源模块37A、37B和37C的散热器f)且被放置在与不同模块绝热的状态。
结果，在所描述的优选实施例中，抑制了邻近模块经由散热器(37A、37B和37C)到各模块中的每一个(电源模块33A、33B和33C)的热传导。结果，也抑制了所传导的热对检测结果的精度的降低。
(影响6)
在优选实施例中，控制板(接线板30)具有开口圆形，且各模块中的每一个(电源模块33A、33B和33C)被放置在其圆周方向(CIRC)。各模块中的至少一个(电源模块33A)被放置为与该圆的开口部径向地相对。
在优选实施例中，与控制器集成的旋转电机1包括被放置在不相对靠近圆形的开口部的位置的各模块中的至少一个(电源模块33A)。在这种情况中，即使在圆形的开口部处发生散热，抑制从圆形的开口部消散来自各模块中的至少一个(电源模块33A)的热。结果，抑制了检测元件的检测精度的降低。
另外，不同于电源模块33A(电源模块33B和33C)的模块将被放置在圆形的开口部之间。在这种情况中，可以在圆形的开口部处消散来自不同于电源模块33A的模块的热，即来自电源模块33B和33C等模块的热。结果，抑制了来自邻近电源模块33A的模块的热的影响。
(影响7)
在优选实施例中与控制器集成的旋转电机1具有具有圆形的控制板(接线板30)，且沿着开放圆形放置每一模块(电源模块33A、33B和33C)。第一模块(电源模块33A)被放置为与圆形的开口部对称。
根据优选实施例，由于第一模块(电源模块33A)被放置在与圆形的开口部径向地相反的位置，朝向控制板(接线板30)的圆周方向(CIRC)，可以减少离开开口部的第一模块(电源模块33A)的散热。
具体地说，在检测定子线圈21b和21c的状态(异常)的第一模块(电源模块33A)和圆形的开口部之间的距离变长，且去往圆形的开口部的热传导变得困难。结果，即使第一模块(电源模块33A)发热，去往开口部的热传导也变得困难。本文中，在第一模块(电源模块33A)和开口部之间的热传导的距离是指穿过控制板的其间的距离。
此外，第二模块(电源模块33B和33C)按圆形的圆周方向被放置在第一模块(电源模块33A)和开口部之间。结果，即使是在第一模块(电源模块33A)发热时，或者朝向圆形的开口部的圆周方向发生热传导时，在其间放置第二模块(电源模块33B和33C)也阻止了热传导。
(影响8)
在优选实施例中，控制板(接线板30)具有圆形以及连接部(电源接线部31a和31b)，该连接部把控制定子线圈21b和21c的开关元件(MOSFET 33a至33d)连接到在其开口部提供的外部连接部。
在优选实施例中，连接部(电源接线部31a和31b)也用于在圆形的开口部处的散热。连接部(电源接线部31a和31b)具有良好的热消散能力，因此，在各模块(电源模块33A、33B和33C)发热时，通过各模块的连接部(电源接线部31a和31b)而发生热传导。即可以增加从圆形的开口部消散的热的量。结果，抑制了来自邻近正常运行的模块的另一模块的热传导的影响，且还又抑制了检测元件的检测精度的降低。
(影响9)
在优选实施例中，与控制器集成的旋转电机1包括与连接部(电源接线部31a和31b)集成的电力转换装置(控制装置3)，所述连接部连接外部连接部和树脂机壳构件36a中的散热器(用于电源模块33A、33B和33C)，且包括灌封树脂(填料构件38)，以便包封控制板(接线板30)和其中的各模块(电源模块33A、33B和33C)。
在优选实施例中，通过用填料(灌封树脂)填充树脂机壳36a，相应的模块(电源模块33A、33B和33C)的温度检测元件33Af、33Bf和33Cf可以减少其环境温度的影响。此外，如果在电源变换装置(控制装置3)中存在外来物体，填料构件38抑制外来物体与其中的其他组件的接触或冲突。结果，抑制了检测元件的检测精度的降低。
[改进模式1]
在优选实施例中，各模块(电源模块33A、33B和33C)中的每一个配备有4个开关元件。然而，这不限于上面描述的结构。图23是如改进模式1所述的与控制器集成的旋转电机1的电路图。如图23中的经修改控制装置中所示出的，例如，各模块中的每一个可以具有两个开关元件。
在改进模式1中，对应于电源模块33A的模块(或第一模块)被配置为控制两组不同的定子线圈。对应于其他模块33B和33C的模块(第二模块)可以被配置为具有配备有不同的相或相同的相的定子线圈。
此外，在改进模式1中，示出了具有两个开关元件的电源模块中的每一个(电源模块33A、33B和33C)，然而，对于每一电源模块，可以改变开关元件的数量。例如，在相同的配置中，可以使用具有4个开关元件的电源模块且具有2个开关元件的电源模块。另外，如改进模式1的所述的与控制器集成的旋转电机1具有与在优选实施例中的与控制器集成的旋转电机1相同的配置且引起相同的影响。
[改进模式2]
在优选实施例中，把接线板30的控制装置3安装为使得消散从相应电源模块33A、33B和33C中的每一个产生的热量的用于各电源模块的散热器37A、37B和37C向旋转电机2的方向突出。然而，各散热器不限于所描述的安装位置。例如，如图24中所示出，散热器可以随接线板30安装在相反位置。顺便提到，图24是具有处于相反位置的接线板30的与控制器集成的旋转电机1的剖视图。图24是图2中所示出的与控制器集成的旋转电机1的相同的剖视图。根据改进模式2，与控制器集成的旋转电机1配备有与在优选实施例中描述的相同的配置，且也引起与优选实施例相同的影响。另外，散热器37向朝向机壳36a的方向突出，且可以提供允许冷却空气通过的通风通道。结果，增强了散热器37的冷却影响。
[改进模式3]
在优选实施例中，把温度检测元件用作检测各模块(电源模块33A、33B和33C)的状态的检测元件，然而，电源模块的状态的确定不限于所描述的内容。即例如，检测电流或电压的检测元件可以合并起来。如改进模式3所述的与控制器集成的旋转电机1配备有与在优选实施例中所描述的相同的配置且引起相同的影响。
[改进模式4]
在优选实施例中，描述了其中每一散热器配备有具有阳极氧化层的铝的模式，然而，散热器不限于所描述的配置。每一散热器可以具有具有阳极氧化层的铝，至少用于与电源模块33A、33B和33C接触的表面。另外，也可以使用不同于阳极氧化层的层，例如具有电绝缘性能的树脂层。
散热器可以由不同于铝的具有良好导热性的金属制成。例如，也可以使用铜。
如改进模式4所述的与控制器集成的旋转电机1配备有与在优选实施例中所描述的相同的配置且引起相同的影响。
[改进模式5]
在优选实施例中，旋转电机2的转子22配备有转子线圈22c，由于所描述的电流，转子线圈22c形成磁极。然而，转子22不限于所描述的内容。即可以把磁体提供为转子线圈22的备选。在这种情况中，不再需要滑环23和电刷24，这也引起控制器3的励磁系统电路IC34变得不必要。如改进模式5所述的与控制器集成的旋转电机1配备有与在优选实施例中所描述的相同的配置且引起相同的影响。
[标号列表]
1与控制器集成的旋转电机，2旋转电机，3控制装置，31接线板，33A、33B和33C电源模块，33Af、33Bf和33Cf温度检测元件，35微计算机，38填料构件。

Claims (9)

1.一种与控制器集成的旋转电机(1)，包括：
旋转电机(2)，其配备有定子(21)和转子(22)；以及
电力转换装置(3)，其配备有控制板(30)和多个电源模块(33A至33C)；其中：
所述定子(21)具有两组三相定子线圈(21b、21c)；
所述控制板(30)配备有配置所述旋转电机的控制电路的电子部件；
所述多个电源模块(33A至33C)配备有多个开关元件(33Aa-33Ad、33Ba至33Bd、33Ca至33Cd)；以及
所述电源模块中的至少一个(33A)配备有控制两组不同的定子线圈的开关元件(33Aa至33Ad)；以及检测所述模块的状态的检测元件(33Af)。
2.如权利要求1所述的与控制设备集成的旋转电机(1)，其特征在于：
所述电力转换装置(3)配备有电源模块(33A、33B、33C)，所述电源模块(33A、33B、33C)被分割成第一模块(33A)和第二模块(33B)；
所述第一模块(33A)控制所述两组不同的所述定子线圈；以及
所述第二模块(33B、33C)控制同一组所述定子线圈。
3.如权利要求2所述的与控制设备集成的旋转电机(1)，其特征在于：
所述第一模块(33A)配备有用作所述检测元件的温度检测元件(33Af)，其检测所述第一模块的温度。
4.如权利要求2所述的与控制设备集成的旋转电机(1)，其特征在于：
所述第一模块(33A)配备有用作所述检测元件的温度检测元件(33Af)，其检测所述第一模块的温度；以及
所述第二模块(33B、33C)配备有用作检测元件的温度检测元件(33Bf、33Cf)，其检测所述第二模块的温度。
5.如权利要求1或2所述的与控制设备集成的旋转电机(1)，其特征在于：
所述电源模块中的每一个配备有散热器(37A至37C)，并且与在所述电源模块当中的另一电源模块绝热。
6.如权利要求1或2所述的与控制设备集成的旋转电机(1)，其特征在于：
所述控制板具有配备有两个开放端部的开环；所述电源模块中的每一个被放置为围绕所述开环的圆周方向，并且所述电源模块中的至少一个被放置为与作为在所述两个端部之间的所述圆的开口部的部分径向相对。
7.如权利要求2所述的与控制设备集成的旋转电机(1)，其特征在于：
所述控制板具有配备有两个开放端部的开环；所述电源模块中的每一个被放置为围绕所述开环的圆周方向，并且所述第一模块(33A)被放置为与作为在所述两个端部之间的所述圆的开口部的部分径向相对。
8.如权利要求1或2所述的与控制设备集成的旋转电机(1)，其特征在于：
所述控制板具有配备有两个开放端部的开环；所述电源模块中的每一个被放置为围绕所述开环的圆周方向，所述第一模块(33A)被放置与作为在所述两个端部之间的所述圆的开口部的部分径向相对；以及
所述开环的所述开口部配备有连接器(31a、31b)，所述连接器(31a、31b)把所述开关元件(33Aa-33Ad、33Ba至33Bd、33Ca至33Cd)连接到外部连接部。
9.如权利要求1或2所述的与控制设备集成的旋转电机(1)，其特征在于：
所述控制板具有配备有两个开放端部的开环；在所述开环的所述两个开放端部之间配备有开口部；所述开环的所述开口部配备有连接器(31a、31b)，所述连接器(31a、31b)把所述开关元件(33Aa-33Ad、33Ba至33Bd、33Ca至33Cd)连接到外部连接部；以及
与所述连接器集成的所述电力转换装置，所述连接器连接所述外部连接部和所述散热器(用于所述树脂机壳构件36a中的所述电源模块(33A、33B和33C)的散热器)，所述电力转换装置配备有灌封树脂以包封所述控制板(接线板30)、以及所述模块(电源模块33A、33B和33C)。
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