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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge, die in einem Kraftfahrzeug, einem Lastkraftwagen und dergleichen installiert ist.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Bekannt ist ein herkömmlicher einheitlicher bzw. integrierter Generator-Anlasser mit einem Steuerleistungsmodul, in dem eine Antriebsschaltung in einer Steuereinheit so nah wie möglich an einem Leistungstransistor in der Leistungseinheit angeordnet ist (beispielsweise bezugnehmend auf das Japanische Patent
JP 4369991 ).
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Die Fixierung des in dem Generator-Anlasser enthaltenen Leistungsmoduls wird durch Schrauben des Leistungsmoduls beispielsweise an einen Kühler an zwei Stellen ausgeführt.
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Da das in dem vorstehend erwähnten Dokument
'991 offenbarte Leistungsmodul durch Schrauben beispielsweise an den Kühler an zwei Stellen fixiert ist, wird die äußere Form, die Fixierstellen enthält, groß und es gibt ein Problem, dass die Minimierung eines Montierbereichs schwierig wird.
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Zudem wird, obwohl ein Leistungsmodul auch in dem Dokument
'991 offenbart ist, das durch Schrauben fixiert wird, ein Fixierverfahren zum Ersetzen davon für den direkt an einem Maschinenblock montierten Generator-Anlasser erforderlich.
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Beispielsweise ist, obwohl es möglich ist, Klebstoffe zur Fixierung zu verwenden, es kein erwünschtes Fixierverfahren, da eine thermische Leitfähigkeit zwischen dem Maschinenblock und dem Kühler verschlechtert wird.
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Allerdings enthält das Leistungsmodul zwei hochseitige Leistungstransistoren (MOS-Transistor) und zwei unterseitige Leistungstransistoren (MOS-Transistor).
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Es wurde insbesondere keine Maßnahme gegenüber der Induktivität der Verbindungsdrähte unternommen, die diese Leistungstransistoren und fahrzeugseitige Leistungszufuhrnetzwerke oder Massedrähte verbinden, oder gegenüber der Induktivität, die die fahrzeugseitigen Leistungszufuhrnetzwerke oder Massedrähte enthalten.
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Aus diesem Grund gibt es Probleme, dass die Induktivitäten dieser Drähte vergleichsweise hoch sind, eine auftretende Überspannung, wenn der Generator-Anlasser als Anlasser (Motor) betrieben wird und ein Leistungstransistor durch PWM-Steuerung ein- und ausgeschaltet wird, groß wird und eine Wärmeerzeugung groß wird.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der vorstehend dargelegten Probleme durchgeführt und deren Aufgabe ist es, eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge zu schaffen, die eine Überspannung, die auftritt, wenn ein MOS-Transistor ein- und ausgeschalten wird und eine mit diesem Auftreten einhergehende Wärmeerzeugung reduzieren kann und ein Modul zum Minimieren eines Montierbereichs minimieren kann.
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Bei einer drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem ersten Aspekt enthält die drehende elektrische Maschine einen Rotor, einen dem Rotor zugewandt angeordneten Stator und einen elektrischen Leistungswandler, der eine Wechselspannung, die durch eine in dem Stator enthaltene Statorwicklung induziert wird, in Gleichspannung umwandelt oder eine von außen angelegte Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und sie an die Statorwicklung anlegt.
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Der elektrische Leistungswandler enthält eine Mehrzahl von Schaltmodulen, die jeweils ein erstes Schaltelement auf einer Hochseite (High-Side) und ein zweites Schaltelement auf einer Niederseite (Low-Side) enthält.
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Das Schaltmodul umfasst eine Länge und eine Mehrzahl von Anschlüssen, die aus beiden Enden des Schaltmoduls herausgezogen sind, wobei die Mehrzahl der Anschlüsse an Positionen angeordnet ist, an denen Ströme, die durch das Innere der Schaltmodule fließen, in entgegengesetzte Fließrichtungen zueinander orientiert sind, und eine Stromschiene ist an einer oberen Oberflächenseite jedes Schaltmoduls angeordnet.
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Da die Anschlüsse derart angeordnet sind, dass die Ströme, die durch die Schaltmodule fließen, in entgegengesetzte Richtungen fließen, können sich die magnetischen Felder, die um die Strompfade herum auftreten, gegenseitig aufheben, und eine Induktivität der Strompfade innerhalb der Schaltmodule kann reduziert werden.
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Dadurch können eine Überspannung, die erzeugt wird, wenn Schaltmodule ein- und ausgeschalten werden, und eine Wärme, die einhergehend mit Auftreten erzeugt wird, reduziert werden.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem zweiten Aspekt ist die Stromschiene an das Schaltmodul in einem Zustand angebracht, bei dem jede obere Oberfläche der Schaltmodule gepresst ist.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem dritten Aspekt umfasst der elektrische Leistungswandler eine Anschlussbasis, in die die Stromschiene eingefügt ist.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem vierten Aspekt wird Fett bzw. Schmierfett in zwischen den Schaltmodulen und der Anschlussbasis ausgebildeten Spalten eingefüllt.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem fünften Aspekt ist die Stromschiene durch laminierte flache Verdrahtungsschichten ausgebildet, wobei die Mehrzahl der Anschlüsse, die von beiden Enden des Schaltmoduls herausgezogen sind, ein Masseanschluss und ein Leistungszufuhranschluss sind, und die Verdrahtungsschichten sind mit dem Masseanschluss und dem Leistungszufuhranschluss verbunden.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem sechsten Aspekt umfasst das Schaltmodul eine rechteckige Form, wobei die Anschlüsse an einer der zwei zugewandten Seiten des Schaltmoduls angeordnet sind, und ein weiterer mit der Statorwicklung verbundener Anschluss ist an einer anderen der zwei zugewandten Seiten angeordnet.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem siebten Aspekt ist ein Rahmen, der den Rotor und den Stator aufnimmt, an dem Schaltmodul gegenüberliegend von der Seite angeordnet, an der der Druck aufgebracht wird, und eine Bodenoberfläche des Schaltmoduls kontaktiert den Rahmen.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem achten Aspekt wird ein Fett bzw. Schmierfett in zwischen den Schaltmodulen und dem Rahmen ausgebildeten Spalten gefüllt.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem neunten Aspekt umfasst ein Rahmen einen Kühlmittelfluidkanal und wird durch ein Kühlmittelfluid gekühlt, das durch den Kühlmittelfluidkanal durchströmt.
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Bei der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge nach einem zehnten Aspekt wird die Stromschiene als Wärmekühlelement verwendet, das eine Wärme abstrahlt, die durch die in den Schaltmodulen enthaltenen ersten und zweiten Schaltelementen erzeugt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Bei den begleitenden Figuren zeigt:
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1 eine Zusammensetzung einer rotierenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge einer Ausführungsform;
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2 eine Zusammensetzung eines MOS-Moduls;
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3 eine Zusammensetzung einer H-Brückenschaltung;
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4 ein spezifisches Beispiel einer Anordnung eines Drehwinkelsensors;
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5 eine perspektivische Ansicht der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge, die einen elektrischen Leistungswandler enthält;
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6 eine perspektivische Explosionsansicht des elektrischen Leistungswandlers;
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7 eine Konturform eines elektrodenseitigen positiven Eingabe-/Ausgabe-Anschlusses und eines elektrodenseitigen negativen Eingabe-/Ausgabe-Anschlusses;
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8 eine Draufsicht des elektrischen Leistungswandlers, wenn er montiert ist;
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9 einen Montierzustand des Inneren eines MOS-Moduls; und
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10 eine teilweise Sektionsansicht eines Rahmens.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit Bezug auf die begleitenden Figuren wird nachstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, ist eine drehende elektrische Maschine 100 für ein Fahrzeug einer Ausführungsform gebildet, die zwei Statorwicklungen 1A und 1B, eine Feldwicklung 2, zwei MOS-Modulgruppen 3A und 3B, einen UVW-Phasentreiber 4A, einen XYZ-Phasentreiber 4B, eine H-Brückenschaltung 5, einen H-Brückentreiber 6, einen Drehwinkelsensor 7, eine Steuerschaltung 8, eine Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9, eine Leistungszufuhrschaltung 10, eine Diode 11 und einen Kondensator 12 enthält.
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Die vorliegende drehende elektrische Maschine 100 wird als ein ISG (integrierter Startergenerator bzw. Starterlichtmaschine bezeichnet) und weist Funktionen sowohl eines elektrischen Motors als auch eines Generators auf.
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Eine der Statorwicklungen 1A ist eine dreiphasige Wicklung, die sich aus einer U-Phasenwicklung, einer V-Phasenwicklung und einer W-Phasenwicklung zusammensetzt, und ist um einen Statorkern (nicht gezeigt) herumgewickelt.
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Auf ähnliche Weise ist eine der Statorwicklungen 1B eine dreiphasige Wicklung, die sich aus einer X-Phasenwicklung, einer Y-Phasenwicklung und einer Z-Phasenwicklung zusammensetzt, und ist um den vorstehend erwähnten Statorkern bei einer Position herumgewickelt, die um 30 Grad des elektrischen Winkels relativ zu der Statorwicklung 1A verschoben ist.
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Ein Stator wird durch diese zwei Statorwicklungen 1A und 1B und den Statorkern in der vorliegenden Ausführungsform gebildet.
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Es soll beachtet werden, dass die Anzahl der Phasen für jede Statorwicklung 1A und 1B jede andere als drei sein kann.
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Die Feldwicklung 2 dient zum Herstellen eines Rotors, der eine Drehwelle aufweist, die eine Antriebskraft zwischen einer Maschine über einen Riemen oder ein Getriebe eingibt und ausgibt, Erzeugen eines magnetischen Feldes und ist um einen Feldpol (nicht gezeigt) zum Bilden des Rotors herumgewickelt.
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Eine der MOS-Modulgruppen 3A ist mit einer der Statorwicklungen 1A verbunden und die dreiphasige Brückenschaltung ist durch zwei Gesamtgruppen gebildet.
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Diese MOS-Modulgruppe 3A arbeitet als ein elektrischer Leistungswandler 3, der eine durch die Statorwicklung 1A während einer Leistungserzeugung induzierte Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt, und von außen (Hochspannungsbatterie 200) angelegte Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und diese an die Statorwicklung 1A während des Betriebs als elektrischer Motor anlegt.
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Die MOS-Modulgruppe 3A umfasst drei MOS-Module 3AU, 3AV und 3AW entsprechend der Anzahl der Phasen der Statorwicklung 1A.
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Das MOS-Modul 3AU ist mit der in der Statorwicklung 1A enthaltenen U-Phasenwicklung verbunden. Das MOS-Modul 3AV ist mit der in der Statorwicklung 1A enthaltenen V-Phasenwicklung verbunden. Das MOS-Modul 3AW ist mit der in der Statorwicklung 1A enthaltenen W-Phasenwicklung verbunden.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst das MOS-Modul 3AU zwei MOS-Transistoren 30 und 31 sowie einen Stromerfassungswiderstand 32.
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Einer der MOS-Transistoren 30 ist ein erstes Schaltelement eines oberen Zweigs (Hochseite bzw. High-Side) in der eine Quelle mit der U-Phasenwicklung der Statorwicklung 1A über einen P-Anschluss verbunden ist, und eine Drain mit einem Leistungszufuhranschluss PB verbunden ist.
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Der Leistungszufuhranschluss PB ist mit einem positiven Anschluss der Hochspannungsbatterie 200 (eine erste Batterie) mit einer Nennspannung von 48 V oder beispielsweise einer Hochspannungslast 210 verbunden.
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Ein anderer der MOS-Transistoren 31 ist ein zweites Schaltelement eines unteren Zweigs (Niederseite bzw. Low-Side), in der eine Drain mit der U-Phasenwicklung über einen P-Anschluss verbunden ist, und eine Quelle ist mit einem Leistungsmasseanschluss PGND über den Stromerfassungswiderstand 32 verbunden.
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Eine Serienschaltung der zwei MOS-Transistoren 30 und 31 ist zwischen dem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss der Hochspannungsbatterie 200 angeordnet, und die U-Phasenwicklung ist mit dem Verbindungspunkt der zwei MOS-Transistoren 30 und 31 über einen P-Anschluss verbunden.
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Ferner sind ein Gate und eine Source des MOS-Transistors 30, ein Gate des MOS-Transistors 31 und beide Enden des Stromerfassungswiderstands 32 mit dem UVW-Phasentreiber 4A verbunden.
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Eine Diode ist parallel zwischen der Source und der Drain jedes MOS-Transistors 30 und 31 verbunden.
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Obwohl die Diode durch eine parasitäre Diode (Körperdiode) der MOS-Transistoren 30 und 31 realisiert ist, kann die Diode ferner als eine andere Komponente gefertigt sein und parallel verbunden sein.
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Außerdem können/kann der obere Zweig und/oder der untere Zweig durch ein Schaltelement außer dem MOS-Transistor gebildet sein.
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Zudem weisen die nachstehend erwähnten MOS-Module 3AV, 3AW und die MOS-Module 3BX, 3BY und 3BZ außer das MOS-Modul 3AU grundsätzlich die gleiche Zusammensetzung wie das MOS-Modul 3AU auf, so dass auf deren detaillierten Erläuterung verzichtet wird.
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Eine andere der MOS-Modulgruppen 3B ist mit einer anderen der Statorwicklungen 1B verbunden, und eine dreiphasige Brückenschaltung ist durch das Gesamte gebildet.
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Die MOS-Modulgruppe 3B arbeitet als elektrischer Leistungswandler, der eine durch die Statorwicklung 1B während einer Leistungserzeugung induzierte Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, und eine von außen (Hochspannungsbatterie 200) angelegte Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und sie an die Statorwicklung 1B während des Betriebs eines elektrischen Motors anlegt.
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Die MOS-Modulgruppe 3B umfasst drei MOS-Module 3BX, 3BY und 3BZ als Schaltmodule entsprechend er Anzahl der Phasen der Statorwicklung 1B.
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Das MOS-Modul 3BX ist mit der in der Statorwicklung 1B enthaltenen X-Phasenwicklung verbunden. Das MOS-Modul 3BY ist mit der in der Statorwicklung 1B enthaltenen Y-Phasenwicklung verbunden. Das MOS-Modul 3BZ ist mit der in der Statorwicklung 1B enthaltenen Z-Phasenwicklung verbunden.
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Der UVW-Phasentreiber 4A erzeugt ein Ansteuersignal, das in jedes Gate der MOS-Transistoren 30 und 31 eingegeben wird, die in jeder der drei MOS-Module 3AU, 3AV und 3AW enthalten sind, während die Potenzialdifferenz über dem Stromerfassungswiderstand 32 erfasst wird.
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Auf ähnliche Weise erzeugt der XYZ-Phasentreiber 4B ein Ansteuersignal, das in jedes Gate der MOS-Transistoren 30 und 31 eingegeben wird, das in jedem der drei MOS-Module 3BX, 3BY und 3BZ enthalten ist, während beide Enden eine Spannung des Stromerfassungswiderstands 32 erfassen.
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Die H-Brückenschaltung 5 ist mit beiden Enden der Feldwicklung 2 über eine Bürstenvorrichtung 55 (bezugnehmend auf 5) verbunden, und ist eine magnetische Schaltung, die Strom an der Feldwicklung 2 erregt.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst die H-Brückenschaltung 5 zwei MOS-Transistoren 50 und 51, zwei Dioden 52 und 53 und einen Stromerfassungswiderstand 54.
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Der MOS-Transistor 50 auf der Hochseite und die Diode 52 auf der Niederseite sind seriell verbunden, und ein Ende der Feldwicklung 2 ist bei diesem Verbindungspunkt verbunden.
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Darüber hinaus sind die Diode 53 auf der Hochseite, der MOS-Transistor 51 auf der Niederseite und der Stromerfassungswiderstand 54 seriell verbunden, und ein anderes Ende der Feldwicklung 2 ist bei einem Verbindungspunkt der Diode 53 und des MOS-Transistors 51 verbunden.
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Die H-Brückenschaltung 5 ist sowohl mit dem Leistungszufuhranschluss PB als auch mit dem Leistungsmasseanschluss PGND verbunden.
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Ein Erregungsstrom wird zu der Feldwicklung 2 von der H-Brückenschaltung 5 durch Einschalten der MOS-Transistoren 50 und 51 zugeführt.
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Ferner wird die Zufuhr des Erregungsstroms durch Ausschalten einer der MOS-Transistoren 50 und 51 gestoppt, während der Erregungsstrom, der durch die Feldwicklung 2 durch eine der Dioden 52 und 53 fließt, zurückgebracht wird.
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Der H-Brückentreiber 6 erzeugt ein Ansteuersignal, das in jedes Gate der MOS-Transistoren 50 und 51 eingegeben wird, die in der H-Brückenschaltung 5 enthalten sind, während die Potenzialdifferenz über den Stromerfassungswiderstand 54 erfasst wird.
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Der Drehwinkelsensor 7 erfasst einen Drehwinkel des Rotors. Der Drehwinkelsensor 7 kann beispielsweise mit einem Permanentmagnet und einem Hall-Element (Hall-Effektsensor) ausgebildet sein.
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Wie in 4 insbesondere gezeigt, ist der Permanentmagnet 22 an einer Spitze der Drehwelle 21 des Rotors 20 fixiert, während die Hall-Elemente 23 und 24 an Positionen angeordnet sind, die dem Permanentmagnet 22 zugewandt sind (die an Positionen angeordnet sind, die Nahe einem Umfang des Permanentmagneten 22 sind und beispielsweise 90 Grad voneinander auseinander liegen).
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Durch den Empfang einer Ausgabe kann der Drehwinkel des Rotors 20 erfasst werden, der mit dem Permanentmagnet 22 sich dreht.
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Zudem kann der Drehwinkelsensor 7 ausgebildet sein ohne die Hall-Elemente 23 und 24 zu verwenden.
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Darüber hinaus sind die Anordnung und das in 4 gezeigte Verfahren zum Montieren des Permanentmagneten 22 lediglich ein Beispiel, und können geeignet entsprechend der Drehwelle 21 oder deren Umgebungsstrukturen variiert werden.
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Die Steuerschaltung 8 steuert die gesamte drehende elektrische Maschine 100. Die Steuerschaltung 8 weist einen Analog-Digital-Wandler und einen Digital-Analog-Wandler auf, und Signale unter den anderen Zusammensetzungen werden ein- und ausgegeben.
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Die Steuerschaltung 8 ist beispielsweise durch einen Mikrocomputer und durch Ausführen eines vorbestimmten Steuerprogramms gebildet, wobei der UVW-Treiber 4A, der XYZ-Treiber 4B und der H-Brückentreiber 6 derart gesteuert werden, dass die drehende elektrische Maschine 100 als ein elektrischer Motor oder ein Generator betrieben wird, und verschiedene Verarbeitungen, wie z. B. eine Abnormalitätserfassung, Benachrichtigung, usw., werden ausgeführt.
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Die Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9 gibt Signale zwischen Außen über einen Steuerkabelbaum 310, eine Pegelumsetzung der Anschlussspannung der Hochspannungsbatterie 200 oder die Spannung des Leistungsmasseanschlusses PGND und dergleichen ein und aus.
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Die Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9 ist eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle zum Verarbeiten der Signale und der Spannung, die ein- und ausgegeben werden, und erforderliche Funktionen werden beispielsweise durch maßgeschneiderte IC realisiert.
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Eine Niederspannungsbatterie 202 (eine Sekundärbatterie) mit der Nennspannung von 12 V ist mit der Leistungszufuhrschaltung 10 verbunden und die Leistungszufuhrschaltung 10 erzeugt eine Betriebsspannung von 5 V beispielsweise durch Ein- und Ausschalten eines Schaltelements und Glätten dessen Ausgabe durch einen Kondensator.
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Durch die Betriebsspannung werden der UVW-Phasentreiber 4A, der XYZ-Phasentreiber 4B, der H-Brückentreiber 6, der Drehwinkelsensor 7, die Steuerschaltung 8 und die Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9 betrieben.
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Der Kondensator 12 dient zum Beseitigen oder Reduzieren des Schalterrauschens, das auftritt, wenn z. B. MOS-Transistoren 30 und 31 der MOS-Module 3AU (nachstehend enthalten die MOS-Module 3AU 3AV, 3AW, 3BX, 3BY und 3BZ) ein- und ausschalten, um die drehende elektrische Maschine 100 als elektrischen Motor zu betreiben.
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Obwohl ein einzelner Kondensator 12 in dem in 1 gezeigten Beispiel verwendet wird, wird die Anzahl geeignete Aktualität entsprechend der Größe des Schalterrauschens bestimmt.
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Beispielsweise werden, wie in 5 gezeigt, vier Kondensatoren 12 in der drehenden elektrischen Maschine 100 der vorliegenden Ausführungsform verwendet.
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Der vorstehend erwähnte UVW-Phasentreiber 4A, der XYZ-Phasentreiber 4B, die H-Brückenschaltung 5, der H-Brückentreiber 6, der Drehwinkelsensor 7 (außer für den an dem Rotor fixierten Permanentmagnet), die Steuerschaltung 8, die Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9 und die Leistungszufuhrschaltung 10 sind an einer einzelnen Steuerschaltungsplatine 102 montiert.
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Darüber hinaus umfasst, wie in 1 gezeigt, die drehend elektrische Maschine 100 den Leistungszufuhranschluss PB und den Leistungsmasseanschluss PGND sowie einen Verbinder 400, an dem ein Steuermassenaschluss CGND, ein Steuersourceanschluss CB und der Steuerkabelbaum 310 angebracht sind.
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Der Leistungszufuhranschluss PB ist ein positivseitiger Eingabe-Ausgabe-Anschluss der Hochspannung, und die Hochspannungsbatterie 200 und die Hochspannungslast 210 sind über ein vorbestimmtes Kabel verbunden.
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Der Steuersourceanschluss CB ist ein positivseitiger Eingabeanschluss der niedrigen Spannung, und die Niederspannungsbatterie 202 und die Niederspannungslast 204 sind durch ein vorbestimmtes Kabel verbunden.
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Ein Leistungsmasseanschluss PGND ist ein erster Masseanschluss als ein elektrodenseitiger negativer Eingabe-Ausgabe-Anschluss und dient zur Erdung einer Massesystemschaltung.
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Dieser Leistungsmasseanschluss PGND ist mit einem Fahrzeugrahmen 500 über einen Masseanschluss 320 als erstes Verbindungskabel verbunden.
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Die MOS-Modulgruppen 3A und 3B (elektrischer Leistungswandler) und die H-Brückenschaltung 5 (Magnetisierungsschaltung), wie vorstehend erwähnt, sind die Leistungssystemschaltung.
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Die MOS-Transistoren 30, 31, 50 und 51 als Leistungselemente, bei denen der gleiche Strom wie bei den Statorwicklungen 1A und 1B oder Feldwicklung 2 fließt, sind in der Leistungssystemschaltung enthalten.
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Darüber hinaus ist der Steuermasseanschluss CGND ein zweiter Masseanschluss, der unabhängig für den Leistungsmasseanschluss PGND vorbereitet ist, und zum Erden einer Steuersystemschaltung dient.
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Dieser Steuermasseanschluss CGND ist über ein Massekabel 330 (ein zweites Verbindungskabel) außer dem Massekabelbaum 320 geerdet.
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Die Diode 11 ist zwischen dem Steuermasseanschluss CGND und einem Rahmen der drehenden elektrischen Maschine 100 (nachstehend auch als „ISG-Rahmen” bezeichnet) 110 durch eine innere Verdrahtung der Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9 eingefügt.
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Insbesondere ist eine negative Elektrode der Diode 11 mit einem Rahmenmasseanschluss FRMGND verbunden, und der Rahmenmasseanschluss FRMGND ist mit dem ISG-Rahmen 110 verbunden.
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Der vorstehend erwähnte UVW-Phasentreiber 4A, der XYZ-Phasentreiber 4B, der H-Brückentreiber 6, der Drehwinkelsensor 7, die Steuerschaltung 8, die Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9, usw., sind die Steuersystemschaltung.
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Zudem ist eine Verbindungsposition des Massekabels 330 eine Position, an der ein Masseanschluss 0 V ist und fahrzeugseitig vorbereitet ist, und es sind keine Spannungsveränderungen vorhanden.
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Darüber hinaus kann, obwohl die Diode 11 außerhalb der Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9 in 1 angeordnet ist, die Diode 11 in der Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9 montiert sein.
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Der Verbinder 400 dient zum Anbringen des Steuerkabelbaums 310, des Massekabels 330 und anderer Kabel an den Anschlüssen (den Steuermasseanschluss CGND, den Steuersourceanschluss CB, usw.) außer dem Leistungszufuhranschluss PB und dem Leistungsmasseanschluss PGND.
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Der ISG-Rahmen 110 der drehenden elektrischen Maschine 100, wie vorstehend erwähnt, ist der Leiter, der beispielsweise durch Aluminiumdruckguss ausgebildet ist, und der ISG-Rahmen 110 ist an einen Maschinen(E/G)-Block 510 mit Bolzen fixiert.
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Ferner ist der Maschinenblock 510 mit dem Fahrzeugrahmen 500 durch den Massekabelbaum 322 verbunden.
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Die drehende elektrische Maschine 100 für Fahrzeuge der vorliegenden Ausführungsform weist eine solche Zusammensetzung wie vorstehend erwähnt auf, und der elektrische Leistungswandler 3 wird diesbezüglich als Nächstes erläutert.
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Wie in 6 dargestellt, ist der elektrische Leistungswandler 3 einheitlich ausgebildet, indem die zwei MOS-Modulgruppen 3A und 3B enthalten sind, indem die MOS-Module 3AU, 3AV, 3AW, 3BX, 3BY, 3BZ, eine Anschlussbasis 308, an der ein elektrodenseitiger positiver Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 300 und ein elektrodenseitiger negativer Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 301 davon hervorsteht, und sechs Zwischenanschlussbasen 309 enthalten sind, die zwischen jedem MOS-Modul3AU und der Anschlussspannung 308 angeordnet sind.
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Der elektrodenseitige positive Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 300 und der elektrodenseitige negative Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 301 weisen eine unterschiedliche Form auf (beispielsweise Bolzen mit unterschiedlichen Durchmessern).
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Zudem sind die Steuerschaltungsplatine 102, auf der die Steuerschaltung 8 und die Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 9, usw. montiert sind, und die drehende elektrische Maschine 100, in der eine Rückabdeckung, die den elektrischen Leistungswandler 3 und die Steuerschaltungsplatine 102 abdeckt, entfernt ist, in der perspektivischen Explosionsansicht des in 6 gezeigten elektrischen Leistungswandlers 3 und der perspektivischen Ansicht 5 der in 5 gezeigten drehenden elektrischen Maschine 100 gezeigt.
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Die Anschlussbasis 308 wird durch Umspritzen ausgebildet und enthält eine elektrodenseitige positive Stromschiene 302 als eine flache Drahtschicht, an die der elektrodenseitige positive Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 300 verbunden ist, und eine elektrodenseitige negative Stromschiene 303 als flache Drahtschicht, in der der elektrodenseitige negative Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 301 verbunden ist (bezugnehmend auf 7).
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Die elektrodenseitige positive Stromschiene 302 und die elektrodenseitige negative Stromschiene 303 sind zueinander zugewandt laminiert, die ein Harzmaterial sandwichartig aufnehmen, so dass die Anschlussbasis 308 gebildet wird.
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5 zeigt einen Zustand, in dem ein Teil der Anschlussbasis 308 (6) in der Mitte herausgebrochen ist, und einen Zustand, in dem die elektrodenseitige positive Stromschiene 302 (7) und die elektrodenseitige negative Stromschiene 303 (7) in einer ausgebrochenen Sektion freiliegen, gezeigt (A-Sektion).
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Darüber hinaus umfasst, wie in 7 gezeigt, die elektrodenseitige positive Stromschiene 302 ein Paar von Verzweigungsabschnitten 302A und 302B, die sich in zwei Richtungen strecken, die sandwichartig den elektrodenseitigen positiven Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 300 dazwischen aufnehmen.
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Die zwei Verzweigungsabschnitte 302 und 308 umfassen eine symmetrische Form (Liniensymmetrie) gegenüber einer Mitte des elektrodenseitigen positiven Eingabe-/Ausgabe-Anschlusses 300 und des elektrodenseitigen negativen Eingabe-/Ausgabe-Anschlusses 301.
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Wie in 8 gezeigt, ist jeder Leistungszufuhranschluss (Leistungszufuhranschluss PB) des MOS-Moduls 3AU, 3AV und 3AW mit einem der Verzweigungsabschnitte 302A bei im Wesentlichen gleichen Abschnitten verbunden.
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Jeder Leistungszufuhranschluss PB der MOS-Module 3BX, 3BY und 3BZ ist mit dem anderen der Verzweigungsabschnitte 302B bei im Wesentlichen gleichen Abständen verbunden.
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Ferner umfasst die elektrodenseitige negative Stromschiene 303 ein Paar von Verzweigungsabschnitten 303A und 303B, die sich in zwei Richtungen erstrecken, die sandwichartig den elektrodenseitigen negativen Eingabe-/Ausgabeanschluss 301 dazwischen aufnehmen.
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Die zwei Verzweigungsabschnitte 303A und 303B weisen eine symmetrische Form (Liniensymmetrie) bezüglich einer Mitte des elektrodenseitigen positiven Eingabe-/Ausgabe-Anschlusses 300 und des elektrodenseitigen negativen Eingabe-/Ausgabeanschlusses 301 auf.
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Jeder Masseanschluss (Leistungsmasseanschluss PGND) der MOS-Module 3AU, 3AV und 3AW ist mit einem der Verzweigungsabschnitte 303A bei im Wesentlichen gleichen Abständen verbunden.
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Jeder Leistungszufuhranschluss (Leistungszufuhranschluss PW) der MOS-Module 3BX, 3BY, 3BZ ist mit dem anderen der Verzweigungsabschnitte 303B bei im Wesentlichen gleichen Abständen verbunden.
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Wie in 9 dargestellt, sind bei dem MOS-Modul 3AU (das gleiche wie die anderen MOS-Module 3AV, usw.) der Leistungszufuhranschluss PB, der P-Anschluss und der Leistungsmasseanschluss PGND von beiden Enden (von jedem einer kurzen Seite einer rechteckigen Form, die zu einander zugewandt sind) des Falls (beispielsweise durch einen Harzguss) mit einer rechteckigen Form herausgezogen.
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Ferner sind der Leistungszufuhranschluss PB, der P-Anschluss und der Leistungsmasseanschluss PGND an einer Position angeordnet, an der eine Richtung des Stroms, die unter ihnen fließt, umgedreht wird und zueinander gerichtet ist.
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Insbesondere sind der Leistungszufuhranschluss PB und der Leistungsmasseanschluss PGND bei einer der kurzen Seiten angeordnet, die zueinander zugewandt sind, und der P-Anschluss ist bei einer anderen der kurzen Seiten angeordnet.
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Positionen jedes Anschlusses, Formen der internen Verdrahtung, usw. sind so konfiguriert, dass eine Richtung des Stroms, der in den P-Anschluss durch den hochseitigen MOS-Transistor 30 von dem Leistungszufuhranschluss PB fließt, und eine Richtung des Stroms, die in den Leistungsmasseanschluss PGND durch den niederseitigen MOS-Transistor 31 von dem P-Anschluss fließt, einander zugewandt sind und entgegengesetzt werden.
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Darüber hinaus können der Leistungszufuhranschluss PB und der Leistungsmasseanschluss PGND bei einer langen Seite angeordnet sein, die einander zugewandt sind, und der P-Anschluss kann bei einer anderen der langen Seiten angeordnet sein.
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Dadurch sind die elektrodenseitige positive Stromschiene 302 und die elektrodenseitige negative Stromschiene 303 (um genau zu sein, die Anschlussbasis 308, zu der diese eingefügt sind) sind bei oberen Teilen der MOS-Module 3AU angeordnet, und der elektrische Leistungswandler 3 ist so angebracht, dass er jede obere Oberfläche der MOS-Module 3AU presst.
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Ein Kühlkörper 306 (bezugnehmend auf 9), der Wärme abstrahlt, die in den MOS-Transistoren 30 und 31 auftritt, ist an der Bodenoberfläche jedes MOS-Moduls 3AU freigelegt.
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Die Bodenoberflächen der MOS-Module 3AU stehen gegenüber dem Rahmen 40 in Kontakt und sind dagegen gepresst und dazu angebracht.
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Um die thermische Leitfähigkeit zu verbessern, ist es wünschenswert, dass ein Schmierfett bzw. Fett G1 (bezugnehmend auf 6) mit zufriedenstellender thermischer Leitfähigkeit in zwischen den Bodenoberflächen der MOS-Module 3AU und dem Rahmen 40 ausgebildeten Spalten gefüllt wird.
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Überdies können, wenn die elektrodenseitige positive Stromschiene 302 und die elektrodenseitige negative Stromschiene 303 (Anschlussbasis 308) mit den oberen Oberflächen der MOS-Module 3AU unter einem gedrückten Zustand in Kontakt stehen, diese Stromschienen auch als Wärmeabführelemente verwendet werden, die Wärme abstrahlen, die durch die in den MOS-Modulen 3AU enthaltenen MOS-Transistoren 30 und 31 erzeugt wird.
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Allerdings ist es, um die Wärmeabführfähigkeit der Stromschienen wie das Wärmeabführelement zu verbessern, wünschenswert, eine solche verbesserte thermische Leitfähigkeit der MOS-Module 3AU und des Formharzes zu entwickeln, die die Anschlussbasis 308 bilden, oder ein Fett G2 (bezugnehmend auf 6) mit zufriedenstellender thermischen Leitfähigkeit in zwischen den MOS-Modulen 3AU und der Anschlussbasis 308 ausgebildeten Spalten einzufüllen.
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Es soll beachtet werden, dass in 6, obwohl die Einfüllpositionen der Fette G1 und G2 entsprechend dem MOS-Modul 3BX durch Schraffieren gezeigt werden, das gleiche für die anderen MOS-Module 3AU, usw. gelten und auf deren Darstellung verzichtet wird.
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Darüber hinaus ist es nicht notwendig, das einzufüllende Fett G1 und/oder G2 entsprechend allen MOS-Modulen 3AU herzustellen, und dies kann die Anzahl der MOS-Module 3AU verringern, die Kandidaten zum Einfüllen unter Berücksichtigung der Veränderung der Wärmeabführfähigkeit werden.
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Der Rahmen 40 dient zum Aufnehmen und Abstützen des Rotors 20 und des Stators 2, und wie in 5 und 6 gezeigt, ist der Rahmen 40 durch drei geteilte Teile, nämlich ein hinteres Teil 40A, ein mittleres Teil 40B und ein vorderes Teil 40C ausgebildet.
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Das mittlere Teil 40B ist eine zylindrische Komponente, die den Stator aufnimmt, und, wie in 10 gezeigt, ein vertiefter Abschnitt 41A, der einen Kühlmittelfluidkanal 41 bildet, ist innerhalb vorgesehen.
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Das hintere Teil 40A ist eine scheibenförmige Komponente, die eine hintere Seite (Anti-Riemenscheibe) schließt, die eine von axialen Enden des mittleren Teils 40B ist.
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Der Kühlmittelfluidkanal 41 des mittleren Teils 40B öffnet sich in eine der axialen Enden des mittleren Teils 40B und O-Ringe 42 zum Beibehalten der Luftdichtheit werden bei beiden Seiten dieser Öffnung angeordnet.
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Anschließend ist der Kühlmittelfluidkanal 41 durch Anbringen des hinteren Teils 40A so ausgebildet, dass er mit den O-Ringen 42 in Kontakt steht und die Öffnung des vertieften Abschnitts 41A schließt.
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Ferner ist der elektrische Leistungswandler 3 an dem hinteren Teil 40A bei dem axialen Ende gegenüberliegend zu dem mittleren Abschnitt 40B bei einem Zustand angebracht, bei dem die Bodenoberflächen der MOS-Module 3AU verbunden sind.
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Ein Querschnitt des Kühlmittelfluidkanals 41 umfasst eine C-Form, und ein Kühlmittelfluideintritt 41B (bezugnehmend auf 5, 6) ist bei einem Teil des hinteren Teils 40A entsprechend einem Ende der C-Form ausgebildet, und ein Kühlmittelfluidaustritt 41C (bezugnehmend auf 5, 6) ist bei einem Teil eines hinteren Teils 40A entsprechend dem anderen Ende der C-Form ausgebildet.
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Eine Rohrleitung 41D (bezugnehmend auf 10) zum Kühlen der Flüssigkeit ist sowohl mit dem Kühlmittelfluideintritt 41B als auch dem Kühlmittelfluidaustritt 41C verbunden, und Kühlmittelfluid wird zu/von dem Kühlmittelfluidkanal 41 zugeführt und abgegeben.
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Der Rahmen 40 wird gekühlt, in dem das Kühlmittelfluid durch einen solchen Kühlmittelfluidkanal 41 durchströmt.
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Demgemäß können bei der drehenden elektrischen Maschine 100 für Fahrzeuge der vorliegenden Ausführungsform, wenn jeder Anschluss, wie z. B. der Leistungszufuhranschluss PB, so angeordnet ist, dass die Ströme, die innerhalb der MOS-Module 3AU fließen, in entgegengesetzte Fließrichtungen zueinander orientiert sind, magnetische Felder, die um die Strompfade herum auftreten, die sich gegenseitig aufheben können, und die Induktivität der Strompfade innerhalb der MOS-Module 3AU kann verringert werden.
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Dadurch können die Überspannung, die erzeugt wird, wenn die MOS-Transistoren 30 und 31 ein- und ausgeschalten werden, und erzeugte Wärme, die mit der Überspannung einhergeht, reduziert werden.
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Ferner ist die Anschlussbasis 308, welche die elektrodenseitige positive Stromschiene 302 und die elektrodenseitige negative Stromschiene 303 enthält, an einer Mehrzahl von (sechs Stücken) MOS-Modulen 3AU bei einem Zustand angebracht, bei dem jede obere Oberfläche davon gepresst wird.
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Dadurch werden, wenn es möglich wird, dass jedes MOS-Modul3AU durch Pressen der elektrodenseitigen positiven Stromschiene 302, der elektrodenseitige negative Stromschiene 303 oder der Anschlussbasis 308 fixiert wird, Teile zum Schraubfixieren unnötig, und dies kann Befestigungsräume durch Miniaturisieren der MOS-Module 3AU reduzieren.
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Ferner sind die elektrodenseitige positive Stromschiene 302 und die elektrodenseitige negative Stromschiene 303 dort ausgebildet, wo die flachen Verdrahtungsschichten laminiert sind.
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Dadurch kann, wenn das magnetische Feld, das aufgrund der Ströme auftritt, die in entgegengesetzte Richtungen in jeder Verdrahtungsschicht fließen, es durch Laminieren der flachen Verdrahtungsschichten mit unterschiedlichen Polaritäten aufgehoben werden, die Induktivität der elektrodenseitigen positiven Stromschiene 302 und der elektrodenseitigen negativen Stromschiene 303 verringert werden.
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Dadurch können die Überspannung, die erzeugt wird, wenn die MOS-Transistoren 30 und 31 ein- und ausgeschalten werden, und die erzeugte Wärme, die durch die Überspannung einhergeht, reduziert werden.
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Darüber hinaus umfasst das MOS-Modul3AU die rechteckige Form auf, der Leistungsmasseanschluss PGND und der Leistungszufuhranschluss PB sind in einer der zugewandten zwei Seiten angeordnet, und der mit der Statorwicklung verbundene P-Anschluss ist in der anderen der zwei Seiten angeordnet.
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Dadurch können die Pfade, bei denen der hohe Strom, der innerhalb der MOS-Module 3AU fließt, die ihn umkehren, ausgebildet sein, und es wird möglich, gegenseitig die magnetischen Felder aufzuheben, die um die Strompfade herum auftreten.
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Darüber hinaus ist der Rahmen 40, der den Rotor 20 und den Stator aufnimmt, in einer gegenüberliegenden Seite der Pressung der MOS-Module 3AU angeordnet, und die Bodenoberflächen der MOS-Module 3AU stehen mit dem Rahmen 40 in Kontakt.
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Dadurch kann die Kühlfähigkeit der MOS-Module 3AU durch Übertragen der in den MOS-Modulen 3AU erzeugten Wärme zu dem Rahmen 40 erhöht werden.
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Ferner umfasst der Rahmen 40 den Kühlmittelfluidkanal 41, und wird durch das Kühlmittelfluid gekühlt, das durch den Kühlmittelfluidkanal 41 strömt.
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Dadurch kann eine stabile Kühlfähigkeit der MOS-Module 3AU erhalten werden.
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Darüber hinaus kann die Kühlfähigkeit der MOS-Module 3AU weiter unter Verwendung der elektrodenseitigen positiven Stromschiene 302, der elektrodenseitigen negativen Stromschiene 303 oder der Anschlussbasis 308 als Wärmeabführelemente erhöht werden, die die Wärme abstrahlen, die durch die MOS-Transistoren 30 und 31 erzeugt werden, die in der Mehrzahl der MOS-Module 3AU enthalten sind.
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Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnte Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Abwandlungen können innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verkörpert werden.
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Beispielsweise ist, obwohl die vorstehend erwähnte Ausführungsform die drehende elektrische Maschine 100 für das Fahrzeug erläutert, die als ein ISG arbeitet, die vorliegende Erfindung auch auf eine drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug anwendbar, das entweder einen elektrischen Betrieb oder eine Leistungserzeugung ausführt.
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Darüber hinaus ist, obwohl sie so konfiguriert ist, dass die zwei Statorwicklungen 1A und 1B und die zwei MOS-Modulgruppen 3A und 3B in der vorstehend erwähnten Ausführungsform vorgesehen sind, die vorliegende Erfindung auch auf eine drehende elektrische Maschine, die mit einer einzelnen Statorwicklung 1A und einer einzelnen Gleichrichtermodulgruppe 3A vorgesehen ist, oder auf eine drehende elektrische Maschine anwendbar, die mehr als drei Statorwicklungen und MOS-Module bereitstellt.
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Ferner können, obwohl jeweils drei der MOS-Module 3AU verteilt sind und rechts und links über die Mitte des elektrodenseitigen positiven Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 300 und des elektrodenseitigen negativen Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 301 in der vorstehend erwähnten Ausführungsform angeordnet sind, die Anzahlen der MOS-Module 3AU, die zur rechten und linken Seite verteilt sind, verändert werden, oder die MOS-Module 3AU können lediglich an einer der beiden Seiten angeordnet sein.
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Wie vorstehend erwähnt, können gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Anschlüsse derart angeordnet sind, dass die Ströme, die durch das Innere der Schaltmodule fließen, in entgegengesetzte Fließrichtung zueinander orientiert sind, die magnetischen Felder, die um die gegenüberliegenden Strompfade herum auftreten, gegenseitig aufgehoben werden, und die Induktivität der Strompfade können innerhalb der Schaltmodule können verringert werden.
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Dadurch können die Überspannung, die erzeugt wird, wenn die Schaltmodule ein- und ausgeschalten werden, und die erzeugte Wärme, die mit dem Auftreten einhergeht, verringert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 4369991 [0002, 0004, 0005]
