-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine mit integriertem Inverter, in der ein Inverter zum Liefern von Strom an eine Statorwicklung oder eine Feldwicklung integral an einem rotierenden elektrischen Maschinenkörper angebracht ist.
-
2. Beschreibung des Stands der Technik
-
Bisher gab es einen Vorschlag, dass, um eine Überspannung oder Ausgangsspannungsvariation zur Zeit eines Umschaltens zu unterdrücken, Glättungskondensatoren in einer rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter angebracht sind, in der ein Inverter zum Liefern von Strom an eine Statorwicklung oder Feldwicklung an der äußeren Seite eines Rückteils oder einer Rückhalterung an einem rotierenden elektrischen Maschinenkörper angebracht ist, der einen Stator mit der Statorwicklung, einen Rotor mit der Feldwicklung, eine den Stator und den Rotor stützende Halterung, eine Bürste zum Anlegen eines Stroms an die Feldwicklung und einen Magnetpolpositions-Erfassungssensor enthält (siehe zum Beispiel
japanische Patentveröffentlichung Nr. 2010-136499 ).
-
Da jedoch Glättungskondensatoren zum Unterdrücken einer Überspannung oder einer Ausgangsspannungsvariation zur Zeit eines Umschaltens konzentriert an einem Ort angeordnet sind, wird in der
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2010-136499 eine Schaltungsschleife betreffend eine Spannungsvariation zur Zeit eines Umschaltens groß und eine Induktanz (bzw. Induktivität) vergrößert sich. Somit gibt es ein Problem, dass die Kapazitäten der angebrachten Glättungskondensatoren vergrößert werden, was zu einer Vergrößerung führt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine mit integriertem Inverter bereitzustellen, die es erlaubt, die Kapazitäten von angebrachten Glättungskondensatoren zu verringern, um eine Größenverkleinerung (Downsizing) zu erreichen, wodurch die Größe einer Schaltungsschleife betreffend eine Spannungsvariation zu der Zeit eines Umschaltens zu reduzieren, um eine Induktanz zu reduzieren.
-
Die vorliegende Erfindung ist auf eine rotierende elektrische Maschine mit integriertem Inverter gerichtet, die enthält: einen rotierenden elektrischen Maschinenkörper, der eine n-Phasen (n ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 3) Statorwicklung und eine Feldwicklung enthält; einen Inverter, der bereitgestellt wird, um in dem rotierenden elektrischen Maschinenkörper integriert zu sein, zum Steuern eines Stroms, der an der Statorwicklung anzulegen ist, basierend auf einem Rotationswinkel einer Rotationswelle des rotierenden elektrischen Maschinenkörpers; einen Feldumschalt-Schaltungsabschnitt zum Steuern eines Stroms, der an der Feldwicklung anzulegen ist; und Glättungskondensatoren, die parallel zu dem Inverter und mit dem Feldumschalt-Schaltungsabschnitt verbunden sind, wobei die Glättungskondensatoren mit einer externen Gleichstromquelle verbunden sind, wobei der Inverter mit n Leistungsmodule konfiguriert ist, die eine n-Phasen-Brückenschaltung bilden und auf einer geteilten Wärmesenke angeordnet sind, die in dem rotierenden elektrischen Maschinenkörper bereitgestellt wird, in einer Bogenform, und die Glättungskondensatoren aus n Glättungskondensatoren entsprechend den Leistungsmodulen ausgebildet sind, und verteilt auf der Wärmesenke angeordnet sind auf der gleichen Ebene wie die Leistungsmodule und an Positionen zwischen den Leistungsmodulen und an einer Position neben dem an einer Endseite lokalisierten Leistungsmodul.
-
Gemäß der rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter der vorliegenden Erfindung, da die Glättungskondensatoren zum Unterdrücken einer Überspannung oder Ausgangsspannungsvariation zu der Zeit eines Umschaltens verteilt in der Nähe der Leistungsmodule angeordnet sind, wird eine Schaltungsschleife betreffend eine Spannungsvariation zu der Zeit eines Umschaltens in der Größe reduziert und eine Induktanz wird reduziert. Somit ist es möglich, die Kapazitäten der angebrachten Glättungskondensatoren zu verringern und eine Größenverkleinerung zu erreichen.
-
Die vorangehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung klar hervorgehen, wenn in Verbindung mit den beigefügten Abbildungen gelesen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
-
1 ist eine Querschnittsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine schematische Schaltung der rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
3 ist eine Draufsicht einer Leistungsschaltung der rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
4 ist eine Draufsicht eines Leistungsmoduls der rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
5 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die einen Glättungskondensator-Anbringabschnitt einer rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
6 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel eines Glättungskondensator-Anbringabschnitts einer rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
7 ist eine Seitenansicht eines Leistungsmoduls einer rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
-
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
-
Wie in den 1 bis 4 gezeigt, enthält eine rotierende (drehende) elektrische Maschine: ein Gehäuse, das eine vordere Halterung 1 und eine rückseitige Halterung 2 enthält, einen Stator, der zwei n-Phasen (n ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 3: n = 3 in den Abbildungen) Statorwicklungen 3a und 3b enthält; und einen Rotor 4, der eine Rotationswelle (Rotationsschaft) 5 und eine Feldwicklung (Erregerwicklung) 6 enthält, wobei der Stator 3 durch einen Endabschnitt der vorderen Halterung 1 und einen Endabschnitt der rückseitigen Halterung 2 unterstützt und fixiert wird, und der Rotor 4 innerhalb des Stators 3 angeordnet ist.
-
Die Rotationswelle 5 des Rotors wird rotierbar durch ein vorderes Lager 7a und ein rückseitiges Lager 7b gestützt, die in dem Gehäuse bereitgestellt werden, und der Rotor 4 ist eingerichtet, relativ zu dem Stator 3 koaxial rotierbar zu sein.
-
Kühlgebläse (Kühlventilatoren) 8 sind an beiden axialen Endoberflächen des Rotors 4 fixiert.
-
Eine Riemenscheibe 9 ist an einem Endabschnitt der Rotationswelle 5 an der Vorderseite (an der äußeren Seite der vorderen Haltung 1) angebracht, ein Paar Schleifringe 10 sind an der Rückseite der Rotationswelle 5 angebracht und ein Paar Bürsten 11 sind innerhalb eines Bürstenhalters 12 angebracht, um in Schleifkontakt mit den Schleifringen 10 zu sein.
-
Der Bürstenhalter 12, die Bürsten 11 und die Schleifringe 10 werden verwendet, um Gleichstrom an die Feldwicklung 6 zu liefern.
-
Die rotierende elektrische Maschine enthält einen Magnetpolpositions-Erfassungssensor 13, eine Steuervorrichtung 20 und eine externe Abdeckung 14, die die Steuervorrichtung 20 enthält. Der Bürstenhalter 12, der Magnetpolpositions-Erfassungssensor 13 und die Steuervorrichtung 20 sind an der Rück- und Außenseite der rückseitigen Halterung 2 angeordnet.
-
Der Magnetpolpositions-Erfassungssensor 13 ist zwischen dem rückseitigen Lager 7b und dem Bürstenhalter 12 angeordnet und an einem Rückendabschnitt der rückseitigen Halterung 2 angebracht.
-
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Sensor vom Wicklungstyp als Magnetpolpositions-Erfassungssensor 13 verwendet und der Magnetpolpositions-Erfassungssensor 13 fungiert als Sensor, wenn ein Strom an dessen Wicklung angelegt wird.
-
Die Steuervorrichtung 20 enthält: zwei Inverter (Wechselrichter) 21a und 21b zum Liefern eines Stroms an die zwei Statorwicklungen 3a und 3b; ein Feldmodul 23, das einen Feldumschalt-Schaltabschnitt bildet, das ein Feldschaltungs-Halbleiterschaltelement zum Steuern eines Stroms enthält, der an die Feldwicklung 6 zu liefern ist; ein Gehäuse 24 aus Harz; eine Wärmesenke (Kühlkörper) 25 zum Kühlen der Feldmodule 23; und eine Steuerplatine 26, die mit einer Steuerschaltung zum Steuern einer Operation (eines Betriebs) des Halbleiterschaltelements oder der rotierenden elektrischen Maschine ausgestattet ist (siehe 2).
-
Jeder der zwei Inverter 21a und 21b enthält: n Leistungsmodule 22 (n = 3 in der Abbildung), die eine n-Phasen (n = 3 in der Abbildung) Brückenschaltung zum Liefern eines Stroms an die Statorwicklung 3a oder 3b bildet; das Feldmodul 23, das ein Feldschaltungshalbleiter-Umschaltelement zum Steuern einer Leistung enthält, die an die Feldwicklung 6 zu liefern ist; die Wärmesenke 25 zum Kühlen des aus Harz hergestellten Gehäuses 24, der Leistungsmodule 22 und des Feldmoduls 23; und die Steuerplatine 26, die mit der Steuerschaltung zum Steuern eines Betriebs des Halbleiterschaltelements oder der rotierenden elektrischen Maschine ausgestattet ist.
-
Die Wärmesenke 25 ist hohl um die Rotationswelle 5 und weist eine im Wesentlichen ringförmige (kranzförmige) Form auf, und das Gehäuse 24 ist auch derart konfiguriert, um die rotierende Welle 5 hohl zu sein, so dass die Steuervorrichtung 20 derart ausgebildet ist, um die rotierende Welle 5 hohl zu sein. Der Bürstenhalter 12 und der Magnetpolpositions-Erfassungssensor 13 sind in dem hohlen Abschnitt der Steuervorrichtung 20 angeordnet.
-
Die Wärmesenke 25 wird durch die rückseitige Halterung 2 fixiert und gehalten und ist so ausgebildet, dass die Wärmesenke 25 und die rückseitige Halterung 2 das gleiche Potential aufweisen.
-
Jedes Leistungsmodul 22 ist mit einem Paar von Leistungshalbleiter-Schaltelementen 22a und 22b ausgebildet, die obere und untere Arme einer Brückenschaltung bilden und in einem Modul hergestellt werden, und eine Stromsteuerung wird darauf durch einen PWM-Schaltbetrieb ausgeführt (siehe 4).
-
Glättungskondensatoren 27, deren Anzahl der Anzahl von Leistungsmodulen 22 entspricht, sind zwischen Erde und einer Leistungsquelle für jedes Leistungsmodul 22 verbunden, um eine Spannungsvariation zu unterdrücken, die aufgrund eines PWM-Umschaltens verursacht wird.
-
In der ersten Ausführungsform werden 2n (n = 3 in der Abbildung), sechs Glättungskondensatoren 27 insgesamt hinsichtlich der 2n Leistungsmodule 22 (n = 3 in der Abbildung) bereitgestellt.
-
Die jeweiligen Leistungsmodule 22 in jedem Satz werden auf der geteilten Wärmesenke 25 in einer Bogenform in Intervallen angeordnet und die jeweiligen Glättungskondensatoren 27 werden auf der Wärmesenke 25 in der gleichen Ebene wie die Leistungsmodule 22 und an Orten zwischen jedem Leistungsmodul 22 und an einem Ort neben (benachbart) dem Leistungsmodul 22, das an einer Endseite lokalisiert ist, verteilt angeordnet.
-
In diesem Zustand werden die zwei Sätze von Leistungsmodulen 22 und die entsprechenden Glättungskondensatoren 27 angeordnet, um eine symmetrische Beziehung miteinander hinsichtlich einer Mittellinie CL in der radialen Richtung der Wärmesenke 25 aufzuweisen (siehe 3).
-
Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der rotierenden elektrischen Maschine mit integriertem Inverter, die die Glättungskondensatoren 27 enthält, die parallel mit dem Inverter 21a und 21b und dem Feldmodul 23 verbunden sind, wobei jeder der Inverter 21a und 21b ausgestattet mit den n-Leistungsmodulen 22, die die n-Phasen-Brückenschaltung bilden und in einer Bogenform auf der geteilt Wärmesenke 25 angeordnet sind, die in dem rotierenden elektrischen Maschinenkörper bereitgestellt wird. Die Glättungskondensatoren 27 werden aus den n Glättungskondensatoren entsprechend den Leistungsmodulen 22 gebildet und sind verteilt auf der Wärmesenke 25 in der gleichen Ebene wie die Leistungsmodule 22 angeordnet, und an den Orten (Positionen) zwischen jedem Leistungsmodul und an dem Ort neben dem an der einen Endseite lokalisierten Leistungsmodul 22. Da die Glättungskondensatoren zum Unterdrücken einer Überspannung oder Ausgangsspannungsvariation zu der Zeit eines Umschaltens in der Nähe der Leistungsmodule verteilt angeordnet sind, wie oben beschrieben, wird eine Schaltungsschleifen betreffende Spannungsvariation zu der Zeit eines Umschaltens in der Größe reduziert und eine Induktanz (Induktivität) wird reduziert. Somit ist es möglich, die Kapazitäten der angebrachten Glättungskondensatoren zu verringern und eine Größenverkleinerung zu erreichen.
-
Da die Glättungskondensatoren 27 radial in der radialen Richtung der Rotationswelle 5 angeordnet sind, kann die Montierbarkeit der Glättungskondensatoren 27 verbessert werden.
-
Da die Leistungsmodule 22 verwendet werden, in denen jeweils die Leistungshalbleiter-Schaltelemente 22a und 22b, die den oberen Arm und den unteren Arm der Brückenschaltung bilden, in einem Modul hergestellt werden, ist es möglich, eine Größenreduktion zu erreichen.
-
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
-
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
-
5 zeigt einen Glättungskondensator-Anbringabschnitt (Glättungskondensator-Montageabschnitt) gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Glättungskondensator 27 in einem Eingrabungsabschnitt (zurückgezogener Abschnitt) 25a der Wärmesenke 25 untergebracht und wird durch ein Isolationsharz 28 isoliert und fixiert, um mit der Wärmesenke 25 und dem Gehäuse 24 integriert zu sein.
-
Die Glättungskondensatoren 27 sind nicht direkt miteinander verbunden und sind über eine Platine oder einen Metallanschluss durch Schweißen verbunden.
-
Dadurch ist es nicht notwendig, die Größen der Inverter 21a und 21b zu vergrößern. Deshalb ist es möglich, die Glättungskondensatoren 27 zum Unterdrücken einer Überspannung oder Ausgangsspannungsvariation zur Zeit eines Umschaltens effektiv anzubringen, ohne ein Fahrzeug-Layout zu ändern.
-
Die Glättungskondensatoren 27 können auch mit der Platine oder dem Metallanschluss über eine Verbindungsplatine 29 mittels Löten verbunden sein, wie in 6 gezeigt.
-
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
-
7 zeigt eine Seitenansicht eines Leistungsmoduls 22 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
In der vorliegenden Ausführungsform weist das Leistungsmodul 22 zum Liefern eines Stroms an die Statorwicklung 3a eine Seitenoberfläche mit einer trapezförmigen Form auf.
-
Da die Seitenoberfläche eine trapezförmige Form aufweist, ist es einfach, das Leistungsmodul 22 aus einem Guss zu lösen, nachdem das Leistungsmodul 22 gegossen wurde, so dass es möglich ist, die Produktivität zu verbessern.
-
Das Gleiche gilt für das Feldmodul 23.
-
Man beachte, dass, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, die obigen Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können, oder jede der obigen Ausführungsformen kann modifiziert oder abgekürzt werden, wie benötigt.
-
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann offenbar werden, ohne sich aus dem Schutzbereich dieser Erfindung zu entfernen, und es sollte verstanden werden, dass diese nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen, die hierin dargestellt werden, beschränkt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2010-136499 [0002, 0003]
