DE102017109181A1

DE102017109181A1 - Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung

Info

Publication number: DE102017109181A1
Application number: DE102017109181.5A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Asano; Yuki MAWATARI; Koji Kondo; Hiroshi Inamura; Masataka Yoshimura; Yuki Suzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2017-11-02
Also published as: US20170317562A1; CN107342664A

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung weist eine rotierende elektrische Maschine (2), die mit einem Stator, der Drei-Phasen-Statorwicklungen (21b und 21c) aufweist, und einem Rotor (22) versehen ist, einen Leistungswandler (3), der die Steuerungsschaltung der rotierenden elektrischen Maschine (2) konfiguriert, eine Steuerungsplatine (30), die mit elektronischen Komponenten ausgerüstet ist, und eine Vielzahl von Modulen auf, die mit einer Vielzahl von Schaltelementen (33Aa bis 33Ad, 33Ba bis 33Bd und 33Ca bis 33Cd) versehen sind, die durch die Steuerungsschaltung gesteuert werden. Zumindest eines der Module (33A) ist mit den Schaltelementen (33A bis 33Ad), die die zwei unterschiedlichen Sätze der Statorwicklungen (21b und 21c) steuern, und einem Erfassungselement (30Af) versehen, das einen Zustand des Moduls (33A) erfasst.

Description

HINTERGRUND DER FINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine mit einer integrierten Steuerungseinrichtung.
Stand der Technik
Herkömmlich gibt es rotierende elektrische Maschinen mit integrierten Steuerungsvorrichtungen, die jeweils mit einer rotierenden elektrischen Maschine und einer Steuerungsvorrichtung versehen sind.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung ist mit einer rotierenden elektrischen Maschine und einer Steuerungsvorrichtung versehen (die ebenfalls als Wechselrichteranordnung bezeichnet ist). Die Steuerungsvorrichtung weist ein Leistungsmodul, einen Kühlkörper, einen Verbindungsanschluss, eine Stromschiene und einen Isolator auf. Das Leistungsmodul ist an den Kühlkörper durch ein Klebemittel angebracht, das eine thermische Leitfähigkeit sowie elektrische Isoliereigenschaften aufweist. Der Verbindungsanschluss und die Stromschiene, die mit einem inneren Wandabschnitt, einem äußeren Wandabschnitt und einem flachen Wandabschnitt versehen ist, sind in einem Isolator eingesetzt, der ein Gehäuseelement bildet. Der Isolator ist an den Kühlkörper durch das Haftmittel angebracht. Das Leistungsmodul ist in einem konkaven Abschnitt untergebracht, der durch den Isolator und den Kühlkörper geformt ist. Ein Anschluss des Leistungsmoduls ist mit dem Verbindungsanschluss und der Stromschiene verbunden. Der konkave Abschnitt, der durch den Isolator und den Kühlkörper geformt ist, ist mit einem Füllmittel gefüllt, das elektrische Isoliereigenschaften aufweist. Ein Beispiel für eine herkömmliche rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung ist in der JP2014-45629A und der JP2011-243909A offenbart.
Eine rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß der JP2014-45629A weist jede von zwei unterschiedlichen Leistungsmodulen, die mit einem gleichen Schaltelement, beispielsweise einer Innenschaltung ausgerüstet sind, und ein äußeres Erscheinungsbild auf, das im Wesentlichen symmetrisch ist. Die zwei Leistungsmodule als ein Paar sind mit einem Kühlkörper kombiniert. In dieser Konfiguration ist, da die zwei unterschiedlichen Leistungsmodule mit dem Kühlkörper daran kombiniert sind, ein vorderes Ende von zumindest einem Anschluss der zwei unterschiedlichen Leistungsmodule, der von dem Harzelement nach außerhalb davon freigelegt ist, seriell angeordnet, um zu einem gleichen Abstand zueinander vorzuspringen, das heißt, von einem Oberflächenende von beiden Leistungsmodulen. Als Ergebnis ist offenbart, dass eine Miniaturisierung der rotierenden elektrischen Maschine erzielt wird, wobei Kühleigenschaften und Zuverlässigkeit ebenfalls verbessert werden können.
Die JP2011-243909A offenbart, dass in einem Falle des Verwendens eines Steuerungsgeräts eine Halbleitervorrichtung (Leistungsmodul) als ein Schaltelement eines oberen und unteren Zweigs eines Wechselrichters einer rotierenden elektrischen Maschine für ein Fahrzeug ein Schaltelement für jede Phase des oberen und unteren Zweigs dementsprechend erforderlich ist. Als Konsequenz steigen die Anzahl der Drähte und eine Anzahl von Signalanschlüssen, die mit einem Temperaturerfassungselement verbunden sind, an, und steigt eine Anzahl von Signalanschlüssen einer Steuerungsvorrichtung (Steuerung durch ein IC) ebenfalls an. In Bezug auf die vorstehend beschriebenen Probleme ist ebenfalls offenbart, dass durch Verwendung eines Leistungsmoduls, das mit einem oberen und unteren Zweigschaltelement konfiguriert ist, und durch Verbinden entweder des oberen oder des unteren Zweigs eines Temperaturerfassungsanschlusses mit dem Signalanschluss die Anzahl der Steuerung-IC-Anschlüsse reduziert werden kann und eine Miniaturisierung der Steuerungsvorrichtung erzielt wird.
Jedoch wendet eine integrierte Steuerungsvorrichtung, die in der JP2014-45629A offenbart ist, ein Modul, das den oberen und den unteren Zweig unter Verwendung von zwei Schaltelementen steuert, für das Modul einer rotierenden elektrischen Maschine an, die aus zwei Sätzen von Drei-Phasen-Statorspulen konfiguriert ist, die in der JP2011-243909A offenbart ist. Das heißt, dass die JP2014-45629A eine rotierende elektrische Maschine offenbart, die insgesamt 6 Module anwendet.
In der vorstehend beschriebenen integrierten Steuerungsvorrichtung ist es notwendig, die Temperatur der 6 Leistungsmodule zu überwachen, um Anomalität und in allen Phasen der Statorspulen zu erfassen. Als Konsequenz kann eine Erhöhung der Anzahl der Anschlüsse der Steuerungsvorrichtung (Steuerung-IC), zu der die Temperaturüberwachungsergebnisse (gemessene Ergebnisse) gesendet werden, problematisch sein. Insbesondere führt die Erhöhung der Anzahl der Anschlüsse zu einem sperrigeren Steuerungsgerät (Steuerung-IC), was wiederum zu einer sperrigeren integrierten Steuerungsvorrichtung als Ergebnis führt. Im Hinblick auf das vorstehend beschriebene zielt die vorliegende Offenbarung darauf ab, eine rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung bereitzustellen, die eine Anomalität eines Betriebs erfassen kann, der von Interesse ist, beispielsweise eine Erfassung eine anormale Temperatur einer Statorspule, und eine Miniaturisierung davon erzielen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme ist die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Offenbarung mit einer rotierenden elektrischen Maschine (2), die einen Stator (21) und einen Rotor (22) aufweist, und einem Leistungswandler (3) versehen, der mit einer Steuerungsplatine (30) und einer Vielzahl von Leistungsmodulen (33A bis 33C) versehen ist. Der Stator (21) weist zwei Sätze von Drei-Phasen-Statorspulen (21b, 21c) auf, und die Steuerungsplatine (30) ist mit elektronischen Komponenten ausgerüstet, die eine Steuerungsschaltung der rotierenden elektrischen Maschine konfigurieren. Die Vielzahl der Leistungsmodule) (33A bis 33C) sind mit einer Vielzahl von Schaltelementen (33Aa bis 33Ad, 33Ba bis 33Bd, 33Ca bis 33Cd) versehen, und zumindest eines der Module (33A) ist mit Schaltelementen (33Aa bis 33Ad), die zwei unterschiedliche Sätze der Statorspulen steuern, und einem Erfassungselement (33Af) versehen, das einen Zustand des Moduls erfasst.
In dieser Konfiguration steuert zumindest eines der Module zwei unterschiedliche Sätze der Statorspulen. Eine Anomalität in den zwei Sätzen der Statorspulen (beispielsweise eine anormal erhöhte Temperatur) kann erfasst werden, indem der Zustand (beispielsweise eine Temperatur) des zumindest einen Moduls unter Verwendung des Erfassungselements erfasst wird. Das heißt, dass die Anomalität von zwei Sätzen der Statorspulen durch Erfassen des Zustands des zumindest einen Moduls erfasst werden kann, weshalb eine Anzahl von Erfassungselementen, die für eine gesamte rotierende elektrische Maschine erforderlich sind, verringert werden kann. Weiterhin kann eine Anzahl von Anschlüssen des Steuerungsgerät (IC-Steuerung), die ein aus dem Erfassungselement gesendetes Erfassungsergebnis empfangen, ebenfalls verringert werden, was wiederum eine Größe der rotierenden elektrischen Maschine verringert.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Offenbarung ist mit dem Leistungswandler versehen, der ein erstes Modul (33A), das die zwei unterschiedlichen Sätze der Statorspulen steuert, und zweite Module (33B, 33C) aufweist, die denselben Satz der Steuerungsspulen steuern. Entsprechend dieser Konfiguration kann, wenn eine Anomalität in einen der zwei Sätze der Statorspulen auftritt, die Statorspule, in der die Anomalität aufgetreten ist, anhand der erfassten Ergebnisse des ersten Moduls und des zweiten Moduls erfasst werden.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer dritten Ausgestaltung der Offenbarung ist mit dem ersten Modul versehen, das ein Temperaturerfassungselement (33Af) als das Erfassungselement aufweist, das eine Temperatur des ersten Moduls erfasst. In der Konfiguration kann der Zustand des ersten Moduls unter Verwendung der Temperatur erfasst werden.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer vierten Ausgestaltung der Offenbarung ist mit den zweiten Modulen versehen, die die Temperaturerfassungselemente als die Erfassungselemente aufweisen, die eine Temperatur der zweiten Module erfassen. In dieser Konfiguration kann ein Zustand der zweiten Module erfasst werden.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer fünften Ausgestaltung der Offenbarung ist jedes der Module, die jeweils mit einem Kühlkörper (37A bis 37C) versehen sind, thermisch von einem anderen Modul unter den Modulen (33A bis 33C) isoliert ist. In dieser Konfiguration wird eine Übertragung von Wärme zu jedem Modul durch den Kühlkörper, der zwischen benachbarten Modulen angeordnet ist, unterdrückt. Als Ergebnis wird eine Verringerung der Genauigkeit der Erfassungsergebnisse der erfassten übertragenen Wärme ebenfalls unterdrückt.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausgestaltung Offenbarung ist mit der Steuerungsplatine versehen, die eine offene kreisförmige Form aufweist. Jedes der Module ist um eine umlaufende Richtung (CIRC) der offenen kreisförmigen Form angeordnet, und dass zumindest eine der Module ist diametral gegenüberliegend zu einem Abschnitt angeordnet, der ein offener Abschnitt des Kreises ist. In dieser Konfiguration ist das zumindest eine der Module nicht in unmittelbarer Nähe zu dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form. Als Ergebnis ist Wärmeausstrahlung aus dem zumindest einen der Module unterdrückbar, selbst wenn eine Wärmeausstrahlung an dem offenen Abschnitt auftritt. Als Ergebnis wird eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit des Erfassungselements unterdrückt. Es sei bemerkt, dass eine Position, die diametral gegenüberliegend zu dem offenen Abschnitt des offenen Kreises ist, die Position ist, die diametral gegenüberliegend in einer Umlaufsrichtung davon ist, unter Bezugnahme auf einen Mittelpunkt der kreisförmigen Form der Schaltungsplatine.
Zusätzlich sind in der beschriebenen Konfiguration andere Module als das zumindest eine Module zwischen dem zumindest einen Modul und dem offenen Abschnitt der offenen kreisförmigen Form angeordnet. In diesem Fall können andere Module als das zumindest ein Modul Wärme an dem offenen Abschnitt der offenen kreisförmigen Form ausstrahlen. Als Ergebnis wird eine Wirkung von Wärme, die von anderen benachbarten Modulen auf das zumindest einem Modul übertragen wird, unterdrückt.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer siebten Ausgestaltung der Offenbarung ist mit der Steuerungsplatine versehen, die die offene kreisförmige Form aufweist, die einen offenen Abschnitt aufweist, wobei jedes der Module um eine umlaufende Richtung (CIRC) der offenen kreisförmigen Form angeordnet ist, und das erste Modul diametral gegenüberliegend zu dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form angeordnet ist.
In dieser Konfiguration wird, da das erste Modul diametral gegenüberliegend zu dem offenen Abschnitt der offenen kreisförmigen Form angeordnet ist, eine Wärmeausstrahlung des ersten Moduls von dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form unterdrückt. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem ersten Modul, das einen Zustand (Anomalität) der Statorspule erfasst, und dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form, lang, so dass Wärme nur unter Schwierigkeiten von dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form ausgestrahlt wird, wenn das erste Modul Wärme erzeugt. Der Abstand, der vorstehend beschrieben ist, bezieht sich auf einen Abstand, über den Wärme durch die Steuerungsplatine übertragen wird.
Zusätzlich wird, da das zweite Modul zwischen dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form und dem ersten Modul angeordnet ist, eine Übertragung der Wärme durch die dazwischen angeordneten zweiten Module blockiert, selbst wenn die Wärme zu dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form übertragen wird, wenn das erste Modul Wärme ausstrahlt. Als Ergebnis wird eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit, mit der ein Zustand (Anomalität) des ersten Moduls erfasst wird, unterdrückt.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer achten Ausgestaltung der Offenbarung ist mit der Steuerungsplatine, die den offenen Abschnitt der Kreisform aufweist, und Verbindungsteilen (31a, 31b) versehen, die die Schaltelemente, die die Statorspulen steuern, mit einem außenliegenden Verbindungsteil verbinden, das an dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form vorgesehen ist. In dieser Konfiguration können die Verbindungsteile ebenfalls zur Wärmeableitung an den offenen Abschnitt der kreisförmigen Form verwendet werden. Die Verbindungsteile weisen gute Wärmeableitungseigenschaften auf. Wenn ein Modul Wärme erzeugt, tritt die Wärmeübertragung durch das Verbindungsteil des Moduls auf. Als Ergebnis kann eine Wärmeableitungsfähigkeit an dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form erhöht werden und wird somit die Wirkung von Wärme aus den benachbarten Modulen auf das normal arbeitende Modul unterdrückt. Zusätzlich wird ebenfalls eine Unterdrückung eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit des Erfassungselements erzielt.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer neunten Ausgestaltung der Offenbarung ist mit den Leistungswandler versehen, der das Verbindungsteil und den Kühlkörper aufweist, die mit dem externen Verbindungsteil verbunden sind, das in ein Harzbehälter integriert ist. Die Steuerungsplatine und das Modul sind in dem Harzbehälter durch Vergießen von Harz ein gekapselt. In dieser Konfiguration verringert das vergossene Harz eine Wirkung der Umgebungstemperatur auf das Temperaturerfassungselement des Moduls. Zusätzlich unterdrückt, wenn ein Fremdkörper in dem Leistungswandler (Steuerungsgerät 3) existiert, das Füllmaterialteil Kontakt oder eine Kollision des Fremdkörpers mit anderen Komponenten darin. Als Ergebnis kann eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit des Erfassungselements ebenfalls unterdrückt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine mit integriertem Steuerungsgerät gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
2 zeigt einen Querschnitt, der entlang einer Linie II-II gemäß 1 genommen ist,
3 zeigt eine Draufsicht, die ein Behälterteil veranschaulicht, aus einer Seite betrachtet, die einer Seite gegenüberliegt, in der die rotierende elektrische Maschine enthalten ist, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
4 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie IV-IV gemäß 3 genommen ist,
5 zeigt eine Draufsicht, die das Behälterteil von der Seite aus betrachtet veranschaulicht, in der die rotierende elektrische Maschine montiert ist,
6 zeigt eine Draufsicht, die ein Befestigungsteil von der Seite aus betrachtet veranschaulicht, die der Seite gegenüberliegt, die rotierende elektrische Maschine enthält,
7 zeigt eine Seitenansicht, die das Befestigungsteil veranschaulicht,
8 zeigt eine Draufsicht, die das Befestigungsteil von der Seite aus betrachtet veranschaulicht, in der die rotierende elektrische Maschine montiert ist,
9 zeigt eine Draufsicht, die das Befestigungsteil von der Seite aus betrachtet veranschaulicht, die der Seite gegenüberliegt, die die rotierende elektrische Maschine enthält,
10 zeigt eine Darstellung, die eine Seitenansicht eines zweiten Befestigungsteils veranschaulicht,
11 zeigt eine Draufsicht, die das zweite Befestigungsteil von einer Seite aus betrachtet veranschaulicht, in der die rotierende elektrische Maschine montiert ist,
12 zeigt eine Draufsicht, die einen Kühlkörper für ein Leistungsmodul von der Seite aus betrachtet veranschaulicht, die der Seite gegenüberliegt, die die rotierende elektrische Maschine enthält,
13 zeigt eine Darstellung einer Seitenansicht des Kühlkörpers für das Leistungsmodul,
14 zeigt eine Draufsicht, die den Kühlkörper für das Leistungsmodul von der Seite aus betrachtet veranschaulicht, in der die rotierende elektrische Maschine montiert ist,
15 zeigt eine Draufsicht, die das Behälterteil mit den (daran) angeordneten Leistungsmodul von der Seite aus betrachtet veranschaulicht, die der Seite gegenüberliegt, die die rotierende elektrische Maschine enthält,
16 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie XVI-XVI gemäß 15 genommen ist,
17 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die das Behälterteil mit einer daran angeordneten Verdrahtungsplatine von der Seite aus betrachtet veranschaulicht, die der Seite gegenüberliegt, die die rotierende elektrische Maschine enthält,
18 zeigt eine Querschnittsdarstellung zwischen einem Pfeil XVIII-XVIII gemäß 17,
19 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die einen Magnetkreis, der an einer Verdrahtungsplatine montiert ist, und eine Umgebung des Kühlkörpers für den Magnetkreis-IC veranschaulicht,
20 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die einen an der Verdrahtungsplatine montierten Mikrocomputer und die Umgebung des Kühlkörpers für den Mikrocomputer veranschaulicht,
21 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die ein Steuerungsgerät eines Ladeteils in einem geladenen Zustand veranschaulicht,
22 zeigt eine Darstellung, die eine Schaltung einer rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
23 zeigt eine Darstellung, die einen Schaltkreis einer rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer modifizierten Form 1 veranschaulicht, und
24 zeigt eine Darstellung, die eine Schaltung einer rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß einer modifizierten Form 2 veranschaulicht,
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Eine rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel für eine rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung gezeigt, die in einem Fahrzeug montiert ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 1 bis 22 beschrieben.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Gerät, das eine Antriebskraft zum Antrieb eines Fahrzeugs unter Verwendung einer elektrischen Leistung erzeugt, die aus einer in einem Fahrzeug montierten Batterie B (die in einer Anzahl von Zeichnungen weggelassen ist) zugeführt wird. Das Gerät erzeugt ebenfalls elektrische Leistung zum Laden der Batterie B durch Zufuhr von Antriebskraft von einer Kraftmaschine des Fahrzeugs. Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 (die nachstehend auch als integrierte rotierende elektrische Maschine 1 bezeichnet ist) ist mit einer rotierenden elektrischen Maschine und einem Steuerungsgerät 3 versehen.
1 zeigt eine Draufsicht der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einer Seite aus betrachtet, die einer Seite gegenüberliegt, die eine rotierende elektrische Maschine enthält. Die Seite, in die die rotierende elektrische Maschine enthalten ist (speziell die Seite, in der die rotierende elektrische Maschine montiert ist) wird als "2a" bezeichnet, und die gegenüberliegende Seite davon wird nachstehend als "2b"bezeichnet. 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie II-II in 1 genommen ist.
(Rotierende elektrische Maschine)
Die rotierende elektrische Maschine 2 erzeugt die Antriebskraft zum Antrieb eines Fahrzeugs durch die elektrische Leistungsversorgung. Die rotierende elektrische Maschine erzeugt ebenfalls die elektrische Leistung zum Laden der Batterie durch eine Antriebskraft, die von der Kraftmaschine zugeführt wird. Die rotierende elektrische Maschine 2 ist mit einem Gehäuse 20, einem Stator 21, einem Schleifring 23, einer Bürste 24 und einem Magneten zur Drehwinkelerfassung 25 versehen.
Das Gehäuse 20 nimmt den Stator 21 und einen Rotor zwei 20 auf und stützt ebenfalls den Rotor 22 in einem drehbaren Zustand. Das Steuerungsgerät 3 ist fixiert. Das Gehäuse 20 ist mit einem bogenförmigen Eingriffsteil 20a versehen, dass in Eingriff mit dem Steuerungsgerät 3 ist, wenn der Steuerungsgerät 3 fixiert ist.
Der Stator 21 konfiguriert einen Abschnitt eines Magnetpfades und erzeugt ebenfalls ein drehendes Magnetfeld durch Fluss eines Stroms. Der Stator 21 ist mit einem Statorkern 21a und zwei Sätzen von Statorspulen 21b und 21c versehen.
Der Stator 22 konfiguriert einen Teil des Magnetpfades und formt ebenfalls einen Magnetpol aufgrund eines fließenden Stroms. Der Stator 22 ist mit einer Drehwelle 22a, einem Rotorkern 22b und einer Rotorspule 22C versehen.
Der Schleifring 23 und die Bürste 24 führen der Rotorspule 22c einen Gleichstrom (DC) zu. Der Schleifring 23 ist an einer äußeren umlaufenden Oberfläche der Drehwelle 22a über ein Isolierelement 23a befestigt. Die Bürste ist in einer Bürstenhalteeinrichtung 24b gehalten, und wird an einer Seite der Drehwelle 22a über eine Feder 24a gepresst, wobei eine Endoberfläche davon in engen Kontakt mit einer äußeren Umfangsoberfläche des Schleifrings 23 ist.
Der Magnet zur Drehwinkelerfassung 25 erzeugt ein Magnetfeld zur Erfassung eines Drehwinkels des Rotors 22. Der Magnet zur Drehwinkelerfassung 25, der in einer Magnethalteeinrichtung 25a gehalten ist, ist an einem Endabschnitt der Drehwelle 22a in axialer Richtung befestigt.
(Steuerungsgerät)
Das Steuerungsgerät 3 steuert die der rotierenden elektrischen Maschine 2 aus der Batterie B zugeführte elektrische Leistung zur Erzeugung der Antriebskraft der rotierenden elektrischen Maschine 2. Das Steuerungsgerät 2 wandelt ebenfalls die durch die rotierende elektrische Maschine 2 erzeugte elektrische Leistung um und führt die umgewandelte Leistung der Batterie B zu. Die Steuerungseinrichtung 3 ist äquivalent zu einem Leistungswandler.
Wie es in 1 bis 3 und 17 jeweils gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 3 mit einer Verdrahtungsplatine 30, Leistungszufuhrverdrahtungsabschnitten 31a, 31b, einem Statorverdrahtungsabschnitt 31c (fixierter Verdrahtungsabschnitt), einem Rotorverdrahtungsabschnitt 31d, einem Verdrahtungsabschnitt zur externen Kommunikation 31e, einer Drehwinkelerfassungsschaltung IC32, Leistungsmodulen 33, (33A, 33B, 33C), einer Feldsystemschaltung IC34, einem Mikrocomputer 35, einem Behälterteil 36a, Befestigungsteilen 36b und 36c, einem Deckelteil 36d, einem Kühlkörper 37 (37A, 37B, 387C) für die jeweiligen Leistungsmodule 33 (33A, 33B, 33C), einem Kühlkörper für eine Feldsystemschaltung 37D, einem Kühlkörper für einen Mikrocomputer 37E und einem Füllelement 38 versehen.
3 zeigt eine Draufsicht des Behälterteils 36a der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 von der Seite 2b der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus betrachtet. 17 zeigt das Behälterteil 36a mit der daran positionierten Verdrahtungsplatinen von der Seite 2b der rotierenden elektrischen Maschine aus betrachtet.
Die Verdrahtungsplatine 30 ist eine Innenverdrahtungsabschnittsplatine zur Verbindung der Drehwinkelerfassungsschaltung IC32, der Leistungsmodule 33A, 33B und 33C, der Feldsystemschaltung IC34 und des Mikrocomputers 35. Die Verdrahtungsplatine 30 formt ein Verdrahtungsmuster auf einer Oberfläche und einer inneren Schicht davon. Die Verdrahtungsplatine 30 ist äquivalent zu einer Steuerungsplatine, und die Leistungsmodule 33 (33A, 33B, 33C) sind äquivalent zu einem Modul.
Die Verdrahtungsplatine 30 ist geformt, um sich in senkrechter Richtung zu einer vorspringenden Richtung der Drehwelle 22a der rotierenden elektrischen Maschine 2 zu erstrecken, und formt zum Teil eine offene kreisförmige Form. Der sogenannte "offene Kreis" bezieht sich auf einen Teil eines Umlaufs mit einem offenen Abschnitt. Genauer fehlt der offenen kreisförmigen Form ein umlaufender Teil und formt beispielsweise eine C-Form und eine U-Form. Zusätzlich kann die kreisförmige Form, bei der der Umlaufteil der offenen kreisförmigen Form fehlt, eine Mitte nicht erzielen (einen zentralen Teil nicht erreichen). Das heißt, dass der offene Kreis derart konfiguriert sein kann, dass er einen fehlenden Teil von einem äußeren umlaufenden Ende zu einer Zentralrichtung hin aufweist.
Leistungszufuhrverdrahtungsabschnitte 31a und 31b sind externe Verdrahtungsabschnitte zu Verbindung eines Leistungsversorgungverbinders der Verdrahtungsplatine 30 und eines Leistungsversorgungsanschlusses der Leistungsmodule 33A, 33B und 33C mit der Batterie B, die außerhalb des Behälterteils 36a angeordnet sind, wie es in 3 und 4 gezeigt ist. Die Leistungsversorgungsverdrahtungsabschnitte 31a und 31b sind aus einem leitenden Metall hergestellt. Die Leistungsversorgungsverdrahtungsabschnitte 31a und 31b können beispielsweise aus einem Kupferblech oder einem Stahlblech sein, die in einer gekrümmten Form geformt sind. Eine Querschnittsdarstellung über die Linie IV-IV in 3 ist in 4 gezeigt.
Die Leistungszufuhrverdrahtungsabschnitte 31a und 31b sind in das Behälterteil 36a eingesetzt, das die Verbinder 31f und 31g der Verdrahtungsplatine 30 sowie die Verbinder 31h und 31i der Leistungsmodulen 33A, 33B und 33C innerhalb des Behälterteils 36a freigelegt und ebenfalls die Verbinder 31j und 31k der Batterie B außerhalb des Behälterteils 36a freigelegt aufweist.
Der Leistungszufuhrverdrahtungsabschnitt 31b springt von dem offenen Abschnitt der offenen kreisförmigen Form der Verdrahtungsplatine 30 vor, und ein (nicht gezeigter) Verbindungsanschluss, der eine außenliegende Batterie B mit einem Endabschnitt des Leistungszufuhrverdrahtungsabschnitts 31b verbindet, kann ebenfalls an einem vorderen Ende davon vorgesehen sein. Der Verbindungsanschluss ist aus einem leitenden Metall zur Verbindung mit der Batterie B, beispielsweise aus einem Kupferblech oder einem Stahlblech in einer gekrümmten Form hergestellt. Der Verbindungsanschluss ist vorzugsweise aus einem gekrümmten Stahlblech geformt. Durch Bereitstellen des aus einem Stahlblech geformten Verbindungsanschlusses kann dieses immer noch starr an einem außenliegenden Anschluss befestigt werden, um die externe Batterie B anzuschließen, selbst wenn das Leistungszufuhrverdrahtungsteil 31b aus einem flexiblen Metall wie Kupfer geformt ist. In diesem Fall ist der Verbindungsanschluss vorzugsweise mit dem Leistungszufuhrverdrahtungsteil 31b angeordnet, dass innerhalb des Behälterteils 36a eingesetzt ist.
Der Statorverdrahtungsabschnitt mit 31c ist ein externer Verdrahtungsabschnitt, der aus einem leitenden Metall geformt ist, um einen Ausgangsanschluss der Leistungsmodule 33A, 33B mit den Statorspulen 21b und 21c zu verbinden, die außerhalb des Behälterteils 36a angeordnet sind. Der Statorverdrahtungsabschnitt 31c ist beispielsweise ein Kupferblech oder ein Stahlblech in einer gekrümmten Form. Zusätzlich ist der Statorverdrahtungsabschnitt 31c in das Behälterteil 36a mit einem Verbinder 31l der Leistungsmodule 33A, 33B und 33C, die innerhalb des Behälterteils 36a freiliegen, und einem Verbinder 31m der Statorspule 21b eingesetzt, der außerhalb des Behälterteils 36a freigelegt ist. 5 zeigt eine Draufsicht des Behälterteil 36a von einer Seite aus betrachtet, in der die rotierende elektrische Maschine montiert ist.
Der Rotorverdrahtungsabschnitt 31d ist ein externer Verdrahtungsabschnitt und ist aus einem leitenden Metall geformt, um einen Rotorspulenverbinder der Verdrahtungsplatine 30 mit der Rotorspule 22c, die außerhalb des Behälterteils 36a vorgesehen ist, über die Bürste 24 und den Schleifring 23 zu verbinden. Der Rotorverdrahtungsabschnitt 31d kann beispielsweise aus einem Kupferblech oder einem Stahlblech mit einer gekrümmten Form geformt sein. Der Rotorverdrahtungsabschnitt 31d ist in das Behälterteil 36a mit einem mit der Verdrahtungsplatine 30 verbundenen Verbinder 31n, der innerhalb des Behälterteils 36a freigelegt ist, und einem mit der Bürste 24 verbundenen Verbinder 31o eingesetzt, der außerhalb des Behälterteils 36aA frei liegt.
Der Verdrahtungsabschnitt zur externen Kommunikation 31e ist ein externer Verdrahtungsabschnitt, der aus einem leitenden Metall hergestellt ist, um den externen Kommunikationsabschnitt der Verdrahtungsplatine 30 mit einer außerhalb liegenden Vorrichtung zu verbinden, die außerhalb des Behälterteils 36a vorgesehen ist. Der Verdrahtungsabschnitt zur externen Kommunikation ist beispielsweise eine Kupferplatte oder eine Stahlplatte in einer gekrümmten Form. Zusätzlich ist der Verdrahtungsabschnitt zur externen Kommunikation 31e in das Behälterteil 36a mit einem mit der Verdrahtungsplatine 30 verbundenen Verbinder 31p, der innerhalb des Behälterteils 36a freiliegt, und einem mit der außerhalb liegenden Vorrichtung verbundenen Verbinder 31q, der außerhalb des Behälterteils 36a freilegt, eingesetzt.
Die Drehwinkelerfassungsschaltung IC32 ist eine elektronische Komponente, die eine Schaltung zur Erfassung eines Drehwinkels des Rotors 22 anhand des durch den Magneten zur Drehwinkelerfassung 25 erzeugten Magnetfeldes ist. Die Drehwinkelerfassungsschaltung IC32 ist auf der Verdrahtungsplatine 30 vorgesehen.
Das Leistungsmodul 33 ist eine elektronische Komponente, die eine Wechselrichterschaltung konfiguriert. Das Leistungsmodul 33 ist mit einer Vielzahl von vier Schaltelementen (MOSFETs 33a bis 33d), einer Diode 33e und einem Temperaturerfassungselement 33f versehen. Das Leistungsmodul 33 wird durch einen Mikrocomputer 35 gesteuert, das einen aus der Batterie B zugeführten Gleichstrom (DC) in einen Drei-Phasen-Wechselstrom umwandelt und ebenfalls den Drei-Phasen-Wechselstrom den Statorspulen 21b und 21c durch Schalten der Schaltelemente (MOSFETs 33a bis 33d) zu einer vordefinierten zeitlichen Steuerung zuführt. Außerdem wird der aus den Statorspulen 21b und 21c zugeführter Drei-Phasen-Wechselstrom durch die Diode 33e in einen Gleichstrom (DC) umgewandelt und der Batterie B zugeführt, indem das Schalten des Schaltelements (MOSFETS 33a bis 33d) beendet wird.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die drei Leistungsmodule 33A, 33B und 33C als das Leistungsmodul 33 vorgesehen. 22 zeigt ein Schaltbild der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Das Leistungsmodul 33A weist 4 Schaltelemente (MOSFET 33Aa bis 33Ad) auf. Die jeweiligen MOSFETs 33Aa und 33Ab sind in Reihe geschaltet, und die jeweiligen MOSFETs 33Ac und 33Ad sind in Reihe geschaltet. Sources der MOSFETs 33Aa und 33Ac sind jeweils mit einem Drain jeweiligen MOSFETs 33Aba und 33Ad verbunden. Von den zwei in Reihe geschalteten MOSFETs 33Aa und 33Ab ist der MOSFET 33Aa ein Schaltelement auf einer Hochspannungsseite und ist der MOSFET 33Ab ein Schaltelement auf einer Niedrigspannungsseite. Das Leistungsmodul 33A ist äquivalent zu zumindest einem Modul oder einem ersten Modul.
Das Leistungsmodul 33B weist 4 Schaltelemente (MOSFET 33Ba bis 33Bd) auf. Die jeweiligen MOSFETs 33Ba und 33Bb sind in Reihe geschaltet, und die jeweiligen MOSFETs 33Bc und 33Bd sind in Reihe geschaltet. Sources der MOSFETs 33Ba und 33Bc sind jeweils mit einem Drain der jeweiligen MOSFETs 33Bb und 33Bd verbunden. Von den zwei in Reihe geschalteten MOSFETs 33Ba und 33Bb ist der MOSFET 33Ba, der mit einer Positivpolseite der Batterie B verbunden ist, ein Schaltelement für die Hochspannungsseite, und ist der MOSFET 33Bb ein Schaltelement für die Niedrigspannungsseite. Das Leistungsmodul 33B ist äquivalent zu einem zweiten Modul.
Das Leistungsmodul 33C weist 4 Schaltelemente (MOSFET 33Ca bis MOSFET 33Cd) auf. Die jeweiligen MOSFETS 33Ca und 33Cb sind in Reihe geschaltet, und die jeweiligen MOSFETs 33Cc und 33Cd sind in Reihe geschaltet. Sources (Leistungsquelle) der MOSFETs 33Ca und 33Cc sind jeweils mit einem Drain der jeweiligen MOSFETs 33Cb und 33Cd verbunden. Von den zwei in Reihe geschalteten MOSFETs 33Ca und 33Cb ist der MOSFET 33Ca, der mit einer positiven Elektrode der Batterie B verbunden ist, ein Schaltelement für die Hochspannungsseite, und ist der MOSFET 33Cb das Niedrigspannungsschaltelement. Das Leistungsmodul 33C ist äquivalent zu dem zweiten Modul.
Wie es in 22 gezeigt ist, verbindet das Leistungsmodul 33A jeden der jeweiligen MOSFETs 33Aa und 33Ab mit einem Satz von Drei-Phasen-Statorspulen 21b und die jeweiligen MOSFETs 33Ac und 33Ad mit einem anderen Satz der Drei-Phasen-Statorspulen 21c. Insbesondere steuert das Leistungsmodul 33A zwei Sätze der Drei-Phasen-Statorspulen 21b und 21c.
Das Leistungsmodul 33B verbindet die MOSFETs 33Ba bis 33Bd mit einem Satz der Drei-Phasen-Statorspulen 21b. Das Leistungsmodul 33C verbindet die MOS-FETs 33Ca bis 33Cd mit dem anderen Satz der Statorspulen 21c. Insbesondere steuert jedes der Leistungsmodule 33B und 33C einen unterschiedlichen Satz der Drei-Phasen-Statorspulen 21b und 21c.
Temperaturerfassungselemente 33Af, 33Bf und 33Cf, die in den jeweiligen Leistungsmodulen 33A, 33B und 33C montiert sind, erfassen eine Temperatur des Moduls, in dem das Temperaturerfassungselement angeordnet ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Diode für die Temperaturerfassungselemente 33Af, 33Bf und 33Cf verwendet, jedoch kann ebenfalls eine herkömmliche Bauart verwendet werden. Die Temperaturerfassungselemente 33Af, 33Bf und 33Cf sind äquivalent zu Erfassungselementen. Eine Montageposition der Temperaturerfassungselemente 33Af, 33Bf und 33Cf in den jeweiligen Leistungsmodulen 33A, 33B, und 33C ist nicht begrenzt. Das heißt, dass die Temperaturerfassungselemente 33Af, 33Bf und 33Cf vorzugsweise in einer Mitte (an der ein Abstand zu den Schaltelementen derselbe ist) der 4 Schaltelemente (MOSFETs 33a bis 33d) vorzugsweise montiert sind.
Die Art der Montage der Temperaturerfassungselemente 33Af, 33Bf und 33Cf in den Leistungsmodulen 33A, 33B und 33C ist nicht auf die beschriebene Art begrenzt. Beispielsweise können, wenn die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C durch Harz mit anderen elektronischen Komponenten wie die Schaltelemente (MOSFETs 33a bis 33d) vergossen sind, die Temperaturerfassungselemente in engem Kontakt mit dem Gußharz (den Komponenten, die an dem Harz angehaftet sind) angeordnet werden, selbst wenn die Temperaturerfassungselemente 33Af, 33Bf und 33Cf einheitlich vergossen sind.
Die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C sind entlang der Umlaufsrichtung (CIRC) des offenen Kreises der Verdrahtungsplatine 30 angeordnet. Die Leistungsmodule sind in der jeweiligen Reihenfolge 33B, 33A, 33C von einem Ende der Umlaufsrichtung (CIRC) des offenen Kreises der Verdrahtungsplatine bis zu einem zweiten Ende davon angeordnet (wie es in 15 gezeigt ist, im Uhrzeigersinn).
Das heißt, dass es Leistungsmodul 33A diametral entgegengesetzt zu dem offenen Abschnitt des offenen Kreises der Verdrahtungsplatine 30 angeordnet ist. Die Leistungsmodule 33B und 33C sind an beiden Seiten des Leistungsmoduls 33A in einer Umlaufsrichtung (CIRC) davon angeordnet. Die Schaltelemente (MOSFET 33Aa bis 33Ab und 33Ba bis 33Bd), die die Drei-Phasen-Statorspulen 21b steuern, sind auf einer oberen Seite der Linie IV-IV von 3 angeordnet. Die Schaltelemente (MOSFET 33Ac bis 33Ad und 33Ca bis 33Cd), die den Satz der Drei-Phasen-Statorspule 21c steuern, sind auf einer unteren Seite angeordnet, die unter der Linie IV-IV von 3 genommen ist.
Die Feldsystemschaltung IC34 ist eine elektronische Komponente, die eine Schaltung zur Zufuhr eines Gleichstroms zu der Rotorspule 22C ist, die durch die Mikrocomputer 35 gesteuert wird.
Der Mikrocomputer 35 ist eine elektronische Komponente, die die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C sowie die Feldsystemschaltung IC34 auf der Grundlage eines Befehls, der von außerhalb zugeführt wird, und eines erfassten Ergebnisses der Drehwinkelerfassungsschaltung IC32 steuert. Der Mikrocomputer 35 arbeitet entsprechend einem vorab aufgezeichneten Programm und steuert die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C und die Feldsystemschaltung IC34.
Ein erfasste Signal wird aus den in den Leistungsmodulen 33A, 33B und 33C angeordneten Temperaturerfassungselementen 33Af, 33Bf und 33Cf zugeführt, und der Mikrocomputer 35 erfasst einen Zustand der Leistungsmodule 33A, 33B und 33C.
Genauer wird, wenn das (in dem Leistungsmodul 33A angeordnete) Temperaturerfassungselement 33Af eine anormale Temperatur in dem Leistungsmodul 33A erfasst, zumindest einer der zwei Sätze der Statorspulen als anormal bestimmt. Zusätzlich werden, wenn die Temperaturerfassungselemente 33Bf und 33Cf, die in den jeweiligen Leistungsmodulen 33B und 33C angeordnet sind, ebenfalls eine anormale Temperatur in einem der Leistungsmodule 33B und 33C erfassen, zusätzlich zu den erfassten Ergebnissen des Leistungsmoduls 33A, die entsprechenden Sätze der Statorspulen als anormal bestimmt.
Es sei bemerkt, dass die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C, die Feldsystemschaltung IC34 und der Mikrocomputer 35 während deren Betrieb Wärme erzeugen. Im Übrigen sind die Feldsystemschaltung IC34 und der Mikrocomputer 35 elektronische Komponenten, die wenig Wärme erzeugen, das heißt, dass eine erzeugte Wärmemenge niedrig ist. Im Gegensatz dazu sind die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C elektronische Komponenten, die eine große Wärme erzeugen, die eine größere Wärmemenge als die Feldsystemschaltung IC34 und der Mikrocomputer 35 erzeugen. Die vorstehend beschriebenen wärmeerzeugenden Komponenten sind mit den Kühlkörpern 37A bis 37E ausgerüstet, deren Spezifikationen später beschrieben sind.
Das Behälterteil 36a ist aus Harz geformt und bringt die Drehwinkelerfassungsschaltung IC32, die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C, Feldsystemschaltung IC34 und den Mikrocomputer 35 unter, wie es in 2 bis 5 und 15 bis 21 gezeigt ist. Das Behälterelement 36a ist mit einem Unterteil 36e, einem Umfangswandabschnitt 36f, einem Öffnungsteil 36g und einem Eingriffsteil 36h versehen. Das Unterteil 36e ist ein plattenförmiger Abschnitt. Der Umfangs wandabschnitt 36f ist ein zylindrischer Abschnitt, der auf einer Oberflächenseite des Unterteils 36e geformt ist. Das Eingriffsteil 36h ist ein bogenförmiger Teil, der auf einer zweiten Oberflächenseite des Unterteils geformt ist, der in Eingriff mit dem Eingriffsteil 20a des Gehäuses 39 ist, wenn die rotierende elektrische Maschine 2 installiert ist.
15 zeigt eine Draufsicht des Behälterteils 36a mit den in dem Behälterteil 36a angeordneten Leistungsmodulen 33A, 33B und 33C von der Seite 2b, die die Seite ist, die der Seite 2a gegenüberliegt, der rotierenden elektrischen Maschine aus betrachtet. 16 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die entlang der Linie XVI-XVI genommen ist.
Die Befestigungsteile 36b und 36c sind aus Metall gebildete Teile, die das Behälterteil 36a an das Gehäuse 20 befestigen. Zusätzlich leiten die Befestigungsteile 36b und 36c ebenfalls Wärme ab, die durch die rotierende elektrische Maschine erzeugt wird. Die Teile 36b und 36c sind beispielsweise aus Aluminium gebildet.
Wie es in 6 bis 8 gezeigt ist, ist das Befestigungsteil 36b mit einem Hauptkörperabschnitt 36i, einem Rippenteil 36j und einem Lochabschnitt 36k versehen. Zusätzlich ist, wie es in 9 bis 11 gezeigt ist, das Befestigungsteil 36c mit einem Hauptkörperabschnitt 36l, einem Rippenteil 36m und einem Lochabschnitt 36n versehen. Die Hauptkörperabschnitte 36i und 36l sind plattenförmigen Abschnitte. Die Rippenteile 36j und 36m sind dünne Plattenabschnitte, die in einer Vielzahl gebildet sind, die zu festen Intervallen auf einer Oberflächenseite der Hauptkörperabschnitte 36i und 36l positioniert sind. Die Lochabschnitte 36k und 36n, die auf den Hauptkörperabschnitten 36i und 36l gebildet sind, sind Öffnungen, in denen ein Bolzen, der das Behälterteil 36a an das Gehäuse 20 befestigt, hindurch eingesetzt wird. Wie es in 5 gezeigt ist, sind die Befestigungsteile 36b und 36c in das Behälterteil 36a eingesetzt, wobei die Rippenteile 36j und 36m und die Lochabschnitte 36k und 36n nach außerhalb des Behälterteils 36a auf der Seite 2a freiliegen, auf der die rotierende elektrische Maschine montiert ist.
6 zeigt eine Draufsicht des Befestigungsteils 36b, die von der Seite 2b der rotierenden elektrischen Maschine aus betrachtet ist. 7 zeigt eine Seitenansicht des Befestigungsteils 36b. 8 zeigt eine Draufsicht des Befestigungsteils 36b, die aus einer Seite betrachtet ist, in der die rotierende elektrische Maschine montiert ist. Zusätzlich zeigt 9 eine Draufsicht des Befestigungsteils 36c, die von der Seite 2b aus betrachtet ist, die der Seite 2a gegenüberliegt, auf der die rotierende elektrische Maschine montiert ist. 10 zeigt eine Seitenansicht des Befestigungsteils 36c, und 11 zeigt eine Draufsicht des Befestigungsteils 36c, die von der Seite aus betrachtet ist, auf der die rotierende elektrische Maschine montiert ist. Das Deckelteil 36d die ist eine Plattengestaltung, die aus Harz hergestellt ist, die das Öffnungsteil 36g abdeckt.
Der Kühlkörper 37A für das Leistungsmodul leitet Wärme, die durch das Leistungsmodulen 33A erzeugt wird, nach außerhalb des Behälterteils 36a ab. Genauer ist der Kühlkörper 37A aus einem Metall hergestellt, um eine große Wärmemenge abzuleiten, die durch Komponenten erzeugt wird, die hohe Wärme erzeugen. Beispielsweise ist der Kühlkörper 37A aus Aluminium gebildet. Die Kühlkörper 37B und 37C sind jeweils an den jeweiligen Leistungsmodulen 33B und 33C montiert.
Wie es in 12 bis 14 gezeigt ist, ist der Kühlkörper 37A für das Leistungsmodul mit einem Hauptkörper 37Aa und einem Rippenteil 37Ab versehen. Der Hauptkörper 37Aa ist ein plattenförmiger Abschnitt. Der Rippenteil 37Ab ist ein dünner Plattenabschnitt, der in Vielzahl gebildet ist, die zu festen Intervallen auf einer Oberflächenseite der Hauptkörperabschnitte 36i und 36l positioniert sind. Der Kühlkörper 37A für das Leistungsmodulen ist elektrisch isoliert und in das Unterteil 36e eingesetzt, wobei eine zweite Oberfläche des Hauptkörperabschnitts 38Aa innerhalb des Behälterteils 36a freigelegt ist und ebenfalls das Rippenteil 37Ab außerhalb des Behälterteils 36a an der Seite (2a) der rotierenden elektrischen Maschine 2 freigelegt ist. Die Kühlkörper 37B und 37C für die jeweiligen Leistungsmodule 33B und 33C weisen dieselbe Konfiguration wie der Kühlkörper 387A für das Leistungsmodul 33A auf. Das heißt, dass der Kühlkörper 37B für das Leistungsmodul 33B mit einem Hauptkörperabschnitts 37Ba und einem Rippenteil 37Bb versehen ist. Der Kühlkörper 37C für das Leistungsmodul 33C ist mit einem Hauptkörperabschnitt 37Ca und einem Rippenteil 37Cb versehen.
12 zeigt eine Draufsicht des Kühlkörpers 37A für das Leistungsmodul 33A von der Seite 2b der rotierenden elektrischen Maschine aus betrachtet. 13 zeigt eine Seitenansicht des Kühlkörpers 37A für das Leistungsmodul 33A, und 14 zeigt eine Draufsicht des Kühlkörpers 37A für das Leistungsmodul 33A von der Seite aus betrachtet, auf der die rotierende elektrische Maschine montiert ist.
Der Kühlkörper 37D für die Feldsystemschaltung IC leitet Wärme, die durch die Feldsystemschaltung IC34 erzeugt wird, nach außerhalb des Behälterteils 36a ab. Das heißt, dass der Kühlkörper 37D aus Metall hergestellt ist und die niedrige erzeugte Wärme ableitet. Der Kühlkörper ist beispielsweise aus Aluminium hergestellt. Zusätzlich kann der Kühlkörper 37D für die Feldsystemschaltung IC gleich wie der Kühlkörper 37A für das Leistungsmodul 33A konfiguriert (geformt) sein. Genauer ist der Kühlkörper 37D mit einem Hauptkörperabschnitt 37Da und einem Rippenteil 37Db versehen.
Der Kühlkörper 37E des Mikrocomputers 35 leitet Wärme, die durch die Mikrocomputer 35 erzeugt wird, nach außerhalb des Behälterteils 36. ab. Der Kühlkörper 37E ist aus Metall hergestellt und leitet die niedrige erzeugte Wärme ab. Der Kühlkörper 37E ist beispielsweise aus Aluminium hergestellt. Der Kühlkörper 37E für den Mikrocomputer 35 kann genauso wie der Kühlkörper 37D die für die Feldsystemschaltung IC und der Kühlkörper 37A für das Leistungsmodul konfiguriert (geformt) sein. Das heißt, dass der Kühlkörper 37E mit einem Hauptkörperabschnitt 37Ee und einem Rippenteil 37Eb versehen ist.
Die Befestigungsteile 36b und 36c, die Kühlkörper 37A, 37B und 37C für die jeweiligen Leistungsmodul 33A, 33B und 33C, der Kühlkörper 37D für die Feldsystemschaltung IC und der Kühlkörper 37E für den Mikrocomputer 35 sind in das Behälterteil 36a, zwischen dem Harz, der das Behälterelement 36a bildet, mit einem Intervall eingesetzt, das jede Komponente voneinander trennt (d.h. in einem thermisch isolierten Zustand). Genauer wird die Wärmeübertragung durch jeden Kühlkörper reguliert.
Die Kühlkörper 37A, 37B und 37C für die Leistungsmodule, der Kühlkörper 37D für die Feldsystemschaltung IC und der Kühlkörper 37E für den Mikrocomputer 35 sind in dem Behälterteil 36a angeordnet, so dass eine gesamte Fläche des Behälterelement 36a kleiner als eine Fläche ist, die durch einen Umriss des Behälterteils 36a umgeben ist, wenn von der Seite 2a aus betrachtet, auf der die rotierende elektrische Maschine montiert ist. Zusätzlich sind die Befestigungsteile 36b und 36c in dem Behälterteil 36a angeordnet, so dass die gesamte Fläche des Behälterteils 36a kleiner als die gesamte Fläche der Kühlkörper 37A, 37B und 37C für die Module, des Kühlkörpers 37D für die Feldsystemschaltung IC und des Kühlkörpers 37E für den Mikrocomputer 35 ist, wenn von der Seite 2a aus betrachtet, auf der die rotierende elektrische Maschine montiert ist.
Das Leistungsmodul 33A ist derart angeordnet, dass es in Kontakt mit der zweiten Seite des Hauptkörperabschnitts 37Aa des Kühlkörpers 37A für das Leistungsmodul über ein thermisch leitendes Element 39 der Dünnplattengestaltung mit elektrisch isolierenden Eigenschaften ist. Der Leistungsquellenanschluss des Leistungsmoduls 33A ist mit jeden der Verbinder 31h und einem 31i der Leistungsquellenverdrahtungsabschnitte 31a und 31b und dem Verbinder 31l des Statorverdrahtungsabschnitts 31c verbunden. Die Leistungsmodule 33B und 33C sind ebenfalls mit einem Außenanschluss, der jeden der jeweiligen Kühlkörper 37B und 37C verbindet, zusätzlich zu dem Leistungsmodul 33A verbunden.
Die Drehwinkelerfassungsschaltung IC32 ist auf einer rückwärtigen Oberfläche der Verdrahtungsplatine 30 montiert. Die Feldsystemschaltung IC34 und der Mikrocomputer 35 sind auf einer Oberfläche der Verdrahtungsplatine 30 montiert. Die Verdrahtungsplatine 30 ist innerhalb des Behälterteils 36a befestigt und mit einem Signalanschluss der Leistungsmodule 33A, 33B und 33C verbunden, wie es in 18 gezeigt ist. Im Übrigen zeigt 18 eine Querschnittsdarstellung über eine Linie XVIII-XVIII gemäß 17.
Die Drehwinkelerfassungsschaltung IC32 ist an einer Position, die dem Magneten für die Drehwinkelerfassung 25 gegenüberliegt, und in der axialen Richtung angeordnet. Wie es in 19 gezeigt ist, ist die Feldsystemschaltung IC34 angeordnet, um in Kontakt mit einer zweiten Oberfläche des Hauptkörperabschnitts 37Da des Kühlkörpers 37D für die Feldsystemschaltung IC34 durch die Verdrahtungsplatine 30 zu sein. Wie es in 20 gezeigt ist, ist der Mikrocomputer 35 derart angeordnet, dass er in Kontakt mit der zweiten Oberfläche des Hauptkörperabschnitts 37Da des Kühlkörpers 37E ist.
19 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die die Feldsystemschaltung IC34 und den Kühlkörper 37D für die Feldsystemschaltung IC veranschaulicht. Zusätzlich zeigt 20 eine Querschnittsdarstellung, die den Mikrocomputer 35, der an der Verdrahtungsplatine 30 montiert ist, und den Kühlkörper 37E für den Mikrocomputer veranschaulicht.
Das Füllmaterial 38 ist ein Füllmaterial oder Gießharz, das elektrische Isoliereigenschaften aufweist, das innerhalb des Behälterteils 36a gefüllt ist, was eine Wasserwiderstandsfähigkeit für die Drehwinkelschaltung IC32, den Leistungsmodulen 33A, 33B und33C und die Feldsystemschaltung beispielsweise bereitstellt, die innerhalb des Behälterteils 36A untergebracht sind, wie es in 21 gezeigt ist. 21 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die das innerhalb des Behälterteils 36a gefüllten Füllmaterialteils 38 veranschaulicht.
Das Füllmaterialteil 38 ist innerhalb des Behälterteils 36a gefüllt. Das Füllmaterialteil 38 nimmt ebenfalls die Drehwinkelerfassungsschaltung IC32, die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C, die Feldsystemschaltung IC34 und den Mikrocomputer 35 innerhalb des Behälterteils 36a auf, die durch die Verdrahtungsplatine 30, die Leistungsquellenverdrahtungsteile 31a und 31b, den Statorverdrahtungsabschnitt 31c, dass Rotorverdrahtungsteil 31d und dem Verdrahtungsteil für externe Kommunikation 31e verbunden sind. Eine Öffnung 36g des Behälterteils 36a ist durch das Deckelteil 36d abgedeckt.
Das Steuerungsgerät 3 befestigt das Gehäuse 20 durch Eingreifen des Eingriffsteils 36h des Behälterteils 36a mit einem Eingriffsteil 20a der rotierenden elektrischen Maschine, und durch Befestigen des Bolzens 36o, der durch den Lochabschnitt 36c eingesetzt wird. Ein Anschlussteil 31t, das vorgesehen ist, um den positiven Anschluss der Batterie B anzuschließen, ist mit dem Leistungsquellenverdrahtungsteil 31a verbunden. Der Verbinder 31k des Leistungsquellenverdrahtungsteils 31a ist mit einem negativen Anschluss der Batterie B durch einen Fahrzeugkörper verbunden. Der Verbinder 31m des Statorverdrahtungsabschnitts 31c ist mit den Statorspulen 21b und 21c durch das Verdrahtungsteil 31r verbunden. Der Verbinder 31o des Rotorverdrahtungsteils 31d ist mit der Bürste 24 durch das Verdrahtungsteil 31s verbunden.
(Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine)
Nachstehend ist der Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung beschrieben.
(Wärmeableitung)
Es ist der Betrieb beschrieben, wenn eine Antriebskraft erzeugt wird, die das Fahrzeug antreibt. Der negative Anschluss der Batterie B ist mit dem Fahrzeug verbunden und mit dem Verbinder 31k des Leistungsquellenverdrahtungsteils 31b durch das Gehäuse 20 verbunden. Der positive Anschluss der Batterie B ist mit dem Verbinder 31j des Leistungsquellenverdrahtungsteils 31a über das Anschlussteil 31t verbunden, wenn ein Zündschalter des Fahrzeugs (der nicht gezeigt) eingeschaltet wird. Als Ergebnis wird ein Gleichstrom dem Leistungszufuhranschluss der Leistungsmodule 33A bis 33C durch die Verbinder 31h und 31i der Leistungsquellenteile 31a und 31b zugeführt. Gleichstrom wird der Verdrahtungsplatine 30 durch die Verbinder 31f und 31g der jeweiligen Leistungsquellen verdrahtungsteile 31a und 31b zugeführt, und ein Gleichstrom wird ebenfalls der Drehwinkelerfassungsschaltung IC32, der Feldsystemschaltung IC34 und dem Mikrocomputer 35 über das Verdrahtungsmuster der Verdrahtungsplatine 30 zugeführt.
Der Betrieb der Drehwinkelerfassungsschaltung IC32, der Feldsystemschaltung IC34 und des Mikrocomputers 35 werden durch Zufuhr des Gleichstroms initiiert. Die Drehwinkelerfassungsschaltung IC32 erfasst einen Drehwinkel des Rotors 22 anhand des durch den Magneten zur Drehwinkelerfassung 25a erzeugten Magnetfeldes.
Der Mikrocomputer 35 steuert die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C sowie die Feldsystemschaltung IC34 auf der Grundlage eines Befehls, der von außerhalb durch das Verdrahtungselement für externe Kommunikation 31e und des Verdrahtungsmusters der Verdrahtungsplatine 33 zugeführt wird, zusätzlich zu einem erfassten Ergebnis der Drehwinkelerfassungsschaltung IC32.
Die Verdrahtungsplatine 30 ist mit dem Verbinder 31n des Rotorverdrahtungsteils 31d verbunden. Der Verbinder 31o des Verdrahtungsteils 31d ist mit dem Bürstenteil 24 durch das Verdrahtungsteil 31s verbunden. Die Feldsystemschaltung IC34 wird durch den Mikrocomputer 35 gesteuert und führt einen Gleichstrom der Statorspule 22c durch das Verdrahtungsmuster der Verdrahtungsplatine 30, dem Rotorverdrahtungsabschnitt 31d, dem Verdrahtungsabschnitt 31s, der Bürste 24 und dem Schleifring 23 zu.
Die Verdrahtungsplatine 30 ist mit einem Signalanschluss der Leistungsmodule 33A, 33B und 33C verbunden. Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Leistungsmodule 33A, 33B und 33C sind mit dem Verbinder 31l des Statorverdrahtungsabschnitts 31c verbunden. Der Verbinder 31m des Statorverdrahtungsabschnitts 31c ist mit den Statorspulen 21b und 21c durch den Anschluss 31t verbunden. Die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C, die durch den Mikrocomputer 35 gesteuert werden, wandeln den zu dem Leistungsquellenanschluss zugeführten Gleichstrom in einen Drei-Phasen-Wechselstrom (AC) um und führen ebenfalls der Statorspule 21b den Drei-Phasen-Wechselstrom durch den Statorverdrahtungsabschnitt 31c und den Verbinder 31r zu. Als Ergebnis erzeugt die rotierende elektrische Maschine 2 die Antriebskraft zum Antrieb des Fahrzeugs.
(Laden)
Nachstehend ist der Betrieb beschrieben, wenn eine elektrische Leistung zum Laden der Batterie B erzeugt wird.
Durch Zufuhr der Antriebskraft aus der Kraftmaschine erzeugen die Statorspulen 21b und 21c einen Drei-Phasen-Wechselstrom. Der Mikrocomputer 35 beendet das Schalten der Schaltelemente der jeweiligen Leistungsmodule 33A, 33B und 33C. Die Dioden der jeweiligen Leistungsmodule 33A, 33B und 33C wandeln den aus den Statorspulen 21b und 21c durch den Verdrahtungsabschnitt 31r und dem Statorverdrahtungsabschnitt 31c zugeführten Drei-Phasen-Wechselstrom in Gleichstrom um und führen den Gleichstrom der Batterie B durch die Leistungsquellenverdrahtungsabschnitte 31a und 21b und dem Anschlussteil 31t zu. Als Ergebnis wird die Batterie B durch die erzeugte Leistungsquelle der rotierenden elektrischen Maschine 2 geladen. Im Übrigen kann der Mikrocomputer 35 die Schaltelemente der jeweiligen Leistungsmodule 33A, 33B und 33C auf der Grundlage des durch die Drehwinkelerfassungsschaltung IC32 erfassten Drehwinkels schalten und kann den Wechselstrom, der durch die Statorspulen einer 21b und 21b erzeugt wird, in Gleichstrom umwandeln.
(Bestimmung des Zustands)
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann einen Zustand der Leistungsmodule auf der Grundlage eines erfassten Signals aus den Temperaturerfassungselementen 33Af, 33Bf und 33Cf bestimmen, die in den jeweiligen Leistungsmodulen 33A, 33B und 33C angeordnet sind.
Insbesondere fließt Elektrizität zu den zwei Sätzen der Statorspulen 21b und 21c, wenn ein Wiederaufladen durchgeführt wird. Wenn die rotierende elektrische Maschine 1 normal arbeitet, wird die Temperatur von jedem der Leistungsmodule 33A, 33B und 33C eine vorbestimmte Temperatur nicht überschreiten. Wenn eine Anomalität in der rotierenden elektrischen Maschine 1 auftritt, steigt die Temperatur von zumindest einem der Leistungsmodule 33A, 33B und 33C an, und überschreitet die Temperatur eine vorbestimmte Temperatur. In einem Fall, in dem die Temperatur die vorbestimmte Temperatur überschreitet und weiter ansteigt, oder in einem Fall, in dem die Temperatur das Überschreiten der vorbestimmten Temperatur über eine lange Zeitdauer fortsetzt, verringert sich die elektrische Isolierfähigkeit der Statorspulen 21b und 21c, was wiederum zu einer Verringerung der erzeugten elektrischen Leistung führt, die die Batterie lädt.
Zusätzlich tritt, wenn eine Anomalität in einem der zwei Sätze der Statorspulen eine 201b und 21c auftritt, eine anormale Wärmeerzeugung in einen Kommunikationsweg der Statorspule auf, in der die Anomalität aufgetreten ist. Wenn beispielsweise die Anomalität in der Statorspule 21b auftritt, steigt die Temperatur der Leistungsmodule 33A und 33B, die die Statorspule 21b steuern, an und überschreitet die vorbestimmte Temperatur.
Zu diesem Punkt erfasst das in dem Leistungsmodul 33A montierte Temperaturerfassungselement 33Af eine anormale Temperatur davon. Der Mikrocomputer 25 bestimmt, dass eine Anomalität in zumindest einem der zwei Sätze der Statorspulen 21b und 21c auftritt, durch die Erfassung der anormalen Temperatur des Temperaturerfassungselements 33Af, dass in dem Leistungsmodul 33A montiert ist.
Das in dem Leistungsmodul 33B montierte Temperaturerfassungselement 33Bf erfasst eine anormale Temperatur des Leistungsmoduls 33B. Der Mikrocomputer 35 bestimmt eine Anomalität, die in dem entsprechenden Statorspulensatz (Statorspule 21b) auftritt, durch Erfassungsergebnisse der anormalen Temperatur des Leistungsmoduls 33B, zusammen mit Erfassungsergebnissen des Leistungsmoduls 33A.
[Wirkungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels]
Die Wirkungen der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
(Wirkung 1)
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die rotierende elektrische Maschine 2, die mit dem Stator 21, der zwei Sätze von Drei-Phasen-Statorspulen 21b und 21c aufweist, und dem Rotor 22 versehen ist, den Leistungswandler 3 (Steuerungsgerät 3), der die Steuerungsschaltung der rotierenden elektrischen Maschine 2 konfiguriert, die Steuerungsplatine (Verdrahtungsplatine 30), die mit den elektronischen Komponenten ausgerüstet ist, und die Vielzahl der Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) auf, die die Vielzahl der Schaltelemente aufweisen, die durch die Steuerungsschaltung gesteuert werden. Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 ist zumindest mit einem der Module (Leistungsmodul 33A), das mit den Schaltelementen (MOS-FETs 33Aa bis 33Ad) versehen ist, die die zwei unterschiedlichen Sätze von Statorspulen steuern, und dem Erfassungselement (Temperaturerfassungselement 33Af) konfiguriert, das den Zustand des Moduls (Leistungsmodul 33A) erfasst.
In der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert das zumindest eine der Module 33A zwei unterschiedliche Sätze der Statorspulen 21b und 21c. Zusätzlich wird der Zustand des zumindest einen der Module 33A durch das Temperaturerfassungselement erfasst. In diesem Beispiel kann durch Erfassung des Zustands des zumindest einen Moduls 33A durch ein einzelnes Temperaturerfassungselement der Zustand von zwei Sätzen der Statorspulen erfasst werden (ob es eine anormale Temperatur gibt oder nicht).
Dies zeigt, dass eine Erfassung eine Anomalität in der gesamten rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 durch Verwendung eines einzelnen Erfassungselements erfasst werden kann. In einer herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine steuert ein Modul einen Satz von Statorspulen, somit ist es notwendig, zwei Erfassungselemente vorzusehen, um eine Anomalität in einer gesamten Maschine zu erfassen. Entsprechend der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Erfassungselemente verringert werden. Zusätzlich ist es ebenfalls gezeigt, dass eine Anzahl der Kommunikationsanschlüsse des Mikrocomputers 35 und eine Anzahl von Verbindern des Mikrocomputers 35, mit denen die Erfassungselemente verbunden sind und zu denen die erfassten Ergebnisse gesendet werden, ebenfalls verringert werden können. Dies verringert wiederum die Sperrigkeit des Mikrocomputers 35 und der Hauptkörperstruktur der Steuerungsplatine (Verdrahtungsplatine 30), auf der der Mikrocomputer 35 montiert ist. Da weiterhin lediglich ein einzelnes Erfassungselement vorgesehen ist, kann eine Verarbeitungszeit, die zur Verarbeitung der erfassten Anomalität benötigt wird, verkürzt werden.
(Wirkung 2)
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist den Leistungswandler (Steuerungsgerät 3) auf, das das erste Modul (Leistungsmodul 33A), das die zwei unterschiedlichen Sätze der Statorspulen steuert, und die zweiten Module (Leistungsmodule 33B und 33C) auf, die denselben Satz der Statorspulen steuern.
Entsprechend der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann, wenn eine Anomalität in einen der zwei Sätze der Statorspulen auftritt, die Statorspule, in der die Anomalität aufgetreten ist, anhand der Erfassungsergebnisse für jedes des ersten Moduls (Leistungsmodul 33A) und der zweiten Module (Leistungsmodule 33B und 33C) bestimmt werden. Insbesondere kann zusätzlich zu Erfassung eine Anomalität in den zwei Sätzen der Statorspulen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Ort, an dem die Anomalität auftritt, ebenfalls erfasst werden.
(Wirkung 3)
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das erste Modul (Leistungsmodul 33A) auf, das mit dem Temperaturerfassungselement (33Af) als Erfassungselement versehen ist, dass die Temperatur davon erfasst.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Zustand des ersten Leistungsmoduls (Leistungsmodul 33A) durch Erfassung der Temperatur davon bestimmt. Das heißt, dass eine Anomalität davon leicht erfasst werden kann.
(Wirkung 4)
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die zweiten Module (Leistungsmodule 33B und 33C) auf, die mit den jeweiligen Temperaturerfassungselementen (33Bf und 33Cf) als Erfassungselemente versehen sind, die Temperaturen der zweiten Module (33B und 33C) erfassen.
Zusätzlich kann gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Zustand der zweiten Leistungsmodule (Leistungsmodule 33B und 33C) durch die Temperatur bestimmt werden, die in jedem der zweiten Leistungsmodule (33B und 33C) erfasst wird. Das heißt, dass eine Anomalität davon leicht erfasst werden kann. Insbesondere kann durch Kombinieren der dritten Wirkung mit der vierten Wirkung der Ort, an der eine Anomalität auftritt, leicht erfasst werden.
(Wirkung 5)
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedes der Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) mit den jeweiligen Kühlkörper (Kühlkörper für Leistungsmodule 37A, 37B und 37C) versehen und ist in einem thermisch isolierten Zustand von einem unterschiedlichen Modul angeordnet.
Als Ergebnis wird eine Wärmeübertragung eines benachbarten Moduls über die Kühlkörper (37A, 37B und 37C) auf jedes der Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) gemäß dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel unterdrückt. Als Ergebnis wird eine Verringerung der Genauigkeit der erfassten Ergebnisse der übertragenen Wärme ebenfalls unterdrückt.
(Wirkung 6)
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Steuerungsplatine (Verdrahtungsplatine 30) die offene kreisförmige Form auf und ist jedes der Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) in der Umlaufsrichtung (CIRC) davon angeordnet. Zumindest eines der Module (Leistungsmodul 33A) ist diametral entgegengesetzt zu dem offenen Abschnitt des Kreises positioniert.
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist zumindest eines der Module (Leistungsmodul 33A) auf, das an einer Position angeordnet ist, die nicht relativ nahe zu dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form ist. In diesem Fall wird, selbst wenn eine Wärmeableitung an dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form auftritt, eine Ableitung von Wärme aus dem zumindest einem der Module (Leistungsmodul 33A) aus dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form unterdrückt. Als Ergebnis wird die Verringerung der Erfassungsgenauigkeit des Erfassungselements unterdrückt.
Zusätzlich werden andere Module als das Leistungsmodul 33A (Leistungsmodule 33B und 33C) zwischen dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form angeordnet. In diesem Fall kann Wärme aus den anderen Modulen als das Leistungsmodul 33A, das heißt, Wärme aus den Leistungsmodulen 33B und 33C an dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form abgeleitet werden. Als Ergebnis wird eine Wirkung von Wärme aus dem Modul benachbart zu dem Leistungsmodul 33A unterdrückt.
(Wirkung 7)
Bei der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuerungsplatine (Verdrahtungsplatine 30) mit der kreisförmigen Form versehen, und ist jedes Modul (die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) entlang der offenen kreisförmigen Form angeordnet. Das erste Modul (Leistungsmodul 33A) ist symmetrisch zu dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form angeordnet.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann, da das erste Modul (Leistungsmodul 33A) in der diametral gegenüberliegenden Position gegenüber dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form in einer Umlaufsrichtung (CIRC) der Steuerungsplatine (Verdrahtungsplatine 30) angeordnet ist, eine Wärmeableitung des ersten Moduls (Leistungsmodul 33A) aus dem offenen Abschnitt verringert werden.
Das heißt spezifisch, dass ein Abstand zwischen dem ersten Modul (Leistungsmodul 33A), das den Zustand (Anomalität) der Statorspulen eine 21b und 21c erfasst, und dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form lang wird, und dass eine Übertragung von Wärme zu dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form schwierig wird. Als Ergebnis wird eine Wärmeübertragung zu dem offenen Abschnitt ebenfalls schwierig, selbst wenn das erste Modul (Leistungsmodul 33A) Wärme erzeugt. Die Distanz der Wärmeübertragung zwischen dem ersten Modul (Leistungsmodul 33A) und dem offenen Abschnitt hier bezieht sich auf einen Abstand dazwischen über die Steuerungsplatine.
Weiterhin sind die zweiten Module (Leistungsmodule 33B und 33C) zwischen dem ersten Modul (Leistungsmodul 33A) und dem offenen Abschnitt der in der Umlaufsrichtung der kreisförmigen Form positioniert. Als Ergebnis verhindert ein Positionieren des zweiten Moduls (Leistungsmodule 33B und 33C) dazwischen eine Wärmeübertragung, selbst wenn das erste Modul (Leistungsmodul 33A) Wärme erzeugt, oder wenn eine Wärmeübertragung in der Umlaufsrichtung zu dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form auftritt.
(Wirkung 8)
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Steuerungsplatine (Verdrahtungsplatine 30) die kreisförmige Form auf, und verbinden die Verbindungsabschnitte (Leistungsquellenverdrahtungsabschnitte 31a und 31b) die Schaltelemente (MOSFETs 33a bis 33d), die die Statorspulen 21b und 21c steuern, mit außerhalb liegenden Verbindungsabschnitten, die an dem offenen Abschnitt davon vorgesehen sind.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Verbindungsabschnitte (Leistungsquellenverdrahtungsabschnitte 31a und 31b) ebenfalls zur Wärmeableitung an dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form verwendet. Die Verbindungsabschnitte (Leistungsquellenverdrahtungsabschnitte 31a und 31b) weisen gute Wärmeableitungsfähigkeit auf, daher tritt, wenn die Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) Wärme erzeugen, eine Übertragung der Wärme durch die Verbindungsabschnitte (Leistungsquellenverdrahtungsabschnitte 31a und 31b) der Module auf. Das heißt, dass eine Wärmemenge, die aus dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form abgeleitet wird, erhöht werden kann. Als Ergebnis wird die Wirkung von Wärmeübertragung aus einem anderen Modul, das benachbart zu dem normal funktionierenden Modul ist, unterdrückt, und wird dementsprechend eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit des Erfassungselements ebenfalls unterdrückt.
(Wirkungen 9)
Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist den Leistungswandler (Steuerungsgerät 3) auf, das mit den Verbindungsabschnitte (Leistungsquellenverdrahtungsabschnitte 31a und 31b), die den äußeren Verbindungsabschnitt und die Kühlkörper (für die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) in dem Harzbehälterteil 36a verbinden, sowie Giessharz (Füllmaterialteil 38) zum Einkapseln der Steuerungsplatine (der Verdrahtungsplatine 30) und der Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) integriert ist.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Befüllen des Harzbehälters 36 mit dem Füllmaterial (Giessharz) die Temperaturerfassungselemente 33Af, 33Bf und 33Cf der jeweiligen Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) eine Wirkung einer umgebenen Temperatur davon verringern. Wenn weiterhin ein Fremdkörper innerhalb des elektrischen Leistungswandlers (Steuerungsgerät 3) existiert, unterdrückt das Füllmaterialteil 38 einen Kontakt oder eine Kollision des Fremdkörpers mit anderen Komponenten darin. Als Ergebnis wird eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit des Erfassungselements unterdrückt.
(Modifizierte Form 1)
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedes der Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) mit vier Schaltelementen versehen. Jedoch ist dies nicht auf die vorstehend beschriebene Struktur begrenzt. 23 zeigt ein Schaltbild der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß der modifizierten Form 1. Wie es in einem modifizierten Steuerungsgerät gemäß 23 gezeigt ist, kann jedes der Module beispielsweise mit zwei Schaltelementen versehen sein.
In der modifizierten Form 1 ist das Modul entsprechend dem Leistungsmodul 33A (oder das erste Modul) konfiguriert, die zwei unterschiedlichen Sätze der Statorspulen zu steuern. Die Module entsprechend den anderen Modulen 33B und 33C (die zweiten Module) können konfiguriert sein, Statorspulen aufzuweisen, die mit entweder einer unterschiedlichen Phase oder der gleichen Phase versehen sind.
Weiterhin ist in der modifizierten Form 1 jedes der Leistungsmodule (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) mit zwei Schaltelementen gezeigt, jedoch kann die Anzahl der Schaltelemente für jedes Leistungsmodul geändert werden. Beispielsweise können ein Leistungsmodul, das mit 4 Schaltelementen versehen ist, und ein Leistungsmodul, das mit 2 Schaltelemente versehen ist, in derselben Konfiguration verwendet werden. Außerdem weist die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß der modifizierten Form 1 dieselbe Konfiguration auf und zeigt dieselbe Wirkung wie die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
(Modifizierte Form 2)
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Steuerungsgerät 3 der Verdrahtungsplatine 30 derart montiert, dass die Kühlkörper 37A, 37B und 37C für die Leistungsmodule, die Wärme ableiten, die aus jedem der jeweiligen Leistungsmodule 33A, 33B und 33C erzeugt wird, in eine Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 2 vorspringen. Jedoch sind die Kühlkörper nicht auf die beschriebenen Montagepositionen begrenzt. Beispielsweise können, wie es in 24 gezeigt ist, die Kühlkörper mit der Verdrahtungsplatine 30 in umgekehrter Position montiert sein. Im Übrigen zeigt 24 eine Querschnittsdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1, die mit der Verdrahtungsplatine 30 in einer umgekehrten Position versehen ist. 24 zeigt dieselbe Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1, die in 2 gezeigt ist. Gemäß der modifizierten Form 2 ist die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 mit derselben Konfiguration versehen, die gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, und zeigt ebenfalls dieselbe Wirkung wie das bevorzugte Ausführungsbeispiel. Zusätzlich springt der Kühlkörper 37 in eine Richtung zu dem Behälterkörper 36a vor, und kann ein Ventilationskanal, der ein Durchlassen von Kühlluft erlaubt, vorgesehen werden. Als Ergebnis wird eine Kühlwirkung des Kühlkörpers 37 verbessert.
(Modifizierte Form 3)
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Temperaturerfassungselement als das Erfassungselement zur Erfassung des Zustands des Moduls (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) verwendet, jedoch ist die Bestimmung eines Zustands der Leistungsmodule nicht auf die beschriebene begrenzt. Das heißt, dass beispielsweise ein Erfassungselement, das einen Fluss eines Stroms oder eine Spannung erfasst, eingebaut werden kann. Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß der modifizierten Form 3 ist mit derselben Konfiguration versehen und zeigt dieselben Wirkungen, die gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
(Modifizierte Form 4)
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Bauart beschrieben, bei der jeder Kühlkörper mit einer eloxierten Schicht versehen ist, jedoch ist der Kühlkörper nicht auf die beschriebene Konfiguration begrenzt. Jeder Kühlkörper kann mit Aluminium, das eine eloxierte Schicht für zumindest eine Oberfläche aufweist, die in Kontakt mit den Leistungsmodulen 33A, 33B und 33C ist, versehen sein. Zusätzlich kann eine andere Schicht als die eloxierte Schicht, beispielsweise einer Harzschicht, die mit elektrischen Isoliereigenschaften versehen ist, ebenfalls verwendet werden.
Die Kühlkörper können aus einem anderen Metall als Aluminium hergestellt sein, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Beispielsweise kann ebenfalls Kupfer verwendet werden. Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß der modifizierten Bauart 4 ist mit derselben Konfiguration versehen und zeigt dieselben Wirkungen, wie sie gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
(Modifizierte Form 5)
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist beschrieben, dass der Rotor 22 der rotierenden elektrischen Maschine 2 mit der Rotorspule 22c ausgerüstet ist, die den Magnetpol aufgrund des Stromflusses bildet. Jedoch ist der Rotor 22 nicht auf den beschriebenen begrenzt. Das heißt, dass als eine Alternative zu der Rotorspule 22 ein Magnet vorgesehen werden kann. In diesem Fall sind der Schleifring 23 und die Bürste 24 nicht weiter erforderlich, was ebenfalls dazu führt, dass die Feldsystemschaltung IC34 der Steuerungseinrichtung 3 unnötig wird. Die rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung 1 gemäß der modifizierten Form 5 ist mit derselben Konfiguration versehen und zeigt dieselben Wirkungen, wie sie gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist eine rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung eine rotierende elektrische Maschine (2), die mit einem Stator, der Drei-Phasen-Statorwicklungen (21b und 21c) aufweist, und einem Rotor (22) versehen ist, einen Leistungswandler (3), der die Steuerungsschaltung der rotierenden elektrischen Maschine (2) konfiguriert, eine Steuerungsplatine (30), die mit elektronischen Komponenten ausgerüstet ist, und eine Vielzahl von Modulen auf, die mit einer Vielzahl von Schaltelementen (33Aa bis 33Ad, 33Ba bis 33Bd und 33Ca bis 33Cd) versehen sind, die durch die Steuerungsschaltung gesteuert werden. Zumindest eines der Module (33A) ist mit den Schaltelementen (33A bis 33Ad), die die zwei unterschiedlichen Sätze der Statorwicklungen (21b und 21c) steuern, und einem Erfassungselement (30Af) versehen, das einen Zustand des Moduls (33A) erfasst.
(Bezugszeichenliste)

1 rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung, 2 rotierende elektrische Maschine, 3 Steuerungsgerät, 31 Verdrahtungsplatine, 33A, 33B und 33C Leistungsmodul, 33Af, 33Bf und 33Cf Temperaturerfassungselement, 35 Mikrocomputer, 38 Füllmaterialteil.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-45629 A [0003, 0004, 0006, 0006]
JP 2011-243909 A [0003, 0005, 0006]

Claims

Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) mit einer rotierenden elektrischen Maschine (2), die mit einem Stator (21) und einem Rotor (22) versehen ist, und einem Leistungswandler (3), der mit einer Steuerungsplatine (30) und einer Vielzahl von Leistungsmodulen (33A bis 33C) versehen ist, wobei der Stator (21) zwei Sätze von Drei-Phasen-Statorspulen (21b, 21c) aufweist, die Steuerungsplatine (30) mit elektronischen Komponenten ausgerüstet ist, die eine Steuerungsschaltung der rotierenden elektrischen Maschine konfigurieren, die Vielzahl der Leistungsmodule) (33A bis 33C) mit einer Vielzahl von Schaltelementen (33Aa bis 33Ad, 33Ba bis 33Bd, 33Ca bis 33Cd) versehen sind, und zumindest eines der Module (33A) mit Schaltelementen (33Aa bis 33Ad), die zwei unterschiedliche Sätze der Statorspulen steuern, und einem Erfassungselement (33Af) versehen ist, das einen Zustand des Moduls erfasst.
Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Leistungswandler (3) mit den Leistungsmodulen (33A, 33B, 33C) versehen ist, die in ein erstes Modul (33A) und zweite Module (33B, 33C) unterteilt sind, das erste Modul (33A) zwei unterschiedlichen Sätze der Statorspulen steuert, und die zweiten Module (33B, 33C) denselben Satz der Steuerungsspulen steuern.
Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei das erste Modul (33A) mit einem Temperaturerfassungselement (33Af) als das Erfassungselement versehen ist, das eine Temperatur des ersten Moduls erfasst.
Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die zweiten Module (33B, 33C) mit Temperaturerfassungselementen (33Bf, 33Cf) als Erfassungselemente versehen sind, die eine Temperatur der zweiten Module erfassen.
Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes der Module mit einem Kühlkörper (37A bis 37C) versehen ist und thermisch von anderen Modulen unter den Leistungsmodulen (33A bis 33C) isoliert ist.
Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungsplatine einen offenen Kreis aufweist, der mit zwei offenen Enden versehen ist, wobei jedes der Module um eine Umlaufsrichtung des offen Kreises angeordnet sind, und zumindest eines der Module diametral entgegengesetzt zu einem Abschnitt angeordnet ist, der ein offener Abschnitt des Kreises zwischen den zwei Enden ist.
Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Steuerungsplatine mit dem offenen Kreis versehen ist, wobei jedes der Module um eine umlaufende Richtung der offenen kreisförmigen Form angeordnet ist, und das erste Modul (33A) diametral gegenüberliegend zu dem offenen Abschnitt der kreisförmigen Form angeordnet ist.
Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der offene Abschnitt des offenen Kreises mit Verbindern (31a, 31b) versehen ist, die die Schaltelemente (33Aa bis 33Ad, 33Ba bis 33Bd, 33Ca bis 33Cd) mit einem externen Verbindungsabschnitt verbinden.
Rotierende elektrische Maschine mit integrierter Steuerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Leistungswandler, der mit dem Verbinder integriert ist, der den externen Abschnitt und die Kühlkörper (für die Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) in dem Harzbehälterteil (36a) verbindet, mit Gießharz um Einkapseln der Steuerungsplatine (Verdrahtungsplatine 30) und der Module (Leistungsmodule 33A, 33B und 33C) versehen ist.