JP2004208487A - Generator-motor system - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a generator-motor system which reduces an occupied area of a control circuit and has a cooling effect on a switching device. <P>SOLUTION: The generator-motor system 101 includes electrode plates 81, 82A to 82C and 83, MOS transistors Tr1 to Tr6, and planar electrodes 91 to 96. The MOS transistors Tr1, Tr3 and Tr5 are arranged on the electrode plate 81, while the MOS transistors Tr2, Tr4 and Tr6 are disposed on the electrode plates 82A, 82B and 82C respectively. The planar electrodes 91, 93 and 95 connect the MOS transistors Tr1, Tr3 and Tr5 to the electrode plates 82A, 82B and 82C respectively, while the planar electrodes 92, 94 and 96 connects the MOS transistors Tr2, Tr4 and Tr6 to the electrode plate 83. A ratio of each area of the MOS transistors Tr1 to Tr6 to areas of the electrode plates 81 and 82A to 82C is set to be five or more. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【００５８】
表１において、「Ｐ極」は電極板８１を意味し、Ｐ極の面積：５２０ｍｍ^２は、１つのＭＯＳトランジスタＴｒ１に対する電極板８１の面積を意味する。つまり、Ｐ極の面積：５２０ｍｍ^２は、電極板８１の全体の面積の３分の１に相当する。
【００５９】
３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が電極板８１上に設置されるため、電極板８１の全体面積に１／３を乗算した面積を用いないと、１つのＭＯＳトランジスタと電極板との正確な面積比率を求めることができないからである。
【００６０】
また、表１における「Ｕ相」は、電極板８２Ａを意味する。
ＭＯＳトランジスタＴｒ３，Ｔｒ５と電極板８１との面積比率は、表１のＰ極に示した数値と同じであり、ＭＯＳトランジスタＴｒ４と電極板８２Ｂとの面積比率およびＭＯＳトランジスタＴｒ６と電極板８２Ｃとの面積比率は、表１のＵ相に示した数値と同じである。
【００６１】
上述した数値を用いて電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を計算した場合、電極板８１の面積がＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５の面積の６．４倍あるとき、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度が許容限界以下になった。
【００６２】
角度θ１を１３５°から小さくすることにより、電極板８１の面積が大きくなり、角度θ２を角度７５°から大きくすることにより、電極板８２Ａの面積が大きくなる。
【００６３】
したがって、角度θ１，θ２を変化させて電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を変え、ＭＯＳトランジスタと電極板との面積比率と、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度との関係を調べた。
【００６４】
図７は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係を示す。図７において、縦軸は素子温度上昇を表わし、横軸はバスバー面積／素子面積を表わす。また、バスバー面積とは、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を意味する。さらに、曲線ｋ１は、過渡時、すなわち、モータ動作時を意味し、曲線ｋ２は、発電動作時を意味する。
【００６５】
図７を参照して、曲線ｋ１で表わされるモータ動作時の方が、曲線ｋ２で表わされる発電動作時よりもＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度が上昇する。したがって、この発明においては、曲線ｋ１において素子の温度上昇が許容限界以下になる面積比率以上の面積比率を有するようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積とを決定する。すなわち、面積比率（＝バスバー面積／素子面積）が６以上になるように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を決定する。
【００６６】
これにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱は、緩衝材８１２を介して電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃに伝達され、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇が許容限界以下になるようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６が冷却される。
【００６７】
図８は、発電電動装置１００およびバッテリ１０の回路ブロック図を示す。制御回路２０は、基板８４と電極板８１，８３との間に配置されたツェナーダイオード２１と、基板８４と電極板８１，８２Ｃ，８３との間に配置されたコンデンサ２２と、電極板８１上に配置されたＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５と、それぞれ電極板８２Ａ〜８２Ｃ上に配置されたＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６と、基板８４上に配置された電源２６、ＭＯＳドライバ２７、カスタムＩＣ７０、ＭＯＳトランジスタ４０およびダイオード４１とを含む。
【００６８】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、Ｕ相アーム２３を構成し、ＭＯＳトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４は、Ｖ相アーム２４を構成し、ＭＯＳトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６は、Ｗ相アーム２５を構成する。
【００６９】
カスタムＩＣ７０は、同期整流器２８および制御部２９，３０からなる。回転角センサー６０は、オルタネータ５０に内蔵される。
【００７０】
オルタネータ５０は、Ｕ相コイル５１と、Ｖ相コイル５２と、Ｗ相コイル５３と、ロータコイル５４とを含む。そして、Ｕ相コイル５１の一方端５１Ａは、ＭＯＳトランジスタＴｒ１とＭＯＳトランジスタＴｒ２との間のノードＮ１に接続される。Ｖ相コイル５２の一方端５２Ａは、ＭＯＳトランジスタＴｒ３とＭＯＳトランジスタＴｒ４との間のノードＮ２に接続される。Ｗ相コイル５３の一方端５３Ａは、ＭＯＳトランジスタＴｒ５とＭＯＳトランジスタＴｒ６との間のノードＮ３に接続される。
【００７１】
フューズＦＵ１は、バッテリ１０の正極と制御回路２０との間に接続される。つまり、フューズＦＵ１は、ツェナーダイオード２１よりもバッテリ１０側に配置される。このように、フューズＦＵ１をツェナーダイオード２１よりもバッテリ１０側に配置することにより、過電流検知が不要になり、制御回路２０を小型化できる。フューズＦＵ２は、バッテリ１０の正極と電源２６との間に接続される。
【００７２】
ツェナーダイオード２１およびコンデンサ２２は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に並列に接続される。
【００７３】
Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に並列に接続される。ツェナーダイオードＤＴ１は、ノードＮ１と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ２に並列に接続される。ツェナーダイオードＤＴ２は、ノードＮ２と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ４に並列に接続される。ツェナーダイオードＤＴ３は、ノードＮ３と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ６に並列に接続される。
【００７４】
ツェナーダイオード４０は、バッテリ１０の正極とノードＮ４との間に接続される。ダイオード４１は、ノードＮ４と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。
【００７５】
なお、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，４０に並列に接続されているダイオードは、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，４０と半導体基板との間に形成される寄生ダイオードである。
【００７６】
バッテリ１０は、たとえば、１２Ｖの直流電圧を出力する。ツェナーダイオード２１は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に発生したサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、所定の電圧レベル以上のサージ電圧が正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に印加された場合、そのサージ電圧を吸収し、コンデンサ２２およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に印加される直流電圧を所定の電圧レベル以下にする。したがって、コンデンサ２２の容量およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のサイズを、サージ電圧を考慮して大きくしなくてもよい。その結果、コンデンサ２２およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を小型化できる。
【００７７】
コンデンサ２２は、入力された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５に供給する。ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号をゲートに受け、その受けた制御信号によりオン／オフされる。そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、コンデンサ２２から供給された直流電圧によってオルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に流れる直流電流を切換えてオルタネータ５０を駆動する。また、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、バッテリ１０を充電する。
【００７８】
ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３が発電するとき、それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に過電圧が印加されるのを防止する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０の発電モード時、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５の下アームを保護する。
【００７９】
電源２６は、バッテリ１０から出力される直流電圧をフューズＦＵ２を介して受け、その受けた直流電圧を電圧レベルが異なる２つの直流電圧としてＭＯＳドライバ２７へ供給する。より具体的には、電源２６は、バッテリ１０から受けた１２Ｖの直流電圧に基づいて、たとえば、５Ｖの直流電圧を生成し、その生成した５Ｖの直流電圧と、バッテリ１０から受けた１２Ｖの直流電圧とをＭＯＳドライバ２７へ供給する。
【００８０】
ＭＯＳドライバ２７は、電源２６から供給される５Ｖおよび１２Ｖの直流電圧により駆動される。そして、ＭＯＳドライバ２７は、同期整流器２８からの同期信号に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成し、その生成した制御信号をＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。より具体的には、ＭＯＳドライバ２７は、同期整流器２８からの同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６に基づいて、オルタネータ５０の発電モードにおいてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成し、同期整流器２８からの同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６に基づいて、オルタネータ５０の駆動モードにおいてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成する。
【００８１】
同期整流器２８は、制御部３０から信号ＧＳを受けると、制御部２９からのタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６に基づいて同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６を生成し、その生成した同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６をＭＯＳドライバ２７へ出力する。また、同期整流器２８は、制御部３０から信号ＭＳを受けると、制御部２９からのタイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６に基づいて同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６を生成し、その生成した同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６をＭＯＳドライバ２７へ出力する。
【００８２】
制御部２９は、回転角センサー６０からの角度θ３，θ４，θ５を受け、その受けた角度θ３，θ４，θ５に基づいてオルタネータ５０に含まれるロータ５５の回転数ＭＲＮを検出する。
【００８３】
角度θ３は、Ｕ相コイル５１によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度であり、角度θ４は、Ｖ相コイル５２によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度であり、角度θ５は、Ｗ相コイル５３によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度である。そして、角度θ３，θ４，θ５は、０度〜３６０度の範囲で周期的に変化する。したがって、制御部２９は、角度θ３，θ４，θ５が所定の期間に０度〜３６０度の範囲で周期的に変化する回数を検出して回転数ＭＲＮを検出する。
【００８４】
そして、制御部２９は、角度θ３，θ４，θ５に基づいて、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に誘起される電圧Ｖｕｉ，Ｖｖｉ，Ｖｗｉのタイミングを検出し、その検出したタイミングに基づいて、Ｕ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に誘起された電圧Ｖｕｉ，Ｖｖｉ，Ｖｗｉを直流電圧に変換するためにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするタイミングを示すタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６を生成する。
【００８５】
また、制御部２９は、角度θ３，θ４，θ５と、検出した回転数ＭＲＮとに基づいて、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させるためにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするタイミングを示すタイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６を生成する。
【００８６】
そして、制御部２９は、生成したタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を同期整流器２８へ出力する。
【００８７】
制御部３０は、外部に設けられたエコランＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（これについては後述する）から信号Ｍ／Ｇ、信号ＲＬＯおよび信号ＣＨＧＬを受ける。また、制御部３０は、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に印加される電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを受ける。
【００８８】
制御部３０は、信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を発電機として動作させるか駆動モータとして動作させるかを判定し、発電機として動作させるとき信号ＧＳを生成して同期整流器２８へ出力する。一方、制御部３０は、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させるとき、電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、Ｕ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に電流を流す通電方式を決定し、その決定した通電方式でオルタネータ５０を駆動するための信号ＭＳを生成して同期整流器２８へ出力する。
【００８９】
また、制御部３０は、信号ＲＬＯに基づいて、オルタネータ５０が指令発電量を発電するためのロータ電流を演算し、その演算したロータ電流をロータコイル５４に流すための信号ＲＣＴを生成してＭＯＳトランジスタ４０のゲートへ出力する。
【００９０】
さらに、制御部３０は、信号ＣＨＧＬに基づいて、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５のいずれが故障しているかを判定し、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５のいずれかが故障しているとき、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を停止させる。
【００９１】
ＭＯＳトランジスタ４０は、制御部３０からの信号ＲＣＴに基づいて、バッテリ１０からロータコイル５４に供給されるロータ電流を所定値に設定する。ダイオード４１は、ノードＮ４から接地ノードＧＮＤへ電流が流れるのを防止する。
【００９２】
オルタネータ５０は、駆動モータまたは発電機として動作する。そして、オルタネータ５０は、駆動モータとして動作する駆動モードにおいて、エンジンの始動時、制御回路２０からの制御によって所定のトルクを発生し、その発生した所定のトルクによってエンジンを始動する。また、オルタネータ５０は、エンジンの始動時以外、制御回路２０からの制御によって所定のトルクを発生し、その発生した所定のトルクによって発電電動装置１００が搭載された車両の駆動輪を駆動する。さらに、オルタネータ５０は、エンジンの始動時以外、発生した所定のトルクによって補機類を駆動する。
【００９３】
一方、オルタネータ５０は、発電機として動作する発電モードにおいて、ロータコイル５４に流れるロータ電流に応じた交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５へ供給する。
【００９４】
回転角センサー６０は、角度θ３，θ４，θ５を検出し、その検出した角度θ３，θ４，θ５を制御部２９へ出力する。
【００９５】
発電電動装置１００における全体動作について説明する。制御部３０は、エコランＥＣＵからの信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を発電機として動作させるか駆動モータとして動作させるかを判定し、発電機として動作させるとき信号ＧＳを生成して同期整流器２８へ出力する。また、制御部３０は、エコランＥＣＵからの信号ＲＬＯに基づいて信号ＲＣＴを生成してＭＯＳトランジスタ４０のゲートへ出力する。
【００９６】
そうすると、ＭＯＳトランジスタ４０は、バッテリ１０からロータコイル５４に供給されるロータ電流を信号ＲＣＴに応じて切換える。そして、オルタネータ５０のロータ５５は、エンジンの回転力により回転し、オルタネータ５０は、指定発電量を発電してＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５へ供給する。
【００９７】
一方、制御部２９は、回転角センサー６０から角度θ３，θ４，θ５を受け、その受けた角度θ３，θ４，θ５に基づいて、上述した方法によってタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を生成して同期整流器２８へ出力する。
【００９８】
そうすると、同期整流器２８は、制御部３０からの信号ＧＳに基づいて、タイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６に同期した同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６を生成してＭＯＳドライバ２７へ出力する。ＭＯＳドライバ２７は、同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。
【００９９】
そうすると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオン／オフされ、オルタネータ５０によって発電された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。
【０１００】
この場合、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０によって発電された交流電圧にサージ電圧が重畳されていても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。また、ツェナーダイオード２１は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間の直流電圧にサージ電圧が重畳されていても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。
【０１０１】
制御部３０は、信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を駆動モータとして駆動すると判定したとき、電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５への通電方式を決定し、その決定した通電方式によってオルタネータ５０を駆動するための信号ＭＳを生成して同期整流器２８へ出力する。
【０１０２】
制御部２９は、回転角センサー６０から角度θ３，θ４，θ５を受け、その受けた角度θ３，θ４，θ５に基づいて、上述した方法によってタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を生成して同期整流器２８へ出力する。
【０１０３】
そうすると、同期整流器２８は、制御部３０からの信号ＭＳに基づいて、タイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６に同期した同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６を生成してＭＯＳドライバ２７へ出力する。ＭＯＳドライバ２７は、同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。
【０１０４】
そうすると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオン／オフされ、バッテリ１０からオルタネータ５０のＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５に供給する電流を切換えてオルタネータ５０を駆動モータとして駆動する。これにより、オルタネータ５０は、エンジンの始動時、エンジンのクランク軸に所定のトルクを供給し、エンジンの始動時以外、駆動輪に所定のトルクを供給する。
【０１０５】
この場合、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６がオン／オフされることにより正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に発生したサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。また、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５がオン／オフされてＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６にサージ電圧が印加されても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。
【０１０６】
上述したように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、オルタネータ５０の端面に設けられた電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３上に配置される。このような配置が可能なのは、ツェナーダイオード２１，ＤＴ１〜ＤＴ３を設けることにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に過電圧が印加されるのを防止し、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のサイズを小さくしたからである。そして、特に、３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を１個のツェナーダイオード２１によって保護するようにしたため、基板８４と電極板８１，８３との間の空間部を利用して、３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を保護するツェナーダイオード２１を配置することが可能になった。
【０１０７】
また、ツェナーダイオード２１は、コンデンサ２２に過電圧が印加されることも防止するため、コンデンサ２２の容量を小さくできる。その結果、コンデンサ２２を基板８４と電極板８１，８２Ｃ，８３との間の空間部に配置することが可能になった。
【０１０８】
これらの要因によって、制御回路２０は、回路全体が小型化され、オルタネータ５０の端面に配置され得る。つまり、制御回路２０は、オルタネータ５０の回転軸５０Ａの長手方向ではなく、回転軸５０Ａの軸方向に垂直な平面内に配置され得る。
【０１０９】
そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃと同じ材質から成る緩衝材８１２を介して電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃに固定したので、またはＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積との面積比率を６以上に設定したので、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を効果的に冷却することができるようになった。
【０１１０】
図９は、発電電動装置１００を備えるエンジンシステム２００のブロック図を示す。図９を参照して、エンジンシステム２００は、バッテリ１０と、制御回路２０と、オルタネータ５０と、エンジン１１０と、トルクコンバータ１２０と、オートマチックトランスミッション１３０と、プーリ１４０，１５０，１６０と、ベルト１７０と、補機類１７２と、スタータ１７４と、電動油圧ポンプ１８０と、燃料噴射弁１９０と、電動モータ２１０と、スロットルバルブ２２０と、エコランＥＣＵ２３０と、エンジンＥＣＵ２４０と、ＶＳＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）−ＥＣＵ２５０とを備える。
【０１１１】
オルタネータ５０は、エンジン１１０に近接して配置される。制御回路２０は、上述したようにオルタネータ５０の端面に配置される。
【０１１２】
エンジン１１０は、オルタネータ５０またはスタータ１７４によって始動され、所定の出力を発生する。より具体的には、エンジン１１０は、エコノミーランニングシステム（「エコラン」とも言う。）による停止後の始動時、オルタネータ５０によって始動され、イグニッションキーによる始動時、スタータ１７４によって始動される。そして、エンジン１１０は、発生した出力をクランク軸１１０ａからトルクコンバータ１２０またはプーリ１４０へ出力する。
【０１１３】
トルクコンバータ１２０は、クランク軸１１０ａからのエンジン１１０の回転をオートマチックトランスミッション１３０に伝達する。オートマチックトランスミッション１３０は、自動変速制御を行ない、トルクコンバータ１２０からのトルクを変速制御に応じたトルクに設定して出力軸１３０ａへ出力する。
【０１１４】
プーリ１４０は、エンジン１１０のクランク軸１１０ａに連結される。また、プーリ１４０は、ベルト１７０を介してプーリ１５０，１６０と連動する。
【０１１５】
ベルト１７０は、プーリ１４０，１５０，１６０を相互に連結する。プーリ１５０は、補機類１７２の回転軸に連結される。
【０１１６】
プーリ１６０は、オルタネータ５０の回転軸に連結され、オルタネータ５０またはエンジン１１０のクランク軸１１０ａによって回動される。
【０１１７】
補機類１７２は、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリングポンプおよびエンジン冷却用ウォータポンプの１つまたは複数からなる。そして、補機類１７２は、オルタネータ５０からの出力をプーリ１６０、ベルト１７０およびプーリ１５０を介して受け、その受けた出力により駆動される。
【０１１８】
オルタネータ５０は、制御回路２０により駆動される。そして、オルタネータ５０は、エンジン１１０のクランク軸１１０ａの回転力をプーリ１４０、ベルト１７０およびプーリ１６０を介して受け、その受けた回転力を電気エネルギーに変換する。つまり、オルタネータ５０は、クランク軸１１０ａの回転力により発電する。なお、オルタネータ５０が発電する場合には、２つの場合がある。１つは、エンジンシステム２００が搭載されたハイブリッド自動車の通常走行時にエンジン１１０が駆動されることによりクランク軸１１０ａの回転力を受けて発電する場合である。もう１つは、エンジン１１０は駆動されないが、ハイブリッド自動車の減速時に駆動輪の回転力がクランク軸１１０ａに伝達され、その伝達された回転力を受けて、オルタネータ５０が発電する場合である。
【０１１９】
また、オルタネータ５０は、制御回路２０によって駆動され、所定の出力をプーリ１６０へ出力する。そして、所定の出力は、エンジン１１０を始動するとき、ベルト１７０およびプーリ１４０を介してエンジン１１０のクランク軸１１０ａへ伝達され、補機類１７２を駆動するとき、ベルト１７０およびプーリ１５０を介して補機類１７２へ伝達される。
【０１２０】
バッテリ１０は、上述したように、１２Ｖの直流電圧を制御回路２０へ供給する。
【０１２１】
制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によって、上述したように、バッテリ１０からの直流電圧を交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によってオルタネータ５０を駆動する。また、制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によって、オルタネータ５０が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧によってバッテリ１０を充電する。
【０１２２】
スタータ１７４は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によってエンジン１１０を始動する。電動油圧ポンプ１８０は、オートマチックトランスミッション１３０に内蔵され、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によって、オートマチックトランスミッション１３０の内部に設けられた油圧制御部に対して作動油を供給する。なお、この作動油は、油圧制御部内のコントロールバルブにより、オートマチックミッション１３０内部のクラッチ、ブレーキおよびワンウェイクラッチの作動状態を調整し、シフト状態を必要に応じて切替える。
【０１２３】
エコランＥＣＵ２３０は、オルタネータ５０および制御回路２０のモード制御、スタータ１７４の制御およびバッテリ１０の蓄電量制御を行なう。なお、オルタネータ５０および制御回路２０のモード制御とは、オルタネータ５０が発電機として機能する発電モードと、オルタネータ５０が駆動モータとして機能する駆動モードとを制御することを言う。また、エコランＥＣＵ２３０からバッテリ１０への制御線は図示されていない。
【０１２４】
また、エコランＥＣＵ２３０は、オルタネータ５０に内蔵された回転角センサー６０からの角度θ１，θ２，θ３に基づく回転数ＭＲＮ、エコランスイッチからの運転者によるエコランシステムの起動有無、その他のデータを検出する。
【０１２５】
燃料噴射弁１９０は、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によって、燃料の噴射を制御する。電動モータ２１０は、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によってスロットルバルブ２２０の開度を制御する。スロットルバルブ２２０は、電動モータ２１０によって所定の開度に設定される。
【０１２６】
エンジンＥＣＵ２４０は、エンジン冷却用ウォータポンプを除く補機類１７２のオン／オフ制御、電動油圧ポンプ１８０の駆動制御、オートマチックトランスミッション１３０の変速制御、燃料噴射弁１９０による燃料噴射制御、電動モータ２１０によるスロットルバルブ２２０の開度制御、およびその他のエンジン制御を行なう。
【０１２７】
また、エンジンＥＣＵ２４０は、水温センサーからのエンジン冷却水温、アイドルスイッチからのアクセルペダルの踏み込み有無状態、アクセル開度センサーからのアクセル開度、舵角センサーからのステアリングの操舵角、車速センサーからの車速、スロットル開度センサーからのスロットル開度、シフト位置センサーからのシフト位置、エンジン回転数センサーからのエンジン回転数、エアコンスイッチからのオン／オフ操作有無、およびその他のデータを検出する。
【０１２８】
ＶＳＣ−ＥＣＵ２５０は、ブレーキスイッチからのブレーキペダルの踏み込み有無状態、およびその他のデータを検出する。
【０１２９】
エコランＥＣＵ２３０、エンジンＥＣＵ２４０およびＶＳＣ−ＥＣＵ２５０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、内部のＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に書き込まれているプログラムに応じてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が必要な演算処理を実行し、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。これらの演算処理結果および検出されたデータは、エコランＥＣＵ２３０、エンジンＥＣＵ２４０およびＶＳＣ−ＥＣＵ２５０間で相互にデータ通信が可能となっており、必要に応じてデータを交換して相互に連動して制御を実行することが可能である。
【０１３０】
エンジンシステム２００の動作としては、既に公知であるアイドルストップ制御を行なうようにすればよい。具体的には、車両の減速や停車を各種センサの出力により検知することでエンジンを停止し、次に運転者が発進を意図した際（ブレーキやアクセルのペダル操作状況により検知可能である）にエンジンをオルタネータ５０により起動するようにすればよい。エンジンシステム２００においては、オルタネータ５０を制御する制御回路２０は、オルタネータ５０の端面に設けられ、エコランＥＣＵ２３０からの指示に従ってオルタネータ５０を駆動モータまたは発電機として駆動する。そして、オルタネータ５０を駆動モータまたは発電機として駆動する際において、制御回路２０のＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６によって発生された熱は緩衝材８１２を介して電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃへ伝達され、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、効果的に冷却される。
【０１３１】
この発明による発電電動装置は、図１０に示す発電電動装置１０１であってもよい。図１０を参照して、発電電動装置１０１は、図１に示す発電電動装置１００においてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６と電極板８２Ａ〜８２Ｃ，８３とをワイアボンディング（Ｗ／Ｂ）に代えて平面電極９１〜９６によって接続したものであり、その他は、発電電動装置１００と同じである。
【０１３２】
平面電極９１〜９６の各々は、銅系の材料からなり、厚さは０．１〜２．０ｍｍの範囲である。
【０１３３】
平面電極９１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースを電極板８２Ａに接続する。平面電極９２は、ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースを電極板８３に接続する。平面電極９３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ３のソースを電極板８２Ｂに接続する。平面電極９４は、ＭＯＳトランジスタＴｒ４のソースを電極板８３に接続する。平面電極９５は、ＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースを電極板８２Ｃに接続する。平面電極９６は、ＭＯＳトランジスタＴｒ６のソースを電極板８３に接続する。
【０１３４】
図１１は、図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の平面図とＭＯＳトランジスタＴｒ１および電極板８１，８２Ａの断面図とを示す。図１１は、図２における配線ＧＬを平面電極９１に代えたものであり、その他は、図２と同じである。
【０１３５】
平面電極９１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳを電極板８２Ａに接続する。そして、平面電極９１は、半田付けによりＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳおよび電極板８２Ａに接続される。この場合、ＰｂフリーのＡｇ−Ｃｕ−Ｓｎ系の半田が用いられる。この半田は、通常の半田に比べ、熱伝導率が２倍程度高いためＭＯＳトランジスタＴｒ１において発生した熱を平面電極９１および電極板８２Ａに効率良く伝導でき、ＭＯＳトランジスタＴｒ１の放熱効果を高くできる。
【０１３６】
ソースＳは、好ましくは、Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕからなる。この場合、アルミニウム（Ａｌ）は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１の材料であるシリコン（Ｓｉ）に接するように形成される。すなわち、ソースＳは、ＭＯＳトランジスタＴｒ１（Ｓｉ）上にアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）を、順次、堆積することにより作製される。これにより、平面電極９１をＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳに半田付けするときの平面電極９１とＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳとの接着力を向上できる。なお、ゲートＧも、ソースＳと同様にＡｌ−Ｎｉ−Ａｕによって作製してもよい。また、ソースＳおよびゲートＧをＡｌ−Ｎｉによって作製してもよい。
【０１３７】
平面電極９２をＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースＳおよび電極板８３に接続する場合、平面電極９３をＭＯＳトランジスタＴｒ３のソースＳおよび電極板８２Ｂに接続する場合、平面電極９４をＭＯＳトランジスタＴｒ４のソースＳおよび電極板８３に接続する場合、平面電極９５をＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースＳおよび電極板８２Ｃに接続する場合、および平面電極９６をＭＯＳトランジスタＴｒ６のソースＳおよび電極板８３に接続する場合も、平面電極９１をＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳおよび電極板８２Ａに接続する場合と同じ半田が用いられる。その他は、図２において説明したとおりである。
【０１３８】
図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ２〜Ｔｒ６についても、ＭＯＳトランジスタＴｒ１と同じように平面電極９２〜９６によって電極板８２Ｂ，８２Ｃ，８３に接続される。
【０１３９】
このように、発電電動装置１０１においては、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、それぞれ、平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ，８３，８２Ｂ，８３，８２Ｃ，８３と接続される。
【０１４０】
図１２は、図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係を示す。図１２において、曲線ｋ１，ｋ２は、配線ＧＬによってＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３に接続した場合のＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係を示し、曲線ｋ３，ｋ４は、平面電極９１〜９６によってＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３に接続した場合のＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係を示す。そして、曲線ｋ３は、過渡時、すなわち、モータ動作時を意味し、曲線ｋ４は、発電動作時を意味する。なお、曲線ｋ１，ｋ２については、図７において説明したとおりである。
【０１４１】
図１２を参照して、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３に接続することにより、モータ動作時においてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇を約３５％低減でき（曲線ｋ１，ｋ３参照）、発電動作時においてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇を３〜６％低減できる（曲線ｋ２，ｋ４参照）。
【０１４２】
そして、素子温度上昇の許容限界以下の領域では、曲線ｋ４で表わされる発電動作時の方が、曲線ｋ３で表わされるモータ動作時よりもＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度が上昇する。したがって、この発明においては、平面電極９１〜９６を用いた場合、曲線ｋ４において素子の温度上昇が許容限界以下になる面積比率以上の面積比率を有するようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積とを決定する。すなわち、面積比率（＝バスバー面積／素子面積）が５以上になるように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を決定する。
【０１４３】
これにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱は、緩衝材８１２および平面電極９１〜９６を介して電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃに伝達され、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇が許容限界以下になるようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６が冷却される。
【０１４４】
このように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ，８３，８２Ｂ，８３，８２Ｃ，８３と接続することにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６において発生した熱は、それぞれ、平面電極９１〜９６を介して放熱される。その結果、発電電動装置１００のように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をワイヤボンディング（Ｗ／Ｂ）によって電極板８２Ａ〜８２Ｃ，８３に接続した場合、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇が許容限界以下になるようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を冷却するにはＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に対する電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積比率を６以上に設定する必要があるが、発電電動装置１０１のように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ〜８２Ｃ，８３に接続した場合、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇が許容限界以下になるようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を冷却するためのＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に対する電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積比率を６よりも小さい５に設定できる。
【０１４５】
したがって、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積が一定である場合、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ〜８２Ｃ，８３に接続することにより、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を小さくできる。
【０１４６】
なお、発電電動装置１０１をエンジンシステム２００に適用できることは言うまでもない。
【０１４７】
この発明においては、オルタネータ５０は、固定子および回転子を含み、発電機および電動機として機能する「モータ」を構成する。
【０１４８】
また、この発明においては、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３は、「バスバー」を構成する。
【０１４９】
さらに、この発明においては、電極板８１は、「第１のバスバー」を構成し、電極板８２Ａ〜８２Ｃは、「第２のバスバー」を構成し、電極板８３は、「第３のバスバー」を構成する。
【０１５０】
さらに、この発明による発電電動装置においては、素子面積とバスバー面積との面積比（バスバー面積／素子面積）は、５以上であればよい。
【０１５１】
この発明の実施の形態によれば、発電電動装置においては、発電機および駆動モータとして機能するオルタネータのコイルに流す電流を制御する複数のスイッチング素子は、複数のスイッチング素子を固定する電極板と同じ材質から成る緩衝材を介して電極板に固定されるので、複数のスイッチング素子を効果的に冷却することができる。
【０１５２】
また、この発明の実施の形態によれば、発電電動装置においては、発電機および駆動モータとして機能するオルタネータのコイルに流す電流を制御する複数のスイッチング素子の各々の面積と、複数のスイッチング素子を固定する電極板の面積との面積比率を６以上にしたので、複数のスイッチング素子を効果的に冷却できる。
【０１５３】
なお、本実施の形態においては、エコランＥＣＵとエンジンＥＣＵとを別体としていたが、それらの機能を統合して１つのエンジン制御ＥＣＵとして構成できることは言うまでもない。また、本実施の形態のトランスミッションは、ＡＴ（いわゆる自動変速機）に限らず、ＣＶＴやＭＴなどの公知の変速機を組合わせてもよい。
【０１５４】
さらに、本実施の形態では、エコランシステムであるが、モータにて大きな駆動力を発生できるハイブリッド自動車に適用できる。オルタネータ５０については、他にも周知の発電電動機（モータジェネレータとも呼ぶ）に置換えても本発明を成立できる。車両の駆動やエンジンの始動に必要なトルクを与えられるような発電電動機を適宜選定すればよいことは言うまでもない。
【０１５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による発電電動装置の平面図である。
【図２】図１に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の平面図とＭＯＳトランジスタＴｒ１および電極板８１，８２Ａの断面図とである。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】図１に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の領域における断面構造図である。
【図５】ＭＯＳトランジスタの従来の固定方法を説明するための断面構造図である。
【図６】ＭＯＳトランジスタと電極板との面積比率を計算するための平面図である。
【図７】素子温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係図である。
【図８】図１に示す発電電動装置およびバッテリの回路ブロック図である。
【図９】図１に示す発電電動装置を備えるエンジンシステムの概略ブロック図である。
【図１０】この発明による発電電動装置の他の平面図である。
【図１１】図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の平面図とＭＯＳトランジスタＴｒ１および電極板８１，８２Ａの断面図である。
【図１２】図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係図である。
【図１３】従来の始動発電機の斜視図である。
【符号の説明】
１０ バッテリ、２０ 制御回路、２１，ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３ ツェナーダイオード、２２ コンデンサ、２３ Ｕ相アーム、２４ Ｖ相アーム、２５ Ｗ相アーム、２６ 電源、２７ ＭＯＳドライバ、２８ 同期整流器、２９，３０ 制御部、４０，Ｔｒ１〜Ｔｒ６ ＭＯＳトランジスタ、４１ ダイオード、５０ オルタネータ、５０Ａ，３０１Ｂ 回転軸、５１ Ｕ相コイル、５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ 一方端、５２ Ｖ相コイル、５３ Ｗ相コイル、５４ ロータコイル、５５ ロータ、５６，５７ 固定子、５８ ブラシ、６０ 回転角センサー、７０ カスタムＩＣ、８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３ 電極板、８４ 基板、８４Ａ〜８４Ｄ 端子、８５Ａ〜８５Ｄ，８６Ａ〜８６Ｆ，ＧＬ 配線、８７端子、９１〜９６ 平面電極、１００，１０１ 発電電動装置、１１０ エンジン、１１０ａ クランク軸、１２０ トルクコンバータ、１３０ オートマチックトランスミッション、１３０ａ 出力軸、１４０，１５０，１６０ プーリ、１７０ ベルト、１７２ 補機類、１７４ スタータ、１８０ 電動油圧ポンプ、１９０ 燃料噴射弁、２００ エンジンシステム、２１０ 電動モータ、２２０ スロットルバルブ、２３０ エコランＥＣＵ、２４０ エンジンＥＣＵ、２５０ ＶＳＣ−ＥＣＵ、３００ 始動発電機、３０１ モータ部、３０１Ａ 端面、３０２ 駆動部、３０２Ａ 筒部材、３０２Ｂ パワーモジュール、３０３ 半径方向、３０４ 長手方向、８１１，８１３ 半田、８１２ 緩衝材、８２０ ＤＢＣ、８２１ セラミック、８２２，８２３ 銅、８３０ ヒートシンク、ＦＵ１，ＦＵ２ フューズ、Ｌ１ 正母線、Ｌ２ 負母線。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a generator motor having a cooling effect on a plurality of switching elements for controlling a current flowing through a motor functioning as a generator and a motor.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-266855 discloses a starting generator having both a function of a three-phase motor for starting an engine mounted on a vehicle and a function of a three-phase AC generator for charging a battery.
[0003]
Referring to FIG. 13, a starting generator 300 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-266855 includes a motor unit 301 and a driving unit 302. Motor unit 301 includes a stator and a rotor. The drive unit 302 is provided on an end surface 301A of the motor unit 301. The driving section 302 includes a cylindrical member 302A and a power module 302B. The power module 302B is formed on the surface of the cylindrical member 302A. That is, the power module 302B is arranged in a direction perpendicular to the radial direction 303 of the cylindrical member 302A and in the longitudinal direction 304 of the rotating shaft 301B of the motor unit 301.
[0004]
Then, the power module 302B drives the motor unit 301 so that the rotor outputs a predetermined torque by passing a current through the coil included in the motor unit 301, and the rotor of the motor unit 301 is rotated by the rotational force of the engine. By doing so, the AC voltage induced in the three stators is converted into a DC voltage to charge the battery.
[0005]
As described above, the power module 302B is provided on the end face 301A of the motor unit 301, and drives the motor unit 301 as an electric motor or a generator.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2-266855
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-11-284122
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-4-11757
[0009]
[Patent Document 4]
JP-A-9-143649
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional starting generator, the power module is arranged in the direction perpendicular to the radial direction around the rotation axis and in the longitudinal direction of the rotation axis, so that the control circuit for controlling the driving of the motor needs to be downsized. There was a problem that was difficult.
[0011]
Further, the conventional starting generator has a problem that the power module cannot be sufficiently cooled.
[0012]
Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a generator motor that reduces the area occupied by a control circuit and has a cooling effect on a switching element. .
[0013]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
According to the present invention, a generator motor includes a motor, a plurality of switching elements, and a bus bar. The motor functions as a generator and / or an electric motor. The plurality of switching elements control a current supplied to the motor. The bus bar connects a plurality of switching elements. The area ratio between the bus bar and the switching element is 5 or more.
[0014]
Preferably, the generator motor further includes a cushioning material. The buffer is provided between the bus bar and the switching element, and absorbs a difference in thermal expansion between the bus bar and the switching element.
[0015]
Preferably, the cushioning material is made of a copper-based or aluminum-based material.
Preferably, the bus bar is made of copper.
[0016]
Preferably, the bus bar is provided on an end face of the motor and has an arc shape.
Preferably, the bus bar includes first to third bus bars. The first bus bar forms a power supply line. The second bus bar is connected to a coil of the motor. The third bus bar forms an earth line. Further, the plurality of switching elements include a plurality of first switching elements and a plurality of second switching elements. The plurality of first switching elements are installed on the first bus bar. The plurality of second switching elements are provided on the second bus bar. The generator motor further includes first and second planar electrodes. The first plane electrode connects the plurality of first switching elements to the second bus bar. The second plane electrode connects the plurality of second switching elements to the third bus bar.
[0017]
In the generator motor according to the present invention, the plurality of switching elements for controlling the current flowing through the stator of the motor are fixed to the bus bar via a buffer made of the same material as the bus bar. Then, the heat generated by the plurality of switching elements is transmitted to the bus bar via the buffer material or the buffer material and the plane electrode.
[0018]
In the generator motor according to the present invention, the area ratio between the area of the switching element for controlling the current flowing through the stator of the motor and the area of the bus bar is set to 5 or more.
[0019]
Therefore, according to the present invention, the switching element can be effectively cooled.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
[0021]
Referring to FIG. 1, a generator motor 100 according to the present invention includes a Zener diode 21, DT1 to DT3, MOS transistors Tr1 to Tr6, a power supply 26, a MOS driver 27, an alternator 50, a custom IC 70, and an electrode. Boards 81, 82A to 82C and 83, a substrate 84, terminals 84A to 84D, and wirings 85A to 85D and 86A to 86D are provided.
[0022]
The electrode plates 81, 82A to 82C, 83 and the substrate 84 are formed on the end face of the alternator 50. The electrode plates 81, 82A to 82C are made of copper (Cu). The electrode plate 81 has an arc shape and is provided around the rotation shaft 50 </ b> A of the alternator 50. The electrode plates 82A to 82C are provided outside the electrode plate 81 so as to surround the electrode plate 81. The electrode plates 82A to 82C are arranged at a predetermined interval. The electrode plate 83 is disposed at a position substantially equal to the distance from the rotation axis 50A to the electrode plates 82A to 82C. Then, a part of the electrode plate 83 is arranged below the electrode plates 82A to 82C. The substrate 84 is arranged in the arc-shaped notch of the electrode plate 81 in the same direction as the in-plane direction of the electrode plates 81, 82A to 82C, 83.
[0023]
MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 are arranged on electrode plate 81, MOS transistor Tr2 and zener diode DT1 are arranged on electrode plate 82A, and MOS transistor Tr4 and zener diode DT2 are arranged on electrode plate 82B. , MOS transistor Tr6 and Zener diode DT3 are arranged on electrode plate 82C.
[0024]
The MOS transistor Tr1 has a drain connected to the electrode plate 81 and a source connected to the electrode plate 82A. The MOS transistor Tr2 has a drain connected to the electrode plate 82A and a source connected to the electrode plate 83. Zener diode DT1 has one terminal connected to electrode plate 82A and the other terminal connected to electrode plate 83. The electrode plate 82A is connected to one end 51A of the U-phase coil of the alternator 50.
[0025]
The MOS transistor Tr3 has a drain connected to the electrode plate 81 and a source connected to the electrode plate 82B. The MOS transistor Tr4 has a drain connected to the electrode plate 82B and a source connected to the electrode plate 83. Zener diode DT2 has one terminal connected to electrode plate 82B and the other terminal connected to electrode plate 83. The electrode plate 82B is connected to one end 52A of the V-phase coil of the alternator 50.
[0026]
The MOS transistor Tr5 has a drain connected to the electrode plate 81 and a source connected to the electrode plate 82C. The MOS transistor Tr6 has a drain connected to the electrode plate 82C and a source connected to the electrode plate 83. Zener diode DT3 has one terminal connected to electrode plate 82C and the other terminal connected to electrode plate 83. The electrode plate 82C is connected to one end 53A of the W-phase coil of the alternator 50.
[0027]
Therefore, MOS transistors Tr1 and Tr2 are connected in series between electrode plate 81 and electrode plate 83 via electrode plate 82A. The MOS transistors Tr3 and Tr4 are connected in series between the electrode plate 81 and the electrode plate 83 via the electrode plate 82B. Further, the MOS transistors Tr5 and Tr6 are connected in series between the electrode plate 81 and the electrode plate 83 via the electrode plate 82C. The electrode plates 82A to 82C are connected to the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil of the alternator 50, respectively.
[0028]
The substrate 84 is made of a ceramic substrate. Then, the power supply 26, the custom IC 70, the MOS driver 27, and the terminals 84A to 84D are arranged on the substrate 84. Then, the power supply 26, the custom IC 70, and the MOS driver 27 are resin-molded on the substrate 84.
[0029]
Terminal 84A receives signal M / G and outputs the received signal M / G to custom IC 70 via wiring 85A. Terminal 84B receives signal RLO and outputs the received signal RLO to custom IC 70 via wiring 85B. Terminal 84C receives signal CHGL, and outputs received signal CHGL to custom IC 70 via wiring 85C. Terminal 84D receives the DC voltage output from battery 10, and supplies the received DC voltage to power supply 26 via wiring 85D.
[0030]
The wirings 86A to 86F are arranged along the circumference surrounding the rotation axis 50A in the space between the rotation axis 50A and the electrode plate 81 when wiring is performed from the substrate 84 to the electrode plates 81, 82A to 82C. Then, the wiring 86B is bent at the point C, and is routed under the electrode plate 81 to the electrode plate 82A. Further, the wiring 86D is bent at the point D, and is routed under the electrode plate 81 to the electrode plate 82B. Further, the wiring 86F is bent at the point E, and is routed under the electrode plate 81 to the electrode plate 82C.
[0031]
The MOS driver 27 outputs a control signal to the gates of the MOS transistors Tr1 to Tr6 via the wirings 86A to 86F, respectively.
[0032]
The Zener diode 21 is arranged in a space between the substrate 84 and the electrode plates 81 and 83, and is connected between the electrode plate 81 and the electrode plate 83. The capacitor 22 is disposed in a space between the substrate 84 and the electrode plates 81, 82C, 83, and is connected between the electrode plate 81 and the electrode plate 83.
[0033]
The electrode plate 81 functions as a positive bus described later, and one end thereof is connected to the terminal 87. Then, electrode plate 81 receives the DC voltage output from the DC power supply via terminal 87. The electrode plate 83 functions as a negative bus described later.
[0034]
FIG. 2 shows a plan view of the MOS transistor Tr1 shown in FIG. 1 and a cross-sectional view of the MOS transistor Tr1 and the electrode plates 81 and 82A. Referring to FIG. 2, MOS transistor Tr1 includes a gate G, a source S, and a drain D. Gate G is connected to wiring 86A. Further, the source S is disposed beside the gate G and is connected to the electrode plate 82A by the wiring GL. Therefore, in the MOS transistor Tr1, the gate G is directed toward the rotation shaft 50A, and the source S is connected to the electrode 86A so that the gate G is easily connected to the wiring 86A and the source S is easily connected to the electrode plate 82A by the wiring GL. It is arranged facing the plate 82A side. The drain D is connected to the electrode plate 81.
[0035]
Each of the MOS transistors Tr2 to Tr6 has a gate G, a source S, and a drain D as in the case of the MOS transistor Tr1, and is arranged in the same manner as the MOS transistor Tr1.
[0036]
In a large power device such as the MOS transistors Tr1 to Tr6, as described above, the gate G is often provided at the center of one side where the device is located. This is to make the signal input line from outside the element as short as possible and to make the pad for the output terminal as large as possible.
[0037]
Therefore, when the drains D of the MOS transistors Tr1 to Tr6 are provided on the back surface of the element, the wiring GL from the source S is mounted so as to be taken out on the side opposite to the side where the gate G exists.
[0038]
Then, when the MOS transistors Tr1 to Tr6 are arranged on the electrode plates 81, 82A, 82B, 82C, the gate G must be connected to the rotating shaft 50A to shorten the wirings 86A, 86B, 86C, 86D, 86E, 86F, and GL. And the MOS transistors Tr1 to Tr6 need to be arranged such that the source S faces the outer peripheral side.
[0039]
The MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 form the upper arm of the inverter that controls the current flowing through each phase coil of the alternator 50, and the MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6 control the current flowing through each phase coil of the alternator 50. Since the lower arm of the inverter to be controlled is formed, the electrode plate 81 is disposed on the innermost periphery and the electrode plates 82A, 82B, 82C, 83 are disposed outside the electrode plate 81 in consideration of the arrangement direction of the MOS transistors Tr1 to Tr6. The reason for this is that the cooling efficiency of the MOS transistors Tr1 to Tr6 is increased (the MOS transistors Tr1 to Tr6 are arranged on the inner peripheral side of the end face of the alternator 50 due to the air flow sucked into the alternator 50 from the outside). ~ Tr6 can be cooled.) Or wirings 86A, 86B, 6C, the best 86D, 86E, 86F, from the viewpoint of shortening the GL.
[0040]
Regarding the arrangement of the electrode plate 83, the electrode plate 83 constitutes a negative bus, and can be connected to the cover or frame of the alternator 50 and grounded. Is efficient.
[0041]
Therefore, the electrode plate 81 is arranged at the innermost periphery, and the electrode plates 82A, 82B, 82C, 83 are arranged outside the electrode plate 81.
[0042]
FIG. 3 is a cross-sectional structural view of the alternator 50 as viewed from a cross section taken along the line AA shown in FIG. Referring to FIG. 3, rotor 55 is fixed to rotating shaft 50 </ b> A, and rotor coil 54 is wound around rotor 55. The stators 56 and 57 are fixed outside the rotor 55, the U-phase coil 51 is wound around the stator 56, and the V-phase coil 52 is wound around the stator 57. In FIG. 3, the stator around which the W-phase coil is wound is omitted.
[0043]
A pulley 160 is connected to one end of the rotating shaft 50A, and transmits the torque generated by the alternator 50 to a crankshaft or accessories of the engine via a belt, and also transmits a rotating force from the crankshaft of the engine. The power is transmitted to the rotation shaft 50A.
[0044]
Electrode plates 81 and 83 are arranged on the other end side opposite to one end of the rotating shaft 50A to which the pulley 160 is connected so as to surround the rotating shaft 50A. The brush 58 is arranged so as to be in contact with the rotation shaft 50A. The substrate 84 is placed above the rotation shaft 50A, and the capacitor 22 is arranged before the substrate 84.
[0045]
MOS transistor 40 is provided on the opposite side of capacitor 22 with electrode plate 81 interposed therebetween. The MOS transistor 40 has a drain connected to the electrode plate 81 and a source connected to the rotor coil 54. When the alternator 50 generates power, the amount of power generation is determined by the rotor current flowing through the rotor coil 54. Therefore, the MOS transistor 40 allows the rotor coil 54 to supply a rotor current necessary for the alternator 50 to generate the command power generation amount.
[0046]
As described above, the MOS transistor 40 that controls the rotor current that determines the amount of power generated by the alternator 50 is disposed on the back side of the substrate 84 when viewed from the B direction.
[0047]
FIG. 4 is a sectional view of a region where the MOS transistor Tr1 shown in FIG. 1 is arranged. Referring to FIG. 4, buffer material 812 is bonded to electrode plate 81 by solder 811. Then, the MOS transistor Tr1 is bonded to the buffer material 812 by the solder 813. The buffer material 812 is made of copper (Cu) or a copper-based material such as copper-molybdenum or copper-tungsten, and has a thickness in the range of 0.1 to 2.0 mm. That is, the buffer material 812 is made of the same material as the electrode plate 81. The solders 811 and 813 are Pb-free Ag-Cu-Sn-based solders. Then, the buffer material 812 absorbs a difference in thermal expansion between the electrode plate 81 and the MOS transistor Tr1. Therefore, even if the temperature rises due to the operation of the MOS transistor Tr1 and the electrode plate 81 and the MOS transistor Tr1 expand, the buffer member 812 prevents the MOS transistor Tr1 from peeling off from the electrode plate 81.
[0048]
With reference to FIG. 5, conventionally, the mounting portion of the MOS transistor Tr1 is configured by a DBC (Direct Bond Copper) 820 and a heat sink 830 made of AlSiC / CuMo or the like. The DBC 820 is an insulating substrate having a cross-sectional structure in which copper (Cu) 822 and 823 are formed on both sides of a ceramic 821. Then, the MOS transistor Tr1 is provided on the heat sink 830 via the DBC 820. Further, the MOS transistor Tr1 is provided on the heat sink 830 via a DBA (Direct Bond Aluminum) using aluminum (Al) instead of copper (Cu) of the DBC 820. When the MOS transistor Tr1 is installed on the heat sink 830 by such a method, since the ceramic 821 is an insulator, the heat generated by the MOS transistor Tr1 is not easily transmitted to the heat sink 830, and the cooling of the MOS transistor Tr1 is insufficient. is there.
[0049]
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the MOS transistor Tr1 is directly disposed on the electrode plate 81 by the buffer material 812 made of the same material as the electrode plate 81, there is a gap between the MOS transistor Tr1 and the electrode plate 81. Only metal exists. Further, the buffer member 812 and the electrode plate 81 have a higher thermal conductivity than the MOS transistor Tr1 made of silicon (Si). Therefore, heat generated in the MOS transistor Tr1 is easily transmitted to the electrode plate 81 as a heat sink, and the MOS transistor Tr1 is effectively cooled.
[0050]
As described above, the present invention is characterized in that the MOS transistor Tr1 is provided on the electrode plate 81 via the buffer material 812 made of the same material or a similar metal as the electrode plate 81. When the buffer material 812 is made of the same material or a similar metal as the electrode plate 81, its thickness is important, and by setting the thickness in the range of 0.1 to 2.0 mm as described above, It can function as a material.
[0051]
Further, the buffer material 812 may not be made of the same material as the electrode plate 81. For example, buffer material 812 may be made of aluminum (Al) instead of copper (Cu). Further, the cushioning material 812 may be made of an aluminum-based material. Also in this case, the thickness of the cushioning material 812 is in the range of 0.1 to 2.0 mm.
[0052]
The MOS transistors Tr2 to Tr6 are also fixed on the electrode plates 81, 82A to 82C in the same manner as the MOS transistor Tr1.
[0053]
The area ratio between MOS transistors Tr1 to Tr6 and electrode plates 81, 82A to 82C will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 6, the center of rotation axis 50A of alternator 50 is O, and the angle between both ends of electrode plate 81 and center O is θ1. The angle between both ends of the electrode plate 82A and the center O is defined as θ2.
[0054]
The inner diameter of the electrode plate 81 is D1, and the outer diameter of the electrode plate 81 is D2. Further, since the electrode plates 82A to 82C are arranged in an arc shape similarly to the electrode plate 81, the inner diameter of the electrode plate 82A is D3, and the outer diameter of the electrode plate 82A is D4.
[0055]
In this embodiment, the sizes of the MOS transistors Tr1 to Tr6 are fixed at 3 mm square, the inner diameter D1 is 40 mm, the outer diameter D2 is 70 mm, the inner diameter D3 is 75 mm, and the outer diameter D4 is 120 mm, and the angle θ1 is 80 to 150 mm. The angle θ2 is changed in the range of 70 to 90 ° to change the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the electrode plates 81, 82A to 82C when the temperature of the MOS transistors Tr1 to Tr6 is below the allowable limit. Was determined.
[0056]
Table 1 shows the area of the electrode plates 81 and 82A and the area ratio between the MOS transistors Tr1 and Tr2 and the electrode plates 81 and 82A when the angle θ1 is 84 ° and the angle θ2 is 78 °.
[0057]
[Table 1]

[0058]
In Table 1, “P pole” means the electrode plate 81, and the area of the P pole: 520 mm ² Means the area of the electrode plate 81 for one MOS transistor Tr1. That is, the area of the P pole: 520 mm ² Corresponds to one third of the entire area of the electrode plate 81.
[0059]
Since the three MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 are provided on the electrode plate 81, an accurate multiplication of one MOS transistor and the electrode plate is required unless the total area of the electrode plate 81 is multiplied by ３. This is because the area ratio cannot be determined.
[0060]
“U phase” in Table 1 means the electrode plate 82A.
The area ratio between the MOS transistors Tr3 and Tr5 and the electrode plate 81 is the same as the value shown for the P pole in Table 1, and the area ratio between the MOS transistor Tr4 and the electrode plate 82B and the area ratio between the MOS transistor Tr6 and the electrode plate 82C. The area ratio is the same as the numerical value shown for the U phase in Table 1.
[0061]
When the areas of the electrode plates 81, 82A to 82C are calculated using the above-described numerical values, when the area of the electrode plate 81 is 6.4 times the area of the MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5, the temperature of the MOS transistors Tr1 to Tr6 is reduced. Has fallen below the permissible limit.
[0062]
By reducing the angle θ1 from 135 °, the area of the electrode plate 81 increases, and by increasing the angle θ2 from 75 °, the area of the electrode plate 82A increases.
[0063]
Accordingly, the areas of the electrode plates 81 and 82A to 82C were changed by changing the angles θ1 and θ2, and the relationship between the area ratio between the MOS transistors and the electrode plates and the temperatures of the MOS transistors Tr1 to Tr6 was examined.
[0064]
FIG. 7 shows the relationship between the temperature rise of the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the bus bar area / element area. In FIG. 7, the vertical axis represents the element temperature rise, and the horizontal axis represents the bus bar area / element area. The busbar area means the area of the electrode plates 81, 82A to 82C. Further, a curve k1 indicates a transition time, that is, a time of a motor operation, and a curve k2 indicates a time of a power generation operation.
[0065]
Referring to FIG. 7, the temperature of MOS transistors Tr1 to Tr6 is higher during the motor operation represented by curve k1 than during the power generation operation represented by curve k2. Therefore, in the present invention, the areas of the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the areas of the electrode plates 81, 82A to 82C are determined such that the area ratio of the curve k1 is equal to or larger than the area ratio at which the temperature rise of the element is equal to or less than the allowable limit. I do. That is, the areas of the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the areas of the electrode plates 81 and 82A to 82C are determined so that the area ratio (= bus bar area / element area) becomes 6 or more.
[0066]
As a result, the heat generated by the MOS transistors Tr1 to Tr6 is transmitted to the electrode plates 81, 82A to 82C via the buffer material 812, and the MOS transistors Tr1 to Tr6 are controlled so that the temperature rise of the MOS transistors Tr1 to Tr6 becomes equal to or less than an allowable limit. To Tr6 are cooled.
[0067]
FIG. 8 shows a circuit block diagram of the generator motor 100 and the battery 10. The control circuit 20 includes a zener diode 21 disposed between the substrate 84 and the electrode plates 81 and 83; a capacitor 22 disposed between the substrate 84 and the electrode plates 81, 82C and 83; , MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6 respectively disposed on the electrode plates 82A to 82C, a power supply 26, a MOS driver 27, a custom IC 70 disposed on a substrate 84, MOS transistor 40 and diode 41 are included.
[0068]
MOS transistors Tr1 and Tr2 configure a U-phase arm 23, MOS transistors Tr3 and Tr4 configure a V-phase arm 24, and MOS transistors Tr5 and Tr6 configure a W-phase arm 25.
[0069]
The custom IC 70 includes the synchronous rectifier 28 and the control units 29 and 30. The rotation angle sensor 60 is built in the alternator 50.
[0070]
The alternator 50 includes a U-phase coil 51, a V-phase coil 52, a W-phase coil 53, and a rotor coil 54. Then, one end 51A of U-phase coil 51 is connected to node N1 between MOS transistor Tr1 and MOS transistor Tr2. One end 52A of V-phase coil 52 is connected to node N2 between MOS transistor Tr3 and MOS transistor Tr4. One end 53A of W-phase coil 53 is connected to node N3 between MOS transistor Tr5 and MOS transistor Tr6.
[0071]
Fuse FU1 is connected between the positive electrode of battery 10 and control circuit 20. That is, the fuse FU1 is disposed closer to the battery 10 than the Zener diode 21. By arranging the fuse FU1 closer to the battery 10 than the Zener diode 21, detection of overcurrent is not required, and the control circuit 20 can be downsized. The fuse FU2 is connected between the positive electrode of the battery 10 and the power supply 26.
[0072]
Zener diode 21 and capacitor 22 are connected in parallel between positive bus L1 and negative bus L2.
[0073]
U-phase arm 23, V-phase arm 24 and W-phase arm 25 are connected in parallel between positive bus L1 and negative bus L2. Zener diode DT1 is connected in parallel with MOS transistor Tr2 between node N1 and negative bus L2. Zener diode DT2 is connected in parallel with MOS transistor Tr4 between node N2 and negative bus L2. Zener diode DT3 is connected in parallel with MOS transistor Tr6 between node N3 and negative bus L2.
[0074]
Zener diode 40 is connected between the positive electrode of battery 10 and node N4. Diode 41 is connected between node N4 and ground node GND.
[0075]
The diodes connected in parallel to the MOS transistors Tr1 to Tr6, 40 are parasitic diodes formed between the MOS transistors Tr1 to Tr6, 40 and the semiconductor substrate.
[0076]
Battery 10 outputs a DC voltage of 12 V, for example. Zener diode 21 absorbs a surge voltage generated between positive bus L1 and negative bus L2. That is, when a surge voltage of a predetermined voltage level or higher is applied between the positive bus L1 and the negative bus L2, the Zener diode 21 absorbs the surge voltage and is applied to the capacitor 22 and the MOS transistors Tr1 to Tr6. DC voltage to a predetermined voltage level or lower. Therefore, the capacity of the capacitor 22 and the sizes of the MOS transistors Tr1 to Tr6 do not need to be increased in consideration of the surge voltage. As a result, the size of the capacitor 22 and the MOS transistors Tr1 to Tr6 can be reduced.
[0077]
Capacitor 22 smoothes the input DC voltage and supplies the smoothed DC voltage to U-phase arm 23, V-phase arm 24 and W-phase arm 25. The MOS transistors Tr1 to Tr6 receive control signals from the MOS driver 27 at their gates, and are turned on / off by the received control signals. The MOS transistors Tr1 to Tr6 drive the alternator 50 by switching the DC current flowing through the U-phase coil 51, the V-phase coil 52, and the W-phase coil 53 of the alternator 50 by the DC voltage supplied from the capacitor 22. The MOS transistors Tr1 to Tr6 convert the AC voltage generated by the U-phase coil 51, the V-phase coil 52, and the W-phase coil 53 of the alternator 50 into a DC voltage according to a control signal from the MOS driver 27, and charge the battery 10. I do.
[0078]
Zener diodes DT1 to DT3 prevent the overvoltage from being applied to MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6 when U-phase coil 51, V-phase coil 52 and W-phase coil 53 of alternator 50 generate electric power, respectively. That is, the Zener diodes DT1 to DT3 protect the lower arms of the U-phase arm 23, the V-phase arm 24 and the W-phase arm 25 when the alternator 50 is in the power generation mode.
[0079]
Power supply 26 receives a DC voltage output from battery 10 via fuse FU2, and supplies the received DC voltage to MOS driver 27 as two DC voltages having different voltage levels. More specifically, power supply 26 generates a DC voltage of 5 V, for example, based on the DC voltage of 12 V received from battery 10, and generates the generated DC voltage of 5 V and the DC voltage of 12 V received from battery 10. And a voltage to the MOS driver 27.
[0080]
The MOS driver 27 is driven by DC voltages of 5V and 12V supplied from a power supply 26. Then, the MOS driver 27 generates a control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in synchronization with the synchronization signal from the synchronous rectifier 28, and sends the generated control signal to the gates of the MOS transistors Tr1 to Tr6. Output. More specifically, the MOS driver 27 generates a control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in the power generation mode of the alternator 50 based on the synchronization signals SYNG1 to SYNG6 from the synchronous rectifier 28, and A control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in the drive mode of the alternator 50 is generated based on the synchronization signals SYNM1 to SYNM6 from the rectifier 28.
[0081]
When receiving the signal GS from the control unit 30, the synchronous rectifier 28 generates the synchronization signals SYNG1 to SYNG6 based on the timing signals TG1 to TG6 from the control unit 29, and sends the generated synchronization signals SYNG1 to SYNG6 to the MOS driver 27. Output. Further, when receiving the signal MS from the control unit 30, the synchronous rectifier 28 generates the synchronization signals SYNM1 to SYNM6 based on the timing signals TM1 to TM6 from the control unit 29, and outputs the generated synchronization signals SYNM1 to SYNM6 to the MOS driver. 27.
[0082]
The control unit 29 receives the angles θ3, θ4, θ5 from the rotation angle sensor 60, and detects the rotation speed MRN of the rotor 55 included in the alternator 50 based on the received angles θ3, θ4, θ5.
[0083]
The angle θ3 is the angle between the direction of the magnetic force generated by the U-phase coil 51 and the direction of the magnetic force generated by the rotor coil 54, and the angle θ4 is the direction of the magnetic force generated by the V-phase coil 52 and the direction of the rotor coil. The angle θ5 is the angle between the direction of the magnetic force generated by the W-phase coil 53 and the direction of the magnetic force generated by the rotor coil 54. The angles θ3, θ4, θ5 change periodically in the range of 0 to 360 degrees. Therefore, the control unit 29 detects the number of times that the angles θ3, θ4, θ5 change periodically within a range of 0 ° to 360 ° in a predetermined period, and detects the rotation speed MRN.
[0084]
Then, the control unit 29 detects the timing of the voltages Vui, Vvi, Vwi induced in the U-phase coil 51, the V-phase coil 52, and the W-phase coil 53 of the alternator 50 based on the angles θ3, θ4, θ5, Based on the detected timing, MOS transistors Tr1 to Tr6 are turned on / off to convert voltages Vui, Vvi, Vwi induced in U-phase coil 51, V-phase coil 52 and W-phase coil 53 into DC voltages. It generates timing signals TG1 to TG6 indicating the timing.
[0085]
Further, the control unit 29, based on the angles θ3, θ4, θ5, and the detected rotation speed MRN, indicates a timing signal indicating the timing of turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 to operate the alternator 50 as a drive motor. Generate TM1 to TM6.
[0086]
Then, the control unit 29 outputs the generated timing signals TG1 to TG6, TM1 to TM6 to the synchronous rectifier 28.
[0087]
Control unit 30 receives a signal M / G, a signal RLO, and a signal CHGL from an externally provided eco-run ECU (Electrical Control Unit) (which will be described later). Control unit 30 receives voltages Vu, Vv, and Vw applied to U-phase coil 51, V-phase coil 52, and W-phase coil 53 of alternator 50.
[0088]
The control unit 30 determines whether to operate the alternator 50 as a generator or a drive motor based on the signal M / G, and when operating as a generator, generates a signal GS and outputs it to the synchronous rectifier 28. . On the other hand, when operating the alternator 50 as a drive motor, the control unit 30 determines an energization method in which current flows through the U-phase coil 51, the V-phase coil 52, and the W-phase coil 53 based on the voltages Vu, Vv, and Vw. , And generates a signal MS for driving the alternator 50 with the determined energization method, and outputs the signal MS to the synchronous rectifier 28.
[0089]
Further, the control unit 30 calculates a rotor current for the alternator 50 to generate the command power generation amount based on the signal RLO, generates a signal RCT for flowing the calculated rotor current to the rotor coil 54, and Output to the gate of transistor 40.
[0090]
Further, control unit 30 determines which of U-phase arm 23, V-phase arm 24 and W-phase arm 25 has failed based on signal CHGL, and determines whether U-phase arm 23, V-phase arm 24 and W-phase arm 24 have failed. When any of the arms 25 is out of order, the MOS transistors Tr1 to Tr6 are stopped.
[0091]
MOS transistor 40 sets the rotor current supplied from battery 10 to rotor coil 54 to a predetermined value based on signal RCT from control unit 30. Diode 41 prevents a current from flowing from node N4 to ground node GND.
[0092]
The alternator 50 operates as a drive motor or a generator. Then, in a drive mode in which the alternator 50 operates as a drive motor, when starting the engine, a predetermined torque is generated by control from the control circuit 20, and the engine is started by the generated predetermined torque. The alternator 50 generates a predetermined torque under the control of the control circuit 20 except when the engine is started, and drives the drive wheels of the vehicle on which the generator motor 100 is mounted by the generated predetermined torque. Further, the alternator 50 drives the accessories with the generated predetermined torque except when the engine is started.
[0093]
On the other hand, in the power generation mode in which the alternator 50 operates as a generator, the alternator 50 generates an AC voltage corresponding to a rotor current flowing through the rotor coil 54, and outputs the generated AC voltage to the U-phase arm 23, the V-phase arm 24, and the W-phase arm. 25.
[0094]
The rotation angle sensor 60 detects the angles θ3, θ4, θ5, and outputs the detected angles θ3, θ4, θ5 to the control unit 29.
[0095]
The overall operation of the generator motor 100 will be described. The control unit 30 determines whether to operate the alternator 50 as a generator or a drive motor based on a signal M / G from the eco-run ECU, and generates a signal GS when operating the alternator 50 as a generator to generate a synchronous rectifier. 28. Control unit 30 generates signal RCT based on signal RLO from eco-run ECU and outputs the signal to the gate of MOS transistor 40.
[0096]
Then, MOS transistor 40 switches the rotor current supplied from battery 10 to rotor coil 54 in accordance with signal RCT. Then, the rotor 55 of the alternator 50 is rotated by the rotational force of the engine, and the alternator 50 generates the specified amount of power generation and supplies the generated power to the U-phase arm 23, the V-phase arm 24, and the W-phase arm 25.
[0097]
On the other hand, the control unit 29 receives the angles θ3, θ4, θ5 from the rotation angle sensor 60, and generates the timing signals TG1 to TG6, TM1 to TM6 by the above-described method based on the received angles θ3, θ4, θ5. To the synchronous rectifier 28.
[0098]
Then, based on signal GS from control unit 30, synchronous rectifier 28 generates synchronization signals SYNG1 to SYNG6 synchronized with timing signals TG1 to TG6, and outputs them to MOS driver 27. The MOS driver 27 generates a control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in synchronization with the synchronization signals SYNG1 to SYNG6 and outputs the control signal to the gates of the MOS transistors Tr1 to Tr6.
[0099]
Then, MOS transistors Tr1 to Tr6 are turned on / off by a control signal from MOS driver 27, and convert the AC voltage generated by alternator 50 to a DC voltage to charge battery 10.
[0100]
In this case, the Zener diodes DT1 to DT3 absorb the surge voltage even if the surge voltage is superimposed on the AC voltage generated by the alternator 50. That is, the Zener diodes DT1 to DT3 prevent a voltage higher than the breakdown voltage from being applied to the MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6. Further, even if a surge voltage is superimposed on the DC voltage between positive bus L1 and negative bus L2, Zener diode 21 absorbs the surge voltage. That is, the Zener diode 21 prevents a voltage higher than the breakdown voltage from being applied to the MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5.
[0101]
When the control unit 30 determines that the alternator 50 is to be driven as a drive motor based on the signal M / G, the control unit 30 sends the signals to the U-phase arm 23, the V-phase arm 24, and the W-phase arm 25 based on the voltages Vu, Vv, and Vw. Is determined, and a signal MS for driving the alternator 50 is generated based on the determined current supply method, and is output to the synchronous rectifier 28.
[0102]
The control unit 29 receives the angles θ3, θ4, and θ5 from the rotation angle sensor 60, and based on the received angles θ3, θ4, and θ5, generates the timing signals TG1 to TG6 and TM1 to TM6 by the above-described method and synchronizes them. Output to rectifier 28.
[0103]
Then, synchronous rectifier 28 generates synchronization signals SYNM <b> 1 to SYNM <b> 6 synchronized with timing signals TM <b> 1 to TM <b> 6 based on signal MS from control unit 30, and outputs the same to MOS driver 27. The MOS driver 27 generates a control signal for turning on / off the MOS transistors Tr1 to Tr6 in synchronization with the synchronization signals SYNM1 to SYNM6 and outputs the control signal to the gates of the MOS transistors Tr1 to Tr6.
[0104]
Then, MOS transistors Tr1 to Tr6 are turned on / off by a control signal from MOS driver 27, and switch the current supplied from battery 10 to U-phase arm 23, V-phase arm 24, and W-phase arm 25 of alternator 50 to change the alternator. 50 is driven as a drive motor. Thus, the alternator 50 supplies a predetermined torque to the crankshaft of the engine when the engine is started, and supplies a predetermined torque to the drive wheels except when the engine is started.
[0105]
In this case, Zener diode 21 absorbs a surge voltage generated between positive bus L1 and negative bus L2 due to turning on / off of MOS transistors Tr1 to Tr6. That is, the Zener diode 21 prevents a voltage higher than the breakdown voltage from being applied to the MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5. The Zener diodes DT1 to DT3 absorb the surge voltage even when the MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 are turned on / off and a surge voltage is applied to the MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6. That is, the Zener diodes DT1 to DT3 prevent a voltage higher than the breakdown voltage from being applied to the MOS transistors Tr2, Tr4, Tr6.
[0106]
As described above, the MOS transistors Tr1 to Tr6 are arranged on the electrode plates 81, 82A to 82C, 83 provided on the end face of the alternator 50. Such an arrangement is possible because the provision of the Zener diodes 21 and DT1 to DT3 prevents overvoltage from being applied to the MOS transistors Tr1 to Tr6 and reduces the size of the MOS transistors Tr1 to Tr6. In particular, since the three MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 are protected by one Zener diode 21, the three MOS transistors Tr1, Tr3, Tr5 are protected by utilizing the space between the substrate 84 and the electrode plates 81, 83. The Zener diode 21 for protecting Tr1, Tr3 and Tr5 can be arranged.
[0107]
In addition, the Zener diode 21 can reduce the capacity of the capacitor 22 in order to prevent an overvoltage from being applied to the capacitor 22. As a result, the capacitor 22 can be arranged in the space between the substrate 84 and the electrode plates 81, 82C, 83.
[0108]
Due to these factors, the control circuit 20 can be miniaturized as a whole and arranged on the end face of the alternator 50. That is, the control circuit 20 can be arranged not in the longitudinal direction of the rotating shaft 50A of the alternator 50 but in a plane perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 50A.
[0109]
Since the MOS transistors Tr1 to Tr6 are fixed to the electrode plates 81, 82A to 82C via the buffer material 812 made of the same material as the electrode plates 81, 82A to 82C, or the area of the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the electrode plate 81 , 82A to 82C are set to 6 or more, so that the MOS transistors Tr1 to Tr6 can be effectively cooled.
[0110]
FIG. 9 shows a block diagram of an engine system 200 including the generator motor 100. Referring to FIG. 9, engine system 200 includes battery 10, control circuit 20, alternator 50, engine 110, torque converter 120, automatic transmission 130, pulleys 140, 150, 160, belt 170, , Accessories 172, starter 174, electric hydraulic pump 180, fuel injection valve 190, electric motor 210, throttle valve 220, eco-run ECU 230, engine ECU 240, VSC (Vehicle Stability Control) -ECU 250 Is provided.
[0111]
Alternator 50 is arranged close to engine 110. The control circuit 20 is disposed on the end face of the alternator 50 as described above.
[0112]
The engine 110 is started by the alternator 50 or the starter 174 and generates a predetermined output. More specifically, the engine 110 is started by the alternator 50 at the time of starting after stopping by the economy running system (also referred to as “eco-run”), and is started by the starter 174 at the time of starting by the ignition key. Then, engine 110 outputs the generated output from crankshaft 110a to torque converter 120 or pulley 140.
[0113]
Torque converter 120 transmits the rotation of engine 110 from crankshaft 110a to automatic transmission 130. Automatic transmission 130 performs automatic shift control, sets the torque from torque converter 120 to a torque according to the shift control, and outputs the torque to output shaft 130a.
[0114]
Pulley 140 is connected to crankshaft 110a of engine 110. The pulley 140 is linked with the pulleys 150 and 160 via the belt 170.
[0115]
The belt 170 connects the pulleys 140, 150, 160 to each other. The pulley 150 is connected to a rotation shaft of the accessories 172.
[0116]
The pulley 160 is connected to the rotating shaft of the alternator 50 and is rotated by the alternator 50 or the crankshaft 110 a of the engine 110.
[0117]
The accessories 172 include one or more of an air conditioner compressor, a power steering pump, and an engine cooling water pump. The accessories 172 receive the output from the alternator 50 via the pulley 160, the belt 170, and the pulley 150, and are driven by the received output.
[0118]
The alternator 50 is driven by the control circuit 20. Then, the alternator 50 receives the rotational force of the crankshaft 110a of the engine 110 via the pulley 140, the belt 170, and the pulley 160, and converts the received rotational force into electric energy. That is, the alternator 50 generates electric power by the rotational force of the crankshaft 110a. When the alternator 50 generates power, there are two cases. One is a case where the engine 110 is driven during normal running of the hybrid vehicle equipped with the engine system 200 to generate power by receiving the torque of the crankshaft 110a. The other case is that the engine 110 is not driven, but the rotational force of the drive wheels is transmitted to the crankshaft 110a when the hybrid vehicle is decelerated, and the alternator 50 receives the transmitted rotational force and generates power.
[0119]
The alternator 50 is driven by the control circuit 20 and outputs a predetermined output to the pulley 160. When the engine 110 is started, the predetermined output is transmitted to the crankshaft 110a of the engine 110 via the belt 170 and the pulley 140, and when the accessory 172 is driven, the predetermined output is supplied via the belt 170 and the pulley 150. Transmitted to the machine 172.
[0120]
The battery 10 supplies a DC voltage of 12 V to the control circuit 20 as described above.
[0121]
As described above, the control circuit 20 converts the DC voltage from the battery 10 into an AC voltage under the control of the eco-run ECU 230, and drives the alternator 50 with the converted AC voltage. Further, under the control of eco-run ECU 230, control circuit 20 converts the AC voltage generated by alternator 50 into a DC voltage, and charges battery 10 with the converted DC voltage.
[0122]
Starter 174 starts engine 110 under the control of eco-run ECU 230. The electric hydraulic pump 180 is built in the automatic transmission 130, and supplies hydraulic oil to a hydraulic control unit provided inside the automatic transmission 130 under the control of the engine ECU 240. The operating oil adjusts the operating states of the clutch, brake, and one-way clutch inside the automatic transmission 130 by a control valve in the hydraulic control unit, and switches the shift state as necessary.
[0123]
The eco-run ECU 230 performs mode control of the alternator 50 and the control circuit 20, control of the starter 174, and control of the charged amount of the battery 10. The mode control of the alternator 50 and the control circuit 20 refers to controlling a power generation mode in which the alternator 50 functions as a generator and a drive mode in which the alternator 50 functions as a drive motor. Further, a control line from eco-run ECU 230 to battery 10 is not shown.
[0124]
Further, the eco-run ECU 230 detects the rotation speed MRN based on the angles θ1, θ2, and θ3 from the rotation angle sensor 60 built in the alternator 50, the presence or absence of activation of the eco-run system by the driver from the eco-run switch, and other data.
[0125]
Fuel injection valve 190 controls fuel injection under the control of engine ECU 240. The electric motor 210 controls the opening of the throttle valve 220 under the control of the engine ECU 240. The throttle valve 220 is set to a predetermined opening by the electric motor 210.
[0126]
Engine ECU 240 controls on / off of accessories 172 except for an engine cooling water pump, drive control of electric hydraulic pump 180, shift control of automatic transmission 130, fuel injection control by fuel injection valve 190, throttle by electric motor 210 The opening degree control of the valve 220 and other engine controls are performed.
[0127]
The engine ECU 240 also calculates the engine cooling water temperature from the water temperature sensor, the presence / absence of depression of the accelerator pedal from the idle switch, the accelerator opening from the accelerator opening sensor, the steering angle of the steering from the steering angle sensor, and the vehicle speed from the vehicle speed sensor. , The throttle opening from the throttle opening sensor, the shift position from the shift position sensor, the engine speed from the engine speed sensor, the presence / absence of on / off operation from the air conditioner switch, and other data.
[0128]
VSC-ECU 250 detects the state of the presence / absence of depression of a brake pedal from a brake switch, and other data.
[0129]
The eco-run ECU 230, the engine ECU 240, and the VSC-ECU 250 are configured around a microcomputer, and execute arithmetic processing required by a CPU (Central Processing Unit) in accordance with a program written in an internal ROM (Read Only Memory). Various controls are executed based on the calculation results. The results of the arithmetic processing and the detected data can be mutually communicated between the eco-run ECU 230, the engine ECU 240, and the VSC-ECU 250. It is possible to do.
[0130]
The operation of the engine system 200 may be performed by performing a known idle stop control. Specifically, the engine is stopped by detecting the deceleration or stop of the vehicle by the output of various sensors, and then when the driver intends to start (it can be detected by the brake and accelerator pedal operation status). The engine may be started by the alternator 50. In engine system 200, control circuit 20 for controlling alternator 50 is provided on an end face of alternator 50, and drives alternator 50 as a drive motor or a generator in accordance with an instruction from eco-run ECU 230. When the alternator 50 is driven as a drive motor or a generator, the heat generated by the MOS transistors Tr1 to Tr6 of the control circuit 20 is transmitted to the electrode plates 81, 82A to 82C via the buffer 812, and Tr1 to Tr6 are effectively cooled.
[0131]
The generator motor according to the present invention may be the generator motor 101 shown in FIG. Referring to FIG. 10, generator motor 101 includes planar electrodes 91 in which MOS transistors Tr1-Tr6 and electrode plates 82A-82C, 83 are replaced by wire bonding (W / B) in generator motor 100 shown in FIG. 96, and the rest is the same as the generator motor 100.
[0132]
Each of the planar electrodes 91 to 96 is made of a copper-based material, and has a thickness in the range of 0.1 to 2.0 mm.
[0133]
The plane electrode 91 connects the source of the MOS transistor Tr1 to the electrode plate 82A. The plane electrode 92 connects the source of the MOS transistor Tr2 to the electrode plate 83. The plane electrode 93 connects the source of the MOS transistor Tr3 to the electrode plate 82B. The plane electrode 94 connects the source of the MOS transistor Tr4 to the electrode plate 83. The plane electrode 95 connects the source of the MOS transistor Tr5 to the electrode plate 82C. The plane electrode 96 connects the source of the MOS transistor Tr6 to the electrode plate 83.
[0134]
FIG. 11 shows a plan view of the MOS transistor Tr1 shown in FIG. 10 and a cross-sectional view of the MOS transistor Tr1 and the electrode plates 81 and 82A. FIG. 11 is the same as FIG. 2 except that the wiring GL in FIG. 2 is replaced with a plane electrode 91.
[0135]
The plane electrode 91 connects the source S of the MOS transistor Tr1 to the electrode plate 82A. The plane electrode 91 is connected to the source S of the MOS transistor Tr1 and the electrode plate 82A by soldering. In this case, a Pb-free Ag-Cu-Sn-based solder is used. Since this solder has a thermal conductivity about twice as high as that of ordinary solder, heat generated in the MOS transistor Tr1 can be efficiently conducted to the plane electrode 91 and the electrode plate 82A, and the heat dissipation effect of the MOS transistor Tr1 can be enhanced.
[0136]
The source S is preferably made of Al-Ni-Au. In this case, aluminum (Al) is formed so as to be in contact with silicon (Si) that is the material of MOS transistor Tr1. That is, the source S is manufactured by sequentially depositing aluminum (Al), nickel (Ni), and gold (Au) on the MOS transistor Tr1 (Si). This makes it possible to improve the adhesive force between the plane electrode 91 and the source S of the MOS transistor Tr1 when the plane electrode 91 is soldered to the source S of the MOS transistor Tr1. Note that the gate G may be made of Al-Ni-Au similarly to the source S. Further, the source S and the gate G may be made of Al-Ni.
[0137]
When the plane electrode 92 is connected to the source S of the MOS transistor Tr2 and the electrode plate 83, and when the plane electrode 93 is connected to the source S of the MOS transistor Tr3 and the electrode plate 82B, the plane electrode 94 is connected to the source S and the electrode of the MOS transistor Tr4. When connecting to the plate 83, when connecting the plane electrode 95 to the source S of the MOS transistor Tr5 and the electrode plate 82C, and when connecting the plane electrode 96 to the source S and the electrode plate 83 of the MOS transistor Tr6, Is connected to the source S of the MOS transistor Tr1 and the electrode plate 82A. Others are as described in FIG.
[0138]
The MOS transistors Tr2 to Tr6 shown in FIG. 10 are also connected to the electrode plates 82B, 82C and 83 by plane electrodes 92 to 96 in the same manner as the MOS transistor Tr1.
[0139]
Thus, in the generator motor 101, the MOS transistors Tr1 to Tr6 are connected to the electrode plates 82A, 83, 82B, 83, 82C, 83 by the plane electrodes 91 to 96, respectively.
[0140]
FIG. 12 shows the relationship between the temperature rise of the MOS transistors Tr1 to Tr6 shown in FIG. 10 and the bus bar area / element area. In FIG. 12, curves k1 and k2 represent the relationship between the temperature rise of the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the bus bar area / element area when the MOS transistors Tr1 to Tr6 are connected to the electrode plates 82A, 82B, 82C and 83 by the wiring GL. Curves k3 and k4 show the temperature rise of the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the bus bar area / element area when the MOS transistors Tr1 to Tr6 are connected to the electrode plates 82A, 82B, 82C and 83 by the plane electrodes 91 to 96, respectively. Shows the relationship. The curve k3 indicates a transition time, that is, a time of a motor operation, and the curve k4 indicates a time of a power generation operation. The curves k1 and k2 are as described in FIG.
[0141]
Referring to FIG. 12, by connecting MOS transistors Tr1 to Tr6 to electrode plates 82A, 82B, 82C and 83 by plane electrodes 91 to 96, the temperature rise of MOS transistors Tr1 to Tr6 during motor operation can be reduced by about 35%. It is possible to reduce the temperature rise of the MOS transistors Tr1 to Tr6 during the power generation operation by 3 to 6% (see curves k2 and k4).
[0142]
Then, in a region equal to or lower than the allowable limit of the element temperature rise, the temperatures of the MOS transistors Tr1 to Tr6 are higher during the power generation operation represented by the curve k4 than during the motor operation represented by the curve k3. Therefore, in the present invention, when the planar electrodes 91 to 96 are used, the area of the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the electrode 81, 82A to 82C are determined. That is, the areas of the MOS transistors Tr1 to Tr6 and the areas of the electrode plates 81 and 82A to 82C are determined so that the area ratio (= bus bar area / element area) becomes 5 or more.
[0143]
As a result, the heat generated in the MOS transistors Tr1 to Tr6 is transmitted to the electrode plates 81, 82A to 82C via the buffer material 812 and the plane electrodes 91 to 96, and the temperature rise of the MOS transistors Tr1 to Tr6 falls below the allowable limit. MOS transistors Tr1 to Tr6 are thus cooled.
[0144]
By connecting the MOS transistors Tr1 to Tr6 to the electrode plates 82A, 83, 82B, 83, 82C and 83 by the plane electrodes 91 to 96 in this manner, the heat generated in the MOS transistors Tr1 to Tr6 is reduced by the plane electrodes 91 to 96, respectively. Heat is dissipated through 91 to 96. As a result, when the MOS transistors Tr1 to Tr6 are connected to the electrode plates 82A to 82C and 83 by wire bonding (W / B) as in the generator motor 100, the temperature rise of the MOS transistors Tr1 to Tr6 falls below the allowable limit. In order to cool the MOS transistors Tr1 to Tr6 so that the area ratio of the electrode plates 81 and 82A to 82C to the MOS transistors Tr1 to Tr6 needs to be set to 6 or more, as in the generator motor 101, When Tr1 to Tr6 are connected to electrode plates 82A to 82C and 83 by plane electrodes 91 to 96, MOS transistors for cooling MOS transistors Tr1 to Tr6 so that the temperature rise of MOS transistors Tr1 to Tr6 is equal to or less than an allowable limit. Electrode plate 8 for Tr1 to Tr6 Can be set area ratio of 82A~82C to 5 smaller than 6.
[0145]
Therefore, when the area of the MOS transistors Tr1 to Tr6 is constant, the area of the electrode plates 81, 82A to 82C is reduced by connecting the MOS transistors Tr1 to Tr6 to the electrode plates 82A to 82C and 83 by the plane electrodes 91 to 96. Can be smaller.
[0146]
It goes without saying that the generator motor 101 can be applied to the engine system 200.
[0147]
In the present invention, the alternator 50 includes a stator and a rotor, and constitutes a “motor” functioning as a generator and an electric motor.
[0148]
Further, in the present invention, the electrode plates 81, 82A to 82C, 83 constitute a "bus bar".
[0149]
Further, in the present invention, electrode plate 81 constitutes a “first bus bar”, electrode plates 82A to 82C constitute a “second bus bar”, and electrode plate 83 constitutes a “third bus bar”. Is composed.
[0150]
Further, in the generator motor according to the present invention, the area ratio between the element area and the bus bar area (bus bar area / element area) may be 5 or more.
[0151]
According to the embodiment of the present invention, in the generator motor, the plurality of switching elements that control the current flowing through the coil of the alternator that functions as the generator and the drive motor are the same as the electrode plate that fixes the plurality of switching elements. Since the plurality of switching elements are fixed to the electrode plate via the buffer material made of the material, the plurality of switching elements can be effectively cooled.
[0152]
Further, according to the embodiment of the present invention, in the generator motor, the area of each of the plurality of switching elements controlling the current flowing through the coil of the alternator functioning as the generator and the drive motor, and the plurality of switching elements Since the area ratio with respect to the area of the electrode plate to be fixed is 6 or more, a plurality of switching elements can be cooled effectively.
[0153]
In the present embodiment, the eco-run ECU and the engine ECU are provided separately, but it goes without saying that their functions can be integrated into one engine control ECU. Further, the transmission of the present embodiment is not limited to the AT (so-called automatic transmission), and may be a combination of a known transmission such as CVT or MT.
[0154]
Furthermore, in the present embodiment, the eco-run system is used, but the present invention can be applied to a hybrid vehicle that can generate a large driving force using a motor. The present invention can be realized by replacing the alternator 50 with a known generator motor (also referred to as a motor generator). It goes without saying that a generator motor capable of providing a torque required for driving the vehicle and starting the engine may be appropriately selected.
[0155]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a generator motor according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the MOS transistor Tr1 shown in FIG. 1 and a cross-sectional view of the MOS transistor Tr1 and electrode plates 81 and 82A.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
FIG. 4 is a sectional structural view in a region of a MOS transistor Tr1 shown in FIG.
FIG. 5 is a sectional structural view for explaining a conventional fixing method of a MOS transistor.
FIG. 6 is a plan view for calculating an area ratio between a MOS transistor and an electrode plate.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an element temperature rise and a bus bar area / element area.
FIG. 8 is a circuit block diagram of the generator motor and the battery shown in FIG.
FIG. 9 is a schematic block diagram of an engine system including the generator motor shown in FIG.
FIG. 10 is another plan view of the generator motor according to the present invention.
11 is a plan view of the MOS transistor Tr1 shown in FIG. 10 and a cross-sectional view of the MOS transistor Tr1 and the electrode plates 81 and 82A.
12 is a diagram showing a relationship between a temperature rise of MOS transistors Tr1 to Tr6 and a bus bar area / element area shown in FIG.
FIG. 13 is a perspective view of a conventional starting generator.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 battery, 20 control circuit, 21 DT1, DT2, DT3 Zener diode, 22 capacitor, 23 U-phase arm, 24 V-phase arm, 25 W-phase arm, 26 power supply, 27 MOS driver, 28 synchronous rectifier, 29, 30 control Part, 40, Tr1 to Tr6 MOS transistor, 41 diode, 50 alternator, 50A, 301B rotation axis, 51 U phase coil, 51A, 52A, 53A one end, 52 V phase coil, 53 W phase coil, 54 rotor coil, 55 Rotor, 56, 57 stator, 58 brush, 60 rotation angle sensor, 70 custom IC, 81, 82A-82C, 83 electrode plate, 84 substrate, 84A-84D terminal, 85A-85D, 86A-86F, GL wiring, 87 Terminals, 91 to 96 plane electrodes, 100, 101 generator motor, 11 0 engine, 110a crankshaft, 120 torque converter, 130 automatic transmission, 130a output shaft, 140, 150, 160 pulley, 170 belt, 172 accessories, 174 starter, 180 electric hydraulic pump, 190 fuel injection valve, 200 engine system , 210 electric motor, 220 throttle valve, 230 eco-run ECU, 240 engine ECU, 250 VSC-ECU, 300 starting generator, 301 motor section, 301A end face, 302 drive section, 302A cylinder member, 302B power module, 303 radial direction, 304 longitudinal direction, 811,813 solder, 812 cushioning material, 820 DBC, 821 ceramic, 822,823 copper, 830 heat sink, FU1, FU2 fuse, L1 positive bus, L2 negative bus .

Claims (6)

A motor functioning as a generator and a motor,
A plurality of switching elements for controlling the current supplied to the motor,
A bus bar connecting the plurality of switching elements,
The generator motor, wherein an area ratio between the bus bar and the switching element is 5 or more. The generator-motor device according to claim 1, further comprising a buffer member provided between the bus bar and the switching element, for absorbing a difference in thermal expansion between the bus bar and the switching element. The generator motor according to claim 4 or 2, wherein the cushioning member is made of a copper-based or aluminum-based material. The generator motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the bus bar is made of copper. The generator motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the bus bar is provided on an end face of the motor and has an arc shape. The bus bar,
A first bus bar constituting a power supply line;
A second bus bar connected to a coil of the motor;
A third bus bar constituting an earth line,
The plurality of switching elements,
A plurality of first switching elements installed on the first bus bar;
A plurality of second switching elements installed on the second bus bar,
The generator motor,
A plurality of first planar electrodes connecting the plurality of first switching elements to the second bus bar;
The generator motor according to any one of claims 1 to 5, further comprising a plurality of second planar electrodes connecting the plurality of second switching elements to the third bus bar.

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