JP2005245150A - Rotary electric machine for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用回転電機であり、更に詳細には、電力用のパワー半導体素子(例えば整流素子,電圧調整器,電力変換装置など)を実装した回転電機のパワーモジュール構造に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine for a vehicle, and more particularly to a power module structure of a rotating electrical machine on which a power semiconductor element for electric power (for example, a rectifying element, a voltage regulator, a power converter, etc.) is mounted.
特許文献1には、車両用発電機の自動電圧調整器の電子部品(コンデンサ,トランジスタなど)を基板にモジュール化して、この基板を発電機のリアブラケットの外面に固定したものが記載されている。基板は樹脂製のプリント基板であり、ブラケット面より離して取付けられた構造をなしている。 Patent Document 1 describes a module in which electronic components (capacitor, transistor, etc.) of an automatic voltage regulator of a vehicular generator are modularized on a board, and the board is fixed to the outer surface of a rear bracket of the generator. . The substrate is a printed circuit board made of resin, and has a structure that is mounted away from the bracket surface.
特許文献2には、発電機のハウジング(リアブラケット)の外面に電圧調整器(パワートランジスタを半導体整流素子とした整流器をケースに内蔵したもの)を固定したものが記載されている。この場合の電圧調整器は、ケース及びその蓋体が冷却フィンをなしており、蓋体の内面に電圧調整器が固定されている。したがって、電圧調整器のパワー半導体整流素子より発生した熱は、蓋体からケースを介してリアブラケットに伝わって放熱し、また、熱の一部が空気中に放熱される構造となっている。
車両用の回転電機の分野では、上記したように発電機(例えばオルタネータ)のブラケットに電圧調整器およびダイオードのようなパワー素子を実装させたりしている。しかし環境の観点から、エンジンのアイドリングストップのニーズにより、一台の回転電機で駆動と発電の両方の機能を持った電動発電機が開発されるに伴い、インバータ等の電力変換装置もモジュール化し、パワーモジュールとして回転電機(電動機,発電機)に実装することも検討されている。 In the field of rotating electrical machines for vehicles, as described above, a voltage regulator and a power element such as a diode are mounted on a bracket of a generator (for example, an alternator). However, from the environmental point of view, as motor generators that have both drive and power generation functions have been developed by a single rotating electrical machine due to the need for engine idling stop, power converters such as inverters have been modularized. Mounting as a power module on rotating electrical machines (electric motors, generators) is also under consideration.
パワーモジュールは、通常パワー半導体素子−半田−両面に銅が貼り付けられた絶縁基板−半田−銅もしくはアルミ製のベースの積層構造となっており、前記ベースが熱伝導部材を介してヒートシンクに取り付けられる構造となっている。 The power module usually has a laminated structure of a power semiconductor element-solder-insulated substrate with copper bonded on both sides-solder-copper or aluminum base, and the base is attached to a heat sink via a heat conducting member. It has a structure.
パワーモジュールの信頼性は、放熱性を向上して半導体そのものの温度も問題であるが、信頼性を確保するためには、半導体と絶縁基板、絶縁基板とベースを接合している半田の熱疲労サイクルが重要になる。特に絶縁基板とベース間の半田に対する疲労は、絶縁基板、ベース部材の線膨張の差が大きく信頼性に対する影響も大きい。 The reliability of the power module improves heat dissipation and the temperature of the semiconductor itself is also a problem. However, in order to ensure reliability, thermal fatigue of the solder that joins the semiconductor to the insulating substrate and the insulating substrate to the base The cycle becomes important. In particular, fatigue of solder between the insulating substrate and the base has a large difference in linear expansion between the insulating substrate and the base member, and has a great influence on reliability.
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パワーモジュールの信頼性を高めた車両用回転電機を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the above point, The objective is to provide the rotary electric machine for vehicles which improved the reliability of the power module.
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、次のように構成する車両用回転電機を提供することにある。
一つは、車両用回転電機において、回転子の端部にファンが取付けられ、この回転子を保持し且つ回転電機のハウジングを構成するブラケットに、電力用のパワーモジュールが取付けられており、前記パワーモジュールが、半導体素子、該半導体素子を実装した絶縁基板で構成され、前記絶縁基板が直接もしくは伝熱部材を介して、前記ブラケットに取り付けるようにした。
In order to achieve the above object, the present invention basically provides a vehicular rotating electrical machine configured as follows.
One is a rotating electrical machine for a vehicle, a fan is attached to an end of the rotor, and a power module for electric power is attached to a bracket that holds the rotor and constitutes a housing of the rotating electrical machine. The power module includes a semiconductor element and an insulating substrate on which the semiconductor element is mounted, and the insulating substrate is attached to the bracket directly or via a heat transfer member.
また、前記絶縁基板が、抗折強度の高い窒化珪素からなることを特徴としている。 The insulating substrate is made of silicon nitride having a high bending strength.
本発明によれば、冷却を向上させかつ信頼性の高い車両用回転電機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vehicular rotating electrical machine with improved cooling and high reliability.
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の車両用回転電機の実施例について、図面を用いて説明する。図1は本発明の一実施例に係る回転電機の縦断面図、図2はその部分拡大図、図3は上記実施例に用いるパワーモジュールの積層構造の模式図である。本実施例における回転電機は一例として車両用オルタネータを例示している。図1において、回転子軸1の一端に取付けたプーリ2側を「フロント側」、その反対側を「リア側」と定義する。
The best mode for carrying out the present invention will be described.
Embodiments of a rotating electrical machine for a vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partially enlarged view thereof, and FIG. 3 is a schematic diagram of a laminated structure of power modules used in the above embodiment. The rotary electric machine in a present Example has illustrated the alternator for vehicles as an example. In FIG. 1, the pulley 2 side attached to one end of the rotor shaft 1 is defined as “front side” and the opposite side is defined as “rear side”.
回転子軸1には、界磁コイル4を装着した回転子3が固定され、その周囲に微小空隙を介してステータコア5が配置されている。ステータコア5にはステータコイル6が装着されている。回転子軸1の両端は、軸受7,8を介して一対のブラケット(フロントブラケット,リアブラケット)9,10により保持されている。また、フロントブラケット9,リアブラケット10は、ステータコア5を挟持している。
A
回転子3の両端には、ファン11が固定され、回転子3の回転時にブラケットに設けた外部空気取り入れ部(図示省略)を介してオルタネータ内部に冷却風が通過するようにしてある。冷却風は、オルタネータの界磁コイル4及びステータコア5から生じる熱を奪って発電効率を高めている。
一方のブラケット(リアブラケット)10から突出する回転子軸一端1aの周りに界磁コイル4の電流供給用のスリップリング12配置されている。リアブラケット10の外面には、このスリップリング12と、ステータコア6に誘起された電力を出力させる出力端子13と、出力電力を制御するためのパワーモジュール14、整流用のダイオード(図示省略)が取付けられている。これらの付属部品はリアカバー15により覆われている。16は回転子の回転を検出するマグネットである。
A
パワーモジュール14は、図3に示すように、電力用の半導体素子20、例えばMOS(相補型金属酸化膜半導体)、IGBT(絶縁ゲート型トランジスタ)を備え、この半導体素子20を、半田層21を介して絶縁基板22に実装され、さらに、半導体素子20、半田層21、絶縁基板22積層体及び樹脂ケース30にモールドされたバスバー29とワイヤボンディング28で接続されて構成されている。
As shown in FIG. 3, the
このパワーモジュール14の絶縁基板22がリアブラケット10にねじ止めなどで取付けられる。パワーモジュール取付け面すなわち絶縁基板22とリアブラケット10間には、グリース24が介在している。
The
パワーモジュール取付け面の反対側となるリアブラケット内面は、ファン11を取付けた回転子3の一端面と対向する。パワーモジュール14を取付けたリアブラケット10、絶縁基板22,半導体素子20とが積層構造をなしている。絶縁基板22は抗折強度の高い窒化珪素等で形成されている。パワーモジュール14を取付けたリアブラケット10の内面に放熱機能を有するフィン17が設けられている。
The inner surface of the rear bracket opposite to the power module mounting surface is opposed to one end surface of the
なお、本実施例では、パワーモジュール14として、電力調整用の半導体素子を例示しているが、このパワーモジュールは、オルタネータ等の交流回転機に使用される整流ダイオードであってもよい。
In the present embodiment, a semiconductor element for power adjustment is illustrated as the
パワーモジュール14は、絶縁基板22面上に形成したケース26内に収容されカバー27により覆われている。また、パワーモジュール14のパワー半導体素子20は、ワイヤボンディング28を介してバスバー29に接続されている。
The
本実施例によれば、リアブラケット10を放熱板として、それに伝熱部材であるグリース24を介して面接触する絶縁基板22により半導体素子20の発生熱を放熱することができる。また、リアブラケット10と絶縁基板22間はすべりを持った面接触であり、リアブラケット10と絶縁基板22の間に生じる線膨張の差はすべりによって吸収することができる。したがって、パワーモジュール14の冷却を向上させ、かつ絶縁基板下の半田を省略することにより、信頼性を向上させることができる。
According to the present embodiment, the
3…回転子、10…ブラケット(リアブラケット)、11…ファン、14…パワーモジュール、15…リアカバー、17…フィン、20…パワー半導体素子、22…絶縁基板
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記パワーモジュールは、半導体素子と、該半導体素子を実装した絶縁基板とで構成された積層構造からなり、前記絶縁基板は、前記ブラケットに取付けていることを特徴とする車両用回転電機。 A vehicular rotating electrical machine comprising a rotor having a fan attached to an end thereof, a stator core, and a bracket constituting a housing for housing the rotor, the bracket holding the rotor and having a power module for electric power attached thereto In
The vehicular rotating electrical machine according to claim 1, wherein the power module has a laminated structure including a semiconductor element and an insulating substrate on which the semiconductor element is mounted, and the insulating substrate is attached to the bracket.
上記パワーモジュールの絶縁基板は、伝熱部材を介して上記ブラケットに取付けていることを特徴とする車両用回転電機。 The rotating electrical machine for a vehicle according to claim 1,
The vehicular rotating electrical machine, wherein the insulating substrate of the power module is attached to the bracket via a heat transfer member.
上記パワーモジュールの絶縁基板は、窒化珪素からなることを特徴とする車両用回転電機。 The rotating electrical machine for a vehicle according to claim 1 or 2,
The electric rotating machine for vehicles, wherein the insulating substrate of the power module is made of silicon nitride.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004052940A JP2005245150A (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Rotary electric machine for vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004052940A JP2005245150A (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Rotary electric machine for vehicle |
Publications (1)
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JP2005245150A true JP2005245150A (en) | 2005-09-08 |
Family
ID=35026265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004052940A Pending JP2005245150A (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Rotary electric machine for vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005245150A (en) |
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2004
- 2004-02-27 JP JP2004052940A patent/JP2005245150A/en active Pending
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