JP2007189868A - 制御装置一体型回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置一体型回転電機の組立時に、パワー部のはんだ部に生じるストレスを低減するとともに、製造工程の合理化を図る。
【解決手段】ヒートシンクに搭載されるスイッチング素子の裏面電極とヒートシンクとの接合面と、スイッチング素子のリード端子とターミナル部材の金属ターミナル部との接合面とを、ヒートシンクとターミナル部材との固定方向、およびヒートシンクとハウジングとの固定方向に対して略垂直方向に構成する制御装置一体型回転電機を提供する。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機とその出力を制御する制御装置とを一体化した制御装置一体型回転電機およびその製造方法に関するものである。

従来、この種の制御装置一体型回転電機として、スイッチング素子を半田付けして搭載したヒートシンクを、発電電動機のリアハウジングに締結によって固定した構成のものがある。そして、リアカバーが発電電動機の反負荷側方向からロータ軸方向に向かってヒートシンクに被せられ、このヒートシンクとリアハウジングに固定されるとともに、ヒートシンクに対してアース電位が与えられ、スイッチング素子は熱拡散板を介してヒートシンクのベース面に設けられた絶縁シート上に固定されるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２８２９０５号公報（段落００２０，００２３、図１，図２）

上記従来の技術においては、半田付けしたスイッチング素子が搭載されたヒートシンクを、リアハウジングに締結によって固定する場合、その締結方向がスイッチング素子の半田付け面に対して平行方向になるように構成されている。このため、ヒートシンクとリアハウジングの締結力によるストレスが、スイッチング素子の半田付け面に対してせん断方向に働き、半田にダメージを及ぼすおそれがある。

また、スイッチング素子は、ヒートシンクのベース面に平行な電極と異なる極性となるリード端子を有している。このリード端子は、上記ベース面に平行な電極が半田付けされる部位とは絶縁されたターミナル部に接合され、ヒートシンク上に絶縁層を介して設けられた導電パターンに接合されるか、もしくは、別に設けられたターミナル部材に接合される。いずれにしても、スイッチング素子の上記ベース面に平行な電極が半田付け部と同様に締結時にストレスがかかるため、その際にダメージが入らないような構造にすることが望まれていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、信頼性が高く、かつ生産性の向上を実現できる制御装置一体型回転電機およびその製造方法を提供するものである。

上記の目的を達成するために、この発明にかかる制御装置一体型回転電機は、回転電機の出力を制御する制御装置を上記回転電機の反負荷側に一体化した制御装置一体型回転電機であって、上記回転電機の外郭を形成するハウジングに固定されるヒートシンクと、上記ヒートシンクに搭載され、所定電極が上記ヒートシンクに接合して上記回転電機の出力を調整するスイッチング素子と、上記スイッチング素子から延設されるリード端子と接合する金属ターミナル部を有し、絶縁部材を介して上記ヒートシンクに固定されるターミナル部材と、を備えた制御装置一体型回転電機において、上記リード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合面と、上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合面とを、上記ヒートシンクと上記ターミナル部材との固定方向、および上記ヒートシンクと上記ハウジングとの固定方向に対して略垂直方向に構成することを特徴とする。

また、この発明にかかる制御装置一体型回転電機の製造方法は、回転電機の出力を制御する制御装置を上記回転電機の反負荷側に一体化した制御装置一体型回転電機の製造方法であって、上記回転電機の外郭を形成するハウジングに固定されるヒートシンクと、上記ヒートシンクに搭載され、所定電極が上記ヒートシンクに接合して上記回転電機の出力を調整するスイッチング素子と、上記スイッチング素子から延設されるリード端子と接合する金属ターミナル部を有し、絶縁部材を介して上記ヒートシンクに固定されるターミナル部材と、を備えた制御装置一体型回転電機の製造方法において、上記ヒートシンクに上記絶縁部材を介して上記ターミナル部材を組み付け、ヒートシンクとターミナル部材の組み付け体を形成する第１の工程と、上記第１の工程後に、上記ヒートシンクに上記スイッチング素子を搭載し、上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合と、上記スイッチング素子から延設されるリード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合を同時に行う第２の工程と、上記第２の工程後に、上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合面、および上記リード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合面に対し、略垂直方向から上記ヒートシンクと上記ターミナル部材との組み付け体を上記ハウジングに固定する第３の工程と、を含む工程からなることを特徴とする。

また、この発明別の発明にかかる制御装置一体型回転電機の製造方法は、回転電機の出力を制御する制御装置を上記回転電機の反負荷側に一体化した制御装置一体型回転電機の製造方法であって、上記回転電機の外郭を形成するハウジングに固定されるヒートシンクと、上記ヒートシンクに搭載され、所定電極が上記ヒートシンクに接合して上記回転電機の出力を調整するスイッチング素子と、上記スイッチング素子から延設されるリード端子と接合する金属ターミナル部を有し、絶縁部材を介して上記ヒートシンクに固定されるターミナル部材と、を備えた制御装置一体型回転電機の製造方法において、上記ヒートシンクに上記絶縁部材を介して上記ターミナル部材を組み付け、ヒートシンクとターミナル部材の組み付け体を形成する第１の工程と、上記ヒートシンクと上記ターミナル部材との組み付け体を上記ハウジングに固定する第２の工程と、上記第２の工程後に、上記ヒートシンクに上記スイッチング素子を搭載し、上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合、および上記リード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合を同時に行う第３の工程と、を含む工程からなることを特徴とする。

この発明によれば、ヒートシンクに搭載されたスイッチング素子の所望電極と上記ヒートシンクとの接合面、およびスイッチング素子から延設されるリード端子とターミナル部材の金属ターミナル部との接合面を、回転電機の外郭を構成するハウジングに固定されるヒートシンクの固定方向、およびヒートシンクに固定されるターミナル部材の固定方向と略垂直方向になるように配置しているので、ヒートシンクおよびターミナル部材を締結などで固定する際に、接合面にせん断方向にストレスが加わらず、圧縮方向に力が加わることになって、固定時のダメージを防止することができる。

また、ヒートシンクとターミナル部材ならびにスイッチング素子を一方向からハウジングに組み付けることができ、かつ、同一工程で接合することができるため、生産性の向上を図ることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる制御装置一体型回転電機およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による制御装置一体型回転電機の断面模式図を示すものである。
この制御装置一体型回転電機は、界磁巻線１を有するロータ２、ステータコイル３が巻かれたステータ４、ロータ軸５、ロータ２の端部に装着されたファン６、およびこれらの外郭を形成するフロントハウジング７とリアハウジング８などから構成される回転電機１００を備えており、更に、スイッチング素子９とスイッチング素子９を搭載したヒートシンク１０（図１では１０ａ，１０ｂの２組を図示）などから成るパワー部１１と、回転電機１００の動作を制御する制御回路１２、この制御回路１２を収納する例えばアルミ合金あるいは樹脂からなるケース１３、このケース１３を覆うカバー１４などを備えている。また、フロントハウジング７の外側には、図示しない負荷に繋がるプーリ１５が設けられ、リアハウジング８には通風孔１６が形成されている。なお、パワー部１１と制御回路１２、およびこの制御回路１２を収納したケース１３などから制御装置２００が構成されており、この制御装置２００が回転電機１００の反負荷側に一体化されて制御装置一体型回転電機が構成されている。

図１中の白抜きの矢印は、ファン６による冷却風の主な流れを模式的に示すもので、冷却風は、回転電機の径方向からヒートシンク１０ｂに吸入され、ヒートシンク１０ｂに形成されたフィン間を通過してヒートシンク１０ａに至る。その後、ヒートシンク１０ａに形成されたフィン部を通過し、リアハウジング８の通風孔１６を通ってファン６で旋回され、ステータコイル３を冷却してリアハウジング８の外側へ排出される。

図２は、図１に示す制御装置一体型回転電機の回路図を模式的に示した図である。本実施の形態では、３相交流で制御される回転電機を示しており、図１のスイッチング素子９は、ＵＶＷ相にアーム接続された全部で６極のスイッチング素子９ａ〜９ｆにより構成されている。なお、スイッチング素子９ａ〜９ｆとは、電流容量によって一個のみである場合と複数の素子を並列に並べる場合の両者を総称したスイッチング素子を指すものである。

また、スイッチング素子９ａ〜９ｆはトランジスタとダイオードとの組み合わせからなり、各々が別体の素子で構成されるが、一つの素子に両方の機能を併せもつ場合もある。バッテリー２０から６極のスイッチング素子９ａ〜９ｆを介してステータコイル３の電流を制御するとともに、界磁電流制御回路２１によって界磁巻線１の電流を制御し、ロータの磁力を調整して発電制御を行う。また、電動機として機能させる場合には、スイッチング素子９ａ〜９ｆを所望のタイミングでゲートのオンオフを繰り返し、所定量および所定波形の電流をステータコイル３に供給する。

図３は、図２の回路図のスイッチング素子９ａ〜９ｆを含むパワー部１１の断面拡大図で、上アーム側のスイッチング素子、例えば、図２の回路図におけるスイッチング素子９ａ，９ｃ，９ｅの組み合わせと、下アーム側のスイッチング素子、例えば、図２の回路図におけるスイッチング素子９ｂ，９ｄ，９ｆの組み合わせが、ヒートシンク１０ａ，１０ｂのベース面３１にそれぞれ搭載されている。

スイッチング素子９ａ，９ｃ，９ｅ、および９ｂ，９ｄ，９ｆの裏面電極は、ヒートシンク１０ａ，１０ｂのベース面上に絶縁層（図示せず）を介して形成された金属パターンと接合するか、もしくは、図３のように金属からなるヒートシンク１０ａ，１０ｂ自体が上記金属パターンに相当する導体の一部を構成し、これらとスイッチング素子９ａ，９ｃ，９ｅ、および９ｂ，９ｄ，９ｆの裏面電極との間を接合する。

また、スイッチング素子９ａ，９ｃ，９ｅ、および９ｂ，９ｄ，９ｆのパッケージ側面からスイッチング素子９ａ，９ｃ，９ｅ、および９ｂ，９ｄ，９ｆの裏面電極とは異なる極性を有するリード端子３０が伸び出しており、ヒートシンク１０ａ，１０ｂのそれぞれのベース面３１とは絶縁部材３２を介して設けられたターミナル部材３３の金属ターミナル部３４に接合される。金属ターミナル部３４のリード端子３０との接合面は、スイッチング素子９ａ，９ｃ，９ｅ、および９ｂ，９ｄ，９ｆの裏面電極とヒートシンク１０ａ，１０ｂとの接合面、すなわちヒートシンク１０ａ，１０ｂのベース面３１と略平行に形成されており、金属ターミナル部３４の接合面と略平行な面部３５で絶縁部材３２がヒートシンク１０ａ，１０ｂに接触している。

ターミナル部材３３は、リード端子３０に接合される金属ターミナル部３４を有する複数の導体３６と、複数の導体３６間の絶縁を確保するための絶縁体３７、あるいは導体３６とヒートシンク１０ａ，１０ｂ間の絶縁を確保するための絶縁部材３２からなり、別部材として組み上げても良いが、絶縁性を有する樹脂により、金属ターミナル部３４を含む複数の導体３６をインサート成形すれば、取扱い性や絶縁信頼性、耐振などの機械特性が格段に向上する。

図４は、ヒートシンクをリアハウジングに固定する構造を説明する側方図で、図１に示すリアハウジング８から制御装置２００側を図示したものであって、回転電機本体１００の部分を省略している。
即ち、ヒートシンク１０は、スイッチング素子９が搭載されたベース面３１をリアハウジング８の上面４０側と平行になるように配置され、ヒートシンク１０に一体構成したフランジ部４１に一点鎖線の矢印方向にボルト４２を通し、リアハウジング８に固定される。ターミナル部材３３も同一のフランジ部４１でヒートシンク１０と共締めされてリアハウジング８に固定される。

この際、図１および図３から理解されるように、スイッチング素子９とヒートシンク１０のベース面３１との接合面、並びにスイッチング素子９のリード端子３０と金属ターミナル部３４、すなわち、ターミナル部材３３との接合面はともにリアハウジング８への固定方向に対して略垂直方向となるように構成されている。このため、固定時にこれらの接合面に対して圧縮方向に力が加わることになり、せん断方向には過度のストレスは発生せず、ヒートシンク１０のリアハウジング８への組立作業において、スイッチング素子９とヒートシンク１０のベース面３１および金属ターミナル部３４との接合部へのダメージを防止する効果がある。

なお、図３に示すスイッチング素子９のリード端子３０は、２箇所で屈曲した形状を有しているが、曲がりのないストレート形状とするなど、スイッチング素子９の裏面電極の接合面と平行な接合面を形成する形状であれば、同様の効果がある。

また、図４に示すボルト４２は両側にねじを設けた形をしており、ヒートシンク１０の上方にケース１３を取り付けた後にナット４３でケース１３を固定する構成としているので、ヒートシンク１０のリアハウジング８への固定と、ケース１３のリアハウジング８への固定を別箇所で行う場合に比べて省スペース化を図ることができる。

また、本実施の形態における制御装置一体型回転電機の冷却風は、図１で説明したように径方向から吸い込むため、パワー部１１の反負荷側方向にケース１３などを組みつけても風路を阻害することがなく、ケース１３に通風のためのスペースを必要としない。なお、ケース１３に通風孔を設ける場合には、制御回路１２と干渉しないように通風孔の大きさに制限が生じるが、本実施の形態であれば、ケース１３の通風孔がないために、その圧損を考慮する必要がなく、したがって風量を多く確保することができて冷却性能が向上する。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２による制御装置一体型回転電機の断面模式図を示すものである。この実施の形態２においては、パワー部５０のレイアウトが実施の形態１で説明したものと異なっており、上アーム側のヒートシンク１０ａと下アーム側のヒートシンク１０ｂとを回転軸５の軸方向に積層配置した構成となっている。また、ターミナル部材５１，５２は、各ヒートシンク１０ａ，１０ｂのベース面に分割して取り付けられており、各々前述した実施の形態１と同様にスイッチング素子９ａ，９ｂが搭載され、各々の裏面電極が搭載されたヒートシンクに接合される。これらパワー部５０と制御回路１２、およびこの制御回路１２を収納したケース１３などから制御装置５００が構成されている。なお、その他の構成については、実施の形態１で説明したのと同様であって、同一符号を付すことにより説明を省略する。

図５中の白抜きの矢印は、パワー部５０ならびにステータ４を冷却する冷却風の主な流れを示すもので、ファン６によってヒートシンク１０ａ，１０ｂの入り口から吸い込まれた冷却風は、積層された各々のヒートシンク１０ａ，１０ｂのフィン間を通ってリアハウジング８の通風孔１６を通過し、ステータコイル３を経てリアハウジング８の外側に吐き出される。

図５中の黒色矢印は、ヒートシンク１０ａ，１０ｂのリアハウジング８への取り付け方向とターミナル部材５１，５２のヒートシンク１０ａ，１０ｂへの取り付け方向を示すものであって、実施の形態１と同様にスイッチング素子９ａとヒートシンク１０ａのベース面との接合部、あるいはスイッチング素子９ｂとヒートシンク１０ｂのベース面との接合部に対するせん断方向のストレスを回避することができる。また、片アーム分のみで径方向に配置できるため、ヒートシンク１０ａ，１０ｂの面積を大きくして低熱抵抗化を図ることができる。更に、ターミナル部材５１，５２の配線をヒートシンク１０ａ，１０ｂのベース面と平行に配線して低背化をも図ることができる。

冷却性に関しては、ヒートシンク１０ａ，１０ｂを積層配置することによって、ヒートシンク１０ａ，１０ｂに形成されるブラケット（図示せず）と通風孔１６がラップしない面積を大きくとることができるので、通風孔１６近傍の圧損が低減し、風量が増加してパワー部５０ならびにステータ４の冷却効果が増す。また、上下各アームのヒートシンク１０ａ，１０ｂに並列で冷却風が流れるので、直列に流れる実施の形態１の場合と異なって、前段のヒートシンク１０ａでの冷却風の顕熱による温度上昇がなく、冷却性能が向上する。

なお、ヒートシンク１０ａ，１０ｂの回転軸５の軸方向への積層配置に関しては、例えば、図６に示すように、ヒートシンク１０ａ，１０ｂとスイッチング素子９ａ，９ｂ間の接合面、およびリード端子３０ａ，３０ｂとターミナル部材３３ａ，３３ｂの接合面同士を向かい合わせて配置しても良い。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３を説明する模式図で、図示しないリアハウジングの反負荷側に配置するヒートシンクのレイアウトを示すものである。図示しない回転軸の中心７０に近い内周側には、上アーム側のスイッチング素子７１（図２の９ａ，９ｃ，９ｅに相当）を搭載したヒートシンク（以下、Ｐヒートシンクと称する。）７２が配置され、外周側には、下アーム側のスイッチング素子７３（図２の９ｂ，９ｄ，９ｆに相当）を搭載したヒートシンク（以下、ＡＣヒートシンクと称する。）７４，７５，７６が配置されている。本来は、ターミナル部材がヒートシンクの表面に搭載された構造となるが、本図では、便宜上ターミナル部材を図示せず、スイッチング素子７１，７３のみを並列配置して描いている。

Ｐヒートシンク７２は、バッテリー（図２の符号２０）の正極側と同電位を有し、リアハウジングへの固定部の他にバッテリーからのハーネスと接続される端子７７を一体化すると共に、各相の上アーム側のスイッチング素子７１を全て搭載する構成となっている。一方、ＡＣヒートシンク７４，７５，７６は、図示しないステータの３相巻線の各相と同電位で互いに絶縁された３つのヒートシンクで、その各々には、リアハウジングとの固定とステータの３相巻線および接地されたリアハウジングとの導通を確保するためのフランジ部７４ａ，７５ａ，７６ａが設けられ、図示しないボルトによって固定される。スイッチング素子７１，７３の裏面に設けられた裏面電極とヒートシンクのベース面とが導電的に接合されており、Ｐヒートシンク７２が端子７７から上アーム側のスイッチング素子７１の裏面電極に至る配線部材となり、ＡＣヒートシンク７４，７５，７６がステータの３相巻線から図示しないターミナル部材を経て、下アーム側のスイッチング素子７３の裏面電極へ至る配線部材になっている。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

スイッチング素子７１，７３とＰおよびＡＣヒートシンク７２，７４，７５，７６との接合方法としては、半田接合が低温で容易に面接合できて好適であり、この接合方法が、スイッチング素子７１，７３からＰおよびＡＣヒートシンク７２，７４，７５，７６に至る熱抵抗を小さくできる効果がある。

また、ＰおよびＡＣヒートシンク７２，７４，７５，７６のベース面にスイッチング素子７１，７３の裏面電極を接合する領域の外側にぬれ広がりを防止する手段を設けることによって、半田のアライメント効果を利用して半田付け後の位置決めをすることが可能となる。上記手段としては、例えば、溝、段差、突起、あるいは半田付けする領域のみの部分メッキなどの方法が挙げられる。

一方、リード端子とターミナル部材の金属ターミナル部との接合方法としては、スイッチング素子７１，７３とＰおよびＡＣヒートシンク７２，７４，７５，７６との接合の場合と同様に半田付けを用いることによって、同一工程で接合が可能となる。

また、半田接合は比較的低温で接合することができるため、ＰおよびＡＣヒートシンク７２，７４，７５，７６とターミナル部材との間の絶縁部材への熱影響を防止することができ、更には、半田溶融時のアライメント効果によって、複数のリード端子の位置が各々ターミナル部材に倣うように位置決めされ、隣接ターミナル部材との短絡が防止できる。

Ｐヒートシンク７２を、バッテリー（図２の符号２０）の正極側と同電位の一個のヒートシンクから構成することによって、ヒートシンク点数を削減することができ、組立誤差を可能な限り低減して、半田への過大なストレスを避けることができる。また、固定点数を減らすことができるので、ヒートシンクの表面積を大きくとって熱抵抗を小さくすることができる。さらに、ヒートシンク部の剛性を高めることで、耐振性を向上させることができる。

また、一体化された固定点の少ないＰヒートシンク７２を内周側に配置し、３分割されて各々に固定点７４ａ，７４ｂ，７４ｃを設けたＡＣヒートシンク７４，７５，７６を外径が大きい外周側に配置することにより、外周側のヒートシンク表面積を確保することが可能となり、かつ集積度を高くすることができる。また、外径が大きくなる外周側のＡＣヒートシンク７４，７５，７６を分割することで、半田接合へのストレスを緩和することができる。

内周側のＰヒートシンク７２と外周側のＡＣヒートシンク７４，７５，７６は、そのベース面積を任意に設定することが可能である。特に、内周側のＰヒートシンク７２の流入空気温度は、外周側のＡＣヒートシンク７４，７５，７６での顕熱によって温度上昇している。それを考慮して内周側のＰヒートシンク７２のベース面積を大きくすることによって全てのスイッチング素子７１，７３の温度バランスを図ることができる。

実施の形態４．
図８は、この発明による制御装置一体型回転電機の製造工程の一実施形態を示すフローであり、実施の形態１による制御装置一体型回転電機を例に挙げて説明する。
まず、ヒートシンク１０とターミナル部材３３を組み付け、ヒートシンク１０とターミナル部材３３の組み付け体であるパワーブロック８０を構成する。この際、ヒートシンク１０とターミナル部材３３は、互いに変位しないように固定する。ヒートシンク１０のフランジ部８１は、バッテリー２０（図２参照）の正極側もしくは回転電機のステータコイル３（図１参照）側の電位を有することになるため、必要に応じて絶縁部材８２が取り付けられる。ターミナル部材３３は、ヒートシンク１０のベース面側に接合して取り付けられる。図３で説明したように、ターミナル部材３３は予め導体３６を絶縁樹脂でインサート成形して製造されており、導体３６にはスイッチング素子９のリード端子３０と接合する金属ターミナル部３４が設けられている。

次に、スイッチング素子９をヒートシンク１０に搭載する。この際、スイッチング素子９の裏面電極とヒートシンク１０、スイッチング素子９のリード端子３０と金属ターミナル部３４を図３に示すように接合する。スイッチング素子９の裏面電極とヒートシンク１０は、低熱抵抗化および導電性付与のために、半田付けによって面接合する。一方、スイッチング素子９のリード端子３０と金属ターミナル部３４との接合には、半田付けあるいは溶接法が用いられるが、特に絶縁体３７（図３参照）として樹脂などの熱に弱い素材を使用する場合には、比較的低温で接合することができる半田付けが良い。

半田付けに対する熱源は、ヒータ加熱、光ビーム加熱、輻射加熱、熱風加熱、誘導加熱といった方法が挙げられるが、スイッチング素子９の裏面電極とヒートシンク１０との接合と同時に半田付けすることによって工程数の少ない製造工程とすることができる。

また、ヒートシンク１０とスイッチング素子９の裏面電極との接合、およびスイッチング素子９のリード端子３０と金属ターミナル部３４との接合を一括して半田付けするに際し、例えば熱風加熱方式や輻射加熱方式のリフロー炉に通せば、効率的に加熱することができるだけでなく、コンベアでワーク搬送することができるので、ライン化しやすい。また、誘導加熱によるワークの自己発熱で加熱すれば、効率的に加熱して半田付けすることができる。

次に、スイッチング素子９を搭載したパワーブロック８０をリアハウジング８に取り付け、ボルト８３で強固に固定する。その後、パワーブロック８０の上方にケース１３を取り付けてナット８４で強固に固定するとともに、制御回路１２をケース１３に収納して所望の箇所を半田付けし、カバー１４で覆う。

上記製造方法によれば、スイッチング素子９の裏面電極とヒートシンク１０、スイッチング素子９のリード端子３０と金属ターミナル部３４との接合工程を同一にできるため、製造工程を減らすことができ、コストを抑制できる。また、ヒートシンク１０のベース面に平行な接合面に対して略垂直方向にヒートシンク１０とそのベース面側に接触して取り付けられるターミナル部材３３からなるパワーブロック８０を固定するので、接合部にかかる応力は、圧縮方向が支配的であり、半田外れ等の致命的なダメージを防止することができる。

また、ターミナル部材３３の金属ターミナル部３４を含む導体３６を樹脂でインサート成形して製造することによって、導体３６のハンドリングが容易になるばかりでなく、電位の異なる複数の導体３６を樹脂層で確実に絶縁することができ、さらには、樹脂によって強固に保持することができるので、優れた構造信頼性を有する制御装置一体型回転電機を製造することができる。

なお、ターミナル部材３３は、ヒートシンク１０毎に分割し、各ヒートシンク１０にターミナル部材３３を組み付けてスイッチング素子９を接合したサブアセンブリ構造体を作製し、各々のサブアセンブリ構造体をリアハウジング８に取り付けても良いが、ヒートシンク１０に跨ってターミナル部材３３を一体化しておくことによって、部品点数が少なくなり、組立公差によるリード端子３０のずれなどの懸念を最小限に留めることができる。

実施の形態５．
図９は、この発明による制御装置一体型回転電機の別の実施形態による製造工程を示すフローである。
まず、ヒートシンク１０とターミナル部材３３をボルト８３により強固にリアハウジング８に固定する。この後、スイッチング素子９が搭載され、スイッチング素子９の裏面電極とヒートシンク１０、スイッチング素子９のリード端子３０（図３参照）と金属ターミナル部３４（図３参照）を接合する。スイッチング素子９の裏面電極とヒートシンク１０は、低熱抵抗化を図るために、半田付けによって面接合する。また、リード端子３０と金属ターミナル部３４も半田付けすれば同一工程で接合することができる。その後の工程であるケース１３の取り付け工程以降は、前述した実施の形態４同等であるのでその説明は省略する。

スイッチング素子９の裏面電極とヒートシンク１０、スイッチング素子９のリード端子３０と金属ターミナル部３４の同時半田付けに対する熱源は、ヒータ加熱、光ビーム加熱、輻射加熱、熱風加熱、誘導加熱といった方法が挙げられるが、熱風加熱方式や輻射加熱方式のリフロー炉に通せば、効率的に加熱することができるだけでなく、コンベアでワーク搬送することができるので、ライン化しやすい。また、誘導加熱方式であれば、ワークの自己発熱によって加熱されるため、熱容量が大きいリアハウジング８が取り付けられた状態でも効率よく加熱して半田付けすることができる。

上記製造方法によれば、ヒートシンク１０およびターミナル部材３３をリアハウジング８に固定する際に必要となる外力がスイッチング素子９の接合部に加わらないため、接合部へのダメージのおそれが全くない信頼度の高い制御装置一体型回転電機を製造することができる。

なお、各実施の形態におけるスイッチング素子は、半導体チップが樹脂封止されて、側面からリード端子が外部に突出したパッケージに関わらず、半導体チップをヒートシンクに搭載してリード端子で接続される構造であっても良い。スイッチング素子の裏面電極と接合するヒートシンクのベース面、リード端子とターミナル部材との接合面が固定方向に対して略垂直方向であれば、同様の効果を奏する。

また、この発明は、インバータ機能を持った制御装置を有して電動機として作動する回転電機のみならず、発電、整流機能を有する交流発電機に適用しても同じ効果を奏し、電機子の電流を制御する制御装置が一体化された回転電機であれば適用することができる。

以上のように、この発明に係る制御装置一体型回転電機およびその製造方法は、信頼性が高く、かつ生産性向上を実現することができ、産業上の利用可能性は大なるものである。

この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機の断面模式図を示すものである。 図１に示す制御装置一体型回転電機の回路図を模式的に示した図である。 図２の回路図における任意のスイッチング素子を含むパワー部の断面拡大図である。 ヒートシンクを固定する構造を説明する側方図である。 この発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機の断面模式図を示すものである。 ヒートシンクを積層配置する別の実施例を説明する模式図である。 この発明の実施の形態３によるヒートシンクのレイアウトを説明する模式図である。 この発明による制御装置一体型回転電機の製造工程の一実施形態を示すフローである。 この発明による制御装置一体型回転電機の別の実施形態の製造工程を示すフローである。

符号の説明

１ 界磁巻線 ２ ロータ
３ ステータコイル ４ ステータ
５ ロータ軸 ６ ファン
７ フロントハウジング ８ リアハウジング
９，７１，７３ スイッチング素子
１０，７２，７４，７５，７６ ヒートシンク
１１，５０ パワー部 １２ 制御回路
１３ ケース １４ カバー
１５ プーリ １６ 通風孔
２０ バッテリー ２１ 界磁電流制御回路
３０ リード端子 ３１ ヒートシンクのベース面
３２ 絶縁部 ３３，５１，５２ ターミナル部材
３４ 金属ターミナル部 ３５ 面部
３６ 導体 ３７ 絶縁体
４０ リアハウジングの上面
４１，７４ａ，７５ａ，７６ａ，８１ フランジ部
４２，８３ ボルト ４３，８４ ナット
７０ 回転軸の中心 ７７ 端子
８０ パワーブロック ８２ 絶縁部材
１００ 回転電機本体 ２００，５００ 制御装置

Claims (11)

1. 回転電機の出力を制御する制御装置を上記回転電機の反負荷側に一体化した制御装置一体型回転電機であって、
   上記回転電機の外郭を形成するハウジングに固定されるヒートシンクと、上記ヒートシンクに搭載され、所定電極が上記ヒートシンクに接合して上記回転電機の出力を調整するスイッチング素子と、上記スイッチング素子から延設されるリード端子と接合する金属ターミナル部を有し、絶縁部材を介して上記ヒートシンクに固定されるターミナル部材と、を備えた制御装置一体型回転電機において、
   上記リード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合面と、上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合面とを、上記ヒートシンクと上記ターミナル部材との固定方向、および上記ヒートシンクと上記ハウジングとの固定方向に対して略垂直方向に構成することを特徴とする制御装置一体型回転電機。
2. 上記ヒートシンクは、上記ハウジングへの固定方向に積層配置された複数のヒートシンクから構成されることを特徴とする請求項１記載の制御装置一体型回転電機。
3. 上記ヒートシンクは、上記制御装置に電力を供給するバッテリの正極と同電位の第１のヒートシンクと、上記回転電機のステータ巻線と同電位の第２のヒートシンクにより構成され、上記各々のヒートシンクに搭載されるスイッチング素子の所定電極を、上記搭載されたヒートシンクに半田付けすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の制御装置一体型回転電機。
4. 上記第１のヒートシンクは１個のヒートシンクで構成され、上記第２のヒートシンクは３個のヒートシンクから構成されることを特徴とする請求項３記載の制御装置一体型回転電機。
5. 上記第１のヒートシンクは上記ハウジングの径方向内側に配置され、上記第２のヒートシンクは上記ハウジングの径方向外側に配置されることを特徴とする請求項３または請求項４記載の制御装置一体型回転電機。
6. 上記スイッチング素子のリード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部とを半田により接合することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
7. 上記ターミナル部材と上記絶縁部材とを一体構成することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
8. 回転電機の出力を制御する制御装置を上記回転電機の反負荷側に一体化した制御装置一体型回転電機の製造方法であって、
   上記回転電機の外郭を形成するハウジングに固定されるヒートシンクと、上記ヒートシンクに搭載され、所定電極が上記ヒートシンクに接合して上記回転電機の出力を調整するスイッチング素子と、上記スイッチング素子から延設されるリード端子と接合する金属ターミナル部を有し、絶縁部材を介して上記ヒートシンクに固定されるターミナル部材と、を備えた制御装置一体型回転電機の製造方法において、
   上記ヒートシンクに上記絶縁部材を介して上記ターミナル部材を組み付け、ヒートシンクとターミナル部材の組み付け体を形成する第１の工程と、
   上記第１の工程後に、上記ヒートシンクに上記スイッチング素子を搭載し、上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合と、上記スイッチング素子から延設されるリード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合を同時に行う第２の工程と、
   上記第２の工程後に、上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合面、および上記リード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合面に対し、略垂直方向から上記ヒートシンクと上記ターミナル部材との組み付け体を上記ハウジングに固定する第３の工程と、を含む工程からなることを特徴とする制御装置一体型回転電機の製造方法。
9. 回転電機の出力を制御する制御装置を上記回転電機の反負荷側に一体化した制御装置一体型回転電機の製造方法であって、
   上記回転電機の外郭を形成するハウジングに固定されるヒートシンクと、上記ヒートシンクに搭載され、所定電極が上記ヒートシンクに接合して上記回転電機の出力を調整するスイッチング素子と、上記スイッチング素子から延設されるリード端子と接合する金属ターミナル部を有し、絶縁部材を介して上記ヒートシンクに固定されるターミナル部材と、を備えた制御装置一体型回転電機の製造方法において、
   上記ヒートシンクに上記絶縁部材を介して上記ターミナル部材を組み付け、ヒートシンクとターミナル部材の組み付け体を形成する第１の工程と、
   上記ヒートシンクと上記ターミナル部材との組み付け体を上記ハウジングに固定する第２の工程と、
   上記第２の工程後に、上記ヒートシンクに上記スイッチング素子を搭載し、上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合、および上記リード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合を同時に行う第３の工程と、を含む工程からなることを特徴とする制御装置一体型回転電機の製造方法。
10. 上記スイッチング素子の所定電極と上記ヒートシンクとの接合と、上記リード端子と上記ターミナル部材の金属ターミナル部との接合を同時に行う接合工程は、熱風加熱、輻射加熱、あるいは誘導加熱のいずれかによるはんだ付けであることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の制御装置一体型回転電機の製造方法。
11. 上記ターミナル部材の金属ターミナル部と上記絶縁部材とを、あらかじめ一体的に成形することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の制御装置一体型回転電機の製造方法。

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