JP2011166847A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体パッケージを実装する際の自由度が高く、コスト低減や信頼性向上を図ることができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両用発電機１は、整流器モジュール群５、６と端子台１０とで形成される電力変換器を備える。各整流器モジュール群５、６は、複数の整流器モジュール（半導体パッケージ）５Ｘ等を含んで構成されている。これら複数の整流器モジュール５Ｘ等は、回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置される。また、各整流器モジュール５Ｘ等は、通信端子４６を有し、端子台１０は、円弧上に隣接する２つの整流器モジュールのそれぞれの通信端子４６を接続するとともに、これらの通信端子４６の間隔に対応する長さを有する複数の相互接続用ターミナル電極２００を有する。相互接続用ターミナル電極２００と通信端子４６とを互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合が行われる。
【選択図】図８

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来から、突出端子と固定端子とを有するインバータモジュールにおいて、互いに隣接するモジュール同士で突出端子と固定端子とを連結して電気的接続を行うとともに、各モジュールをモータの中心軸周りに環状配置した機電一体型モータ用電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、整流器の出力端子とＧＮＤ端子の相互接続を放熱フィンを用いて行うようにした車両用交流発電機（例えば、特許文献２参照）や、バスバーを用いて電源端子やＧＮＤ端子を相互接続するようにした車両用インバータ一体型モータ（例えば、特許文献３参照。）や、モータジェネレータを収容するケースとこのモータジェネレータの制御を行うＰＣＵを収容するケースとをコネクタを介して接続するようにした回転電機の電気接続構造（例えば、特許文献４参照。）が知られている。

特開２００８−１３１７９４号公報 特開２０００−３４１９１９号公報 特開２００３−３２４９０３号公報 特開２００９−１９５０８０号公報

ところで、特許文献１に開示された機電一体型モータ用電力変換装置には以下の問題があった。（１）界磁可能な回転子を有する車両用回転電機においては、リア側に励磁用回路が実装されるため、この励磁用回路と干渉してしまって各モジュールを環状に配置することができない。（２）グランド端子を設けて相互接続しようとすると、同様に突出端子と固定端子を電気的に接続する必要があるため、部品点数や工数が増加してコストがかかる。（３）突出端子と固定端子とを接続するための固定用部品（例えばネジ）が接続箇所の数だけ必要になって、その分コストがかかる。（４）突出端子と固定端子のそれぞれを２つの周方向側面のそれぞれから引き出す必要があるため、半導体パッケージ内でこれらの端子を相互に接続する導体が横切ることになり、チップレイアウトの自由度が低くなるとともに、パッケージ面積が増大する。

また、特許文献２に開示された車両用交流発電機では、整流器の出力端子とＧＮＤ端子の相互接続を放熱フィンを用いて行っていたため、大きな実装面積が必要になるとともに、電流が少ない通信線等の相互接続には不向きであるという問題があった。

また、特許文献３に開示された車両用インバータ一体型モータでは、バスバー以外に相巻線や制御端子等のための各種配線があるため、バスバーの形状が複雑になって、バスバーや各種配線の加工やこれらを内蔵する樹脂ケースの成型が難しく、その分コストがかかるという問題があった。

また、特許文献４に開示された回転電機の電気接続構造では、相互接続用のコネクタが必要になってコストがかかるとともに、高振動環境下では相互接続する２つのケースの相対変位量が大きくなってコネクタ内のターミナルが摩耗しやすくなり、信頼性が低下するという問題があった。

このように、特許文献１、２に開示された従来技術では、実装の自由度が少ないとともに端子形状や種類あるいはその接続方法に起因してコスト高になったり、信頼性が低下するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、半導体パッケージを実装する際の自由度が高く、コスト低減や信頼性向上を図ることができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、界磁巻線を有する回転子と、回転子と対向配置された固定子と、固定子に備わった固定子巻線に誘起される交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給、または、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線に供給する電力変換器と、界磁巻線に流れる励磁電流を制御する励磁制御回路とを備える。電力変換器は、それぞれがスイッチング素子を有する複数の半導体パッケージと、スイッチング素子と固定子巻線とを接続する端子台とを含んで構成される。複数の半導体パッケージは、回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置される。複数の半導体パッケージのそれぞれは、相互接続用端子を有する。端子台は、円弧上に隣接する２つの半導体パッケージのそれぞれの相互接続端子を接続するとともに、これらの相互接続端子の間隔に対応する長さを有する複数の相互接続用ターミナル電極を有する。相互接続用ターミナル電極と相互接続用端子とを互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合している。

半導体パッケージの実装面に発電制御回路等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各半導体パッケージを実装することが可能になり、実装の自由度を向上させることができる。また、相互接続用ターミナル電極と相互接続用端子を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。また、溶接やろう付けによる接合を行うことにより、相互接続用ターミナル電極と相互接続用端子を確実に接合することができ、耐振性や信頼性を確保することが可能となる。また、隣接する半導体パッケージの相互接続用端子を相互に接続するために用いる複数本の相互接続用ターミナル電極を同じ形状とすることができ、部品点数の低減によるコスト低減が可能となる。さらに、放熱フィンを介さずに相互接続用ターミナル電極を介して相互接続を行っているため、電流が少ない通信線等の相互接続に適しており、相互接続のために必要な実装面積を小さくすることができる。

また、上述した半導体パッケージは、固定子を保持するフレームに直接固定され、あるいは、このフレームに電気的に接続されてスイッチング素子の冷却を行う冷却用部材に固定されるとともに、スイッチング素子のグランド側端子と電気的に接続された固定端子を有することが望ましい。半導体パッケージを固定する際に、同時にグランド側端子（図２に示す例では、「ＧＮＤ」で示される電流検出素子５３の一方端側）の接続を行うことが可能になり、相互接続用端子の数を減らすことができる。

また、上述した相互接続用端子は、一方の周方向側面から複数本が引き出されて回転軸を中心とした径方向に並んで配置され、相互接続用ターミナル電極は、半導体パッケージに対して立体的に交差することが望ましい。相互接続用端子を一方の周方向側面のみから引き出せばよいため、半導体パッケージ内部の素子のレイアウトの自由度を増すことができる。また、径方向に配置された相互接続用端子と相互接続用ターミナル電極とを立体的に配置することにより、相互接続用ターミナル電極を直線的に配置することができ、相互接続用ターミナル電極の長さを短くするとともに、部品形状の単純化や材料低減が可能となる。

また、上述した相互接続用ターミナル電極は、端子台と半導体パッケージとを組み付ける際に、相互接続用端子を接合位置に案内する形状を有することが望ましい。これにより、端子台組付時の作業性を改善することができる。

また、上述した半導体パッケージは、回転子の回転軸に垂直な面に対して傾斜して実装されることが望ましい。これにより、径方向に沿った実装面積を小さくすることができる。一般に、プーリ等が配置される回転軸に沿った向きは、搭載スペースに比較的余裕があることが多いが、径方向に沿った向きには、同じ駆動ベルトを用いて連結される各種の補機が配置されるため搭載スペースに余裕がないことが多い。このような場合に、径方向に沿った実装面積を小さくすることは特に有効となる。

また、上述した半導体パッケージは、スイッチング素子のオン／オフタイミングを制御する制御回路を備え、相互接続用端子には、他の半導体パッケージに備わった制御回路と相互接続するための制御回路接続端子と、スイッチング素子と固定子巻線との間で流れる電流が流れる電流供給端子とが含まれ、電流供給端子は、制御回路接続端子よりも内周側に配置されることが望ましい。電流供給端子を内周側に配置することにより、電流供給端子の長さを短くすることができ、材料低減とともに低抵抗化を実現することができる。

また、上述した端子台は、円弧上に配置された複数の半導体パッケージに備わった電流供給端子を相互に接続する電流供給端子用ターミナル電極を有し、制御回路接続端子は電流供給端子よりも細く、相互接続用ターミナル電極は電流供給端子用ターミナル電極よりも細いことが望ましい。流れる電流が少ない制御回路接続端子や相互接続用ターミナル電極を細くしても支障はなく、これにより、省スペース化と材料削減を実現することができる。

また、上述した電流供給端子用ターミナル電極は１本のバスバーで構成され、この１本のバスバーに複数の半導体パッケージに備わった電流供給端子が接続されることが望ましい。複数の電流供給端子を相互に接合するために、溶接やろう付けのない１本のバスバーを用いることにより、電流供給端子用ターミナル電極の配線抵抗を低減することができる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 整流器モジュールの構成を示す図である。 制御回路の詳細構成を示す図である。 整流器モジュール内部の実装状態を示す平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 ６つの整流器モジュールの実装状態における配置を示す図である。 整流器モジュールの外観形状を示す平面図である。 端子台の概略形状を示す図である。 端子台の周方向断面図である。 整流器モジュールと端子台の変形例を示す図である。

以下、本発明の車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７、端子台１０を含んで構成されている。２つの整流器モジュール群５、６および端子台１０が電力変換器に対応する。

一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子が構成されている。

界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。

一方の整流器モジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。

他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。

発電制御装置７は、界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を制御することにより車両用発電機１の発電電圧（各整流器モジュールの出力電圧）を制御する。また、発電制御装置７は、通信端子および通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。

端子台１０は、固定子巻線２と整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚとの接続、固定子巻線２と整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗとの接続、各整流器モジュール５Ｘ等の通信線の相互接続、各整流器モジュール５Ｘ等の出力端子の相互接続を行うものである。端子台１０による接続の具体例については後述する。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。

図２は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、整流器モジュール５Ｘは、３つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２、電流検出素子５３、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５２を介してバッテリ９の正極端子に接続されたハイサイド側のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＸ相巻線に接続され、ソースが電流検出素子５３を介してバッテリ９の負極端子（アース）に接続されたローサイド側のスイッチング素子である。

ＭＯＳトランジスタ５２は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とバッテリ９の正極端子との間に挿入され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５０のドレイン側に接続されたスイッチング素子であり、バッテリ逆接続時およびロードダンプサージ抑止のための保護用に用いられる。ＭＯＳトランジスタ５０、５１のみが備わった従来構成では、バッテリ９が逆接続されたときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディーダイオードを介して大電流が流れるが、逆接続時にこの保護用のＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディダイオードを介して流れる電流を阻止することができる。また、車両用発電機１に接続されたバッテリ９が外れた場合に固定子巻線２のＸ相巻線に大きなロードダンプサージが発生するが、このときにＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、車両用発電機１から電気負荷１２等に大きなサージ電圧が印加されることを阻止することができる。なお、整流動作のみに着目した場合には、上述したＭＯＳトランジスタ５２は省略するようにしてもよい。

図３は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図３に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１０２、バッテリ電圧検出部１１０、動作検出部１２０、１３０、１４０、温度検出部１５０、電流検出部１６０、ドライバ１７０、１７２、１７４、通信回路１８０を備えている。

電源１０２は、エンジン始動に伴って固定子巻線２のＸ相巻線に所定の相電圧が発生したときに動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する。この動作自体は、発電制御装置７において従来から行われている動作と同じであり、同じ技術を用いて実現することができる。

ドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。ドライバ１７４は、出力端子（Ｇ３）が保護用のＭＯＳトランジスタ５２のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５２をオンオフする駆動信号を生成する。

バッテリ電圧検出部１１０（バッテリ電圧検出手段）は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、バッテリ９の正極端子の電圧に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてロードダンプなどの高電圧サージの発生を検出する。

動作検出部１２０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＢ−Ｃ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７０の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５０の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５０の制御や故障検知を行う。

動作検出部１３０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＣ−Ｄ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７２の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５１の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５１の制御や故障検知を行う。

動作検出部１４０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、保護用に用いられるＭＯＳトランジスタ５２のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＡ−Ｂ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７４の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５２の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５２の制御や故障検知を行う。

温度検出部１５０は、定電流源、ダイオード、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、温度によって変化するダイオードの順方向電圧降下に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて整流器モジュール５Ｘの温度を検出する。

電流検出部１６０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、電流検出素子５３（例えば抵抗）の両端電圧（図２、図３のＤ−ＧＮＤ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間に流れる電流を検出する。

通信回路１８０は、発電制御装置７と同様の通信手段であって、発電制御装置７とＥＣＵ８の間を接続する通信端子および通信線に共通に接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。

例えば、通信頻度として、１通信あたり２０ｍｓ程度でＥＣＵ８との間で通信メッセージを送受信しているような場合を考えると、１秒間に５０回の通信を行うことができる。したがって、本実施形態において６個の通信モジュール５Ｘ等を追加してそのための通信メッセージの送受信が増加しても、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で発電状態を含む通信メッセージやダイアグ情報等の通信メッセージの送受信を行う発電制御に支障はないといえる。

次に、整流器モジュール５Ｘの構造および配置について説明する。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構造および配置を有しており、詳細な説明は省略する。

図４は、整流器モジュール５Ｘ内部の実装状態を示す平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。これらの図において用いられている各端子に付された符号（Ｘ、ＢＡＴＴ、ＧＮＤ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は、図２において同じ符号が付された各端子に対応している。

図４および図５において、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１、保護用のＭＯＳトランジスタ５２のそれぞれは、同一の製造方法で同一のサイズに形成されている。また、ドレインを共通にするＭＯＳトランジスタ５０とＭＯＳトランジスタ５２はリードフレームの同一のアイランドａに搭載され、ＭＯＳトランジスタ５１はアイランドｂに搭載されている。これら２つのアイランドａ、ｂの面積は、搭載するＭＯＳトランジスタの数に比例する面積比となるように、すなわち、アイランドａの面積がアイランドｂの面積の２倍になるように設定されている。さらに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２が搭載されたアイランドａ、ｂは、全て断面方向に同一の放熱構造（ヒートシンクの配置等）を備えており、整流器モジュール５Ｘは、構成する部品全体をモールド樹脂で封止する半導体パッケージとして形成されている。

図６は、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの実装状態における配置を示す図である。図７は、整流器モジュール５Ｘの外観形状を示す平面図である。

図６に示すように、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、車両用発電機１のリヤフレーム６０の軸方向端面上に、発電制御装置７やブラシ装置２０が搭載された領域を除いて回転子の回転軸を中心とした円弧上に均等（等間隔）に配置されている。なお、図６では、整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの順番に配置されている場合を図示したが、固定子巻線２、３の引出線の位置等に応じてこの順番は適宜変更される。６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを円環状ではなく円弧上に配置することにより、各整流器モジュールの実装領域として用いなかった残りの領域に発電制御装置７等の他の部品を配置することが可能になる。

図４および図７に示すように、整流器モジュール５Ｘ等のそれぞれは、平面形状が長方形を有しており、パッケージ内周側側面３０とパッケージ外周側側面３２のそれぞれに固定端子４０、４２が設けられている。これらの固定端子４０、４２は、図２に示すＧＮＤ端子を兼ねており、リヤフレーム６０（図６）にネジによって締め付けることにより、半導体パッケージの固定とボディアースとしてのリヤフレーム６０への電気的接続が同時に行われる。なお、リヤフレーム６０に直接整流器モジュール５Ｘ等を取り付ける代わりに、リヤフレーム６０に電気的に接続されてＭＯＳトランジスタ５０等の冷却を行う冷却用部材（放熱フィン）に固定端子４０、４２をネジ締めするようにしてもよい。

また、２つのパッケージ周方向側面３４、３６の内の一方のパッケージ周方向側面３６からは、通信端子４６（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が引き出され、パッケージ内周側側面３０からは出力端子４５が引き出されている。３本の通信端子４６は、回転子の回転軸を中心とした径方向に並んで配置されている。通信端子４６は、出力端子４５よりも細くなっている。また、ステータ端子４８は、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線から引き出された引出線に、溶接やろう付けによって接続される。上述した通信端子４６、出力端子４５が相互接続用端子に対応する。また、通信端子４６が制御回路接続端子に、出力端子４５が電流供給端子にそれぞれ対応する。

上述した通信端子４６は、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗにおいて相互に接続されている。同様に、出力端子４５は、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗにおいて相互に接続されている。これらの相互接続は、端子台１０を用いて行われる。次に、端子台１０の詳細について説明する。

図８は、端子台の概略形状を示す図であり、各整流器モジュール５Ｘを覆う位置に端子台１０が実装された状態が示されている。実際には、さらに端子台１０や発電制御装置７、ブラシ装置２０の全体を覆うようにリアカバーが取り付けられるが、このリアカバーは図８では省略されている。

図８に示すように、端子台１０は、周方向に隣接する２つの整流器モジュールから引き出された複数の通信端子４６を相互に接続する複数本の相互接続用ターミナル電極２００と、各整流器モジュール５Ｘ等から引き出された出力端子４５を相互接続する電流供給端子用ターミナル電極２１０とを備えている。端子台１０は、これらの相互接続用ターミナル電極２００と電流供給端子用ターミナル電極２１０を用いてインサート成型することにより、絶縁樹脂によって形成されている。なお、図８では、相互接続用ターミナル電極２００と電流供給端子用ターミナル電極２１０については、形状をわかりやすくするために実線で示したが、通信端子４６や出力端子４５と接合される箇所を含む一部の領域以外は、樹脂材料で形成された端子台１０内に埋設されている。

また、相互接続用ターミナル電極２００は、隣接する２つの整流器モジュール間隔に対応する長さを有する３本を１組として合計５組（合計１５本）が用いられている。このように同じ形状の相互接続用ターミナル電極２００を５組用いて部品の共用化を図ることにより、部品点数の低減によるコスト低減が可能となる。各整流器モジュール５Ｘ等には３本の径方向に並んだ３本の通信端子４６が備わっているが、径方向位置が同じ通信端子４６同士が相互に接続されている。

図９は、端子台１０の周方向断面図であり、通信端子４６の先端近傍が示されている。図９に示すように、各整流器モジュールから引き出された通信端子４６は、先端部分が回転子の回転軸と平行な向きに折り曲げられて延在しており、周方向に沿った両側から、立体的に交差するように設けられた相互接続用ターミナル電極２００で挟み込んで接触させた状態で、溶接あるいはろう付けによりこれらの間を接合している。また、この接合に先立って、各整流器モジュール５Ｘ等と端子台１０とを組み付ける際に、通信端子４６を接合位置に案内する形状に相互接続用ターミナル電極２００が形成されている。具体的には、図９に示すように、周方向に隣り合った２本の相互接続用ターミナル電極２００は、通信端子４６の先端部分と同じように折り曲げられた形状を有しており、組付時に通信端子４６が進入する側が間隔が広く、先端に近づくほど間隔が狭くなるように配置されている。

本実施形態では、１つの整流器モジュールから引き出された１本の通信端子４６に着目すると、その両側から２本の相互接続用ターミナル電極２００で挟み込んだ状態でこれらの間の接合が行われるため、これら１本の通信端子４６と２本の相互接続用ターミナル電極２００のそれぞれの先端部分同士を接触させた状態で溶接治具（あるいは、ろう付け治具）で挟み込むことができるため、溶接等の作業を確実に実施することが可能となる。

また、図８に示すように、電流供給端子用ターミナル電極２１０は、１本のバスバーで構成されている。このバスバーによって構成された電流供給端子用ターミナル電極２１０は、相互接続用ターミナル電極２００よりも太く、かつ回転子の回転軸を中心として内周側に配置されている。このバスバーに各整流器モジュール５Ｘ等の出力端子４５が溶接やろう付けによって接合されている。

内周側の電流供給端子用ターミナル電極２１０はこれに接続される出力端子４５を幅が広い（太い）導体を用いて形成することにより、相互接続する際の円周方向の長さを短くし、大電流が流れる導体の抵抗値を下げている。反対に、大電流が流れない通信端子４６や相互接続用ターミナル電極２００については、幅を狭く（細く）することにより、省スペースと材料削減を実現している。

ところで、リヤフレーム６０の軸方向端面に配置した６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、図１０に示すように、リヤフレーム６０の軸方向端面（回転軸に垂直な面）に対して半導体パッケージの主面（例えばヒートシンクが配置された下面）が所定の傾斜をなすように配置してもよい。これにより、回転軸を中心とした径方向に沿った実装面積を小さくすることができる。一般に、プーリ等が配置される回転軸に沿った向きは、搭載スペースに比較的余裕があることが多いが、径方向に沿った向きには、同じ駆動ベルトを用いて連結される各種の補機が配置されるため搭載スペースに余裕がないことが多い。このような場合に、径方向に沿った実装面積を小さくすることは特に有効となる。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、整流器モジュール５Ｘ等（半導体パッケージ）の実装面に発電制御回路等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各半導体パッケージを実装することが可能になり、実装の自由度を向上させることができる。また、相互接続用ターミナル電極２００と通信端子４６を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。また、溶接やろう付けによる接合を行うことにより、相互接続用ターミナル電極２００と通信端子４６を確実に接合することができ、耐振性や信頼性を確保することが可能となる。また、隣接する２つの整流器モジュールの通信端子４６を相互に接続するために用いる複数本の相互接続用ターミナル電極２００を他の隣接する整流器モジュールについても同じ形状とすることができ、部品点数の低減によるコスト低減が可能となる。さらに、放熱フィンを介さずに相互接続用ターミナル電極２００や電流供給端子用ターミナル電極２１０を介して相互接続を行っているため、電流が少ない通信線等の相互接続に適しており、相互接続のために必要な実装面積を小さくすることができる。

また、固定端子４０、４２を用いて各整流器モジュール５Ｘ等を固定する際に、同時にグランド側端子の接続を行うことが可能になり、相互接続用端子の数を減らすことができる。

また、通信端子４６は、一方のパッケージ周方向側面３６のみから引き出せばよいため、各整流器モジュール５Ｘ等の内部の素子のレイアウトの自由度を増すことができる。また、径方向に配置された通信端子４６と相互接続用ターミナル電極２００とを立体的に配置することにより、相互接続用ターミナル電極２００を図８に示すように直線的に配置することができ、相互接続用ターミナル電極２００の長さを短くするとともに、部品形状の単純化や材料低減が可能となる。

また、相互接続用ターミナル電極２００を、端子台１０と各整流器モジュール５Ｘ等とを組み付ける際に通信端子４６を接合位置に案内する形状としているため、端子台１０組付時の作業性を改善することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、２つの固定子巻線２、３と２つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では、Ｙ結線された２つの固定子巻線２、３を備えた車両用発電機１について説明したが、Δ結線された固定子巻線を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、各整流器モジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給することにより、車両用発電機１に電動動作を行わせるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。例えば、５相や７相の固定子巻線に対応して整流器モジュールが５あるいは７になった場合であっても、これらを円弧上に均等配置すればよい。また、上述した実施形態では、各整流器モジュール５Ｘ等のそれぞれは、平面形状が長方形形状の場合について説明したが、台形形状を有する場合でもよい。

また、上述した実施形態では、ステータ端子４８は、固定子巻線２、３から引き出された引出線に、溶接やろう付けによって接続されるようにしたが、端子台１０にステータ端子４８の接続用ターミナルと引出線の接続用ターミナルを埋設し、これらの接続用ターミナルが、ステータ端子４８および引出線とそれぞれ溶接やろう付けによって接続されるようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、半導体パッケージ（整流器モジュール）の実装面に発電制御回路７等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各整流器モジュールを実装することが可能になり、実装の自由度を向上させることができる。また、相互接続用ターミナル電極２００と通信端子４６を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。また、溶接やろう付けによる接合を行うことにより、相互接続用ターミナル電極２００と通信端子４６を確実に接合することができ、耐振性や信頼性を確保することが可能となる。

１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ 整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ 整流器モジュール
７ 発電制御装置
８ ＥＣＵ
９ バッテリ
１０ 端子台
１２ 電気負荷
２０ ブラシ装置
２２ 端子台
３０ パッケージ内周側側面
３２ パッケージ外周側側面
４０、４２ 固定端子
３４、３６ パッケージ周方向側面
４５ 出力端子
４６ 通信端子
４８ ステータ端子
５０、５１、５２ ＭＯＳトランジスタ
５３ 電流検出素子
５４ 制御回路
６０ リヤフレーム
１８０ 通信回路
２００ 相互接続用ターミナル電極
２１０ 電流供給端子用ターミナル電極

Claims (8)

1. 界磁巻線を有する回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記固定子に備わった固定子巻線に誘起される交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給、または、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換して前記固定子巻線に供給する電力変換器と、前記界磁巻線に流れる励磁電流を制御する励磁制御回路とを備える車両用回転電機において、
   前記電力変換器は、それぞれがスイッチング素子を有する複数の半導体パッケージと、前記スイッチング素子と前記固定子巻線とを接続する端子台とを含んで構成され、
   前記複数の半導体パッケージは、前記回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置され、
   前記複数の半導体パッケージのそれぞれは、相互接続用端子を有し、
   前記端子台は、円弧上に隣接する２つの前記半導体パッケージのそれぞれの前記相互接続端子を接続するとともに、これらの前記相互接続端子の間隔に対応する長さを有する複数の相互接続用ターミナル電極を有し、
   前記相互接続用ターミナル電極と前記相互接続用端子とを互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合することを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記半導体パッケージは、前記固定子を保持するフレームに直接固定され、あるいは、このフレームに電気的に接続されて前記スイッチング素子の冷却を行う冷却用部材に固定されるとともに、前記スイッチング素子のグランド側端子と電気的に接続された固定端子を有することを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記相互接続用端子は、一方の周方向側面から複数本が引き出されて前記回転軸を中心とした径方向に並んで配置され、
   前記相互接続用ターミナル電極は、前記半導体パッケージに対して立体的に交差することを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項３において、
   前記相互接続用ターミナル電極は、前記端子台と前記半導体パッケージとを組み付ける際に、前記相互接続用端子を接合位置に案内する形状を有することを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記半導体パッケージは、前記回転子の回転軸に垂直な面に対して傾斜して実装されることを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記半導体パッケージは、前記スイッチング素子のオン／オフタイミングを制御する制御回路を備え、
   前記相互接続用端子には、他の半導体パッケージに備わった前記制御回路と相互接続するための制御回路接続端子と、前記スイッチング素子と前記固定子巻線との間で流れる電流が流れる電流供給端子とが含まれ、
   前記電流供給端子は、前記制御回路接続端子よりも内周側に配置されることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項６において、
   前記端子台は、円弧上に配置された複数の前記半導体パッケージに備わった前記電流供給端子を相互に接続する電流供給端子用ターミナル電極を有し、
   前記制御回路接続端子は前記電流供給端子よりも細く、前記相互接続用ターミナル電極は前記電流供給端子用ターミナル電極よりも細いことを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項７において、
   前記電流供給端子用ターミナル電極は１本のバスバーで構成され、この１本のバスバーに複数の前記半導体パッケージに備わった前記電流供給端子が接続されることを特徴とする車両用回転電機。

Images