JP2014110712A

JP2014110712A - 制御装置一体型回転電機

Info

Publication number: JP2014110712A
Application number: JP2012264878A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Shimano; 友明島野; Nobuhiko Fujita; 暢彦藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: FR2999035A1; US20140152130A1; FR2999035B1; US9425668B2; JP5602214B2

Abstract

【課題】製造最終工程で制御装置に異常が見られた場合に、この制御装置を正常な制御装置と簡単に交換することができる制御装置一体型回転電機を得る。
【解決手段】この発明に係る制御装置一体型回転電機は、ブラケットに回転自在に支持された回転軸１１と、回転子２と、固定子３と、回転センサー６と、を有する発電電動部４０と、固定子巻線３ａに交流電力を供給するパワーモジュールと界磁巻線２ａに直流電流を通電する界磁モジュールとを含む直流交流電力相互変換回路部と、この直流交流電力相互変換回路部を制御する制御回路部７と、を有する制御装置３０と、ブラケットの外側に設けられ、ブラケットの外側に配置された制御装置３０と発電電動部４０とをインサート成形されたボード用ターミナルを介して電気的に接続したコネクティングボード１８と、を備えている。
【選択図】図３

Description

この発明は、直流交流電力相互変換回路とこの直流交流電力相互変換回路を制御する制御回路部とからなる制御装置と、発電機能及び電動機能を有する発電電動部とが一体の制御装置一体型回転電機に関する。

従来、フロントブラケットとリヤブラケットとからなる金属製のハウジング、フロントブラケットとリヤブラケットとに軸支されたシャフトに固着されて前記ハウジング内に回転自在に配設された回転子、フロントブラケットとリヤブラケットとに挟持されて前記回転子を囲繞するように配設された円筒状の固定子鉄心、及び固定子鉄心に巻装された固定子巻線を有する固定子と、を有する発電電動部と、
前記固定子巻線に電流を通電する直流交流電力相互変換回路部、及び直流交流電力相互変換回路部を制御する制御回路部を有する制御装置と、を備え、
前記制御装置が前記リヤブラケット内に配設された車両用制御装置一体型回転電機が知られている。

特開２０１１−２３９５４２号公報

上記構成の車両用制御装置一体型回転電機では、前記制御装置は、前記リヤブラケット内に配設されているので、例えば製造最終工程で制御装置に異常が見られた場合には、制御装置を容易に分解することができず、場合によっては制御装置及び発電電動部を共に廃棄するしかないという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、例えば製造最終工程で制御装置に異常が見られた場合には、この制御装置を正常な制御装置と簡単に交換することができる制御装置一体型回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、ブラケットと、このブラケットに回転自在に支持された回転軸と、前記ブラケット内に前記回転軸に固定されて設けられた回転子と、この回転子を囲って前記ブラケットに固定された固定子と、前記回転軸に固定されたセンサーロータをセンサーステータで囲った回転センサーと、を有する発電電動部と、
前記固定子の固定子巻線に交流電力を供給するパワーモジュールと前記回転子の界磁巻線に直流電流を通電する界磁モジュールとを含む直流交流電力相互変換回路部と、この直流交流電力相互変換回路部を制御する制御回路部と、を有する制御装置と、
前記ブラケットの外側に設けられ、ブラケットの外側に配置された前記制御装置と前記発電電動部とをインサート成形されたボード用ターミナルを介して電気的に接続したコネクティングボードと、を備えている。

この発明に係る制御装置一体型回転電機によれば、コネクティングボードを介して発電電動部と電気的に接続された制御装置は、ブラケットの外側に設けられているので、例えば製造最終工程で制御装置に異常が見られた場合には、この制御装置を正常な制御装置と簡単に交換することができる。

この発明の実施の形態１の車両用制御装置一体型回転電機を示す断面図である。図１のＡの部位を示す拡大図である。図１の制御装置が発電電動部に取付ける前または取り外した後の状態を示した断面図である。図１の制御装置を示す正面図（但し、樹脂材は省略）である。図４のＶ-Ｖ線に沿った矢視断面図である。図１の発電電動部をリヤ側から視たときの正面図である。図６のＶＩＩ-ＶＩＩ線に沿った矢視断面図である。図６のＶＩＩＩ-ＶＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。この発明の実施の形態２の車両用制御装置一体型回転電機を示す断面図である。図９のＢの部位を示す拡大図である。この発明の実施の形態３の車両用制御装置一体型回転電機を示す断面図である。図１１のＣの部位を示す拡大図である。この発明の実施の形態４の車両用制御装置一体型回転電機を示す断面図である。図１３のＤの部位を示す拡大図である。

以下、この発明の各実施の形態の車両用制御装置一体型回転電機を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１の車両用制御装置一体型回転電機（以下、回転電機と略称する。）１の断面図、図２は図１のＡの部位を示す拡大図、図３は図１の制御装置３０が発電電動部４０に取付ける前または取り外した後の状態を示した断面図、図４は図１の制御装置３０を示す正面図、図５は図４のＶ-Ｖ線に沿った矢視断面図、図６は図１の発電電動部４０をリヤ側から視たときの正面図、図７は図６のＶＩＩ-ＶＩＩ線に沿った矢視断面図、図８は図６のＶＩＩＩ-ＶＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。

この回転電機１は、発電電動部４０と、制御装置３０と、この制御装置３０と発電電動部４０とを電気的に接続したコネクティングボード１８と、を備えている。
発電電動部４０は、フロントブラケット４及びリヤブラケット５からなるブラケットと、このブラケット内に収納され、回転軸１１の両端部がフロントブラケット４及びリヤブラケット５に軸受７、軸受８を介して回転自在に支持された回転子２と、この回転子２の外側に囲って設けられフロントブラケット４とリヤブラケット５とに挟持されて固定された固定子３と、を備えている。
また、発電電動部４０は、回転軸１１を介して回転子２の回転状態を検出する回転センサー６と、リヤブラケット５から突出した回転軸１１の先端部に設けられたスリップリング１３と、ブラシホルダ１６ａに収納されているとともにスリップリング１３に先端面が摺接した一対のブラシ１６と、を備えている。

回転子２は、界磁鉄心２ｂと、この界磁鉄心２ｂに巻装された界磁巻線２ａと、を備えている。この界磁鉄心２ｂの両端面には、冷却風を発生させるためのファン２０、ファン２１が取り付けられている。
界磁巻線２ａは、スリップリング１３に接続線１３ａを介して電気的に接続されており、ブラシ１６からの界磁電流がスリップリング１３を介して界磁巻線２ａに通電される。
固定子３は、固定子鉄心３ｂと、この固定子鉄心３ｂに巻装された三相の固定子巻線３ａと、を備えている。
回転軸１１の一端部は、フロントブラケット４から突出しており、その先端部にベルト（図示せず）を介して内燃機関（図示せず）と双方向にトルクを授受するためのプーリ１２が取り付けられている。
回転センサー６は、回転軸１１に固定されたセンサーロータ６ｂと、このセンサーロータ６ｂを囲ったセンサーステータ６ａと、を備えている。リヤブラケット５には、軸線方向に沿って突出した突出部５ａが形成されている。図２に示すように、この突出部５ａの内径面に、センサーステータ６ａのコア部６ａ１の外径面が嵌着している。

半リング状のコネクティングボード１８は、インサート成形されたボード用ターミナル１９を有している。このコネクティングボード１８は、リヤブラケット５に複数本のネジ２２で固定される。コネクティングボード１８は、周方向に沿って６箇所に貫通孔１８ａが形成されている。
この貫通孔１８ａには、固定子３の軸線方向に延びた口出し線３ｃの先端部が貫通しており、この先端部がボード用ターミナル１９の接続部位１９ａと電気的に接続されている。

制御装置３０は、固定子巻線３ａに交流電力を供給し、かつ界磁巻線２ａに直流電流を通電する直流交流電力相互変換回路部と、この直流交流電力相互変換回路部を制御する制御回路部１７と、を備えている。
この直流交流電力相互変換回路部は、固定子巻線３ａに交流電力を供給するパワーモジュール９と、界磁巻線２ａに直流電流を通電する界磁モジュール１０と、パワーモジュール９及び界磁モジュール１０が実装され放熱フィン３１ａを有する冷却用のヒートシンク３１と、パワーモジュール９の端子９ａ、界磁モジュール１０の端子にそれぞれ電気的に接続されインサート成形されたケース用ターミナル１４ａを有するケース１４と、パワーモジュール９及び界磁モジュール１０をそれぞれ制御する制御回路部１７と、を備えている。
パワーモジュール９及び界磁モジュール１０は、スイッチング素子等を配線用のリードフレームに搭載し、インサート成形による樹脂成形でそれぞれ一体化されている。
制御装置３０は、周縁部がスナップフィットによりコネクティングボード１８に係止された保護用のカバー１５で覆われている。
なお、図４において、ケース１４内に収納されたパワーモジュール９及び界磁モジュール１０を覆った樹脂材は省略されている。

ケース１４のケース用ターミナル１４ａとパワーモジュール９の端子９ａとは接続部位１４ａ１で溶接により接続されており、コネクティングボード１８のボード用ターミナル１９と固定子口出し線３ｃとは接続部位１９ａで溶接により接続されている。

回転センサー６のセンサーステータ６ａは、樹脂部６ａ２でヒートシンク３１に装着され、センサーステータ６ａから導出した信号配線（図示せず）は、制御回路部１７に電気的に接続されている。

次に、上記構成の回転電機１の組立て手順について説明する。
先ず、制御装置３０を、センサーステータ６ａがヒートシンク３１に装着された後、発電電動部４０にそのリヤ側から装着する。
また、この制御装置３０は、その中央部に回転軸１１が通る空間部が形成されており、この空間部に、制御装置３０に固定されるブラシホルダ１６ａを配置する。
制御装置３０の装着の際、固定子３の軸線方向に延びた口出し線３ｃは、先端部がコネクティングボード１８の貫通孔１８ａを貫通し、その先端部をボード用ターミナル１９の接続部位１９ａで溶接により接続する
また、制御装置３０のケース１４のケース用ターミナル１４ａと、コネクティングボード１８のボード用ターミナル１９の接続端部１９ｂとをネジ２３で固定し、またケース１４のグランドターミナル１４ｂと、ヒートシンク３１とをネジ２４で固定して、それぞれを電気的に接続する。
次に、ケース１４のケース用ターミナル１４ａとパワーモジュール９の端子９ａとを溶接等で接合する。
また、パワーモジュール９及び界磁モジュール１０と、制御回路部１７とを溶接等
で電気的に接続する。
その後、ケース１４内に溶融した樹脂を注入し、硬化させる。
最後に、カバー１５の周縁部をスナップフィットによりコネクティングボード１８に係止して、制御装置３０を覆う。

次に、上記構成の回転電機１の動作について説明する。
エンジンの始動時には、直流電力がバッテリ（図示せず）から制御装置３０のパワーモジュール９に送られ、直流電力が三相交流電力に変換され、この三相交流電力が固定子巻線３ａに供給される。
一方、界磁モジュール１０により制御された界磁電流がブラシ１６、スリップリング１３、接続線１３ａ、界磁巻線２ａに供給されて回転子２の界磁巻線２ａに回転磁界が与えられ、回転子２が回転駆動される。
この回転子２の回転トルクが回転軸１１、プーリ１２及びベルトを介して内燃機関に伝達され、エンジンが点火、始動される。

一方、内燃機関が始動されると、エンジンの回転トルクがクランクプーリ、ベルト及び
プーリ１２を介して発電電動部４０に伝達される。これにより、回転子２が回転され、固定子巻線３ａに三相交流電圧が誘起される。この三相交流電圧は、パワーモジュール９により直流電力に整流され、バッテリ、電機負荷に供給される。
なお、回転センサー６の信号出力は、センサーステータ６ａから導出された信号配線を介して制御回路部１７に送られ、回転子２の回転位置の検出に用いられ、回転電機１の発電動作及びエンジンの始動動作時の制御情報として利用される。

以上説明したように、この実施の形態１による回転電機１によれば、制御装置３０がリヤブラケット５の外側に設けられ、制御装置３０のケース１４にインサート成形されたケース用ターミナル１４ａと、コネクティングボード１８にインサート成形されたボード用ターミナル１９の接続端部１９ｂとがネジ２３で電気的に接続されている。
従って、例えば回転電機１の製造工程において、例えば制御装置３０のパワーモジュール９が破損し、特性チェックで異常がみられた場合には、異常の制御装置３０のみを正常の制御装置３０と交換し、発電電動部４０はそのまま利用することができるので、回転電機１の製造による損失を抑制することができる。

また、この実施の形態の回転電機１によれば、発電電動部４０に制御装置３０を組付ける際には、リヤブラケット５の突出部５ａの内径面に、センサーステータ６ａのコア部６ａ１の外径面を嵌着することで、発電電動部４０に対する制御装置３０の位置決めをすることができ、組付け精度が向上する。

また、制御装置３０のケース１４のケース用ターミナル１４ａとパワーモジュール９の端子９ａとの接続部位１４ａ１、コネクティングボード１８のボード用ターミナル１９と固定子口出し線３ｃとの接続部位１９ａとが溶接で強固に接続されているので、制御装置３０のケース１４のケース用ターミナル１４ａと、コネクティングボード１８のボード用ターミナル１９とを接続するネジ２３を取り外すことで、容易に制御装置３０を交換することができる。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２の回転電機１を示す断面図、図１０は図９のＢの部位を示す拡大図である。
この実施の形態では、センサーステータ６ａの樹脂部６ａ２の内径面が、発電電動部４０のリヤブラケット５の突出部５ａの外径面に嵌着している。
他の構成は、実施の形態１の回転電機１と同じである。
この実施の形態の回転電機１によれば、発電電動部４０に制御装置３０を組付ける際には、発電電動部４０のリヤブラケット５の突出部５ａの外径面にセンサーステータ６ａの樹脂部６ａ２の内径面を嵌着して位置決めすることができ、組付け精度が向上する。

実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３の回転電機１を示す断面図、図１２は図１１のＣの部位を示す拡大図である。
この実施の形態では、コア部６ａ１のリヤブラケット５側の面には、リヤブラケット５に向かって先細の案内部６ａ３が全周にわたって設けられている。
他の構成は、実施の形態１の回転電機１と同じである。

この実施の形態の回転電機１によれば、発電電動部４０に制御装置３０を組付ける際には、案内部６ａ３により、発電電動部４０のリヤブラケット５の突出部５ａの内径面にセンサーステータ６ａのコア部６ａ１の外径面が円滑に案内され、組付け作業性が向上する。
また、案内部６ａ３により、センサーステータ６ａのコア部６ａ１とセンサーロータ６ｂとの接触も回避することができる。

実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４の回転電機１を示す断面図、図１４は図１３のＤの部位を示す拡大図である。
この実施の形態では、コア部６ａ１のリヤブラケット５側の面には、リヤブラケット５に向かって先細の案内部６ａ３が全周にわたって設けられている。
他の構成は、実施の形態２の回転電機１と同じである。

この実施の形態の回転電機１によれば、発電電動部４０に制御装置３０を組付ける際には、案内部６ａ３により、発電電動部４０のリヤブラケット５の突出部５ａの外径面にセンサーステータ６ａの樹脂部６ａ２の内径面が円滑に案内され、組付け作業性が向上する。
また、案内部６ａ３により、センサーステータ６ａのコア部６ａ１とセンサーロータ６ｂとの接触も回避することができる。

なお、上記各実施の形態では、車両用制御装置一体型回転電機について説明したが、
勿論このものに限定されるものではなく、例えば船外機用にも適用できる。

１車両用制御装置一体型回転電機、２回転子、２ａ界磁巻線、３固定子、３ａ固定子巻線、３ｂ固定子鉄心、３ｃ口出し線、４フロントブラケット、５リヤブラケット、５ａ突出部、６回転センサー、６ａセンサーステータ、６ａ１コア部、６ａ２樹脂部、６ａ３案内部、６ｂセンサーロータ、７，８軸受、９パワーモジュール、９ａパワーモジュール端子、１０界磁モジュール、１１回転軸、１２プーリ、１３スリップリング、１４ケース、１４ａケース用ターミナル、１４ａ１接続部位、１４ｂグランドターミナル、１５カバー、１６ブラシ、１６ａブラシホルダ、１７制御回路部、１８コネクティングボード、１９ボード用ターミナル、１９ａ接続部位、１９ｂ接続端部、２０，２１ファン、２２，２３，２４ネジ、３０制御装置、３１ヒートシンク、３１ａ放熱フィン、４０発電電動部。

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、
ブラケットと、このブラケットに回転自在に支持された回転軸と、前記ブラケット内に前記回転軸に固定されて設けられた回転子と、この回転子を囲って前記ブラケットに固定された固定子と、前記回転軸に固定されたセンサーロータをセンサーステータで囲った回転センサーと、を有する発電電動部と、
前記固定子の固定子巻線に交流電力を供給するパワーモジュールと前記回転子の界磁巻線に直流電流を通電する界磁モジュールとを含む直流交流電力相互変換回路部と、この直流交流電力相互変換回路部を制御する制御回路部と、を有する制御装置と、
前記ブラケットの外側に設けられ、ブラケットの外側に配置された前記制御装置と前記発電電動部とをインサート成形されたボード用ターミナルを介して電気的に接続したコネクティングボードと、を備え、
前記ブラケットの軸線方向に突出した突出部の内径面に、前記制御装置に取り付けられた前記センサーステータのコア部の外径面が嵌着されている。

制御装置３０は、固定子巻線３ａに交流電力を供給し、かつ界磁巻線２ａに直流電流を通電する直流交流電力相互変換回路部と、この直流交流電力相互変換回路部を制御する制御回路部１７と、を備えている。
この直流交流電力相互変換回路部は、固定子巻線３ａに交流電力を供給するパワーモジュール９と、界磁巻線２ａに直流電流を通電する界磁モジュール１０と、パワーモジュール９及び界磁モジュール１０が実装され放熱フィン３１ａを有する冷却用のヒートシンク３１と、パワーモジュール９の端子９ａ、界磁モジュール１０の端子にそれぞれ電気的に接続されインサート成形されたケース用ターミナル１４ａを有するケース１４と、を備えている。
パワーモジュール９及び界磁モジュール１０は、スイッチング素子等を配線用のリードフレームに搭載し、インサート成形による樹脂成形でそれぞれ一体化されている。
制御装置３０は、周縁部がスナップフィットによりコネクティングボード１８に係止された保護用のカバー１５で覆われている。
なお、図４において、ケース１４内に収納されたパワーモジュール９及び界磁モジュール１０を覆った樹脂材は省略されている。

ケース１４のケース用ターミナル１４ａとパワーモジュール９の端子９ａとは接続部位１４ａ１で溶接により接続されており、コネクティングボード１８のボード用ターミナル１９と固定子口出し線３ｃとは接続部位１４ａ１で溶接により接続されている。

Claims

ブラケットと、このブラケットに回転自在に支持された回転軸と、前記ブラケット内に前記回転軸に固定されて設けられた回転子と、この回転子を囲って前記ブラケットに固定された固定子と、前記回転軸に固定されたセンサーロータをセンサーステータで囲った回転センサーと、を有する発電電動部と、
前記固定子の固定子巻線に交流電力を供給するパワーモジュールと前記回転子の界磁巻線に直流電流を通電する界磁モジュールとを含む直流交流電力相互変換回路部と、この直流交流電力相互変換回路部を制御する制御回路部と、を有する制御装置と、
前記ブラケットの外側に設けられ、ブラケットの外側に配置された前記制御装置と前記発電電動部とをインサート成形されたボード用ターミナルを介して電気的に接続したコネクティングボードと、
を備えた制御装置一体型回転電機。
前記直流交流電力相互変換回路部は、前記パワーモジュール及び前記界磁モジュールを収納するとともに、インサート成形されたケース用ターミナルによりパワーモジュール及び界磁モジュールと電気的に接続されたケースを有し、
前記ケース用ターミナルは、前記ボード用ターミナルとネジで電気的に接続されている請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
前記ブラケットの軸線方向に突出した突出部の内径面に、前記制御装置に取り付けられた前記センサーステータのコア部の外径面が嵌着されている請求項１または２に記載の制御装置一体型回転電機。
前記ブラケットの軸線方向に突出した突出部の外径面に、前記制御装置に取り付けられた前記センサーステータの樹脂部の内径面が嵌着されている請求項１または２に記載の制御装置一体型回転電機。
前記コア部の前記ブラケット側の面には、ブラケットに向かって先細の案内部が設けられている請求項３または４に記載の制御装置一体型回転電機。
前記ケース用ターミナルと、前記パワーモジュールの端子との接続部位、前記ボード用ターミナルと前記固定子巻線の口出し線との接続部位とは、それぞれ溶接で接続されている請求項２〜５の何れか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
前記制御装置一体型回転電機は、前記回転軸の前記制御装置と反対側の端部に固定されたプーリを介して前記回転子と内燃機関とのトルクを授受する車両用制御装置一体型回転電機である請求項１〜６の何れか１項に記載の制御装置一体型回転電機。