JP2014212666A - 車両用回転電機及び車両用回転電機の端子接続方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、電力半導体モジュールの主端子であるP、N端子及び交流入出力端子(AC端子)は、電力半導体モジュールの側面から横方向に延在し、電力半導体モジュールに隣接した導電バスバー構造体にアーク溶接やろう付けによって接続されたものがあった。(例えば、特許文献1参照)
また、別の接続手段として、電力半導体モジュールの側面に延在する端子をネジ締結によって接続されたものがあった。(例えば、特許文献2参照)
また、ろう付けによる溶接では、電力変換装置に使用されているプラスチック等の高分子材や、スイッチング素子を含む電子部品への熱影響が懸念され、実用的でない。
また、ネジによる接続では、溶接に比べてネジを締結するための面積が必要で、コンパクト化の阻害要因となる。
また、従来のネジ締結結合に比べて、接続構造をコンパクト化して接続に要する占有面積を低減し、結果的に電力変換装置を小形化することができる。
また、P端子をタッチスタートTIG溶接することで、大電流の流れる導体バスバーの断面積を大きく、かつ1本で構成することができる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電機を示す縦断面図、図2はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における電力変換装置をリヤ側から見た図(制御基板図示せず)、図3はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の電気回路図である。
図1乃至図3において、回転電機1は、回転電機本体2と、回転電機本体2に配置された電力変換装置3とを有する機電一体型回転電機となっている。この例では、回転電機1は交流発電電動機(モータジェネレータ)としている。
回転電機本体2は、筒状の固定子4と固定子4の内側に配置され、固定子4に対して回転可能な回転子5と、固定子4及び回転子5を支持するケース(支持体)6とを有している。
固定子4は、フロントブラケット7及びリヤブラケット8のそれぞれに固定された筒状の固定子鉄心10と、固定子鉄心10に設けられた固定子巻線(電機子巻線)11とを有している。
回転子5は、回転子5の軸線上に配置された回転軸12と、回転軸12の中間部に固定された回転子鉄心13と、回転子鉄心13に設けられた回転子巻線(界磁巻線)14とを有している。
回転子鉄心13の外周部は、固定子4の内周部に対向している。回転子鉄心13には、回転子5と一体に回転される送風用の冷却ファン16が設けられている。
回転軸12のフロントブラケット7側の端部には、プーリ17が固定されている。プーリ17には、エンジンの回転軸と連動する伝達ベルト(図示せず)が巻き掛けられている。また、回転軸12のリヤブラケット8側には、回転軸12の回転位置に応じた信号を発生する回転位置検出センサ18と、回転子巻線14に電気的に接続された複数のスリップリング19が設けられている。スリップリング19は、回転軸12の外周部を囲む環状の導電性部材である。
電力変換装置3は、固定子巻線11に電気的に接続されて電力半導体モジュール23と、バッテリ30(直流電源)から電力を調整して界磁電流として回転子巻線14に供給する界磁モジュール24と、それらモジュールが配置される冷却フィン34を備えたヒートシンク29と、それらモジュールが接続される導電バスバー構造体31、電力半導体モジュール23および界磁モジュール24のそれぞれを制御する制御基板25を有している。
界磁モジュール24は、界磁電流を通電する半導体素子32群をモールディングして作製され、バッテリ端子24aとアース端子24bと界磁巻線接続端子24cと信号端子24dとを有し、ヒートシンク29に固定されている。
電力半導体モジュール23は、界磁モジュール24と同様にヒートシンク29に固定されている。
なお、電力半導体モジュール23を制御するための制御基板25がヒートシンク29と反対側の電力半導体モジュール平面部の上方に配置されており、制御基板25には、電力半導体モジュール23の信号端子23d、界磁モジュールの信号端子24d、回転位置検出センサ18の信号端子18a、外部接続用コネクタ27の信号端子などが電気的に接続されている。
導電バスバー構造体31は各電力半導体モジュール23が接続される電力入出力ターミナル26と、N端子23bが接続されるNターミナル28と、AC端子23cが接続されるACターミナル33をモールディングして製作されている。
制御基板25では、回転位置検出センサ18からの回転子5の回転位置信号と、外部接続用コネクタ27を通じて外部機器(例えばエンジン制御ユニット等)からの信号情報に基づいて、界磁モジュール24及び電力半導体モジュール23を制御する。
エンジンの始動時には、バッテリ30からの直流電力が電力半導体モジュール23及び界磁モジュール24のそれぞれに供給される。界磁モジュール24では、制御基板25の制御により、バッテリ30からの直流電力を界磁電流に調整する動作が行われる。界磁モジュール24からの界磁電流は、ブラシ20及びスリップリング19を介して回転子巻線14に供給される。これにより、回転子5には、直流磁界が発生する。
エンジンの始動後には、エンジンからの回転動力がプーリ17に伝達される。これにより、回転子5が回転され、固定子巻線11に交流電力が誘起される。このとき、電力半導体モジュール23では、制御基板25の制御により、スイッチング動作が行われる。これにより、固定子巻線11に誘起された交流電力が直流電力に変換される。この後、電力半導体モジュール23からの直流電力は、バッテリ30に充電される。
図4は、図2のI−I矢視断面図であり、電力半導体モジュール23の端子構造の詳細を示している。
他方、電力半導体モジュール23のN端子23bとAC端子23cは、P端子23aと同様に側面から横方向に延在しており、電力半導体モジュール搭載面と平行な方向に突出するとともに、上記搭載面に垂直な方向に曲げられた形状となっており、N端子23bとAC端子23cの幅広面と、導電バスバー構造体31のNターミナル28とACターミナル33のそれぞれの端子部の面を挟持して通電加熱する抵抗溶接としている。
なお、図4にはAC端子23cを示しているが、N端子23bについても同様な構成としている。
まず、P端子23aと導電バスバー構造体31の電流入出力ターミナル26について説明する。P端子23aの接合はタッチスタートTIG溶接なので、通常のアーク溶接よりP端子23aに流れる電流、電圧は小さくスイッチング素子にダメージを与え難い。
また、電流入出力ターミナル26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電力半導体モジュール23のP端子23aが接続されているため、P端子23aより板厚さが厚い(太い)導体を用いることができ、大電流が流れる導体の発熱量を下げることができる。
さらに、P端子23aは回転子5の回転軸12の内周側に配置されているため、電流入出力ターミナル26の長さは短く、導体の抵抗値を下げることができる。
また、回転子5の回転軸12から遠い外周側に配置され、N端子23bと同じ板厚さの導体であるため、P端子23aの溶接と違って被溶接部の熱容量の差が小さく、抵抗溶接を採用したことで接合時間をP端子23aの接合に係る時間より短くできる。
次に、AC端子23cと導体バスバー構造体31のACターミナル33について説明する。ACターミナル33は複数のバスバーで構成され、この複数のバスバーに複数の電力半導体モジュール23のAC端子23cが接続されているため、AC端子23cと同じ板厚さの導体が用いることができる。
また、回転子5の回転軸12から遠い外周側に配置され、AC端子23cと同じ板厚さの導体であるため、抵抗溶接ができ、接合時間をP端子23aの接合に係る時間より短くできる。
図5はこの発明の実施の形態2に係る回転電機1における電力変換装置3をリヤ側から見た図(制御基板図示せず)である。
図5に示すように、本実施の形態2における電力半導体モジュール23は、回転電機の回転軸回りに略コの字型に配置されており、それに伴い電力半導体モジュール23の端子接合位置もコの字型を形成している。すなわち、P端子23aと接続される電流入出力ターミナル26を略四角形状に配し、その一辺に界磁モジュール24が配置され、他の3辺に電力半導体モジュール23が略コの字と成るように配置されている。このような構成をとることにより、外側に配置されるN端子23bとAC端子23cも直線的に並べることが可能になる。
このように、実施の形態2の構成においては、接合位置を直線状にまとめることで、溶接電極やトーチの移動が少なく、作業性を向上させることができる。
また、本発明に係る車両用回転電機の端子接続方法によれば、P端子より板厚さが厚い導体が使用される1本の導体バスバーからなる導電バスバー構造体の端子部がP端子と重ね合わせられてタッチスタートTIG溶接され端子接合されるようにしたので、タッチスタートTIG溶接により通常のアーク溶接よりもP端子に加えられる電流、電圧は小さく、電力半導体モジュールの構成素子にダメージを与えることなく十分な板厚によりP端子と導電バスバー構造体の端子部との端子接合を的確に遂行できるとともに、N端子及びAC端子と板厚さが同じである導電バスバー構造体の端子部がN端子及びAC端子と重ね合わせられて抵抗溶接され端子接合されることにより、N端子及びAC端子と導電バスバー構造体の端子部との相互の端子接合を抵抗溶接により迅速に行えるものである。
Claims (6)
- 電源から供給される電力をスイッチングするトランジスタ素子と負荷からの電力を還流するダイオード素子とを有し、かつ、上記トランジスタ素子及びダイオード素子は入力端子及び出力端子となる複数の電力端子とトランジスタ素子を駆動するための信号端子とを有する複数個の電力半導体モジュールと、上記複数個の電力半導体モジュールを回転電機の回転軸回りに配置するように搭載する搭載面を有する搭載部と、上記電源または負荷と上記電力端子それぞれとを接続するための端子部を有する導電バスバー構造体とを有する電力変換装置を備え、上記電力端子は、電源側に接続されるP端子とN端子、上記回転電機の固定子巻線との間で交流電流の入出力を行うAC端子であり、上記電力半導体モジュールそれぞれの側面から横方向に延在して、上記搭載面と平行な方向に突出し、その先端部は上記搭載面に垂直な方向に曲げられた部位が形成されるとともに、上記導電バスバー構造体の端子部は、上記電力端子の垂直方向に曲げられた部位と平行な方向に突出され、かつ、上記P端子の垂直方向に曲げられた部位と上記導電バスバー構造体の端子部とは重ね合わせられてタッチスタートTIG溶接され、上記N端子及び上記AC端子の垂直方向に曲げられた部位と上記導電バスバー構造体の端子部とは重ね合わせられて抵抗溶接されていることを特徴とする車両用回転電機。
- 上記電力半導体モジュールは回転軸を囲むようにヒートシンク上に配置され、内周寄りにP端子、外周寄りにN端子とAC端子が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用回転電機。
- 上記P端子に接続される導電バスバー構造体の電流入出力ターミナルは1本の導体バスバーで構成され、P端子より板厚さが厚い導体が使用されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用回転電機。
- 上記N端子及び上記AC端子が接続される導電バスバー構造体のターミナルはそれぞれの端子と板厚さが同じであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用回転電機。
- 上記電力半導体モジュールは上記回転軸を囲むように略コの字型に配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用回転電機。
- 電源側に接続されるP端子とN端子、固定子巻線との間で交流電流の入出力を行うAC端子、並びに信号端子を備えた電力半導体モジュールを回転軸周りに複数個配置した電力変換装置と、電源または負荷と上記電力端子それぞれとを接続するための端子部を有する導電バスバー構造体とを接続する方法であり、上記P端子と上記導電バスバー構造体の端子部とを重ね合わせてタッチスタートTIG溶接するとともに、上記N端子及び上記AC端子と上記導電バスバー構造体の端子部とを重ね合わせて抵抗溶接したことを特徴とする車両用回転電機の端子接続方法。
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