JP2015119608A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】導電バスバー構造体の樹脂部への熱によるダメージの影響を減少でき、導電バスバー構造体の接続部に良好な溶接を実施することが可能である電力変換装置を備えた車両用回転電機を提供する。
【解決手段】界磁モジュール２４と、電力半導体モジュール２３と、導電バスバーがインサートモールドされた樹脂成形体でなる導電バスバー構造体３１とを有する電力変換装置３を備え、電力半導体モジュールを回転機の回転軸の回りに配置された車両用回転電機において、電力半導体モジュール２３の端子部およびこの端子部と接合される電動バスバー構造体３１の端子部の先端を突起形状に形成したものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、電力変換装置が回転電機本体に搭載された車両用回転電機に関するものである。

従来の車両用制御装置一体型回転電機は、スイッチング素子をモールディングして作製された電力半導体モジュール（パワーモジュール）を回転電機の中心軸周りに配置した電力変換装置が回転電機のリヤ側に配置されている(例えば、特許文献１参照)。
また、従来の電力変換装置には、電力半導体モジュールの主端子であるＰ、Ｎ端子（入力端子）及びＡＣ端子（交流入出力端子）が、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２参照）。
また、車両用回転電機において、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３参照）。

特開２０１１-２３９５４２号公報 特許第４３９１９５９号公報 特開２０１１-１８８５６０号公報

従来の電力変換装置においては、導電バスバーが樹脂によってインサートモールドされた構造体（導電バスバー構造体）の端子部分をアーク溶接により溶接する際に被溶接部が発熱し、樹脂への熱影響が懸念される。また、導電バスバー構造体のモールド樹脂部の溶融を懸念し、発熱を抑えた溶接を実施すると、溶接強度が弱くなり、十分な接合を保てなくなる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、導電バスバー構造体の樹脂部への熱によるダメージの影響を減少でき、導電バスバー構造体の接続部に良好な溶接を実施することが可能である電力変換装置を備えた車両用回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用回転電機においては、固定子巻線を有する固定子の内側に配置された回転子の回転子巻線に界磁電流を供給する半導体素子を有した界磁モジュールと、固定子巻線に固定子電流を供給する半導体素子の入出力用の主端子と駆動用の信号端子とを有する電力半導体モジュールと、電源または負荷と主端子とを接続する端子部を有する導電バスバーがインサートモールドされた樹脂成形体でなる導電バスバー構造体とを有する電力変換装置を備え、電力半導体モジュールを回転電機の回転軸の周りに配置した車両用回転電機において、電力半導体モジュールの端子部および電力半導体モジュールの端子部の接合される導電バスバー構造体の端子部の先端を突起形状に形成したものである。

本発明に係る車両用回転電機における電力変換装置によれば、導電バスバーの端子部の先端を突起形状に形成することで、導電バスバー構造体の樹脂部への熱によるダメージの
影響を受けにくく、強い溶接が容易に実施可能である。

本発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなる。

本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機における電力変換装置を制御基板に取り付ける前の状態をリヤ側から見た図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機における電力半導体モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を図２における矢印Ａ方向から見た電力変換装置における電力半導体モジュールと導電バスバー構造体との溶接部を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳述する。なお、各図中、同一符号は、同一又は相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を示す断面図、図２は本発明の実施の形態１に係る車両用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）である。

図１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されている。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）である。

回転電機本体２は、筒状の固定子４と固定子４の内側に対向配置され、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。
ケース６は、回転子５の軸線方向において固定子４を挟むフロントブラケット７及びリヤブラケット８と、フロントブラケット７及びリヤブラケット８間を締め付ける複数の締結ボルト９とを有している。フロントブラケット７及びリヤブラケット８は金属製である。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。
回転軸１２は、フロントブラケット７及びリヤブラケット８を貫通している。また、回転軸１２は、フロントブラケット７及びリヤブラケット８のそれぞれに軸受１５を介して回転自在に支持されている。

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。

スリップリング１９には、回転子５に磁界を発生させるための界磁電流をスリップリング１９に供給するための導電性のブラシ２０がそれぞれ接触している。リヤブラケット８には、各スリップリング１９に対して接離する方向へブラシ２０を案内するブラシホルダ２１が設けられている。ブラシホルダ２１には、各スリップリング１９に接触する方向へ各ブラシ２０を個別に付勢する押圧ばね２２が設けられている。各ブラシ２０は、押圧ばね２２の付勢力により、スリップリング１９に押し付けられる。回転子５が回転されるときには、スリップリング１９がブラシ２０に対して摺動される。

電力変換装置３は、リヤブラケット８に支持され、絶縁樹脂で形成されたカバー３９で覆われている。
電力変換装置３は、固定子巻線１１に電気的に接続されて固定子電流を固定子巻線１１に供給する電力半導体モジュール２３と、図示しないバッテリ（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を有したヒートシンク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。電力半導体モジュール２３は、図２に示すように、符号を省略しているものも含めて、同じ形態のものが、左部に２個、右部に２個、下部に２個の計６個が配置されている。

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、搭載部となるヒートシンク２９の片面に搭載され固定されている。

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。

また、電力半導体モジュール２３は、固定子電流を通電する２つのスイッチング素子となる半導体素子を直列に接続した素子対をモールディングして製作され、主端子となるＰ端子２３ａ、Ｎ端子２３ｂ、固定子巻線と接続され交流入出力を行うＡＣ端子２３ｃと、信号端子２３ｄとを有する。信号端子２３ｄは、直列接続される一方の半導体素子のソースと他方の半導体素子のドレインとの接点に接続される端子、および各半導体素子のゲート電極に接続される端子である。

電力半導体モジュール２３を制御するための制御基板２５が電力半導体モジュール２３のヒートシンク２９と反対側の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。

なお、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等の導電バスバーをモールディングして製作されている。電力入出力ターミナル２６は、図２に示すように、ターミナル２６a、ターミナル２６ｂの２つの部品（ターミナル）が接合されてインサートされた樹脂成形品となっている。

次に、電力変換装置３の動作について説明する。
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（図示せず、以下同様）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。

一方、電力半導体モジュール２３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、バッテリからの直流電力が交流電力に変換される。電力半導体モジュール２３で変換された交流電力は、固定子巻線１１に供給される。これにより、固定子４には回転磁界が発生し、回転子５が回転される。回転子５の回転により、プーリ１７が回転され、エンジン（図示せず）が始動される。

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、図示していないバッテリに充電される。

次に、本実施の形態１における電力半導体モジュール２３と導電バスバー構造体３１との配線構造について、図３を用いて説明する。図３は、電力半導体モジュール２３の断面図である。

電力半導体モジュール２３の端子部であるＰ端子２３ａは、電力半導体モジュール２３の側面から横方向（図３において上方向）に延在しており、電力半導体モジュール搭載面３２と平行な方向に突出するとともに、上記搭載面３２に垂直な方向（図３において左方向）に曲げられた形状となっている。なお、電力半導体モジュール２３のＮ端子２３ｂ、ＡＣ端子２３ｃについても同様に形成されている。

次に、本実施の形態１における電力半導体モジュール２３と導電バスバー構造体３１のＮターミナル２８、ＡＣターミナル３３との継ぎ手部について、図４を用いて説明する。図４は、図２における矢印Ａ方向から見た継ぎ手部(溶接部)の形状図である。

電力半導体モジュール２３のＮ端子２３ｂ、ＡＣ端子２３ｃと導電バスバー構造体３１のＮターミナル２８、ＡＣターミナル３３の端子の部形状は、図４のように突起形状（凸状）に形成されている。これら両端子の先端部を重ねて、ＴＩＧ溶接で接合される継ぎ手部(溶接部)構成している。

この本実施の形態１によれば、電力半導体モジュール２３の端子と導電バスバー構造体３１のＮターミナル２８、ＡＣターミナル３３について、端子先端の突起部を溶接部（継ぎ手部）としているため、溶接部の溶接範囲が少なくてよいので、溶接時の発熱による導電バスバー構造体のモールド樹脂に与えるダメージを抑える事ができる。

また、図４に示す本発明の実施の形態における電力半導体モジュール２３のＮ端子２３ｂ、ＡＣ端子２３ｃと導電バスバー構造体３１のＮターミナル２８、ＡＣターミナル３３の端子部先端は、導電バスバー構造体３１の樹脂モールドより突出した位置に成形する。

この本実施の形態によれば、溶接部が樹脂モールドより離れた位置にあり、溶接時の電極が周りの樹脂モールドより離れた位置での溶接が可能となり、容易に溶接が実施可能となる。

また、図４に示す本発明の実施の形態における電力半導体モジュール２３のＮ端子２３ｂ、ＡＣ端子２３ｃの先端と導電バスバー構造体３１のＮターミナル２８、ＡＣターミナル３３の先端の形状については、電力半導体モジュール２３のＮ端子２３ｂ、ＡＣ端子２３ｃの先端と導電バスバー構造体３１のＮターミナル２８、ＡＣターミナル３３の先端の幅Ｗは、電力半導体モジュール２３のＮ端子２３ｂ、ＡＣ端子２３ｃの厚さＤ１と導電バスバー構造体３１のＮターミナル２８、ＡＣターミナル３３の厚さＤ２の和とおおよそ等しくする。なお、寸法符号Ｗ、Ｄ１、Ｄ２は、ＡＣ端子２３ｃ、ＡＣターミナル３３について付しているが、Ｎ端子２３ｂ、Ｎターミナル２８についても同様である。

この本実施の形態によれば、ＴＩＧ溶接後の溶接形状が均等な球形状となり、強い溶接強度を得られる。

また、図４に示す本発明の実施の形態における導電バスバー構造体３１は、２部品以上のターミナルをインサートされた樹脂成形品であり、バスバー同士の接合部は２箇所以上の接合とする。

この本実施の形態によれば、導電バスバー構造体３１のターミナルを２部品以上とすることで、ターミナルを容易に作製することができ、導電バスバー構造体３１のインサート成形を容易に実施できる。また、バスバー同士の溶接部を２箇所以上とすることで接合部に流れる電流を減らし、発熱を抑えることができる。

また、本発明の実施の形態における電力半導体モジュール２３のＰ端子２３ａと導電バスバー構造体３１の電力入出力ターミナル（インサートターミナル）２６の接合部の形状は、図４と同様に突起形状を形成している。これら突起形状の先端部を重ねて、ＴＩＧ溶接で接合される継ぎ手部(溶接部)としている。

この本実施の形態によれば、突起部を溶接しているため、溶接時の発熱の影響が抑えられ、導電バスバー構造体３１のモールド樹脂にダメージを与え難い。

また、本発明の実施の形態における導電バスバー構造体３１の電力入出力ターミナル（インサートターミナル）２６の接合部の溶接形状幅は、図４と同様に電力半導体モジュール２３のＰ端子２３ａの厚さと導電バスバー構造体３１の電力入出力ターミナル２６厚さの和とおおよそ等しい。

この本実施の形態によれば、ＴＩＧ溶接後の溶接箇所が球形状となり、強い溶接強度を得られ、また溶接部と導電バスバー構造体３１のモールド樹脂との距離が長くなるため、モールド樹脂への熱ダメージを低減させることができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その発明の範囲において、実施の形態を適宜変更することができる。

１ 回転電機、２ 回転電機本体、３ 電力変換装置、４ 固定子、５ 回転子、７ フロントブラケット、８ リヤブラケット、１１ 固定子巻線、１２ 回転軸、１４ 回転子巻線、２３ 電力半導体モジュール、２３ａ Ｐ端子、２３ｂ Ｎ端子、２３ｃ ＡＣ端子、２３ｄ 信号端子、２４ 界磁モジュール、２４ａ バッテリ端子、２４ｂ ア
ース端子、２４ｃ 界磁巻線接続端子、２４ｄ 信号端子、２５ 制御基板、２６ 電力入出力ターミナル、２８ Ｎターミナル、３１ 導電バスバー構造体、３３ ＡＣターミナル。

Claims (6)

1. 固定子巻線を有する固定子の内側に配置された回転子の回転子巻線に界磁電流を供給する半導体素子を有した界磁モジュールと、前記固定子巻線に固定子電流を供給する半導体素子の入出力用の主端子と駆動用の信号端子とを有する電力半導体モジュールと、電源または負荷と前記主端子とを接続する端子部を有する導電バスバーがインサートモールドされた樹脂成形体でなる導電バスバー構造体とを有する電力変換装置を備え、前記電力半導体モジュールが回転電機の回転軸の周りに配置された車両用回転電機において、前記電力半導体モジュールの端子部および前記電力半導体モジュールの端子部と接合される前記導電バスバー構造体の端子部の先端が突起形状に形成されたことを特徴とする車両用回転電機。
2. 導電バスバー構造体の端子部の突起形状先端は、導電バスバー構造体の樹脂成形体より突出して形成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。
3. 電力半導体モジュールおよび導電バスバー構造体の端子部の突起形状の幅は、前記電力半導体モジュールの端子部の厚さと前記導電バスバー構造体の端子部の厚さの和と等しく形成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。
4. 固定子巻線を有する固定子の内側に配置された回転子の回転子巻線に界磁電流を供給する半導体素子を有した界磁モジュールと、前記固定子巻線に固定子電流を供給する半導体素子の入出力用の主端子と駆動用の信号端子とを有する電力半導体モジュールと、電源または負荷と前記主端子とを接続する端子部を有する導電バスバーがインサートモールドされた樹脂成形体でなる導電バスバー構造体とを有する電力変換装置を備え、前記電力半導体モジュールを回転機の回転軸の周りに配置されるよう搭載された車両用回転電機において、前記主端子は、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端子であり、前記電力半導体モジュールの側面から横方向に延在しており、前記電力半導体モジュールの搭載面と平行な方向に突出するとともに、前記搭載面に垂直な方向に曲げられた部位が形成され、
   前記導電バスバー構造体の端子部は、前記主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、前記電力半導体モジュールの端子部の先端と前記導電バスバー構造体の端子部の先端との接合部が突起形状に形成されたことを特徴とする車両用回転電機。
5. 電力半導体モジュールの端子部と導電バスバー構造体の端子部との接合部の先端は、導電バスバー構造体の樹脂成形体より突出して形成されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用回転電機。
6. 電力半導体モジュールの端子部の先端と導電バスバー構造体の端子部の先端の幅は、前記電力半導体モジュールの端子部の厚さと前記導電バスバー構造体の端子部の厚さの和と等しいことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の車両用回転電機。

Images