JP2016007108A - Controller integrated rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、駆動部に制御部が搭載されている制御部一体型回転電機に関するものである。 The present invention relates to a control unit-integrated rotating electrical machine in which a control unit is mounted on a drive unit.
従来の電力変換装置では、スイッチング素子のサージを抑制するスナバコンデンサ基板が、スイッチング素子を搭載したモジュール上面に取り付けられている。また、出力電圧の変動を抑制する平滑コンデンサは、冷却部材上に固定されており、バスバー及び配線板を介してモジュール本体に接続されている。平滑コンデンサとしては、セラミックコンデンサが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional power conversion device, a snubber capacitor substrate that suppresses a surge of the switching element is attached to the upper surface of the module on which the switching element is mounted. The smoothing capacitor that suppresses fluctuations in the output voltage is fixed on the cooling member, and is connected to the module main body via a bus bar and a wiring board. A ceramic capacitor is used as the smoothing capacitor (see, for example, Patent Document 1).
上記のような従来の電力変換装置では、制御基板とスナバコンデンサ基板とを別々にしているため、部品点数が増え、制御部が大きくなり、製造コストが上昇する。また、平滑コンデンサ専用のコンデンサ基板を用いる例も示されているが、この場合も部品点数が増え、制御部が大きくなり、製造コストが上昇する。さらに、温度特性に優れるセラミックコンデンサを用いていても、平滑コンデンサに大きな電圧変動がかかる場合には冷却が必要であり、高温で使用される回転電機に特許文献1に記載の制御部を一体化することは困難である。
In the conventional power converter as described above, since the control board and the snubber capacitor board are separately provided, the number of parts increases, the control unit becomes larger, and the manufacturing cost increases. Also, an example using a capacitor substrate dedicated to a smoothing capacitor is shown, but in this case also, the number of parts increases, the control unit becomes larger, and the manufacturing cost increases. Further, even when a ceramic capacitor having excellent temperature characteristics is used, cooling is necessary when a large voltage fluctuation is applied to the smoothing capacitor, and the control unit described in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、制御部の小型化を図りつつ、平滑コンデンサの冷却性能を向上させることができる制御部一体型回転電機を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a control unit-integrated dynamoelectric machine capable of improving the cooling performance of a smoothing capacitor while reducing the size of the control unit. Objective.
この発明に係る制御部一体型回転電機は、回転子と、複数相の固定子巻線を含む固定子とを有している駆動部、及び固定子巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子を含む複数のパワーモジュールと、パワーモジュールを冷却するための冷却用ヒートシンクと、パワーモジュールを制御する制御モジュールとを有しており、かつ、駆動部に固定されている制御部を備え、制御部は、スイッチング素子のスイッチングサージを抑制する複数のスナバ回路と、直流電源の電圧変動を抑制するための平滑コンデンサとをさらに有しており、スナバ回路は、制御モジュールの基板のパワーモジュールに対向する部分に構成されており、平滑コンデンサは、冷却用ヒートシンクに接触している。 A control unit-integrated dynamoelectric machine according to the present invention includes a drive unit having a rotor, a stator including a multi-phase stator winding, and a switching element that controls a current flowing in the stator winding. Including a plurality of power modules, a cooling heat sink for cooling the power modules, and a control module for controlling the power modules, and including a control unit fixed to the drive unit. And a plurality of snubber circuits for suppressing switching surges of the switching elements, and a smoothing capacitor for suppressing voltage fluctuations of the DC power supply, the snubber circuit being a portion facing the power module of the substrate of the control module The smoothing capacitor is in contact with the cooling heat sink.
この発明の制御部一体型回転電機は、スナバ回路が制御モジュールの基板のパワーモジュールに対向する部分に構成されており、平滑コンデンサが冷却用ヒートシンクに接触しているので、制御部の小型化を図りつつ、平滑コンデンサの冷却性能を向上させることができる。 In the controller-integrated rotating electrical machine according to the present invention, the snubber circuit is formed in a portion of the control module substrate facing the power module, and the smoothing capacitor is in contact with the cooling heat sink. As a result, the cooling performance of the smoothing capacitor can be improved.
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による制御部一体型回転電機の断面図であり、この例では自動車に搭載される車両用回転電機を示している。また、図2は図1の制御部一体型回転電機の電気回路図である。図において、回転電機は、大きく分けて、回転電機本体としての駆動部1と、電力変換装置(インバータアセンブリ)としての制御部2とを有している。制御部2は、駆動部1の軸方向端部に固定されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a controller-integrated rotating electrical machine according to
駆動部1は、主として、回転子3、固定子4、フロントハウジング5、リヤハウジング6、第1の軸受(フロントベアリング)7、第2の軸受(リヤベアリング)8、及びプーリ9を有している。回転子3及び固定子4は、フロントハウジング5及びリヤハウジング6の内側に収容されている。第1の軸受7は、フロントハウジング5に保持されている。第2の軸受8は、リヤハウジング6に保持されている。第2の軸受8のサイズは、第1の軸受7のサイズよりも小さい。
The
回転子3は、第1及び第2の軸受7,8により回転自在に支持された回転軸10、回転軸10に固定された界磁鉄心11、及び界磁鉄心11に巻かれた界磁巻線12を有している。回転軸10の第1の軸方向端部(図1の右端部)は、フロントハウジング5外へ突出しいる。
The
プーリ9は、回転軸10の第1の軸方向端部に固定されている(以下、プーリ9側をフロント側、プーリ9とは反対側をリヤ側と呼ぶ)。プーリ9は、ベルト(図示せず)を介して内燃機関(図示せず)に接続されており、内燃機関と双方向にトルクを授受する。 The pulley 9 is fixed to the first axial end of the rotating shaft 10 (hereinafter, the pulley 9 side is referred to as a front side, and the opposite side to the pulley 9 is referred to as a rear side). The pulley 9 is connected to an internal combustion engine (not shown) via a belt (not shown), and transmits and receives torque to and from the internal combustion engine.
回転子3の第2の軸方向端部(図1の左端部)は、リヤハウジング6よりもリヤ側へ突出している。回転子3の第2の軸方向端部には、界磁巻線12に界磁電流を供給するためのスリップリング13が設けられている。
A second axial end portion (left end portion in FIG. 1) of the
リヤハウジング6の界磁鉄心11とは反対側には、ブラシホルダ14が配置されている。ブラシホルダ14には、複数のブラシ15が保持されている。ブラシ15の先端は、スリップリング13の外周面に接している。
A
界磁鉄心11のフロント側の端面には、第1の遠心ファン16が固定されている。界磁鉄心11のリヤ側の端面には、第2の遠心ファン17が固定されている。第1及び第2の遠心ファン16,17は、回転子3の回転により冷却風を発生させる。
A first
固定子4は、固定子鉄心18と、固定子鉄心18に巻かれた複数相の固定子巻線(電機子巻線)19とを有している。固定子鉄心18は、回転子3を囲繞するように配置されている。固定子巻線19は、固定子鉄心18の内周側に設けられた複数のスロットに保持されている。
The
制御部2は、リヤハウジング6のリヤ側に配置されおり、リヤハウジング6に対して固定されている。また、制御部2には、各固定子巻線19から引き出された接続端部が接続されている。さらに、制御部2は、主として、複数(ここでは6つ)のパワーモジュール21、界磁モジュール22、冷却用ヒートシンク23、ケース24、及び制御モジュール25を有している。
The
各パワーモジュール21は、直流電源(バッテリ)31の正極と負極との間に直列に接続され、固定子巻線19に流れる電流を制御する第1及び第2のスイッチング素子32a,32bと、直流電源31の正極に接続される第1の直流端子33aと、直流電源31の負極に接続される第2の直流端子33bと、第1及び第2のスイッチング素子32a,32bの接続線から引き出され、固定子巻線19の対応する1相に接続される交流端子34と、スイッチング素子32a,32bの制御を行うための第1及び第2の制御端子35a,35bとを有している。
Each
即ち、パワーモジュール21は、駆動時の電機子電流の供給及び発電時の電機子電流の整流を行うためのスイッチング素子32a,32bを周辺回路とともにまとめたものである。また、界磁モジュール22は、界磁電流を制御するためのスイッチング素子36を周辺回路とともにまとめたものである。
That is, the
パワーモジュール21及び界磁モジュール22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、全体を樹脂成型した構造となっている。また、パワーモジュール21及び界磁モジュール22は、これらを冷却するための冷却用ヒートシンク23に搭載されている。冷却用ヒートシンク23は、スリップリング13及びブラシホルダ14の周囲を取り囲むように配置されている。
The
リヤハウジング6の外側でスリップリング13と第2の軸受8との間には、回転子3の回転位相を検出する回転センサ(磁極位置検出センサ)26が設けられている。回転センサ26は、リヤハウジング6に固定されたセンサステータ26aと、回転軸10に固定されたセンサロータ26bとを有している。
A rotation sensor (magnetic pole position detection sensor) 26 for detecting the rotation phase of the
センサステータ26aからの信号配線は、制御モジュール25に接続されている。リヤハウジング6には、回転センサ26を覆う回転センサ保護カバー27が取り付けられている。
The signal wiring from the
制御部2の中央には、回転軸10の第2の軸方向端部が通る空間が設けられている。そして、ブラシホルダ14は、制御部2の中央の空間に配置され、制御部2に固定される。
A space through which the second axial end of the rotating
制御部2には、制御部2及びブラシ15等を保護し電気的に絶縁するための制御部保護カバー28が被せられている。制御部保護カバー28には、冷却風を吸入するための複数の吸入口28aが設けられている。
The
制御モジュール25は、パワーモジュール21及び界磁モジュール22を制御するための制御回路が設けられた環状(又はC字状)の基板を有している。制御モジュール25の基板は、パワーモジュール21及び界磁モジュール22の冷却用ヒートシンク23とは反対側の面(上面)に対向して配置されている。
The
制御モジュール25の基板には、スイッチング素子32a,32bがスイッチングするときに発生するサージを抑制する複数(図2に1つにまとめて示す)のスナバ回路37が設けられている。各スナバ回路37は、制御モジュール25の基板のパワーモジュール21に対向する部分に構成されている。また、制御部2には、回転電機の動作により発生する直流電源の電圧変動を抑制するための平滑コンデンサ38が設けられている。
The substrate of the
各パワーモジュール21には、各スイッチング素子32a,32bの直流端子と交流端子とからそれぞれ分岐された4本のスナバ回路接続用端子39a,39b,39c,39d(図2では省略)が設けられている。これらのスナバ回路接続用端子39a〜39dは、スナバ回路37の直近で制御モジュール25の基板に接続されている。また、スナバ回路接続用端子39a〜39dは、互いに平行、かつ制御モジュール25の基板に直角に配置されている。
Each
ケース24は、パワーモジュール21、界磁モジュール22及び制御モジュール25を囲うように冷却用ヒートシンク23のパワーモジュール21側に配置されている。
The
図3は図1の制御部保護カバー28及び制御モジュール25を取り外した状態の制御部一体型回転電機を示す背面図(図1の左側からケース24を見た図)である。各パワーモジュール21の平面形状は、矩形である。パワーモジュール21は、2個1組で3箇所に分けて配置されている。各組において、互いに隣り合うパワーモジュール21は、対称に構成されている。
FIG. 3 is a rear view (a view of the
各組において、スナバ回路接続用端子39a〜39dは、パワーモジュール21の互いに隣り合う端部に配置されている。パワーモジュール21には、第1及び第2の制御端子35a,35b以外にも、制御モジュール25に接続される第3ないし第5の制御端子35c,35d,35eが設けられている。これらの制御端子35a〜35eは、各パワーモジュール21のスナバ回路接続用端子39a〜39dとは反対側の端部に配置されている。
In each set, the snubber
各パワーモジュール21において、第1の直流端子33aは、スリップリング13に対向する端部(ケース24の中央側の端部)に配置されている。また、各パワーモジュール21において、第2の直流端子33b及び交流端子34は、第1の直流端子33aとは反対側の端部に配置されている。
In each
ケース24の中央には、矩形の開口が設けられている。また、ケース24には、直流電源31の正極に接続されるバスバー40がインサート成形されている。バスバー40は、図3では部分的に示すが、ケース24の開口の3辺(図3の左辺、右辺及び下辺)に沿ってU字状に配置されている。
A rectangular opening is provided in the center of the
平滑コンデンサ38は、冷却用ヒートシンク23に設けられた穴に収容されており、冷却用ヒートシンク23に接触している。また、平滑コンデンサ38は、ケース24にインサートされているバスバー40に接続されている。また、ケース24には、パワーモジュール21及び界磁モジュール22の電力系の端子と接続される複数の端子、及び複数のGND端子が設けられている。
The smoothing
このような制御部一体型回転電機では、制御モジュール25の基板のパワーモジュール21の上面に対向する部分にスナバ回路37が設けられているので、パワーモジュール21のスイッチングサージを効果的に抑制することができる。
In such a controller-integrated rotating electrical machine, the
また、各パワーモジュール21に対応してスナバ回路37が構成されているので、各スナバ回路37のコンデンサを小容量化することができる。これにより、制御部2の小型化を図ることができる。
Moreover, since the
さらに、平滑コンデンサ38が冷却用ヒートシンク23に接触しているので、冷却性を向上させ、平滑コンデンサ38の寿命を延ばすことができる。
Furthermore, since the smoothing
さらにまた、パワーモジュール21にスナバ回路接続用端子39a〜39dが設けられているので、接続経路を最短にすることができ、スイッチングサージをより効果的に抑制することができる。
Furthermore, since the
また、スナバ回路接続用端子39a,39bが互いに平行に配置されているので、接続経路に発生するノイズを低減することができる。
Further, since the snubber
さらに、ケース24にインサート成形されているバスバー40が、パワーモジュール21に接続されており、かつ、平滑コンデンサ38にも接続されているため、平滑コンデンサ38とパワーモジュール21との接続を1箇所で行うことができ、工作性を向上させることができる。
Furthermore, since the
実施の形態2.
次に、図4はこの発明の実施の形態2による制御部一体型回転電機を示す背面図であり、図3と同様に制御部保護カバー28及び制御モジュール25を取り外した状態を示している。実施の形態2では、各組のパワーモジュール21が、共通のスナバ回路接続用端子39a,39bを介して、対応するスナバ回路37に接続されている。
Next, FIG. 4 is a rear view showing a control unit-integrated dynamoelectric machine according to
スナバ回路接続用端子39a,39bは、各組の互いに隣り合うパワーモジュール21間に配置されている。また、スナバ回路接続用端子39aは、パワーモジュール21の近傍でバスバー40から分岐して形成されている。さらに、スナバ回路接続用端子39bは、パワーモジュール21の近傍で、パワーモジュール21の第2の直流端子33bが接続された接地線から分岐して形成されている。
The snubber
各パワーモジュール21は、バスバー40及びスナバ回路接続用端子39aと、接地線及びスナバ回路接続用端子39bとを介して、対応するスナバ回路37に接続されている。また、スナバ回路接続用端子39a,39bは、ケース24に部分的にインサート成形されており、ケース24側に設けられている。他の構成は、実施の形態1と同様である。
Each
このような構成によれば、制御モジュール25の基板に対するスナバ回路接続用端子39a,39bの相対位置の精度を向上させ、基板の取り付け性を向上させることができる。
According to such a configuration, it is possible to improve the accuracy of the relative positions of the snubber
1 駆動部、2 制御部、3 回転子、4 固定子、19 固定子巻線、21 パワーモジュール、23 冷却用ヒートシンク、24 ケース、25 制御モジュール、31 直流電源、32a,32b スイッチング素子、37 スナバ回路、38 平滑コンデンサ、39a,39b,39c,39d スナバ回路接続用端子、40 バスバー。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記固定子巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子を含む複数のパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却するための冷却用ヒートシンクと、前記パワーモジュールを制御する制御モジュールとを有しており、かつ、前記駆動部に固定されている制御部
を備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子のスイッチングサージを抑制する複数のスナバ回路と、直流電源の電圧変動を抑制するための平滑コンデンサとをさらに有しており、
前記スナバ回路は、前記制御モジュールの基板の前記パワーモジュールに対向する部分に構成されており、
前記平滑コンデンサは、前記冷却用ヒートシンクに接触している制御部一体型回転電機。 A drive unit having a rotor and a stator including a stator winding of a plurality of phases; a plurality of power modules including a switching element for controlling a current flowing in the stator winding; and the power module. A cooling heat sink for cooling and a control module for controlling the power module, and a control unit fixed to the drive unit,
The control unit further includes a plurality of snubber circuits that suppress switching surges of the switching element, and a smoothing capacitor for suppressing voltage fluctuations of the DC power supply,
The snubber circuit is configured in a portion of the control module substrate facing the power module,
The smoothing capacitor is a controller-integrated rotating electrical machine in contact with the cooling heat sink.
前記ケースには、前記パワーモジュールに接続されるバスバーがインサート成形されている請求項1記載の制御部一体型回転電機。 The control unit further includes a case disposed on the power module side of the cooling heat sink so as to surround the power module,
The control unit-integrated dynamoelectric machine according to claim 1, wherein a bus bar connected to the power module is insert-molded in the case.
前記スナバ回路接続用端子は、前記パワーモジュールの近傍で、前記ケースに設けられた接地線と前記バスバーとを分岐して形成されている請求項2又は請求項3に記載の制御部一体型回転電機。 The power module is connected to the snubber circuit via a plurality of snubber circuit connection terminals,
4. The controller-integrated rotation according to claim 2, wherein the snubber circuit connection terminal is formed by branching a ground wire provided in the case and the bus bar in the vicinity of the power module. 5. Electric.
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