JP2016158500A - Control device built-in rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転電機とこの回転電機を制御する制御装置とが一体に構成された制御装置一体型回転電機に関するものである。 The present invention relates to a controller-integrated rotating electrical machine in which a rotating electrical machine and a control device that controls the rotating electrical machine are integrally configured.
自動車等の車両に搭載される制御装置一体型回転電機は、回転電機の電機子巻線と回転電機の外部に設けられたバッテリとの間で電力変換を行なう電力変換回路を備えている。この電力変換回路は、通常、半導体からなるスイッチング素子を内蔵した複数のパワーモジュールを備え、これらのスイッチング素子のゲートに加えるゲート信号の制御により、インバータ、或いはコンバータとして動作する。
回転電機を電動機として動作させるときは、電力変換回路をインバータとして動作させ、バッテリの直流電力をインバータにより交流電力に変換して回転電機の電機子巻線に供給する。一方、回転電機を発電機として動作させるときは、電力変換回路をコンバータとして動作させ、回転電機の電機子巻線に誘起された交流電力をコンバータにより直流電力に変換してバッテリに供給する。
BACKGROUND ART A controller-integrated rotating electrical machine mounted on a vehicle such as an automobile includes a power conversion circuit that performs power conversion between an armature winding of the rotating electrical machine and a battery provided outside the rotating electrical machine. This power conversion circuit usually includes a plurality of power modules incorporating switching elements made of semiconductor, and operates as an inverter or a converter by controlling a gate signal applied to the gates of these switching elements.
When the rotating electrical machine is operated as an electric motor, the power conversion circuit is operated as an inverter, and the DC power of the battery is converted into AC power by the inverter and supplied to the armature winding of the rotating electrical machine. On the other hand, when the rotating electrical machine is operated as a generator, the power conversion circuit is operated as a converter, and AC power induced in the armature winding of the rotating electrical machine is converted into DC power by the converter and supplied to the battery.
このように構成された制御装置一体型回転電機において、回転電機の電機子巻線の電力入出力用端子と電力変換回路を構成するパワーモジュールの交流側端子である電力入出力用端子との間、及びパワーモジュールの直流側端子を構成する電力入出力用端子において、バスバーは、一箇所の電気的接続部と、この電気的接続部以外の少なくとも一箇所の機械的接続部とを備え、一箇所の電気的接続部によりターミナルに電気的に接続され、少なくとも一箇所の機械的接続部により絶縁物を介してヒートシンクまたはブラケットに機械的に接続されるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 In the controller-integrated rotating electrical machine configured as described above, between the power input / output terminal of the armature winding of the rotating electrical machine and the power input / output terminal that is the AC side terminal of the power module constituting the power conversion circuit. In addition, in the power input / output terminal constituting the DC side terminal of the power module, the bus bar includes one electrical connection portion and at least one mechanical connection portion other than the electrical connection portion. There is one that is electrically connected to a terminal by an electrical connection portion at a location, and mechanically connected to a heat sink or bracket via an insulator by at least one mechanical connection portion (for example, Patent Documents) 1).
しかしながら、特許文献1に示されたような従来の制御装置一体型回転電機においては、バスバーに電力入出力用端子ボルトを直接圧入したものであるので、外部から電力入出力用端子ボルト頭部へ塩水などが浸透することにより、バスバーの圧入周辺部が電蝕劣化し、最終的にエンジンの振動を受け、バスバーの圧入周辺部に亀裂を生じさせ、パワーモジュールに正常な電力が供給できない課題があった。
また、バスバーには機械的接合面となる圧入長さが必要であり、しかも上記の課題を鑑み、電気的発熱に関係なく、不必要にバスバーの厚みを大きくする必要があり、大型化を招くといった問題があった。
However, in the conventional controller-integrated dynamoelectric machine as disclosed in
In addition, the bus bar needs to have a press-fit length as a mechanical joint surface, and in view of the above problems, it is necessary to unnecessarily increase the thickness of the bus bar regardless of electrical heat generation, resulting in an increase in size. There was a problem.
この発明は、従来の回転電機における前述のような課題を解決するためになされたもので、主に電力入出力用端子ボルトとバスバーとの電気接続面において耐電蝕性を向上させるとともに、電力入出力用端子ボルトとバスバーを小型化する制御装置一体型回転電機を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in conventional rotating electrical machines, and mainly improves the electrical corrosion resistance on the electrical connection surface between the power input / output terminal bolt and the bus bar, while It is an object of the present invention to provide a controller-integrated rotating electrical machine that reduces the size of output terminal bolts and bus bars.
この発明に係わる制御装置一体型回転電機は、外部電源と回転電機本体の固定子巻線との間に設けられたパワー回路部と、前記パワー回路部に設けられ、前記外部電源と電気的に接続される電力入出力用端子ボルトと、前記電力入出力用端子ボルトに圧入されたプレートと、前記プレートに当接された電力入出力導体と、前記電力入出力導体に接続されるバスバーと、前記バスバーと前記固定子巻線とに接続された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ヒートシンクに固定された前記パワー回路部のケース連結部と、を備え、前記電力入出力用端子ボルトは、その頭部がボルト固定部材に当接して前記電力入出力導体に設けられた貫通孔に貫通されており、前記電力入出力用端子ボルトはナットと螺合しており、スペーサを介して前記電力入出力導体に固定され、前記ケース連結部に埋設されている前記プレートに圧入されており、前記電力入出力用端子ボルトと前記バスバーは離間されているものである。 The controller-integrated rotating electrical machine according to the present invention includes a power circuit unit provided between an external power source and a stator winding of the rotating electrical machine body, and provided in the power circuit unit, electrically connected to the external power source. A power input / output terminal bolt to be connected; a plate press-fitted into the power input / output terminal bolt; a power input / output conductor in contact with the plate; a bus bar connected to the power input / output conductor; A power module connected to the bus bar and the stator winding; and a case connecting part of the power circuit part fixed to a heat sink for cooling the power module, the power input / output terminal bolt The head is in contact with a bolt fixing member and penetrates through a through hole provided in the power input / output conductor, and the power input / output terminal bolt is screwed with a nut, Is secured to the power input conductor through the support, it said being pressed into the plate which is embedded in the case connecting portion, the bus bar and the power output terminal bolt are those spaced.
この発明の制御装置一体型回転電機によれば、電力入出力用端子ボルトとバスバーとの電気接続面において、耐電蝕性を向上させるとともに、電力入出力用端子ボルトとバスバーを小型化することができる。 According to the controller-integrated rotating electrical machine of the present invention, it is possible to improve the electric corrosion resistance on the electrical connection surface between the power input / output terminal bolt and the bus bar and to reduce the size of the power input / output terminal bolt and the bus bar. it can.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による制御装置一体型回転電機の縦断面図である。
図1において、車両用の制御装置一体型回転電機100は、フロントブラケット1とリヤブラケット2により支持された固定子鉄心3と、この固定子鉄心3の内側空間内に挿入された回転子鉄心4を備えている。回転子鉄心4は、固定子鉄心3の内周面に空隙を介して対向する複数の回転子磁極を備えている。
コイル片が固定子鉄心3のスロット内に挿入された電機子巻線としての固定子巻線300は、固定子鉄心3に固定されている。この実施の形態1では、固定子巻線300は6相結線されている。界磁巻線としての回転子巻線7は、回転子鉄心4に固定されている。固定子鉄心3と固定子巻線300は、回転電機本体102の固定子5を構成し、回転子鉄心4と回転子巻線7は、回転電機本体102の回転子13を構成している。
1 is a longitudinal sectional view of a control apparatus-integrated dynamoelectric machine according to
In FIG. 1, a controller-integrated rotating
A stator winding 300 as an armature winding in which a coil piece is inserted into a slot of the
また、フロントブラケット1とリヤブラケット2は、複数のボルト101により互いに接近する方向に締め付けられ、固定子鉄心3を強固に挟持している。
回転子鉄心4の中心部を貫通した回転子軸6は、フロントブラケット1に支持されたフロント側軸受61と、リヤブラケット2に支持されたリヤ側軸受62により、回動自在に支持されている。回転子鉄心4のフロント側端面及びリヤ側端面にそれぞれ固定されたフロント側冷却ファン51及びリヤ側冷却ファン52は、回転子鉄心4と共に回転してフロントブラケット1及びリヤブラケット2の外部から内部に空気を流入させ、回転電機本体102の内部を冷却している。
回転子軸6のフロント側端部には、プーリ12が固定されている。プーリ12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。回転子軸6の周面に固定された一対のスリップリング8は、ブラシホルダー90に支持されている一対のブラシ9と摺動接触している。
Further, the
The
A
シンクロレゾルバにより構成された磁極位置検出センサー10は、回転子軸6のリヤ側端部に固定されたセンサー回転子111と、このセンサー回転子111に対向してリヤ側ブラケット2に固定されたセンサー固定子112と、このセンサー固定子112に固定されたセンサー巻線113とを備えている。
制御回路を備えた制御回路基板40は、樹脂製の基板収納ケース41内に収納されている。制御回路基板40に設けられた制御回路は、後述するパワーモジュール21のスイッチング動作を制御する。基板収納ケース41は、ヒートシンク23の外側面部に固定されている。
パワー回路部20は、リヤ側ブラケット2の外部に固定されており、電機子巻線である固定子巻線300と図示していないバッテリとの間の電力変換を行なう電力変換回路を備えている。この電力変換回路は、後述する6個のパワーモジュール21により構成され、6相インバータ若しくは6相コンバータとして動作する。
A magnetic pole position detection sensor 10 constituted by a sync resolver includes a
A
The
図3は、この発明の実施の形態1による制御装置一体型回転電機の回路図である。
図3に示すように、この実施の形態1では、それぞれのパワーモジュール21は、直列接続された2個の半導体スイッチング素子と、それぞれの半導体スイッチング素子に逆並列接続された2個のダイオードが樹脂に封入されて1個のパッケージとして構成されている。1個のパワーモジュール21に封入された2個の半導体スイッチング素子は、前述したように直列接続されており、一方の半導体スイッチング素子とこれに逆並列接続されたダイオードが6相ブリッジ回路のうちの1相分の正極側アームを構成し、他方の半導体スイッチング素子とこれに逆並列接続されたダイオードが前記1相分の負極側アームを構成する。そしてその2個の半導体スイッチング素子の直列接続点が6相固定子巻線のうちの1相の固定子巻線300に接続される。
従って、前述のように構成された6個のパワーモジュール21は、それぞれ後述のBターミナル24に接続されるターミナル22aに接続される。
FIG. 3 is a circuit diagram of the controller-integrated dynamoelectric machine according to
As shown in FIG. 3, in the first embodiment, each
Accordingly, the six
図2は、この発明の実施の形態1による制御装置一体型発電機のパワー回路部の構成を示すリヤ側の一部破断側面図である。
図2において、パワー回路部20は、6相電力変換回路を構成し固定子巻線300の通電を制御する6個のパワーモジュール21と、これらのパワーモジュール21が絶縁層(図示せず)を介して搭載されたヒートシンク23と、バッテリの正極側に電気的に接続される電力入出力用端子ボルト11と、この電力入出力用端子ボルト11と電気的に接続されているBターミナル24とBバスバー30と、パワー回路ケース25とを備えている。
FIG. 2 is a partially broken side view on the rear side showing the configuration of the power circuit portion of the controller-integrated generator according to
In FIG. 2, the
図1に示されているように、ヒートシンク23は、アルミダイキャスト等の金属材料により形成され、中央部に貫通穴231を備えている。このヒートシンク23のフロント側表面には、回転電機本体102の固定子側に軸方向に延びる多数の冷却フィン23aが一体に形成されている。ヒートシンク23の貫通穴231は、回転子軸6により貫通されている。
図2に示されているように、パワー回路ケース25は、樹脂により形成され、環状の外側ケース部251と、環状の内側ケース部252を備えている。内側ケース部252には、その貫通穴254を包囲する内壁255が形成されている。この内壁255は、パワー回路ケース25の内壁を構成している。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 2, the
パワー回路ケース25は、前述のヒートシンク23のリヤ側表面に固定されている。その結果、パワー回路ケース25の外側ケース部251および内側ケース部252と、ヒートシンク23のリヤ側表面とにより包囲されるパワーモジュール収納部257が形成される。
前述の6個のパワーモジュール21は、図2に示されているように、パワーモジュール収納部257内に収納され、互いに間隔を介してコの字状に配置されている。また、パワーモジュール収納部257内には、前述の制御回路基板40に接続された制御回路基板接続部260が挿入されている。この制御回路基板接続部260は、制御回路基板40に形成されている制御回路からのゲート信号を、それぞれのパワーモジュール21の半導体スイッチング素子のゲートに与えるためのものである。
The
As shown in FIG. 2, the six
パワー回路防水用樹脂28は、パワーモジュール21と制御回路基板接続部260とを収納したパワーモジュール収納部257内に充填される。その結果、パワーモジュール21と制御回路基板接続部260は、パワー回路防水用樹脂28内に埋設され、パワー回路防水用樹脂28により防水保護される。
外部のバッテリの正極に電気的に接続されるターミナルとしてのBターミナル24は、パワー回路ケース25の内側ケース部252とケース連結部253にモールディングされている。Bターミナル24は、それぞれ6個のパワーモジュール21のターミナル22a、および制御回路基板接続部260のターミナル260aに、溶接若しくは半田付けなどにより電気的および機械的に接続される。なお、Bターミナル24は、パワー回路ケース25のケース連結部253の上面部に露出している。
The power
The
外部のバッテリの正極に電気的に接続されるバスバー(以下、Bバスバーと称する)30は、電力入出力用端子ボルト11の両側にネジ31、32により、ヒートシンク23に固定される。ここで、図1と図4とでは、切断面が異なっており、図4においてBバスバー30は、図面奥側に設けられている。Bターミナル24は、パワーモジュール21とヒートシンク23との間に配置されている。Bターミナル24は、銅製の金属部材により形成されている。
図4に示すように、形成された雌ネジがヒートシンク23のリヤ側表面から絶縁材33を介して挿入されたネジ31と螺合することにより、ケース連結部253を介して、ヒートシンク23に固定されている。
パワー回路ケース25のケース連結部253に設けられているBターミナル24は、ナット36の締め付け力によりスペーサ42を介して、電力入出力用端子ボルト11と電気的に接続される。
A bus bar (hereinafter referred to as B bus bar) 30 electrically connected to the positive electrode of an external battery is fixed to the
As shown in FIG. 4, the formed female screw is fixed to the
The
具体的には、図4に示すように、電力入出力用端子ボルト11は、その頭部がボルト固定部材に当接してBターミナル24に設けられた貫通孔に貫通されている。そして、電力入出力用端子ボルト11は、ナット36と螺合し、スペーサ42を介してBターミナル24に固定され、ケース連結部253に埋設されているプレート43に圧入されている。
以上のように構成されたこの発明の実施の形態1による制御装置一体型回転電機100において、電力入出力用端子ボルト11は、制御装置一体型回転電機100の外部に設けられたバッテリの正極側にバッテリハーネス等(図示せず)を介して電気的に接続される。また、プーリ12は、内燃機関の出力軸に設けられた内燃機関側のプーリ(図示せず)にベルトを介して連結される。
Specifically, as shown in FIG. 4, the power input /
In the controller-integrated rotating
制御装置一体型回転電機100を電動機として動作させるとすれば、各パワーモジュール21により構成された電力変換回路をインバータとして動作させるように、制御回路基板40に設けられている制御回路からのゲート信号により各パワーモジュール21の半導体スイッチング素子がスイッチング制御される。
これにより、バッテリから電力入出力用端子ボルト11、Bターミナル24およびBバスバー30を介して各パワーモジュール21のターミナル22aに入力された直流電力は、パワーモジュール21により構成されたインバータにより6相交流電力に変換され、各パワーモジュール21のターミナル22bを介して、6相の固定子巻線300の各相の巻線に供給される。その結果、固定子巻線300が発生する回転磁界と回転子13に設けられた回転子巻線(界磁巻線)7の発生する磁界との相互作用により、回転子13が駆動され、プーリ12からベルトを介して内燃機関に動力を伝達することになる。
If the controller-integrated rotating
Thus, the DC power input from the battery to the terminal 22a of each
一方、制御装置一体型回転電機100を発電機として動作させるときは、内燃機関の動力がベルトを介してプーリ12に伝達されて回転子13が駆動されている状態にあり、各パワーモジュール21により構成された電力変換回路をコンバータとして動作させるように、制御回路基板40に設けられている制御回路からのゲート信号により各パワーモジュール21の半導体スイッチング素子がスイッチング制御される。固定子巻線300の各相巻線に誘起された交流電力は、各パワーモジュール21のターミナル22bを介して各パワーモジュール21に印加され、各パワーモジュール21により構成されたコンバータにより直流電力に変換されて各パワーモジュール21のターミナル22aからBバスバー30、ターミナル24、およびスペーサ42、ナット36を介してバッテリに供給されることになる。
On the other hand, when the controller-integrated rotating
この発明の実施の形態1による制御装置一体型回転電機100は、前述のように構成されているので、電力入出力用端子ボルト11頭部から塩水が浸入し、プレート43が電蝕時に溶解しても、バスバー30が溶解しにくい構造であるので、パワーモジュール21に電力が供給できる。プレート43は、例えばアルミニウムなどの金属部材により形成されている。プレート(AL)をバスバー(Cu)よりイオン化傾向の大きい材料にして、アルミニウムなどのイオン化傾向の大きい金属を銅材に接触させておくと、アルミニウムが犠牲的に腐食して銅材バスバーの腐食を抑制することができる。アルミニウムが先に腐食して電子を放出することで銅に電子を供給し、銅の電子放出を妨げることで防食効果が得られる。また、プレート材の選択として、アルミニウム以外に銅よりイオン化傾向の大きい金属である鉄、亜鉛を用いてもよい。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
Since the controller-integrated rotating
In the present invention, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.
1:フロントブラケット、 2:リヤブラケット、 3:固定子鉄心、 4:回転子鉄心、 5:固定子、 6:回転子軸、 7:回転子巻線、 8:スリップリング、 9:ブラシ、 10:磁極位置検出センサー、 11:電力入出力用端子ボルト、 12:プーリ、 13:回転子、 20:パワー回路部、 21:パワーモジュール、 22a:ターミナル、 22b:ターミナル、 23:ヒートシンク、 24:Bターミナル、 25:パワー回路ケース、 28:パワー回路防水用樹脂、 30:Bバスバー、 31:ネジ、 32:ネジ、 33:絶縁材、 36:ナット、 40:制御回路基板、 41:基板収納ケース、 42:スペーサ、 43:プレート、 51:フロント側冷却ファン、 52:リヤ側冷却ファン、 61:フロント側軸受、 62:リヤ側軸受、 90:ブラシホルダー、 100:制御装置一体型回転電機、 101:ボルト、 102:回転電機本体、 111:センサー回転子、 112:センサー固定子、 113:センサー巻線、 231:貫通穴、 251:外側ケース部、 252:内側ケース部、 253:ケース連結部、 254:貫通穴、 257:パワーモジュール収納部、 260:制御回路基板接続部、 300:固定子巻線 1: Front bracket, 2: Rear bracket, 3: Stator iron core, 4: Rotor iron core, 5: Stator, 6: Rotor shaft, 7: Rotor winding, 8: Slip ring, 9: Brush, 10 : Magnetic pole position detection sensor, 11: Terminal bolt for power input / output, 12: Pulley, 13: Rotor, 20: Power circuit section, 21: Power module, 22a: Terminal, 22b: Terminal, 23: Heat sink, 24: B Terminal: 25: Power circuit case, 28: Power circuit waterproof resin, 30: B bus bar, 31: Screw, 32: Screw, 33: Insulating material, 36: Nut, 40: Control circuit board, 41: Board storage case, 42: Spacer, 43: Plate, 51: Front side cooling fan, 52: Rear side cooling fan, 61: Front side 62: Rear side bearing, 90: Brush holder, 100: Rotating electric machine with integrated control device, 101: Bolt, 102: Main body of rotating electric machine, 111: Sensor rotor, 112: Sensor stator, 113: Sensor winding, 231: Through hole, 251: Outer case part, 252: Inner case part, 253: Case connection part, 254: Through hole, 257: Power module housing part, 260: Control circuit board connection part, 300: Stator winding
Claims (4)
前記パワー回路部に設けられ、前記外部電源と電気的に接続される電力入出力用端子ボルトと、
前記電力入出力用端子ボルトに圧入されたプレートと、
前記プレートに当接された電力入出力導体と、
前記電力入出力導体に接続されるバスバーと、
前記バスバーと前記固定子巻線とに接続された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ヒートシンクに固定された前記パワー回路部のケース連結部と、を備え、
前記電力入出力用端子ボルトは、その頭部がボルト固定部材に当接して前記電力入出力導体に設けられた貫通孔に貫通されており、
前記電力入出力用端子ボルトはナットと螺合しており、スペーサを介して前記電力入出力導体に固定され、前記ケース連結部に埋設されている前記プレートに圧入されており、
前記電力入出力用端子ボルトと前記バスバーは離間されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。 A power circuit section provided between the external power source and the stator winding of the rotating electrical machine body;
A terminal bolt for power input / output provided in the power circuit unit and electrically connected to the external power source;
A plate press-fitted into the terminal bolt for power input / output;
A power input / output conductor in contact with the plate;
A bus bar connected to the power input / output conductor;
A power module connected to the bus bar and the stator winding;
A case coupling portion of the power circuit portion fixed to a heat sink for cooling the power module,
The power input / output terminal bolt is penetrated through a through hole provided in the power input / output conductor with its head abutting against a bolt fixing member,
The power input / output terminal bolt is screwed with a nut, fixed to the power input / output conductor via a spacer, and press-fitted into the plate embedded in the case connecting portion,
The controller-integrated dynamoelectric machine, wherein the power input / output terminal bolt and the bus bar are separated from each other.
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