JP2016201932A - Controller integrated rotary electric machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller integrated rotary electric machine that improves a cooling performance of a controller part.SOLUTION: A rotary machine body 2 comprises: a pair of brackets formed from a front bracket 6 and a rear bracket 7; a stator 5 which includes a stator coil 4 and of which both the ends are fixed to the pair of brackets 6 and 7; and a rotor 9 which includes a rotor coil 8 and is disposed inside of the stator 5 and supported by the pair of brackets 6 and 7 in a freely rotatable manner. On the other hand, a controller 3 comprises; a power circuit part 20 that performs power conversion between the stator coil 4 and an external DC power source; and a control circuit part 21 that controls the power circuit part 20. The power circuit part 20 is configured by mounting a switching element 31 that uses a semiconductor material of SiC or GaN on a metal substrate 30. The metal substrate 30 is fixed in contact with an outer surface side of the rear bracket 7, and the control circuit part 21 is disposed outside of the power circuit part 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、回転電機本体部とパワー回路を含む制御部とが一体化され、例えば、自動車等に搭載されて使用される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 main body and a control unit including a power circuit are integrated and used, for example, in an automobile or the like.

回転電機を制御する制御装置と回転電機本体とが一体化された、車載用の制御装置一体型回転電機は、従来から知られている。
例えば、固定子を支持する一対のハウジングの一方の外側に、スイッチング素子を有するパワーモジュールが配置された回転電機であって、パワーモジュールは、冷却フィンが形成されたヒートシンクに搭載され、冷却フィン側をハウジング面に対向させ、この対向間に、ハウジング面を遮りヒートシンクとの間で風路を構成するプレートを介在させて、ハウジングに固定されている。これにより、吸入口より吸入した外気が、ヒートシンクとプレート間の風路を通り、ハウジングに設けた窓から排気されることで、パワーモジュールを効果的に冷却するようにしたものである(例えば、特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art An in-vehicle controller-integrated rotating electrical machine in which a control device for controlling a rotating electrical machine and a rotating electrical machine main body are integrated has been known.
For example, a rotating electrical machine in which a power module having a switching element is disposed outside one of a pair of housings that support a stator, the power module being mounted on a heat sink in which cooling fins are formed, Is opposed to the housing surface, and a plate constituting an air passage between the housing surface and the heat sink is interposed between the opposing surfaces, and the housing is fixed to the housing. Thereby, the outside air sucked from the suction port passes through the air path between the heat sink and the plate and is exhausted from the window provided in the housing, thereby effectively cooling the power module (for example, Patent Document 1).

また、スイッチング素子にSiC−MOSFETを用いてハウジングの内側に配置した構成の車両用発電電動装置が開示されている。
例えば、エンジンのクランク軸に連結された回転軸と共に回転する回転界磁極と、電機子コイルを有しハウジングに固定された電機子と、複数のMOSFETにより構成され、電機子コイルと外部のバッテリーとの間に接続された交流−直流変換手段と、この交流−直流変換手段のMOSFETを、電機子コイルに発生する交流出力を直流出力に変換してバッテリーを充電する発電モード、またはバッテリーから電機子コイルに通電する電動モードに切換えて作動させる切換手段とを備え、MOSFETはSiCを素材として形成したものである(例えば、特許文献2参照)。
Further, a vehicular generator-motor apparatus having a configuration in which an SiC-MOSFET is used as a switching element and disposed inside a housing is disclosed.
For example, a rotating field magnetic pole that rotates together with a rotating shaft connected to a crankshaft of an engine, an armature having an armature coil and fixed to a housing, a plurality of MOSFETs, an armature coil and an external battery, AC-DC converting means connected between the two, and a MOSFET of the AC-DC converting means, a power generation mode for charging the battery by converting an AC output generated in the armature coil into a DC output, or from the battery to the armature The MOSFET is formed by using SiC as a material (see, for example, Patent Document 2).

特許第5542977号公報(第3頁、図1)Japanese Patent No. 5554277 (3rd page, FIG. 1) 特開平7−184361号公報(第2頁、図1−2)JP-A-7-184361 (2nd page, FIG. 1-2)

制御装置一体型回転電機は、車両のエンジンルーム内の限られた空間に設置できることが求められている。しかし、上記特許文献1のような回転電機では、パワーモジュールの冷却のためのヒートシンクが必要不可欠であり、また、パワーモジュールを制御する制御モジュールには熱に弱い電子部品が使用されているので、高温となる固定子からの受熱を遮るためプレートを介してヒートシンクの温度低減が図られており、回転電機の軸方向寸法を縮小するには限界があった。
このため、回転電機の軸方向のスペースが僅かしか確保できないような車種では、回転電機の端部カバーが干渉する不具合や、外部機器との接続コネクタや固定用のねじを取り付けるための作業空間を確保できない等の不具合が発生し、エンジンルーム内のレイアウトによって取り付けが制約されるという問題があった。
The controller-integrated rotating electrical machine is required to be installed in a limited space in the engine room of the vehicle. However, in the rotating electrical machine as in Patent Document 1, a heat sink for cooling the power module is indispensable, and the control module that controls the power module uses electronic components that are vulnerable to heat. The temperature of the heat sink is reduced through a plate to block heat reception from the stator that becomes high temperature, and there is a limit to reducing the axial dimension of the rotating electrical machine.
For this reason, in a vehicle model in which only a small space in the axial direction of the rotating electrical machine can be secured, there is a problem that the end cover of the rotating electrical machine interferes, and a work space for attaching a connector for connecting to an external device or a fixing screw. There was a problem that problems such as inability to secure could occur and the installation was restricted by the layout in the engine room.

また、特許文献2には、耐熱性に優れたSiC−MOSFETをスイッチング素子としたパワー回路部を、ハウジング内側に配置した構成が示されているが、耐熱の低い制御回路に用いる電子部品の配置や放熱対策については記載されていない。パワー回路部と制御回路部とが一つのケースに収容されている特許文献2のような構成では、回転電機が大容量化すれば、制御装置の更なる放熱対策が必要になるという問題があった。   Further, Patent Document 2 shows a configuration in which a power circuit section using a SiC-MOSFET having excellent heat resistance as a switching element is arranged inside the housing. However, the arrangement of electronic components used in a control circuit with low heat resistance is disclosed. There is no mention of heat dissipation measures. In the configuration as in Patent Document 2 in which the power circuit unit and the control circuit unit are accommodated in one case, there is a problem that if the capacity of the rotating electrical machine is increased, further measures for heat dissipation of the control device are required. It was.

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、制御装置部にヒートシンク等の放熱部材を用いることなく冷却性能の向上を図った、制御装置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 it is an object of the present invention to obtain a controller-integrated rotating electrical machine that has improved cooling performance without using a heat radiating member such as a heat sink in the controller unit. Objective.

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、回転電機本体とこの回転電機本体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であって、回転電機本体は、フロントブラケットおよびリアブラケットからなる一対のブラケットと、固定子巻線を有し両端を一対のブラケットに固定された固定子と、回転子巻線を有し固定子の内側に配置されて一対のブラケットに回転自在に支持された回転子とを備え、制御装置は、固定子巻線と外部の直流電源との間で電力変換を行うパワー回路部と、パワー回路部を制御する制御回路部とを備え、パワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料を用いたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されており、リアブラケットの外面側に接してパワー回路部の基板が固定され、パワー回路部のリアブラケットへの固定側とは反対側に制御回路部が配置されているものである。   A controller-integrated rotating electrical machine according to the present invention is a controller-integrated rotating electrical machine in which a rotating electrical machine body and a control device that controls the rotating electrical machine body are integrally formed, and the rotating electrical machine body includes a front bracket, A pair of brackets consisting of a rear bracket, a stator having a stator winding and both ends fixed to the pair of brackets, and a rotor winding having a stator winding disposed inside the stator and freely rotatable to the pair of brackets The control device includes a power circuit unit that performs power conversion between the stator winding and an external DC power source, and a control circuit unit that controls the power circuit unit. The circuit unit is configured by mounting a switching element using a semiconductor material of SiC or GaN on the substrate, the substrate of the power circuit unit is fixed in contact with the outer surface side of the rear bracket, and the power circuit is The fixed side parts to the rear bracket in which the control circuit section on the opposite side is disposed.

この発明の制御装置一体型回転電機によれば、制御装置を構成するパワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料を用いたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されて、その基板側がリアブラケットの外面側に接して固定され、パワー回路部のリアブラケットへの固定側とは反対側に制御回路部が配置されているので、高耐熱のスイッチング素子を使用したことにより、ブラケットに直接取り付けられて、パワー回路部にヒートシンク等の冷却部材を必要としないため、回転電機の軸方向の長さを縮小できる。また、制御回路部をパワー回路部から分離し回転電機本体から遠ざけて配置したことで、制御回路部の温度低減が図られ、耐熱の低い部品の使用が可能となる。
従って、回転電機の小型化,軽量化が図られ、低コスト化が可能となる。
According to the control device-integrated rotating electrical machine of the present invention, the power circuit section constituting the control device is configured by mounting a switching element using a semiconductor material of SiC or GaN on the substrate, and the substrate side is the rear bracket. Since the control circuit part is arranged on the opposite side of the power circuit part on the side fixed to the rear bracket, it is attached directly to the bracket by using a heat-resistant switching element. In addition, since a cooling member such as a heat sink is not required for the power circuit unit, the axial length of the rotating electrical machine can be reduced. Further, by separating the control circuit unit from the power circuit unit and disposing it away from the rotating electrical machine main body, the temperature of the control circuit unit can be reduced, and parts with low heat resistance can be used.
Therefore, the rotating electrical machine can be reduced in size and weight, and the cost can be reduced.

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断面図である。1 is a cross-sectional view of a control device-integrated dynamoelectric machine according to Embodiment 1 of the present invention. 図1の制御装置一体型回転電機のパワー回路部の上面図である。FIG. 2 is a top view of a power circuit unit of the controller-integrated dynamoelectric machine of FIG. 1. この発明の実施の形態2による制御装置一体型回転電機のパワー回路部と制御回路部の固定部を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the fixing | fixed part of the power circuit part and control circuit part of the control apparatus integrated rotary electric machine by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2による制御装置一体型回転電機のパワー回路部と制御回路部の固定部の別の例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows another example of the power circuit part of the control apparatus integrated rotary electric machine by Embodiment 2 of this invention, and the fixing | fixed part of a control circuit part. この発明の実施の形態3による制御装置一体型回転電機のパワー回路部と制御回路部の固定部を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the fixing | fixed part of the power circuit part and control circuit part of the control apparatus integrated rotary electric machine by Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
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を、図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面においては、分かりやすくするため、各部材の縮尺が実際とは異なる部分がある。また、この発明に直接関係しない構成は図示を省略している。
図1は、制御装置一体型回転電機の断面図であり、車両に搭載して、駆動の補助および発電に用いる交流発電電動機に適用した例を示している。図2は、図1の中のパワー回路部のリア側から見た上面図である。
Embodiment 1 FIG.
A controller-integrated dynamoelectric machine according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings shown below, for the sake of clarity, there are portions where the scales of the respective members are different from actual ones. Further, the illustration of the configuration not directly related to the present invention is omitted.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a controller-integrated rotating electrical machine, and shows an example of application to an AC generator motor mounted on a vehicle and used for driving assistance and power generation. FIG. 2 is a top view of the power circuit unit in FIG. 1 viewed from the rear side.

先ず、図1により全体の構成から説明する。制御装置一体型回転電機1は、回転電機本体2と制御装置3とが一体に構成されている。
回転電機本体2は、固定子巻線4が巻装された固定子5と、固定子5の軸方向の両端部に配置されて固定子5を支持する一対のブラケット、すなわち、フロントブラケット6およびリアブラケット7と、固定子5の内周側に配置され、回転子巻線8が卷装された回転子9と、回転子9の中心に固定された回転子軸10と、回転子軸10を回転自在に保持するために、フロントブラケット6に固定されたフロント軸受11、およびリアブラケット7に固定されたリア軸受12を備えている。
また、回転子9の軸方向両端部には、回転子9の回転により冷却風を発生させる冷却ファン13および冷却ファン14が設けられている。
First, the overall configuration will be described with reference to FIG. In the controller-integrated rotating electrical machine 1, a rotating electrical machine main body 2 and a control device 3 are integrally formed.
The rotating electrical machine main body 2 includes a stator 5 around which the stator winding 4 is wound, and a pair of brackets that are disposed at both ends in the axial direction of the stator 5 to support the stator 5, that is, a front bracket 6 and A rear bracket 7, a rotor 9 disposed on the inner peripheral side of the stator 5 and equipped with a rotor winding 8, a rotor shaft 10 fixed to the center of the rotor 9, and the rotor shaft 10 Is provided with a front bearing 11 fixed to the front bracket 6 and a rear bearing 12 fixed to the rear bracket 7.
A cooling fan 13 and a cooling fan 14 that generate cooling air by the rotation of the rotor 9 are provided at both axial ends of the rotor 9.

また、回転子軸10のフロントブラケット6から突出した先端部には、プーリー15が取り付けられ、他方のリアブラケット7から突出した箇所には回転子9の回転状態を検出する回転位置検出センサ16が設置されている。
さらに、回転子軸10の回転位置検出センサ16より先端側には、回転子巻線8に電流を供給するための一対のスリップリング17が設けられている。そして、回転電機本体2のリアブラケット7の外側には、ブラシホルダ18によって保持されてスリップリング17に摺接する一対のブラシ19が取り付けられている。
A pulley 15 is attached to the tip of the rotor shaft 10 that protrudes from the front bracket 6, and a rotational position detection sensor 16 that detects the rotational state of the rotor 9 is provided at a position protruding from the other rear bracket 7. is set up.
Further, a pair of slip rings 17 for supplying a current to the rotor winding 8 are provided on the distal end side of the rotational position detection sensor 16 of the rotor shaft 10. A pair of brushes 19 that are held by the brush holder 18 and are in sliding contact with the slip ring 17 are attached to the outside of the rear bracket 7 of the rotating electrical machine body 2.

次に、制御装置3について説明する。制御装置3は、固定子巻線4に電気的に接続されたパワー回路部20と、回転子巻線8に電気的に接続された界磁回路部(図示せず)と、パワー回路部20および界磁回路部を制御する制御回路部21とを備えている。
図2は、パワー回路部20の上面図である。図2に示すように、金属ベースが用いられた金属基板30に、モールド封止されたスイッチング素子31などが、はんだ等の金属接合または導電性樹脂などで接合されている。スイッチング素子31は、二組の3相インバータ回路の構成に必要な12個が搭載されている。
本願では、このスイッチング素子31として、SiC(Silicon Carbide)を材料としたSiC−MOSFET、もしくはGaN(Gallium-Nitride)を材料としたGaN−MOSFETを使用している。
Next, the control device 3 will be described. The control device 3 includes a power circuit unit 20 electrically connected to the stator winding 4, a field circuit unit (not shown) electrically connected to the rotor winding 8, and a power circuit unit 20. And a control circuit unit 21 for controlling the field circuit unit.
FIG. 2 is a top view of the power circuit unit 20. As shown in FIG. 2, a mold-sealed switching element 31 or the like is bonded to a metal substrate 30 using a metal base by metal bonding such as solder or conductive resin. Twelve switching elements 31 necessary for the configuration of two sets of three-phase inverter circuits are mounted.
In the present application, the switching element 31 is an SiC-MOSFET made of SiC (Silicon Carbide) or a GaN-MOSFET made of GaN (Gallium-Nitride).

金属基板30には、外部のバッテリー(図示せず)と固定子巻線4に電気的に接続するための電源配線(図示せず)と、次に説明する制御回路部21の制御基板41に接続するための制御信号接続部32を備え、これらが配線パターンで構成されている。制御信号接続部32において、スイッチング素子31の信号配線が1ヵ所に集約されて制御回路部21の制御基板41と接続される。
また、図示は省略しているが、界磁回路部も金属基板30上に構成されており、外部のバッテリーおよび回転子巻線8に電気的に接続するための電源配線と、制御回路部21の制御基板41に接続するための制御信号配線とを備えている。すなわち、本願のパワー回路部20には界磁回路部も含んでいる。
The metal substrate 30 includes an external battery (not shown) and power supply wiring (not shown) for electrical connection to the stator winding 4 and a control board 41 of the control circuit unit 21 to be described below. A control signal connection portion 32 for connection is provided, and these are constituted by a wiring pattern. In the control signal connection part 32, the signal wirings of the switching elements 31 are collected at one place and connected to the control board 41 of the control circuit part 21.
Although not shown, the field circuit unit is also configured on the metal substrate 30, and includes a power supply wiring for electrically connecting to the external battery and the rotor winding 8, and the control circuit unit 21. Control signal wiring for connecting to the control board 41. That is, the power circuit unit 20 of the present application also includes a field circuit unit.

金属基板30に搭載されたスイッチング素子31を含む電子部品と制御信号接続部32とを取り囲むように、配線ケース33が設けられている。配線ケース33の材料には、PPS(Poly Phenylene Sulfide),PBT(Poly Butylene Terephthalate)等の熱可塑性樹脂が用いられており、制御信号接続部32のターミナルが一体に形成されている。金属基板30の配線とターミナルとは、はんだで接合され、配線ケース33と金属基板30とは接着剤で固定されている。
また、配線ケース33の内側には、全体にエポキシ等の封止樹脂34が注入され封止されているが、図ではスイッチング素子31が見えるように、部分的に図示している。
なお、パワー回路部20の基板は金属基板30として説明したが、基板の材料はこれに限定せず、セラミックや高耐熱のガラスエポキシ樹脂などを用いてもよい。
A wiring case 33 is provided so as to surround the electronic component including the switching element 31 mounted on the metal substrate 30 and the control signal connection portion 32. The material of the wiring case 33 is made of thermoplastic resin such as PPS (Poly Phenylene Sulfide) or PBT (Poly Butylene Terephthalate), and the terminal of the control signal connection portion 32 is integrally formed. The wiring and the terminal of the metal substrate 30 are joined with solder, and the wiring case 33 and the metal substrate 30 are fixed with an adhesive.
Further, inside the wiring case 33, a sealing resin 34 such as epoxy is injected and sealed as a whole, but is partially shown so that the switching element 31 can be seen in the figure.
In addition, although the board | substrate of the power circuit part 20 demonstrated as the metal board | substrate 30, the material of a board | substrate is not limited to this, You may use a ceramic, a highly heat-resistant glass epoxy resin, etc.

次に、制御装置3の制御回路部21について説明する。
制御回路部21は、図1に示すように、制御回路ケース40の内側に制御基板41が収容されている。制御基板41は、ねじやリベット(図示せず)、または熱溶着などで制御回路ケース40に固定されている。制御基板41に用いる基板の材料は、電気的特性と機械的特性に優れたガラスエポキシ樹脂を用いている。この制御基板41には、パワー回路部20および界磁回路部(図示せず)を制御するための電子部品と、外部機器との間で信号の送受信を行うための外部接続コネクタ(図示せず)が実装されている。
Next, the control circuit unit 21 of the control device 3 will be described.
As shown in FIG. 1, the control circuit unit 21 houses a control board 41 inside a control circuit case 40. The control board 41 is fixed to the control circuit case 40 by screws, rivets (not shown), heat welding, or the like. As a substrate material used for the control substrate 41, a glass epoxy resin excellent in electrical characteristics and mechanical characteristics is used. The control board 41 includes an external connector (not shown) for transmitting and receiving signals between an electronic component for controlling the power circuit unit 20 and the field circuit unit (not shown) and an external device. ) Has been implemented.

制御回路ケース40は、PPS,PBT等の熱可塑性樹脂で形成されて、組立後にリア側となる側が開口しており、反対側にはパワー回路部20の制御信号接続部32と接続される接続部が形成されている。この接続部において、パワー回路部20に固定されると共に、リアブラケット7に設けられた支柱部7aにねじで固定されることで、回転電機本体2に取り付けられている。
制御信号接続部32の接続リードと制御基板41とがはんだ付けされた後に、エポキシ等の封止樹脂42を注入して制御基板41が封止されている。
また、制御装置3のリアブラケット7側とは反対側の外面には、カバー22が設置されている。
The control circuit case 40 is formed of a thermoplastic resin such as PPS or PBT, and the rear side is opened after assembling. The control circuit case 40 is connected to the control signal connection portion 32 of the power circuit portion 20 on the opposite side. The part is formed. In this connection part, while being fixed to the power circuit part 20, it is attached to the rotary electric machine main body 2 by being fixed to the support | pillar part 7a provided in the rear bracket 7 with a screw.
After the connection leads of the control signal connection portion 32 and the control board 41 are soldered, the control board 41 is sealed by injecting a sealing resin 42 such as epoxy.
A cover 22 is installed on the outer surface of the control device 3 opposite to the rear bracket 7 side.

以上のように構成された実施の形態1による制御装置一体型回転電機1の動作について説明する。制御装置一体型回転電機1は、車両の駆動補助としての電動機の機能と、発電のための発電機の機能とを備えている。   The operation of the controller-integrated dynamoelectric machine 1 according to Embodiment 1 configured as described above will be described. The controller-integrated dynamoelectric machine 1 has a function of an electric motor as a driving assist for a vehicle and a function of a generator for power generation.

先ず、駆動の補助として機能する際には、外部バッテリーからパワー回路部20に供給された直流電力が、パワー回路部20のスイッチング素子31のON/OFF制御によって3相交流電流に変換されて固定子巻線4に供給される。また、外部バッテリーから供給される直流電力が、界磁回路部で調整されて回転子巻線8に供給されることで、回転子巻線8の周囲に回転磁界が生じ、回転子9が回転子軸10と共に回転する。回転子軸10の回転はプーリー15から伝動ベルト(図示せず)を介してエンジン(図示せず)に伝達される。
制御回路部21は、外部機器および回転位置検出センサ16からの情報に基づいて、パワー回路部20と図示しない界磁回路部とを制御する。
First, when functioning as driving assistance, DC power supplied from the external battery to the power circuit unit 20 is converted into a three-phase AC current by the ON / OFF control of the switching element 31 of the power circuit unit 20 and fixed. Supplied to the child winding 4. Further, the DC power supplied from the external battery is adjusted by the field circuit unit and supplied to the rotor winding 8, whereby a rotating magnetic field is generated around the rotor winding 8 and the rotor 9 rotates. It rotates with the child shaft 10. The rotation of the rotor shaft 10 is transmitted from the pulley 15 to an engine (not shown) via a transmission belt (not shown).
The control circuit unit 21 controls the power circuit unit 20 and a field circuit unit (not shown) based on information from the external device and the rotational position detection sensor 16.

一方、発電機として機能する際には、エンジンの回転力が伝動ベルトおよびプーリー15を介して回転子軸10に伝達される。これにより、回転子9が回転して固定子巻線4に3相交流電力が励起される。
制御回路部21は、パワー回路部20のスイッチング素子31のON/OFFを制御し、固定子巻線4に励起された3相交流電力を直流電力に変換する。変換された直流電力が外部バッテリーに供給され、バッテリーが充電される。
On the other hand, when functioning as a generator, the rotational force of the engine is transmitted to the rotor shaft 10 via the transmission belt and the pulley 15. As a result, the rotor 9 rotates and three-phase AC power is excited in the stator winding 4.
The control circuit unit 21 controls ON / OFF of the switching element 31 of the power circuit unit 20 and converts the three-phase AC power excited by the stator winding 4 into DC power. The converted DC power is supplied to the external battery, and the battery is charged.

次に、本実施の形態のパワー回路部20および制御回路部21の放熱構造を説明する。パワー回路部20のスイッチング素子31で発生する熱は、金属基板30を介してリアブラケット7に熱伝導で伝わり、リアブラケット7から外気へ熱伝達で放熱される。
一例として、スイッチング素子31から金属基板30を介してリアブラケット7までの熱抵抗を約10K/W、スイッチング素子31の発熱量を5Wとすると、スイッチング素子31とリアブラケット7の温度差は約50Kとなる。
また、リアブラケット7は、支持している固定子5が最大で約200℃になるため、受熱により温度上昇する。
Next, the heat dissipation structure of the power circuit unit 20 and the control circuit unit 21 of the present embodiment will be described. Heat generated in the switching element 31 of the power circuit unit 20 is transmitted to the rear bracket 7 through the metal substrate 30 by heat conduction, and is radiated from the rear bracket 7 to the outside air by heat transfer.
As an example, if the thermal resistance from the switching element 31 to the rear bracket 7 through the metal substrate 30 is about 10 K / W and the heat generation amount of the switching element 31 is 5 W, the temperature difference between the switching element 31 and the rear bracket 7 is about 50 K. It becomes.
Further, the rear bracket 7 rises in temperature by receiving heat because the supporting stator 5 is about 200 ° C. at the maximum.

例えば、固定子5からの受熱でリアブラケット7が140℃まで上昇すると、スイッチング素子31は190℃に到達する。
もし、スイッチング素子31をSi−MOSFETで構成した場合は、Si−MOSFETの耐熱が約175℃であるため、上記の温度上昇では使用できない。
これに対し、本実施の形態の、SiC−MOSFETもしくはGaN−MOSFETを使用したスイッチング素子31は、耐熱が200℃以上である。従って、リアブラケット7で冷却可能である。
これにより、背景技術の項で説明した特許文献1のような、スイッチング素子の冷却のためのヒートシンクを設ける必要がなくなり、回転電機の小型化が可能になる。
For example, when the rear bracket 7 rises to 140 ° C. due to heat received from the stator 5, the switching element 31 reaches 190 ° C.
If the switching element 31 is composed of a Si-MOSFET, the heat resistance of the Si-MOSFET is about 175 ° C. and cannot be used with the above temperature rise.
On the other hand, the switching element 31 using the SiC-MOSFET or the GaN-MOSFET of the present embodiment has a heat resistance of 200 ° C. or higher. Therefore, it can be cooled by the rear bracket 7.
As a result, there is no need to provide a heat sink for cooling the switching elements as in Patent Document 1 described in the background section, and the rotating electrical machine can be downsized.

また、パワー回路部20の基板に、金属をベースとした金属基板30を用いることで、基板側からリアブラケット7側への放熱が促進され、スイッチング素子31の温度上昇を抑制する効果を高めることができる。
さらに、金属基板30とすることで、パワー回路部20の冷却性能を上げるための放熱材料(グリス,接着剤等)が不要となるため、材料および作業工程を減らすことができ、低コスト化が図られる。
Further, by using the metal substrate 30 based on metal for the substrate of the power circuit unit 20, heat dissipation from the substrate side to the rear bracket 7 side is promoted, and the effect of suppressing the temperature rise of the switching element 31 is enhanced. Can do.
Furthermore, since the metal substrate 30 eliminates the need for heat dissipating materials (such as grease and adhesive) for improving the cooling performance of the power circuit unit 20, the material and work process can be reduced, and the cost can be reduced. Figured.

制御回路部21は、パワー回路部20とは別のケースに収容して、パワー回路部20のリアブラケット7への固定側とは反対側、すなわち外部側に隙間を開けて配置しているので、制御回路部21の制御基板41に搭載した電子部品で発生する熱量は、封止樹脂42と制御回路ケース40を介して外気へと放熱される。
制御回路部21で発生する熱量による温度上昇は、例えば、約10K程度である。しかし、制御回路部21は、リアブラケット7の支柱部7aを介して回転電機本体2と熱的に接続されており、固定子5からの受熱によっても制御回路部21の温度が上昇する。そこで、受熱による影響を低減するため、制御回路ケース40は樹脂製とし、リアブラケット7へのねじ止め個所は、制御基板41から離れた制御回路ケース40の外周に配置している。
Since the control circuit unit 21 is housed in a case different from the power circuit unit 20 and is disposed on the opposite side of the power circuit unit 20 from the fixed side to the rear bracket 7, that is, on the outside side, a gap is provided. The amount of heat generated by the electronic components mounted on the control board 41 of the control circuit unit 21 is radiated to the outside air through the sealing resin 42 and the control circuit case 40.
The temperature rise due to the amount of heat generated in the control circuit unit 21 is, for example, about 10K. However, the control circuit unit 21 is thermally connected to the rotating electrical machine main body 2 via the support column 7 a of the rear bracket 7, and the temperature of the control circuit unit 21 rises due to heat received from the stator 5. Therefore, in order to reduce the influence of heat reception, the control circuit case 40 is made of resin, and the screwed portion to the rear bracket 7 is arranged on the outer periphery of the control circuit case 40 away from the control board 41.

また、制御回路ケース40とリアブラケット7で、図1に太矢印で示すような風路23を形成することで、リアブラケット7だけでなく制御回路ケース40や支柱部7aを熱伝達で冷却できるため、温度低減が可能となる。例えば、支柱部7aの形状として、円柱から星型や凹凸を設けるもしくはフィンなどの表面積を増やす対策を施すことで、リアブラケット7の温度低減が促進され、制御回路部21の受熱の影響を低減できる。
このように、制御回路部21は、配置位置をパワー回路部20の外側にし、リアブラケット7との固定位置を制御回路ケース40の外周に配置し受熱を低減することと、風路23を形成し制御回路部21を冷却することで、温度上昇を低減することにより、搭載する電子部品に、耐熱の低い安価な部品を使用することが可能である。
Further, the control circuit case 40 and the rear bracket 7 form the air passage 23 as shown by a thick arrow in FIG. 1, so that not only the rear bracket 7 but also the control circuit case 40 and the column 7a can be cooled by heat transfer. Therefore, the temperature can be reduced. For example, as a shape of the column portion 7a, by taking measures such as providing a star shape or unevenness from a cylinder or increasing the surface area such as fins, the temperature reduction of the rear bracket 7 is promoted, and the influence of heat reception of the control circuit portion 21 is reduced. it can.
As described above, the control circuit unit 21 has the arrangement position outside the power circuit unit 20, and the fixing position with the rear bracket 7 is arranged on the outer periphery of the control circuit case 40 to reduce heat reception and form the air passage 23. However, by cooling the control circuit unit 21 and reducing the temperature rise, it is possible to use inexpensive parts with low heat resistance for the electronic parts to be mounted.

さらに、金属基板30の制御信号接続部32からの受熱を低減するため、制御基板41の接続部の近傍には耐熱の低い電子部品を配置しないことや、制御信号接続部32の端子を1ヵ所に纏めずに2か所以上に分散することで、制御基板41が局所的に高温となるのを防ぐことができる。
なお、これまでの説明では、回転電機は、車両に搭載して駆動の補助および発電に用いる交流発電電動機として説明したが、これに限定するものではない。
Further, in order to reduce heat reception from the control signal connection portion 32 of the metal substrate 30, no low heat-resistant electronic component is disposed in the vicinity of the connection portion of the control board 41, or one terminal of the control signal connection portion 32 is provided. It is possible to prevent the control board 41 from locally becoming high temperature by dispersing it in two or more places without putting together.
In the above description, the rotating electric machine has been described as an AC generator motor that is mounted on a vehicle and used for driving assistance and power generation. However, the present invention is not limited to this.

以上のように、実施の形態1の制御装置一体型回転電機によれば、回転電機本体とこの回転電機本体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であって、回転電機本体は、フロントブラケットおよびリアブラケットからなる一対のブラケットと、固定子巻線を有し両端を一対のブラケットに固定された固定子と、回転子巻線を有し固定子の内側に配置されて一対のブラケットに回転自在に支持された回転子とを備え、制御装置は、固定子巻線と外部の直流電源との間で電力変換を行うパワー回路部と、パワー回路部を制御する制御回路部とを備え、パワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料を用いたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されており、リアブラケットの外面側に接してパワー回路部の基板が固定され、パワー回路部のリアブラケットへの固定側とは反対側に制御回路部が配置されているので、高耐熱のスイッチング素子を使用したことにより、ブラケットに直接取り付けられて、パワー回路部にヒートシンク等の冷却部材を必要としないため、回転電機の軸方向の長さを縮小できる。これにより、車載用に使用する場合は、エンジンルーム内の限られた空間に設置可能となる。
さらに、制御回路部をパワー回路部から分離して回転電機本体から遠ざけて配置したことで、耐熱の低い電子部品が使用可能となり低コスト化が可能となる。
As described above, according to the controller-integrated rotating electrical machine of the first embodiment, the controller-integrated rotating electrical machine in which the rotating electrical machine body and the control device that controls the rotating electrical machine body are integrally configured, The rotating electrical machine main body has a pair of brackets including a front bracket and a rear bracket, a stator having a stator winding and both ends fixed to the pair of brackets, and a rotor winding that is disposed inside the stator. And a rotor rotatably supported by the pair of brackets, and the control device controls a power circuit unit that performs power conversion between the stator winding and an external DC power source, and the power circuit unit. And a power circuit unit that is configured by mounting a switching element using a SiC or GaN semiconductor material on a substrate and is in contact with the outer surface side of the rear bracket. Since the control circuit part is arranged on the opposite side of the power circuit part to the rear bracket, it is attached directly to the bracket and used in the power circuit part. Since a cooling member such as a heat sink is not required, the axial length of the rotating electrical machine can be reduced. Thereby, when using for vehicle-mounted, it becomes possible to install in the limited space in an engine room.
Furthermore, by separating the control circuit unit from the power circuit unit and away from the rotating electrical machine main body, it is possible to use electronic components with low heat resistance and to reduce costs.

また、パワー回路部の基板は、金属ベースが用いられた金属基板としたので、基板側からリアブラケット側への放熱が促進されて、パワー回路部冷却性能をより高めることができる。   Further, since the power circuit board is a metal board using a metal base, heat dissipation from the board side to the rear bracket side is promoted, and the power circuit section cooling performance can be further enhanced.

実施の形態2.
図3は、実施の形態2による制御装置一体型回転電機を示す部分断面図である。実施の形態1と同様に、車両の駆動補助および発電に用いる交流発電電動機へ適用した例であり、回転電機本体と制御装置とを備えている。
図3に示す部分は、制御装置3の制御回路部21をリアブラケット7へ固定する固定部の周辺のみを拡大したものである。図3に示す以外の構造は、実施の形態1と同等なので、図示および説明は省略する。また、図1,図2と同等部分は同一符号を付している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a controller-integrated rotating electrical machine according to the second embodiment. Similar to the first embodiment, this is an example applied to an AC generator motor used for driving assistance and power generation of a vehicle, and includes a rotating electrical machine main body and a control device.
The part shown in FIG. 3 is an enlarged view of only the periphery of the fixing part that fixes the control circuit part 21 of the control device 3 to the rear bracket 7. Since the structure other than that shown in FIG. 3 is the same as that of the first embodiment, illustration and description thereof are omitted. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

実施の形態1では、制御回路部21の制御回路ケース40をリアブラケット7の支柱部7aで固定したが、本実施の形態では、図3に示すように、制御回路ケース40を固定する支持部材43を、リアブラケット7とは別部材で構成したものである。支持部材43を構成する材料は、熱伝導率の低い樹脂とする。
組立は、リアブラケット7に支持部材43をねじ44で固定した後、その支持部材43に制御回路部21の制御回路ケース40を組み合わせて、ねじ45で固定する。
支持部材43とリアブラケット7、支持部材43と制御回路ケース40をそれぞれ固定するねじ44,45は別々であり、支持部材43内部でねじ44,45同士の距離を確保することで、熱伝導するのを防いでいる。
In the first embodiment, the control circuit case 40 of the control circuit unit 21 is fixed by the support 7a of the rear bracket 7. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, a support member that fixes the control circuit case 40 43 is constituted by a member different from the rear bracket 7. The material constituting the support member 43 is a resin having low thermal conductivity.
Assembling, after fixing the support member 43 to the rear bracket 7 with the screw 44, the control circuit case 40 of the control circuit unit 21 is combined with the support member 43 and fixed with the screw 45.
The screws 44 and 45 for fixing the support member 43 and the rear bracket 7 and the support member 43 and the control circuit case 40 are separate, and heat conduction is achieved by securing the distance between the screws 44 and 45 inside the support member 43. Is prevented.

上述のように、支持部材43の材料は、熱伝導率の低い樹脂製としたので、ねじ44側とねじ45側とは、支持部材43の樹脂により断熱されている。このため、ねじ44,45を介しての受熱がほとんどないためリアブラケット7と制御回路ケース40とを断熱することができる。
支持部材43により断熱することで、制御回路部21の温度上昇を抑制することができるので、制御回路部21に使用する電子部品は、耐熱の低いものでもよく、安価な部品が使用可能となる。
さらに、制御回路ケース40を、PPS,PBT等の熱伝導率の低い樹脂材料で構成することで、制御回路部の断熱効果が高められる。
As described above, since the material of the support member 43 is made of resin having low thermal conductivity, the screw 44 side and the screw 45 side are thermally insulated by the resin of the support member 43. For this reason, since there is almost no heat reception through the screws 44 and 45, the rear bracket 7 and the control circuit case 40 can be insulated.
Since the temperature rise of the control circuit unit 21 can be suppressed by insulating the support member 43, the electronic component used for the control circuit unit 21 may be one having low heat resistance, and an inexpensive component can be used. .
Furthermore, the heat insulation effect of a control circuit part is heightened by comprising the control circuit case 40 with resin materials with low heat conductivity, such as PPS and PBT.

次に、図3の変形例について説明する。
図4は、図3の変形例であり、図3と同じ固定部の周辺のみを拡大して図示した断面図である。
図4に示すように、図3の場合のパワー回路部20の金属基板30と配線ケース33の一部を径方向に延長し、さらにその配線ケース33の部分を回転電機の軸方向に延長して、高さを図3の支持部材43と同程度にし、この部分を、ねじ固定部33aとしたものである。配線ケース33は樹脂製なので、ねじ固定部33aに図3の支持部材43の機能を持たせたものである。すなわち、制御回路部21を固定する機能を、パワー回路部20の側に集約して持たせたものである。これにより、図3と同様の効果を期待でき、さらに部品点数を削減できる。
Next, a modification of FIG. 3 will be described.
FIG. 4 is a modified example of FIG. 3 and is a cross-sectional view showing only the periphery of the same fixed portion as that of FIG. 3 in an enlarged manner.
As shown in FIG. 4, a part of the metal substrate 30 and the wiring case 33 of the power circuit unit 20 in the case of FIG. 3 is extended in the radial direction, and the part of the wiring case 33 is further extended in the axial direction of the rotating electrical machine. Thus, the height is made substantially the same as that of the support member 43 in FIG. 3, and this portion is a screw fixing portion 33a. Since the wiring case 33 is made of resin, the screw fixing portion 33a has the function of the support member 43 shown in FIG. In other words, the function of fixing the control circuit unit 21 is concentrated on the power circuit unit 20 side. Thereby, the effect similar to FIG. 3 can be anticipated, and also the number of parts can be reduced.

以上のように、実施の形態2の制御装置一体型回転電機によれば、制御回路部は、回路を構成する電子部品と電子部品を収容する制御回路ケースとで構成され、制御回路ケースは、樹脂製の支持部材を介してリアブラケットに固定されているので、実施の形態1の効果に加えて、リアブラケットと制御回路部の間の伝熱を抑制することで、さらに制御回路部の温度低減効果が大きくなる。
これにより、制御回路部に耐熱の低い電子部品の使用が可能となり低コスト化できる。
As described above, according to the control apparatus-integrated dynamoelectric machine of Embodiment 2, the control circuit unit is configured by the electronic components that constitute the circuit and the control circuit case that houses the electronic components. Since it is fixed to the rear bracket via the resin support member, in addition to the effect of the first embodiment, the heat transfer between the rear bracket and the control circuit unit is suppressed to further increase the temperature of the control circuit unit. Reduction effect is increased.
As a result, it is possible to use electronic components with low heat resistance in the control circuit unit, and the cost can be reduced.

また、制御回路部の制御回路ケースは、熱伝導率の低い樹脂材料で構成したので、制御回路部の断熱効果が高められ、制御回路部の電子部品をより耐熱の低い電子部品に置き換えることが可能になる。   In addition, since the control circuit case of the control circuit unit is made of a resin material having low thermal conductivity, the heat insulation effect of the control circuit unit is enhanced, and the electronic components of the control circuit unit can be replaced with electronic components with lower heat resistance. It becomes possible.

実施の形態3.
図5は、実施の形態3による制御装置一体型回転電機を示す部分断面図である。実施の形態2の図3と対応する部分なので、同一部分は同一符号で示して説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、図示以外の部分や回転電機の全体構成について図1と同様である。
先の実施の形態2では、制御回路部21の制御回路ケース40を熱可塑性樹脂で形成していたが、本実施の形態では、金属製の制御回路ケース46としたものである。さらに、制御回路ケース46の固定側とは反対の面に、金属製の蓋47を設けている。その他の構成は実施の形態2の図3と同じである。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a controller-integrated rotating electrical machine according to the third embodiment. Since the portions correspond to those in FIG. 3 of the second embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described. Further, the portions other than the illustration and the entire configuration of the rotating electrical machine are the same as those in FIG.
In the second embodiment, the control circuit case 40 of the control circuit unit 21 is formed of a thermoplastic resin. However, in the present embodiment, the control circuit case 46 is made of metal. Further, a metal lid 47 is provided on the surface opposite to the fixed side of the control circuit case 46. Other configurations are the same as those in FIG. 3 of the second embodiment.

図5において、制御回路ケース46を金属ケースとしたので、制御信号接続部32(図1,2参照)との接続部は、金属端子をインサート成形して接着剤で固定している。
制御回路ケース46の内部に制御基板41をねじ等で固定した後、エポキシの封止樹脂42で封止し、さらに、その上から金属製の蓋47で覆ったものである。
制御回路ケース46を構成する金属材料は、熱伝導率の高いアルミや銅を用いることが望ましい。そうすることで、放熱性が高まり、制御回路部21の内部の温度分布が均一化され、最高温度を低減できる。また、制御回路ケース46から外気への放熱が促進される。
さらに、蓋47により、制御基板41の全周を金属で覆うことでノイズ対策にもなる。
In FIG. 5, since the control circuit case 46 is a metal case, a metal terminal is insert-molded and fixed with an adhesive at the connection portion with the control signal connection portion 32 (see FIGS. 1 and 2).
After the control board 41 is fixed inside the control circuit case 46 with screws or the like, it is sealed with an epoxy sealing resin 42 and further covered with a metal lid 47 from above.
As the metal material constituting the control circuit case 46, it is desirable to use aluminum or copper having high thermal conductivity. By doing so, heat dissipation is enhanced, the temperature distribution inside the control circuit unit 21 is made uniform, and the maximum temperature can be reduced. Further, heat dissipation from the control circuit case 46 to the outside air is promoted.
Further, covering the entire circumference of the control board 41 with metal by the lid 47 also serves as a noise countermeasure.

以上のように、実施の形態3の制御装置一体型回転電機によれば、制御回路ケースは、金属材料で構成されているので、実施の形態1の効果に加えて、制御回路ケースを、樹脂より熱伝導率の高い金属材料としたことにより、放熱が促進されると共に制御回路部の温度が均一化され最高温度を低減でき、耐熱の低い電子部品が使用可能となり低コスト化が可能となる。
また、制御回路ケースの外側に金属製の蓋を設けることで、上記効果に加えて外部からのノイズの侵入を阻止できる。
As described above, according to the control apparatus-integrated dynamoelectric machine of Embodiment 3, since the control circuit case is made of a metal material, in addition to the effects of Embodiment 1, the control circuit case is made of resin. By using a metal material with higher thermal conductivity, heat dissipation is promoted and the temperature of the control circuit section is made uniform, the maximum temperature can be reduced, and electronic components with low heat resistance can be used, thereby reducing costs. .
Further, by providing a metal lid outside the control circuit case, intrusion of noise from the outside can be prevented in addition to the above effects.

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることができる。   In the present invention, within the scope of the invention, the embodiments can be freely combined, or the embodiments can be appropriately changed or omitted.

1 制御装置一体型回転電機、2 回転電機本体、3 制御装置、4 固定子巻線、
5 固定子、6 フロントブラケット、7 リアブラケット、7a 支柱部、
8 回転子巻線、9 回転子、10 回転子軸、11 フロント軸受、12 リア軸受、
13,14 冷却ファン、15 プーリー、16 回転位置検出センサ、
17 スリップリング、18 ブラシホルダ、19 ブラシ、20 パワー回路部、
21 制御回路部、22 カバー、23 風路、30 金属基板、
31 スイッチング素子、32 制御信号接続部、33 配線ケース、
33a ねじ固定部、34 封止樹脂、40 制御回路ケース、41 制御基板、
42 封止樹脂、43 支持部材、44,45 ねじ、46 制御回路ケース、
47 蓋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Controller-integrated rotating electrical machine, 2 Rotating electrical machine main body, 3 Controller, 4 Stator winding,
5 Stator, 6 Front bracket, 7 Rear bracket, 7a Strut,
8 Rotor winding, 9 Rotor, 10 Rotor shaft, 11 Front bearing, 12 Rear bearing,
13, 14 Cooling fan, 15 pulley, 16 rotational position detection sensor,
17 slip ring, 18 brush holder, 19 brush, 20 power circuit,
21 control circuit part, 22 cover, 23 air path, 30 metal substrate,
31 switching element, 32 control signal connection part, 33 wiring case,
33a Screw fixing portion, 34 sealing resin, 40 control circuit case, 41 control board,
42 sealing resin, 43 support member, 44, 45 screw, 46 control circuit case,
47 lid

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、回転電機本体とこの回転電機本体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であって、回転電機本体は、フロントブラケットおよびリアブラケットからなる一対のブラケットと、固定子巻線を有し両端を一対のブラケットに固定された固定子と、回転子巻線を有し固定子の内側に配置されて一対のブラケットに回転自在に支持された回転子とを備え、制御装置は、固定子巻線と外部の直流電源との間で電力変換を行うパワー回路部と、パワー回路部を制御する制御回路部とを備え、パワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料が用いられたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されており、基板のスイッチング素子が搭載された面の反対側の面がリアブラケットの外面側に接した状態で、パワー回路部がリアブラケットに固定され、パワー回路部のリアブラケットへの固定側とは反対側に制御回路部が配置されているものである。 A controller-integrated rotating electrical machine according to the present invention is a controller-integrated rotating electrical machine in which a rotating electrical machine body and a control device that controls the rotating electrical machine body are integrally formed, and the rotating electrical machine body includes a front bracket, A pair of brackets consisting of a rear bracket, a stator having a stator winding and both ends fixed to the pair of brackets, and a rotor winding having a stator winding disposed inside the stator and freely rotatable to the pair of brackets The control device includes a power circuit unit that performs power conversion between the stator winding and an external DC power source, and a control circuit unit that controls the power circuit unit. circuit unit includes a switching element SiC or GaN semiconductor material is used is constituted is mounted on the substrate, the opposite surface is the rear bracket faces the switching element is mounted in the substrate In a state of being in contact with the outer surface side, the power circuit portion is fixed to the rear bracket, the fixed side to the rear bracket of the power circuit portion in which the control circuit section on the opposite side is disposed.

この発明の制御装置一体型回転電機によれば、制御装置を構成するパワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料が用いられたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されており、基板のスイッチング素子が搭載された面の反対側の面がリアブラケットの外面側に接した状態で、パワー回路部がリアブラケットに固定され、パワー回路部のリアブラケットへの固定側とは反対側に制御回路部が配置されているので、高耐熱のスイッチング素子を使用したことにより、ブラケットに直接取り付けられて、パワー回路部にヒートシンク等の冷却部材を必要としないため、回転電機の軸方向の長さを縮小できる。また、制御回路部をパワー回路部から分離し回転電機本体から遠ざけて配置したことで、制御回路部の温度低減が図られ、耐熱の低い部品の使用が可能となる。
従って、回転電機の小型化,軽量化が図られ、低コスト化が可能となる。
According to the control device-integrated rotating electrical machine of the present invention, the power circuit section constituting the control device is configured by mounting a switching element using a semiconductor material of SiC or GaN on the substrate. The power circuit part is fixed to the rear bracket with the surface opposite to the surface where the is mounted in contact with the outer surface of the rear bracket, and the control circuit part is on the opposite side of the power circuit part to the rear bracket. Because it uses a highly heat-resistant switching element, it is directly attached to the bracket and does not require a cooling member such as a heat sink in the power circuit section, so the axial length of the rotating electrical machine is reduced. it can. Further, by separating the control circuit unit from the power circuit unit and disposing it away from the rotating electrical machine main body, the temperature of the control circuit unit can be reduced, and parts with low heat resistance can be used.
Therefore, the rotating electrical machine can be reduced in size and weight, and the cost can be reduced.

以上のように、実施の形態1の制御装置一体型回転電機によれば、回転電機本体とこの回転電機本体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であって、回転電機本体は、フロントブラケットおよびリアブラケットからなる一対のブラケットと、固定子巻線を有し両端を一対のブラケットに固定された固定子と、回転子巻線を有し固定子の内側に配置されて一対のブラケットに回転自在に支持された回転子とを備え、制御装置は、固定子巻線と外部の直流電源との間で電力変換を行うパワー回路部と、パワー回路部を制御する制御回路部とを備え、パワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料が用いられたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されており、基板のスイッチング素子が搭載された面の反対側の面がリアブラケットの外面側に接した状態で、パワー回路部がリアブラケットに固定され、パワー回路部のリアブラケットへの固定側とは反対側に制御回路部が配置されているので、高耐熱のスイッチング素子を使用したことにより、ブラケットに直接取り付けられて、パワー回路部にヒートシンク等の冷却部材を必要としないため、回転電機の軸方向の長さを縮小できる。これにより、車載用に使用する場合は、エンジンルーム内の限られた空間に設置可能となる。
さらに、制御回路部をパワー回路部から分離して回転電機本体から遠ざけて配置したことで、耐熱の低い電子部品が使用可能となり低コスト化が可能となる。
As described above, according to the controller-integrated rotating electrical machine of the first embodiment, the controller-integrated rotating electrical machine in which the rotating electrical machine body and the control device that controls the rotating electrical machine body are integrally configured, The rotating electrical machine main body has a pair of brackets including a front bracket and a rear bracket, a stator having a stator winding and both ends fixed to the pair of brackets, and a rotor winding that is disposed inside the stator. And a rotor rotatably supported by the pair of brackets, and the control device controls a power circuit unit that performs power conversion between the stator winding and an external DC power source, and the power circuit unit. and a control circuit unit, a power circuit unit includes a switching element SiC or GaN semiconductor material is used is constituted is mounted on the substrate, opposite to the surface on which the switching elements of the substrate are mounted While the surface is in contact with the outer surface of the rear bracket, the power circuit portion is fixed to the rear bracket, the control circuit section on the opposite side is disposed to the fixed side of the rear bracket of the power circuit unit, high heat By using this switching element, it is directly attached to the bracket and does not require a cooling member such as a heat sink in the power circuit portion, so that the axial length of the rotating electrical machine can be reduced. Thereby, when using for vehicle-mounted, it becomes possible to install in the limited space in an engine room.
Furthermore, by separating the control circuit unit from the power circuit unit and away from the rotating electrical machine main body, it is possible to use electronic components with low heat resistance and to reduce costs.

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、回転電機本体とこの回転電機本体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であって、回転電機本体は、フロントブラケットおよびリアブラケットからなる一対のブラケットと、固定子巻線を有し両端一対のブラケットに固定された固定子と、回転子巻線を有し固定子の内側に配置されて一対のブラケットに回転自在に支持された回転子と、回転子の軸方向両端部にあって回転子の回転により冷却風を発生させる冷却ファンとを備え、制御装置は、固定子巻線と外部の直流電源との間で電力変換を行うパワー回路部と、パワー回路部を制御する制御回路部とを備え、パワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料が用いられたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されており、基板のスイッチング素子が搭載された面の反対側の面がリアブラケットの外面側に接した状態で、パワー回路部がリアブラケットに固定され、パワー回路部のリアブラケットへの固定側とは反対側に、パワー回路部から隙間を空けて制御回路部が配置され、隙間が、径方向の外周側から冷却風を取り込む風路となっているものである。 A controller-integrated rotating electrical machine according to the present invention is a controller-integrated rotating electrical machine in which a rotating electrical machine body and a control device that controls the rotating electrical machine body are integrally formed, and the rotating electrical machine body includes a front bracket, a pair of brackets comprising a rear bracket, a stator both ends has a stator winding is secured to a pair of brackets, are arranged inside the stator has a rotor winding rotatable pair of brackets And a cooling fan that is provided at both ends in the axial direction of the rotor and generates cooling air by the rotation of the rotor . The control device is provided between the stator winding and the external DC power source. The power circuit unit includes a power circuit unit that performs power conversion and a control circuit unit that controls the power circuit unit. The power circuit unit includes a switching element using a SiC or GaN semiconductor material mounted on a substrate. The power circuit unit is fixed to the rear bracket with the surface opposite to the surface on which the switching element of the board is mounted in contact with the outer surface side of the rear bracket, and the power circuit unit is fixed to the rear bracket. On the opposite side, a control circuit unit is arranged with a gap from the power circuit unit, and the gap serves as an air path for taking in cooling air from the outer peripheral side in the radial direction .

この発明の制御装置一体型回転電機によれば、回転子の軸方向両端部に冷却風を発生させる冷却ファンを備えており、制御装置を構成するパワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料が用いられたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されており、基板のスイッチング素子が搭載された面の反対側の面がリアブラケットの外面側に接した状態で、パワー回路部がリアブラケットに固定され、パワー回路部のリアブラケットへの固定側とは反対側に、パワー回路部から隙間を空けて制御回路部が配置され、隙間が、径方向の外周側から冷却風を取り込む風路となっているので、高耐熱のスイッチング素子を使用したことにより、ブラケットに直接取り付けられて、パワー回路部にヒートシンク等の冷却部材を必要としないため、回転電機の軸方向の長さを縮小できる。また、制御回路部をパワー回路部から分離し回転電機本体から遠ざけて配置したこと、および風路を形成したことで、制御回路部の温度低減が図られ、耐熱の低い部品の使用が可能となる。
従って、回転電機の小型化,軽量化が図られ、低コスト化が可能となる。
According to the controller-integrated rotating electrical machine of the present invention, the cooling fan that generates the cooling air is provided at both axial end portions of the rotor, and the power circuit portion that constitutes the controller is made of a semiconductor material of SiC or GaN. The power circuit unit is fixed to the rear bracket with the switching element used being mounted on the board, and the surface opposite to the surface on which the switching element is mounted is in contact with the outer surface of the rear bracket. On the opposite side of the power circuit portion from the side fixed to the rear bracket, a control circuit portion is arranged with a gap from the power circuit portion, and the gap serves as an air passage for taking in cooling air from the outer peripheral side in the radial direction. since it is, because by using a switching element having a high heat resistance, directly attached to the bracket, does not require a cooling member such as a heat sink in the power circuit portion, the rotation It can be reduced axial length of the machine. In addition, the control circuit section is separated from the power circuit section and placed away from the rotating electrical machine body , and the air path is formed, so that the temperature of the control circuit section can be reduced and parts with low heat resistance can be used. Become.
Therefore, the rotating electrical machine can be reduced in size and weight, and the cost can be reduced.

Claims (5)

回転電機本体とこの回転電機本体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であって、
前記回転電機本体は、フロントブラケットおよびリアブラケットからなる一対のブラケットと、固定子巻線を有し両端を前記一対のブラケットに固定された固定子と、回転子巻線を有し前記固定子の内側に配置されて前記一対のブラケットに回転自在に支持された回転子とを備え、
前記制御装置は、前記固定子巻線と外部の直流電源との間で電力変換を行うパワー回路部と、前記パワー回路部を制御する制御回路部とを備え、
前記パワー回路部は、SiCまたはGaNの半導体材料を用いたスイッチング素子が基板に搭載されて構成されており、
前記リアブラケットの外面側に接して前記パワー回路部の前記基板が固定され、前記パワー回路部の前記リアブラケットへの固定側とは反対側に前記制御回路部が配置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 controller-integrated rotating electrical machine in which a rotating electrical machine body and a control device that controls the rotating electrical machine body are integrally configured,
The rotating electrical machine main body includes a pair of brackets including a front bracket and a rear bracket, a stator having a stator winding and both ends fixed to the pair of brackets, a rotor winding, and a stator winding. A rotor disposed on the inside and rotatably supported by the pair of brackets;
The control device includes a power circuit unit that performs power conversion between the stator winding and an external DC power source, and a control circuit unit that controls the power circuit unit,
The power circuit unit is configured by mounting a switching element using a semiconductor material of SiC or GaN on a substrate,
The board of the power circuit unit is fixed in contact with the outer surface side of the rear bracket, and the control circuit unit is disposed on the side opposite to the side of the power circuit unit fixed to the rear bracket. Control device-integrated rotating electrical machine.
請求項1に記載の制御装置一体型回転電機において、
前記パワー回路部の前記基板は、金属ベースが用いられた金属基板であることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
The controller-integrated dynamoelectric machine according to claim 1,
The controller-integrated dynamoelectric machine, wherein the substrate of the power circuit unit is a metal substrate using a metal base.
請求項1または請求項2に記載の制御装置一体型回転電機において、
前記制御回路部は、回路を構成する電子部品と前記電子部品を収容する制御回路ケースとで構成され、前記制御回路ケースは、樹脂製の支持部材を介して前記リアブラケットに固定されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
The controller-integrated dynamoelectric machine according to claim 1 or 2,
The control circuit unit includes an electronic component that constitutes a circuit and a control circuit case that houses the electronic component, and the control circuit case is fixed to the rear bracket via a resin support member. A controller-integrated rotating electrical machine.
請求項3に記載の制御装置一体型回転電機において、
前記制御回路ケースは、熱伝導率の低い樹脂材料で構成されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
The controller-integrated dynamoelectric machine according to claim 3,
The control circuit case is composed of a resin material having a low thermal conductivity, and the controller-integrated dynamoelectric machine.
請求項3に記載の制御装置一体型回転電機において、
前記制御回路ケースは、金属材料で構成されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
The controller-integrated dynamoelectric machine according to claim 3,
The control circuit case is made of a metal material, and is a controller-integrated dynamoelectric machine.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6395894B1 (en) * 2017-04-24 2018-09-26 三菱電機株式会社 Controller-integrated rotating electrical machine
WO2019012994A1 (en) * 2017-07-11 2019-01-17 株式会社デンソー Rotating electric machine
JP7468714B2 (en) 2021-02-12 2024-04-16 株式会社アイシン Switching element module, inverter device, and vehicle drive device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4156542B2 (en) * 2004-03-03 2008-09-24 三菱電機株式会社 Rotating electrical machine for vehicle
JP4879772B2 (en) * 2007-02-08 2012-02-22 三菱電機株式会社 Electrical equipment
JP4810589B2 (en) * 2009-05-28 2011-11-09 三菱電機株式会社 Rotating electric machine
WO2013157065A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-24 三菱電機株式会社 Dynamo-electric machine

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6395894B1 (en) * 2017-04-24 2018-09-26 三菱電機株式会社 Controller-integrated rotating electrical machine
JP2018186588A (en) * 2017-04-24 2018-11-22 三菱電機株式会社 Controller-integrated rotary electric machine
WO2019012994A1 (en) * 2017-07-11 2019-01-17 株式会社デンソー Rotating electric machine
JP2019022248A (en) * 2017-07-11 2019-02-07 株式会社デンソー Rotary electric machine
JP7468714B2 (en) 2021-02-12 2024-04-16 株式会社アイシン Switching element module, inverter device, and vehicle drive device

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