JP2017093006A

JP2017093006A - 制御装置一体型回転電機

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Publication number: JP2017093006A
Application number: JP2015215399A
Authority: JP
Inventors: 友明島野; Tomoaki Shimano; 藤田　暢彦; Nobuhiko Fujita; 暢彦藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: JP6147315B2; DE102016202835A1; US10090736B2; US20170126101A1

Abstract

【課題】この発明は、車両側へのノイズを低減することができる制御装置一体型回転電機を提供するものである。【解決手段】回転子と、回転子の回りに配置される固定子と、回転子および固定子を支持するフロントブラケットとリヤブラケットからなるハウジングと、リヤブラケットに取り付けられる制御装置とを備えた回転電機であって、制御装置は、固定子の固定子巻線へ通電するためのスイッチング素子を有するパワーモジュールと、回転子の界磁巻線へ通電するためのスイッチング素子を有する界磁モジュールと、パワーモジュールおよび界磁モジュールを冷却するヒートシンクと、スイッチング素子の制御を行う制御回路を有する制御基板とにより構成されるとともにバッテリ端子とアース端子が設けられ、ヒートシンクは、リヤブラケットに絶縁されて取り付けられているものである。【選択図】図１

Description

この発明は、例えば固定子巻線を有する固定子、界磁巻線を有する回転子、固定子と回転子を支持するブラケット、界磁巻線に通電するブラシ、および磁極位置検出センサを有する回転電機の本体に、固定子巻線や界磁巻線に電力を供給するパワーモジュールや界磁モジュールなどの制御装置がリヤブラケットの後部外側に取り付けられた車両用制御装置一体型回転電機に関するものである。

従来、回転電機において、制御装置の一部であるパワーモジュールや界磁モジュールなどのスイッチング素子を冷却するためのヒートシンクは、リヤブラケットに直接接続される構造が提案されている。（例えば特許文献１参照）

特許第５４４９４９８号公報

上述した従来の特許文献1に記載の制御装置一体型回転電機は、ヒートシンクが直接リヤブラケットに接続されるため、ＰＷＭ動作により発生する高周波成分を含む電流がリヤブラケットを通じて車両側に伝わり、車両に搭載されている他の電装品にノイズ等の悪影響を与える等の課題があった。

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、その目的は、制御装置にバッテリ端子とアース端子を備え、ヒートシンクがリヤブラケットに絶縁されて取り付けられることにより、車両側へのノイズを低減することができる制御装置一体型回転電機を提供するものである。

この発明に係わる制御装置一体型回転電機は、界磁巻線と界磁鉄心とからなる回転子と、前記回転子の回りに配置され、固定子巻線と固定子鉄心とからなる固定子と、一体に結合され、前記回転子および前記固定子を支持するフロントブラケットとリヤブラケットからなるハウジングと、前記リヤブラケットに取り付けられる制御装置とを備えた回転電機であって、前記制御装置は、前記固定子の前記固定子巻線へ通電するためのスイッチング素子を有するパワーモジュールと、前記回転子の前記界磁巻線へ通電するためのスイッチング素子を有する界磁モジュールと、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールを冷却するヒートシンクと、前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を有する制御基板とにより構成されるとともにバッテリ端子とアース端子が設けられ、前記ヒートシンクは、前記リヤブラケットに絶縁されて取り付けられているものである。

この発明に係わる制御装置一体型回転電機によれば、制御装置にバッテリ端子とアース端子を備え、ヒートシンクがリヤブラケットに絶縁されて取り付けられることにより、ＰＷＭ動作により発生する高周波成分を含む電流がリヤブラケットを通じて車両側に伝わらないため、車両に搭載されている他の電装品へのノイズを低減することができる制御装置一体型回転電機を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機を示す概略回路図である。この発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機における制御装置を示す正面図である。この発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機における界磁モジュールを示す正面図である。この発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機におけるパワーモジュールを示す正面図である。この発明の実施の形態２に係わる制御装置一体型回転電機におけるヒートシンクとリヤブラケットの締結箇所を示す要部断面図である。この発明の実施の形態３に係わる制御装置一体型回転電機におけるバッテリ端子とアース端子の配置を示す正面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１から図５に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機を示す断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機を示す回路図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機における制御装置を示す正面図である。図４はこの発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機における界磁モジュールを示す正面図である。図５はこの発明の実施の形態１に係わる制御装置一体型回転電機におけるパワーモジュールを示す正面図である。

これら各図において、回転電機は、起磁力を発生させるための界磁巻線１ａが界磁鉄心１ｂに巻着された回転子１と、三相の固定子巻線２ａが固定子鉄心２ｂに巻着された固定子２と、回転子１および固定子２を収容する一体に連結されたフロントブラケット３とリヤブラケット４とからなるハウジング５と、回転子１を支持するシャフト６とを備え、固定子２はフロントブラケット３の一端部及びリヤブラケット４の一端部により支持固定され、回転子１は固定子２の内側に同軸上に配置されている。回転子１のシャフト６はハウジング５に設けられたフロントベアリング７ａ、リヤベアリング７ｂにより回転自在に支承され、回転子１は固定子２に対して同軸に回転できるように構成されている。

回転子１の軸方向の両端面には、回転電機の部品を冷却するための冷却ファン８が固定されている。シャフト６のフロント側（フロントブラケット３の外側）の端部にはプーリ９が装着され、シャフト６のリヤ側に一対のスリップリング１０が装着され、スリップリング１０と摺接する界磁巻線１ａに電流を通電するための一対のブラシ１１がブラシホルダ１２内に配置されている。ブラシホルダ１２、ブラシ１１及びスリップリング１０は界磁巻線１ａに直流電力を供給するためのものである。

回転電機は、回転電機の磁極位置を検出する磁極位置検出センサ１３と、固定子巻線２ａに固定子電流を通電および制御するための制御装置２０及び制御装置２０を内包する外部カバー１４を備えている。ブラシホルダ１２と磁極位置検出センサ１３と制御装置２０はリヤブラケット４の後方外側に配置されている。磁極位置検出センサ１３はリヤベアリング７ｂとブラシホルダ１２の間に配置されており、リヤブラケット４の後方端部に装着されている。この実施の形態１では、磁極位置検出センサ１３は巻線型のセンサを用いており、巻線に電流を通電することにより、センサとして機能する。

制御装置２０は、固定子巻線２ａに電流を供給するためのパワー回路用半導体スイッチング素子を内包したパワーモジュール２２と、界磁巻線１ａに供給する電力をコントロールするための界磁回路用半導体スイッチング素子を内包した界磁モジュール２４と、樹脂製のケース３０と、パワーモジュール２２および界磁モジュール２４を冷却するためのヒートシンク３１と、半導体スイッチング素子や回転電機の動作を制御するための制御回路が登載された制御基板３２から構成される。なお、制御装置２０は、外部信号との入出力を行う外部信号入出力端子２０ａを有している。また、制御装置２０にはバッテリ端子１６とアース端子４２が設けられている。

ヒートシンク３１は、ボルト１５により絶縁ブッシュ４０、絶縁ブッシュ４１を介してリヤブラケット４に締結されて固定され、ヒートシンク３１とリヤブラケット４の電位が同電位にならないように構成されている。

パワーモジュール２２、界磁モジュール２４は熱伝導性のよい絶縁層（図示しない）を介してヒートシンク３１に搭載されており、パワーモジュール２２、界磁モジュール２４の軸方向後方側に制御基板３２が搭載されている。パワーモジュール２２、界磁モジュール２４、制御基板３２はヒートシンク３１及びケース３０に内包されており、ヒートシンク３１にケース３０を張り付けることで制御装置ケースが構成される。

ヒートシンク３１はシャフト６の周辺が中空となった略円環状であり、ケース３０もシャフト６の周辺が中空となるように構成されており、制御装置２０のシャフト６の周辺が中空となるように構成され、制御装置２０の中空部にブラシホルダ１２および磁極位置検出センサ１３が配置されている。

パワーモジュール２２は、外部のバッテリと電力を入出力するためのバッテリ端子１６と同電位となるＢターミナル２２ａと、固定子巻線２ａの出力線と同電位となるＡＣターミナル２２ｂと、アース端子４２を備えたヒートシンク３１と同電位となるＧＮＤターミナル２２ｃと内部の半導体スイッチング素子などを制御するための信号線ターミナル２２ｄを有しており、信号線ターミナル２２ｄは制御基板３２に半田付け、圧接、溶接などで直接接続されている。

ケース３０は、バッテリ端子１６と同電位となるＢターミナル３０ａと固定子各相の固定子巻線２ａと同電位となるＡＣターミナル３０ｂとヒートシンク３１と同電位となるＧＮＤターミナル３０ｃがインサート成形されており、Ｂターミナル３０ａがケース３０の内周側面に配置され、パワーモジュール２２のＢターミナル２２ａと接続されている。

また、ケース３０の外周側面にはＡＣターミナル３０ｂとＧＮＤターミナル３０ｃがインサート成形されており、ケース３０のＡＣターミナル３０ｂはパワーモジュール２２のＡＣターミナル２２ｂおよび固定子２の各相の固定子巻線２ａに接続されている。ケース３０のＧＮＤターミナル３０ｃはパワーモジュール２２のＧＮＤターミナル２２ｃと接続されている。また、ケース３０のＧＮＤターミナル３０ｃはアース端子４２を備えたヒートシンク３１に接続されている。

また、界磁モジュール２４もパワーモジュール２２と同様に、バッテリ端子１６と同電位となるＢターミナル２４ａ、ブラシ１１に通電するためのブラシターミナル２４ｂ、アース端子４２を備えたヒートシンク３１と同電位となるＧＮＤターミナル２４ｃ、および内部の半導体スイッチング素子などを制御するための信号線ターミナル２４ｄを有している。信号線ターミナル２４ｄは制御基板３２に半田付け、圧接、溶接などで直接接続されており、界磁モジュール２４のＢターミナル２４ａは、ケース３０の内周側面に配置されたＢターミナル３０ａと接続されている。また、ブラシ１１に通電するためのブラシターミナル２４ｂは、ケース３０の内周側面に配置されたブラシターミナル３０ｄと接続されている。また、界磁モジュール２４のＧＮＤターミナル２４ｃはアース端子４２を備えたヒートシンク３１に接続されている。

パワーモジュール２２のＢターミナル２２ａはケース３０のＢターミナル３０ａに接続され、バッテリ端子１６に接続されている。回転電機が駆動動作を行う場合は、バッテリ端子１６から入力される電流がケース３０のＢターミナル３０ａを通り、パワーモジュール２２のＢターミナル２２ａに分配さる。回転電機が発電動作を行う場合は、固定子巻線２ａから出力される電流が、パワーモジュール２２のＢターミナル２２ａを通り、ケース３０のＢターミナル３０ａに集まり、バッテリ端子１６に出力される。

この実施の形態１では、制御装置２０にバッテリ端子１６とアース端子４２を備え、アース端子４２はヒートシンク３１に係合され、ヒートシンク３１がリヤブラケット４に絶縁されて取り付けた絶縁構造とすることにより、ＰＷＭ動作により発生する高周波成分を含む電流がリヤブラケット４を通じて車両側に伝わらないため、車両に搭載されている他の電装品に影響すると思われるノイズを低減することが可能となる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図６に基づいて説明する。図６はこの発明の実施の形態２に係わる制御装置一体型回転電機におけるヒートシンクとリヤブラケットの締結箇所を示す要部断面図である。

この発明の実施の形態２は、基本的な構成は上述した実施の形態１と同様であるので説明を省く。この発明の実施の形態２では、ヒートシンク３１の取付穴３１ａに絶縁ブッシュ４０を装着し、リヤブラケット４の取付部４ａに絶縁ブッシュ４１を装着し、これら絶縁ブッシュ４０と絶縁ブッシュ４１を介して、ヒートシンク３１をリヤブラケット４にボルト１５で締結する絶縁構造とすることにより、コンパクトかつ安価に仕上げることが可能となる。そして、このような絶縁構造とすることにより、ＰＷＭ動作により発生する高周波成分を含む電流がリヤブラケット４を通じて車両側に伝わらないため、車両に搭載されている他の電装品に影響すると思われるノイズを低減することが可能となる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図７に基づいて説明する。図７はこの発明の実施の形態３に係わる制御装置一体型回転電機におけるバッテリ端子とアース端子の配置を示す正面図である。

この発明の実施の形態３は、基本的な構成は上述した実施の形態１と同様であるので説明を省く。この発明の実施の形態３では、制御装置２０に設けたバッテリ端子１６とアース端子４２を絶縁しつつ、近接配置することにより、配線長さを短くしてコンパクト化できるとともに、インダクタンスを低減し、ノイズの低減が可能となる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４は、基本的な構成は上述した実施の形態１と同様であるので説明を省く。この発明の実施の形態４では、絶縁ブッシュ４０と絶縁ブッシュ４１の材料が高絶縁抵抗のポリフェニレンサルファイド（ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ、ＰＰＳ）により構成されたことにより、ヒートシンク３１とリヤブラケット４を効果的に絶縁することが可能となる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５は、基本的な構成は上述した実施の形態１と同様であるので説明を省く。この発明の実施の形態５では、絶縁ブッシュ４０と絶縁ブッシュ４１の材料が高絶縁抵抗のセラミックにより構成されたことにより、ヒートシンク３１とリヤブラケット４を効果的に絶縁することが可能となる。

なお、この発明は、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、変形、省略することが可能である。

この発明は、車両側へのノイズを低減することができる制御装置一体型回転電機の実現に好適である。

１回転子、１ａ界磁巻線、１ｂ界磁鉄心、２固定子、２ａ固定子巻線、２ｂ固定子鉄心、３フロントブラケット、４リヤブラケット、５ハウジング、１５ボルト、１６バッテリ端子、２０制御装置、２２パワーモジュール、２４界磁モジュール、３１ヒートシンク、３２制御基板、４０絶縁ブッシュ、４１絶縁ブッシュ、４２アース端子

この発明に係わる制御装置一体型回転電機は、界磁巻線と界磁鉄心とからなる回転子と、前記回転子の回りに配置され、固定子巻線と固定子鉄心とからなる固定子と、一体に結合され、前記回転子および前記固定子を支持するフロントブラケットとリヤブラケットからなるハウジングと、前記リヤブラケットに取り付けられる制御装置とを備えた回転電機であって、前記制御装置は、前記固定子の前記固定子巻線へ通電するためのスイッチング素子を有するパワーモジュールと、前記回転子の前記界磁巻線へ通電するためのスイッチング素子を有する界磁モジュールと、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールが搭載され、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールを冷却するヒートシンクと、前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を有する制御基板とにより構成され、前記制御装置にバッテリ端子とアース端子が設けられ、前記リヤブラケットに前記ヒートシンク側に突出する取付部が設けられ、前記リヤブラケットの前記取付部と対峙する前記ヒートシンクに設けられた取付穴に絶縁ブッシュが挿着され、前記リヤブラケットの前記取付部に絶縁ブッシュが被せられて挿着され、ボルトが前記ヒートシンク側の前記絶縁ブッシュの内部空間および前記リヤブラケットの前記取付部側の前記絶縁ブッシュの貫通穴に挿通されて前記リヤブラケットの前記取付部に螺着され、前記ヒートシンクが前記絶縁ブッシュを介して前記リヤブラケットの前記取付部に締結されたものである。

Claims

界磁巻線と界磁鉄心とからなる回転子と、前記回転子の回りに配置され、固定子巻線と固定子鉄心とからなる固定子と、一体に結合され、前記回転子および前記固定子を支持するフロントブラケットとリヤブラケットからなるハウジングと、前記リヤブラケットに取り付けられる制御装置とを備えた回転電機であって、
前記制御装置は、前記固定子の前記固定子巻線へ通電するためのスイッチング素子を有するパワーモジュールと、前記回転子の前記界磁巻線へ通電するためのスイッチング素子を有する界磁モジュールと、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールを冷却するヒートシンクと、前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を有する制御基板とにより構成されるとともにバッテリ端子とアース端子が設けられ、
前記ヒートシンクは、前記リヤブラケットに絶縁されて取り付けられていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
前記ヒートシンクは、前記リヤブラケットに絶縁ブッシュを介してボルトにより締結されたことを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
バッテリ端子とアース端子とは絶縁されて近接配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御装置一体型回転電機。
絶縁ブッシュはポリフェニレンサルファイドにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
絶縁ブッシュはセラミックにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。