JP2017103922A

JP2017103922A - 電力供給ユニット一体型回転電機

Info

Publication number: JP2017103922A
Application number: JP2015235549A
Authority: JP
Inventors: 潤田原; Jun Tawara; 秀之早乙女; Hideyuki Saotome
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: JP6129286B1

Abstract

【課題】この発明は、電力供給ユニットの金属筐体と回転電機本体の反負荷側ブラケットとを電気的に絶縁状態に固定して、補機の性能低下を抑制できるとともに、パワー回路部の温度上昇を抑制できる電力供給ユニット一体型回転電機を提供する。【解決手段】この発明による電力供給ユニット一体型回転電機は、金属筐体の取付部が、固定部材により、反負荷側ブラケットの固定部に締着固定されて、電力供給ユニットと回転電機本体とが軸方向に並んで一体に構成され、電力供給ユニットのパワー回路部が、高電圧の第１バッテリに接続され、制御回路部が、低電圧の第２バッテリに接続され、金属筐体と反負荷側ブラケットが、電気的に絶縁状態に固定されている。【選択図】図２

Description

この発明は、固定子巻線又は界磁巻線に電力を供給する電力供給ユニットが一体に取り付けられた電力供給ユニット一体型回転電機に関するものである。

車両用回転電機は、回転電機本体と、回転電機本体と外部装置との電力の授受を行うインバータと、を備えている。近年、車両用回転電機を搭載する車体側の省スペース化、車両用交流発電機の車体への搭載性の向上、さらには回転電機本体とインバータとを接続する配線ハーネスの縮小化などから、回転電機本体とインバータとを一体化させた、電力供給ユニット一体型回転電機の開発が進められている。ここでは、コンバータ回路、コンデンサ、インバータ回路をあわせた装置そのものをインバータとする。

インバータでは、半導体部品のスイッチングを制御して、例えば、バッテリの直流電力と回転電機本体の交流電力との授受を行っている。そこで、半導体部品のスイッチング制御により発生する高周波電流が車体に流れ、バッテリに接続された他の機器の性能が低下する恐れがあった。

従来の電動パワーステアリング装置においては、半導体部品が搭載された、インバータとして機能するパワー基板のグランド配線と導電性の中継部材とを電気的かつ機械的に固定し、さらに中継部材とモータケースの取付部とを電気的かつ機械的に固定して、半導体部品のスイッチング制御により発生する高周波電流の車体への流れ経路を断ち、高周波電流により影響を抑制していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−６０８８号公報

従来の電動パワーステアリング装置では、バッテリの電流は、バッテリの正極端子からパワー基板に流れ、パワー基板のグランド配線からバッテリのグランド端子に戻る。しかし、パワー基板のグランド配線とモータケースとが中継部材を介して電気的に接続され、モータケースが車体に固定されている。そして、車体は、導電率は高くないが、機械的強度を必要とするため、断面積が大きいので、抵抗が大きくならない。そこで、パワー基板のグランド配線からバッテリのグランド端子に戻る電流の一部が分流して、パワー基板のグランド配線から中継部材、モータケースおよび車体を介してバッテリのグランド端子に流れるので、車体の抵抗による電圧ドロップが生じ、グランド電位が変化する。

ここで、インバータにより回転電機本体との間で電力の授受が行われるバッテリに高電圧系のバッテリを使用し、インバータを制御する制御部や補機に電力を供給するバッテリに低電圧系のバッテリを使用する、回転電機の高出力化を目的とする２電位系のシステムがある。従来の電動パワーステアリング装置をこの２電位系のシステムに適用すると、高電圧系のバッテリの大電流が車体に流れ込み、車体における電圧ドロップが大きくなり、グランド電位の変化が大きくなる。高電圧系のバッテリと低電圧系のバッテリのグランド端子はともに車体に接続されているので、低電圧系のバッテリに接続された補機の電圧がこのグランド電位の変化により変化し、補機の性能が低下するという課題があった。

また、従来の電動パワーステアリング装置では、回転電機本体の巻線や鉄心がジュール損やヒステリシス損により発熱する。そこで、巻線や鉄心での発熱が、モータケースおよび中継部材を介してパワー基板に伝達されるので、パワー基板の温度が上昇し、回転電機本体の出力が低下するという課題もあった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電力供給ユニットの金属筐体と回転電機本体の反負荷側ブラケットとを電気的に絶縁状態に固定して、補機の性能低下を抑制できるとともに、パワー回路部の温度上昇を抑制できる電力供給ユニット一体型回転電機を提供する。

この発明の電力供給ユニット一体型回転電機は、負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットからなるハウジング、上記負荷側ブラケットと上記反負荷側ブラケットに回転可能に支持されて、上記ハウジング内に配設された回転子、および上記負荷側ブラケットと上記反負荷側ブラケットに軸方向両側から保持されて、上記回転子を囲繞するように同軸に配設された固定子を有する回転電機本体と、電力半導体部品により構成されたパワー回路部、上記パワー回路部の動作を制御する制御基板、および上記パワー回路部および上記制御基板が搭載された金属筐体を有する電力供給ユニットと、を備え、上記金属筐体の取付部が、固定部材により、上記反負荷側ブラケットの固定部に締着固定されて、上記電力供給ユニットと上記回転電機本体とが軸方向に並んで一体に構成されている。そして、上記パワー回路部が、高電圧の第１バッテリに接続され、上記制御回路部が、低電圧の第２バッテリに接続され、上記金属筐体と上記反負荷側ブラケットが、電気的に絶縁状態に固定されている。

この発明によれば、金属筐体と反負荷側ブラケットが、電気的に絶縁状態に固定されている。そこで、高電圧系の第１バッテリの大電流の車体への流れ込みが防止され、低電圧系の第２バッテリに接続されている補機の電圧の変化が抑えられるので、補機の性能低下を防止することができる。また、回転電機本体の巻線や鉄心での発熱が、金属筐体に伝達されないので、パワー回路部の温度上昇が抑えられ、回転電機本体の出力を向上できる。

この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機の電気的接続図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット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取付構造を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット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取付構造の第１実施態様を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第１実施例を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第２実施例を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第３実施例を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第４実施例を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第５実施例を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機における静電容量形成部の一例を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機における静電容量形成部の他の例を示す要部断面図である。この発明の実施の形態２に係る電力供給ユニット一体型回転電機を示す要部断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機を示す要部断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機の電気的接続図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット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取付構造を示す要部断面図である。

図１および図２において、電力供給ユニット一体型回転電機は、回転電機本体２００と、回転電機本体２００の軸方向に並んで回転電機本体２００と一体化され、回転電機本体２００に電力を供給する電力供給ユニット３００と、を備える。

回転電機本体２００は、それぞれ、鉄などの金属材料を用いて腕状に作製された負荷側ブラケット（以下、フロントブラケットという。）１および反負荷側ブラケット（以下、リヤブラケットという。）２からなるハウジング１０と、界磁巻線５を有し、回転軸４に固着された回転子６と、固定子鉄心３２および固定子巻線３１を有する固定子３と、を備えている。

回転軸４は、フロントブラケット１に設けられたフロント側ベアリング７１とリヤブラケット２に設けられたリヤ側ベアリング７２とに回転可能に支持されている。回転子６は、回転軸４に固着されて、ハウジング１０内に回転可能に配設されている。固定子３は、軸方法の両側からフロントブラケット１の一端部とリヤブラケット２の他端部により挟持されて、回転子６の径方向外側に、回転子６を囲繞するように配設されている。

フロントブラケット１から軸方向外側に突出する回転軸４のフロント側端部には、プーリ９が装着されている。回転電機本体２００は、プーリ９およびベルト（図示せず）を介してエンジンのクランク軸（図示せず）に連結されている。

冷却ファン７３，７４が、回転子６のフロント側およびリヤ側の端面に固着されて、回転子６と供回り可能となっている。フロントブラケット１およびリヤブラケット２の端面には、冷却風の吸気口１１，２１が設けられている。また、フロントブラケット１およびリヤブラケット２の外周側面には、冷却風の排気口１２，２２が設けられている。そして、フロント側では、吸気口１１と排気口１２とを連通する通風路Ｒ１が、フロントブラケット１の軸方向の内側端面と回転子６との間に形成されている。リヤ側では、外部と吸気口２１とを連通する通風路Ｒ２が、リヤブラケット２の軸方向の外側端面と金属筐体であるヒートシンク１４０との間に形成されている。また、吸気口２１と排気口２２とを連通する通風路Ｒ３が、リヤブラケット２の軸方向の内側端面と回転子６との間に形成されている。

電力供給ユニット３００は、電力半導体部品１２１、平滑コンデンサ１２２、樹脂ケース１２６、制御基板１２４、ヒートシンク１４０、ブラシ１００、回転センサ１１０などで構成される。

電力半導体部品１２１は、それぞれ、並列に接続されたスイッチング素子およびダイオードからなる上アーム１７１および下アーム１７２を有し、スイッチング素子が直列となるように接続された上アーム１７１と下アーム１７２を樹脂封止して構成されている。パワー回路部１２０は、図示されていないが、電力半導体部品１２１を３つ並列に接続して構成される。そして、電力半導体部品１２１の正極端子が高電圧系の第１バッテリ５００の正極端子５０１に接続され、電力半導体部品１２１のグランド端子が第１バッテリ５００のグランド端子５０２に接続される。各電力半導体部品１２１の上アーム１７１と下アーム１７２との接続部、すなわち交流端子が第４バスバー２１１を介して固定子巻線３１に接続されている。また、上アーム１７１および下アーム１７２のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする制御信号が入力される信号端子が、制御基板１２４と接続されている。

電力半導体部品１２１は、アルミ、銅などの絶縁被覆された金属基板やセラミック基板に、半田などにより接合された状態で、ヒートシンク１４０の一方の面（以下、搭載面とする。）に搭載される。これにより、電力半導体部品１２１とヒートシンク１４０との電気絶縁性が確保されるので、電力半導体部品１２１が接合された金属基板やセラミック基板とヒートシンク１４０との間に、粘性や流動性のあるグリースやゲル、あるいは接着剤、流動性のないシートやテープなどの伝熱材を配設する場合には、伝熱材の厚さを薄くできる。また、電力半導体部品１２１が接合された金属基板やセラミック基板とヒートシンク１４０との固定に、半田などの導電材を用いることができる。また、放熱フィン１４１が、ヒートシンク１４０の搭載面と反対側の面の、電力半導体部品１２１の搭載領域と相対する領域に、ヒートシンク１４０の搭載面と反対側の面と垂直に突出して径方向に延びるように形成されている。

電力半導体部品１２１の正極端子、グランド端子および交流端子を構成するリードフレームは、粘性や流動性のあるグリースやゲル、あるいは接着剤、流動性のないシートやテープなどの電気絶縁性の伝熱材を介してヒートシンク１４０の搭載面に搭載され、リードフレームとヒートシンク１４０との間の熱抵抗が低減されている。また、リードフレームがヒートシンク１４０と同電位の場合には、半田などの導電性部材でリードフレームをヒートシンク１４０に接合してもよく、あるいはばねやねじによりリードフレームをヒートシンク１４０に押圧してもよい。この場合、リードフレームとヒートシンク１４０との間の熱抵抗が著しく低減され、高温での信頼性が向上する。

なお、図示していないが、スイッチング素子やダイオードを用いてブリッジ回路に構成された界磁回路部が、ヒートシンク１４０の搭載面に搭載されている。そして、界磁回路部のブリッジ回路の上アーム側が、第１バッテリ５００の正極端子５０１に接続され、下アーム側が第１バッテリ５００のグランド端子５０２に接続されている。そして、界磁巻線５がダイオードに並列に接続されている。

制御基板１２４には、ＣＰＵなどの電子部品１８０が実装され、パワー回路部１２０および界磁回路部のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御回路が構成されている。制御基板１２４は、パワー回路部１２０および界磁回路部のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御し、第１バッテリ５００の直流電力と、固定子巻線３１の交流電力および界磁巻線５の直流電力との授受を行う。制御基板１２４の電力は、低電圧系の第２バッテリ６００から供給される。

電力半導体部品１２１、平滑コンデンサ１２２、制御基板１２４などが、ヒートシンク１４０の搭載面上に搭載されている。また、樹脂ケース１２６が、ヒートシンク１４０の搭載面に実装された電子部品を内包するようにヒートシンク１４０の搭載面に実装されている。さらに、樹脂ケース１２６のヒートシンク１４０と反対側の開口が樹脂カバー１３０により塞口され、ヒートシンク１４０の搭載面に実装された電子部品が水や粉塵から保護されている。ここで、図示していないが、制御基板１２４が隠れるまでポッティン材を樹脂ケース１２６内に充填すれば、防水性および防塵性を向上させることができるとともに、耐震性を向上させることができる。

リヤブラケット２の固定部４０には、図４に示されるように、固定部材としてのねじ８００が螺着される雌ねじ部２ａが形成され、ザグリ２ｂが雌ねじ部２ａのヒートシンク１４０側に形成されている。ヒートシンク１４０の取付部４１には、ザグリ２ｂと同等の内径を有する貫通孔１４０ａが形成されている。第１絶縁体８０１は、ねじ８００の軸部８００ｂより大径の内径で、貫通孔１４０ａの内径と同等の外径を有する円筒部８０１ａと、円筒部８０１ａの端部から径方向外方に突出する、ねじ８００の頭部８００ａより大径の外径を有するリング平板状のフランジ部８０１ｂと、を有する。第２絶縁体８０２は、円筒部８０１ａの外径と同等の内径を有するリング平板状のフランジ部８０２ａを有する。

ヒートシンク１４０の取付部４１は、搭載面と反対側の面をリヤブラケット２に向けて、貫通孔１４０ａを雌ねじ部２ａに合わせてリヤブラケット２の固定部４０に重ねられる。このとき、第２絶縁体８０２のフランジ部８０２ａがヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との間に配設される。さらに、第１絶縁体８０１が、円筒部８０１ａを貫通孔１４０ａとザグリ２ｂに挿入して、フランジ部８０１ｂをヒートシンク１４０の搭載面側に位置させて配置される。ねじ８００は、軸部８００ｂを円筒部８０１ａ内に差し入れて、雌ねじ部２ａに締着され、ヒートシンク１４０の取付部４１がリヤブラケット２の固定部４０に固定される。

このヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との連結部においては、図４に示されるように、第１絶縁体８０１のフランジ部８０１ｂが、ヒートシンク１４０の取付部４１とねじ８００の頭部８００ａとの間に配設され、第１絶縁体８０１の円筒部８０１ａが、ヒートシンク１４０の取付部４１とねじ８００の軸部８００ｂとの間、およびリヤブラケット２の固定部４０とねじ８００の軸部８００ｂとの間に配設され、第２絶縁体８０２のフランジ部８０２ａが、ヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との間に配設されて、ヒートシンク１４０とリヤブラケット２とが、電気的に絶縁されている。
ブラシ１００および回転センサ１１０が、リヤブラケット２から軸方向外側に突出する回転軸４のリヤ側端部に配設されている。回転センサ１１０には、ホール素子やレゾルバが用いられる。

ここで、電力供給ユニット一体型回転電機の電気的接続について図２および図３を参照しつつ説明する。

樹脂ケース１２６の内周部には、直流電力送電用の配線部材である第１バスバー１２５がインサート成形あるいはアウトサート成形されている。第１バスバー１２５は、ケーブル５０３を介して第１バッテリ５００の正極端子５０１に接続されている。電力半導体部品１２１の正極端子が、第２バスバー１２８を介して第１バスバー１２５に接続されている。電力半導体部品１２１の交流端子が、第３バスバー１２９を介して固定子巻線３１の口出し線に接続された第４バスバー２１１に接続されている。

ヒートシンク１４０は、ケーブル５０４を介して第１バッテリ５００のグランド端子５０２に接続されている。電力半導体部品１２１のグランド端子は、ヒートシンク１４０にねじ８０により締着固定された第５バスバー１２３に接続されている。なお、平滑コンデンサ１２２を搭載しない場合には、第５バスバー１２３を省略し、電力半導体部品１２１のグランド端子はヒートシンク１４０にねじ８０により締着固定される。

第２および第３バスバー１２８，１２９の一部が、放熱性を向上させるために、ヒートシンク１４０を反搭載面側に突出させて形成されたバスバー収納部１４３の搭載面側に形成された凹部に収納されている。また、第２および第５バスバー１２８，１２３は、耐振動性や絶縁性を向上するために、樹脂１２７で覆われている。また、第４バスバー２１１は、耐振動性や絶縁性を向上するために、樹脂体２１２で覆われている。

平滑コンデンサ１２２は、第２バスバー１２８と第５バスバー１２３との間、すなわち第１バッテリ５００の正極端子５０１とグランド端子５０２との間に挿入され、電流リプルを吸収し、電圧変動を抑制する。なお、電圧変動の要因である電力半導体部品１２１の間近に配置することが望ましい。平滑コンデンサ１２２は、電流リプルが印加されることで発熱し、温度上昇する。この平滑コンデンサ１２２の温度上昇は平滑コンデンサ１２２の寿命に影響することから、平滑コンデンサ１２２は、ヒートシンク１４０を反搭載面側に突出させて形成された平滑コンデンサ収納部１４２の搭載面側に形成された凹部に収納される。

高電圧系の第１バッテリ５００の正極端子５０１に接続されたケーブル５０３は、第１バスバー１２５にねじなどにより接続され、グランド端子５０２に接続されたケーブル５０４は、ヒートシンク１４０にねじやボルトなどにより接続される。低電圧系の第２バッテリ６００の正極端子６０１に接続されたケーブル６０３は、制御基板１２４の正極端子にねじやコネクタなどにより接続され、グランド端子６０２に接続されたケーブル６０４は、制御基板１２４のグランド端子１８２にねじやコネクタなどにより接続される。電力半導体部品１２１のグランド端子と制御基板１２４のグランド端子１８２が、ターミナル１８１により接続されている。第１バッテリ５００のグランド端子５０２と第２バッテリ６００のグランド端子６０２が、車体７００に接続されている。

電力供給ユニット一体型回転電機は、フロントブラケット１とリヤブラケット２に設けられた取付部（図示せず）を車体７００のボディやエンジンに、ボルトで強固に固定される。リヤブラケット２および車体７００は、固定子鉄心３２とフロントブラケット１を介して電気的に接続される。

このように構成された電力供給ユニット一体型回転電機では、第１バッテリ５００の直流電力が、電力供給ユニット３００で交流電力に変換され、固定子巻線３１に供給される。これにより、固定子鉄心３２に回転磁界が発生し、回転子６が回転する。そして、冷却ファン７３，７４が、回転子６の回転に連動して回転する。これにより、フロント側では、吸気口１１から給気された冷却風Ｗ１が通風路Ｒ１を流通し、排気口１２から外部に排出される。そして、固定子巻線３１のコイルエンドが、通風路Ｒ１を流通する冷却風Ｗ１により冷却される。

一方、リヤ側では、冷却風Ｗ２が、外部からリヤブラケット２とヒートシンク１４０との間の通風路Ｒ２を径方向内方に流れ、吸気口２１から回転電機本体２００内に流入し、通風路Ｒ２を流通して、排気口２２から外部に排出される。そして、放熱フィン１４１が、通風路Ｒ２内に突出し、通風路Ｒ２内を流通する冷却風Ｗ２にさらされる。バスバー収納部１４３が、通風路Ｒ２内に突出し、通風路Ｒ２内を流通する冷却風Ｗ２にさらされる。そこで、電力半導体部品１２１での発熱は、放熱フィン１４１およびバスバー収納部１４３を介して冷却風Ｗ２に放熱され、電力半導体部品１２１の温度上昇が抑制される。また、平滑コンデンサ収納部１４２が、通風路Ｒ２内に突出し、通風路Ｒ２内を流通する冷却風Ｗ２にさらされる。そこで、平滑コンデンサ１２２での発熱は、平滑コンデンサ収納部１４２を介して冷却風Ｗ２に放熱され、平滑コンデンサ１２２の温度上昇が抑制される。さらに、固定子巻線３１のコイルエンドが、通風路Ｒ３を流通する冷却風Ｗ２により冷却される。

つぎに、電力供給ユニット一体型回転電機における電流の流れを説明する。電力供給ユニット一体型回転電機を電動機として動作する場合と発電機として動作する場合では、電流の流れが異なるが、ここでは、電力供給ユニット一体型回転電機を電動機として動作する場合について説明する。

電流は、第１バッテリ５００の正極端子５０１からケーブル５０３を通じて電力供給ユニット３００の正極端子に流れ込み、電力半導体部品１２１の上アーム１７１を介して固定子巻線３１に流れた後に、電力半導体部品の下アーム１７２を介してヒートシンク１４０に流れ、ヒートシンク１４０に取り付けられたケーブル５０４を通じて第１バッテリ５００のグランド端子５０２に戻る。

実施の形態１では、ヒートシンク１４０の取付部４１が、ねじ８００によりリヤブラケット２の固定部４０に締着固定され、第１絶縁体８０１が、ヒートシンク１４０の取付部４１とねじ８００との間、およびリヤブラケット２の固定部４０とねじ８００との間に配設され、第２絶縁体８０２が、ヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との間に配設されており、ヒートシンク１４０とリヤブラケット２とが、電気的に絶縁されている。そこで、電流が、ヒートシンク１４０からリヤブラケット２、固定子鉄心３２、フロントブラケット１を介して車体７００に流れ込むことが防止される。

高電圧系の電流は、ケーブル５０３、５０４を介して電力供給ユニット３００と第１バッテリ５００の間を行き来するが、第１および第２絶縁体８０１、８０２が無い場合には、ヒートシンク１４０から車体７００を介して第１バッテリ５００に流れる経路も存在する。車体７００の構造体の導電率は高くないが、頑丈なため断面積が大きく、抵抗が大きくない。そこで、ヒートシンク１４０からケーブル５０４を介してグランド端子５０２に流れる電流の一部が分流し、ヒートシンク１４０から車体７００を介して第１バッテリ５００に至る経路に流れ込む。高電圧系の電流が当該経路に流れ込むと、車体７００の構造体の電気抵抗により電圧ドロップが生じ、グランド電位が変化する。車体７００は第２バッテリ６００のグランド端子６０２に接続されているため、車体７００における電圧ドロップに起因するグランド電位の変化により、第２バッテリ６００に接続されている補機の性能が低下してしまう。実施の形態１では、第１および第２絶縁体８０１、８０２を配置しているので、高電圧系の電流が車体７００に流れ込むことが防止され、第２バッテリ６００に接続されている補機の性能低下を防止することができる。

固定子巻線３１や界磁巻線５に電流が流れるため、ジュール損失が生じ、固定子巻線３１や界磁巻線５が発熱する。また、固定子鉄心３２や回転子６は磁界の変化によるヒステリシス損失や渦電流損失が生じ、固定子鉄心３２や回転子６が発熱する。固定子巻線３１、界磁巻線５、固定子鉄心３２および回転子６での発熱により、これらの部品と熱的に接続されているリヤブラケット２の温度が上昇する。

実施の形態１では、第１および第２絶縁材８０１，８０２がヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との間に配設されている。そこで、第１および第２絶縁体８０１、８０２に低熱伝導率の材料を用いることにより、リヤブラケット２からヒートシンク１４０への熱伝導が抑えられ、ヒートシンク１４０の温度上昇を抑制することができる。これにより、電力半導体部品１２１の温度上昇を抑制でき、出力を向上することができる。

一般的に、電気を通さない材料は熱を通しにくい材料が多いため、第１および第２絶縁体８０１、８０２の材料を容易に選定することができる。例えば、第１および第２絶縁体８０１、８０２の材料には、樹脂やセラミックを用いることができる。樹脂を用いる場合には、電力供給ユニット一体型回転電機が高温環境で使用されることから耐熱性に優れ、かつ、ねじ８００で締めるためにクリープにより第１および第２絶縁体８０１、８０２の厚みが薄くなること、および温度サイクルによりクラックが第１および第２絶縁体８０１、８０２に入ることを抑制するために、機械特性のよい、ＰＰＳ樹脂やフェノール樹脂が適している。

なお、上記実施の形態１では、電力半導体部品１２１のグランド端子または第５バスバー１２３がヒートシンク１４０にねじ８０により締着固定されているが、ヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との連結部において、電力半導体部品１２１のグランド端子または第５バスバー１２３を、ヒートシンク１４０の取付部４１と第１絶縁体８０１のフランジ部８０１ｂとの間に配置し、ねじ８００により、ヒートシンク１４０と共にリヤブラケット２に締着固定してもよい。この場合、ねじ８０が不要となり、部品点数を削減できる。

つぎに、第１および第２絶縁体の実施態様について図５を参照しつつ説明する。図５はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット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取付構造の第１実施態様を示す要部断面図である。

ヒートシンク１４０の取付部４１には、ザグリ１４０ｂが貫通孔１４０ａのリヤブラケット２側に形成されている。第１絶縁体８０１Ａは、円筒部８０１ａと、フランジ部８０１ｂと、フランジ部８０１ｂの外周縁部から円筒部８０１ａと反対側に突出し、ねじ８００の頭部８００ａを取り囲む筒状の第１周壁部８０１ｃと、を備える。第２絶縁体８０２Ａは、フランジ部８０２ａと、フランジ部８０２ａの内周縁部から突出し、ヒートシンク１４０のザグリ１４０ｂに挿入される環状突起部８０２ｂと、フランジ部８０２ａの外周縁部から環状突起部８０２ｂと反対側に突出し、リヤブラケット２の固定部４０を覆う筒状の第２周壁部８０２ｃと、を備える。

ヒートシンク１４０の取付部４１は、貫通孔１４０ａを雌ねじ部２ａに合わせてリヤブラケット２の固定部４０に重ねられる。このとき、第２絶縁体８０２Ａのフランジ部８０２ａがヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との間に配設され、環状突起部８０２ｂがヒートシンク１４０のザグリ１４０ｂに挿入され、第２周壁部８０２ｃがリヤブラケット２の取付部４１の外周を覆っている。さらに、第１絶縁体８０１Ａが、円筒部８０１ａを貫通孔１４０ａとザグリ２ｂに挿入して、フランジ部８０１ｂをヒートシンク１４０の取付部４１の搭載面側に位置させて配置される。ねじ８００は、軸部８００ｂを円筒部８０１ａ内に差し入れて、雌ねじ部２ａに締着され、ヒートシンク１４０の取付部４１がリヤブラケット２の固定部４０に取り付けられる。

この第１実施態様では、第１絶縁体８０１Ａの第１周壁部８０１ｃが、ねじ８００の頭部８００ａの外周を囲っているので、ヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との沿面距離が長くなり、絶縁性能を向上させることができる。また、ヒートシンク１４０の貫通孔１４０ａのリヤブラケット２側にザグリ１４０ｂが形成され、第２絶縁体８０２Ａの環状突起部８０２ｂが、ヒートシンク１４０のザグリ１４０ｂに挿入されて、円筒部８０１ａの外周側に配置されているので、ヒートシンク１４０の取付部４１とねじ８００との沿面距離を長くすることができ、絶縁性能を向上させることができる。第２絶縁体８０２Ａの第２周壁部８０２ｃが、リヤブラケット２の固定部４０の外周部を囲っているので、ヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との沿面距離を伸ばすことができ、絶縁性能を向上することができる。

ここで、電力半導体部品１２１のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、高周波のノイズを生じる。このノイズが、電波となって放出され、あるいは低電圧系のケーブル６０３，６０４を経由して伝導されることで、近傍の機器の性能を低下させる恐れがある。そこで、制御基板１２４のグランド端子１８２を面積の広いヒートシンク１４０に接続することで、ノイズの発生を抑制できる。

つぎに、制御基板１２４のグランド端子１８２とヒートシンク１４０との電気的な接続構造について図６から図１０に基づいて具体的に説明する。図６はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第１実施例を示す要部断面図、図７はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第２実施例を示す要部断面図、図８はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第３実施例を示す要部断面図、図９はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第４実施例を示す要部断面図、図１０はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機におけるヒートシンクと制御基板のグランド端子との接続構造の第５実施例を示す要部断面図である。

第１実施例では、図６に示されるように、金属製の線材からなるターミナル１８１を用い、ターミナル１８１の一端をヒートシンク１４０に圧入し、ターミナル１８１の他端を制御基板１２４のグランド端子１８２に圧入し、ヒートシンク１４０とグランド端子１８２とを電気的に接続している。第２実施例では、図７に示されるように、ターミナル１８１の一端をヒートシンク１４０にねじ８１により固定し、ターミナル１８１の他端を制御基板１２４のグランド端子１８２に圧入し、ヒートシンク１４０とグランド端子１８２とを電気的に接続している。

なお、第１および第２実施例では、ターミナル１８１の他端を制御基板１２４のグランド端子１８２に圧入しているが、半田で接合してもよい。

第３実施例では、図８に示されるように、断面が円形又は多角形の柱体１８１ａと柱体１８１ａの底面に形成された小径の圧入部１８１ｂとからなる金属製のターミナル１８１Ａを用い、圧入部１８１ｂをヒートシンク１４０に圧入して、柱体１８１ａの底面をヒートシンク１４０に当接させ、制御基板１２４を柱体１８１ａにねじ８２により締着固定して、グランド端子１８２を柱体１８１ａの上面に当接させている。第４実施例では、図９に示されるように、断面が円形又は多角形の柱体１８１ａと柱体１８１ａの底面に形成された小径の圧入部１８１ｂと、柱体１８１ａの上面に形成された雄ねじ部１８１ｃとからなる金属製のターミナル１８１Ｂを用い、圧入部１８１ｂをヒートシンク１４０に圧入して、柱体１８１ａの底面をヒートシンク１４０に当接させ、雄ねじ部１８１ｃを制御基板１２４に開けた貫通孔に通し、雄ねじ部１８１ｃに螺着したナット８３を締着して、グランド端子１８２を柱体１８１ａの上面に当接させている。

第３および第４実施例では、ヒートシンク１４０とグランド端子１８２とを接続する導体部が、断面が円形又は多角形の柱体１８１ａで構成されているので、導体部の断面積が大きくなり、電気抵抗を下げることができる。また、制御基板１２４での発熱が柱体１８１ａを介してヒートシンク１４０に伝達されるので、制御基板１２４の温度上昇を抑制することができる。さらに、制御基板１２４がねじ８２やナット８３によりターミナル１８１Ａ，１８１Ｂに締着固定されているので、制御基板１２４の耐振性が高められる。

第５実施例では、図１０に示されるように、ヒートシンク１４０に設けられた柱状の突起をターミナル１８１Ｃとし、制御基板１２４をターミナル１８１Ｃにねじ８２により締着固定して、グランド端子１８２をターミナル１８１Ｃの上面に当接させている。第５実施例では、ターミナルを別部材で作製する必要がないので、第３および第４実施例に効果に加えて、部品点数を削減できる効果が得られる。

なお、ターミナル１８１，１８１Ａ，１８１Ｂ，１８１Ｃは、複数個所に配置することで効果が向上し、制御基板１２４の４か所に分散させて配置することで効果があることが確認されている。

ここで、第２絶縁体８０２に誘電率の高い材料を用いることで、ヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との間に静電容量を持たせることができ、ヒートシンク１４０とリヤブラケット２との間のインピーダンスを低減させることができる。車体７００の構造物は金属で導電性があり、断面積も広いため、制御基板１２４のグランド端子１８２をヒートシンク１４０にターミナル１８１を介して電気的に接続し、かつヒートシンク１４０とリヤブラケット２とを静電容量を介して接続することで、制御基板１２４で発生する高周波のノイズを車体７００に誘導させて拡散し、低減することができる。

ヒートシンク１４０とリヤブラケット２の間に形成される静電容量形成部は、ヒートシンク１４０の取付部４１とリヤブラケット２の固定部４０との連結部に限定されない。図１１はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機における静電容量形成部の一例を示す要部断面図、図１２はこの発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機における静電容量形成部の他の例を示す要部断面図である。

図１１に示される電力供給ユニット一体型回転電機では、ヒートシンク１４０Ａは、平滑コンデンサ収納部１４２のリヤブラケット２側の面をリヤブラケット２側に突出させた凸部８０９と、リヤブラケット２側の面のターミナル１８１の接続部と相対する領域をリヤブラケット２側に突出させた凸部８１０と、を備える。そこで、凸部８０９，８１０とリヤブラケット２との対向面間の距離が狭まり、当該対向面間が静電容量形成部５０を構成する。これにより、ヒートシンク１４０Ａとリヤブラケット２とが、静電容量形成部５０における静電容量を介して接続される。さらに、誘電率の高い材料、すなわち誘電体で作製された第３絶縁体８０８が当該静電容量形成部５０に配設されている。

図１１に示される電力供給ユニット一体型回転電機では、静電容量形成部５０が平滑コンデンサ収納部１４２とターミナル１８１の接続部の真下位置に形成されているので、ヒートシンク１４０Ａとリヤブラケット２との間のインピーダンスを低減させることができる。さらに、誘電率の高い材料で作製された第３絶縁体８０８が当該静電容量形成部５０に挿入されているので、ヒートシンク１４０Ａとリヤブラケット２との間のインピーダンスをさらに低減させることができる。したがって、制御基板１２４で発生する高周波のノイズを低減させることができる。

図１２に示される電力供給ユニット一体型回転電機では、リヤブラケット２Ａは、ヒートシンク１４０側の面の平滑コンデンサ収納部１４２と対向する領域を平滑コンデンサ収納部１４２側に突出させた凸部８１１と、ヒートシンク１４０側の面のターミナル１８１の接続部と相対する領域をヒートシンク１４０側に突出させた凸部８１２と、を備える。そこで、凸部８１１，８１２とヒートシンク１４０との対向面間の距離が狭まり、当該対向面間が静電容量形成部５０を構成する。これにより、ヒートシンク１４０とリヤブラケット２Ａとが、静電容量形成部５０における静電容量を介して接続される。さらに、第３絶縁体８０８が当該静電容量形成部５０に挿入されている。

そこで、図１２に示される電力供給ユニット一体型回転電機においても、静電容量形成部５０が平滑コンデンサ収納部１４２とターミナル１８１の接続部の真下位置に形成され、第３絶縁体８０８が当該静電容量形成部５０に挿入されているので、制御基板１２４で発生する高周波のノイズを低減することができる。

ここで、静電容量形成部５０の個数を増やすことで、静電容量を持たせるヒートシンク１４０Ａ，１４０とリヤブラケット２，２Ａとの対向面の面積を増大できるので、ヒートシンク１４０Ａ，１４０とリヤブラケット２，２Ａとの間のインピーダンスを低減させる観点から、静電容量形成部５０の個数を増やすことが有効である。
また、静電容量形成部５０がターミナル１８１の接続部の真下位置に形成されているので、制御基板１２４で発生するノイズを効果的に低減できる。
第３絶縁体８０８には、比誘電率が二桁程度のセラミックスや、一桁程度の樹脂などの、高誘電率の材料を用いることができる。セラミックスは、絶縁性に優れるので、ヒートシンク１４０Ａ，１４０とリヤブラケット２，２Ａとの間の隙間を狭くでき、静電容量形成部５０における静電容量をさらに大きくできる。なお、第３絶縁体８０８の誘電率、静電容量形成部５０における対向面の面積、静電容量形成部５０における対向面間の隙間は、ノイズの周波数やインピーダンスに応じて適宜設定することで、ノイズを有効に低減することができる。

実施の形態２．
図１３はこの発明の実施の形態２に係る電力供給ユニット一体型回転電機を示す要部断面図である。

図１３において、ヒートシンク１４０Ｂは、リヤブラケット２側の面のターミナル１８１の接続部と相対する領域をリヤブラケット２側に突出させた凸部８１０を備える。リヤブラケット２Ｂは、ヒートシンク１４０Ｂ側の面の平滑コンデンサ収納部１４２と対向する領域を平滑コンデンサ収納部１４２側に突出させた凸部８１１を備える。固定子巻線３１に接続された第４バスバー２１１（図示せず）は、耐振動性や絶縁性を向上するために、樹脂体２１２Ａで覆われている。

第４バスバー２１１は、リヤブラケット２Ｂから電力供給ユニット３００付近まで配置されるので、この樹脂体２１２Ａは、ヒートシンク１４０Ｂとリヤブラケット２Ｂの固定部まで容易に延長できる。そこで、樹脂体２１２Ａを延長し、その延長部２１２ａをヒートシンク１４０Ｂの取付部４１とリヤブラケット２Ｂの固定部４０との間に配設して、第２絶縁体を構成している。さらに、樹脂体２１２Ａを延長し、その延長部２１２ｂを凸部８１１と平滑コンデンサ収納部１４２との間の静電容量形成部５０に挿入して、第３絶縁体を構成している。さらにまた、樹脂体２１２Ａを延長し、その延長部２１２ｃを凸部８１０とリヤブラケット２Ｂとの間の静電容量形成部５０に挿入して、第３絶縁体を構成している。

樹脂ケース１２６Ａを延長し、その延長部１２６ａをねじ８００とヒートシンク１４０Ｂの取付部４１との間に配置して、第１絶縁体を構成している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

したがって、この実施の形態２によれば、部品数を増やすことなく、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

１負荷側ブラケット（フロントブラケット）、２，２Ａ，２Ｂ反負荷側ブラケット（リヤブラケット）、２ａ雌ねじ部、２ｂザグリ、３固定子、６回転子、１０ハウジング、４０固定部、４１取付部、５０静電容量形成部、１２０パワー回路部、１２１電力半導体部品、１２４制御基板、１２６Ａ樹脂ケース、１２６ａ延長部（第１絶縁体）、１４０，１４０Ａ，１４０Ｂヒートシンク（金属筐体）、１４０ａ貫通孔、１４０ｂザグリ、１８１，１８１Ａ，１８１Ｂ，１８１Ｃターミナル、１８２グランド端子、２００回転電機本体、２１１第４バスバー、２１２樹脂体、３００電力供給ユニット、５００第１バッテリ、６００第２バッテリ、８００ねじ（固定部材）、８００ａ頭部、８００ｂ軸部、８０１第１絶縁体、８０１ａ円筒部、８０１ｂフランジ部、８０１ｃ第１周壁部、８０２第２絶縁体、８０２ａフランジ部、８０２ｂ環状突起部、８０２ｃ第２周壁部、８０８第３絶縁体（誘電体）。

この発明の電力供給ユニット一体型回転電機は、負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットからなるハウジング、上記負荷側ブラケットと上記反負荷側ブラケットに回転可能に支持されて、上記ハウジング内に配設された回転子、および上記負荷側ブラケットと上記反負荷側ブラケットに軸方向両側から保持されて、上記回転子を囲繞するように同軸に配設された固定子を有する回転電機本体と、電力半導体部品により構成されたパワー回路部、上記パワー回路部の動作を制御する制御基板、および上記パワー回路部および上記制御基板が搭載された金属筐体を有する電力供給ユニットと、を備え、上記金属筐体の取付部が、固定部材により、上記反負荷側ブラケットの固定部に締着固定されて、上記電力供給ユニットと上記回転電機本体とが軸方向に並んで一体に構成されている。そして、上記パワー回路部が、高電圧の第１バッテリに接続され、上記制御回路部が、低電圧の第２バッテリに接続され、上記金属筐体と上記反負荷側ブラケットが、電気的に絶縁状態に固定され、上記金属筐体と上記反負荷側ブラケットは、上記金属筐体の上記反負荷側ブラケットと反対側から上記金属筐体の取付部に形成された貫通孔に挿入された上記固定部材を上記反負荷側ブラケットの固定部に形成された雌ねじ部に締着して一体化されており、第１ザグリが、上記雌ねじ部の上記金属筐体側に形成されており、上記貫通孔内および上記第１ザグリ内に挿入されて上記固定部材の軸部を囲繞する円筒部、および上記円筒部から径方向外方に延びて上記固定部材の頭部と上記金属筐体との間に配設された第１フランジ部を有する第１絶縁体と、上記金属筐体と上記反負荷側ブラケットとの間の上記円筒部の外周側に配設された第２フランジ部を有する第２絶縁体と、を備える。

Claims

負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットからなるハウジング、上記負荷側ブラケットと上記反負荷側ブラケットに回転可能に支持されて、上記ハウジング内に配設された回転子、および上記負荷側ブラケットと上記反負荷側ブラケットに軸方向両側から保持されて、上記回転子を囲繞するように同軸に配設された固定子を有する回転電機本体と、
電力半導体部品により構成されたパワー回路部、上記パワー回路部の動作を制御する制御基板、および上記パワー回路部および上記制御基板が搭載された金属筐体を有する電力供給ユニットと、を備え、
上記金属筐体の取付部が、固定部材により、上記反負荷側ブラケットの固定部に締着固定されて、上記電力供給ユニットと上記回転電機本体とが軸方向に並んで一体に構成されている電力供給ユニット一体型回転電機において、
上記パワー回路部が、高電圧の第１バッテリに接続され、
上記制御基板が、低電圧の第２バッテリに接続され、
上記金属筐体と上記反負荷側ブラケットが、電気的に絶縁状態に固定されている電力供給ユニット一体型回転電機。
上記制御基板のグランド端子が、ターミナルにより上記金属筐体に接続されている請求項１記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記ターミナルは、上記金属筐体の一部を突出させたものである請求項２記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記金属筐体と上記反負荷側ブラケットの対向面を接近させた静電容量形成部を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
誘電体が上記静電容量形成部に挿入されている請求項４記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記金属筐体と上記反負荷側ブラケットは、上記金属筐体の上記反負荷側ブラケットと反対側から上記金属筐体の取付部に形成された貫通孔に挿入された上記固定部材を上記反負荷側ブラケットの固定部に形成された雌ねじ部に締着して一体化されており、
第１ザグリが、上記雌ねじ部の上記金属筐体側に形成されており、
上記貫通孔内および上記第１ザグリ内に挿入されて上記固定部材の軸部を囲繞する円筒部、および上記円筒部から径方向外方に延びて上記固定部材の頭部と上記金属筐体との間に配設された第１フランジ部を有する第１絶縁体と、
上記金属筐体と上記反負荷側ブラケットとの間の上記円筒部の外周側に配設された第２フランジ部を有する第２絶縁体と、を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
第２ザグリが、上記貫通孔の上記反負荷側ブラケット側に形成されており、
上記第２絶縁体は、上記第２フランジ部の内周縁部から突出し、上記第２ザグリ内に挿入されている環状突起部を有している請求項６記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記第１絶縁体は、上記第１フランジ部の外周縁部から突出して上記固定部材の頭部の外周を覆う第１周壁部を有する請求項６又は請求項７記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記第２絶縁体は、上記第２フランジ部の外周縁部から突出して上記反負荷側ブラケットの固定部の外周を覆う第２周壁部を有する請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記電力供給ユニットは、上記金属筐体に装着されて、上記金属筐体に搭載された上記パワー回路部および上記制御基板を取り囲む樹脂ケースを備え、
上記第１絶縁体が、上記樹脂ケースにより構成されている請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記固定子と上記電力供給ユニットとを接続するバスバーと、
上記バスバーを覆う樹脂体と、を備え、
上記第２絶縁体が、上記樹脂体により構成されている請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。