JP5558534B2

JP5558534B2 - 回転電機

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Publication number: JP5558534B2
Application number: JP2012188171A
Authority: JP
Inventors: 直秀前田; 暢彦藤田; 義信内海
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: JP2014045629A

Description

本発明は回転電機に関し、特に、エンジンに接続された回転電機に関するものである。

従来より、交流回転電機において、電機子巻線を持つ固定子に電流を通電するスイッチング素子を備えたパワーアセンブリとパワーアセンブリを制御する制御回路とを備えた制御アセンブリを回転電機に搭載することが提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

特許文献１の回転電機において、ケース内に電子部品を搭載したモジュールと、モジュール間の信号を伝達する信号相互接続部品と、モジュールに電力を分配する電力相互接続部品とをもち、モジュールと信号相互接続部品、モジュールと電力相互接続部品を異なる平面に搭載することで、信号配線と電力配線を太くすることができ、また信号相互接続部材と電力相互接続部品を別部品とすることで信号配線と電力配線の短絡を防止することができる。

特許文献２では、固定子巻線の電流を変換する直流交流電力相互変換回路部とその制御回路部とを備えた制御装置を金属製のリヤブラケット内部に搭載している。特許文献２では、このような構造をとることで、制御装置を外部からの衝撃や飛来物から保護することができる回転電機が提案されている。

特許文献３の回転電機では、冷却板上に絶縁基板を介して実装された半導体素子からなる電力用パワーモジュールが、リヤブラケットの外周に取り付けられ、さらに外周に保護カバーが搭載され、冷却風を外周から取り入れブラケットと冷却板のフィン取付面とブラケットの間を通して電力用パワーモジュールを冷却することを提案している。

特表２００８−５４３２６２号公報特開２０１１−１６６９４８号公報特開２００６−１６６５３８号公報

しかしながら、特許文献１では、モジュールと信号相互接続部品、モジュールと電力相互接続部品が別平面に配置されるため、径方向では干渉しないため、各配線を広く取れるが、逆に軸方向に回転電機が長くなってしまうという問題点があった。また、電子部品をケースにまとめて搭載しているが、回転電機では高温になるスイッチング素子や高温に弱い部品など様々な電子部品を使用しており、一つのモジュールにする場合には使用温度のバランスを取る必要があり、使用環境に制限が掛ってしまうという問題点があった。

また、特許文献２では、制御装置をブラケット内部に配置するため、冷却風路が制限されるため、制御装置に冷却性が低下してしまうという問題点があった。特にブラケットは回転電機の構成部品の中でも重い回転子や固定子を支えるため、強度が必要であり、吸気口を開けることができる場所が限られる。また、車両用回転電機では金属製のブラケットでＧＮＤ電位を取るため、制御装置とブラケット間の絶縁を十分確保する必要があり、制御装置との距離を確保するためにブラケットを大きくする必要があるという問題点があった。

また、特許文献３の回転電機では、絶縁基板に半導体素子を実装するため、１つの半導体素子に不具合が発生した場合でも絶縁基板全体が不具合品となってしまうため、歩留まりが悪化するという問題点があった。また、特にスイッチング素子の実装では一般的にワイヤボンディングで配線されるが、ワイヤボンディング時には装置が動作するためのスペースが必要のため、素子間の距離を広くとる必要があり、また細いワイヤを複数配線する必要がある。このため、絶縁基板が大きくなってしまうという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、小型化が図れ、冷却性や信頼性の優れた回転電機を提案することを目的としている。

この発明は、電機子巻線を有する固定子と、前記固定子の軸方向のフロント側およびリヤ側の両端部にそれぞれ配置され、前記固定子を支持するフロントハウジング及びリヤハウジングと、界磁巻線と、前記界磁巻線の外側に配置された界磁鉄心と、前記界磁巻線に界磁電流を供給するためのスリップリングと、前記固定子の軸方向に設けられた回転軸としてのシャフトとを有し、前記フロントハウジング及びリヤハウジングにより回転自在に支持された回転子と、前記リヤハウジングの外側の前記回転子の軸方向端部に設けられたインバータアセンブリと、前記回転子の前記シャフトに固定され、前記回転子の回転位置を検出する回転センサと、前記スリップリングに電流を供給するためのブラシを保持するブラシホルダと、前記インバータアセンブリおよび前記ブラシホルダを保護する保護カバーとを備え、前記インバータアセンブリは、前記固定子へ通電するためのスイッチング素子を有し、樹脂材でモールドされたパワーモジュールと、前記界磁電流を供給するためのスイッチング素子を有し、樹脂材でモールドされた界磁モジュールと、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールの前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を備えた制御モジュールと、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールを搭載し、それらの冷却を行うための冷却フィンを備えた環状のヒートシンクとを備え、前記環状のヒートシンクは、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールの搭載面が前記回転子の前記シャフトに垂直に配置されるとともに、前記冷却フィンが前記リヤハウジングの端面に向けて配置され、前記環状のヒートシンクの中央穴の内側に、前記ブラシホルダおよび前記回転センサが配置され、前記パワーモジュールは、内部回路が同等で外形が略対称形状の異なる２種類のパワーモジュールがあり、各１個ずつを組合せて、前記ヒートシンクに配置されており、前記２種類のパワーモジュールは、前記樹脂材から外部に露出する端子のうちの少なくとも各１つが、それらの２種類のパワーモジュールを組み合わせたときに、その先端が両パワーモジュールの端面から等距離で、互いに１列に並ぶように配置されていることを特徴とする回転電機である。

この発明は、電機子巻線を有する固定子と、前記固定子の軸方向のフロント側およびリヤ側の両端部にそれぞれ配置され、前記固定子を支持するフロントハウジング及びリヤハウジングと、界磁巻線と、前記界磁巻線の外側に配置された界磁鉄心と、前記界磁巻線に界磁電流を供給するためのスリップリングと、前記固定子の軸方向に設けられた回転軸としてのシャフトとを有し、前記フロントハウジング及びリヤハウジングにより回転自在に支持された回転子と、前記リヤハウジングの外側の前記回転子の軸方向端部に設けられたインバータアセンブリと、前記回転子の前記シャフトに固定され、前記回転子の回転位置を検出する回転センサと、前記スリップリングに電流を供給するためのブラシを保持するブラシホルダと、前記インバータアセンブリおよび前記ブラシホルダを保護する保護カバーとを備え、前記インバータアセンブリは、前記固定子へ通電するためのスイッチング素子を有し、樹脂材でモールドされたパワーモジュールと、前記界磁電流を供給するためのスイッチング素子を有し、樹脂材でモールドされた界磁モジュールと、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールの前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を備えた制御モジュールと、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールを搭載し、それらの冷却を行うための冷却フィンを備えた環状のヒートシンクとを備え、前記環状のヒートシンクは、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールの搭載面が前記回転子の前記シャフトに垂直に配置されるとともに、前記冷却フィンが前記リヤハウジングの端面に向けて配置され、前記環状のヒートシンクの中央穴の内側に、前記ブラシホルダおよび前記回転センサが配置され、前記パワーモジュールは、内部回路が同等で外形が略対称形状の異なる２種類のパワーモジュールがあり、各１個ずつを組合せて、前記ヒートシンクに配置されており、前記２種類のパワーモジュールは、前記樹脂材から外部に露出する端子のうちの少なくとも各１つが、それらの２種類のパワーモジュールを組み合わせたときに、その先端が両パワーモジュールの端面から等距離で、互いに１列に並ぶように配置されていることを特徴とする回転電機であるので、小型化が図れ、冷却性や信頼性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係わる回転電機の構造を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機の電気回路図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機の界磁モジュール、パワーモジュール、および、ブラシホルダの配置図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機のパワーモジュールの一例を示す図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機のパワーモジュールの他の例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態に係る回転電機について説明する。なお、以下の実施の形態では、電動機として使用することで、接続されたエンジン（内燃機関）の再始動を行い、また、発電機として使用することで、車両への電力供給や、バッテリへの充電を行うことができる、回転電機を例として説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる回転電機の縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機の電気回路図、図３はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機のヒートシンク１７とパワーモジュール９の配置図、図４は図３に示したパワーモジュール９の拡大図である。

図１において、回転電機１は、２種類のハウジング７，８（ブラケット）と、ハウジング７，８により回転自在に支持される回転子４と、回転子４の外周側に設けられ、ハウジング７，８に固定され、電機子巻線５を有する固定子６とを備えている。回転子４は、界磁巻線２と、界磁巻線２を覆う界磁鉄心３と、それらの回転軸となるシャフト３２とを有している。回転子４のシャフト３２の片側端部には内燃機関（図示せず）と双方向にトルクを授受するためのプーリ１２が取り付けられており、ベルト（図示せず）を介して内燃機関と接続されている（以下、プーリ１２が設けられている側をフロント側、プーリ１２の反対側をリヤ側と呼ぶ。）。また、回転子４の両側において、回転子４のシャフト３２を回転自在に支持するための、フロントベアリング２２（フロント軸受）及びリヤベアリング２３（リヤ軸受）を備えている。ハウジング７，８（以下、フロントハウジング７、リヤハウジング８と呼ぶ。）は、軸方向の両端側において、固定子６を支持するとともに、回転子４をフロントベアリング２２及びリヤベアリング２３を介して支持している。回転子４は、界磁電流を供給するためのスリップリング１３を持ち、スリップリング１３は、リヤハウジング８よりリヤ側に突き出ている。回転子４の界磁鉄心３の端面には冷却風を発生させるためのファン１９，２０が取り付けられている。また、回転子４の回転位相を検知するためにシャフト３２に対して回転センサ１５が設けられ、回転センサ１５のロータが、スリップリング１３とリヤベアリング２３との間に搭載されている。また、回転センサ１５には、回転センサ１５を保護するための回転センサ保護カバー２４が設けられている。

リヤハウジング８のさらなるリヤ側には、インバータアセンブリ２５とブラシホルダ１４とを内部に収容し、それらを保護する保護カバー２１が設けられている。インバータアセンブリ２５は、駆動時の電機子巻線５への電流の供給及び発電時の電機子巻線５への電流の整流を行うためのスイッチング素子を周辺回路とともにまとめたパワーモジュール９と、界磁電流を制御するためのスイッチング素子を周辺回路とともにまとめた界磁モジュール１１と、パワーモジュール９と界磁モジュール１１とが搭載された環状のヒートシンク１７と、パワーモジュール９および界磁モジュール１１のスイッチング素子を制御するための制御回路を構成する制御モジュール１０と、パワーモジュール９、界磁モジュール１１、および、制御モジュール１０を、内部に収容した、環状のケース１８とで構成される。パワーモジュール９は、固定子６へ通電するためのスイッチング素子を、電気的な配線を行う配線用のリードフレーム上に搭載し、全体を樹脂材３８でモールドして成型された、樹脂成型構造となっている。同様に、界磁モジュール１１は、界磁電流を供給するためのスイッチング素子を、電気的な配線を行う配線用のリードフレーム上に搭載し、全体を樹脂材３８でモールドして成型された、樹脂成型構造となっている。インバータアセンブリ２５の中央にはシャフト３２が通る空間があり、当該空間内には、界磁巻線２に通電するためのブラシホルダ１４も配置され、インバータアセンブリ２５に固定されている。ブラシホルダ１４とリヤハウジング８との間には、回転センサ１５のステータが配置され、回転センサ１５の信号配線がインバータアセンブリ２５に接続される。

インバータアセンブリ２５の外側には、インバータアセンブリ２５、ブラシホルダ１４、回転センサ１５等を保護するための保護カバー２１が搭載され、保護カバー２１には冷却風を吸入するための吸入口３３，３４が空いている。保護カバー２１の側面に設けられた吸入口３３を介して冷却風を径方向から吸入して、環状のヒートシンク１７の内径の内側を通り、パワーモジュール９を冷却する第１の経路（風路２）と、シャフト３２付近に設けられた吸入口３４を介して軸方向から冷却風を吸入し、ブラシホルダ１４と回転センサ１５とを冷却する第２の経路（風路１）とが構成されている。上記のように冷却風の経路を部品ごとに分けることで、各経路の構成を最適化できる。同時に各経路内の部品は低温の冷却風で冷却することができるため、より効率的に冷却することができる。

次に、この発明の実施の形態１に係る回転電機１の動作を説明する。図２は、本発明の実施の形態１の回路図であり、本実施の形態１では、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の電機子巻線５を２組備えている。図２において、図１と同一の構成については、同一符号を付して示している。なお、図２において、１６はバッテリ、３５はスイッチング素子である。回転電機１が電動機として動作する場合には、制御モジュール１０から界磁モジュール１１に界磁電流を流すように指示を行い、界磁巻線２が励磁される。次に、パワーモジュール９に三相交流波形を流すことで回転子４（図１参照）が回転し、トルクを出力する。一方、回転電機１を発電機として動作する場合は、外部コントローラ（図示せず）から必要な発電電流の指示を受け、制御モジュール１０が要求された発電電流に応じた界磁電流を流すように、界磁モジュール１１に指示を出す。また、制御モジュール１０が相電圧を測定し、相電圧が出力電圧を超えた場合に、スイッチング素子３５を切り替えるようにパワーモジュール９に指示することで、電機子巻線５に発生する交流電流を直流電流へ整流を行う。

図３は、実施の形態１に係わる回転電機１における、界磁モジュール１１、パワーモジュール９、ブラシホルダ１４、および、ヒートシンク１７の配置図である。図３において、図１および図２と同一の構成については、同一符号を付して示している。図３において、２６はＧＮＤ端子、２７はＡＣ端子、２８はバッテリ配線端子、２９は制御系端子、３０はターミナル、３１は位置決め装置である。実施の形態１に係る回転電機１では、インバータアセンブリ２５の中央には穴が設けられており、当該穴の中には、スリップリング１３、ブラシホルダ１４、および、回転センサ１５（図１参照）などが設けられている。ヒートシンク１７およびケース１８は、この穴の回りに設けられているため、環状の形状となっている。環状のヒートシンク１７上には、パワーモジュール９と界磁モジュール１１とが搭載されている。ヒートシンク１７は、図１に示すように、パワーモジュール９及び界磁モジュール１１の搭載面が、シャフト３２およびスリップリング１３の軸方向に対して垂直となるように配置されている。また、ヒートシンク１７のパワーモジュール９及び界磁モジュール１１の搭載面とは反対側の面（搭載面の裏面）には冷却フィンが設けられており、当該冷却フィンはリヤハウジング８の端面に向かって突出しており、ヒートシンク１７により吸収されたパワーモジュール９および界磁モジュール１１で発生した熱は、当該冷却フィンから外部に向かって放熱される。また、上述したように、インバータアセンブリ２５の保護カバー２１には、このインバータアセンブリ２５の中央の穴に導通するように、吸入口３４が設けられているため、吸入口３４から軸方向の冷却風が入り、この穴を、図１の第２の経路（風路１）のように、当該冷却風が通り抜け、ブラシホルダ１４や回転センサ１５を冷却することができる。さらに、保護カバー２１の側面に設けられた吸入口３３を介して冷却風が径方向から吸入され、図１の第１の経路（風路２）のように、環状のヒートシンク１７の内径の内側を通り、パワーモジュール９を冷却する。

また、図３に示すように、本実施の形態では、パワーモジュール９として、２つのパワーモジュール９ａ，９ｂを一組にして、ヒートシンク１７に配置する。パワーモジュール９ａ，９ｂは、内部回路は同じで、外形が略対称形状の異なる２種類のパワーモジュールである。各パワーモジュール９ａ，９ｂにおいては、図２に示すように、電機子巻線５の各相に対して、それぞれ、上下アーム用のスイッチング素子３５が１つずつ設けられている。具体的には、図２に示す一方のパワーモジュール９においては、電機子巻線５のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相に対して、それぞれ、上下アーム用のスイッチング素子３５（ＵＨ，ＵＬ；ＶＨ，ＶＬ；ＷＨ，ＷＬ）が１つずつ設けられている。また、同様に、図２の他方のパワーモジュール９においては、電機子巻線５のＸ，Ｙ，Ｚ相の各相に対して、それぞれ、上下アーム用のスイッチング素子３５（ＸＨ，ＸＬ；ＹＨ，ＹＬ；ＺＨ，ＺＬ）が１つずつ設けられている。但し、図２では、２種類のパワーモジュールを区別するために、一方では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相とし、他方では、Ｘ，Ｙ，Ｚ相と記載しているが、実際には、これらのパワーモジュール９の内部回路は同じであり、以下の説明においては、説明を簡略化するために、すべて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相として説明する。電機子巻線５の各相は、これらの上下アーム用のスイッチング素子３５によって通電される。このように、パワーモジュール９において、上下アーム分のスイッチング素子を備えることで、スイッチング素子の製品ばらつきを抑えた組み合わせで、パワーモジュール９を効率よく製造できるため、歩留まりが向上し、コストを低減することができる。また、パワーモジュール９は、外部と電力を授受する電力系端子（ＧＮＤ端子２６，ＡＣ端子２７，バッテリ配線端子２８）と、スイッチング素子の制御に使用する制御系端子２９とを備えている。なお、ＧＮＤ端子１６はグラウンドレベルに接続される端子で、ＡＣ端子２７は電機子巻線５に接続される端子で、バッテリ配線端子２８は車両の＋側の電力系に接続される端子２８である。なお、ケース１８には、パワーモジュール９のＧＮＤ端子２６、ＡＣ端子２７、バッテリ配線端子２８、および、制御系端子２９のそれぞれが接続されるためのＧＮＤ配線用ターミナル、ＡＣ配線用ターミナル、バッテリ配線用ターミナル、および制御系配線用ターミナルが設けられている。

図４は、図３に示した、この発明の実施の形態１に係わる回転電機１のパワーモジュール９部分を示す拡大図である。図３及び図４に示すように、本実施の形態のパワーモジュール９ａ，９ｂにおいては、ＧＮＤ端子２６、ＡＣ端子２７、バッテリ配線端子２８、制御系端子２９、及び、ターミナル３０が設けられている。なお、パワーモジュール９においては、図４に示すように、複数の制御系端子２９が設けられている端面に対向する他の端面には、２つのターミナル３０が設けられている。また、制御系端子２９が設けられている端面に対して、垂直方向に隣接する他の端面には、ＧＮＤ端子２６とＡＣ端子２７とが並んで設けられている。また、ＧＮＤ端子２６とＡＣ端子２７とが配置された端面に対向する他の端面には、バッテリ配線端子２８が設けられている。このとき、この発明の実施の形態１においては、上記の電力系端子のうち、グラウンドに接続されるＧＮＤ端子２６の配置を２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂで線対称になるように配置し、パワーモジュール９ａ，９ｂを組み合わせた場合に、ＧＮＤ端子２６が隣り合う様にする。以上のように、２つのパワーモジュール９ａ，９ｂで共通の電位を持つＧＮＤ端子２６を隣り合わせて線対称の位置に配置する構成とすることで、１組のパワーモジュール９ａ，９ｂのＧＮＤ端子２６が接続されるケース１８のＧＮＤ配線用ターミナルを、図３に示すように、２つのＧＮＤ端子２６に対し、共通の短い１本とすることができ、ケース１８内のＧＮＤ配線用ターミナルの占有体積を減らせるため、インバータアセンブリ２５および回転電機１を小型化することができる。本実施の形態１では、隣合わせて対称の位置になるように配置する端子を、グラウンドに接続されるＧＮＤ端子２６とする例を示したが、パワーモジュール９ａ，９ｂ間で共通の電位を持つ端子であれば、いずれの端子でもよく、すなわち、例えば、ＧＮＤ端子２６の代わりに、バッテリ配線端子２８を隣合わせて対称に配置するようにしてもよく、その場合にも、同様の効果を得ることができる。

本実施の形態のパワーモジュール９は、成形時のリードフレームの固定のため、外部に突出する端子２６〜２９とは別に、パワーモジュール９の樹脂成型時にリードフレームの固定のために使用する樹脂部から突出するターミナル３０を備えている。成形後にターミナル３０は樹脂部から突出する長さが短くなるようにカットされるが、工作上、完全に、その長さを０とすることは困難である。そのため、本実施の形態では、上記樹脂部から突出するターミナル３０が、一組のパワーモジュール９ａ，９ｂを組み合わせたときに、それらのパワーモジュール９ａ，９ｂ間になるように、配置する。すなわち、図３，４に示すように、パワーモジュール９ａの端面からそれのターミナル３０の先端までの距離（すなわち、ターミナル３０の突出している部分の長さ）が、パワーモジュール９ｂの端面からそれのターミナル３０の先端までの距離（すなわち、ターミナル３０の突出している部分の長さ）と等距離になるように、各ターミナル３０の長さを切り揃え、かつ、両パワーモジュール９ａ，９ｂ間で、ターミナル３０の位置が、互い違いに、異なる位置となるように各ターミナル３０を配置し、ターミナル３０が配置されたケース１８の端面同士が対向するように、パワーモジュール９ａ，９ｂを配置する。こうして、２つのパワーモジュール９ａ，９ｂを組み合わせてヒートシンク１７上に搭載したときに、両パワーモジュール９ａ，９ｂのターミナル３０の先端が、両パワーモジュール９ａ，９ｂの端面から等距離で、互いに一列に並ぶように配置される。図３を見ると、パワーモジュール９ａのターミナル３０の先端の位置と、パワーモジュール９ｂのターミナル３０の先端の位置とが、互いに、一列に並んでいることがわかる。このようにして、パワーモジュール９ａ，９ｂにおいて、相手のパワーモジュールのターミナル３０が自身のターミナル３０に接触せずに一列に並び、かつ、ターミナル３０部分が互いに組み合うように、パワーモジュール９ａ，９ｂを配置することで、パワーモジュール９ａ，９ｂ間の距離を小さくすることができる。それにより、パワーモジュール９ａ，９ｂの搭載面積を狭くすることができるため、回転電機１を小型化することができる。

本実施の形態のインバータアセンブリ２５は、図３に示すように、パワーモジュール９や界磁モジュール１１の位置決めを行うための位置決め装置３１（位置決め部材）を複数個備えている。位置決め装置３１は、搭載する部品の位置を決定できるもの（あるいは、位置決めの目安となれるもの）であればよいため、凸部から構成されてもよく、あるいは、凹部から構成されていてもよく、あるいは、高低差はなく、その部分だけ着色されていてもよく、あるいは、他の構成であってもよい。位置決め装置３１のうち少なくとも１つは、図３に示すように、隣合うパワーモジュール９ａ，９ｂ間に配置されている。これにより、１つの位置決め装置３１で２つのパワーモジュール９ａ，９ｂの位置決めを行うことができ、位置決め装置３１の配置を少なくすることができて、スペースを小さくできるため、回転電機１をその分だけ小型化できる。なお、このとき、２つのパワーモジュール９ａ，９ｂのうち１つの種類を間違えた場合、あるいは、取付位置を間違えた場合に、前記位置決め装置３１とパワーモジュール９のターミナル３０とが互いに干渉するように位置決め装置３１を配置するようにしておけば、パワーモジュール９の誤組付けを防止することができる。

本実施の形態では、制御モジュール１０は、制御回路と当該制御回路に必要な部品とを搭載した１つの環状の回路基板から構成されており、インバータアセンブリ２５において、図１に示すように、パワーモジュール９および界磁モジュール１１よりもさらにリヤ側に搭載されている。このとき、パワーモジュール９および界磁モジュール１１の制御系端子２９が、直接、制御モジュール１０の回路基板に接続される。このように、制御回路と、制御回路とパワーモジュール９との接続、および、制御回路と界磁モジュール１１との接続とを、すべて、１つの回路基板で構成することで、インバータアセンブリ２５のパワーモジュール９および界磁モジュール１１に対して、制御モジュール１０の必要とするスペースを縮小し、回転電機１を小型化することができる。

図５は、この発明の実施の形態１に係わる回転電機のパワーモジュールの他の例を示す図である。図４においては、組合せる２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂ間にターミナル３０を配置する例について示したが、その場合に限らず、図５に示すように、組合せる２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂ間に制御系端子２９を配置してもよい。なお、このとき、図５に示すように、パワーモジュール９ａ，９ｂにおいて、制御系端子２９の位置が互い違いに異なる位置となるように制御系端子２９を配置し、制御系端子２９が配置されたケース１８の面同士が対向するように、パワーモジュール９ａ，９ｂを配置する。このように、パワーモジュール９ａ，９ｂにおいて、相手のパワーモジュールの制御系端子２９同士が接触しないように組み合わせて配置することで、パワーモジュール９ａ，９ｂ間の距離を小さくすることができ、これによって回転電機１を小型化することができる。さらに、図５の場合には、制御モジュール１０と２個のパワーモジュール９ａ，９ｂとの接続箇所を一列で設定でき、接続時の加工が効率的に行えるため、回転電機１の生産性が向上する。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る回転電機１は、電機子巻線５を有する固定子６と、固定子６の軸方向のフロント側およびリヤ側の両端部にそれぞれ配置され、固定子６を支持するフロントハウジング７及びリヤハウジング８と、界磁巻線２と、界磁巻線２の外側に配置された界磁鉄心３と、界磁巻線２に界磁電流を供給するためのスリップリング１３と、固定子６の軸方向に設けられた回転軸としてのシャフト３２とを有し、フロントハウジング７及びリヤハウジング８により回転自在に支持された回転子４と、リヤハウジング８の外側の回転子４の軸方向端部に設けられたインバータアセンブリ２５と、回転子４のシャフト３２に固定され、回転子４の回転位置を検出する回転センサ１５と、スリップリング１３に電流を供給するためのブラシを保持するブラシホルダ１４と、インバータアセンブリ２５およびブラシホルダ１４を保護する保護カバー２１とを備え、インバータアセンブリ２５は、固定子６へ通電するためのスイッチング素子を有し、樹脂材３８でモールドされたパワーモジュール９と、界磁電流を供給するためのスイッチング素子を有し、樹脂材３８でモールドされた界磁モジュール１１と、パワーモジュール９および界磁モジュール１１のスイッチング素子の制御を行う制御回路を備えた制御モジュール１０と、パワーモジュール９および界磁モジュール１１を搭載し、それらの冷却を行うための冷却フィンを備えた環状のヒートシンク１７とを備え、環状のヒートシンク１７は、パワーモジュール９および界磁モジュール１１の搭載面が回転子４のシャフト３２に垂直に配置されるとともに、冷却フィンがリヤハウジング８の端面に向けて配置され、環状のヒートシンク１７の中央穴の内側に、ブラシホルダ１４および回転センサ１５が配置され、パワーモジュール９は、内部回路が同等で外形が略対称形状の異なる２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂがあり、各１個ずつを組合せて、ヒートシンク１７に配置されている。当該構成により、外形が略対称形状の２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂを組み合わせて配置することで、省スペースを実現でき、回転電機１を小型化することができる。また、ヒートシンク１７が環状で、中央部に穴が開いており、中央部からの軸方向の冷却風でブラシホルダ１４および回転センサ１５を冷却し、径方向からの冷却風でパワーモジュール９を冷却することができ、冷却風の経路を部品ごとに分けることで、各経路の部品が低温の冷却風で冷却することができるため、より効率よく冷却することができ、回転電機１の冷却性が向上するため、熱による誤動作を未然に防げるため、回転電機１の動作の信頼性も向上する。

また、この発明の実施の形態１に係る回転電機１においては、２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂが、樹脂材３８から外部に露出する端子のうちの少なくとも各１つ（ターミナル３０または制御系端子２９）が、それらの２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂを組み合わせたときに、その先端が両パワーモジュール９ａ，９ｂの端面から等距離で、互いに１列に並ぶように配置されている。当該構成により、２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂを組み合わせて配置する場合に、端子部分が互いに入れ違いに組み合うように各端子を配置するで、パワーモジュール９ａ，９ｂの搭載面積を狭くすることができ、回転電機１を小型化することができる。

また、この発明の実施の形態１に係る回転電機１においては、２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂが、端子として、少なくとも、車両の電力系に接続されるバッテリ配線端子２８とグラウンドに接続されるＧＮＤ端子２６とを有し、それらの２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂを組み合わせたときに、両パワーモジュール９ａ，９ｂのバッテリ配線端子２８（またはＧＮＤ端子２６）が互いに隣合い、かつ、線対称の位置になるように、バッテリ配線端子２８（またはＧＮＤ端子２６）が配置されている。当該構成により、２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂで共通の電位を持つ端子を隣合わせてインバータアセンブリ２５に配置することで、各端子が接続されるケース１８内の内蔵ターミナルを短くすることができ、回転電機１を小型化することができる。

また、この発明の実施の形態１に係る回転電機１においては、制御モジュール１０は回路基板から構成されるとともに、パワーモジュール９の搭載位置のさらにリヤ側に搭載され、パワーモジュール９の端子と制御モジュール１０の回路基板とが直接接続されている。当該構成により、制御モジュール１０の回路基板上の制御回路とパワーモジュール９の端子との接続を１つの回路基板で構成することで、インバータアセンブリ２５に対する制御モジュール１０の必要とするスペースを縮小し、回転電機１を小型化することができる。

また、この発明の実施の形態１に係る回転電機１においては、インバータアセンブリ２５は、パワーモジュール９をヒートシンク１７に搭載するときに、その位置決めを行うための位置決め装置３１をさらに備え、１つの位置決め装置３１で、組み合わせた２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂの位置決めを同時に行うことができる。また、インバータアセンブリ２５は、パワーモジュール９のＧＮＤ端子２６、ＡＣ端子２７、バッテリ配線端子２８、および、制御系端子２９に接続するためのターミナルを備えたケース１８を有し、当該ケース１８がヒートシンク１７上に配置される。当該構成により、少ない個数の位置決め装置３１でパワーモジュール９ａ，９ｂの位置決めを行うことができ、位置決め装置３１の個数を減らした分だけスペースをより小さくすることができるため、回転電機１のさらなる小型化が図れる。

なお、上記の説明においては、２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂが、内部回路が同等で外形が略対称形状の異なるものであると説明したが、その場合に限らず、２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂは、内部回路が同等で、単に外形が異なるものであってもよく、その場合にも、２種類のパワーモジュール９ａ，９ｂを組み合わせたときに、ターミナル３０（または、制御系端子２９）部分が互いに入れ違いに組み合って、パワーモジュール９ａ，９ｂの搭載面積を小さくすることができるものであれば、略対称形状でなくても、いずれの形状であってもよい。例えば、一方のパワーモジュールの形状に他方のパワーモジュールが沿うような相補形状であってもよい。

１回転電機、２界磁巻線、３界磁鉄心、４回転子、５電機子巻線、６固定子、７，８ハウジング、９パワーモジュール、１０制御モジュール、１１界磁モジュール、１２プーリ、１３スリップリング、１４ブラシホルダ、１５回転センサ、１６バッテリ、１７ヒートシンク、１８ケース、１９，２０ファン、２１保護カバー、２２フロントベアリング、２３リヤベアリング、２４回転センサ保護カバー、２５インバータアセンブリ、２６ＧＮＤ端子、２７ＡＣ端子、２８バッテリ配線端子、２９制御系端子、３０ターミナル、３１位置決め装置。

Claims

電機子巻線を有する固定子と、
前記固定子の軸方向のフロント側およびリヤ側の両端部にそれぞれ配置され、前記固定子を支持するフロントハウジング及びリヤハウジングと、
界磁巻線と、前記界磁巻線の外側に配置された界磁鉄心と、前記界磁巻線に界磁電流を供給するためのスリップリングと、前記固定子の軸方向に設けられた回転軸としてのシャフトとを有し、前記フロントハウジング及びリヤハウジングにより回転自在に支持された回転子と、
前記リヤハウジングの外側の前記回転子の軸方向端部に設けられたインバータアセンブリと、
前記回転子の前記シャフトに固定され、前記回転子の回転位置を検出する回転センサと、
前記スリップリングに電流を供給するためのブラシを保持するブラシホルダと、
前記インバータアセンブリおよび前記ブラシホルダを保護する保護カバーと
を備え、
前記インバータアセンブリは、
前記固定子へ通電するためのスイッチング素子を有し、樹脂材でモールドされたパワーモジュールと、
前記界磁電流を供給するためのスイッチング素子を有し、樹脂材でモールドされた界磁モジュールと、
前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールの前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を備えた制御モジュールと、
前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールを搭載し、それらの冷却を行うための冷却フィンを備えた環状のヒートシンクと
を備え、
前記環状のヒートシンクは、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールの搭載面が前記回転子の前記シャフトに垂直に配置されるとともに、前記冷却フィンが前記リヤハウジングの端面に向けて配置され、
前記環状のヒートシンクの中央穴の内側に、前記ブラシホルダおよび前記回転センサが配置され、
前記パワーモジュールは、内部回路が同等で外形が略対称形状の異なる２種類のパワーモジュールがあり、各１個ずつを組合せて、前記ヒートシンクに配置されており、
前記２種類のパワーモジュールは、前記樹脂材から外部に露出する端子のうちの少なくとも各１つが、それらの２種類のパワーモジュールを組み合わせたときに、その先端が両パワーモジュールの端面から等距離で、互いに１列に並ぶように配置されている
ことを特徴とする回転電機。
電機子巻線を有する固定子と、
前記固定子の軸方向のフロント側およびリヤ側の両端部にそれぞれ配置され、前記固定子を支持するフロントハウジング及びリヤハウジングと、
界磁巻線と、前記界磁巻線の外側に配置された界磁鉄心と、前記界磁巻線に界磁電流を供給するためのスリップリングと、前記固定子の軸方向に設けられた回転軸としてのシャフトとを有し、前記フロントハウジング及びリヤハウジングにより回転自在に支持された回転子と、
前記リヤハウジングの外側の前記回転子の軸方向端部に設けられたインバータアセンブリと、
前記回転子の前記シャフトに固定され、前記回転子の回転位置を検出する回転センサと、
前記スリップリングに電流を供給するためのブラシを保持するブラシホルダと、
前記インバータアセンブリおよび前記ブラシホルダを保護する保護カバーと
を備え、
前記インバータアセンブリは、
前記固定子へ通電するためのスイッチング素子を有し、樹脂材でモールドされたパワーモジュールと、
前記界磁電流を供給するためのスイッチング素子を有し、樹脂材でモールドされた界磁モジュールと、
前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールの前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を備えた制御モジュールと、
前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールを搭載し、それらの冷却を行うための冷却フィンを備えた環状のヒートシンクと
を備え、
前記環状のヒートシンクは、前記パワーモジュールおよび前記界磁モジュールの搭載面が前記回転子の前記シャフトに垂直に配置されるとともに、前記冷却フィンが前記リヤハウジングの端面に向けて配置され、
前記環状のヒートシンクの中央穴の内側に、前記ブラシホルダおよび前記回転センサが配置され、
前記パワーモジュールは、内部回路が同等で外形が略対称形状の異なる２種類のパワーモジュールがあり、各１個ずつを組合せて、前記ヒートシンクに配置されており、
前記インバータアセンブリは、
前記パワーモジュールを前記ヒートシンクに搭載するときに、その位置決めを行うための位置決め部材
をさらに備え、
１つの前記位置決め部材で、組み合わせた前記２種類のパワーモジュールの位置決めを同時に行える
ことを特徴とする回転電機。
前記インバータアセンブリは、
前記パワーモジュールを前記ヒートシンクに搭載するときに、その位置決めを行うための位置決め部材
をさらに備え、
１つの前記位置決め部材で、組み合わせた前記２種類のパワーモジュールの位置決めを同時に行える
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記２種類のパワーモジュールは、前記端子として、少なくとも、車両の電力系に接続されるバッテリ配線用端子とグラウンドに接続されるＧＮＤ端子とを有し、それらの２種類のパワーモジュールを組み合わせたときに、両パワーモジュール間で前記バッテリ配線用端子または前記ＧＮＤ端子が隣合い、かつ、線対称の位置になるように、前記バッテリ配線用端子または前記ＧＮＤ端子が配置されている
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機。
前記制御モジュールは回路基板から構成されるとともに、前記パワーモジュールの搭載位置のさらにリヤ側に搭載され、前記パワーモジュールの端子と前記制御モジュールの回路基板とが直接接続されている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転電機。