JP5893179B1

JP5893179B1 - 制御装置一体型回転電機

Info

Publication number: JP5893179B1
Application number: JP2015002007A
Authority: JP
Inventors: 友明島野; 藤田　暢彦; 暢彦藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2035-01-08
Also published as: JP2016127768A

Abstract

【課題】この発明は、スイッチング素子のサージ抑制や出力電圧の変動の抑制するための平滑コンデンサを、信頼性よく搭載するとともに、コンデンサ組立品の製作が容易な制御装置一体型回転電機を提供することである。【解決手段】回転電機を制御する制御装置２０のパワーモジュール２２および界磁モジュール２３を構成しているスイッチング素子が搭載されたヒートシンク２１に、掘り込み部２１ａが形成されており、掘り込み部２１ａに平滑コンデンサ２５が収納され、絶縁樹脂２８によって樹脂封止されているとともに、平滑コンデンサ２５が接続されたリードフレーム２６には平滑コンデンサの口出しリードを位置決めする穴が設けられているものである。【選択図】図１

Description

この発明は、固定子巻線を有する固定子と、界磁巻線を有する回転子と、前記固定子と前記回転子を支持するブラケットと、前記界磁巻線に通電するブラシ、および磁極位置検出センサとを有する回転電機本体に、前記固定子巻線や前記界磁巻線に電力を供給するインバータがリヤブラケット後部外側に取り付けられた車両用の制御装置一体型回転電機に関するものである。

従来の制御装置一体型回転電機においては、インバータを構成するスイッチング素子によるサージの抑制や出力電圧の変動の抑制のために、平滑コンデンサを搭載することが提案されている。（例えば、特許文献１）

特開２０１４−１３１４６３号公報

特許文献１に記載の制御装置一体型回転電機では、平滑コンデンサが基板に接続されているものの、平滑コンデンサとヒートシンク収容部との間には空隙があるため、振動や水侵入の影響を受けて、平滑コンデンサの機能低下、最悪の場合は平滑コンデンサが破損に至る等、信頼性の面で課題があった。

この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、スイッチング素子のサージ抑制や出力電圧の変動の抑制するための平滑コンデンサを搭載し、回転電機を大型化することなく、信頼性を向上することができるとともにコンデンサ組立品の製作が容易な制御装置一体型回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、固定子巻線を有し両側にブラケットが取付けられた筒状の固定子と、界磁巻線を有し前記ブラケットに回転自在に支持され前記固定子の内側に配置された回転子と、前記ブラケットの一方の側面外側に取付けられ複数のスイッチング素子が搭載されたヒートシンクと、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより前記固定子巻線と前記界磁巻線に与える電力を制御する制御回路を有する制御基板と、前記スイッチング素子に入出力する電力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサが接続されたリードフレームと、前記ヒートシンクに形成された掘り込み部に前記平滑コンデンサを収納封止した樹脂を備えた制御装置一体型回転電機であって、前記リードフレームには前記平滑コンデンサの口出しリードを位置決めする穴が設けられていることを特徴とするものである。

この発明によれば、ヒートシンクに形成された掘り込み部に平滑コンデンサが収納され樹脂封止されているため、前記平滑コンデンサの固定が強固になり、振動や水侵入の影響を受けにくくなり信頼性が高くなるとともに、前記平滑コンデンサが接続されたリードフレームには前記平滑コンデンサの口出しリードを位置決めする穴が設けられているため、コンデンサ組立品の製作が容易な制御装置一体型回転電機が得られる効果がある。

この発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機の概略構成を示す断面正面図である。この発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機の概略回路構成を示す回路図である。この発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機のヒートシンクに搭載された制御装置部分を示す側面図である。この発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機の平滑コンデンサの取付け状態を示す部分断面図である。この発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を示す構成図である。この発明の実施の形態２における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を説明する説明図である。この発明の実施の形態２における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を説明する説明図である。この発明の実施の形態２における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を説明する説明図である。この発明の実施の形態３における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を示す構成図である。この発明の実施の形態３における制御装置一体型回転電機のリードフレームに平滑コンデンサを取付けた状態を示す部分断面図である。この発明の実施の形態４における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を示す構成図である。この発明の実施の形態４における制御装置一体型回転電機のリードフレームに平滑コンデンサを取付けた状態を示す部分断面図である。この発明の実施の形態５における制御装置一体型回転電機の平滑コンデンサの取付け状態を示す部分断面図である。この発明の実施の形態６における制御装置一体型回転電機の平滑コンデンサの取付け状態を示す部分断面図である。この発明の実施の形態７における制御装置一体型回転電機の平滑コンデンサの取付け状態を示す部分断面図である。

以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機の概略構成を示す断面正面図、図２はこの発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機の概略回路構成を示す回路図、図３はこの発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機のヒートシンクに搭載された制御装置部分を示す側面図、図４はこの発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機の平滑コンデンサの取付け状態を示す部分断面図、図５はこの発明の実施の形態１における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を示す構成図である。

図１において、回転電機はフロントブラケット１およびリヤブラケット２からなるハウジングが両側に取付けられることにより、フロントブラケット１の一端部およびリヤブラケット２の一端部により支持固定されているとともに、固定子巻線４を有する筒状の固定子３と、シャフト７に固着され界磁巻線６を有する回転子５とを備え、回転子５は固定子３の内側に配置されている。回転子５のシャフト７はハウジングに設けられたフロントベアリング８ａおよびリヤベアリング８ｂにより回転自在に支持され、回転子５は固定子３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５の軸方向の両端面には、冷却ファン９ａ，９ｂが固定されている。シャフト７のフロント側（フロントブラケット１の外側）の端部にはプーリ１０が装着されている。
また、シャフト７のリヤ側に一対のスリップリング１１が装着され、スリップリング１１と摺接する一対のブラシ１２がブラシホルダ１３内に配置されている。ブラシホルダ１３とブラシ１２およびスリップリング１１は界磁巻線６に直流電力を供給するためのものである。

回転電機は、磁極位置検出センサ１４と後で詳細に説明する制御装置２０および制御装置２０を内包する外部カバー２９を備え、ブラシホルダ１３と磁極位置検出センサ１４と制御装置２０はリヤブラケット２の後方外側に配置されている。磁極位置検出センサ１４はリヤベアリング８ｂとブラシホルダ１３の間に配置されており、リヤブラケット２の後方端部に装着されている。なお、磁極位置検出センサ１４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４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６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２３と、樹脂製のケース２７と、パワーモジュール２２および界磁モジュール２３を冷却するためのヒートシンク２１と、前記半導体スイッチング素子を制御することにより回転電機の動作を制御するための制御回路が搭載された制御基板２４とによって構成されている。ヒートシンク２１は、図３に記入のボルト３１によりリヤブラケット２に固定され保持されており、ヒートシンク２１とリヤブラケット２が同電位の接地電位になるように構成されている。

パワーモジュール２２および界磁モジュール２３は熱伝導性のよい絶縁層（図示せず）を介してヒートシンク２１に搭載されており、パワーモジュール２２および界磁モジュール２３の軸方向後方側に制御基板２４が搭載されている。パワーモジュール２２と界磁モジュール２３および制御基板２４はヒートシンク２１およびケース２７によって構成されたインバータケースに内包されており、ヒートシンク２１にケース２７を貼付けることで制御装置２０を収納するインバータケースが構成されている。

ヒートシンク２１は回転軸周辺が中空となった略円環状であり、ケース２７も回転軸周辺が中空となるように構成されており、制御装置２０の回転軸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１３および磁極位置検出センサ１４が配置されている。また、制御装置２０にはインバータを構成するスイッチング素子のサージ抑制や出力電圧の変動の抑制のために、リードタイプの平滑コンデンサ２５が搭載されており、平滑コンデンサ２５はリードフレーム２６に接合されることでコンデンサＡＳＳＹ（組立品）を構成する。コンデンサＡＳＳＹはヒートシンク２１の掘り込み部２１ａに収納され、ケース２７の後で説明する端子およびヒートシンク２１と接続した後、パワーモジュール２２や界磁モジュール２３および制御基板２４と共に、例えばエポキシまたはシリコンまたはウレタンなどの防水性と絶縁性を兼ね備えた絶縁樹脂２８で樹脂封止されている。このように平滑コンデンサ２５を搭載することで、制御装置２０を大型化することなく、耐振性や耐水性等の信頼性を向上することができる。

次に、図２および図３にもとづき電気回路の接続構成を説明する。なお、図２においては図面が複雑になるのを防ぐため、制御基板２４と磁極位置検出センサ１４およびパワーモジュール２２および界磁モジュール２３との信号線を省略している。また、図３においてはパワーモジュール２２および界磁モジュール２３の手前側に配置されている制御基板２４の図示を省略している。

パワーモジュール２２は、６個のパワーモジュール２２が図２に示す回路図のように接続されることによりインバータを構成しており、外部のバッテリ（図示せず）と電力を入出力するための電力入出力用端子３０と同電位となるＢターミナル２２ａと、固定子巻線４への出力線と同電位となるＡＣターミナル２２ｂと、リヤブラケット２と同電位となるＧＮＤ（接地）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２４に半田付けまたは圧接または溶接などで直接接続されている。

ケース２７は、絶縁樹脂によってヒートシンク２１の外周および内周の手前を取囲む形状に形成されており、以下に説明する各ターミナルを有する導体がインサート成形されている。電力入出力用端子３０と同電位となるＢターミナル２７ａと、固定子各相の固定子巻線４と同電位となるＡＣターミナル２７ｂと、リヤブラケット２と同電位となるＧＮＤターミナル２７ｃがインサート成形されており、Ｂターミナル２７ａがケース２７の内周側に配置され、パワーモジュール２２のＢターミナル２２ａとロウ付けによって接続されている。また、ケース２７の外周側にはＡＣターミナル２７ｂとＧＮＤターミナル２７ｃがインサート成形されており、ＡＣターミナル２７ｂはパワーモジュール２２のＡＣターミナル２２ｂおよび固定子巻線４に接続されている。ＧＮＤターミナル２７ｃ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２７のＧＮＤターミナル２７ｃはヒートシンク２１もしくはリヤブラケット２にボルト３１によって接続されている。

このように、パワーモジュール２２のＢターミナル２２ａはケース２７のＢターミナル２７ａに接続され、電力入出力用端子３０に接続されており、回転電機が駆動動作を行う場合は、電力入出力用端子３０から入力される電流がケース２７のＢターミナル２７ａ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。また、回転電機が発電動作を行う場合は、固定子巻線４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２２ｂを通り、ケース２７のＢターミナル２７ａに集まり、電力入出力用端子３０に出力される。

界磁モジュール２３もパワーモジュール２２と同様に、電力入出力用端子３０と同電位となるＢターミナル２３ａ、ブラシ１２に通電するためのブラシプラスターミナル２３ｂ１およびブラシマイナスターミナル２３ｂ２、リヤブラケット２と同電位となるＧＮＤターミナル２３ｃ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２３ｄを有しており、信号線ターミナル２３ｄは制御基板２４に半田付けまたは圧接または溶接などで直接接続されており、Ｂターミナル２３ａはケース２７の内周側に配置されたＢターミナル２７ａと接続されている。また、ブラシプラスターミナル２３ｂ１はケース２７の内周側に配置されたブラシプラスターミナル２７ｂ１と、ブラシマイナスターミナル２３ｂ２はケース２７の内周側に配置されたブラシマイナスターミナル２７ｂ２と接続されている。ＧＮＤターミナル２３ｃはヒートシンク２１にネジ止めされることによって接続されている。

リードタイプの平滑コンデンサ２５は、図４に示すように、リード２５ａがリードフレーム２６のＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃの一端に接続されており、２個の平滑コンデンサ２５が組み合わされることによってコンデンサＡＳＳＹ（組立品）となっている。リードフレーム２６は、図５に示すように、Ｂリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃとが絶縁樹脂によってモールド成形された樹脂部２６ａに保持されてインサート形成されており、樹脂部２６ａによってＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃとの間の絶縁を確保している。また、樹脂部２６ａの形状はＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃの一端のリード２５ａを接続する部分を取囲むように枠状に形成されている。Ｂリードフレーム２６ｂの他端はケース２７のＢターミナル２７ａとロウ付けによって接続され、ＧＮＤリードフレーム２６ｃの他端はヒートシンク２１にネジ止めされることによって接続されている。以上のように接続された平滑コンデンサ２５は、既に説明したように、ヒートシンク２１の掘り込み部２１ａに収納され、絶縁樹脂２８で樹脂封止されることで、耐振性や耐水性等の信頼性を向上した構造となっている。

実施の形態２．
図６から図８はこの発明の実施の形態２における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を説明する説明図である。上記実施の形態１ではリードフレーム２６が、図５に示すように、Ｂリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃとがモールド成形された樹脂部２６ａに保持されてインサート形成されている場合について説明したが、リードフレーム２６は、図６に示すように、破線で示す嵌め込み穴が設けられた樹脂部２６ａとＢリードフレーム２６ｂおよびＧＮＤリードフレーム２６ｃとを別々に製作して、図７に示すように、樹脂部２６ａにＢリードフレーム２６ｂおよびＧＮＤリードフレーム２６ｃを嵌め込んで組み合わせた後に、図８に示すように、平滑コンデンサ２５のリード２５ａとの接続部を曲げて形成してもよく、上記実施の形態１と同様の効果がある。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を示す構成図、図１０はこの発明の実施の形態３における制御装置一体型回転電機のリードフレームに平滑コンデンサを取付けた状態を示す部分断面図である。上記実施の形態１では、平滑コンデンサ２５のリード２５ａがリードフレーム２６のＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃの一端に接続されている場合について説明したが、図９および図１０に示すように、リードフレーム２６のＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃの一端のリード２５ａを取付けるために曲げている部分に、リード２５ａを挿入する位置決め穴を設けることで、リード２５ａの取り付け位置が揃いコンデンサＡＳＳＹの製作が容易となるとともに、上記実施の形態１と同様の効果がある。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４における制御装置一体型回転電機のリードフレームの構成を示す構成図、図１２はこの発明の実施の形態４における制御装置一体型回転電機のリードフレームに平滑コンデンサを取付けた状態を示す部分断面図である。上記実施の形態３では、平滑コンデンサ２５のリード２５ａを位置決めする穴をリードフレーム２６のＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃに設けた場合について説明したが、実施の形態４では、図１１および図１２に示すように、リードフレーム２６の樹脂部２６ａが板状に形成されており、樹脂部２６ａにリード２５ａを挿入する位置決め穴を設けることで、リード２５ａの取り付け位置が揃いコンデンサＡＳＳＹの製作が容易となるとともに、上記実施の形態１と同様の効果がある。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５における制御装置一体型回転電機の平滑コンデンサの取付け状態を示す部分断面図である。上記実施の形態１ではＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃが樹脂部２６ａに保持されている場合について説明したが、図１３に示すように、Ｂリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃをケース２７にインサート形成して保持させてもよい。この場合にはＢターミナル２７ａとＢリードフレーム２６ｂを一体に形成しており、Ｂターミナル２７ａとＢリードフレーム２６ｂの接合が不要になり、樹脂部２６ａも不要となるとともに、上記実施の形態１と同様の効果がある。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６における制御装置一体型回転電機の平滑コンデンサの取付け状態を示す部分断面図である。上記実施の形態１では、リードタイプの平滑コンデンサ２５をリードフレーム２６に搭載した場合について説明したが、図１４に示すように、表面実装タイプの平滑コンデンサ２５を基板２６ｄに搭載して、基板２６ｄにＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃを接続してもよく、上記実施の形態１と同様の効果がある。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態７における制御装置一体型回転電機の平滑コンデンサの取付け状態を示す部分断面図である。上記実施の形態１では、リードタイプの平滑コンデンサ２５をリードフレーム２６に搭載した場合について説明したが、図１５に示すように、表面実装タイプの平滑コンデンサ２５を基板２６ｄに搭載して、基板２６ｄにケース２７にインサート形成して保持させたＢリードフレーム２６ｂとＧＮＤリードフレーム２６ｃを接続してもよく、Ｂターミナル２７ａとＢリードフレーム２６ｂの接合が不要になるとともに、上記実施の形態１と同様の効果がある。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

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、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１フロントブラケット、２リヤブラケット、３固定子、４固定子巻線、５回転子、６界磁巻線、７シャフト、８ａフロントベアリング、８ｂリヤベアリング、９ａ冷却ファン、９ｂ冷却ファン、１０プーリ、１１スリップリング、１２ブラシ、１３ブラシホルダ、１４磁極位置検出センサ、２０制御装置、２１ヒートシンク、２１ａ掘り込み部、２２パワーモジュール、２３界磁モジュール、２４制御基板、２５平滑コンデンサ、２６リードフレーム、２７ケース、２８絶縁樹脂、２９外部カバー、３０電力入出力用端子、３１ボルト

Claims

固定子巻線を有し両側にブラケットが取付けられた筒状の固定子と、界磁巻線を有し前記ブラケットに回転自在に支持され前記固定子の内側に配置された回転子と、前記ブラケットの一方の側面外側に取付けられ複数のスイッチング素子が搭載されたヒートシンクと、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより前記固定子巻線と前記界磁巻線に与える電力を制御する制御回路を有する制御基板と、前記スイッチング素子に入出力する電力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサが接続されたリードフレームと、前記ヒートシンクに形成された掘り込み部に前記平滑コンデンサを収納封止した樹脂を備えた制御装置一体型回転電機であって、前記リードフレームには前記平滑コンデンサの口出しリードを位置決めする穴が設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。
固定子巻線を有し両側にブラケットが取付けられた筒状の固定子と、界磁巻線を有し前記ブラケットに回転自在に支持され前記固定子の内側に配置された回転子と、前記ブラケットの一方の側面外側に取付けられ複数のスイッチング素子が搭載されたヒートシンクと、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより前記固定子巻線と前記界磁巻線に与える電力を制御する制御回路を有する制御基板と、前記スイッチング素子に入出力する電力を平滑する平滑コンデンサと、樹脂部に保持され前記平滑コンデンサが接続されたリードフレームと、前記ヒートシンクに形成された掘り込み部に前記平滑コンデンサを収納封止した樹脂を備えた制御装置一体型回転電機であって、前記リードフレームの樹脂部には前記平滑コンデンサの口出しリードを位置決めする穴が設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。