JP6007878B2 - Rotating electric machine for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。 The present invention relates to a vehicular rotating electrical machine mounted on a passenger car, a truck, or the like.
従来から、インバータパワー回路と、このインバータパワー回路を制御する制御基板と、この制御基板を包囲する樹脂ケースとがリヤブラケットに保持、固定されている制御装置一体型回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この制御基板は、リヤブラケットの後方に取り付けられた樹脂ケース内に収納され、その上部に蓋が取り付けられて樹脂ケース内への異物の侵入が阻止されている。また、回転子のシャフトの後端には磁気位置検出センサが取り付けられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a controller-integrated rotating electrical machine in which an inverter power circuit, a control board that controls the inverter power circuit, and a resin case that surrounds the control board are held and fixed to a rear bracket ( For example, see
ところで、特許文献1に開示された制御基板は樹脂ケース内に収納されているため、樹脂ケースの外部に配置された磁気位置検出センサと制御基板との間の信号線の接続は樹脂ケースを貫通させて行う必要があり、制御基板や樹脂ケース周辺の構造が複雑になるという問題があった。また、樹脂ケースを貫通させて信号線の接続を行う必要があるため、この貫通部から樹脂ケース内に水等の異物が浸入しないようにシール材を塗布するなどの対策が必要になり、そのためにさらに構造が複雑になる。
By the way, since the control board disclosed in
また、制御基板に磁気位置検出センサを実装することができれば信号線の這い回し等を簡略化したり、シール材を省略することができるが、磁気位置検出センサとシャフトとの間には樹脂ケースがあるため、それらの間の距離が長くなり、位置検出精度が悪化してしまうので望ましくない。 In addition, if the magnetic position detection sensor can be mounted on the control board, it is possible to simplify the winding of the signal line and the like, and the sealing material can be omitted. However, there is a resin case between the magnetic position detection sensor and the shaft. Therefore, the distance between them becomes long, and the position detection accuracy deteriorates, which is not desirable.
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、制御基板やケース周辺の構造を簡略化することができ、回転検出精度の悪化を抑制することができる車両用回転電機を提供することにある。 The present invention has been created in view of the above points, and an object of the present invention is for a vehicle that can simplify the structure around the control board and the case and can suppress deterioration in rotation detection accuracy. It is to provide a rotating electrical machine.
上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、回転子、固定子、フレーム、電力変換器、制御基板、基板ケースを備える。回転子は、回転軸の端部に回転検出用磁石が取り付けられている。固定子は、回転子と対向配置されている。フレームは、回転子と固定子を収容して保持する。電力変換器は、固定子に含まれる固定子巻線に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線に印加する。制御基板は、回転検出用磁石と対向配置された回転角センサと電力変換器を制御する制御回路とが実装されている。基板ケースは、制御基板を収納するとともに、回転角センサと回転検出用磁石との間に配置された非磁性金属からなる薄板部材を含んで構成され、フレームに固定されている。また、上述した薄板部材は、制御基板に当接する当接部を有し、この当接部は、薄板部材の平板部分を部分的に突出させることにより形成されている。 In order to solve the above-described problem, a rotating electrical machine for a vehicle according to the present invention includes a rotor, a stator, a frame, a power converter, a control board, and a board case. The rotor has a rotation detecting magnet attached to the end of the rotating shaft. The stator is disposed opposite to the rotor. The frame accommodates and holds the rotor and the stator. The power converter converts an AC voltage induced in a stator winding included in the stator into a DC voltage, or converts a DC voltage applied from the outside into an AC voltage and applies it to the stator winding. The control board is mounted with a rotation angle sensor disposed opposite to the rotation detection magnet and a control circuit for controlling the power converter. The board case is configured to contain a control board, and includes a thin plate member made of a non-magnetic metal disposed between the rotation angle sensor and the rotation detection magnet, and is fixed to the frame. The thin plate member described above has a contact portion that contacts the control board, and this contact portion is formed by partially projecting the flat plate portion of the thin plate member.
制御基板に回転角センサを実装することにより、回転角センサから引き出した信号線を基板ケースを通して這い回す必要がなくなるため、制御基板や基板ケース周辺の構造を簡略化することができる。また、基板ケースの少なくとも一部を非磁性金属の薄板部材を用いて形成し、この薄板部材を介して回転検出用磁石と回転角センサとを対向させることにより、回転検出用磁石と回転角センサとの間の距離を短くすることができるため、回転検出精度の悪化を抑制することができる。さらに、薄板部材として非磁性金属を用いているため、薄板部材の厚みを薄くすることができるとともに、薄くした場合であっても基板ケースの強度を確保することが可能となる。 By mounting the rotation angle sensor on the control board, it is not necessary to squeeze the signal line drawn from the rotation angle sensor through the board case, so that the structure around the control board and the board case can be simplified. In addition, at least a part of the substrate case is formed using a non-magnetic metal thin plate member, and the rotation detection magnet and the rotation angle sensor are made to face each other through the thin plate member, so that the rotation detection magnet and the rotation angle sensor are opposed to each other. Since the distance between the two can be shortened, deterioration of the rotation detection accuracy can be suppressed. Furthermore, since a nonmagnetic metal is used as the thin plate member, the thickness of the thin plate member can be reduced, and the strength of the substrate case can be ensured even when the thickness is reduced.
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機について、図面を参照しながら説明する。図1に示すように、一実施形態の車両用回転電機100は、2つの固定子巻線1A、1B、界磁巻線2、2つのMOSモジュール群3A、3B、UVW相ドライバ4A、XYZ相ドライバ4B、Hブリッジ回路5、Hブリッジドライバ6、回転角センサ7、制御回路8、入出力回路9、電源回路10、ダイオード11、コンデンサ12を含んで構成されている。この車両用回転電機100は、ISG(インテグレーテッド・スターター・ジェネレーター)と称されており、電動機の機能と発電機の機能を併せ持っている。
Hereinafter, a rotating electrical machine for a vehicle according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a rotating
一方の固定子巻線1Aは、U相巻線、V相巻線、W相巻線からなる三相巻線であって、固定子鉄心(図示せず)に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線1Bは、X相巻線、Y相巻線、Z相巻線からなる三相巻線であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線1Aに対して電気角で30度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら2つの固定子巻線1A、1Bと固定子鉄心によって、回転子と対向配置された固定子が構成されている。なお、固定子巻線1A、1Bのそれぞれの相数は3以外であってもよい。 One stator winding 1A is a three-phase winding composed of a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding, and is wound around a stator core (not shown). Similarly, the other stator winding 1B is a three-phase winding composed of an X-phase winding, a Y-phase winding, and a Z-phase winding, and the stator iron core described above is connected to the stator winding 1A. And is wound at a position shifted by 30 degrees in electrical angle. In the present embodiment, a stator disposed opposite to the rotor is constituted by the two stator windings 1A and 1B and the stator core. The number of phases of each of the stator windings 1A and 1B may be other than three.
界磁巻線2は、ベルトあるいはギアを介してエンジンとの間で駆動力の入出力を行う回転軸を有する回転子に磁界を発生させるためのものであり、界磁極(図示せず)に巻装されて回転子を構成している。
The
一方のMOSモジュール群3Aは、一方の固定子巻線1Aに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このMOSモジュール群3Aは、発電動作時に固定子巻線1Aに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部(高電圧バッテリ200)から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線1Aに印加する電力変換器3として動作する。MOSモジュール群3Aは、固定子巻線1Aの相数に対応する3個のスイッチングモジュールとしてのMOSモジュール3AU、3AV、3AWを備えている。MOSモジュール3AUは、固定子巻線1Aに含まれるU相巻線に接続されている。MOSモジュール3AVは、固定子巻線1Aに含まれるV相巻線に接続されている。MOSモジュール3AWは、固定子巻線1Aに含まれるW相巻線に接続されている。
One
図2に示すように、MOSモジュール3AUは、2つのMOSトランジスタ30、31、電流検出用抵抗32を備えている。一方のMOSトランジスタ30は、ソースがP端子を介して固定子巻線1AのU相巻線に接続され、ドレインがパワー電源端子PBに接続された上アーム(ハイサイド側)の第1のスイッチング素子である。パワー電源端子PBは、例えば定格48Vの高電圧バッテリ200(第1のバッテリ)や高電圧負荷210の正極端子に接続されている。他方のMOSトランジスタ31は、ドレインがP端子を介してU相巻線に接続され、ソースが電流検出用抵抗32を介してパワーグランド端子PGNDに接続された下アーム(ローサイド側)の第2のスイッチング素子である。これら2つのMOSトランジスタ30、31からなる直列回路が高電圧バッテリ200の正極端子と負極端子の間に配置され、これら2つのMOSトランジスタ30、31の接続点にP端子を介してU相巻線が接続されている。また、MOSトランジスタ30のゲート、ソース、MOSトランジスタ31のゲート、電流検出用抵抗32の両端のそれぞれがUVW相ドライバ4Aに接続されている。
As shown in FIG. 2, the MOS module 3AU includes two
MOSトランジスタ30、31のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはMOSトランジスタ30、31の寄生ダイオード(ボディダイオード)によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。上アームおよび下アームの少なくとも一方を、MOSトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。
A diode is connected in parallel between the source and drain of each of the
なお、MOSモジュール3AU以外のMOSモジュール3AV、3AWや後述するMOSモジュール3BX、3BY、3BZも基本的に同じ構成を有しており、詳細な説明は省略する。 Note that MOS modules 3AV and 3AW other than the MOS module 3AU and MOS modules 3BX, 3BY, and 3BZ, which will be described later, basically have the same configuration and will not be described in detail.
他方のMOSモジュール群3Bは、他方の固定子巻線1Bに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このMOSモジュール群3Bは、発電動作時に固定子巻線1Bに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部(高電圧バッテリ200)から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線1Bに印加する電力変換器3として動作する。MOSモジュール群3Bは、固定子巻線1Bの相数に対応する3個のスイッチングモジュールとしてのMOSモジュール3BX、3BY、3BZを備えている。MOSモジュール3BXは、固定子巻線1Bに含まれるX相巻線に接続されている。MOSモジュール3BYは、固定子巻線1Bに含まれるY相巻線に接続されている。MOSモジュール3BZは、固定子巻線1Bに含まれるZ相巻線に接続されている。
The other
UVW相ドライバ4Aは、3個のMOSモジュール3AU、3AV、3AWのそれぞれに含まれるMOSトランジスタ30、31の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗32の両端電圧を検出する。同様に、XYZ相ドライバ4Bは、3個のMOSモジュール3BX、3BY、3BZのそれぞれに含まれるMOSトランジスタ30、31の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗32の両端電圧を検出する。
The
Hブリッジ回路5は、ブラシ装置55(図5)を介して界磁巻線2の両端に接続されており、界磁巻線2に励磁電流を供給する励磁回路である。図3に示すように、Hブリッジ回路5は、2つのMOSトランジスタ50、51、2つのダイオード52、53、電流検出用抵抗54を備えている。ハイサイド側のMOSトランジスタ50とローサイド側のダイオード52が直列に接続されており、この接続点に界磁巻線2の一方端が接続されている。また、ハイサイド側のダイオード53とローサイド側のMOSトランジスタ51と電流検出用抵抗54とが直列に接続されており、ダイオード53とMOSトランジスタ51の接続点に界磁巻線2の他方端が接続されている。このHブリッジ回路5は、パワー電源端子PBとパワーグランド端子PGNDのそれぞれに接続されている。MOSトランジスタ50、51をオンすることにより、Hブリッジ回路5から界磁巻線2に励磁電流が供給される。また、MOSトランジスタ50、51のいずれかをオフすることにより励磁電流の供給が停止されるとともに、ダイオード52、53のいずれかを介して界磁巻線2を流れる励磁電流を環流させることができる。
The
Hブリッジドライバ6は、Hブリッジ回路5に含まれるMOSトランジスタ50、51の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗54の両端電圧を検出する。
The H bridge driver 6 generates a drive signal to be input to each gate of the
回転角センサ7は、回転子の回転角を検出する。例えば、永久磁石とホールICを用いて回転角センサ7を構成することができる。具体的には、図4に示すように、回転子20の回転軸21先端に回転検出用磁石としての永久磁石22を固定するとともに、この永久磁石22と対向する位置に制御基板102上の位置に回転角センサ7としてのホールIC23を配置する。このホールIC23には、永久磁石22の外周近傍であって互いに90°隔たった位置に配置されたホール素子が含まれている。これらのホール素子の出力を取り出すことにより、永久磁石22とともに回転する回転子20の回転角を検出することができる。なお、回転角センサ7は、ホールIC23以外(例えば磁気抵抗効果素子や磁気インピーダンス素子など)を用いて構成するようにしてもよい。また、図4に示した永久磁石22の配置や取付方法は一例であって、回転軸21やその周辺構造に合わせて適宜変更するようにしてもよい。
The rotation angle sensor 7 detects the rotation angle of the rotor. For example, the rotation angle sensor 7 can be configured using a permanent magnet and a Hall IC. Specifically, as shown in FIG. 4, a
制御回路8は、電力変換器3を含む車両用回転電機100の全体を制御する。この制御回路8には、アナログ−デジタル変換器やデジタル−アナログ変換器が備わっており、他の構成との間で信号の入出力を行う。制御回路8は、例えばマイコン(マイクロコンピュータ)によって構成されており、所定の制御プログラムを実行することにより、UVWドライバ4A、XYZドライバ4B、Hブリッジドライバ6を制御して車両用回転電機100を電動機や発電機として動作させたり、異常検出や通知などの各種処理を行う。
The
入出力回路9は、制御用ハーネス310を介して外部との間の信号の入出力や、高電圧バッテリ200の端子電圧やパワーグランド端子PGNDの電圧のレベル変換等を行う。入出力回路9は、入出力される信号や電圧を処理するための入出力インタフェースであって、例えばカスタムICによって必要な機能が実現されている。
The input / output circuit 9 performs input / output of signals to / from the outside via the control harness 310, level conversion of the terminal voltage of the
電源回路10は、定格12Vの低電圧バッテリ202(第2のバッテリ)が接続されており、例えばスイッチング素子をオンオフしてその出力をコンデンサで平滑することにより、5Vの動作電圧を生成する。この動作電圧によって、UVW相ドライバ4A、XYZ相ドライバ4B、Hブリッジドライバ6、回転角センサ7、制御回路8、入出力回路9が動作する。
The
コンデンサ12は、車両用回転電機100を電動動作させるためにMOSモジュール3AU等のMOSトランジスタ30、31をオンオフする際に発生するスイッチングノイズを除去あるいは低減するためのものである。図1では1つのコンデンサ12が用いられているが、実際にはスイッチングノイズの大きさに応じて適宜その数が決定される。例えば、図5に示されるように、本実施形態の車両用回転電機100では4つのコンデンサ12が用いられている。
The
上述したUVW相ドライバ4A、XYZ相ドライバ4B、Hブリッジ回路5、Hブリッジドライバ6、回転角センサ7(回転子に取り付けられた永久磁石を除く)、制御回路8、入出力回路9、電源回路10が1枚の制御基板102に搭載されている。
また、図1に示すように、車両用回転電機100には、パワー電源端子PB、パワーグランド端子PGNDや、制御グランド端子CGNDと制御電源端子CBと制御用ハーネス310などが取り付けられるコネクタ400が備わっている。パワー電源端子PBは、高電圧の正極側入出力端子であり、高電圧バッテリ200や高電圧負荷210が所定のケーブルを介して接続される。制御電源端子CBは、低電圧の正極側入力端子であり、低電圧バッテリ202や低電圧負荷204が所定のケーブルを介して接続される。
As shown in FIG. 1, the vehicular rotating
パワーグランド端子PGNDは、負極側入出力端子としての第1のグランド端子であって、パワー系回路を接地するためのものである。このパワーグランド端子PGNDは、第1の接続線としての接地用ハーネス320を介して車両フレーム500に接続されている。上述したMOSモジュール群3A、3B(電力変換器3)およびHブリッジ回路5(励磁回路)がパワー系回路である。このパワー系回路には、固定子巻線1A、1Bや界磁巻線2と共通の電流が流れるパワー素子としてのMOSトランジスタ30、31、50、51が含まれている。
The power ground terminal PGND is a first ground terminal as a negative input / output terminal, and is used for grounding the power system circuit. The power ground terminal PGND is connected to the
また、制御グランド端子CGNDは、パワーグランド端子PGNDとは別に設けられた第2のグランド端子であって、制御系回路を接地するためのものである。この制御グランド端子CGNDは、接地用ハーネス320とは別の接地用ケーブル330(第2の接続線)を介して接地されている。この制御グランド端子CGNDと車両用回転電機100のフレーム(以後、「ISGフレーム」と称する)110との間には、入出力回路9の内部配線を介してダイオード11が挿入されている。具体的には、ダイオード11のカソードがフレームグランド端子FLMGNDに接続されており、このフレームグランド端子FLMGNDがISGフレーム110に接続されている。上述したUVW相ドライバ4A、XYZ相ドライバ4B、Hブリッジドライバ6、回転角センサ7、制御回路8、入出力回路9などが制御系回路である。なお、この接地用ケーブル330の接続先は、車両側に用意されたグランド電位(0V)の部位であり、電圧変動がないものとする。また、図1では、ダイオード11は入出力回路9の外部に設けられているが、ダイオード11を入出力回路9に搭載するようにしてもよい。
The control ground terminal CGND is a second ground terminal provided separately from the power ground terminal PGND, and is for grounding the control system circuit. The control ground terminal CGND is grounded via a grounding cable 330 (second connection line) different from the
コネクタ400は、パワー電源端子PB、パワーグランド端子PGND以外の端子(制御グランド端子CGNDや制御電源端子CBなど)に制御用ハーネス310や接地用ケーブル330、その他のケーブルを取り付けるためのものである。
The
上述した車両用回転電機100のISGフレーム110は、例えばアルミダイカストによって形成された導電体であり、このISGフレーム110がエンジン(E/G)ブロック510にボルトによって固定されている。さらに、エンジンブロック510は接地用ハーネス322によって車両フレーム500に接続されている。
The above-described
本実施形態の車両用回転電機100はこのような構成を有しており、次に、電力変換器3の構造と制御基板102を収納する基板ケース80(図10、図11)の構造について説明する。
The vehicular rotating
図6に示すように、2つのMOSモジュール群3A、3Bを含んで一体に構成される電力変換器3は、MOSモジュール3AU、3AV、3AW、3BX、3BY、3BZと、正極側入出力端子300および負極側入出力端子301が突出する端子台308と、各MOSモジュール3AU等と端子台308との間に配置される6個の中間端子台309とを含んで構成されている。正極側入出力端子300と負極側入出力端子301は、異なる形状を有している(例えば、異なる直径のボルト)。なお、図6に示す電力変換器3の分解斜視図や図5に示す車両用回転電機100の斜視図では、制御回路8と入出力回路9等が実装された制御基板102や、制御基板102を収納する基板ケース80、電力変換器3や制御基板102等を覆うリアカバーなどが取り外された状態が示されている。
As shown in FIG. 6, the
端子台308は、インサート成型により形成されており、正極側入出力端子300が接続された板状の配線層としての正極側バスバー302と、負極側入出力端子301が接続された板状の配線層としての負極側バスバー303とを含んでいる(図7)。これらの正極側バスバー302と負極側バスバー303のそれぞれは、端子台308を構成する樹脂材料を挟んで対向した状態で積層されている。図5では、端子台308の一部を途中で破断した状態であって、破断面において正極側バスバー302と負極側バスバー303が露出した状態が示されている(A部)。
The
また、図7に示すように、正極側バスバー302は、正極側入出力端子300を挟んで2方向に延在する2つの枝部302A、302Bを有する。これら2つの枝部302A、302Bは、正極側入出力端子300および負極側入出力端子301の中心を挟んで対称形状(線対称)を有している。図8に示すように、一方の枝部302Aには、MOSモジュール3AU、3AV、3AWの各電源端子(パワー電源端子PB)がほぼ等間隔に接続される。他方の枝部302Bには、MOSモジュール3BX、3BY、3BZの各電源端子(パワー電源端子PB)がほぼ等間隔に接続される。また、負極側バスバー303は、負極側入出力端子301を挟んで2方向に延在する2つの枝部303A、303Bを有する。これら2つの枝部303A、303Bは、正極側入出力端子300および負極側入出力端子301の中心を挟んで対称形状(線対称)を有している。一方の枝部303Aには、MOSモジュール3AU、3AV、3AWの各グランド端子(パワーグランド端子PGND)がほぼ等間隔に接続される。他方の枝部303Bには、MOSモジュール3BX、3BY、3BZの各グランド端子(パワーグランド端子PGND)がほぼ等間隔に接続される。
As shown in FIG. 7, the positive electrode
熱伝導性を向上させるために、MOSモジュール3AU等の下面とフレーム40との間の隙間に熱伝導性が良好なグリースG1(図6)を充填させることが望ましい。また、正極側バスバー302と負極側バスバー303(端子台308)は、MOSモジュール3AU等の上面に押圧された状態で接触しているため、MOSモジュール3AU等に含まれるMOSトランジスタ30、31の発熱を放熱する放熱部材としても用いられている。但し、この放熱部材としての放熱性を高めるためには、MOSモジュール3AU等や端子台308を形成するモールド樹脂の熱伝導性を高めたり、MOSモジュール3AU等と端子台308との間の隙間に熱伝導性が良好なグリースG2(図6)を充填するなどの工夫をすることが望ましい。なお、図6では、MOSモジュール3BXに対応するグリースG1、G2の充填位置をハッチングで示したが、他のMOSモジュール3AU等についても同様であり、図示は省略されている。また、必ずしもグリースG1、G2の少なくとも一方を、全てのMOSモジュール3AU等に対応させて充填する必要はなく、放熱性のばらつき等を考慮して充填対象となるMOSモジュール3AU等の数を減らすようにしてもよい。
In order to improve thermal conductivity, it is desirable to fill a gap between the lower surface of the MOS module 3AU or the like and the
フレーム40は、回転子20と固定子2を収容して保持するためのものであり、図5や図6に示すように、リア部40A、センター部40B、フロント部40Cの3つの分割部位によって構成されている。センター部40Bは、固定子を内包する筒状部材であり、図9に示すように、内部に冷却液流路41を構成する凹部41Aを有する。リア部40Aは、センター部40Bの一方の軸方向端部であるリア側(反プーリ側)を塞ぐ円盤状部材である。センター部40Bの冷却液流路41はセンター部40Bの一方の軸方向端部において開口し、この開口部の両側に気密性維持のためのOリング42が配置されており、これらのOリング42に当接するようにリア部40Aを取り付けて凹部41Aの開口面を閉塞することにより冷却液流路41が形成される。また、リア部40Aは、センター部40Bと反対側の軸方向端面に、各MOSモジュール3AU等の下面が接触した状態で電力変換器3が取り付けられている。
The
冷却液流路41は、横断面がC字形状を有しており、その一方端に対応するリア部40Aの一部に冷却液入口41B(図5、図6)が、他方端に対応するリア部40Aの一部に冷却液出口41C(図5、図6)が設けられている。これらの冷却液入口41Bおよび冷却液出口41Cのそれぞれには、冷却液用配管41D(図9)が接続されて冷却液の供給および排出が行われる。このような冷却液流路41を通して冷却液を流すことにより、フレーム40が冷却される。
The
また、図5に示す電力変換器3の上部には図示しない基板ケース80が配置されており、この基板ケース80に制御基板102が収納されている。図10および図11に示すように基板ケース80が制御基板102に収納されている。この基板ケース80は、制御基板102が搭載されるハウジング82と、シール材83を介してハウジング82の開口を覆うカバー84とを備える。なお、図10にはシール材83およびカバー84を取り付ける前の状態が示されている。
Further, a board case 80 (not shown) is disposed on the
ハウジング82は、外周部82Aよりも内径側に配置された4つの固定部82Bを有し、これら4つの固定部82Bによってフレーム40のリア部40Aに固定されている。これら4つの固定部82Bは、回転軸21に対して対称配置されている。また、それぞれの固定部82Bには、固定部材としてのネジを挿通する挿入孔82Cが形成されている。フレーム40のリア部40Aは、回転子20の回転軸21に沿ってリア側に突出した4本の取付ポスト44(図5、図6、図8)を有する。これら4本の取付ポスト44は、上述した4つの固定部82Bに対応する位置に設けられている。固定部82Bのそれぞれに形成された挿入孔82Cにネジを通して締め回すことにより、固定部82Bを取付ポスト44に締結して、基板ケース80の全体をリア部40Aに固定することができる。
The
制御基板102は、図12に示すように、基板ケース80の外形形状に沿った多角形形状(例えば八角形に近い形状)を有しており、基板ケース80(ハウジング82)の4つの固定部82Bに対応する位置(4箇所)に、外形部から貫通部としての切り欠き部80Aを有する。なお、切り欠き部80Aを設ける代わりに、固定部82Bの形状に合わせた貫通部としての貫通孔を設けるようにしてもよい。
As shown in FIG. 12, the
カバー84は、ハウジング82の外周部82Aに対してシール材83を介して蓋をするようにハウジング82に取り付けられており、4つの固定部82Bを含む制御基板102の全体を覆っている。カバー84と当接する外周部82Aの端部は、図11に示すようにV溝形状を有しており、シール面積の拡大と位置決めの容易化が図られている。なお、単にシール性を確保する場合には、V溝形状ではなく、平面形状としてもよい。
The
また、上述したハウジング82は、各固定部82Bの周囲に、制御基板102に設けられた貫通部としての切り欠き部80Aを貫通する仕切り壁82Dを有する。この仕切り壁82Dの内側には、挿入孔82Cを含む固定部82Bの全体が配置されている。また、この仕切り壁82Dの端部は、図11に示すように、シール材83を介してカバー84に当接しており、仕切り壁82Dの内部空間と制御基板102の搭載空間との間が仕切り壁82Dによって分離される。
Further, the
また、上述したハウジング82は、制御基板102に実装されたホールIC23(回転角センサ7)と、回転子20の回転軸21先端に固定された回転検出用磁石としての永久磁石22との間に配置された非磁性金属からなる薄板部材82Eがインサート成形により一体に形成されている。ハウジング82は、金属材料である薄板部材82E以外は絶縁材としての樹脂材料によって形成されている。薄板部材82Eとしては、例えば、熱伝導性が良好なアルミニウムや銅などの金属材料を用いることができる。この薄板部材82Eは、基板ケース80の外部(図11に示す例では下側)に露出している。また、この薄板部材82Eの端部は、4つの固定部82Bに埋設されている(図11)。
Further, the
ところで、薄板部材82Eは、金属材料であって良好な熱伝導性を有するため、制御基板102の一部(例えば、発熱量が多い制御回路8やHブリッジ回路5、電源回路10、ダイオード5のいずれかが搭載された領域)と当接する当接部82Fを備えることが望ましい(図13)。この当接部82Fは、薄板部材82Eの平板部分を部分的に突出させることにより形成される。なお、当接部82Fは、薄板部材82Eと一体成形する必要は必ずしもなく、薄板部材82Eとは別部材としての金属材料からなる当接部82Fをネジ止めや接着剤固定により組み合わせて用いるようにしてもよい。また、薄板部材82Eを挟んで当接部82Fと反対側に、薄板部材82Eと一体あるいは別体の放熱フィン82G(図13)を配置することにより、さらに放熱性を向上させるようにしてもよい。
Incidentally, since the
このように、本実施形態の車両用回転電機100では、制御基板102に回転角センサ7(ホールIC23)を実装することにより、回転角センサ7から引き出した信号線を基板ケース80を通して這い回す必要がなくなるため、制御基板102や基板ケース80周辺の構造を簡略化することができる。また、基板ケース80の少なくとも一部を非磁性金属の薄板部材82Eを用いて形成し、この薄板部材82Eを介して回転検出用磁石としての永久磁石22と回転角センサ7(ホールIC23)とを対向させることにより、永久磁石22と回転角センサ7(ホールIC23)との間の距離を短くすることができるため、回転検出精度の悪化を抑制することができる。さらに、薄板部材82Eとして非磁性金属を用いているため、薄板部材82Eの厚みを薄くすることができるとともに、薄くした場合であっても基板ケース80の強度を確保することが可能となる。
As described above, in the vehicular rotating
また、薄板部材82Eを基板ケース80の外部に露出させているため、基板ケース80に収納された制御基板102に実装された制御回路8等からの放熱を促すことができ、冷却性を向上させることができる。
Further, since the
また、制御基板102に当接する当接部82Fを薄板部材82Eが有している場合には、制御基板102に実装された制御回路8等で発生した熱を当接部82Fを通して基板ケース80の外部に効率よく放熱することができる。この当接部82Fを薄板部材82Eの平板部分を部分的に突出させて形成することにより、発熱量が多い制御回路8等に対応した位置に突起部を設けて薄板部材82Eの一部を当接させることができ、放熱効果をより高めることができる。
Further, when the
また、基板ケース80は、薄板部材82Eと一体に形成されるとともにフレーム4(リア部4A)に固定される絶縁材からなる固定部82Bを有している。これにより、基板ケース80に含まれる薄板部材82Eを電気絶縁状態でフレーム4に固定することが可能となる。特に、固定部82Bに金属製の薄板部材82Eを埋設することにより、固定部82Bの強度を高めることができ、フレーム4に対して基板ケース80を安定的に固定することが可能となる。
The
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、ISGとして動作する車両用回転電機100について説明したが、電動動作および発電動作のいずれかのみを行う車両用回転電機についても本発明を適用することができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, the vehicular rotating
また、上述した実施形態では、2つの固定子巻線1A、1Bと2つのMOSモジュール群3A、3Bを備えるようにしたが、一方の固定子巻線1Aと一方の整流器モジュール群3Aを備える車両用回転電機や、3つ以上の固定子巻線やMOSモジュールを備えた車両用回転電機についても本発明を適用することができる。
In the embodiment described above, the two stator windings 1A and 1B and the two
また、上述した実施形態では、正極側入出力端子300および負極側入出力端子301の中心を挟んで左右それぞれに3個ずつMOSモジュール3AU等を分散して配置したが、左右それぞれに分散配置するMOSモジュール3AU等の数を異ならせたり、左右のいずれか一方のみにMOSモジュール3AU等を配置するようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, three MOS modules 3AU and the like are distributed and arranged on the left and right sides of the centers of the positive input /
また、上述した実施形態では、ハウジング82のほぼ全体に対応するように薄板部材82Eを配置したが、ホールIC23に対応する領域のみに薄板部材82Eを配置するようにしてもよい。また、4つの固定部82Bがカバー84によって覆われる場合について説明したが、カバー84の一部に切り欠き部(あるいは孔)を設けて固定部82Bをカバー84で覆わない構造としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
上述したように、本発明によれば、制御基板に回転角センサを実装することにより、回転角センサから引き出した信号線を基板ケースを通して這い回す必要がなくなるため、制御基板や基板ケース周辺の構造を簡略化することができる。また、基板ケースの少なくとも一部を非磁性金属の薄板部材を用いて形成し、この薄板部材を介して回転検出用磁石と回転角センサとを対向させることにより、回転検出用磁石と回転角センサとの間の距離を短くすることができるため、回転検出精度の悪化を抑制することができる。さらに、薄板部材として非磁性金属を用いているため、薄板部材の厚みを薄くすることができるとともに、薄くした場合であっても基板ケースの強度を確保することが可能となる。 As described above, according to the present invention, since the rotation angle sensor is mounted on the control board, it is not necessary to crawl the signal line drawn from the rotation angle sensor through the board case. Can be simplified. In addition, at least a part of the substrate case is formed using a non-magnetic metal thin plate member, and the rotation detection magnet and the rotation angle sensor are made to face each other through the thin plate member, so that the rotation detection magnet and the rotation angle sensor are opposed to each other. Since the distance between the two can be shortened, deterioration of the rotation detection accuracy can be suppressed. Furthermore, since a nonmagnetic metal is used as the thin plate member, the thickness of the thin plate member can be reduced, and the strength of the substrate case can be ensured even when the thickness is reduced.
7 回転角センサ
8 制御回路
20 回転子
21 回転軸
22 永久磁石
23 ホールIC
80 基板ケース
82B 固定部
82F 当接部
102 制御基板
7
80
Claims (6)
前記回転子と対向配置された固定子と、
前記回転子と前記固定子を収容して保持するフレーム(4)と、
前記固定子に含まれる固定子巻線(1A、1B)に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記固定子巻線に印加する電力変換器(3)と、
前記回転検出用磁石と対向配置された回転角センサ(7、23)と前記電力変換器を制御する制御回路(8)とが実装される制御基板(102)と、
前記制御基板を収納するとともに、前記回転角センサと前記回転検出用磁石との間に配置された非磁性金属からなる薄板部材(82E)を含んで構成され、前記フレームに固定される基板ケース(80)と、
を備え、前記薄板部材は、前記制御基板に当接する当接部(82F)を有し、
前記当接部は、前記薄板部材の平板部分を部分的に突出させることにより形成されていることを特徴とする車両用回転電機。 A rotor (20) having a rotation detection magnet (22) attached to an end of the rotation shaft (21);
A stator disposed opposite to the rotor;
A frame (4) for accommodating and holding the rotor and the stator;
AC voltage induced in the stator windings (1A, 1B) included in the stator is converted into DC voltage, or DC voltage applied from the outside is converted into AC voltage and applied to the stator winding A power converter (3) to
A control board (102) on which a rotation angle sensor (7, 23) disposed opposite to the rotation detection magnet and a control circuit (8) for controlling the power converter are mounted;
A substrate case that houses the control substrate and includes a thin plate member (82E) made of a nonmagnetic metal disposed between the rotation angle sensor and the rotation detection magnet, and is fixed to the frame ( 80)
The thin plate member has a contact portion (82F) that contacts the control board,
The abutment portion, the rotary electric machine for a vehicle characterized that you have been formed by projecting the planar part of the thin plate members partially.
前記薄板部材は、前記基板ケースの外部に露出していることを特徴とする車両用回転電機。 In claim 1,
The rotating electrical machine for vehicles, wherein the thin plate member is exposed to the outside of the substrate case.
前記制御基板には、前記回転子の界磁巻線に励磁電流を供給する励磁回路であるHブリッジ回路(5)と、動作電圧を生成する電源回路(10)と、前記フレームとグランド端子との間に挿入されたダイオード(11)とが搭載されており、
前記当接部は、前記Hブリッジ回路、前記電源回路、前記ダイオードのいずれかに対向する位置に設けられていることを特徴とする車両用回転電機。 In claim 1 or 2,
The control board includes an H bridge circuit (5) that is an excitation circuit that supplies an excitation current to the field winding of the rotor, a power supply circuit (10) that generates an operating voltage, the frame and a ground terminal. And a diode (11) inserted between
The rotating electrical machine for a vehicle according to claim 1, wherein the contact portion is provided at a position facing any one of the H-bridge circuit, the power supply circuit, and the diode.
前記基板ケースは、前記薄板部材と一体に形成されるとともに前記フレームに固定される絶縁材からなる固定部(82B)を有することを特徴とする車両用回転電機。 In any one of Claims 1-3,
The vehicular rotating electrical machine according to claim 1, wherein the substrate case includes a fixing portion (82B) formed integrally with the thin plate member and made of an insulating material fixed to the frame.
前記固定部には、前記薄板部材が埋設されていることを特徴とする車両用回転電機。 In claim 4,
The rotating electrical machine for a vehicle according to claim 1, wherein the thin plate member is embedded in the fixing portion.
前記基板ケースは、前記制御基板が載置されるハウジング(82)と、前記ハウジングの開口を覆うカバー(84)とを備えることを特徴とする車両用回転電機。 In any one of Claims 1-5,
The rotating electrical machine for vehicles, wherein the substrate case includes a housing (82) on which the control substrate is placed and a cover (84) that covers an opening of the housing.
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