JP6937870B1 - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
パワーモジュールの制御時に発生するスイッチングノイズに対してパワーモジュール近傍にあるコンデンサは有効であるが、バッテリと回転電機間のハーネスに発生する入力ノイズ、他の部品から影響を受けるノイズに対して従来のコンデンサ配置ではコンデンサからの距離、電気配線によってこのノイズに対して必ずしも有効ではなく、ノイズが発生した際に電子制御が不安定になるという問題があった。
回転子及び固定子を収容するフロントブラケット及びリヤブラケットを有するモータ部と、円弧状のヒートシンク、前記ヒートシンクに間隔を置いて配置されたパワーモジュール、前記パワーモジュールの制御を行う制御モジュール、及び前記パワーモジュールに接続され、ノイズフィルタ回路を形成するコイルアセンブリ及びコンデンサアセンブリを含み、前記モータ部への電力の供給を制御する制御装置とを備え、
前記ヒートシンクが前記リヤブラケットと対向するように同軸的に一体に配置された制御装置一体型回転電機において、
外部のDC電源と接続されるB端子ボルトが前記ヒートシンクを前記モータ部の軸方向に貫通して設けられ、
前記コンデンサアセンブリは、複数のコンデンサと、これらのコンデンサに接続されたB電位ターミナルとGNDターミナルを有し、前記ヒートシンクと前記リヤブラケットとの間の軸方向空間に配置されると共に、前記B電位ターミナルが前記B端子ボルトの前記ヒートシンク側に接続されている。
図1〜図9に基づき実施の形態1を説明する。
図1は、実施の形態1に係る制御装置一体型回転電機を示す断面図で、制御装置一体型回転電機1は、モータ部1Aと、その回転軸方向に一体的に配置された制御装置1Bとで構成されている。
図2は、実施の形態1に係る制御装置一体型回転電機の主回路を示す概略回路図で、主に制御装置のパワーモジュール回路と、パワーモジュール回路の電源側入出力端に接続されたノイズフィルタ回路を示しており、その他の回路構成は図示していないが特許文献1における図2の回路と基本的に同じである。
モータ部1Aは、界磁巻線2aが巻かれた回転子2、三相固定子巻線3aが巻かれた固定子3、回転子2及び固定子3を収容するフロントブラケット4とリヤブラケット5、回転子2の回転状態を検出する磁極位置検出センサー6を有している。
制御装置1Bは、電力を供給するためのパワーモジュール回路を形成する複数のパワーモジュール9、界磁モジュール10、これらの電子モジュールを制御する制御モジュール17を含んでいる。
回転子2は、両端部が軸受7,8を介してフロントブラケット4とリヤブラケット5に回転自在に支持された回転軸11を備える。
回転軸11の一端部は、フロントブラケット4より突出して、その先端部に図示しない内燃機関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、ベルトを介して内燃機関と接続されている。
回転子2の界磁巻線2aに界磁電流を供給するためのスリップリング13を持ち、スリップリングはリヤブラケット5よりリヤ側に突き出ている。
界磁巻線2aに通電するためのスリップリング13を摺設するブラシ16がブラシホルダ16aに保持されて設けられている。
回転子2の界磁鉄心の端面には冷却風を発生させるためのファン21a,21bが取り付けられている。
磁極位置検出センサー6は、リヤブラケット5の外側でスリップリング13と軸受8の間に回転軸11と同軸的に配置されて、回転軸11即ち回転子2の磁極位置を検出する。
磁極位置検出センサー6は、センサーステータ6aとセンサーロータ6bより構成され、前記センサーステータ6aの内側に鉄心のみのセンサーロータ6bが回転自在に設けられている。
制御装置1Bは、モータ部1Aの駆動時における三相固定子巻線3aへの電力供給及びモータ部1Aの発電時における三相固定子巻線3aの出力電圧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10と、パワーモジュール9、界磁モジュール10が搭載できるヒートシンク31と、各モジュールの電力系の端子と接続されるターミナルを備えた制御装置ケース14と、パワーモジュール9、界磁モジュール10を制御するための制御回路が構成された制御モジュール17で構成される。
磁極位置検出センサー6のセンサーステータ6aはヒートシンク31に装着され、信号配線は制御モジュール17に接続される。
パワーモジュール9、界磁モジュール10は、スイッチング素子等を配線用のリードフレームに搭載し、全体を樹脂成形した構造としている。
パワーモジュール9、界磁モジュール10及び制御モジュール17は制御装置ケース14に内包されており、ヒートシンク31に制御装置ケース14を貼付けることで制御装置1Bが構成されている。
ヒートシンク31は回転軸周辺が中空となった略円弧状であり、制御装置ケース14も回転軸周辺が中空となるように構成されている。
即ち、制御装置1Bの回転軸周辺が中空となるように構成され、制御装置1Bの中空部にブラシホルダ16a及び磁極位置検出センサー6が配置されている。
図5において、コネクティングボード18には、固定子口出し線3bとパワーモジュール9を接続するためのターミナル19がインサート成形されている。
コネクティングボード18はリヤブラケット5のリヤ側に図示しないネジで固定されている。
固定子口出し線3bはリヤブラケット5を貫通して、コネクティングボード18にインサート成形されたターミナル19に接続部19aにおいて溶接で接続される。
その後、モータ部1Aのリヤブラケット5のリヤ側に制御装置1Bが装着される。
接続部19aの逆端部19bに、制御装置ケース14にインサート成形されたターミナル14aがネジで固定接続される。
制御装置ケース14にインサート成形されたターミナル14aとパワーモジュール9のAC端子9aは溶接等で接合される。
各パワーモジュール9のGND端子9bはヒートシンク31にネジで固定接続され、ヒートシンク31がアースになる(図3参照)。
各パワーモジュール9の信号端子9cは、制御モジュール17に接続され、各パワーモジュール9のB端子9dはBラインターミナル32bを介してコイルアセンブリ22と接続される(図3参照)。
制御装置1Bの装着組立後、絶縁性の充填材23で制御装置ケース14を保護し、制御装置1Bの中央の回転軸11が通る空間に、ブラシホルダ16aが配置され、制御装置1Bに固定される。その後、リヤカバー15が装着される(図1参照)。
図6において、外部のバッテリ等のDC電源は、制御装置ケース14の外周部に位置するヒートシンク31をモータ部1Aの軸方向に貫通して設けられたB端子ボルト20に接続される。
B端子ボルト20は、制御装置ケース14に設けられたプレート25に圧入され、外部に突設され、外部のDC電源に接続されるB端子固定用ネジ部20aと、ヒートシンク31側に形成され、コイルアセンブリ22及びコンデンサアセンブリ24と接続される外部端子接続ネジ部20bとを有している。
外部端子接続ネジ部20bはB端子固定用ネジ部20aのネジ径以下で、主にM8からM10程度のネジで構成される。
このB端子ボルト20の外部端子接続ネジ部20bにコンデンサアセンブリ24が接続されると共に、プレート25と電気接触するBラインターミナル32aにコイルアセンブリ22が接続され、コイルアセンブリ22はBラインターミナル32bを介してパワーモジュール9と接続される(図7参照)。
コイルアセンブリ22とBラインターミナル32a,32bは、それぞれ溶接等により接続されている。
また外部端子接続ネジ部20bとしてM8からM10程度のネジを用いた場合、これに接続される外部端子がM8かM10程度と制約があるため、この固定用トルクを下回るトルクでヒートシンク側の部品を取り付けることができ、部品取り付け時における外部端子接続ネジ部20bへの悪影響を抑えることができる。
このようにヒートシンク31より高い絶縁壁14bを設けることによりB端子固定用ネジ部20a近傍が被水した場合でも電蝕反応などが起こりにくく、電気信頼性を向上させることができる。
コイルアセンブリ22は、中心に形成された貫通穴が並行するように配置された一対のロ字型コア22a1,22a2と、コ字状を有し、対向する一辺がコア22a1,22a2の貫通穴にそれぞれ挿通されたコ字型ターミナル22bとを含んでいる。
各コア22a1,22a2は主に鉄ダストで構成され、ターミナル22bと一定の距離を保持するための樹脂製ガイド部品22cを介してターミナル22bとコア22a1,22a2、固定用ブッシュ22dが挿入され、コイルケース22fに一体成型されている。
一体化成形されたコイルアセンブリ22は、ヒートシンク31とリヤブラケット5との間の軸方向空間に配置され、かつヒートシンク31に設けられたヒートシンク穴部31aを貫通した状態で制御装置ケース14にインサート成形されると共に、B端子ボルト20とコンデンサアセンブリ24と接続される(図1参照)。
制御装置ケース14へのインサート成型時、コイルアセンブリ22はロ字型コア22a1,22a2の開口部が天地方向に開く方向で配置され、制御装置ケース14においてコイルアセンブリ22が一部突出した形で構成され、ヒートシンク31側に配置された固定用ブッシュ取り付け部に取り付けられている。
コンデンサアセンブリ24は、容量の異なる2組のコンデンサ26a,26bを有すると共に、それぞれのコンデンサ26a,26bに対応して2つのB電位ターミナル24a,24bと、接地電位に接続される2つのGNDターミナル24c,24dを有し、ほぼ全体を射出成形により成型された樹脂カバー24fで覆われている。
そして、2つのB電位ターミナル24a,24bは、それぞれB端子ボルト20の外部端子接続ネジ部20b、コイルアセンブリ22の固定用ブッシュ22dにネジ等で接続され、2つのGNDターミナル24c,24dは、それぞれヒートシンク31,リヤブラケット5の所定箇所にネジ等で接続され、電位の異なるGNDターミナルを構成している。
このようにそれぞれのコンデンサ26a,26bは、それぞれB電位ターミナル24aとGND電位ターミナル24c間、B電位ターミナル24bとGNDターミナル24d間に電気接続されている。
即ち、コンデンサアセンブリ24は、2箇所のB電位接続部と2箇所のGND電位接続部にネジ等で固定され、ヒートシンク31とリヤブラケット5の軸方向空間に配置され、コイルアセンブリ22と共に、パワーモジュール9の電源側入出力端に図2に示すようなノイズフィルタ回路を形成している。
コンデンサアセンブリはB端子ボルトからの距離とB電位ターミナル、GNDターミナルの配置によりノイズ除去に必要な容量が決まり、B端子ボルトまでの距離が近い方がノイズにより効果のあるコンデンサを使うことができるため、複数の電位の異なる箇所に介在するコンデンサを一つのアセンブリ構成にすることで不要なサイズ拡大を防ぎ、製品信頼性の向上と部品サイズ低減を図ることができる。
このように構成すれば、GNDターミナル24dはリヤブラケット5との接続部となるが、これを内包するコンデンサアセンブリ24は制御装置1Bに組み立てられた後、モータ部1Aと組み立てられ、GNDターミナル24dの高さが制御装置1Bでの組み立て時の集積公差とモータ部1Aとの組み立て時の集積公差が重なる部分であるため、例えば曲げ無し加工とした場合、その高さが組付け部品毎に安定しなくなるが、曲げ加工を入れることでダンパー機能を持ち、かつ集積公差が重なることにより安定しない高さの組付け誤差も吸収することができ、組立性と電気信頼性を向上させることができる。
因みに、本実施の形態1のようにパワーモジュールの電源側入出力端にノイズフィルタ回路を設置した場合、発明者らのテストでは、ノイズが5〜10db程度低減できる結果が得られている。
また、コア素子に限らず、通常のスプリング型インダクタを用いても良く、ノイズ低減用として機能するインダクタンス素子であれば適用可能である。
更に、上記実施の形態では、コンデンサアセンブリ24として、2組の容量が異なるコンデンサを用いた例を示したが、これに限らず、ノイズ低減用として機能するものであれば、2組以上の複数のコンデンサであっても、また全て同一容量のものであっても良い。
図10は実施の形態2におけるコンデンサアセンブリを示す図で、同図(a)は外観斜視図、(b)は内部構造を示す要部斜視図である。
図10(a)において、コンデンサアセンブリ24の固定部において、B電位ターミナル24bとGND電位ターミナル24cのネジ固定部に凸形状となるようにバーリング形状部27a,27bを設けると共に、その接続先であるコイルアセンブリ22及びヒートシンク31の特定箇所には、それぞれバーリング形状部27a,27bの逃がし部(図示せず)を設けることにより、コンデンサアセンブリ24の設置時にバーリング形状部27a,27bがそれぞれコイルアセンブリ22の固定用ブッシュ22dとヒートシンク31に嵌る位置決め機構を構成している。
その場合、保持ピン穴が露出するため、例えば製品が被水した場合にヒートシンクと保持ピン穴部に滞水すると電蝕反応が起こり、ターミナルが腐食し、電気特性信頼性の低下を招く恐れがあるが、外周部の保持ピン穴を設けない構成にすることが求められる。
実施の形態2においては、図10(b)に示すように、コンデンサアセンブリ24は、B電位ターミナル24a,24bの曲げ部近傍、距離の長い箇所などに射出成形時の保持用となる2mmから5mm程度の間隔で複数個の貫通穴28aが設けられている。
このように構成すれば、コンデンサアセンブリの射出成形時の射出圧力を分散し製品外周部にターミナルを保持するための保持ピンを設けずにターミナルの変形を抑制できるため、電蝕反応に強く電気信頼性の高い製品を得ることができる。
図11は実施の形態3に係るコンデンサアセンブリを示す図で、同図(a)は平面図、(b)はコンデンサケースの一部を除いた外観斜視図、(c)は内部構造を示す斜視図である。
図11において、コンデンサアセンブリ24のB電位ターミナル24aは、樹脂成型される内部の一部に接続端部の幅に対して約半分の幅となる切り欠き28bが形成され、接続端部近傍は切り欠きをなくしターミナル本来の幅にしたターミナル形状を有している。
また、この切り欠き28bはターミナルの接続端部の幅の半分程度の大きさであるが、幅方向のセンターに対して片側に偏らせた形状になされている。
図12は、実施の形態4に係るコイルアセンブリと制御装置ケースとの組立関係を示す図で、同図(a)はコイルアセンブリを制御装置ケースに取り付けた状態を示す部分斜視図、(b)はコイルアセンブリの斜視図で、図13はコイルアセンブリの断面図である。
図12(a)において、コイルアセンブリ22は、ヒートシンク31とリヤブラケット5との軸方向空間に配置され、ヒートシンク31を貫通して制御装置ケース14と一体成型されている。
そして、コイルアセンブリ22を制御装置ケース14に一体成型する際、制御装置ケース14とコイルアセンブリ22の相対位置を決めるために成形時の位置決めとなるピンを成形金型に設けており、制御装置ケース14の位置決めピン14cとコイルアセンブリ22の位置決め穴22gは金型で保持され成形される。
コイルアセンブリ22の制御装置ケース14との位置決め穴22gは、図13に示すように固定用ブッシュ22dに設けられたヒートシンク31側のネジ部22eと同軸上にあり、位置関係が一定公差内であるように設定されている。
この場合、一定公差内である値としては、同軸度0.2mm以下程度が望ましい。
図14は、実施の形態5におけるコイルアセンブリを示す図で、(a)は側面図、(b)は底面図である。
コイルアセンブリ22は、コイルケース22fのコア22a1,22a2に対向する内周側に、複数のコア位置決め用突部29がコア22a1,22a2の長手方向に形成されている。
それらの突部29はコイルケース22fの内壁とコア22a1,22a2との間に0.3mm以下のクリヤランスを形成するように構成されており、またコア側にはR形状部29aを有している。
これに対し、実施の形態5のように、コイルアセンブリ22がコイルケース22fのコア22a1,22a2に対向する内周側に、複数のコア位置決め用突部29を有するように構成することにより、コア外形寸法に対して0.3mm以下のクリヤランスを設けることができ、樹脂圧がかかった場合でも突部にコアが接触し保持されることでコア破損を防ぐことができる。
また、突部のコア側にエッジがあると、コアを傷つける恐れがあったり、あるいは成形後に熱応力がかかった際、エッジ部に応力が集中しやすく、エッジを起点に樹脂クラックなどが発生する恐れがあるが、突部29のコア側にR形状部29aを形成すれば、応力集中を拡散し、クラックを防ぐことができる
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (13)
- 回転子及び固定子を収容するフロントブラケット及びリヤブラケットを有するモータ部と、円弧状のヒートシンク、前記ヒートシンクに間隔を置いて配置されたパワーモジュール、前記パワーモジュールの制御を行う制御モジュール、及び前記パワーモジュールに接続され、ノイズフィルタ回路を形成するコイルアセンブリ及びコンデンサアセンブリを含み、前記モータ部への電力の供給を制御する制御装置とを備え、
前記ヒートシンクが前記リヤブラケットと対向するように同軸的に一体に配置された制御装置一体型回転電機において、
外部のDC電源と接続されるB端子ボルトが前記ヒートシンクを前記モータ部の軸方向に貫通して設けられ、
前記コンデンサアセンブリは、複数のコンデンサと、これらのコンデンサに接続されたB電位ターミナルとGNDターミナルを有し、前記ヒートシンクと前記リヤブラケットとの間の軸方向空間に配置されると共に、前記B電位ターミナルが前記B端子ボルトの前記ヒートシンク側に接続されている
ことを特徴とする制御装置一体型回転電機。 - 前記コイルアセンブリは、前記ヒートシンクと前記リヤブラケットとの軸方向空間に配置され、かつ前記ヒートシンクを貫通して前記制御装置を収容する制御装置ケースと一体成型されると共に、前記B端子ボルトと前記コンデンサアセンブリの前記B電位ターミナルと接続されている
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。 - 前記B端子ボルトは、前記制御装置ケースの外周部に配置されると共に、外部に突設され外部のDC電源と接続されるB端子固定用ネジ部と、前記ヒートシンク側に形成され、前記コンデンサアセンブリの前記B電位ターミナルと接続される外部端子接続ネジ部とを有する
ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記B端子ボルトは、前記外部端子接続ネジ部が前記B端子固定用ネジ部のネジ径以下である
ことを特徴とする請求項3に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コンデンサアセンブリは、少なくとも2組のコンデンサを含み、各組のコンデンサが異なるB電位ターミナルを介して前記外部端子接続ネジ部と前記コイルアセンブリに接続されると共に、異なるGNDターミナルを介して前記ヒートシンクと前記リヤブラケットに接続されている
ことを特徴とする請求項3または4に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コンデンサアセンブリは、前記B電位ターミナルが前記制御装置ケースの前記ヒートシンク側に突設された絶縁壁部を越えて前記外部端子接続ネジ部に接続されている
ことを特徴とする請求項5に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コンデンサアセンブリの前記リヤブラケット側に取り付けられる前記GNDターミナルは階段状に2回以上曲げ加工された段部を有する
ことを特徴とする請求項5または6に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コイルアセンブリは、中心に形成された貫通穴が並行するように配置された一対のコアと、コ字状を有し、対向する一辺が前記一対のコアの貫通穴にそれぞれ挿通されたコ字型ターミナルと、前記コ字型ターミナルと一体に形成され、前記ヒートシンクに取り付けられる固定用ブッシュと、前記一対のコアを固定すると共に、前記コ字型ターミナルと前記一対のコア、前記固定用ブッシュとの間に一定の距離を保持するための樹脂製ガイド部材を含み、前記一対のコア、コ字型ターミナル、固定用ブッシュ、及び樹脂製ガイド部材がコイルケース内に一体成型されている
ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コンデンサアセンブリは、前記B電位ターミナル及び前記GNDターミナルのネジ固定部に、前記ヒートシンクと前記コイルアセンブリの特定箇所にそれぞれ嵌合され、位置決め機構を構成するバーリング形状部を有する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コンデンサアセンブリは、前記B電位ターミナルの一部に、射出成形時の保持用となる複数の貫通穴が形成されている
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コンデンサアセンブリは、前記B電位ターミナルの接続部を除く幅方向の一部に、前記B電位ターミナルの幅方向の片方に、前記B電位ターミナルの幅の半分程度の大きさを有する切り欠きが形成されている
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コイルアセンブリは、前記固定用ブッシュに前記制御装置ケースとの位置決め部を有し、前記制御装置ケースとの位置関係が一定公差内に設定されている
ことを特徴とする請求項8に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コイルアセンブリは、前記コイルケース内の前記コアに対向する内周側に、複数のコア位置決め用突部を有することを特徴とする
ことを特徴とする請求項8または12に記載の制御装置一体型回転電機。
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