JP7086249B1 - 電力変換装置及びそれを用いた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズ部の溶断に起因した煙の流出、電力変換装置の焼損、外部接続用電極と周囲の部材との短絡、及び他の電気部品の損傷を抑制した電力変換装置を得ること。【解決手段】筐体部と、筐体部の内側に配置された電力用半導体素子と、筐体部の内側で電力用半導体素子の電極に接続され、筐体部から外側に突出したバスバー突出部を有するバスバーと、バスバー突出部を取り囲むケース部とを備え、バスバー突出部の突出端部に電力供給源に接続される接続端子が設けられ、バスバー突出部における接続端子よりも電力用半導体素子の側の部分に、断面積が前後の部分よりも小さくなったヒューズ部が設けられ、ケース部は、ヒューズ部が配置された部分に貫通孔を有し、貫通孔にヒューズ樹脂部材が充填されている。【選択図】図６

Description

本願は、電力変換装置及びそれを用いた回転電機に関するものである。

環境に優しい自動車として、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、またはＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）及びＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等のハイブリッド自動車が開発されている。電気自動車またはハイブリッド自動車には、駆動力源にモータが用いられている。モータを駆動するインバータ装置は、バッテリを電源として、モータに高電圧の駆動電力を供給する。また、インバータ装置には電力用半導体素子が用いられる。インバータ装置などの電力変換装置が、上述した車両に搭載されている。パワーエレクトロニクスの分野において、電力変換装置はキーデバイスとしての重要性がますます高まっている。

インバータ装置に用いられる電力用半導体素子は、他の構成部品とともに樹脂封止されている。電力変換装置において、バッテリから電力が供給された状態で、電力用半導体素子またはスナバ回路を構成する平滑コンデンサ等の電子部品が短絡故障すると、過大な短絡電流が流れる。例えば、インバータ制御回路におけるゲート駆動回路の誤動作により、インバータの上下アームが短絡すると、電力用半導体素子に過電流が流れ、短絡故障が発生する。

短絡状態でバッテリとモータ駆動回路とを繋ぐリレーを接続するか、または接続を継続すると、大電流により電力変換装置が焼損する。また、定格を超える過電流が流れることにより、モータ駆動用のインバータ装置に接続されているバッテリが損害を受けることも考えられる。こうした事態を回避するために、通常は過電流を検知するセンサを用いて、過電流が流れた場合に、電力用半導体素子のスイッチングを高速に制御して電流を遮断している。しかしながら、電力用半導体素子が短絡故障した場合でも、上述した焼損等の故障モードをより確実に防ぐことが望まれている。

具体的には、例えば、電力変換装置とバッテリとの間に過電流遮断用ヒューズを挿入すれば、モータ駆動用のインバータ装置とバッテリとの間に流れる過電流を阻止することができる。しかし、チップ型の過電流遮断用ヒューズは高価である。そのため、安価でありながら、電力用半導体素子が短絡故障した場合に、バッテリに流れ得る過電流を確実に遮断することができる過電流遮断手段が必要とされている。例えば、電力変換装置から外部に突出している外部接続用電極の一部を切除し、外部接続用電極に断面積を小さくした部分を設けてヒューズ部を形成する構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５－１７５４３９号公報

上記特許文献１においては、外部接続用電極にヒューズ部を設けているため、安価に過電流を遮断することができる。しかしながら、外部接続用電極に設けられたヒューズ部は、電力変換装置の外部に露出している。そのため、ヒューズ部が過電流により溶断する際に、電力変換装置の外部に煙が流出するという課題があった。また、溶断する際に周囲に火花が飛び散り、外気を介した燃焼反応により電力変換装置が焼損するという課題があった。また、溶断したヒューズ部の部材が周囲に飛散し、外部接続用電極と周囲の部材とが短絡するという課題があった。また、気体は熱伝導率が低いため、ヒューズ部に発生した熱が外気に放出されず、電力変換装置の内部の半導体素子などの電気部品に伝達され、電気部品を損傷するという課題があった。

そこで、本願は、ヒューズ部の溶断に起因した煙の流出、電力変換装置の焼損、外部接続用電極と周囲の部材との短絡、及び他の電気部品の損傷を抑制した電力変換装置を得ることを目的としている。

本願に開示される電力変換装置は、筐体部と、筐体部の内側に配置された電力用半導体素子と、筐体部の内側で電力用半導体素子の電極に接続され、筐体部から外側に突出したバスバー突出部を有するバスバーと、バスバー突出部を取り囲むケース部とを備え、バスバー突出部の突出端部に電力供給源に接続される接続端子が設けられ、バスバー突出部における接続端子よりも電力用半導体素子の側の部分に、断面積が前後の部分よりも小さくなったヒューズ部が設けられ、ケース部は、ヒューズ部が配置された部分に貫通孔を有し、貫通孔にヒューズ樹脂部材が充填されているものである。

本願に開示される電力変換装置によれば、筐体部から外側に突出したバスバー突出部の突出端部に電力供給源に接続される接続端子が設けられ、バスバー突出部における接続端子よりも電力用半導体素子の側の部分に、断面積が前後の部分よりも小さくなったヒューズ部が設けられ、ケース部はヒューズ部が配置された部分に貫通孔を有し、貫通孔にヒューズ樹脂部材が充填されているため、電力変換装置の筐体部の外部に設けられたヒューズ部が溶断してもヒューズ樹脂部材に溶断物が吸収されると共に、ヒューズ部で生じた熱はヒューズ樹脂部材に伝達されるので、ヒューズ部の溶断に起因した煙の流出、電力変換装置の焼損、接続端子と周囲の部材との短絡、及び他の電気部品の損傷を抑制することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置を備えた回転電機の回路を示す図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の平面図である。 実施の形態１に係る回転電機の概略を示す断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の要部を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の正極側端子とヒューズ部を示す斜視図である。 図６のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換装置の要部を示す断面図である。 図６のＡ－Ａ断面位置で切断した別の電力変換装置の要部を示す断面図である。 図６のＡ－Ａ断面位置で切断した別の電力変換装置の要部を示す断面図である。 図６のＡ－Ａ断面位置で切断した別の電力変換装置の要部を示す断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のヒューズ部を示す平面図である。 実施の形態１に係る別の電力変換装置の正極側端子とヒューズ部を示す斜視図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の要部を示す断面図である。 実施の形態２に係る別の電力変換装置の要部を示す断面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の要部を示す断面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の要部を示す平面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の要部を説明する図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の要部を示す断面図である。

以下、本願の実施の形態による電力変換装置及びそれを用いた回転電機を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位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は実施の形態１に係る電力変換装置３００を備えた回転電機１０００の回路を示す図、図２は電力変換装置３００の平面図で、カバー１３０及び制御基板１２４を取り除いて示した図、図３は電力変換装置３００の平面図で、カバー１３０を取り除いて示した図、図４は電力変換装置３００の平面図、図５は実施の形態１に係る回転電機１０００の概略を示す断面図、図６は電力変換装置３００の要部を示す斜視図で、バスバー突出部１２５ａの部分を拡大し、カバー１３０を取り除いて示した図、図７は電力変換装置３００の正極側端子１９０とヒューズ部１３６を示す斜視図、図８は図６のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換装置３００の要部を示す断面図である。図２、図３、及び図４は、ケース部１３３を取り除いて示した図である。なお、以下の説明で、単に軸方向と記載した場合は、回転電機、または回転電機本体部の軸方向を示し、径方向と記載した場合は、回転電機、または回転電機本体部の径方向を示すものとする。

＜回転電機１０００＞
回転電機１０００は、図５に示すように、電力変換装置３００と回転電機本体部２００とを備える。電力変換装置３００は、回転電機本体部２００の軸方向の他方側に並置される。電力変換装置３００と回転電機本体部２００とは一体化されている。電力変換装置３００は、回転電機本体部２００に電力を供給する。回転電機本体部２００は、内燃機関（図示せず）を駆動する電動機として動作し、或いは内燃機関により駆動されて発電する発電機として動作する。本実施の形態１による回転電機１０００は、内燃機関の始動用回転電機として構成されている。回転電機１０００は、筐体であるハウジング１０に設けられた取付部（図示せず）を車両の車体、もしくは内燃機関にボルトで強固に固定される。

＜回転電機本体部２００＞
回転電機本体部２００は、回転子軸４と、界磁巻線５を有して回転子軸４固定され、回転子軸４と一体回転する回転子６と、回転子６の径方向外側に配置された固定子３と、回転子６及び固定子３の外側を覆うハウジング１０とを備える。固定子３は、固定子鉄心３２、及び固定子鉄心３２に装着された固定子巻線３１を備える。ハウジング１０は、負荷側に設けられるブラケットであるフロントブラケット１、及び反負荷側に設けられるブラケットであるリヤブラケット２を備える。フロントブラケット１及びリヤブラケット２は、鉄などの金属材料を用いて椀状に形成される。フロントブラケット１から軸方向の一方側に突出した回転子軸４の端部に、プーリ９が装着される。回転電機本体部２００は、プーリ９とプーリ９に巻き掛けられたベルト（図示せず）とを介して内燃機関のクランク軸（図示せず）に連結される。リヤブラケット２及び車体は、固定子鉄心３２及びフロントブラケット１を介して電気的に接続される。回転電機１０００の軸方向において、フロントブラケット１が設けられた軸方向一方側をフロント側、リヤブラケット２が設けられた軸方向他方側をリヤ側とする。

回転子軸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により、ハウジング１０に回転可能に支持される。固定子鉄心３２は、フロントブラケット１のリヤ側の端部とリヤブラケット２のフロント側の端部によって軸方向の両側から挟持され、ハウジング１０に固定される。固定子３の内周面と回転子６の外周面は、予め定めたエアギャップを介して回転電機本体部２００の径方向に対向している。

回転子６は、第１の冷却ファン７３及び第２の冷却ファン７４を備える。第１の冷却ファン７３は回転子６のフロント側の端面に固定され、第２の冷却ファン７４は回転子６のリヤ側の端面に固定される。第１の冷却ファン７３及び第２の冷却ファン７４は、回転子６と共に回転する。フロントブラケット１のフロント側の壁を貫通して、冷却風を回転電機本体部２００の内部に吸入する第１の吸気口１１がフロントブラケット１に設けられる。リヤブラケット２のリヤ側の壁を貫通して、冷却風を回転電機本体部２００の内部に吸入する第２の吸気口２１がリヤブラケット２に設けられる。回転子軸４の周囲に、複数の第１の吸気口１１と第２の吸気口２１とがそれぞれ設けられる。フロントブラケット１の径方向の側面の壁を貫通して、回転電機本体部２００の内部から冷却風を外部へ排出する第１の排気口１２がフロントブラケット１に設けられる。リヤブラケット２の径方向の側面の壁を貫通して、回転電機本体部２００の内部から冷却風を外部へ排出する第２の排気口２２がリヤブラケット２に設けられる。

第１の吸気口１１と第１の排気口１２とを連通する第１の通風路Ｒ１は、フロントブラケット１のフロント側の壁のリヤ側の面と回転子６のフロント側の端面との間に形成される。第１の冷却ファン７３は、第１の通風路Ｒ１の内部に配置される。回転電機１０００の外部と第２の吸気口２１とを連通する第２の通風路Ｒ２は、電力変換装置３００とリヤブラケット２との間に形成される。第２の吸気口２１と第２の排気口２２とを連通する第３の通風路Ｒ３は、リヤブラケット２のリヤ側の壁のフロント側の面と回転子６のリヤ側の端面との間に形成される。第２の冷却ファン７４は、第３の通風路Ｒ３の内部に配置される。

第１の冷却風Ｗ１は、回転した第１の冷却ファン７３の遠心力により、フロントブラケット１の外部から第１の吸気口１１に吸入され、第１の通風路Ｒ１から第１の排気口１２を介して回転電機本体部２００の外部に排出される。第２の冷却風Ｗ２は、回転した第２の冷却ファン７４の遠心力により、回転電機１０００の外部から第２の通風路Ｒ２に吸入され、第２の吸気口２１を介して第３の通風路Ｒ３に至り、第２の排気口２２を介して回転電機本体部２００の外部に排出される。

＜電力変換装置３００＞
電力変換装置３００は、図２に示すように、固定子用電力半導体モジュール１２１、界磁用電力半導体モジュール１２０、平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、フィルタコイル１２７、及びこれらを内側に配置する筐体部１４０を備える。電力変換装置３００は、図３に示すように、固定子用電力半導体モジュール１２１及び界磁用電力半導体モジュール１２０を制御する制御基板１２４を備える。電力変換装置３００は、図４に示すように、筐体部１４０を覆う樹脂製のカバー１３０を備える。電力変換装置３００は、図５に示すように、筐体部１４０の外側に、回転子６に電力を供給するブラシ１００、及び回転子６の回転を検出する回転センサ１１０を備える。固定子用電力半導体モジュール１２１、界磁用電力半導体モジュール１２０、平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、及びフィルタコイル１２７は、パワー回路部を構成する。平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、フィルタコイル１２７、ブラシ１００、及び回転センサ１１０は、それぞれが制御部品として構成され、固定子用電力半導体モジュール１２１及び界磁用電力半導体モジュール１２０と同様に回転電機本体部２００に供給する電力を制御する。

固定子用電力半導体モジュール１２１は、図１に示すように、電力用半導体素子である上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２とを備える。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、固定子巻線３１への電力供給を制御する。界磁用電力半導体モジュール１２０は、電力用半導体素子である上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２とを備える。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、界磁巻線５への電力供給を制御する。平滑コンデンサ１２２は、固定子巻線３１に流れる電流を平滑化する。フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は、ノイズを抑制する入力フィルタとして使用される。

筐体部１４０は、有底筒状に形成され、樹脂製の側壁１３１と、金属からなる放熱部材である底壁１３２とを備える。底壁１３２は、ヒートシンクとして機能する。カバー１３０は、筐体部１４０にねじ止めなどで固定される。カバー１３０は、筐体部１４０の内部に収容された電気部品を覆うと共に、ヒューズ部１３６を覆う。なお、電力変換装置３００においてノイズの抑制を必要としない場合、フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は不要となることもある。フィルタコイル１２７は、電力変換装置３００に加わる電圧が４８Ｖ以上の場合、ノイズが過大となるため必要となる場合が多い。また、界磁巻線５及び界磁用電力半導体モジュール１２０を備える構成は大きな出力を得る場合に有効であり、大きな出力を必要としない場合は界磁巻線の代わりに磁石などを用いることもある。その際、界磁用電力半導体モジュール１２０が不要となることもある。筐体部１４０の形状は有底筒状に限るものではなく、他の形状であっても構わない。

固定子用電力半導体モジュール１２１は１個が１相分として構成される。回転電機本体部２００が３相の回転電機１０００である場合、固定子用電力半導体モジュール１２１は３個設けられ、それぞれ並列に接続される。本実施の形態では、回転電機本体部２００は３相の回転電機本体部として構成されているので、図１及び図２に示すように、固定子用電力半導体モジュール１２１は、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗから構成される。回転電機１０００の相数が増える場合、例えば６相の場合は、固定子用電力半導体モジュール１２１が６個設けられる。なお、１つの固定子用電力半導体モジュール１２１が２相分の電力半導体スイッチング素子を含む場合、固定子用電力半導体モジュール１２１は３個であり、１つの固定子用電力半導体モジュール１２１が３相分の電力半導体スイッチング素子を含む場合、固定子用電力半導体モジュール１２１は２個で構成される。

Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗは、それぞれ上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２とが直列に接続された構成である。Ｕ相電力半導体モジュール１２１ＵとＶ相電力半導体モジュール１２１ＶとＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗとで、三相ブリッジ回路が構成される。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２のそれぞれは、例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果型トランジスタ）とダイオードとが並列に接続された構成である。

Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗのそれぞれにおいて、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２とが直列に接続された部分を外部に露出させた端子は、交流端子１７５である。交流端子１７５は、接続バスバー２１１を介して回転電機本体部２００の固定子巻線３１の各相の巻線端子（図示せず）に接続される。接続バスバー２１１を内蔵した配線部材１５３は、図５に示すように、リヤブラケット２に固定される。図５では、交流端子１７５、接続バスバー２１１、及び固定子巻線３１を接続する配線部分は省略している。なお、図１では図の複雑化を避けるため、交流端子の符号１７５及び接続バスバーの符号２１１は、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの交流端子のみに付している。

また、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の信号端子１７６は、制御基板１２４に接続される。信号端子１７６は、制御基板１２４に設けられた制御回路部からの制御信号を受ける。なお、図１では、図の複雑化を避けるため、信号端子の符号１７６はＵ相電力半導体モジュール１２１Ｕにおける下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の信号端子のみに付し、信号端子１７６と制御基板１２４との接続は省略している。

固定子用電力半導体モジュール１２１の構成について説明する。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２のそれぞれは、異なる銅フレームにはんだにより接合される。銅フレーム間は、銅板及びアルミニウム線で接続され、これらは樹脂で封止される。固定子用電力半導体モジュール１２１の構成はこれに限るものではなく、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２を、絶縁被覆されたアルミニウム、銅などの金属基板もしくはセラミック基板にはんだにより接合して構成しても構わない。

固定子用電力半導体モジュール１２１は、図５に示すように、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２から発生する熱を放熱する放熱面１７７を有している。固定子用電力半導体モジュール１２１は、底壁１３２のリヤ側の面である搭載面に突出して形成された突部１４３に放熱面１７７を対向させて配置され、突部１４３と熱的に接続される。放熱面１７７に固定子用電力半導体モジュール１２１の導電性の部材が露出している場合、放熱面１７７と突部１４３との間に予め定めた距離を確保して、放熱面１７７と突部１４３の搭載面との間に絶縁性を有する伝熱材を介在させて、固定子用電力半導体モジュール１２１を底壁１３２の突部１４３に搭載する。伝熱材は、粘性及び流動性のあるグリス、ゲル、接着剤、もしくは流動性のないシート、テープなどである。放熱面１７７が、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２と絶縁されている場合、絶縁性を有した伝熱材の他に導電性の伝熱材を使用することができ、放熱面１７７と底壁１３２の搭載面との間に距離を確保しなくてもよい。

底壁１３２は、第２の通風路Ｒ２内における、突部１４３に対応したフロント側の面に、冷却機構であるフィン１４１を有する。フィン１４１を設けることで、第２の冷却風Ｗ２により固定子用電力半導体モジュール１２１を効率よく冷却することできる。また、高出力化により固定子用電力半導体モジュール１２１の発熱量が多くなる場合、底壁１３２の内部に冷媒通路を設けて、冷媒により固定子用電力半導体モジュール１２１の冷却性を向上させることもできる。これにより、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２から発生した熱を、底壁１３２に広範囲に効果的に伝熱させて上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の温度上昇を抑制することができる。

Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗの正極側端子１７３、界磁用電力半導体モジュール１２０の正極側端子１８３、フィルタコンデンサ１２６の正極側端子１９２、及び平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５は、図１に示すように、それぞれがバスバーである正極側導体１２５に接続される。電力変換装置３００の接続端子である正極側端子１９０は、正極側ケーブル５０３を介して、車両に搭載された直流電源としてのバッテリ５００の正極側端子５０１に接続される。なお、図１では図の複雑化を避けるため、正極側端子の符号１７３は、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの正極側端子のみに付している。

Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗの負極側端子１７４、界磁用電力半導体モジュール１２０の負極側端子１８４、フィルタコンデンサ１２６の負極側端子１９４、及び平滑コンデンサ１２２の負極側端子１９６は、それぞれが底壁１３２に接続される。電力変換装置３００の負極側端子１９１は、負極側ケーブル５０４を介して、車両に搭載された直流電源としてのバッテリ５００の負極側端子５０２に接続される。バッテリ５００の負極側端子５０２は、車両の接地電位である車体に接続される。底壁１３２とバッテリ５００の負極側端子５０２とを車体を介して電気的に接続することが可能な場合、負極側ケーブル５０４を省略することができる。図２に示すように、負極側端子１７４と底壁１３２とは、第１のねじ１７９で固定される。負極側端子１８４と底壁１３２とは、第２のねじ１８９で固定される。負極側端子１９６と底壁１３２とは、第３のねじ１７８で固定される。負極側端子１９４と底壁１３２とは、第４のねじ１９７で固定される。なお、図１では図の複雑化を避けるため、負極側端子の符号１７４は、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの負極側端子のみに付している。

正極側導体１２５は、底壁１３２と並行に配置される。これにより、正極側導体１２５の平面部が底壁１３２と対向する配置となるため、正極と負極が並行してインダクタンスは低減し、ノイズあるいはスイッチング損失を抑制することができる。

界磁用電力半導体モジュール１２０は、例えばＦＥＴなどの電力半導体スイッチング素子を用いてフルブリッジ回路が構成される。外部に露出させた巻線側の正極端子１８５と負極端子１８６のそれぞれが、回転子６の巻線端子（図示せず）に接続される。

平滑コンデンサ１２２は、各相に個別に設けた方がスイッチングノイズの低減に有効である。構成を簡易にするために、図２に示すように、平滑コンデンサ１２２を１つのブロックに収納して設けても構わない。各相の固定子用電力半導体モジュール１２１と平滑コンデンサ１２２との配線距離は短い方が低インダクタンス化に効果的である。そのため、平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５は各相の固定子用電力半導体モジュール１２１の正極側端子１７３の近くに配置され、平滑コンデンサ１２２の負極側端子１９６は各相の固定子用電力半導体モジュール１２１の負極側端子１７４の近くに配置される。

平滑コンデンサ１２２は、電圧変動及び電流リップルを吸収する。電流リップルが平滑コンデンサ１２２に印加されることにより、平滑コンデンサ１２２は発熱して温度が上昇する。温度上昇により平滑コンデンサ１２２は劣化するため、平滑コンデンサ１２２の寿命は短くなる。平滑コンデンサ１２２の劣化を抑制するために、平滑コンデンサ１２２は底壁１３２と熱的に接続される。なお、平滑コンデンサ１２２は、電流リップルの量及び温度上昇などを勘案して、相毎に複数個を設ける場合がある。

フィルタコイル１２７は、例えば、フィルタコア１２３に正極側導体１２５の一部分１９３を貫通させて構成される。フィルタコア１２３は、２つのＵの字型の部分で構成され、開口した側を突き合わせて設けられる。このように構成することで、正極側導体１２５を分断することなく、フィルタコア１２３を正極側導体１２５に組付けることができる。フィルタコア１２３の内側の正極側導体１２５の一部分１９３に生じる磁束をフィルタコア１２３が吸収することで、ノイズを抑制することができる。

フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は、ノイズを抑制する。通電により、フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は発熱して温度が上昇する。フィルタコンデンサ１２６は温度上昇により寿命が短くなり、フィルタコイル１２７は使用するフィルタコア１２３の温度上昇により減磁してインダクタンスが低下する。温度上昇に起因した劣化を抑制するために、フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は、底壁１３２と熱的に接続される。なお、フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は、電流、電圧、或いはノイズの抑制度合などを勘案して、複数個を設ける場合がある。

制御基板１２４には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）などの電子部品（図示せず）が実装される。制御基板１２４は、パワー回路部の電力半導体スイッチング素子をオン／オフ制御する制御回路部を備える。制御回路部は、電力半導体スイッチング素子をオン／オフ制御して、バッテリ５００の直流電力と固定子巻線３１の交流電力との間で電力変換を行なうと共に、界磁巻線５への界磁電流の制御を行う。図３に示すように、制御基板１２４が備えた正極パターン（図示せず）と正極側導体１２５に設けられたピン１８７とが接続される。制御基板１２４が備えた負極パターン（図示せず）と底壁１３２が備えた支柱１８８とが第５のねじ１９８で接続される。これらの接続により、制御に必要な電力がバッテリ５００から制御基板１２４に供給される。制御基板１２４をプリント基板で構成することで、信号端子１７６（図３において図示せず）及びピン１８７と制御基板１２４とを噴流はんだで一度に接続できるため、工数を少なくすることができる。

正極側端子１９０は、例えば、正極側導体１２５に圧入するか、底壁１３２と絶縁されたアルミ材に圧入して電力変換装置３００の正極側導体１２５に接触させることで構成される。負極側端子１９１は、例えば、底壁１３２に圧入される。本実施の形態では、図６に示すように、正極側端子１９０の部分は、正極側導体１２５の端部の位置において貫通孔として設けられる。正極側端子１９０よりも筐体部１４０の側の正極側導体１２５の部分に、ヒューズ部１３６が設けられる。筐体部１４０の外部に設けられるヒューズ部１３６の詳細については後述する。

このように構成することで、電力変換装置３００の主要な部品である、正極側端子１９０、フィルタコンデンサ１２６、固定子用電力半導体モジュール１２１、界磁用電力半導体モジュール１２０、平滑コンデンサ１２２、及び制御基板１２４のそれぞれとの接続と、フィルタコイル１２７及びヒューズ部１３６の構成を、単一の正極側導体１２５において構成することができる。また、負極側端子１９１、フィルタコンデンサ１２６、固定子用電力半導体モジュール１２１、界磁用電力半導体モジュール１２０、平滑コンデンサ１２２、及び制御基板１２４のそれぞれとの接続を、単一の底壁１３２において構成することができる。この構成により、配線を追加することなく、また、接続工数を増加させることが無いため、小型で低インダクタンスの電力変換装置３００を容易に構成することができる。

また、正極側導体１２５と、フィルタコンデンサ１２６の正極側端子１９２、固定子用電力半導体モジュール１２１の正極側端子１７３、界磁用電力半導体モジュール１２０の正極側端子１８３、及び平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５との接続を、例えばＴＩＧなどの溶接で統一して行うことで、同じ設備でこれらの接続を行うことができる。

本実施の形態では、電力変換装置３００の負極側導体として底壁１３２を使用することで、部品を削減しているが、負極側導体を独立した配線材として構成することでも、同様の効果を得ることができる。その場合、各部品と負極側導体との接続はＴＩＧなどの溶接が効果的である。また、フィルタコイル１２７を負極配線に取り付けることもできるため、フィルタ回路の構成パターンを増やすことができる。さらに、制御基板１２４との接続を噴流はんだで行えるため、ピン１８７などと同時に負極側導体を制御基板１２４に接続することができる。

電力変換装置３００は、図５に示すように、筐体部１４０の内部を封止する封止樹脂部材であるポッティング材１５０を備える。ポッティング材１５０は、筐体部１４０の内部に設けられた電気部品が埋没するように充填される。電気部品がポッティング材１５０で封止されるので、電力変換装置３００の防水性及び防塵性を向上させることができると共に、電力変換装置３００の耐震性及び伝熱性を向上させることができる。なお、発熱の大きい電気部品の周囲にのみポッティング材１５０を充填するなどの構成でもよく、筐体部１４０の内部の全てにポッティング材１５０を充填しない構成でも構わない。

ブラシ１００は、リヤブラケット２のリヤ側において、回転子軸４の周縁部の底壁１３２のフロント側に搭載される。界磁巻線５と電気的に接続された通電部（図示せず）が回転子軸４に取付けられており、ブラシ１００の摺動部が通電部と接触することで、界磁用電力半導体モジュール１２０の出力が界磁巻線５に入力される。

＜回転電機１０００の動作＞
最初に、図１を用いて回転電機１０００における電流の流れを説明する。回転電機１０００を電動機として動作させる場合と発電機として動作させる場合では、電流の流れは異なる。ここでは、回転電機１０００を電動機として動作させる場合について説明する。

回転電機本体部２００の固定子巻線３１には、次に示す経路で電流は流れる。バッテリ５００の正極側端子５０１から、正極側ケーブル５０３及び正極側端子１９０を介して電力変換装置３００に電流は流れ込み、フィルタコンデンサ１２６、フィルタコイル１２７、所定相の固定子用電力半導体モジュール１２１の上アーム電力半導体スイッチング素子１７１を介して固定子巻線３１に流れる。その後、別の相の固定子用電力半導体モジュール１２１の下アーム電力半導体スイッチング素子１７２を介して底壁１３２に流れ、負極側端子１９１及び負極側ケーブル５０４を介してバッテリ５００の負極側端子５０２に流れる。

制御基板１２４に搭載されたＣＰＵは、電流センサ（図示せず）により検出した電流値、回転センサ１１０からの回転子６の回転速度及び／又は回転子６の回転位置、及び上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の温度などの情報から、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２をオン／オフ制御する制御パターンを演算する。制御基板１２４が備えた制御回路部は、ＣＰＵの演算結果に基づいた制御信号を、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の信号端子１７６に出力する。

回転電機１０００において、バッテリ５００の直流電力が電力変換装置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。回転子６の回転に連動して、第１の冷却ファン７３及び第２の冷却ファン７４が回転する。

第１の冷却ファン７３の回転により第１の冷却風Ｗ１が生じて、固定子巻線３１のフロント側のコイルエンドが冷却される。第２の冷却ファン７４の回転により第２の冷却風Ｗ２が生じて、底壁１３２、リヤブラケット２、及び回転子６が冷却される。底壁１３２の冷却により、固定子用電力半導体モジュール１２１、界磁用電力半導体モジュール１２０、平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、フィルタコイル１２７で発生した熱が底壁１３２を介して放熱される。リヤブラケット２の冷却により、リヤ側ベアリング７２の摩擦熱と固定子３で発生した熱がリヤブラケット２を介して放熱される。回転子６の冷却により、界磁巻線５で発生した熱が回転子６を介して放熱される。これらの放熱により、回転電機１０００の各構成部材の温度上昇が抑制される。また、固定子巻線３１のリヤ側のコイルエンドは、第３の通風路Ｒ３を流通する第２の冷却風Ｗ２により冷却される。

＜ヒューズ部１３６の機能＞
正極側導体１２５がヒューズ部１３６を備えることで、固定子用電力半導体モジュール１２１に短絡電流が通電した際の、固定子用電力半導体モジュール１２１の焼損を抑制することができる。以下、具体的に説明する。

図１において、例えば、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの上アーム電力半導体スイッチング素子１７１が故障して短絡し、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの下アーム電力半導体スイッチング素子１７２が駆動して通電状態になった場合、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕに短絡電流が通電する。ヒューズ部１３６がない場合、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの電流を遮断する機能が失われるため、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕに短絡電流が通電し続けて、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕは焼損に至る。

ヒューズ部１３６は、正極側端子１９０と固定子用電力半導体モジュール１２１との間に設けられる。電力変換装置３００に短絡電流が通電すると、ヒューズ部１３６は断面積が小さいため局所的に発熱するので、融点を超えた際に溶断する。溶断すると正極側端子１９０と固定子用電力半導体モジュール１２１との間において、正極側導体１２５が物理的に切断されることで通電経路が遮断され、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕに通電される短絡電流を遮断することができる。短絡電流が遮断されるので、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの焼損を抑制することができる。

＜正極側端子１９０とヒューズ部１３６＞
正極側端子１９０とヒューズ部１３６について説明する。正極側導体１２５は、筐体部１４０の内側で電力用半導体スイッチング素子の電極に接続され、筐体部１４０から外側に突出したバスバー突出部１２５ａを有する。図７において、破線で囲まれた部分がバスバー突出部１２５ａである。電力変換装置３００は、バスバー突出部１２５ａを取り囲む樹脂製のケース部１３３を備える。側壁１３１とケース部１３３を同じ材料で一体的に形成しても構わない。

本実施の形態では、筐体部１４０は有底筒状に形成され、筐体部１４０の底壁１３２は金属からなる放熱部材であり、正極側導体１２５の部分であるバスバー突出部１２５ａは筐体部１４０の側壁１３１を貫通して側壁１３１の外側に突出する。ケース部１３３は、図６に示すように、筐体部１４０の側壁１３１の外側に配置され、底壁１３２は側壁１３１よりも外側に突出した突出部１３２ａを有する。ケース部１３３は、底壁１３２の突出部１３２ａに当接している。このように構成することで、バスバー突出部１２５ａが底壁１３２に接近するため、ヒューズ部１３６を含むバスバー突出部１２５ａを効率よく冷却することができる。電力変換装置３００が通常動作する際、断面積が小さいためヒューズ部１３６は特に発熱するので、バスバー突出部１２５ａを効率よく冷却することは重要である。しかしながら、バスバー突出部１２５ａは底壁１３２に近接しているので、底壁１３２が突出部１３２ａを有さない構成でも構わない。

バスバー突出部１２５ａの突出端部に電力供給源であるバッテリ５００に接続される正極側端子１９０が設けられ、バスバー突出部１２５ａにおける正極側端子１９０よりも電力用半導体スイッチング素子の側の部分に、断面積が前後の部分よりも小さくなったヒューズ部１３６が設けられる。ケース部１３３はヒューズ部１３６が配置された部分に貫通孔１３３ａを有し、ヒューズ部１３６は貫通孔１３３ａにおいてケース部１３３から露出している。貫通孔１３３ａにはヒューズ樹脂部材１３７が充填され、本実施の形態では、ヒューズ部１３６はヒューズ樹脂部材１３７で覆われている。図６では、ヒューズ樹脂部材１３７のハッチングは省略している。ヒューズ部１３６に短絡電流が通電してヒューズ部１３６が溶断する際、ヒューズ部１３６の溶断物が飛散し、周辺部品を損傷させる場合がある。図６に示すように、ヒューズ部１３６は電力変換装置３００の側壁１３１の外部に設けられるため、溶断物による電力変換装置３００の内部の部品の損傷を防止することができる。また、ヒューズ部１３６で生じた熱は外気ではなくヒューズ樹脂部材１３７に効率よく伝達されるので、ヒューズ部１３６で生じた熱の筐体部１４０の内部の電気部品への伝達は抑制される。

本実施の形態では、図７に示すように、バスバー突出部１２５ａは、筐体部１４０の側壁１３１を貫通して外側に延出した基部１２５ａ１と、基部１２５ａ１から側壁１３１に沿って延出したヒューズ部１３６と、ヒューズ部１３６の延出端に接続され、正極側端子１９０が設けられた接続端子部１２５ａ２とを備えている。このように構成することで、バスバー突出部１２５ａの側壁１３１から垂直な方向の大きさを小さくすることができる。そのため、電力変換装置３００を小型化することができる。また、ヒューズ部１３６の延出方向に見て、ヒューズ部１３６の両側に基部１２５ａ１と接続端子部１２５ａ２とが重複している。このように構成することで、バスバー突出部１２５ａの側壁１３１から垂直な方向の大きさをさらに小さくすることができる。バスバー突出部１２５ａの構成はこれに限るものではなく、図２に示すように、一つの方向にバスバー突出部１２５ａを延出させた構成でも構わない。

ヒューズ樹脂部材１３７は、貫通孔１３３ａにおける、ヒューズ部１３６よりも貫通孔１３３ａの一方の開口側及び他方の開口側の一方または双方に充填されている。一方の開口側または他方の開口側にヒューズ樹脂部材１３７が充填された場合、充填された側において、ヒューズ部１３６が溶断した際にヒューズ樹脂部材１３７が溶断物を吸収することができる。ヒューズ樹脂部材１３７が溶断物を吸収することで、溶断物の外部への飛散を抑制することができる。溶断物の外部への飛散が抑制されるので、正極側端子１９０と周囲の部材との短絡を抑制することができる。一方の開口側及び他方の開口側にヒューズ樹脂部材１３７が充填された場合、双方の側において、溶断物の外部への飛散を抑制することができる。また、何れかの開口側に突出部１３２ａが形成され、突出部１３２ａが形成された側にヒューズ樹脂部材１３７が充填された場合、ヒューズ部１３６はヒューズ樹脂部材１３７を介して突出部１３２ａと熱的に接続される。ヒューズ部１３６が突出部１３２ａと熱的に接続され、ヒューズ部１３６の発熱が突出部１３２ａに放熱されるため、回転電機１０００が通常動作した際のヒューズ部１３６の温度上昇を抑制することができる。

カバー１３０は、筐体部１４０を覆う部分から延出したカバー延出部１３０ａを有する。カバー延出部１３０ａは、図４に示すように、正極側端子１９０を除き、貫通孔１３３ａが設けられたケース部１３３の部分を覆っている。ヒューズ樹脂部材１３７が溶断物を吸収することで、溶断物の外部への飛散を抑制することができるものの、溶断物と共にヒューズ樹脂部材１３７が電力変換装置３００の外部に飛散する場合もある。しかし、図８に示すように、飛散した先にカバー延出部１３０ａがあるため、電力変換装置３００の外部への飛散物の飛散を抑制することができる。そのため、電力変換装置３００の外部へ飛散物を飛散させることなく、電力変換装置３００は短絡電流を遮断することができる。

正極側導体１２５及びバスバー突出部１２５ａは、例えば、銅から製造される。また、銅に限るものではなく、金、銀、アルミニウム、またはこれら及び銅などの合金から正極側導体１２５及びバスバー突出部１２５ａを製造しても構わない。正極側導体１２５及びバスバー突出部１２５ａは同一の材料から構成しても良いし、異なる材料から構成しても構わない。例えば、プレス加工、レーザ加工、またはフライス加工などの機械加工により、バスバー突出部１２５ａの一部を削ることでヒューズ部１３６は形成される。

ヒューズ樹脂部材１３７は、絶縁性が高い、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂材料からなる接着剤、グリス、ゲル、または絶縁シートから構成される。さらに、セラミック基板または金属基板などの熱抵抗が低く、かつ絶縁性を有した他の材料と、上述した樹脂材料とを組み合わせて構成しても構わない。ここでの金属基板とは、アルミ基板など金属ベースの基板に樹脂材料などの絶縁材が塗布された基板である。セラミック基板または金属基板に金属パターンでヒューズ部１３６を形成して、ヒューズ部１３６をヒューズ樹脂部材１３７で覆う構成でも構わない。ヒューズ樹脂部材１３７は絶縁性が高い材料であれば、例えば、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ～数十Ｗ／ｍＫの高熱伝導率を有する材料でも構わない。

本実施の形態では、ヒューズ樹脂部材１３７はポッティング材１５０、側壁１３１、及びケース部１３３のヤング率よりも低いヤング率を有した樹脂材である。例えば、ヒューズ樹脂部材１３７のヤング率は数十ＭＰａ（メガパスカル）のオーダー（例えば、１０ＭＰａから３０ＭＰａの間の値）とされ、例えば、ゴム材、シリコンゴム、シリコンゲルがヒューズ樹脂部材１３７に用いられる。この構成によれば、ヒューズ樹脂部材１３７の強度が低いため、ヒューズ部１３６が溶断する際に、溶断物がヒューズ樹脂部材１３７に吸収されるとともに、溶断物の一部がヒューズ樹脂部材１３７とともに貫通孔１３３ａから外部に飛散する。飛散した先にカバー延出部１３０ａがあるため、飛散物は電力変換装置３００の外部へは飛散しない。溶断物を貫通孔１３３ａから外部に飛散させることで、溶断物が貫通孔１３３ａの内部に止まらないため、短絡電流の遮断を確実に維持することができる。

また、ヒューズ樹脂部材１３７は、ヒューズ部１３６が溶断した際に生じるアーク放電を消弧する作用を有した樹脂材からなる構成としても構わない。一般に、アークは電源電圧が２０Ｖ以上の場合に発生する。電力変換装置３００おいて、バッテリ５００の電圧が２０Ｖ以上の場合、ヒューズ部１３６の溶断後にアークが発生する場合がある。アーク放電を消弧する作用を有した樹脂材をヒューズ樹脂部材１３７に用いることで、アーク放電による短絡電流の通電の継続を抑制することができる。また、ヒューズ部１３６の溶断後、速やかに電流を遮断することができる。

ヒューズ部１３６は、筐体部１４０の内部に設けられた上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２から離れた位置に配置されている。電力変換装置３００が動作する際、ヒューズ部１３６、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１、及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、それぞれが発熱してそれぞれの温度は上昇する。これらが近くに配置されている場合、それぞれの発熱により互いに熱干渉し、温度上昇が大きくなる。本実施の形態では、ヒューズ部１３６が離れた位置に配置されているため、ヒューズ部１３６の発熱が上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２に伝熱し、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の温度上昇が増大することを抑制することができる。

＜ヒューズ部１３６の変形例＞
ヒューズ部１３６及びその周囲の構成の変形例について説明する。図９は図６のＡ－Ａ断面位置で切断した別の電力変換装置３００の要部を示す断面図、図１０は図６のＡ－Ａ断面位置で切断した別の電力変換装置３００の要部を示す断面図、図１１は図６のＡ－Ａ断面位置で切断した別の電力変換装置３００の要部を示す断面図、図１２は実施の形態１に係る電力変換装置３００のヒューズ部１３６を示す平面図、図１３は実施の形態１に係る別の電力変換装置３００の正極側端子１９０とヒューズ部１３６を示す斜視図である。

図９に示した変形例では、貫通孔１３３ａの内部において、ヒューズ部１３６がカバー延出部１３０ａに近づいた位置に配置され、ヒューズ樹脂部材１３７がカバー延出部１３０ａに近い側で薄くなっている。このように構成することで、ヒューズ部１３６の溶断時に、ヒューズ樹脂部材１３７が飛散しやすくなる。ヒューズ樹脂部材１３７が飛散しやすいため、溶断物が貫通孔１３３ａの内部に止まらないので、短絡電流の遮断を確実に維持することができる。また図９とは異なり、ヒューズ部１３６がカバー延出部１３０ａから離れる構成でも構わない。ヒューズ部１３６の貫通孔１３３ａの内部における配置は自由に設定できるので、ヒューズ樹脂部材１３７の飛散量を容易にコントロールすることができる。

図１０に示した変形例では、底壁１３２の突出部１３２ａは、貫通孔１３３ａの内側に向かって突出している貫通孔内突出部１３２ａ１を有している。貫通孔内突出部１３２ａ１は、ヒューズ部１３６と接触しない範囲でヒューズ部１３６に近接して設けられる。電力変換装置３００の動作時にヒューズ部１３６は発熱するが、このように構成することで、貫通孔内突出部１３２ａ１を介してヒューズ部１３６の発熱を底壁１３２に放熱しやすくなる。そのため、回転電機１０００が通常動作した際のヒューズ部１３６の温度上昇をさらに抑制することができる。

図１１に示した変形例では、ヒューズ樹脂部材１３７が複数の異なる樹脂材からなる。貫通孔１３３ａにおける、ヒューズ部１３６よりも貫通孔１３３ａの一方の開口側に充填されたヒューズ樹脂部材１３７ａと他方の開口側に充填されたヒューズ樹脂部材１３７ｂとは粘度が異なる樹脂材である。貫通孔１３３ａの底壁１３２の突出部１３２ａの側とは反対側の開口を確実に封止するためには、貫通孔１３３ａのヒューズ部１３６と突出部１３２ａとの間を隙間なくヒューズ樹脂部材１３７で埋める必要がある。ヒューズ部１３６と突出部１３２ａとの間に設けるヒューズ樹脂部材１３７ｂの粘度がヒューズ部１３６と開口との間に設けるヒューズ樹脂部材１３７ａよりも大きい場合、ヒューズ部１３６と突出部１３２ａとの間を高粘度なヒューズ樹脂部材１３７ｂで先に埋めておき、その後低粘度のヒューズ樹脂部材１３７ａで貫通孔１３３ａを封止する。このように構成することで、貫通孔１３３ａの突出部１３２ａの側とは反対側の開口を確実に封止でき、短絡電流通電時のアーク放電による通電の継続が抑制されるので、短絡電流を確実に遮断することができる。

図１２に示した４つの変形例では、ヒューズ部１３６の形状を異なる形状に設けている。ヒューズ部１３６の形状は、前後の部分よりも断面積が小さければよく、自由に設計することができる。ヒューズ部１３６の形状を変更することにより、過電流通電時のヒューズ部１３６の溶断時間を調整することができる。ヒューズ部１３６の断面積が小さいほど、また長さが長いほど、ヒューズ部１３６の抵抗値が大きくなるので、溶断時間は短くなる。なお、ヒューズ部１３６の形状は図１２に示した４つの形状に限るものではなく、他の形状であっても構わない。

図１３に示した変形例では、バスバー突出部１２５ａの部分とバスバー突出部１２５ａを除く正極側導体１２５の部分とが別の部材で形成されている。バスバー突出部１２５ａの部分とバスバー突出部１２５ａを除く正極側導体１２５の部分とは、接続部１２５ｂで電気的に接続されている。

バスバー突出部１２５ａの部分とバスバー突出部１２５ａを除く正極側導体１２５の部分とが１つの部材から構成されている場合、正極側導体１２５の全ての部分において材質と板厚は同一となる。そのため、ヒューズ部１３６の電流遮断性能を向上するために材質または板厚を変更する場合、正極側導体１２５の全ての材質と板厚も同時に変更することになる。本変形例のように、バスバー突出部１２５ａの部分とバスバー突出部１２５ａを除く正極側導体１２５の部分とを別の部材で形成した場合、ヒューズ部１３６とバスバー突出部１２５ａを除く正極側導体１２５とを異なる材質または板厚で形成することができる。そのため、ヒューズ部１３６の電流遮断性能に合わせて、自由にヒューズ部１３６の材質または板厚を変更することができる。

接続部１２５ｂは、例えば、抵抗溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、またはアーク溶接で溶接される。溶接に限らず、接続部１２５ｂは、例えば、はんだ、またはろう付けで接合されても構わない。バスバー突出部１２５ａの部分とバスバー突出部１２５ａを除く正極側導体１２５の部分とが電気的に接続されていれば、接続の手段は問わない。接続部１２５ｂは筐体部１４０の内側に配置されてもよく、筐体部１４０の外側に配置されても構わない。

以上のように、実施の形態１による電力変換装置３００において、筐体部１４０から外側に突出したバスバー突出部１２５ａの突出端部にバッテリ５００に接続される正極側端子１９０が設けられ、バスバー突出部１２５ａにおける正極側端子１９０よりも電力用半導体スイッチング素子の側の部分に、断面積が前後の部分よりも小さくなったヒューズ部１３６が設けられ、ケース部１３３はヒューズ部１３６が配置された部分に貫通孔１３３ａを有し、貫通孔１３３ａにヒューズ樹脂部材１３７が充填されているため、電力変換装置３００の筐体部１４０の外部に設けられたヒューズ部１３６が溶断してもヒューズ樹脂部材１３７に溶断物が吸収されると共に、ヒューズ部１３６で生じた熱はヒューズ樹脂部材１３７に伝達されるので、ヒューズ部１３６の溶断に起因した煙の流出、電力変換装置３００の焼損、正極側端子１９０と周囲の部材との短絡、及び他の電気部品の損傷を抑制することができる。

バスバー突出部１２５ａが筐体部１４０の側壁１３１を貫通して外側に延出した基部１２５ａ１と、基部１２５ａ１から側壁１３１に沿って延出したヒューズ部１３６と、ヒューズ部１３６の延出端に接続され、正極側端子１９０が設けられた接続端子部１２５ａ２とを備えている場合、バスバー突出部１２５ａの側壁１３１から垂直な方向の大きさを小さくすることができ、電力変換装置３００を小型化することができる。また、ヒューズ部１３６の延出方向に見て、ヒューズ部１３６の両側に基部１２５ａ１と接続端子部１２５ａ２とが重複している場合、バスバー突出部１２５ａの側壁１３１から垂直な方向の大きさをさらに小さくすることができる。

筐体部１４０が有底筒状に形成され、筐体部１４０の底壁１３２が金属からなる放熱部材であり、正極側導体１２５の部分であるバスバー突出部１２５ａが筐体部１４０の側壁１３１を貫通して側壁１３１の外側に突出し、ケース部１３３が筐体部１４０の側壁１３１の外側に配置され、底壁１３２が側壁１３１よりも外側に突出した突出部１３２ａを有し、ケース部１３３が底壁１３２の突出部１３２ａに当接している場合、バスバー突出部１２５ａが底壁１３２に接近するため、ヒューズ部１３６を含むバスバー突出部１２５ａを効率よく冷却することができる。底壁１３２の突出部１３２ａが貫通孔１３３ａの内側に向かって突出している貫通孔内突出部１３２ａ１を有している場合、貫通孔内突出部１３２ａ１を介してヒューズ部１３６の発熱を底壁１３２に放熱しやすくなるため、回転電機１０００が通常動作した際のヒューズ部１３６の温度上昇をさらに抑制することができる。

ヒューズ樹脂部材１３７が貫通孔１３３ａにおける、ヒューズ部１３６よりも貫通孔１３３ａの一方の開口側及び他方の開口側の一方または双方に充填されている場合、充填された側において、ヒューズ部１３６が溶断した際にヒューズ樹脂部材１３７が溶断物を吸収することができるので、溶断物の外部への飛散を抑制することができる。また、何れかの開口側に突出部１３２ａが形成され、突出部１３２ａが形成された側にヒューズ樹脂部材１３７が充填された場合、ヒューズ部１３６はヒューズ樹脂部材１３７を介して突出部１３２ａと熱的に接続されるため、回転電機１０００が通常動作した際のヒューズ部１３６の温度上昇を抑制することができる。

カバー１３０が筐体部１４０を覆う部分から延出したカバー延出部１３０ａを有し、カバー延出部１３０ａが正極側端子１９０を除き、貫通孔１３３ａが設けられたケース部１３３の部分を覆っている場合、溶断物が飛散した先にカバー延出部１３０ａがあるため、飛散物が電力変換装置３００の外部へ飛散することを抑制することができる。また、バスバー突出部１２５ａの部分とバスバー突出部１２５ａを除く正極側導体１２５の部分とが別の部材で形成されている場合、ヒューズ部１３６とバスバー突出部１２５ａを除く正極側導体１２５とを異なる材質または板厚で形成することができるため、ヒューズ部１３６の電流遮断性能に合わせて、自由にヒューズ部１３６の材質または板厚を変更することができる

ヒューズ樹脂部材１３７がヒューズ部１３６の溶断時に生じるアーク放電を消弧する作用を有した樹脂材からなる場合、アーク放電による短絡電流の通電の継続を抑制することができる。また、貫通孔１３３ａにおける、ヒューズ部１３６よりも貫通孔１３３ａの一方の開口側に充填されたヒューズ樹脂部材１３７ａと他方の開口側に充填されたヒューズ樹脂部材１３７ｂとが粘度の異なる樹脂材である場合、ヒューズ部１３６と底壁１３２との間を高粘度なヒューズ樹脂部材１３７ｂで先に埋めておき、その後低粘度のヒューズ樹脂部材１３７ａで貫通孔１３３ａを封止できるため、貫通孔１３３ａの底壁１３２の側とは反対側の開口を確実に封止でき、短絡電流の通電時のアーク放電による通電の継続が抑制されるので、短絡電流を確実に遮断することができる。

筐体部１４０の内部を封止するポッティング材１５０を備えた場合、筐体部１４０の内部の電気部品がポッティング材１５０で封止されるので、電力変換装置３００の防水性及び防塵性を向上させることができると共に、電力変換装置３００の耐震性及び伝熱性を向上させることができる。また、ヒューズ樹脂部材１３７がポッティング材１５０のヤング率よりも低いヤング率を有した場合、ヒューズ樹脂部材１３７の強度が低いため、ヒューズ部１３６が溶断する際に溶断物がヒューズ樹脂部材１３７に吸収されるとともに、溶断物の一部をヒューズ樹脂部材１３７とともに貫通孔１３３ａから外部に飛散させることができる。溶断物を貫通孔１３３ａから外部に飛散させることで、溶断物が貫通孔１３３ａの内部に止まらないため、短絡電流の遮断を確実に維持することができる。

実施の形態１による回転電機１０００において、電力変換装置３００と、回転子軸４、回転子軸４と一体回転する回転子６、回転子６の径方向外側に配置された固定子３、及び回転子６及び固定子３の外側を覆うハウジング１０を設けた回転電機本体部とを備えたため、電力変換装置３００の筐体部１４０の外部に設けられたヒューズ部１３６が溶断してもヒューズ樹脂部材１３７に溶断物が吸収されると共に、ヒューズ部１３６で生じた熱はヒューズ樹脂部材１３７に伝達されるので、ヒューズ部の溶断に起因した煙の流出、電力変換装置の焼損、外部接続用電極と周囲の部材との短絡、及び他の電気部品の損傷を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置３００について説明する。図１４は実施の形態２に係る電力変換装置３００の要部を示す断面図で、図６のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で切断した図、図１５は実施の形態２に係る別の電力変換装置３００の要部を示す断面図で、図６のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で切断した図である。実施の形態２に係る電力変換装置３００は、ケース部１３３がケース側突出周壁１３３ｂを有した構成になっている。

ケース部１３３は、貫通孔１３３ａの開口部の外側部分からカバー延出部１３０ａに向かって突出し、貫通孔１３３ａの開口部の外側を取り囲むケース側突出周壁１３３ｂを有している。ヒューズ部１３６に短絡電流が通電してヒューズ部１３６が溶断した際、溶断物がケース部１３３の貫通孔１３３ａから飛散する。カバー延出部１３０ａによって電力変換装置３００の外部への溶断物の飛散は防止される。ケース側突出周壁１３３ｂを設けたことで、カバー延出部１３０ａとケース部１３３との間の隙間の部分をさらに小さくすることができる。カバー延出部１３０ａとケース部１３３との間の隙間の部分を小さくしたため、カバー延出部１３０ａに衝突した飛散物の外部への飛散をさらに抑制することができる。

図１４ではケース側突出周壁１３３ｂとカバー延出部１３０ａとの間に隙間があるが、ケース側突出周壁１３３ｂとカバー延出部１３０ａとを接触させても構わない。ケース側突出周壁１３３ｂとカバー延出部１３０ａとが接触することで、カバー延出部１３０ａに衝突した飛散物の外部への飛散をさらに抑制することができる。

カバー延出部１３０ａに衝突した飛散物の外部への飛散を抑制する構成は、図１４に示した構成に限るものではない。図１５に示すように、カバー延出部１３０ａが、カバー延出部１３０ａから突出して貫通孔１３３ａの開口部の外側を取り囲むカバー側突出周壁１３０ａ１を有している構成でも構わない。カバー延出部１３０ａとケース部１３３との間の隙間の部分を小さくできる構成であれば、ケース側突出周壁１３３ｂとカバー側突出周壁１３０ａ１の何れも設けてもよく、双方を設ける構成でも構わない。

以上のように、実施の形態２による電力変換装置３００において、ケース部１３３が貫通孔１３３ａの開口部の外側部分からカバー延出部１３０ａに向かって突出し、貫通孔１３３ａの開口部の外側を取り囲むケース側突出周壁１３３ｂを有しているため、カバー延出部１３０ａとケース部１３３との間の隙間の部分を小さくしたので、カバー延出部１３０ａに衝突した飛散物の外部への飛散をさらに抑制することができる。また、カバー延出部１３０ａがカバー延出部１３０ａから突出して貫通孔１３３ａの開口部の外側を取り囲むカバー側突出周壁１３０ａ１を有している場合、カバー延出部１３０ａとケース部１３３との間の隙間の部分を小さくしたので、カバー延出部１３０ａに衝突した飛散物の外部への飛散をさらに抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る電力変換装置３００について説明する。図１６は実施の形態３に係る電力変換装置３００の要部を示す断面図で、図６のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で切断した図、図１７は電力変換装置３００の要部を示す平面図で、ヒューズ樹脂部材１３７のハッチングを省略して示した図、貫通孔１３３ａの部分を示した図、図１８は電力変換装置３００の要部を説明する図で、短絡電流が通電してヒューズ部１３６が溶断した時のコンタ図である。実施の形態３に係る電力変換装置３００は、貫通孔１３３ａの内部が実施の形態１とは異なる構成になっている。

ヒューズ部１３６の前後の正極側導体１２５の部分が貫通孔１３３ａの内部に配置されている。ヒューズ部１３６の断面積が小さくなっている部分だけではなく、断面積の大きい正極側導体１２５の部分も貫通孔１３３ａの内部に配置されている。

図１８に示すように、ヒューズ部１３６の溶断時はヒューズ部１３６の中央付近の温度が最も上昇する。この箇所の温度が融点に到達して溶融することで、通電経路は遮断される。この際、ヒューズ部１３６全体が融点に近い温度まで上昇しており、ヒューズ部１３６の前後の正極側導体１２５の部分の温度上昇は小さい。正極側導体１２５の断面積が変化する部分において、局所的に温度勾配が形成されている。

ヒューズ部１３６のみが貫通孔１３３ａに配置されている場合、ヒューズ部１３６の溶断時にケース部１３３がヒューズ部１３６と接しているため、ヒューズ部１３６と接したケース部１３３の温度はヒューズ部１３６の融点近くまで上昇する。例えばヒューズ部１３６が銅からなる場合、銅の融点は１０８５℃である。例えばケース部１３３がＰＰＳからなる場合、ＰＰＳの温度が３００℃を超えるとＰＰＳは可燃性ガスを発生する。よって、ケース部１３３がヒューズ部１３６の融点近くまで温度上昇した場合、ケース部１３３から可燃性ガスが発生することになる。ヒューズ部１３６が溶断する際には、溶断物及び火花が発生する。ケース部１３３から発生した可燃性ガスに溶断物及び火花が接触することで可燃性ガスが引火する可能性がある。

図１７に示すように、ヒューズ部１３６の前後の正極側導体１２５の部分を貫通孔１３３ａの内部に配置した場合、ケース部１３３はヒューズ部１３６の前後の正極側導体１２５の部分と接していて、ヒューズ部１３６とは接していない。そのため、ヒューズ部１３６の溶断時にケース部１３３の温度が上昇することを抑制することができる。ケース部１３３の温度上昇が抑制されるので、ケース部１３３からの可燃性ガスの発生を防止することができる。貫通孔１３３ａの大きさは、ヒューズ部１３６の溶断時に、ケース部１３３から可燃性ガスが発生しない温度となる大きさで設けられる。

以上のように、実施の形態３による電力変換装置３００において、ヒューズ部１３６の前後の正極側導体１２５の部分が貫通孔１３３ａの内部に配置されているため、ヒューズ部１３６の溶断時にケース部１３３の温度上昇を抑制することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る電力変換装置３００について説明する。図１９は実施の形態４に係る電力変換装置３００の要部を示す断面図で、図６のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で切断した図である。実施の形態４に係る電力変換装置３００は、突出部１３２ａの構成が実施の形態１とは異なる構成になっている。

貫通孔１３３ａに当接した突出部１３２ａの部分は、ヒューズ部１３６の側とヒューズ部１３６とは反対側の外壁面の側との間を貫通する底壁貫通孔１３２ａ２を有している。底壁貫通孔１３２ａ２を設けたことで、ヒューズ部１３６に短絡電流が通電してヒューズ部１３６が溶断する際、溶断物をカバー延出部１３０ａの側だけでなく、底壁貫通孔１３２ａ２からも外部へ飛散させることができる。このように構成することで、溶断物をヒューズ部１３６の周辺から外部へより確実に排出することができ、溶断後に溶断物によって通電経路が形成されることを防止できる。また、底壁貫通孔１３２ａ２の内部にヒューズ樹脂部材１３７を充填しても構わない。なお、底壁貫通孔１３２ａ２のフロント側にはカバーは設けられていないが、回転電機本体部２００が設けられているため、飛散物が電力変換装置３００の外部へ飛散することを抑制することができる。

以上のように、実施の形態４による電力変換装置３００において、貫通孔１３３ａに当接した突出部１３２ａの部分がヒューズ部１３６の側とヒューズ部１３６とは反対側の外壁面の側との間を貫通する底壁貫通孔１３２ａ２を有しているため、溶断物を底壁貫通孔１３２ａ２から外部へ飛散させることができるので、溶断物をヒューズ部１３６の周辺から外部へより確実に排出することができ、ヒューズ部１３６の溶断後に溶断物によって通電経路が形成されることを防止することができる。

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書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。

１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、３ 固定子、４ 回転子軸、５ 界磁巻線、６ 回転子、９ プーリ、１０ ハウジング、１１ 第１の吸気口、１２ 第１の排気口、２１ 第２の吸気口、２２ 第２の排気口、３１ 固定子巻線、３２ 固定子鉄心、７１ フロント側ベアリング、７２ リヤ側ベアリング、７３ 第１の冷却ファン、７４ 第２の冷却ファン、１００ ブラシ、１１０ 回転センサ、１２０ 界磁用電力半導体モジュール、１２１ 固定子用電力半導体モジュール、１２１Ｕ Ｕ相電力半導体モジュール、１２１Ｖ Ｖ相電力半導体モジュール、１２１Ｗ Ｗ相電力半導体モジュール、１２２ 平滑コンデンサ、１２３ フィルタコア、１２４ 制御基板、１２５ 正極側導体、１２５ａ バスバー突出部、１２５ａ１ 基部、１２５ａ２ 接続端子部、１２５ｂ 接続部、１２６ フィルタコンデンサ、１２７ フィルタコイル、１３０ カバー、１３０ａ カバー延出部、１３０ａ１ カバー側突出周壁、１３１ 側壁、１３２ 底壁、１３２ａ 突出部、１３２ａ１ 貫通孔内突出部、１３２ａ２ 底壁貫通孔、１３３ ケース部、１３３ａ 貫通孔、１３３ｂ ケース側突出周壁、１３６ ヒューズ部、１３７ ヒューズ樹脂部材、１４０ 筐体部、１４１ フィン、１４３ 突部、１５０ ポッティング材、１５３ 配線部材、１７１ 上アーム電力半導体スイッチング素子、１７２ 下アーム電力半導体スイッチング素子、１７３ 正極側端子、１７４ 負極側端子、１７５ 交流端子、１７６ 信号端子、１７７ 放熱面、１７８ 第３のねじ、１７９ 第１のねじ、１８３ 正極側端子、１８４ 負極側端子、１８９ 第２のねじ、１９０ 正極側端子、１９１ 負極側端子、１９２ 正極側端子、１９３ 一部分、１９４ 負極側端子、１９５ 正極側端子、１９６ 負極側端子、１９７ 第４のねじ、１９８ 第５のねじ、２００ 回転電機本体部、２１１ 接続バスバー、３００ 電力変換装置、５００ バッテリ、５０１ 正極側端子、５０２ 負極側端子、５０３ 正極側ケーブル、５０４ 負極側ケーブル、１０００ 回転電機、Ｒ１ 第１の通風路、Ｒ２ 第２の通風路、Ｒ３ 第３の通風路、Ｗ１ 第１の冷却風、Ｗ２ 第２の冷却風

Claims (17)

1. 筐体部と、
   前記筐体部の内側に配置された電力用半導体素子と、
   前記筐体部の内側で前記電力用半導体素子の電極に接続され、前記筐体部から外側に突出したバスバー突出部を有するバスバーと、
   前記バスバー突出部を取り囲むケース部と、を備え、
   前記バスバー突出部の突出端部に電力供給源に接続される接続端子が設けられ、前記バスバー突出部における前記接続端子よりも前記電力用半導体素子の側の部分に、断面積が前後の部分よりも小さくなったヒューズ部が設けられ、
   前記ケース部は、前記ヒューズ部が配置された部分に貫通孔を有し、前記貫通孔にヒューズ樹脂部材が充填されている電力変換装置。
2. 前記バスバー突出部は、前記筐体部の壁を貫通して外側に延出した基部と、前記基部から前記壁に沿って延出した前記ヒューズ部と、前記ヒューズ部の延出端に接続され、前記接続端子が設けられた接続端子部と、を備えている請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記ヒューズ部の延出方向に見て、前記ヒューズ部の両側に前記基部と前記接続端子部とが重複している請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記筐体部は、有底筒状に形成され、前記筐体部の底壁は、金属からなる放熱部材であり、
   前記バスバーは、前記筐体部の側壁を貫通し、前記側壁の外側に突出し、
   前記ケース部は、前記筐体部の前記側壁の外側に配置され、
   前記底壁は、前記側壁よりも外側に突出し、前記ケース部は、前記底壁の突出部に当接している請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記貫通孔に当接した前記突出部の部分は、前記ヒューズ部の側と前記ヒューズ部とは反対側の外壁面の側との間を貫通する底壁貫通孔を有している請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記底壁の前記突出部は、前記貫通孔の内側に向かって突出している貫通孔内突出部を有している請求項４に記載の電力変換装置。
7. 前記ヒューズ樹脂部材は、前記貫通孔における、前記ヒューズ部よりも前記貫通孔の一方の開口側及び他方の開口側の一方または双方に充填されている請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記筐体部を覆うカバーを備え、
   前記カバーは、前記筐体部を覆う部分から延出したカバー延出部を有し、
   前記カバー延出部は、前記接続端子を除き、前記貫通孔が設けられた前記ケース部の部分を覆っている請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記カバー延出部は、前記カバー延出部から突出し、前記貫通孔の開口部の外側を取り囲むカバー側突出周壁を有している請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記ケース部は、前記貫通孔の開口部の外側部分から前記カバー延出部に向かって突出し、前記貫通孔の開口部の外側を取り囲むケース側突出周壁を有している請求項８に記載の電力変換装置。
11. 前記ヒューズ部の前後の前記バスバーの部分が前記貫通孔の内部に配置されている請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記バスバー突出部の部分と前記バスバー突出部を除く前記バスバーの部分とが別の部材で形成されている請求項１から１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
13. 前記ヒューズ樹脂部材は、アーク放電を消弧する樹脂材からなる請求項１から１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
14. 前記ヒューズ樹脂部材は、複数の異なる樹脂材からなる請求項１から１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
15. 前記筐体部の内部を封止する封止樹脂部材を備えた請求項１から１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
16. 前記ヒューズ樹脂部材は、前記封止樹脂部材のヤング率よりも低いヤング率を有した樹脂材からなる請求項１５に記載の電力変換装置。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
    回転子軸、前記回転子軸と一体回転する回転子、前記回転子の径方向外側に配置された固定子、及び前記回転子及び前記固定子の外側を覆うハウジングを設けた回転電機本体部と、を備えた回転電機。

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