JPWO2012081068A1 - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換回路の複数のパワーモジュールに加わる電位差を低減し、通電電流のバラつきを低減することとともに、電力入出力用端子やターミナル等の強度を向上させる。【解決手段】この発明の制御装置一体型回転電機は、電力変換回路を構成する複数のパワーモジュールを搭載するヒートシンクと、直流電源に電気的に接続されるバスバーに固定され直流電源とバスバーとに電気的に接続される電力入出力導体と、ヒートシンクに固定されバスバーと複数のパワーモジュールとに電気的に接続されるターミナルを備えた絶縁物製のケースとを備え、バスバーは、一箇所の電気的接続部と、この電気的接続部以外の少なくとも一箇所の機械的接続部とを備え、一箇所の電気的接続部によりターミナルに電気的に接続され、前記少なくとも一箇所の機械的接続部により絶縁物を介してヒートシンクまたはブラケットに機械的に接続されるようにした。

Description

この発明は、回転電機とこの回転電機を制御する制御装置とが一体に構成された制御装置一体型回転電機に関するものである。

自動車等の車両に搭載される制御装置一体型回転電機は、回転電機の電機子巻線と回転電機の外部に設けられたバッテリとの間で電力変換を行なう電力変換回路を備える。この電力変換回路は、通常、半導体からなるスイッチング素子を内蔵した複数のパワーモジュールを備え、これ等のスイッチング素子のゲートに加えるゲート信号の制御により、インバータ、或いはコンバータとして動作する。回転電機を電動機として動作させるときは、電力変換回路をインバータとして動作させ、バッテリの直流電力をインバータにより交流電力に変換して回転電機の電機子巻線に供給する。一方、回転電機を発電機として動作させるときは、電力変換回路をコンバータとして動作させ、回転電機の電機子巻線に誘起された交流電力をコンバータにより直流電力に変換してバッテリに供給する。

このように構成された制御装置一体型回転電機において、回転電機の電機子巻線の電力入出力用端子と電力変換回路を構成するパワーモジュールの交流側端子である電力入出力用端子との間、及びパワーモジュールの直流側端子を構成する電力入出力用端子と外部のバッテリの端子との間は、それぞれターミナルを用いて相互に接続される（例えば、特許文献１参照）。

特表２００８−５４３２６１号公報

特許文献１に示されたような従来の車両用回転電機においては、スイッチング素子が内臓されたパワーモジュールに電力を入出力するための電気的接続箇所が複数存在するため、これらの電気的接続箇所における接触電圧ドロップや接続部の抵抗のバラつきにより、各パワーモジュールに加わる電位に差が生じ、各パワーモジュールに流れる通電電流にバラツキが生じることがあった。

また、前述の従来の車両用回転電機において、電力入出力用端子の固定は、１箇所で行なわれ、そのため電力入出力端子は片持ち支持され、電力入出力用端子および電力を分散させるためのターミナルを含んだ部品の強度が弱く、電力入出力用端子や電力入出力用端子に取付けられるハーネス等の振動により、電力入出力用端子や電力を分散させるためのターミナルが折損するという課題があった。

この発明は、従来の回転電機に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、電力変換装置を構成する各パワーモジュールに加わる電位の差を低減し、通電電流のバラつきを低減することとともに、電力入出力用端子やターミナル等の強度を向上させた制御装置一体型回転電機を得ることを目的としたものである。

この発明による制御装置一体型回転電機は、交流電力を発生し若しくは交流電力が供給される固定子巻線を備えた固定子と、前記固定子巻線と磁気的に結合する回転子磁極を備えた回転子と、前記固定子に固定され、前記回転子を回動自在に支持するブラケットと、前記固定子巻線と外部の直流電源との間に接続され、前記直流電力と前記交流電力との間の電力変換を行なう電力変換回路を構成する複数のパワーモジュールと、前記複数のパワーモジュールを搭載し、前記パワーモジュールを冷却するヒートシンクと、前記直流電源に電気的に接続されるバスバーと、前記バスバーに固定されると共に、前記直流電源と前記バスバーとに電気的に接続される電力入出力導体と、前記ヒートシンクに固定され、前記前記バスバーと複数のパワーモジュールとに電気的に接続されるターミナルを備えた絶縁物製のケースとを備え、前記バスバーは、一箇所の電気的接続部と、前記電気的接続部以外の少なくとも一箇所の機械的接続部とを備え、前記一箇所の電気的接続部により前記ターミナルに電気的に接続され、前記少なくとも一箇所の機械的接続部により絶縁物を介して前記ヒートシンクに機械的に接続されていることを特徴とする。
なお、この発明において、バスバーがその機械的接続部によりケースを介してヒートシンクに機械的に接続される場合をも当然に含むものである。

また、この発明による制御装置一体型回転電機は、交流電力を発生し若しくは交流電力が供給される固定子巻線を備えた固定子と、前記固定子巻線と磁気的に結合する回転子磁極を備えた回転子と、前記固定子に固定され、前記回転子を回動自在に支持するブラケットと、前記固定子巻線と外部の直流電源との間に接続され、前記直流電力と前記交流電力との間の電力変換を行なう電力変換回路を構成する複数のパワーモジュールと、前記複数のパワーモジュールを搭載し、前記パワーモジュールを冷却するヒートシンクと、前記直流電源と前記ターミナルとにそれぞれ電気的に接続されるバスバーと、前記バスバーに固定されると共に、前記直流電源と前記バスバーとに電気的に接続される電力入出力導体と、前記ヒートシンクに固定され、前記前記バスバーと複数のパワーモジュールとに電気的に接続されるターミナルを備えた絶縁物製のケースとを備え、前記バスバーは、一箇所の電気的接続部と、前記電気的接続部以外の少なくとも一箇所の機械的接続部とを備え、前記一箇所の電気的接続部により前記ターミナルに電気的に接続され、前記少なくとも一箇所の機械的接続部により絶縁物を介して前記ブラケットに機械的に接続されていることを特徴とする。

この発明による制御装置一体型回転電機によれば、バスバーは、一箇所の電気的接続部と、前記電気的接続部以外の少なくとも一箇所の機械的接続部とを備え、前記一箇所の電気的接続部により前記ターミナルに電気的に接続され、前記少なくとも一箇所の機械的接続部により絶縁物を介して前記ヒートシンクに機械的に接続されるように構成されているので、複数のパワーモジュールにかかる電位に差が生じることがなく、通電電流の誤差を低減することができる。また、電気的接続部以外の機械的接続部によりバスバーをヒートシンクに機械的に接続するので、電気的接続部にかかる荷重を小さくすることができ、電気的接続部の信頼性を向上することができる。

また、この発明による制御装置一体型回転電機によれば、バスバーは、一箇所の電気的接続部と、前記電気的接続部以外の少なくとも一箇所の機械的接続部とを備え、前記一箇所の電気的接続部により前記ターミナルに電気的に接続され、前記少なくとも一箇所の機械的接続部により絶縁物を介して前記ブラケットに機械的に接続されるように構成されているので、複数のパワーモジュールにかかる電位に差が生じることがなく、通電電流の誤差を低減することができる。また、電気的接続部以外の機械的接続部によりバスバーをブラケットに機械的に接続するので、電気的接続部にかかる荷重を小さくすることができ、電気的接続部の信頼性を向上することができると共に、バスバー、ケース、及びヒートシンクをより強固にブラケットに固定することができる。

この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機の縦断面図である。 この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機のパワー回路部の構成を示すリヤ側の一部破断側面図である。 この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーの構成を示すリヤ側の側面図である。 発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーの要部を示す縦断面図である。 発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーのフロント側の側面図である。 発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーの要部を示す縦断面図である。 発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機のパワー回路部の要部を示すフロント側の部分側面図である。 発明の実施の形態３による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーの要部を示す縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機の縦断面図である。図１に於いて、車両用の制御装置一体型回転電機１００は、フロントブラケット１とリヤブラケット２により支持された固定子鉄心３と、この固定子鉄心３の内側空間内に挿入された回転子鉄心４を備えている。回転子鉄心４は、固定子鉄心３の内周面に空隙を介して対向する複数の回転子磁極を備える。

コイル片が固定子鉄心３のスロット内に挿入された電機子巻線としての固定子巻線３０１は、固定子鉄心３に固定されている。この実施の形態１では、固定子巻線３０は６相Ｙ結線されている。界磁巻線としての回転子巻線７は、回転子鉄心４に固定されている。固定子鉄心３と固定子巻線３０１は、回転電機の固定子を構成し、回転子鉄心４と回転子巻線７は、回転電機の回転子を構成している。フロントブラケット１とリヤブラケット２は、複数のボルト１０１により互いに接近する方向に締め付けられ、固定子鉄心３を強固に挟持している。

回転子鉄心４の中心部を貫通した回転子軸６は、フロントブラケット１に支持されたフロント側軸受６１と、リヤ側ブラケット２の中央軸方向延出部２２１に支持されたリヤ側軸受６２により、回動自在に支持されている。回転子鉄心４のフロント側端面及びリヤ側端面にそれぞれ固定されたフロント側冷却ファン５１及びリヤ側冷却ファン５２は、回転子鉄心４と共に回転してフロントブラケット１及びリヤブラケット２の外部から内部に空気を流入させ、回転電機の内部を冷却する。

回転子軸６のフロント側端部に固定されたプーリ１２は、図示していない内燃機関の出力軸に固定されているプーリにベルトを介して連結される。回転子軸６の周面に固定された一対のスリップーリング８は、リヤ側ブラケット２の内側に固定されたブラシホルダー９０に支持されている一対のブラシ９と摺動接触している。

シンクロレゾルバにより構成された磁極位置検出センサー１０は、回転子軸６のリヤ側端部に固定されたセンサー回転子１１１と、このセンサー回転子１１１に対向してリヤ側ブラケット２に固定されたセンサー固定子１１２と、このセンサー固定子１１２に固定されたセンサー巻線１１３とを備える。

制御回路を備えた制御回路基板４０は、樹脂製の基板収納ケース４１内に収納されている。制御回路基板４０に設けられた制御回路は、後述するパワーモジュール２１のスイッチング動作を制御する。基板収納ケース４１は、リヤ側ブラケット２の外側面部に固定されている。

パワー回路部２０は、リヤ側ブラケット２の内部に固定されており、電機子巻線である固定子巻線３０１と図示していないバッテリとの間の電力変換を行なう電力変換回路を備える。この電力変換回路は、後述する６個のパワーモジュール２１により構成され、６相インバータ若しくは６相コンバータとして動作する。

この実施の形態１では、それぞれのパワーモジュール２１は、直列接続された２個の半導体スイッチング素子と、それぞれの半導体スイッチング素子に逆並列接続された２個のダイオードが樹脂に封入されて１個のパッケージとして構成されている。１個のパワーモジュール２１に封入された２個の半導体スイッチング素子は、前述したように直列接続されており、一方の半導体スイッチング素子とこれに逆並列接続されたダイオードが６相ブリッジ回路のうちの１相分の正極側アームを構成し、他方の半導体スイッチング素子とこれに逆並列接続されたダイオードが前記１相分の負極側アームを構成する。そしてその２個の半導体スイッチング素子の直列接続点が６相固定子巻線のうちの１相の固定子巻線に接続される。

したがって、前述のように構成された６個のパワーモジュール２１は、それぞれ後述のＢターミナル２４に接続されるターミナル２２a、後述の接地ターミナル２６ａ１に接続されるターミナル２２ｂ、後述の巻線接続ターミナル２６ｂに接続されるターミナル２２ｃを有している。

次に、パワー回路部２０の構成について詳細に説明する。図２は、この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機のパワー回路部の構成を示すリヤ側の一部破断側面図、図３は、この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーの構成を示すリヤ側の側面図、図４は、この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーの要部を示す縦断面図、図５は、この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーのフロント側の側面図である。

図１乃至図５において、パワー回路部２０は、６相電力変換回路を構成し固定子巻線３０１の通電を制御する６個のパワーモジュール２１と、これ等のパワーモジュール２１が絶縁層（図示せず）を介して搭載された環状のヒートシンク２３と、外部に設けられたバッテリの正極側に電気的に接続される第１のターミナルとしてのＢターミナル２４と、接地電位に接続される第２のターミナルとしての接地ターミナル２６ａ、２６ａ１と、固定子巻線３０１とそれぞれのパワーモジュール２１を電気的接続するための第３のターミナルとしての巻線接続ターミナル２６ｂと、バッテリの正極側に電気的に接続される電力入出力導体としての電力入出力用ボルト１１と、この電力入出力用ボルトとＢターミナル２４とを接続するバスバーとしてのＢバスバー３０と、パワー回路ケース２５とを備える。

環状のヒートシンク２３は、アルミダイキャスト等の金属材料により形成され、図５に良く示されているように、中央部に貫通穴２３１を備えている。このヒートシンク２３のフロント側表面には、回転電機の固定子側に軸方向に延びる多数の冷却フィン２３ａが一体に形成されている。ヒートシンク２３の貫通穴２３１は、リヤブラケット２の中央軸方向延出部２２１、および回転子軸６により貫通される。

パワー回路ケース２５は、樹脂により形成され、図３に良く示されているように、環状の外側ケース部２５１と、環状の内側ケース部２５２と、外側ケース部２５１と内側ケース部２５２とを一部において連結するケース連結部２５３とを備える。外側ケース部２５１には、その貫通穴２５４を包囲する外壁２５５が形成されている。この外壁２５５は、パワー回路ケース２５の外壁を構成する。内側ケース部２５３は、前述の外壁２５５の軸方向長さと同一の軸方向長さに形成されると共に、ヒートシンク２３の貫通穴２３１と同一形状の貫通穴２５６を備えている。内側ケース部２５２は、パワー回路ケース２５の内壁を構成する。

パワー回路ケース２５は、前述のヒートシンク２３のリヤ側表面に固定されている。その結果、パワー回路ケース２５の外側ケース部２５１および内側ケース部２５２と、ヒートシンク２３のリヤ側表面とにより包囲されるパワーモジュール収納部２５７が形成される。

前述の６個のパワーモジュール２１は、図２に良く示されているように、パワーモジュール収納部２５７内に収納され、互いに間隔を介して放射状に配置されている。また、パワーモジュール収納部２５７内には、前述の制御回路基板４０に接続された制御回路基板接続部２６０が挿入されている。この制御回路基板接続部２６０は、制御回路基板４０に形成されている制御回路からのゲート信号を、それぞれのパワーモジュール２１の半導体スイッチング素子のゲートに与えるためのものである。

パワー回路防水用樹脂２８は、パワーモジュール２１と接続部２６０とを収納したパワーモジュール収納部２５７内に充填される。その結果、パワーモジュール２１と接続部２６０は、パワー回路防水用樹脂２８内に埋設され、パワー回路防水用樹脂２８により防水保護される。

外部のバッテリの正極に電気的に接続される第１のターミナルとしてのＢターミナル２４は、パワー回路ケース２５の内側ケース部２５２とケース連結部２５３にモールディングされており、図３に良く示されているように、内側ケース部２５２の外側壁面の７箇所において露出している。これらの露出したＢターミナル２４は、それぞれ６個のパワーモジュール２１のターミナル２２ａ、および制御回路基板接続部２６０のターミナル２６０ａに、溶接若しくは半田付けなどにより電気的および機械的に接続される。なお、Ｂターミナル２４は、パワー回路ケース２５のケース連結部２５３の上面部に露出している。

接地電位に接続される第２のターミナルとしての接地ターミナルは、図２に良く示されているように、パワー回路ケース２５の外側ケース部２５１における外壁２５５に接して設けられた４個の接地ターミナル２６ａと、外壁２５５にモールディングされこの外壁２５５の内側壁面に露出する７個の接地ターミナル２６ａ１を備える。これらの７個の接地ターミナル２６ａ１のうち６個は、６個のパワーモジュール２１のそれぞれのターミナル２２ｂに溶接もしくは半田付けにより電気的および機械的に接続され、他の１個の接地ターミナル２６ａ１は、接続部２６０のターミナル２６０ｂに電気的および機械的に接続される。

第３のターミナルとしての巻線接続ターミナル２６ｂは、図２に良く示されているように、パワー回路ケース２５の外側ケース部２５１における外壁２５５にモールディングされており、この外壁２５５の内側壁面に６箇所において露出すると共に、パワー回路ケース２５の外側ケース部２５１の外周縁部に６箇所において露出する。外壁２５５の内側壁面に６箇所において露出する巻線接続ターミナル２６ｂは、６個のパワーモジュール２１のターミナル２２ｃにそれぞれ溶接若しくは半田付けにより電気的および機械的に接続され、外側ケース部２５１の外周縁部に６箇所において露出する巻線接続ターミナル２６ｂは、コネクティングボード５０に接続された６相の固定子巻線３０１の各相巻線にそれぞれ接続される。また、外壁２５５の内側側面の２箇所において露出したターミナル２６ｂは、接続部２６０の２個のターミナル２６０ｃに溶接若しくは半田付けにより電気的および機械的に接続される。

外部のバッテリの正極に電気的に接続されるバスバー（以下、Ｂバスバーと称する）３０は、図３に良く示されているように、３角形の頂点に相当する３個の頂点部３０１、３０２、３０３を備え、それぞれの頂点部３０１、３０２、３０３がＢバスバー３０の固定支持部となる。これらの頂点部３０１、３０２、３０３がネジ３１、３２により、ヒートシンク２３に固定される。Ｂバスバー３０は、パワーモジュール２１に対してヒートシンク２３と反対側に配置されている。Ｂバスバー３０は、アルミニウム製の金属部材により形成されている。

すなわち、図４に示すように、Ｂバスバー３０の頂点部３０１は、それに形成された雌ネジがヒートシンク２３のフロント側表面から絶縁部材３３を介して挿入されたネジ３１と螺合することにより、絶縁部材３３、パワー回路ケース２５、ブッシュ２７ａ、およびＢターミナル２４を介して、ヒートシンク２３に固定されている。同様に、Ｂバスバー３０の頂点部３０２は、それに形成された雌ネジがヒートシンク２３のフロント側表面から絶縁部材３３を介して挿入されたネジ３２と螺合することにより、絶縁部材３３、パワー回路ケース２５、ブッシュ２７ｂを介して、ヒートシンク２３に固定されている。図４にはバスバー３０の頂点部３０３は表示されていないが、この頂点部３０３も頂点部３０２と同様に、頂点部３０３に形成された雌ネジがヒートシンク２３のフロント側表面から挿入されたネジ３２と螺合することにより、絶縁部材３３、パワー回路ケース２５、ブッシュ２７ｂを介して、ヒートシンク２３に固定されている。このとき、ヒートシンク２３がバッテリ電位とならないように、ヒートシンク２３とネジ３１、３２の間には絶縁部材３３が介在されている。

前述のブッシュ２７a、２７ｂは、パワー回路ケース２５にモールディングされている。パワー回路ケース２５とＢバスバー３０の頂点部３０１、３０２、３０３との間にブッシュ２７ａ、２７ｂを介在させることにより、ネジ３１、３２の締め付け力によりパワー回路ケース２５がブッシュ２７ａ、２７ｂを介して圧縮されてパワー回路部２５の厚みが少なくなり、パワー回路ケース２５を形成する樹脂の熱枯れが減少する。

パワー回路ケース２５の連結部２５３に設けられているＢターミナル２４は、前述のようにネジ３１の締め付け力によりＢバスバー３０の頂点部３０１に圧接され、Ｂバスバー３０と電気的に接続される。Ｂバスバー３０は、その頂点部３０１の１箇所のみによってＢターミナル２４と電気的に接続される。また、Ｂバスバー３０は、前述したように、その頂点部３０１、３０２、及び３０３がネジ３１、ネジ３２と螺合することにより、３箇所に於いてパワー回路ケース２５を介してヒートシンク２３に機械的に固定支持される。Ｂバスバー３０の各頂点部３０１、３０２、３０３は、それぞれ三角形の頂点を形成している。

図３に良く示されているように、電力入出力導体を構成する電力入出力用ボルト１１は、Ｂバスバー３０における前述の三角形の一辺、すなわち頂点部３０１と３０２と結ぶ線上のほぼ中央部に配置されてＢバスバー３０に固定されている。すなわち、電力入出力用ボルト１１は、Ｂバスバー３０の固定支持部と同軸上にないように配置されており、Ｂバスバー３０の固定支持部と電力入出力用ボルト１１のＢバスバーによる固定支持部は略同一平面上に配置されている。

具体的には、図４に示すように、電力入出力用ボルト１１は、その頭部がＢバスバー３０に当接してＢバスバー３０に設けられた貫通孔に圧入され、かつリヤブラケット２に設けられた貫通孔を貫通している。そして電力入出力用ボルト１１は、リヤブラケット２の外側に設けられたナット３６と螺合し、ブッシュ３５および樹脂製の絶縁部材３４を介してＢバスバー３０およびリヤブラケット２に固定されている。なお、電力入出力用ボルト１１は、Ｂバスバー３０の各頂点部３０１、３０２、３０３により形成される三角形の頂点の内側に配置されていても良い。

前述のように構成されたパワー回路部２０は、第２のターミナルとしての接地ターミナル２６ａ、２６ａ１とリヤブラケット２とが互いに接触して電気的に接続され、リヤブラケット２にボルト（図示せず）により固定されている。また、パワー回路部２０のパワー回路ケース２５およびヒートシンク２３は、図示していないボルト等の手段によりリヤブラケット２の内部に固定されている。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機１００において、電力入出力用ボルト１１は、回転電機の外部に設けられたバッテリの正極側にバッテリハーネス等（図示せず）を介して電気的に接続される。また、プーリ１２は、内燃機関の出力軸に設けられた内燃機関側のプーリ（図示せず）にベルトを介して連結される。

いま、制御装置一体型回転電機１００を電動機として動作させるとすれば、各パワーモジュール２１により構成された電力変換回路をインバータとして動作させるように、制御回路基板４０に設けられている制御回路からのゲート信号により各パワーモジュール２１の半導体スイッチング素子がスイッチング制御される。これにより、バッテリから電力入出力用ボルト１１、Ｂバスバー３０、およびＢターミナル２４を介して各パワーモジュール２１のターミナル２２ａに入力された直流電力は、パワーモジュール２１により構成されたインバータにより６相交流電力に変換され、各パワーモジュール２１のターミナル２２ｂを介して６相固定子巻線３０１の各相巻線に供給される。その結果、固定子巻線３０１が発生する回転磁界と回転子４に設けられた界磁巻線７の発生する磁界との相互作用により、回転子４が駆動され、プーリ１２からベルトを介して内燃機関に動力を伝達することになる。

一方、制御装置一体型回転電機１００を発電機として動作させるときは、内燃機関の動力がベルトを介してプーリ１２に伝達されて回転子４が駆動されている状態にあり、各パワーモジュール２１により構成された電力変換回路をコンバータとして動作させるように、制御回路基板４０に設けられている制御回路からのゲート信号により各パワーモジュール２１の半導体スイッチング素子がスイッチング制御される。固定子巻線３０１の各相巻線に誘起された交流電力は、各パワーモジュール２１のターミナル２２ｂを介して各パワーモジュール２１に印加され、各パワーモジュール２１により構成されたコンバータにより直流電力に変換されて各パワーモジュール２１のターミナル２２ａからＢターミナル２４、Ｂバスバー３０、および電力入出力用ボルト１１を介してバッテリに供給されることになる。

この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機は、前述のように構成されているので、Ｂバスバー３０とＢターミナル２４との電気的接続箇所が1箇所であるため、各パワーモジュール２１に加わる電位に差が生じることがなく、通電電流の誤差を低減することができる。また、Ｂバスバー２４の固定箇所が電気的接続部以外でも固定されているので、電気的接続部にかかる荷重を小さくすることができ、電気的接続部の信頼性を向上することができる。

バッテリハーネスやバッテリハーネスが接続される部材を電気接続、保持するための電力入出力用ボルト１１は、車両および回転電機の振動により振動するため、電力入出力用ボルト１１からＢバスバー３０に大きな荷重がかかるが、Ｂバスバー３０の固定支持部を三角形の各頂点に対応させ、さらに、電力入出力用ボルト１１をバスバー３０の固定支持部の作る三角形の一辺上もしくはその一辺の内側に配置することで、電力入出力用ボルトにかかる荷重をＢバスバー３０の各固定支持部に分散して受けることができるため、Ｂバスバー３０にかかる応力を低減することができ、Ｂバスバー３０の破損を防止することができる。

また、Ｂバスバー３０とネジ３１、３２によりヒートシンク２３とパワー回路ケース２５とを挟み込むように構成しているので、Ｂバスバー３０とヒートシンク２３とパワー回路ケース２５とを強固に固定・支持することができる。

さらに、電力入出力用ボルト１１は、Ｂバスバー３０の固定支持部と同軸上にないように配置されており、Ｂバスバー３０の固定支持部と電力入出力用ボルト１１のＢバスバーによる固定支持部は略同一平面上に配置されている。このように電力入出力用ボルト１１とＢバスバーの固定支持部を同軸上に配置しないことにより、Ｂバスバーの軸方向の長さを短くすることができ、回転電機の軸長を短縮することができる。

なお、電力入出力用ボルト１１をＢバスバー３０の固定子時部で形成される多角形の重心付近に配置すれば、Ｂバスバー３０にかかる応力をさらに低減することが可能である。

また、Ｂバスバー３０の固定支持は三角形の頂点に対応する位置で強固に支持されていることにより、Ｂバスバー３０の固定ネジ３１、３２のネジサイズは、電力入出力用ボルト１１のネジサイズよりも小さく構成することができる。この実施の形態１では、電力入出力用ボルト１１のネジサイズはＭ８、Ｂバスバー３０を固定するネジ３１、３２のネジサイズはＭ５を用いており、固定支持部のスペースを小さくし、回転電機を小型化している。

また、実施の形態１では、Ｂバスバー３０はリヤブラケット２に内包されると共に回転電機の固定子３および回転子４よりもリヤ側に配置され、ヒートシンク２３はパワーモジュール２１よりフロント側に配置され、Ｂバスバー３０はパワーモジュール２１よりリヤ側に配置されている。前述したようにリヤブラケット２には、Ｂバスバー３０の貫通孔に圧入された電気入出力用ボルト１１を外部に導出するための穴が構成されており、外側が樹脂などの絶縁部材３４に覆われた電気導通用のブッシュ３５がナット３６によってＢバスバー３０に固定されている。電力入出力用ボルト１１により構成されるバッテリ端子は、リヤブラケット２の外部（後部）に位置している。

このように、Ｂバスバー３０は、回転電機の外部からの飛来物に対してブラケット２で保護されているため、飛来物によるＢバスバー３０の破損や、異なる電位間の短絡を防止することができる。また、車両が衝突した場合においても、回転電機の外部からの衝突物に対しては、ブラケット２で衝撃をうけるため、Ｂバスバー３０の破損を防止することや、外部の電位差のあるものと接触、短絡することを防止することができ、回転電機の信頼性を向上することができる。

なお、この実施の形態１では、Ｂバスバー３０の固定支持部は三角形の頂点に対応するように形成されているが、三角形以外の多角形の頂点に対応させるようにしてもよい。また、この実施の形態１では、Ｂバスバー３０をアルミニウム製の金属部材により形成したが、銅系、鉄系の金属部材により形成しても良い。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機について説明する。図６は、この発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーの要部を示す縦断面図、図７は、この発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機のパワー回路部の要部を示すフロント側の部分側面図である。

図６および図７に於いて、Ｂバスバー３０は、実施の形態１の場合と同様に、３角形の頂点に相当する３個の頂点部を備え、それぞれの頂点部がＢバスバー３０の固定支持部となる。Ｂバスバー３０は、パワーモジュールに対してヒートシンク２３と反対側に配置されている。Ｂバスバー３０は、アルミニウム製の金属部材により形成されている。内側にネジ穴が施されたブッシュ２７ａ、２７ｂは、樹脂製のパワー回路ケース２５にモールディングされている。パワー回路ケース２５のＢターミナル２４への電気的接続およびリヤブラケット２への機械的固定支持は、リヤブラケット２に設けられた貫通孔にリヤブラケット２の外部から挿入したネジ３１、３２をブッシュ２７ａ、２７ｂに螺合させることにより行なわれる。

すなわち、Ｂバスバー３０は、一箇所の接続点３１Ａによりパワー回路ケース２５のＢターミナル２４に電気的に接続されると共に、リヤブラケット２に絶縁部材３７を介して、ネジ３１により固定支持され、また、Ｂバスバー３０は、接続点３１Ａ以外に、２箇所３２Ａ、３２Ｂにおいてリヤブラケット２に絶縁部材３７を介して、ネジ３２により固定支持されている。Ｂバスバー３０はリヤブラケット２に内包されている。

ヒートシンク２３は、実施の形態１の場合と異なり、Ｂバスバー３０の支持固定に直接関与することはなく、Ｂバス３０を支持固定するネジ３１、３２と直接結合はしていない。したがって、ヒートシンク２３は、パワー回路ケース２５に一体に固定され、このパワー回路ケース２５を介してリヤブラケット２に固定される。その他の構成は、実施の形態１の場合と同様である。

以上述べた実施の形態２による制御装置一体型回転電機によれば、Ｂバスバー３０をリヤブラケット２に機械的に固定保持することにより、Ｂバスバー３０をヒートシンク２３に固定支持する必要がなく、したがって、ヒートシンク２３のフィン２３aを構成するスペースを増加することができるため、冷却性が向上され、パワーモジュール２１の温度上昇を抑えることが可能となる。また、リヤブラケット２にＢバスバー３０を直接固定支持できるため、Ｂバスバー３０を強固に支持固定することができる。

なお、この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、Ｂバスバー３０の電気的接続箇所は1箇所であり、かつＢバスバー３０の機械的固定箇所はこの電気的支持箇以外に２箇所存在している。そして、Ｂバスバー３０の固定支持部は三角形の頂点に対応しており、電力入出力用ボルト１１は、その三角形の一辺の上、もしくはその一辺の内側に配設されている。

この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、Ｂバスバー３０は、回転電機の外部からの飛来物に対してブラケット２で保護されているため、飛来物によるＢバスバー３０の破損や、異なる電位間の短絡を防止することができる。また、車両が衝突した場合においても、回転電機の外部からの衝突物に対しては、ブラケット２で衝撃をうけるため、Ｂバスバー３０の破損を防止することや、外部の電位差のあるものと接触、短絡することを防止することができ、回転電機の信頼性を向上することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による制御装置一体型回転電機について説明する。図８は、この発明の実施の形態３による制御装置一体型回転電機のパワー回路部およびＢバスバーの要部を示す縦断面図である。図８において、この実施の形態３においては、アルミニウム製の金属部材により形成されたＢバスバー３０は、樹脂３８で覆われてリヤブラケット２に対して電気的に絶縁されると共に、リヤブラケット２の外部に固定されることを特徴とする。

内側にネジ穴が施されたブッシュ２７ａは、樹脂製のパワー回路ケース２５にモールディングされている。ヒートシンク２３およびパワー回路ケース２５は、図示していないネジ等によりリヤブラケット２の内面に固定支持されている。また、リヤブラケット２に設けられた貫通孔にリヤブラケット２の外部から挿入したネジ３１をブッシュ２７ａに螺合させることにより、Ｂバスバー３０とパワー回路ケース２５及びヒートシンク２３とは機械的に固定されている。Ｂターミナル２４は、その一部分がブッシュ２７ａの上面に露出するように形成されており、その露出部がＢバスバー３０に当接する状態でネジ３１がブッシュ２７ａに締結されて接続点３１Ａが構成され、この接続点Ａの１箇所においてＢターミナル２４とＢバスバー３０との電気的接続が行なわれる。

また、Ｂバスバー３０は、前述の接続点３１Ａ以外に、３本のネジ３２（図８には、１本のネジのみが示されている）により、相互に間隔を介した３箇所の接続点３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ（図８には、接続点３２Ａのみが示されている）において、リヤブラケット２の外部に絶縁物３８を介して固定支持されている。その他の構成は、実施の形態１および２と同様である。

なお、実施の形態３においては、Ｂバスバー３０は必ずしも実施の形態１および２の場合のように三角形の頂点に対応する３個の頂点部を備える必要はなく、任意の形状に形成することができる。

以上述べた実施の形態３による制御装置一体型回転電機によれば、Ｂバスバー３０をリヤブラケット２に機械的に固定保持することにより、ヒートシンク２３に固定支持する箇所を少なくでき、フィン２３aを構成するスペースを増加することができるため、冷却性が向上され、パワーモジュール２１の温度上昇を抑えることが可能となる。

また、Ｂバスバー３０を樹脂３７で覆うことにより、異なる電位間の短絡や、外部の電位差のあるものと接触、短絡することを防止することができる。

さらに、Ｂバスバー３０をリヤブラケットの外側に配設し、リヤブラケット２の外側からネジにより固定することで、パワー回路部２０をリヤブラケット２に組み付けた後にＢバスバー３０を組み付けることが可能となり、組立ての作業性が向上する。

この発明による制御装置一体型回転電機は、例えば、自動車等の車両用回転電機に分野に利用することができる。

１００ 制御装置一体型回転電機 １ フロントブラケット
２ リヤブラケット ３ 固定子鉄心 ４ 回転子鉄心
３０１ 固定子巻線 ７ 回転子巻線 １０１ ボルト
６ 回転子軸 ６１ フロント側軸受
２２１ リヤ側ブラケットの中央軸方向延出部 ６２ リヤ側軸受
５１ フロント側冷却ファン ５２ リヤ側冷却ファン
１２ プーリ ８ スリップリング ９０ ブラシホルダー
９ ブラシ １０ 磁極位置検出センサー
１１１ センサー回転子 １１２ センサー固定子
１１３ センサー巻線 ４０ 制御回路基板 ４１ 基板収納ケース
２０ パワー回路部 ２１ パワーモジュール ２４ Ｂターミナル
２６ａ１ 接地ターミナル ２６ｂ、２２ｃ ターミナル
２３ ヒートシンク １１ 電力入出力用ボルト
２３１ ヒートシンの貫通穴 ２５ パワー回路ケース
２５１ 外側ケース部 ２５２ 内側ケース部
２５３ ケース連結部 ２５４ 貫通穴 ２５５ 外壁
２５７ パワーモジュール収納部 ２６０ 制御回路基板接続部
４０ 制御回路基板 ２８ パワー回路防水用樹脂
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ ターミナル ２６０ａ ターミナル
２６ａ１ 接地ターミナル ３０ Ｂバスバー
３０１、３０２、３０３ Ｂバスバーの頂点部
３１、３２ ネジ ３３、３４、３７、３８ 絶縁部材
２７ａ、２７ｂ、３５ ブッシュ ３６ ナット
５０ コネクティングボード

Claims (11)

1. 交流電力を発生し若しくは交流電力が供給される固定子巻線を備えた固定子と、
   前記固定子巻線と磁気的に結合する回転子磁極を備えた回転子と、
   前記固定子に固定され、前記回転子を回動自在に支持するブラケットと、
   前記固定子巻線と外部の直流電源との間に接続され、前記直流電力と前記交流電力との間の電力変換を行なう電力変換回路を構成する複数のパワーモジュールと、
   前記複数のパワーモジュールを搭載し、前記パワーモジュールを冷却するヒートシンクと、
   前記直流電源に電気的に接続されるバスバーと、
   前記バスバーに固定されると共に、前記直流電源と前記バスバーとに電気的に接続される電力入出力導体と、
   前記ヒートシンクに固定され、前記バスバーと複数のパワーモジュールとに電気的に接続されるターミナルを備えた絶縁物製のケースと、
   を備え、
   前記バスバーは、一箇所の電気的接続部と、前記電気的接続部以外の少なくとも一箇所の機械的接続部とを備え、前記一箇所の電気的接続部により前記ターミナルに電気的に接続され、前記少なくとも一箇所の機械的接続部により絶縁物を介して前記ヒートシンクに機械的に接続されている、
   ことを特徴とする制御装置一体型回転電機。
2. 交流電力を発生し若しくは交流電力が供給される固定子巻線を備えた固定子と、
   前記固定子巻線と磁気的に結合する回転子磁極を備えた回転子と、
   前記固定子に固定され、前記回転子を回動自在に支持するブラケットと、
   前記固定子巻線と外部の直流電源との間に接続され、前記直流電力と前記交流電力との間の電力変換を行なう電力変換回路を構成する複数のパワーモジュールと、
   前記複数のパワーモジュールを搭載し、前記パワーモジュールを冷却するヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに固定され、前記複数のパワーモジュールに電気的に接続されるターミナルを備えた絶縁物製のケースと、
   前記直流電源と前記ターミナルとにそれぞれ電気的に接続されるバスバーと、
   前記バスバーに固定されると共に、前記直流電源と前記バスバーとに電気的に接続される電力入出力導体と、
   を備え、
   前記バスバーは、一箇所の電気的接続部と、前記電気的接続部以外の少なくとも一箇所の機械的接続部とを備え、前記一箇所の電気的接続部により前記ターミナルに電気的に接続され、前記少なくとも一箇所の機械的接続部により絶縁物を介して前記ブラケットに機械的に接続されている、
   ことを特徴とする制御装置一体型回転電機。
3. 前記バスバーは、前記機械的接続部を少なくとも２箇所に備え、
   前記一箇所の電気的接続部と前記少なくとも２箇所の機械的接続部とは、多角形の各頂点部に対応する位置にそれぞれ分散して前記バスバーに配置されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置一体型回転電機。
4. 前記電力入出力導体は、前記多角形の一辺の上、若しくは前記多角形の各辺の内側で前記ブスバーに固定されている、
   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。
5. 前記電力入出力導体は、前記バスバーの前記電気的接続部及び前記機械的接続部以外の位置において前記バスバーに固定されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
6. 前記電力入出力導体は、ボルトにより構成され、
   前記バスバーの前記機械的接続部による前記機械的接続はネジにより行なわれ、
   前記ネジは、前記ボルトのネジ径よりの小さいネジ径を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
7. 前記複数のパワーモジュールを搭載した前記ヒートシンクと、前記絶縁物製のケースと、前記バスバーは、前記ブラケットの内側に配置され、
   前記バスバーに固定された前記電力入出力導体は、前記ブラケットを貫通して前記ブラケットの外部に導出されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
8. 前記複数のパワーモジュールを搭載した前記ヒートシンクと、前記絶縁物製のケースは、前記ブラケットの内側に配置され、
   前記バスバーは、前記ブラケットの外側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項２乃至６のうちの何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
9. 前記ヒートシンクは、中央部に貫通穴を備えた環状に形成され、
   前記複数のパワーモジュールは、前記貫通穴の周りに放射状に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のうちの何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
10. 前記ケースは、環状の外側ケース部と、前記外側ケース部の内側に配置された環状の内側ケース部と、前記外側ケース部と前記内側ケース部とを連結するケース連結部とを備え、
    前記複数のパワーモジュールは、前記外側ケース部と前記内側ケース部との間に放射状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
11. 前記ターミナルは、前記ケースのケース連結部の表面に少なくとも一部が露出しており、
    前記バスバーは、前記電気的接続部が前記ケース連結部の表面において前記露出したターミナルに当接することにより、前記ターミナルに電気的に接続される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の制御装置一体型回転電機。

Images