WO2006080397A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2006080397A1 PCT/JP2006/301227 JP2006301227W WO2006080397A1 WO 2006080397 A1 WO2006080397 A1 WO 2006080397A1 JP 2006301227 W JP2006301227 W JP 2006301227W WO 2006080397 A1 WO2006080397 A1 WO 2006080397A1
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insulator
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Hiroyuki Akita
Masaki Kato
Yoshihito Asao
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine equipped with a power element unit that performs inverter control or the like, and more particularly to an inverter-type rotating electrical machine for a vehicle that is used in a motor generator, a power steering motor, and the like.
  • a power element unit for inverter-controlling a rotating electrical machine has generally been installed away from the rotating electrical machine.
  • the length of the AC wiring that electrically connects the power element unit and the rotating electrical machine becomes longer, and the voltage drop increases due to the wiring resistance, so the torque and speed of the rotating electrical machine decrease.
  • a voltage drop of 0.5V causes a loss of about 4% of the power source voltage.
  • the weight of the wiring is increased and the cost is increased.
  • control device can be integrally attached to the rotating electrical machine for the vehicle.
  • the harnesses to be connected can be shortened, the voltage drop can be suppressed and the torque characteristics and rotational speed characteristics of the rotating electrical machine can be improved, and the weight and cost can be increased. Can be avoided.
  • Patent Document 1 it is necessary to ensure the heat dissipation of the power element when arranging the control device in the vicinity of the rotating electrical machine, but the rotating electrical machine itself generates heat. There is a problem that the temperature rises further by destroying the power element and the control element by arranging the control circuit including the power element that is a severe heating element in the vicinity of the rotating electrical machine. In addition, a power element unit is added to the space of the rotating electrical machine. There was a problem that the entire apparatus was enlarged to install.
  • FIG. 13 is a schematic circuit diagram for explaining the operation of the rotating electrical machine including the power element unit.
  • a rotating electrical machine 1 includes an armature winding 16a wound around a stator and a field winding 14 wound around a rotor, and the armature winding 16a has three phases (U phase). , V phase, W phase) coils are composed of ⁇ connection (star connection).
  • the power element unit 4 includes an inverter module 40 including a switching element (power transistor, MOSFET, IGBT, etc.) 41, which is a plurality of power elements, and a diode 42 connected in parallel to each switching element 41, and the inverter module 40 And a capacitor 43 connected in parallel.
  • the inverter module 40 is a set of two switching elements 41a and diodes 42 constituting the upper arm 46, and two switching elements 41b and diodes 42 constituting the lower arm 47 connected in series. Three are arranged in parallel.
  • each phase of the Y connection of the armature winding 16a is located at the intermediate point between the switching element 41a of the upper arm 46 and the switching element 41b of the lower arm 47 arranged in series via the AC wiring 9. Each is electrically connected. Further, the positive terminal and the negative terminal of the battery 5 are electrically connected to the positive terminal and the negative terminal of the inverter module 40 via the series wiring 8, respectively.
  • the switching operation of each switching element 41a, 41b is controlled by a command from the control circuit 44.
  • the control circuit 44 controls the field current control circuit 45 to adjust the field current flowing through the rotor field wire 14.
  • FIG. 14 shows a configuration example of a conventional power module used in the power element unit 4.
  • the power element 41a constituting the upper arm 46 and the power element 41b constituting the lower arm 47 are connected to the metal substrate 20 and further connected to the heat sink 22 via the heat dissipating grease 21. Since the connecting portions of the two power elements 41a and 4 lb are connected to the AC wiring 9, they have different potentials and are therefore insulated on the insulating substrate 23. The heat of the power elements 41a and 41b is transferred to the heat sink 22 through the insulating substrate 23 and is radiated to the air.
  • the electric heating path of the power element is a chip 24 which is a heating element, a heat spreader 25 which is a connection body with the outside, and a solder 26 which connects them, and the thermal conductivity of each is 0.0 254 W / mK, 0.0 0293 W / mK, 0. 0165WZm'K.
  • the thermal conductivity of the insulating substrate 23 is 0.07 to 0.09 WZm'K, and the heat dissipation is greatly impaired by the presence of an insulator in the heat transfer path.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-225000 (Claim 5, paragraph number [0039], FIG. 4, etc.) Disclosure of Invention
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and improves the cooling performance of the control device, reduces the size of the entire device, and uses wiring between the control device and the rotating electrical machine.
  • the purpose is to eliminate the loss of voltage drop.
  • a rotating electrical machine includes a rotating electrical machine unit including a rotor having a rotating shaft, and a stator having an armature winding arranged so as to surround the rotor, and the rotating electrical machine unit Close to A switching circuit unit that includes at least a pair of switching elements that constitute an upper arm and a lower arm and that performs switching control of the rotating electrical machine unit, and the switching elements of each arm of the switching circuit unit include: Each drain terminal is connected to a separate heat sink without an insulator, and the separate heat sink is integrated with each other via an insulator.
  • the insulating layer between the switching element as the power element and the heat sink becomes unnecessary, so that the thermal conductivity can be improved.
  • the heat dissipation amount of the switching element is improved and the cooling performance of the power element unit is improved.
  • the heat sink can be used as wiring, the number of wiring components can be reduced, and the wiring board itself can be reduced in size, so that the entire apparatus can be reduced in size.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention, in which a power element unit is disposed integrally or in proximity to the rotating electrical machine.
  • a rotating electrical machine 1 includes a case composed of a front bracket 10 and a rear bracket 11, a shaft 13 that is rotatably disposed on the case via a support bearing 12, and A rotor 15 fixed to the shaft 13 and having a field winding 14 and a stator 16 fixed to the case and disposed so as to surround the rotor 15 and having an armature winding 16a. And a fan 17 fixed to both end faces of the rotor 15 in the axial direction, a pulley 18 fixed to an end of the shaft 13 on the front side, and a rear bracket 11 so as to be positioned on the outer periphery of the shaft 13 on the rear side.
  • the rotating electrical machine 1 is connected to an engine rotation shaft (not shown) via a pulley 18 and a belt (not shown).
  • the power element unit 4 is provided integrally or in proximity to the rotating electrical machine 1. Is placed. That is, in the space between the cover 30 and the rear bracket 11 disposed on the rear side of the rear bracket 11, a plurality of power elements (switching elements) 41a and 41b constituting the power element unit 4 and each power element 41 An inner heat sink 50 and an outer heat sink 51 connected to the outer bracket 11 are installed on the outer surface of the rear bracket 11 via a support (not shown). A control circuit board 44a on which the control circuit 44 described above is mounted is disposed outside the cover 30.
  • FIG. 1 shows the top view of the power element unit 4.
  • the power circuit section is divided into U, V, and W three-phase parts (U-phase part 60, V-phase part 70, and W-phase part 80).
  • 4 power elements 41a (outlined in the figure) are connected in parallel to the inner heat sink 50, and four power elements 41b (indicated by the hatched lines) in the lower arm are connected to the outer heat sink 51 in parallel. Are connected to each other in parallel.
  • the power element 41 may be a discrete type, a TPM type, or a bare chip type.
  • an insulator 58 such as a synthetic resin is interposed between the inner power element 41a and the heat sink 50 and the outer power element 41b and the heat sink 51 to insulate each other. Since the two heat sinks 50 and 51 are fixed via the insulator 58, even if a potential difference occurs between the upper and lower heat sinks, the distance between the heat sinks can be shortened and the size can be reduced by using the insulator. .
  • 52 is a fixing portion for fastening the U-phase and V-phase outer heat sinks 51 together
  • 53 is the same fixing portion for fastening the V-phase and W-phase outer heat sinks 51 together
  • 54 is the U-phase.
  • the outer heat sink 51 and the U-phase inner heat sink 50 are fastened together
  • 55 is also the W-phase outer heat sink 51 and the W-phase inner heat sink 50 are fastened together
  • 5 6 is the U-phase.
  • 57 is the fixing part that fastens the V-phase inner heat sink 50 and the W-phase inner heat sink 50 together.
  • each heat sink has the same potential as the drain terminal to which it is joined.
  • four common source terminals S of the power element 41a are taken out by the wiring board 61, and one end of the source terminal S is connected to the outer heat sink 51 of the lower arm 47, that is, the drain terminal of the power element 41b through the cross wiring layer 61a.
  • the U-phase lead wire of the armature winding 16a of the stator 16 and the AC wiring 9 are connected.
  • four source terminals S of the power element 41b are taken out in common by the wiring board 62, and one end thereof is extended to the joint fastening portion 52 of the outer heat sink 51 via the extension wiring layer 62a, and the U phase.
  • the wiring board 61 Along with the U-phase heat sink 51 together with the wiring layer 61a of the transition portion of the wiring board 61, it is itself grounded through a grounding portion (such as a bracket). By connecting each layer's wiring board to a nearby ground part, the wiring board can be reduced in size.
  • the force that requires wiring for the electrical connection between the power elements (switching elements) 41a and 41b of the upper arm 46 and the lower arm 47 according to the present embodiment.
  • the heat sinks 50 and 51 also serve as wiring.
  • the U-phase upper arm 46 is equipped with four switching elements 41a.
  • the four switching elements 41a are not connected to the four drain terminals in parallel without using copper wires to connect the four drain terminals in parallel. By connecting directly to each other, a parallel electrical connection is established.
  • V-phase and W-phase power elements (switching elements) switching elements
  • the heatsinks 50 and 51 can also serve as wiring, reducing the wiring of copper wires, etc. The size of itself can be reduced.
  • one of the inner heat sinks 50 is connected to the positive terminal of the battery 5 with one joint fastening portion 54, and the other joint fastening portion 56 is fastened together with the wiring board 64 having the shape shown in the figure.
  • the drain terminal D and a connection portion to the capacitor 43 described later are formed.
  • the layout of the power element unit of the V-phase part 70 and the W-phase part 80 is configured in the same way as the U-phase part 60.
  • the inner heat sink 50 of the three parts (U-phase, V-phase, and W-phase parts) has the same potential (the positive side potential of battery 5), so each inner heat sink 50 does not have a terminal for connecting to battery 5.
  • the drain terminal D By forming the drain terminal D also on the partial surface of the inner heat sink 50, the number of battery connection terminals can be reduced by electrically connecting the inner heat sinks 50 to each other. Note that four gate terminals 65 of the power element 41a and four gate terminals 66 of the power element 41b are also taken out in common, and are led out to the control circuit board 44a that is provided outside the outer cover 30 shown in FIG. The
  • the capacitor 43 has a rectangular parallelepiped shape as shown in the figure, and is arranged so that the surface force of the space factor is along the back surface of the heat sink structure. Also, the P and N terminals are derived from one end face. Power element 4 lb.
  • Capacitor mounting having a surface parallel to the cooling fins of the outer heat sink 51 on the front side of the joint fixing portion 52 of the outer heat sink 51, which is a part of the extended wiring layer 62a of the source side wiring board 62 Part E, and a portion of the wiring board 64 from which the fastening force 56 of the inner heat sink 50 is also derived has a capacitor mounting part G having a surface parallel to the cooling fins of the inner heat sink 50, and Connect capacitor mounting part E to the N terminal of the capacitor and capacitor mounting part G to the P terminal of the capacitor.
  • the smoothing capacitor 43 By arranging the smoothing capacitor 43 between the wiring board 64 connected to the inner heat sink having the positive potential and the wiring board 62 connecting the negative potential of each phase as described above, The space factor for mounting is improved, the distance between the capacitor and the power circuit is shortened, and the area (loop diameter) of the current path that can flow from the capacitor through both power elements 41a and 41b is reduced. The amount of the external magnetic field from the motor coil 16a passing through the path can be reduced, and a rotating electrical machine with good noise resistance can be obtained.
  • the smoothing capacitor 43 is provided for each phase, so that the noise immunity can be improved over all phases.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the power element 41a of the upper arm is directly soldered to the inner heat sink 50 via the heat spreader 25, and the power of the lower arm is connected to the outer heat sink 51.
  • the element 41b is connected to the drain side by soldering, and the elements 41b are sealed with an insulator 58 and integrated together. That is, according to the power module configuration in the present embodiment, separate heat sinks (inner heat sink 50, outer heat sink 51) are directly connected to the power elements (switching elements) 41a and 41b of the upper arm 46 and the lower arm 47, respectively.
  • the separate heat sinks (the inner heat sink 50 and the outer heat sink 51) are insulated and integrated through an insulator, the thermal resistance between the power element (switching element) 41 and the heat sinks 50 and 51 is integrated. It is no longer necessary to use a large insulator, and heat dissipation can be improved.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a rotating electrical machine according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG.
  • the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the difference from the first embodiment is that the cover 30 and the rear bracket 11 are not provided with the ventilation holes 31a and 31b in the axial direction, but are provided with the ventilation holes 31a and 31b in the direction perpendicular to the axial direction.
  • the upper heat sink 50 and the lower heat sink 51 are provided with the insulating plate 59 sandwiched so that the power elements 41a and 41b are disposed on the path F, respectively.
  • the upper heat sink 50 and the lower heat sink 51 are arranged so as to overlap each other with the plate-like insulator 59 interposed therebetween, whereby the distance between the heat sinks can be shortened and the size can be reduced.
  • the space of the power element can be used as an air path, which contributes to the improvement of cooling performance.
  • the power elements 4 la and 41 b mounted on the heat sinks 50 and 51 are arranged in parallel in the radial direction of the rotor 15, the surface where the power elements 41 a and 41 b are connected is efficiently cooled.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a rotating electrical machine according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. Figure 1 shows a top view of the single element unit 4. Only the differences from the second embodiment will be described.
  • the upper heat sink 50 and the lower heat sink 51 are arranged in the same row in the radial direction and fixed to the heat sink mounting portion 68, and are insulated and integrated with an insulator 69. It is a thing.
  • the surface of the heat sink 50, 51 on the wide side of the radiation fin is linear along the air path F. It is convenient to realize a rotating electrical machine with a small axial dimension by securing an air volume for cooling by one air passage.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the rotating electrical machine according to Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 10 is a view of the power element unit 4 as seen from the upper surface.
  • Each heat sink according to the fourth embodiment is disposed adjacent to an L shape that bends in the axial direction and the radial direction of the rotating shaft.
  • An insulator 69 is interposed between the upper heat sink 50 and the lower heat sink 51 and is attached to a rear bracket (not shown) together with a mounting portion 68.
  • the cooling air flow of a rotating electrical machine is sucked in from the axial direction and discharged in the outer diameter direction by centrifugal force. Since the heat sink can be arranged along the direction of suction and discharge, the L-type heat sink can reduce pressure loss in the passage, efficiently cool the power element, and can be further downsized.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a power module according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 12 is a top view showing a state where the power module is incorporated in a rotating electrical machine.
  • the heat sinks according to the fifth embodiment are arranged adjacent to each other independently of each other, and chips 24 and 24 that are directly solder-connected to the heat spreaders 25 and 25 are integrally formed with an insulator 58 in advance.
  • the power module is configured by soldering. In this way, it can be handled as a TPM (Transfer Power Module) structure in which the MOS chips of the upper and lower arms are integrally packaged, and has the feature of simplifying the manufacturing and assembly processes.
  • TPM Transfer Power Module
  • the inner heat sink 50 has a three-component force consisting of a U-phase part 60, a V-phase part 70, and a W-phase part 80.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view of the power element unit portion of the rotating electrical machine shown in FIG.
  • FIG. 3 is an exploded view of the main circuit portion for control of the rotating electrical machine shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a rotating electrical machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a top view of the power element unit portion of the rotating electrical machine shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross sectional view showing a structure of a rotary electric machine according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a top view of the power element unit portion of the rotating electrical machine shown in FIG.
  • FIG. 9 is a cross sectional view showing a structure of a rotary electric machine according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 10 is a top view of the power element unit portion of the rotating electrical machine shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a power module according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 12 A view of the power module of FIG.
  • FIG. 13 is a schematic circuit diagram for explaining the operation of the rotating electrical machine including the power element unit.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional power module.

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Abstract

　この発明に係る回転電機は、回転軸を有する回転子と前記回転子を囲むように配設され電機子巻線を有する固定子とを備えた回転電機部と、前記回転電機部に近接して設けられるとともに、少なくとも上アームおよび下アームを構成する一対のスイッチング素子を備えて前記回転電機部のスイッチング制御を行うスイッチング回路部とを備え、前記スイッチング回路部の各アームのスイッチング素子を、それぞれのドレイン端子が絶縁物を介することなく別個のヒートシンクに接続し、上記別個のヒートシンクを絶縁物を介して互いに一体化したものである。　 　 

Description

明 細 書
回転電機
技術分野
[0001] この発明は、インバータ制御等を行うパワー素子ユニットを搭載した回転電機、特 にモータジェネレータ、パワーステアリングモータ等に用いられるインバーター体型の 車両用回転電機に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、回転電機をインバータ制御するパワー素子ユニットは、一般的に当該回転電 機から離して設置されていた。そのため、パワー素子ユニットと回転電機との間を電 気的に接続する交流配線の長さが長くなり、配線抵抗のために電圧降下が増加する ので、回転電機のトルク及び速度が低下するという問題があった。特に、 12Vや 36V の低電圧を電源とする車両用回転電機においては電圧低下の影響が大きぐ例え ば 0. 5Vの電圧降下があつたとすると約 4%の電源電圧のロスとなる。また、電圧降 下を抑制するために配線を太くするという処置が考えられる力 配線の重量が増加し 、またコストが増加する問題がある。
[0003] また、低電圧電源の回転電機でなくても、パワー素子ユニットと回転電機が離れて 配置されると、その間を長い配線により接続する必要があり、製品のレイアウトの制約 になるだけでなぐ配線の部品コストや取り付けコストが増加する。
そこで、例えば特許文献 1のように、制御装置を車両用回転電機に一体的に取付 けられるものが考えられた。制御装置をリャブラケットに一体的に取付けることにより、 接続するハーネス類を短くでき、電圧降下を抑制して回転電機のトルク特性、回転数 特性を改善することができ、また、重量増加やコスト増加を回避することができる。
[0004] し力しながら、特許文献 1等に示すように、制御装置を回転電機の近傍に配置する にあたって、パワー素子の放熱性を確保する必要があるが、回転電機自体が発熱す るのでその周囲の温度環境は厳しぐ発熱体であるパワー素子を含む制御回路を回 転電機付近に配置することでさらに温度が上昇し、パワー素子や制御素子を破壊す るという問題があった。さらに、回転電機のスペースにパワー素子ユニットを追加して 設置するために装置全体が大型化する問題があった。
[0005] 図 13はパワー素子ユニットを備えた回転電機の動作を説明するための概略回路図 である。図において、回転電機 1は、固定子に卷回された電機子卷線 16aと、回転子 に卷回された界磁卷線 14を備え、上記電機子卷線 16aは、 3相（U相、 V相、 W相） のコイルを γ結線 (スター結線)して構成されている。パワー素子ユニット 4は、複数の パワー素子であるスイッチング素子（パワートランジスタ、 MOSFET、 IGBT等） 41と 各スイッチング素子 41に並列に接続されたダイオード 42からなるインバータモジユー ル 40と、このインバータモジュール 40に並列に接続されたコンデンサ 43とを備えて いる。インバータモジュール 40は、上アーム 46を構成するスイッチング素子 41aおよ びダイオード 42と、下アーム 47を構成するスイッチング素子 41bおよびダイオード 42 とを 2組直列に接続したものを 1セットとし、当該セットが 3個並列に配置されている。
[0006] 電機子卷線 16aの Y結線の各相の端部は、交流配線 9を介して前記直列に配置し た上アーム 46のスイッチング素子 41aと下アーム 47のスイッチング素子 41bの中間 点にそれぞれ電気的に接続されている。また、ノ ッテリ 5の正極側端子および負極側 端子が、直列配線 8を介してインバータモジュール 40の正極側および負極側にそれ ぞれ電気的に接続されている。インバータモジュール 40において、それぞれのスイツ チング素子 41a、 41bのスイッチング動作は、制御回路 44の指令により制御される。 また、制御回路 44は、界磁電流制御回路 45を制御して回転子の界磁卷線 14に流 す界磁電流を調整する。
[0007] 前記のようなパワー素子ユニット 4を備えた回転電機 1において、エンジンの始動時 に、ノ ッテリ 5から直流配線 8を介して直流電力がパワー素子ユニット 4に給電される 。そして、制御回路 44がインバータモジュール 40の各スイッチング素子 41a、 41bを ONZOFF制御し、直流電力が三相交流電力に変換される。そして、この三相交流 電力が交流配線 9を介して回転電機 1の電機子卷線 16aに供給される。これにより、 界磁電流制御回路 45により界磁電流が供給されている回転子の界磁卷線 14の周 囲に回転磁界が与えられ、回転子が回転駆動され、回転電機用プーリ、ベルト、クラ ンクプーリ、クラッチ（ON)を介してエンジンが始動される。
[0008] 一方、エンジンが始動されると、エンジンの回転動力がクランクプーリ、ベルト、回転 電機用プーリを介して回転電機 1に伝達される。これにより、回転子が回転駆動され て電機子卷線 16aに三相交流電圧が誘起される。そこで、制御回路 44が各スィッチ ング素子 41を ONZOFF制御し、電機子卷線 16aに誘起された三相交流電力を直 流電力に変換して、バッテリ 5を充電する。
[0009] 次に、上記パワー素子ユニット 4で使用される従来のパワーモジュールの構成例を 図 14に示す。上アーム 46を構成するパワー素子 41aと下アーム 47を構成するパヮ 一素子 41bは金属基板 20に接続され、さらに放熱グリス 21を介してヒートシンク 22に 接続されている。 2つのパワー素子 41a、 4 lbの接続部は交流配線 9に接続されてい るのでそれぞれ異なる電位を有するため絶縁基板 23上で絶縁処理されて ヽる。パヮ 一素子 41a、 41bの熱は絶縁基板 23を介してヒートシンク 22に伝熱され、空気中に 放熱される。パワー素子の電熱経路は発熱体であるチップ 24、外部との接続体とな るヒートスプレッダ 25、それらを接続する半田 26であり、それぞれの熱伝導率は 0. 0 254W/m-K, 0. 0293W/m-K, 0. 0165WZm'Kである。
[0010] 一方、絶縁基板 23の熱伝導率は 0. 07〜0. 09WZm'Kであり、絶縁物が伝熱経 路に介在することで放熱性を大きく損なうこととなっていた。
以上のように、インバータを回転電機の近傍に配置するに当たってパワー素子の放 熱性を確保する必要があるが、回転電機自体が発熱するのでその周囲の温度環境 は厳しぐ発熱体であるパワー素子を含む制御装置を回転電機付近に配置すること でさらに温度が上昇し、パワー素子や制御素子が破壊されるという問題があった。
[0011] 特許文献 1 :特開 2003— 225000号公報 (請求項 5、段落番号 [0039]、図 4等） 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] この発明は、前記のような課題を解消するためになされたものであり、制御装置の 冷却性を向上し、装置全体を小型化した上で制御装置と回転電機の間の配線による 電圧降下のロスをなくすことを目的とするものである。
課題を解決するための手段
[0013] この発明に係る回転電機は、回転軸を有する回転子と、前記回転子を囲むように配 設され電機子卷線を有する固定子とを備えた回転電機部と、前記回転電機部に近 接して設けられるとともに、少なくとも上アームおよび下アームを構成する一対のスィ ツチング素子を備えて前記回転電機部のスイッチング制御を行うスイッチング回路部 とを備え、前記スイッチング回路部の各アームのスイッチング素子はそれぞれのドレイ ン端子が絶縁物を介することなく別個のヒートシンクに接続され、上記別個のヒートシ ンクは絶縁物を介して互いに一体ィ匕されたことを特徴とするものである。
発明の効果
[0014] この発明に係る回転電機によれば、パワー素子であるスイッチング素子とヒートシン クの間の絶縁層が不要となるので熱伝導率を向上することができる。その結果、スィ ツチング素子の放熱量が向上し、パワー素子ユニットの冷却性が向上する。また、ヒ ートシンクを配線として使用することができるので、配線部品の部品点数を少なくでき 、また、配線基板自体も小型化することができ、装置全体の小型化が図れる。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、この発明を実施するための最良の形態を図に基づいて詳細に説明する。
実施の形態 1.
図 1はこの発明の実施の形態 1による回転電機の構造を示す断面図であり、当該回 転電機に一体的または近接してパワー素子ユニットを配置している。
[0016] 図 1において、回転電機 1は、フロントブラケット 10及びリャブラケット 11からなるケ ースと、当該ケースに支持用ベアリング 12を介して回転自在に配設されて ヽるシャフ ト 13と、このシャフト 13に固定されると共に界磁卷線 14を有する回転子 15と、前記ケ ースに固定されて回転子 15を囲むように配設されると共に電機子卷線 16aを有する 固定子 16と、回転子 15の軸方向の両端面に固定されたファン 17と、シャフト 13のフ ロント側の端部に固着されたプーリ 18と、シャフト 13のリャ側外周に位置するようにリ ャブラケット 11に取り付けられたブラシホルダ 19と、シャフト 13のリャ側に装着された 一対のスリップリング 21に摺接するようにブラシホルダ 19内に配設された一対のブラ シ 20と、シャフト 13のリャ側端部に配設された回転位置検出センサ（レゾルバ等） 22 を備えている。そして、この回転電機 1はプーリ 18及びベルト（図示せず)を介してェ ンジンの回転軸（図示せず）に連結されている。
[0017] 本実施の形態では、回転電機 1に一体的または近接してパワー素子ユニット 4が設 置されている。すなわち、リャブラケット 11のリャ側に配設したカバー 30とリャブラケッ ト 11との間の空間に、パワー素子ユニット 4を構成する複数のパワー素子 (スィッチン グ素子) 41a、 41bと、各パワー素子 41に接続された内側ヒートシンク 50及び外側ヒ ートシンク 51が支持具（図示せず)を介してリャブラケット 11の外側面に設置されて いる。また、カバー 30の外側には、前述した制御回路 44を搭載した制御回路基板 4 4aが配設されている。
[0018] さらに、カバー 30およびリャブラケット 11には通風孔 31a、 31bが設けられ、回転子 15のファン 17の回転により、図示矢印 Fのような風路を形成して、カバー 30内部を 通り抜け、パワー素子 41、内側ヒートシンク 50、外側ヒートシンク 51、制御回路 44等 を冷却する。図 2にはパワー素子ユニット部 4を上面力 見た図を示す。パワー回路 部は U、 V、 Wの 3相の部位 (U相部位 60、 V相部位 70、 W相部位 80)に分かれてお り、それぞれ一対のヒートシンクである内側ヒートシンク 50及び外側ヒートシンク 51が 搭載され、内側ヒートシンク 50には上側アームのパワー素子 41a (図示白抜き）が回 路的に並列に 4個ずつ接続されており、外側ヒートシンク 51には下側アームのパワー 素子 41b (図示斜線）が並列に 4個ずつ接続されている。パワー素子 41はディスクリ ートタイプ、 TPMタイプ、ベアチップタイプのいずれであってよい。
[0019] このように複数個のスイッチング素子 41を並列接続することで 1個のスイッチング素 子当たりの通電容量を小さくすることができ、安価に構成できる。また、内側パワー素 子 41a及びヒートシンク 50と外側パワー素子 41b及びヒートシンク 51間には相互間を 絶縁する合成樹脂等の絶縁物 58が介在している。 2つのヒートシンク 50、 51は絶縁 物 58を介して固定されているので、上下のヒートシンク間に電位差が生じても絶縁物 を介することでヒートシンク間距離を短くすることができ小型化できるものである。
[0020] なお、 52は U相及び V相の外側ヒートシンク 51同士を共締めする固定部、 53は同 じく V相及び W相の外側ヒートシンク 51同士を共締めする固定部、 54は U相の外側 ヒートシンク 51と U相の内側ヒートシンク 50を共締めする固定部、 55は同じく W相の 外側ヒートシンク 51と W相の内側ヒートシンク 50を共締めする固定部であり、更に、 5 6は U相の内側ヒートシンク 50と V相の内側ヒートシンク 50を共締めする固定部、 57 は V相の内側ヒートシンク 50と W相の内側ヒートシンク 50を共締めする固定部である [0021] 続いて、図 3に示す回転電機の制御用主回路部分の組立て分解図により、これら パワー素子 41a、 41b、内側ヒートシンク 50、外側ヒートシンク 51及び主回路配線構 造のレイアウトの詳細を説明する。以下、図 13に示した回転電機の動作を説明する ための概略回路図を参照しながら説明する。先ず上部アーム 46を構成するパワー素 子 41aは、 4個の MOSFETがそのドレイン端子となるベース板 25を内側ヒートシンク 50に半田などにより接合されている。一方、下部アーム 47を構成するパワー素子 41 bも、図示されていないが、やはり 4個の MOSFETがそのドレイン端子となるベース 板を外側ヒートシンク 51に半田などにより接合されている。これにより各ヒートシンクは それぞれが接合されるドレイン端子と同一電位を持つこととなる。
[0022] 一方、パワー素子 41aのソース端子 Sは配線板 61により 4個共通に取り出し、その 一端を渡り部配線層 61aを介して下部アーム 47の外側ヒートシンク 51すなわちパヮ 一素子 41bのドレイン端子と共通接続されると共に、固定子 16の電機子卷線 16aの U相リード線と交流配線 9を介して接続される。また、パワー素子 41bのソース端子 S は配線板 62により 4個共通に取り出し、その一端を延在部配線層 62aを介して外側ヒ ートシンク 51の共締め固定部 52まで延在して、 U相配線板 61の渡り部配線層 61aと 共に U相ヒートシンク 51に共締めされると共に、それ自体、アース部（ブラケット等）を 通して接地される。各層の配線板をそれぞれ近くのアース部と接続することで配線板 を小型化することができる。
[0023] また、図 14の従来装置では、上アーム 46と下アーム 47のパワー素子 (スイッチング 素子) 41a、 41bの電気的接続のために、配線を必要とした力 本実施の形態によれ ば、ヒートシンク 50、 51が配線を兼ねている。例えば、 U相の上アーム 46は 4つのス イッチング素子 41aを搭載している力 これら 4つのドレイン端子を並列接続するのに 銅線などの配線を用いるのではなぐ 4つのスイッチング素子 41aをヒートシンク 50に 直接接続することで、並列的な電気的接続が成立している。下アーム 47のパワー素 子 (スイッチング素子) 41bのドレイン端子の並列接続も同様である。また、 V相、 W相 のパワー素子 (スイッチング素子）についても同様である。すなわち、ヒートシンク 50、 51が配線を兼ねることで銅線等の配線を少なくすることができ、パワー素子ユニット 自体のサイズを小さくすることができる。
[0024] 更に、上記内側ヒートシンク 50の一方の共締め固定部 54はバッテリ 5の正極端子 に接続され、また他方の共締め固定部 56は図のような形状の配線板 64を共締め固 定してドレイン端子 Dとすると共に後述するコンデンサ 43への接続部を形成する。 V 相部位 70、 W相部位 80のパワー素子ユニットのレイアウトも U相部位 60と同様に構 成される。 3つの部位 (U相、 V相、 W相部位）の内側ヒートシンク 50は同電位 (バッテ リ 5の正極側電位）となるので、それぞれの内側ヒートシンク 50にバッテリ 5に接続する 端子を設けずに、ドレイン端子 Dを上記内側ヒートシンク 50の一部表面にも形成する ことにより、内側ヒートシンク 50同士を電気的に接続することで、バッテリ接続端子の 数を減らすことができる。なお、パワー素子 41aのゲート端子 65、パワー素子 41bの ゲート端子 66もそれぞれ 4個共通に取り出し、図示しな ヽケーブルにより図 1に示す 外部カバー 30の外方に有する制御回路基板 44aまで導出される。
[0025] 次に、コンデンサ 43の設置について説明する。コンデンサ 43は図のような直方体 形状を有し、スペースファクタの面力 その長手面が上記ヒートシンク構造体の背面 に沿うように配置される。また、その一端面から P、 N端子が導出されている。パワー 素子 4 lbのソース側配線板 62の延在部配線層 62aの一部であって外側ヒートシンク 51の共締め固定部 52の手前部分に外側ヒートシンク 51の冷却フィンと平行する面を 有するコンデンサ取り付け部 Eを有し、また、内側ヒートシンク 50の共締め固定部 56 力も導出される配線板 64の一部にも内側ヒートシンク 50の冷却フィンと平行する面を 有するコンデンサ取り付け部 Gを有し、上記コンデンサ取り付け部 Eをコンデンサの N 端子に、コンデンサ取り付け部 Gをコンデンサの P端子にそれぞれ半田接続する。
[0026] 以上のように平滑用のコンデンサ 43を、正極電位を有する内側ヒートシンクに接続 する配線板 64と各相の負極電位を接続する配線板 62との間に配置することにより、 上記コンデンサの取り付けのためのスペースファクタが向上すると共に、コンデンサと パワー回路間の距離が短くなり、コンデンサから両パワー素子 41a、 41bを通して流 れることのある電流経路の面積 (ループ径）が減少し、上記電流経路内を通過する電 機子卷線 16aからの外部磁界の量を減らすことができ、ノイズ耐力の良い回転電機が 得られる。 なお、上記平滑用のコンデンサ 43は各相別にそれぞれ設けられることにより、全て の相に亘つてノイズ耐力の向上を図ることができるものである。
[0027] 図 4は図 2の IV-IV線断面図を示している。 図から明らかなように、内側ヒートシン ク 50には上側アームのパワー素子 41aがそのドレイン側をヒートスプレッダ 25を介し て直接的に半田接続しており、同じぐ外側ヒートシンク 51には下側アームのパワー 素子 41bがそのドレイン側を半田接続して、相互間を絶縁物 58で封止し一体ィ匕して いる。すなわち、 本実施の形態におけるパワーモジュール構成によれば、上アーム 46と下アーム 47のパワー素子（スイッチング素子） 41a、 41bにそれぞれ別のヒートシ ンク（内側ヒートシンク 50、外側ヒートシンク 51)を直接接続し、そして、別々のヒートシ ンク（内側ヒートシンク 50、外側ヒートシンク 51)間を絶縁物を介して絶縁し且つ一体 化しているため、パワー素子 (スイッチング素子） 41とヒートシンク 50、 51の間に熱抵 抗の大きな絶縁物を介する必要がなくなり、放熱性を向上することができる。
[0028] 実施の形態 2.
図 5はこの発明の実施の形態 2による回転電機の構造を示す断面図であり、図 6は ノ^ー素子ユニット部 4を上面力も見た図を示す。なお、図中実施の形態 1で説明し た図 1及び図 2と同一または相当部分には同一符号を付して示している。実施の形 態 1と異なる点は、カバー 30およびリャブラケット 11には軸方向に通風孔 31a、 31bを 設けず、軸方向と直角方向に通風孔 31a、 31bを設け、これにより形成される風路 Fに それぞれパワー素子 41a、 41bが配置されるように絶縁板 59を挟んで上側ヒートシン ク 50及び下側ヒートシンク 51が設けられている点である。
[0029] この実施の形態 2によれば、上側ヒートシンク 50及び下側ヒートシンク 51を板状の 絶縁物 59を介して重ねて配置したことにより、ヒートシンク間の距離を短くすることが でき小型化が図れると共に、パワー素子の空間を風路として利用できることから冷却 性能の向上に資するものである。また、ヒートシンク 50、 51に搭載されるパワー素子 4 la、 41bは回転子 15の径方向に並列に配設されているので、パワー素子 41a、 41b が接続されて ヽる面が効率よく冷却される特徴がある。
[0030] 実施の形態 3.
図 7はこの発明の実施の形態 3による回転電機の構造を示す断面図であり、図 8は ノ ヮ一素子ユニット部 4を上面から見た図を示す。上記実施の形態 2と異なる点のみ を説明すると、上側ヒートシンク 50及び下側ヒートシンク 51を径方向に同列に配置し てヒートシンク取付け部 68に固定し、相互間を絶縁物 69で絶縁、一体化したもので ある。
この実施の形態によれば、上側ヒートシンク 50及び下側ヒートシンク 51を径方向に 同列に配置したので、ヒートシンク 50、 51の放熱フィンの面積の広い側の面を、風路 Fに沿って直線的に配置でき、一つの風路により冷却のための風量を確保し、軸方 向寸法の小さい回転電機を実現するのに好都合である。
[0031] 実施の形態 4.
図 9はこの発明の実施の形態 4による回転電機の構造を示す断面図であり、図 10 はパワー素子ユニット部 4を上面力 見た図を示す。この実施の形態 4による各ヒート シンクは、回転軸の軸方向と径方向に屈曲する L型に隣接配置されたものである。上 側ヒートシンク 50及び下側ヒートシンク 51の間には絶縁物 69が介在され取付け部 68 と共に一体にリャブラケット（図示せず）に取り付けている。回転電機の冷却風の流れ は軸方向から吸い込んで遠心力により外径方向に吐き出すのが一般的である。 L型 のヒートシンクによれば吸い込みと吐き出しの方向に沿ってヒートシンクを配置できる ので通路の圧損を低減でき、効率的にパワー素子を冷却できることになり、より小型 化できる特徴がある。
[0032] 実施の形態 5.
図 11はこの発明の実施の形態 5によるパワーモジュールの構成例を示す断面図で あり、図 12は上記パワーモジュールを回転電機に組み込んだ状態を上面から見た図 を示す。
この実施の形態 5による各ヒートシンクは、互いに独立して隣接配置されており、これ に予めヒートスプレッダ 25、 25上に直接半田接続されているチップ 24、 24を絶縁物 58により一体成形されたものを、半田接続することによりパワーモジュールを構成す るようにしたものである。このように上下のアームの MOSチップが一体にパッケージさ れた TPM (Transfer Power Module)構造物として取り扱うことができ、製造、組立ェ 程の簡略ィ匕を図ることができる特徴がある。 [0033] なお、前記実施の形態では、回転子 15に界磁卷線 14、ブラシホルダ 19を配設し た回転電機 1について説明した力 界磁卷線 14、ブラシホルダ 19を備えていない回 転電機 1に適用することも可能である。また、内側ヒートシンク 50は、 U相部位 60、 V 相部位 70、 W相部位 80の 3部品力 構成されるものを示した力 これを連結して 1部 品とし、 U相、 V相、 W相の各上アーム 46のパワー素子 (スイッチング素子） 41を同一 のヒートシンクに搭載することにより、配線組立をさらに合理ィ匕することができる。 図面の簡単な説明
[0034] [図 1]この発明の実施の形態 1による回転電機の構造を示す断面図である。
[図 2]図 1に示す回転電機のパワー素子ユニット部を上面から見た図である。
[図 3]図 1に示す回転電機の制御用主回路部分の組立て分解図である。
[図 4]図 2の IV-IV線断面図である。
[図 5]この発明の実施の形態 2による回転電機の構造を示す断面図である。
[図 6]図 5に示す回転電機のパワー素子ユニット部を上面から見た図である。
[図 7]この発明の実施の形態 3による回転電機の構造を示す断面図である。
[図 8]図 7に示す回転電機のパワー素子ユニット部を上面から見た図である。
[図 9]この発明の実施の形態 4による回転電機の構造を示す断面図である。
[図 10]図 7に示す回転電機のパワー素子ユニット部を上面から見た図である。
[図 11]この発明の実施の形態 5によるパワーモジュールの構成例を示す断面図であ る。
[図 12]図 11のパワーモジュールを回転電機に組み込んだ状態を上面力 見た図で ある。
[図 13]パワー素子ユニットを備えた回転電機の動作を説明するための概略回路図で ある。
[図 14]従来のパワーモジュールの構成例をを示す断面図である。
符号の説明
[0035] 1 回転電機、 4 パワー回路ユニット、 5 バッテリ、 13 回転軸、
14 界磁卷線、 15 回転子、 16 固定子、 16a 電機子卷線、
17 ファン、 30 外部カバー、 31、 31a、 31b通風孔、 インバータモジュール、 41、 41a、 41bスイッチング素子（パワー素子）、 平滑用コンデンサ、 44 制御回路、 46 上アーム、 47 下アーム、 内側ヒートシンク、 51 外側ヒートシンク、
、 53、 54、 55、 56、 57 共締め固定部、 58 絶縁部、 59 絶縁板、 U相部位、 70 V相部位、 80 W相部位。

Claims

請求の範囲
[1] 回転軸を有する回転子と、前記回転子を囲むように配設され電機子卷線を有する固 定子とを備えた回転電機部と、前記回転電機部に近接して設けられるとともに、少な くとも上アームおよび下アームを構成する一対のスイッチング素子を備えて前記回転 電機部のスイッチング制御を行うスイッチング回路部とを備え、
前記スイッチング回路部の各アームのスイッチング素子はそれぞれのドレイン端子が 絶縁物を介することなく別個のヒートシンクに接続され、上記別個のヒートシンクは絶 縁物を介して互いに一体化されたことを特徴とする回転電機。
[2] 上記各ヒートシンクは、回転軸の径方向に互いに隣接して配置され、それぞれのヒー トシンクの冷却面が軸方向風路と平行配置されたことを特徴とする請求項 1に記載の 回転電機。
[3] 上記各ヒートシンクは、互いに絶縁物を介して回転軸方向に隣接して配置され、それ ぞれのヒートシンクの冷却面が径方向風路と平行配置されたことを特徴とする請求項 1に記載の回転電機。
[4] 上記各ヒートシンクは、回転軸の径方向に互いに隣接して配置され、それぞれのヒー トシンクの冷却面が径方向風路と平行に直列配置されたことを特徴とする請求項 1に 記載の回転電機。
[5] 上記各ヒートシンクは、回転軸の軸方向と径方向に隣接する L型に配置され、それぞ れのヒートシンクの冷却面が軸方向力 径方向に屈曲する風路に沿って平行配置さ れたことを特徴とする請求項 1に記載の回転電機。
[6] 上記上アームのスイッチング素子と上記下アームのスイッチング素子は絶縁物により 一体にパッケージしたことを特徴とする請求項 1に記載の回転電機。
[7] 上記各ヒートシンクに接続されるスイッチング素子は複数個を同一ヒートシンクに直接 接続することにより複数個の並列体を構成したことを特徴とする請求項 1に記載の回 転電機。
[8] 平滑用のコンデンサを、正極電位を有するヒートシンクに接続する配線板と各相の負 極電位を接続する配線板との間に配置したことを特徴とする請求項 1に記載の回転 電機。 [9] 上記平滑用のコンデンサを各相に設けたことを特徴とする請求項 8に記載の回転電 機。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008136273A (ja) * 2006-11-27 2008-06-12 Mitsubishi Electric Corp 回転電機
JP2010104205A (ja) * 2008-10-27 2010-05-06 Mitsubishi Electric Corp 制御装置一体型回転電機

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118067A (ja) * 2006-11-08 2008-05-22 Hitachi Ltd パワーモジュール及びモータ一体型コントロール装置
JP4493665B2 (ja) * 2007-01-19 2010-06-30 三菱電機株式会社 制御装置一体型回転電機の製造方法
DE102007034327A1 (de) * 2007-07-24 2009-01-29 Robert Bosch Gmbh Elektromotor, insbesondere Stell- oder Antriebsmotor in Kraftfahrzeugen
EP2161819A1 (en) * 2008-09-08 2010-03-10 Converteam Technology Ltd Assemblies for electrical machines
DE102008051650A1 (de) * 2008-10-14 2010-04-15 Ksb Aktiengesellschaft An einem Elektromotor anordbares Gerät
JP2010136499A (ja) * 2008-12-03 2010-06-17 Mitsubishi Electric Corp 制御装置一体型回転電機
US20100195286A1 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Rakesh Kumar Dhawan Heat sink mechanism for internally integrated inverter hub (i3h) motor for light electric vehicles
JP4907694B2 (ja) 2009-05-13 2012-04-04 三菱電機株式会社 回転電機
JP4810589B2 (ja) 2009-05-28 2011-11-09 三菱電機株式会社 回転電機
JP4754009B2 (ja) * 2009-06-04 2011-08-24 三菱電機株式会社 車両用回転電機
JP5365872B2 (ja) * 2009-06-24 2013-12-11 株式会社デンソー 駆動装置
FR2947680A1 (fr) * 2009-07-03 2011-01-07 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante equipee d'un module electronique de puissance perfectionne
JP2011031756A (ja) * 2009-08-01 2011-02-17 Diamond Electric Mfg Co Ltd 電動パワーステアリング用モータユニット及び電動パワーステアリング装置
JP4851575B2 (ja) * 2009-11-02 2012-01-11 三菱電機株式会社 制御装置一体型回転電機
JP5287787B2 (ja) * 2010-04-16 2013-09-11 株式会社デンソー 電動装置
CN102237760A (zh) * 2010-05-07 2011-11-09 上海宝钢汽车检测修复有限公司 一种电驱动教练车的电动机
JP5202573B2 (ja) * 2010-05-10 2013-06-05 三菱電機株式会社 車両用制御装置一体型回転電機
US8482166B2 (en) * 2010-11-04 2013-07-09 Remy Technologies, L.L.C. Electric machine system including an alternating current (AC) electric machine having an expandable coolant manifold
CN102111078A (zh) * 2011-03-01 2011-06-29 锦州海伯伦汽车电子有限公司 汽车交流发电机整流桥
JP5649727B2 (ja) * 2011-05-20 2015-01-07 三菱電機株式会社 駆動装置一体型回転電機
CN202222092U (zh) * 2011-08-30 2012-05-16 中山大洋电机制造有限公司 一种电机控制器的igbt散热结构
JP5528505B2 (ja) * 2012-06-14 2014-06-25 三菱電機株式会社 回転電機
JP5420040B1 (ja) * 2012-09-13 2014-02-19 三菱電機株式会社 回転電機
JP5721794B2 (ja) 2013-08-26 2015-05-20 三菱電機株式会社 制御装置一体型回転電機
JP2015061451A (ja) * 2013-09-19 2015-03-30 株式会社デンソー 回転電機
US9450477B2 (en) * 2014-01-22 2016-09-20 Remy Technologies, Llc B+ mounted integrated active rectifier electronics
CN203800725U (zh) * 2014-04-04 2014-08-27 日本电产株式会社 马达
DE112015002495B4 (de) * 2014-05-28 2023-10-05 Mitsubishi Electric Corporation Elektrische Energie umwandelnde Vorrichtung
JP6146380B2 (ja) * 2014-07-31 2017-06-14 株式会社デンソー 電子装置
JP6379895B2 (ja) * 2014-09-08 2018-08-29 株式会社デンソー 回転電機
WO2016067810A1 (ja) * 2014-10-31 2016-05-06 日立工機株式会社 電動作業機
CN106298762B (zh) * 2015-05-29 2019-04-02 富士电机（中国）有限公司 功率半导体模块及电动汽车驱动用电动机
CN107852072B (zh) * 2015-08-05 2020-08-18 三菱电机株式会社 逆变器一体型马达
JP2017127097A (ja) * 2016-01-13 2017-07-20 株式会社デンソー 制御装置一体型回転電機
US9998055B2 (en) 2016-04-14 2018-06-12 Caterpillar Inc. Low inductance power electronics configuration for electric drive systems
JP6824370B1 (ja) * 2019-12-02 2021-02-03 三菱電機株式会社 回転電機
WO2022057129A1 (zh) 2020-09-15 2022-03-24 佛山市威灵洗涤电机制造有限公司 电动机及洗衣机
CN114172302B (zh) * 2020-09-15 2024-01-05 佛山市威灵洗涤电机制造有限公司 电动机及洗衣机
DE102020214795A1 (de) 2020-11-25 2022-05-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer isoliert geteilten Wärmesenke und Fahrzeug mit dem Leistungsmodul

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02119559A (ja) * 1988-10-27 1990-05-07 Hitachi Ltd 車両用発電機
JPH03106868U (ja) * 1990-02-19 1991-11-05
JP2004274992A (ja) * 2003-02-18 2004-09-30 Denso Corp インバータ一体型交流モータ
JP2004282905A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Hitachi Ltd 多相式交流回転電機
JP2004312852A (ja) * 2003-04-04 2004-11-04 Hitachi Ltd 車両用回転電機

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62200754A (ja) * 1986-02-28 1987-09-04 Hitachi Ltd 車両用交流発電機の整流装置
CN2265632Y (zh) * 1996-02-01 1997-10-22 唐山市普发电子有限公司 低感主回路交流变频调速器
DE19735531A1 (de) 1997-08-16 1999-02-18 Abb Research Ltd Leistungshalbleitermodul mit in Submodulen integrierten Kühlern
DE19828518A1 (de) * 1998-06-26 1999-12-30 Bosch Gmbh Robert Elektrische Maschine, vorzugsweise Drehstromgenerator mit Gleichrichter-Baueinheit
DE19904279B4 (de) * 1999-02-03 2005-09-01 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Halbleitervorrichtung
JP4054137B2 (ja) * 1999-06-03 2008-02-27 株式会社東京アールアンドデー パワー半導体素子の給電及び放熱装置
JP4002064B2 (ja) * 2000-12-18 2007-10-31 カルソニックカンセイ株式会社 ブラシレスモータ
JP4051027B2 (ja) * 2001-05-30 2008-02-20 インターナショナル・レクチファイヤー・コーポレーション パワー半導体デバイスモジュール
JP3958593B2 (ja) 2002-01-29 2007-08-15 三菱電機株式会社 車両用電源装置
US6992409B2 (en) * 2002-03-15 2006-01-31 Denso Corporation Liquid-cooled rotary electric machine integrated with an inverter
JP4016384B2 (ja) 2002-06-17 2007-12-05 株式会社安川電機 パワーモジュールおよびこれを用いたモータ制御装置
FR2842042A1 (fr) * 2002-07-04 2004-01-09 Valeo Equip Electr Moteur Module de controle et de puissance d'un alterno-demarreur integrale
JP4075992B2 (ja) * 2003-05-07 2008-04-16 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュールの製造方法、半導体モジュール、それを用いた一体型モータおよび一体型モータを備える自動車
JP4156542B2 (ja) * 2004-03-03 2008-09-24 三菱電機株式会社 車両用回転電機装置
JP2007189865A (ja) * 2006-01-16 2007-07-26 Mitsubishi Electric Corp 制御装置一体型回転電機

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02119559A (ja) * 1988-10-27 1990-05-07 Hitachi Ltd 車両用発電機
JPH03106868U (ja) * 1990-02-19 1991-11-05
JP2004274992A (ja) * 2003-02-18 2004-09-30 Denso Corp インバータ一体型交流モータ
JP2004282905A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Hitachi Ltd 多相式交流回転電機
JP2004312852A (ja) * 2003-04-04 2004-11-04 Hitachi Ltd 車両用回転電機

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1843453A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008136273A (ja) * 2006-11-27 2008-06-12 Mitsubishi Electric Corp 回転電機
JP2010104205A (ja) * 2008-10-27 2010-05-06 Mitsubishi Electric Corp 制御装置一体型回転電機
US7999425B2 (en) 2008-10-27 2011-08-16 Mitsubishi Electric Corporation Controller-integrated rotating electric machine

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JP4583191B2 (ja) 2010-11-17
CN101006633B (zh) 2010-09-01

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