(57)【要約】【課題】この発明は、電力変換装置の損傷や経年劣化を抑制できる回転電機を得る。【解決手段】パワーモジュールは、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子および電流検出器が絶縁性樹脂でモールド一体化され、上記第１スイッチング素子の下面電極が第１リードフレームに接合され、上記第２スイッチング素子の下面電極が第２リードフレームに接合され、上記電流検出器の両端が第３リードフレームと第４リードフレームとに接合され、第１インナーリードが上記第１スイッチング素子の上面電極と上記第２リードフレームとを電気的に接続し、第２インナーリードが上記第２スイッチング素子の上面電極と第３リードフレームとを電気的に接続し、上記第１から第４リードフレームが、上記ヒートシンクの上面に、絶縁性放熱部材により接合されており、固定子巻線が、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース、上記ケース内に回転可能に配設され、界磁巻線を有する回転子、および上記回転子を囲繞するように上記ケースに保持され、固定子巻線を有する固定子を備える回転電機本体と、
上記界磁巻線に接続される界磁モジュール、上記固定子巻線に接続されるパワーモジュール、上記界磁モジュールと上記パワーモジュールが固定されるヒートシンク、および上記界磁モジュールと上記パワーモジュールに制御信号を出力する制御基板を備える電力変換装置と、を備える回転電機において、
上記パワーモジュールは、
上アームを構成する第１スイッチング素子と、
上記第１スイッチング素子に直列に接続されて下アームを構成する第２スイッチング素子と、
電流検出器と、
上記第１スイッチング素子、上記第２スイッチング素子および上記電流検出器をモールド一体化する絶縁性樹脂と、
上面が上記第１スイッチング素子の下面電極に接合されている第１リードフレームと、
上面が上記第２スイッチング素子の下面電極に接合されている第２リードフレームと、
上面が上記電流検出器の一端に接合されている第３リードフレームと、
上面が上記電流検出器の他端に接合されている第４リードフレームと、
上記第１スイッチング素子の上面電極と上記第２リードフレームの上面とを電気的に接続する第１インナーリードと、
上記第２スイッチング素子の上面電極と第３リードフレームの上面とを電気的に接続する第２インナーリードと、を備え、
上記第１リードフレーム、上記第２リードフレーム、上記第３リードフレームおよび上記第４リードフレームの下面が、上記ヒートシンクの上面に、絶縁性放熱部材により接合されており、
上記固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されている回転電機。
【請求項２】
上記第１スイッチング素子と上記第１インナーリードとの間、および上記第２スイッチング素子と上記第２インナーリードとの間には、熱拡散板が収納されている請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
上記ヒートシンクが締結ボルトにより上記ケースに固定され、
第１断熱部材が上記ヒートシンクと上記ケースとの間に配設されている請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
第２断熱部材が上記締結ボルトと上記ヒートシンクの間に配設されている請求項３記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、エンジンを始動、アシストし、発電機能を有する電力変換装置が搭載された回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オルタネータは、発電機の一種で、エンジンなどから伝達される機械的運動エネルギーを交流の電気エネルギーへと変換する装置である。オルタネータまたはオルタネータ兼スタータには、電力変換装置が回転電機本体に搭載されている。電力変換装置には、複数のスイッチング可能な半導体素子を絶縁性樹脂によりモールディングしてなるパワーモジュールが装備されている。
【０００３】
パワーモジュールは、配線パターン状に成形されたリードフレーム上に、スイッチング可能な半導体素子を搭載し、半導体素子間を配線部材により接続したものをモールド樹脂で封止したものである。パワーモジュールに搭載される半導体素子は、通電すると発熱し、温度が上昇する。この半導体素子には許容温度が定められおり、許容度を超えないように電流を制御する必要がある。すなわち、半導体素子に通電する電流値を大きくすることで製品の性能を向上させるためには、通電時の温度上昇を抑える必要がある。
【０００４】
電力変換装置は、輸送用機器や生活家電など様々な製品に組み込まれているが、特に車載用機器では、その性能はモータを駆動する際のトルクの大きさや、発電量などに影響する。車載用機器では、短時間に数百Ａもの大電流を流すこともあり、その際に通電時の半導体素子の過渡的な温度上昇を抑えることは、製品の動作を実現する最も重要な要素の一つである。このような要求に対応するため、過去に様々な技術が提案されていた(例えば特許文献１)。
【０００５】
特許文献１に記載の従来の電力変換装置では、スイッチング可能な半導体素子に流れる相電流を検出する電流検出器をパワーモジュールに実装し、この電流検出器により複数の相電流を検出し、リードフレーム上に実装されている半導体素子をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によりスイッチングしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１１５９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の電力変換装置では、固定子巻線が電気角がずれていない２組の三相固定子巻き線により構成されているので、ＰＷＭ制御される複数の半導体素子が不均一に発熱し、半導体素子で発生する熱を放熱するヒートシンクが不均一に温度上昇する。この温度サイクルにより、半導体素子や接合部が損傷したり、経年劣化をしたりするという課題があった。
【０００８】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電力変換装置の損傷や経年劣化を抑制できる回転電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の回転電機は、ケース、上記ケース内に回転可能に配設され、界磁巻線を有する回転子、および上記回転子を囲繞するように上記ケースに保持され、固定子巻線を有する固定子を備える回転電機本体と、上記界磁巻線に接続される界磁モジュール、上記固定子巻線に接続されるパワーモジュール、上記界磁モジュールと上記パワーモジュールが固定されるヒートシンク、および上記界磁モジュールと上記パワーモジュールに制御信号を出力する制御基板を備える電力変換装置と、を備える。上記パワーモジュールは、上アームを構成する第１スイッチング素子と、上記第１スイッチング素子に直列に接続されて下アームを構成する第２スイッチング素子と、電流検出器と、上記第１スイッチング素子、上記第２スイッチング素子および上記電流検出器をモールド一体化する絶縁性樹脂と、上面が上記第１スイッチング素子の下面電極に接合されている第１リードフレームと、上面が上記第２スイッチング素子の下面電極に接合されている第２リードフレームと、上面が上記電流検出器の一端に接合されている第３リードフレームと、上面が上記電流検出器の他端に接合されている第４リードフレームと、上記第１スイッチング素子の上面電極と上記第２リードフレームの上面とを電気的に接続する第１インナーリードと、上記第２スイッチング素子の上面電極と第３リードフレームの上面とを電気的に接続する第２インナーリードと、を備える。上記第１リードフレーム、上記第２リードフレーム、上記第３リードフレームおよび上記第４リードフレームの下面が、上記ヒートシンクの上面に、絶縁性放熱部材により接合されており、上記固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されているので、ＰＷＭ制御される第１および第２スイッチング素子の不均一な発熱が抑制される。これにより、第１および第２スイッチング素子で発生する熱を放熱するヒートシンクの不均一な温度上昇が抑制され、電力変換装置の損傷や経年劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電力変換装置をリヤ側から見た端面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る回転電機の電気回路図である。
【図４Ａ】この発明の実施の形態１に係る回転電機における２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量和を模擬した図である。
【図４Ｂ】この発明の実施の形態１に係る回転電機における２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量和を模擬した図である。
【図４Ｃ】この発明の実施の形態１に係る回転電機における２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量和を模擬した図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるパワーモジュールを示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る回転電機におけるパワーモジュールを示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る回転電機におけるパワーのジュールを示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る回転電機における締結ボルト周りを示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電力変換装置をリヤ側から見た端面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の電気回路図である。なお、縦断面図とは回転電機の回転軸の軸心を含む平面における断面図である。
【００１３】
図１において、回転電機１は、回転電機本体１００と、回転電機本体１００と軸方向に並んで回転電機本体１００のリヤ側に配設された電力変換装置２００と、を備える。
【００１４】
回転電機本体１００は、それぞれ、鉄などの金属材料を用いて腕状に作製されフロントブラケット７およびリヤブラケット８からなるケース６と、界磁巻線１４を有し、回転軸１２に固着された回転子５と、固定子鉄心１０および固定子鉄心１０に装着された固定子巻線１１を有する固定子４と、を備えている。
【００１５】
回転軸１２は、フロントブラケット７およびリヤブラケット８に設けられたベアリング１５に回転可能に支持されている。回転子５は、回転軸１２に固着されて、ケース６内に回転可能に配設されている。
フロントブラケット７とリヤブラケット８とは、固定子鉄心１０の軸方向両側に配置され、締結ボルト９により締結一体化される。これにより、固定子４が、固定子４は、固定子鉄心１０がフロントブラケット７とリヤブラケット８とにより加圧挟持されて、回転子５の径方向外側に、回転子５を囲繞するように配設されている。
【００１６】
フロントブラケット７から突出する回転軸１２のフロント側端部には、プーリ１７が装着されている。回転電機本体１００は、プーリ１７および伝達ベルト（図示せず）を介してエンジンのクランク軸（図示せず）に連結されている。
【００１７】
冷却ファン１６が、回転子鉄心１３のフロント側およびリヤ側の端面に固着されて、回転子５と供回り可能となっている。
リヤブラケット８から突出する回転軸１２のリヤ側端部には、回転軸１２の回転位置に応じた回転位置信号を発生する回転位置検出センサ１８と、界磁巻線１４に電気的に接続された複数のスリップリング１９が装着されている。ブラシホルダ２１が複数のスリップリング１９の外周側に配設されている。
【００１８】
スリップリング１９は、回転軸１２の外周部を囲む環状の導電部材である。ブラシホルダ２１内には、導電性のブラシ２０が、複数のスリップリング１９のそれぞれに相対するように収納されている。各ブラシ２０は、押圧ばね２２により、スリップリング１９に押圧され、回転軸１２と共回りするスリップリング１９上を摺動する。これにより、界磁電流がブラシ２０およびスリップリング１９を介して界磁巻線１４に供給され、磁界が回転子５に発生する。
【００１９】
電力変換装置２００は、パワーモジュール２３、界磁モジュール２４、制御基板２５、外部接続用コネクタ２７、ヒートシンク２９、冷却フィン３４、導電バスバー構造体３１などで構成される。電力変換装置２００は、リヤブラケット８に保持されて、リヤブラケット８の軸方向外側に配設され、樹脂製のカバー３９により覆われている。
【００２０】
ヒートシンク２９は、リング平板状に作製されている。パワーモジュール２３および界磁モジュール２４が、ヒートシンク２９の一面に接着剤により固定されている。冷却フィン３４が、パワーモジュール２３および界磁モジュール２４の搭載領域に対応して、ヒートシンク２９の他面に形成されている。ヒートシンク２９は、冷却フィン３４をリヤブラケット８に向けて、かつ中心穴内に回転軸１２およびブラシホルダ２１を収容して、回転軸１２の軸心と直交する平面上に配設される。
【００２１】
制御基板２５は、パワーモジュール２３をＰＷＭ制御するものであり、リング平板状に作製され、パワーモジュール２３および界磁モジュール２４のヒートシンク２９と反対側に配設されている。導電バスバー構造体３１は、電力入出力ターミナル２６、Ｎターミナル２８、ＡＣターミナル３３を電気絶縁性樹脂でモールディングして作製されている。導電バスバー構造体３１には、パワーモジュール２３および界磁モジュール２４が電気的に接続されている。
【００２２】
つぎに、電力変換装置２００の構成について図２および図３を参照しつつ説明する。なお、図２では、説明を分かりやすくするために、制御基板が省略されている。図２には、６つのパワーモジュール２３と１個の界磁モジュール２４が図示されている。
【００２３】
回転位置検出センサ１８の信号端子１８ａは、制御基板２５に接続される。界磁モジュール２４は、バッテリ端子２４ａと、アース端子２４ｂと、界磁巻線接続端子２４ｃと、信号端子２４ｄと、を有する。
【００２４】
パワーモジュール２３は、スイッチング可能な半導体素子である第１スイッチング素子３６aと第２スイッチング素子３６ｂとを直列に接続してなる素子対と電流検出器３８とを電気絶縁性樹脂でモールディングして作製されている。３つのパワーモジュール２３が並列に接続されて、３相回路を構成している。各パワーモジュール２３が３相回路のなかの１相分の回路を構成する。なお、第１スイッチング素子３６ａが上アームに相当し、第２スイッチング素子３６ｂが下アームに相当する。第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂには、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ），ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが用いられる。
【００２５】
パワーモジュール２３は、Ｐ端子２３ａと、Ｎ端子２３ｂと、ＡＣ端子２３ｃと、信号端子２３ｄと、信号端子２３ｅと、を有する。Ｐ端子２３ａは、第１スイッチング素子３６aのドレインに接続されている。電流検出器３８の一端は、第２スイッチング素子３６ｂのソースに接続されている。Ｎ端子２３ｂは、電流検出器３８の他端に接続されている。ＡＣ端子２３ｃは、固定子巻線１１と接続される交流入出力であり、第１スイッチング素子３６ａのソースと第２スイッチング素子３６ｂのドレインとの接続点に接続されている。一つの信号端子２３ｄは、第１スイッチング素子３６ａのソースと第２スイッチング素子３６ｂのドレインとの接続点に接続されている。もう一つの信号端子２３ｄは、第２スイッチング素子３６ｂのソースに接続されている。信号端子２３ｅは、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂのゲート電極に接続されている。
【００２６】
各パワーモジュール２３のＰ端子２３ａは、電力入出力ターミナル２６に接続されている。各パワーモジュール２３のＮ端子２３ｂは、Ｎターミナル２８に接続されている。各パワーモジュール２３のＡＣ端子２３ｃがＡＣターミナル３３を介して固定子巻線１１の相巻線に接続されている。
【００２７】
なお、電流検出器３８にはシャント抵抗を使用しているが、ＡＣ端子２３ｃやＡＣターミナル３３に流れる電流を検出できるＩＣセンサなどを用いてもよい。
【００２８】
界磁モジュール２４は、界磁電流を通電する複数のスイッチング可能な半導体素子であるスイッチング素子３２を電気絶縁性樹脂でモールディングして作製される。ここでは、界磁モジュール２４は３個のスイッチング素子３２を備えている。界磁モジュール２４は、制御基板２５からの制御信号に基づいて、バッテリ３０からの電力を調整して界磁電流として界磁巻線１４に供給する。
【００２９】
回転位置検出センサ１８の信号端子１８ａは、制御基板２５の基板端子２５ａに接続される。界磁モジュール２４の信号端子２４ｄは、制御基板２５の基板端子２５ｂに接続される。パワーモジュール２３の信号端子２３ｄと信号端子２３ｅは、制御基板２５の基板端子２５ｃに接続される。外部接続用コネクタ２７の信号端子は制御基板２５の基板端子２５ｄに接続される。制御基板２５は、回転位置検出センサ１８からの回転子５の回転位置信号と、外部接続用コネクタ２７を通じて伝送されてくる外部機器(エンジン制御ユニット等)からの信号情報に基づいて、界磁モジュール２４およびパワーモジュール２３に制御信号を出力する。
【００３０】
電力変換装置２００は、パワーモジュール２３、界磁モジュール２４などをリング平板状のヒートシンク２９上に搭載して、構成されている。そして、ヒートシンク２９を、その中心穴内に回転軸１２およびブラシホルダ２１を収容して、回転軸１２の軸心と直交する平面上に配設される。そこで、電力変換装置２００を回転電機本体１００の径内に収めることができ、回転電機１の径方向の小型化が図られる。
【００３１】
つぎに、このように構成された回転電機１の動作を説明する。
エンジンの始動時には、バッテリ３０からの直流電力が、電力入出力ターミナル２６を介してパワーモジュール２３および界磁モジュール２４のそれぞれに供給される。界磁モジュール２４は、制御基板２５の制御により、バッテリ３０からの直流電力を界磁電流に調整する。界磁モジュール２４で調整された界磁電流は、ブラシ２０およびスリップリング１９を介して界磁巻線１４に供給される。これにより、回転子５には、直流磁界が発生する。制御基板２５は、電流検出器３８により検出された複数の相電流の値からＰＷＭ制御により、パワーモジュール２３にスイッチング動作を行わせる。これにより、バッテリ３０からの直流電力が交流電力に変換される。
【００３２】
パワーモジュール２３で変換された交流電力は、ＡＣターミナル３３を介して固定子巻線１１に供給される。これにより、固定子４には、回転磁界が発生し、回転子５が回転する。すなわち、回転電機本体１００が電動機として動作し、回転子５の回転トルクがプーリ１７およびベルトを介してエンジンのクランク軸に伝達され、エンジンが始動する。
【００３３】
エンジンの始動後には、エンジンからの回転トルクがベルトを介してプーリ１７に伝達される。これにより、回転子５が回転し、固定子巻線１１に交流電力が誘起される。このとき、制御基板２５は、電流検出器３８により検出された複数の相電流の値からＰＷＭ制御により、パワーモジュール２３にスイッチング動作を行わせる。これにより、固定子巻線１１に誘起された交流電力が直流電力に変換される。すなわち、回転電機本体１００が交流発電機として動作し、パワーモジュール２３で変換された直流電力がバッテリ３０に充電される。
【００３４】
ここで、固定子巻線１１は、図３に示されるように、２組の三相固定子巻線、すなわち第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂとにより構成されている。第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂは、電気角が互いにθだけずれている。すなわち、第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂは、電気角位相差θを有している。また、第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂの各相巻線は、同じ抵抗値となっている。
【００３５】
つぎに、回転電機１を駆動した時の２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量を模擬した結果を図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示す。ただし、Ｉ∝sin(θ)とした。Ｉ2 ∝sin2(θ)であるので、三相固定子巻線の発熱量は、Ｉ2Ｒ∝sin2(θ)となる。図４Ａから図４Ｃはそれぞれこの発明の実施の形態１に係る回転電機における２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量和を模擬した図であり、図４Ａはθ＝０°、図４Ｂはθ＝３０°、図４Ｃはθ＝９０°のときの場合を示している。なお、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃにおいて、実線は（Ｕ２＋Ｘ２）、点線は（Ｖ２＋Ｙ２）、一点鎖線は（Ｗ２＋Ｚ２）を示している。
【００３６】
電気角位相差θ＝０°のとき、図４Ａに示されるように、発熱量和の振幅が最大となることがわかった。また、電気角位相差θ＝９０°のとき、図４Ｃに示されるように、発熱量和が一定値となることが分かった。つまり、電気角位相差θ＝９０°のとき、６個の第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂが最も均一に発熱しており、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの下層に設置されるヒートシンク２９も均熱化されているので、他の場合に比べて第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの温度上昇の最大値を低減できる。一方で、電気角位相差θ＝０°のとき、６個の第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂが最も不均一に発熱しており、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの下層に設置されるヒートシンク２９も不均一に温度が上昇するので、他の場合に比べて第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂは温度が上昇しやすく、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂが破損する可能性がある。電気角のずれ、すなわち電気角位相差θが、０°≦ θ ＜ １２０°において、θ＝９０°の時、６個の第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂが最も均一に発熱する。
【００３７】
この実施の形態１によれば、第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂとが電気角位相差θを有しているので、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの過渡的な温度上昇が低減される。これにより、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの不均一な発熱が抑制され、ヒートシンク２９の不均一な温度上昇が抑制される。そこで、温度サイクルによる熱膨張と熱収縮の繰り返しが原因の一つとなる第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂや使用部材(例えば、はんだ、バスバーなどの金属、接着剤、樹脂など)の損傷や経年劣化を抑えることができる。
【００３８】
つぎに、パワーモジュール２３の構造について図５を用いて説明する。図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機におけるパワーモジュールを示す平面図、図６は図５のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図５では、便宜上、絶縁樹脂を省略してパワーモジュールを示している。
【００３９】
図５および図６において、パワーモジュール２３は、直列接続された第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂを有し、３相回路の1相分の回路に相当する。信号端子２３ｅが、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂのそれぞれのゲート電極に接続されている。
【００４０】
第１スイッチング素子３６ａが第１リードフレーム４１の上に配置され、第１スイッチング素子３６ａの下面電極がはんだ５４により第１リードフレーム４１の上面に接合されている。第１スイッチング素子３６ａの上面電極には、はんだ５４により第１インナーリード４３の一端が接合されている。そして、第１インナーリード４３の他端が、はんだ５４により第２リードフレーム４４の上面に接合され、上アームを構成している。
【００４１】
第２スイッチング素子３６ｂが第２リードフレーム４４の上に配置され、第２スイッチング素子３６ｂの下面電極が、はんだ５４により第２リードフレーム４４の上面に接合されている。第２スイッチング素子３６ｂの上面電極には、はんだ５４により第２インナーリード４６の一端が接合されている。そして、第２インナーリード４６の他端が、はんだ５４により第３リードフレーム４７の上面に接合され、下アームを構成している。
【００４２】
第３リードフレーム４７の上面には、はんだ５４により電流検出器３８の一端が接合されている。電流検出器３８の他端が、はんだ５４により第４リードフレーム４８の上面に接合されている。電力変換装置２００は、第１から第４リードフレーム４１，４４，４７，４８の線膨張係数に近い線膨張係数を有する、例えばシリコーン樹脂などの、絶縁性樹脂３７を用いてモールディングされている。電流検出器３８の接合部の周囲を絶縁性樹脂３７で固めているので、電流検出器３８は、外部環境の影響を受けにくいうえに、繰り返しの熱膨張、収縮による応力を緩和し寿命を延ばすことができる。
【００４３】
パワーモジュール２３は、第１から第４リードフレーム４１，４４，４７，４８の下面をヒートシンク２９に、絶縁性放熱部材としての接着剤５０を用いて固定して、ヒートシンク２９上に搭載されている。この接着剤５０には、絶縁性および放熱性を有するシリコーン樹脂などの接着剤が用いられる。第１から第４リードフレーム４１，４４，４７，４８は、パワーモジュール２３の最下層に配設されている。最下層に配設されているこれらの部材は、絶縁性樹脂３７から露出しているため、接着剤５０によってヒートシンク２９に直接接着することができる。電流検出器３８と第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂはパワーモジュール２３の第２層に配設されている。
【００４４】
この実施の形態１によれば、パワーモジュール２３が接着剤５０によりヒートシンク２９に直接接着されている。そこで、電流検出器３８で発生した熱は、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂと同様に、第１から第４リードフレーム４１，４４，４７，４８を介してヒートシンク２９に伝達され、ヒートシンク２９から効果的に放熱される。また、電流検出器３８と第３および第４リードフレーム４７，４８との接合は、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂと第１および第２リードフレーム４１，４４との接合と同じはんだ付けであるため、１つの工程で同時に実装することができる。
【００４５】
電流検出器３８がパワーモジュール２３内に実装されているので、電流検出器３８の冷却構造を第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの冷却構造と同じ構造とすることができる。第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂを第１および第２リードフレーム４１，４４に実装する際に、電流検出器３８を第３および第４リードフレーム４７，４８に同時に実装できるので、生産性が高められる。
【００４６】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る回転電機におけるパワーモジュールを示す断面図である。
【００４７】
図７において、第２、第３および第４リードフレーム４４，４７，４８、および第２インナーリード４６は、所定厚みのフレーム５１が接合されて、機械加工に影響が出ない範囲で軸方向の厚みが厚くなっている。図示していないが、第１リードフレーム４１および第１インナーリード４３も、機械加工に影響が出ない範囲で軸方向の厚みが厚くなっている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００４８】
実施の形態２によれば、第１から第４リードフレーム４１、４４，４７，４８、および第１および第２インナーリード４３，４６の軸方向の厚みが厚くなっている。そこで、電力変換装置２００の径方向の占有面積を維持したまま、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂに対する、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂで発生する熱の伝熱経路の熱容量が増える。これにより、回転電機の径方向寸法を拡大することなく、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの過渡的な温度上昇を低減できる。
【００４９】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る回転電機におけるパワーのジュールを示す断面図である。
【００５０】
図８において、第２スイッチング素子３６ｂの下面電極が、熱伝導性を有する導電性接着剤５３により、第２リードフレーム４４に接合されている。熱拡散板５２が、接着剤５３内に収納されている。図示していないが、第１スイッチング素子３６ａの下面電極も、接着剤５３により、第１リードフレーム４１に接合され、熱拡散板５２が接着剤５３内に収納されている。熱拡散板５２には、金、銀、銅、プラチナ、スズ、アルミニウム、鉄、およびそれらの合金、炭素などが用いられ、導電性接着剤５３は、シリコーン樹脂などの樹脂と導電性フィラーとからなる接着剤が用いられる。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５１】
実施の形態３によれば、熱拡散板５２が、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの下面電極と第１および第２リードフレーム４１，４４とを接合する導電性接着剤５３内に収納されている。そこで、電力変換装置２００の径方向の占有面積を維持したまま、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂに対する、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂと第１および第２リードフレーム４１，４４との間の伝熱経路の熱容量が増える。これにより、回転電機の径方向寸法を拡大することなく、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの過渡的な温度上昇を低減できる。
【００５２】
ここで、熱拡散板５２の線膨張係数を、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの線膨張係数と第１および第２リードフレーム４１、４４の線膨張係数との中間の値に設定すると、熱や衝撃による第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの歪みや変形の発生を防止することができる。
また、熱拡散板５２は第１および第２リードフレーム４１、４４と別部材で構成されているが、第１および第２リードフレーム４１、４４と一体に構成されてもよい。例えば、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの下面電極に相対する領域のみが厚くなっている異厚材を第１および第２リードフレームに用いてもよい。
【００５３】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る回転電機における締結ボルト周りを示す要部断面図である。
【００５４】
図９において、ヒートシンク２９が、締結ボルト５５によりリヤブラケット８に定着固定されている。第１断熱部材５６がヒートシンク２９とリヤブラケット８との間に配設されている。第２断熱部材５７が締結ボルト５５とヒートシンク２９との間に配設されている。ここで、第１および第２断熱部材５６，５７には、フェノール、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＡＢＳなどの樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）、セラミック、ゴム、ガラス繊維などが用いられる。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に形成されている。
【００５５】
実施の形態４によれば、第１断熱部材５６がリヤブラケット８とヒートシンク２９との間に配設されているので、固定子４で発生した熱がリヤブラケット８からヒートシンク２９に伝達されない。さらに、第２断熱部材５７が締結ボルト５５とヒートシンク２９との間に配設されているので、固定子４で発生した熱がリヤブラケット８から締結ボルト５５を介してヒートシンク２９に伝達されない。これにより、ヒートシンク２９の温度上昇が低減され、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの温度上昇を低減できる。
なお、締結ボルト５５が熱伝導率の小さい材料、例えば樹脂などで構成されている場合、締結ボルト５５とヒートシンク２９の間には断熱部材を配設する必要がない。
【００５６】
なお、上記各実施の形態では、パワーモジュールが２つのスイッチング素子を電気絶縁性樹脂でモールディングした（２ｉｎ１）モジュールに構成されているが、パワーモジュールは、４つのスイッチング素子を電気絶縁性樹脂でモールディングした（４ｉｎ１）モジュールに構成されてもよい。この構成とすることより、電力変換装置の小型化を促進できるが、各相のスイッチング素子が近接配置されることで、熱干渉しやすくなる。本願では、２組の三相固定子巻線が位相差を有しているので、各相のスイッチング素子は均一に発熱し、スイッチング素子間の熱干渉を軽減することができ、スイッチング素子の温度上昇を低減できる。また、パワーモジュールを（６ｉｎ１）や（１２ｉｎ１）モジュールに構成しても、同様の効果が見込まれる。
【００５７】
また、上記各実施の形態では、電動機能と発電機能とを備えた回転電機について説明しているが、電動機能のみ、あるいは発電機能のみを備える回転電機に適用しても、同様の効果が得られる。
また、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１  回転電機、４  固定子、５  回転子、６  ケース、７  フロントブラケット、８  リヤブラケット、１１  固定子巻線、１１ａ  第１三相固定子巻線、１１ｂ  第２三相固定子巻線、１４  界磁巻線、２３  パワーモジュール、２４  界磁モジュール、２５  制御基板、２９  ヒートシンク、３６ａ  第１スイッチング素子、３６ｂ  第２スイッチング素子、３７  絶縁性樹脂、３８  電流検出器、４１  第１リードフレーム、４３  第１インナーリード、４４  第２リードフレーム、４６  第２インナーリード、４７  第３リードフレーム、４８  第４リードフレーム、５０  接着剤（絶縁性放熱部材）、５２  熱拡散板、５５  締結ボルト、５６  第１断熱部材、５７  第２断熱部材。
【図１】
2018121435.tif 000003
【図２】
2018121435.tif 000004
【図３】
2018121435.tif 000005
【図４Ａ】
2018121435.tif 000006
【図４Ｂ】
2018121435.tif 000007
【図４Ｃ】
2018121435.tif 000008
【図５】
2018121435.tif 000009
【図６】
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【図７】
2018121435.tif 000011
【図８】
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【図９】
2018121435.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月24日(2017.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明の回転電機は、ケース、上記ケース内に回転可能に配設され、界磁巻線を有する回転子、および上記回転子を囲繞するように上記ケースに保持され、固定子巻線を有する固定子を備える回転電機本体と、上記界磁巻線に接続される界磁モジュール、上記固定子巻線に接続されるパワーモジュール、上記界磁モジュールと上記パワーモジュールが固定されるヒートシンク、および上記界磁モジュールと上記パワーモジュールに制御信号を出力する制御基板を備える電力変換装置と、を備える。上記パワーモジュールは、上アームを構成する第１スイッチング素子と、上記第１スイッチング素子に直列に接続されて下アームを構成する第２スイッチング素子と、電流検出器と、上記第１スイッチング素子、上記第２スイッチング素子および上記電流検出器をモールド一体化する絶縁性樹脂と、上面が上記第１スイッチング素子の下面電極に接合されている第１リードフレームと、上面が上記第２スイッチング素子の下面電極に接合されている第２リードフレームと、上面が上記電流検出器の一端に接合されている第３リードフレームと、上面が上記電流検出器の他端に接合されている第４リードフレームと、上記第１スイッチング素子の上面電極と上記第２リードフレームの上面とを電気的に接続する第１インナーリードと、上記第２スイッチング素子の上面電極と第３リードフレームの上面とを電気的に接続する第２インナーリードと、を備える。上記第１リードフレーム、上記第２リードフレーム、上記第３リードフレームおよび上記第４リードフレームの下面が、上記ヒートシンクの上面に、絶縁性放熱部材により接合されており、上記固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されており、上記第１スイッチング素子と上記第１リードフレームとが、および上記第２スイッチング素子と上記第２リードフレームとが、それぞれ、導電性接着剤により接合されており、熱拡散板が、上記導電性接着剤に収納されて、上記第１スイッチング素子と上記第１リードフレームとの間、および上記第２スイッチング素子と上記第２リードフレームとの間に配置されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース、上記ケース内に回転可能に配設され、界磁巻線を有する回転子、および上記回転子を囲繞するように上記ケースに保持され、固定子巻線を有する固定子を備える回転電機本体と、
上記界磁巻線に接続される界磁モジュール、上記固定子巻線に接続されるパワーモジュール、上記界磁モジュールと上記パワーモジュールが固定されるヒートシンク、および上記界磁モジュールと上記パワーモジュールに制御信号を出力する制御基板を備える電力変換装置と、を備える回転電機において、
上記パワーモジュールは、
上アームを構成する第１スイッチング素子と、
上記第１スイッチング素子に直列に接続されて下アームを構成する第２スイッチング素子と、
電流検出器と、
上記第１スイッチング素子、上記第２スイッチング素子および上記電流検出器をモールド一体化する絶縁性樹脂と、
上面が上記第１スイッチング素子の下面電極に接合されている第１リードフレームと、
上面が上記第２スイッチング素子の下面電極に接合されている第２リードフレームと、
上面が上記電流検出器の一端に接合されている第３リードフレームと、
上面が上記電流検出器の他端に接合されている第４リードフレームと、
上記第１スイッチング素子の上面電極と上記第２リードフレームの上面とを電気的に接続する第１インナーリードと、
上記第２スイッチング素子の上面電極と第３リードフレームの上面とを電気的に接続する第２インナーリードと、を備え、
上記第１リードフレーム、上記第２リードフレーム、上記第３リードフレームおよび上記第４リードフレームの下面が、上記ヒートシンクの上面に、絶縁性放熱部材により接合されており、
上記固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されており、
上記第１スイッチング素子と上記第１リードフレームとが、および上記第２スイッチング素子と上記第２リードフレームとが、それぞれ、導電性接着剤により接合されており、
熱拡散板が、上記導電性接着剤に収納されて、上記第１スイッチング素子と上記第１リードフレームとの間、および上記第２スイッチング素子と上記第２リードフレームとの間に配置されている回転電機。
【請求項２】
上記ヒートシンクが締結ボルトにより上記ケースに固定され、
第１断熱部材が上記ヒートシンクと上記ケースとの間に配設されている請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
第２断熱部材が上記締結ボルトと上記ヒートシンクの間に配設されている請求項２記載の回転電機。