(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子軸と前記回転子軸に固定された回転子と、前記回転子を囲むように配置され固定子巻線を有する固定子と、前記回転子軸を回転自由に保持するための軸受と、前記軸受と前記固定子とを前記回転子軸の両側から保持するブラケットと、前記ブラケットに固定され前記固定子巻線と電気的に接続されている制御装置を備え、前記制御装置が、前記固定子巻線と外部の直流電力との間の電力変換を行う電力変換回路を形成するパワー回路部と、前記パワー回路部を冷却するためのヒートシンクと、前記電力変換回路を制御するための制御基板とを備えた制御装置一体型回転電機であって、前記パワー回路部は前記ヒートシンクと前記制御基板との間に配置され、外部機器の接続コネクタとの接続用の外部接続コネクタが前記制御基板の前記ヒートシンクとは反対側の面に実装され、前記外部接続コネクタの前記外部機器の接続コネクタと嵌合する嵌合部が前記制御基板上から前記ヒートシンクが設置されている方向とは逆方向に延在するように配設され、前記ヒートシンクに取付けられて前記パワー回路部と前記制御基板とを囲うケース内に施され前記パワー回路部および前記制御基板を封止している樹脂によって、前記外部接続コネクタの前記嵌合部の少なくとも一部が封止固定されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
【請求項２】
前記外部接続コネクタの前記嵌合部の一部にフランジ部が設けられ、前記フランジ部が前記樹脂によって封止固定されていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
【請求項３】
前記外部接続コネクタの前記嵌合部の一部にフランジ部が設けられ、前記フランジ部が前記ケースに固定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。
【請求項４】
前記外部接続コネクタの前記嵌合部の一部にフランジ部が設けられ、前記フランジ部が、前記ヒートシンク上から前記制御基板の方向に向けて延在して形成された支持部に固定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。
【請求項５】
前記外部接続コネクタの前記嵌合部が筒状であり、前記嵌合部の少なくとも一部が開口し、前記外部接続コネクタを前記制御基板に実装した状態で、前記外部接続コネクタの接続端子と前記制御基板との接続箇所が前記開口を通して露出していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の制御装置一体型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は回転電機と回転電機を制御するための制御装置とを一体化した制御装置一体型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機を制御するための制御装置と回転電機とが一体化され、車両に搭載される制御装置一体型回転電機は知られており、例えば特許文献１に開示されている。回転電機のフロントブラケットの前方に取り付けられたプーリーとエンジンの回転軸とが伝動ベルトによって連結され、回転電機のリアブラケットの後方に制御装置が設置されている。制御装置は、直流電力を交流電力に又は交流電力を直流電力に変換するパワー回路部と、回転電機の界磁巻線に界磁電流を供給する界磁回路部と、パワー回路部および界磁回路部を制御する制御回路部と、エンジン制御ユニット等の外部機器と制御回路部との間で信号の送受信を行うための外部接続コネクタとを備えている。外部接続コネクタは、回転電機の径方向外側に突出するように取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】WO 2013/157066（6頁[0019]17〜20行、図1，2）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
制御装置一体型回転電機はエンジンルーム内の限られた空間に設置できることが求められている。しかし、回転電機の径方向のスペースが僅かしか確保できない車種においては、外部接続コネクタと他の機器とが干渉する不具合や、外部機器からの接続コネクタを外部接続コネクタに取付けるための作業空間が得られない不具合が生じ、回転電電機が設置できない。このように、エンジンルーム内のレイアウトによって取付けが制約される問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、制御装置一体型回転電機において、外部接続コネクタを、回転電機の径方向の外側に突出しないように取付けることができ、回転電機の径方向のスペースが僅かしか確保できない車種にも取付けることを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る制御装置一体型回転電機は、回転子軸と前記回転子軸に固定された回転子と、前記回転子を囲むように配置され固定子巻線を有する固定子と、前記回転子軸を回転自由に保持するための軸受と、前記軸受と前記固定子とを前記回転子軸の両側から保持するブラケットと、前記ブラケットに固定され前記固定子巻線と電気的に接続されている制御装置を備え、前記制御装置が、前記固定子巻線と外部の直流電力との間の電力変換を行う電力変換回路を形成するパワー回路部と、前記パワー回路部を冷却するためのヒートシンクと、前記電力変換回路を制御するための制御基板とを備えた制御装置一体型回転電機であって、前記パワー回路部は前記ヒートシンクと前記制御基板との間に配置され、外部機器の接続コネクタとの接続用の外部接続コネクタが前記制御基板の前記ヒートシンクとは反対側の面に実装され、前記外部接続コネクタの前記外部機器の接続コネクタと嵌合する嵌合部が前記制御基板上から前記ヒートシンクが設置されている方向とは逆方向に延在するように配設され、前記ヒートシンクに取付けられて前記パワー回路部と前記制御基板とを囲うケース内に施され前記パワー回路部および前記制御基板を封止している樹脂によって、前記外部接続コネクタの前記嵌合部の少なくとも一部が封止固定されているものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明による制御装置一体型回転電機では、外部機器の接続コネクタとの接続用の外部接続コネクタが制御基板のヒートシンクとは反対側の面に実装され、外部接続コネクタの外部機器の接続コネクタと嵌合する嵌合部が制御基板上からヒートシンクが設置されている方向とは逆方向に延在するように配設されているので、外部接続コネクタを、回転電機の径方向の外側に突出しないように取付けることができ、回転電機の径方向のスペースが僅かしか確保できない車種にも取付けることが可能となり、しかも、パワー回路部および制御基板を封止している樹脂によって、外部接続コネクタの嵌合部の少なくとも一部が封止固定されている構造としてあるので、外部機器の接続コネクタを外部接続コネクタに取付ける際の、外部接続コネクタの破損を防止することができ、また、使用中の外部接続コネクタの破損も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１を示す図で、制御装置一体型回転電機の一例の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す図で、制御装置一体型回転電機の一例の外部接続コネクタの一例の固定構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す図で、制御装置一体型回転電機の一例の外部接続コネクタの別の固定構造の例を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す図で、制御装置一体型回転電機の一例の外部接続コネクタの別の構造の例を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す図で、制御装置一体型回転電機の他の例の外部接続コネクタの固定構造の例を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２を示す図で、制御装置一体型回転電機の他の例の外部接続コネクタの別の固定構造の例を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３を示す図で、制御装置一体型回転電機の更に他の例の外部接続コネクタの固定構造の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る制御装置一体型回転電機の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合があり、また、本発明の特徴に関係しない構成の図示は省略する。
【００１０】
実施の形態１．
図１から図４を用いて本発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機の例を説明する。
図１は制御装置一体型回転電機の断面図であり、車両に搭載して駆動の補助および発電に用いる交流発電電動機に適用した例を示している。制御装置一体型回転電機１は回転電機本体２と制御装置３で構成されており、回転電機２の回転子軸４には回転子５が固定されており、回転子５には回転子巻線６が巻装されている。フロントブラケット７とリアブラケット８はそれぞれの軸受９および軸受１０によって回転子軸４を回転可能に支持するとともに、固定子巻線１１が巻装された固定子１２を挟み込んで保持している。回転子軸４のフロントブラケット７から突出した先端部にはプーリー１３が取り付けられ、リアブラケット８から突出した箇所には回転子５の回転状態を検出する回転位置検出センサ１４が設置されている。また、回転電機本体２には、回転子巻線６に電流を供給する一対のスリップリング１５と、ブラシホルダ１６によって保持されてスリップリング１５に摺接する一対のブラシ１７が取り付けられている。
【００１１】
制御装置３は、固定子巻線１１に電気的に接続されたパワー回路部１８と、回転子巻線６に電気的に接続された界磁回路部（図示せず）と、パワー回路部１８と界磁回路部を制御する制御回路部１９とを備えている。ヒートシンク２０は安価で熱伝導性が良好なアルミニウム合金で形成されており、リアブラケット８に固定保持されている。また、ヒートシンク２０のリアブラケット８側の面には冷却能力を高めるための放熱フィン２１が形成されている。ヒートシンク２０の放熱フィン２１が形成された面とは逆の面に、モールド成形で形成されたパワーモジュール２２が６個搭載され、パワー回路部１８が構成されている。
【００１２】
パワーモジュール２２はスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄe−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を２個内蔵し、外部のバッテリー（図示せず）および固定子巻線１１に電気的に接続するための電源配線２２ａと、制御回路部の制御基板２３に接続するための制御信号配線２２ｂとを備えている。これらの６個のパワーモジュールによって二組の３相インバータ回路が形成されている。
【００１３】
また、図示しないが界磁回路部も、モールド成形で形成された界磁モジュールで構成され、外部のバッテリーおよび回転子巻線６に電気的に接続するための電源配線と、制御回路部の制御基板２３に接続するための制御信号配線とを備え、ヒートシンク２０に搭載されている。
【００１４】
制御回路部１９を構成する制御基板２３には基材として電気的特性と機械的特性のよいガラスエポキシ樹脂を用い、パワー回路部１８と界磁回路部を制御するための実装部品と、外部機器との間で信号の送受信を行うための外部接続コネクタ２４が実装されている。
【００１５】
ケース２５はＰＰＳ（Ｐｏｌｙ  Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙ  Ｂｕｔｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の熱可塑性樹脂で形成され、底部と天井部が開口した形状となっている。ケース２５はネジ（図示せず）と接着剤によってヒートシンク２０に固定され、パワー回路部１８、界磁回路部および制御回路部１９を取り囲んでいる。
また、ケース２５内にはエポキシの封止樹脂２６が注入され、パワー回路部１８、界磁回路部および制御回路部１９が封止されている。制御装置３のリアブラケット８の反対の面にはカバー２７が設置されている。
【００１６】
以上のような本発明の実施形態１による制御装置一体型回転電機１は、駆動補助としての電動機の機能と、発電のための発電機の機能とを備えている。
【００１７】
まず、駆動の補助として機能する際には、外部バッテリーからパワー回路部１８に供給された直流電力が、パワー回路部１８のスイッチング素子のＯＮ/ＯＦ制御によって３相交流電流に変換されて固定子巻線１１に供給される。また、外部バッテリーから供給される直流電力が、界磁回路部で調整されて回転子巻線６に供給されることで、回転機巻線６の周囲に回転磁界が生じ、回転子軸４が回転される。回転子軸４の回転はプーリー１３から伝動ベルト（図示せず）を介してエンジン（図示せず）に伝達される。制御回路部１９は、外部機器および回転位置検出センサ１４からの情報に基づいて、上記のパワー回路部１８と界磁回路部とを制御する。
【００１８】
また、発電機として機能する際には、エンジンの回転力が伝動ベルトおよびプーリー１３を介して回転子軸４に伝達される。これにより、回転子５が回転して固定子巻線１１に３相交流電力が励起される。制御回路部１９はパワー回路部１８のスイッチング素子のＯＮ/ＯＦを制御し、固定子巻線１１に励起された３相交流電力を直流電力に変換する。変換された直流電力が外部バッテリーに供給され、バッテリーが充電される。
【００１９】
次に本実施の形態の外部接続コネクタ２４の固定構造を説明する。
図２は外部接続コネクタ２４の周辺のみを拡大して表示した断面図であり、外部接続コネクタ２４の固定構造を示している。外部接続コネクタ２４はその嵌合部２４ｂがＰＰＳ等の樹脂で形成され、外部接続端子２４ａがインサートモールド成形されている。外部接続コネクタ２４は、制御基板２３のヒートシンク２０側とは反対の側の面上に、外部接続端子２４ａを制御基板２３のスルーホール２８に挿入して実装され、外部接続端子２４ａと制御基板２３の基板電極２９とがはんだ３０によって接合されている。このようにして実装された外部接続コネクタ２４の筒状の嵌合部２４ｂは、ヒートシンク２０側とは逆方向に延在するように設けられることになる。また、嵌合部２４ｂの少なくとも一部が制御基板２３ととともに封止樹脂２６によって封止されている。外部接続コネクタ２４が封止樹脂２６で封止固定されているため、外部機器の接続コネクタ（図示省略）を外部接続コネクタ２４に取付ける際の、外部接続コネクタ２４の破損を防止することができる。また、使用中の破損も防止することができる。なお、外部接続コネクタ２４は、制御基板２３の回転電機径方向のほぼ中央部に配設されている。
【００２０】
このように、本実施の形態の固定構造を採用すれば、外部接続コネクタ２４を回転電機の径内に収めることができ、回転電機の径方向のスペースが僅かしか確保できない車種においても、制御装置一体型回転電機を取付けることが可能となる。
【００２１】
図３は外部接続コネクタ２４の周辺のみを拡大して表示した断面図であり、外部接続コネクタ２４の別の固定構造を示している。図のように外部接続コネクタ２４の嵌合部２４ｂの一部に、嵌合部２４ｂの周方向に嵌合部２４ｂより突出させた箇所すなわちフランジ部２４ｃを設けることで、封止樹脂２６による固定面積が増大し、図２の例より外部接続コネクタ２４の固定強度が向上し、外部接続コネクタ２４の破損をより生じにくくできる効果が得られる。なお、フランジ部２４ｃの設置位置より低背な実装部品３１はフランジ部２４ｃの下方にも実装できるため、実装密度の低下は防止できる。
【００２２】
図４は本実施の形態の外部接続コネクタ２４の別の構造を示す斜視図である。図２や図３に示した固定構造では、まず外部接続端子２４ａを制御基板２３にはんだ付けした後で、パワー回路部１８の制御信号配線２２ｂおよび界磁回路部の制御信号配線と制御基板２３とがはんだ付けされることになる。制御信号配線は本数が多く、通常は噴流はんだ付け法を用いて一括ではんだ付けされるが、外部接続コネクタ２４等の高背な部品があると、噴流はんだ付け法が使用できずに生産性が低下する。これに対し、図４に示す外部接続コネクタ２４では、嵌合部２４ｂの少なくとも一部に開口部３２を設け、制御基板２３に外部接続コネクタ２４を実装した時に、外部接続端子２４ａと基板電極２９とのはんだ付け部が露出するように構成している。このような構成とすることで、先にパワー回路部１８の制御信号配線２２ｂおよび界磁回路部の制御信号配線と制御基板２３とを噴流はんだ付け法で一括接続した後で、外部接続端子２４ａと基板電極２９とをはんだ付けロボットやレーザはんだ付け法を用いてはんだ付けすることが可能となる。外部接続端子２４ａの本数は制御信号配線の総数より少ないため、本構造によって生産性の低下を抑制する効果が得られる。
【００２３】
実施の形態２．
図５を用いて本発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機の例を説明する。本形態も実施の形態１と同様、車両の駆動補助および発電に用いる交流発電電動機へ適用した例であり、回転電機本体と制御装置とを備えている。
【００２４】
図５は外部接続コネクタ２４の周辺のみを拡大して表示した断面図であり、本実施の形態の外部接続コネクタ２４の固定構造を示している。その他の構造は実施の形態１と同様である。外部接続コネクタ２４は嵌合部２４ｂの一部に、嵌合部２４ｂの周方向に嵌合部２４ｂより突出させた箇所すなわちフランジ部２４ｃを有し、フランジ部２４ｃとケース２５とが固定されている。本実施の形態では、ケース２５にナット３３をインサート成形し、ボルト３４でフランジ部２４ｃにインサート成形した金属リング３５とケース２５のナット３３とを締結して固定した。このように、外部接続コネクタ２４をケース２５へも固定することで、さらに固定強度が増して外部接続コネクタ２４の破損を防止する効果が向上する。
【００２５】
また、図６は本実施の形態の外部接続コネクタ２４の別の固定構造の例を示した断面図である。この例でも、外部接続コネクタ２４は嵌合部２４ｂの一部にフランジ部２４ｃを有し、フランジ部２４ｃとケース２５とが固定されている。本例では、ボルト３４でフランジ部２４ｃにインサート成形した金属リング３５とヒートシンク２０とを締結することで、外部接続コネクタ２４をケース２５に固定した。なお、ケース２５のボルト３４が挿入される孔には、補強用の金属リング３５をインサート成形した。この例でも、外部接続コネクタ２４の破損を防止する効果が向上できる。
【００２６】
実施の形態３．
図７を用いて本発明の実施の形態３による制御装置一体型回転電機の例を説明する。本形態も実施の形態１、２と同様、車両の駆動補助および発電に用いる交流発電電動機へ適用した例であり、回転電機本体と制御装置とを備えている。
【００２７】
図７は外部接続コネクタ２４の周辺のみを拡大して表示した断面図であり、本実施の形態の外部接続コネクタ２４の固定構造を示している。その他の構造は実施の形態１、２と同様である。外部接続コネクタ２４は嵌合部２４ｂの一部にフランジ部２４ｃを有し、フランジ部２４ｃはヒートシンク２０に形成した支持部３６に固定されている。本実施の形態では、ボルト３４でフランジ部２４ｃにインサート成形した金属リング３５とヒートシンク２０の支持部３６とを締結することで固定した。このように、外部接続コネクタ２４をヒートシンク２０へも固定することで、実施の形態２と同様に固定強度が増して外部接続コネクタ２４の破損を防止する効果を向上できる。
なお、フランジ部２４ｃとヒートシンク２０に形成した支持部３６との間に制御基板２３を挟み込んだ状態で、ボルト３４で締結してもよく、また、本実施の形態と実施の形態２の固定構造とを併用してもよい。
【００２８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、組み合わせ、変形、省略することができる。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１  制御装置一体型回転電機、２  回転電機本体、３  制御装置、
４  回転子軸、５  回転子、６  回転子巻線、７  フロントブラケット、
８  リアブラケット、９  軸受、１０  軸受、１１  固定子巻線、
１２  固定子、１３  プーリー、１４  回転位置検出センサ、
１５  スリップリング、１６  ブラシホルダ、１７  ブラシ、
１８  パワー回路部、１９  制御回路部、２０  ヒートシンク、
２１  放熱フィン、２２  パワーモジュール、２２ａ  電源配線、
２２ｂ  制御信号配線、２２ｃ  フランジ部、２３  制御基板、
２４  外部接続コネクタ、２４ａ  外部接続端子、２４ｂ  嵌合部、  
２４ｃ  フランジ部、２５  ケース、２６封止樹脂、２７  カバー、
２８  スルーホール、２９  基板電極、３０  はんだ、３１  実装部品、
３２  開口部、３３  ナット、３４  ボルト、３５  金属リング、
３６  支持部
【要約】
【課題】制御装置一体型回転電機において、外部接続コネクタを、回転電機の径方向の外側に突出しないように取付けることができ、回転電機の径方向のスペースが僅かしか確保できない車種にも取付けることを可能とする。
【解決手段】制御装置一体型回転電機において、外部機器の接続コネクタとの接続用の外部接続コネクタ２４が制御基板２３のヒートシンク２０とは反対側の面に実装され、外部接続コネクタ２４の外部機器の接続コネクタと嵌合する嵌合部２４ｂが制御基板２３上からヒートシンクが設置されている方向とは逆方向に延在するように配設されている。
【選択図】図１【図４】
0005837176.tif 000002
【図５】
0005837176.tif 000003
【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
0005837176.tif 000007
【図３】
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