(57)【要約】【課題】配線を長くすることなく構成できる電力供給ユニットを提供する。【解決手段】回転電機本体に制御電力を供給するパワー回路部と、パワー回路部を制御する制御回路部と、バッテリの正極側端子とパワー回路部および制御回路部における電子部品の正極側端子とを接続する単一の導体とを備えたことを特徴とする。【選択図】図３
2022001002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから回転電機本体に供給する制御電力を出力する電力供給ユニットであって、前記回転電機本体に制御電力を供給するパワー回路部と、前記パワー回路部を制御する制御回路部と、前記バッテリの正極側端子と前記パワー回路部および前記制御回路部における電子部品の正極側端子とを接続する単一の導体とを備えたことを特徴とする電力供給ユニット。
【請求項２】
バッテリから回転電機本体に供給する制御電力を出力する電力供給ユニットであって、前記回転電機本体に制御電力を供給するパワー回路部と、前記パワー回路部を制御する制御回路部と、前記バッテリの負極側端子と前記パワー回路部および前記制御回路部における電子部品の負極側端子とを接続する単一の導体とを備えたことを特徴とする電力供給ユニット。
【請求項３】
前記パワー回路部は、少なくとも電力半導体モジュールおよび平滑用コンデンサを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給ユニット。
【請求項４】
前記導体は、平板状のバスバーで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力供給ユニット。
【請求項５】
前記導体の一部を包囲するフィルタコイルをさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の電力供給ユニット。
【請求項６】
前記フィルタコイルは、２つのＵ字状のコア部材の組み合わせ、またはＵ字状のコア部材とＩ字状のコア部材の組み合わせ、または２つのＬ字状のコア部材の組み合わせから構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電力供給ユニット。
【請求項７】
前記パワー回路部に接続された前記導体における一部の断面積を狭くし、前記パワー回路部に短絡電流が流れた場合に溶断するヒューズを形成したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電力供給ユニット。
【請求項８】
前記導体が絶縁性樹脂により埋められていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電力供給ユニット。
【請求項９】
バッテリから回転電機本体に供給する制御電力を出力する電力供給ユニットであって、前記回転電機本体に制御電力を供給するパワー回路部と、前記パワー回路部を制御する制御回路部と、前記バッテリの正極側端子と前記パワー回路部および前記制御回路部における電子部品の正極側端子および負極側端子とを接続するそれぞれ単一の導体とを備えたことを特徴とする電力供給ユニット。
【請求項１０】
前記パワー回路部および前記制御回路部の電子部品を収容する筐体の一部を放熱機能を有する金属筐体で構成したことを特徴とする請求項１，２および９のいずれか一項に記載の電力供給ユニット。
【請求項１１】
請求項２または９に記載の電力供給ユニットにおいて、前記バッテリの負極側端子と前記電子部品の負極側端子とを接続する単一の前記導体に代えて金属筐体を備えたことを特徴とする電力供給ユニット。
【請求項１２】
バッテリと、請求項１から１１のいずれか１項に記載の電力供給ユニットと、前記電力供給ユニットによって駆動される回転電機本体とを備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項１３】
前記電力供給ユニットと前記回転電機本体とが前記回転電機本体の軸方向に並置されて一体に固定されていることを特徴とする請求項１２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電力供給ユニットおよび回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー回路部を含む電力供給ユニットと回転電機本体とが一体化され、自動車などの車両に搭載される回転電機は、例えば特許文献１に開示されているように、従来から知られている。このような電力供給ユニットは、回転電機が内燃機関を駆動する電動機として動作するときには、車両に搭載されたバッテリなどの直流電源からの直流電力を交流電力に変換して回転電機本体に供給し、回転電機が内燃機関により駆動されて発電機として動作するときには、回転電機本体が発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源に供給する。電力供給ユニットにおけるパワー回路部は、複数の半導体スイッチング素子、コイルおよびコンデンサからなるフィルタ回路などにより構成されている。
【０００３】
上述のパワー回路部を構成する半導体スイッチング素子およびコンデンサは、バッテリの正極側であるＢ電位および負極側であるＥ電位に接続され、コイルは、Ｂ電位中あるいはＥ電位中に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２０１７／３１８６５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された従来のパワー回路部は、コイルをＢ電位の途中に配置するために、Ｂ電位のバスバーを分断して接続しなければならず、接続のために配線が長くなって大型化するだけでなく、インダクタンスが増大し、ノイズが増大するという問題があった。また、接続点数が増えるため、製造工程が増えるという問題も生じていた。さらに、コイル以外のパワー回路部を構成する電気部品を導体間に配置することが想定され、この場合も同様の課題が生じていた。
本願は、上述のような課題を解決するための技術を開示するものであり、配線を長くすることなく構成できるようにした電力供給ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示される電力供給ユニットは、バッテリから回転電機本体に供給する制御電力を出力するものであって、バッテリから回転電機本体に供給する制御電力を出力する電力供給ユニットであって、前記回転電機本体に制御電力を供給するパワー回路部と、前記パワー回路部を制御する制御回路部と、前記バッテリの正極側端子と前記パワー回路部および前記制御回路部における電子部品の正極側端子とを接続する単一の導体とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願に開示される電力供給ユニットによれば、配線を長くすることなく構成できる電力供給ユニットおよび回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る電力供給ユニットを搭載した回転電機の主要部構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る回転電機の電気系統を示す回路図である。
【図３】実施の形態１に係る電力供給ユニットの構造を説明する要部平面図である。
【図４】実施の形態１に係る電力供給ユニットのフィルタコイルを説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本願に係る電力供給ユニットを搭載した回転電機の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一又は相当部分については同一符号を付している。
図１は、実施の形態１に係る電力供給ユニットを搭載した回転電機の主要部構造を示す断面図、図２は、実施の形態１に係る回転電機の電気系統を示す回路図、図３は、実施の形態１に係る電力供給ユニットの構造を説明する要部平面図、図４は、実施の形態１に係る電力供給ユニットに用いられるフィルタコイルを説明する斜視図である。なお、以下の説明で、単に軸方向と記載している場合は、回転電機あるいは回転電機本体の軸方向を意味し、径方向と記載している場合は、回転電機あるいは回転電機本体の径方向を意味している。
【００１０】
まず、図１を用いて、回転電機の主要部構造を説明する。
図において、回転電機１０００は、回転電機本体２００と、回転電機本体２００の軸方向に並置されて回転電機本体２００と一体化され、回転電機本体２００に電力を供給する電力供給ユニット３００を備えている。この回転電機本体２００は、内燃機関（図示せず）を駆動する電動機として動作し、ある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ものである。実施の形態１における回転電機１０００は、内燃機関の始動用回転電機として構成されている。
【００１１】
回転電機本体２００は、それぞれ鉄などの金属材料を用いて椀状に形成された負荷側のフロントブラケット１および反負荷側のリヤブラケット２からなるハウジング１０と、このハウジング１０に固定された固定子３と、この固定子３に所定のエアギャップをもって対向して配置され、回転子軸４に固定された回転子６とを備えている。また、固定子３は、フロントブラケット１の軸方向の一端部とリヤブラケット２の軸方向の一端部により軸方向の両側から挟持され、ハウジング１０に固定された固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２に装着された固定子巻線３１とを備えている。
【００１２】
一方、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ている。
また、フロントブラケット１から反回転電機本体２００側に突出した回転子軸４のフロント側端部には、プーリ９が装着され、このプーリ９に巻き掛けられたベルトを介して内燃機関のクランク軸（いずれも図示せず）に連結されることになる。
【００１３】
さらに、回転子６には、界磁巻線５が設けられるとともに、フロント側端面に固定された第１の冷却ファン７３およびリヤ側端面に固定された第２の冷却ファン７４が設けられており、回転子６と共に回転する。また、フロントブラケット１の軸方向の端部には、冷却風を回転電機本体２００の内部に吸入する第１の吸気口１１が設けられ、リヤブラケット２の軸方向の端部には、冷却風を回転電機本体２００の内部に吸入する第２の吸気口２１が設けられている。これら第１の吸気口１１と第２の吸気口２１は、回転子軸４の周囲に複数個設けられている。さらに、フロントブラケット１の外周面部には、回転電機本体２００の内部から冷却風を外部へ排出する第１の排気口１２が設けられ、リヤブラケット２の外周面部には、回転電機本体２００の内部から冷却風を外部へ排出す第２の排気口２２が設けられている。
【００１４】
ここで、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の軸方向の内側端面と回転子６の負荷側の軸方向端面との間に形成され、第１の通風路Ｒ１内に第１の冷却ファン７３が配置されている。また、第２の通風路Ｒ２は、後述する電力供給ユニット３００とリヤブラケット２との間に形成され、回転電機１０００の外部とリヤブラケット２の第２の吸気口２１とを連通する。さらに、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の軸方向の内側端面と回転子６の反負荷側の軸方向端面との間に形成され、第３の通風路Ｒ３の内部に第２の冷却ファン７４が配置されている。
【００１５】
したがって、第１の冷却ファン７３の回転による遠心力により、フロントブラケット１の外部から第１の吸気口１１に第１の冷却風Ｗ１が吸入され、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２００の外部に排出される。また、第２の冷却ファン７４の回転による遠心力により、第２の冷却風Ｗ２は、電力供給ユニット３００の外部から第２の通風路Ｒ２に吸入され、リヤブラケット２の第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２００の外部に排出されることになる。
なお、固定子巻線３１へ電力を供給するバスバー２１１を収納した配線部材１５３がリヤブラケット２の外周面に固定されている。
【００１６】
電力供給ユニット３００は、バッテリ５００から回転電機本体２００に供給する制御電力を出力するものであって、後述する界磁巻線５への電力供給を制御する上アーム電力半導体スイッチング素子および下アーム電力半導体スイッチング素子を含む界磁用電力半導体モジュール１２０と、固定子巻線３１への電力供給を制御する上アーム電力半導体スイッチング素子および下アーム電力半導体スイッチング素子を含む固定子用電力半導体モジュール１２１と、固定子巻線３１に流れる電流を平滑化する平滑コンデンサ１２２と、固定子用電力半導体モジュール１２１の正極側端子１７３および平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５を接続する正極側の導体１２５と、制御回路部を形成する制御基板１２４とを備え、これらの電子部品を樹脂製のカバー１３０、樹脂製のケース１３１および放熱機能を有する金属筐体１４０からなる筐体によって収納し、ポッティング材１５０を充填して構成されている。
ここで、界磁用電力半導体モジュール１２０と、固定子用電力半導体モジュール１２１と、平滑コンデンサ１２２とによりバッテリ５００の電力を回転電機本体２００に供給するパワー回路部を形成している。
【００１７】
また、金属筐体１４０の外周には、回転子６に電力を供給するブラシ１００、および回転子６の回転を検出する回転センサ１１０が取り付けられている。なお、金属筐体１４０の内側突部１４３の上に電力半導体モジュール１２１の放熱面１７７を対向させて電力半導体モジュール１２１が載置されており、第２の冷却通路Ｒ２側に突出したフィン１４１が形成されている。
【００１８】
次に、このような構成の回転電機１０００の電気系統について図２を用いて説明する。
また、電力供給ユニット３００の構造について図３を用いて併せて説明する。
図において、回転電機本体２００は、３相回転電機として構成されており、電力半導体モジュール１２１は、３相回転電機本体として構成された回転電機本体２００に対し、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およびＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗから構成され、それぞれ並列に接続されている。なお、相数が増える場合には、例えば６相の場合は、電力半導体モジュール１２１が６個設けられる。また、１つの電力半導体モジュールに２相分の電力半導体スイッチング素子を含む場合は、電力半導体モジュールが３個となり、１つの電力半導体モジュールに３相分の電力半導体スイッチング素子を含む場合は、電力半導体モジュールが２個で構成されることになる。
【００１９】
ここで、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および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との直列接続体により構成されており、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およびＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗは、三相ブリッジ回路を形成している。
【００２０】
なお、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、それぞれ例えばＦＥＴ(Field Effect Transistor：電界効果型トランジスタ)とダイオードとの並列接続体により構成されている。
【００２１】
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およびＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗにおける、それぞれの上アーム電力半導体スイッチング素子１７１および下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の直列接続部と、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およびＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗには、それぞれ交流端子１７５が設けられている。なお、図の複雑化を避けるため、交流端子１７５は、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの交流端子のみに符号を付してある。
【００２２】
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および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は、それぞれ電力供給ユニット３００の正極側導体１２５に接続され、電力供給ユニット３００の正極側端子１９０および正極側ケーブル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に接続されている。
【００２３】
また、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および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は、それぞれ金属筐体１４０に接続され、電力供給ユニット３００の負極側端子１９１および負極側ケーブル５０４を介して、バッテリ５００の負極側端子５０２に接続されている。バッテリ５００の負極側端子５０２は、車両の接地電位にある車体に接続されている。
【００２４】
さらに、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およびＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗにおける、それぞれの交流端子１７５は、バスバー２１１を介して回転電機本体２００の固定子巻線３１における各相の巻線端子に接続されている。
なお、図の複雑化を避けるため、バスバー２１１は、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕの交流端子１７５と固定子巻線３１とを接続するバスバーのみに符号を付してある。
【００２５】
また、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およびＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗの各正極側端子１７３は、それぞれ電力供給ユニット３００の正極側導体１２５に接続され、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およびＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗの各負極側端子１７４は、それぞれ第１のねじ１７９（図３）によって金属筐体１４０に接続されている。
【００２６】
さらに、界磁用電力半導体モジュール１２０は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果型トランジスタ)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を構成し、巻線側の正極側端子１８５と巻線側の負極側端子１８６がそれぞれ界磁巻線５の端子に接続されている。界磁用電力半導体モジュール１２０の正極側端子１８３は、電力供給ユニット３００の正極側導体１２５に接続され、界磁用電力半導体モジュール１２０の負極側端子１８４は、第２のねじ１８９(図３)によって金属筐体１４０に接続されている。
なお、界磁巻線５および界磁用電力半導体モジュール１２０は、出力を得る場合に有効であり、出力を必要としない場合は、界磁巻線の代わりに磁石を用いることもあり、その際は、界磁用電力半導体モジュール１２０が不要になることもある。
【００２７】
各平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５は、電力供給ユニット３００の正極側導体１２５に接続され、各平滑コンデンサ１２２の負極側端子１９６は、第３のねじ１７８(図３)で金属筐体１４０に接続されている。平滑コンデンサ１２２は、各相に設けた方がスイッチングノイズの低減に有効である。また、構成を簡易にするために図３（ａ）に示すように１つのブロックにまとめて収納してもよい。
また、各相の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に効果的であるため、平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５は、各相の電力半導体モジュール１２１の正極側端子１７３の近くに、平滑コンデンサ１２２の負極側端子１９６は、各相の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。
【００２８】
フィルタコンデンサ１２６の正極側端子１９２は、電力供給ユニット３００の正極側導体１２５に接続され、フィルタコンデンサ１２６の負極側端子１９４は、第４のねじ１９７で金属筐体１４０に接続されている。
ここで、正極側導体１２５は、図３（ａ）に示すように、平板状のバスバーで形成され、平面部が金属筐体１４０と対向するように配置されている。これにより、正極側導体１２５の正極と負極を並行にしてインダクタンスを低減し、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。また、平板状のバスバーであることから、溶接部などの折り返しがなく、対向部を連続して形成できるため、よりインダクタンスを低減することができる。
【００２９】
また、フィルタコンデンサ１２６の正極側端子１９２と平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５との間にはフィルタコイル１２７が設けられており、このフィルタコイル１２７は、図４に示すように、フィルタコア１２３に電力供給ユニット３００の正極側導体１２５を貫通させて構成する。すなわち、フィルタコア１２３を２分割して上側のＵ字状のコア１２３Ａと下側のＵ字状のコア１２３Ｂとして形成し、コア１２３Ａおよびコア１２３Ｂを組み合わせて正極側導体１２５の一部を包囲するように構成したものであり、これによって、正極側導体１２５を分断することなく単一の部材で組付けることができる。しかも、フィルタコア１２３の内周部の正極側導体１２５に生じる磁束をフィルタコア１２３により吸収することが可能となり、正極側導体１２５を介するノイズを抑制することができる。
なお、フィルタコア１２３は、Ｕ字状のコア部材とＩ字状のコア部材を組み合わせてもよく、さらに２つのＬ字状のコア部材を組み合わせてもよい。
また、フィルタコイル１２７は、電圧が４８Ｖ以上の場合にノイズが過大となるために必要となる場合が多いが、ノイズの抑制を必要としない場合にはフィルタコンデンサ１２６、フィルタコイル１２７を省略することも可能である。
【００３０】
さらに、制御基板１２４には、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）などの電子部品が実装され、電力供給ユニット３００におけるパワー回路部および界磁回路部の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ており、パワー回路部にバッテリ５００の直流電力と固定子巻線３１の交流電力との間の電力変換を行なわせると共に、界磁回路部に界磁巻線５への界磁電流の供給を制御する。
また、制御基板１２４は、図３（ｂ）に示すように、制御基板１２４内の正極パターン（図示せず）に、電力供給ユニット３００の正極側導体１２５に設けられたピン１８７により接続され、さらに、制御基板１２４内の負極パターン（図示せず）と、第５のねじ１９８で金属筐体１４０に設けられた支柱１８８に接続され、制御に必要な電源が供給される。この制御基板１２４をプリント基板で構成することによって、信号端子１７６およびピン１８７と制御基板１２４とを噴流はんだ付けにより一度に接合することができ、製造工程数を少なくすることができる。
【００３１】
固定子用電力半導体モジュール１２１または界磁用電力半導体モジュール１２０が、例えば半導体スイッチング素子が短絡した場合に保護するために、固定子用電力半導体モジュール１２１および界磁用電力半導体モジュール１２０のそれぞれの正極側端子の電力供給ユニット３００の正極側導体１２５側にはヒューズ１３６が設けられており、このヒューズ１３６は、正極側導体１２５の一部の断面積を狭くし、温度を上昇し易くして、短絡電流が通電された場合に溶断するように構成されている。なお、ここではヒューズ１３６を半導体モジュールの近傍に配置したが、電力供給ユニット３００の正極側端子１９０の近傍に配置することによって、ヒューズを１つにすることができる。
【００３２】
バッテリ５００に接続されたケーブル５０３の正極側端子１９０は、電力供給ユニット３００の正極側導体１２５に圧入するか、金属筐体１４０と絶縁されたアルミ材に圧入して電力供給ユニット３００の正極側導体１２５に接触させることによって構成され、バッテリ５００の負極側端子１９１は、金属筐体１４０に圧入されて接続されている。
【００３３】
このように構成することによって、電力供給ユニットに必要な部品である、電力供給ユニット３００の正極側端子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および制御基板１２４それぞれの接続と、フィルタコイル１２７およびヒューズ１３６の構成を電力供給ユニット３００の単一の正極側導体１２５によって構成することができる。
また、電力供給ユニット３００の負極側端子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および制御基板１２４それぞれの接続を単一の金属筐体１４０で構成することができる。これにより、配線を追加することなく、また、接続工数を増加することがないため、小型で低インダクタンスである電力供給ユニット３００を構成することができる。
【００３４】
また、電力供給ユニット３００の正極側端子１９０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および平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５をそれぞれ例えばＴＩＧなどにより統一して溶接することによって、同じ設備を用いて製造することができる。
【００３５】
なお、ここでは電力供給ユニット３００の負極側の導体として金属筐体１４０を使用することで、部品数を削減しているが、単一の負極側の導体を別途用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。この場合、各部品と負極側導体との接続には、ＴＩＧなどの溶接が効果的である。また、フィルタコイル１２７を負極側の導体に巻き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付けにより行うことができるため、ピン１８７などと同時に接続することが可能となる。
【００３６】
また、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およびＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗにおける、それぞれの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、図１に示す制御基板１２４に接続され、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ように構成されている。なお、図２では、図の複雑化を避けるため、信号端子１７６の符号は、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てある。
【００３７】
電力半導体モジュール１２１は、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１、下アーム電力半導体スイッチング素子１７２を銅フレームにはんだ付けし、各フレーム間を銅板およびアルミニューム線で接続し、これらを樹脂封止して構成されている。あるいは、電力半導体モジュール１２１は、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１、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ューム、銅などの金属基板もしくはセラミック基板にはんだ付けして構成される。
【００３８】
電力半導体モジュール１２１は、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１、下アーム電力半導体スイッチング素子１７２が発生する熱を放熱する放熱面１７７を有している。電力半導体モジュール１２１は、放熱面１７７が金属筐体１４０の反回転電機本体２００側の表面である搭載面に突出して形成された突部１４３の表面に対向して、金属筐体１４０の突部１４３に搭載される。
【００３９】
ここで、電力半導体モジュール１２１の放熱面１７７に、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１、下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の少なくとも一部分に導電性部材が露出している場合には、放熱面１７７と金属筐体１４０の搭載面との間に所定の距離を確保し、放熱面１７７と金属筐体１４０の搭載面との間に絶縁性を有する伝熱材を介在させて、電力半導体モジュール１２１を金属筐体１４０の突部１４３に搭載させる。前記伝熱材としては、粘性および流動性のあるグリース、ゲル、接着剤、もしくは流動性のないシート、テープなどを使用することができる。
【００４０】
電力半導体モジュール１２１の放熱面１７７が、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１、下アーム電力半導体スイッチング素子１７２から絶縁されている場合は、前記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と金属筐体１４０の搭載面との間に距離を確保しなくてもよい。
【００４１】
金属筐体１４０には、冷却機構として、図４に示すように、通風路Ｒ２内の、電力半導体モジュール１２１を搭載する突部１４３に対応した金属筐体１４０の位置に、フィン１４１を形成して、第２の冷却風Ｗ２により冷却することが考えられる。また高出力のため、電力半導体モジュール１２１の発熱量が多くなる場合は、金属筐体１４０内部に冷媒通路を設けて、液冷により冷却性を向上することもできる。これにより、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、下アーム電力半導体スイッチング素子１７２が発生した熱を金属筐体１４０に広範囲に効果的に伝熱させて温度上昇を抑制することができる。
【００４２】
電力供給ユニット３００の正極側端子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、制御基板１２４、フィルタコイル１２７およびヒューズ１３６が埋没するまで絶縁性樹脂であるポッティング材１５０（図１参照）を樹脂製のケース１３１の内部に充填しているので、防水性および防塵性を向上させることができると共に、耐震性および伝熱性を向上させることができる。なお、場合によっては、必要な部品のみポッティング材１５０に充填されていればよく、樹脂製のケース１３１の内部にポッティング材１５０を充填しなくてもよい。
【００４３】
平滑コンデンサ１２２は、電圧変動および電流リップルを吸収するためのものであるが、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が発熱して温度が上昇する。平滑コンデンサ１２２の温度上昇は、平滑コンデンサ１２２が劣化し、その寿命を短くする。そこで、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が熱的に金属筐体１４０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、温度上昇などを勘案して各相毎に複数個になる場合がある。
【００４４】
フィルタコンデンサ１２６およびフィルタコイル１２７はノイズを抑制するものであるが、電流の通電により、発熱して温度が上昇する。コンデンサは温度上昇により寿命が劣化し、コイルは使用するコアが温度上昇により減磁してインダクタンスが低下する。そこで、フィルタコンデンサ１２６およびフィルタコイル１２７を熱的に金属筐体１４０に接続する。なお、フィルタコンデンサ１２６およびフィルタコイル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になる場合がある。
【００４５】
ブラシ１００は、リヤブラケット２の反回転子６側、つまり電力供給ユニット３００を搭載している側の外面部において、回転子軸４の周縁部の金属筐体１４０に搭載されている。図示されていないが、界磁巻線５と電気的に接続された通電部が回転子軸４に取付けられており、ブラシ１００の摺動部がその通電部と接触することにより界磁回路部の出力を界磁巻線５に入力するように構成されている。
【００４６】
回転電機１０００は、フロントブラケット１とリヤブラケット２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。リヤブラケット２および車体は、固定子鉄心３２とフロントブラケット１を介して電気的に接続される。なお、金属筐体１４０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は、負極側ケーブル５０４を省略することができる。
【００４７】
次に、回転電機１０００における電流の流れについて図２を中心に説明する。
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、電流の流れが異なるが、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。
【００４８】
まず、回転電機本体２００の固定子巻線３１に流れる電流は、バッテリ５００の正極側端子５０１から正極側ケーブル５０３、電力供給ユニット３００の正極側端子１９０を介して電力供給ユニット３００に流れ込み、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。ついで、別の相の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を介して金属筐体１４０に流れ、電力供給ユニット３００の負極側端子１９１、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。
【００４９】
制御基板１２４に搭載されたＣＰＵでは、図示しない電流センサにより検出した電流値、回転センサ１１０からの回転電機１０００の回転速度および／又は回転子６の回転位置情報、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１、下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の温度情報などの情報から、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１およ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に設けられている制御回路部は、ＣＰＵの演算結果に基づいて制御信号を発生し、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１、および下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の信号端子に与える。
【００５０】
以上のように構成された実施の形態１による回転電機１０００では、バッテリ５００の直流電力が、電力供給ユニット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。これに伴い、第１の冷却ファン７３および第２の冷却ファン７４が回転し、回転電機１０００のフロント側では、第１の吸気口１１から給気された第１の冷却風Ｗ１が第１の通風路Ｒ１を流通し、第１の排気口１２から回転電機１０００の外部に排出される。このとき、固定子巻線３１のコイルエンドが第１の通風路Ｒ１を流通する第１の冷却風Ｗ１により冷却される。
【００５１】
一方、回転電機１０００のリヤ側では、第２の冷却風Ｗ２が電力供給ユニット３００の内周部とリヤブラケット２との間に形成された第２の通風路Ｒ２を回転電機１０００の径方向に流れ、第２の吸気口２１から回転電機本体２００の内部に流入し、第３の通風路Ｒ３を流通して、第２の排気口２２から回転電機本体２００の外部に排出される。
【００５２】
このため、金属筐体１４０、リヤブラケット２および回転子６は、第２の冷却風Ｗ２にさらされることになり、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で発生した熱は、金属筐体１４０を介して第２の冷却風Ｗ２に放熱され、リヤ側ベアリング７２の摩擦熱と固定子３で発生した熱は、リヤブラケット２を介して第２の冷却風Ｗ２に放熱され、界磁巻線５で発生した熱は、回転子６を介して第２の冷却風Ｗ２に放熱される。これにより、回転電機１０００の各構成部材の温度上昇が抑制される。又、固定子巻線３１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。
【００５３】
なお、以上の実施の形態においては、フィルタコイル１２７を用いた場合に単一の正極側導体１２５または単一の負極側導体を形成する場合について説明したが、パワー回路部および制御回路部を構成するフィルタコイル１２７以外の電子部品を用いた場合に単一の導体によって接続するように構成してもよく、配線を長くすることがない電力供給ユニットおよび回転電機を提供することが可能となる。
【００５４】
なお、本願は前記の実施の形態１に限定されるものではなく、更に、実施の形態１に記載された様々な特徴、態様、およ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、又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、追加する場合又は省略する場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５５】
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、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、
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：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、１２６：フィルタコンデンサ、１２７：フィルタコイル、
１３０：カバー、１３１：ケース、１３６：ヒューズ、１４０：金属筐体、
１４１：フィン、１５０：ポッティング材、１７５：交流端子、１７６：信号端子、
１７７：放熱面、１８３、１９０、１９２、１９５：正極側端子、
１８４、１９１、１９４、１９６：負極側端子、２００：回転電機本体、
２１１：バスバー、３００：電力供給ユニット、５００：バッテリ、
５０３：正極側ケーブル、５０４：負極側ケーブル、１０００：回転電機。
【図１】
2022001002.tif 000003
【図２】
2022001002.tif 000004
【図３】
2022001002.tif 000005
【図４】
2022001002.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和3年7月9日(2021.7.9)
【手続補正１】
【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】
バッテリと、前記バッテリから電力が供給される回転電機本体と、前記回転電機本体に前記回転電機本体の軸方向に並置されて一体に固定され、前記回転電機本体に供給する制御電力を出力する電力供給ユニットとを備えた回転電機であって、
前記電力供給ユニットは、少なくとも電力半導体モジュールおよび平滑用コンデンサを含み、前記回転電機本体に制御電力を供給するパワー回路部と、前記パワー回路部を制御する制御回路部と、平板状のバスバーで形成され、前記バッテリの正極側端子と前記パワー回路部および前記制御回路部における電子部品の正極側端子とを接続する単一の導体と、前記導体の一部を包囲するフィルタコイルと、前記パワー回路部および前記制御回路部の電子部品を収容するとともに、前記バッテリの負極側端子と前記パワー回路部および前記制御回路部における電子部品の負極側端子とを接続する金属筐体とを有し、
前記パワー回路部に接続された前記導体における一部の断面積を狭くし、前記パワー回路部に短絡電流が流れた場合に溶断するヒューズを形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記フィルタコイルは、２つのＵ字状のコア部材の組み合わせ、またはＵ字状のコア部材とＩ字状のコア部材の組み合わせ、または２つのＬ字状のコア部材の組み合わせから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記導体が絶縁性樹脂により埋められていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本願に開示される回転電機は、バッテリと、前記バッテリから電力が供給される回転電機本体と、前記回転電機本体に前記回転電機本体の軸方向に並置されて一体に固定され、前記回転電機本体に供給する制御電力を出力する電力供給ユニットとを備えた回転電機であって、前記電力供給ユニットは、少なくとも電力半導体モジュールおよび平滑用コンデンサを含み、前記回転電機本体に制御電力を供給するパワー回路部と、前記パワー回路部を制御する制御回路部と、平板状のバスバーで形成され、前記バッテリの正極側端子と前記パワー回路部および前記制御回路部における電子部品の正極側端子とを接続する単一の導体と、前記導体の一部を包囲するフィルタコイルと、前記パワー回路部および前記制御回路部の電子部品を収容するとともに、前記バッテリの負極側端子と前記パワー回路部および前記制御回路部における電子部品の負極側端子とを接続する金属筐体とを有し、前記パワー回路部に接続された前記導体における一部の断面積を狭くし、前記パワー回路部に短絡電流が流れた場合に溶断するヒューズを形成したことを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本願に開示される電力供給ユニットによれば、配線を長くすることなく構成できる回転電機を得ることができる。