(57)【要約】【課題】制御回路の占有面積を低減し、かつ、スイッチング素子に対する冷却効果を有する発電電動装置を提供する。【解決手段】発電電動装置１０１は、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３と、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６と、平面電極９１〜９６とを備える。ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、電極板８１上に配置され、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６は、それぞれ、電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ上に配置される。平面電極９１，９３，９５は、それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃに接続し、平面電極９２，９４，９６は、それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を電極板８３に接続する。ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の各々の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積との面積比率は５以上に設定される。【選択図】        図１０
2004208487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機および電動機として機能するモータと、
前記モータに供給される電流を制御する複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子を連結するバスバーとを備え、
前記バスバーと前記スイッチング素子との面積比率は、５以上である、発電電動装置。
【請求項２】
前記バスバーと前記スイッチング素子との間に設けられ、前記バスバーと前記スイッチング素子との熱膨張差を吸収する緩衝材をさらに備える、請求項１に記載の発電電動装置。
【請求項３】
前記緩衝材は、銅系またはアルミ系材質からなる、請求項４または請求項２に記載の発電電動装置。
【請求項４】
前記バスバーは、銅からなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発電電動装置。
【請求項５】
前記バスバーは、前記モータの端面に設けられ、円弧形状を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発電電動装置。
【請求項６】
前記バスバーは、
電源ラインを構成する第１のバスバーと、
前記モータのコイルに接続される第２のバスバーと、
アースラインを構成する第３のバスバーとを含み、
前記複数のスイッチング素子は、
前記第１のバスバー上に設置された複数の第１のスイッチング素子と、
前記第２のバスバー上に設置された複数の第２のスイッチング素子とを含み、
前記発電電動装置は、
前記複数の第１のスイッチング素子を前記第２のバスバーに接続する複数の第１の平面電極と、
前記複数の第２のスイッチング素子を前記第３のバスバーに接続する複数の第２の平面電極とをさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発電電動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電機および電動機として機能するモータに流す電流を制御する複数のスイッチング素子に対する冷却効果を有する発電電動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載されるエンジンを始動する三相電動機の機能と、バッテリを充電する三相交流発電機の機能とを併せ持つ始動発電機が特開平２−２６６８５５号公報に開示されている。
【０００３】
図１３を参照して、特開平２−２６６８５５号公報に開示された始動発電機３００は、モータ部３０１と、駆動部３０２とを備える。モータ部３０１は、固定子および回転子を含む。駆動部３０２は、モータ部３０１の端面３０１Ａに設けられる。そして、駆動部３０２は、筒部材３０２Ａと、パワーモジュール３０２Ｂとを含む。パワーモジュール３０２Ｂは、筒部材３０２Ａの表面に形成される。すなわち、パワーモジュール３０２Ｂは、筒部材３０２Ａの半径方向３０３に垂直な方向、およびモータ部３０１の回転軸３０１Ｂの長手方向３０４に配置される。
【０００４】
そして、パワーモジュール３０２Ｂは、モータ部３０１に含まれるコイルに電流を流して回転子が所定のトルクを出力するようにモータ部３０１を駆動し、モータ部３０１の回転子がエンジンの回転力により回転することにより３つの固定子に誘起された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリを充電する。
【０００５】
このように、パワーモジュール３０２Ｂは、モータ部３０１の端面３０１Ａに設けられ、モータ部３０１を電動機または発電機として駆動する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−２６６８５５号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−２８４１２２号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平４−１１７５７号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開平９−１４３６４９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の始動発電機では、パワーモジュールは、回転軸を中心とした半径方向に垂直な方向および回転軸の長手方向に配置されるため、モータの駆動を制御する制御回路を小型化することが困難であるという問題があった。
【００１１】
また、従来の始動発電機においては、パワーモジュールを十分に冷却することができないという問題があった。
【００１２】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、制御回路の占有面積を低減し、かつ、スイッチング素子に対する冷却効果を有する発電電動装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、発電電動装置は、モータと、複数のスイッチング素子と、バスバーとを備える。モータは、発電機および／または電動機として機能する。複数のスイッチング素子は、モータに供給される電流を制御する。バスバーは、複数のスイッチング素子を連結する。そして、バスバーとスイッチング素子との面積比率は、５以上である。
【００１４】
好ましくは、発電電動装置は、緩衝材をさらに備える。緩衝材は、バスバーとスイッチング素子との間に設けられ、バスバーとスイッチング素子との熱膨張差を吸収する。
【００１５】
好ましくは、緩衝材は、銅系またはアルミ系材質からなる。
好ましくは、バスバーは、銅からなる。
【００１６】
好ましくは、バスバーは、モータの端面に設けられ、円弧形状を有する。
好ましくは、バスバーは、第１〜第３のバスバーを含む。第１のバスバーは、電源ラインを構成する。第２のバスバーは、モータのコイルに接続される。第３のバスバーは、アースラインを構成する。また、複数のスイッチング素子は、複数の第１のスイッチング素子と、複数の第２のスイッチング素子とを含む。複数の第１のスイッチング素子は、第１のバスバー上に設置される。複数の第２のスイッチング素子は、第２のバスバー上に設置される。発電電動装置は、第１および第２の平面電極をさらに備える。第１の平面電極は、複数の第１のスイッチング素子を第２のバスバーに接続する。第２の平面電極は、複数の第２のスイッチング素子を第３のバスバーに接続する。
【００１７】
この発明による発電電動装置においては、モータの固定子に流す電流を制御する複数のスイッチング素子は、バスバーと同じ材質から成る緩衝材を介してバスバーに固定される。そして、複数のスイッチング素子で発生した熱は、緩衝材または緩衝材および平面電極を介してバスバーへ伝達される。
【００１８】
また、この発明による発電電動装置においては、モータの固定子に流す電流を制御するスイッチング素子の面積と、バスバーの面積との面積比率が５以上に設定される。
【００１９】
したがって、この発明によれば、スイッチング素子を効果的に冷却することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
図１を参照して、この発明による発電電動装置１００は、ツェナーダイオード２１，ＤＴ１〜ＤＴ３と、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６と、電源２６と、ＭＯＳドライバ２７と、オルタネータ５０と、カスタムＩＣ７０と、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３と、基板８４と、端子８４Ａ〜８４Ｄと、配線８５Ａ〜８５Ｄ，８６Ａ〜８６Ｄとを備える。
【００２２】
電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３および基板８４は、オルタネータ５０の端面に形成される。電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃは、銅（Ｃｕ）からなる。電極板８１は、円弧形状を有し、オルタネータ５０の回転軸５０Ａの周囲に設けられる。電極板８２Ａ〜８２Ｃは、電極板８１の外側に電極板８１を取り囲むように設けられる。そして、電極板８２Ａ〜８２Ｃは、所定の間隔を空けて配置される。電極板８３は、回転軸５０Ａからの距離が電極板８２Ａ〜８２Ｃとほぼ同じ位置に配置される。そして、電極板８３の一部は、電極板８２Ａ〜８２Ｃの下に配置される。基板８４は、電極板８１の円弧形状の切欠部に電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３の面内方向と同じ方向に配置される。
【００２３】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、電極板８１上に配置され、ＭＯＳトランジスタＴｒ２およびツェナーダイオードＤＴ１は、電極板８２Ａ上に配置され、ＭＯＳトランジスタＴｒ４およびツェナーダイオードＤＴ２は、電極板８２Ｂ上に配置され、ＭＯＳトランジスタＴｒ６およびツェナーダイオードＤＴ３は、電極板８２Ｃ上に配置される。
【００２４】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、ドレインが電極板８１に接続され、ソースが電極板８２Ａに接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ２は、ドレインが電極板８２Ａに接続され、ソースが電極板８３に接続される。ツェナーダイオードＤＴ１は、一方端子が電極板８２Ａに接続され、他方端子が電極板８３に接続される。そして、電極板８２Ａは、オルタネータ５０のＵ相コイルの一方端５１Ａに接続される。
【００２５】
ＭＯＳトランジスタＴｒ３は、ドレインが電極板８１に接続され、ソースが電極板８２Ｂに接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ４は、ドレインが電極板８２Ｂに接続され、ソースが電極板８３に接続される。ツェナーダイオードＤＴ２は、一方端子が電極板８２Ｂに接続され、他方端子が電極板８３に接続される。そして、電極板８２Ｂは、オルタネータ５０のＶ相コイルの一方端５２Ａに接続される。
【００２６】
ＭＯＳトランジスタＴｒ５は、ドレインが電極板８１に接続され、ソースが電極板８２Ｃに接続される。ＭＯＳトランジスタＴｒ６は、ドレインが電極板８２Ｃに接続され、ソースが電極板８３に接続される。ツェナーダイオードＤＴ３は、一方端子が電極板８２Ｃに接続され、他方端子が電極板８３に接続される。そして、電極板８２Ｃは、オルタネータ５０のＷ相コイルの一方端５３Ａに接続される。
【００２７】
したがって、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、電極板８２Ａを介して電極板８１と電極板８３との間に直列に接続される。また、ＭＯＳトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４は、電極板８２Ｂを介して電極板８１と電極板８３との間に直列に接続される。さらに、ＭＯＳトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６は、電極板８２Ｃを介して電極板８１と電極板８３との間に直列に接続される。そして、電極板８２Ａ〜８２Ｃは、それぞれ、オルタネータ５０のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに接続される。
【００２８】
基板８４は、セラミック基板からなる。そして、電源２６、カスタムＩＣ７０、ＭＯＳドライバ２７および端子８４Ａ〜８４Ｄは、基板８４上に配置される。そして、電源２６、カスタムＩＣ７０およびＭＯＳドライバ２７は、基板８４上で樹脂モールドされる。
【００２９】
端子８４Ａは、信号Ｍ／Ｇを受け、その受けた信号Ｍ／Ｇを配線８５Ａを介してカスタムＩＣ７０へ出力する。端子８４Ｂは、信号ＲＬＯを受け、その受けた信号ＲＬＯを配線８５Ｂを介してカスタムＩＣ７０へ出力する。端子８４Ｃは、信号ＣＨＧＬを受け、その受けた信号ＣＨＧＬを配線８５Ｃを介してカスタムＩＣ７０へ出力する。端子８４Ｄは、バッテリ１０から出力された直流電圧を受け、その受けた直流電圧を配線８５Ｄを介して電源２６へ供給する。
【００３０】
配線８６Ａ〜８６Ｆは、基板８４から電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃへ配線する場合に、回転軸５０Ａと電極板８１との間の空間部において回転軸５０Ａを取り囲む円周に沿って配置される。そして、配線８６Ｂは、点Ｃで曲げられ、電極板８１の下側を通って電極板８２Ａまで配線される。また、配線８６Ｄは、点Ｄで曲げられ、電極板８１の下側を通って電極板８２Ｂまで配線される。さらに、配線８６Ｆは、点Ｅで曲げられ、電極板８１の下側を通って電極板８２Ｃまで配線される。
【００３１】
ＭＯＳドライバ２７は、配線８６Ａ〜８６Ｆを介してそれぞれＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ制御信号を出力する。
【００３２】
ツェナーダイオード２１は、基板８４と電極板８１，８３との間の空間部に配置され、電極板８１と電極板８３との間に接続される。また、コンデンサ２２は、基板８４と電極板８１，８２Ｃ，８３との間の空間部に配置され、電極板８１と電極板８３との間に接続される。
【００３３】
なお、電極板８１は、後述する正母線として機能し、その一方端が端子８７に接続される。そして、電極板８１は、直流電源から出力された直流電圧を端子８７を介して受ける。また、電極板８３は、後述する負母線として機能する。
【００３４】
図２は、図１に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の平面図とＭＯＳトランジスタＴｒ１および電極板８１，８２Ａの断面図とを示す。図２を参照して、ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、ゲートＧ、ソースＳおよびドレインＤを備える。ゲートＧは、配線８６Ａに接続される。また、ソースＳは、ゲートＧの横に配置され、配線ＧＬによって電極板８２Ａに接続される。したがって、ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、ゲートＧが配線８６Ａに接続され易く、かつ、ソースＳが配線ＧＬによって電極板８２Ａに接続され易くするために、ゲートＧを回転軸５０Ａ側に向け、ソースＳを電極板８２Ａ側に向けて配置される。ドレインＤは電極板８１に接続される。
【００３５】
ＭＯＳトランジスタＴｒ２〜Ｔｒ６の各々は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１と同じようにゲートＧ、ソースＳおよびドレインＤを備え、ＭＯＳトランジスタＴｒ１と同じように配置される。
【００３６】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のような大型パワー素子においては、上述したように、ゲートＧを素子周辺部のある一辺の中央部に設けることが多い。これは、素子外部からの信号入力線をできる限り短くするためと、出力端子用のパッドをできる限り大きくするためである。
【００３７】
したがって、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のドレインＤを素子の裏面に設けた場合、ソースＳからの配線ＧＬは、ゲートＧが存在する側と反対側に取出されるように実装される。
【００３８】
そうすると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を電極板８１，８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ上に配置する場合、配線８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ，８６Ｄ，８６Ｅ，８６Ｆ，ＧＬを短くするには、ゲートＧが回転軸５０Ａ側に向き、ソースＳが外周側に向くようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を配置する必要がある。
【００３９】
そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、オルタネータ５０の各相コイルに流す電流を制御するインバータの上アームを構成し、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６は、オルタネータ５０の各相コイルに流す電流を制御するインバータの下アームを構成するので、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の配置方向を考慮すると、電極板８１を最内周に配置し、電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３を電極板８１の外側に配置するのが、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の冷却効率を高くし（ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオルタネータ５０の端面の内周側に配置した方が外部からオルタネータ５０に吸入される空気流によってＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を冷却できる。）、または配線８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ，８６Ｄ，８６Ｅ，８６Ｆ，ＧＬを短くする観点から最良である。
【００４０】
また、電極板８３の配置に関しては、電極板８３は、負母線を構成するものであり、オルタネータ５０のカバーまたはフレームに接続して接地することも可能であるので、最外周側に配置するのが効率的である。
【００４１】
したがって、電極板８１を最内周に配置し、電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３を電極板８１の外側に配置することにしたものである。
【００４２】
図３は、図１に示すＡ−Ａ線における断面から見たオルタネータ５０の断面構造図である。図３を参照して、回転軸５０Ａにロータ５５が固定され、ロータコイル５４がロータ５５に巻回される。固定子５６，５７がロータ５５の外側に固定され、Ｕ相コイル５１が固定子５６に巻回され、Ｖ相コイル５２が固定子５７に巻回される。なお、図３においては、Ｗ相コイルが巻回された固定子は省略されている。
【００４３】
回転軸５０Ａの一方端には、プーリ１６０が連結されており、オルタネータ５０が発生したトルクをベルトを介してエンジンのクランク軸または補機類へ伝達するとともに、エンジンのクランク軸からの回転力を回転軸５０Ａに伝達する。
【００４４】
プーリ１６０が連結された回転軸５０Ａの一方端と反対側の他方端側には、電極板８１，８３が回転軸５０Ａを取り囲むように配置される。また、ブラシ５８が回転軸５０Ａに接するように配置される。基板８４が回転軸５０Ａの上側に設置され、コンデンサ２２が基板８４の手前に配置される。
【００４５】
電極板８１を挟んでコンデンサ２２と反対側にＭＯＳトランジスタ４０が設置される。ＭＯＳトランジスタ４０は、ドレインが電極板８１に接続され、ソースがロータコイル５４に接続される。オルタネータ５０が発電するとき、その発電量は、ロータコイル５４に流れるロータ電流によって決定される。したがって、ＭＯＳトランジスタ４０は、オルタネータ５０が指令発電量を発電するために必要なロータ電流をロータコイル５４に流す。
【００４６】
このように、オルタネータ５０の発電量を決定するロータ電流を制御するＭＯＳトランジスタ４０は、Ｂ方向から見た場合に基板８４の裏側に配置される。
【００４７】
図４は、図１に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１が配置された領域の断面図を示す。図４を参照して、緩衝材８１２は、半田８１１により電極板８１に接着される。そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、半田８１３によって緩衝材８１２に接着される。緩衝材８１２は、銅（Ｃｕ）または銅−モリブデン、銅−タングステンなどの銅系の材料からなり、その厚さは、０．１〜２．０ｍｍの範囲である。つまり、緩衝材８１２は、電極板８１と同じ材質からなる。また、半田８１１，８１３は、ＰｂフリーのＡｇ−Ｃｕ−Ｓｎ系の半田である。そして、緩衝材８１２は、電極板８１とＭＯＳトランジスタＴｒ１との間の熱膨張差を吸収する。したがって、ＭＯＳトランジスタＴｒ１が動作することにより温度が上昇し、電極板８１およびＭＯＳトランジスタＴｒ１が膨張しても、緩衝材８１２は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１が電極板８１から剥離するのを防止する。
【００４８】
図５を参照して、従来、ＭＯＳトランジスタＴｒ１の実装部は、ＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄ  Ｃｏｐｐｅｒ）８２０と、ＡｌＳｉＣ／ＣｕＭｏ等から成るヒートシンク８３０とにより構成されていた。ＤＢＣ８２０は、セラミック８２１の両側に銅（Ｃｕ）８２２，８２３を形成した断面構造を有する絶縁基板である。そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、ＤＢＣ８２０を介してヒートシンク８３０上に設置されていた。また、ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、ＤＢＣ８２０の銅（Ｃｕ）の代わりにアルミニウム（Ａｌ）を用いたＤＢＡ（ＤｉｒｅｃｔＢｏｎｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ）を介してヒートシンク８３０上に設置されていた。このような方法でＭＯＳトランジスタＴｒ１をヒートシンク８３０上に設置した場合、セラミック８２１は絶縁物であるので、ＭＯＳトランジスタＴｒ１で発生した熱がヒートシンク８３０へ伝達されにくく、ＭＯＳトランジスタＴｒ１の冷却が不十分である。
【００４９】
これに対して、図４に示すように、電極板８１と同じ材質から成る緩衝材８１２によってＭＯＳトランジスタＴｒ１を電極板８１上に直接配置した場合、ＭＯＳトランジスタＴｒ１と電極板８１との間には金属しか存在しない。また、緩衝材８１２および電極板８１は、シリコン（Ｓｉ）から成るＭＯＳトランジスタＴｒ１よりも熱伝導率が大きい。したがって、ＭＯＳトランジスタＴｒ１で発生した熱は、ヒートシンクとしての電極板８１に伝達され易く、ＭＯＳトランジスタＴｒ１は効果的に冷却される。
【００５０】
このように、この発明においては、ＭＯＳトランジスタＴｒ１を電極板８１と同じ材質もしくは同系金属からなる緩衝材８１２を介して電極板８１上に設置することを特徴とする。そして、電極板８１と同じ材質もしくは同系金属により緩衝材８１２を構成する場合、その厚さが重要であり、上述したように厚さを０．１〜２．０ｍｍの範囲に設定することにより緩衝材として機能させることができる。
【００５１】
また、緩衝材８１２は、電極板８１と同じ材質で構成されていなくてもよい。たとえば、緩衝材８１２は、銅（Ｃｕ）に代えてアルミニウム（Ａｌ）により構成されていてもよい。さらに、緩衝材８１２は、アルミ系の材質により構成されていればよい。この場合も、緩衝材８１２の厚さは０．１〜２．０ｍｍの範囲である。
【００５２】
ＭＯＳトランジスタＴｒ２〜Ｔｒ６についても、ＭＯＳトランジスタＴｒ１と同じように電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ上に固定される。
【００５３】
図６および図７を参照して、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃとの面積比率について説明する。図６を参照して、オルタネータ５０の回転軸５０Ａの中心をＯとして、電極板８１の両端が中心Ｏと成す角度をθ１とする。そして、電極板８２Ａの両端が中心Ｏと成す角度をθ２とする。
【００５４】
また、電極板８１の内径をＤ１とし、電極板８１の外径をＤ２とする。さらに、電極板８２Ａ〜８２Ｃは、電極板８１と同様に円弧状に配置されるため、電極板８２Ａの内径をＤ３とし、電極板８２Ａの外径をＤ４とする。
【００５５】
この実施の形態においては、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のサイズを３ｍｍ角、内径Ｄ１を４０ｍｍ、外径Ｄ２を７０ｍｍ、内径Ｄ３を７５ｍｍ、外径Ｄ４を１２０ｍｍにそれぞれ固定し、角度θ１を８０〜１５０°の範囲で変化させ、角度θ２を７０〜９０°の範囲で変化させて、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度が許容限界以下になるときのＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃとの面積比率を求めた。
【００５６】
角度θ１が８４°であり、角度θ２が７８°である場合における電極板８１，８２Ａの面積およびＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と電極板８１，８２Ａとの面積比率を表１に示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１において、「Ｐ極」は電極板８１を意味し、Ｐ極の面積：５２０ｍｍ２は、１つのＭＯＳトランジスタＴｒ１に対する電極板８１の面積を意味する。つまり、Ｐ極の面積：５２０ｍｍ２は、電極板８１の全体の面積の３分の１に相当する。
【００５９】
３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が電極板８１上に設置されるため、電極板８１の全体面積に１／３を乗算した面積を用いないと、１つのＭＯＳトランジスタと電極板との正確な面積比率を求めることができないからである。
【００６０】
また、表１における「Ｕ相」は、電極板８２Ａを意味する。
ＭＯＳトランジスタＴｒ３，Ｔｒ５と電極板８１との面積比率は、表１のＰ極に示した数値と同じであり、ＭＯＳトランジスタＴｒ４と電極板８２Ｂとの面積比率およびＭＯＳトランジスタＴｒ６と電極板８２Ｃとの面積比率は、表１のＵ相に示した数値と同じである。
【００６１】
上述した数値を用いて電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を計算した場合、電極板８１の面積がＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５の面積の６．４倍あるとき、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度が許容限界以下になった。
【００６２】
角度θ１を１３５°から小さくすることにより、電極板８１の面積が大きくなり、角度θ２を角度７５°から大きくすることにより、電極板８２Ａの面積が大きくなる。
【００６３】
したがって、角度θ１，θ２を変化させて電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を変え、ＭＯＳトランジスタと電極板との面積比率と、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度との関係を調べた。
【００６４】
図７は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係を示す。図７において、縦軸は素子温度上昇を表わし、横軸はバスバー面積／素子面積を表わす。また、バスバー面積とは、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を意味する。さらに、曲線ｋ１は、過渡時、すなわち、モータ動作時を意味し、曲線ｋ２は、発電動作時を意味する。
【００６５】
図７を参照して、曲線ｋ１で表わされるモータ動作時の方が、曲線ｋ２で表わされる発電動作時よりもＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度が上昇する。したがって、この発明においては、曲線ｋ１において素子の温度上昇が許容限界以下になる面積比率以上の面積比率を有するようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積とを決定する。すなわち、面積比率（＝バスバー面積／素子面積）が６以上になるように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を決定する。
【００６６】
これにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱は、緩衝材８１２を介して電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃに伝達され、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇が許容限界以下になるようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６が冷却される。
【００６７】
図８は、発電電動装置１００およびバッテリ１０の回路ブロック図を示す。制御回路２０は、基板８４と電極板８１，８３との間に配置されたツェナーダイオード２１と、基板８４と電極板８１，８２Ｃ，８３との間に配置されたコンデンサ２２と、電極板８１上に配置されたＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５と、それぞれ電極板８２Ａ〜８２Ｃ上に配置されたＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６と、基板８４上に配置された電源２６、ＭＯＳドライバ２７、カスタムＩＣ７０、ＭＯＳトランジスタ４０およびダイオード４１とを含む。
【００６８】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、Ｕ相アーム２３を構成し、ＭＯＳトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４は、Ｖ相アーム２４を構成し、ＭＯＳトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６は、Ｗ相アーム２５を構成する。
【００６９】
カスタムＩＣ７０は、同期整流器２８および制御部２９，３０からなる。回転角センサー６０は、オルタネータ５０に内蔵される。
【００７０】
オルタネータ５０は、Ｕ相コイル５１と、Ｖ相コイル５２と、Ｗ相コイル５３と、ロータコイル５４とを含む。そして、Ｕ相コイル５１の一方端５１Ａは、ＭＯＳトランジスタＴｒ１とＭＯＳトランジスタＴｒ２との間のノードＮ１に接続される。Ｖ相コイル５２の一方端５２Ａは、ＭＯＳトランジスタＴｒ３とＭＯＳトランジスタＴｒ４との間のノードＮ２に接続される。Ｗ相コイル５３の一方端５３Ａは、ＭＯＳトランジスタＴｒ５とＭＯＳトランジスタＴｒ６との間のノードＮ３に接続される。
【００７１】
フューズＦＵ１は、バッテリ１０の正極と制御回路２０との間に接続される。つまり、フューズＦＵ１は、ツェナーダイオード２１よりもバッテリ１０側に配置される。このように、フューズＦＵ１をツェナーダイオード２１よりもバッテリ１０側に配置することにより、過電流検知が不要になり、制御回路２０を小型化できる。フューズＦＵ２は、バッテリ１０の正極と電源２６との間に接続される。
【００７２】
ツェナーダイオード２１およびコンデンサ２２は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に並列に接続される。
【００７３】
Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に並列に接続される。ツェナーダイオードＤＴ１は、ノードＮ１と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ２に並列に接続される。ツェナーダイオードＤＴ２は、ノードＮ２と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ４に並列に接続される。ツェナーダイオードＤＴ３は、ノードＮ３と負母線Ｌ２との間にＭＯＳトランジスタＴｒ６に並列に接続される。
【００７４】
ツェナーダイオード４０は、バッテリ１０の正極とノードＮ４との間に接続される。ダイオード４１は、ノードＮ４と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。
【００７５】
なお、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，４０に並列に接続されているダイオードは、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，４０と半導体基板との間に形成される寄生ダイオードである。
【００７６】
バッテリ１０は、たとえば、１２Ｖの直流電圧を出力する。ツェナーダイオード２１は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に発生したサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、所定の電圧レベル以上のサージ電圧が正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に印加された場合、そのサージ電圧を吸収し、コンデンサ２２およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に印加される直流電圧を所定の電圧レベル以下にする。したがって、コンデンサ２２の容量およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のサイズを、サージ電圧を考慮して大きくしなくてもよい。その結果、コンデンサ２２およびＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を小型化できる。
【００７７】
コンデンサ２２は、入力された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５に供給する。ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号をゲートに受け、その受けた制御信号によりオン／オフされる。そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、コンデンサ２２から供給された直流電圧によってオルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に流れる直流電流を切換えてオルタネータ５０を駆動する。また、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、バッテリ１０を充電する。
【００７８】
ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３が発電するとき、それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に過電圧が印加されるのを防止する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０の発電モード時、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５の下アームを保護する。
【００７９】
電源２６は、バッテリ１０から出力される直流電圧をフューズＦＵ２を介して受け、その受けた直流電圧を電圧レベルが異なる２つの直流電圧としてＭＯＳドライバ２７へ供給する。より具体的には、電源２６は、バッテリ１０から受けた１２Ｖの直流電圧に基づいて、たとえば、５Ｖの直流電圧を生成し、その生成した５Ｖの直流電圧と、バッテリ１０から受けた１２Ｖの直流電圧とをＭＯＳドライバ２７へ供給する。
【００８０】
ＭＯＳドライバ２７は、電源２６から供給される５Ｖおよび１２Ｖの直流電圧により駆動される。そして、ＭＯＳドライバ２７は、同期整流器２８からの同期信号に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成し、その生成した制御信号をＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。より具体的には、ＭＯＳドライバ２７は、同期整流器２８からの同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６に基づいて、オルタネータ５０の発電モードにおいてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成し、同期整流器２８からの同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６に基づいて、オルタネータ５０の駆動モードにおいてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成する。
【００８１】
同期整流器２８は、制御部３０から信号ＧＳを受けると、制御部２９からのタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６に基づいて同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６を生成し、その生成した同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６をＭＯＳドライバ２７へ出力する。また、同期整流器２８は、制御部３０から信号ＭＳを受けると、制御部２９からのタイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６に基づいて同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６を生成し、その生成した同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６をＭＯＳドライバ２７へ出力する。
【００８２】
制御部２９は、回転角センサー６０からの角度θ３，θ４，θ５を受け、その受けた角度θ３，θ４，θ５に基づいてオルタネータ５０に含まれるロータ５５の回転数ＭＲＮを検出する。
【００８３】
角度θ３は、Ｕ相コイル５１によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度であり、角度θ４は、Ｖ相コイル５２によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度であり、角度θ５は、Ｗ相コイル５３によって発生される磁力の方向とロータコイル５４によって発生される磁力の方向との角度である。そして、角度θ３，θ４，θ５は、０度〜３６０度の範囲で周期的に変化する。したがって、制御部２９は、角度θ３，θ４，θ５が所定の期間に０度〜３６０度の範囲で周期的に変化する回数を検出して回転数ＭＲＮを検出する。
【００８４】
そして、制御部２９は、角度θ３，θ４，θ５に基づいて、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に誘起される電圧Ｖｕｉ，Ｖｖｉ，Ｖｗｉのタイミングを検出し、その検出したタイミングに基づいて、Ｕ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に誘起された電圧Ｖｕｉ，Ｖｖｉ，Ｖｗｉを直流電圧に変換するためにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするタイミングを示すタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６を生成する。
【００８５】
また、制御部２９は、角度θ３，θ４，θ５と、検出した回転数ＭＲＮとに基づいて、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させるためにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするタイミングを示すタイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６を生成する。
【００８６】
そして、制御部２９は、生成したタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を同期整流器２８へ出力する。
【００８７】
制御部３０は、外部に設けられたエコランＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）（これについては後述する）から信号Ｍ／Ｇ、信号ＲＬＯおよび信号ＣＨＧＬを受ける。また、制御部３０は、オルタネータ５０のＵ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に印加される電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを受ける。
【００８８】
制御部３０は、信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を発電機として動作させるか駆動モータとして動作させるかを判定し、発電機として動作させるとき信号ＧＳを生成して同期整流器２８へ出力する。一方、制御部３０は、オルタネータ５０を駆動モータとして動作させるとき、電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、Ｕ相コイル５１、Ｖ相コイル５２およびＷ相コイル５３に電流を流す通電方式を決定し、その決定した通電方式でオルタネータ５０を駆動するための信号ＭＳを生成して同期整流器２８へ出力する。
【００８９】
また、制御部３０は、信号ＲＬＯに基づいて、オルタネータ５０が指令発電量を発電するためのロータ電流を演算し、その演算したロータ電流をロータコイル５４に流すための信号ＲＣＴを生成してＭＯＳトランジスタ４０のゲートへ出力する。
【００９０】
さらに、制御部３０は、信号ＣＨＧＬに基づいて、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５のいずれが故障しているかを判定し、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５のいずれかが故障しているとき、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を停止させる。
【００９１】
ＭＯＳトランジスタ４０は、制御部３０からの信号ＲＣＴに基づいて、バッテリ１０からロータコイル５４に供給されるロータ電流を所定値に設定する。ダイオード４１は、ノードＮ４から接地ノードＧＮＤへ電流が流れるのを防止する。
【００９２】
オルタネータ５０は、駆動モータまたは発電機として動作する。そして、オルタネータ５０は、駆動モータとして動作する駆動モードにおいて、エンジンの始動時、制御回路２０からの制御によって所定のトルクを発生し、その発生した所定のトルクによってエンジンを始動する。また、オルタネータ５０は、エンジンの始動時以外、制御回路２０からの制御によって所定のトルクを発生し、その発生した所定のトルクによって発電電動装置１００が搭載された車両の駆動輪を駆動する。さらに、オルタネータ５０は、エンジンの始動時以外、発生した所定のトルクによって補機類を駆動する。
【００９３】
一方、オルタネータ５０は、発電機として動作する発電モードにおいて、ロータコイル５４に流れるロータ電流に応じた交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５へ供給する。
【００９４】
回転角センサー６０は、角度θ３，θ４，θ５を検出し、その検出した角度θ３，θ４，θ５を制御部２９へ出力する。
【００９５】
発電電動装置１００における全体動作について説明する。制御部３０は、エコランＥＣＵからの信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を発電機として動作させるか駆動モータとして動作させるかを判定し、発電機として動作させるとき信号ＧＳを生成して同期整流器２８へ出力する。また、制御部３０は、エコランＥＣＵからの信号ＲＬＯに基づいて信号ＲＣＴを生成してＭＯＳトランジスタ４０のゲートへ出力する。
【００９６】
そうすると、ＭＯＳトランジスタ４０は、バッテリ１０からロータコイル５４に供給されるロータ電流を信号ＲＣＴに応じて切換える。そして、オルタネータ５０のロータ５５は、エンジンの回転力により回転し、オルタネータ５０は、指定発電量を発電してＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５へ供給する。
【００９７】
一方、制御部２９は、回転角センサー６０から角度θ３，θ４，θ５を受け、その受けた角度θ３，θ４，θ５に基づいて、上述した方法によってタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を生成して同期整流器２８へ出力する。
【００９８】
そうすると、同期整流器２８は、制御部３０からの信号ＧＳに基づいて、タイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６に同期した同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６を生成してＭＯＳドライバ２７へ出力する。ＭＯＳドライバ２７は、同期信号ＳＹＮＧ１〜ＳＹＮＧ６に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。
【００９９】
そうすると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオン／オフされ、オルタネータ５０によって発電された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。
【０１００】
この場合、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、オルタネータ５０によって発電された交流電圧にサージ電圧が重畳されていても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。また、ツェナーダイオード２１は、正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間の直流電圧にサージ電圧が重畳されていても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。
【０１０１】
制御部３０は、信号Ｍ／Ｇに基づいて、オルタネータ５０を駆動モータとして駆動すると判定したとき、電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、Ｕ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５への通電方式を決定し、その決定した通電方式によってオルタネータ５０を駆動するための信号ＭＳを生成して同期整流器２８へ出力する。
【０１０２】
制御部２９は、回転角センサー６０から角度θ３，θ４，θ５を受け、その受けた角度θ３，θ４，θ５に基づいて、上述した方法によってタイミング信号ＴＧ１〜ＴＧ６，ＴＭ１〜ＴＭ６を生成して同期整流器２８へ出力する。
【０１０３】
そうすると、同期整流器２８は、制御部３０からの信号ＭＳに基づいて、タイミング信号ＴＭ１〜ＴＭ６に同期した同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６を生成してＭＯＳドライバ２７へ出力する。ＭＯＳドライバ２７は、同期信号ＳＹＮＭ１〜ＳＹＮＭ６に同期してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン／オフするための制御信号を生成してＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートへ出力する。
【０１０４】
そうすると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＭＯＳドライバ２７からの制御信号によってオン／オフされ、バッテリ１０からオルタネータ５０のＵ相アーム２３、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２５に供給する電流を切換えてオルタネータ５０を駆動モータとして駆動する。これにより、オルタネータ５０は、エンジンの始動時、エンジンのクランク軸に所定のトルクを供給し、エンジンの始動時以外、駆動輪に所定のトルクを供給する。
【０１０５】
この場合、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６がオン／オフされることにより正母線Ｌ１と負母線Ｌ２との間に発生したサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオード２１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。また、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５がオン／オフされてＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６にサージ電圧が印加されても、そのサージ電圧を吸収する。つまり、ツェナーダイオードＤＴ１〜ＤＴ３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６に耐圧以上の電圧が印加されるのを防止する。
【０１０６】
上述したように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、オルタネータ５０の端面に設けられた電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３上に配置される。このような配置が可能なのは、ツェナーダイオード２１，ＤＴ１〜ＤＴ３を設けることにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に過電圧が印加されるのを防止し、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のサイズを小さくしたからである。そして、特に、３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を１個のツェナーダイオード２１によって保護するようにしたため、基板８４と電極板８１，８３との間の空間部を利用して、３つのＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を保護するツェナーダイオード２１を配置することが可能になった。
【０１０７】
また、ツェナーダイオード２１は、コンデンサ２２に過電圧が印加されることも防止するため、コンデンサ２２の容量を小さくできる。その結果、コンデンサ２２を基板８４と電極板８１，８２Ｃ，８３との間の空間部に配置することが可能になった。
【０１０８】
これらの要因によって、制御回路２０は、回路全体が小型化され、オルタネータ５０の端面に配置され得る。つまり、制御回路２０は、オルタネータ５０の回転軸５０Ａの長手方向ではなく、回転軸５０Ａの軸方向に垂直な平面内に配置され得る。
【０１０９】
そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃと同じ材質から成る緩衝材８１２を介して電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃに固定したので、またはＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積との面積比率を６以上に設定したので、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を効果的に冷却することができるようになった。
【０１１０】
図９は、発電電動装置１００を備えるエンジンシステム２００のブロック図を示す。図９を参照して、エンジンシステム２００は、バッテリ１０と、制御回路２０と、オルタネータ５０と、エンジン１１０と、トルクコンバータ１２０と、オートマチックトランスミッション１３０と、プーリ１４０，１５０，１６０と、ベルト１７０と、補機類１７２と、スタータ１７４と、電動油圧ポンプ１８０と、燃料噴射弁１９０と、電動モータ２１０と、スロットルバルブ２２０と、エコランＥＣＵ２３０と、エンジンＥＣＵ２４０と、ＶＳＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）−ＥＣＵ２５０とを備える。
【０１１１】
オルタネータ５０は、エンジン１１０に近接して配置される。制御回路２０は、上述したようにオルタネータ５０の端面に配置される。
【０１１２】
エンジン１１０は、オルタネータ５０またはスタータ１７４によって始動され、所定の出力を発生する。より具体的には、エンジン１１０は、エコノミーランニングシステム（「エコラン」とも言う。）による停止後の始動時、オルタネータ５０によって始動され、イグニッションキーによる始動時、スタータ１７４によって始動される。そして、エンジン１１０は、発生した出力をクランク軸１１０ａからトルクコンバータ１２０またはプーリ１４０へ出力する。
【０１１３】
トルクコンバータ１２０は、クランク軸１１０ａからのエンジン１１０の回転をオートマチックトランスミッション１３０に伝達する。オートマチックトランスミッション１３０は、自動変速制御を行ない、トルクコンバータ１２０からのトルクを変速制御に応じたトルクに設定して出力軸１３０ａへ出力する。
【０１１４】
プーリ１４０は、エンジン１１０のクランク軸１１０ａに連結される。また、プーリ１４０は、ベルト１７０を介してプーリ１５０，１６０と連動する。
【０１１５】
ベルト１７０は、プーリ１４０，１５０，１６０を相互に連結する。プーリ１５０は、補機類１７２の回転軸に連結される。
【０１１６】
プーリ１６０は、オルタネータ５０の回転軸に連結され、オルタネータ５０またはエンジン１１０のクランク軸１１０ａによって回動される。
【０１１７】
補機類１７２は、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリングポンプおよびエンジン冷却用ウォータポンプの１つまたは複数からなる。そして、補機類１７２は、オルタネータ５０からの出力をプーリ１６０、ベルト１７０およびプーリ１５０を介して受け、その受けた出力により駆動される。
【０１１８】
オルタネータ５０は、制御回路２０により駆動される。そして、オルタネータ５０は、エンジン１１０のクランク軸１１０ａの回転力をプーリ１４０、ベルト１７０およびプーリ１６０を介して受け、その受けた回転力を電気エネルギーに変換する。つまり、オルタネータ５０は、クランク軸１１０ａの回転力により発電する。なお、オルタネータ５０が発電する場合には、２つの場合がある。１つは、エンジンシステム２００が搭載されたハイブリッド自動車の通常走行時にエンジン１１０が駆動されることによりクランク軸１１０ａの回転力を受けて発電する場合である。もう１つは、エンジン１１０は駆動されないが、ハイブリッド自動車の減速時に駆動輪の回転力がクランク軸１１０ａに伝達され、その伝達された回転力を受けて、オルタネータ５０が発電する場合である。
【０１１９】
また、オルタネータ５０は、制御回路２０によって駆動され、所定の出力をプーリ１６０へ出力する。そして、所定の出力は、エンジン１１０を始動するとき、ベルト１７０およびプーリ１４０を介してエンジン１１０のクランク軸１１０ａへ伝達され、補機類１７２を駆動するとき、ベルト１７０およびプーリ１５０を介して補機類１７２へ伝達される。
【０１２０】
バッテリ１０は、上述したように、１２Ｖの直流電圧を制御回路２０へ供給する。
【０１２１】
制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によって、上述したように、バッテリ１０からの直流電圧を交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によってオルタネータ５０を駆動する。また、制御回路２０は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によって、オルタネータ５０が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧によってバッテリ１０を充電する。
【０１２２】
スタータ１７４は、エコランＥＣＵ２３０からの制御によってエンジン１１０を始動する。電動油圧ポンプ１８０は、オートマチックトランスミッション１３０に内蔵され、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によって、オートマチックトランスミッション１３０の内部に設けられた油圧制御部に対して作動油を供給する。なお、この作動油は、油圧制御部内のコントロールバルブにより、オートマチックミッション１３０内部のクラッチ、ブレーキおよびワンウェイクラッチの作動状態を調整し、シフト状態を必要に応じて切替える。
【０１２３】
エコランＥＣＵ２３０は、オルタネータ５０および制御回路２０のモード制御、スタータ１７４の制御およびバッテリ１０の蓄電量制御を行なう。なお、オルタネータ５０および制御回路２０のモード制御とは、オルタネータ５０が発電機として機能する発電モードと、オルタネータ５０が駆動モータとして機能する駆動モードとを制御することを言う。また、エコランＥＣＵ２３０からバッテリ１０への制御線は図示されていない。
【０１２４】
また、エコランＥＣＵ２３０は、オルタネータ５０に内蔵された回転角センサー６０からの角度θ１，θ２，θ３に基づく回転数ＭＲＮ、エコランスイッチからの運転者によるエコランシステムの起動有無、その他のデータを検出する。
【０１２５】
燃料噴射弁１９０は、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によって、燃料の噴射を制御する。電動モータ２１０は、エンジンＥＣＵ２４０からの制御によってスロットルバルブ２２０の開度を制御する。スロットルバルブ２２０は、電動モータ２１０によって所定の開度に設定される。
【０１２６】
エンジンＥＣＵ２４０は、エンジン冷却用ウォータポンプを除く補機類１７２のオン／オフ制御、電動油圧ポンプ１８０の駆動制御、オートマチックトランスミッション１３０の変速制御、燃料噴射弁１９０による燃料噴射制御、電動モータ２１０によるスロットルバルブ２２０の開度制御、およびその他のエンジン制御を行なう。
【０１２７】
また、エンジンＥＣＵ２４０は、水温センサーからのエンジン冷却水温、アイドルスイッチからのアクセルペダルの踏み込み有無状態、アクセル開度センサーからのアクセル開度、舵角センサーからのステアリングの操舵角、車速センサーからの車速、スロットル開度センサーからのスロットル開度、シフト位置センサーからのシフト位置、エンジン回転数センサーからのエンジン回転数、エアコンスイッチからのオン／オフ操作有無、およびその他のデータを検出する。
【０１２８】
ＶＳＣ−ＥＣＵ２５０は、ブレーキスイッチからのブレーキペダルの踏み込み有無状態、およびその他のデータを検出する。
【０１２９】
エコランＥＣＵ２３０、エンジンＥＣＵ２４０およびＶＳＣ−ＥＣＵ２５０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、内部のＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）に書き込まれているプログラムに応じてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）が必要な演算処理を実行し、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。これらの演算処理結果および検出されたデータは、エコランＥＣＵ２３０、エンジンＥＣＵ２４０およびＶＳＣ−ＥＣＵ２５０間で相互にデータ通信が可能となっており、必要に応じてデータを交換して相互に連動して制御を実行することが可能である。
【０１３０】
エンジンシステム２００の動作としては、既に公知であるアイドルストップ制御を行なうようにすればよい。具体的には、車両の減速や停車を各種センサの出力により検知することでエンジンを停止し、次に運転者が発進を意図した際（ブレーキやアクセルのペダル操作状況により検知可能である）にエンジンをオルタネータ５０により起動するようにすればよい。エンジンシステム２００においては、オルタネータ５０を制御する制御回路２０は、オルタネータ５０の端面に設けられ、エコランＥＣＵ２３０からの指示に従ってオルタネータ５０を駆動モータまたは発電機として駆動する。そして、オルタネータ５０を駆動モータまたは発電機として駆動する際において、制御回路２０のＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６によって発生された熱は緩衝材８１２を介して電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃへ伝達され、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、効果的に冷却される。
【０１３１】
この発明による発電電動装置は、図１０に示す発電電動装置１０１であってもよい。図１０を参照して、発電電動装置１０１は、図１に示す発電電動装置１００においてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６と電極板８２Ａ〜８２Ｃ，８３とをワイアボンディング（Ｗ／Ｂ）に代えて平面電極９１〜９６によって接続したものであり、その他は、発電電動装置１００と同じである。
【０１３２】
平面電極９１〜９６の各々は、銅系の材料からなり、厚さは０．１〜２．０ｍｍの範囲である。
【０１３３】
平面電極９１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースを電極板８２Ａに接続する。平面電極９２は、ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースを電極板８３に接続する。平面電極９３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ３のソースを電極板８２Ｂに接続する。平面電極９４は、ＭＯＳトランジスタＴｒ４のソースを電極板８３に接続する。平面電極９５は、ＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースを電極板８２Ｃに接続する。平面電極９６は、ＭＯＳトランジスタＴｒ６のソースを電極板８３に接続する。
【０１３４】
図１１は、図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の平面図とＭＯＳトランジスタＴｒ１および電極板８１，８２Ａの断面図とを示す。図１１は、図２における配線ＧＬを平面電極９１に代えたものであり、その他は、図２と同じである。
【０１３５】
平面電極９１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳを電極板８２Ａに接続する。そして、平面電極９１は、半田付けによりＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳおよび電極板８２Ａに接続される。この場合、ＰｂフリーのＡｇ−Ｃｕ−Ｓｎ系の半田が用いられる。この半田は、通常の半田に比べ、熱伝導率が２倍程度高いためＭＯＳトランジスタＴｒ１において発生した熱を平面電極９１および電極板８２Ａに効率良く伝導でき、ＭＯＳトランジスタＴｒ１の放熱効果を高くできる。
【０１３６】
ソースＳは、好ましくは、Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕからなる。この場合、アルミニウム（Ａｌ）は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１の材料であるシリコン（Ｓｉ）に接するように形成される。すなわち、ソースＳは、ＭＯＳトランジスタＴｒ１（Ｓｉ）上にアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）を、順次、堆積することにより作製される。これにより、平面電極９１をＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳに半田付けするときの平面電極９１とＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳとの接着力を向上できる。なお、ゲートＧも、ソースＳと同様にＡｌ−Ｎｉ−Ａｕによって作製してもよい。また、ソースＳおよびゲートＧをＡｌ−Ｎｉによって作製してもよい。
【０１３７】
平面電極９２をＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースＳおよび電極板８３に接続する場合、平面電極９３をＭＯＳトランジスタＴｒ３のソースＳおよび電極板８２Ｂに接続する場合、平面電極９４をＭＯＳトランジスタＴｒ４のソースＳおよび電極板８３に接続する場合、平面電極９５をＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースＳおよび電極板８２Ｃに接続する場合、および平面電極９６をＭＯＳトランジスタＴｒ６のソースＳおよび電極板８３に接続する場合も、平面電極９１をＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースＳおよび電極板８２Ａに接続する場合と同じ半田が用いられる。その他は、図２において説明したとおりである。
【０１３８】
図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ２〜Ｔｒ６についても、ＭＯＳトランジスタＴｒ１と同じように平面電極９２〜９６によって電極板８２Ｂ，８２Ｃ，８３に接続される。
【０１３９】
このように、発電電動装置１０１においては、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、それぞれ、平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ，８３，８２Ｂ，８３，８２Ｃ，８３と接続される。
【０１４０】
図１２は、図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係を示す。図１２において、曲線ｋ１，ｋ２は、配線ＧＬによってＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３に接続した場合のＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係を示し、曲線ｋ３，ｋ４は、平面電極９１〜９６によってＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３に接続した場合のＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係を示す。そして、曲線ｋ３は、過渡時、すなわち、モータ動作時を意味し、曲線ｋ４は、発電動作時を意味する。なお、曲線ｋ１，ｋ２については、図７において説明したとおりである。
【０１４１】
図１２を参照して、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３に接続することにより、モータ動作時においてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇を約３５％低減でき（曲線ｋ１，ｋ３参照）、発電動作時においてＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇を３〜６％低減できる（曲線ｋ２，ｋ４参照）。
【０１４２】
そして、素子温度上昇の許容限界以下の領域では、曲線ｋ４で表わされる発電動作時の方が、曲線ｋ３で表わされるモータ動作時よりもＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度が上昇する。したがって、この発明においては、平面電極９１〜９６を用いた場合、曲線ｋ４において素子の温度上昇が許容限界以下になる面積比率以上の面積比率を有するようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積とを決定する。すなわち、面積比率（＝バスバー面積／素子面積）が５以上になるように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積と電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を決定する。
【０１４３】
これにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱は、緩衝材８１２および平面電極９１〜９６を介して電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃに伝達され、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇が許容限界以下になるようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６が冷却される。
【０１４４】
このように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ，８３，８２Ｂ，８３，８２Ｃ，８３と接続することにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６において発生した熱は、それぞれ、平面電極９１〜９６を介して放熱される。その結果、発電電動装置１００のように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をワイヤボンディング（Ｗ／Ｂ）によって電極板８２Ａ〜８２Ｃ，８３に接続した場合、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇が許容限界以下になるようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を冷却するにはＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に対する電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積比率を６以上に設定する必要があるが、発電電動装置１０１のように、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ〜８２Ｃ，８３に接続した場合、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇が許容限界以下になるようにＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を冷却するためのＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に対する電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積比率を６よりも小さい５に設定できる。
【０１４５】
したがって、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の面積が一定である場合、ＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を平面電極９１〜９６によって電極板８２Ａ〜８２Ｃ，８３に接続することにより、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃの面積を小さくできる。
【０１４６】
なお、発電電動装置１０１をエンジンシステム２００に適用できることは言うまでもない。
【０１４７】
この発明においては、オルタネータ５０は、固定子および回転子を含み、発電機および電動機として機能する「モータ」を構成する。
【０１４８】
また、この発明においては、電極板８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３は、「バスバー」を構成する。
【０１４９】
さらに、この発明においては、電極板８１は、「第１のバスバー」を構成し、電極板８２Ａ〜８２Ｃは、「第２のバスバー」を構成し、電極板８３は、「第３のバスバー」を構成する。
【０１５０】
さらに、この発明による発電電動装置においては、素子面積とバスバー面積との面積比（バスバー面積／素子面積）は、５以上であればよい。
【０１５１】
この発明の実施の形態によれば、発電電動装置においては、発電機および駆動モータとして機能するオルタネータのコイルに流す電流を制御する複数のスイッチング素子は、複数のスイッチング素子を固定する電極板と同じ材質から成る緩衝材を介して電極板に固定されるので、複数のスイッチング素子を効果的に冷却することができる。
【０１５２】
また、この発明の実施の形態によれば、発電電動装置においては、発電機および駆動モータとして機能するオルタネータのコイルに流す電流を制御する複数のスイッチング素子の各々の面積と、複数のスイッチング素子を固定する電極板の面積との面積比率を６以上にしたので、複数のスイッチング素子を効果的に冷却できる。
【０１５３】
なお、本実施の形態においては、エコランＥＣＵとエンジンＥＣＵとを別体としていたが、それらの機能を統合して１つのエンジン制御ＥＣＵとして構成できることは言うまでもない。また、本実施の形態のトランスミッションは、ＡＴ（いわゆる自動変速機）に限らず、ＣＶＴやＭＴなどの公知の変速機を組合わせてもよい。
【０１５４】
さらに、本実施の形態では、エコランシステムであるが、モータにて大きな駆動力を発生できるハイブリッド自動車に適用できる。オルタネータ５０については、他にも周知の発電電動機（モータジェネレータとも呼ぶ）に置換えても本発明を成立できる。車両の駆動やエンジンの始動に必要なトルクを与えられるような発電電動機を適宜選定すればよいことは言うまでもない。
【０１５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による発電電動装置の平面図である。
【図２】図１に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の平面図とＭＯＳトランジスタＴｒ１および電極板８１，８２Ａの断面図とである。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】図１に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の領域における断面構造図である。
【図５】ＭＯＳトランジスタの従来の固定方法を説明するための断面構造図である。
【図６】ＭＯＳトランジスタと電極板との面積比率を計算するための平面図である。
【図７】素子温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係図である。
【図８】図１に示す発電電動装置およびバッテリの回路ブロック図である。
【図９】図１に示す発電電動装置を備えるエンジンシステムの概略ブロック図である。
【図１０】この発明による発電電動装置の他の平面図である。
【図１１】図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１の平面図とＭＯＳトランジスタＴｒ１および電極板８１，８２Ａの断面図である。
【図１２】図１０に示すＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の温度上昇とバスバー面積／素子面積との関係図である。
【図１３】従来の始動発電機の斜視図である。
【符号の説明】
１０  バッテリ、２０  制御回路、２１，ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３  ツェナーダイオード、２２  コンデンサ、２３  Ｕ相アーム、２４  Ｖ相アーム、２５  Ｗ相アーム、２６  電源、２７  ＭＯＳドライバ、２８  同期整流器、２９，３０  制御部、４０，Ｔｒ１〜Ｔｒ６  ＭＯＳトランジスタ、４１  ダイオード、５０  オルタネータ、５０Ａ，３０１Ｂ  回転軸、５１  Ｕ相コイル、５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ  一方端、５２  Ｖ相コイル、５３  Ｗ相コイル、５４  ロータコイル、５５  ロータ、５６，５７  固定子、５８  ブラシ、６０  回転角センサー、７０  カスタムＩＣ、８１，８２Ａ〜８２Ｃ，８３  電極板、８４  基板、８４Ａ〜８４Ｄ  端子、８５Ａ〜８５Ｄ，８６Ａ〜８６Ｆ，ＧＬ  配線、８７端子、９１〜９６  平面電極、１００，１０１  発電電動装置、１１０  エンジン、１１０ａ  クランク軸、１２０  トルクコンバータ、１３０  オートマチックトランスミッション、１３０ａ  出力軸、１４０，１５０，１６０  プーリ、１７０  ベルト、１７２  補機類、１７４  スタータ、１８０  電動油圧ポンプ、１９０  燃料噴射弁、２００  エンジンシステム、２１０  電動モータ、２２０  スロットルバルブ、２３０  エコランＥＣＵ、２４０  エンジンＥＣＵ、２５０  ＶＳＣ−ＥＣＵ、３００  始動発電機、３０１  モータ部、３０１Ａ  端面、３０２  駆動部、３０２Ａ  筒部材、３０２Ｂ  パワーモジュール、３０３  半径方向、３０４  長手方向、８１１，８１３  半田、８１２  緩衝材、８２０  ＤＢＣ、８２１  セラミック、８２２，８２３  銅、８３０  ヒートシンク、ＦＵ１，ＦＵ２  フューズ、Ｌ１  正母線、Ｌ２  負母線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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