(57)【要約】【課題】複数の素子間の温度ばらつきを抑え、高電圧化による素子／アース間の確実な電気絶縁を確保し、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のスイッチング素子に好適な実装構造を持つ、多相式交流回転電機を提供することを目的としている。【解決手段】半導体スイッチング素子と、ヒートシンクが電気的に絶縁され、ヒートシンクがハウジングにアースされるとともに、各相毎に熱的に分離された多相式交流回転電機。【効果】本発明によれば、複数の素子間の温度ばらつきを抑え、高電圧化による素子／アース間の確実な電気絶縁を確保し、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のスイッチング素子に好適な実装構造を持つ多相式交流回転電機を提供することが可能となる。【選択図】  図２
2004282905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に設けられた回転軸と、該回転軸に固定され磁化された回転子と、該ハウジングに固定されたステータコアに導線が巻回されたステータコイルが設けられたステータと、該ステータの電流を調整する該ハウジング内に設けられた複数の半導体スイッチング素子と、該半導体スイッチング素子に対して熱伝導可能に固定されたヒートシンクより構成される多相式交流回転電機であって、
該半導体スイッチング素子と該ヒートシンクが電気的に絶縁され、該ヒートシンクが該ハウジングにアースされるとともに各相毎に熱的に分離されたことを特徴とする多相式交流回転電機。
【請求項２】
ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に設けられた回転軸と、該回転軸に固定され磁化された回転子と、該ハウジングに固定されたステータコアに導線が巻回されたステータコイルが設けられたステータと、該ステータの電流を調整する該ハウジング内に設けられた複数の半導体スイッチング素子と、該半導体スイッチング素子に対して熱伝導可能に固定されたヒートシンクより構成される多相式交流回転電機であって、
該半導体スイッチング素子と該ヒートシンクが電気的に絶縁され、該ヒートシンクが該ハウジングにアースされるとともに、該複数の半導体スイッチング素子の温度が実質的に各相毎に決定されることを特徴とする多相式交流回転電機。
【請求項３】
前記ヒートシンクのベース面上に複数のフィンを配し、前記ハウジング内に吸引される実質的に全ての空気が該複数のフィン間を通過することを特徴とする、請求項１に記載の多相式交流回転電機。
【請求項４】
前記ヒートシンクのベース面上に複数のフィンを配し、該ヒートシンクの前記回転軸方向への投影形状とほぼ同等形状の孔を持つカバーを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の多相式交流回転電機。
【請求項５】
前記ヒートシンクにおけるベース面が、前記回転軸の径方向に対してほぼ平行に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の多相式交流回転電機。
【請求項６】
前記ヒートシンクにおける前記複数のフィンを前記回転軸を中心として同心円状に配したことを特徴とする請求項５に記載の多相式交流回転電機。
【請求項７】
前記ヒートシンクのベース面上における前記複数のフィンが柱状であり、該複数の柱状フィンの該ベース面内における配置が格子状であることを特徴とする請求項１に記載の多相式交流回転電機。
【請求項８】
前記ヒートシンクのベース面上における前記複数のフィンが柱状であり、該複数の柱状フィンの該ベース面内における配置が千鳥状であることを特徴とする請求項１に記載の多相式交流回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のスイッチング素子にて多相交流電流の制御を行う多相式交流回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の大型化・高級化による電力負荷の増大に伴い、オルタネータ（自動車用交流発電機）には高効率化・高出力化が求められている。高効率化の観点では、特許第２９５９６４０号公報に開示された方法によると、整流素子としてＭＯＳＦＥＴを用いることで、従来のダイオードを用いた場合に比べて電力損失（発熱）を低減できる、すなわち高効率化を図れるとしている。また、高出力化の観点でも、内部抵抗が低い低損失ＭＯＳＦＥＴを並列に搭載することで、従来よりも大電流を整流することが可能となる。
【０００３】
上記のオルタネータのような自動車用回転電機には、小型化・軽量化・低コスト化等の観点から、回転電機本体に電力変換用主回路を組み込んだ構造（以下、機電一体構造と呼ぶ）が特に望まれている。しかし、回転電機本体の設置場所はエンジン近傍であり、極めて過酷な温度条件であることから、従来のオルタネータにおける機電一体構造例としては、比較的耐熱温度の高いシリコンダイオードを用いたもの（開示例多数）、あるいはシリコン素子に比べて耐熱温度が非常に高いＳｉＣ（シリコンカーバイド）素子を用いたもの（特開平８−３３１８１８号公報）が開示されている程度であった。以下では、シリコン製のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等）を用いて高効率かつ高出力の機電一体型回転電機を実現する上での課題について詳細に述べる。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９５９６４０号公報
【特許文献２】
特開平８−３３１８１８号公報
【特許文献３】
特開昭６３−３０５７５７号公報
【特許文献４】
特開平５−３１６７３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のオルタネータでは、整流回路の相数に対応する数のダイオードが機電一体で搭載されているが、搭載箇所によって素子温度にばらつきが生じる。例えば特開昭６３−３０５７５７号公報に開示されているように、回転軸部分を回避する等の目的で、部分的にフィンの長さが異なるヒートシンクを用いると、ヒートシンク上の位置によって、搭載素子の温度にばらつきが生じる。また、例えば特許第２５９０４９０号公報や特開平５−３１６７３２号公報に開示されているように、正極・負極ヒートシンクをステータ側・リア側に分け、回転軸に関して同一断面内にヒートシンクを搭載しないような場合、両極間で冷却性能に違いがあることから、素子温度のばらつきが必ず生じる。
【０００６】
シリコン製ダイオードの場合、動作可能な最大温度が２００℃を超えるため、搭載箇所によって素子温度が最大で２０℃程度ばらついても、素子破壊に至る危険性は少ない。一方、シリコン製スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等）の動作可能な最大温度は１５０〜１７５℃程度と低く、許容される素子間温度のばらつきも小さいことから、従来と比較して、温度ばらつき低減を含めた冷却性能の向上が必要である。また、電流と回転数からトルクを算出してエンジン制御へフィードバックをかける場合、電流を精度良く検出する必要が生じるが、素子温度のばらつきが電流検出精度に影響を与える点からも、やはり素子搭載位置による冷却性能のばらつき低減は必須である。
【０００７】
また、近年開発が進展しているハイブリッド自動車においては、電源電圧が従来よりも高くなることから、素子の電気絶縁に対する要求が厳しくなる。例えば、オルタネータとエンジン駆動モータを兼ねたモータジェネレータ（以下、Ｍ／Ｇ）のような回転電機を機電一体型で実現する場合、プラスの電位を持つ素子とボディアースされている回転電機ハウジング間の絶縁確保は、高電圧化に伴い従来に増して重要となる。
【０００８】
さらに、例として三相交流回路を考えると、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の正極側，負極側には同一タイプのスイッチング素子を用いることが好ましい。これは、例えばＭＯＳＦＥＴの場合、ｎチャンネル型とｐチャンネル型の２タイプがあるが、両者の間にはキャリア移動度の違いに起因するスイッチング時の性能差が存在するためである。このため、例えば正負両極のスイッチング素子をｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴでそろえる場合、負極側の電極兼ヒートシンクをＵ，Ｖ，Ｗ各相毎に分離する必要が生じる。この制約は、従来のダイオード整流型回転電機においては、正負両極のダイオードの極性が逆になるよう実装することで回避できたため、スイッチング素子を回転電機に適用する際の新たな問題事項である。
【０００９】
本発明は、上記のような要求や問題に鑑みて創出されたものであり、複数の素子間の温度ばらつきを抑え、高電圧化による素子／アース間の確実な電気絶縁を確保し、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のスイッチング素子に好適な実装構造を持つ多相式交流回転電機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する交流発電電動機は、ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に設けられた回転軸と、該回転軸に固定され磁化された回転子と、該ハウジングに固定されたステータコアに導線が巻回されたステータコイルが設けられたステータと、該ステータの電流を調整する該ハウジング内に設けられた複数の半導体スイッチング素子と、該半導体スイッチング素子に対して熱伝導可能に固定されたヒートシンクより構成される多相式交流回転電機であって、
該半導体スイッチング素子と該ヒートシンクが電気的に絶縁され、該ヒートシンクが該ハウジングにアースされるとともに各相毎に熱的に分離されたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記目的を達成する交流発電電動機は、ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に設けられた回転軸と、該回転軸に固定され磁化された回転子と、該ハウジングに固定されたステータコアに導線が巻回されたステータコイルが設けられたステータと、該ステータの電流を調整する該ハウジング内に設けられた複数の半導体スイッチング素子と、該半導体スイッチング素子に対して熱伝導可能に固定されたヒートシンクより構成される多相式交流回転電機であって、
該半導体スイッチング素子と該ヒートシンクが電気的に絶縁され、該ヒートシンクが該ハウジングにアースされるとともに、該複数の半導体スイッチング素子の温度が実質的に各相毎に決定されることを特徴とする。
【００１２】
また、前記ヒートシンクのベース面上に複数のフィンを配し、前記ハウジング内に吸引される実質的に全ての空気が該複数のフィン間を通過することを特徴とする。
【００１３】
また、前記ヒートシンクのベース面上に複数のフィンを配し、該ヒートシンクの前記回転軸方向への投影形状とほぼ同等形状の孔を持つカバーを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記ヒートシンクにおけるベース面が、前記回転軸の径方向に対してほぼ平行に配置されたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記ヒートシンクにおける前記複数のフィンを前記回転軸を中心として同心円状に配置したことを特徴とする。
【００１６】
また、前記ヒートシンクのベース面上における前記複数のフィンが柱状であり、該複数の柱状フィンの該ベース面内における配置が格子状であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記ヒートシンクのベース面上における前記複数のフィンが柱状であり、該複数の柱状フィンの該ベース面内における配置が千鳥状であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施形態について説明する。図１及び図２は、本発明による発電電動機の実施例を示している。図１は、回転電機１の側面（一部断面）を示している。図２は、図１におけるリアカバー１３を取り外し、冷却風の流入側から内部を見たものである。尚、図２においては、煩雑さを回避するために配線（主配線，ゲート信号配線等）やコンデンサ等の部品の図示を省略している。
【００１９】
図３は、回転電機１におけるスイッチング素子１６（１６ＵＨ，１６ＵＬ，
１６ＶＨ，１６ＶＬ，１６ＷＨ，１６ＷＬ）の断面図である。１６０は、公知のシリコン製パワー半導体チップ（Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴ）であり、第１の熱拡散板兼ドレイン電極板１６４（材質：銅）にはんだ付けされ、ソース端子１６１およびゲート端子１６２との間はアルミ製のワイヤー１６３にて導電的に接続されており、これらはエポキシ樹脂１６５により封止されている。以下では、チップ１６０，第１の熱拡散板１６４，ソース端子１６１，ゲート端子１６２，アルミワイヤー１６３，封止樹脂１６５およびはんだ付け部分（図示しない）をまとめて、全体として「スイッチング素子」と称する。
【００２０】
各スイッチング素子１６ＵＨ，１６ＵＬ，１６ＶＨ，１６ＶＬ，１６ＷＨ，１６ＷＬは、第２の熱拡散板１５（材質：銅）に対してはんだ付けされ、スイッチング素子からの放熱性を高めている。第２の熱拡散板１５はアルミ製のヒートシンク１８（１８ＵＨ，１８ＵＬ，１８ＶＨ，１８ＶＬ，１８ＷＨ，１８ＷＬ）のベース面に対して絶縁シート１７を介して固定されており、スイッチング素子１６とヒートシンク１８の間は電気的に絶縁されている。ヒートシンク１８ＵＨ，１８ＵＬ，１８ＶＨ，１８ＶＬ，１８ＷＨ，１８ＷＬの形状は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相間で同一にしてある。
【００２１】
尚、チップ１６０は、ＭＯＳＦＥＴに限らずＩＧＢＴ等他のスイッチング半導体であっても良い。また、その材質もシリコンに限らず、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）等の他のパワー半導体材料であっても良い。ワイヤー１６３は、導通が確保できればアルミ以外の材質であっても良い。また、ここではワイヤーボンディングによる接続方式であるが、ゲート・ソース端子リードとチップ電極の間を導電性ペーストにて接続するボンディングレス方式を採用して高信頼化を図っても良い。第１及び第２の熱拡散板の材質は、本実施例では銅であるが、熱伝導性が良好であれば他の材質であっても良い。チップ１６０／第１の熱拡散板１６４の接続は、はんだに限らず導電性ペースト等の他の接続材料を用いても良い。封止樹脂１６５は、チップおよびその周辺部分に応力緩和性，耐環境性等を付与するのが目的であるため、この目的を満たす樹脂であれば何でも良い。絶縁シート１７は熱伝導率が高いことが望ましく、ここでは高熱伝導性樹脂シート（熱伝導率２．０Ｗ／ｍ・Ｋ  ）を使用しているが、スイッチング素子１６／ヒートシンク１８間の絶縁と良好な熱伝導性が確保されれば、例えば窒化アルミニウム等のセラミックス絶縁基板を熱伝導性グリース等を介してヒートシンク１８に固定する等、他の構成であっても良い。また、本実施例では、チップ１６０は第１の熱拡散板１６４を介して第２の熱拡散板１５に固定されているが、第２の熱拡散板に対して直接固定される方式を採用しても良い。
【００２２】
図４に示すアルミ合金製のリアカバー１３は、図２の紙面上方からかぶせられ（図１参照）、ヒートシンク１８およびリアハウジング１１と固定されるとともに、該ヒートシンクに対してリアハウジング１１と同じマイナス電位（車体アース電位）を与える。リアカバー１３の材質は、電気伝導性が確保されれば他の材質であっても良い。
【００２３】
本実施例の効果を以下に述べる。本実施例によれば、各スイッチング素子１６ＵＨ，１６ＵＬ，１６ＶＨ，１６ＶＬ，１６ＷＨ，１６ＷＬは、いずれもヒートシンク１８と電気的に絶縁され、ヒートシンク１８はリアカバー１３を通じてリアハウジング１１にアースされるとともに、各相（ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ）毎に熱的に分離されている。このため、まずスイッチング素子の種類を同一チャンネル型にそろえることが可能になる。すなわち、異チャンネル型素子の使用による、高速スイッチング時の応答ばらつきを回避することが可能になる。さらに、従来の機電一体構造において必須であったプラス側ヒートシンク／ハウジング（アース電位）間における絶縁確保の必要が無くなることで、高電圧化に伴うヒートシンクの形状や大きさへの制約を回避できる。すなわち、例えば本実施例においては、外部に露出したプラス側ヒートシンク１８ＵＨ，１８ＶＨ，１８ＷＨ／アース部位間の異物による短絡や作業者の感電等の可能性が増す恐れも無い。また、各相のスイッチング素子１６ＵＨ，１６ＵＬ，１６ＶＨ，１６ＶＬ，１６ＷＨ，１６ＷＬ間では熱的な干渉が避けられ、相毎に素子の温度がほぼ独立に決定されている。すなわち、各相間の温度のばらつきがスイッチング素子自体の内部抵抗値のばらつきによりほぼ決まると同時に、そのばらつきの影響が各相内のみに留まって他相の温度に影響しない。これによって、各相の電流を検出する際に、あらかじめ各相にマッチングした温度補正を加えることができ、相電流の検出精度向上が図れるようになる。
【００２４】
これらは、特に従来素子（Ｓｉダイオード，ＳｉＣ素子）に比べて素子冷却への要求が非常に高く、また高度なフィードバック制御が必要となるシリコン製スイッチング素子を機電一体型回転電機に適用し、該回転電機の高効率化・大容量化を図る上で非常に有効である。
【００２５】
図１３に、実施例１における各素子温度を示す。大型ヒートシンクの外部露出構造が可能になったことから各素子とも十分に冷却されており、さらに各相が熱的に分離されていることから従来例よりも素子温度のばらつきが小さくなっており、本発明の効果は明白である。
【００２６】
本実施例では３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）式の回転電機を示したが、３相以外の多相式回転電機にも適用可能である。相数に合わせてヒートシンク１８を分離してやることによって、本実施例と同様の効果が得られる。
【００２７】
尚、本実施例においては、ヒートシンク１８を正極・負極のＵ，Ｖ，Ｗ相で完全に分離することで、各素子間の温度のばらつきを有効に回避した。しかし、例えば発電電動機の容量が比較的小さく、ヒートシンクを分離しないことで低コスト化のメリットが得られる等の場合には、分離しなくても良い。この場合、各相間が熱的に干渉しない（実質的に分離されている）構造となっていれば、本実施例と同様の効果、すなわち各素子温度のばらつきの低減を達成することが可能である。
【００２８】
（実施例２）
図５，図６は、本発明による回転電機の他の実施例を示している。図５は回転電機側面図（一部断面図）、図６は図５におけるリアカバー１３を取り外し、冷却風の流入側から内部を見たものである。尚、図５においては、煩雑さを回避するために配線（主配線，ゲート信号配線等）やコンデンサ等の部品の図示を省略している。本図では、説明のために図７に示すアルミ合金製のリアカバー１３を取り外してあるが、実際の使用時には、リアカバー１３が図６の紙面上方からかぶせられ、ヒートシンク１８およびリアハウジング１１と固定されるとともに、該ヒートシンクに対してマイナス電位（車体アース電位）を与える。
【００２９】
スイッチング素子１６は、アルミ製の熱拡散板１５に銀ペーストにて導電的に固着されている。ここで、スイッチング素子１６の構造は図３と同様であり、第１の熱拡散板１６４は銅製である。この場合、第２の熱拡散板１５をアルミ製にすることで発電電動機１の軽量化・低コスト化が図れる。また、本実施例では、第１の熱拡散板１６４と第２の熱拡散板１５の熱膨張係数差を緩和するため、接続材料として銀ペーストを用いた。そして、熱拡散板１５はアルミ製のヒートシンク１８のベース面に対して絶縁層１７を介して固定されている。ヒートシンク１８の形状は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相間で同一にしてある。各々のヒートシンク１８ＵＨ，１８ＵＬ，１８ＶＨ，１８ＶＬ，１８ＷＨ，１８ＷＬは、回転軸８を中心として角度４５°毎に配置してある。また、本実施例では、ヒートシンク１８のベース面が、前記回転軸の径方向に対してほぼ平行となるように配置されている。
【００３０】
図８（ａ）は平行平板フィン付ヒートシンク１８における冷却風の流れを模式的に説明する図であり、図８（ｂ）は（ａ）におけるベース面をフィン１８′側の直上から見た平面図である。
【００３１】
以下では、図５〜図８を適宜用いて、冷却風の流れについて述べる。
【００３２】
まず、リアハウジング１１の内部に吸入される冷却風は、図５，図７のリアカバー１３における吸気孔１３１（１３１ＵＨ，１３１ＵＬ，１３１ＶＨ，１３１ＶＬ，１３１ＷＨ，１３１ＷＬ）により、ヒートシンク１８へと誘導され、図８に模式的に示したように、各平行平板フィン１８′の間を最初に通過する。ここで、リアカバー１３における吸気孔１３１は、図６におけるヒートシンク１８の外形にのみ合わせて開けてあり、該ヒートシンクと該リアカバーの間は実質的に隙間が無いように互いに固定されている。また、リアカバー１３における孔１３２（図７）は、制御用ＩＣ基板２１のヒートシンク２２を外部に露出させるために該基板の形状に合わせて開けられた孔である。従って、ハウジング内に吸引される実質的に全ての空気が、ヒートシンク１８のフィン１８′の間を通過することになる。また、ヒートシンク１８は、そのベース面の法線ベクトル１８１（図８（ｂ）では紙面に垂直な方向）と冷却風の方向が直交するように配置してあるため、通風抵抗がほとんど無いスムーズなフィン間流れを得られる。
【００３３】
続いて、冷却風は回転電機１における他の部位（スリップリング２３，ステータコイル３等）を冷却した後、リアハウジング１１の横穴１１１から外部に吐出される。
【００３４】
本実施例の効果を素子温度のばらつきという観点から述べる。本実施例によれば、各スイッチング素子１６ＵＨ，１６ＵＬ，１６ＶＨ，１６ＶＬ，１６ＷＨ，１６ＷＬ毎にヒートシンクを分離し、個々のヒートシンク１８ＵＨ，１８ＵＬ，１８ＶＨ，１８ＶＬ，１８ＷＨ，１８ＷＬの形状を同一にしてあるため、スイッチング素子１６からヒートシンク１８まで熱が伝導する際の熱抵抗が一定となり、各素子間の温度のばらつきは非常に有効に抑えられる。さらに本実施例では、リアカバー１３内におけるヒートシンク１８を回転軸８に関して同心的に配置しており、各ヒートシンク１８ＵＨ，１８ＵＬ，１８ＶＨ，１８ＶＬ，１８ＷＨ，１８ＷＬへ流入する冷却風量のばらつきもほとんど無くなるため、各素子間の温度のばらつきが有効に抑制される。
【００３５】
次に、本実施例の効果を冷却能力という観点から述べる。シリコン製スイッチング素子の場合、従来の整流用ＳｉダイオードやＳｉＣ素子に比べて、素子温度をかなり低く抑える必要があることは既述した。このため、シリコン製スイッチング素子を用いた機電一体型回転電機を実現するためには、素子の温度を許容値以下に抑えるのに必要な大型のヒートシンクを限られたスペース内に実装することが必須となる。そこで、本実施例のように、各相毎（本例ではＵ，Ｖ，Ｗ毎）にヒートシンクを分離することにより、スイッチング素子の冷却に必要十分なヒートシンクの大きさを確保しつつ、さらに回転軸断面内のスペースに該ヒートシンクをほとんど隙間無く実装することが可能になる。また、図５，図７に示すリアカバー１３を採用することにより、ハウジング外部より吸入される冷却風の全てをヒートシンク１８における平行平板フィン１８′の間に誘導でき、空冷による素子冷却の最大効率を得ることができる。尚、リアカバー１３における孔１３２は、制御用ＩＣ基板２１のヒートシンク２２を外部に露出させるために、該基板の形状に合わせて開けられた孔であり、ここからハウジング内部に空気が流入することは無い。
【００３６】
また、本実施例では、スイッチング素子１６とヒートシンク１８の間は電気的に絶縁され、該ヒートシンクはリアカバー１３を通してリアハウジング（アース電位）１１と固定されることによってマイナス電位（車体アース電位）を与えられているため、外部に露出したヒートシンク１８が原因となって、該ヒートシンクと外部の間の異物による短絡や作業者の感電等の可能性が増す恐れも無い。すなわち、スイッチング素子１６とヒートシンク１８が絶縁されているからこそ、上記のような構造を採用することが可能になったことは言うまでもない。
【００３７】
図１３に、本実施例による各スイッチング素子温度を示す。各素子とも十分に冷却されているとともに、素子温度のばらつきは実質的に無いといえ、本発明の効果を見てとれる。
【００３８】
本実施例では３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）式の回転電機を示したが、３相以外の多相式回転電機にも適用可能である。相数に合わせてヒートシンク１８を分離してやることによって、本実施例と同様の効果が得られる。
【００３９】
また、本実施例におけるヒートシンク１８は、図８に示したような平行平板状のフィンを有する形状であるが、図９及び図１０に示される他の形状であっても良い。
【００４０】
図９及び図１０は、ベース面に柱状のフィン１８′を設けたヒートシンクの模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。図９ではフィン１８′がベース面上において格子状に配置されており、図１０ではフィン１８′がベース面上において千鳥状に配置されている。いずれの形状のヒートシンクを用いても、ベース面が回転軸の径方向に対してほぼ平行となるように配置されている限り、回転軸断面内のスペースに該ヒートシンクをほとんど隙間無く実装することが可能になるため、図８に示した形状のヒートシンクと同様な効果を得ることができる。尚、ここで述べたフィンは、柱状であれば円柱，角柱を問わない。また、所望の冷却性能が得られる限り、錐体（円錐，角錐）等、他の形状であっても良い。
【００４１】
以上より、本実施例では、必要十分な素子冷却能力を引き出しつつ、各素子間の温度のばらつきを無くすことができており、シリコン製スイッチング素子を用いた機電一体型回転電機に非常に好適な構造であるといえる。
【００４２】
（実施例３）
実施例２では各々のヒートシンク１８ＵＨ，１８ＵＬ，１８ＶＨ，１８ＶＬ，１８ＷＨ，１８ＷＬに対して、スイッチング素子がそれぞれ１個ずつ配されているが、２個以上のスイッチング素子を配し、並列に搭載してもよい。この場合、すでにヒートシンク１８がＵ，Ｖ，Ｗ各相毎に分離されているため、まず各相間での冷却性能のばらつきは実質的に無い。次に各相内での並列素子間の温度のばらつきに関しても、簡単な温度解析結果を基にヒートシンク１８上の素子１６の搭載位置を最適化することで、温度のばらつきをかなり抑えることが可能となる。図１１には、実施例２において各相に２個ずつ素子を並列に配した例を示している。素子に関して、ヒートシンク１８上での搭載位置の最適化を図った場合の各々の素子温度も示した。従来例よりも素子温度のばらつきが小さく、本発明の効果が十分に現れている。
【００４３】
（実施例４）
図１２に、本発明の別の実施形態を示す。本実施例におけるヒートシンク１８では、フィン１８′が回転軸８に対して同心円状に加工してある。このため、回転軸断面内にヒートシンク１８を配置する際に、幾何的に余分なスペースを完全に無くし、ヒートシンク１８の大きさを最大化することが可能になる。このため、本実施例では、実施例１乃至３において用いた第２の熱拡散板１５がなくともスイッチング素子１６の十分な冷却が可能となり、部材点数低減，コスト低減を図ることができた。本実施例では、スイッチング素子１６における第１の熱拡散板１６４をヒートシンク１８のベース面に高熱伝導性かつ電気絶縁性の接着剤にて固定している。
【００４４】
従って、本実施例によれば、特に空冷方式の回転電機において、最大冷却性能を引き出しつつ、素子間の温度のばらつきを無くすことができ、さらに各相に割り当てるフィンの大きさを最大化できるため、第２の熱拡散板１５を用いなくとも、スイッチング素子を十分に冷却可能である。さらに、本実施例にも第２の熱拡散板１５を用いることは可能であり、この場合、素子温度を最低にすることが可能となる。
【００４５】
図１３に、本実施例におけるスイッチング素子温度を示す。各素子とも十分に冷却されているとともに、素子温度のばらつきを従来例に比べて小さくすることができ、本発明の効果を見てとれる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の素子間の温度ばらつきを抑え、高電圧化による素子／アース間の確実な電気絶縁を確保し、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のスイッチング素子に好適な実装構造を持つ多相式交流回転電機を提供することが可能となる。
【００４７】
尚、本発明は既存のＳｉダイオード乃至ＳｉＣスイッチング素子等を用いた回転電機に適用することも当然可能であり、本発明同様にばらつきの無い優れた素子冷却性を得られ、高電圧化への対応も可能であることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例１の多相式交流回転電機を示した図である。
【図２】図１のリアカバー１３を取り外して冷却風流入側から回転電機内部を眺めた図である。
【図３】本発明における実施例１〜４のスイッチング素子１６の拡大断面図である。
【図４】本発明における実施例１のリアカバー１３における冷却風吸入孔の形状を示した図である。
【図５】本発明における実施例２の多相式交流回転電機を示した図である。
【図６】図５のリアカバー１３を取り外して冷却風流入側から回転電機内部を眺めた図である。
【図７】本発明における実施例２のリアカバー１３における冷却風吸入孔の形状を示した図である。
【図８】本発明における実施例１，２のヒートシンク１８の形状、及び冷却風の流入方向について模式的に説明した図である。
【図９】本発明に適用可能な他のヒートシンク形状について説明した図である。
【図１０】本発明に適用可能な他のヒートシンク形状について説明した図である。
【図１１】本発明における実施例３の多相式交流回転電機においてリアカバー１３を取り外して冷却風流入側から回転電機内部を眺めた図である。
【図１２】本発明における実施例４の多相式交流回転電機においてリアカバー１３を取り外して冷却風流入側から回転電機内部を眺めた図である。
【図１３】本発明における実施例１〜４のスイッチング素子温度を従来例と比較した表である。
【符号の説明】
１…多相式交流回転電機、２…ステータコア、３…ステータコイル、４…回転子、５…ファン、６…プーリ、７…ナット、８…回転軸、１０…フロントハウジング、１１…リアハウジング、１２…ボルト、１３…リアカバー、１４…出力端子、１５…第２の熱拡散板、１６（１６ＵＨ，１６ＵＬ，１６ＶＨ，１６ＶＬ，１６ＷＨ，１６ＷＬ）…スイッチング素子、１７…絶縁シート、１８（１８ＵＨ，１８ＵＬ，１８ＶＨ，１８ＶＬ，１８ＷＨ，１８ＷＬ）…ヒートシンク、１８′…フィン、２０…ブラシ、２１…制御用ＩＣ基板、２２…制御ＩＣ用ヒートシンク、２３…スリップリング、９１…フロントベアリング、９２…リアベアリング、１３１（１３１ＵＨ，１３１ＵＬ，１３１ＶＨ，１３１ＶＬ，１３１ＷＨ，１３１ＷＬ）…吸気孔、１３２…制御ＩＣ部孔、１６０…半導体チップ、１６１…ソース端子、１６２…ゲート端子、１６３…ワイヤー、１６４…第１の熱拡散板、１６５…封止樹脂、１９１…バスバー、１９２…ソース配線、１９３…ゲート配線。
【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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