(57)【要約】【課題】パワー半導体素子，パワーモジュールの放熱性を高めた車両用回転電機を提供する。【解決手段】車両用回転電機において、回転子３の端部にファン１１が取付けられる。この回転子を保持し且つ回転電機のハウジングを構成するブラケット１０に、電力用のパワーモジュール（パワー半導体素子素子を含む）１４が、パワーモジュールの被取付け側の発熱面をブラケット１０に向けて、直接又は伝熱部材２３を介して取付けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用回転電機において、
回転子の端部にファンが取付けられ、この回転子を保持し且つ回転電機のハウジングを構成するブラケットに、電力用のパワー半導体素子が、該パワー半導体素子の被取付け側の発熱面を前記ブラケットに向けて、直接又は伝熱部材を介して取付けられていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
車両用回転電機において、
回転子を保持する一対のブラケットのうち少なくとも一方のブラケットの外面に、電力用の半導体素子，絶縁基板，ヒートシンクを有するパワーモジュールが取付けられ、前記パワーモジュールを取付けた面の反対側となるブラケット内面が、前記回転子の端面にファンを取付けた回転子の一端面と対向し、前記パワーモジュールを取付けたブラケットと前記ヒートシンク，絶縁基板，半導体素子とが積層構造をなしていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
前記ブラケットの内面に放熱機能を有するフィンが設けられている請求項１又は２記載の車両用回転電機。
【請求項４】
車両用回転電機において、
回転子を保持する一対のブラケットのうち少なくとも一方のブラケットの外面に、電力整流用のダイオードが取付けられ、前記ダイオードの取付け面の反対側となるブラケット内面にフィンが形成され、このフィン形成面が、ファンを取付けた前記回転子の一端面と対向していることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項５】
前記フィンは前記回転子の軸を中心に放射状に形成されている請求項３又は４記載の車両用回転電機。
【請求項６】
車両用回転電機において、
回転子の端部にファンが取付けられ、この回転子を保持し且つ回転電機のハウジングを構成するブラケットに窓が形成され、かつフィン付のヒートシンクを有する電力用のパワー半導体素子を備え、
前記ファンの回転により前記窓を通して流れる冷却風の通過経路に前記ヒートシンクのフィンが位置するように、前記パワー半導体素子が配置されていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項７】
車両用回転電機において、
回転子を保持する一対のブラケットのうち少なくとも一方のブラケットの外面に、電力用の半導体素子，絶縁基板，ヒートシンクを有するパワーモジュールが取付けられ、前記パワーモジュールを取付けた面の反対側となるブラケット内面が、前記回転子の端面にファンを取付けた回転子の一端面と対向し、
前記パワーモジュールの前記ヒートシンクには、その背面にフィンが形成され、前記ブラケットのパワーモジュール取付け部には窓が形成されており、この冷却風の流れが前記ファンの回転によって前記フィンから前記窓を通って流れるように構成したことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項８】
車両用回転電機において、
回転子を保持する一対のブラケットのうち少なくとも一方のブラケットの外面に、電力整流用のダイオードがヒートシンクを介して取付けられ、前記ダイオードを取付けた面の反対側となるブラケット内面が、前記回転子の端面にファンを取付けた回転子の一端面と対向し、
前記ヒートシンクには、その背面にフィンが形成され、前記ダイオードの取付け部には窓が形成されており、冷却風の流れが前記ファンの回転によって前記フィンから前記窓を通って流れるように構成したことを特徴とする車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用回転電機、更に詳細には、電力用のパワー半導体素子（例えば整流素子，電圧調整器，電力変換装置など）を実装した回転電機のパワー半導体素子の放熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、車両用発電機の自動電圧調整器の電子部品（コンデンサ，トランジスタなど）を基板にモジュール化して、この基板を発電機のリアブラケットの外面に固定したものが記載されている。基板は樹脂製のプリント基板であり、ブラケット面より離して取付けられた構造をなしている。
【０００３】
特許文献２には、発電機のハウジング（リアブラケット）の外面に電圧調整器（パワートランジスタを半導体整流素子とした整流器をケースに内蔵したもの）を固定したものが記載されている。この場合の電圧調整器は、ケース及びその蓋体が冷却フィンをなしており、蓋体の内面に電圧調整器が固定されている。したがって、電圧調整器のパワー半導体整流素子より発生した熱は、蓋体からケースを介してリアブラケットに伝わって放熱し、また、熱の一部が空気中に放熱される構造となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３３１６５４号公報
【特許文献２】
特開平８−３３６２５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
車両用の回転電機の分野では、上記したように発電機（例えばオルタネータ）のブラケットに電圧調整器およびダイオードのようなパワー素子を実装させたりしている。しかし環境の観点から、エンジンのアイドリングストップのニーズより、一台の回転電機で駆動と発電の両方の機能を持った電動発電機が開発されるに伴い、インバータ等の電力変換装置もモジュール化し、パワーモジュールとして回転電機（電動機，発電機）に実装することも検討されている。
【０００６】
このような傾向において、回転電機の容量アップなどに伴い、回転電機のパワーモジュールの放熱性を高めることが望まれている。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりもパワー半導体素子，パワーモジュールの放熱性を高めた車両用回転電機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、次のように構成する車両用回転電機を提供することにある。
【０００９】
一つは、車両用回転電機において、
回転子の端部にファンが取付けられ、この回転子を保持し且つ回転電機のハウジングを構成するブラケットに、電力用のパワー半導体素子が、該パワー半導体素子の被取付け側の発熱面を前記ブラケットに向けて、直接又は伝熱部材を介して取付けられていることを特徴とする。
【００１０】
例えば、車両用回転電機において、ハウジングとなるブラケット外面に電力用の半導体素子，絶縁基板，ヒートシンクを有するパワーモジュール（オルタネータ等の整流ダイオードでもよい）を取付け、前記パワーモジュールを取付けた面の反対側となるブラケット内面が、前記回転子の端面にファンを取付けた回転子の一端面と対向し、前記ブラケットと前記ヒートシンク，絶縁基板，半導体素子とを積層構造にした。
【００１１】
また、前記パワーモジュールを取付けた前記ブラケットの内面に放熱機能を有するフィンを設けたものも提案する。
【００１２】
もう一つは、車両用回転電機において、
回転子の端部にファンが取付けられ、この回転子を保持し且つ回転電機のハウジングを構成するブラケットに窓が形成され、かつフィン付のヒートシンクを有する電力用のパワー半導体素子（例えば電力用の半導体素子，絶縁基板，ヒートシンクを有するパワーモジュールや、整流用のダイオード）を備え、
前記ファンの回転により前記窓を通して流れる冷却風の通過経路に前記ヒートシンクのフィンが位置するように、前記パワー半導体素子が配置されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施例に係る回転電機の縦断面図、図２はその部分拡大図、図３は上記実施例に用いるパワーモジュールの積層構造の模式図である。
【００１５】
本実施例における回転電機は一例として車両用オルタネータを例示している。
【００１６】
図１において、回転子軸１の一端に取付けたプーリ２側をフロント側、その反対側をリア側と定義する。
【００１７】
回転子軸１には、界磁コイル４を装着した回転子３が固定され、その周囲に微小空隙を介してステータコア５が配置されている。ステータコア５にはステータコイル６が装着されている。回転子軸１の両端は、軸受７，８を介して一対のブラケット（フロントブラケット，リアブラケット）９，１０により保持されている。また、フロントブラケット９，リアブラケット１０は、ステータコア５を挟持している。
【００１８】
回転子３の両端には、ファン１１が固定され、回転子３の回転時にブラケットに設けた外部空気取り入れ部（図示省略）を介してオルタネータ内部に冷却風が通過するようにしてある。冷却風は、オルタネータの界磁コイル４及びステータコア５から生じる熱を奪って発電効率を高めている。
【００１９】
一方のブラケット（リアブラケット）１０から突出する回転子軸一端１ａの周りに界磁コイル４の電流供給用のスリップリング１２配置されている。リアブラケット１０の外面には、このスリップリング１２と、ステータコア６に誘起された電力を出力させる出力端子１３と、出力電力を制御するためのパワーモジュール１４、整流用のダイオード（図示省略）が取付けられている。これらの付属部品はリアカバー１５により覆われている。１６は回転子の回転を検出するマグネットである。
【００２０】
パワーモジュール１４は、図３に示すように、電力用の半導体素子２０、例えばＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型トランジスタ）を備え、この半導体素子２０を半田層２１を介して絶縁基板２２に接続し、さらに、半導体素子２０，半田層２１、絶縁基板２２，半田層２１、ヒートシンク２３の積層体により構成されている。
【００２１】
このパワーモジュール１４がリアブラケット１０の外面にねじ止めなどで取付けられる。パワーモジュール取付け面すなわちヒートシンク２３とリアブラケット１０間には、グリース２４が介在している。
【００２２】
パワーモジュール取付け面の反対側となるリアブラケット内面は、ファン１１を取付けた回転子３の一端面と対向する。パワーモジュール１４を取付けたリアブラケット１０とヒートシンク２３，絶縁基板２２，半導体素子２０とが積層構造をなしている。ヒートシンク２３は、熱伝導の良好な、例えばアルミニウムなどで形成されている。パワーモジュール１４を取付けたリアブラケット１０の内面に放熱機能を有するフィン１７が設けられている。
【００２３】
フィン１７は、図４に示すように、回転子軸１を中心に放射状になるように形成されている。
【００２４】
なお、本実施例では、パワーモジュール１４として、電力調整用の半導体素子を例示しているが、このパワーモジュールは、オルタネータ等の交流回転機に使用される整流ダイオードであってもよい。
【００２５】
パワーモジュール１４は、ヒートシンク２３面上に形成したケース２６内に収容されカバー２７により覆われている。
【００２６】
また、パワーモジュール１４のパワー半導体素子２０は、ワイヤボンディング２８を介してバスバー２９に接続されている。
【００２７】
本実施例によれば、リアブラケット１０を放熱板として、それにヒートシンク２３を介して面接触するパワーモジュール１４の発生熱を放熱することができる。特に、パワー半導体素子２０は、その被取付け側の発熱面をブラケット１０に向けて、直接又は伝熱部材を介して取付けているので、発熱源の熱がブラケット１０に逃げ易い構造をなしていること、リアブラケット１０は放熱容量が大きいこと、しかも、その内面はフィン１７を介して冷却風の通路となるオルタネータ内部（ファン付き回転子端面とリアブラケット内面間）にさらされるので、リアブラケットによる放熱効果を高めることができる。したがって、パワーモジュール１４の冷却を向上させることができる。特に、パワーモジュール１４がブラケット１０外面でハウジング２６及びカバー２７により覆われていても、優れた放熱効果を発揮することができる。
【００２８】
図５は、本発明のその他の実施例を示す部分拡大図である。図中、前記実施例（第１実施例）に用いた符号と同じ符号のものは、前記実施例の部品と同じ或いは共通する要素を示すものである。
【００２９】
本実施例（第２実施例）では、リアブラケット１０の外面に、前記同様のパワーモジュール１４がヒートシンク２３を介して取付けられ、パワーモジュール取付け面の反対側となるブラケット内面が、ファン１１を取付けた回転子３の一端面と対向する。
【００３０】
パワーモジュール１４のヒートシンク２３には、その背面にフィン２３ａが形成されている。リアブラケット１０のパワーモジュール取付け部には窓３０ａが形成されている。窓３ａは、リアブラケット１０の端面に回転電機の軸方向に向けて開口するように設けられている。本実施例では、窓３ａは、リア軸受８の周囲に設けられている。リアブラケット１０の周面には、窓３０ｂが回転電機の半径方向に向けて開口するように設けられている。また、リアブラケット端面を覆うリアカバー１５の周面には、窓１５ａが回転電機の半径方向に向けて開口するように設けられている。そのためファン１１の回転によってリアカバー１５の窓１５ａから外気が導入され、矢印Ａに示すように、この外気が冷却風となってフィン２３ａを通過して窓３０ａを通り、ブラケット内部（回転電機内部）に導入される。その後、冷却風は、窓３０ｂを介して外部に排出される。
【００３１】
本実施例では、パワーモジュール（整流ダイオードを含む）１４からヒートシンク２３に伝わる熱を、フィン２３ａを介してオルタネータ内の冷却風通路に放熱することができる。その結果、パワーモジュールの放熱効果を高めることができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、車載用のオルタネータを例示したが、そのほか、車載用のモータにも適用可能である。また、パワーモジュールをヒートシンク２３を省略してブラケット１０に取付けたり、或いは、パワー半導体素子の接地側がブラケットへの被取付け面となる場合には、パワー半導体素子をブラケット１０に直接取付けても、放熱性の向上を図ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来よりもパワー半導体素子の放熱性を高めた車両用回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る縦断面図。
【図２】上記実施例の部分拡大断面図。
【図３】本実施例に用いるパワーモジュールの模式図。
【図４】本実施例に用いるリアブラケットの内面図。
【図５】本発明の他の実施例を示す部分拡大図。
【符号の説明】
３…回転子、１０…ブラケット（リアブラケット）、１１…ファン、１４…パワーモジュール、１５…リアカバー、１７…フィン、２０…パワー半導体素子、２３…ヒートシンク、２３ａ…フィン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004312852.tif 000005
【図４】
2004312852.tif 000006
【図５】
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