(57)【要約】【課題】  パワー半導体素子，パワーモジュールの信頼性を高めた車両用回転電機を提供する。【解決手段】  端部にファン１１を取付けた回転子３と、ステータコア５と、これらを収納するハウジングを構成するブラケット９、１０を備え、ブラケット９、１０は、回転子３を保持するとともに電力用のパワーモジュールを取付けた車両用回転電機において、パワーモジュールは、半導体素子２０と、半導体素子２０を実装した絶縁基板２２とで構成された積層構造からなり、絶縁基板２０は、ブラケット９、１０に取付けている。パワーモジュールの絶縁基板２２は、伝熱部材２４を介してブラケット９、１０に取付けている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部にファンを取付けた回転子と、ステータコアと、これらを収納するハウジングを構成するブラケットとを備え、該ブラケットは、前記回転子を保持するとともに電力用のパワーモジュールを取付けた車両用回転電機において、
前記パワーモジュールは、半導体素子と、該半導体素子を実装した絶縁基板とで構成された積層構造からなり、前記絶縁基板は、前記ブラケットに取付けていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の車両用回転電機において、
上記パワーモジュールの絶縁基板は、伝熱部材を介して上記ブラケットに取付けていることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両用回転電機において、
上記パワーモジュールの絶縁基板は、窒化珪素からなることを特徴とする車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用回転電機であり、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モジュール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特開平９−３３１６４５号公報
【特許文献２】特開平８−３３６２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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により、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。
【０００５】
パワーモジュールは、通常パワー半導体素子−半田−両面に銅が貼り付けられた絶縁基板−半田−銅もしくはアルミ製のベースの積層構造となっており、前記ベースが熱伝導部材を介してヒートシンクに取り付けられる構造となっている。
【０００６】
パワーモジュールの信頼性は、放熱性を向上して半導体そのものの温度も問題であるが、信頼性を確保するためには、半導体と絶縁基板、絶縁基板とベースを接合している半田の熱疲労サイクルが重要になる。特に絶縁基板とベース間の半田に対する疲労は、絶縁基板、ベース部材の線膨張の差が大きく信頼性に対する影響も大きい。
【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、パワーモジュールの信頼性を高めた車両用回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
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、電力用のパワーモジュールが取付けられており、前記パワーモジュールが、半導体素子、該半導体素子を実装した絶縁基板で構成され、前記絶縁基板が直接もしくは伝熱部材を介して、前記ブラケットに取り付けるようにした。
【０００９】
また、前記絶縁基板が、抗折強度の高い窒化珪素からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却を向上させかつ信頼性の高い車両用回転電機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の車両用回転電機の実施例について、図面を用いて説明する。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。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。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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に実装され、さらに、半導体素子２０、半田層２１、絶縁基板２２積層体及び樹脂ケース３０にモールドされたバスバー２９とワイヤボンディング２８で接続されて構成されている。
【００１６】
このパワーモジュール１４の絶縁基板２２がリアブラケット１０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絶縁基板２２とリアブラケット１０間には、グリース２４が介在している。
【００１７】
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、絶縁基板２２，半導体素子２０とが積層構造をなしている。絶縁基板２２は抗折強度の高い窒化珪素等で形成されている。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。
【００１８】
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。
【００１９】
パワーモジュール１４は、絶縁基板２２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。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。
【００２０】
本実施例によれば、リアブラケット１０を放熱板として、それに伝熱部材であるグリース２４を介して面接触する絶縁基板２２により半導体素子２０の発生熱を放熱することができる。また、リアブラケット１０と絶縁基板２２間はすべりを持った面接触であり、リアブラケット１０と絶縁基板２２の間に生じる線膨張の差はすべりによって吸収することができる。したがって、パワーモジュール１４の冷却を向上させ、かつ絶縁基板下の半田を省略することにより、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例の車両用回転電機の縦断面図。
【図２】実施例の車両用回転電機の部分拡大断面図。
【図３】実施例の車両用回転電機に用いるパワーモジュールの模式図。
【符号の説明】
【００２２】
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、２２…絶縁基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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