JP2012257356A - 回転電気機械装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転電気機械1と、直流電力を高圧側直流母線3と低圧側直流母線4の間に接続したスイッチング素子51により交流電力に変換し回転電気機械1に供給する駆動回路2と、回転電気機械1が設置されている第1面と反対側の第2面に駆動回路2のスイッチング素子51が設置されている液冷式ヒートシンク8を備え、高圧側直流母線3及び低圧側直流母線4を絶縁物を介して互いに絶縁するように配置し、それらを層状に重ね合わせることにより直流母線部90を形成し、直流母線部90を液冷式ヒートシンク8の第2面に相対して設置し、直流母線部90の液冷式ヒートシンク8と相対している面の反対側の面において、直流電源からの直流母線給電線と、直流母線部90とを接続する。
【選択図】図1
Description
そのために、特別な形状を有する給電用ブスバー等の部品を用意する必要がある。また、それらの給電用ブスバー等の部品をスイッチング素子上に配置して組み立てる作業が複雑となり作業性が問題となる。
交流配線を介して電力が供給され回転軸が回転する回転電気機械と、
直流電源から直流母線給電線を介して供給される直流電力を、高圧側直流母線と低圧側直流母線の間に接続したスイッチング素子により交流電力に変換し、交流配線を介して回転電気機械に供給する駆動回路と、
第1面が回転電気機械の回転軸が延伸する端面と反対側の端面に設置され、第1面と反対側の第2面に駆動回路のスイッチング素子が設置されている液冷式ヒートシンクとを備え、
高圧側直流母線及び低圧側直流母線を、ヒートシンク側絶縁物、中間絶縁物及び電源側絶縁物の間に互いに絶縁するように配置し、それらを層状に重ね合わせることにより直流母線部を形成し、
直流母線部を液冷式ヒートシンクの第2面に相対して設置し、
直流母線部の液冷式ヒートシンクと相対している面の反対側の面において、直流電源からの直流母線給電線と、高圧側直流母線及び低圧側直流母線とを接続する構成としたものである。
また、この層状に纏めた直流母線部を液冷式ヒートシンクの第2面に相対して設置するようにしたので、直流母線部の取り付けの作業性が向上する。
さらに、直流母線部の液冷式ヒートシンクと相対している面の反対側の面において、直流電源からの直流母線給電線と、高圧側直流母線及び低圧側直流母線とを接続する構成としたので、直流母線給電線を、駆動回路のスイッチング素子を回転電気機械の液冷式ヒートシンクに搭載した状態で、回転電気機械の回転軸が延伸する方向の反対方向から着脱することができる。
図1は、この発明の実施の形態に係る回転電気機械装置の回路構成を示す図である。本実施の形態の回転電気機械装置は、回転電気機械1と駆動回路2とが一体的に連結された状態で例えば自動車に搭載される。回転電気機械1は、図示しない固定子、回転子、回転子に固定された回転軸等を備え、交流配線11を介して交流電力が供給され回転軸が回転する。回転電気機械1は、駆動回路2や他の回路や装置の故障の場合に備えて多重化される場合が普通であるが、ここでは説明の簡便のため三相一重の場合について説明する。回転電気機械1が三相一重であることから、回転電気機械1と駆動回路2との間の交流配線11は、11a、11b、11cの3本となる。交流配線11の駆動回路2との接続部を交流出力端21(21a、21b、21c)とする。また、回転電気機械1の回転角ないし角速度を検出するセンサ1aのセンサ信号が、回転電気機械1から後述する制御信号変換部7へ出力される。センサ信号出力線の駆動回路2との接続部をセンサ端22とする。
本実施の形態では、液冷式ヒートシンク8に近い方から、それぞれ円形形状のヒートシンク側絶縁シート93(図7(c))、低圧側直流母線4(図6(b))、中間絶縁板92(図7(b))、高圧側直流母線3(図6(a))、電源側絶縁シート91(図7(a))を順に層状に重ね合わせ、それぞれに開けられた穴94(図6と図7に記載)において絶縁ネジで固定することにより、直流母線部90を構成する。この直流母線部90は、液冷式ヒートシンク8から延びたボス、スペーサ、台、又は段差面等の支持手段を用いてネジにより、液冷式ヒートシンク8に固定されるが、直流母線部90と液冷式ヒートシンク8とは絶縁されている。高圧側直流母線3及び低圧側直流母線4は銅等の導体で製作され、電源側絶縁シート91と中間絶縁板92とヒートシンク側絶縁シート93は、それぞれ絶縁物で製作される。
図6(b)に示すように、低圧側直流母線4には、低圧側直流母線4にスイッチング素子51のN端子57からの導体を接続する場合に使用する半径r1の穴42(42a、b、c)と、半径r2の穴41(41a、b、c)とが開けられている。穴41は後述する高圧側直流母線3にスイッチング素子51のP端子56からの導体を接続する場合に使用する穴31と同心円の位置に存在する。また、低圧側直流母線4の中心部分には、高圧直流電源からの低圧側直流供給線を接続するタブ状の電極43が設けられている。なお、半径r2の値に関しては、(式1)を満たす値が採用される。
r2≧r1+d ・・・ (式1)
まず、高圧側直流端53での接続方法について説明する。液冷式ヒートシンク8上に搭載されたスイッチング素子51のP端子56において、P端子用金属板531の一端がネジ532によりP端子56に固定される。P端子用金属板531の他端は直流母線部90の高圧側直流母線3の穴31の下部に導かれ、電源側絶縁シート91の穴911、高圧側直流母線3の穴31、中間絶縁板92の穴921、低圧側直流母線4の穴41、ヒートシンク側絶縁シート93の穴931を貫通するように、ネジ533が通される。そして、ネジ533はP端子用金属板531と一緒にナット534で接続される。このように接続すると、P端子用金属板531は中間絶縁板92とナット534とに挟まれ、低圧側直流母線4とは接触せず、ネジ533の頭は高圧側直流母線3に接続された状態になる。高圧側直流端53においてスイッチング素子51のP端子56と直流母線部90の高圧側直流母線3はこのように接続されるため、回転電気機械1の回転軸12が延伸する方向の反対方向の端面側で高圧側直流端53を接続することが可能になる。
まず、低圧側直流端54での接続方法について説明する。液冷式ヒートシンク8上に搭載されたスイッチング素子51のN端子57において、N端子用金属板541の一端がネジ542によりN端子57に固定される。N端子用金属板541の他端は直流母線部90の低圧側直流母線4の穴42の下部に導かれ、電源側絶縁シート91の穴912、高圧側直流母線3の穴32、中間絶縁板92の穴922、低圧側直流母線4の穴42、ヒートシンク側絶縁シート93の穴932を貫通するように、ネジ543が通される。そして、ネジ543はN端子用金属板541と一緒にナット544で接続される。このように接続すると、N端子用金属板541は低圧側直流母線4とナット534とに挟まれネジ543の頭は高圧側直流母線3に接触することなく中間絶縁板92を押す状態になる。低圧側直流端54においてスイッチング素子51のN端子57と直流母線部90の低圧側直流母線4はこのように接続されるため、回転電気機械1の回転軸12が延伸する方向の反対方向の端面側で低圧側直流端54を接続することが可能になる。
また、この層状に纏めた直流母線部を液冷式ヒートシンクの第2面上に設置するようにしたので、直流母線部の取り付けの作業性が向上する。
さらに、直流母線部の液冷式ヒートシンクと反対側の面において、直流電源からの直流母線給電線と、高圧側直流母線及び低圧側直流母線とを接続する構成としたので、直流母線給電線を、駆動回路のスイッチング素子を回転電気機械の液冷式ヒートシンクに搭載した状態で、回転電気機械の回転軸が延伸する方向の反対方向から着脱することができる。
実施の形態1では制御信号変換部7を1個のドーナツ状の基板とした例について説明した。しかし、例えば制御信号変換部7のa相のスイッチング素子に関わる部分が故障した場合には、制御信号変換部7の基板全体を交換することが必要になる場合がある。また、回転電気機械の各相が多重化されて制御される場合がある。このような場合に備えて、制御信号変換部7を相単位あるいは多重化の単位で分割し、分割された基板は扇形、扇面形又は台形の形状にする実施の形態が考えられる。
本実施の形態では、液冷式ヒートシンク8を円筒形のような中空部分を有する筒形とした場合、液冷式ヒートシンク8の中空部分にスナバ用コンデンサ6を搭載しスナバ用コンデンサ6が直流母線部90に近接して設置できるようにする。図16はスナバ用コンデンサ6の搭載の様子を示す一部断面図、図17はスナバ用コンデンサ6を搭載したコンデンサ電極基板61の平面図である。以下、図16及び図17に基づき本実施の形態のスナバ用コンデンサ6の搭載について説明する。
実施の形態1では液冷式ヒートシンク8は、ヒートシンク冷却液入出部81、流路部82、フランジ部83、回転電気機械装着用タブ状突起85、覆部装着用タグ状突起86及び87、並びにフランジ部83内の交流配線11を通す穴84を備えると説明した。しかし、フランジ部83を幅広く製作し、交流配線11を通す穴84より外側に回転電気機械1を装着するための穴と覆い27及び28とを装着する穴の全て又は一部をフランジ部83内に設定することもできる。また、幅広くしたフランジ部83は円形である必要はなく、多角形でも楕円形でもよい。
実施の形態1では高圧側直流母線3と低圧側直流母線4との絶縁を行う部品として中間絶縁板92を使用したが、この中間絶縁板92は必ずしも板である必要はなく、シート状の薄い部品でも良い。
5 スイッチング部、6 スナバ用コンデンサ、7 制御信号変換部、
8 液冷式ヒートシンク、11 交流配線、12 回転軸、
23 高圧側直流母線給電端、24 低圧側直流母線給電端、51 スイッチング素子、53 高圧側直流母線端、54 低圧側直流母線端、90 直流母線部、
91 電源側絶縁シート、92 中間絶縁板、93 ヒートシンク側絶縁シート。
Claims (13)
- 交流配線を介して電力が供給され回転軸が回転する回転電気機械と、
直流電源から直流母線給電線を介して供給される直流電力を、高圧側直流母線と低圧側直流母線の間に接続したスイッチング素子により交流電力に変換し、上記交流配線を介して上記回転電気機械に供給する駆動回路と、
第1面が上記回転電気機械の回転軸が延伸する端面と反対側の端面に設置され、第1面と反対側の第2面に上記駆動回路のスイッチング素子が設置されている液冷式ヒートシンクとを備えた回転電気機械装置であって、
上記高圧側直流母線及び上記低圧側直流母線を、ヒートシンク側絶縁物、中間絶縁物及び電源側絶縁物の間に互いに絶縁するように配置し、それらを層状に重ね合わせることにより直流母線部を形成し、
上記直流母線部を上記液冷式ヒートシンクの第2面に相対して設置し、
上記直流母線部の上記液冷式ヒートシンクと相対している面の反対側の面において、上記直流電源からの直流母線給電線と、上記高圧側直流母線及び上記低圧側直流母線とを接続する構成とした回転電気機械装置。 - 制御回路から供給される制御信号を上記駆動回路のスイッチング素子を制御するスイッチング制御信号に変換する制御信号変換部を、上記液冷式ヒートシンクの第2面に相対して設置するとともに、上記制御信号変換部の上記液冷式ヒートシンクと相対している面の反対側の面に、上記制御回路からの制御信号を入力する入力端を設けた請求項1に記載の回転電気機械装置。
- 上記制御信号変換部は、上記制御回路から供給される制御信号から、上記高圧側直流母線と上記低圧側直流母線とが短絡しないような上記スイッチング素子を制御するスイッチング制御信号を生成する短絡防止回路を有している請求項2に記載の回転電気機械装置。
- 上記駆動回路のスイッチング素子の出力が上記制御信号変換部を経由して、上記制御信号変換部の上記液冷式ヒートシンクと相対している面の反対側の面で接続される上記交流配線に供給されるように構成した請求項2又は請求項3に記載の回転電気機械装置。
- 上記制御信号変換部は、上記回転電気機械の回転を検出するセンサ信号を入力して上記制御回路に適した電位に変換して出力するセンサ信号変換回路を備えると共に、
上記センサ信号を入力するセンサ端及び上記変換した信号を出力するセンサ信号出力端を上記制御信号変換部の上記液冷式ヒートシンクと相対している面の反対側の面に設けた請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の回転電気機械装置。 - 上記制御信号変換部は、上記制御信号変換部で使用する電力を生成するローカル電源回路を備えると共に、
上記ローカル電源回路に電力を供給する低圧電源供給端を上記制御信号変換部の上記液冷式ヒートシンクと相対している面の反対側の面に設けた請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の回転電気機械装置。 - 上記制御信号変換部はドーナツ形状を成し、上記直流母線部は上記制御信号変換部の中空部又は中空部の上記回転軸方向に設置された円形形状を成している請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の回転電気機械装置。
- 上記制御信号変換部は、上記駆動回路の各相単位に対応して分割されている請求項2から請求項7のいずれか1項に記載の回転電気機械装置。
- 上記制御信号変換部は、上記回転電気機械の多重化の単位に対応して分割されている請求項2から請求項8のいずれか1項に記載の回転電気機械装置。
- 上記液冷式ヒートシンクは中空部分を備え、上記中空部分に上記直流母線部の上記高圧側直流母線と上記低圧側直流母線の間に接続したスナバ用コンデンサを配置した請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の回転電気機械装置。
- 正電位層及び負電位層が絶縁層で絶縁された多層構造のコンデンサ電極基板を備え、上記スナバ用コンデンサの正極端子及び負極端子が上記コンデンサ電極基板の正電位層及び負電位層に接続され、上記直流母線部の上記液冷式ヒートシンク相対している面の反対側の面から、上記高圧側直流母線及び上記低圧側直流母線と、上記コンデンサ電極基板の正電位層及び負電位層とを接続できる構成とした請求項10に記載の回転電気機械装置。
- 上記液冷式ヒートシンクが上記交流配線を通す縁を有する請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の回転電気機械装置。
- 上記駆動回路の覆いを上記液冷式ヒートシンクに取り付ける請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の回転電気機械装置。
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