JP2015061409A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出精度を向上させることができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両用回転電機１００は、回転子２０、固定子、フレーム４、ブラシ装置５５、電力変換器３（３Ａ、３Ｂ）、制御基板１０２、基板ケース８０を備える。制御基板１０２は、ブラシ装置５５から延出する給電ターミナル５６１、５６２を用いて電気接続および位置決めが行われるとともに、永久磁石２２と対向配置されたホールＩＣ２３と電力変換器３を制御する制御回路８とが実装される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来から、インバータパワー回路と、このインバータパワー回路を制御する制御基板と、この制御基板を包囲する樹脂ケースとがリヤブラケットに保持、固定されている制御装置一体型回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この制御基板は、リヤブラケットの後方に取り付けられた樹脂ケース内に収納され、その上部に蓋が取り付けられて樹脂ケース内への異物の侵入が阻止されている。また、回転子のシャフトの後端には磁気位置検出センサが取り付けられている。

特開２０１１−９７８０６号公報

ところで、特許文献１に開示された制御基板は樹脂ケース内に収納されているため、樹脂ケースの外部に配置された磁気位置検出センサと制御基板との間の信号線の接続は樹脂ケースを貫通させて行う必要があり、制御基板や樹脂ケース周辺の構造が複雑になる。また、樹脂ケースを貫通させて信号線の接続を行う必要があるため、この貫通部から樹脂ケース内に水等の異物が浸入しないようにシール材を塗布するなどの対策が必要になる。これに対し、制御基板に磁気位置検出センサを実装することができれば信号線の這い回し等を簡略化したり、シール材を省略することができて都合がよい。ところが、制御基板の正確な位置決めが行われていないと、制御基板に搭載された磁気位置検出センサの位置もずれることになるため、位置検出精度が悪化してしまう。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、位置検出精度を向上させることができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、回転子、固定子、フレーム、ブラシ装置、電力変換器、制御基板、基板ケースを備える。回転子は、回転軸の端部に回転検出用磁石が取り付けられている。固定子は、回転子と対向配置されている。フレームは、回転子と固定子を収容して保持する。ブラシ装置は、フレームに固定されるとともに回転軸に設けられたスリップリングに摺接する一対のブラシを有する。電力変換器は、固定子に含まれる固定子巻線に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線に印加する。制御基板は、回転検出用磁石と対向配置された回転角センサと電力変換器を制御する制御回路とが実装される。基板ケースは、制御基板を収納する。制御基板または基板ケースは、ブラシ装置から延出する給電ターミナルを用いて電気接続および位置決めが行われる。

フレームに固定されたブラシ装置から延出する給電ターミナルを用いて制御基板または基板ケースの位置決めを行うことにより、回転角センサが実装された制御基板を所定の位置に配置することが可能となり、回転角センサを用いた位置検出精度を向上させることができる。

一実施形態の車両用回転電機の構成を示す図ある。 ＭＯＳモジュールの構成を示す図である。 Ｈブリッジ回路の構成を示す図である。 回転角センサの具体的な配置例を示す図である。 電力変換器を含む車両用回転電機の斜視図である。 電力変換器の分解斜視図である。 正極側入出力端子と負極側入出力端子の概略形状を示す図である。 電力変換器の取付状態を示す平面図である。 フレームの部分的断面図である。 制御基板が収納された樹脂ケースを示す平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 制御基板の形状を示す平面図である。 基板ケースの変形例を示す断面図である。 ブラシホルダの断面図である。 ブラシホルダの平面図である。 基板ケースの変形例を示す平面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、一実施形態の車両用回転電機１００は、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂ、界磁巻線２、２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジ回路５、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９、電源回路１０、ダイオード１１、コンデンサ１２を含んで構成されている。この車両用回転電機１００は、ＩＳＧ（インテグレーテッド・スターター・ジェネレーター）と称されており、電動機の機能と発電機の機能を併せ持っている。

一方の固定子巻線１Ａは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線１Ｂは、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線１Ａに対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂと固定子鉄心によって、回転子と対向配置された固定子が構成されている。なお、固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれの相数は３以外であってもよい。

界磁巻線２は、ベルトあるいはギアを介してエンジンとの間で駆動力の入出力を行う回転軸を有する回転子に磁界を発生させるためのものであり、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。

一方のＭＯＳモジュール群３Ａは、一方の固定子巻線１Ａに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このＭＯＳモジュール群３Ａは、発電動作時に固定子巻線１Ａに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部（高電圧バッテリ２００）から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線１Ａに印加する電力変換器３として動作する。ＭＯＳモジュール群３Ａは、固定子巻線１Ａの相数に対応する３個のスイッチングモジュールとしてのＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷを備えている。ＭＯＳモジュール３ＡＵは、固定子巻線１Ａに含まれるＵ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＡＶは、固定子巻線１Ａに含まれるＶ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＡＷは、固定子巻線１Ａに含まれるＷ相巻線に接続されている。

図２に示すように、ＭＯＳモジュール３ＡＵは、２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１、電流検出用抵抗３２を備えている。一方のＭＯＳトランジスタ３０は、ソースがＰ端子を介して固定子巻線１ＡのＵ相巻線に接続され、ドレインがパワー電源端子ＰＢに接続された上アーム（ハイサイド側）の第１のスイッチング素子である。パワー電源端子ＰＢは、例えば定格４８Ｖの高電圧バッテリ２００（第１のバッテリ）や高電圧負荷２１０の正極端子に接続されている。他方のＭＯＳトランジスタ３１は、ドレインがＰ端子を介してＵ相巻線に接続され、ソースが電流検出用抵抗３２を介してパワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された下アーム（ローサイド側）の第２のスイッチング素子である。これら２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１からなる直列回路が高電圧バッテリ２００の正極端子と負極端子の間に配置され、これら２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１の接続点にＰ端子を介してＵ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ３０のゲート、ソース、ＭＯＳトランジスタ３１のゲート、電流検出用抵抗３２の両端のそれぞれがＵＶＷ相ドライバ４Ａに接続されている。

ＭＯＳトランジスタ３０、３１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ３０、３１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

なお、ＭＯＳモジュール３ＡＵ以外のＭＯＳモジュール３ＡＶ、３ＡＷや後述するＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺも基本的に同じ構成を有しており、詳細な説明は省略する。

他方のＭＯＳモジュール群３Ｂは、他方の固定子巻線１Ｂに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このＭＯＳモジュール群３Ｂは、発電動作時に固定子巻線１Ｂに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部（高電圧バッテリ２００）から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線１Ｂに印加する電力変換器３として動作する。ＭＯＳモジュール群３Ｂは、固定子巻線１Ｂの相数に対応する３個のスイッチングモジュールとしてのＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺを備えている。ＭＯＳモジュール３ＢＸは、固定子巻線１Ｂに含まれるＸ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＢＹは、固定子巻線１Ｂに含まれるＹ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＢＺは、固定子巻線１Ｂに含まれるＺ相巻線に接続されている。

ＵＶＷ相ドライバ４Ａは、３個のＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷのそれぞれに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を検出する。同様に、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂは、３個のＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺのそれぞれに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を検出する。

Ｈブリッジ回路５は、ブラシ装置５５（図５）を介して界磁巻線２の両端に接続されており、界磁巻線２に励磁電流を供給する励磁回路である。図３に示すように、Ｈブリッジ回路５は、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、２つのダイオード５２、５３、電流検出用抵抗５４を備えている。ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のダイオード５２が直列に接続されており、この接続点に界磁巻線２の一方端が接続されている。また、ハイサイド側のダイオード５３とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１と電流検出用抵抗５４とが直列に接続されており、ダイオード５３とＭＯＳトランジスタ５１の接続点に界磁巻線２の他方端が接続されている。このＨブリッジ回路５は、パワー電源端子ＰＢとパワーグランド端子ＰＧＮＤのそれぞれに接続されている。ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオンすることにより、Ｈブリッジ回路５から界磁巻線２に励磁電流が供給される。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のいずれかをオフすることにより励磁電流の供給が停止されるとともに、ダイオード５２、５３のいずれかを介して界磁巻線２を流れる励磁電流を環流させることができる。

Ｈブリッジドライバ６は、Ｈブリッジ回路５に含まれるＭＯＳトランジスタ５０、５１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗５４の両端電圧を検出する。

回転角センサ７は、回転子の回転角を検出する。例えば、永久磁石とホールＩＣを用いて回転角センサ７を構成することができる。具体的には、図４に示すように、回転子２０の回転軸２１先端に回転検出用磁石としての永久磁石２２を固定するとともに、この永久磁石２２と対向する位置に制御基板１０２上の位置に回転角センサ７としてのホールＩＣ２３を配置する。このホールＩＣ２３には、永久磁石２２の外周近傍であって互いに９０°隔たった位置に配置されたホール素子が含まれている。これらのホール素子の出力を取り出すことにより、永久磁石２２とともに回転する回転子２０の回転角を検出することができる。なお、回転角センサ７は、ホールＩＣ２３以外（例えば磁気抵抗効果素子や磁気インピーダンス素子など）を用いて構成するようにしてもよい。また、図４に示した永久磁石２２の配置や取付方法は一例であって、回転軸２１やその周辺構造に合わせて適宜変更するようにしてもよい。

制御回路８は、電力変換器３を含む車両用回転電機１００の全体を制御する。この制御回路８には、アナログ−デジタル変換器やデジタル−アナログ変換器が備わっており、他の構成との間で信号の入出力を行う。制御回路８は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）によって構成されており、所定の制御プログラムを実行することにより、ＵＶＷドライバ４Ａ、ＸＹＺドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６を制御して車両用回転電機１００を電動機や発電機として動作させたり、異常検出や通知などの各種処理を行う。

入出力回路９は、制御用ハーネス３１０を介して外部との間の信号の入出力や、高電圧バッテリ２００の端子電圧やパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧のレベル変換等を行う。入出力回路９は、入出力される信号や電圧を処理するための入出力インタフェースであって、例えばカスタムＩＣによって必要な機能が実現されている。

電源回路１０は、定格１２Ｖの低電圧バッテリ２０２（第２のバッテリ）が接続されており、例えばスイッチング素子をオンオフしてその出力をコンデンサで平滑することにより、５Ｖの動作電圧を生成する。この動作電圧によって、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９が動作する。

コンデンサ１２は、車両用回転電機１００を電動動作させるためにＭＯＳモジュール３ＡＵ等のＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフする際に発生するスイッチングノイズを除去あるいは低減するためのものである。図１では１つのコンデンサ１２が用いられているが、実際にはスイッチングノイズの大きさに応じて適宜その数が決定される。例えば、図５に示されるように、本実施形態の車両用回転電機１００では４つのコンデンサ１２が用いられている。

上述したＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジ回路５、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７（回転子に取り付けられた永久磁石を除く）、制御回路８、入出力回路９、電源回路１０が１枚の制御基板１０２に搭載されている。

また、図１に示すように、車両用回転電機１００には、パワー電源端子ＰＢ、パワーグランド端子ＰＧＮＤや、制御グランド端子ＣＧＮＤと制御電源端子ＣＢと制御用ハーネス３１０などが取り付けられるコネクタ４００が備わっている。パワー電源端子ＰＢは、高電圧の正極側入出力端子であり、高電圧バッテリ２００や高電圧負荷２１０が所定のケーブルを介して接続される。制御電源端子ＣＢは、低電圧の正極側入力端子であり、低電圧バッテリ２０２や低電圧負荷２０４が所定のケーブルを介して接続される。

パワーグランド端子ＰＧＮＤは、負極側入出力端子としての第１のグランド端子であって、パワー系回路を接地するためのものである。このパワーグランド端子ＰＧＮＤは、第１の接続線としての接地用ハーネス３２０を介して車両フレーム５００に接続されている。上述したＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ（電力変換器３）およびＨブリッジ回路５（励磁回路）がパワー系回路である。このパワー系回路には、固定子巻線１Ａ、１Ｂや界磁巻線２と共通の電流が流れるパワー素子としてのＭＯＳトランジスタ３０、３１、５０、５１が含まれている。

また、制御グランド端子ＣＧＮＤは、パワーグランド端子ＰＧＮＤとは別に設けられた第２のグランド端子であって、制御系回路を接地するためのものである。この制御グランド端子ＣＧＮＤは、接地用ハーネス３２０とは別の接地用ケーブル３３０（第２の接続線）を介して接地されている。この制御グランド端子ＣＧＮＤと車両用回転電機１００のフレーム（以後、「ＩＳＧフレーム」と称する）１１０との間には、入出力回路９の内部配線を介してダイオード１１が挿入されている。具体的には、ダイオード１１のカソードがフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤに接続されており、このフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤがＩＳＧフレーム１１０に接続されている。上述したＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９などが制御系回路である。なお、この接地用ケーブル３３０の接続先は、車両側に用意されたグランド電位（０Ｖ）の部位であり、電圧変動がないものとする。また、図１では、ダイオード１１は入出力回路９の外部に設けられているが、ダイオード１１を入出力回路９に搭載するようにしてもよい。

コネクタ４００は、パワー電源端子ＰＢ、パワーグランド端子ＰＧＮＤ以外の端子（制御グランド端子ＣＧＮＤや制御電源端子ＣＢなど）に制御用ハーネス３１０や接地用ケーブル３３０、その他のケーブルを取り付けるためのものである。

上述した車両用回転電機１００のＩＳＧフレーム１１０は、例えばアルミダイカストによって形成された導電体であり、このＩＳＧフレーム１１０がエンジン（Ｅ／Ｇ）ブロック５１０にボルトによって固定されている。さらに、エンジンブロック５１０は接地用ハーネス３２２によって車両フレーム５００に接続されている。

本実施形態の車両用回転電機１００はこのような構成を有しており、次に、電力変換器３の構造と制御基板１０２を収納する基板ケース８０（図１０、図１１）の構造や制御基板１０２の位置決め構造について説明する。

図６に示すように、２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂを含んで一体に構成される電力変換器３は、ＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷ、３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺと、正極側入出力端子３００および負極側入出力端子３０１が突出する端子台３０８と、各ＭＯＳモジュール３ＡＵ等と端子台３０８との間に配置される６個の中間端子台３０９とを含んで構成されている。正極側入出力端子３００と負極側入出力端子３０１は、異なる形状を有している（例えば、異なる直径のボルト）。なお、図６に示す電力変換器３の分解斜視図や図５に示す車両用回転電機１００の斜視図では、制御回路８と入出力回路９等が実装された制御基板１０２や、制御基板１０２を収納する基板ケース８０、電力変換器３や制御基板１０２等を覆うリアカバーなどが取り外された状態が示されている。

端子台３０８は、インサート成型により形成されており、正極側入出力端子３００が接続された板状の配線層としての正極側バスバー３０２と、負極側入出力端子３０１が接続された板状の配線層としての負極側バスバー３０３とを含んでいる（図７）。これらの正極側バスバー３０２と負極側バスバー３０３のそれぞれは、端子台３０８を構成する樹脂材料を挟んで対向した状態で積層されている。図５では、端子台３０８の一部を途中で破断した状態であって、破断面において正極側バスバー３０２と負極側バスバー３０３が露出した状態が示されている（Ａ部）。

また、図７に示すように、正極側バスバー３０２は、正極側入出力端子３００を挟んで２方向に延在する２つの枝部３０２Ａ、３０２Ｂを有する。これら２つの枝部３０２Ａ、３０２Ｂは、正極側入出力端子３００および負極側入出力端子３０１の中心を挟んで対称形状（線対称）を有している。図８に示すように、一方の枝部３０２Ａには、ＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷの各電源端子（パワー電源端子ＰＢ）がほぼ等間隔に接続される。他方の枝部３０２Ｂには、ＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺの各電源端子（パワー電源端子ＰＢ）がほぼ等間隔に接続される。また、負極側バスバー３０３は、負極側入出力端子３０１を挟んで２方向に延在する２つの枝部３０３Ａ、３０３Ｂを有する。これら２つの枝部３０３Ａ、３０３Ｂは、正極側入出力端子３００および負極側入出力端子３０１の中心を挟んで対称形状（線対称）を有している。一方の枝部３０３Ａには、ＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷの各グランド端子（パワーグランド端子ＰＧＮＤ）がほぼ等間隔に接続される。他方の枝部３０３Ｂには、ＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺの各グランド端子（パワーグランド端子ＰＧＮＤ）がほぼ等間隔に接続される。

熱伝導性を向上させるために、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の下面とフレーム４０との間の隙間に熱伝導性が良好なグリースＧ１（図６）を充填させることが望ましい。また、正極側バスバー３０２と負極側バスバー３０３（端子台３０８）は、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の上面に押圧された状態で接触しているため、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等に含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１の発熱を放熱する放熱部材としても用いられている。但し、この放熱部材としての放熱性を高めるためには、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等や端子台３０８を形成するモールド樹脂の熱伝導性を高めたり、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等と端子台３０８との間の隙間に熱伝導性が良好なグリースＧ２（図６）を充填するなどの工夫をすることが望ましい。なお、図６では、ＭＯＳモジュール３ＢＸに対応するグリースＧ１、Ｇ２の充填位置をハッチングで示したが、他のＭＯＳモジュール３ＡＵ等についても同様であり、図示は省略されている。また、必ずしもグリースＧ１、Ｇ２の少なくとも一方を、全てのＭＯＳモジュール３ＡＵ等に対応させて充填する必要はなく、放熱性のばらつき等を考慮して充填対象となるＭＯＳモジュール３ＡＵ等の数を減らすようにしてもよい。

フレーム４０は、回転子２０と固定子２を収容して保持するためのものであり、図５や図６に示すように、リア部４０Ａ、センター部４０Ｂ、フロント部４０Ｃの３つの分割部位によって構成されている。センター部４０Ｂは、固定子を内包する筒状部材であり、図９に示すように、内部に冷却液流路４１を構成する凹部４１Ａを有する。リア部４０Ａは、センター部４０Ｂの一方の軸方向端部であるリア側（反プーリ側）を塞ぐ円盤状部材である。センター部４０Ｂの冷却液流路４１はセンター部４０Ｂの一方の軸方向端部において開口し、この開口部の両側に気密性維持のためのＯリング４２が配置されており、これらのＯリング４２に当接するようにリア部４０Ａを取り付けて凹部４１Ａの開口面を閉塞することにより冷却液流路４１が形成される。また、リア部４０Ａは、センター部４０Ｂと反対側の軸方向端面に、各ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の下面が接触した状態で電力変換器３が取り付けられている。

冷却液流路４１は、横断面がＣ字形状を有しており、その一方端に対応するリア部４０Ａの一部に冷却液入口４１Ｂ（図５、図６）が、他方端に対応するリア部４０Ａの一部に冷却液出口４１Ｃ（図５、図６）が設けられている。これらの冷却液入口４１Ｂおよび冷却液出口４１Ｃのそれぞれには、冷却液用配管４１Ｄ（図９）が接続されて冷却液の供給および排出が行われる。このような冷却液流路４１を通して冷却液を流すことにより、フレーム４０が冷却される。

また、図５に示す電力変換器３の上部には図示しない基板ケース８０が配置されており、この基板ケース８０に制御基板１０２が収納されている。図１０および図１１に示すように基板ケース８０が制御基板１０２に収納されている。この基板ケース８０は、制御基板１０２が搭載されるハウジング８２と、シール材８３を介してハウジング８２の開口を覆うカバー８４とを備える。なお、図１０にはシール材８３およびカバー８４を取り付ける前の状態が示されている。

ハウジング８２は、外周部８２Ａよりも内径側に配置された４つの固定部８２Ｂを有し、これら４つの固定部８２Ｂによってフレーム４０のリア部４０Ａに固定されている。これら４つの固定部８２Ｂは、回転軸２１に対して対称配置されている。また、それぞれの固定部８２Ｂには、固定部材としてのネジを挿通する挿入孔８２Ｃが形成されている。フレーム４０のリア部４０Ａは、回転子２０の回転軸２１に沿ってリア側に突出した４本の取付ポスト４４（図５、図６、図８）を有する。これら４本の取付ポスト４４は、上述した４つの固定部８２Ｂに対応する位置に設けられている。固定部８２Ｂのそれぞれに形成された挿入孔８２Ｃにネジを通して締め回すことにより、固定部８２Ｂを取付ポスト４４に締結して、基板ケース８０の全体をリア部４０Ａに固定することができる。

制御基板１０２は、図１２に示すように、基板ケース８０の外形形状に沿った多角形形状（例えば八角形に近い形状）を有しており、基板ケース８０（ハウジング８２）の４つの固定部８２Ｂに対応する位置（４箇所）に、外形部から貫通部としての切り欠き部８０Ａを有する。なお、切り欠き部８０Ａを設ける代わりに、固定部８２Ｂの形状に合わせた貫通部としての貫通孔を設けるようにしてもよい。

カバー８４は、ハウジング８２の外周部８２Ａに対してシール材８３を介して蓋をするようにハウジング８２に取り付けられており、４つの固定部８２Ｂを含む制御基板１０２の全体を覆っている。カバー８４と当接する外周部８２Ａの端部は、図１１に示すようにＶ溝形状を有しており、シール面積の拡大と位置決めの容易化が図られている。なお、単にシール性を確保する場合には、Ｖ溝形状ではなく、平面形状としてもよい。

また、上述したハウジング８２は、各固定部８２Ｂの周囲に、制御基板１０２に設けられた貫通部としての切り欠き部８０Ａを貫通する仕切り壁８２Ｄを有する。この仕切り壁８２Ｄの内側には、挿入孔８２Ｃを含む固定部８２Ｂの全体が配置されている。また、この仕切り壁８２Ｄの端部は、図１１に示すように、シール材８３を介してカバー８４に当接しており、仕切り壁８２Ｄの内部空間と制御基板１０２の搭載空間との間が仕切り壁８２Ｄによって分離される。

また、上述したハウジング８２は、制御基板１０２に実装されたホールＩＣ２３（回転角センサ７）と、回転子２０の回転軸２１先端に固定された回転検出用磁石としての永久磁石２２との間に配置された非磁性金属からなる薄板部材８２Ｅがインサート成形により一体に形成されている。ハウジング８２は、金属材料である薄板部材８２Ｅ以外は絶縁材としての樹脂材料によって形成されている。薄板部材８２Ｅとしては、例えば、熱伝導性が良好なアルミニウムや銅などの金属材料を用いることができる。この薄板部材８２Ｅは、基板ケース８０の外部（図１１に示す例では下側）に露出している。また、この薄板部材８２Ｅの端部は、４つの固定部８２Ｂに埋設されている（図１１）。

また、薄板部材８２Ｅは、金属材料であって良好な熱伝導性を有するため、制御基板１０２の一部（例えば、発熱量が多い制御回路８が搭載された領域）と当接する当接部８２Ｆを備えることが望ましい（図１３）。この当接部８２Ｆは、薄板部材８２Ｅの平板部分を部分的に突出させることにより形成される。なお、当接部８２Ｆは、薄板部材８２Ｅと一体成形する必要は必ずしもなく、薄板部材８２Ｅとは別部材としての金属材料からなる当接部８２Ｆをネジ止めや接着剤固定により組み合わせて用いるようにしてもよい。また、薄板部材８２Ｅを挟んで当接部８２Ｆと反対側に、薄板部材８２Ｅと一体あるいは別体の放熱フィン８２Ｇ（図１３）を配置することにより、さらに放熱性を向上させるようにしてもよい。

ところで、図４に示すように、制御基板１０２に実装されたホールＩＣ２３は、回転軸２１の先端に取り付けられた永久磁石２２に対向する位置（回転方向位置および径方向位置）に正確に取り付ける必要がある。このために、本実施形態では、ブラシ装置５５から延出する給電ターミナルを用いた制御基板１０２の位置決めが行われる。

図８に示すように、ブラシ装置５５は、ブラシ５５１、５５２（図１４）を保持するブラシホルダ５５０とスリップリングカバー５７０を含んで構成されている。これらのブラシホルダ５５０とスリップリングカバー５７０によって、回転軸２１の端部近傍に備わったスリップリング２４、２５（図４）の周囲空間が覆われる。

図１４および図１５に示すように、ブラシホルダ５５０は、箱型形状を有し、内部に正極側と負極側の２本のブラシ５５１、５５２を収納する直方体形状の収納部５５３、５５４と、これらの収納部５５３、５５４から組付時にスリップリング２４、２５（図４）を囲むように広がりながら延びだすスカート部５５５と、ブラシ５５１、５５２のそれぞれから延びた柔軟性を有するリード部としてのピグテール５５６と電気的に接続されて外部に突出する一対の給電ターミナル５６１、５６２と、給電ターミナル５６１、５６２と電気的に絶縁されて外部に突出する一対の固定用ターミナル５６３、５６４とを備えている。給電ターミナル５６１、５６２および固定用ターミナル５６３、５６４は、絶縁樹脂製のブラシホルダ５５０にインサート成形されている。

ブラシ５５１、５５２は、天然黒鉛に銅粉を含有し、フェノール樹脂などを結合材とした金属黒鉛である。これらのブラシ５５１、５５２は同一形状であり、同じ形状のものを互いにピグテール５５６側が向かい合うように配置し、スプリング５５７を介在させた状態で収納部５５３、５５４に収納される。これらのブラシ５５１、５５２は、スプリング５５７によってスリップリング２４、２５に向けて押圧されて収納部５５３、５５４内で摺動接触している。

固定用ターミナル５６３、５６４は、図１５に示すように、ブラシホルダ５５０の対向する側面のそれぞれから耳状に突出しており、それらの露出部の中央に孔５６３ａ、５６４ａが設けられている。孔５６３ａ、５６４ａのそれぞれに、締結手段としてのビス５６３ｂ、５６４ｂ（図８）を通して、リア部４０Ａの軸方向端面に設けられた台座（図示せず）に締結することにより、ブラシホルダ５５０がリア部４０Ａに固定される。このときのブラシホルダ５５０の位置決めは、ビス５６３ｂ、５６４ｂを孔５６３ａ、５６４ａに通した状態でブラシホルダ５５０を所定方向に押圧した状態で所定位置に取り付けることにより行われる。

給電ターミナル５６１、５６２は、図１４および図１５に示すように、ブラシホルダ５５０の軸方向端面からリア側（反プーリ側）に、回転軸２１に沿って並走するように突出しており、これらの間にはブラシホルダ５５０と一体形成された壁部５６５が形成されている。この壁部５６５は、一対の給電ターミナル５６１、５６２が突出するブラシホルダ５５０の端面に垂直に形成されている。また、壁部５６５の高さは、給電ターミナル５６１、５６２の高さよりも低く設定されている。

なお、給電ターミナル５６１、５６２は、横断面が板状であって、回転子２０の回転方向に沿ってこの横断面の長手方向が配置されている。これにより、給電ターミナル５６１、５６２の径方向に沿った長さを短くすることができるため、径方向に沿ったブラシホルダ５５０（ブラシ装置５５）の長さを短くすることができる。

本実施形態では、ブラシホルダ５５０からリア側に突出する２本の給電ターミナル５６１、５６２を用いて、制御基板１０２に対する電気接続と制御基板１０２の位置決めを行っている。具体的には、図１４に示すように、基板ケース５０のハウジング８２に含まれる薄板部材８２Ｅと制御基板１０２のそれぞれに貫通孔が形成されており、これらの貫通孔に２本の給電ターミナル５６１、５６２を通すように、制御基板１０２が固定された基板ケース８０が取り付けられる。特に、制御基板１０２に形成された貫通孔のサイズを給電ターミナル５６１、５６２の断面サイズとほぼ同じ（組み付け作業性を考慮して若干大きくする必要がある）に設定することにより、給電ターミナル５６１、５６２を制御基板１０２の貫通孔に係合させることができ、給電ターミナル５６１、５６２を用いた制御基板１０２の位置（回転方向位置および径方向位置）決めが可能となる。給電ターミナル５６１、５６２の先端が制御基板１０２よりも所定長さだけ突出するように給電ターミナル５６１、５６２の長さが設定されており、これらの突出部分が制御基板１０２に半田付けされて制御基板１０２に実装されたＨブリッジ回路５との間で電気的な接続が行われる。

このように、本実施形態の車両用回転電機１００では、フレーム４のリア部４０Ａに固定されたブラシ装置５５（ブラシホルダ５５０）から延出する給電ターミナル５６１、５６２を用いて制御基板１０２の位置決めを行うことにより、回転角センサ７のホールＩＣ２３が実装された制御基板１０２を所定の位置に配置することが可能となり、回転角センサ７を用いた位置検出精度を向上させることができる。

特に、給電ターミナル５６１、５６２は、ブラシ装置５５から回転軸２１に沿った向きに延出しており、制御基板１０２に形成された貫通孔に係合している。これにより、確実に制御基板１０２をブラシ装置５５の給電ターミナル５６１、５６２と係合することができ、位置検出精度を向上させることが可能となる。

また、ブラシ装置５５は、一対のブラシ５５１、５５２のそれぞれに対応する２本の給電ターミナル５６１、５６２を有している。２本の給電ターミナル５６１、５６２を用いて位置決めを行うことにより、給電ターミナル５６１、５６２と制御基板１０２の間の係合強度を増すことができ、位置検出精度をさらに高めることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＩＳＧとして動作する車両用回転電機１００について説明したが、電動動作および発電動作のいずれかのみを行う車両用回転電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂと２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂを備えるようにしたが、一方の固定子巻線１Ａと一方の整流器モジュール群３Ａを備える車両用回転電機や、３つ以上の固定子巻線やＭＯＳモジュールを備えた車両用回転電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、正極側入出力端子３００および負極側入出力端子３０１の中心を挟んで左右それぞれに３個ずつＭＯＳモジュール３ＡＵ等を分散して配置したが、左右それぞれに分散配置するＭＯＳモジュール３ＡＵ等の数を異ならせたり、左右のいずれか一方のみにＭＯＳモジュール３ＡＵ等を配置するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、４つの固定部８２Ｂがカバー８４によって覆われる場合について説明したが、カバー８４の一部に切り欠き部（あるいは孔）を設けて固定部８２Ｂをカバー８４で覆わない構造としてもよい。

また、上述した実施形態では、ハウジング８２の一部に薄板部材８２Ｅを含ませたが、ハウジング８２の全体を樹脂材料を用いて形成するようにしてもよい。また、図１４に示した例では、薄板部材８２Ｅに貫通孔を形成して給電ターミナル５６１、５６２を貫通孔に通したが、この貫通孔を形成する領域は、薄板部材８２Ｅに代えて絶縁性の樹脂材料で形成するようにしてもよい。あるいは、薄板部材８２Ｅに貫通孔を形成して給電ターミナル５６１、５６２を通す場合には、この貫通孔を通す部分までは給電ターミナル５６１、５６２の周囲を絶縁部材で覆うようにしてもよい。この場合に、給電ターミナル５６１、５６２の周囲を覆う絶縁部材を、ブラシホルダ５５０と一体形成すれば、部品の追加がないため、コスト低減が可能となる。

また、上述した実施形態では、ブラシ装置５５の２本の給電ターミナル５６１、５６２を用いて制御基板１０２の位置決めを行ったが、２本の給電ターミナル５６１、５６２のいずれか一方を用いて制御基板１０２の位置決めを行うようにしてもよい。また、固定用ターミナル５６３、５６４を介してフレーム４に接地するブラシ装置を用いる場合にも本発明を適用することができる。この場合には、正電位を有する給電ターミナルを回転軸２１に沿って制御基板１０２に向けて延出し、制御基板１０２との電気的接続や位置決めを行うようにすればよい。

また、ブラシ装置５５の２本の給電ターミナル５６１、５６２を用いて制御基板１０２に対する直接的な電気接続と位置決めを行う代わりに、基板ケース８０に対する電気接続と位置決めを行うことにより、この基板ケース８０に収納された制御基板１０２に対する間接的な電気接続と位置決めを行うようにしてもよい。例えば、図１６に示すように、基板ケースの一部に貫通孔が形成されており、これらの貫通孔に２本の給電ターミナル５６１、５６２を通して基板ケース８０が取り付けられる。特に、基板ケース８０に形成された貫通孔のサイズを給電ターミナル５６１、５６２の断面サイズとほぼ同じ（組み付け作業性を考慮して若干大きくする必要がある）に設定することにより、給電ターミナル５６１、５６２を基板ケース８０の貫通孔に係合させることができ、給電ターミナル５６１、５６２を用いた制御基板１０２の間接的な位置（回転方向位置および径方向位置）決めが可能となる。なお、給電ターミナル５６１、５６２が係合する基板ケース８０の貫通孔内部あるいはその周囲には、配線ターミナル（図示せず）が形成されており、この配線ターミナルと給電ターミナル５６１、５６２とが半田付けされて、制御基板１０２に実装されたＨブリッジ回路５との間で電気的な接続が行われる。

上述したように、本発明によれば、フレームに固定されたブラシ装置から延出する給電ターミナルを用いて制御基板の位置決めを行うことにより、回転角センサが実装された制御基板を所定の位置に配置することが可能となり、回転角センサを用いた位置検出精度を向上させることができる。

８ 制御回路
２１ 回転軸
２２ 永久磁石
２３ ホールＩＣ
２４、２６ スリップリング
５５ ブラシ装置
１０２ 制御基板

Claims (7)

1. 回転軸（２１）の端部に回転検出用磁石（２２）が取り付けられた回転子（２０）と、
   前記回転子と対向配置された固定子と、
   前記回転子と前記固定子を収容して保持するフレーム（４）と、
   前記フレームに固定されるとともに前記回転軸に設けられたスリップリング（２４、２５）に摺接する一対のブラシ（５５１、５５２）を有するブラシ装置（５５）と、
   前記固定子に含まれる固定子巻線（１Ａ、１Ｂ）に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記固定子巻線に印加する電力変換器（３）と、
   前記回転検出用磁石と対向配置された回転角センサ（７、２３）と前記電力変換器を制御する制御回路（８）とが実装される制御基板（１０２）と、
   前記制御基板を収納する基板ケース（８０）と、
   を備え、前記制御基板または前記基板ケースは、前記ブラシ装置から延出する給電ターミナル（５６１、５６２）を用いて電気接続および位置決めが行われることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記給電ターミナルは、前記基板ケースと係合していることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１において、
   前記給電ターミナルは、前記制御基板と係合していることを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項２において、
   前記給電ターミナルは、前記ブラシ装置から前記回転軸に沿った向きに延出しており、前記基板ケースに形成された貫通孔に係合することを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項３において、
   前記給電ターミナルは、前記ブラシ装置から前記回転軸に沿った向きに延出しており、前記制御基板に形成された貫通孔に係合することを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、
   前記給電ターミナルは、横断面が板状であって、前記回転子の回転方向に沿って前記横断面の長手方向が配置されていることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項６において、
   前記ブラシ装置は、前記一対のブラシのそれぞれに対応する２本の前記給電ターミナルを有することを特徴とする車両用回転電機。

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