JP2018027000A - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリ逆接時におけるパワーモジュールでの電流集中を抑制することが可能な制御装置一体型回転電機を提供する。【解決手段】制御装置一体型回転電機は、回転電機と、回転電機を制御する制御回路と、回転電機の回転軸回りに複数配設された、制御回路によりそれぞれ制御されるスイッチング素子モジュールと、スイッチング素子モジュールの電源端子を外部接続端子部材に接続させるバスバーと、を有する制御装置と、を備える制御装置一体型回転電機であって、バスバーは、外部接続端子部材との接続部側から回転電機の回転軸を向いてその回転軸回りの左右それぞれに延びていると共に、それぞれ複数のスイッチング素子モジュールの電源端子に接続されている左回りバスバー部及び右回りバスバー部を有している。【選択図】図4
Description
本発明は、回転電機と、制御装置と、を一体的に備えた制御装置一体型回転電機に関する。
従来、回転電機と、制御装置と、を一体的に備えた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など)。制御装置一体型回転電機において、制御装置は、パワーモジュールと、ヒートシンクと、外部接続端子部材と、バスバーと、ケース部材と、を有している。パワーモジュールは、回転電機の回転軸回りに複数配設されている。各パワーモジュールは、熱伝導性及び絶縁性を有する接着剤を介してヒートシンクに接着されている。
バスバーは、内壁部、外壁部及び平壁部を有しており、絶縁体としてのケース部材にインサート成形されている。各パワーモジュールの電源端子は、バスバーを介して唯一つの外部接続端子部材に接続されている。ケース部材は、接着剤を介してヒートシンクに接着されている。パワーモジュールは、ケース部材とヒートシンクとによって形成される凹部に収容されている。また、このケース部材とヒートシンクとによって形成される凹部には、絶縁性を有する絶縁部材が注入されている。
パワーモジュールの負極電源端子から正極電源端子を介して外部接続端子部材に至るまでの経路長は、パワーモジュールごとに異なる。この経路長が短いほど経路インピーダンスは小さくなり、この経路長が長いほど経路インピーダンスは大きくなる。ところで、制御装置一体型回転電機に用いられるバッテリの正極端子と負極端子とが正規のものから逆に接続されることがある。かかるバッテリ逆接時には、上記した経路インピーダンスが小さいほどパワーモジュール内の上下アームに電流が集中し易く、そのスイッチング素子が発熱により故障し易くなる。また、スイッチング素子に並列接続される電流還流用ダイオードは、一般に、温度が高くなるほど順方向電圧VFが小さくなる負の温度特性を有する。このため、パワーモジュールにおける電流集中により温度が上昇すると、更に順方向電圧VFが下がり、更なる電流集中が生じてしまうという課題がある。
上記した特許文献1記載の制御装置一体型回転電機では、バスバーが外部接続端子部材との接続部側から回転電機の回転軸回りの一方のみに環状に延びており、複数個のパワーモジュールがその外部接続端子部材に対して回転電機の回転軸回りでアンバランスに配置されている。このため、かかる回転電機では、各パワーモジュールが一つずつ順に電流集中し易くなるので、故障が生じ易くなる。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、バッテリ逆接時におけるパワーモジュールでの電流集中を抑制することが可能な制御装置一体型回転電機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、回転電機と、前記回転電機を制御する制御回路と、前記回転電機の回転軸回りに複数配設された、前記制御回路によりそれぞれ制御されるスイッチング素子モジュールと、前記スイッチング素子モジュールの電源端子を外部接続端子部材に接続させるバスバーと、を有する制御装置と、を備える制御装置一体型回転電機であって、前記外部接続端子部材は、前記非配設領域に配置されていると共に、前記バスバーは、前記外部接続端子部材との接続部側から前記回転軸を向いて前記回転軸回りの左右それぞれに延びていると共に、それぞれ複数の前記スイッチング素子モジュールの電源端子に接続されている左回りバスバー部及び右回りバスバー部を有している制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、バスバーが、外部接続端子部材との接続部側から回転軸に対して左回りに延びて複数のスイッチング素子モジュールの電源端子に接続する左回りバスバー部と、外部接続端子部材との接続部側から回転軸に対して右回りに延びて複数のスイッチング素子モジュールの電源端子に接続する右回りバスバー部と、を有するので、各スイッチング素子モジュールの電源端子からバスバーを介して外部接続端子部材に至るまでの経路長のうち最長経路長を短くすること、すなわち、最長経路長と最短経路長との差を小さくすることができる。このため、複数のスイッチング素子モジュールでの経路インピーダンスの差を小さくすることができ、これにより、バッテリ逆接時に一つのスイッチング素子モジュールに電流が集中するのを抑制することができ、スイッチング素子が発熱によって故障し易くなるのを防ぐことができる。
請求項2記載の発明は、前記左回りバスバー部に接続する前記スイッチング素子モジュールの数と前記右回りバスバーに接続する前記スイッチング素子モジュールの数とは、同数である制御装置一体型回転電機である。この構成によれば、左回りバスバー部と右回りバスバー部とが同数のスイッチング素子モジュールに接続されるので、左回りバスバー部の経路長と右回りバスバー部の経路長とを合わせ易くすることができ、両経路長の均等化を図ることができる。このため、複数のスイッチング素子モジュールでの経路インピーダンスの差を小さくすることができる。
請求項3記載の発明は、複数の前記スイッチング素子モジュールのうち、前記バスバーの経路上で前記接続部から前記回転軸回りに最も遠くに位置する前記スイッチング素子モジュールは、前記左回りバスバー部に接続する電源端子と、前記右回りバスバー部に接続する電源端子と、を有している制御装置一体型回転電機である。この構成によれば、左回りバスバー部及び右回りバスバー部がそれぞれ、バスバーの経路上で上記接続部から回転軸回りに最も遠くに位置するスイッチング素子モジュールの電源端子に接続されるので、左回りバスバー部を介する経路長と右回りバスバー部を介する経路長との均等化を図ることができ、これにより、複数のスイッチング素子モジュールでの経路インピーダンスの差を小さくすることができる。
請求項4記載の発明は、前記バスバーは、前記スイッチング素子モジュールの正極電源端子を第1外部接続端子部材に接続させる正極バスバーと、前記スイッチング素子モジュールの負極電源端子を第2外部接続端子部材に接続させる負極バスバーと、を有し、前記正極バスバーは、前記第1外部接続端子部材との接続部側から前記回転軸を向いて前記回転軸回りの左右それぞれに延びていると共に、それぞれ複数のスイッチング素子モジュールの正極電源端子に接続されている左回り正極バスバー部及び右回り正極バスバー部を有している制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、正極バスバーが、第1外部接続端子部材との接続部側から回転軸に対して左回りに延びる左回り正極バスバー部と、第1外部接続端子部材との接続部側から回転軸に対して右回りに延びる右回り正極バスバー部と、を有するので、各スイッチング素子モジュールの正極電源端子から正極バスバーを介して外部接続端子部材に至るまでの経路長のうち最長経路長を短くすること、すなわち、最長経路長と最短経路長との差を小さくすることができる。このため、複数のスイッチング素子モジュールでの経路インピーダンスの差を小さくすることができ、これにより、バッテリ逆接時に一つのスイッチング素子モジュールに電流が集中するのを抑制することができ、スイッチング素子が発熱によって故障し易くなるのを防ぐことができる。
請求項5記載の発明は、各スイッチング素子モジュールはそれぞれ、同一樹脂封止パッケージ内にスイッチング回路を構成する上アーム素子及び下アーム素子が複数組含まれるモジュールである制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、同一樹脂封止パッケージ内に複数組の上アーム素子及び下アーム素子を収容するので、各組間における上下アーム素子の距離を小さくすることができる。このため、同一樹脂封止パッケージ内のある一組の上下アーム素子が発熱したときに、その熱がその同一樹脂封止パッケージ内の他組の上下アーム素子に伝達され易いので、一組の上下アーム素子に電流集中が生じ易くなるのを防ぐことができる。
請求項6記載の発明は、前記バスバーは、前記外部接続端子部材との接続部側とは前記回転軸の中心を挟んだ反対側の位置で周方向に分割されている制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、バスバーの外部接続端子部材との接続部側から回転軸回りの左右それぞれに延びる部位が回転軸の中心を挟んだ反対側の位置で接続されないので、上記の最長経路長を確実に短くすることができると共に、その左右それぞれに延びる部位同士が軸方向に分割されたものでないので、制御装置一体型回転電機の軸方向全長を短くすることができる。
請求項7記載の発明は、前記バスバーは、前記回転軸に対して直交する面に平行に延びていると共に、前記回転軸の中心を通り該回転軸に直交する方向に延びる線に対して対称に形成されかつ配置されている制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、バスバーが回転軸に対して直交する面に平行に延びて上記の線に対して対称に形成されかつ配置されるので、バスバーの接続部からスイッチング素子モジュールに至る経路長のうち最長経路長を短くすることすなわち最短経路長と最長経路長との差を小さくすることができる。このため、各スイッチング素子モジュールそれぞれにおける経路インピーダンスの差を確実に小さくすることができ、これにより、バッテリ逆接時における一つのスイッチング素子モジュールへの電流集中を抑制することができる。
請求項8記載の発明は、前記制御回路は、前記回転軸回りの一部に切り欠きが設けられている制御基板に実装されており、前記外部接続端子部材は、前記切り欠き内又は前記切り欠きの径方向外側に配置されている制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、回転軸回りのスイッチング素子モジュールの配置に影響を及ぼすことなく、バスバーが接続する外部接続端子部材などの配置スペースを確保することができる。また、回転軸回りのスイッチング素子モジュールの搭載レイアウトに合わせて制御基板を形成して配置することができるので、制御基板において広い基板面積を確保して各素子の実装面積を増加させることができる。
請求項9記載の発明は、前記バスバーは、前記回転軸に対する径方向に空いた第1貫通孔と、前記回転軸に対する軸方向に空いた第2貫通孔と、を有し、前記外部接続端子部材は、前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔の何れか一方に挿入されて前記バスバーに接続されている制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、バスバーに接続される外部接続端子部材を、径方向に空いた第1貫通孔に挿入することができると共に、軸方向に空いた第2貫通孔にも挿入することができる。すなわち、外部接続端子部材のバスバーへの挿入を第1貫通孔と第2貫通孔とで選択的に行うことができる。このため、制御装置一体型回転電機を搭載できるバリエーションを増やすことができ、様々なバリエーションに対応して制御装置一体型回転電機の種類が増えるのを防止することができる。
請求項10記載の発明は、前記制御装置は、前記バスバーが一体化された樹脂ケースと、前記樹脂ケースの内部に前記制御回路及び前記スイッチング素子モジュールが収容された状態で注入された樹脂部材と、を有している制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、樹脂ケースの内部に収容された制御回路及びスイッチング素子モジュールを樹脂部材を用いて確実に固定することができる。また、熱抵抗を下げることができ、スイッチング素子モジュールやバスバーなどの発熱部品を放熱し易くして冷却し易くすることができると共に、スイッチング素子モジュールなどにおける素子の耐環境性や異物浸入に対する信頼性を高めることができる。
請求項11記載の発明は、前記回転電機は、二組の固定子巻線を有し、前記左回りバスバー部は、前記接続部側から前記回転軸に対して左回りに延びると共に、一組の前記固定子巻線を通電制御する前記スイッチング素子モジュールの電源端子を前記外部接続端子部材に接続させ、前記右回りバスバー部は、前記接続部側から前記回転軸に対して右回りに延びると共に、残り一組の前記固定子巻線を通電制御する前記スイッチング素子モジュールの電源端子を前記外部接続端子部材に接続させる制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、一方の組の固定子巻線に対応するスイッチング素子モジュール内のスイッチング素子で発生したサージ電圧が、その組に対応するバスバー部→外部接続端子部材→他の組に対応するバスバー部を経由して遠回りで他の組の固定子巻線に対応するスイッチング素子モジュール内のスイッチング素子へ伝播するので、二組の固定子巻線に対応するそれぞれのスイッチング素子の間の経路インピーダンスが大きい。このため、それらのスイッチング素子間で伝播サージ電圧を伝播し難くすることができ、その伝播サージ電圧の大きさを低減することができる。従って、自己サージ電圧と伝播サージ電圧とがタイミング的に重畳しても、全体のサージ電圧を小さく抑えることができる。
請求項12記載の発明は、前記制御装置は、前記スイッチング素子モジュールの電源端子間に介在するコンデンサを有している制御装置一体型回転電機である。この構成によれば、コンデンサにより、電源端子間の電圧を平滑化することができると共に、スイッチング素子モジュール内のスイッチング素子間で伝播する伝播サージ電圧を吸収することができる。
請求項13記載の発明は、前記コンデンサは、偶数個設けられ、前記偶数個のコンデンサは、前記バスバーと前記外部接続端子部材との接続部を挟んだ前記回転軸回りの左右において同数ずつ対称位置に配置されている制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、バッテリ逆接時、回転軸回りの左右に配置されたコンデンサに分岐して電流が流れる。このため、バッテリ逆接時に、一つのコンデンサに電流が集中するのを抑制することができ、コンデンサの熱による容量低下を防ぐことができる。また、一つのスイッチング素子モジュールへの電流集中の抑制を一層図ることができ、スイッチング素子モジュールの素子が発熱によって故障し易くなるのを更に防ぐことができる。
請求項14記載の発明は、前記コンデンサは、4個以上設けられ、前記コンデンサは、前記バスバーと前記外部接続端子部材との接続部に近い位置に配置されるものほど大きい容量を有している制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、一般的に容量が大きいコンデンサの体格は大きいため、バッテリ逆接時、外部接続端子部材との接続部に近い側に配置された容量の大きいコンデンサに電流が偏っても、そのコンデンサの発熱が抑制され、これにより、回転軸回りの左右それぞれにおいて複数のコンデンサの発熱を均一化することができ、コンデンサの熱が偏って発生するのを防止することができる。
請求項15記載の発明は、前記コンデンサの両端子は、樹脂で覆われている制御装置一体型回転電機である。この構成によれば、コンデンサの耐環境性や耐振性に対する信頼性を高めることができる。
請求項16記載の発明は、前記バスバーは、前記スイッチング素子モジュールの正極電源端子を第1外部接続端子部材に接続させる正極バスバーと、前記スイッチング素子モジュールの負極電源端子を第2外部接続端子部材に接続させる負極バスバーと、を有し、前記正極バスバー及び前記負極バスバーは、板面同士が向き合うように配置されている制御装置一体型回転電機である。
この構成によれば、バスバー同士を全域に亘って近接配置させつつ、両バスバーそれぞれに流れる電流を互いに逆向きに流通させることができるので、バスバーでの電流流通による磁束を効果的に打ち消し合うことができる。従って、バスバーにおける配線インダクタンスを小さくすることができるため、スイッチング素子モジュール内のスイッチング素子のスイッチングに伴って発生する自己サージ電圧を抑制することができる。
以下、本発明に係る制御装置一体型回転電機の具体的な実施形態について、図1〜図25を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態の制御装置一体型回転電機1の構成について説明する。
制御装置一体型回転電機1は、例えば車両に搭載されており、バッテリなどの電源2から電力が供給されることで車両を駆動するための駆動力を発生すると共に、また、車両のエンジンから駆動力が供給されることで電源2を充電するための電力を発生する装置である。制御装置一体型回転電機1は、図1及び図2に示す如く、回転電機10と、制御装置11と、を一体的に備えたものである。
回転電機10は、電力が供給されることで車両を駆動するための駆動力を発生すると共に、また、エンジンから駆動力が供給されることで電源2を充電するための電力を発生する機器である。回転電機10は、三相交流モータジェネレータである。回転電機10は、ハウジング100と、固定子101と、回転子102と、スリップリング103と、ブラシ104と、回転角度検出用磁石105と、を備えている。
ハウジング100は、固定子101及び回転子102を収容するとともに、回転子102を回転可能に支持する部材である。ハウジング100は、また、制御装置11が固定される部材である。ハウジング100は、制御装置11が固定される際に制御装置11と嵌合する、円弧板状の嵌合部100aを備えている。
固定子101は、磁路の一部を構成するとともに、電流が流れることで回転磁界を発生する部材である。固定子101は、固定子コア101aと、固定子巻線101bと、を備えている。固定子巻線101bは、固定子コア101aに巻回されている。固定子巻線101bは、二組設けられている。各組それぞれの固定子巻線101bは、三相巻線からなる。各組それぞれの固定子巻線101bの三相巻線は、互いに等間隔で配置されており、位相が120°ずれた状態に配置されている。回転電機10は、図3に示す如く、それぞれ三相巻線からなる二組の固定子巻線101b−1,101b−2を有している。二組の固定子巻線101b−1,101b−2は、互いに所定電気角(例えば電気角30°)ずれた状態に配置されている。
以下、固定子巻線101b−1をUVW系固定子巻線101b−1と、固定子巻線101b−2をXYZ系固定子巻線101b−2と、それぞれ称す。UVW系固定子巻線101b−1はU相巻線101b−1U、V相巻線101b−1V、及びW相巻線101b−1Wからなり、また、XYZ系固定子巻線101b−2はX相巻線101b−2X、Y相巻線101b−2Y、及びZ相巻線101b−2Zからなるものとする。また、U相巻線101b−1UとX相巻線101b−2Xとは互いに所定電気角ずれており、V相巻線101b−1VとY相巻線101b−2Yとは互いに所定電気角ずれており、W相巻線101b−1WとZ相巻線101b−2Zとは互いに所定電気角ずれている。
回転子102は、磁路の一部を構成するとともに、電流が流れることで磁極を形成する部材である。回転子102は、回転軸102aと、回転子コア102bと、回転子巻線102cと、を備えている。回転子コア102bは、回転軸102aが挿通される孔を有し、回転軸102aの外周側に配置されている。回転子巻線102cは、回転子コア102bに巻回されている。
スリップリング103及びブラシ104は、回転子巻線102cに直流を供給する部材である。スリップリング103は、絶縁部材103aを介して回転軸102aの外周面に固定されている。ブラシ104は、バネ104aによって回転軸102a側に押圧されつつ先端面がスリップリング103の外周面に接触された状態でハウジング100側のブラシホルダ104bに保持されている。
回転角度検出用磁石105は、回転子102の回転角度を検出するための磁界を発生する部材である。回転角度検出用磁石105は、磁石ホルダ105aに保持された状態で、回転軸102aの軸方向端部に固定されている。
制御装置11は、回転電機10のハウジング100に対して軸方向外側に配設されている。制御装置11は、回転電機10に駆動力を発生させるために、バッテリなどの電源2から回転電機10に供給される電力を制御すると共に、また、電源2を充電するために、回転電機10の発生した電力を変換して電源2に供給する装置である。
制御装置11は、図1、図2、及び図4〜図11に示す如く、回転角度検出回路IC110aと、パワーモジュール110bと、界磁回路IC110cと、マイクロコンピュータ110dと、ケース部材111aと、固定部材111b,111cと、蓋部材111dと、パワーモジュール用ヒートシンク112aと、界磁回路IC用ヒートシンク112bと、マイクロコンピュータ用ヒートシンク112cと、制御基板113aと、電源配線部材113b,113cと、固定子配線部材113dと、回転子配線部材113eと、外部通信用配線部材113fと、樹脂部材114と、コンデンサ120と、を備えている。
制御基板113aは、回転角度検出回路IC110aとパワーモジュール110bと界磁回路IC110cとマイクロコンピュータ110dとの間を配線するための板状の内部配線部材である。制御基板113aには、その表面及び内層に配線パターンが形成されている。制御基板113aは、ケース部材111aの内部に固定されている。制御基板113aは、回転電機10に対してその板面が回転軸102aの軸方向に向くように配置されている。制御基板113aは、図9に示す如く、回転軸102a回りの一部に形成されている切り欠き115を有している。
回転角度検出回路IC110aは、制御基板113aの裏面(すなわち、回転電機10側の面)に実装されている。回転角度検出回路IC110aは、回転角度検出用磁石105に軸方向で対向するように配置されている。回転角度検出回路IC110aは、回転角度検出用磁石105の発生した磁界に基づいて回転子102の回転角度を検出するための回路を構成する電子部品である。
パワーモジュール110bは、回転電機10との間で電力変換を行う電力変換装置としてのインバータ回路を構成する電子部品である。パワーモジュール110bは、同一樹脂パッケージ内にスイッチング回路を構成する上アーム素子と下アーム素子とからなる上下アーム素子が含まれる矩形状のスイッチング素子モジュールである。パワーモジュール110bは、複数設けられている。以下、パワーモジュール110bは、3個設けられているものとし、それぞれ第1パワーモジュール110b−1、第2パワーモジュール110b−2、及び第3パワーモジュール110b−3と称す。
3つのパワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3は、図7に示す如く、回転電機10の回転軸102a回りにその回転軸102aを囲んで環状となるように配設されている。また、回転電機10の回転軸102a回りの一部には、パワーモジュール110bが配設されていない非配設領域116が設けられている。この非配設領域116は、制御基板113aの切り欠き115に対応する領域である。すなわち、制御基板113aの切り欠き115は、回転電機10の回転軸102a回りの非配設領域116側に配置されている。
各パワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3はそれぞれ、上アーム素子と下アーム素子とからなる上下アーム素子が二組(すなわち、二相)、一体化されたモジュールである。パワーモジュール110b−1は、回転電機10のUVW系固定子巻線101b−1のU相及びV相それぞれの上下アーム素子を含んでいる。パワーモジュール110b−2は、UVW系固定子巻線101b−1のW相及びXYZ系固定子巻線101b−2のX相それぞれの上下アーム素子を含んでいる。また、パワーモジュール110b−3は、XYZ系固定子巻線101b−2のY相及びZ相それぞれの上下アーム素子を含んでいる。
各パワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3はそれぞれ、図3に示す如く、二相の上下各アーム素子に対応した4つのスイッチング素子117と、それらの各アーム素子に対応した4つのダイオード118と、を有している。スイッチング素子117は、例えばMOSFETやIGBTなどである。ダイオード118は、スイッチング素子117に並列接続された、電流還流用のダイオードである。各ダイオード118は、温度が高くなるほど順方向電圧VFが小さくなる負の温度特性を有している。
パワーモジュール110bのスイッチング素子117は、マイクロコンピュータ110dによって制御される。各スイッチング素子117が所定タイミングで適宜スイッチングされると、電源2から供給される直流が3相交流に変換されて固定子巻線101bに供給される。また、スイッチング素子117のスイッチングが停止されると、ダイオード118によって固定子巻線101bから供給される3相交流が直流に変換されて電源2に供給される。
界磁回路IC110cは、図9に示す如く、制御基板113aの表面に実装されている。界磁回路IC110cは、マイクロコンピュータ110dによって制御される。界磁回路IC110cは、回転子巻線102cに直流を供給するための回路を構成する電子部品である。
マイクロコンピュータ110dは、図9に示す如く、制御基板113aの表面に実装されている。マイクロコンピュータ110dは、外部から入力される指令、及び、回転角度検出回路IC110aの検出結果に基づいて、パワーモジュール110b及び界磁回路IC110cを制御する電子部品である。マイクロコンピュータ110dは、予め記憶されているプログラムに従って動作し、パワーモジュール110b及び界磁回路IC110cを制御する。
パワーモジュール110b、界磁回路IC110c、及びマイクロコンピュータ110dは、動作中に発熱する。界磁回路IC110c及びマイクロコンピュータ110dは、発熱量が比較的低い低発熱電子部品である。一方、パワーモジュール110bは、界磁回路IC110cやマイクロコンピュータ110dよりも発熱量が高い高発熱電子部品である。
ケース部材111aは、回転角度検出回路IC110a、パワーモジュール110b、界磁回路IC110c、及びマイクロコンピュータ110dを収容する樹脂からなる部材である。ケース部材111aは、図5、図8、図10、及び図11に示す如く、底部111eと、周壁部111fと、開口部111gと、嵌合部111hと、を有している。底部111eは、板状の底部位である。周壁部111fは、底部111eの一面側に形成される筒状の壁部位である。開口部111gは、周壁部111fの底部111eとは反対側に形成される開口した部位である。嵌合部111hは、底部111eの他面側に形成された部位であって、回転電機10に固定される際にハウジング100の嵌合部100aと嵌合する、円弧板状の部位である。
固定部材111b,111cは、ケース部材111aをハウジング100に固定するための金属からなる部材である。固定部材111b,111cは、また、回転電機10の発生した熱を放熱する部材である。固定部材111b,111cは、例えばアルミニウムからなる部材である。
図6に示す如く、固定部材111bは、本体部111iと、フィン部111jと、孔部111kと、を有している。固定部材111cは、本体部111lと、フィン部111mと、孔部111nと、を有している。本体部111i,111lは、板状の部位である。フィン部111j,111mは、本体部111i,111lの一面側に所定間隔をあけて複数形成される薄板状の部位である。孔部111k,111nは、本体部111i,111lに形成される、ケース部材111aをハウジング100に固定するためのボルトが挿通する部位である。固定部材111b,111cは、フィン部111j,111m及び孔部111k,111nを、回転電機10側のケース部材111aの外部に露出させた状態で、ケース部材111aにインサート成形されている。
蓋部111dは、ケース部材111aの開口部111gを覆うための樹脂からなる板状の部材である。
パワーモジュール用ヒートシンク112aは、パワーモジュール110bの発生した熱をケース部材111aの外部に放熱するための金属からなる高発熱用放熱部材であって、例えばアルミニウムからなる。パワーモジュール用ヒートシンク112aは、本体部112dと、フィン部112eと、を有している。本体部112dは、板状の部位である。フィン部112eは、本体部112dの一面側に所定間隔をあけて複数形成される薄板状の部位である。パワーモジュール用ヒートシンク112aは、表面がアルマイト加工されている。パワーモジュール用ヒートシンク112aは、本体部112dの他面をケース部材111aの内部に露出させるとともに、フィン部112eを回転電機10側のケース部材111aの外部に露出させた状態で、電気的に絶縁され、底部111eにインサート成形されている。
界磁回路IC用ヒートシンク112bは、界磁回路IC110cの発生した熱をケース部材111aの外部に放熱するための金属からなる低発熱用放熱部材であって、例えばアルミニウムからなる。界磁回路IC用ヒートシンク112bは、図12に示す如く、本体部112fと、フィン部112gと、を有している。本体部112fは、板状の部位である。フィン部112gは、本体部112fの一面側に所定間隔をあけて複数形成される薄板状の部位である。界磁回路IC用ヒートシンク112bは、本体部112fをケース部材111aの内部に突出させるとともに、フィン部112gを回転電機10側のケース部材111aの外部に露出させた状態で、電気的に絶縁され、底部111eにインサート成形されている。
マイクロコンピュータ用ヒートシンク112cは、マイクロコンピュータ110dの発生した熱をケース部材111aの外部に放熱するための金属からなる低発熱用放熱部材部材であって、例えばアルミニウムからなる。マイクロコンピュータ用ヒートシンク112cは、図13に示す如く、本体部112hと、フィン部112iと、を有している。本体部112hは、板状の部位である。フィン部112iは、本体部112hの一面側に所定間隔をあけて複数形成される薄板状の部位である。マイクロコンピュータ用ヒートシンク112cは、本体部112hをケース部材111aの内部に突出させるとともに、フィン部112iを回転電機10側のケース部材111aの外部に露出させた状態で、電気的に絶縁され、底部111eにインサート成形されている。
固定部材111b,111c、パワーモジュール用ヒートシンク112a、界磁回路IC用ヒートシンク112b及びマイクロコンピュータ用ヒートシンク112cは、互いに離間しており、ケース部材111aをなす樹脂を間に介在させた状態でケース部材111aにインサート成形されている。パワーモジュール用ヒートシンク112a、界磁回路IC用ヒートシンク112b及びマイクロコンピュータ用ヒートシンク112cは、ケース部材111aの回転電機10取付け面側から見た総面積が、ケース部材111aの回転電機10取付け面側から見たケース部材111aの輪郭によって囲まれた面積よりも小さくなるように設定されている。また、固定部材111b,111cは、ケース部材111aの回転電機10取付け面側から見た総面積が、ケース部材111aの回転電機10取付け面側から見たパワーモジュール用ヒートシンク112a、界磁回路IC用ヒートシンク112b及びマイクロコンピュータ用ヒートシンク112cの総面積より小さくなるように設定されている。
電源配線部材113bは、制御基板113aの電源接続部及びパワーモジュール110bの正極電源端子を、ケース部材111aの外部に設けられたバッテリなどの電源2の正極端子に接続させるための金属からなる正極バスバーである。電源配線部材113cは、制御基板113aの電源接続部及びパワーモジュール110bの負極電源端子を、ケース部材111aの外部に設けられた電源2の負極端子に車体を介して接続させるための金属からなる負極バスバーである。以下、電源配線部材113bを正極バスバー113bと、電源配線部材113cを負極バスバー113cと、それぞれ称す。正極バスバー113bと負極バスバー113cとは、互いに同じ金属素材で成形されている。
正極バスバー113b及び負極バスバー113cはそれぞれ、例えば銅板を屈曲成形して構成される板状の部材である。正極バスバー113b及び負極バスバー113cは共に、ケース部材111aに一体化されている。正極バスバー113bと負極バスバー113cとは、ケース部材111aにより互いに絶縁されている。
正極バスバー113bは、制御基板113aに接続される接続部113g及び各パワーモジュール110bの二相の上アーム素子それぞれに接続される接続部113iをケース部材111aの内部に露出させるとともに、電源2側に接続される接続部113kをケース部材111aの外部に露出させた状態でケース部材111aにインサート成形されている。また、負極バスバー113cは、制御基板113aに接続される接続部113h及び各パワーモジュール110bの二相の下アーム素子それぞれに接続される接続部113jをケース部材111aの内部に露出させるとともに、電源2側に接続される接続部113lをケース部材111aの外部に露出させた状態でケース部材111aにインサート成形されている。
正極バスバー113bの電源2側との接続部113k及び負極バスバー113cの電源2との接続部113lは共に、回転電機10の回転軸102a回りの非配設領域116側すなわち制御基板113aの切り欠き115側に配置されている。正極バスバー113bの接続部113kは、分割されて2つ設けられている。これら2つの接続部113kは、互いに接続されている。負極バスバー113cの接続部113lは、正極バスバー113bの2つの接続部113kから等距離だけ径方向外側に離れて一つ設けられている。
正極バスバー113bは、2つの接続部113kから回転電機10の回転軸102a回りの左右それぞれに延びている。尚、この左右は、正極バスバー113bから回転軸102aを向いた際の方向であって、正極バスバー113bを回転電機10側である軸方向内側から見た際のものでなく回転電機10側でない軸方向外側から見た際の回り方向であるとする。正極バスバー113bは、図4に示す如く、左回り正極バスバー部113bLと、右回り正極バスバー部113bRと、を含んでいる。左回り正極バスバー部113bLは、2つの接続部113kのうち一方の接続部113k(具体的には、2つの接続部113kに対して径方向外側に配置される接続部113lから回転軸102a側を向いて右寄り側に配置されるもの)側から回転軸102aに対して左回り(すなわち、反時計回り)に延びている。また、右回り正極バスバー部113bRは、2つの接続部113kのうち他方の接続部113k(具体的には、接続部113lから回転軸102a側を向いて左寄り側に配置されるもの)側から回転軸102aに対して右回り(すなわち、時計回り)に延びている。
負極バスバー113cは、接続部113lから径方向内側に延びると共に回転電機10の回転軸102a回りの左右それぞれに延びている。尚、この左右は、負極バスバー113cから回転軸102aを向いた際の方向であって、負極バスバー113cを回転電機10側である軸方向内側から見た際のものでなく回転電機10側でない軸方向外側から見た際の回り方向であるとする。負極バスバー113cは、図4に示す如く、左回り負極バスバー部113cLと、右回り負極バスバー部113cRと、を含んでいる。左回り負極バスバー部113cLは、接続部113l側から回転軸102aに対して左回り(すなわち、反時計回り)に延びている。右回り負極バスバー部113cRは、接続部113l側から回転軸102aに対して右回り(すなわち、時計回り)に延びている。
正極バスバー113b及び負極バスバー113cはそれぞれ、その中心部(具体的には、ほぼ回転軸102aに一致する部位)の鉛直上に回転角度検出用磁石105及び回転角度検出回路IC110aが配置されるように形成されている。
正極バスバー113bは、2つの接続部113kの中点から回転軸102aを向いて、回転軸102a回りにおいて左右対称に形成されかつ配置されている。具体的には、左回り正極バスバー部113bLと右回り正極バスバー部113bRとは、回転軸102aに対して直交する面に平行に延びていると共に、その回転軸102aの中心を通りその回転軸102aに直交する方向に延びる線に対して対称(すなわち、線対称)に形成されかつ配置されている。
正極バスバー113bは、回転電機10の回転軸102a回りの一部で開口する開口部119bを有している。開口部119bは、2つの接続部113kを結ぶ線分の中点とは回転軸102aを挟んで反対側の位置に設けられており、回転軸102aに対して非配設領域116とは反対側に開口する部位である。左回り正極バスバー部113bLと右回り正極バスバー部113bRとは、2つの接続部113kとは回転軸102aを挟んで反対側の位置において、互いに接続することなく開口部119bを介して離間している。
負極バスバー113cは、接続部113lから回転軸102aを向いて、回転軸102a回りにおいて左右対称に形成されかつ配置されている。具体的には、左回り負極バスバー部113cLと右回り負極バスバー部113cRとは、回転軸102aに対して直交する面に平行に延びていると共に、その回転軸102aの中心を通りその回転軸102aに直交する方向に延びる線に対して対称(すなわち、線対称)に形成されかつ配置されている。
負極バスバー113cは、回転電機10の回転軸102a回りの一部で開口する開口部119cを有している。開口部119cは、接続部113lとは回転軸102aを挟んで反対側の位置に設けられており、回転軸102aに対して非配設領域116とは反対側に開口する部位である。左回り負極バスバー部113cLと右回り負極バスバー部113cRとは、接続部113lとは回転軸102aを挟んで反対側の位置において、互いに接続することなく開口部119cを介して離間している。
正極バスバー113bの右回り正極バスバー部113bRには、パワーモジュール110b−1に含まれるU相及びV相並びにパワーモジュール110b−2に含まれるW相それぞれの上アーム素子が接続されている。また、正極バスバー113bの左回り正極バスバー部113bLには、パワーモジュール110b−2に含まれるX相並びにパワーモジュール110b−3に含まれるY相及びZ相それぞれの上アーム素子が接続されている。
負極バスバー113cの右回り負極バスバー部113cRには、パワーモジュール110b−1に含まれるU相及びV相並びにパワーモジュール110b−2に含まれるW相それぞれの下アーム素子が接続されている。また、負極バスバー113cの左回り負極バスバー部113cLには、パワーモジュール110b−2に含まれるX相並びにパワーモジュール110b−3に含まれるY相及びZ相それぞれの下アーム素子が接続されている。
正極バスバー113b及び負極バスバー113cは共に、回転軸102a回りに配設されたパワーモジュール110bに対してその回転軸102a側(すなわち、径方向内側)に配置されている。正極バスバー113bと負極バスバー113cとは、互いに絶縁されており、回転電機10の回転軸102aの径方向に離間して配置されている。尚、正極バスバー113b又は負極バスバー113cは、もう一方のバスバー113c,113bとの接触を避けるため、例えばU字状や矩形状に軸方向に屈曲又は湾曲した部位を有していてもよい。
正極バスバー113b及び負極バスバー113cはそれぞれ、パワーモジュール110bに対する径方向内側において、3つのパワーモジュール110bの内周側壁面に沿うように回転軸102a回りで屈曲又は湾曲した形状(例えば、矩形状)に形成されていると共に、正極バスバー113bが負極バスバー113cに対して径方向内側に位置して延在するように配置されている。
正極バスバー113bと負極バスバー113cとは、互いに沿うように形成されかつ配置されている。正極バスバー113bと負極バスバー113cとは、互いに沿って延在する部位の略全域に亘って、径方向に所定間隔が維持された状態で離間している。この所定間隔離間した正極バスバー113bと負極バスバー113cとにおいては、互いに逆向きに電流が流通する。正極バスバー113bと負極バスバー113cとは、図15に示す如く、その板面の法線が回転軸102aに対して直交する面に平行に延び、その板面同士が回転軸102aに対して直交する方向に離間しつつ向き合う(すなわち、対面する)ように配置されている。尚、上記の所定間隔は、予め定められた一定のものであればよい。尚、正極バスバー113bと負極バスバー113cとは、その板面の法線が軸方向に向けて延び、その板の側壁同士が回転軸102aに対して直交する方向に離間しつつ対向するように配置されていてもよい。
図3及び図14に示す如く、コンデンサ120は、電源2の正極端子と負極端子との間すなわち各パワーモジュール110bの正極電源端子と負極電源端子との間に介在している。すなわち、コンデンサ120の一端は電源2の正極端子側に接続されていると共に、コンデンサ120の他端は電源2の負極端子側に接続されている。コンデンサ120は、インバータ回路において電圧を平滑化するために設けられている。コンデンサ120は、略円柱状に形成された例えばアルミ電解コンデンサや積層コンデンサなどである。コンデンサ120は、正極バスバー113b及び負極バスバー113cが接続部113k,113l側から回転軸102a回りで左右それぞれに延びることに対応して、左右2つずつ、合計4個設けられている。
以下、接続部113k,113lから回転軸102a側を向いて左寄り側に配置される2つのコンデンサ120をコンデンサ120aとし、それぞれ添え字1,2で表すものとする。また、接続部113k,113lから回転軸102a側を向いて右寄り側に配置される2つのコンデンサ120をコンデンサ120bとし、それぞれ添え字1,2で表すものとする。
すべてのコンデンサ120は、ケース部材111aの内部に収容されている。コンデンサ120は、接続部113k(具体的には、2つの接続部113kを結ぶ線分の中点)を挟んだ回転軸102a回りの左右においてバランスして配置されている。コンデンサ120a−1,120a−2は、2つの接続部113kのうち図4における左側の接続部113kに対して回転軸102a回りの左寄り側に配置されており、互いに並んで配置されている。コンデンサ120b−1,120b−2は、2つの接続部113kのうち図4における右側の接続部113kに対して回転軸102a回りの右寄り側に配置されており、互いに並んで配置されている。
各コンデンサ120の両端子は、正極バスバー113b及び負極バスバー113cに接続されている。具体的には、コンデンサ120a−1とコンデンサ120a−2とは、正極バスバー113bの右回り正極バスバー部113bRと負極バスバー113cの右回り負極バスバー部113cRとの間で並列接続されている。コンデンサ120b−1とコンデンサ120b−2とは、正極バスバー113bの左回り正極バスバー部113bLと負極バスバー113cの左回り負極バスバー部113cLとの間で並列接続されている。コンデンサ120a−1,120b−1それぞれの両端子は、直接に正極バスバー113b及び負極バスバー113cに接続されている。また、コンデンサ120a−2,120b−2それぞれの両端子は、コンデンサ120a−1,120b−1の端子を介して正極バスバー113b及び負極バスバー113cに接続されている。
コンデンサ120aとコンデンサ120bとは、上記した接続部113kを挟んだ回転軸102a回りの左右において対称位置に配置されている。具体的には、コンデンサ120a−1とコンデンサ120b−1とは、上記した接続部113kを挟んだ回転軸102a回りの左右において対称位置に配置されていると共に、コンデンサ120a−2とコンデンサ120b−2とは、上記した接続部113kを挟んだ回転軸102a回りの左右において対称位置に配置されている。
コンデンサ120a−1の容量とコンデンサ120a−2の容量とを合計した合計容量と、コンデンサ120b−1の容量とコンデンサ120b−2の容量とを合計した合計容量と、は互いに同じである。コンデンサ120a−1の容量とコンデンサ120b−1の容量と、は互いに同じである。また、コンデンサ120a−2の容量とコンデンサ120b−2の容量と、は互いに同じである。
コンデンサ120a−1は、コンデンサ120a−2に比して接続部113kに電気的に近い側に配置されている。コンデンサ120a−1の容量は、コンデンサ120a−2の容量に比して大きい。コンデンサ120b−1は、コンデンサ120b−2に比して接続部113kに電気的に近い側に配置されている。コンデンサ120b−1の容量は、コンデンサ120b−2の容量に比して大きい。各コンデンサ120の両端子は、樹脂でポッティングされている。尚、このコンデンサ120の両端子への樹脂ポッティングは、後述の樹脂部材114を用いて実現されることとしてもよい。
固定子配線部材113dは、各パワーモジュール110bの上下アーム素子の出力端子を、ケース部材111aの外部に設けられた固定子巻線101bに接続させるための金属からなる配線部材である。固定子配線部材113dは、例えば銅板を屈曲成形して構成される部材である。固定子配線部材113dは、パワーモジュール110bとの接続部113mをケース部材111aの内部に露出させるとともに、固定子巻線101bとの接続部113nをケース部材111aの外部に露出させた状態でケース部材111aにインサート成形されている。
回転子配線部材113eは、制御基板113aの回転子巻線接続部を、ケース部材111aの外部に設けられた回転子巻線102cに、ブラシ104及びスリップリング103を介して接続させるための金属からなる外部配線部材である。回転子配線部材113eは、例えば銅板を屈曲成形して構成される部材である。回転子配線部材113eは、制御基板113aとの接続部113oをケース部材111aの内部に露出させるとともに、ブラシ104との接続部113pをケース部材111aの外部に露出させた状態でケース部材111aにインサート成形されている。
外部通信用配線部材113fは、制御基板113aの外部通信用接続部を、ケース部材111aの外部に設けられた外部装置に配線するための金属からなる外部配線部材である。外部通信用配線部材113fは、例えば銅板を屈曲成形して構成される部材である。外部通信用配線部材113fは、制御基板113aとの接続部113qをケース部材111aの内部に露出させるとともに、外部装置との接続部113rをケース部材111aの外部に露出させた状態でケース部材111aにインサート成形されている。
パワーモジュール110bは、パワーモジュール用ヒートシンク112aの本体部112dの他面に、絶縁性を有する薄板状の熱伝導部材110eを介して接触した状態で配置されている。パワーモジュール110bの電源端子は、そのパワーモジュール110bの回転軸102a側(すなわち、径方向内側)において正極バスバー113b及び負極バスバー113cの接続部113i,113jに接続されている。パワーモジュール110bの出力端子は、そのパワーモジュール110bの径方向外側において固定子配線部材113dの接続部113mに接続されている。
回転角度検出回路IC110aは、回転角度検出用磁石105に対して回転軸102aの軸方向に対向する位置に配置されている。界磁回路IC110cは、界磁回路IC用ヒートシンク112bの本体部112fの他面に、制御基板113aを介して接触した状態で配置されている。マイクロコンピュータ110dは、マイクロコンピュータ用ヒートシンク112cの本体部112hの他面に制御基板113aを介して接触した状態で配置されている。
樹脂部材114は、ケース部材111aの内部に収容された回転角度検出回路IC110a、パワーモジュール110b、界磁回路IC110c及びマイクロコンピュータ110d等を防水するためにケース部材111aの内部に注入される絶縁性を有する樹脂からなる部材である。樹脂部材114は、例えばゲル状の部材である。樹脂部材114は、回転角度検出回路IC110a、パワーモジュール110b、界磁回路IC110c及びマイクロコンピュータ110dがケース部材111aの内部に収容されるとともに、制御基板113a、バスバー113b,113c、固定子配線部材113d、回転子配線部材113e、及び外部通信用配線部材113fによって配線された状態でケース部材111aの内部にポッティングされる。ケース部材111aの開口部111gは、蓋部材に111dよって覆われている。
制御装置11は、ケース部材111aの嵌合部111hを回転電機10の嵌合部100aに嵌合させた状態で、固定部材111b,111cの孔部に挿通させたボルト111oによってハウジング100に固定されている。正極バスバー113bの接続部113kには、電源2の正極端子と接続するための外部接続端子部材113uが接続されている。負極バスバー113cの接続部113lには、ハウジング100及び車両の車体を介して電源2の負極端子と接続するための外部接続端子部材113vが接続されている。
外部接続端子部材113u,113vはそれぞれ、例えばボルト状の部材である。外部接続端子部材113u,113vは、制御基板113aに設けられた切り欠き115内又はその切り欠き115の径方向外側に配置されており、回転電機10の回転軸102a回りの非配設領域116側に配置されている。固定子配線部材113dの接続部113nは、配線部材113sを介して固定子巻線101bに接続されている。回転子配線部材113eの接続部113pは、配線部材113tを介してブラシ104に接続されている。
次に、本実施形態の制御装置一体型回転電機1の動作について説明する。まず、車両を駆動するための駆動力を発生する際の動作について説明する。
バッテリなどの電源2の負極端子は、車体に接続されており、ハウジング100を介して負極バスバー113cの接続部113lに接続されている。車両のイグニッションスイッチ(図略)がオンされると、そのイグニションオン中は、電源2の正極端子が外部接続端子部材113uを介して正極バスバー113bの接続部113kに接続される。
かかる接続がなされると、正極バスバー113b及び負極バスバー113cの接続部113i,113jを介してパワーモジュール110bの電源端子に直流が供給される。また、正極バスバー113b及び負極バスバー113cの接続部113g,113hを介して制御基板113aに直流が供給され、制御基板113aの配線パターンを介して回転角度検出回路IC110a、界磁回路IC110c及びマイクロコンピュータ110dに直流が供給される。回転角度検出回路IC110a、界磁回路IC110c、及びマイクロコンピュータ110dはそれぞれ、直流が供給されることで動作する。
回転角度検出回路IC110aは、動作中、回転角度検出用磁石105の発生した磁界に基づいて回転子102の回転角度を検出する。また、マイクロコンピュータ110dは、動作中、外部通信用配線部材113f及び制御基板113aの配線パターンを介して外部から入力される指令、並びに、回転角度検出回路IC110aの検出結果に基づいて、パワーモジュール110bの動作及び界磁回路IC110cの動作を制御する。
制御基板113aは、回転子配線部材113eの接続部113oに接続されている。回転子配線部材113eの接続部113pは、配線部材113tを介してブラシ104に接続されている。界磁回路IC110cは、マイクロコンピュータ110dによって制御され、制御基板113aの配線パターン、回転子配線部材113e、配線部材113t、ブラシ104、及びスリップリング103を介して回転子巻線102cに直流を供給する。
制御基板113aは、また、パワーモジュール110bの信号端子に接続されている。パワーモジュール110bの出力端子は、固定子配線部材113dの接続部113mに接続されている。固定子配線部材113dの接続部113nは、配線部材113sを介して固定子巻線101bに接続されている。パワーモジュール110bのスイッチング素子117は、マイクロコンピュータ110dによって制御され、電源端子に供給された直流を3相交流に変換して、固定子配線部材113d及び配線部材113sを介して固定子巻線101bに供給する。このように電源2からパワーモジュール110bを介して固定子巻線101bへ直流が供給されると、回転電機10は、車両を駆動するため駆動力を発生する。
次に、電源2を充電するための電力を発生する際の動作について説明する。
車両エンジンから駆動力が供給されると、固定子巻線101bは、3相交流を発生する。マイクロコンピュータ110dは、パワーモジュール110bのスイッチング素子117のスイッチングを停止させる。パワーモジュール110bのダイオード118は、固定子巻線101bから配線部材113s及び固定子配線部材113dを介して供給される3相交流を直流に変換し、正極バスバー113b、負極バスバー113c、及び外部接続端子部材113uを介して電源2に供給する。このように電源2に直流が供給されると、電源2は、回転電機10の発生した電力によって充電される。
次に、本実施形態の制御装置一体型回転電機1の特徴部及びその効果について説明する。
本実施形態においては、バスバー113b,113cが、外部接続端子部材113u,113vとの接続部113k,113l側から回転電機10の回転軸102aを向いてその回転軸102a回りの左右それぞれに延びており、更には、左右それぞれにおいて回転軸102aを挟んでその回転軸102a回りの非配設領域116(すなわち、切り欠き115)とは反対側まで延びており、複数(具体的には、2つ)のパワーモジュール110bの電源端子に接続されている。
正極バスバー113bは、右回り正極バスバー部113bRと左回り正極バスバー部113bLとを有している。右回り正極バスバー部113bRと左回り正極バスバー部113bLとは、互いに同数(具体的には、2つ)のパワーモジュール110bの正極電源端子に接続されている。すなわち、右回り正極バスバー部113bRに正極電源端子が接続するパワーモジュール110bの数と左回り正極バスバー部113bLに正極電源端子が接続するパワーモジュール110bの数とは、同数である。
右回り正極バスバー部113bRは、接続部113k側から回転軸102aに対して右回りに延びていると共に、2つのパワーモジュール110b−1,110b−2の正極電源端子に接続されている。左回り正極バスバー部113bLは、接続部113k側から回転軸102aに対して左回りに延びていると共に、2つのパワーモジュール110b−2,110b−3の正極電源端子に接続されている。3つのパワーモジュール110bのうち、正極バスバー113bの経路上で接続部113kから回転軸102a回りに最も遠くに位置するパワーモジュール110b−2は、右回り正極バスバー部113bRに接続する正極電源端子と、左回り正極バスバー部113bLに接続する正極電源端子と、を有している。右回り正極バスバー部113bRに接続する正極電源端子は、UVW系の正極電源端子である。左回り正極バスバー部113bLに接続する正極電源端子は、XYZ系の正極電源端子である。
また、負極バスバー113cは、右回り負極バスバー部113cRと左回り負極バスバー部113cLとを有している。右回り負極バスバー部113cRと左回り負極バスバー部113cLとは、互いに同数(具体的には、2つ)のパワーモジュール110bの負極電源端子に接続されている。すなわち、右回り負極バスバー部113cRに負極電源端子が接続するパワーモジュール110bの数と左回り負極バスバー部113cLに負極電源端子が接続するパワーモジュール110bの数とは、同数である。
右回り負極バスバー部113cRは、接続部113l側から回転軸102aに対して右回りに延びていると共に、2つのパワーモジュール110b−1,110b−2の負極電源端子に接続されている。左回り負極バスバー部113cLは、接続部113l側から回転軸102aに対して左回りに延びていると共に、2つのパワーモジュール110b−2,110b−3の負極電源端子に接続されている。3つのパワーモジュール110bのうち、負極バスバー113cの経路上で接続部113lから回転軸102a回りに最も遠くに位置するパワーモジュール110b−2は、右回り負極バスバー部113cRに接続する負極電源端子と、左回り負極バスバー部113cLに接続する負極電源端子と、を有している。右回り負極バスバー部113cRに接続する負極電源端子は、UVW系の負極電源端子である。左回り負極バスバー部113cLに接続する負極電源端子は、XYZ系の負極電源端子である。
バスバーが外部接続端子部材との接続部側から回転軸回りの左右の何れか一方にのみ延びる対比構成では、外部接続端子部材から各パワーモジュールそれぞれに至るまでの経路長が、バスバーの延びる方向に沿って徐々に長くなるため、外部接続端子部材から遠方にあるパワーモジュールほど経路インピーダンスが大きくなってしまう。
これに対して、上記した本実施形態の構成においては、バスバーが回転軸回りの左右の何れか一方にのみ延びる対比構成と比較して、各パワーモジュール110bそれぞれの正極電源端子から正極バスバー113bを介して外部接続端子部材113uに至るまでの経路長のうち最長経路長を短くすると共に、各パワーモジュール110bそれぞれの負極電源端子から負極バスバー113cを介して外部接続端子部材113vに至るまでの経路長のうち最長経路長を短くすること、すなわち、それらの経路長で最長経路長と最短経路長との差を小さくすることができる。
また、右回り正極バスバー部113bRに正極電源端子が接続するパワーモジュール110bの数と左回り正極バスバー部113bLに正極電源端子が接続するパワーモジュール110bの数とが同数(具体的には、2つ)であるので、右回り正極バスバー部113bRを介した経路長と左回り正極バスバー部113bLを介した経路長とを合わせ易くすることができ、両経路長の左右差を小さくすることができる。更に、右回り負極バスバー部113cRに負極電源端子が接続するパワーモジュール110bの数と左回り負極バスバー部113cLに負極電源端子が接続するパワーモジュール110bの数とが同数(具体的には、2つ)であるので、右回り負極バスバー部113cRを介した経路長と左回り負極バスバー部113cLを介した経路とを合わせ易くすることができ、両経路長の左右差を小さくすることができる。
このため、本実施形態によれば、複数のパワーモジュール110bでの経路インピーダンスの差を小さくすることができ、これにより、電源2のバッテリ逆接時に一つのパワーモジュール110bに電流が集中するのを抑制することができ、パワーモジュール110bが有するスイッチング素子117が発熱によって故障し易くなるのを防ぐことができる。
本実施形態においては、各パワーモジュール110bそれぞれの同一樹脂封止パッケージ内にスイッチング回路を構成する上アーム素子及び下アーム素子が複数組含まれている。かかる構成においては、一つのパッケージ内に一組の上下アーム素子しか含まれない対比構成と比較して、各組間における上下アーム素子の距離を小さくすることができる。このため、本実施形態によれば、同一樹脂封止パッケージ内の一組の上下アーム素子が発熱したときに、その熱がその同一樹脂封止パッケージ内の他組の上下アーム素子に伝達され易いので、一組の上下アームに電流集中が生じ易くなるのを防ぐことができる。
本実施形態においては、正極バスバー113bが、外部接続端子部材113uとの接続部113k側から回転電機10の回転軸102aを向いて回転軸102a回りの左右それぞれに延びており、回転軸102aに対して直交する面に平行に延びていると共に、回転軸102aの中心を通り回転軸102aに直交する方向に延びる線に対して左右対称に形成されかつ配置されている。すなわち、正極バスバー113bは、線対称に形成されかつ配置された、接続部113k側から左回りに延びる左回り正極バスバー部113bLと接続部113k側から右回りに延びる右回り正極バスバー部113bRとを含んでいる。
また、負極バスバー113cが、外部接続端子部材113vとの接続部113l側から回転電機10の回転軸102aを向いて回転軸102a回りの左右それぞれに延びており、回転軸102aに対して直交する面に平行に延びていると共に、回転軸102aの中心を通り回転軸102aに直交する方向に延びる線に対して左右対称に形成されかつ配置されている。すなわち、負極バスバー113cは、線対称に形成されかつ配置された、接続部113l側から左回りに延びる左回り負極バスバー部113cLと接続部113l側から右回りに延びる右回り負極バスバー部113cRとを含んでいる。
かかる構成においては、正極バスバー113bの接続部113kから3つのパワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3それぞれに至る経路長のうち最長経路長を短くすることすなわち最短経路長と最長経路長との差を小さくすることができると共に、負極バスバー113cの接続部113lから3つのパワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3それぞれに至る経路長のうち最長経路長を短くすることすなわち最短経路と最長経路との差を小さくすることができる。このため、本実施形態によれば、各パワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3それぞれにおける経路インピーダンスの差を確実に小さくすることができ、これにより、バッテリ逆接時における一つのパワーモジュール110bへの電流集中を抑制することができる。
本実施形態においては、正極バスバー113bが、回転電機10の回転軸102aに対して非配設領域116とは反対側に開口する開口部119bを有していると共に、負極バスバー113cが、回転電機10の回転軸102aに対して非配設領域116とは反対側に開口する開口部119cを有している。すなわち、正極バスバー113bにおいては、左回り正極バスバー113bLと右回り正極バスバー113bRとは、外部接続端子部材113uとの接続部113k側とは回転軸102aを挟んで反対側の位置で周方向に分割されていると共に、負極バスバー113cにおいては、左回り負極バスバー113cLと右回り負極バスバー113cRとは、外部接続端子部材113vとの接続部113l側とは回転軸102aを挟んで反対側の位置で周方向に分割されている。
かかる構成においては、正極バスバー113bの接続部113kから3つのパワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3それぞれに至る経路長のうち最長経路長を確実に短くすることができると共に、負極バスバー113cの接続部113lから3つのパワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3それぞれに至る経路長のうち最長経路長を確実に短くすることができる。このため、本実施形態によれば、各パワーモジュール110b−1,110b−2,110b−3それぞれにおける経路インピーダンスの差を確実に小さくすることができ、これにより、バッテリ逆接時における一つのパワーモジュール110bへの電流集中を抑制することができる。
また、この構成においては、正極バスバー113bの左回り正極バスバー部113bLと右回り正極バスバー部113bRとの分割が回転軸102aに直交する面内において行われ、かつ、負極バスバー113cの左回り負極バスバー部113cLと右回り負極バスバー部113cRとの分割が回転軸102aに直交する面内において行われる。このため、それら正極バスバー113b及び負極バスバー113cそれぞれの分割が共に軸方向に向けて行われるものでないので、制御装置一体型回転電機1の軸方向全長を短くすることができる。
本実施形態においては、回転角度検出回路IC110aや制御回路としてのマイクロコンピュータ110dなどは、回転軸102a回りの一部に切り欠き115が形成されている制御基板113aに実装されている。制御基板113aは、その切り欠き115が回転軸102a回りの非配設領域116側に位置するように配置されている。外部接続端子部材113u,113vは、その非配設領域116側すなわちその切り欠き115内又はその切り欠き115の径方向外側に配置されている。
かかる構成においては、回転軸102a回りのパワーモジュール110bの配置に影響を及ぼすことなく、バスバー113b,113cが接続する外部接続端子部材113u,113vなどの配置スペースを確保することができる。また、回転軸102a回りのパワーモジュール110bの搭載レイアウトに合わせて制御基板113aを形成して配置することができるので、制御基板113aにおいて広い基板面積を確保して各素子の実装面積を増加させることができる。
本実施形態においては、正極バスバー113b及び負極バスバー113cが樹脂製のケース部材111aに一体化されてそのケース部材111aにインサート成形されていると共に、そのケース部材111aの内部に樹脂部材114が注入されている。かかる構成においては、制御装置一体型回転電機1が、正極バスバー113b及び負極バスバー113cが一体化されたケース部材111aと、そのケース部材111aの内部にマイクロコンピュータ110d、パワーモジュール110b、及び回転角度検出回路IC110aが収容された状態で注入された樹脂部材114と、を備えている。
このため、本実施形態によれば、ケース部材111aを用いて正極バスバー113bと負極バスバー113cとの絶縁性を確保することができる。また、ケース部材111aの内部に収容されたマイクロコンピュータ110d、パワーモジュール110b、及び回転角度検出回路IC110aを、樹脂部材114を用いて確実に固定することができる。更に、ケース部材111aの内部に樹脂部材114が注入されない構成と比較して、熱抵抗を下げることができ、パワーモジュール110bやバスバー113b,113cなどの発熱部品を放熱し易くして冷却し易くすることができると共に、パワーモジュール110bなどにおける素子の耐環境性や異物浸入に対する信頼性を高めることができる。
本実施形態においては、制御装置11が、電源2の電源端子間すなわちパワーモジュール110bの正極電源端子と負極電源端子との間に介在するコンデンサ120を有しており、このコンデンサ120が4つ設けられている。そして、この4つのコンデンサ120が、正極バスバー113bと外部接続端子部材113uとの接続部113kや負極バスバー113cと外部接続端子部材113vとの接続部113lから回転軸102a側を向いて、回転軸102a回りの左右において同数ずつ対称位置に配置されている。
かかる構成においては、バッテリ逆接時、回転軸102a回りの左右に配置されたコンデンサ120に分岐してバッテリからの電流が流れる。このため、本実施形態によれば、バッテリ逆接時に、一つのコンデンサ120に電流が集中するのを抑制することができ、コンデンサ120の熱による容量低下を防ぐことができる。また、一つのパワーモジュール110bへの電流集中の抑制を一層図ることができ、パワーモジュール110bの素子が発熱によって故障し易くなるのを更に防ぐことができる。
本実施形態においては、接続部113k,113lに対して回転軸102a回りの左寄り側に配置された2つのコンデンサ120a−1,120a−2が、正極バスバー113bの右回り正極バスバー部113bRと負極バスバー113cの右回り負極バスバー部113cRとの間で並列接続されている。また、接続部113k,113lに対して回転軸102a回りの右寄り側に配置された2つのコンデンサ120b−1,120b−2が、正極バスバー113bの左回り正極バスバー部113bLと負極バスバー113cの左回り負極バスバー部113cLとの間で並列接続されている。
かかる構成においては、バッテリ逆接時、回転軸102a回りの左右に配置されたコンデンサ120に分岐して流れたバッテリからの電流が更に、並列接続された2つのコンデンサ120に分岐して流れる。このため、本実施形態によれば、バッテリ逆接時に、一つのコンデンサ120に電流が集中するのを抑制することができ、コンデンサ120の熱による容量低下を防ぐことができる。また、一つのパワーモジュール110bへの電流集中の抑制を一層図ることができ、パワーモジュール110bの素子が発熱によって故障し易くなるのを更に防ぐことができる。
また、本実施形態においては、接続部113k,113lに対して回転軸102a回りの左寄り側に配置された2つのコンデンサ120aのうち、接続部113k,113lに電気的に近い側に配置されたコンデンサ120a−1の容量が、接続部113k,113lから電気的に遠い側に配置されたコンデンサ120a−2の容量に比して大きい。また、接続部113kに対して回転軸102a回りの右寄り側に配置された2つのコンデンサ120bのうち、接続部113k,113lに電気的に近い側に配置されたコンデンサ120b−1の容量が、接続部113k,113lから電気的に遠い側に配置されたコンデンサ120b−2の容量に比して大きい。すなわち、コンデンサ120が、バスバー113b,113cと外部接続端子部材113u,113vとの接続部113k,113lに近い位置に配置されるものほど大きい容量を有している。
一般的に容量が大きいコンデンサの体格は大きいので、コンデンサ120a−1,120b−1の体格は、コンデンサ120a−2,120b−2の体格に比して大きい。このため、上記の構成によれば、バッテリ逆接時、外部接続端子部材113u,113vとの接続部113k,113lに近い位置に配置された容量の大きいコンデンサ120a−1,120b−1に電流が偏っても、そのコンデンサ120a−1,120b−1の発熱が抑制される。従って、回転軸102a回りの左右それぞれにおける2つのコンデンサ120の発熱を均一化することができ、コンデンサ120の熱が偏って発生するのを防止することができる。
本実施形態においては、各コンデンサ120の両端子が、例えば樹脂部材114などによって樹脂でポッティングされている。このため、本実施形態によれば、コンデンサ120の両端子が樹脂でポッティングされない構成と比較して、コンデンサ120の耐環境性や耐振性に対する信頼性を高めることができる。
一般的に、正極バスバー113b及び負極バスバー113cは、電気的なインダクタンス成分を有する。このため、パワーモジュール110bのスイッチング素子117がスイッチングされると、そのスイッチング素子117のコレクタ−エミッタ間にサージ電圧(いわゆる、自己サージ電圧)が発生する。この自己サージ電圧は、図16に示す如く、スイッチング素子117に流れる電流が大きいほど高くなる。上記の如く自己サージ電圧が発生すると、そのサージ電圧は、バスバー113b,113cを介して他のパワーモジュール110bへ伝播する。以下、この伝播するサージ電圧を伝播サージ電圧と称す。従って、パワーモジュール110bのスイッチング素子117のコレクタ−エミッタ間には、自己サージ電圧と他のスイッチング素子からの伝播サージ電圧とがそれぞれ印加される。スイッチング素子117に印加されるサージ電圧は、自己サージ電圧と伝播サージ電圧とがタイミング的に重畳する時に極大となる。この重畳は、図18に示す如く、各相への電圧印加タイミングが相間で一致する際に生じる。
外部接続端子部材との接続部側から回転軸回りの左右の何れか一方にのみ環状に延びるバスバーにパワーモジュールが一列に配置されて接続された対比構成では、パワーモジュール間のバスバーを介した距離が比較的短くその間の経路インピーダンスが小さいので、パワーモジュール間で伝播サージ電圧が伝播し易くなる。このため、かかる対比構成では、スイッチング素子のスイッチングに伴うサージによってパワーモジュールの故障が生じ易い。また、スイッチング素子のスイッチングに伴うサージを抑制するうえでは、そのスイッチング速度を遅くすることが考えられるが、この場合は、損失が増加してしまう。
これに対して、本実施形態においては、正極バスバー113b及び負極バスバー113cがそれぞれ、外部接続端子部材113u,113vとの接続部113k,113l側から回転電機10の回転軸102a回りの左右それぞれに延びており、更には、その回転軸102aを挟んでその回転軸102a回りの非配設領域116とは反対側まで延びており、複数(具体的には、2つ)のパワーモジュール110bの電源端子に接続されている。正極バスバー113bの右回り正極バスバー部113bRと左回り正極バスバー部113bLとは、2つの接続部113kを結ぶ線分の中点とは回転軸102aを挟んで反対側の位置で開口する開口部119bを有している。負極バスバー113cの右回り負極バスバー部113cRと左回り負極バスバー部113cLとは、接続部113lとは回転軸102aを挟んで反対側の位置で開口する開口部119cを有している。
そして、正極バスバー113bの右回り正極バスバー部113bR及び負極バスバー113cの右回り負極バスバー部113cRには、U相、V相、及びW相それぞれの上下アーム素子が接続されている。また、左回り正極バスバー部113bL及び左回り負極バスバー部113cLには、X相、Y相、及びZ相それぞれの上下アーム素子が接続されている。すなわち、右回り正極バスバー部113bR及び右回り負極バスバー部113cRは、U相、V相、及びW相のスイッチング素子117に対応する正極電源端子及び負極電源端子を外部接続端子部材113u,113vに接続させる。また、左回り正極バスバー部113bL及び左回り負極バスバー部113cLは、X相、Y相、及びZ相のスイッチング素子117に対応する正極電源端子及び負極電源端子を外部接続端子部材113u,113vに接続させる。
かかる構造においては、UVW系のスイッチング素子117とXYZ系のスイッチング素子117との間のバスバー113b,113cを介したサージ電圧の伝播が、バスバー113b,113cの電源2側との接続部113k,113lを経由して比較的長距離に亘って行われる。具体的には、UVW系のスイッチング素子117で発生したサージ電圧が右回り正極バスバー部113bR及び右回り負極バスバー部113cR→接続部113k,113l→左回り正極バスバー部113bL及び左回り負極バスバー部113cLを経由して遠回りでXYZ系のスイッチング素子117へ伝播すると共に、XYZ系のスイッチング素子117で発生したサージ電圧が左回り正極バスバー部113bL及び左回り負極バスバー部113cL→接続部113k,113l→右回り正極バスバー部113bR及び右回り負極バスバー部113cRを経由して遠回りでUVW系のスイッチング素子117へ伝播する。
サージ電圧が伝播する伝播率は、図17に示す如く、サージ発生源であるスイッチング素子117からの距離が長くなるほど小さくなる。これは、その距離が長いほど経路インピーダンスが大きくなるためである。本実施形態の構成によれば、UVW系のスイッチング素子117とXYZ系のスイッチング素子117との間の経路インピーダンスが大きいので、それらのスイッチング素子117間で伝播サージ電圧を伝播し難くすることができ、その伝播サージ電圧の大きさを低減することができる。従って、自己サージ電圧と伝播サージ電圧とがタイミング的に重畳しても、全体のサージ電圧を小さく抑えることができる。
また、本実施形態においては、UVW系の固定子巻線101b−1とXYZ系の固定子巻線101b−2とが互いに例えば電気角30°ずれた状態に配置されている。このため、仮にUVW系の固定子巻線101b−1に対応するスイッチング素子117と、XYZ系の固定子巻線101b−2に対応するスイッチング素子117との間で伝播サージ電圧が伝播し易いものであるものとすると、自己サージ電圧と伝播サージ電圧との重畳が発生するタイミングにおいては、スイッチング素子117に流れる電流が、図19に示す如く、車両を駆動するうえで必要な最大電流Imaxを“0.97”倍したものとなる。
一方、本実施形態においては、上記の如く、UVW系のスイッチング素子117とXYZ系のスイッチング素子117との間で伝播サージ電圧が伝播し難いので、自己サージ電圧と伝播サージ電圧との重畳は、同じ固定子巻線101bの他相との関係で発生するものとなる。同じ固定子巻線101bの三相巻線は、互いに120°ずれた位相を有している。このため、自己サージ電圧と伝播サージ電圧との重畳が発生するタイミングにおいては、スイッチング素子117に流れる電流が、図20に示す如く、車両を駆動するうえで必要な最大電流Imaxを“0.5”倍したものとなる。
すなわち、本実施形態においては、自己サージ電圧と伝播サージ電圧との重畳が発生するタイミングにおいてスイッチング素子117に流れる電流を、0.97Imaxから0.5Imaxへ減少させることができる。スイッチング素子117に流れる電流が小さいほど、発生する自己サージ電圧は低くなる。このため、本実施形態によれば、自己サージ電圧と伝播サージ電圧とが重畳するタイミングにおいて伝播サージ電圧の大きさを低減することができ、全体のサージ電圧を小さく抑えることができる。
また、本実施形態においては、正極バスバー113bと負極バスバー113cとの間に、コンデンサ120が介在されている。このコンデンサ120の配置・接続は、バスバー113b,113cの左回りバスバー部113bL,113cLと右回りバスバー部113bR,113cRとが接続する接続部113k,113lの付近で行われる。コンデンサ120は、バスバー113b,113cに、UVW系のスイッチング素子117とXYZ系のスイッチング素子117とを繋ぐ経路の途中で接続される。
かかる構成においては、上記の経路途中にコンデンサ120が設けられていることで、UVW系のスイッチング素子117とXYZ系のスイッチング素子117との間で伝播する伝播サージ電圧をコンデンサ120で吸収して低減することができる。このため、それらのスイッチング素子117間で伝播サージ電圧を伝播し難くすることができるので、自己サージ電圧と伝播サージ電圧とがタイミング的に重畳しても、全体のサージ電圧を小さく抑えることができる。
尚、コンデンサ120を用いて伝播サージ電圧を吸収することだけを目的とするのであれば、UVW系のスイッチング素子117とXYZ系のスイッチング素子117とを繋ぐ経路の途中で接続されるコンデンサ120を少なくとも一つ設けるものとすれば十分であって、伝播サージ電圧を必要十分に吸収することができるものであれば十分である。
このように、本実施形態の構成によれば、サージ電圧を小さく抑えることができるので、パワーモジュール110bのスイッチング素子117がスイッチングに伴うサージに起因して故障し易くなるのを防ぐことができる。また、サージ電圧を抑えるうえで、スイッチング速度を遅くすることは不要であるので、損失を増加させることなくサージ電圧を抑えることができる。
また、本実施形態においては、正極バスバー113bと負極バスバー113cとが、図15に示す如く、その板面同士が径方向に離間しつつ向き合うように配置されている。このため、バスバー113b,113cの板面の全域を他のバスバー113c,113bの板面に近接配置させつつ、バスバー113b,113cそれぞれに流れる電流を互いに逆向きに流通させることができるので、バスバー113b,113cでの電流流通による磁束を効果的に打ち消し合うことができる。
従って、本実施形態の構成によれば、両バスバー113b,113cを板面同士が向き合うように配置することで、バスバー113b,113cにおける配線インダクタンスを小さくすることができるため、スイッチング素子117のスイッチングに伴って発生する自己サージ電圧を抑制することができる。また同時に、自己サージ電圧の抑制に伴って伝播サージ電圧も抑制することができるため、サージに起因してスイッチング素子117が故障し易くなるのを防ぐことができる。
また、本実施形態においては、バスバー113b,113cが樹脂製のケース部材111aに一体化されていると共に、そのケース部材111aの内部に樹脂部材114が注入されているので、正極バスバー113bと負極バスバー113cとの絶縁性が確保されている。このようにケース部材111aの内部に注入される樹脂部材114により正極バスバー113bと負極バスバー113cとの絶縁性を確保することができれば、ケース部材111aの内部に樹脂部材114が注入されない構成と比較して、両バスバー113b,113cをより近接配置することが可能である。
両バスバー113b,113cの間の距離が短いほど、バスバー113b,113cにおける配線インダクタンスが小さくなる。従って、本実施形態によれば、バスバー113b,113cが一体化されたケース部材111aの内部に樹脂部材114を注入することで、バスバー113b,113cにおける配線インダクタンスを更に小さくすることができるため、スイッチング素子117のスイッチングに伴って発生する自己サージ電圧及び伝播サージ電圧を抑制することができる。
(変形形態)
尚、上記の実施形態においては、正極バスバー113bが、回転電機10の回転軸102a回りの一部(具体的には、2つの接続部113kを結ぶ線分の中点とは回転軸102aを挟んで反対側の位置)で開口する開口部119bを有すると共に、負極バスバー113cが、回転電機10の回転軸102a回りの一部(具体的には、接続部113lとは回転軸102aを挟んで反対側の位置)で開口する開口部119cを有する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、正極バスバー113b及び負極バスバー113cの何れか一方のみが開口部119b,119cを有するように形成されており、他方が開口部119c,119bを有さないように回転軸102a回りに環状に形成されていてもよい。
尚、上記の実施形態においては、正極バスバー113bが、回転電機10の回転軸102a回りの一部(具体的には、2つの接続部113kを結ぶ線分の中点とは回転軸102aを挟んで反対側の位置)で開口する開口部119bを有すると共に、負極バスバー113cが、回転電機10の回転軸102a回りの一部(具体的には、接続部113lとは回転軸102aを挟んで反対側の位置)で開口する開口部119cを有する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、正極バスバー113b及び負極バスバー113cの何れか一方のみが開口部119b,119cを有するように形成されており、他方が開口部119c,119bを有さないように回転軸102a回りに環状に形成されていてもよい。
例えば、図21に示す如く、負極バスバー113cが開口部119cを有するように形成されて、右回り負極バスバー部113cRの一端と左回り負極バスバー部113cLの一端とが開口部119cを介して離間している一方、正極バスバー113bが開口部119bを有さないように形成されて、右回り正極バスバー部113bRの一端と左回り正極バスバー部113bLの一端とが接続部113kとは回転軸102aを挟んで反対側の位置において接続されていてもよい。すなわち、正極バスバー113bが接続部113k側とは回転軸102aの中心を挟んだ反対側の位置で周方向に分割されていなくてもよい。
尚、これとは逆に、正極バスバー113bが開口部119bを有するように形成されて、右回り正極バスバー部113bRの一端と左回り正極バスバー部113bLの一端とが開口部119bを介して離間している一方、負極バスバー113cが開口部119cを有さないように形成されて、右回り負極バスバー部113cRの一端と左回り負極バスバー部113cLの一端とが接続部113lとは回転軸102aを挟んで反対側の位置において接続されていてもよい。すなわち、負極バスバー113cが接続部113l側とは回転軸102aの中心を挟んだ反対側の位置で周方向に分割されていなくてもよい。
尚、これとは逆に、正極バスバー113bが開口部119bを有するように形成されて、右回り正極バスバー部113bRの一端と左回り正極バスバー部113bLの一端とが開口部119bを介して離間している一方、負極バスバー113cが開口部119cを有さないように形成されて、右回り負極バスバー部113cRの一端と左回り負極バスバー部113cLの一端とが接続部113lとは回転軸102aを挟んで反対側の位置において接続されていてもよい。すなわち、負極バスバー113cが接続部113l側とは回転軸102aの中心を挟んだ反対側の位置で周方向に分割されていなくてもよい。
また、上記の実施形態においては、正極バスバー113b及び負極バスバー113cの双方がそれぞれ、外部接続端子部材113u,113vとの接続部113k,113l側から回転電機10の回転軸102a回りの左右それぞれに延びている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、正極バスバー113b及び負極バスバー113cのうち少なくとも正極バスバー113bが外部接続端子部材113uとの接続部113k側から回転電機10の回転軸102a回りの左右それぞれに延びていればよい。これは、負極バスバー113cとしては製品のボデーを利用することが可能であり、また、正極バスバー113bは製品の小型化を図るためにあまり太い部材を利用することができないので、経路長の違いによるインピーダンス差が生じ易いからである。
また、上記の実施形態においては、各パワーモジュール110bがそれぞれ、二組の上下アーム素子を有するものとし、合計4つのスイッチング素子117と合計4つのダイオード118とを有するものとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、一パワーモジュール110b当たり、一組の上下アーム素子を有するものとしてもよく、また、3組以上の上下アーム素子を有するものとしてもよい。
また、上記の実施形態においては、コンデンサ120が、接続部113k,113l側から回転軸102a回りにおいて左右2つずつ合計4個設けられている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、バッテリ逆接時の分岐電流の均等化を図るうえでは、コンデンサ120が左右でバランス配置されるように同じ数だけ設けられていればよく、合計で偶数個設けられていればよい。
また、上記の実施形態においては、パワーモジュール用ヒートシンク112aを、パワーモジュール110bに対して軸方向の回転電機10側に配置することとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図22に示す如く、パワーモジュール用ヒートシンク112aを、パワーモジュール110bに対して軸方向の回転電機10とは反対側に配置することとしてもよい。かかる変形例によれば、パワーモジュール用ヒートシンク112aを冷却し易くなるので、パワーモジュール110bの放熱性を高めることができる。
また、上記の実施形態においては、バスバー113b,113cの、非配設領域116側に配置されている接続部113k,113lにボルト状の外部接続端子部材113u,113vが接続されている。しかし、バスバー113b,113cがそれぞれ2つずつ接続部113k,113lを有することとし、選択された一つずつのバスバー113b,113cにボルト状の外部接続端子部材113u,113vが接続されることとしてもよい。すなわち、図23及び図24に示す如く、バスバー113b,113cの非配設領域116側の先端をL字状に屈曲させたうえで、そのバスバー113b,113cの屈曲部位に、回転軸102aに対する径方向に空いた第1貫通孔122と、回転軸102aに対する軸方向に空いた第2貫通孔124と、を設け、外部接続端子部材113u,113vをそのバスバー113b,113cの第1貫通孔122及び第2貫通孔124の何れか一方に挿入することとしてもよい。
尚、この変形例において、バスバー113b,113cは、回転軸102a回りの環状部と、第1貫通孔122及び第2貫通孔124が設けられたL字部と、に分割されていてもよく、この場合は、外部接続端子部材113u,113vが第1貫通孔122又は第2貫通孔124に挿入された際にバスバー113b,113cのL字部と環状部とが一体化されることとしてもよい。
かかる変形例においては、バスバー113b,113cに接続される外部接続端子部材113u,113vを、径方向に空いた第1貫通孔122に挿入することもできると共に、軸方向に空いた第2貫通孔124に挿入することもでき、外部接続端子部材113u,113vのバスバー113b,113cへの挿入を径方向向きと軸方向向きとで選択的に行うことができる。このため、制御装置一体型回転電機を搭載できるバリエーションを増やすことができ、様々なバリエーションに対応して制御装置一体型回転電機の種類が増えるのを防止することができる。
また、上記の実施形態においては、制御基板113aの回転軸102a回りの一部に切り欠き115が設けられている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図25に示す如く、上記の切り欠き115が設けられていない制御基板113aに適用することとしてもよい。また、上記の実施形態においては、回転電機10の回転軸102a回りの一部にパワーモジュール110bが配設されていない非配設領域116を設け、その非配設領域116と上記の制御基板113aの切り欠き115とを対応させると共に、その非配設領域116及び切り欠き115に対応させて外部接続端子部材113u,113vを配置することとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、外部接続端子部材113u,113vを、非配設領域116や切り欠き115の位置や有無に関係なく配置するものに適用することとしてもよい。
更に、上記の実施形態においては、回転電機10の回転子102が、電流が流れることで磁極を形成する回転子巻線102cを備えている例を挙げている。しかし、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、回転子巻線102cの代わりに、磁石を備えていてもよい。かかる構成においては、スリップリング103及びブラシ104が不要になり、それに伴い、制御装置11の界磁回路IC110cも不要になるので、構成の簡素化が図られる。
また、上記の実施形態においては、回転電機10の固定子101が備える固定子巻線101bが、二組設けられている。すなわち、一つの回転電機10に対して二組の固定子巻線101bが所定電気角ずれた状態で配置されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、回転電機10として別個独立したものが2つ設けられたものに適用することとしてもよい。すなわち、回転電機10が2個設けられているものとし、各回転電機10がそれぞれ、ハウジング100と、固定子101と、回転子102と、スリップリング103と、ブラシ104と、回転角度検出用磁石105と、を備えるものとしてもよい。つまり、二つの回転電機10に対して固定子巻線101bが一つずつ配置されるものとしてもよい。尚、この変形例においては、一方の回転電機の回転子102の軸と他方の回転電機の回転子102の軸とが同軸上に配置されていることが好ましい。
1・・・制御装置一体型回転電機、2・・・電源、10・・・回転電機、11・・・制御装置、101b,101b−1,101b−1U,101b−1V,101b−1W,101b−2,101b−2X,101b−2Y,101b−2Z・・・固定子巻線、102a・・・回転軸、110a・・・回転角度検出回路IC、110b,110b−1,110b−2,110b−3・・・パワーモジュール、110d・・・マイクロコンピュータ、111a・・・ケース部材、111b,111c・・・固定部材、112a・・・パワーモジュール用ヒートシンク、112b・・・界磁回路IC用ヒートシンク、112c・・・マイクロコンピュータ用ヒートシンク、113a・・・制御基板、113b,113bL,113bR・・・正極バスバー、113c,113cL,113cR・・・負極バスバー、113u,113v・・・外部接続端子部材、114・・・樹脂部材、115・・・切り欠き、116・・・非配設領域、117・・・スイッチング素子、118・・・ダイオード、120・・・コンデンサ、122・・・第1貫通孔、124・・・第2貫通孔。
Claims (16)
- 回転電機(10)と、
前記回転電機を制御する制御回路(110d)と、前記回転電機の回転軸(102a)回りに複数配設された、前記制御回路によりそれぞれ制御されるスイッチング素子モジュール(110b)と、前記スイッチング素子モジュールの電源端子を外部接続端子部材(113u,113v)に接続させるバスバー(113b,113c)と、を有する制御装置(11)と、
を備える制御装置一体型回転電機(1)であって、
前記バスバーは、前記外部接続端子部材との接続部(113k,113l)側から前記回転軸を向いて前記回転軸回りの左右それぞれに延びていると共に、それぞれ複数の前記スイッチング素子モジュールの電源端子に接続されている左回りバスバー部(113bL,113cL)及び右回りバスバー部(113bR,113cR)を有している制御装置一体型回転電機。 - 前記左回りバスバー部に接続する前記スイッチング素子モジュールの数と前記右回りバスバーに接続する前記スイッチング素子モジュールの数とは、同数である請求項1記載の制御装置一体型回転電機。
- 複数の前記スイッチング素子モジュールのうち、前記バスバーの経路上で前記接続部から前記回転軸回りに最も遠くに位置する前記スイッチング素子モジュール(110b−2)は、前記左回りバスバー部に接続する電源端子と、前記右回りバスバー部に接続する電源端子と、を有している請求項1又は2記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記バスバーは、前記スイッチング素子モジュールの正極電源端子を第1外部接続端子部材(113u)に接続させる正極バスバー(113b)と、前記スイッチング素子モジュールの負極電源端子を第2外部接続端子部材(113v)に接続させる負極バスバー(113c)と、を有し、
前記正極バスバーは、前記第1外部接続端子部材との接続部(113k)側から前記回転軸を向いて前記回転軸回りの左右それぞれに延びていると共に、それぞれ複数の前記スイッチング素子モジュールの正極電源端子に接続されている左回り正極バスバー部(113bL)及び右回り正極バスバー部(113bR)を有している請求項1乃至3の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記スイッチング素子モジュールはそれぞれ、同一樹脂封止パッケージ内にスイッチング回路を構成する上アーム素子及び下アーム素子が複数組含まれるモジュールである請求項1乃至4の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記バスバーは、前記外部接続端子部材との接続部側とは前記回転軸の中心を挟んだ反対側の位置で周方向に分割されている請求項1乃至5の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記バスバーは、前記回転軸に対して直交する面に平行に延びていると共に、前記回転軸の中心を通り該回転軸に直交する方向に延びる線に対して対称に形成されかつ配置されている請求項1乃至6の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記制御回路は、前記回転軸回りの一部に切り欠き(115)が設けられている制御基板(113a)に実装されており、
前記外部接続端子部材は、前記切り欠き内又は前記切り欠きの径方向外側に配置されている請求項1乃至7の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記バスバーは、前記回転軸に対する径方向に空いた第1貫通孔(122)と、前記回転軸に対する軸方向に空いた第2貫通孔(124)と、を有し、
前記外部接続端子部材は、前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔の何れか一方に挿入されて前記バスバーに接続されている請求項1乃至8の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記制御装置は、前記バスバーが一体化された樹脂ケース(111a)と、前記樹脂ケースの内部に前記制御回路及び前記スイッチング素子モジュールが収容された状態で注入された樹脂部材(114)と、を有している請求項1乃至9の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記回転電機は、二組の固定子巻線(101b,101b−1,101b−2)を有し、
前記左回りバスバー部は、前記接続部側から前記回転軸に対して左回りに延びると共に、一組の前記固定子巻線(101b−2)を通電制御する前記スイッチング素子モジュール(110b−2,110b−3)の電源端子を前記外部接続端子部材に接続させ、
前記右回りバスバー部は、前記接続部側から前記回転軸に対して右回りに延びると共に、残り一組の前記固定子巻線(101b−1)を通電制御する前記スイッチング素子モジュール(110b−1,110b−2)の電源端子を前記外部接続端子部材に接続させる請求項1乃至10の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記制御装置は、前記スイッチング素子モジュールの電源端子間に介在するコンデンサ(120)を有している請求項1乃至11の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記コンデンサは、偶数個設けられ、
前記偶数個のコンデンサ(120a−1,120a−2,120b−1,120b−2)は、前記バスバーと前記外部接続端子部材との接続部を挟んだ前記回転軸回りの左右において同数ずつ対称位置に配置されている請求項12記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コンデンサは、4個以上設けられ、
前記コンデンサは、前記バスバーと前記外部接続端子部材との接続部に近い位置に配置されるものほど大きい容量を有している請求項13記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記コンデンサの両端子は、樹脂で覆われている請求項12乃至14の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記バスバーは、前記スイッチング素子モジュールの正極電源端子を第1外部接続端子部材(113u)に接続させる正極バスバー(113b)と、前記スイッチング素子モジュールの負極電源端子を第2外部接続端子部材(113v)に接続させる負極バスバー(113c)と、を有し、
前記正極バスバー及び前記負極バスバーは、板面同士が向き合うように配置されている請求項1乃至15の何れか一項記載の制御装置一体型回転電機。
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-
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