JP2018121435A - Rotating electrical machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a rotating electrical machine which can suppress a damage and a long-term deterioration of a power conversion device.SOLUTION: In a power module, a first switching element, a second switching element, and a current detector are molded and integrated by an insulating resin, a lower surface electrode of the first switching element is bonded to a first lead frame, the lower surface electrode of the second switching element is bonded to a second lead frame, both ends of the current detector are bonded to a third lead frame and a fourth lead frame, a first inner lead electrically connects an upper surface electrode of the first switching element to the second lead frame, a second inner lead electrically connects the upper surface electrode of the second switching element to the third lead frame, the first to fourth lead frames are bonded to an upper surface of a heat sink by an insulating heat dissipation member, and a stator winding is composed of a first three-phase stator winding and a second three-phase stator winding whose electrical angles are deviated from each other.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、例えば、エンジンを始動、アシストし、発電機能を有する電力変換装置が搭載された回転電機に関するものである。   The present invention relates to, for example, a rotating electrical machine equipped with a power conversion device that starts and assists an engine and has a power generation function.

オルタネータは、発電機の一種で、エンジンなどから伝達される機械的運動エネルギーを交流の電気エネルギーへと変換する装置である。オルタネータまたはオルタネータ兼スタータには、電力変換装置が回転電機本体に搭載されている。電力変換装置には、複数のスイッチング可能な半導体素子を絶縁性樹脂によりモールディングしてなるパワーモジュールが装備されている。   An alternator is a type of generator that converts mechanical kinetic energy transmitted from an engine or the like into alternating electrical energy. In the alternator or alternator / starter, a power converter is mounted on the rotating electrical machine main body. The power converter is equipped with a power module formed by molding a plurality of switchable semiconductor elements with an insulating resin.

パワーモジュールは、配線パターン状に成形されたリードフレーム上に、スイッチング可能な半導体素子を搭載し、半導体素子間を配線部材により接続したものをモールド樹脂で封止したものである。パワーモジュールに搭載される半導体素子は、通電すると発熱し、温度が上昇する。この半導体素子には許容温度が定められおり、許容度を超えないように電流を制御する必要がある。すなわち、半導体素子に通電する電流値を大きくすることで製品の性能を向上させるためには、通電時の温度上昇を抑える必要がある。   In a power module, a switchable semiconductor element is mounted on a lead frame formed in a wiring pattern, and the semiconductor elements connected by a wiring member are sealed with a mold resin. The semiconductor element mounted on the power module generates heat when energized, and the temperature rises. This semiconductor element has an allowable temperature, and it is necessary to control the current so as not to exceed the allowable level. That is, in order to improve the performance of the product by increasing the value of the current that is passed through the semiconductor element, it is necessary to suppress the temperature rise during energization.

電力変換装置は、輸送用機器や生活家電など様々な製品に組み込まれているが、特に車載用機器では、その性能はモータを駆動する際のトルクの大きさや、発電量などに影響する。車載用機器では、短時間に数百Ａもの大電流を流すこともあり、その際に通電時の半導体素子の過渡的な温度上昇を抑えることは、製品の動作を実現する最も重要な要素の一つである。このような要求に対応するため、過去に様々な技術が提案されていた(例えば特許文献１)。   The power conversion device is incorporated in various products such as transportation equipment and household appliances, but the performance of the in-vehicle equipment affects the magnitude of torque when driving the motor, the amount of power generation, and the like. In automotive equipment, a large current of several hundreds of A may flow in a short time, and suppressing the transient temperature rise of the semiconductor element during energization is the most important factor for realizing the operation of the product. One. In order to meet such a demand, various techniques have been proposed in the past (for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載の従来の電力変換装置では、スイッチング可能な半導体素子に流れる相電流を検出する電流検出器をパワーモジュールに実装し、この電流検出器により複数の相電流を検出し、リードフレーム上に実装されている半導体素子をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によりスイッチングしていた。   In the conventional power conversion device described in Patent Document 1, a current detector that detects a phase current flowing in a switchable semiconductor element is mounted on a power module, and a plurality of phase currents are detected by the current detector, and a lead frame is detected. The semiconductor element mounted thereon is switched by PWM (Pulse Width Modulation) control.

特開２０１５−１１５９６６号公報JP2015-115966A

従来の電力変換装置では、固定子巻線が電気角がずれていない２組の三相固定子巻き線により構成されているので、ＰＷＭ制御される複数の半導体素子が不均一に発熱し、半導体素子で発生する熱を放熱するヒートシンクが不均一に温度上昇する。この温度サイクルにより、半導体素子や接合部が損傷したり、経年劣化をしたりするという課題があった。   In the conventional power converter, since the stator winding is composed of two sets of three-phase stator windings whose electrical angles are not shifted, a plurality of PWM-controlled semiconductor elements generate heat unevenly, and the semiconductor The heat sink that dissipates the heat generated in the element rises unevenly. Due to this temperature cycle, there was a problem that the semiconductor element and the joint were damaged or deteriorated over time.

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電力変換装置の損傷や経年劣化を抑制できる回転電機を提供する。   This invention was made in order to solve the said subject, and provides the rotary electric machine which can suppress damage and deterioration over time of a power converter device.

この発明の回転電機は、ケース、上記ケース内に回転可能に配設され、界磁巻線を有する回転子、および上記回転子を囲繞するように上記ケースに保持され、固定子巻線を有する固定子を備える回転電機本体と、上記界磁巻線に接続される界磁モジュール、上記固定子巻線に接続されるパワーモジュール、上記界磁モジュールと上記パワーモジュールが固定されるヒートシンク、および上記界磁モジュールと上記パワーモジュールに制御信号を出力する制御基板を備える電力変換装置と、を備える。上記パワーモジュールは、上アームを構成する第１スイッチング素子と、上記第１スイッチング素子に直列に接続されて下アームを構成する第２スイッチング素子と、電流検出器と、上記第１スイッチング素子、上記第２スイッチング素子および上記電流検出器をモールド一体化する絶縁性樹脂と、上面が上記第１スイッチング素子の下面電極に接合されている第１リードフレームと、上面が上記第２スイッチング素子の下面電極に接合されている第２リードフレームと、上面が上記電流検出器の一端に接合されている第３リードフレームと、上面が上記電流検出器の他端に接合されている第４リードフレームと、上記第１スイッチング素子の上面電極と上記第２リードフレームの上面とを電気的に接続する第１インナーリードと、上記第２スイッチング素子の上面電極と第３リードフレームの上面とを電気的に接続する第２インナーリードと、を備える。上記第１リードフレーム、上記第２リードフレーム、上記第３リードフレームおよび上記第４リードフレームの下面が、上記ヒートシンクの上面に、絶縁性放熱部材により接合されており、上記固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されている。   The rotating electrical machine according to the present invention includes a case, a rotor that is rotatably disposed in the case, has a field winding, and is held by the case so as to surround the rotor, and has a stator winding. A rotating electrical machine main body including a stator, a field module connected to the field winding, a power module connected to the stator winding, a heat sink to which the field module and the power module are fixed, and the above A power conversion device including a field module and a control board that outputs a control signal to the power module. The power module includes a first switching element constituting an upper arm, a second switching element connected in series to the first switching element and constituting a lower arm, a current detector, the first switching element, Insulating resin for molding and integrating the second switching element and the current detector, a first lead frame whose upper surface is joined to the lower electrode of the first switching element, and an upper surface of the lower electrode of the second switching element A second lead frame joined to the current detector, a third lead frame whose upper surface is joined to one end of the current detector, a fourth lead frame whose upper surface is joined to the other end of the current detector, A first inner lead electrically connecting the upper surface electrode of the first switching element and the upper surface of the second lead frame; and the second And a second inner leads for electrically connecting the upper electrode and the upper surface of the third lead frame switching element. The lower surfaces of the first lead frame, the second lead frame, the third lead frame, and the fourth lead frame are joined to the upper surface of the heat sink by an insulating heat dissipation member, and the stator winding is It is composed of a first three-phase stator winding and a second three-phase stator winding whose electrical angles are shifted from each other.

この発明によれば、固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されているので、ＰＷＭ制御される第１および第２スイッチング素子の不均一な発熱が抑制される。これにより、第１および第２スイッチング素子で発生する熱を放熱するヒートシンクの不均一な温度上昇が抑制され、電力変換装置の損傷や経年劣化を抑制できる。   According to the present invention, the stator winding is composed of the first three-phase stator winding and the second three-phase stator winding whose electrical angles are shifted from each other. And the non-uniform heat generation of the second switching element is suppressed. Thereby, the non-uniform temperature rise of the heat sink that dissipates the heat generated in the first and second switching elements is suppressed, and damage to the power converter and deterioration over time can be suppressed.

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る回転電機における電力変換装置をリヤ側から見た端面図である。It is the end elevation which looked at the power converter device in the rotary electric machine concerning Embodiment 1 of this invention from the rear side. この発明の実施の形態１に係る回転電機の電気回路図である。It is an electric circuit diagram of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る回転電機における２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量和を模擬した図である。It is the figure which simulated the calorific value sum for two phases of two sets of three phase stator windings in the rotary electric machine concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る回転電機における２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量和を模擬した図である。It is the figure which simulated the calorific value sum for two phases of two sets of three phase stator windings in the rotary electric machine concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る回転電機における２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量和を模擬した図である。It is the figure which simulated the calorific value sum for two phases of two sets of three phase stator windings in the rotary electric machine concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるパワーモジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the power module in the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図５のＡ−Ａ矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. この発明の実施の形態２に係る回転電機におけるパワーモジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the power module in the rotary electric machine which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３に係る回転電機におけるパワーのジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the joule of power in the rotary electric machine which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態４に係る回転電機における締結ボルト周りを示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the fastening bolt periphery in the rotary electric machine which concerns on Embodiment 4 of this invention.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電力変換装置をリヤ側から見た端面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の電気回路図である。なお、縦断面図とは回転電機の回転軸の軸心を含む平面における断面図である。 Embodiment 1 FIG.
1 is a longitudinal sectional view showing a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an end view of the electric power converter in the rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention as viewed from the rear side, and FIG. It is an electric circuit diagram of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. The longitudinal sectional view is a sectional view in a plane including the axis of the rotating shaft of the rotating electrical machine.

図１において、回転電機１は、回転電機本体１００と、回転電機本体１００と軸方向に並んで回転電機本体１００のリヤ側に配設された電力変換装置２００と、を備える。   In FIG. 1, the rotating electrical machine 1 includes a rotating electrical machine main body 100 and a power conversion device 200 arranged on the rear side of the rotating electrical machine main body 100 along with the rotating electrical machine main body 100 in the axial direction.

回転電機本体１００は、それぞれ、鉄などの金属材料を用いて腕状に作製されフロントブラケット７およびリヤブラケット８からなるケース６と、界磁巻線１４を有し、回転軸１２に固着された回転子５と、固定子鉄心１０および固定子鉄心１０に装着された固定子巻線１１を有する固定子４と、を備えている。   Each of the rotating electrical machine main bodies 100 is formed in an arm shape using a metal material such as iron, has a case 6 including a front bracket 7 and a rear bracket 8, and a field winding 14, and is fixed to the rotating shaft 12. A rotor 5 and a stator 4 having a stator core 10 and a stator winding 11 attached to the stator core 10 are provided.

回転軸１２は、フロントブラケット７およびリヤブラケット８に設けられたベアリング１５に回転可能に支持されている。回転子５は、回転軸１２に固着されて、ケース６内に回転可能に配設されている。
フロントブラケット７とリヤブラケット８とは、固定子鉄心１０の軸方向両側に配置され、締結ボルト９により締結一体化される。これにより、固定子４が、固定子４は、固定子鉄心１０がフロントブラケット７とリヤブラケット８とにより加圧挟持されて、回転子５の径方向外側に、回転子５を囲繞するように配設されている。 The rotating shaft 12 is rotatably supported by bearings 15 provided on the front bracket 7 and the rear bracket 8. The rotor 5 is fixed to the rotary shaft 12 and is rotatably disposed in the case 6.
The front bracket 7 and the rear bracket 8 are disposed on both axial sides of the stator core 10 and are fastened and integrated by fastening bolts 9. As a result, the stator 4 is configured so that the stator 4 surrounds the rotor 5 on the radially outer side of the rotor 5 with the stator iron core 10 being pressed and clamped by the front bracket 7 and the rear bracket 8. It is arranged.

フロントブラケット７から突出する回転軸１２のフロント側端部には、プーリ１７が装着されている。回転電機本体１００は、プーリ１７および伝達ベルト（図示せず）を介してエンジンのクランク軸（図示せず）に連結されている。   A pulley 17 is attached to the front side end of the rotary shaft 12 protruding from the front bracket 7. The rotating electrical machine main body 100 is coupled to an engine crankshaft (not shown) via a pulley 17 and a transmission belt (not shown).

冷却ファン１６が、回転子鉄心１３のフロント側およびリヤ側の端面に固着されて、回転子５と供回り可能となっている。
リヤブラケット８から突出する回転軸１２のリヤ側端部には、回転軸１２の回転位置に応じた回転位置信号を発生する回転位置検出センサ１８と、界磁巻線１４に電気的に接続された複数のスリップリング１９が装着されている。ブラシホルダ２１が複数のスリップリング１９の外周側に配設されている。 The cooling fan 16 is fixed to the front and rear end faces of the rotor core 13 so as to be able to travel with the rotor 5.
A rotation position detection sensor 18 that generates a rotation position signal corresponding to the rotation position of the rotation shaft 12 and a field winding 14 are electrically connected to a rear side end portion of the rotation shaft 12 protruding from the rear bracket 8. A plurality of slip rings 19 are mounted. A brush holder 21 is disposed on the outer peripheral side of the plurality of slip rings 19.

スリップリング１９は、回転軸１２の外周部を囲む環状の導電部材である。ブラシホルダ２１内には、導電性のブラシ２０が、複数のスリップリング１９のそれぞれに相対するように収納されている。各ブラシ２０は、押圧ばね２２により、スリップリング１９に押圧され、回転軸１２と共回りするスリップリング１９上を摺動する。これにより、界磁電流がブラシ２０およびスリップリング１９を介して界磁巻線１４に供給され、磁界が回転子５に発生する。   The slip ring 19 is an annular conductive member that surrounds the outer periphery of the rotating shaft 12. A conductive brush 20 is accommodated in the brush holder 21 so as to face each of the plurality of slip rings 19. Each brush 20 is pressed against the slip ring 19 by the pressing spring 22 and slides on the slip ring 19 that rotates together with the rotating shaft 12. Thereby, a field current is supplied to the field winding 14 through the brush 20 and the slip ring 19, and a magnetic field is generated in the rotor 5.

電力変換装置２００は、パワーモジュール２３、界磁モジュール２４、制御基板２５、外部接続用コネクタ２７、ヒートシンク２９、冷却フィン３４、導電バスバー構造体３１などで構成される。電力変換装置２００は、リヤブラケット８に保持されて、リヤブラケット８の軸方向外側に配設され、樹脂製のカバー３９により覆われている。   The power converter 200 includes a power module 23, a field module 24, a control board 25, an external connection connector 27, a heat sink 29, a cooling fin 34, a conductive bus bar structure 31, and the like. The power conversion device 200 is held by the rear bracket 8 and is disposed outside the rear bracket 8 in the axial direction, and is covered with a resin cover 39.

ヒートシンク２９は、リング平板状に作製されている。パワーモジュール２３および界磁モジュール２４が、ヒートシンク２９の一面に接着剤により固定されている。冷却フィン３４が、パワーモジュール２３および界磁モジュール２４の搭載領域に対応して、ヒートシンク２９の他面に形成されている。ヒートシンク２９は、冷却フィン３４をリヤブラケット８に向けて、かつ中心穴内に回転軸１２およびブラシホルダ２１を収容して、回転軸１２の軸心と直交する平面上に配設される。   The heat sink 29 is formed in a ring flat plate shape. The power module 23 and the field module 24 are fixed to one surface of the heat sink 29 with an adhesive. Cooling fins 34 are formed on the other surface of the heat sink 29 corresponding to the mounting areas of the power module 23 and the field module 24. The heat sink 29 is disposed on a plane orthogonal to the axis of the rotating shaft 12 with the cooling fin 34 facing the rear bracket 8 and the rotating shaft 12 and the brush holder 21 accommodated in the center hole.

制御基板２５は、パワーモジュール２３をＰＷＭ制御するものであり、リング平板状に作製され、パワーモジュール２３および界磁モジュール２４のヒートシンク２９と反対側に配設されている。導電バスバー構造体３１は、電力入出力ターミナル２６、Ｎターミナル２８、ＡＣターミナル３３を電気絶縁性樹脂でモールディングして作製されている。導電バスバー構造体３１には、パワーモジュール２３および界磁モジュール２４が電気的に接続されている。   The control board 25 performs PWM control of the power module 23, is manufactured in a ring flat plate shape, and is disposed on the opposite side of the power module 23 and the field module 24 from the heat sink 29. The conductive bus bar structure 31 is produced by molding the power input / output terminal 26, the N terminal 28, and the AC terminal 33 with an electrically insulating resin. The power module 23 and the field module 24 are electrically connected to the conductive bus bar structure 31.

つぎに、電力変換装置２００の構成について図２および図３を参照しつつ説明する。なお、図２では、説明を分かりやすくするために、制御基板が省略されている。図２には、６つのパワーモジュール２３と１個の界磁モジュール２４が図示されている。   Next, the configuration of the power conversion device 200 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. In FIG. 2, the control board is omitted for easy understanding. FIG. 2 shows six power modules 23 and one field module 24.

回転位置検出センサ１８の信号端子１８ａは、制御基板２５に接続される。界磁モジュール２４は、バッテリ端子２４ａと、アース端子２４ｂと、界磁巻線接続端子２４ｃと、信号端子２４ｄと、を有する。   A signal terminal 18 a of the rotational position detection sensor 18 is connected to the control board 25. The field module 24 includes a battery terminal 24a, a ground terminal 24b, a field winding connection terminal 24c, and a signal terminal 24d.

パワーモジュール２３は、スイッチング可能な半導体素子である第１スイッチング素子３６aと第２スイッチング素子３６ｂとを直列に接続してなる素子対と電流検出器３８とを電気絶縁性樹脂でモールディングして作製されている。３つのパワーモジュール２３が並列に接続されて、３相回路を構成している。各パワーモジュール２３が３相回路のなかの１相分の回路を構成する。なお、第１スイッチング素子３６ａが上アームに相当し、第２スイッチング素子３６ｂが下アームに相当する。第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂには、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ），ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが用いられる。   The power module 23 is manufactured by molding an element pair formed by connecting a first switching element 36a and a second switching element 36b, which are switchable semiconductor elements, in series and a current detector 38 with an electrically insulating resin. ing. Three power modules 23 are connected in parallel to form a three-phase circuit. Each power module 23 constitutes a circuit for one phase among the three-phase circuits. The first switching element 36a corresponds to the upper arm, and the second switching element 36b corresponds to the lower arm. As the first and second switching elements 36a and 36b, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and the like are used.

パワーモジュール２３は、Ｐ端子２３ａと、Ｎ端子２３ｂと、ＡＣ端子２３ｃと、信号端子２３ｄと、信号端子２３ｅと、を有する。Ｐ端子２３ａは、第１スイッチング素子３６aのドレインに接続されている。電流検出器３８の一端は、第２スイッチング素子３６ｂのソースに接続されている。Ｎ端子２３ｂは、電流検出器３８の他端に接続されている。ＡＣ端子２３ｃは、固定子巻線１１と接続される交流入出力であり、第１スイッチング素子３６ａのソースと第２スイッチング素子３６ｂのドレインとの接続点に接続されている。一つの信号端子２３ｄは、第１スイッチング素子３６ａのソースと第２スイッチング素子３６ｂのドレインとの接続点に接続されている。もう一つの信号端子２３ｄは、第２スイッチング素子３６ｂのソースに接続されている。信号端子２３ｅは、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂのゲート電極に接続されている。   The power module 23 includes a P terminal 23a, an N terminal 23b, an AC terminal 23c, a signal terminal 23d, and a signal terminal 23e. The P terminal 23a is connected to the drain of the first switching element 36a. One end of the current detector 38 is connected to the source of the second switching element 36b. The N terminal 23 b is connected to the other end of the current detector 38. The AC terminal 23c is an AC input / output connected to the stator winding 11, and is connected to a connection point between the source of the first switching element 36a and the drain of the second switching element 36b. One signal terminal 23d is connected to a connection point between the source of the first switching element 36a and the drain of the second switching element 36b. Another signal terminal 23d is connected to the source of the second switching element 36b. The signal terminal 23e is connected to the gate electrodes of the first and second switching elements 36a and 36b.

各パワーモジュール２３のＰ端子２３ａは、電力入出力ターミナル２６に接続されている。各パワーモジュール２３のＮ端子２３ｂは、Ｎターミナル２８に接続されている。各パワーモジュール２３のＡＣ端子２３ｃがＡＣターミナル３３を介して固定子巻線１１の相巻線に接続されている。   The P terminal 23 a of each power module 23 is connected to the power input / output terminal 26. The N terminal 23 b of each power module 23 is connected to the N terminal 28. The AC terminal 23 c of each power module 23 is connected to the phase winding of the stator winding 11 via the AC terminal 33.

なお、電流検出器３８にはシャント抵抗を使用しているが、ＡＣ端子２３ｃやＡＣターミナル３３に流れる電流を検出できるＩＣセンサなどを用いてもよい。   Although the shunt resistor is used for the current detector 38, an IC sensor or the like that can detect a current flowing through the AC terminal 23c or the AC terminal 33 may be used.

界磁モジュール２４は、界磁電流を通電する複数のスイッチング可能な半導体素子であるスイッチング素子３２を電気絶縁性樹脂でモールディングして作製される。ここでは、界磁モジュール２４は３個のスイッチング素子３２を備えている。界磁モジュール２４は、制御基板２５からの制御信号に基づいて、バッテリ３０からの電力を調整して界磁電流として界磁巻線１４に供給する。   The field module 24 is manufactured by molding a switching element 32, which is a plurality of switchable semiconductor elements through which a field current is passed, with an electrically insulating resin. Here, the field module 24 includes three switching elements 32. The field module 24 adjusts the electric power from the battery 30 based on the control signal from the control board 25 and supplies it to the field winding 14 as a field current.

回転位置検出センサ１８の信号端子１８ａは、制御基板２５の基板端子２５ａに接続される。界磁モジュール２４の信号端子２４ｄは、制御基板２５の基板端子２５ｂに接続される。パワーモジュール２３の信号端子２３ｄと信号端子２３ｅは、制御基板２５の基板端子２５ｃに接続される。外部接続用コネクタ２７の信号端子は制御基板２５の基板端子２５ｄに接続される。制御基板２５は、回転位置検出センサ１８からの回転子５の回転位置信号と、外部接続用コネクタ２７を通じて伝送されてくる外部機器(エンジン制御ユニット等)からの信号情報に基づいて、界磁モジュール２４およびパワーモジュール２３に制御信号を出力する。   The signal terminal 18 a of the rotational position detection sensor 18 is connected to the board terminal 25 a of the control board 25. The signal terminal 24 d of the field module 24 is connected to the board terminal 25 b of the control board 25. The signal terminal 23 d and the signal terminal 23 e of the power module 23 are connected to the board terminal 25 c of the control board 25. The signal terminal of the external connection connector 27 is connected to the board terminal 25d of the control board 25. The control board 25 is based on the rotational position signal of the rotor 5 from the rotational position detection sensor 18 and signal information from an external device (such as an engine control unit) transmitted through the external connection connector 27. A control signal is output to 24 and the power module 23.

電力変換装置２００は、パワーモジュール２３、界磁モジュール２４などをリング平板状のヒートシンク２９上に搭載して、構成されている。そして、ヒートシンク２９を、その中心穴内に回転軸１２およびブラシホルダ２１を収容して、回転軸１２の軸心と直交する平面上に配設される。そこで、電力変換装置２００を回転電機本体１００の径内に収めることができ、回転電機１の径方向の小型化が図られる。   The power converter 200 is configured by mounting a power module 23, a field module 24, and the like on a ring flat plate heat sink 29. The heat sink 29 is disposed on a plane perpendicular to the axis of the rotary shaft 12 with the rotary shaft 12 and the brush holder 21 accommodated in the center hole thereof. Therefore, the power conversion device 200 can be accommodated within the diameter of the rotating electrical machine main body 100, and the rotating electrical machine 1 can be reduced in the radial direction.

つぎに、このように構成された回転電機１の動作を説明する。
エンジンの始動時には、バッテリ３０からの直流電力が、電力入出力ターミナル２６を介してパワーモジュール２３および界磁モジュール２４のそれぞれに供給される。界磁モジュール２４は、制御基板２５の制御により、バッテリ３０からの直流電力を界磁電流に調整する。界磁モジュール２４で調整された界磁電流は、ブラシ２０およびスリップリング１９を介して界磁巻線１４に供給される。これにより、回転子５には、直流磁界が発生する。制御基板２５は、電流検出器３８により検出された複数の相電流の値からＰＷＭ制御により、パワーモジュール２３にスイッチング動作を行わせる。これにより、バッテリ３０からの直流電力が交流電力に変換される。 Next, the operation of the rotating electrical machine 1 configured as described above will be described.
When the engine is started, DC power from the battery 30 is supplied to each of the power module 23 and the field module 24 via the power input / output terminal 26. The field module 24 adjusts the DC power from the battery 30 to a field current under the control of the control board 25. The field current adjusted by the field module 24 is supplied to the field winding 14 via the brush 20 and the slip ring 19. As a result, a DC magnetic field is generated in the rotor 5. The control board 25 causes the power module 23 to perform a switching operation by PWM control from a plurality of phase current values detected by the current detector 38. Thereby, the DC power from the battery 30 is converted into AC power.

パワーモジュール２３で変換された交流電力は、ＡＣターミナル３３を介して固定子巻線１１に供給される。これにより、固定子４には、回転磁界が発生し、回転子５が回転する。すなわち、回転電機本体１００が電動機として動作し、回転子５の回転トルクがプーリ１７およびベルトを介してエンジンのクランク軸に伝達され、エンジンが始動する。   The AC power converted by the power module 23 is supplied to the stator winding 11 via the AC terminal 33. Thereby, a rotating magnetic field is generated in the stator 4 and the rotor 5 rotates. That is, the rotating electrical machine main body 100 operates as an electric motor, the rotational torque of the rotor 5 is transmitted to the crankshaft of the engine via the pulley 17 and the belt, and the engine is started.

エンジンの始動後には、エンジンからの回転トルクがベルトを介してプーリ１７に伝達される。これにより、回転子５が回転し、固定子巻線１１に交流電力が誘起される。このとき、制御基板２５は、電流検出器３８により検出された複数の相電流の値からＰＷＭ制御により、パワーモジュール２３にスイッチング動作を行わせる。これにより、固定子巻線１１に誘起された交流電力が直流電力に変換される。すなわち、回転電機本体１００が交流発電機として動作し、パワーモジュール２３で変換された直流電力がバッテリ３０に充電される。   After the engine is started, the rotational torque from the engine is transmitted to the pulley 17 via the belt. Thereby, the rotor 5 rotates and AC power is induced in the stator winding 11. At this time, the control board 25 causes the power module 23 to perform a switching operation by PWM control from a plurality of phase current values detected by the current detector 38. Thereby, AC power induced in the stator winding 11 is converted into DC power. That is, the rotating electrical machine main body 100 operates as an AC generator, and the DC power converted by the power module 23 is charged in the battery 30.

ここで、固定子巻線１１は、図３に示されるように、２組の三相固定子巻線、すなわち第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂとにより構成されている。第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂは、電気角が互いにθだけずれている。すなわち、第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂは、電気角位相差θを有している。また、第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂの各相巻線は、同じ抵抗値となっている。   Here, as shown in FIG. 3, the stator winding 11 includes two sets of three-phase stator windings, that is, a first three-phase stator winding 11a and a second three-phase stator winding 11b. It is configured. The electrical angles of the first three-phase stator winding 11a and the second three-phase stator winding 11b are shifted from each other by θ. That is, the first three-phase stator winding 11a and the second three-phase stator winding 11b have an electrical angle phase difference θ. In addition, each phase winding of the first three-phase stator winding 11a and the second three-phase stator winding 11b has the same resistance value.

つぎに、回転電機１を駆動した時の２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量を模擬した結果を図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示す。ただし、Ｉ∝sin(θ)とした。Ｉ2 ∝sin2(θ)であるので、三相固定子巻線の発熱量は、Ｉ2Ｒ∝sin2(θ)となる。図４Ａから図４Ｃはそれぞれこの発明の実施の形態１に係る回転電機における２組の三相固定子巻線の２相分の発熱量和を模擬した図であり、図４Ａはθ＝０°、図４Ｂはθ＝３０°、図４Ｃはθ＝９０°のときの場合を示している。なお、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃにおいて、実線は（Ｕ２＋Ｘ２）、点線は（Ｖ２＋Ｙ２）、一点鎖線は（Ｗ２＋Ｚ２）を示している。 Next, the simulation results of the heat generation for two phases of the two sets of three-phase stator windings when the rotating electrical machine 1 is driven are shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C. However, I∝sin (θ) was used. Since I 2 ∝sin 2 (θ), the amount of heat generated by the three-phase stator winding is I 2 R∝sin 2 (θ). 4A to 4C are diagrams each simulating the sum of heat generation amounts for two phases of two sets of three-phase stator windings in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4A shows θ = 0 °. 4B shows a case where θ = 30 °, and FIG. 4C shows a case where θ = 90 °. 4A, 4B, and 4C, the solid line indicates (U 2 + X 2 ), the dotted line indicates (V 2 + Y 2 ), and the alternate long and short dash line indicates (W 2 + Z 2 ).

電気角位相差θ＝０°のとき、図４Ａに示されるように、発熱量和の振幅が最大となることがわかった。また、電気角位相差θ＝９０°のとき、図４Ｃに示されるように、発熱量和が一定値となることが分かった。つまり、電気角位相差θ＝９０°のとき、６個の第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂが最も均一に発熱しており、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの下層に設置されるヒートシンク２９も均熱化されているので、他の場合に比べて第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの温度上昇の最大値を低減できる。一方で、電気角位相差θ＝０°のとき、６個の第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂが最も不均一に発熱しており、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの下層に設置されるヒートシンク２９も不均一に温度が上昇するので、他の場合に比べて第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂは温度が上昇しやすく、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂが破損する可能性がある。電気角のずれ、すなわち電気角位相差θが、０°≦ θ ＜ １２０°において、θ＝９０°の時、６個の第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂが最も均一に発熱する。   When the electrical angle phase difference θ = 0 °, as shown in FIG. 4A, it has been found that the amplitude of the calorific value sum is maximized. Further, when the electrical angle phase difference θ = 90 °, as shown in FIG. 4C, it was found that the calorific value sum becomes a constant value. That is, when the electrical angle phase difference θ = 90 °, the six first and second switching elements 36a and 36b generate heat most uniformly, and are installed below the first and second switching elements 36a and 36b. Since the heat sink 29 is also soaked, the maximum value of the temperature rise of the first and second switching elements 36a and 36b can be reduced as compared with other cases. On the other hand, when the electrical angle phase difference θ = 0 °, the six first and second switching elements 36a and 36b generate heat most unevenly, and are below the first and second switching elements 36a and 36b. Since the temperature of the installed heat sink 29 also increases non-uniformly, the temperature of the first and second switching elements 36a and 36b is likely to increase compared to other cases, and the first and second switching elements 36a and 36b are damaged. there's a possibility that. When the electrical angle shift, that is, the electrical angle phase difference θ is 0 ° ≦ θ <120 ° and θ = 90 °, the six first and second switching elements 36a and 36b generate heat most uniformly.

この実施の形態１によれば、第１三相固定子巻線１１ａと第２三相固定子巻線１１ｂとが電気角位相差θを有しているので、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの過渡的な温度上昇が低減される。これにより、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの不均一な発熱が抑制され、ヒートシンク２９の不均一な温度上昇が抑制される。そこで、温度サイクルによる熱膨張と熱収縮の繰り返しが原因の一つとなる第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂや使用部材(例えば、はんだ、バスバーなどの金属、接着剤、樹脂など)の損傷や経年劣化を抑えることができる。   According to the first embodiment, since the first three-phase stator winding 11a and the second three-phase stator winding 11b have the electrical angle phase difference θ, the first and second switching elements 36a 36b, the transient temperature rise is reduced. Thereby, the non-uniform heat generation of the first and second switching elements 36a, 36b is suppressed, and the non-uniform temperature rise of the heat sink 29 is suppressed. Therefore, damage to the first and second switching elements 36a and 36b and members used (for example, metal such as solder and bus bar, adhesive, resin, etc.), which is caused by repeated thermal expansion and contraction due to the temperature cycle, Aging deterioration can be suppressed.

つぎに、パワーモジュール２３の構造について図５を用いて説明する。図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機におけるパワーモジュールを示す平面図、図６は図５のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図５では、便宜上、絶縁樹脂を省略してパワーモジュールを示している。   Next, the structure of the power module 23 will be described with reference to FIG. 5 is a plan view showing a power module in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 5, for convenience, the power module is shown without the insulating resin.

図５および図６において、パワーモジュール２３は、直列接続された第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂを有し、３相回路の1相分の回路に相当する。信号端子２３ｅが、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂのそれぞれのゲート電極に接続されている。   5 and 6, the power module 23 includes first and second switching elements 36a and 36b connected in series, and corresponds to a circuit for one phase of a three-phase circuit. The signal terminal 23e is connected to the respective gate electrodes of the first and second switching elements 36a and 36b.

第１スイッチング素子３６ａが第１リードフレーム４１の上に配置され、第１スイッチング素子３６ａの下面電極がはんだ５４により第１リードフレーム４１の上面に接合されている。第１スイッチング素子３６ａの上面電極には、はんだ５４により第１インナーリード４３の一端が接合されている。そして、第１インナーリード４３の他端が、はんだ５４により第２リードフレーム４４の上面に接合され、上アームを構成している。   The first switching element 36 a is disposed on the first lead frame 41, and the lower surface electrode of the first switching element 36 a is joined to the upper surface of the first lead frame 41 by the solder 54. One end of the first inner lead 43 is joined to the upper surface electrode of the first switching element 36 a by solder 54. The other end of the first inner lead 43 is joined to the upper surface of the second lead frame 44 by the solder 54 to constitute an upper arm.

第２スイッチング素子３６ｂが第２リードフレーム４４の上に配置され、第２スイッチング素子３６ｂの下面電極が、はんだ５４により第２リードフレーム４４の上面に接合されている。第２スイッチング素子３６ｂの上面電極には、はんだ５４により第２インナーリード４６の一端が接合されている。そして、第２インナーリード４６の他端が、はんだ５４により第３リードフレーム４７の上面に接合され、下アームを構成している。   The second switching element 36 b is disposed on the second lead frame 44, and the lower surface electrode of the second switching element 36 b is joined to the upper surface of the second lead frame 44 by the solder 54. One end of the second inner lead 46 is joined to the upper surface electrode of the second switching element 36 b by solder 54. The other end of the second inner lead 46 is joined to the upper surface of the third lead frame 47 by the solder 54 to constitute a lower arm.

第３リードフレーム４７の上面には、はんだ５４により電流検出器３８の一端が接合されている。電流検出器３８の他端が、はんだ５４により第４リードフレーム４８の上面に接合されている。電力変換装置２００は、第１から第４リードフレーム４１，４４，４７，４８の線膨張係数に近い線膨張係数を有する、例えばシリコーン樹脂などの、絶縁性樹脂３７を用いてモールディングされている。電流検出器３８の接合部の周囲を絶縁性樹脂３７で固めているので、電流検出器３８は、外部環境の影響を受けにくいうえに、繰り返しの熱膨張、収縮による応力を緩和し寿命を延ばすことができる。   One end of the current detector 38 is joined to the upper surface of the third lead frame 47 by solder 54. The other end of the current detector 38 is joined to the upper surface of the fourth lead frame 48 by solder 54. The power conversion device 200 is molded using an insulating resin 37 having a linear expansion coefficient close to that of the first to fourth lead frames 41, 44, 47, and 48, such as a silicone resin. Since the periphery of the joint portion of the current detector 38 is solidified by the insulating resin 37, the current detector 38 is less susceptible to the influence of the external environment, and also relieves stress due to repeated thermal expansion and contraction and extends the life. be able to.

パワーモジュール２３は、第１から第４リードフレーム４１，４４，４７，４８の下面をヒートシンク２９に、絶縁性放熱部材としての接着剤５０を用いて固定して、ヒートシンク２９上に搭載されている。この接着剤５０には、絶縁性および放熱性を有するシリコーン樹脂などの接着剤が用いられる。第１から第４リードフレーム４１，４４，４７，４８は、パワーモジュール２３の最下層に配設されている。最下層に配設されているこれらの部材は、絶縁性樹脂３７から露出しているため、接着剤５０によってヒートシンク２９に直接接着することができる。電流検出器３８と第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂはパワーモジュール２３の第２層に配設されている。   The power module 23 is mounted on the heat sink 29 by fixing the lower surfaces of the first to fourth lead frames 41, 44, 47, 48 to the heat sink 29 using an adhesive 50 as an insulating heat dissipation member. . For the adhesive 50, an adhesive such as a silicone resin having insulating properties and heat dissipation properties is used. The first to fourth lead frames 41, 44, 47, 48 are arranged in the lowermost layer of the power module 23. Since these members disposed in the lowermost layer are exposed from the insulating resin 37, they can be directly bonded to the heat sink 29 by the adhesive 50. The current detector 38 and the first and second switching elements 36 a and 36 b are disposed on the second layer of the power module 23.

この実施の形態１によれば、パワーモジュール２３が接着剤５０によりヒートシンク２９に直接接着されている。そこで、電流検出器３８で発生した熱は、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂと同様に、第１から第４リードフレーム４１，４４，４７，４８を介してヒートシンク２９に伝達され、ヒートシンク２９から効果的に放熱される。また、電流検出器３８と第３および第４リードフレーム４７，４８との接合は、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂと第１および第２リードフレーム４１，４４との接合と同じはんだ付けであるため、１つの工程で同時に実装することができる。   According to the first embodiment, the power module 23 is directly bonded to the heat sink 29 with the adhesive 50. Therefore, the heat generated by the current detector 38 is transmitted to the heat sink 29 via the first to fourth lead frames 41, 44, 47, and 48 in the same manner as the first and second switching elements 36a and 36b. 29 effectively dissipates heat. Also, the junction between the current detector 38 and the third and fourth lead frames 47 and 48 is the same soldering as the junction between the first and second switching elements 36a and 36b and the first and second lead frames 41 and 44. Therefore, it can be simultaneously mounted in one process.

電流検出器３８がパワーモジュール２３内に実装されているので、電流検出器３８の冷却構造を第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの冷却構造と同じ構造とすることができる。第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂを第１および第２リードフレーム４１，４４に実装する際に、電流検出器３８を第３および第４リードフレーム４７，４８に同時に実装できるので、生産性が高められる。   Since the current detector 38 is mounted in the power module 23, the cooling structure of the current detector 38 can be the same as the cooling structure of the first and second switching elements 36a and 36b. When the first and second switching elements 36a and 36b are mounted on the first and second lead frames 41 and 44, the current detector 38 can be mounted on the third and fourth lead frames 47 and 48 at the same time. Is increased.

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る回転電機におけるパワーモジュールを示す断面図である。 Embodiment 2. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a power module in a rotating electrical machine according to Embodiment 2 of the present invention.

図７において、第２、第３および第４リードフレーム４４，４７，４８、および第２インナーリード４６は、所定厚みのフレーム５１が接合されて、機械加工に影響が出ない範囲で軸方向の厚みが厚くなっている。図示していないが、第１リードフレーム４１および第１インナーリード４３も、機械加工に影響が出ない範囲で軸方向の厚みが厚くなっている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。 In FIG. 7, the second, third, and fourth lead frames 44, 47, and 48 and the second inner lead 46 are joined in the axial direction within a range in which the frame 51 having a predetermined thickness is joined and the machining is not affected. The thickness is increased. Although not shown, the first lead frame 41 and the first inner lead 43 are also thick in the axial direction within a range that does not affect machining.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

実施の形態２によれば、第１から第４リードフレーム４１、４４，４７，４８、および第１および第２インナーリード４３，４６の軸方向の厚みが厚くなっている。そこで、電力変換装置２００の径方向の占有面積を維持したまま、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂに対する、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂで発生する熱の伝熱経路の熱容量が増える。これにより、回転電機の径方向寸法を拡大することなく、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの過渡的な温度上昇を低減できる。   According to the second embodiment, the axial thicknesses of the first to fourth lead frames 41, 44, 47, 48 and the first and second inner leads 43, 46 are increased. Therefore, the heat capacity of the heat transfer path of the heat generated in the first and second switching elements 36a and 36b with respect to the first and second switching elements 36a and 36b is maintained while maintaining the area occupied in the radial direction of the power conversion device 200. Increase. Thereby, the transient temperature rise of the 1st and 2nd switching elements 36a and 36b can be reduced, without expanding the radial direction dimension of a rotary electric machine.

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る回転電機におけるパワーのジュールを示す断面図である。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a power joule in a rotary electric machine according to Embodiment 3 of the present invention.

図８において、第２スイッチング素子３６ｂの下面電極が、熱伝導性を有する導電性接着剤５３により、第２リードフレーム４４に接合されている。熱拡散板５２が、接着剤５３内に収納されている。図示していないが、第１スイッチング素子３６ａの下面電極も、接着剤５３により、第１リードフレーム４１に接合され、熱拡散板５２が接着剤５３内に収納されている。熱拡散板５２には、金、銀、銅、プラチナ、スズ、アルミニウム、鉄、およびそれらの合金、炭素などが用いられ、導電性接着剤５３は、シリコーン樹脂などの樹脂と導電性フィラーとからなる接着剤が用いられる。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。 In FIG. 8, the lower surface electrode of the second switching element 36b is joined to the second lead frame 44 by a conductive adhesive 53 having thermal conductivity. A heat diffusion plate 52 is accommodated in the adhesive 53. Although not shown, the lower electrode of the first switching element 36 a is also bonded to the first lead frame 41 by the adhesive 53, and the heat diffusion plate 52 is accommodated in the adhesive 53. Gold, silver, copper, platinum, tin, aluminum, iron, and alloys thereof, carbon, and the like are used for the heat diffusion plate 52, and the conductive adhesive 53 is made of a resin such as a silicone resin and a conductive filler. An adhesive is used.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

実施の形態３によれば、熱拡散板５２が、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの下面電極と第１および第２リードフレーム４１，４４とを接合する導電性接着剤５３内に収納されている。そこで、電力変換装置２００の径方向の占有面積を維持したまま、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂに対する、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂと第１および第２リードフレーム４１，４４との間の伝熱経路の熱容量が増える。これにより、回転電機の径方向寸法を拡大することなく、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの過渡的な温度上昇を低減できる。   According to the third embodiment, the thermal diffusion plate 52 is housed in the conductive adhesive 53 that joins the lower surface electrodes of the first and second switching elements 36a, 36b and the first and second lead frames 41, 44. Has been. Therefore, the first and second switching elements 36a, 36b and the first and second lead frames 41, 44 with respect to the first and second switching elements 36a, 36b are maintained while maintaining the area occupied in the radial direction of the power conversion device 200. The heat capacity of the heat transfer path between and increases. Thereby, the transient temperature rise of the 1st and 2nd switching elements 36a and 36b can be reduced, without expanding the radial direction dimension of a rotary electric machine.

ここで、熱拡散板５２の線膨張係数を、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの線膨張係数と第１および第２リードフレーム４１、４４の線膨張係数との中間の値に設定すると、熱や衝撃による第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの歪みや変形の発生を防止することができる。
また、熱拡散板５２は第１および第２リードフレーム４１、４４と別部材で構成されているが、第１および第２リードフレーム４１、４４と一体に構成されてもよい。例えば、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの下面電極に相対する領域のみが厚くなっている異厚材を第１および第２リードフレームに用いてもよい。 Here, when the linear expansion coefficient of the thermal diffusion plate 52 is set to an intermediate value between the linear expansion coefficient of the first and second switching elements 36a and 36b and the linear expansion coefficient of the first and second lead frames 41 and 44. In addition, it is possible to prevent the first and second switching elements 36a and 36b from being distorted or deformed due to heat or impact.
Further, although the heat diffusion plate 52 is configured as a separate member from the first and second lead frames 41 and 44, it may be configured integrally with the first and second lead frames 41 and 44. For example, a different thickness material in which only regions facing the lower surface electrodes of the first and second switching elements 36a and 36b are thick may be used for the first and second lead frames.

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る回転電機における締結ボルト周りを示す要部断面図である。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part showing the periphery of a fastening bolt in a rotary electric machine according to Embodiment 4 of the present invention.

図９において、ヒートシンク２９が、締結ボルト５５によりリヤブラケット８に定着固定されている。第１断熱部材５６がヒートシンク２９とリヤブラケット８との間に配設されている。第２断熱部材５７が締結ボルト５５とヒートシンク２９との間に配設されている。ここで、第１および第２断熱部材５６，５７には、フェノール、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＡＢＳなどの樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）、セラミック、ゴム、ガラス繊維などが用いられる。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に形成されている。 In FIG. 9, the heat sink 29 is fixedly fixed to the rear bracket 8 by fastening bolts 55. A first heat insulating member 56 is disposed between the heat sink 29 and the rear bracket 8. A second heat insulating member 57 is disposed between the fastening bolt 55 and the heat sink 29. Here, the first and second heat insulating members 56 and 57 include resins such as phenol, PPS (polyphenylene sulfide), PBT (polybutylene terephthalate), ABS, polyimide, Teflon (registered trademark), ceramic, rubber, and glass fiber. Etc. are used.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

実施の形態４によれば、第１断熱部材５６がリヤブラケット８とヒートシンク２９との間に配設されているので、固定子４で発生した熱がリヤブラケット８からヒートシンク２９に伝達されない。さらに、第２断熱部材５７が締結ボルト５５とヒートシンク２９との間に配設されているので、固定子４で発生した熱がリヤブラケット８から締結ボルト５５を介してヒートシンク２９に伝達されない。これにより、ヒートシンク２９の温度上昇が低減され、第１および第２スイッチング素子３６ａ，３６ｂの温度上昇を低減できる。
なお、締結ボルト５５が熱伝導率の小さい材料、例えば樹脂などで構成されている場合、締結ボルト５５とヒートシンク２９の間には断熱部材を配設する必要がない。 According to the fourth embodiment, since the first heat insulating member 56 is disposed between the rear bracket 8 and the heat sink 29, heat generated in the stator 4 is not transmitted from the rear bracket 8 to the heat sink 29. Further, since the second heat insulating member 57 is disposed between the fastening bolt 55 and the heat sink 29, heat generated in the stator 4 is not transmitted from the rear bracket 8 to the heat sink 29 via the fastening bolt 55. Thereby, the temperature rise of the heat sink 29 is reduced, and the temperature rise of the first and second switching elements 36a and 36b can be reduced.
When the fastening bolt 55 is made of a material having a low thermal conductivity, such as a resin, it is not necessary to provide a heat insulating member between the fastening bolt 55 and the heat sink 29.

なお、上記各実施の形態では、パワーモジュールが２つのスイッチング素子を電気絶縁性樹脂でモールディングした（２ｉｎ１）モジュールに構成されているが、パワーモジュールは、４つのスイッチング素子を電気絶縁性樹脂でモールディングした（４ｉｎ１）モジュールに構成されてもよい。この構成とすることより、電力変換装置の小型化を促進できるが、各相のスイッチング素子が近接配置されることで、熱干渉しやすくなる。本願では、２組の三相固定子巻線が位相差を有しているので、各相のスイッチング素子は均一に発熱し、スイッチング素子間の熱干渉を軽減することができ、スイッチング素子の温度上昇を低減できる。また、パワーモジュールを（６ｉｎ１）や（１２ｉｎ１）モジュールに構成しても、同様の効果が見込まれる。   In each of the above embodiments, the power module is configured as a (2 in 1) module in which two switching elements are molded with an electrically insulating resin. However, the power module is formed by molding four switching elements with an electrically insulating resin. (4 in 1) modules may be configured. By adopting this configuration, it is possible to promote downsizing of the power conversion device, but thermal interference easily occurs because the switching elements of the respective phases are arranged close to each other. In the present application, since the two sets of three-phase stator windings have a phase difference, the switching elements of each phase generate heat uniformly, and the thermal interference between the switching elements can be reduced. The rise can be reduced. The same effect can be expected even if the power module is configured as a (6 in 1) or (12 in 1) module.

また、上記各実施の形態では、電動機能と発電機能とを備えた回転電機について説明しているが、電動機能のみ、あるいは発電機能のみを備える回転電機に適用しても、同様の効果が得られる。
また、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 Further, in each of the above embodiments, the rotating electric machine having the electric function and the power generation function has been described, but the same effect can be obtained even when applied to the rotating electric machine having only the electric function or only the power generation function. It is done.
Also, within the scope of the present invention, the present invention can be freely combined with each other, or each embodiment can be appropriately modified or omitted.

１ 回転電機、４ 固定子、５ 回転子、６ ケース、７ フロントブラケット、８ リヤブラケット、１１ 固定子巻線、１１ａ 第１三相固定子巻線、１１ｂ 第２三相固定子巻線、１４ 界磁巻線、２３ パワーモジュール、２４ 界磁モジュール、２５ 制御基板、２９ ヒートシンク、３６ａ 第１スイッチング素子、３６ｂ 第２スイッチング素子、３７ 絶縁性樹脂、３８ 電流検出器、４１ 第１リードフレーム、４３ 第１インナーリード、４４ 第２リードフレーム、４６ 第２インナーリード、４７ 第３リードフレーム、４８ 第４リードフレーム、５０ 接着剤（絶縁性放熱部材）、５２ 熱拡散板、５５ 締結ボルト、５６ 第１断熱部材、５７ 第２断熱部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating electric machine, 4 Stator, 5 Rotor, 6 Case, 7 Front bracket, 8 Rear bracket, 11 Stator winding, 11a First three-phase stator winding, 11b Second three-phase stator winding, 14 Field winding, 23 Power module, 24 Field module, 25 Control board, 29 Heat sink, 36a First switching element, 36b Second switching element, 37 Insulating resin, 38 Current detector, 41 First lead frame, 43 First inner lead, 44 Second lead frame, 46 Second inner lead, 47 Third lead frame, 48 Fourth lead frame, 50 Adhesive (insulating heat dissipation member), 52 Thermal diffusion plate, 55 Fastening bolt, 56 First 1 heat insulation member, 57 2nd heat insulation member.

この発明の回転電機は、ケース、上記ケース内に回転可能に配設され、界磁巻線を有する回転子、および上記回転子を囲繞するように上記ケースに保持され、固定子巻線を有する固定子を備える回転電機本体と、上記界磁巻線に接続される界磁モジュール、上記固定子巻線に接続されるパワーモジュール、上記界磁モジュールと上記パワーモジュールが固定されるヒートシンク、および上記界磁モジュールと上記パワーモジュールに制御信号を出力する制御基板を備える電力変換装置と、を備える。上記パワーモジュールは、上アームを構成する第１スイッチング素子と、上記第１スイッチング素子に直列に接続されて下アームを構成する第２スイッチング素子と、電流検出器と、上記第１スイッチング素子、上記第２スイッチング素子および上記電流検出器をモールド一体化する絶縁性樹脂と、上面が上記第１スイッチング素子の下面電極に接合されている第１リードフレームと、上面が上記第２スイッチング素子の下面電極に接合されている第２リードフレームと、上面が上記電流検出器の一端に接合されている第３リードフレームと、上面が上記電流検出器の他端に接合されている第４リードフレームと、上記第１スイッチング素子の上面電極と上記第２リードフレームの上面とを電気的に接続する第１インナーリードと、上記第２スイッチング素子の上面電極と第３リードフレームの上面とを電気的に接続する第２インナーリードと、を備える。上記第１リードフレーム、上記第２リードフレーム、上記第３リードフレームおよび上記第４リードフレームの下面が、上記ヒートシンクの上面に、絶縁性放熱部材により接合されており、上記固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されており、上記第１スイッチング素子と上記第１リードフレームとが、および上記第２スイッチング素子と上記第２リードフレームとが、それぞれ、導電性接着剤により接合されており、熱拡散板が、上記導電性接着剤に収納されて、上記第１スイッチング素子と上記第１リードフレームとの間、および上記第２スイッチング素子と上記第２リードフレームとの間に配置されている。 The rotating electrical machine according to the present invention includes a case, a rotor that is rotatably disposed in the case, has a field winding, and is held by the case so as to surround the rotor, and has a stator winding. A rotating electrical machine main body including a stator, a field module connected to the field winding, a power module connected to the stator winding, a heat sink to which the field module and the power module are fixed, and the above A power conversion device including a field module and a control board that outputs a control signal to the power module. The power module includes a first switching element constituting an upper arm, a second switching element connected in series to the first switching element and constituting a lower arm, a current detector, the first switching element, Insulating resin for molding and integrating the second switching element and the current detector, a first lead frame whose upper surface is joined to the lower electrode of the first switching element, and an upper surface of the lower electrode of the second switching element A second lead frame joined to the current detector, a third lead frame whose upper surface is joined to one end of the current detector, a fourth lead frame whose upper surface is joined to the other end of the current detector, A first inner lead electrically connecting the upper surface electrode of the first switching element and the upper surface of the second lead frame; and the second And a second inner leads for electrically connecting the upper electrode and the upper surface of the third lead frame switching element. The lower surfaces of the first lead frame, the second lead frame, the third lead frame, and the fourth lead frame are joined to the upper surface of the heat sink by an insulating heat dissipation member, and the stator winding is The first three-phase stator winding and the second three-phase stator winding, the electrical angles of which are deviated from each other , include the first switching element and the first lead frame, and the second switching. The element and the second lead frame are respectively joined by a conductive adhesive, and a heat diffusion plate is housed in the conductive adhesive, so that the first switching element and the first lead frame are And between the second switching element and the second lead frame .

Claims (4)

ケース、上記ケース内に回転可能に配設され、界磁巻線を有する回転子、および上記回転子を囲繞するように上記ケースに保持され、固定子巻線を有する固定子を備える回転電機本体と、
上記界磁巻線に接続される界磁モジュール、上記固定子巻線に接続されるパワーモジュール、上記界磁モジュールと上記パワーモジュールが固定されるヒートシンク、および上記界磁モジュールと上記パワーモジュールに制御信号を出力する制御基板を備える電力変換装置と、を備える回転電機において、
上記パワーモジュールは、
上アームを構成する第１スイッチング素子と、
上記第１スイッチング素子に直列に接続されて下アームを構成する第２スイッチング素子と、
電流検出器と、
上記第１スイッチング素子、上記第２スイッチング素子および上記電流検出器をモールド一体化する絶縁性樹脂と、
上面が上記第１スイッチング素子の下面電極に接合されている第１リードフレームと、
上面が上記第２スイッチング素子の下面電極に接合されている第２リードフレームと、
上面が上記電流検出器の一端に接合されている第３リードフレームと、
上面が上記電流検出器の他端に接合されている第４リードフレームと、
上記第１スイッチング素子の上面電極と上記第２リードフレームの上面とを電気的に接続する第１インナーリードと、
上記第２スイッチング素子の上面電極と第３リードフレームの上面とを電気的に接続する第２インナーリードと、を備え、
上記第１リードフレーム、上記第２リードフレーム、上記第３リードフレームおよび上記第４リードフレームの下面が、上記ヒートシンクの上面に、絶縁性放熱部材により接合されており、
上記固定子巻線は、電気角が互いにずれている第１三相固定子巻線と第２三相固定子巻線とから構成されている回転電機。 A rotating electrical machine main body including a case, a rotor rotatably disposed in the case, and having a field winding, and a stator held by the case so as to surround the rotor and having a stator winding When,
A field module connected to the field winding, a power module connected to the stator winding, a heat sink to which the field module and the power module are fixed, and a control to the field module and the power module In a rotating electrical machine comprising a power conversion device comprising a control board that outputs a signal,
The power module is
A first switching element constituting an upper arm;
A second switching element connected in series to the first switching element to form a lower arm;
A current detector;
An insulating resin that mold-integrates the first switching element, the second switching element, and the current detector;
A first lead frame having an upper surface bonded to the lower surface electrode of the first switching element;
A second lead frame having an upper surface bonded to the lower surface electrode of the second switching element;
A third lead frame having an upper surface joined to one end of the current detector;
A fourth lead frame having an upper surface joined to the other end of the current detector;
A first inner lead that electrically connects the upper surface electrode of the first switching element and the upper surface of the second lead frame;
A second inner lead that electrically connects the upper surface electrode of the second switching element and the upper surface of the third lead frame;
The lower surfaces of the first lead frame, the second lead frame, the third lead frame, and the fourth lead frame are joined to the upper surface of the heat sink by an insulating heat dissipation member,
The stator winding is a rotating electrical machine that includes a first three-phase stator winding and a second three-phase stator winding whose electrical angles are shifted from each other. 上記第１スイッチング素子と上記第１インナーリードとの間、および上記第２スイッチング素子と上記第２インナーリードとの間には、熱拡散板が収納されている請求項１記載の回転電機。   2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein a heat diffusion plate is housed between the first switching element and the first inner lead and between the second switching element and the second inner lead. 上記ヒートシンクが締結ボルトにより上記ケースに固定され、
第１断熱部材が上記ヒートシンクと上記ケースとの間に配設されている請求項１又は請求項２記載の回転電機。 The heat sink is fixed to the case with fastening bolts,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the first heat insulating member is disposed between the heat sink and the case. 第２断熱部材が上記締結ボルトと上記ヒートシンクの間に配設されている請求項３記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 3, wherein a second heat insulating member is disposed between the fastening bolt and the heat sink.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252886A (en) * 2008-04-03 2009-10-29 Denso Corp Electronic device
JP2012168917A (en) * 2011-01-26 2012-09-06 Kobayashi Create Co Ltd Rf tag
JP2015099656A (en) * 2013-11-18 2015-05-28 市光工業株式会社 Vehicle lamp
JP2015115966A (en) * 2013-12-09 2015-06-22 三菱電機株式会社 Rotation electrical machine with power conversion device
JP2015144511A (en) * 2014-01-31 2015-08-06 三菱電機株式会社 Rotary electric machine
JP2016094884A (en) * 2014-11-14 2016-05-26 三菱電機株式会社 Controller for rotary electric machine, and engine control system mounted with controller for rotary electric machine controlled by the same controller
JP2016197677A (en) * 2015-04-06 2016-11-24 三菱電機株式会社 Power semiconductor device and in-vehicle rotating electrical machine drive device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252886A (en) * 2008-04-03 2009-10-29 Denso Corp Electronic device
JP2012168917A (en) * 2011-01-26 2012-09-06 Kobayashi Create Co Ltd Rf tag
JP2015099656A (en) * 2013-11-18 2015-05-28 市光工業株式会社 Vehicle lamp
JP2015115966A (en) * 2013-12-09 2015-06-22 三菱電機株式会社 Rotation electrical machine with power conversion device
JP2015144511A (en) * 2014-01-31 2015-08-06 三菱電機株式会社 Rotary electric machine
JP2016094884A (en) * 2014-11-14 2016-05-26 三菱電機株式会社 Controller for rotary electric machine, and engine control system mounted with controller for rotary electric machine controlled by the same controller
JP2016197677A (en) * 2015-04-06 2016-11-24 三菱電機株式会社 Power semiconductor device and in-vehicle rotating electrical machine drive device

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