JPH11206183A - 回転電機内蔵用インバータ及びそれを用いたインバータ内蔵形回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐熱性を向上し冷却フィン寸法や回転電機の小
形化に結び付く回転電機内蔵用インバータを提供する。 【解決手段】回転電機内蔵用のインバータ１ａは、回転
電機に内蔵されて用いられ複数個のモジュール33( 33a,
33b,33c)を含み形成されたインバータ回路を有するもの
であって、モジュール33を構成するパワートランジスタ
およびダイオードは、Ｔｊ＝160℃以上〜300℃以下のジ
ャンクション温度特性を有している。従って、同一使用
温度環境であれば、冷却フィンとしての正極板15及び負
極板16の寸法を従来より小さくすることができ、インバ
ータ１ａ自体や内蔵されて用いられる回転電機の小形化
に結び付くものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機、特に電
気車の電動機に内蔵して用いられるための損失，冷却，
小型化等の面を考慮したインバータに係り、該インバー
タを内蔵した回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気車、特に電気自動車においては、航
続距離の向上から効率の良い駆動システムが要求されて
おり、堅牢な誘導電動機に代わって小型化・高効率を図
るために永久磁石を用いた同期電動機が多用されてお
り、さらに、インバータが電動機に内蔵される方向に進
んできている。そして、電動機を含む回転電機の小型化
を損なわずにインバータを内蔵する技術が開発されてい
る。

【０００３】すなわち、内蔵して用いられる従来技術の
インバータとしては、ＳｉＣ半導体の低損失化を活かし
てＳｉＣ半導体からなる３相全波整流器を車両用交流発
電機の後端壁以外の部位へ固定することができるように
して内蔵する車両用交流発電機用のインバータが、特開
平８−３３６２６８公報に開示されている。また、イン
バータを電動機に内蔵した従来技術のインバータ内蔵形
回転電機としては、ヒートシンクを介して電動機とコン
トローラ(含むインバータ)を一体にして内蔵する技術
が、特開平５−２９２７０３号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の回転電機内蔵用インバータおよびインバータ内
蔵形回転電機には、小形化することが困難であるという
共通の問題がある。即ち、インバータとしては、インバ
ータ主回路の素子としてＳｉ(シリコン)を用いた半導体
が用いられており、その熱損失が大きく半導体の耐熱保
護の面から設ける冷却フィン寸法に制約がある。具体的
には、ＩＧＢＴと呼称されている半導体、または、上記
特開平8-336268公報に記載のＳｉＣ半導体の接合部の許
容温度値が１５５℃位にあるため、冷却フィンを小形化
するには限度がある。逆に、インバータの使用温度環境
が高くなればなるほど冷却フィン寸法は大きくなる。

【０００５】一方、インバータを内蔵する回転電機とし
ては、回転電機の内部が１５０℃〜１８０℃位になり、
インバータ、即ち、半導体の冷却を考慮すると、小型化
を損なわずに内蔵することが難しいという問題がある。
特に、内燃機関と電動機を使用したハイブリッドシステ
ムカーの場合の電動機では、エンジンの発熱の影響を受
けるためインバータの温度環境は２００℃前後となるの
で、高温動作可能でかつ低損失なインバータが要望さ
れ、この点からも小型化を損なわずインバータを電動機
に内蔵する技術の必要に迫られている。

【０００６】従って、本発明の目的は、冷却フィンを小
形化できる回転電機内蔵用インバータを提供することに
ある。また、他の目的は、回転電機内蔵用インバータを
内蔵しつつ小型化したインバータ内蔵形回転電機を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による回転電機内蔵用インバータの特徴は、複数個の
半導体モジュールを含み形成されたインバータ回路を回
転電機に内蔵して成る回転電機内蔵用インバータであっ
て、前記半導体モジュールを構成するパワートランジス
タ及びダイオードは、Ｔｊ＝160℃以上〜300℃以下のジ
ャンクション温度特性を有している点にある。そして、
前記パワートランジスタは、ＳｉＣ組成材を用いたＳＩ
Ｔ形半導体から成り、前記ダイオードは、ＳｉＣ組成材
を用いたＳｉＣ形ダイオードから成ることが望ましい。

【０００８】また、本発明によるインバータ内蔵形回転
電機の特徴は、複数個の半導体モジュールにより形成さ
れたインバータを内蔵するインバータ内蔵形回転電機で
あって、前記インバータの前記半導体モジュールを構成
するパワートランジスタ及びダイオードは、Ｔｊ＝160
℃以上〜300℃以下のジャンクション温度特性を有して
いるところにある。そして、前記半導体モジュールの前
記パワートランジスタおよび前記ダイオードの前記Ｔｊ
を、220℃以上〜300℃以下の範囲とすることが望まし
い。更に、前記半導体モジュールは、前記インバータ内
蔵形回転電機のステータコイルエンド近傍に配設されて
いることが好ましい。

【０００９】本発明によれば、インバータ回路を形成す
る半導体モジュールのジャンクション温度特性が高いの
で、同一使用温度環境であれば冷却フィン寸法は従来よ
り小さくすることができ小形化に結び付く回転電機内蔵
用インバータが提供される。また、耐熱性を向上した回
転電機内蔵用インバータを、回転電機内部の比較的空い
ている高温雰囲気スペースに、例えば、ステータコイル
エンド近傍に内蔵することにより、スペース効率の向上
を図ってインバータ内蔵形回転電機の小形化が達成され
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。まず、本発明による
回転電機内蔵用インバータの第１の実施例について、図
１〜図６を参照して説明する。図１は、本発明による一
実施例の回転電機内蔵用インバータを示す正面図であ
る。回転電機内蔵用インバータの一例としてのインバー
タ１ａを示している。図２は、図１の回転電機内蔵用イ
ンバータを示す側面図である。即ち、図１のＱ矢視図で
ある。

【００１１】図１，図２において、インバータ１ａは、
ｕ,ｖ,ｗ端子をそれぞれ突き出している３個の半導体モ
ジュールとしてのモジュール33(33a,33b,33c)と、 該各
モジュール33をボルト20及びナット21を介して電気的に
接続しつつ圧接挟持する円環形状の正極板15及び負極板
16と、各モジュール33のゲート端子に電気接続している
信号線(Ｇ端子)24aと、正・負極板15,16に電気接続して
いる電源線(正極のＰ端子及び負極のＮ端子)26とから構
成される。

【００１２】尚、正・負極板15,16は、 モジュール33、
即ち、半導体を冷却するために設けられる冷却フィンを
兼用しているものである。そして、本実施例では冷却フ
ィンとしての正・負極板15，16を一体形の円環形状とし
たが、冷却フィンを３個にそれぞれ分割し、即ち、正・
負極板を３個にそれぞれ分割してなる３個の分割した半
導体モジュールから構成して、該半導体モジュールから
形成されるインバータ(図示省略)であっても可である。

【００１３】一方、図３は、本発明による一実施例のモ
ジュールを示す断面図である。そして、図４は、図３の
モジュールの回路構成図である。図３,図４において、
モジュール33は、即ち、モジュール33a，33b，33cは、
２個のパワートランジスタ38(以下、パワトラ38)と、２
個のダイオード39と、コレクタ35と、エミッタ36と、中
間端子体37と、２個のゲート32(含むゲート電線32a及び
ゲート電極32b)と、成形体31とから構成される。所謂、
モジュール33は、２つのパワトランジスタと２つのダイ
オードからインバータ回路を形成する構造のものであ
り、図示した内部回路で構成されている。そして、コレ
クタ35と、一方のパワトラ38及びダイオード39の対と、
中間端子体37と、他方のパワトラ38及びダイオード39の
対と、エミッタ36とを順に積層し、成形体31にて一体に
組付けた半導体モジュールの構造である。

【００１４】なお、インバータ回路に用いられる半導体
モジュールは、２つのダイオードを含まず２つのパワト
ランジスタだけにて構成することも可である。さらに、
前述の分割した構成のインバータであれば、上記のコレ
クタ35及びエミッタ36を、冷却フィンとしての正・負極
板と兼用した半導体モジュールから構成して、該半導体
モジュールから形成されるインバータ(図示省略)とする
ことも可である。

【００１５】更に、図１〜図３に示すように、 モジュ
ール33a,33b,33cは、圧接挟持する導電体であり且つ熱
良導体(例えば、アルミ板)としての正極板15及び負極板
16に、コレクタ35の正極側接触面(点)15s及びエミッタ3
6の負極側接触面(点)16sを介して電気的に接続されてい
ると同時に、モジュール33内の半導体としてのパワトラ
38及びダイオード39で発生する熱をコレクタ35及びエミ
ッタ36を経て正極板15及び負極板16から放散している。
そして、該正極板15及び負極板16に接続された電源線26
から、各電極のＰ端子及びＮ端子が取り出されている。
また、モジュール33(33a,33b,33c)の信号線24aに接続さ
れるゲート32から、Ｇ端子が取り出されている。 更
に、２個のパワトラ38の中立点としての中間端子体37か
ら、ｕ端子(及びｖ,ｗ端子)が取り出されている。

【００１６】なお、本実施例のモジュール33の各ｕ，
ｖ，ｗ端子は、後述する同期電動機30のステータコイル
３との直接接続が可能である構造としている。また、３
相交流の場合として、３個のモジュール33を用いてい
る。さらに、インバータ１ａの形状は、ステータコイル
エンドに沿って行われる配設が容易に可能とするために
円環形状(含む半円環形状や馬蹄形状)から成っていて、
同期電動機30の空きスペースの有効活用を促進してい
る。

【００１７】そして、本発明による回転電機内蔵用イン
バータの特徴とする構成は、半導体モジュールを構成す
るパワートランジスタ及びダイオードが、 Ｔｊ＝160℃
以上〜300℃以下のジャンクション温度特性を有してい
る点にある。 上記のＴｊ＝160℃以上〜300℃以下のジ
ャンクション温度特性を有する半導体モジュールについ
て説明する。図５は、本発明による一実施例の回転電機
内蔵用インバータに用いられる半導体モジュールのジャ
ンクション温度特性を示す図である。縦軸はもれ電流
(Ａ)を、横軸はジャンクション温度Ｔｊ(℃)を示し、モ
ジュール温度に対するもれ電流の変化状態を表わしてい
る。

【００１８】図５において、図３に示した本発明品(例
えば、ＳiＣ-ＳＩＴ)の半導体モジュール(すなわち、内
部の半導体としてのパワートランジスタ及びダイオー
ド)は、約230℃の近辺においてもれ電流値が急増し、
所謂、もれ電流が発生していることが分かる。 これに
対して、従来品(例えば、Ｓi−ＩＧＢＴ，ＳiＣ−ＭＯ
ＳＦＥＴ)の半導体モジュールは、約155℃の近辺からも
れ電流が発生していることが分かる。従って、半導体モ
ジュールの接合部の許容温度値(保証温度値)としてのジ
ャンクション温度Ｔｊが高くなっていて、図５に示す本
発明品の半導体モジュールを構成するパワートランジス
タ及びダイオードは、 Ｔｊ＝230℃のジャンクション温
度特性を有している。 これに対し従来品は、Ｔｊ＝155
℃のジャンクション温度特性を有している。尚、現時点
の従来品のＴｊは、160℃未満である。

【００１９】さらに、具体的な例として、Ｔｊ＝160℃
以上〜300℃以下のジャンクション温度特性を有する半
導体モジュールのパワートランジスタ38は、ＳｉＣ組成
材を用いたＳＩＴ形半導体から構成される。また、ダイ
オード39は、ＳｉＣ組成材を用いたＳｉＣ形ダイオード
から構成されている。従って、ＳｉＣ組成材を用いたＳ
ＩＴ形半導体のパワートランジスタ38と、ＳｉＣ形ダイ
オードのダイオード39とから構成される半導体モジュー
ルとしての、本第１の実施例に取り上げたモジュール33
は、ＳiＣ形モジュールである。

【００２０】なお、最近の各種検討によって、Ｔｊ＝16
0℃以上〜300℃以下の範囲にある半導体としてのパワー
トランジスタ及びダイオードが得られている。 さら
に、Ｔj＝300℃ を越える半導体(含む半導体モジュー
ル)を得ることも可能であるが回転電機用の半導体(含む
半導体モジュール)としては、 (1)回転電機の実用限界
温度を越える、 (2)ウェハーの歩留まりが悪化する、
(3)生産性が悪く高価になる、(4)大形化するなどの点か
ら、Ｔｊ＝300℃を越えることは好ましくない。また、
ＳｉＣ組成材以外の他の材料を採用したワイドギャップ
形半導体にて、Ｔｊ＝160℃以上〜300℃以下の範囲にあ
る半導体モジュールを作成できることを把握している。

【００２１】そして、上記のＴｊ＝160℃以上〜300℃以
下のジャンクション温度特性を有したパワートランジス
タ及びダイオード(または、パワートランジスタのみ)か
ら構成された半導体モジュールによって形成されたイン
バータ回路を有する回転電機内蔵用インバータは、同一
使用温度環境の場合においては、冷却フィン寸法を従来
より小さくすることができる。 換言すれば、従来品の
Ｔｊ＝155℃に比べて、Ｔｊ＝230℃とした本実施例のイ
ンバータの場合であれば、 冷却フィン寸法を小さくし
た分だけ温度上昇しても耐えられることになり、冷却フ
ィンとしての正・負極板15,16が小形化されることにな
る。さらに、Ｔｊ＝230℃である本実施例の半導体モジ
ュールを用いた回転電機内蔵用インバータであれば、耐
熱性を有しているので、回転電機の内部が１５０℃〜１
８０℃位になる場合であっても内蔵することが十分に可
能であり、さらにまた、例えば、回転電機の冷却ファン
を大きくすることもなく内蔵することができるという効
果が得られる。

【００２２】従って、複数個の半導体モジュールを含み
形成されたインバータ回路を回転電機に内蔵して成る回
転電機内蔵用インバータであって、半導体モジュールを
構成するパワートランジスタ及びダイオードは、Ｔｊ＝
160℃以上〜300℃以下のジャンクション温度特性を有し
ている本発明による回転電機内蔵用インバータの構成で
あれば、耐熱性が向上し、冷却フィン寸法や回転電機の
小形化に結び付けることができる。また、複数個の半導
体モジュールを含み形成されたインバータ回路を回転電
機に内蔵して成る回転電機内蔵用インバータであって、
半導体モジュールを構成するパワートランジスタは、Ｔ
ｊ＝160℃以上〜300℃以下のジャンクション温度特性を
有している回転電機内蔵用インバータであっても、上記
と同様な効果が得られることは明らかである。

【００２３】一方、ＳｉＣ組成材を用いたＳＩＴ形半導
体のパワートランジスタ38は、前述のように高温動作可
能であることに加えて、低損失である、即ち、発熱量が
少ないことが判明した。図６は、本発明による一実施例
の半導体モジュールを構成するパワートランジスタの定
格電圧Ｖ_CE(コレクタ・エミッタ間の定格電圧)に対する
オン抵抗特性を示す図である。 縦軸はオン抵抗(mΩ・cm
²)を、横軸は定格電圧Ｖ_CE(Ｖ)を示し、 図５に示した
本発明品(ＳｉＣ−ＳＩＴ)のＴｊ＝230℃のジャンクシ
ョン温度特性を有しているパワートランジスタのオン抵
抗特性を、従来品(Ｓi−ＩＧＢＴ，ＳiＣ−ＭＯＳＦＥ
Ｔ)のオン抵抗特性と比べて表わしている。

【００２４】図６において、本発明品のＳｉＣ組成材を
用いたＳＩＴ形半導体としてのパワートランジスタは、
従来品のパワートランジスタに比べて、定格電圧Ｖ_CEの
広い範囲に亘って、オン抵抗が小さいことが分かる。具
体的には、本実施例の回転電機内蔵用インバータを電気
車用の永久磁石形同期電動機に用いて、定格電圧Ｖ_CE＝
６００Ｖ〜3000Ｖの範囲と、スイッチング周波数１０ｋ
Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲とで動作させると、半導体モ
ジュールの順方向飽和電圧が、従来形半導体モジュール
(例えば、ＩＧＢＴモジュール)の１／６の０．３Ｖとす
ることができて、低熱損失化されることが判明した。ま
た、 本実施例の回転電機内蔵用インバータを、車両用
交流発電機(定格電圧Ｖ_CE＝24〜100Ｖの範囲)に採用し
ても、同様の低熱損失効果が得られることは、図６から
明らかに理解できる。

【００２５】したがって、パワートランジスタ38が、Ｓ
ｉＣ組成材を用いたＳＩＴ形半導体から成る半導体モジ
ュールにより形成されたインバータ回路を有する回転電
機内蔵用インバータは、高耐熱性と低熱損失性とを備え
るので、さらに、冷却フィンを小形化すると言える。即
ち、回転電機の小型化を損なわずインバータを該回転電
機に内蔵することができ、回転電機の小形化に結び付く
回転電機内蔵用インバータが提供される。

【００２６】次に、図７〜図９を参照して第２の実施例
について説明する。図７は、本発明による他の実施例の
回転電機内蔵用インバータを示す正面図である。回転電
機内蔵用インバータとしての一体型インバータ１ｂを示
している。図８は、図７の回転電機内蔵用インバータを
示す側面図である。即ち、図７のＲ矢視図である。

【００２７】図７,図８において、一体型インバータ１b
は、ｕ,ｖ,ｗ端子をそれぞれに有する３個の半導体モジ
ュールとしてのモジュール13(13a,13b,13c)と、 ３個の
コンデンサ14(14a,14b,14c)と、 各モジュール13と各コ
ンデンサ14をボルト20及びナット21を介して電気的に接
続しつつ圧接挟持する円環形状の正極板15及び負極板16
と、各モジュール13に電気接続している信号線(Ｃo端
子)24bと、正・負極板15,16に電気接続している電源線
(Ｐ及びＮ端子)26とから構成される。尚、第１と第２の
実施例にて表示した同一符号は、同一構成を表わしてい
る。

【００２８】また、図９は、図７の一体型インバータ１
ｂのモジュール13の回路構成図である。図９において、
モジュール13は、所謂２素子イン１インテリジェントモ
ジュールと呼称される構造のものであり、 ３個のうち
の一つのモジュール13aは、２個のパワートランジスタ
(以下、パワトラ)18aと、２個のダイオード19aと、１個
のインテリジェントドライバ(以下、ドライバ)17aとか
ら、 図示した内部回路で構成されている。

【００２９】そして、図７〜図９に示すように、モジュ
ール13aとコンデンサ14aとは、圧接挟持する導電体とし
ての正極板15及び負極板16自体を介して、 正極側接触
点15s及び負極側接触点16sにて電気的に接続し、 正極
板15及び負極板16に接続した電源線26を介してそれぞれ
のＰ端子及びＮ端子が取り出されている。本実施例の場
合も、正・負極板15,16は、半導体を冷却するために設け
られる冷却フィンを兼用しているものである。また、ド
ライバ17aからは、信号線24のＣo端子が取り出され、更
に、２個のＳＩＴ18aの中立点からは、ｕ端子が取り出
されている。 尚、モジュール13b及び13cの構成はモジ
ュール13aと同様である。

【００３０】すなわち、第２の実施例の一体型インバー
タ１ｂの第１の実施例のインバータ１ａとの構成の違い
は、パワトラ18とダイオード19とドライバ17とを一体に
成形したモジュール13と、平滑用のコンデンサ14とを、
正極板15及び負極板16によって圧接挟持して、一体にし
て組み立てた点にある。尚、ドライバ17は、１チップド
ライバＩＣ(集積回路)から構成されていて、このドライ
バ17を、２つのパワトランジスタ(本実施例ではパワト
ラ18)及び２つのダイオード(本実施例ではダイオード1
9)と一体にしてインバータ回路を形成した構成のそのも
のは、公知技術であり、図示説明は省略する。また、一
体型インバータ１ｂは一体形状であるので、ドライバ17
及びコンデンサ14は、パワトラ18やダイオード19と同等
の耐熱性(即ち、同じ使用環境温度で正常に作動する機
能)を有することが望ましい。例えば、ドライバ17内部
の半導体はＳｉＣ組成材を用いたものであり、コンデン
サ14は、セラミック形コンデンサである。

【００３１】一方、本実施例の３個のモジュールの各
ｕ，ｖ，ｗ端子は、ステータコイル３との直接接続が可
能である構造と成っている。耐熱性を向上した本実施例
のモジュールを、回転電機内部の比較的空いている高温
雰囲気スペースとしてのステータコイルエンド近傍に配
設することによって、スペース効率の向上を図りインバ
ータ内蔵形回転電機の小形化を達成することができる。
従って、上記３個のモジュール13ａ,13ｂ,13ｃからなる
一体型インバータ１ｂの形状は、空きスペースの有効活
用を促進し、かつ、ステータコイルエンドに沿って行わ
れる配設が容易に可能とするために、 円環形状(含む半
円環形状や馬蹄形状)から成っていることが好ましい。

【００３２】そして、本第２の実施例の一体型インバー
タ１ｂに用いられている半導体モジュールを構成するパ
ワートランジスタ及びダイオードは、第１の実施例のイ
ンバータ１ａに用いられている半導体モジュールと同様
に、Ｔｊ＝160℃以上〜300℃以下のジャンクション温度
特性を有している。すなわち、半導体モジュールのパワ
ートランジスタ18は、ＳｉＣ組成材を用いたＳＩＴ形半
導体素子から成り、ダイオード19は、ＳｉＣ組成材を用
いたＳｉＣ形ダイオード素子から成っている。従って、
ＳｉＣ組成材を用いたＳＩＴ形半導体素子のパワートラ
ンジスタ18とＳｉＣ形ダイオード素子のダイオード19か
ら構成される半導体モジュールとしての第２の実施例の
モジュール13も、ＳiＣ形モジュールである。

【００３３】従って、本第２の実施例の一体型インバー
タ１ｂは、第１の実施例のインバータ１ａと同様の効果
を発揮し、即ち、冷却フィン寸法を従来より小さくする
ことができる。また、低熱損失化される効果によって、
さらに、冷却フィンを小形化すると言える。そして、ド
ライバ17やコンデンサ14をも含めて一体化したので、更
に、回転電機の小型化を損なわずインバータを該回転電
機に内蔵することができ、回転電機の小形化に結び付く
回転電機内蔵用インバータが提供される。

【００３４】ところで、第１の実施例に示すインバータ
１ａに用いた半導体モジュールは、一体型インバータ１
ｂからコンデンサ14とドライバ17とを分離し、パワトラ
38及びダイオード39だけをモジュール化した分離型のモ
ジュール33である。従って、図１に示した３個のモジュ
ール33を用いたインバータ１ａの場合は、コンデンサ14
は、例えば、同期電動機30の外に設置し、該モジュール
33のドライバ制御を実行するドライバ17は、例えば、後
掲する図１１に示すように、コントローラ35の一部とし
て、同期電動機30の外に設置することになる。従って、
インバータ１ａを採用する場合は、別に設けられるコン
デンサ14やドライバ17の耐熱性は、従来品と同等で十分
である。尚、インバータ１ａを採用する場合であって
も、コンデンサ14やドライバ17の耐熱性に問題が起きな
いならば、同期電動機30の内部に該コンデンサ14やドラ
イバ17を設置するも可である。

【００３５】次に、本発明によるインバータ内蔵形回転
電機について、回転電機の一種類としてのハイブリッド
システムカーや電気自動車に用いられる永久磁石形同期
電動機を例示した、図１０を参照して説明する。まず、
インバータ内蔵形回転電機としての永久磁石形同期電動
機の構成について説明する。図１０は、本発明による一
実施例の回転電機内蔵用インバータを用いたインバータ
内蔵形回転電機の構成を示す半断面図である。即ち、前
述のインバータ１ａまたはインバータ１ｂを内蔵した同
期電動機30を示している。図１０に示す本実施例の同期
電動機30は、インバータ１ｃ(例えば前述のインバータ
１aまたは１b)と、リアブラケット６，アルミブレーム
７及びフロントブラケット８などを含むモータボデイ10
と、ロータコア４や永久磁石５などを含むロータ11と、
ステータコア２やステータコイル３などを含むステータ
12とを含んで構成される。

【００３６】即ち、永久磁石５は、ロータコア４の内部
に分割して挿入されており、ステータコア２に巻かれた
ステータコイル３に印加する３相電圧・電流を制御する
ことにより、 同期電動機30からハイブリッドシステム
カーや電気自動車の駆動力(トルクや回転速度)を得てい
る。 ステータコア２は、リアブラケット６とアルミブ
ラケット７の内部水路を流れる冷却水により冷却されて
いる。フロントブラケット８は、電気自動車の架台やハ
イブリッドシステムカーの内燃機関に取り付けられる構
造である。

【００３７】そして、インバータ１ｃを、高温雰囲気で
あるが同期電動機30の内部にあっては比較的空いている
スペースであって、かつ、インバータ１ｃとの直結構造
による電気接続の簡素化することが可能な、耐絶縁許容
温度(MAX220℃)を満たすステータコイル３に近接して配
設する構成とする。例えば、インバータ１ｃのｕ,ｖ,ｗ
端子を同期電動機30のステータコイル３に直接接続する
構成とする。

【００３８】一般的に、図１０に示したように同期電動
機30においては、その内部空間はほとんど隙間がない位
に有効に使われており、内蔵されるインバータに対する
要求として、(1)インバータを小形化する、(2)内部空間
を有効に利用する等がある。そして、比較的空いている
スペース部分として、例えば、高温雰囲気ではあるが耐
絶縁許容温度(MAX220℃)以下を満たすように設計されて
いるステータコイル３のエンドコイル近傍がある。従っ
て、耐熱性が向上した回転電機内蔵用インバータであれ
ば、スペースの有効利用によって回転電機の小形化が図
られると考えられる。

【００３９】即ち、本発明によるインバータ内蔵形回転
電機の特徴とする構成は、半導体モジュールを構成する
パワートランジスタ及びダイオードがＴｊ＝220℃以上
〜300℃以下のジャンクション温度特性を有している該
半導体モジュールにより形成されたインバータを内蔵し
ている点にある。更に、半導体モジュールをステータコ
イルエンドに直結する構造によって電気接続の簡素化に
も繋がるので、インバータが電動機のステータコイルエ
ンドに直結されていることが好ましいと言える。

【００４０】次に、上記構成のインバータ内蔵形回転電
機の動作について、回転電機内蔵用インバータの動作を
絡めて、図１，図７ならびに図１０〜図１２を参照して
説明する。図１１は、図１のインバータ１ａを、同期電
動機30の駆動回路に実装した場合の回路構成を示してい
る。図１２は、図７の一体型インバータ１ｂを、同期電
動機30の駆動回路に実装した場合の回路構成を示してい
る。図１０に示す同期電動機30の駆動回路は、インバー
タ１ａと、電源40と、コンデンサ14と、ドライバ17を含
むコントローラ35と、 各種センサ(エンコーダ９や電流
センサ23など)と、同期電動機30とを含み構成される。
そして、インバータ１ａのインバータ回路(の主回路部
分)は、前述したような３個のモジュール33から構成さ
れる。また、図１１に示す同期電動機30の駆動回路は、
一体型インバータ１ｂと、電源40と、コントローラ25
と、 各種センサ(エンコーダ９や電流センサ23など)
と、同期電動機30とを含み構成される。 そして、一体
型インバータ１ｂは、前述したような３個のモジュール
13と、 ３個のコンデンサ14a,14b,14c(ただし、３個を
１つ纏めて図示)とから構成される。

【００４１】上記のインバータの動作は、次の通りであ
る。インバータ１ａ，１ｂは、電源40から電源線26を介
して直流電源を入力する。コンデンサ14は、直流電源を
平滑化する。それぞれのパワトラ18,38及びダイオード1
9,39からなるインバータ主回路は、信号線24a,24bを介
してコントローラ25,35から受けた制御信号に基づき、
ドライバ17が実行するドライバ制御に従って、直流電源
を交流電源に変換する。変換された交流電源は、各ｕ,
ｖ,ｗ端子から出力される。そして、本実施例のインバ
ータ１ａ，１ｂは、耐絶縁許容温度(MAX220℃)以下を満
たしつつ高温雰囲気に置かれたステータコイル３のエン
ドコイル近傍に直結されているが、その耐熱性によって
正常に動作することができる。

【００４２】一方、同期電動機30の駆動回路の動作は、
コントローラ25が、電源40の直流電源を交流電源に変換
するインバータ１ｃのドライバ17を介した変換制御を実
行すると同時に、エンコーダ９や電流センサ23などから
の各種センサ信号を用いて、ＰＷＭ駆動制御を実行して
同期電動機30を駆動するものである。即ち、電流センサ
23を用いて各Ｕ、Ｖ，Ｗ電流を検出し、マイコンなどか
ら構成されるコントローラ25により所定値となるようデ
ジタル制御し、更に、エンコーダ９によりＡ，Ｂ相信号
と位置信号を取り込んでベクトル制御を行い、最も効率
が良くなるように同期電動機30のＰＷＭ運転を実行して
いる。

【００４３】上記の構成と動作によって、該インバータ
を、高温雰囲気であるが電動機の内部にあっては比較的
空いているスペースであって、また、インバータとの直
結構造による電気接続の簡素化に繋がる、耐絶縁許容温
度(MAX220℃)のステータコイルに近接して配設すること
ができるようになり、スペース効率の向上を図り電動機
の小形化を達成することができる。即ち、高耐熱や低熱
損失の回転電機内蔵用インバータを内蔵し小形化したイ
ンバータ内蔵形回転電機が提供される。

【００４４】ところで、ハイブリッドシステムカーや電
気自動車に用いられる同期電動機30の各部の環境温度
は、永久磁石の許容温度150℃,ステータコイルの耐絶縁
許容温度温度220℃,他の内部雰囲気温度150℃〜200℃な
どから定められるものである。この環境温度に依り、同
期電動機30において、Ｔｊ＝220℃以上〜300℃以下のジ
ャンクション温度特性を有している複数個の半導体モジ
ュールにより形成されたインバータ回路を有するインバ
ータを内蔵した。

【００４５】しかしながら、インバータ内蔵形回転電機
が、例えば、車両用交流発電機であっても、該車両用交
流発電機の比較的空いている高温雰囲気スペースに本発
明による回転電機内蔵用インバータを内蔵することが可
能となり、スペース効率の向上によって車両用交流発電
機の小形化が図られることは明らかである。即ち、従来
のＳi−ＩＧＢＴまたはＳiＣ−ＭＯＳＦＥＴのジャンク
ション温度特性から定まる温度限界としての約155℃
を、ＳiＣ−ＳＩＴ形半導体の特長を活かして、約155℃
より高い範囲の160℃〜300℃までに温度限界を上げて、
より高温度で作動可能とした本発明によるインバータ
であれば、回転電機内の比較的空いたスペースに実装で
きて回転電機の小形化に有効である。 尚、約155℃より
も５℃だけ高い場合であっても、半導体の自己発熱によ
る温度上昇分だけ耐熱性が向上し有効であり、インバー
タならびにインバータを内蔵する回転電機を小型化でき
る効果がある。

【００４６】

【発明の効果】本発明によって、耐熱性や低熱損失性が
向上し冷却フィン寸法や回転電機の小形化に結び付く回
転電機内蔵用インバータが提供される。また、耐熱性や
低熱損失性に優れたインバータを比較的スペースの空い
た高温雰囲気空間に配設することによって、回転電機の
小形化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の回転電機内蔵用インバ
ータを示す正面図である。

【図２】図１の回転電機内蔵用インバータを示す側面図
である。

【図３】本発明による一実施例のモジュールを示す断面
図である。

【図４】図３のモジュールの回路構成を示す図である。

【図５】本発明による一実施例の回転電機内蔵用インバ
ータに用いられる半導体モジュールのジャンクション温
度特性を示す図である。

【図６】本発明による一実施例の半導体モジュールを構
成するパワートランジスタの定格電圧Ｖ_CEに対するオン
抵抗特性を示す図である。

【図７】本発明による他の実施例の回転電機内蔵用イン
バータを示す正面図である。

【図８】図７の回転電機内蔵用インバータを示す側面図
である。

【図９】図７の回転電機内蔵用インバータのモジュール
の回路構成を示す図である。

【図１０】本発明による一実施例の回転電機内蔵用イン
バータを用いたインバータ内蔵形回転電機の構成を示す
半断面図である。

【図１１】図１の回転電機内蔵用インバータを用いたイ
ンバータ内蔵形回転電機の駆動回路構成を示す図であ
る。

【図１２】図７の回転電機内蔵用インバータを用いたイ
ンバータ内蔵形回転電機の駆動回路構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ａ…インバータ、１ｂ…一体型インバータ、２…ステ
ータコア、３…ステータコイル、４…ロータコア、５…
永久磁石、６…リアブラケット、７…アルミブレーム、
８…フロントブラケット、９…エンコーダ、10…モータ
ボデイ、11…ロータ、12…ステータ、13,13a,13b,13c,3
3,33a,33b,33c…ＳｉＣ形モジュール(モジュール)、14,
14a,14b,14c…コンデンサ、15…正極板、15s…正極側接
触点、16…負極板、16s…負極側接触点、17,17a,17b,17
c…インテリジェントドライバ(ドライバ)、18,18a,18b,
18c,38…ＳｉＣ−ＳＩＴ(ＳＩＴ)、19,19a,19b,19c,39
…ＳｉＣ−ダイオード(ダイオード)、20…ボルト、21…
ナット、23…電流センサ、24a…信号線(Ｇ端子)、24b…
信号線(Ｃo端子)、25，35…コントローラ、26…電源線
(Ｐ及びＮ端子)、30…同期電動機、31…成形体、32…ゲ
ート、32a…ゲート電線、32b…ゲート電極、35…コレク
タ、36…エミッタ、37…中間端子体、40…電源。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の半導体モジュールを含み形成され
   たインバータ回路を回転電機に内蔵して成る回転電機内
   蔵用インバータであって、 前記半導体モジュールを構成するパワートランジスタ及
   びダイオードは、 Ｔｊ＝160℃以上〜300℃以下のジャンクション温度特性
   を有していることを特徴とする回転電機内蔵用インバー
   タ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記パワートランジス
   タは、ＳｉＣ組成材を用いたＳＩＴ形半導体から成り、
   前記ダイオードは、ＳｉＣ組成材を用いたＳｉＣ形ダイ
   オードから成ることを特徴とする回転電機内蔵用インバ
   ータ。
3. 【請求項３】複数個の半導体モジュールにより形成され
   たインバータを内蔵するインバータ内蔵形回転電機であ
   って、 前記インバータの前記半導体モジュールを構成するパワ
   ートランジスタ及びダイオードは、Ｔｊ＝160℃以上〜3
   00℃以下のジャンクション温度特性を有していることを
   特徴とするインバータ内蔵形回転電機。
4. 【請求項４】請求項３において、前記半導体モジュール
   の前記パワートランジスタおよび前記ダイオードの前記
   Ｔｊを、220℃以上〜300℃以下の範囲としたことを特徴
   とするインバータ内蔵形回転電機。
5. 【請求項５】請求項４において、前記半導体モジュール
   は、前記インバータ内蔵形回転電機のステータコイルエ
   ンド近傍に配設されていることを特徴とするインバータ
   内蔵形回転電機。