JP2015006116A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＯＳトランジスタをオンオフする際に発生するサージ電圧やこれに伴う発熱を低減するとともに、モジュールを小型化して実装面積を小さくすることができる車両用回転電機を提供すること。【解決手段】車両用回転電機１００は、回転子２０、固定子、電力変換器３（３Ａ、３Ｂ）を備える。電力変換器は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ３０とローサイド側のＭＯＳトランジスタ３１を含む複数のＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷ、３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺを備える。ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の両端から複数の端子が引き出され、モジュール内において電流が逆向きで対向する位置にこれら複数の端子が配置されており、モジュールの上面側にバスバー３０２、３０３が配置されている。【選択図】図６

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来から、パワー・ユニット内のパワー・トランジスタに対してコントロール・ユニット内のドライバ回路を最短位置に設置したコントロール・パワー・モジュールを備えた一体化オルタネータ−スタータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このオルタネータ−スタータに含まれるパワー・モジュールの固定は、例えばパワー・モジュールの２箇所を放熱器にネジ留めすることにより行われる。

特許第４３６９９９１号明細書

ところで、特許文献１に開示されたパワー・モジュールは、例えば２箇所を放熱器にネジ留めすることにより固定されており、この固定箇所を含む外形が大きくなって実装面積の小型化が難しいという問題があった。なお、特許文献１には、ネジ留めされていないパワー・モジュールも開示されているが、エンジンブロックに直接搭載されるオルタネータ−スタータについては、それに変わる固定方法が必要になる。例えば、接着剤を用いて固定することが考えられるが、放熱器との間の熱伝導性が悪くなるため、望ましい固定方法とはいえない。

また、このパワー・モジュールでは、２個のハイサイド・パワー・トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）と２個のローサイド・パワー・トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）とが含まれている。これらのパワー・トランジスタと車載電源網あるいはアース線との間を接続する接続線のインダクタンスや、車載電源網やアース線を含むインダクタンスについては特に対策がなされていない。このため、これらの配線のインダクタンスが比較的大きく、オルタネータ−スタータをスタータ（モータ）として動作させる際にパワー・トランジスタをＰＷＭ制御にてオンオフする際に発生するサージ電圧が大きくなり、発熱も大きいという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ＭＯＳトランジスタをオンオフする際に発生するサージ電圧やこれに伴う発熱を低減するとともに、モジュールを小型化して実装面積を小さくすることができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、回転子、固定子、電力変換器を備える。固定子は、回転子と対向配置されている。電力変換器は、固定子に含まれる固定子巻線に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線に印加する。この電力変換器は、ハイサイド側の第１のスイッチング素子とローサイド側の第２のスイッチング素子を含むスイッチングモジュールを複数個備える。スイッチングモジュールの両端から複数の端子が引き出され、スイッチングモジュール内において電流が逆向きで対向する位置に複数の端子が配置される。また、複数のスイッチングモジュールのそれぞれの上面側にバスバーが配置される。

スイッチングモジュール内を流れる電流が逆向きで対向するように端子を配置しているため、対向する電流経路の周りに発生する磁界を互いに打ち消すことができ、スイッチングモジュール内における電流経路のインダクタンスを小さくすることができる。これにより、スイッチング素子をオンオフする際に発生するサージ電圧やこれに伴う発熱を低減することができる。

一実施形態の車両用回転電機の構成を示す図ある。 ＭＯＳモジュールの構成を示す図である。 Ｈブリッジ回路の構成を示す図である。 回転角センサの具体的な配置例を示す図である。 電力変換器を含む車両用回転電機の斜視図である。 電力変換器の分解斜視図である。 正極側入出力端子と負極側入出力端子の概略形状を示す図である。 電力変換器の取付状態を示す平面図である。 ＭＯＳモジュール内部の実装状態を示す図である。 フレームの部分的断面図である。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

回転角センサ７は、回転子の回転角を検出する。例えば、永久磁石とホール素子を用いて回転角センサ７を構成することができる。具体的には、図４に示すように、回転子２０の回転軸２１先端に永久磁石２２を固定するとともに、この永久磁石２２と対向する位置にホール素子２３、２４を配置（例えば、永久磁石２２の外周近傍であって互いに９０°隔たった位置に配置されている）する。その出力を取り出すことにより、永久磁石２２とともに回転する回転子２０の回転角を検出することができる。なお、回転角センサ７は、ホール素子２３、２４以外を用いて構成するようにしてもよい。また、図４に示した永久磁石２２の配置や取付方法は一例であって、回転軸２１やその周辺構造に合わせて適宜変更するようにしてもよい。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

本実施形態の車両用回転電機１００はこのような構成を有しており、次に、電力変換器３について説明する。

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

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

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

図９に示すように、ＭＯＳモジュール３ＡＵ（他のＭＯＳモジュール３ＡＶ等についても同様）では、パワー電源端子ＰＢ、Ｐ端子、パワーグランド端子ＰＧＮＤのそれぞれが矩形形状を有するケース（例えば、樹脂モールドによって形成される）の両端から（矩形形状の対向する短辺のそれぞれから）引き出されている。また、パワー電源端子ＰＢ、Ｐ端子、パワーグランド端子ＰＧＮＤは、これらの間で流れる電流が折り返されて対向する向きとなる位置に配置されている。具体的には、対向する短辺の一方側にパワー電源端子ＰＢとパワーグランド端子ＰＧＮＤが配置され、対向する短辺の他方側にＰ端子が配置されている。パワー電源端子ＰＢからハイサイド側のＭＯＳトランジスタ３０を介してＰ端子に流れる電流の向きと、Ｐ端子からローサイド側のＭＯＳトランジスタ３１を介してパワーグランド端子ＰＧＮＤに流れる電流の向きとが、互いに対向し、かつ、反対となるように、各端子の配置と内部配線の形状等が設定されている。なお、対向する長辺の一方側にパワー電源端子ＰＢとパワーグランド端子ＰＧＮＤを配置し、対向する長辺の他方側にＰ端子を配置するようにしてもよい。

このように、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の上部に正極側バスバー３０２と負極側バスバー３０３（正確には、これらがインサートされた端子台３０８）が配置されており、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等のそれぞれの上面を押圧した状態で電力変換器３が取り付けられている。ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の下面には、ＭＯＳトランジスタ３０、３１で発生する熱を放熱するヒートシンク３０６（図９）が露出している。ＭＯＳモジュール３ＡＵ等は、このような下面がフレーム４０に接触して押圧された状態で組み付けられる。

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

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

冷却液流路４１は、横断面がＣ字形状を有しており、その一方端に対応するリア部４０Ａの一部に冷却液入口４１Ｂ（図５、図６）が、他方端に対応するリア部４０Ａの一部に冷却液出口４１Ｃ（図５、図６）が設けられている。これらの冷却液入口４１Ｂおよび冷却液出口４１Ｃのそれぞれには、冷却液用配管４１Ｄ（図１０）が接続されて冷却液の供給および排出が行われる。このような冷却液流路４１を通して冷却液を流すことにより、フレーム４０が冷却される。

このように、本実施形態の車両用回転電機１００では、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の内部を流れる電流が逆向きで対向するようにパワー電源端子ＰＢ等の各端子を配置しているため、対向する電流経路の周りに発生する磁界を互いに打ち消すことができ、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の内部における電流経路のインダクタンスを小さくすることができる。これにより、ＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフする際に発生するサージ電圧やこれに伴う発熱を低減することができる。

また、正極側バスバー３０２および負極側バスバー３０３を含む端子台３０８は、複数（６個）のＭＯＳモジュール３ＡＵ等のそれぞれの上面を押圧した状態で取り付けられている。これにより、正極側バスバー３０２、負極側バスバー３０３や端子台３０８によって各ＭＯＳモジュール３ＡＵ等を押圧して固定することができるため、ネジ留め固定するための部位が不要であって、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等を小型化して実装面積を小さくすることができる。

また、正極側バスバー３０２および負極側バスバー３０３は、板状の配線層を積層した状態で形成されている。このように、極性が異なる板状の配線層を積層することにより、各配線層に流れる逆向きの電流によって発生する磁界を相殺することができるため、正極側バスバー３０２および負極側バスバー３０３のインダクタンスを小さくすることができる。これにより、ＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフする際に発生するサージ電圧やこれに伴う発熱をさらに低減することができる。

また、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等は、矩形形状を有し、対向する２辺の一方の辺にパワーグランド端子ＰＧＮＤとパワー電源端子ＰＢとが配置され、他方の辺に固定子巻線に接続されるＰ端子が配置されている。これにより、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の内部において流れる大電流を折り返す経路を形成することができ、この電流経路の周りに発生する磁界を互いに打ち消すことが可能となる。

また、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の反押圧方向には、回転子２０と固定子を収容するフレーム４０が配置されており、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の下面がフレーム４０に接触している。これにより、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等で発生する熱をフレーム４０に伝達してＭＯＳモジュール３ＡＵ等の冷却性を向上させることができる。

また、フレーム４０は、冷却液流路４１を有しており、この冷却液流路４１を通して流れる冷却液によって冷却されている。これにより、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の安定した冷却性を確保することができる。

また、正極側バスバー３０２、負極側バスバー３０３や端子台３０８を、複数のＭＯＳモジュール３ＡＵ等に含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１の発熱を放熱する放熱部材として用いることにより、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等の冷却性をさらに向上させることができる。

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

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

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

上述したように、本発明によれば、スイッチングモジュール内を流れる電流が逆向きで対向するように端子を配置しているため、対向する電流経路の周りに発生する磁界を互いに打ち消すことができ、スイッチングモジュール内における電流経路のインダクタンスを小さくすることができる。これにより、スイッチング素子をオンオフする際に発生するサージ電圧やこれに伴う発熱を低減することができる。

１Ａ、１Ｂ 固定子巻線
３ 電力変換器
３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷ、３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺ ＭＯＳモジュール
２０ 回転子
３０、３１ ＭＯＳトランジスタ
４０ フレーム
３０２ 正極側バスバー
３０３ 負極側バスバー
３０８ 端子台

Claims (10)

1. 回転子（２０）と、
   前記回転子と対向配置された固定子と、
   前記固定子に含まれる固定子巻線（１Ａ、１Ｂ）に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記固定子巻線に印加する電力変換器（３）であって、ハイサイド側の第１のスイッチング素子（３０）とローサイド側の第２のスイッチング素子（３１）を含むスイッチングモジュール（３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷ、３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺ）を複数個備え、前記スイッチングモジュールの両端から複数の端子が引き出され、前記スイッチングモジュール内において電流が逆向きで対向する位置に前記複数の端子が配置されるとともに、複数の前記スイッチングモジュールのそれぞれの上面側にバスバー（３０２、３０３）が配置される電力変換器と、
   を備えることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記バスバーは、複数の前記スイッチングモジュールのそれぞれの上面を押圧した状態で取り付けられていることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項２において、
   前記電力変換器は、前記バスバーがインサートされた端子台（３０８）を有することを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項３において、
   前記スイッチングモジュールと前記端子台との間の隙間にグリースを充填したことを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記バスバーは、前記スイッチングモジュールの押圧方向に、前記スイッチングモジュールから引き出されるグランド端子および電源端子のそれぞれに接続される板状の配線層が積層されていることを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、
   前記スイッチングモジュールは、矩形形状を有し、対向する２辺の一方の辺に前記グランド端子と前記電源端子とが配置され、他方の辺に前記固定子巻線に接続される端子が配置されることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、
   前記スイッチングモジュールの反押圧方向には、前記回転子および前記固定子を収容するフレーム（４０）が配置されており、
   前記スイッチングモジュールの下面が前記フレームに接触していることを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項７において、
   前記スイッチングモジュールと前記フレームとの間の隙間にグリースを充填したことを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項７または８において、
   前記フレームは、冷却液流路（４１）を有し、この冷却液流路を通して流れる冷却液によって冷却されることを特徴とする車両用回転電機。
10. 請求項１〜９のいずれか一項において、
    前記バスバーを、複数の前記スイッチングモジュールに含まれる前記第１および第２のスイッチング素子の発熱を放熱する放熱部材として用いることを特徴とする車両用回転電機。

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