JP2013110780A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子を有する複数のモジュールを備えた電力変換器の冷却性を向上させることができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両用発電機１の電力変換器１１は、それぞれがスイッチング素子と放熱用のヒートシンク５６とを有する複数のスイッチングモジュール５Ｘ等を備える。複数のスイッチングモジュール５Ｘ等のそれぞれは、リヤフレーム２４の軸方向端面に、この軸方向端面にヒートシンク５６が対向する向きに取り付けられる。リヤフレーム２４の軸方向端面には、周方向に隣接する２つのスイッチングモジュールの間に配置された凹部２４２が形成されている。
【選択図】図７

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、スイッチング素子を有するパワー主回路がヒートシンクに実装され、このヒートシンクがリヤブラケット内に配置、固定された回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、従来から、中間ケースの端部から半径方向内方に突出した内向きフランジの外側面に、環状に配置した複数のインバータモジュールを搭載するようにしたモータ一体型電力変換装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この電力変換装置を構成する複数のこれら複数のインバータモジュールは、内向きフランジの平坦な外側面に取り付けられており、それらの全体が後ケースによって覆われている。

特開２０１０−２６８５５８号公報 特開２００８−１３１７９４号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された回転電機では、パワー主回路が搭載されるヒートシンクとして十分な熱容量を確保することが難しいという問題があった。このため、バッテリの逆接続時に大電流が流れる場合などにおいて急激な温度上昇を防止することができないおそれがある。また、円盤状のヒートシンク上に６個のパワー主回路と１個の界磁回路が配置されており、この円盤状のヒートシンクの裏側にブラシ装置が配置されている。このため、リア方向からの吸気ができず、ブラシ装置等に十分な冷却風を送ってブラシの摩耗粉を排出して堆積を防止したり、ブラシを効率的に冷却することができないという問題があった。

一方、上述した特許文献２に開示されたモータ一体型電力変換装置では、各インバータモジュールが内向きフランジの外側面に取り付けられているため、インバータモジュールが取り付けられるフランジとして充分な熱容量を確保することができるが、特許文献１の構造と特許文献２の構造とを組み合わせると、インバータモジュールを冷却するために吸入される冷却風の通風抵抗が大きくなって充分な冷却性が得られないという問題があった。具体的には、特許文献２の構造では、各インバータモジュールが内向きフランジの平坦な外側面に取り付けられており、各インバータモジュールの上部付近に冷却風を流すことになるため、各インバータモジュール全体あるいはその下の内向きフランジ（フレーム）の冷却効率が低下することになる。特に、特許文献２の構造では、周方向に隣接する２つのインバータモジュールの間に突出端子が配置されており、径方向に沿った冷却風の流れを遮っているため、冷却風量の低下を招き、さらに冷却性が低下する。

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、スイッチング素子を有する複数のモジュールを備えた電力変換器の冷却性を向上させることができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、界磁巻線への通電によって磁化される回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子とともに回転して冷却風を発生させる冷却ファンと、回転子と固定子とを保持するフレームと、固定子に備わった固定子巻線に誘起される交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給、または、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線に供給する電力変換器とを備える車両用回転電機において、電力変換器は、それぞれがスイッチング素子と放熱用のヒートシンクとを有する複数のスイッチングモジュールを備え、複数のスイッチングモジュールのそれぞれは、フレームの軸方向端面に、この軸方向端面にヒートシンクが対向する向きに取り付けられ、フレームの軸方向端面には、周方向に隣接する２つのスイッチングモジュールの間に配置された凹部が形成されている。また、この凹部は、冷却ファンによって発生する冷却風の通路として用いられる。

熱容量が大きいフレームに各スイッチングモジュールを取り付けることにより、スイッチング素子で発生した熱をヒートシンクを介してフレームに伝達することができるため、スイッチングモジュールおよびこのスイッチングモジュールを備えた電力変換器の冷却性を向上させることができる。これにより、仮にスイッチングモジュールにバッテリを逆接続して大電流が流れた場合であっても、スイッチングモジュールの温度が急激に上昇することを防止することができ、スイッチング素子の破損を回避することができる。また、各スイッチングモジュールの間のフレーム端面には凹部が形成されているため、この凹部を冷却風の通路として用いることが可能となり、スイッチングモジュールやフレームを直接冷却するとともにより多くの冷却風量を確保することができ、電力変換器の冷却性をさらに向上させることができる。

また、上述した凹部は、底面にリブ形状部を有することが望ましい。これにより、フレームの軸方向端面の表面積が増すため、フレームの冷却性を向上させることができ、結果的にスイッチングモジュールや電力変換器の冷却性をさらに上げることができる。

また、上述したフレームの軸方向端面には、ヒートシンクに対向する凸部が、回転子の回転軸を中心とした放射状に配置されていることが望ましい。これにより、回転子を回転可能に支持する軸受けを収納する軸受け収納部を各凸部を用いて強固に支えることができ、回転子の回転時のブレを防止したり、外部から振動が加わった際の回転子の振動を抑制することが可能となる。

また、上述した複数のスイッチングモジュールのそれぞれに対応する凸部は、回転子の回転軸を中心とした円弧上に、均等な間隔で配置されていることが望ましい。凸部を均等に配置することにより、強度的なバランスがよくなり、回転子の回転時のブレや外部から振動が加わった際の回転子の振動をさらに低減することが可能となる。

また、上述したフレームは、軸方向端面であって凹部の内径側に冷却風を通す第１の吸気口を有することが望ましい。内径側に吸気口を設けることにより、凹部内を流れる冷却風の風量を増すことができ、確実にフレームの冷却性を向上させることができる。

また、上述した界磁巻線に通電するためのブラシ装置と、ブラシ装置および電力変換器を覆うリアカバーとをさらに備え、リアカバーは、ブラシ装置に対応する位置に、ブラシ装置に向けて冷却風を導入する第２の吸気口を有することが望ましい。これにより、リヤカバーの吸気口から取り込んでブラシ装置近傍に冷却風を流すことができるため、ブラシの冷却性を向上させるとともに、冷却風を利用したブラシ摩耗粉の排出を行う場合にはその排出を効果を高めることができる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 スイッチングモジュールの構成を示す図である。 車両用発電機をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。 車両用発電機をリヤ側から見た図である。 リヤカバーを取り外した車両用発電機をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。 リヤカバーを取り外した車両用発電機をリヤ側から見た図である。 車両用発電機のリヤ側の部分的な断面図である。 スイッチングモジュール内部の実装状態を示す平面図である。 スイッチングモジュールの平面図である。 スイッチングモジュールの斜視図である。 スイッチングモジュールの斜視図である。 スイッチングモジュールの部分的な拡大側面図である。 端子台の平面図である。 端子台の裏面図である。 端子台の斜視図である。 電力変換器の裏面図である。 リヤフレームの平面図である。 リヤフレームの斜視図である。

以下、本発明の車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線２、３、界磁巻線４、２つのスイッチングモジュール群５、６、発電制御装置７、端子台１０を含んで構成されている。

一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ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３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ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２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２、３と固定子鉄心によって固定子２０（図３）が構成されている。

界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。この回転子と固定子２０は同心状に対向配置されている。界磁巻線４に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。

一方のスイッチングモジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。このスイッチングモジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）のスイッチングモジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。スイッチングモジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。スイッチングモジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。スイッチングモジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。

他方のスイッチングモジュール群６は、他方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。このスイッチングモジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）のスイッチングモジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。スイッチングモジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。スイッチングモジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。スイッチングモジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。

発電制御装置７は、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を調整することにより車両用発電機１の出力電圧（各スイッチングモジュールの出力電圧）Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。例えば、発電制御装置７は、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも高くなったときに界磁巻線４への励磁電流の供給を停止し、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも低くなったときに界磁巻線４に励磁電流の供給を行うことにより、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。また、発電制御装置７は、Ｐ端子（相電圧検出用の検出端子）に接続された固定子巻線のいずれかの相巻線（例えばＷ相）の電圧に基づいて回転子の回転数を検出し、回転停止を検出したときに界磁巻線４へ供給する励磁電流を停止あるいは低減する。さらに、発電制御装置７は、制御信号端子としてのＥＲＲ端子および通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、エラー情報等の通信メッセージを送信あるいは受信する。

端子台１０は、スイッチングモジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ相互の接続、スイッチングモジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ相互の接続、スイッチングモジュール５Ｘ等と他の部品（例えば発電制御装置７）との接続を行うものである。端子台１０の具体例については後述する。この端子台１０と２つのスイッチングモジュール群５、６によって電力変換器１１が構成されている。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、スイッチングモジュール５Ｘ等の詳細について説明する。

図２は、スイッチングモジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他のスイッチングモジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、スイッチングモジュール５Ｘは、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、制御回路５４を備えている。

ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースがＰ端子を介して固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインがＢＡＴＴ端子（バッテリ端子）を介して電気負荷１８やバッテリ９の正極端子に接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＰ端子を介してＸ相巻線に接続され、ソースがＧＮＤ端子を介してバッテリ９の負極端子（アース）に接続された下アーム（ローサイド側）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５０、５１からなる直列回路がバッテリ９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５０、５１の接続点にＸ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１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５０、５１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。なお、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。

制御回路５４は、整流動作を開始および終了するタイミングの判定動作、整流動作を実施するためのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングの設定動作、このオン／オフタイミングに対応したＭＯＳトランジスタ５０、５１の駆動動作、電圧や電流あるいは温度を監視して異常発生の有無を判定する自己診断動作などを行う。

例えば、スイッチングモジュール５Ｘに設けられた制御信号端子としてのＦ端子が発電制御装置７のＦ端子に接続されており、制御回路５４は、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４に供給されるＰＷＭ信号（励磁電流）の有無を監視し、ＰＷＭ信号の出力が所定時間（例えば３０μ秒間）継続したときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオン／オフして整流動作を開始する。また、制御回路５４は、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４に供給されるＰＷＭ信号の出力が所定時間（例えば１秒間）中断したときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフして整流動作を終了する。さらに、制御回路５４は、異常発生時には、制御信号端子としてのＥＲＲ端子（エラー端子）から異常発生を知らせる信号を出力する。例えば、各スイッチングモジュール５Ｘ等のＥＲＲ端子は１本の共通の信号線に接続されており、いずれかのスイッチングモジュール５Ｘ等からこの信号線に異常発生を知らせる信号が出力されると、発電制御装置７は、異常発生に対応して所定の処理（例えば、ＥＣＵ８に対する通知）を行う。

次に、車両用発電機１や電力変換器１１、スイッチングモジュール５Ｘの具体的な構造について説明する。なお、スイッチングモジュール５Ｘ以外のスイッチングモジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構造を有しており、詳細な説明は省略する。

図３は、車両用発電機１をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。図４は、車両用発電機１をリヤ側から見た図である。図５は、リヤカバーを取り外した車両用発電機１をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。図６は、リヤカバーを取り外した車両用発電機１をリヤ側から見た図である。図７は、車両用発電機１のリヤ側の部分的な断面図である。

これらの図に示すように、車両用発電機１は、固定子２０、回転子３０（図７）、フロントフレーム２２、リヤフレーム２４、リヤカバー２６、発電制御装置７、電力変換器１１、ブラシ装置１２を含んで構成されている。

フロントフレーム２２およびリヤフレーム２４は、固定子２０を両側から挟み込んで固定するとともに、この固定子２０の内側に対向配置されている回転子３０を回転可能に支持した状態で収容している。ブラシ装置１２は、バッテリ９あるいは電力変換器１１から回転子３０の界磁巻線４に励磁電流を供給する。

リヤカバー２６は、リヤフレーム２４の外側に取り付けられる発電制御装置７、電力変換器１１、ブラシ装置１２の全体を覆って、これらを保護する。このリヤカバー２６には、軸方向端面であって、電力変換器１１に対向する位置に放射状かつ同心状に配置された複数の吸気口２７が、ブラシ装置１２に対応する位置（図４に示す例ではブラシ装置１２に隣接する位置であってブラシ装置１２と電圧制御装置７の中間位置）に吸気口２８が形成されている。

また、リヤフレーム２４の軸方向端面には、対向面が直接接触した状態で電力変換器１１が搭載されており、リヤフレーム２４が電力変換器１１で発生した熱を放熱する放熱部材として用いられる。このため、リヤフレーム２４の軸方向端面は、放熱に適した形状に形成されており、その詳細については後述する。

回転子３０は、軸方向端面に冷却ファン３２を備えている。回転子３０とともに冷却ファン３２が回転すると、リヤカバー２６に設けられた複数の吸気口２７およびリヤカバー２６とリヤフレーム２４の間の隙間から冷却風が取り込まれる。この冷却風は、リヤフレーム２４と電力変換器１１の間（凹部２４２）を通った後、凹部２４２の内径側に形成された吸気口２４６を介してリヤフレーム２４内に導かれ、固定子巻線２、３を冷却した後リヤフレーム２４の外部に排出される。なお、回転子３０とともに冷却ファン３２が回転すると、リヤカバー２６に設けられた吸気口２８からもリヤカバー２６内に冷却風が取り込まれる。この冷却風は、ブラシ装置１２や電圧制御装置７の近傍を流れるため、これらを効率よく冷却するとともに、冷却風を利用したブラシ摩耗粉の排出を行う場合にはその排出効果を高めることができる。

次に、スイッチングモジュール５Ｘ等の構造の詳細について説明する。図８は、スイッチングモジュール５Ｘ内部の実装状態を示す平面図である。図９は、スイッチングモジュール５Ｘの平面図である。図１０、図１１は、スイッチングモジュール５Ｘの斜視図である。図１２は、スイッチングモジュール５Ｘの部分的な拡大側面図である。図８〜図１２において示されている各端子に付された符号（Ｐ、ＢＡＴＴ、ＧＮＤ、Ｆ、ＥＲＲ）は、図２において同じ符号が付された各端子に対応している。

図８において、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０およびローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のそれぞれは、同一の製造方法で同一のサイズに形成されている。また、これらのＭＯＳトランジスタ５０、５１や制御回路５４のそれぞれはリードフレーム上に搭載されており、発熱量が多いＭＯＳトランジスタ５０、５１の直下には放熱用のヒートシンク５６が備わっている。スイッチングモジュール５Ｘは、ヒートシンク５６以外の構成部品全体がモールド樹脂で封止された半導体パッケージとして形成されており、ヒートシンク５６が露出した状態で取り付けられたモジュール本体６０からＰ端子、ＢＡＴＴ端子、ＧＮＤ端子、Ｆ端子、ＥＲＲ端子に対応する接続ターミナル５８の一部が突出している。この中でＧＮＤ端子に対応する接続ターミナル５８は、ヒートシンク５６と同じ端子形状を有しており、ヒートシンク５６をリヤフレーム２４にネジ固定する際に同時にねじ締めされてリヤフレーム２４に対して電気的な接続が行われる。

なお、図１０あるいは図１１に示すように、モジュール本体６０の側面には、接続ターミナル５８の他に、複数の電極５９が露出している（以後、この電極５９を「露出電極」と称する）。接続ターミナル５８をインサート成型する際にその位置決めおよび固定用にモジュール本体６０から突出する電極が用いられ、樹脂成型終了後に突出部分を切断した跡が一部の露出電極５９として残っている。また、スイッチングモジュール５Ｘを製造した際にその機能試験等を行うためにモジュール本体６０から突出する電極が用いられ、試験終了後に突出部分を切断した跡が他の露出電極５９として残っている。

ところで、モジュール本体６０から突出するＰ端子に対応する接続ターミナル５８は、固定子巻線２のＸ相巻線から引き出される引き出し線５５を接続することにより発生する応力を緩和する形状を有する。以後、Ｐ端子に対応する接続ターミナル５８を他の接続ターミナル５８と区別するために「接続ターミナル５８Ｐ」として説明を行う。

図９〜図１２に示すように、接続ターミナル５８Ｐは、固定子巻線２のＸ相巻線から引き出される引き出し部としての引き出し線５５との接続を行う接続部５８０と、この接続部５８０とモジュール本体６０との間でこれらを連結する連結部５８２とを有する。接続部５８０と連結部５８２は、モジュール本体６０内に埋設された部分を含んで、金属の板材をプレス成型することにより形成される。

接続部５８０は、引き出し線５５の延在方向に沿った長さが、この延在方向と垂直な向きに沿った長さの方が長い幅広の長方形形状を有している。図１２において、接続部５８の高さ方向を「縦方向」、高さ方向と垂直な方向を「横方向」とすると、引き出し線５５の延在方向に沿った向きが縦方向であり、接続部５８０は、横長の長方形形状を有する。この接続部５８０の横方向の長さは、引き出し線５５の幅の複数倍よりも長い値に設定されている。また、横長の長方形形状を有する平板状の接続部５８０を長手方向の途中で折り返して引き出し線５５を挟み込んだ後に、これらの間が溶接される。

連結部５８２は、接続部５８０の一部に連結された長方形形状を有しており、長手方向に沿ってＳ字状に折り曲げられたベンド構造を含んでいる。ベンド構造を備えることにより、主に引き出し線５５の延在方向に加わる繰り返し応力を吸収して緩和することが可能となる。

なお、上述した引き出し線５５を接続ターミナル５８Ｐに溶接する工程は、スイッチングモジュール５Ｘ等を端子台１０に組み付けて電力変換器１１を完成させた後に、電力変換器１１をリヤフレーム２４に組み付ける際に行われる。

次に、端子台１０の詳細形状および端子台１０へスイッチングモジュール５Ｘ等を組み付ける具体例について説明する。図１３は、端子台１０の平面図である。図１４は、端子台１０の裏面図である。図１５は、端子台１０の斜視図である。図１６は、電力変換器１１の裏面図であって、図１４に示した端子台１０に６個のスイッチングモジュール５Ｘ等を組み付けた組立体としての電力変換器１１が示されている。

端子台１０は、６個のスイッチングモジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを組み付けたときにこれらを収容する６個の収納用凹部１００を一方の面側（リヤフレーム２４に電力変換器１１を組み付けたときにリヤフレーム２４の軸方向端面に対向する側）に有する。また、端子台１０からは、各スイッチングモジュール５Ｘ等に対応して、内径側から１本の配線ターミナル１０２が、収納用凹部１００の底面から２本の配線ターミナル１０４が突出している。

上述したように、スイッチングモジュール５Ｘ等のモジュール本体６０からは、Ｐ端子、ＢＡＴＴ端子、ＧＮＤ端子、Ｆ端子、ＥＲＲ端子に対応する接続ターミナル５８が突出しており、ＢＡＴＴ端子に対応する接続ターミナル５８が配線ターミナル１０２に接続され、Ｆ端子、ＥＲＲ端子に対応する接続ターミナル５８が２本の配線ターミナル１０４のそれぞれに接続される。これらの接続は溶接によって行われるが、一部をはんだ付けによって行うようにしてもよい。

ところで、端子台１０に対するスイッチングモジュール５Ｘ等の組み付けは、各収納用凹部１００にモジュール本体６０を組み込んだ後に、対応する接続ターミナル５８と配線ターミナル１０２、１０４を接合し、さらにモジュール本体６０の周囲に形成された充填用凹部に熱硬化性の封止材を充填して硬化させることにより行われる。

図１４に示すように、端子台１０の各収納用凹部１００には、この収納用凹部１００にスイッチングモジュール５Ｘ等のモジュール本体６０を組み込んだ際にモジュール本体６０の一部が当接する３箇所の位置決め部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が含まれる。これら３箇所の位置決め部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がモジュール本体６０の一部に当接することにより、収納用凹部１００内でのモジュール本体６０の位置が拘束されるようになっている。これにより、接合対象となる接続ターミナル５８と配線ターミナル１０２、１０４の位置合わせが行われ、次工程での溶接等が容易となる。

また、このようにしてモジュール本体６０が収納用凹部１００に組み込まれた状態では、図１６に示すように、モジュール本体６０の側面と収納用凹部１００の側面により２箇所に充填用凹部１０６、１０８が形成される。これら２箇所の充填用凹部１０６、１０８は、端子台１０の３箇所の位置決め部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をモジュール本体６０の一部に当接した際に形成されるようになっている。

一方の充填用凹部１０６の内部空間には、モジュール本体６０の一の側面から突出するＦ端子、ＥＲＲ端子に対応する接続ターミナル５８と露出電極５９（図１１）とが含まれている。この充填用凹部１０６は、封止材を硬化前に保持可能な閉塞空間がモジュール本体６０の側面と収納用凹部１００の側面により形成されたものであって、封止材を充填した後に加熱して硬化させることにより、接続ターミナル５８と配線ターミナル１０２、１０４の接合部を含む露出部分と露出電極５９の両方が封止材によって覆われる。

他方の充填用凹部１０８には、モジュール本体６０の他の側面から突出する露出電極５９（図１０）が含まれている。この充填用凹部１０８は、充填用凹部１０６と同様に、封止材を硬化前に保持可能な閉塞空間がモジュール本体６０の側面と収納用凹部１００の側面により形成されたものであって、封止材を充填した後に加熱して硬化させることにより、露出電極５９が封止材によって覆われる。

このようにして６個のスイッチングモジュール５Ｘ等を端子台１０に組み付けることにより電力変換器１１が形成される。この電力変換器１１をリヤフレーム２４に組み付けた後に、固定子巻線２、３の各相巻線から引き出される引き出し線５５が各スイッチングモジュール５Ｘ等のＰ端子に対応する接続ターミナル５８に接続される。

なお、上述した説明では、全てのスイッチングモジュール５Ｘ等を同じように配線するものとしたが、実際には、図１６に示すように端部に配置されたスイッチングモジュール６ＷのＰ端子については特異な接続がなされている。具体的には、端子台１０には内部で相互に接続された３つの配線ターミナル１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃが備わっている。この中で、配線ターミナル（第３の接続端子）１０１Ａは、固定子巻線６のＷ相巻線から引き出される引き出し線５５に接続される。また、配線ターミナル（第１の接続端子）１０１Ｂは、スイッチングモジュール６ＷのＰ端子に対応する接続ターミナル５８に対応する位置に配置され、この接続ターミナル５８に接続される。さらに、配線ターミナル１０１Ｃ（第２の接続端子）は、発電制御装置７が組み付けられた際に発電制御装置７のＰ端子に接続される。

このような配線ターミナル１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを用いることにより、固定子巻線６のＷ相の相電圧をスイッチングモジュール６Ｗと発電制御装置７の両方に取り込むことができ、しかも、スイッチングモジュール６Ｗのターミナル形状および配置を他のスイッチングモジュール５Ｘ等と同じにすることができ、部品点数の削減が可能となる。

次に、電力変換器１１が組み付けられるリヤフレーム２４の軸方向端面の放熱に適した形状について説明する。図１７は、リヤフレーム２４の平面図である。図１８は、リヤフレーム２４の斜視図である。これらの図に示すように、リヤフレーム２４は、周方向に所定の間隔で配置された６箇所の凸部２４０と、周方向に隣接する２つの凸部２４０の間に形成された凹部２４２と、凹部２４２の底面に形成されたリブ形状部２４４とを軸方向端面に有する。

凸部２４０は、平坦な上面部分が、電力変換器１１を組み付けた際に６個のスイッチングモジュール５Ｘ等のヒートシンク５６と全面で対向して接触する。また、凹部２４２は、周方向に隣接する２つのスイッチングモジュール５Ｘ等の間に配置されている。この凹部２４２は、冷却ファン３２（図７）によって発生する冷却風の通路として用いられる。この通路内にリブ形状部２４４を配置することにより、通路内でのリヤフレーム２４の表面積を増大させている。上述した凸部２４０、凹部２４２およびリブ形状部２４４は、延在方向が回転子３０の回転軸（図７）を中心とした放射状になるように配置されている。凸部２４０を放射状に配置することにより、回転子３０を回転可能に支持する軸受け３６を収納するリヤフレーム２４の軸受け収納部２４８を各凸部２４０を用いて強固に支えている。また、各凸部２４０は、回転子３０の回転軸を中心とした円弧上に均等な間隔で配置されていることが望ましい。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、熱容量が大きいリヤフレーム２４に各スイッチングモジュール５Ｘ等を取り付けることにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１で発生した熱をヒートシンク５６を介してリヤフレーム２４に伝達することができるため、スイッチングモジュール５Ｘ等およびこのスイッチングモジュール５Ｘ等を備えた電力変換器１１の冷却性を向上させることができる。これにより、仮にスイッチングモジュール５Ｘ等にバッテリ９を逆接続して大電流が流れた場合であっても、スイッチングモジュール５Ｘ等の温度が急激に上昇することを防止することができ、ＭＯＳトランジスタ５０、５１の破損を回避することができる。また、各スイッチングモジュール５Ｘ等の間のリヤフレーム２４の軸方向端面には凹部２４２が形成されているため、この凹部２４２を冷却風の通路として用いることが可能となり、スイッチングモジュール５Ｘ等やリヤフレーム２４を直接冷却するとともにより多くの冷却風量を確保することができ、電力変換器１１の冷却性をさらに向上させることができる。

また、凹部２４２の底面にリブ形状部２４４を形成することにより、リヤフレーム２４の軸方向端面の表面積が増すため、リヤフレーム２４の冷却性を向上させることができ、結果的にスイッチングモジュール５Ｘ等や電力変換器１１の冷却性をさらに上げることができる。

また、リヤフレーム２４の軸方向端面には、スイッチングモジュール５Ｘ等のヒートシンク５６に対向する凸部２４０が、回転子３０の回転軸を中心とした放射状に配置されており、回転子３０を回転可能に支持する軸受け３６を収納する軸受け収納部２４８を各凸部２４０を用いて強固に支えることができ、回転子３０の回転時のブレを防止したり、外部から振動が加わった際の回転子３０の振動を抑制することが可能となる。

また、これらの各凸部２４０は、回転子３０の回転軸を中心とした円弧上に、均等な間隔で配置されているため、強度的なバランスがよくなり、回転子３０の回転時のブレや外部から振動が加わった際の回転子３０の振動をさらに低減することが可能となる。

また、リヤフレーム２４には、軸方向端面であって凹部２４２の内径側に冷却風を通す吸気口２４６が設けられているため、凹部２４２内を流れる冷却風の風量を増すことができ、確実にリヤフレーム２４の冷却性を向上させることができる。

また、リアカバー２６にはブラシ装置１２に対応する位置にブラシ装置１２に向けて冷却風を導入する吸気口２８が設けられており、この吸気口２８からリヤカバー２６内に冷却風を取り込んでブラシ装置１２近傍に冷却風を流すことができるため、ブラシ装置１２に備わったブラシの冷却性を向上させるとともに、冷却風を利用したブラシ摩耗粉の排出を行う場合にはその排出を効果を高めることができる。

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、２つの固定子巻線２、３と２つのスイッチングモジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方のスイッチングモジュール群５を備える車両用発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つのスイッチングモジュール群５、６のそれぞれに３つのスイッチングモジュールを含ませるようにしたが、スイッチングモジュールの数は３以外であってもよい。また、上述した実施形態では、Ｙ結線された２つの固定子巻線２、３を備えた車両用発電機１について説明したが、Δ結線された固定子巻線を備える車両用発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、各スイッチングモジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給して電動動作を行わせる車両用回転電機に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、スイッチングモジュール５Ｘ等を端子台１０に組み付けて組立体としての電力変換器１１を形成し、この電力変換器１１をリヤフレーム２４の軸方向端面に組み付けるようにしたが、各スイッチングモジュール５Ｘ等のそれぞれを別々にリヤフレーム２４の軸方向端面に取り付ける場合にも本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、熱容量が大きいフレームに各スイッチングモジュールを取り付けることにより、スイッチング素子で発生した熱をヒートシンクを介してフレームに伝達することができるため、スイッチングモジュールおよびこのスイッチングモジュールを備えた電力変換器の冷却性を向上させることができる。

１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ スイッチングモジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ スイッチングモジュール
７ 発電制御装置
９ バッテリ
１０ 端子台
１１ 電力変換器
１２ ブラシ装置
２４ リヤフレーム
２６ リヤカバー
２７、２８、２４６ 吸気口
３０ 回転子
３２ 冷却ファン
５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
５４ 制御回路
５５ 引き出し線
５６ ヒートシンク
５８ 接続ターミナル
６０ モジュール本体
１００ 収納用凹部
１０２、１０４ 配線ターミナル
１０６、１０８ 充填用凹部
５８０ 接続部
５８２ 連結部

Claims (7)

1. 界磁巻線への通電によって磁化される回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子とともに回転して冷却風を発生させる冷却ファンと、前記回転子と前記固定子とを保持するフレームと、前記固定子に備わった固定子巻線に誘起される交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給、または、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換して前記固定子巻線に供給する電力変換器とを備える車両用回転電機において、
   前記電力変換器は、それぞれがスイッチング素子と放熱用のヒートシンクとを有する複数のスイッチングモジュールを備え、
   前記複数のスイッチングモジュールのそれぞれは、前記フレームの軸方向端面に、この軸方向端面に前記ヒートシンクが対向する向きに取り付けられ、
   前記フレームの軸方向端面には、周方向に隣接する２つの前記スイッチングモジュールの間に配置された凹部が形成されてい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、
   前記凹部は、前記冷却ファンによって発生する冷却風の通路として用いられることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記凹部は、底面にリブ形状部を有することを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記軸方向端面には、前記ヒートシンクに対向する凸部が、前記回転子の回転軸を中心とした放射状に配置されていることを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項４において、
   前記複数のスイッチングモジュールのそれぞれに対応する前記凸部は、前記回転子の回転軸を中心とした円弧上に、均等な間隔で配置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のいずれかにおいて、
   前記フレームは、前記軸方向端面であって前記凹部の内径側に冷却風を通す第１の吸気口を有することを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記界磁巻線に通電するためのブラシ装置と、前記ブラシ装置および前記電力変換器を覆うリアカバーとをさらに備え、
   前記リアカバーは、前記ブラシ装置に対応する位置に、前記ブラシ装置に向けて冷却風を導入する第２の吸気口を有することを特徴とする車両用回転電機。

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