車両用回転電機
【課題】半導体パッケージを実装する際の自由度が高く、コスト低減を図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の整流器モジュール群５、６は、複数の整流器モジュール（半導体パッケージ）５Ｘ等を含んで構成されている。これら複数の整流器モジュール５Ｘ等は、回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置される。また、各整流器モジュール５Ｘ等は、２つのパッケージ周方向側面３０、３２から引き出されるとともにこれら２つのパッケージ周方向側面３０、３２の中心にある仮想的な面に対して対称形状の通信端子４４、４６、出力端子４５、４７を有する。隣接する２つの整流器モジュールから引き出された通信端子４４、４６同士、あるいは出力端子４５、４７同士を互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合している。
【解決手段】車両用発電機１の整流器モジュール群５、６は、複数の整流器モジュール（半導体パッケージ）５Ｘ等を含んで構成されている。これら複数の整流器モジュール５Ｘ等は、回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置される。また、各整流器モジュール５Ｘ等は、２つのパッケージ周方向側面３０、３２から引き出されるとともにこれら２つのパッケージ周方向側面３０、３２の中心にある仮想的な面に対して対称形状の通信端子４４、４６、出力端子４５、４７を有する。隣接する２つの整流器モジュールから引き出された通信端子４４、４６同士、あるいは出力端子４５、４７同士を互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、突出端子と固定端子とを有するインバータモジュールにおいて、互いに隣接するモジュール同士で突出端子と固定端子とを連結して電気的接続を行うとともに、各モジュールをモータの中心軸周りに環状配置した機電一体型モータ用電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、ハウジング内に、６つの半導体スイッチング素子のそれぞれを、回転軸軸線に対して点対称的に配設された６つの基板に個別に支持し、素子駆動用の制御回路を各基板の配置中心に配設するようにした三相電動機の駆動回路配置構造が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３１７９４号公報
【特許文献２】特許第２６９０５５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された機電一体型モータ用電力変換装置には以下の問題があった。（１）界磁可能な回転子を有する車両用回転電機においては、リア側に励磁用回路が実装されるため、この励磁用回路と干渉してしまって各モジュールを環状に配置することができない。（２）グランド端子を設けて相互接続しようとすると、同様に突出端子と固定端子を電気的に接続する必要があるため、部品点数や工数が増加してコストがかかる。（３）突出端子と固定端子とを接続するための固定用部品（例えばネジ）が接続箇所の数だけ必要になって、その分コストがかかる。（４）フレーム端面を、突出端子と固定端子に合わせた形状とする必要があり、フレームの形状が複雑になる。（５）電力端子（例えば、発電機の出力端子）以外に相互接続する端子がある場合には、それらについても突出端子と固定端子が必要になってコストがかかる。
【０００６】
また、特許文献２に開示された三相電動機の駆動回路には以下の問題があった。（６）界磁可能な回転子を有する車両用回転電機においては、リア側に励磁用回路が実装されるため、点対称的に６つの基板を配置すると、励磁用回路に対応する位置のスペースが無駄に空くことになる。（７）ハイサイド側とローサイド側の一対のスイッチング素子を内蔵したモジュールを実装する場合には、固定子巻線が奇数相（例えば三相）の場合には点対称に配置することができない。
【０００７】
このように、特許文献１、２に開示された従来技術では、実装の自由度が少ないとともに端子形状や種類あるいはその接続方法に起因してコスト高になるという問題があった。
【０００８】
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、半導体パッケージを実装する際の自由度が高く、コスト低減を図ることができる車両用回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、界磁巻線を有する回転子と、回転子と対向配置された固定子と、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、界磁巻線に流れる励磁電流を制御する励磁制御回路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を有する複数の半導体パッケージを含んで構成され、複数の半導体パッケージは、回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置され、複数の半導体パッケージのそれぞれは、２つの周方向側面から引き出されるとともにこれら２つの周方向側面の中心にある仮想的な面に対して対称形状の相互接続用端子を有し、周方向に隣接する２つの半導体パッケージのそれぞれの対向する周方向側面から引き出された相互接続用端子同士を互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合している。
【００１０】
半導体パッケージの実装面に励磁制御回路等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各半導体パッケージを実装することが可能になり、実装の自由度を向上させることができる。また、相互接続端子同士を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。また、相互接続端子同士を接合しているため、半導体パッケージを搭載するフレーム等の形状を端子形状に合わせる必要がなく、半導体パッケージを実装するフレーム等の形状の簡略化が可能となる。
【００１１】
また、上述した半導体パッケージは、固定子を保持するフレームに直接固定され、あるいは、このフレームに電気的に接続されてスイッチング素子の冷却を行う冷却用部材に固定されるとともに、スイッチング素子のグランド側端子と電気的に接続された固定端子を有することが望ましい。半導体パッケージを固定する際に、同時にグランド側端子（図２に示す例では、「ＧＮＤ」で示される電流検出素子５３の一方端側）の接続を行うことが可能になり、相互接続用端子の数を減らすことができる。
【００１２】
また、上述した半導体パッケージは、スイッチング素子のオン／オフタイミングを制御する制御回路を備え、相互接続用端子には、他の半導体パッケージに備わった制御回路と相互接続するための制御回路接続端子が含まれ、制御回路接続端子は、２つの周方向側面のそれぞれから突出する２つのリードフレームによって構成されており、これら２つのリードフレームの間に制御回路を配置するとともに、これら２つのリードフレームと制御回路とを１本のボンディングワイヤによって電気的に接続することが望ましい。制御回路を２つのリードフレームの間に配置することにより、１本のボンディングワイヤを用いて２つのリードフレームと制御回路の間の相互接続を行うことができるようになり、ワイヤボンディング工程の簡略化とともに、制御回路上のパッド数の低減、省スペース化が可能となる。
【００１３】
また、上述した半導体パッケージは、回転子の回転軸に垂直な面に対して傾斜して実装されることが望ましい。これにより、径方向に沿った実装面積を小さくすることができる。一般に、プーリ等が配置される回転軸に沿った向きは、搭載スペースに比較的余裕があることが多いが、径方向に沿った向きには、同じ駆動ベルトを用いて連結される各種の補機が配置されるため搭載スペースに余裕がないことが多い。このような場合に、径方向に沿った実装面積を小さくすることは特に有効となる。
【００１４】
また、上述した相互接続端子には、スイッチング素子と固定子巻線との間で流れる電流が流れる電流供給端子が含まれ、制御回路接続端子は、電流供給端子よりも細いことが望ましい。制御回路接続端子には電流供給端子ほど電流が流れないため細くしても支障はなく、これにより、省スペース化と材料削減を実現することができる。
【００１５】
また、上述した電流供給端子は、制御回路接続端子よりも内周側に配置されることが望ましい。内周側に配置することにより、電流供給端子の長さを短くすることができ、材料低減とともに低抵抗化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。
【図２】整流器モジュールの構成を示す図である。
【図３】制御回路の詳細構成を示す図である。
【図４】整流器モジュール内部の実装状態を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】６つの整流器モジュールの実装状態における配置を示す図である。
【図７】整流器モジュールの外観形状を示す平面図である。
【図８】整流器モジュールの実装状態の変形例を示す図である。
【図９】整流器モジュールの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７を含んで構成されている。２つの整流器モジュール群５、６が電力変換器に対応する。
【００１８】
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が構成されている。
【００１９】
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。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。
【００２０】
一方の整流器モジュール群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。この整流器モジュール群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）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール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。整流器モジュール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。整流器モジュール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。
【００２１】
他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線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。この整流器モジュール群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）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール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。整流器モジュール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。整流器モジュール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。
【００２２】
発電制御装置７は、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、励磁電流を制御することにより車両用発電機１の発電電圧（各整流器モジュールの出力電圧）を制御する。また、発電制御装置７は、通信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、通信メッセージを送信あるいは受信する。
【００２３】
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、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。
【００２４】
図２は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、整流器モジュール５Ｘは、３つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２、電流検出素子５３、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５２を介してバッテリ９の正極端子に接続された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Ｘ相巻線に接続され、ソースが電流検出素子５３を介してバッテリ９の負極端子（アース）に接続されたローサイド側のスイッチング素子である。
【００２５】
ＭＯＳトランジスタ５２は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とバッテリ９の正極端子との間に挿入され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５０のドレイン側に接続されたスイッチング素子であり、バッテリ逆接続時およびロードダンプサージ抑止のための保護用に用いられる。ＭＯＳトランジスタ５０、５１のみが備わった従来構成では、バッテリ９が逆接続されたときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディーダイオードを介して大電流が流れるが、逆接続時にこの保護用のＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディダイオードを介して流れる電流を阻止することができる。また、車両用発電機１に接続されたバッテリ９が外れた場合に固定子巻線２のＸ相巻線に大きなロードダンプサージが発生するが、このときにＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、車両用発電機１から電気負荷１０、１２等に大きなサージ電圧が印加されることを阻止することができる。なお、整流動作のみに着目した場合には、上述したＭＯＳトランジスタ５２は省略するようにしてもよい。
【００２６】
図３は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図３に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１０２、バッテリ電圧検出部１１０、動作検出部１２０、１３０、１４０、温度検出部１５０、電流検出部１６０、ドライバ１７０、１７２、１７４、通信回路１８０を備えている。
【００２７】
電源１０２は、エンジン始動に伴って固定子巻線２のＸ相巻線に所定の相電圧が発生したときに動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する。この動作自体は、発電制御装置７において従来から行われている動作と同じであり、同じ技術を用いて実現することができる。
【００２８】
ドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。ドライバ１７４は、出力端子（Ｇ３）が保護用のＭＯＳトランジスタ５２のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５２をオンオフする駆動信号を生成する。
【００２９】
バッテリ電圧検出部１１０（バッテリ電圧検出手段）は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、バッテリ９の正極端子の電圧に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてロードダンプなどの高電圧サージの発生を検出する。
【００３０】
動作検出部１２０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＢ−Ｃ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７０の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５０の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５０の制御や故障検知を行う。
【００３１】
動作検出部１３０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＣ−Ｄ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７２の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５１の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５１の制御や故障検知を行う。
【００３２】
動作検出部１４０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、保護用に用いられるＭＯＳトランジスタ５２のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＡ−Ｂ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７４の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５２の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５２の制御や故障検知を行う。
【００３３】
温度検出部１５０は、定電流源、ダイオード、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、温度によって変化するダイオードの順方向電圧降下に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて整流器モジュール５Ｘの温度を検出する。
【００３４】
電流検出部１６０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、電流検出素子５３（例えば抵抗）の両端電圧（図２、図３のＤ−ＧＮＤ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間に流れる電流を検出する。
【００３５】
通信回路１８０は、発電制御装置７と同様の通信手段であって、発電制御装置７とＥＣＵ８の間を接続する通信端子および通信線に共通に接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。
【００３６】
例えば、通信頻度として、１通信あたり２０ｍｓ程度でＥＣＵ８との間で通信メッセージを送受信しているような場合を考えると、１秒間に５０回の通信を行うことができる。したがって、本実施形態において６個の通信モジュール５Ｘ等を追加してそのための通信メッセージの送受信が増加しても、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で発電状態を含む通信メッセージやダイアグ情報等の通信メッセージの送受信を行う発電制御に支障はないといえる。
【００３７】
次に、整流器モジュール５Ｘの構造および配置について説明する。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構造および配置を有しており、詳細な説明は省略する。
【００３８】
図４は、整流器モジュール５Ｘ内部の実装状態を示す平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。これらの図において用いられている各端子に付された符号（Ｘ、ＢＡＴＴ、ＧＮＤ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）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。
【００３９】
図４および図５において、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１、保護用のＭＯＳトランジスタ５２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、ドレインを共通にするＭＯＳトランジスタ５０とＭＯＳトランジスタ５２はリードフレームの同一のアイランドａに搭載され、ＭＯＳトランジスタ５１はアイランドｂに搭載されている。これら２つのアイランドａ、ｂの面積は、搭載するＭＯＳトランジスタの数に比例する面積比となるように、すなわち、アイランドａの面積がアイランドｂの面積の２倍になるように設定されている。さらに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２が搭載されたアイランドａ、ｂは、全て断面方向に同一の放熱構造（ヒートシンクの配置等）を備えており、整流器モジュール５Ｘは、構成する部品全体をモールド樹脂で封止する半導体パッケージとして形成されている。
【００４０】
図６は、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの実装状態における配置を示す図である。図７は、整流器モジュール５Ｘの外観形状を示す平面図である。
【００４１】
図６に示すように、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、車両用発電機１のリヤフレーム６０の軸方向端面上に、発電制御装置７やブラシ装置２０が搭載された領域を除いて回転子の回転軸を中心とした円弧上に均等（等間隔）に配置されている。なお、図６では、整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの順番に配置されている場合を図示したが、固定子巻線２、３の引出線の位置等に応じてこの順番は適宜変更される。６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを円環状ではなく円弧上に配置することにより、各整流器モジュールの実装領域として用いなかった残りの領域に発電制御装置７等の他の部品を配置することが可能になる。
【００４２】
図７に示すように、整流器モジュール５Ｘ等のそれぞれは、平面形状が長方形を有しており、パッケージ内周側側面３０とパッケージ外周側側面３２のそれぞれに固定端子４０、４２が設けられている。これらの固定端子４０、４２は、図２に示すＧＮＤ端子を兼ねており、リヤフレーム６０にネジによって締め付けることにより、半導体パッケージの固定とボディアースとしてのリヤフレーム６０への電気的接続が同時に行われる。なお、リヤフレーム６０に直接整流器モジュール５Ｘ等を取り付ける代わりに、リヤフレーム６０に電気的に接続されてＭＯＳトランジスタ５０等の冷却を行う冷却用部材（放熱フィン）に固定端子４０、４２をネジ締めするようにしてもよい。
【００４３】
また、一方のパッケージ周方向側面３４からは、通信端子４４（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）と出力端子４５（ＢＡＴＴ）が引き出され、他方のパッケージ周方向側面３６からは、通信端子４６（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）と出力端子４７（ＢＡＴＴ）とステータ端子４８（Ｘ）が引き出されている。通信端子４４と通信端子４６、あるいは、出力端子４５と出力端子４７は、パッケージ周方向側面３４、３６の中心面（周方向に沿った仮想的な中心面）Ｓに対して左右対称の形状および配置を有している。上述した通信端子４４、４６、出力端子４５、４７が相互接続用端子に対応する。また、通信端子４４、４６が制御回路接続端子に、出力端子４５、４７が電流供給端子にそれぞれ対応する。
【００４４】
図５に示すように、通信端子４４と通信端子４６は、別々のリードフレームによって構成されており、半導体パッケージ内において１本のボンディングワイヤを用いて相互に、かつ、制御回路５４（正確には制御回路５４内の通信回路１８０）と接続されている。出力端子４５と出力端子４７は、共通のリードフレームによって構成されており、半導体パッケージからこのリードフレームの両端を別々に突出させることにより実現している。また、ステータ端子４８は、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線から引き出された引出線に、溶接やろう付けによって接続される。
【００４５】
本実施形態では、周方向に沿って隣接する２つの整流器モジュールに着目すると、一方のパッケージ周方向側面３４から突出する通信端子４４と出力端子４５と、他方のパッケージ周方向側面３６から突出する通信端子４６と出力端子４７は、それらの中間位置で面接触した状態で溶接あるいはろう付けされ、相互に電気的接続が行われる。溶接やろう付け箇所の接触面積を大きくするとともにこれらの作業をしやすくするために、これらの各端子の端部は、軸方向に沿って折り曲げられている。この折り曲げられた端部同士を接触させた状態で溶接治具（あるいは、ろう付け治具）で挟み込むことができるため、溶接等の作業を確実に実施することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、内周側に出力端子４５、４７が配置され、外周側に通信端子４４、４６が配置されており、内周側の出力端子４５、４７の方が外周側の通信端子４４、４６よりも幅が広い（太い）導体を用いて形成されている。出力端子４５、４７を内周側に配置することにより、相互接続する際の円周方向の長さを短くし、さらに幅を広くすることにより、大電流が流れる出力端子４５、４７の抵抗値を下げている。反対に、大電流が流れない通信端子４４、４６については、幅を狭く（細く）することにより、省スペースと材料削減を実現している。
【００４７】
ところで、リヤフレーム６０の軸方向端面に配置した６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、図８に示すように、リヤフレーム６０の軸方向端面（回転軸に垂直な面）に対して半導体パッケージの主面（例えばヒートシンクが配置された下面）が所定の傾斜をなすように配置してもよい。これにより、回転軸を中心とした径方向に沿った実装面積を小さくすることができる。一般に、プーリ等が配置される回転軸に沿った向きは、搭載スペースに比較的余裕があることが多いが、径方向に沿った向きには、同じ駆動ベルトを用いて連結される各種の補機が配置されるため搭載スペースに余裕がないことが多い。このような場合に、径方向に沿った実装面積を小さくすることは特に有効となる。
【００４８】
このように、本実施形態の車両用発電機１では、半導体パッケージとしての各整流器モジュール５Ｘ等の実装面に発電制御装置７やブラシ装置等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各整流器モジュールを実装することが可能になり、実装の自由度を向上させることができる。また、通信端子同士や出力端子同士を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。また、各整流器モジュール５Ｘ等をリヤフレーム６０に固定する際に、同時にグランド側端子の接続を行うことが可能になり、相互接続用端子の数を減らすことができる。
【００４９】
また、制御回路５４を２つのリードフレームの間に配置することにより、１本のボンディングワイヤを用いて２つのリードフレームと制御回路５４の間の相互接続を行うことができるようになり、ワイヤボンディング工程の簡略化とともに、制御回路５４上のパッド数の低減、省スペース化が可能となる。
【００５０】
また、通信端子４４、４６を出力端子４５、４７よりも細くすることにより、省スペース化と材料削減を実現することができる。一方、出力端子４５、４７を内周側に配置することにより、相互接続される出力端子４５、４７の長さを短くすることができ、材料低減とともに低抵抗化を実現することができる。
【００５１】
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つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群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、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。
【００５２】
また、上述した実施形態では、各整流器モジュール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に供給することにより、車両用発電機１に電動動作を行わせるようにしてもよい。
【００５３】
また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。例えば、５相や７相の固定子巻線に対応して整流器モジュールが５あるいは７になった場合であっても、これらを円弧上に均等配置すればよい。
【００５４】
また、上述した実施形態では、各整流器モジュール５Ｘ等のそれぞれは、平面形状が長方形形状の場合について説明したが、図９に示すように台形形状を有する場合でもよい。台形形状の場合、リードフレームの露出する長さが少なくなり、耐腐食性、耐震性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上述したように、本発明によれば、半導体パッケージ（整流器モジュール）の実装面に発電制御装置７等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各整流器モジュールを実装することが可能になる。また、通信端子や出力端子等の相互接続端子同士を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ 整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ 整流器モジュール
７ 発電制御装置
８ ＥＣＵ
９ バッテリ
１０、１２ 電気負荷
３０ パッケージ内周側側面
３２ パッケージ外周側側面
４０、４２ 固定端子
３４、３６ パッケージ周方向側面
４４、４６ 通信端子
４５、４７ 出力端子
４８ ステータ端子
５０、５１、５２ ＭＯＳトランジスタ
５３ 電流検出素子
５４ 制御回路
６０ リヤフレーム
１８０ 通信回路
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、突出端子と固定端子とを有するインバータモジュールにおいて、互いに隣接するモジュール同士で突出端子と固定端子とを連結して電気的接続を行うとともに、各モジュールをモータの中心軸周りに環状配置した機電一体型モータ用電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、ハウジング内に、６つの半導体スイッチング素子のそれぞれを、回転軸軸線に対して点対称的に配設された６つの基板に個別に支持し、素子駆動用の制御回路を各基板の配置中心に配設するようにした三相電動機の駆動回路配置構造が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３１７９４号公報
【特許文献２】特許第２６９０５５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された機電一体型モータ用電力変換装置には以下の問題があった。（１）界磁可能な回転子を有する車両用回転電機においては、リア側に励磁用回路が実装されるため、この励磁用回路と干渉してしまって各モジュールを環状に配置することができない。（２）グランド端子を設けて相互接続しようとすると、同様に突出端子と固定端子を電気的に接続する必要があるため、部品点数や工数が増加してコストがかかる。（３）突出端子と固定端子とを接続するための固定用部品（例えばネジ）が接続箇所の数だけ必要になって、その分コストがかかる。（４）フレーム端面を、突出端子と固定端子に合わせた形状とする必要があり、フレームの形状が複雑になる。（５）電力端子（例えば、発電機の出力端子）以外に相互接続する端子がある場合には、それらについても突出端子と固定端子が必要になってコストがかかる。
【０００６】
また、特許文献２に開示された三相電動機の駆動回路には以下の問題があった。（６）界磁可能な回転子を有する車両用回転電機においては、リア側に励磁用回路が実装されるため、点対称的に６つの基板を配置すると、励磁用回路に対応する位置のスペースが無駄に空くことになる。（７）ハイサイド側とローサイド側の一対のスイッチング素子を内蔵したモジュールを実装する場合には、固定子巻線が奇数相（例えば三相）の場合には点対称に配置することができない。
【０００７】
このように、特許文献１、２に開示された従来技術では、実装の自由度が少ないとともに端子形状や種類あるいはその接続方法に起因してコスト高になるという問題があった。
【０００８】
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、半導体パッケージを実装する際の自由度が高く、コスト低減を図ることができる車両用回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、界磁巻線を有する回転子と、回転子と対向配置された固定子と、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、界磁巻線に流れる励磁電流を制御する励磁制御回路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を有する複数の半導体パッケージを含んで構成され、複数の半導体パッケージは、回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置され、複数の半導体パッケージのそれぞれは、２つの周方向側面から引き出されるとともにこれら２つの周方向側面の中心にある仮想的な面に対して対称形状の相互接続用端子を有し、周方向に隣接する２つの半導体パッケージのそれぞれの対向する周方向側面から引き出された相互接続用端子同士を互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合している。
【００１０】
半導体パッケージの実装面に励磁制御回路等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各半導体パッケージを実装することが可能になり、実装の自由度を向上させることができる。また、相互接続端子同士を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。また、相互接続端子同士を接合しているため、半導体パッケージを搭載するフレーム等の形状を端子形状に合わせる必要がなく、半導体パッケージを実装するフレーム等の形状の簡略化が可能となる。
【００１１】
また、上述した半導体パッケージは、固定子を保持するフレームに直接固定され、あるいは、このフレームに電気的に接続されてスイッチング素子の冷却を行う冷却用部材に固定されるとともに、スイッチング素子のグランド側端子と電気的に接続された固定端子を有することが望ましい。半導体パッケージを固定する際に、同時にグランド側端子（図２に示す例では、「ＧＮＤ」で示される電流検出素子５３の一方端側）の接続を行うことが可能になり、相互接続用端子の数を減らすことができる。
【００１２】
また、上述した半導体パッケージは、スイッチング素子のオン／オフタイミングを制御する制御回路を備え、相互接続用端子には、他の半導体パッケージに備わった制御回路と相互接続するための制御回路接続端子が含まれ、制御回路接続端子は、２つの周方向側面のそれぞれから突出する２つのリードフレームによって構成されており、これら２つのリードフレームの間に制御回路を配置するとともに、これら２つのリードフレームと制御回路とを１本のボンディングワイヤによって電気的に接続することが望ましい。制御回路を２つのリードフレームの間に配置することにより、１本のボンディングワイヤを用いて２つのリードフレームと制御回路の間の相互接続を行うことができるようになり、ワイヤボンディング工程の簡略化とともに、制御回路上のパッド数の低減、省スペース化が可能となる。
【００１３】
また、上述した半導体パッケージは、回転子の回転軸に垂直な面に対して傾斜して実装されることが望ましい。これにより、径方向に沿った実装面積を小さくすることができる。一般に、プーリ等が配置される回転軸に沿った向きは、搭載スペースに比較的余裕があることが多いが、径方向に沿った向きには、同じ駆動ベルトを用いて連結される各種の補機が配置されるため搭載スペースに余裕がないことが多い。このような場合に、径方向に沿った実装面積を小さくすることは特に有効となる。
【００１４】
また、上述した相互接続端子には、スイッチング素子と固定子巻線との間で流れる電流が流れる電流供給端子が含まれ、制御回路接続端子は、電流供給端子よりも細いことが望ましい。制御回路接続端子には電流供給端子ほど電流が流れないため細くしても支障はなく、これにより、省スペース化と材料削減を実現することができる。
【００１５】
また、上述した電流供給端子は、制御回路接続端子よりも内周側に配置されることが望ましい。内周側に配置することにより、電流供給端子の長さを短くすることができ、材料低減とともに低抵抗化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。
【図２】整流器モジュールの構成を示す図である。
【図３】制御回路の詳細構成を示す図である。
【図４】整流器モジュール内部の実装状態を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】６つの整流器モジュールの実装状態における配置を示す図である。
【図７】整流器モジュールの外観形状を示す平面図である。
【図８】整流器モジュールの実装状態の変形例を示す図である。
【図９】整流器モジュールの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７を含んで構成されている。２つの整流器モジュール群５、６が電力変換器に対応する。
【００１８】
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が構成されている。
【００１９】
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。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。
【００２０】
一方の整流器モジュール群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。この整流器モジュール群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）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール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。整流器モジュール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。整流器モジュール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。
【００２１】
他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線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。この整流器モジュール群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）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール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。整流器モジュール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。整流器モジュール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。
【００２２】
発電制御装置７は、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、励磁電流を制御することにより車両用発電機１の発電電圧（各整流器モジュールの出力電圧）を制御する。また、発電制御装置７は、通信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、通信メッセージを送信あるいは受信する。
【００２３】
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、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。
【００２４】
図２は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、整流器モジュール５Ｘは、３つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２、電流検出素子５３、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５２を介してバッテリ９の正極端子に接続された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Ｘ相巻線に接続され、ソースが電流検出素子５３を介してバッテリ９の負極端子（アース）に接続されたローサイド側のスイッチング素子である。
【００２５】
ＭＯＳトランジスタ５２は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とバッテリ９の正極端子との間に挿入され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５０のドレイン側に接続されたスイッチング素子であり、バッテリ逆接続時およびロードダンプサージ抑止のための保護用に用いられる。ＭＯＳトランジスタ５０、５１のみが備わった従来構成では、バッテリ９が逆接続されたときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディーダイオードを介して大電流が流れるが、逆接続時にこの保護用のＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディダイオードを介して流れる電流を阻止することができる。また、車両用発電機１に接続されたバッテリ９が外れた場合に固定子巻線２のＸ相巻線に大きなロードダンプサージが発生するが、このときにＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、車両用発電機１から電気負荷１０、１２等に大きなサージ電圧が印加されることを阻止することができる。なお、整流動作のみに着目した場合には、上述したＭＯＳトランジスタ５２は省略するようにしてもよい。
【００２６】
図３は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図３に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１０２、バッテリ電圧検出部１１０、動作検出部１２０、１３０、１４０、温度検出部１５０、電流検出部１６０、ドライバ１７０、１７２、１７４、通信回路１８０を備えている。
【００２７】
電源１０２は、エンジン始動に伴って固定子巻線２のＸ相巻線に所定の相電圧が発生したときに動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する。この動作自体は、発電制御装置７において従来から行われている動作と同じであり、同じ技術を用いて実現することができる。
【００２８】
ドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。ドライバ１７４は、出力端子（Ｇ３）が保護用のＭＯＳトランジスタ５２のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５２をオンオフする駆動信号を生成する。
【００２９】
バッテリ電圧検出部１１０（バッテリ電圧検出手段）は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、バッテリ９の正極端子の電圧に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてロードダンプなどの高電圧サージの発生を検出する。
【００３０】
動作検出部１２０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＢ−Ｃ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７０の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５０の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５０の制御や故障検知を行う。
【００３１】
動作検出部１３０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＣ−Ｄ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７２の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５１の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５１の制御や故障検知を行う。
【００３２】
動作検出部１４０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、保護用に用いられるＭＯＳトランジスタ５２のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＡ−Ｂ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７４の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５２の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５２の制御や故障検知を行う。
【００３３】
温度検出部１５０は、定電流源、ダイオード、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、温度によって変化するダイオードの順方向電圧降下に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて整流器モジュール５Ｘの温度を検出する。
【００３４】
電流検出部１６０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、電流検出素子５３（例えば抵抗）の両端電圧（図２、図３のＤ−ＧＮＤ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間に流れる電流を検出する。
【００３５】
通信回路１８０は、発電制御装置７と同様の通信手段であって、発電制御装置７とＥＣＵ８の間を接続する通信端子および通信線に共通に接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。
【００３６】
例えば、通信頻度として、１通信あたり２０ｍｓ程度でＥＣＵ８との間で通信メッセージを送受信しているような場合を考えると、１秒間に５０回の通信を行うことができる。したがって、本実施形態において６個の通信モジュール５Ｘ等を追加してそのための通信メッセージの送受信が増加しても、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で発電状態を含む通信メッセージやダイアグ情報等の通信メッセージの送受信を行う発電制御に支障はないといえる。
【００３７】
次に、整流器モジュール５Ｘの構造および配置について説明する。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構造および配置を有しており、詳細な説明は省略する。
【００３８】
図４は、整流器モジュール５Ｘ内部の実装状態を示す平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。これらの図において用いられている各端子に付された符号（Ｘ、ＢＡＴＴ、ＧＮＤ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）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。
【００３９】
図４および図５において、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１、保護用のＭＯＳトランジスタ５２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、ドレインを共通にするＭＯＳトランジスタ５０とＭＯＳトランジスタ５２はリードフレームの同一のアイランドａに搭載され、ＭＯＳトランジスタ５１はアイランドｂに搭載されている。これら２つのアイランドａ、ｂの面積は、搭載するＭＯＳトランジスタの数に比例する面積比となるように、すなわち、アイランドａの面積がアイランドｂの面積の２倍になるように設定されている。さらに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２が搭載されたアイランドａ、ｂは、全て断面方向に同一の放熱構造（ヒートシンクの配置等）を備えており、整流器モジュール５Ｘは、構成する部品全体をモールド樹脂で封止する半導体パッケージとして形成されている。
【００４０】
図６は、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの実装状態における配置を示す図である。図７は、整流器モジュール５Ｘの外観形状を示す平面図である。
【００４１】
図６に示すように、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、車両用発電機１のリヤフレーム６０の軸方向端面上に、発電制御装置７やブラシ装置２０が搭載された領域を除いて回転子の回転軸を中心とした円弧上に均等（等間隔）に配置されている。なお、図６では、整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの順番に配置されている場合を図示したが、固定子巻線２、３の引出線の位置等に応じてこの順番は適宜変更される。６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを円環状ではなく円弧上に配置することにより、各整流器モジュールの実装領域として用いなかった残りの領域に発電制御装置７等の他の部品を配置することが可能になる。
【００４２】
図７に示すように、整流器モジュール５Ｘ等のそれぞれは、平面形状が長方形を有しており、パッケージ内周側側面３０とパッケージ外周側側面３２のそれぞれに固定端子４０、４２が設けられている。これらの固定端子４０、４２は、図２に示すＧＮＤ端子を兼ねており、リヤフレーム６０にネジによって締め付けることにより、半導体パッケージの固定とボディアースとしてのリヤフレーム６０への電気的接続が同時に行われる。なお、リヤフレーム６０に直接整流器モジュール５Ｘ等を取り付ける代わりに、リヤフレーム６０に電気的に接続されてＭＯＳトランジスタ５０等の冷却を行う冷却用部材（放熱フィン）に固定端子４０、４２をネジ締めするようにしてもよい。
【００４３】
また、一方のパッケージ周方向側面３４からは、通信端子４４（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）と出力端子４５（ＢＡＴＴ）が引き出され、他方のパッケージ周方向側面３６からは、通信端子４６（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）と出力端子４７（ＢＡＴＴ）とステータ端子４８（Ｘ）が引き出されている。通信端子４４と通信端子４６、あるいは、出力端子４５と出力端子４７は、パッケージ周方向側面３４、３６の中心面（周方向に沿った仮想的な中心面）Ｓに対して左右対称の形状および配置を有している。上述した通信端子４４、４６、出力端子４５、４７が相互接続用端子に対応する。また、通信端子４４、４６が制御回路接続端子に、出力端子４５、４７が電流供給端子にそれぞれ対応する。
【００４４】
図５に示すように、通信端子４４と通信端子４６は、別々のリードフレームによって構成されており、半導体パッケージ内において１本のボンディングワイヤを用いて相互に、かつ、制御回路５４（正確には制御回路５４内の通信回路１８０）と接続されている。出力端子４５と出力端子４７は、共通のリードフレームによって構成されており、半導体パッケージからこのリードフレームの両端を別々に突出させることにより実現している。また、ステータ端子４８は、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線から引き出された引出線に、溶接やろう付けによって接続される。
【００４５】
本実施形態では、周方向に沿って隣接する２つの整流器モジュールに着目すると、一方のパッケージ周方向側面３４から突出する通信端子４４と出力端子４５と、他方のパッケージ周方向側面３６から突出する通信端子４６と出力端子４７は、それらの中間位置で面接触した状態で溶接あるいはろう付けされ、相互に電気的接続が行われる。溶接やろう付け箇所の接触面積を大きくするとともにこれらの作業をしやすくするために、これらの各端子の端部は、軸方向に沿って折り曲げられている。この折り曲げられた端部同士を接触させた状態で溶接治具（あるいは、ろう付け治具）で挟み込むことができるため、溶接等の作業を確実に実施することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、内周側に出力端子４５、４７が配置され、外周側に通信端子４４、４６が配置されており、内周側の出力端子４５、４７の方が外周側の通信端子４４、４６よりも幅が広い（太い）導体を用いて形成されている。出力端子４５、４７を内周側に配置することにより、相互接続する際の円周方向の長さを短くし、さらに幅を広くすることにより、大電流が流れる出力端子４５、４７の抵抗値を下げている。反対に、大電流が流れない通信端子４４、４６については、幅を狭く（細く）することにより、省スペースと材料削減を実現している。
【００４７】
ところで、リヤフレーム６０の軸方向端面に配置した６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、図８に示すように、リヤフレーム６０の軸方向端面（回転軸に垂直な面）に対して半導体パッケージの主面（例えばヒートシンクが配置された下面）が所定の傾斜をなすように配置してもよい。これにより、回転軸を中心とした径方向に沿った実装面積を小さくすることができる。一般に、プーリ等が配置される回転軸に沿った向きは、搭載スペースに比較的余裕があることが多いが、径方向に沿った向きには、同じ駆動ベルトを用いて連結される各種の補機が配置されるため搭載スペースに余裕がないことが多い。このような場合に、径方向に沿った実装面積を小さくすることは特に有効となる。
【００４８】
このように、本実施形態の車両用発電機１では、半導体パッケージとしての各整流器モジュール５Ｘ等の実装面に発電制御装置７やブラシ装置等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各整流器モジュールを実装することが可能になり、実装の自由度を向上させることができる。また、通信端子同士や出力端子同士を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。また、各整流器モジュール５Ｘ等をリヤフレーム６０に固定する際に、同時にグランド側端子の接続を行うことが可能になり、相互接続用端子の数を減らすことができる。
【００４９】
また、制御回路５４を２つのリードフレームの間に配置することにより、１本のボンディングワイヤを用いて２つのリードフレームと制御回路５４の間の相互接続を行うことができるようになり、ワイヤボンディング工程の簡略化とともに、制御回路５４上のパッド数の低減、省スペース化が可能となる。
【００５０】
また、通信端子４４、４６を出力端子４５、４７よりも細くすることにより、省スペース化と材料削減を実現することができる。一方、出力端子４５、４７を内周側に配置することにより、相互接続される出力端子４５、４７の長さを短くすることができ、材料低減とともに低抵抗化を実現することができる。
【００５１】
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つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群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、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。
【００５２】
また、上述した実施形態では、各整流器モジュール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に供給することにより、車両用発電機１に電動動作を行わせるようにしてもよい。
【００５３】
また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。例えば、５相や７相の固定子巻線に対応して整流器モジュールが５あるいは７になった場合であっても、これらを円弧上に均等配置すればよい。
【００５４】
また、上述した実施形態では、各整流器モジュール５Ｘ等のそれぞれは、平面形状が長方形形状の場合について説明したが、図９に示すように台形形状を有する場合でもよい。台形形状の場合、リードフレームの露出する長さが少なくなり、耐腐食性、耐震性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上述したように、本発明によれば、半導体パッケージ（整流器モジュール）の実装面に発電制御装置７等の他の部品を配置した場合であっても、残りの領域を有効利用して各整流器モジュールを実装することが可能になる。また、通信端子や出力端子等の相互接続端子同士を互いに接触させた状態で溶接等によって接合しているため、接合する端部を単純な形状とすることができ、しかも接合にネジ等の他の部品が不要になって部品点数の低減によるコスト低減が可能になる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ 整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ 整流器モジュール
７ 発電制御装置
８ ＥＣＵ
９ バッテリ
１０、１２ 電気負荷
３０ パッケージ内周側側面
３２ パッケージ外周側側面
４０、４２ 固定端子
３４、３６ パッケージ周方向側面
４４、４６ 通信端子
４５、４７ 出力端子
４８ ステータ端子
５０、５１、５２ ＭＯＳトランジスタ
５３ 電流検出素子
５４ 制御回路
６０ リヤフレーム
１８０ 通信回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線を有する回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、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、前記界磁巻線に流れる励磁電流を制御する励磁制御回路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を有する複数の半導体パッケージを含んで構成され、
前記複数の半導体パッケージは、前記回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置され、
前記複数の半導体パッケージのそれぞれは、２つの周方向側面から引き出されるとともにこれら２つの周方向側面の中心にある仮想的な面に対して対称形状の相互接続用端子を有し、
周方向に隣接する２つの前記半導体パッケージのそれぞれの対向する周方向側面から引き出された前記相互接続用端子同士を互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記半導体パッケージは、前記固定子を保持するフレームに直接固定され、あるいは、このフレームに電気的に接続されて前記スイッチング素子の冷却を行う冷却用部材に固定されるとともに、前記スイッチング素子のグランド側端子と電気的に接続された固定端子を有することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記半導体パッケージは、前記スイッチング素子のオン／オフタイミングを制御する制御回路を備え、
前記相互接続用端子には、他の半導体パッケージに備わった前記制御回路と相互接続するための制御回路接続端子が含まれ、
前記制御回路接続端子は、前記２つの周方向側面のそれぞれから突出する２つのリードフレームによって構成されており、
これら２つのリードフレームの間に前記制御回路を配置するとともに、これら２つのリードフレームと前記制御回路とを１本のボンディングワイヤによって電気的に接続することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記半導体パッケージは、前記回転子の回転軸に垂直な面に対して傾斜して実装されることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項５】
請求項３において、
前記相互接続端子には、前記スイッチング素子と前記固定子巻線との間で流れる電流が流れる電流供給端子が含まれ、
前記制御回路接続端子は、前記電流供給端子よりも細いことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項６】
請求項５において、
前記電流供給端子は、前記制御回路接続端子よりも内周側に配置されることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項１】
界磁巻線を有する回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、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、前記界磁巻線に流れる励磁電流を制御する励磁制御回路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を有する複数の半導体パッケージを含んで構成され、
前記複数の半導体パッケージは、前記回転子の回転軸を中心とした円弧上に等間隔で配置され、
前記複数の半導体パッケージのそれぞれは、２つの周方向側面から引き出されるとともにこれら２つの周方向側面の中心にある仮想的な面に対して対称形状の相互接続用端子を有し、
周方向に隣接する２つの前記半導体パッケージのそれぞれの対向する周方向側面から引き出された前記相互接続用端子同士を互いに接触させた状態で溶接あるいはろう付けにより接合することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記半導体パッケージは、前記固定子を保持するフレームに直接固定され、あるいは、このフレームに電気的に接続されて前記スイッチング素子の冷却を行う冷却用部材に固定されるとともに、前記スイッチング素子のグランド側端子と電気的に接続された固定端子を有することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記半導体パッケージは、前記スイッチング素子のオン／オフタイミングを制御する制御回路を備え、
前記相互接続用端子には、他の半導体パッケージに備わった前記制御回路と相互接続するための制御回路接続端子が含まれ、
前記制御回路接続端子は、前記２つの周方向側面のそれぞれから突出する２つのリードフレームによって構成されており、
これら２つのリードフレームの間に前記制御回路を配置するとともに、これら２つのリードフレームと前記制御回路とを１本のボンディングワイヤによって電気的に接続することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記半導体パッケージは、前記回転子の回転軸に垂直な面に対して傾斜して実装されることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項５】
請求項３において、
前記相互接続端子には、前記スイッチング素子と前記固定子巻線との間で流れる電流が流れる電流供給端子が含まれ、
前記制御回路接続端子は、前記電流供給端子よりも細いことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項６】
請求項５において、
前記電流供給端子は、前記制御回路接続端子よりも内周側に配置されることを特徴とする車両用回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１５１９７７（Ｐ２０１１−１５１９７７Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７１２（Ｐ２０１０−１１７１２）
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]