JP2690551B2

JP2690551B2 - 三相電動機の駆動回路配置構造

Info

Publication number: JP2690551B2
Application number: JP8520389A
Authority: JP
Inventors: 岩夫嶋根; 春美武富
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH02266855A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は三相電動機の駆動回路配置構造、特に、直
流電源の直流電流を半導体スイッチング素子により三相
交流電流に変換して三相巻線を通電する三相電動機の駆
動回路配置構造に関する。

（従来の技術）近年、自動車等のエンジンにあっては、特開昭62−26
8370号公報あるいは特開昭63−202255号公報に記載され
ているように、始動電動機として三相電動機を用い、こ
の三相電動機を交流発電機と一体に組み付けてエンジン
の始動と発電とを行うものが種々実用されている。例え
ば、前者の特開昭62−268370号公報のものは、回転子に
界磁用の永久磁石を、固定子に三相巻線を設け、この三
相巻線を転流回路と整流回路とに接続し、始動電動機と
して作動させる場合にはバッテリの出力を転流回路で三
相交流に変換して三相巻線に通電し、また、充電発電機
として作動させる場合には三相巻線に生じる三相交流出
力を整流回路で整流して取り出す。この転流回路はMOS
FET等の半導体スイッチング素子を三相巻線についてブ
リッジ状に結線して構成されるが、半導体スイッチング
素子はハウジングと一体に形成された円筒壁の内外両面
に支持し、この円筒壁を回転子本体の側面の環状の凹部
内に遊挿させて回転子本体に設けたファンで冷却するよ
うにしている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述のような従来の三相電動機にあっ
ては、ハウジング内壁に回転子の凹部に遊挿する円筒壁
を形成して該円筒壁に半導体スイッチング素子を支持す
るため、半導体スイッチング素子の取付作業および半導
体素子相互あるいは制御回路との結線作業は作業者がハ
ウジング内に手を差し込んで行なわなければならず、そ
の作業が困難で、また、その結線も錯綜して回転子と干
渉するおそれも大きいという問題があった。

この発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、組立
作業が容易で、また、配線の簡素化を図ることができる
三相電動機の駆動回路配置構造を提供することを目的と
する。

（課題を解決するための手段）この発明の三相電動機の駆動回路配置構造は、ハウジ
ングに回動軸を支持し、該回転軸またはハウジングの一
方に界磁発生用の磁極を、他方に三相巻線を固設すると
ともに、該三相巻線の３つの端子と結線された駆動回路
をハウジング内に収容し、駆動回路により直流電流を三
相電流に変換して三相巻線を通電する三相電動機におい
て、前記駆動回路は前記三相巻線の３つの端子について
それぞれ端子と電源との間に介在する電源側の半導体ス
イッチング素子および端子と接地との間に介在する接地
側の半導体スイッチング素子とを備え、これら６つの半
導体スイッチング素子を前記ハウジング内に前記回転軸
軸線に対し点対称的に配設された６つの基板に個別に支
持するとともに、前記半導体スイッチング素子に駆動信
号を出力する制御回路を前記各基板の配置中心に配設し
たことが要旨である。

（作用）この発明にかかわる三相電動機の駆動回路配置構造に
よれば、各半導体スイッチング素子が制御回路の廻りに
同心状に設けられるため、各素子間および素子と制御回
路との間の結線の短縮化とともに結線長さの整合を図れ
る。そして、半導体スイッチング素子は基板によってハ
ウジングに支持されるため、基板と素子とをサブアッシ
イ化でき、素子の取付作業も容易である。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図から第６図はこの発明の一実施例にかかる三相
電動機の駆動回路配置構造を充電発電機と一体に組み付
けたエンジンの始動・発電装置として表し、第１図がエ
ンジンからの動力伝達機構とともに示す全体断面図、第
２図が要部拡大断面図、第３図が第２図のIII−III矢視
断面図、第４図が第２図のIV−IV矢視断面図、第５図
（ａ）が主要部品の平面図、第５図（ｂ）が第５図
（ａ）のＶ−Ｖ矢視断面図、第６図が一部の回路図であ
る。

第１図において、Ｅはエンジン、Ｔは遊星歯車式の変
速装置、Ｓは三相電動機（始動電動機）と三相交流発電
機（充電発電機）とを一体化した始動発電機（以下、ス
タッグと称す）であり、エンジンＥのクランク軸11は端
部にフランジ継手11aがスプライン等で設けられフラン
ジ継手11aを介して変速装置Ｔに連結されている。フラ
ンジ継手11aは外周部がボールベアリング12でエンジン
Ｅのクランクケース等に支持されている。

変速装置Ｔは、エンジンＥ外壁に固定されたハウジン
グ13内に、周知のサンギア14、プラネタリギア15、キャ
リヤ17およびリングギヤ16を有する１組の遊星歯車機構
Ｐが収容され、この遊星歯車機構Ｐのリングギヤ16がハ
ウジング13に設けられた電磁クラッチ18で拘束、解放さ
れて変速作動する。遊星歯車機構Ｐは、サンギア14が出
力軸19に一体に形成され、キャリヤ17がゴム等の弾性材
から成るブッシュ20を介して前述のフランジ継手11aに
接続され、出力軸19とキャリヤ17との間にクランク軸11
から出力軸19への動力伝達のみを許容するワンウェイク
ラッチ21が介設され、リングギヤ16に回転方向に一定間
隔で複数の係止孔（図示せず）が形成されている。図中
明示しないが、電磁クラッチ18は、ハウジング13に係止
爪をスプリングでリングギヤ16の係止孔から離間する方
向に付勢して揺動自在に支持し、エンジン起動時におい
てイグニッションキーの操作に応じ係止爪をソレノイド
で付勢して係止孔に係止させる。出力軸19にはハウジン
グ13外に突出した端部にクランクプーリ22が固設され、
このクランクプーリ22とスタッグＳのシャフト23に設け
られたプーリ24との間にベルト25が動力伝達可能にに掛
装されている。この変速装置Ｔは、エンジン起動時等に
リングギヤ16を電磁クラッチ18で拘束し、スタッグＳの
動力を減速してクランク軸11に伝達する。

スタッグＳは、２つの半体27,28を接合して成るハウ
ジング26がエンジンＥの上部に取り付けられ、このハウ
ジング26にシャフト23が回転自在に支持されている。半
体27,28はそれぞれが円筒壁27a,28aと端壁27b,28bとを
有する略有底円筒状を成し、これら半体27,28は開口を
接続されて機構室29を画成している。半体28には端壁28
bに軸受孔32aおよび通気孔33aが、円筒壁28aに後述する
ステータコイルの左側部と近接して開放穴34aが形成さ
れ、また、半体27には端壁27bに軸受孔32bと外気孔33b
とが、円筒壁27aに後述するステータコイルの右側部と
近接して開放穴34bが形成されている。半体28の通気孔3
3aは端壁28bを貫通して後述する冷却風路と機構室29と
を連通し、各半体28,27の軸受孔32a,32bにはシャフト23
がボールベアリングを介して回転自在支持されている。

シャフト23は、半体28の端壁28bから突出した図中左
端部に回転方向に多数極を有する永久磁石35が固設さ
れ、また、半体27の端壁27bから突出した図中右端に前
述のプーリ24が固設され、機構室29内の中間部分にロー
タ36が固設されている。ロータ36は、２つのヨーク半体
36a,36bをシャフト23に固定し、これらヨーク半体36a,3
6bでフィールドコイル37を抱持して構成されている。ヨ
ーク半体36a,36bは、対向する端部が互いにくし状に組
み合い、外周部にフィールドコイル37の励磁によって多
数の磁極が周方向に交互に発生する。これらヨーク半体
36a,36bには軸方向両側にそれぞれ冷却用のファン38a,3
8bが取り付けられている。フィールドコイル37は、図中
右方でシャフト23に設けられたスリップリング39に結線
され、このスリップリング39に接触するブラシ41を介し
て機構室29の右側に配置されたボルテージレギュレータ
40と接続されている。周知のように、ボルテージレギュ
レータ40は、バッテリと接続されてフィールドコイル37
を通電し、フィールドコイル37に流れる界磁電流を制御
する。

ハウジング26には、機構室29の内壁にロータ36の外方
でステータ42が固設されている。ステータ42は、ハウジ
ング26内壁に固定された環状のヨーク43に周方向に交互
に複数の始動用コイル44と発電用コイル44（図中明示さ
れず、始動用コイルと同一番号を付す）とをそれぞれ分
布巻して成り、始動用コイル44および発電用コイル44が
それぞれスター結線されている。始動用コイル44は後述
する駆動回路に結線され、発電用コイル44は機構室29の
図中右側部に配置された整流回路45に結線されている。
整流回路45は、周知のダイオードから成る全波整流回路
等が用いられ、図示しないリレーを介してバッテリに接
続されている。このリレーは、イグニッシンキーのスタ
ート位置への操作等に応動するコンタクタを有し、始動
用コイル44の通電時に整流回路45をバッテリから遮絶す
る。

また、ハウジング26には、半体28に端壁28bの図中左
側面に２つの部材を接合して成る略円筒状のケース30が
固設されている。ケース30は、端壁28b側の図中左側部
が全面を開口して端壁28bとの間に回路室31を画成し、
図中左側部に取付穴30aと複数の外気孔30bとが形成され
ている。回路室31内には、ケース30と同軸的に略円筒状
の筒部材46が配置され、この筒部材46の外側に６つのパ
ワーモジュール47₁,42₂,47₃,47₄,47₅,47₆（以下、必要
に応じ添字の無い番号で代表する）が配置されている。
筒部材46は、大筒部46aと小筒部46bとを仕切壁46cで隔
別して成り、小筒部46bの図中右端開口が半体28の軸受3
2aの外縁部に接合されてシャフト23の左端部を包囲し、
大筒部46aの図中左端開口が取付穴30aて開放されてい
る。この筒部材46には、大筒部46a内に制御回路48が収
容され、小筒部46bの内壁に前述の永久磁石35に近接し
てホール素子49が固設されている。ホール素子49は、仕
切壁46cを貫通するハーネスで制御回路48と結線され、
永久磁石35によりシャフト23の回転位置を検出して検知
信号を出力する。制御回路48はマイコンから成るコント
ローラ、前述の電磁クラッチ18を駆動する駆動回路およ
び始動コイル44への通電を電磁クラッチ18への通電より
も遅延させるための遅延回路等を有する。この制御回路
48は、各パワーモジュール47およびイグニッションキー
スイッチ等に接続され、エンジン起動時においてホイー
ル素子49が出力する検知信号に基づき始動コイル44に通
電する電流の位相を決定して駆動信号をパワーモジュー
ル47に出力する。

パワーモジュール47は、回路室31内に筒部材46の外側
で同心状に配置され、軸方向両端をそれぞれ略環状の保
持部材（仕切部材）50,51に固定されている。第２図に
詳示するように、図中右方の保持部材50は、ベークライ
ト等の絶縁材料から成る環状板50a,50bを接合して成
り、半体28の端壁28bに固定されている。同様に、図中
左方の保持部材51は、絶縁材料から環状板51a,51bを接
合して成り、ケース30の図中左端内壁に固定されてい
る。保持部材51には環状板51a,51b間に後述するバスバ
ー52が挟着され、また、保持部材50には環状板50a,50b
間に後述する３つのバスバー53,54,55が挟着されてい
る。パワーモジュール47は、比較的厚みの大きい略板状
のケーシング56に８個のPMOS−FETのベアチップ（以
下、FETと略記する）57を設けて構成されている。ケー
シング56は、アルミニウム等の電導性および熱伝導性に
秀れた材料から成り、８個のFET57の所定時間における
発熱量に対応した熱容量を有する。このケーシング56は
径方向に直交かつ軸方向に延在して軸方向両端部が前述
の保持部材50,51に固定され、６つのパワーモジュール4
7のケーシング56が全体として六角筒状に配置されてい
る。なお、58a,58bは位置合せ用のノックピンである。
これらケーシング56は、径方向内方の面に複数の冷却フ
ィン60が形成され、また、内方の面が前述の筒部材46と
の間で軸方向に延在する冷却風路59を画成し、この冷却
風路59内に冷却フィン60が突出している。冷却風路59
は、図中左端が外気孔30bから外部に開放され、図中右
端が通気孔33aを介し機構室29に開口している。冷却フ
ィン60は、第３図に示すように、略中心に向かって平行
かつ階段状に突出し、軸方向に延在している。

また、ケーシング56は、第５図（ａ），（ｂ）に示す
ように、径方向外方の面に上述の８個のFET57が４個を
１列として２列に固定され、これら列間に帯状電極61
が、各列の外側に抵抗を内蔵した帯状電極62a,62bがFET
57列と平行に配置されている。FET57は、ケーシング56
との接合面にドレイン電極が形成され、このドレイン電
極にニッケル等のメッキが施されてケーシング56と電導
かつ熱伝導可能にハンダ等で固定されている。これらFE
T57は、それぞれ、ソース電流が帯状電極61に、ゲート
電極が列に応じて帯状電極62a,62bに結線され、全体と
して並列に接続されている。帯状電極61はケーシング56
上に絶縁シート63を介して固定され、同様に、帯状電極
62a,62bもケーシング56上に絶縁シート64a,64bを介して
固定さている。このケーシング56は径方向外方部がエポ
キシ等の合成樹脂から成る蓋体65で閉止され、内部にシ
リコンゲル66が封入されている。

上述の６つのパワーモジュール47は、第６図に示すよ
うにステータ42の始動用コイル44と接続され、この始動
用コイル44に三相電流を通電する駆動回路67を構成す
る。第３図、第４図および第６図に明らかなように、図
中上方に隣接して配置された３つのパワーモジュール47
₁,47₂,47₃は、始動用コイル44の端子とバッテリとの間
に介在し、同様に、下方に隣接して配置されたパワーモ
ジュール47₄,47₅,47₆は始動用コイル44と接地との間に
介在している。パワーモジュール47₁,47₂,47₃は、FET57
のドレインすなわちケーシング56の右端が前述の保持部
材51に挟持された円弧状のバスバー52に並列に接続され
てバスバー52を介しバッテリと接続され、FET57のソー
スすなわち帯状電極61の左端がそれぞれ保持部材50に略
平行に挟持されたバスバー53,54,55を介してパワーモジ
ュール47₄,47₅,47₆のドレインすなわちケーシング56の
左端部に接続され、FET57のゲートすなわち帯状電極62
a,62bが図示しないハーネス等で制御回路48に接続され
ている。また、３つのパワーモジュール474,475,476
は、ドレインすなわちケーシング56の右端部がそれぞれ
保持部材51を貫通するバスバー68（図では１つのみを示
す）で始動用コイル44の３コの端子に接続され、ソース
がそれぞれバスバー69（図中、１つのみが明示される）
で半体28の左端部に接続されて設置され、ゲートが制御
回路48に接続されている。バスバー69は、第２図に明示
するように、パワーモジュール47の径方向外方で軸方向
に延在して中間部分に屈曲部69aが形成され、この屈曲
部69aが蓋体65に当接して蓋体65を保持している。

次に、実施例の作用を説明する。

スタッグＳは、フィールドコイル37がバッテリとボル
テージレギュレータ40を介し接続されて通電し、エンジ
ン起動時においてステータ42の始動用コイル44が三相電
流を通電された場合に始動電動機として、また、エンジ
ン起動後においてステータ42の整流回路45がリレーでバ
ッテリに接続されると発電用コイル44で発電する充電発
電機として機能する。

そして、エンジン起動時においては、イグニッション
キーのスタート位置への操作で変速装置Ｔの電磁クラッ
チ18を通電し、この電磁クラッチ18への通電開始後所定
時間が経過した時に始動用コイル44への通電を開始す
る。したがって、変速装置Ｔは電磁クラッチ18の係止爪
がリングギヤ16の係止穴に陥入してリングギヤ16を拘束
し、この後にスタッグＳが始動電動機として駆動し、ス
タッグＳの出力が変速装置Ｔにより減速されてエンジン
Ｅのクランク軸11に伝達され、エンジンＥはスタッグＳ
により起動される。ここで、このエンジン起動時におい
て、駆動回路67はFET57のスイッチング作用により始動
用コイル44に三相電流を通電して通電期間中においてFE
T57が発熱するが、このFET57が発する熱はケーシング56
に吸収されるため、FET57の温度上昇が抑制される。

次に、エンジンＥが起動されると、変速装置Ｔは電磁
クラッチ18への通電が停止されてリングギヤ16が解放さ
れ、また、スタッグＳは始動用コイル44への通電が停止
されて整流回路45がバッテリに接続される。このため、
スタッグＳは、変速装置Ｔを介してエンジンＥにより駆
動されて発電し、発電用コイル44に発生する三相電流を
整流回路45で整流して出力する。ここで、この発電時に
おいては、スタッグＳはシャフト23と一体に冷却ファン
38a,38bが回転し、第１図中矢印で示すように、冷却フ
ァン38aにより冷却風が外気孔30bから冷却風路59および
通気孔33aを経て開放穴34aに流れて各パワーモジュール
47およびステータ42のコイル44の図中左側部が冷却さ
れ、また、冷却ファン38bにより冷却風が外気孔33bから
機構室29を経て開放穴34bに流れて整流回路45、ボルテ
ージレギュレータ40およびステータ42のコイル44の図中
右側部が冷却される。したがって、パワーモジュール47
およびステータ42のコイル44等を効果的に冷却できる。
さらに、ステータ42と各パワーモジュール47とは保持部
材51および端壁28bによって隔離されるため相互に熱的
に影響し合うことも無く、スタッグＳの充電発電機とし
ての運転中にパワーモジュール47のFET57の温度が上昇
することを防止でき、エンジンを停止直後に再始動する
場合のFET57の温度を低くできる。

一方、スタッグＳは、各パワーモジュール47がFET57
のドレインをケーシング56に導電可能に直付けされ、ま
た、各パワーモジュール47が制御回路48の廻りに同心状
に配置されるため、パワーモジュール47相互および各パ
ワーモジュール47と制御回路48との配線を簡素化でき、
さらに、パワーモジュール47間を接続するバスバー52,5
3,54,55の短縮と抵抗値の整合とが達成でき、またさら
に、各バスバー53,54,55が平行に配置されるため短絡等
のおそれもきわめて小さくできる。

そして、各パワーモジュール47は予めFET57を組み付
けて相互に結線しておくことができるため、スタッグＳ
の組付も容易であり、さらに、各パワーモジュール47は
ケーシング56を介して接続できるため配線も容易であ
る。

なお、上述した実施例では、三相電動機を充電発電機
と一体に組み付けられた始動電動機として例示するが、
三相電動機単体についても本発明が達成できることは言
うまでも無い。

（発明の効果）以上説明したように、この発明にかかる三相電動機の
駆動回路配置構造によれば、三相巻線に三相交流を出力
する駆動回路が三相巻線の端子についてブリッジ状に結
線された半導体スイッチング素子を基板によって制御回
路の廻りに同心状に配置して構成されるため、各素子間
および素子と制御回路との間の結線長さの短縮と整合と
が図れ、また、半導体スイッチング素子の組付作業も容
易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図は本願発明の一実施例にかかるエンジ
ンの始動・充電装置を示し、第１図が全体図、第２図が
要部拡大断面図、第３図が第２図のIII−III矢視断面
図、第４図が第２図のIV−IV矢視断面図、第５図（ａ）
が主要部品の平面図、第５図（ｂ）が第５図（ａ）のＶ
−Ｖ矢視断面図、第６図が一部の回路図である。Ｅ……エンジンＳ……始動発電機（三相電動機） 36……ロータ、44……始動用コイル 48……制御回路、56……ケーシング（基板） 57……FET（半導体スイッチング素子） 59……冷却風路、60……冷却フィン 67……駆動回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに回動軸を支持し、該回転軸ま
たはハウジングの一方に界磁発生用の磁極を、他方に三
相巻線を固設するとともに、該三相巻線の３つの端子と
結線された駆動回路をハウジング内に収容し、駆動回路
により直流電流を三相電流に変換して三相巻線を通電す
る三相電動機において、前記駆動回路は前記三相巻線の３つの端子についてそれ
ぞれ端子と電源との間に介在する電源側の半導体スイッ
チング素子および端子と接地との間に介在する接地側の
半導体スイッチング素子とを備え、これら６つの半導体スイッチング素子を前記ハウジング
内に前記回転軸軸線に対し点対称的に配設された６つの
基板に個別に支持するとともに、前記半導体スイッチン
グ素子に駆動信号を出力する制御回路を前記各基板の配
置中心に配設したことを特徴とする三相電動機の駆動回
路配置構造。
【請求項２】前記基板を導電材から構成して前記ハウジ
ングに非導電材から成る保持部材を介して支持するとと
もに、前記半導体スイッチング素子を前記基板に一端子
を電気的に導通させて支持し、該基板を介して前記半導
体スイッチング素子の端子を接続することを特徴とする
請求項１に記載の三相電動機の駆動回路配置構造。
【請求項３】前記３つの電源側の半導体スイッチング素
子を一方側に隣接して配置するとともに、前記３つの接
地側の半導体スイッチング素子を他方側に隣接して配置
し、前記三相巻線の各端子についてそれぞれ電源側の半
導体スイッチング素子と接地側の半導体スイッチング素
子とを平行に結線したことを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の三相電動機の駆動配置回路構造。
【請求項４】前記基板を熱伝導材から構成して該基板に
前記半導体素子を熱伝導可能に設けるとともに、前記６
つの基板を略六角筒状に配置して中心側内部に冷却風が
流動する冷却風路を画成したことを特徴とする請求項１
から請求項３に記載の三相電動機の駆動回路配置構造。
【請求項５】前記基板は前記半導体スイッチング素子を
外方側の面に支持して内方側の面に前記冷却風路中に突
出する放熱フィンを有することを特徴とする請求項４に
記載の三相電動機の駆動回路構造。