JPH02266855A - 三相電動機の駆動回路配置構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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りては、特開昭６２−２
６８３７０号公報あるいは特開昭８３−２０２２５５号
公報に記載きれているように、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ラシイ
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がかる三相電
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　−ＩＩ
Ｉ矢視断面図、第４図が第２図のＩＴ−ｒＶ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（１）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−株化した始動発電機（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ツシュ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ＩＦ３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１
３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つの半休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。半休２７．２８はそれぞれが円筒壁２７ａ、Ｚ８
ａと端壁２７ｂ。

２８ｂとを有する略有底円筒状を成し、これら半休２７
．２８は開口を接合されて機構室２９を画成している。

半体２８には端壁２８ｂに軸受孔３２ａおよび通気孔３
３ａ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。半休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、各半休２８゜２７の軸受孔３２ａ、３
２ｂ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が固設きれ、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つのヨーク半休３６ａ、３６ｂをシャフト２３に固定
し、これらヨーク半休３６ａ、３６ｂ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
、３８ｂ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４ｏ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、イブニラ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４７□、
４２２，４７ｓ、４７４，４７ｓ、４７ａ（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３２ａの外縁部に接合されてシャフト２
３の左端部を包囲し、大筒部４６ａの図中左端開口が取
付穴３０ａで開放されいる。この筒部材４６には、大筒
部４６ａ内に！ＩＪ御回路４８が収容され、小筒部４８
ｂの内壁に前述の永久磁石３５に近接してホール素子４
９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、５０
ｂ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間に後述するバスパー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つのバスパー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のペアチ
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偲の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４７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ビンである。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、
８２ｂがＦＥＴ５７列と平行に配置されている。ＦＥＴ
５７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ツキが施さ
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ＦＥＴ５７は、それぞれ、ソー
ス電極が帯状電極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４７１゜４７□、４γ、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４７４，４７５，４７８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４７ｒ、４７２，４７ｓは、ＦＥＴ５
７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パー５２に並列に
接続されてバスパー５２を介しバッテリと接続され、Ｆ
ＥＴ５７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パー５３．５
４．５５を介してパワーモジュール４７４，４７ｓ　、
４７ａ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６２ａ、
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　、４
７５　、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を貫通するバスパー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パー６９（図中
、１つのみが明示される）で半休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
。バスパー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６
５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１
６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６フは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ＦＥＴ５７が発熱するが、このＦＥＴ
５フが発する熱はケーシング５６に吸収されるため、Ｆ
ＥＴ５７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３
０ｂ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２
９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ＦＥＴ
５７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
続するパスパー５２．５３，５４．５５の短縮と抵抗値
の整合とが達成でき、またさらに、各パスパー５３．５
４．５５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４フは予め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
４フはケーシング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じて例示するが、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、この発明にが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ＴＶ−ｍＶ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・・φ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 特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代理人　
　弁理士　　　下　　１）容一部間　　　　弁理士　　
　　大　　橋　　邦　　店開　　　弁理士　　　小　　
山　　　　有第 図 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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回路配置構造。
4. （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。
5. （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。