專利名稱：發(fā)電電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)用作發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)功能的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，所述發(fā)電電動(dòng)機(jī)尺寸可減小。
背景技術(shù)：
日本專利公開No.2-266855公開了一種實(shí)現(xiàn)作為啟動(dòng)安裝在車輛上的發(fā)動(dòng)機(jī)的三相電動(dòng)機(jī)功能和作為用于為電池充電的三相交流發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)(起動(dòng))器發(fā)電機(jī)。
參照?qǐng)D14，日本專利公開No.2-266855中所公開的啟動(dòng)器充電器300包括電機(jī)單元301和驅(qū)動(dòng)單元302。電機(jī)單元301包括定子和轉(zhuǎn)子。驅(qū)動(dòng)單元302設(shè)在電機(jī)單元301的端面301A上。驅(qū)動(dòng)單元302包括圓柱形元件302A和電源單元302B。電源單元302B形成在圓柱形元件302A的表面上。也就是說，電源單元302B沿垂直于圓柱形元件302A的徑向方向303的方向以及沿電機(jī)單元301的轉(zhuǎn)動(dòng)軸301B的縱向方向304設(shè)置。
電源單元302B向包含在電機(jī)單元301中的線圈提供電流并驅(qū)動(dòng)單元302以使得轉(zhuǎn)子輸出指定轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電機(jī)單元301中的轉(zhuǎn)子由于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三個(gè)定子中所感應(yīng)的交流電壓被轉(zhuǎn)換為直流電壓，從而使得電池被充電。
這樣，電源單元302B設(shè)在電機(jī)單元301的端面301A上，并且作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)單元301。
日本專利公開No.63-202255公開了一種用于啟動(dòng)安裝在車輛上的發(fā)動(dòng)機(jī)和用于為電池充電的啟動(dòng)器充電器。圖15是日本專利公開No.63-202255中所公開的啟動(dòng)器充電器的電路圖。參照?qǐng)D15，啟動(dòng)器充電器400包括電池310、按鍵開關(guān)320、電壓調(diào)整器330、勵(lì)磁線圈(磁場(chǎng)線圈)340、曲軸轉(zhuǎn)角檢測(cè)器350、電樞電流切換電路360、以及電樞線圈380。
電池310輸出直流電壓。在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)時(shí)按鍵開關(guān)320與e端子側(cè)相連接，而在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后按鍵開關(guān)320與d端子側(cè)相連接。
電壓調(diào)整器330包括電阻(器)331-333、齊納(穩(wěn)壓，Zener)二極管334、晶體管335、337、以及飛輪(flywheel)二極管336。電阻331、332串聯(lián)連接在電池310的正母線PLE與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。
電阻333和晶體管335串聯(lián)連接在按鍵開關(guān)320的d端子與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。晶體管335具有連接于電阻333和晶體管337的底基極的集電極、連接于接地節(jié)點(diǎn)GND的發(fā)射極、以及連接于齊納二極管334的底基極。
齊納二極管334連接在節(jié)點(diǎn)N1與晶體管335的底基極之間。續(xù)流二極管336和晶體管337串聯(lián)連接在正母線PLE與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。晶體管337具有連接于勵(lì)磁線圈340的一端的集電極、連接于接地節(jié)點(diǎn)GND的發(fā)射極、以及連接于晶體管335的集電極的底基極。
續(xù)流二極管336吸收當(dāng)晶體管337打開或關(guān)閉時(shí)所產(chǎn)生的沖擊(浪涌)。
勵(lì)磁線圈340具有連接于晶體管337的集電極的一端和連接于電池310的正母線PLE的另一端。
在這種電路結(jié)構(gòu)下，電壓調(diào)整器330在發(fā)電狀態(tài)下檢測(cè)從電池310中輸出的直流電壓，并且調(diào)整流過勵(lì)磁線圈340的勵(lì)磁電流以便于將檢測(cè)的直流電壓的電壓值保持在指定值下。
曲軸轉(zhuǎn)角檢測(cè)器350檢測(cè)電樞線圈380的各個(gè)相之間的曲軸轉(zhuǎn)角，并且將所檢測(cè)的曲軸轉(zhuǎn)角輸出到電樞電流切換電路360。
電樞電流切換電路360包括電流切換控制電路361、N型MOS晶體管362-367、以及齊納二極管368-373。電流切換控制電路361與按鍵開關(guān)320的e端子相連接，并且從曲軸轉(zhuǎn)角檢測(cè)器350中接收曲軸轉(zhuǎn)角。電流切換控制電路361由來自于e端子的直流電壓驅(qū)動(dòng)以便于基于曲軸轉(zhuǎn)角產(chǎn)生用以接通/切斷N型MOS晶體管362-367的信號(hào)，并且向每個(gè)N型MOS晶體管362-367輸出所產(chǎn)生的信號(hào)。
N型MOS晶體管362、363串聯(lián)連接在正母線PLE與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。N型MOS晶體管364、365串聯(lián)連接在正母線PLE與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。N型MOS晶體管366、367串聯(lián)連接在正母線PLE與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。
N型MOS晶體管362、363與N型MOS晶體管364、365和N型MOS晶體管366、367并聯(lián)連接在正母線PLE與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。另外，N型MOS晶體管362、364、366具有與正母線PLE相連接的相應(yīng)漏極端子，以及具有分別與N型MOS晶體管363、365、367的漏極端子相連接的源極端子。而且，N型MOS晶體管363、365、367具有分別與N型MOS晶體管362、364、366的源極端子相連接的漏極端子，并且具有與接地節(jié)點(diǎn)GND相連接的相應(yīng)源極端子。
N型MOS晶體管362與N型MOS晶體管363之間的節(jié)點(diǎn)N2、N型MOS晶體管364與N型MOS晶體管365之間的節(jié)點(diǎn)N3、以及N型MOS晶體管366與N型MOS晶體管367之間的節(jié)點(diǎn)N4分別與電樞線圈380的不同相相連接。
齊納二極管368與N型MOS晶體管362并聯(lián)連接在正母線PLE與節(jié)點(diǎn)N2之間。齊納二極管369與N型MOS晶體管363并聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)N2與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。
齊納二極管370與N型MOS晶體管364并聯(lián)連接在正母線PLE與節(jié)點(diǎn)N3之間。齊納二極管371與N型MOS晶體管365并聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)N3與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。
齊納二極管372與N型MOS晶體管366并聯(lián)連接在正母線PLE與節(jié)點(diǎn)N4之間。齊納二極管373與N型MOS晶體管367并聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)N4與接地節(jié)點(diǎn)GND之間。
在這樣一種電路結(jié)構(gòu)下，電樞電流切換電路360切換從電池310中流入到電樞線圈380中的直流電流。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，按鍵開關(guān)320與e端子相連接。電樞電流切換電路360基于來自于曲軸轉(zhuǎn)角檢測(cè)器350的曲軸轉(zhuǎn)角接通/切斷N型MOS晶體管362-367，并且切換從電池310中流入到電樞線圈380中的直流電流，以便于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后，按鍵開關(guān)320與d端子相連接，并且N型MOS晶體管362-367都關(guān)閉。啟動(dòng)器充電器300作為發(fā)電機(jī)工作，并且電壓調(diào)整器330調(diào)整供給到勵(lì)磁線圈340的電流以便于將來自于電池310的直流電壓的電壓值設(shè)定為指定值。電樞線圈380所產(chǎn)生的電力通過齊納二極管368-373被直流轉(zhuǎn)換以便于為電池310充電。
這樣，在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的過程中啟動(dòng)器充電器300啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后啟動(dòng)器充電器300作為發(fā)電機(jī)工作。即使在切斷負(fù)荷的過程中所產(chǎn)生的沖擊或在發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)中所產(chǎn)生的沖擊被施加于電樞電流切換電路360，所施加的沖擊流過齊納二極管368-373。因此，N型MOS晶體管362-367被齊納二極管368-373保護(hù)。
然而，在傳統(tǒng)啟動(dòng)器發(fā)電機(jī)中，當(dāng)假定轉(zhuǎn)動(dòng)軸為中心時(shí)電源單元沿垂直于徑向方向的方向以及沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的縱向方向設(shè)置。因此，難于實(shí)現(xiàn)用以控制電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的控制電路的更小尺寸。
另外，傳統(tǒng)啟動(dòng)器發(fā)電機(jī)還不能充分地冷卻電源單元。
而且，在傳統(tǒng)啟動(dòng)器發(fā)電機(jī)中，驅(qū)動(dòng)包含勵(lì)磁線圈和電樞線圈的電動(dòng)機(jī)的控制電路包括六個(gè)開關(guān)元件和被設(shè)置成與六個(gè)開關(guān)元件相對(duì)應(yīng)的六個(gè)齊納二極管。因此，如果用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制電路設(shè)在交流發(fā)電機(jī)的端部處，不能將控制電路的總體尺寸制造得更小。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述描述，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種包括小型控制電路的發(fā)電電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種包括占據(jù)更小空間的控制電路的發(fā)電電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種實(shí)現(xiàn)用以冷卻開關(guān)元件的效應(yīng)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)電電動(dòng)機(jī)包括電機(jī)和控制電路。所述電機(jī)包括與多個(gè)相相對(duì)應(yīng)設(shè)置的多個(gè)線圈并且實(shí)現(xiàn)作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)的功能。所述控制電路控制所述電機(jī)。
所述控制電路包括多個(gè)臂和第一齊納二極管。所述多個(gè)臂被設(shè)置成分別與多個(gè)線圈相對(duì)應(yīng)并且并聯(lián)連接在正母線與負(fù)母線之間。第一齊納二極管與多個(gè)臂并聯(lián)連接在正母線與負(fù)母線之間。
多個(gè)臂中的每一個(gè)包括第一和第二開關(guān)元件和第二齊納二極管。第一和第二開關(guān)元件串聯(lián)連接在正母線與負(fù)母線之間。第二齊納二極管與第二開關(guān)元件并聯(lián)連接在第一開關(guān)元件與負(fù)母線之間。
優(yōu)選地，所述控制電路以與電機(jī)成一體的方式設(shè)置。
優(yōu)選地，所述電機(jī)啟動(dòng)安裝在車輛上的發(fā)動(dòng)機(jī)或者通過發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力發(fā)電。
優(yōu)選地，所述發(fā)電電動(dòng)機(jī)還包括電子控制單元。所述電子控制單元向包含在所述控制電路中的多個(gè)第一和第二開關(guān)元件輸出控制信號(hào)。第一齊納二極管設(shè)置在所述電子控制單元附近。
優(yōu)選地，所述發(fā)電電動(dòng)機(jī)還包括熔斷器。所述熔斷器被設(shè)置成比第一齊納二極管的正側(cè)連接位置更靠近于直流電源。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)電電動(dòng)機(jī)包括電機(jī)、多相開關(guān)元件組、控制電路、以及第一和第二電極板。所述電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，并且實(shí)現(xiàn)作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)的功能。所述多相開關(guān)元件組控制供應(yīng)給定子的電流。所述控制電路控制所述多相開關(guān)元件組。第一和第二電極板設(shè)置在所述電機(jī)的端面上以形成圍繞電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的基本U形。所述控制電路設(shè)置在沿與第一和第二電極板的面內(nèi)方向相同的方向設(shè)置在基本U形凹口中的陶瓷基板上。
優(yōu)選地，所述控制電路是樹脂模制的。
優(yōu)選地，所述發(fā)電電動(dòng)機(jī)還包括齊納二極管。所述齊納二極管保護(hù)多相開關(guān)元件組不受沖擊。所述齊納二極管設(shè)置在凹口中。
優(yōu)選地，所述發(fā)電電動(dòng)機(jī)還包括電容元件。所述電容元件使來自于直流電源的直流電壓平滑并且將平滑的直流電壓供應(yīng)給所述多相開關(guān)元件組。所述電容元件設(shè)置在陶瓷基板與第二電極板之間。
優(yōu)選地，所述發(fā)電電動(dòng)機(jī)還包括勵(lì)磁線圈控制單元。所述勵(lì)磁線圈控制單元控制供給到與定子不同的勵(lì)磁線圈的電流。所述勵(lì)磁線圈控制單元設(shè)置在陶瓷基板上。
優(yōu)選地，從陶瓷基板延伸到第一和第二電極板的引線框架以及第一和第二電極板設(shè)置在相同平面內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)電電動(dòng)機(jī)包括電機(jī)、多個(gè)開關(guān)元件、以及匯流條。所述電機(jī)實(shí)現(xiàn)作為發(fā)電機(jī)和/或電動(dòng)機(jī)的功能。所述多個(gè)開關(guān)元件控制供應(yīng)給所述電機(jī)的電流。所述匯流條連接所述多個(gè)開關(guān)元件。所述匯流條的面積與所述開關(guān)元件的面積的比率為五或更大。
優(yōu)選地，發(fā)電電動(dòng)機(jī)還包括緩沖材料。所述緩沖材料設(shè)置在所述匯流條與所述開關(guān)元件之間并且吸收所述匯流條與所述開關(guān)元件之間的熱膨脹差。
優(yōu)選地，所述緩沖材料是由銅基或鋁基材料制成的。
優(yōu)選地，所述匯流條是由銅制成的。
優(yōu)選地，所述匯流條設(shè)置在所述電機(jī)的端面上并且具有弧形形狀。
優(yōu)選地，所述匯流條包括第一到第三匯流條。第一匯流條構(gòu)成電源線。第二匯流條與所述電機(jī)的線圈相連接。第三匯流條構(gòu)成接地線。多個(gè)開關(guān)元件包括多個(gè)第一開關(guān)元件和多個(gè)第二開關(guān)元件。多個(gè)第一開關(guān)元件設(shè)置在第一匯流條上。多個(gè)第二開關(guān)元件設(shè)置在第二匯流條上。發(fā)電電動(dòng)機(jī)還包括第一和第二平面電極。第一平面電極將多個(gè)第一開關(guān)元件連接到第二匯流條。第二平面電極將多個(gè)第二開關(guān)元件連接到第三匯流條。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，第一齊納二極管保護(hù)包含在多個(gè)臂中的相應(yīng)一個(gè)臂中的第一開關(guān)元件。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，一個(gè)齊納二極管保護(hù)多個(gè)開關(guān)元件。
因此，根據(jù)本發(fā)明，用以控制電機(jī)的控制電路可被制造得更小。因此，控制電路可設(shè)置在電機(jī)的端面上。
另外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，用以控制實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)功能的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)的控制電路沿與設(shè)置在所述電機(jī)端面上的第一和第二電極板的面內(nèi)方向相同的方向設(shè)置?？刂齐娐吩O(shè)置在第一和第二電極板中的基本U形凹口內(nèi)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可減小控制電路所占據(jù)的面積。
而且，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，用以控制供給到所述電機(jī)的定子的電流的多個(gè)開關(guān)元件被固定于所述匯流條，其中插有由與所述匯流條相同的材料構(gòu)成的緩沖材料。然后，多個(gè)開關(guān)元件中產(chǎn)生的熱量通過所述緩沖材料或通過所述緩沖材料與平面電極兩者被傳輸?shù)剿鰠R流條。
而且，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，所述匯流條的面積與用以控制供給到所述電機(jī)的定子的電流的所述開關(guān)元件的面積之間的比率被設(shè)定得不小于5。
因此，根據(jù)本發(fā)明，所述開關(guān)元件可被有效地冷卻。
從以下結(jié)合附圖所描述的詳細(xì)描述中可更加明白本發(fā)明的前述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明所涉及的發(fā)電電動(dòng)機(jī)的平面圖；圖2A是圖1中所示的MOS晶體管Tr1的平面圖；圖2B是圖1中所示的MOS晶體管Tr1和電極板81、82A的橫截面圖；圖3是沿圖1中所示的線III-III所截的橫截面圖；圖4是沿圖1中所示的線III-III所截的另一個(gè)橫截面圖；圖5是圖1中所示的MOS晶體管Tr1的面積的橫截面圖；圖6是示出固定MOS晶體管的傳統(tǒng)方法的橫截面圖；圖7是用于計(jì)算電極板的面積與MOS晶體管的面積之間的比率的平面圖；
圖8示出元件溫度上升與匯流條面積/元件面積之間的關(guān)系；圖9是圖1中所示的發(fā)電電動(dòng)機(jī)與電池的電路框圖；圖10是本發(fā)明所涉及的發(fā)電電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)平面圖；圖11A是圖10中所示的MOS晶體管Tr1的平面圖；圖11B是圖10中所示的MOS晶體管Tr1和電極板81、82A的橫截面圖；圖12示出圖10中所示的MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升與匯流條面積/元件面積之間的關(guān)系；圖13是包括圖1中所示的發(fā)電電動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意性框圖；圖14是傳統(tǒng)啟動(dòng)器發(fā)電機(jī)的透視圖；以及圖15是傳統(tǒng)啟動(dòng)器充電器電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式
在以下描述中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該注意的是，在附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同或相應(yīng)的部件，并且將不重復(fù)對(duì)其的描述。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明所涉及的發(fā)電電動(dòng)機(jī)100包括齊納二極管21、DT1-DT3、MOS晶體管Tr1-Tr6、電源26、MOS驅(qū)動(dòng)器27、交流發(fā)電機(jī)50、常規(guī)IC70、電極板81、82A-82C、83、基板84、端子84A-84D、以及配線85A-85D、86A-86D。
在以下描述中，將假定發(fā)電電動(dòng)機(jī)100安裝在使用稱作“eco-run(經(jīng)濟(jì)工況運(yùn)轉(zhuǎn))”(經(jīng)濟(jì)行駛系統(tǒng)或怠速停止(idle stop)系統(tǒng))的汽車上，其中發(fā)動(dòng)機(jī)被控制以便于在車輛停止時(shí)自動(dòng)停止并且在車輛重新啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。
電極板81、82A-82C、83和基板84形成在交流發(fā)電機(jī)50的端面上。電極板81、82A-82C是用銅(Cu)制成的。電極板81具有基本U形(在下文中，也稱之為“弧形”)，并且設(shè)在交流發(fā)電機(jī)50的轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A周圍。電極板82A-82C以圍繞電極板81的方式設(shè)在電極板81的外側(cè)。電極板82A-82C以相互之間具有預(yù)定間隔的方式設(shè)置。電極板83設(shè)置在距離轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A與電極板82A-82C與轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A之間的距離基本相同距離的位置處。一部分電極板83設(shè)置在電極板82A-82C下面?；?4沿與電極板81、82A-82C、83的面內(nèi)方向相同的方向設(shè)置在電極板81中的基本U形凹口內(nèi)。
MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5設(shè)置在電極板81上，MOS晶體管Tr2和齊納二極管DT1設(shè)置在電極板82A上，MOS晶體管Tr4和齊納二極管DT2設(shè)置在電極板82B上，MOS晶體管Tr6和齊納二極管DT3設(shè)置在電極板82C上。
MOS晶體管Tr1具有與電極板81相連接的漏極和與電極板82A相連接的源極。MOS晶體管Tr2具有與電極板82A相連接的漏極和與電極板83相連接的源極。齊納二極管DT1的一個(gè)端子與電極板82A相連接而另一個(gè)端子與電極板83相連接。電極板82A與交流發(fā)電機(jī)50的U相線圈的一端51A相連接。
MOS晶體管Tr3具有與電極板81相連接的漏極和與電極板82B相連接的源極，MOS晶體管Tr4具有與電極板82B相連接的漏極和與電極板83相連接的源極。齊納二極管DT2的一個(gè)端子與電極板82B相連接而另一個(gè)端子與電極板83相連接。電極板82B與交流發(fā)電機(jī)50的V相線圈的一端52A相連接。
MOS晶體管Tr5具有與電極板81相連接的漏極和與電極板82C相連接的源極。MOS晶體管Tr6具有與電極板82C相連接的漏極和與電極板83相連接的源極。齊納二極管DT3的一個(gè)端子與電極板82C相連接而另一個(gè)端子與電極板83相連接。電極板82C與交流發(fā)電機(jī)50的W相線圈的一端53A相連接。
因此，MOS晶體管Tr1、Tr2經(jīng)由電極板82A串聯(lián)連接在電極板81與83之間。而且，MOS晶體管Tr3、Tr4經(jīng)由電極板82B串聯(lián)連接在電極板81與83之間。而且，MOS晶體管Tr5、Tr6經(jīng)由電極板82C串聯(lián)連接在電極板81與83之間。電極板82A-82C分別與交流發(fā)電機(jī)50的U相線圈、V相線圈和W相線圈相連接。
基板84由陶瓷基板構(gòu)成。電源26、常規(guī)IC70、MOS驅(qū)動(dòng)器27以及端子84A-84D設(shè)置在基板84上。電源26、常規(guī)IC70和MOS驅(qū)動(dòng)器27被樹脂模制在基板84上。
端子84A經(jīng)由配線85A接收信號(hào)M/G并且將所接收的信號(hào)M/G輸出到常規(guī)IC70。端子84B經(jīng)由配線85B接收信號(hào)RLO并且將所接收的信號(hào)RLO輸出到常規(guī)IC70。端子84C經(jīng)由配線85C接收信號(hào)CHGL并且將所接收的信號(hào)CHGL輸出到常規(guī)IC70。端子84D經(jīng)由配線85D接收從電池10中輸出的直流電壓并且將所接收的直流電壓供應(yīng)到電源26。
在從基板84到電極板81、82A-82C的配線中，配線86A-86F沿圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的圓周設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A與電極板81之間的空間中。之后，配線86B在點(diǎn)C處彎曲，并且延伸到電極板81下面以到達(dá)電極板82A。配線86D在點(diǎn)D處彎曲，并且延伸到電極板81下面以到達(dá)電極板82B。而且，配線86F在點(diǎn)E處彎曲，并且延伸到電極板81下面以到達(dá)電極板82C。
MOS驅(qū)動(dòng)器27分別經(jīng)由配線86A-86F向MOS晶體管Tr1-Tr6的柵極(柵極)輸出控制信號(hào)。
齊納二極管21設(shè)置在基板84與電極板81、83之間的空間中，并且連接在電極板81與83之間。電容器22設(shè)置在基板84與電極板81、82C、83之間的空間中，并且連接在電極板81與83之間。
電極板81實(shí)現(xiàn)稍后將描述的正母線的功能，并且其一端連接于端子87。電極板81經(jīng)由端子87接收從直流電源中輸出的直流電壓。電極板83實(shí)現(xiàn)稍后將描述的負(fù)母線的功能。
圖2A是圖1中所示的MOS晶體管Tr1的平面圖，而圖2B是圖1中所示的MOS晶體管Tr1和電極板81、82A的橫截面圖。參照?qǐng)D2A和圖2B，MOS晶體管Tr1包括柵極G、源極S和漏極D。柵極G與配線86A相連接。源極S被設(shè)置成與柵極G相鄰，并且經(jīng)由配線GL與電極板82A相連接。因此，為了有助于經(jīng)由配線GL分別將柵極G和源極S與配線86A和電極板82A連接，MOS晶體管Tr1被設(shè)置成使得柵極G被定向于轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的一側(cè)而使得源極S被定向于電極板82A的一側(cè)。漏極D與電極板81相連接。
每個(gè)MOS晶體管Tr2-Tr6都以與MOS晶體管Tr1相似的方式包括柵極G、源極S和漏極D，并且其設(shè)置也是相同的。
在諸如MOS晶體管Tr1-Tr6等大功率元件中，在許多情況中，柵極G設(shè)置在沿如上所述的元件的周向部分的一側(cè)的中心部分中，以使得來自于所述元件的外側(cè)的信號(hào)輸出線的長(zhǎng)度最小化，從而使得用作輸出端子的焊盤盡可能地大。
因此，如果MOS晶體管Tr1-Tr6的漏極D設(shè)置在元件的背面上，來自于源極S的配線GL被設(shè)置成使得它從與柵極G所在一側(cè)相對(duì)的一側(cè)中拉出。
如果MOS晶體管Tr1-Tr6設(shè)置在電極板81、82A、82B、82C上，為了實(shí)現(xiàn)配線86A、86B、86C、86D、86E、86F、GL的更短長(zhǎng)度，MOS晶體管Tr1-Tr6應(yīng)被設(shè)置成使得柵極G被定向于轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的一側(cè)而使得源極S被定向于外周側(cè)。
這樣，MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5構(gòu)成用以控制供給到交流發(fā)電機(jī)50的每個(gè)相的線圈的電流的逆變器的上臂，而MOS晶體管Tr2、Tr4、Tr6構(gòu)成用以控制供給到交流發(fā)電機(jī)50的每個(gè)相的線圈的電流的逆變器的下臂。因此，鑒于MOS晶體管Tr1-Tr6的設(shè)置方向，從冷卻MOS晶體管Tr1-Tr6的改進(jìn)效率(將MOS晶體管Tr1-Tr6設(shè)置在交流發(fā)電機(jī)50的端面上的內(nèi)側(cè)部中用于通過從外部吸入交流發(fā)電機(jī)50中的空氣流冷卻MOS晶體管Tr1-Tr6)或配線86A、86B、86C、86D、86E、86F、GL的更短長(zhǎng)度的觀點(diǎn)來看，將電極板81設(shè)置在最內(nèi)側(cè)部中而將電極板82A、82B、82C、83設(shè)置在電極板81外側(cè)是最理想的。
另外，由于電極板83構(gòu)成負(fù)母線并且還可與交流發(fā)電機(jī)50的蓋子或框架相連接以便接地，可有效地將電極板83設(shè)置在最外側(cè)上。
為此，將電極板81設(shè)置在最內(nèi)側(cè)部中，而將電極板82A、82B、82C、83設(shè)置在電極板81的外側(cè)。
圖3示出沿圖1中所示的線III-III所截的橫截面所看到的交流發(fā)電機(jī)50的橫截面結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D3，轉(zhuǎn)子55被固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A，并且轉(zhuǎn)子線圈54纏繞在轉(zhuǎn)子55周圍。定子56、57被固定在轉(zhuǎn)子55的外側(cè)上，U相線圈51纏繞在定子56周圍、V相線圈52纏繞在定子57周圍。在圖3中，未示出具有W相線圈纏繞的定子。
轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的一端連接于帶輪160，所述帶輪160通過皮帶將交流發(fā)電機(jī)50所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸或輔助機(jī)器并且轉(zhuǎn)而將發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力傳輸?shù)睫D(zhuǎn)動(dòng)軸50A。
電極板81、83以圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的方式設(shè)置在與連接于帶輪160的轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的一端相對(duì)的一側(cè)上的另一端上。電刷58被設(shè)置成與轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A相接觸?；?4設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A上方，并且電容器22設(shè)置在基板84的前面。
MOS晶體管40設(shè)在與電容器22相對(duì)的一側(cè)上，電極板81位于它們之間。MOS晶體管40的漏極連接于電極板81而源極連接于轉(zhuǎn)子線圈54。當(dāng)交流發(fā)電機(jī)50發(fā)電時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)子線圈54中流動(dòng)的轉(zhuǎn)子電流確定發(fā)電量。因此，MOS晶體管40為轉(zhuǎn)子線圈54供以交流發(fā)電機(jī)50產(chǎn)生指定電力量所需的轉(zhuǎn)子電流。
這樣，當(dāng)從方向B看過去時(shí)，用以控制確定發(fā)電量的轉(zhuǎn)子電流的MOS晶體管40設(shè)置在基板84的后側(cè)上。
圖4是示出從圖1中所示的線III-III所截的橫截面所看到的電極板81、82B、82C、83等的布置的橫截面圖。參照?qǐng)D4，配線86C、86E、86F設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的左側(cè)上，并且電極板81、82C、83朝向配線86C、86E、86F的外周向側(cè)相繼設(shè)置。這里，配線86C、86E、86F和電極板81、82C設(shè)置在相同平面內(nèi)。電極板83設(shè)置在配線86C、86E、86F和電極板81、82C的下面，并且電極板83與電極板82C局部重疊。
配線86D和電極板81、82B、83相繼設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的右側(cè)上。一部分配線86D和電極板81、82B設(shè)置在相同平面內(nèi)。電極板83設(shè)置在一部分配線86D和電極板81、82B的下面，并且電極板83與電極板82B局部重疊。MOS晶體管Tr4設(shè)置在電極板82B上。配線86D設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A與電極板81之間以便圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A直到它到達(dá)點(diǎn)D(見圖1)。在配線86D在點(diǎn)D處彎曲以后，它延伸到電極板81下面并且與MOS晶體管Tr4的柵極相連接。
圖5是圖1中所示的MOS晶體管Tr1設(shè)置于其中的區(qū)域的橫截面圖。參照?qǐng)D5，通過焊料811將緩沖材料812粘附于電極板81。之后，通過焊料813將MOS晶體管Tr1粘附于緩沖材料812。緩沖材料812是用銅(Cu)或諸如銅鉬合金或銅鎢合金等銅基材料制成的，并且具有從0.1-2.0mm范圍內(nèi)的厚度。也就是說，緩沖材料812是用與電極板81相同的材料制成的。焊料811、813是無鉛的，Ag-Cu-Sn基焊料。緩沖材料812吸收電極板81與MOS晶體管Tr1之間的熱膨脹差。因此，即使由于MOS晶體管Tr1的操作導(dǎo)致溫度上升并且電極板81與MOS晶體管Tr1膨脹，緩沖材料812也防止MOS晶體管Tr1與電極板81相分離。
參照?qǐng)D6，常規(guī)上，MOS晶體管Tr1的安裝部已由DBC(直接接合銅，Direct Bond Copper)820和由AlSi/CuMo等制成的散熱器(heat sink)830構(gòu)成。DBC820是具有銅(Cu)822、823被形成在陶瓷821兩側(cè)上的這樣一種橫截面結(jié)構(gòu)的絕緣基板。MOS晶體管Tr1已設(shè)置在散熱器830上，DBC820被插在其中。或者，MOS晶體管Tr1已設(shè)置在散熱器830上，用鋁(Al)取代DBC820中的銅(Cu)形成的DBA(直接接合鋁，Direct Bond Aluminum)被插在其中。由于陶瓷821是絕緣體，因此當(dāng)MOS晶體管Tr1以所述方式設(shè)置在散熱器830上時(shí)，MOS晶體管Tr1中所產(chǎn)生的熱量不太可能傳輸?shù)缴崞?30。因此，MOS晶體管Tr1未被充分地冷卻。
與之相反，如圖5中所示的，當(dāng)使用由與電極板81相同的材料制成的緩沖材料812將MOS晶體管Tr1直接設(shè)置在電極板81上時(shí)，僅僅金屬存在于MOS晶體管Tr1與電極板81之間。另外，緩沖材料812和電極板81具有高于由硅(Si)制成的MOS晶體管Tr1的熱傳導(dǎo)性。因此，MOS晶體管Tr1中所產(chǎn)生的熱量易于傳輸?shù)接米魃崞鞯碾姌O板81，因此，MOS晶體管Tr1被有效地冷卻。
這樣，本發(fā)明的特征在于，MOS晶體管Tr1設(shè)在電極板81上，緩沖材料812被插在其中，緩沖材料812是由與電極板81相同的材料制成的或者是由相似類型的金屬制成的。當(dāng)緩沖材料812是由與電極板81相同的材料制成的或者是由相似類型的金屬制成的時(shí)，其厚度很關(guān)鍵。具體地說，其厚度應(yīng)設(shè)定在如上所述的0.1-2.0mm范圍內(nèi)，從而起到緩沖材料的作用。
緩沖材料812也可不是由與電極板81相同的材料制成的。例如，緩沖材料812可取代銅(Cu)由鋁(Al)制成。另外，緩沖材料812可由鋁基材料制成。在這種情況下，緩沖材料812也具有0.1-2.0mm范圍內(nèi)的厚度。
MOS晶體管Tr2-Tr6也以與MOS晶體管Tr1相似的方式固定在電極板81、82A-82C上。
參照?qǐng)D7和圖8，將描述MOS晶體管Tr1-Tr6的面積與電極板81、82A-82C的面積之間的比率。參照?qǐng)D7，交流發(fā)電機(jī)50的轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的中心表示為O，并且由電極板81的兩端與中心O限定的角度表示為θ1。另外，由電極板82A的兩端與中心O限定的角度表示為θ2。
電極板81的內(nèi)徑表示為D1、而電極板81的外徑表示為D2。由于電極板82A-82C以與電極板81相似的方式設(shè)置成弧形(也稱作“U形”)，電極板82A的內(nèi)徑表示為D3、而電極板82A的外徑表示為D4。
在本實(shí)施例中，建立MOS晶體管Tr1-Tr6的面積與電極板81、82A-82C的面積之間的比率，當(dāng)MOS晶體管Tr1-Tr6具有固定為3平方毫米的尺寸時(shí)，內(nèi)徑D1固定為40mm、外徑D2固定為70mm、內(nèi)徑D3固定為75mm、外徑D4固定為120mm，角度θ1在80°-150°的范圍內(nèi)變化，而角度θ2在70°-90°的范圍內(nèi)變化，并且MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度不高于容許界限(容許極限)。
表1示出當(dāng)角度θ1設(shè)定為84°并且角度θ2設(shè)定為78°時(shí)電極板81、82A的面積以及MOS晶體管Tr1、Tr2與電極板81、82A之間的面積比率。
(mm2)

(mm2) (倍數(shù))

在表1中，“正極”表示電極板81，而正極的面積520mm2表示電極板81相對(duì)于一個(gè)MOS晶體管Tr1的面積。這里，正極的面積520mm2相當(dāng)于電極板81總面積的1/3。
這里，三個(gè)MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5設(shè)置在電極板81上。因此，除非使用通過用電極板81總面積乘以1/3所獲得的面積，否則就不能獲得電極板的面積與一個(gè)MOS晶體管的面積之間的精確比率。
表1中的“U相”表示電極板82A。
MOS晶體管Tr3、Tr5的面積與電極板81的面積之間的比率等于通過表1中的正極所示的數(shù)值。MOS晶體管Tr4的面積與電極板82B的面積之間的比率以及MOS晶體管Tr6的面積與電極板82C的面積之間的比率等于通過表1中的U相所示的數(shù)值。
使用上述數(shù)值計(jì)算電極板81、82A-82C的面積。如果電極板81的面積是MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5面積的6.4倍，MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度不高于容許界限。
通過從135°減小角度θ1，電極板81的面積變得更大。同時(shí)，通過從75°增大角度θ2，電極板82A的面積變得更大。
因此，通過改變角度θ1、θ2以改變電極板81、82A-82C的面積，檢查MOS晶體管的面積與電極板的面積的比率與MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度之間的關(guān)系。
圖8示出MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升與匯流條面積/元件面積之間的關(guān)系。在圖8中，縱座標(biāo)表示元件溫度上升，而橫坐標(biāo)表示匯流條面積/元件面積。這里，匯流條面積表示電極板81、82A-82C的面積。另外，曲線k1表示過渡狀態(tài)，即，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而曲線k2表示發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
參照?qǐng)D8，MOS晶體管Tr1-Tr6在曲線k1所表示的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中的溫度上升大于在曲線k2所表示的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中的溫度上升。因此，在本發(fā)明中，MOS晶體管Tr1-Tr6的面積與電極板81、82A-82C的面積被確定得可獲得這樣一個(gè)面積比率，所述面積比率不小于其中元件中的溫度上升不超過相對(duì)于k1的容許界限的面積比率。換句話說，MOS晶體管Tr1-Tr6的面積與電極板81、82A-82C的面積被確定得使得面積比率(＝匯流條面積/元件面積)不小于6。
這樣，MOS晶體管Tr1-Tr6中所產(chǎn)生的熱量通過緩沖材料812傳輸?shù)诫姌O板81、82A-82C，并且MOS晶體管Tr1-Tr6被冷卻以使得MOS晶體管Tr1-Tr6中的溫度上升不超過容許界限。
圖9是發(fā)電電動(dòng)機(jī)100和電池10的電路框圖。控制電路20包括設(shè)置在基板84與電極板81、83之間的齊納二極管21；設(shè)置在基板84與電極板81、82C、83之間的電容器22；設(shè)置在電極板81上的MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5；分別設(shè)置在電極板82A-82C上的MOS晶體管Tr2、Tr4、Tr6；設(shè)置在基板84上的電源26、MOS驅(qū)動(dòng)器27、常規(guī)IC70、MOS晶體管40以及二極管41。
MOS晶體管Tr1、Tr2構(gòu)成U相臂23；MOS晶體管Tr3、Tr4構(gòu)成V相臂24；以及MOS晶體管Tr5、Tr6構(gòu)成W相臂25。
常規(guī)IC70由同步整流器28和控制單元29、30構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)角傳感器60包含在交流發(fā)電機(jī)50中。
交流發(fā)電機(jī)50包括U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53以及轉(zhuǎn)子線圈54。U相線圈51的一端51A與MOS晶體管Tr1和MOS晶體管Tr2之間的結(jié)點(diǎn)N1相連接。V相線圈52的一端52A與MOS晶體管Tr3和MOS晶體管Tr4之間的結(jié)點(diǎn)N2相連接。W相線圈53的一端53A與MOS晶體管Tr5和MOS晶體管Tr6之間的結(jié)點(diǎn)N3相連接。
熔斷器FU1連接在電池10的正極與控制電路20之間。也就是說，熔斷器FU1設(shè)置在的電池10的一側(cè)上，而不是設(shè)置在齊納二極管21的一側(cè)上。這樣，通過將熔斷器FU1設(shè)置在電池10的一側(cè)上而不是設(shè)置在齊納二極管21的一側(cè)上，不再需要過載電流的檢測(cè)并且可減小控制電路20的尺寸。熔斷器FU2連接在電池10的正極與電源26之間。
齊納二極管21和電容器22并聯(lián)連接在正母線L1與負(fù)母線L2之間。
U相臂23、V相臂24以及W相臂25并聯(lián)連接在正母線L1與負(fù)母線L2之間。U相臂23由MOS晶體管Tr1、Tr2和齊納二極管DT1構(gòu)成。MOS晶體管Tr1、Tr2串聯(lián)連接在正母線L1與負(fù)母線L2之間。MOS晶體管Tr1具有與正母線L1相連接的漏極和與結(jié)點(diǎn)N1相連接的源極。MOS晶體管Tr2具有與結(jié)點(diǎn)N1相連接的漏極和與負(fù)母線L2相連接的源極。齊納二極管DT1與MOS晶體管Tr2并聯(lián)連接在結(jié)點(diǎn)N1與負(fù)母線L2之間。
V相臂24由MOS晶體管Tr3、Tr4和齊納二極管DT2構(gòu)成。MOS晶體管Tr3、Tr4串聯(lián)連接在正母線L1與負(fù)母線L2之間。MOS晶體管Tr3具有與正母線L1相連接的漏極和與結(jié)點(diǎn)N2相連接的源極。MOS晶體管Tr4具有與結(jié)點(diǎn)N2相連接的漏極和與負(fù)母線L2相連接的源極。齊納二極管DT2與MOS晶體管Tr4并聯(lián)連接在結(jié)點(diǎn)N2與負(fù)母線L2之間。
W相臂25由MOS晶體管Tr5、Tr6和齊納二極管DT3構(gòu)成。MOS晶體管Tr5、Tr6串聯(lián)連接在正母線L1與負(fù)母線L2之間。MOS晶體管Tr5具有與正母線L1相連接的漏極和與結(jié)點(diǎn)N3相連接的源極。MOS晶體管Tr6具有與結(jié)點(diǎn)N3相連接的漏極和與負(fù)母線L2相連接的源極。齊納二極管DT3與MOS晶體管Tr6并聯(lián)連接在結(jié)點(diǎn)N3與負(fù)母線L2之間。
齊納二極管40連接在電池10的正極與結(jié)點(diǎn)N4之間。二極管41連接在結(jié)點(diǎn)N4與接地結(jié)點(diǎn)GND之間。
這里，分別與MOS晶體管Tr1-Tr6、40并聯(lián)連接的二極管為分別形成在MOS晶體管Tr1-Tr6、40與半導(dǎo)體基板之間的寄生二極管。
電池10輸出例如12V的直流電壓。齊納二極管21吸收正母線L1與負(fù)母線L2之間所產(chǎn)生的沖擊電壓。換句話說，當(dāng)不小于預(yù)定電壓級(jí)(電平)的沖擊電壓被施加在正母線L1與負(fù)母線L2之間時(shí)，齊納二極管21吸收沖擊電壓，并且將施加于電容器22和MOS晶體管Tr1-Tr6的直流電壓降低到不大于預(yù)定電壓級(jí)的級(jí)別。因此，考慮到?jīng)_擊電壓，不需要確保電容器22的大電容和MOS晶體管Tr1-Tr6的大尺寸。因此，可減小電容器22和MOS晶體管Tr1-Tr6的尺寸。
電容器22使得輸入直流電壓平滑，并且將平滑的直流電壓供應(yīng)到U相臂23、V相臂24以及W相臂25。MOS晶體管Tr1-Tr6在柵極處接收來自于MOS驅(qū)動(dòng)器27的控制信號(hào)，并且根據(jù)所接收的控制信號(hào)接通/斷開。之后，MOS晶體管Tr1-Tr6通過從電容器22中供應(yīng)的直流電壓切換流入交流發(fā)電機(jī)50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53中的直流電流，從而驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50。另外，MOS晶體管Tr1-Tr6根據(jù)來自于MOS驅(qū)動(dòng)器27的控制信號(hào)將交流發(fā)電機(jī)50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53所產(chǎn)生的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，從而為電池10充電。
當(dāng)交流發(fā)電機(jī)50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53分別發(fā)電時(shí)，齊納二極管DT1-DT3防止過電壓施加于MOS晶體管Tr2、Tr4、Tr6。換句話說，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)50處于發(fā)電模式下時(shí)，齊納二極管DT1-DT3保護(hù)U相臂23、V相臂24以及W相臂25的下臂。
電源26通過熔斷器FU2接收從電池10中輸出的直流電壓，并且將所接收的直流電壓作為具有不同電壓級(jí)的兩個(gè)直流電壓供應(yīng)到MOS驅(qū)動(dòng)器27。更具體地說，電源26基于從電池10中所接收的12V的直流電壓產(chǎn)生例如5V的直流電壓，并且向MOS驅(qū)動(dòng)器27供應(yīng)所產(chǎn)生的5V的直流電壓和從電池10中所接收的12V的直流電壓。
MOS驅(qū)動(dòng)器27由從電源26中供應(yīng)的5V和12V的直流電壓驅(qū)動(dòng)。之后，MOS驅(qū)動(dòng)器27與來自于同步整流器28的同步信號(hào)同步地產(chǎn)生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號(hào)，并且將所產(chǎn)生的控制信號(hào)輸出到MOS晶體管Tr1-Tr6的柵極。更具體地說，在交流發(fā)電機(jī)50的發(fā)電模式下，MOS驅(qū)動(dòng)器27基于來自于同步整流器28的同步信號(hào)SYNG1-SYNG6產(chǎn)生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號(hào)，并且在交流發(fā)電機(jī)50的驅(qū)動(dòng)模式下，MOS驅(qū)動(dòng)器27基于來自于同步整流器28的同步信號(hào)SYNM1-SYNM6產(chǎn)生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號(hào)。
在接收到來自于控制單元30的信號(hào)GS的基礎(chǔ)上，同步整流器28基于來自于控制單元29的正時(shí)(定時(shí))信號(hào)TG1-TG6產(chǎn)生同步信號(hào)SYNG1-SYNG6，并且將所產(chǎn)生的同步信號(hào)SYNG1-SYNG6輸出到MOS驅(qū)動(dòng)器27。另外，在接收到來自于控制單元30的信號(hào)MS的基礎(chǔ)上，同步整流器28基于來自于控制單元29的正時(shí)信號(hào)TM1-TM6產(chǎn)生同步信號(hào)SYNM1-SYNM6，并且將所產(chǎn)生的同步信號(hào)SYNM1-SYNM6輸出到MOS驅(qū)動(dòng)器27。
控制單元29從轉(zhuǎn)動(dòng)角傳感器60中接收角度θ3、θ4、θ5，并且基于所接收的角度θ3、θ4、θ5檢測(cè)包含在交流發(fā)電機(jī)50中的轉(zhuǎn)子55的轉(zhuǎn)數(shù)MRN。
角度θ3表示U相線圈51所產(chǎn)生的磁力的方向與轉(zhuǎn)子線圈54所產(chǎn)生的磁力的方向之間的角度。角度θ4表示V相線圈52所產(chǎn)生的磁力的方向與轉(zhuǎn)子線圈54所產(chǎn)生的磁力的方向之間的角度。角度θ5表示W(wǎng)相線圈53所產(chǎn)生的磁力的方向與轉(zhuǎn)子線圈54所產(chǎn)生的磁力的方向之間的角度。角度θ3、θ4、θ5在從0°-360°的范圍內(nèi)周期性地變化。因此，控制單元29檢測(cè)角度θ3、θ4、θ5在指定時(shí)間周期內(nèi)在從0°-360°的范圍內(nèi)周期性地變化的次數(shù)，從而獲得轉(zhuǎn)數(shù)MRN。
之后，控制單元29基于角度θ3、θ4、θ5檢測(cè)在交流發(fā)電機(jī)50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53中感應(yīng)的電壓Vui、Vvi、Vwi的正時(shí)，并且產(chǎn)生指示MOS晶體管Tr1-Tr6的接通/切斷正時(shí)的正時(shí)信號(hào)TG1-TG6，以便于基于所檢測(cè)的正時(shí)將U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53中感應(yīng)的電壓Vui、Vvi、Vwi轉(zhuǎn)換為直流電壓。
另外，控制單元29基于角度θ3、θ4、θ5和所檢測(cè)的轉(zhuǎn)數(shù)MRN產(chǎn)生指示MOS晶體管Tr1-Tr6的接通/切斷正時(shí)的正時(shí)信號(hào)TM1-TM6，以使得交流發(fā)電機(jī)50用作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
然后控制單元29將產(chǎn)生的TG1-TG6、TM1-TM6輸出到同步整流器28。
控制單元30從設(shè)在外部的eco-run ECU(電子控制單元)(稍后將對(duì)其進(jìn)行描述)接收信號(hào)M/G、信號(hào)RLO和信號(hào)CHGL。另外，控制單元30接收施加到交流發(fā)電機(jī)50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53的電壓Vu、Vv、Vw。
控制單元30基于信號(hào)M/G判定交流發(fā)電機(jī)50是用作發(fā)電機(jī)還是用作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)控制單元30判定交流發(fā)電機(jī)50是用作發(fā)電機(jī)時(shí)，控制單元30產(chǎn)生信號(hào)GS并將信號(hào)GS輸出到同步整流器28。另一方面，當(dāng)控制單元30判定交流發(fā)電機(jī)50是用作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，控制單元30基于電壓Vu、Vv、Vw確定供給到U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53的電流供給方式，并且根據(jù)所確定的電流供給方式產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50的信號(hào)MS，以便于輸出到同步整流器28。
另外，控制單元30基于信號(hào)RLO計(jì)算轉(zhuǎn)子電流以使得交流發(fā)電機(jī)50產(chǎn)生指定電力量?？刂茊卧?0產(chǎn)生用于將所計(jì)算的轉(zhuǎn)子電流供給到轉(zhuǎn)子線圈54的信號(hào)RCT，并且將所產(chǎn)生的信號(hào)輸出到MOS晶體管40的柵極。
而且，控制單元30基于信號(hào)CHGL判定U相臂23、V相臂24以及W相臂25中的哪個(gè)已失效。如果U相臂23、V相臂24以及W相臂25中的任何一個(gè)已失效，控制單元30停止MOS晶體管Tr1-Tr6的運(yùn)轉(zhuǎn)。
MOS晶體管40基于來自于控制單元30的信號(hào)RCT將從電池10中供給到轉(zhuǎn)子線圈54的轉(zhuǎn)子電流設(shè)定為預(yù)定值。二極管41防止電流從結(jié)點(diǎn)N4流到接地結(jié)點(diǎn)GND。這里，同步整流器28和控制單元29、30形成常規(guī)IC70。
交流發(fā)電機(jī)50作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)或作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在處于其用作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)模式下，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，交流發(fā)電機(jī)50在控制電路20的控制下產(chǎn)生預(yù)定轉(zhuǎn)矩，并且使用所產(chǎn)生的預(yù)定轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，在除發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以外的時(shí)間期間，交流發(fā)電機(jī)50在控制電路20的控制下產(chǎn)生預(yù)定轉(zhuǎn)矩，并且通過所產(chǎn)生的預(yù)定轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)配備有發(fā)電電動(dòng)機(jī)100的車輛的驅(qū)動(dòng)輪。另外，在除發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以外的時(shí)間期間，交流發(fā)電機(jī)50使用所產(chǎn)生的預(yù)定轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)器。
同時(shí)，在其用作發(fā)電機(jī)的發(fā)電模式下，交流發(fā)電機(jī)50根據(jù)轉(zhuǎn)子線圈54中流動(dòng)的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生交流電壓，并且將所產(chǎn)生的交流電壓供給到U相臂23、V相臂24以及W相臂25。
轉(zhuǎn)動(dòng)角傳感器60檢測(cè)角度θ3、θ4、θ5，并且將所檢測(cè)的角度θ3、θ4、θ5輸出到控制單元29。
下面將描述發(fā)電電動(dòng)機(jī)100的總體操作?？刂茊卧?0基于來自于eco-run ECU的信號(hào)M/G判定交流發(fā)電機(jī)50是用作發(fā)電機(jī)還是用作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)控制單元30判定交流發(fā)電機(jī)50是用作發(fā)電機(jī)時(shí)，控制單元30產(chǎn)生信號(hào)GS并將信號(hào)GS輸出到同步整流器28?？刂茊卧?0基于來自于eco-runECU的信號(hào)RLO產(chǎn)生信號(hào)RCT，并且將所產(chǎn)生的信號(hào)輸出到MOS晶體管40的柵極。
然后，MOS晶體管40響應(yīng)于信號(hào)RCT切換從電池10供應(yīng)到轉(zhuǎn)子線圈54的轉(zhuǎn)子電流。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力使得交流發(fā)電機(jī)50的轉(zhuǎn)子55轉(zhuǎn)動(dòng)。之后，交流發(fā)電機(jī)50產(chǎn)生指定電力量并且將所述電力供給到U相臂23、V相臂24以及W相臂25。
另一方面，在從轉(zhuǎn)動(dòng)角傳感器60中接收了角度θ3、θ4、θ5的基礎(chǔ)上，控制單元29基于所接收的角度θ3、θ4、θ5通過上述方法產(chǎn)生正時(shí)信號(hào)TG1-TG6、TM1-TM6，并且將所產(chǎn)生的正時(shí)信號(hào)TG1-TG6、TM1-TM6輸出到同步整流器28。
同步整流器28基于來自于控制單元30的信號(hào)GS與正時(shí)信號(hào)TG1-TG6同步地產(chǎn)生同步信號(hào)SYNG1-SYNG6，并且將所產(chǎn)生的同步信號(hào)SYNG1-SYNG6輸出到MOS驅(qū)動(dòng)器27。MOS驅(qū)動(dòng)器27與同步信號(hào)SYNG1-SYNG6同步地產(chǎn)生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號(hào)，并且將控制信號(hào)輸出到MOS晶體管Tr1-Tr6的柵極。
然后通過來自于MOS驅(qū)動(dòng)器27的控制信號(hào)使得MOS晶體管Tr1-Tr6接通/切斷，并且將交流發(fā)電機(jī)50產(chǎn)生的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，以便于為電池10充電。
這里，即使沖擊電壓被疊加在交流發(fā)電機(jī)50所產(chǎn)生的交流電壓上，齊納二極管DT1-DT3也可吸收沖擊電壓。換句話說，齊納二極管DT1-DT3防止超過耐受電壓的電壓施加到MOS晶體管Tr2、Tr4、Tr6。另外，即使沖擊電壓被疊加在正母線L1與負(fù)母線L2之間的直流電壓上，齊納二極管21也可吸收沖擊電壓。換句話說，齊納二極管21防止超過耐受電壓的電壓施加到MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5。
當(dāng)控制單元30基于信號(hào)M/G判定交流發(fā)電機(jī)50將作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，控制單元30基于電壓Vu、Vv、Vw確定供給到U相臂23、V相臂24以及W相臂25的電流供給方式，并且根據(jù)所確定的電流供給方式產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50的信號(hào)MS，以便于輸出到同步整流器28。
在從轉(zhuǎn)動(dòng)角傳感器60中接收了角度θ3、θ4、θ5的基礎(chǔ)上，控制單元29基于所接收的角度θ3、θ4、θ5通過上述方法產(chǎn)生正時(shí)信號(hào)TG1-TG6、TM1-TM6，并且將所產(chǎn)生的正時(shí)信號(hào)TG1-TG6、TM1-TM6輸出到同步整流器28。
同步整流器28基于來自于控制單元30的信號(hào)MS與正時(shí)信號(hào)TM1-TM6同步地產(chǎn)生同步信號(hào)SYNM1-SYNM6，并且將所產(chǎn)生的同步信號(hào)SYNM1-SYNM6輸出到MOS驅(qū)動(dòng)器27。MOS驅(qū)動(dòng)器27與同步信號(hào)SYNM1-SYNM6同步地產(chǎn)生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號(hào)，并且將控制信號(hào)輸出到MOS晶體管Tr1-Tr6的柵極。
然后通過來自于MOS驅(qū)動(dòng)器27的控制信號(hào)使得MOS晶體管Tr1-Tr6接通/切斷，并且切換從電池10中供應(yīng)到交流發(fā)電機(jī)50的U相臂23、V相臂24以及W相臂25的電流，以便于作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50。這樣，交流發(fā)電機(jī)50在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸供應(yīng)預(yù)定轉(zhuǎn)矩，并且在除發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以外的時(shí)間期間，將預(yù)定轉(zhuǎn)矩供給到驅(qū)動(dòng)輪。另外，交流發(fā)電機(jī)50將預(yù)定轉(zhuǎn)矩供給到輔助機(jī)器。
這里，通過MOS晶體管Tr1-Tr6的接通/切斷，齊納二極管21吸收在正母線L1與負(fù)母線L2之間產(chǎn)生的沖擊電壓。換句話說，齊納二極管21防止超過耐受電壓的電壓施加到MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5。另外，即使MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5被切斷并且沖擊電壓被施加于Tr2、Tr4、Tr6，齊納二極管DT1-DT3也可吸收沖擊電壓。換句話說，齊納二極管DT1-DT3防止超過耐受電壓的電壓施加到MOS晶體管Tr2、Tr4、Tr6。
如上所述的，MOS晶體管Tr1-Tr6設(shè)置在設(shè)在交流發(fā)電機(jī)50端面上的電極板81、82A-82C、83上。由于防止過電壓施加于MOS晶體管Tr1-Tr6并且通過提供齊納二極管21、DT1-DT3可減小MOS晶體管Tr1-Tr6的尺寸，因此這樣一種設(shè)置是允許的。具體地說，由于一個(gè)齊納二極管21保護(hù)三個(gè)MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5，因此可利用基板84和電極板81、83之間的空間設(shè)置保護(hù)三個(gè)MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5的齊納二極管21。
另外，由于齊納二極管21還防止過電壓施加于電容器22，因此可減小電容器22的電容。因此，電容器22可設(shè)置在基板84和電極板81、82C、83之間的空間中。
通過這些因素減小了控制電路20的總體尺寸，并且可將控制電路20設(shè)置在交流發(fā)電機(jī)50的端面上。換句話說，取代沿交流發(fā)電機(jī)50的轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A的縱向方向設(shè)置，可將控制電路20設(shè)置在與轉(zhuǎn)動(dòng)軸50A垂直的平面中。因此，可減小控制電路20的所占據(jù)的面積。
由于MOS晶體管Tr1-Tr6被固定于電極板81、82A-82C，緩沖材料812被插在其中，緩沖材料812由與電極板81、82A-82C相同的材料制成，或者由于MOS晶體管Tr1-Tr6的面積與電極板81、82A-82C的面積之間的比率被設(shè)定為不小于6，因此MOS晶體管Tr1-Tr6可被有效地冷卻。
本發(fā)明所涉及的發(fā)電電動(dòng)機(jī)可為圖10中所示的發(fā)電電動(dòng)機(jī)101。參照?qǐng)D10，在發(fā)電電動(dòng)機(jī)101中，盡管取代圖1中所示的發(fā)電電動(dòng)機(jī)100中的引線結(jié)合(W/B)而通過平面電極91-96將MOS晶體管Tr1-Tr6連接于電極板82A-82C、83，但是發(fā)電電動(dòng)機(jī)101其它方面與發(fā)電電動(dòng)機(jī)100相同。
每個(gè)平面電極91-96是由銅基材料制成的，并且其厚度在0.1mm-2.0mm范圍內(nèi)。
平面電極91將MOS晶體管Tr1的源極連接于電極板82A。平面電極92將MOS晶體管Tr2的源極連接于電極板83。平面電極93將MOS晶體管Tr3的源極連接于電極板82B。平面電極94將MOS晶體管Tr4的源極連接于電極板83。平面電極95將MOS晶體管Tr5的源極連接于電極板82C。平面電極96將MOS晶體管Tr6的源極連接于電極板83。
圖11A是圖10中所示的MOS晶體管Tr1的平面圖，圖11B是圖10中所示的MOS晶體管Tr1和電極板81、82A的橫截面圖。在圖11A和圖11B中，圖2A和圖2B中的配線GL由平面電極91取代，然而，圖11A和圖11B其它方面與圖2A和圖2B相同。
平面電極91將MOS晶體管Tr1的源極S連接于電極板82A。通過焊接使得平面電極91與MOS晶體管Tr1的源極S以及與電極板82A相連接。這里，使用無鉛的，Ag-Cu-Sn基焊料。該焊料具有高于標(biāo)準(zhǔn)焊料兩倍的熱傳導(dǎo)性。因此，MOS晶體管Tr1中所產(chǎn)生的熱量可有效地傳導(dǎo)到平面電極91和電極板82A，并且可增強(qiáng)MOS晶體管Tr1的熱散逸效果。
源極S優(yōu)選由Al-Ni-Au構(gòu)成。這里，鋁(Al)被形成得與用作用于MOS晶體管Tr1的材料的硅(Si)相接觸。也就是說，通過將鋁(Al)、鎳(Ni)和金(Au)相繼沉積在MOS晶體管Tr1(Si)上而制造源極S。這樣，在將平面電極91焊接于MOS晶體管Tr1的源極S時(shí)可提高平面電極91與MOS晶體管Tr1的源極S之間的粘附。應(yīng)該注意的是，也可以與源極S相似的方式用Al-Ni-Au制造柵極G。另外，可用Al-Ni制造源極S和柵極G。
另外當(dāng)將平面電極92與MOS晶體管Tr2的源極S以及與電極板83相連接時(shí)，當(dāng)將平面電極93與MOS晶體管Tr3的源極S以及與電極板82B相連接時(shí)，當(dāng)將平面電極94與MOS晶體管Tr4的源極S以及與電極板83相連接時(shí)，當(dāng)將平面電極95與MOS晶體管Tr5的源極S以及與電極板82C相連接時(shí)，以及當(dāng)將平面電極96與MOS晶體管Tr6的源極S以及與電極板83相連接時(shí)，使用與將平面電極91與MOS晶體管Tr1的源極S以及與電極板82A相連接所使用的相同的焊料。此外，結(jié)合圖2A和2B進(jìn)行的描述在這里也是適用的。
以與MOS晶體管Tr1相似的方式，圖10中所示的MOS晶體管Tr2-Tr6也分別通過平面電極92-96與電極板82B、82C、83相連接。
這樣，在發(fā)電電動(dòng)機(jī)101中，MOS晶體管Tr1-Tr6分別通過平面電極91-96與電極板82A、83、82B、83、82C、83相連接。
圖12示出圖10中所示的MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升與匯流條面積/元件面積之間的關(guān)系。在圖12中，曲線k1、k2表示當(dāng)MOS晶體管Tr1-Tr6經(jīng)由配線GL與電極板82A、82B、82C、83相連接時(shí)MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升與匯流條面積/元件面積之間的關(guān)系，而曲線k3、k4表示當(dāng)MOS晶體管Tr1-Tr6經(jīng)由平面電極91-96與電極板82A、82B、82C、83相連接時(shí)MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升與匯流條面積/元件面積之間的關(guān)系。曲線k3表示過渡狀態(tài)，即，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而曲線k4表示發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。針對(duì)曲線k1、k2的描述已結(jié)合圖8給出。
參照?qǐng)D12，通過經(jīng)由平面電極91將MOS晶體管Tr1-Tr6與電極板82A、82B、82C、83相連接，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升可減小大約35％(見曲線k1、k3)。另外，在發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升可減小3-6％(見曲線k2、k4)。
在元件中不大于溫度上升的容許界限的區(qū)域中，MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升在曲線k4所示的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下大于在曲線k3所示的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下。因此，在本發(fā)明中，當(dāng)使用平面電極91-96時(shí)，如此確定MOS晶體管Tr1-Tr6的面積與電極板81、82A-82C的面積，即，使得可獲得一種面積比率，該面積比率不小于其中元件中的由曲線k4所指示的溫度上升不超過容許界限的面積比率。換句話說，如此確定MOS晶體管Tr1-Tr6的面積與電極板81、82A-82C的面積，即，使得面積比率(＝匯流條面積/元件面積)不小于5。
這樣，MOS晶體管Tr1-Tr6中所產(chǎn)生的熱量通過緩沖材料812和平面電極91-96傳輸?shù)诫姌O板81、82A-82C，并且MOS晶體管Tr1-Tr6被冷卻以使得MOS晶體管Tr1-Tr6中的溫度上升不超過容許界限。
這樣，當(dāng)經(jīng)由平面電極91-96分別將MOS晶體管Tr1-Tr6與電極板82A、83、82B、83、82C、83相連接時(shí)，MOS晶體管Tr1-Tr6中所產(chǎn)生的熱量經(jīng)由平面電極91-96消散。因此，當(dāng)如發(fā)電電動(dòng)機(jī)100中那樣通過引線結(jié)合將MOS晶體管Tr1-Tr6與電極板82A-82C、83相連接時(shí)，電極板81、82A-82C的面積與MOS晶體管Tr1-Tr6的面積之間的比率應(yīng)被設(shè)定得不小于6以便于冷卻MOS晶體管Tr1-Tr6，從而使得MOS晶體管Tr1-Tr6中的溫度上升不大于容許界限。另一方面，當(dāng)如發(fā)電電動(dòng)機(jī)101中那樣分別通過平面電極91-96將MOS晶體管Tr1-Tr6與電極板82A-82C、83相連接時(shí)，電極板81、82A-82C的面積與MOS晶體管Tr1-Tr6的面積之間的比率可被設(shè)定為5(這小于6)以便于冷卻MOS晶體管Tr1-Tr6，從而使得MOS晶體管Tr1-Tr6中的溫度上升不大于容許界限。
因此，如果MOS晶體管Tr1-Tr6的面積是恒定的，通過分別使用平面電極91-96將MOS晶體管Tr1-Tr6與電極板82A-82C、83相連接可將電極板81、82A-82C的面積制造得更小。
圖13示出包括圖1中所示的發(fā)電電動(dòng)機(jī)100的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200的框圖。參照?qǐng)D13，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200包括電池10、控制電路20、交流發(fā)電機(jī)50、發(fā)動(dòng)機(jī)110、液力變矩器120、自動(dòng)變速器130、帶輪140、150、160、皮帶170、輔助機(jī)器172、啟動(dòng)器174、電動(dòng)液壓泵180、燃料噴射閥190、電動(dòng)機(jī)210、節(jié)氣門220、eco-run ECU230、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU240以及VSC(車輛穩(wěn)定性控制)ECU250。
交流發(fā)電機(jī)50設(shè)置成鄰近于發(fā)動(dòng)機(jī)110。控制電路20設(shè)置在交流發(fā)電機(jī)50的端面上，如上所述。
發(fā)動(dòng)機(jī)110由交流發(fā)電機(jī)50或啟動(dòng)器174啟動(dòng)，并且產(chǎn)生預(yù)定輸出功率。更具體地說，根據(jù)經(jīng)濟(jì)行駛系統(tǒng)(也稱作“eco-run”)在停止之后啟動(dòng)時(shí)通過交流發(fā)電機(jī)50啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)110，而在使用點(diǎn)火開關(guān)啟動(dòng)時(shí)通過啟動(dòng)器174啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)110。發(fā)動(dòng)機(jī)110將從曲軸110a中產(chǎn)生的輸出功率提供到液力變矩器120或帶輪140。
液力變矩器120將發(fā)動(dòng)機(jī)110的轉(zhuǎn)動(dòng)從曲軸110a傳輸?shù)阶詣?dòng)變速器130。自動(dòng)變速器130進(jìn)行自動(dòng)變速控制、將來自于液力變矩器120的轉(zhuǎn)矩設(shè)定為根據(jù)變速控制的轉(zhuǎn)矩，并且將所述轉(zhuǎn)矩提供給輸出軸130a。
帶輪140與發(fā)動(dòng)機(jī)110的曲軸110a相連接。帶輪140經(jīng)由皮帶170與帶輪150、160一起工作。
皮帶170將帶輪140、150、160相互連接。帶輪150與輔助機(jī)器172的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連接。
帶輪160與交流發(fā)電機(jī)50的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連接，并且通過發(fā)動(dòng)機(jī)110的曲軸110a或交流發(fā)電機(jī)50轉(zhuǎn)向。
輔助機(jī)器172由用于空調(diào)器的壓縮機(jī)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)成。輔助機(jī)器172通過帶輪160、皮帶170和帶輪150接收來自于交流發(fā)電機(jī)50的輸出功率，并且由所接收的輸出功率驅(qū)動(dòng)。
交流發(fā)電機(jī)50由控制電路20驅(qū)動(dòng)。交流發(fā)電機(jī)50通過帶輪140、皮帶170和帶輪160接收發(fā)動(dòng)機(jī)110的曲軸110a的轉(zhuǎn)動(dòng)力，并且將所接收的轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為電能。換句話說，交流發(fā)電機(jī)50通過曲軸110a的轉(zhuǎn)動(dòng)力發(fā)電。這里，交流發(fā)電機(jī)50在以下兩種情況中發(fā)電。也就是說，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)50在裝有發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200的混合動(dòng)力車輛的正常行駛狀態(tài)下接收了通過發(fā)動(dòng)機(jī)110的驅(qū)動(dòng)所產(chǎn)生的曲軸110a的轉(zhuǎn)動(dòng)力時(shí)，交流發(fā)電機(jī)50發(fā)電。另外，在混合動(dòng)力車輛減速時(shí)，盡管發(fā)動(dòng)機(jī)110未被驅(qū)動(dòng)，交流發(fā)電機(jī)50也在接收了從驅(qū)動(dòng)輪傳輸?shù)角S110a的轉(zhuǎn)動(dòng)力的情況下發(fā)電。
交流發(fā)電機(jī)50由控制電路20驅(qū)動(dòng)，并且向帶輪160輸出預(yù)定輸出功率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)110啟動(dòng)時(shí)，預(yù)定輸出功率經(jīng)由皮帶170和帶輪140傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)110的曲軸110a，或者在驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)器172時(shí)經(jīng)由皮帶170和帶輪150傳輸?shù)捷o助機(jī)器172。
如上所述，電池10將12V的直流電壓供給到控制電路20。
如上所述，在eco-run ECU230的控制下，控制電路20將來自于電池10的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，并且使用所獲得的交流電壓驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50。另外，在eco-run ECU230的控制下，控制電路20將來自于交流發(fā)電機(jī)50所產(chǎn)生的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并且使用所獲得的直流電壓為電池10充電。
在eco-run ECU230的控制下，啟動(dòng)器174啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)110。電動(dòng)液壓泵180包含在自動(dòng)變速器130中，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU240的控制下將液壓流體供應(yīng)到設(shè)在自動(dòng)變速器130中的液壓控制單元。液壓流體用于通過液壓控制單元中的控制閥調(diào)整自動(dòng)變速器130中的離合器、制動(dòng)器和單向離合器的致動(dòng)狀態(tài)，以便于依需要切換換檔狀態(tài)。
eco-run ECU230用于交流發(fā)電機(jī)50和控制電路20的模式控制、啟動(dòng)器174的控制、電池10中電力儲(chǔ)存量的控制。這里，交流發(fā)電機(jī)50和控制電路20的模式控制是指交流發(fā)電機(jī)50用作發(fā)電機(jī)的發(fā)電模式和交流發(fā)電機(jī)50用作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)模式的控制。這里，未示出從eco-run ECU230到電池10的控制線。
另外，eco-run ECU230基于來自于包含在交流發(fā)電機(jī)50中的轉(zhuǎn)動(dòng)角傳感器60的角度θ1、θ2、θ3、駕駛員是否已通過eco-run開關(guān)啟動(dòng)了eco-run系統(tǒng)、以及其它數(shù)據(jù)檢測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)MRN。
在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU240的控制下，燃料噴射閥190控制燃料的噴射。在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU240的控制下，電動(dòng)機(jī)210控制節(jié)氣門220的開度。通過電動(dòng)機(jī)210將節(jié)氣門220設(shè)定于指定開度。
發(fā)動(dòng)機(jī)ECU240用于除發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵以外的輔助機(jī)器172的接通/切斷的控制、電動(dòng)液壓泵180的驅(qū)動(dòng)的控制、自動(dòng)變速器130的變速控制、燃料噴射閥190的燃料噴射的控制、通過電動(dòng)機(jī)210的節(jié)氣門220的開度的控制、以及其它發(fā)動(dòng)機(jī)控制。
另外，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU240檢測(cè)來自于溫度傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度、加速器踏板是否已從怠速開關(guān)踏下、來自于加速器踏下程度傳感器的加速器踏下程度、來自于轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、來自于車速傳感器的車速、來自于節(jié)氣門開度傳感器的節(jié)氣門開度、來自于換檔位置傳感器的換檔位置、來自于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、是否已執(zhí)行從空調(diào)器的開關(guān)接通/切斷空調(diào)器的操作，以及其它數(shù)據(jù)。
VSC-ECU250檢測(cè)制動(dòng)器踏板是否已從制動(dòng)器開關(guān)踏下及其它數(shù)據(jù)。
eco-run ECU230、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU240和VSC-ECU250主要包括微電腦，其中CPU(中央處理單元)根據(jù)記錄在內(nèi)部ROM(只讀存儲(chǔ)器)中的程序執(zhí)行必要操作并且根據(jù)操作結(jié)果施加多種類型的控制。操作結(jié)果和檢測(cè)數(shù)據(jù)可作為eco-run ECU230、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU240和VSC-ECU250之間的數(shù)據(jù)互通。因此，所述數(shù)據(jù)可依需要互換，并且可以共同操作的方式施加控制。
發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200應(yīng)工作以便于進(jìn)行已知的怠速停止控制。更具體地說，通過基于各種傳感器的輸出檢測(cè)車輛的減速或停止而使得發(fā)動(dòng)機(jī)停止，并且當(dāng)駕駛員打算啟動(dòng)(可基于制動(dòng)器或加速器踏板的操作狀態(tài)檢測(cè)這種趨勢(shì))時(shí)通過交流發(fā)電機(jī)50啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200中，控制交流發(fā)電機(jī)50的控制電路20設(shè)在交流發(fā)電機(jī)50的端面上，并且根據(jù)來自于eco-runECU230的指令作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或作為發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50。在作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或作為發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50時(shí)，在控制電路20中MOS晶體管Tr1-Tr6所產(chǎn)生的熱量通過緩沖材料812傳輸?shù)诫姌O板81、82A-82C，以使得MOS晶體管Tr1-Tr6被有效地冷卻。
這里，不用說，發(fā)電電動(dòng)機(jī)101適用于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200。
在本發(fā)明中，交流發(fā)電機(jī)50包括定子和轉(zhuǎn)子，并且構(gòu)成實(shí)現(xiàn)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的功能的“電機(jī)”。
另外，在本發(fā)明中，電極板81、82A-82C、83構(gòu)成“匯流條”。
而且，在本發(fā)明中，電極板81構(gòu)成“第一匯流條”、電極板82A-82C構(gòu)成“第二匯流條”、電極板83構(gòu)成“第三匯流條”。
此外，在本發(fā)明中，MOS驅(qū)動(dòng)器27、同步整流器28和控制單元29、30構(gòu)成“電子控制單元”。
在本發(fā)明中，MOS晶體管40構(gòu)成用以控制供給到不同于定子的勵(lì)磁線圈的電流的“勵(lì)磁線圈控制單元”。
另外，在本發(fā)明中，MOS晶體管Tr1-Tr6構(gòu)成用以控制要供給到定子的電流的“多相開關(guān)元件組”。
而且，在本發(fā)明中，配線86A-86F構(gòu)成從基板84(由陶瓷基板構(gòu)成)延伸到電極板81、82A-82C、83的“引線框架”。
在本發(fā)明所涉及的發(fā)電電動(dòng)機(jī)中，元件面積與匯流條面積之間的比率(匯流條面積/元件面積)應(yīng)設(shè)定得不小于5。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在發(fā)電電動(dòng)機(jī)中，控制要供給到用作發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的交流發(fā)電機(jī)的線圈的電流的多個(gè)開關(guān)元件被固定于電極板，同時(shí)插有緩沖材料，緩沖材料由與用于其上固定有所述多個(gè)開關(guān)元件的電極板的材料相同的材料制成。因此，所述多個(gè)開關(guān)元件可被有效地冷卻。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在發(fā)電電動(dòng)機(jī)中，其上固定有所述多個(gè)開關(guān)元件的電極板的面積與控制要供給到用作發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的交流發(fā)電機(jī)的線圈的電流的每一個(gè)所述多個(gè)開關(guān)元件的面積的比率已被設(shè)定得不小于5。因此，所述多個(gè)開關(guān)元件可被有效地冷卻。
而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，控制用作發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的交流發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)的控制電路包括多個(gè)開關(guān)元件和防止沖擊電壓施加于多個(gè)開關(guān)元件上的一個(gè)齊納二極管。因此，可將控制電路的總體尺寸制造得更小。因此，控制電路可設(shè)置在交流發(fā)電機(jī)的端面上。
而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，發(fā)電電動(dòng)機(jī)包括控制要供給到用作發(fā)電機(jī)或電機(jī)的交流發(fā)電機(jī)的線圈的電流的多相開關(guān)元件組、控制多相開關(guān)元件組的控制電路以及設(shè)置成圍繞交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的基本U形的兩個(gè)電極板?？刂齐娐吩O(shè)置在沿兩個(gè)電極板的面內(nèi)方向設(shè)置在基本U形凹口中的陶瓷基板上。因此，可減小控制電路所占據(jù)的面積，因此，可減小發(fā)電電動(dòng)機(jī)的尺寸。
在本實(shí)施例中，盡管eco-run ECU和發(fā)動(dòng)機(jī)ECU被分開地設(shè)置，但也可通過集成它們的功能而構(gòu)成一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制ECU。而且，本發(fā)明中的變速器不局限于AT(被稱作自動(dòng)變速器)，并且可通過諸如CVT和MT的已知變速器的組合構(gòu)成該變速器。
而且，本實(shí)施例適用于其中盡管適用eco-run系統(tǒng)但是電動(dòng)仍可產(chǎn)生大驅(qū)動(dòng)力的混合動(dòng)力車輛。即使由已知發(fā)電電動(dòng)機(jī)(也可稱之為電動(dòng)發(fā)電機(jī))替換交流發(fā)電機(jī)50也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。也就是說，也可適當(dāng)?shù)貎H選擇能夠施加驅(qū)動(dòng)車輛或啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩的發(fā)電電動(dòng)機(jī)。
盡管已詳細(xì)地描述并示出本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，所述描述和解釋僅出于解釋和示例的目的并且不應(yīng)認(rèn)為是限制性的，本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求限制。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明適用于其尺寸可減小的發(fā)電電動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電電動(dòng)機(jī)，它包括包括與多個(gè)相相對(duì)應(yīng)設(shè)置的多個(gè)線圈(51-53)并且實(shí)現(xiàn)作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)的功能的電機(jī)(50)；和控制所述電機(jī)(50)的控制電路(20)；其中，所述控制電路(20)包括分別與所述多個(gè)線圈(51-53)相對(duì)應(yīng)設(shè)置并且并聯(lián)連接在正母線(L1)與負(fù)母線(L2)之間的多個(gè)臂(23-25)，和與所述多個(gè)臂(23-25)并聯(lián)連接在所述正母線(L1)與所述負(fù)母線(L2)之間的第一齊納二極管(21)，并且所述多個(gè)臂(23-25)中的每一個(gè)臂包括串聯(lián)連接在所述正母線(L1)與所述負(fù)母線(L2)之間的第一和第二開關(guān)元件(Tr1、Tr3、Tr5；Tr2、Tr4、Tr6)，和與所述第二開關(guān)元件(Tr2、Tr4、Tr6)并聯(lián)連接在所述第一開關(guān)元件(Tr1、Tr3、Tr5)與所述負(fù)母線(L2)之間的第二齊納二極管(DT1-DT3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述控制電路(20)以與所述電機(jī)(50)成一體的方式設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)(50)啟動(dòng)安裝在車輛上的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)或者通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的轉(zhuǎn)動(dòng)力發(fā)電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括向包含在所述控制電路(20)中的多個(gè)第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件(Tr1、Tr3、Tr5；Tr2、Tr4、Tr6)輸出控制信號(hào)的電子控制單元(27-30)，并且所述第一齊納二極管(21)設(shè)置在所述電子控制單元(27-30)附近。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括比所述第一齊納二極管(21)的正側(cè)連接位置更靠近直流電源(10)設(shè)置的熔斷器(FU1)。
6.一種發(fā)電電動(dòng)機(jī)，它包括包括轉(zhuǎn)子(55)和定子(56、57)并且實(shí)現(xiàn)作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)的功能的電機(jī)(50)；設(shè)置在所述電機(jī)(50)的端面上以形成圍繞所述電機(jī)(50)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的基本U形的第一和第二電極板(81、82A-82C)；控制供應(yīng)給所述定子(56、57)的電流的多相開關(guān)元件組(Tr1-Tr6)；和控制所述多相開關(guān)元件組(Tr1-Tr6)的控制電路(26、70)；其中，所述控制電路(27、70)設(shè)置在沿與所述第一和第二電極板(81、82A-82C)的面內(nèi)方向相同的方向設(shè)置在基本U形凹口中的陶瓷基板(84)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述控制電路(27、70)是樹脂模制的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括保護(hù)所述多相開關(guān)元件組(Tr1-Tr6)不受沖擊的齊納二極管(21)，并且所述齊納二極管(21)設(shè)置在所述凹口中。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括使來自于直流電源(10)的直流電壓平滑并將平滑的直流電壓供應(yīng)給所述多相開關(guān)元件組(Tr1-Tr6)的電容元件(22)，并且所述電容元件(22)設(shè)置在所述陶瓷基板(84)與所述第二電極板(82A-82C)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括控制供應(yīng)給與所述定子(56、57)不同的勵(lì)磁線圈(54)的電流的勵(lì)磁線圈控制單元(40)，并且所述勵(lì)磁線圈控制單元(40)設(shè)置在所述陶瓷基板(84)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，從所述陶瓷基板(84)延伸到所述第一和第二電極板(81、82A-82C)的引線框架(86A-86F)以及所述第一和第二電極板(81、82A-82C)設(shè)置在相同平面內(nèi)。
12.一種發(fā)電電動(dòng)機(jī)，它包括實(shí)現(xiàn)作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)的功能的電機(jī)(50)；控制供應(yīng)給所述電機(jī)(50)的電流的多個(gè)開關(guān)元件(Tr1-Tr6)；和連接所述多個(gè)開關(guān)元件(Tr1-Tr6)的匯流條(81、82A-82C、83)；其中，所述匯流條(81、82A-82C、83)的面積與所述開關(guān)元件(Tr1-Tr6)的面積的比率至少為五。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括設(shè)置在所述匯流條(81、82A-82C、83)與所述開關(guān)元件(Tr1-Tr6)之間并且吸收所述匯流條(81、82A-82C、83)與所述開關(guān)元件(Tr1-Tr6)之間的熱膨脹差的緩沖材料(812)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述緩沖材料(812)是由銅基或鋁基材料制成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述匯流條(81、82A-82C、83)是由銅制成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述匯流條(81、82A-82C、83)設(shè)置在所述電機(jī)(50)的端面上并且具有弧形形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述匯流條(81、82A-82C、83)包括構(gòu)成電源線的第一匯流條(81)，與所述電機(jī)(50)的線圈(51-53)相連接的第二匯流條(82A-82C)，以及構(gòu)成接地線的第三匯流條(83)，所述多個(gè)開關(guān)元件(Tr1-Tr6)包括設(shè)置在所述第一匯流條(81)上的多個(gè)第一開關(guān)元件(Tr1、Tr3、Tr5)和設(shè)置在所述第二匯流條(82A-82C)上的多個(gè)第二開關(guān)元件(Tr2、Tr4、Tr6)，并且所述發(fā)電電動(dòng)機(jī)(101)還包括將所述多個(gè)第一開關(guān)元件(Tr1、Tr3、Tr5)連接到所述第二匯流條(82A-82C)的多個(gè)第一平面電極(91、93、95)，和將所述多個(gè)第二開關(guān)元件(Tr2、Tr4、Tr6)連接到所述第三匯流條(83)的多個(gè)第二平面電極(92、94、96)。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)電電動(dòng)機(jī)。該發(fā)電電動(dòng)機(jī)(100)包括設(shè)置在電機(jī)(50)的端面上的控制電路(20)?？刂齐娐?20)包括齊納二極管(21)、電容器(22)、U相臂(23)、V相臂(24)以及W相臂(25)。齊納二極管(21)、電容器(22)、U相臂(23)、V相臂(24)以及W相臂(25)并聯(lián)連接在正母線(L1)與負(fù)母線(L2)之間。齊納二極管(21)吸收被施加于電容器(22)、U相臂(23)、V相臂(24)以及W相臂(25)的沖擊電壓。
文檔編號(hào)H02K19/16GK1695287SQ0382473
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
發(fā)明者久須美秀年 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社