專利名稱：發電電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種實現用作發電機和電動機功能的發電電動機，所述發電電動機尺寸可減小。
背景技術：
日本專利公開No.2-266855公開了一種實現作為啟動安裝在車輛上的發動機的三相電動機功能和作為用于為電池充電的三相交流發電機的啟動(起動)器發電機。
參照圖14，日本專利公開No.2-266855中所公開的啟動器充電器300包括電機單元301和驅動單元302。電機單元301包括定子和轉子。驅動單元302設在電機單元301的端面301A上。驅動單元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的方向以及沿電機單元301的轉動軸301B的縱向方向304設置。
電源單元302B向包含在電機單元301中的線圈提供電流并驅動單元302以使得轉子輸出指定轉矩。當電機單元301中的轉子由于發動機的轉動力而轉動時，三個定子中所感應的交流電壓被轉換為直流電壓，從而使得電池被充電。
這樣，電源單元302B設在電機單元301的端面301A上，并且作為電動機或發電機驅動電機單元301。
日本專利公開No.63-202255公開了一種用于啟動安裝在車輛上的發動機和用于為電池充電的啟動器充電器。圖15是日本專利公開No.63-202255中所公開的啟動器充電器的電路圖。參照圖15，啟動器充電器400包括電池310、按鍵開關320、電壓調整器330、勵磁線圈(磁場線圈)340、曲軸轉角檢測器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。在啟動發動機(未示出)時按鍵開關320與e端子側相連接，而在發動機啟動之后按鍵開關320與d端子側相連接。
電壓調整器330包括電阻(器)331-333、齊納(穩壓，Zener)二極管334、晶體管335、337、以及飛輪(flywheel)二極管336。電阻331、332串聯連接在電池310的正母線PLE與接地節點GND之間。
電阻333和晶體管335串聯連接在按鍵開關320的d端子與接地節點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、連接于接地節點GND的發射極、以及連接于齊納二極管334的底基極。
齊納二極管334連接在節點N1與晶體管335的底基極之間。續流二極管336和晶體管337串聯連接在正母線PLE與接地節點GND之間。晶體管337具有連接于勵磁線圈340的一端的集電極、連接于接地節點GND的發射極、以及連接于晶體管335的集電極的底基極。
續流二極管336吸收當晶體管337打開或關閉時所產生的沖擊(浪涌)。
勵磁線圈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。
在這種電路結構下，電壓調整器330在發電狀態下檢測從電池310中輸出的直流電壓，并且調整流過勵磁線圈340的勵磁電流以便于將檢測的直流電壓的電壓值保持在指定值下。
曲軸轉角檢測器350檢測電樞線圈380的各個相之間的曲軸轉角，并且將所檢測的曲軸轉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320的e端子相連接，并且從曲軸轉角檢測器350中接收曲軸轉角。電流切換控制電路361由來自于e端子的直流電壓驅動以便于基于曲軸轉角產生用以接通/切斷N型MOS晶體管362-367的信號，并且向每個N型MOS晶體管362-367輸出所產生的信號。
N型MOS晶體管362、363串聯連接在正母線PLE與接地節點GND之間。N型MOS晶體管364、365串聯連接在正母線PLE與接地節點GND之間。N型MOS晶體管366、367串聯連接在正母線PLE與接地節點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并聯連接在正母線PLE與接地節點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，并且具有與接地節點GND相連接的相應源極端子。
N型MOS晶體管362與N型MOS晶體管363之間的節點N2、N型MOS晶體管364與N型MOS晶體管365之間的節點N3、以及N型MOS晶體管366與N型MOS晶體管367之間的節點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并聯連接在正母線PLE與節點N2之間。齊納二極管369與N型MOS晶體管363并聯連接在節點N2與接地節點GND之間。
齊納二極管370與N型MOS晶體管364并聯連接在正母線PLE與節點N3之間。齊納二極管371與N型MOS晶體管365并聯連接在節點N3與接地節點GND之間。
齊納二極管372與N型MOS晶體管366并聯連接在正母線PLE與節點N4之間。齊納二極管373與N型MOS晶體管367并聯連接在節點N4與接地節點GND之間。
在這樣一種電路結構下，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。
當發動機啟動時，按鍵開關320與e端子相連接。電樞電流切換電路360基于來自于曲軸轉角檢測器350的曲軸轉角接通/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，以便于啟動發動機。
在發動機啟動之后，按鍵開關320與d端子相連接，并且N型MOS晶體管362-367都關閉。啟動器充電器300作為發電機工作，并且電壓調整器330調整供給到勵磁線圈340的電流以便于將來自于電池310的直流電壓的電壓值設定為指定值。電樞線圈380所產生的電力通過齊納二極管368-373被直流轉換以便于為電池310充電。
這樣，在啟動發動機的過程中啟動器充電器300啟動發動機，并且在發動機啟動之后啟動器充電器300作為發電機工作。即使在切斷負荷的過程中所產生的沖擊或在發動機的點火系統中所產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。
然而，在傳統啟動器發電機中，當假定轉動軸為中心時電源單元沿垂直于徑向方向的方向以及沿轉動軸的縱向方向設置。因此，難于實現用以控制電動機的驅動的控制電路的更小尺寸。
另外，傳統啟動器發電機還不能充分地冷卻電源單元。
而且，在傳統啟動器發電機中，驅動包含勵磁線圈和電樞線圈的電動機的控制電路包括六個開關元件和被設置成與六個開關元件相對應的六個齊納二極管。因此，如果用以驅動電動機的控制電路設在交流發電機的端部處，不能將控制電路的總體尺寸制造得更小。

發明內容
根據上述描述，本發明的一個目的是提供一種包括小型控制電路的發電電動機。
本發明的另一個目的是提供一種包括占據更小空間的控制電路的發電電動機。
本發明的另一個目的是提供一種實現用以冷卻開關元件的效應的發電電動機。
根據本發明，發電電動機包括電機和控制電路。所述電機包括與多個相相對應設置的多個線圈并且實現作為發電電動機的功能。所述控制電路控制所述電機。
所述控制電路包括多個臂和第一齊納二極管。所述多個臂被設置成分別與多個線圈相對應并且并聯連接在正母線與負母線之間。第一齊納二極管與多個臂并聯連接在正母線與負母線之間。
多個臂中的每一個包括第一和第二開關元件和第二齊納二極管。第一和第二開關元件串聯連接在正母線與負母線之間。第二齊納二極管與第二開關元件并聯連接在第一開關元件與負母線之間。
優選地，所述控制電路以與電機成一體的方式設置。
優選地，所述電機啟動安裝在車輛上的發動機或者通過發動機的轉動力發電。
優選地，所述發電電動機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第一和第二開關元件輸出控制信號。第一齊納二極管設置在所述電子控制單元附近。
優選地，所述發電電動機還包括熔斷器。所述熔斷器被設置成比第一齊納二極管的正側連接位置更靠近于直流電源。
根據本發明，發電電動機包括電機、多相開關元件組、控制電路、以及第一和第二電極板。所述電機包括轉子和定子，并且實現作為發電電動機的功能。所述多相開關元件組控制供應給定子的電流。所述控制電路控制所述多相開關元件組。第一和第二電極板設置在所述電機的端面上以形成圍繞電機的轉動軸的基本U形。所述控制電路設置在沿與第一和第二電極板的面內方向相同的方向設置在基本U形凹口中的陶瓷基板上。
優選地，所述控制電路是樹脂模制的。
優選地，所述發電電動機還包括齊納二極管。所述齊納二極管保護多相開關元件組不受沖擊。所述齊納二極管設置在凹口中。
優選地，所述發電電動機還包括電容元件。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給所述多相開關元件組。所述電容元件設置在陶瓷基板與第二電極板之間。
優選地，所述發電電動機還包括勵磁線圈控制單元。所述勵磁線圈控制單元控制供給到與定子不同的勵磁線圈的電流。所述勵磁線圈控制單元設置在陶瓷基板上。
優選地，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置在相同平面內。
根據本發明，發電電動機包括電機、多個開關元件、以及匯流條。所述電機實現作為發電機和/或電動機的功能。所述多個開關元件控制供應給所述電機的電流。所述匯流條連接所述多個開關元件。所述匯流條的面積與所述開關元件的面積的比率為五或更大。
優選地，發電電動機還包括緩沖材料。所述緩沖材料設置在所述匯流條與所述開關元件之間并且吸收所述匯流條與所述開關元件之間的熱膨脹差。
優選地，所述緩沖材料是由銅基或鋁基材料制成的。
優選地，所述匯流條是由銅制成的。
優選地，所述匯流條設置在所述電機的端面上并且具有弧形形狀。
優選地，所述匯流條包括第一到第三匯流條。第一匯流條構成電源線。第二匯流條與所述電機的線圈相連接。第三匯流條構成接地線。多個開關元件包括多個第一開關元件和多個第二開關元件。多個第一開關元件設置在第一匯流條上。多個第二開關元件設置在第二匯流條上。發電電動機還包括第一和第二平面電極。第一平面電極將多個第一開關元件連接到第二匯流條。第二平面電極將多個第二開關元件連接到第三匯流條。
根據本發明的發電電動機，第一齊納二極管保護包含在多個臂中的相應一個臂中的第一開關元件。也就是說，根據本發明的發電電動機，一個齊納二極管保護多個開關元件。
因此，根據本發明，用以控制電機的控制電路可被制造得更小。因此，控制電路可設置在電機的端面上。
另外，根據本發明的發電電動機，用以控制實現發電機或電動機功能的電機的驅動的控制電路沿與設置在所述電機端面上的第一和第二電極板的面內方向相同的方向設置。控制電路設置在第一和第二電極板中的基本U形凹口內。
因此，根據本發明，可減小控制電路所占據的面積。
而且，根據本發明的發電電動機，用以控制供給到所述電機的定子的電流的多個開關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成的緩沖材料。然后，多個開關元件中產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到所述匯流條。
而且，根據本發明的發電電動機，所述匯流條的面積與用以控制供給到所述電機的定子的電流的所述開關元件的面積之間的比率被設定得不小于5。
因此，根據本發明，所述開關元件可被有效地冷卻。
從以下結合附圖所描述的詳細描述中可更加明白本發明的前述和其它目的、特征、方面和優點。


圖1是本發明所涉及的發電電動機的平面圖；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晶體管的傳統方法的橫截面圖；圖7是用于計算電極板的面積與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/元件面積之間的關系；圖9是圖1中所示的發電電動機與電池的電路框圖；圖10是本發明所涉及的發電電動機的另一個平面圖；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/元件面積之間的關系；圖13是包括圖1中所示的發電電動機的發動機系統的示意性框圖；圖14是傳統啟動器發電機的透視圖；以及圖15是傳統啟動器充電器電路的電路圖。
具體實施例方式
在以下描述中，將參照附圖詳細描述本發明的實施例。應該注意的是，在附圖中相同的附圖標記代表相同或相應的部件，并且將不重復對其的描述。
參照圖1，本發明所涉及的發電電動機100包括齊納二極管21、DT1-DT3、MOS晶體管Tr1-Tr6、電源26、MOS驅動器27、交流發電機50、常規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，將假定發電電動機100安裝在使用稱作“eco-run(經濟工況運轉)”(經濟行駛系統或怠速停止(idle stop)系統)的汽車上，其中發動機被控制以便于在車輛停止時自動停止并且在車輛重新啟動時自動啟動。
電極板81、82A-82C、83和基板84形成在交流發電機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”)，并且設在交流發電機50的轉動軸50A周圍。電極板82A-82C以圍繞電極板81的方式設在電極板81的外側。電極板82A-82C以相互之間具有預定間隔的方式設置。電極板83設置在距離轉動軸50A與電極板82A-82C與轉動軸50A之間的距離基本相同距離的位置處。一部分電極板83設置在電極板82A-82C下面。基板84沿與電極板81、82A-82C、83的面內方向相同的方向設置在電極板81中的基本U形凹口內。
MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5設置在電極板81上，MOS晶體管Tr2和齊納二極管DT1設置在電極板82A上，MOS晶體管Tr4和齊納二極管DT2設置在電極板82B上，MOS晶體管Tr6和齊納二極管DT3設置在電極板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的一個端子與電極板82A相連接而另一個端子與電極板83相連接。電極板82A與交流發電機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的一個端子與電極板82B相連接而另一個端子與電極板83相連接。電極板82B與交流發電機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的一個端子與電極板82C相連接而另一個端子與電極板83相連接。電極板82C與交流發電機50的W相線圈的一端53A相連接。
因此，MOS晶體管Tr1、Tr2經由電極板82A串聯連接在電極板81與83之間。而且，MOS晶體管Tr3、Tr4經由電極板82B串聯連接在電極板81與83之間。而且，MOS晶體管Tr5、Tr6經由電極板82C串聯連接在電極板81與83之間。電極板82A-82C分別與交流發電機50的U相線圈、V相線圈和W相線圈相連接。
基板84由陶瓷基板構成。電源26、常規IC70、MOS驅動器27以及端子84A-84D設置在基板84上。電源26、常規IC70和MOS驅動器27被樹脂模制在基板84上。
端子84A經由配線85A接收信號M/G并且將所接收的信號M/G輸出到常規IC70。端子84B經由配線85B接收信號RLO并且將所接收的信號RLO輸出到常規IC70。端子84C經由配線85C接收信號CHGL并且將所接收的信號CHGL輸出到常規IC70。端子84D經由配線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沿圍繞轉動軸50A的圓周設置在轉動軸50A與電極板81之間的空間中。之后，配線86B在點C處彎曲，并且延伸到電極板81下面以到達電極板82A。配線86D在點D處彎曲，并且延伸到電極板81下面以到達電極板82B。而且，配線86F在點E處彎曲，并且延伸到電極板81下面以到達電極板82C。
MOS驅動器27分別經由配線86A-86F向MOS晶體管Tr1-Tr6的柵極(柵極)輸出控制信號。
齊納二極管21設置在基板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實現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經由端子87接收從直流電源中輸出的直流電壓。電極板83實現稍后將描述的負母線的功能。
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。參照圖2A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被設置成與柵極G相鄰，并且經由配線GL與電極板82A相連接。因此，為了有助于經由配線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被設置成使得柵極G被定向于轉動軸50A的一側而使得源極S被定向于電極板82A的一側。漏極D與電極板81相連接。
每個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設置在沿如上所述的元件的周向部分的一側的中心部分中，以使得來自于所述元件的外側的信號輸出線的長度最小化，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設置在元件的背面上，來自于源極S的配線GL被設置成使得它從與柵極G所在一側相對的一側中拉出。
如果MOS晶體管Tr1-Tr6設置在電極板81、82A、82B、82C上，為了實現配線86A、86B、86C、86D、86E、86F、GL的更短長度，MOS晶體管Tr1-Tr6應被設置成使得柵極G被定向于轉動軸50A的一側而使得源極S被定向于外周側。
這樣，MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5構成用以控制供給到交流發電機50的每個相的線圈的電流的逆變器的上臂，而MOS晶體管Tr2、Tr4、Tr6構成用以控制供給到交流發電機50的每個相的線圈的電流的逆變器的下臂。因此，鑒于MOS晶體管Tr1-Tr6的設置方向，從冷卻MOS晶體管Tr1-Tr6的改進效率(將MOS晶體管Tr1-Tr6設置在交流發電機50的端面上的內側部中用于通過從外部吸入交流發電機50中的空氣流冷卻MOS晶體管Tr1-Tr6)或配線86A、86B、86C、86D、86E、86F、GL的更短長度的觀點來看，將電極板81設置在最內側部中而將電極板82A、82B、82C、83設置在電極板81外側是最理想的。
另外，由于電極板83構成負母線并且還可與交流發電機50的蓋子或框架相連接以便接地，可有效地將電極板83設置在最外側上。
為此，將電極板81設置在最內側部中，而將電極板82A、82B、82C、83設置在電極板81的外側。
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電機50的橫截面結構。參照圖3，轉子55被固定于轉動軸50A，并且轉子線圈54纏繞在轉子55周圍。定子56、57被固定在轉子55的外側上，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。
轉動軸50A的一端連接于帶輪160，所述帶輪160通過皮帶將交流發電機50所產生的轉矩傳輸到發動機的曲軸或輔助機器并且轉而將發動機的曲軸的轉動力傳輸到轉動軸50A。
電極板81、83以圍繞轉動軸50A的方式設置在與連接于帶輪160的轉動軸50A的一端相對的一側上的另一端上。電刷58被設置成與轉動軸50A相接觸。基板84設置在轉動軸50A上方，并且電容器22設置在基板84的前面。
MOS晶體管40設在與電容器22相對的一側上，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而源極連接于轉子線圈54。當交流發電機50發電時，根據轉子線圈54中流動的轉子電流確定發電量。因此，MOS晶體管40為轉子線圈54供以交流發電機50產生指定電力量所需的轉子電流。
這樣，當從方向B看過去時，用以控制確定發電量的轉子電流的MOS晶體管40設置在基板84的后側上。
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。參照圖4，配線86C、86E、86F設置在轉動軸50A的左側上，并且電極板81、82C、83朝向配線86C、86E、86F的外周向側相繼設置。這里，配線86C、86E、86F和電極板81、82C設置在相同平面內。電極板83設置在配線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相繼設置在轉動軸50A的右側上。一部分配線86D和電極板81、82B設置在相同平面內。電極板83設置在一部分配線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設置在電極板82B上。配線86D設置在轉動軸50A與電極板81之間以便圍繞轉動軸50A直到它到達點D(見圖1)。在配線86D在點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設置于其中的區域的橫截面圖。參照圖5，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。
參照圖6，常規上，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構成。DBC820是具有銅(Cu)822、823被形成在陶瓷821兩側上的這樣一種橫截面結構的絕緣基板。MOS晶體管Tr1已設置在散熱器830上，DBC820被插在其中。或者，MOS晶體管Tr1已設置在散熱器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MOS晶體管Tr1以所述方式設置在散熱器830上時，MOS晶體管Tr1中所產生的熱量不太可能傳輸到散熱器830。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直接設置在電極板81上時，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的熱傳導性。因此，MOS晶體管Tr1中所產生的熱量易于傳輸到用作散熱器的電極板81，因此，MOS晶體管Tr1被有效地冷卻。
這樣，本發明的特征在于，MOS晶體管Tr1設在電極板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，其厚度很關鍵。具體地說，其厚度應設定在如上所述的0.1-2.0mm范圍內，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。
參照圖7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。參照圖7，交流發電機50的轉動軸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相似的方式設置成弧形(也稱作“U形”)，電極板82A的內徑表示為D3、而電極板82A的外徑表示為D4。
在本實施例中，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MOS晶體管Tr1-Tr6具有固定為3平方毫米的尺寸時，內徑D1固定為40mm、外徑D2固定為70mm、內徑D3固定為75mm、外徑D4固定為120mm，角度θ1在80°-150°的范圍內變化，而角度θ2在70°-90°的范圍內變化，并且MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度不高于容許界限(容許極限)。
表1示出當角度θ1設定為84°并且角度θ2設定為78°時電極板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)

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相對于一個MOS晶體管Tr1的面積。這里，正極的面積520mm2相當于電極板81總面積的1/3。
這里，三個MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5設置在電極板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相所示的數值。
使用上述數值計算電極板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，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/元件面積之間的關系。在圖8中，縱座標表示元件溫度上升，而橫坐標表示匯流條面積/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，即，電機運轉狀態，而曲線k2表示發電運轉狀態。
參照圖8，MOS晶體管Tr1-Tr6在曲線k1所表示的電機運轉狀態中的溫度上升大于在曲線k2所表示的發電運轉狀態中的溫度上升。因此，在本發明中，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中所產生的熱量通過緩沖材料812傳輸到電極板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是發電電動機100和電池10的電路框圖。控制電路20包括設置在基板84與電極板81、83之間的齊納二極管21；設置在基板84與電極板81、82C、83之間的電容器22；設置在電極板81上的MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5；分別設置在電極板82A-82C上的MOS晶體管Tr2、Tr4、Tr6；設置在基板84上的電源26、MOS驅動器27、常規IC70、MOS晶體管40以及二極管41。
MOS晶體管Tr1、Tr2構成U相臂23；MOS晶體管Tr3、Tr4構成V相臂24；以及MOS晶體管Tr5、Tr6構成W相臂25。
常規IC70由同步整流器28和控制單元29、30構成。轉動角傳感器60包含在交流發電機50中。
交流發電機50包括U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53以及轉子線圈54。U相線圈51的一端51A與MOS晶體管Tr1和MOS晶體管Tr2之間的結點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之間的結點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之間的結點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設置在的電池10的一側上，而不是設置在齊納二極管21的一側上。這樣，通過將熔斷器FU1設置在電池10的一側上而不是設置在齊納二極管21的一側上，不再需要過載電流的檢測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并聯連接在正母線L1與負母線L2之間。
U相臂23、V相臂24以及W相臂25并聯連接在正母線L1與負母線L2之間。U相臂23由MOS晶體管Tr1、Tr2和齊納二極管DT1構成。MOS晶體管Tr1、Tr2串聯連接在正母線L1與負母線L2之間。MOS晶體管Tr1具有與正母線L1相連接的漏極和與結點N1相連接的源極。MOS晶體管Tr2具有與結點N1相連接的漏極和與負母線L2相連接的源極。齊納二極管DT1與MOS晶體管Tr2并聯連接在結點N1與負母線L2之間。
V相臂24由MOS晶體管Tr3、Tr4和齊納二極管DT2構成。MOS晶體管Tr3、Tr4串聯連接在正母線L1與負母線L2之間。MOS晶體管Tr3具有與正母線L1相連接的漏極和與結點N2相連接的源極。MOS晶體管Tr4具有與結點N2相連接的漏極和與負母線L2相連接的源極。齊納二極管DT2與MOS晶體管Tr4并聯連接在結點N2與負母線L2之間。
W相臂25由MOS晶體管Tr5、Tr6和齊納二極管DT3構成。MOS晶體管Tr5、Tr6串聯連接在正母線L1與負母線L2之間。MOS晶體管Tr5具有與正母線L1相連接的漏極和與結點N3相連接的源極。MOS晶體管Tr6具有與結點N3相連接的漏極和與負母線L2相連接的源極。齊納二極管DT3與MOS晶體管Tr6并聯連接在結點N3與負母線L2之間。
齊納二極管40連接在電池10的正極與結點N4之間。二極管41連接在結點N4與接地結點GND之間。
這里，分別與MOS晶體管Tr1-Tr6、40并聯連接的二極管為分別形成在MOS晶體管Tr1-Tr6、40與半導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與負母線L2之間所產生的沖擊電壓。換句話說，當不小于預定電壓級(電平)的沖擊電壓被施加在正母線L1與負母線L2之間時，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定電壓級的級別。因此，考慮到沖擊電壓，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驅動器27的控制信號，并且根據所接收的控制信號接通/斷開。之后，MOS晶體管Tr1-Tr6通過從電容器22中供應的直流電壓切換流入交流發電機50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53中的直流電流，從而驅動交流發電機50。另外，MOS晶體管Tr1-Tr6根據來自于MOS驅動器27的控制信號將交流發電機50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53所產生的交流電壓轉換為直流電壓，從而為電池10充電。
當交流發電機50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53分別發電時，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，當交流發電機50處于發電模式下時，齊納二極管DT1-DT3保護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的兩個直流電壓供應到MOS驅動器27。更具體地說，電源26基于從電池10中所接收的12V的直流電壓產生例如5V的直流電壓，并且向MOS驅動器27供應所產生的5V的直流電壓和從電池10中所接收的12V的直流電壓。
MOS驅動器27由從電源26中供應的5V和12V的直流電壓驅動。之后，MOS驅動器27與來自于同步整流器28的同步信號同步地產生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號，并且將所產生的控制信號輸出到MOS晶體管Tr1-Tr6的柵極。更具體地說，在交流發電機50的發電模式下，MOS驅動器27基于來自于同步整流器28的同步信號SYNG1-SYNG6產生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號，并且在交流發電機50的驅動模式下，MOS驅動器27基于來自于同步整流器28的同步信號SYNM1-SYNM6產生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號。
在接收到來自于控制單元30的信號GS的基礎上，同步整流器28基于來自于控制單元29的正時(定時)信號TG1-TG6產生同步信號SYNG1-SYNG6，并且將所產生的同步信號SYNG1-SYNG6輸出到MOS驅動器27。另外，在接收到來自于控制單元30的信號MS的基礎上，同步整流器28基于來自于控制單元29的正時信號TM1-TM6產生同步信號SYNM1-SYNM6，并且將所產生的同步信號SYNM1-SYNM6輸出到MOS驅動器27。
控制單元29從轉動角傳感器60中接收角度θ3、θ4、θ5，并且基于所接收的角度θ3、θ4、θ5檢測包含在交流發電機50中的轉子55的轉數MRN。
角度θ3表示U相線圈51所產生的磁力的方向與轉子線圈54所產生的磁力的方向之間的角度。角度θ4表示V相線圈52所產生的磁力的方向與轉子線圈54所產生的磁力的方向之間的角度。角度θ5表示W相線圈53所產生的磁力的方向與轉子線圈54所產生的磁力的方向之間的角度。角度θ3、θ4、θ5在從0°-360°的范圍內周期性地變化。因此，控制單元29檢測角度θ3、θ4、θ5在指定時間周期內在從0°-360°的范圍內周期性地變化的次數，從而獲得轉數MRN。
之后，控制單元29基于角度θ3、θ4、θ5檢測在交流發電機50的U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53中感應的電壓Vui、Vvi、Vwi的正時，并且產生指示MOS晶體管Tr1-Tr6的接通/切斷正時的正時信號TG1-TG6，以便于基于所檢測的正時將U相線圈51、V相線圈52、W相線圈53中感應的電壓Vui、Vvi、Vwi轉換為直流電壓。
另外，控制單元29基于角度θ3、θ4、θ5和所檢測的轉數MRN產生指示MOS晶體管Tr1-Tr6的接通/切斷正時的正時信號TM1-TM6，以使得交流發電機50用作驅動電動機。
然后控制單元29將產生的TG1-TG6、TM1-TM6輸出到同步整流器28。
控制單元30從設在外部的eco-run ECU(電子控制單元)(稍后將對其進行描述)接收信號M/G、信號RLO和信號CHGL。另外，控制單元30接收施加到交流發電機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M/G判定交流發電機50是用作發電機還是用作驅動電動機。當控制單元30判定交流發電機50是用作發電機時，控制單元30產生信號GS并將信號GS輸出到同步整流器28。另一方面，當控制單元30判定交流發電機50是用作驅動電動機時，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，并且根據所確定的電流供給方式產生用于驅動交流發電機50的信號MS，以便于輸出到同步整流器28。
另外，控制單元30基于信號RLO計算轉子電流以使得交流發電機50產生指定電力量。控制單元30產生用于將所計算的轉子電流供給到轉子線圈54的信號RCT，并且將所產生的信號輸出到MOS晶體管40的柵極。
而且，控制單元30基于信號CHGL判定U相臂23、V相臂24以及W相臂25中的哪個已失效。如果U相臂23、V相臂24以及W相臂25中的任何一個已失效，控制單元30停止MOS晶體管Tr1-Tr6的運轉。
MOS晶體管40基于來自于控制單元30的信號RCT將從電池10中供給到轉子線圈54的轉子電流設定為預定值。二極管41防止電流從結點N4流到接地結點GND。這里，同步整流器28和控制單元29、30形成常規IC70。
交流發電機50作為驅動電動機運轉或作為發電機運轉。在處于其用作驅動電動機的驅動模式下，在發動機啟動時，交流發電機50在控制電路20的控制下產生預定轉矩，并且使用所產生的預定轉矩啟動發動機。而且，在除發動機啟動以外的時間期間，交流發電機50在控制電路20的控制下產生預定轉矩，并且通過所產生的預定轉矩驅動配備有發電電動機100的車輛的驅動輪。另外，在除發動機啟動以外的時間期間，交流發電機50使用所產生的預定轉矩驅動輔助機器。
同時，在其用作發電機的發電模式下，交流發電機50根據轉子線圈54中流動的轉子電流產生交流電壓，并且將所產生的交流電壓供給到U相臂23、V相臂24以及W相臂25。
轉動角傳感器60檢測角度θ3、θ4、θ5，并且將所檢測的角度θ3、θ4、θ5輸出到控制單元29。
下面將描述發電電動機100的總體操作。控制單元30基于來自于eco-run ECU的信號M/G判定交流發電機50是用作發電機還是用作驅動電動機。當控制單元30判定交流發電機50是用作發電機時，控制單元30產生信號GS并將信號GS輸出到同步整流器28。控制單元30基于來自于eco-runECU的信號RLO產生信號RCT，并且將所產生的信號輸出到MOS晶體管40的柵極。
然后，MOS晶體管40響應于信號RCT切換從電池10供應到轉子線圈54的轉子電流。發動機的轉動力使得交流發電機50的轉子55轉動。之后，交流發電機50產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，在從轉動角傳感器60中接收了角度θ3、θ4、θ5的基礎上，控制單元29基于所接收的角度θ3、θ4、θ5通過上述方法產生正時信號TG1-TG6、TM1-TM6，并且將所產生的正時信號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GS與正時信號TG1-TG6同步地產生同步信號SYNG1-SYNG6，并且將所產生的同步信號SYNG1-SYNG6輸出到MOS驅動器27。MOS驅動器27與同步信號SYNG1-SYNG6同步地產生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號，并且將控制信號輸出到MOS晶體管Tr1-Tr6的柵極。
然后通過來自于MOS驅動器27的控制信號使得MOS晶體管Tr1-Tr6接通/切斷，并且將交流發電機50產生的交流電壓轉換為直流電壓，以便于為電池10充電。
這里，即使沖擊電壓被疊加在交流發電機50所產生的交流電壓上，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。
當控制單元30基于信號M/G判定交流發電機50將作為驅動電動機被驅動時，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，并且根據所確定的電流供給方式產生用于驅動交流發電機50的信號MS，以便于輸出到同步整流器28。
在從轉動角傳感器60中接收了角度θ3、θ4、θ5的基礎上，控制單元29基于所接收的角度θ3、θ4、θ5通過上述方法產生正時信號TG1-TG6、TM1-TM6，并且將所產生的正時信號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MS與正時信號TM1-TM6同步地產生同步信號SYNM1-SYNM6，并且將所產生的同步信號SYNM1-SYNM6輸出到MOS驅動器27。MOS驅動器27與同步信號SYNM1-SYNM6同步地產生用于接通/切斷MOS晶體管Tr1-Tr6的控制信號，并且將控制信號輸出到MOS晶體管Tr1-Tr6的柵極。
然后通過來自于MOS驅動器27的控制信號使得MOS晶體管Tr1-Tr6接通/切斷，并且切換從電池10中供應到交流發電機50的U相臂23、V相臂24以及W相臂25的電流，以便于作為驅動電動機驅動交流發電機50。這樣，交流發電機50在發動機啟動時向發動機的曲軸供應預定轉矩，并且在除發動機啟動以外的時間期間，將預定轉矩供給到驅動輪。另外，交流發電機50將預定轉矩供給到輔助機器。
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與負母線L2之間產生的沖擊電壓。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設置在設在交流發電機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，因此這樣一種設置是允許的。具體地說，由于一個齊納二極管21保護三個MOS晶體管Tr1、Tr3、Tr5，因此可利用基板84和電極板81、83之間的空間設置保護三個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設置在交流發電機50的端面上。換句話說，取代沿交流發電機50的轉動軸50A的縱向方向設置，可將控制電路20設置在與轉動軸50A垂直的平面中。因此，可減小控制電路20的所占據的面積。
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定為不小于6，因此MOS晶體管Tr1-Tr6可被有效地冷卻。
本發明所涉及的發電電動機可為圖10中所示的發電電動機101。參照圖10，在發電電動機101中，盡管取代圖1中所示的發電電動機100中的引線結合(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，但是發電電動機101其它方面與發電電動機100相同。
每個平面電極91-96是由銅基材料制成的，并且其厚度在0.1mm-2.0mm范圍內。
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。該焊料具有高于標準焊料兩倍的熱傳導性。因此，MOS晶體管Tr1中所產生的熱量可有效地傳導到平面電極91和電極板82A，并且可增強MOS晶體管Tr1的熱散逸效果。
源極S優選由Al-Ni-Au構成。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時可提高平面電極91與MOS晶體管Tr1的源極S之間的粘附。應該注意的是，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，當將平面電極93與MOS晶體管Tr3的源極S以及與電極板82B相連接時，當將平面電極94與MOS晶體管Tr4的源極S以及與電極板83相連接時，當將平面電極95與MOS晶體管Tr5的源極S以及與電極板82C相連接時，以及當將平面電極96與MOS晶體管Tr6的源極S以及與電極板83相連接時，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，結合圖2A和2B進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，在發電電動機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/元件面積之間的關系。在圖12中，曲線k1、k2表示當MOS晶體管Tr1-Tr6經由配線GL與電極板82A、82B、82C、83相連接時MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升與匯流條面積/元件面積之間的關系，而曲線k3、k4表示當MOS晶體管Tr1-Tr6經由平面電極91-96與電極板82A、82B、82C、83相連接時MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升與匯流條面積/元件面積之間的關系。曲線k3表示過渡狀態，即，電機運轉狀態，而曲線k4表示發電運轉狀態。針對曲線k1、k2的描述已結合圖8給出。
參照圖12，通過經由平面電極91將MOS晶體管Tr1-Tr6與電極板82A、82B、82C、83相連接，在電機運轉狀態下MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升可減小大約35％(見曲線k1、k3)。另外，在發電運轉狀態下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域中，MOS晶體管Tr1-Tr6的溫度上升在曲線k4所示的發電運轉狀態下大于在曲線k3所示的電機運轉狀態下。因此，在本發明中，當使用平面電極91-96時，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中所產生的熱量通過緩沖材料812和平面電極91-96傳輸到電極板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，當經由平面電極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，MOS晶體管Tr1-Tr6中所產生的熱量經由平面電極91-96消散。因此，當如發電電動機100中那樣通過引線結合將MOS晶體管Tr1-Tr6與電極板82A-82C、83相連接時，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被設定得不小于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，當如發電電動機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，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中所示的發電電動機100的發動機系統200的框圖。參照圖13，發動機系統200包括電池10、控制電路20、交流發電機50、發動機110、液力變矩器120、自動變速器130、帶輪140、150、160、皮帶170、輔助機器172、啟動器174、電動液壓泵180、燃料噴射閥190、電動機210、節氣門220、eco-run ECU230、發動機ECU240以及VSC(車輛穩定性控制)ECU250。
交流發電機50設置成鄰近于發動機110。控制電路20設置在交流發電機50的端面上，如上所述。
發動機110由交流發電機50或啟動器174啟動，并且產生預定輸出功率。更具體地說，根據經濟行駛系統(也稱作“eco-run”)在停止之后啟動時通過交流發電機50啟動發動機110，而在使用點火開關啟動時通過啟動器174啟動發動機110。發動機110將從曲軸110a中產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將發動機110的轉動從曲軸110a傳輸到自動變速器130。自動變速器130進行自動變速控制、將來自于液力變矩器120的轉矩設定為根據變速控制的轉矩，并且將所述轉矩提供給輸出軸130a。
帶輪140與發動機110的曲軸110a相連接。帶輪140經由皮帶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與輔助機器172的轉動軸相連接。
帶輪160與交流發電機50的轉動軸相連接，并且通過發動機110的曲軸110a或交流發電機50轉向。
輔助機器172由用于空調器的壓縮機、動力轉向泵和發動機冷卻水泵中的一個或多個構成。輔助機器172通過帶輪160、皮帶170和帶輪150接收來自于交流發電機50的輸出功率，并且由所接收的輸出功率驅動。
交流發電機50由控制電路20驅動。交流發電機50通過帶輪140、皮帶170和帶輪160接收發動機110的曲軸110a的轉動力，并且將所接收的轉動力轉換為電能。換句話說，交流發電機50通過曲軸110a的轉動力發電。這里，交流發電機50在以下兩種情況中發電。也就是說，當交流發電機50在裝有發動機系統200的混合動力車輛的正常行駛狀態下接收了通過發動機110的驅動所產生的曲軸110a的轉動力時，交流發電機50發電。另外，在混合動力車輛減速時，盡管發動機110未被驅動，交流發電機50也在接收了從驅動輪傳輸到曲軸110a的轉動力的情況下發電。
交流發電機50由控制電路20驅動，并且向帶輪160輸出預定輸出功率。當發動機110啟動時，預定輸出功率經由皮帶170和帶輪140傳輸到發動機110的曲軸110a，或者在驅動輔助機器172時經由皮帶170和帶輪150傳輸到輔助機器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的直流電壓轉換為交流電壓，并且使用所獲得的交流電壓驅動交流發電機50。另外，在eco-run ECU230的控制下，控制電路20將來自于交流發電機50所產生的交流電壓轉換為直流電壓，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，啟動器174啟動發動機110。電動液壓泵180包含在自動變速器130中，并且在發動機ECU240的控制下將液壓流體供應到設在自動變速器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整自動變速器130中的離合器、制動器和單向離合器的致動狀態，以便于依需要切換換檔狀態。
eco-run ECU230用于交流發電機50和控制電路20的模式控制、啟動器174的控制、電池10中電力儲存量的控制。這里，交流發電機50和控制電路20的模式控制是指交流發電機50用作發電機的發電模式和交流發電機50用作驅動電動機的驅動模式的控制。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電機50中的轉動角傳感器60的角度θ1、θ2、θ3、駕駛員是否已通過eco-run開關啟動了eco-run系統、以及其它數據檢測轉數MRN。
在發動機ECU240的控制下，燃料噴射閥190控制燃料的噴射。在發動機ECU240的控制下，電動機210控制節氣門220的開度。通過電動機210將節氣門220設定于指定開度。
發動機ECU240用于除發動機冷卻水泵以外的輔助機器172的接通/切斷的控制、電動液壓泵180的驅動的控制、自動變速器130的變速控制、燃料噴射閥190的燃料噴射的控制、通過電動機210的節氣門220的開度的控制、以及其它發動機控制。
另外，發動機ECU240檢測來自于溫度傳感器的發動機冷卻水的溫度、加速器踏板是否已從怠速開關踏下、來自于加速器踏下程度傳感器的加速器踏下程度、來自于轉向盤轉角傳感器的轉向盤轉角、來自于車速傳感器的車速、來自于節氣門開度傳感器的節氣門開度、來自于換檔位置傳感器的換檔位置、來自于發動機轉速傳感器的發動機轉數、是否已執行從空調器的開關接通/切斷空調器的操作，以及其它數據。
VSC-ECU250檢測制動器踏板是否已從制動器開關踏下及其它數據。
eco-run ECU230、發動機ECU240和VSC-ECU250主要包括微電腦，其中CPU(中央處理單元)根據記錄在內部ROM(只讀存儲器)中的程序執行必要操作并且根據操作結果施加多種類型的控制。操作結果和檢測數據可作為eco-run ECU230、發動機ECU240和VSC-ECU250之間的數據互通。因此，所述數據可依需要互換，并且可以共同操作的方式施加控制。
發動機系統200應工作以便于進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車輛的減速或停止而使得發動機停止，并且當駕駛員打算啟動(可基于制動器或加速器踏板的操作狀態檢測這種趨勢)時通過交流發電機50啟動發動機。在發動機系統200中，控制交流發電機50的控制電路20設在交流發電機50的端面上，并且根據來自于eco-runECU230的指令作為驅動電動機或作為發電機驅動交流發電機50。在作為驅動電動機或作為發電機驅動交流發電機50時，在控制電路20中MOS晶體管Tr1-Tr6所產生的熱量通過緩沖材料812傳輸到電極板81、82A-82C，以使得MOS晶體管Tr1-Tr6被有效地冷卻。
這里，不用說，發電電動機101適用于發動機系統200。
在本發明中，交流發電機50包括定子和轉子，并且構成實現電動發電機的功能的“電機”。
另外，在本發明中，電極板81、82A-82C、83構成“匯流條”。
而且，在本發明中，電極板81構成“第一匯流條”、電極板82A-82C構成“第二匯流條”、電極板83構成“第三匯流條”。
此外，在本發明中，MOS驅動器27、同步整流器28和控制單元29、30構成“電子控制單元”。
在本發明中，MOS晶體管40構成用以控制供給到不同于定子的勵磁線圈的電流的“勵磁線圈控制單元”。
另外，在本發明中，MOS晶體管Tr1-Tr6構成用以控制要供給到定子的電流的“多相開關元件組”。
而且，在本發明中，配線86A-86F構成從基板84(由陶瓷基板構成)延伸到電極板81、82A-82C、83的“引線框架”。
在本發明所涉及的發電電動機中，元件面積與匯流條面積之間的比率(匯流條面積/元件面積)應設定得不小于5。
根據本發明的實施例，在發電電動機中，控制要供給到用作發電機和驅動電動機的交流發電機的線圈的電流的多個開關元件被固定于電極板，同時插有緩沖材料，緩沖材料由與用于其上固定有所述多個開關元件的電極板的材料相同的材料制成。因此，所述多個開關元件可被有效地冷卻。
另外，根據本發明的實施例，在發電電動機中，其上固定有所述多個開關元件的電極板的面積與控制要供給到用作發電機和驅動電動機的交流發電機的線圈的電流的每一個所述多個開關元件的面積的比率已被設定得不小于5。因此，所述多個開關元件可被有效地冷卻。
而且，根據本發明的實施例，控制用作發電機或驅動電動機的交流發電機的驅動的控制電路包括多個開關元件和防止沖擊電壓施加于多個開關元件上的一個齊納二極管。因此，可將控制電路的總體尺寸制造得更小。因此，控制電路可設置在交流發電機的端面上。
而且，根據本發明的實施例，發電電動機包括控制要供給到用作發電機或電機的交流發電機的線圈的電流的多相開關元件組、控制多相開關元件組的控制電路以及設置成圍繞交流發電機的轉動軸的基本U形的兩個電極板。控制電路設置在沿兩個電極板的面內方向設置在基本U形凹口中的陶瓷基板上。因此，可減小控制電路所占據的面積，因此，可減小發電電動機的尺寸。
在本實施例中，盡管eco-run ECU和發動機ECU被分開地設置，但也可通過集成它們的功能而構成一個發動機控制ECU。而且，本發明中的變速器不局限于AT(被稱作自動變速器)，并且可通過諸如CVT和MT的已知變速器的組合構成該變速器。
而且，本實施例適用于其中盡管適用eco-run系統但是電動仍可產生大驅動力的混合動力車輛。即使由已知發電電動機(也可稱之為電動發電機)替換交流發電機50也可實現本發明。也就是說，也可適當地僅選擇能夠施加驅動車輛或啟動發動機所需的轉矩的發電電動機。
盡管已詳細地描述并示出本發明，但是應該理解的是，所述描述和解釋僅出于解釋和示例的目的并且不應認為是限制性的，本發明的精神和保護范圍僅由所附權利要求限制。
工業應用性本發明適用于其尺寸可減小的發電電動機。
權利要求
1.一種發電電動機，它包括包括與多個相相對應設置的多個線圈(51-53)并且實現作為發電電動機的功能的電機(50)；和控制所述電機(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線圈(51-53)相對應設置并且并聯連接在正母線(L1)與負母線(L2)之間的多個臂(23-25)，和與所述多個臂(23-25)并聯連接在所述正母線(L1)與所述負母線(L2)之間的第一齊納二極管(21)，并且所述多個臂(23-25)中的每一個臂包括串聯連接在所述正母線(L1)與所述負母線(L2)之間的第一和第二開關元件(Tr1、Tr3、Tr5；Tr2、Tr4、Tr6)，和與所述第二開關元件(Tr2、Tr4、Tr6)并聯連接在所述第一開關元件(Tr1、Tr3、Tr5)與所述負母線(L2)之間的第二齊納二極管(DT1-DT3)。
2.根據權利要求1所述的發電電動機，其特征在于，所述控制電路(20)以與所述電機(50)成一體的方式設置。
3.根據權利要求1所述的發電電動機，其特征在于，所述電機(50)啟動安裝在車輛上的發動機(110)或者通過所述發動機(110)的轉動力發電。
4.根據權利要求1所述的發電電動機，其特征在于，它還包括向包含在所述控制電路(20)中的多個第一開關元件和第二開關元件(Tr1、Tr3、Tr5；Tr2、Tr4、Tr6)輸出控制信號的電子控制單元(27-30)，并且所述第一齊納二極管(21)設置在所述電子控制單元(27-30)附近。
5.根據權利要求1所述的發電電動機，其特征在于，它還包括比所述第一齊納二極管(21)的正側連接位置更靠近直流電源(10)設置的熔斷器(FU1)。
6.一種發電電動機，它包括包括轉子(55)和定子(56、57)并且實現作為發電電動機的功能的電機(50)；設置在所述電機(50)的端面上以形成圍繞所述電機(50)的轉動軸的基本U形的第一和第二電極板(81、82A-82C)；控制供應給所述定子(56、57)的電流的多相開關元件組(Tr1-Tr6)；和控制所述多相開關元件組(Tr1-Tr6)的控制電路(26、70)；其中，所述控制電路(27、70)設置在沿與所述第一和第二電極板(81、82A-82C)的面內方向相同的方向設置在基本U形凹口中的陶瓷基板(84)上。
7.根據權利要求6所述的發電電動機，其特征在于，所述控制電路(27、70)是樹脂模制的。
8.根據權利要求6所述的發電電動機，其特征在于，它還包括保護所述多相開關元件組(Tr1-Tr6)不受沖擊的齊納二極管(21)，并且所述齊納二極管(21)設置在所述凹口中。
9.根據權利要求6所述的發電電動機，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給所述多相開關元件組(Tr1-Tr6)的電容元件(22)，并且所述電容元件(22)設置在所述陶瓷基板(84)與所述第二電極板(82A-82C)之間。
10.根據權利要求6所述的發電電動機，其特征在于，它還包括控制供應給與所述定子(56、57)不同的勵磁線圈(54)的電流的勵磁線圈控制單元(40)，并且所述勵磁線圈控制單元(40)設置在所述陶瓷基板(84)上。
11.根據權利要求6所述的發電電動機，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)設置在相同平面內。
12.一種發電電動機，它包括實現作為發電電動機的功能的電機(50)；控制供應給所述電機(50)的電流的多個開關元件(Tr1-Tr6)；和連接所述多個開關元件(Tr1-Tr6)的匯流條(81、82A-82C、83)；其中，所述匯流條(81、82A-82C、83)的面積與所述開關元件(Tr1-Tr6)的面積的比率至少為五。
13.根據權利要求12所述的發電電動機，其特征在于，它還包括設置在所述匯流條(81、82A-82C、83)與所述開關元件(Tr1-Tr6)之間并且吸收所述匯流條(81、82A-82C、83)與所述開關元件(Tr1-Tr6)之間的熱膨脹差的緩沖材料(812)。
14.根據權利要求12所述的發電電動機，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.根據權利要求12所述的發電電動機，其特征在于，所述匯流條(81、82A-82C、83)是由銅制成的。
16.根據權利要求12所述的發電電動機，其特征在于，所述匯流條(81、82A-82C、83)設置在所述電機(50)的端面上并且具有弧形形狀。
17.根據權利要求12所述的發電電動機，其特征在于，所述匯流條(81、82A-82C、83)包括構成電源線的第一匯流條(81)，與所述電機(50)的線圈(51-53)相連接的第二匯流條(82A-82C)，以及構成接地線的第三匯流條(83)，所述多個開關元件(Tr1-Tr6)包括設置在所述第一匯流條(81)上的多個第一開關元件(Tr1、Tr3、Tr5)和設置在所述第二匯流條(82A-82C)上的多個第二開關元件(Tr2、Tr4、Tr6)，并且所述發電電動機(101)還包括將所述多個第一開關元件(Tr1、Tr3、Tr5)連接到所述第二匯流條(82A-82C)的多個第一平面電極(91、93、95)，和將所述多個第二開關元件(Tr2、Tr4、Tr6)連接到所述第三匯流條(83)的多個第二平面電極(92、94、96)。
全文摘要
本發明涉及發電電動機。該發電電動機(100)包括設置在電機(50)的端面上的控制電路(20)。控制電路(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)并聯連接在正母線(L1)與負母線(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H02K19/16GK1695287SQ0382473
公開日2005年11月9日 申請日期2003年9月9日 優先權日2002年10月28日
發明者久須美秀年 申請人:豐田自動車株式會社