专利名称：发电电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现用作发电机和电动机功能的发电电动机，所述发电电动机尺寸可减小。
背景技术：
日本专利公开No.2-266855公开了一种实现作为启动安装在车辆上的发动机的三相电动机功能和作为用于为电池充电的三相交流发电机的启动(起动)器发电机。
参照图14，日本专利公开No.2-266855中所公开的启动器充电器300包括电机单元301和驱动单元302。电机单元301包括定子和转子。驱动单元302设在电机单元301的端面301A上。驱动单元302包括圆柱形元件302A和电源单元302B。电源单元302B形成在圆柱形元件302A的表面上。也就是说，电源单元302B沿垂直于圆柱形元件302A的径向方向303的方向以及沿电机单元301的转动轴301B的纵向方向304设置。
电源单元302B向包含在电机单元301中的线圈提供电流并驱动单元302以使得转子输出指定转矩。当电机单元301中的转子由于发动机的转动力而转动时，三个定子中所感应的交流电压被转换为直流电压，从而使得电池被充电。
这样，电源单元302B设在电机单元301的端面301A上，并且作为电动机或发电机驱动电机单元301。
日本专利公开No.63-202255公开了一种用于启动安装在车辆上的发动机和用于为电池充电的启动器充电器。图15是日本专利公开No.63-202255中所公开的启动器充电器的电路图。参照图15，启动器充电器400包括电池310、按键开关320、电压调整器330、励磁线圈(磁场线圈)340、曲轴转角检测器350、电枢电流切换电路360、以及电枢线圈380。
电池310输出直流电压。在启动发动机(未示出)时按键开关320与e端子侧相连接，而在发动机启动之后按键开关320与d端子侧相连接。
电压调整器330包括电阻(器)331-333、齐纳(稳压，Zener)二极管334、晶体管335、337、以及飞轮(flywheel)二极管336。电阻331、332串联连接在电池310的正母线PLE与接地节点GND之间。
电阻333和晶体管335串联连接在按键开关320的d端子与接地节点GND之间。晶体管335具有连接于电阻333和晶体管337的底基极的集电极、连接于接地节点GND的发射极、以及连接于齐纳二极管334的底基极。
齐纳二极管334连接在节点N1与晶体管335的底基极之间。续流二极管336和晶体管337串联连接在正母线PLE与接地节点GND之间。晶体管337具有连接于励磁线圈340的一端的集电极、连接于接地节点GND的发射极、以及连接于晶体管335的集电极的底基极。
续流二极管336吸收当晶体管337打开或关闭时所产生的冲击(浪涌)。
励磁线圈340具有连接于晶体管337的集电极的一端和连接于电池310的正母线PLE的另一端。
在这种电路结构下，电压调整器330在发电状态下检测从电池310中输出的直流电压，并且调整流过励磁线圈340的励磁电流以便于将检测的直流电压的电压值保持在指定值下。
曲轴转角检测器350检测电枢线圈380的各个相之间的曲轴转角，并且将所检测的曲轴转角输出到电枢电流切换电路360。
电枢电流切换电路360包括电流切换控制电路361、N型MOS晶体管362-367、以及齐纳二极管368-373。电流切换控制电路361与按键开关320的e端子相连接，并且从曲轴转角检测器350中接收曲轴转角。电流切换控制电路361由来自于e端子的直流电压驱动以便于基于曲轴转角产生用以接通/切断N型MOS晶体管362-367的信号，并且向每个N型MOS晶体管362-367输出所产生的信号。
N型MOS晶体管362、363串联连接在正母线PLE与接地节点GND之间。N型MOS晶体管364、365串联连接在正母线PLE与接地节点GND之间。N型MOS晶体管366、367串联连接在正母线PLE与接地节点GND之间。
N型MOS晶体管362、363与N型MOS晶体管364、365和N型MOS晶体管366、367并联连接在正母线PLE与接地节点GND之间。另外，N型MOS晶体管362、364、366具有与正母线PLE相连接的相应漏极端子，以及具有分别与N型MOS晶体管363、365、367的漏极端子相连接的源极端子。而且，N型MOS晶体管363、365、367具有分别与N型MOS晶体管362、364、366的源极端子相连接的漏极端子，并且具有与接地节点GND相连接的相应源极端子。
N型MOS晶体管362与N型MOS晶体管363之间的节点N2、N型MOS晶体管364与N型MOS晶体管365之间的节点N3、以及N型MOS晶体管366与N型MOS晶体管367之间的节点N4分别与电枢线圈380的不同相相连接。
齐纳二极管368与N型MOS晶体管362并联连接在正母线PLE与节点N2之间。齐纳二极管369与N型MOS晶体管363并联连接在节点N2与接地节点GND之间。
齐纳二极管370与N型MOS晶体管364并联连接在正母线PLE与节点N3之间。齐纳二极管371与N型MOS晶体管365并联连接在节点N3与接地节点GND之间。
齐纳二极管372与N型MOS晶体管366并联连接在正母线PLE与节点N4之间。齐纳二极管373与N型MOS晶体管367并联连接在节点N4与接地节点GND之间。
在这样一种电路结构下，电枢电流切换电路360切换从电池310中流入到电枢线圈380中的直流电流。
当发动机启动时，按键开关320与e端子相连接。电枢电流切换电路360基于来自于曲轴转角检测器350的曲轴转角接通/切断N型MOS晶体管362-367，并且切换从电池310中流入到电枢线圈380中的直流电流，以便于启动发动机。
在发动机启动之后，按键开关320与d端子相连接，并且N型MOS晶体管362-367都关闭。启动器充电器300作为发电机工作，并且电压调整器330调整供给到励磁线圈340的电流以便于将来自于电池310的直流电压的电压值设定为指定值。电枢线圈380所产生的电力通过齐纳二极管368-373被直流转换以便于为电池310充电。
这样，在启动发动机的过程中启动器充电器300启动发动机，并且在发动机启动之后启动器充电器300作为发电机工作。即使在切断负荷的过程中所产生的冲击或在发动机的点火系统中所产生的冲击被施加于电枢电流切换电路360，所施加的冲击流过齐纳二极管368-373。因此，N型MOS晶体管362-367被齐纳二极管368-373保护。
然而，在传统启动器发电机中，当假定转动轴为中心时电源单元沿垂直于径向方向的方向以及沿转动轴的纵向方向设置。因此，难于实现用以控制电动机的驱动的控制电路的更小尺寸。
另外，传统启动器发电机还不能充分地冷却电源单元。
而且，在传统启动器发电机中，驱动包含励磁线圈和电枢线圈的电动机的控制电路包括六个开关元件和被设置成与六个开关元件相对应的六个齐纳二极管。因此，如果用以驱动电动机的控制电路设在交流发电机的端部处，不能将控制电路的总体尺寸制造得更小。
发明内容
根据上述描述，本发明的一个目的是提供一种包括小型控制电路的发电电动机。
本发明的另一个目的是提供一种包括占据更小空间的控制电路的发电电动机。
本发明的另一个目的是提供一种实现用以冷却开关元件的效应的发电电动机。
根据本发明，发电电动机包括电机和控制电路。所述电机包括与多个相相对应设置的多个线圈并且实现作为发电电动机的功能。所述控制电路控制所述电机。
所述控制电路包括多个臂和第一齐纳二极管。所述多个臂被设置成分别与多个线圈相对应并且并联连接在正母线与负母线之间。第一齐纳二极管与多个臂并联连接在正母线与负母线之间。
多个臂中的每一个包括第一和第二开关元件和第二齐纳二极管。第一和第二开关元件串联连接在正母线与负母线之间。第二齐纳二极管与第二开关元件并联连接在第一开关元件与负母线之间。
优选地，所述控制电路以与电机成一体的方式设置。
优选地，所述电机启动安装在车辆上的发动机或者通过发动机的转动力发电。
优选地，所述发电电动机还包括电子控制单元。所述电子控制单元向包含在所述控制电路中的多个第一和第二开关元件输出控制信号。第一齐纳二极管设置在所述电子控制单元附近。
优选地，所述发电电动机还包括熔断器。所述熔断器被设置成比第一齐纳二极管的正侧连接位置更靠近于直流电源。
根据本发明，发电电动机包括电机、多相开关元件组、控制电路、以及第一和第二电极板。所述电机包括转子和定子，并且实现作为发电电动机的功能。所述多相开关元件组控制供应给定子的电流。所述控制电路控制所述多相开关元件组。第一和第二电极板设置在所述电机的端面上以形成围绕电机的转动轴的基本U形。所述控制电路设置在沿与第一和第二电极板的面内方向相同的方向设置在基本U形凹口中的陶瓷基板上。
优选地，所述控制电路是树脂模制的。
优选地，所述发电电动机还包括齐纳二极管。所述齐纳二极管保护多相开关元件组不受冲击。所述齐纳二极管设置在凹口中。
优选地，所述发电电动机还包括电容元件。所述电容元件使来自于直流电源的直流电压平滑并且将平滑的直流电压供应给所述多相开关元件组。所述电容元件设置在陶瓷基板与第二电极板之间。
优选地，所述发电电动机还包括励磁线圈控制单元。所述励磁线圈控制单元控制供给到与定子不同的励磁线圈的电流。所述励磁线圈控制单元设置在陶瓷基板上。
优选地，从陶瓷基板延伸到第一和第二电极板的引线框架以及第一和第二电极板设置在相同平面内。
根据本发明，发电电动机包括电机、多个开关元件、以及汇流条。所述电机实现作为发电机和/或电动机的功能。所述多个开关元件控制供应给所述电机的电流。所述汇流条连接所述多个开关元件。所述汇流条的面积与所述开关元件的面积的比率为五或更大。
优选地，发电电动机还包括缓冲材料。所述缓冲材料设置在所述汇流条与所述开关元件之间并且吸收所述汇流条与所述开关元件之间的热膨胀差。
优选地，所述缓冲材料是由铜基或铝基材料制成的。
优选地，所述汇流条是由铜制成的。
优选地，所述汇流条设置在所述电机的端面上并且具有弧形形状。
优选地，所述汇流条包括第一到第三汇流条。第一汇流条构成电源线。第二汇流条与所述电机的线圈相连接。第三汇流条构成接地线。多个开关元件包括多个第一开关元件和多个第二开关元件。多个第一开关元件设置在第一汇流条上。多个第二开关元件设置在第二汇流条上。发电电动机还包括第一和第二平面电极。第一平面电极将多个第一开关元件连接到第二汇流条。第二平面电极将多个第二开关元件连接到第三汇流条。
根据本发明的发电电动机，第一齐纳二极管保护包含在多个臂中的相应一个臂中的第一开关元件。也就是说，根据本发明的发电电动机，一个齐纳二极管保护多个开关元件。
因此，根据本发明，用以控制电机的控制电路可被制造得更小。因此，控制电路可设置在电机的端面上。
另外，根据本发明的发电电动机，用以控制实现发电机或电动机功能的电机的驱动的控制电路沿与设置在所述电机端面上的第一和第二电极板的面内方向相同的方向设置。控制电路设置在第一和第二电极板中的基本U形凹口内。
因此，根据本发明，可减小控制电路所占据的面积。
而且，根据本发明的发电电动机，用以控制供给到所述电机的定子的电流的多个开关元件被固定于所述汇流条，其中插有由与所述汇流条相同的材料构成的缓冲材料。然后，多个开关元件中产生的热量通过所述缓冲材料或通过所述缓冲材料与平面电极两者被传输到所述汇流条。
而且，根据本发明的发电电动机，所述汇流条的面积与用以控制供给到所述电机的定子的电流的所述开关元件的面积之间的比率被设定得不小于5。
因此，根据本发明，所述开关元件可被有效地冷却。
从以下结合附图所描述的详细描述中可更加明白本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点。
图1是本发明所涉及的发电电动机的平面图；图2A是图1中所示的MOS晶体管Tr1的平面图；图2B是图1中所示的MOS晶体管Tr1和电极板81、82A的横截面图；图3是沿图1中所示的线III-III所截的横截面图；图4是沿图1中所示的线III-III所截的另一个横截面图；图5是图1中所示的MOS晶体管Tr1的面积的横截面图；图6是示出固定MOS晶体管的传统方法的横截面图；图7是用于计算电极板的面积与MOS晶体管的面积之间的比率的平面图；
图8示出元件温度上升与汇流条面积/元件面积之间的关系；图9是图1中所示的发电电动机与电池的电路框图；图10是本发明所涉及的发电电动机的另一个平面图；图11A是图10中所示的MOS晶体管Tr1的平面图；图11B是图10中所示的MOS晶体管Tr1和电极板81、82A的横截面图；图12示出图10中所示的MOS晶体管Tr1-Tr6的温度上升与汇流条面积/元件面积之间的关系；图13是包括图1中所示的发电电动机的发动机系统的示意性框图；图14是传统启动器发电机的透视图；以及图15是传统启动器充电器电路的电路图。
具体实施例方式
在以下描述中，将参照附图详细描述本发明的实施例。应该注意的是，在附图中相同的附图标记代表相同或相应的部件，并且将不重复对其的描述。
参照图1，本发明所涉及的发电电动机100包括齐纳二极管21、DT1-DT3、MOS晶体管Tr1-Tr6、电源26、MOS驱动器27、交流发电机50、常规IC70、电极板81、82A-82C、83、基板84、端子84A-84D、以及配线85A-85D、86A-86D。
在以下描述中，将假定发电电动机100安装在使用称作“eco-run(经济工况运转)”(经济行驶系统或怠速停止(idle stop)系统)的汽车上，其中发动机被控制以便于在车辆停止时自动停止并且在车辆重新启动时自动启动。
电极板81、82A-82C、83和基板84形成在交流发电机50的端面上。电极板81、82A-82C是用铜(Cu)制成的。电极板81具有基本U形(在下文中，也称之为“弧形”)，并且设在交流发电机50的转动轴50A周围。电极板82A-82C以围绕电极板81的方式设在电极板81的外侧。电极板82A-82C以相互之间具有预定间隔的方式设置。电极板83设置在距离转动轴50A与电极板82A-82C与转动轴50A之间的距离基本相同距离的位置处。一部分电极板83设置在电极板82A-82C下面。基板84沿与电极板81、82A-82C、83的面内方向相同的方向设置在电极板81中的基本U形凹口内。
MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5设置在电极板81上，MOS晶体管Tr2和齐纳二极管DT1设置在电极板82A上，MOS晶体管Tr4和齐纳二极管DT2设置在电极板82B上，MOS晶体管Tr6和齐纳二极管DT3设置在电极板82C上。
MOS晶体管Tr1具有与电极板81相连接的漏极和与电极板82A相连接的源极。MOS晶体管Tr2具有与电极板82A相连接的漏极和与电极板83相连接的源极。齐纳二极管DT1的一个端子与电极板82A相连接而另一个端子与电极板83相连接。电极板82A与交流发电机50的U相线圈的一端51A相连接。
MOS晶体管Tr3具有与电极板81相连接的漏极和与电极板82B相连接的源极，MOS晶体管Tr4具有与电极板82B相连接的漏极和与电极板83相连接的源极。齐纳二极管DT2的一个端子与电极板82B相连接而另一个端子与电极板83相连接。电极板82B与交流发电机50的V相线圈的一端52A相连接。
MOS晶体管Tr5具有与电极板81相连接的漏极和与电极板82C相连接的源极。MOS晶体管Tr6具有与电极板82C相连接的漏极和与电极板83相连接的源极。齐纳二极管DT3的一个端子与电极板82C相连接而另一个端子与电极板83相连接。电极板82C与交流发电机50的W相线圈的一端53A相连接。
因此，MOS晶体管Tr1、Tr2经由电极板82A串联连接在电极板81与83之间。而且，MOS晶体管Tr3、Tr4经由电极板82B串联连接在电极板81与83之间。而且，MOS晶体管Tr5、Tr6经由电极板82C串联连接在电极板81与83之间。电极板82A-82C分别与交流发电机50的U相线圈、V相线圈和W相线圈相连接。
基板84由陶瓷基板构成。电源26、常规IC70、MOS驱动器27以及端子84A-84D设置在基板84上。电源26、常规IC70和MOS驱动器27被树脂模制在基板84上。
端子84A经由配线85A接收信号M/G并且将所接收的信号M/G输出到常规IC70。端子84B经由配线85B接收信号RLO并且将所接收的信号RLO输出到常规IC70。端子84C经由配线85C接收信号CHGL并且将所接收的信号CHGL输出到常规IC70。端子84D经由配线85D接收从电池10中输出的直流电压并且将所接收的直流电压供应到电源26。
在从基板84到电极板81、82A-82C的配线中，配线86A-86F沿围绕转动轴50A的圆周设置在转动轴50A与电极板81之间的空间中。之后，配线86B在点C处弯曲，并且延伸到电极板81下面以到达电极板82A。配线86D在点D处弯曲，并且延伸到电极板81下面以到达电极板82B。而且，配线86F在点E处弯曲，并且延伸到电极板81下面以到达电极板82C。
MOS驱动器27分别经由配线86A-86F向MOS晶体管Tr1-Tr6的栅极(栅极)输出控制信号。
齐纳二极管21设置在基板84与电极板81、83之间的空间中，并且连接在电极板81与83之间。电容器22设置在基板84与电极板81、82C、83之间的空间中，并且连接在电极板81与83之间。
电极板81实现稍后将描述的正母线的功能，并且其一端连接于端子87。电极板81经由端子87接收从直流电源中输出的直流电压。电极板83实现稍后将描述的负母线的功能。
图2A是图1中所示的MOS晶体管Tr1的平面图，而图2B是图1中所示的MOS晶体管Tr1和电极板81、82A的横截面图。参照图2A和图2B，MOS晶体管Tr1包括栅极G、源极S和漏极D。栅极G与配线86A相连接。源极S被设置成与栅极G相邻，并且经由配线GL与电极板82A相连接。因此，为了有助于经由配线GL分别将栅极G和源极S与配线86A和电极板82A连接，MOS晶体管Tr1被设置成使得栅极G被定向于转动轴50A的一侧而使得源极S被定向于电极板82A的一侧。漏极D与电极板81相连接。
每个MOS晶体管Tr2-Tr6都以与MOS晶体管Tr1相似的方式包括栅极G、源极S和漏极D，并且其设置也是相同的。
在诸如MOS晶体管Tr1-Tr6等大功率元件中，在许多情况中，栅极G设置在沿如上所述的元件的周向部分的一侧的中心部分中，以使得来自于所述元件的外侧的信号输出线的长度最小化，从而使得用作输出端子的焊盘尽可能地大。
因此，如果MOS晶体管Tr1-Tr6的漏极D设置在元件的背面上，来自于源极S的配线GL被设置成使得它从与栅极G所在一侧相对的一侧中拉出。
如果MOS晶体管Tr1-Tr6设置在电极板81、82A、82B、82C上，为了实现配线86A、86B、86C、86D、86E、86F、GL的更短长度，MOS晶体管Tr1-Tr6应被设置成使得栅极G被定向于转动轴50A的一侧而使得源极S被定向于外周侧。
这样，MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5构成用以控制供给到交流发电机50的每个相的线圈的电流的逆变器的上臂，而MOS晶体管Tr2、Tr4、Tr6构成用以控制供给到交流发电机50的每个相的线圈的电流的逆变器的下臂。因此，鉴于MOS晶体管Tr1-Tr6的设置方向，从冷却MOS晶体管Tr1-Tr6的改进效率(将MOS晶体管Tr1-Tr6设置在交流发电机50的端面上的内侧部中用于通过从外部吸入交流发电机50中的空气流冷却MOS晶体管Tr1-Tr6)或配线86A、86B、86C、86D、86E、86F、GL的更短长度的观点来看，将电极板81设置在最内侧部中而将电极板82A、82B、82C、83设置在电极板81外侧是最理想的。
另外，由于电极板83构成负母线并且还可与交流发电机50的盖子或框架相连接以便接地，可有效地将电极板83设置在最外侧上。
为此，将电极板81设置在最内侧部中，而将电极板82A、82B、82C、83设置在电极板81的外侧。
图3示出沿图1中所示的线III-III所截的横截面所看到的交流发电机50的横截面结构。参照图3，转子55被固定于转动轴50A，并且转子线圈54缠绕在转子55周围。定子56、57被固定在转子55的外侧上，U相线圈51缠绕在定子56周围、V相线圈52缠绕在定子57周围。在图3中，未示出具有W相线圈缠绕的定子。
转动轴50A的一端连接于带轮160，所述带轮160通过皮带将交流发电机50所产生的转矩传输到发动机的曲轴或辅助机器并且转而将发动机的曲轴的转动力传输到转动轴50A。
电极板81、83以围绕转动轴50A的方式设置在与连接于带轮160的转动轴50A的一端相对的一侧上的另一端上。电刷58被设置成与转动轴50A相接触。基板84设置在转动轴50A上方，并且电容器22设置在基板84的前面。
MOS晶体管40设在与电容器22相对的一侧上，电极板81位于它们之间。MOS晶体管40的漏极连接于电极板81而源极连接于转子线圈54。当交流发电机50发电时，根据转子线圈54中流动的转子电流确定发电量。因此，MOS晶体管40为转子线圈54供以交流发电机50产生指定电力量所需的转子电流。
这样，当从方向B看过去时，用以控制确定发电量的转子电流的MOS晶体管40设置在基板84的后侧上。
图4是示出从图1中所示的线III-III所截的横截面所看到的电极板81、82B、82C、83等的布置的横截面图。参照图4，配线86C、86E、86F设置在转动轴50A的左侧上，并且电极板81、82C、83朝向配线86C、86E、86F的外周向侧相继设置。这里，配线86C、86E、86F和电极板81、82C设置在相同平面内。电极板83设置在配线86C、86E、86F和电极板81、82C的下面，并且电极板83与电极板82C局部重叠。
配线86D和电极板81、82B、83相继设置在转动轴50A的右侧上。一部分配线86D和电极板81、82B设置在相同平面内。电极板83设置在一部分配线86D和电极板81、82B的下面，并且电极板83与电极板82B局部重叠。MOS晶体管Tr4设置在电极板82B上。配线86D设置在转动轴50A与电极板81之间以便围绕转动轴50A直到它到达点D(见图1)。在配线86D在点D处弯曲以后，它延伸到电极板81下面并且与MOS晶体管Tr4的栅极相连接。
图5是图1中所示的MOS晶体管Tr1设置于其中的区域的横截面图。参照图5，通过焊料811将缓冲材料812粘附于电极板81。之后，通过焊料813将MOS晶体管Tr1粘附于缓冲材料812。缓冲材料812是用铜(Cu)或诸如铜钼合金或铜钨合金等铜基材料制成的，并且具有从0.1-2.0mm范围内的厚度。也就是说，缓冲材料812是用与电极板81相同的材料制成的。焊料811、813是无铅的，Ag-Cu-Sn基焊料。缓冲材料812吸收电极板81与MOS晶体管Tr1之间的热膨胀差。因此，即使由于MOS晶体管Tr1的操作导致温度上升并且电极板81与MOS晶体管Tr1膨胀，缓冲材料812也防止MOS晶体管Tr1与电极板81相分离。
参照图6，常规上，MOS晶体管Tr1的安装部已由DBC(直接接合铜，Direct Bond Copper)820和由AlSi/CuMo等制成的散热器(heat sink)830构成。DBC820是具有铜(Cu)822、823被形成在陶瓷821两侧上的这样一种横截面结构的绝缘基板。MOS晶体管Tr1已设置在散热器830上，DBC820被插在其中。或者，MOS晶体管Tr1已设置在散热器830上，用铝(Al)取代DBC820中的铜(Cu)形成的DBA(直接接合铝，Direct Bond Aluminum)被插在其中。由于陶瓷821是绝缘体，因此当MOS晶体管Tr1以所述方式设置在散热器830上时，MOS晶体管Tr1中所产生的热量不太可能传输到散热器830。因此，MOS晶体管Tr1未被充分地冷却。
与之相反，如图5中所示的，当使用由与电极板81相同的材料制成的缓冲材料812将MOS晶体管Tr1直接设置在电极板81上时，仅仅金属存在于MOS晶体管Tr1与电极板81之间。另外，缓冲材料812和电极板81具有高于由硅(Si)制成的MOS晶体管Tr1的热传导性。因此，MOS晶体管Tr1中所产生的热量易于传输到用作散热器的电极板81，因此，MOS晶体管Tr1被有效地冷却。
这样，本发明的特征在于，MOS晶体管Tr1设在电极板81上，缓冲材料812被插在其中，缓冲材料812是由与电极板81相同的材料制成的或者是由相似类型的金属制成的。当缓冲材料812是由与电极板81相同的材料制成的或者是由相似类型的金属制成的时，其厚度很关键。具体地说，其厚度应设定在如上所述的0.1-2.0mm范围内，从而起到缓冲材料的作用。
缓冲材料812也可不是由与电极板81相同的材料制成的。例如，缓冲材料812可取代铜(Cu)由铝(Al)制成。另外，缓冲材料812可由铝基材料制成。在这种情况下，缓冲材料812也具有0.1-2.0mm范围内的厚度。
MOS晶体管Tr2-Tr6也以与MOS晶体管Tr1相似的方式固定在电极板81、82A-82C上。
参照图7和图8，将描述MOS晶体管Tr1-Tr6的面积与电极板81、82A-82C的面积之间的比率。参照图7，交流发电机50的转动轴50A的中心表示为O，并且由电极板81的两端与中心O限定的角度表示为θ1。另外，由电极板82A的两端与中心O限定的角度表示为θ2。
电极板81的内径表示为D1、而电极板81的外径表示为D2。由于电极板82A-82C以与电极板81相似的方式设置成弧形(也称作“U形”)，电极板82A的内径表示为D3、而电极板82A的外径表示为D4。
在本实施例中，建立MOS晶体管Tr1-Tr6的面积与电极板81、82A-82C的面积之间的比率，当MOS晶体管Tr1-Tr6具有固定为3平方毫米的尺寸时，内径D1固定为40mm、外径D2固定为70mm、内径D3固定为75mm、外径D4固定为120mm，角度θ1在80°-150°的范围内变化，而角度θ2在70°-90°的范围内变化，并且MOS晶体管Tr1-Tr6的温度不高于容许界限(容许极限)。
表1示出当角度θ1设定为84°并且角度θ2设定为78°时电极板81、82A的面积以及MOS晶体管Tr1、Tr2与电极板81、82A之间的面积比率。
(mm2)
(mm2) (倍数)
在表1中，“正极”表示电极板81，而正极的面积520mm2表示电极板81相对于一个MOS晶体管Tr1的面积。这里，正极的面积520mm2相当于电极板81总面积的1/3。
这里，三个MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5设置在电极板81上。因此，除非使用通过用电极板81总面积乘以1/3所获得的面积，否则就不能获得电极板的面积与一个MOS晶体管的面积之间的精确比率。
表1中的“U相”表示电极板82A。
MOS晶体管Tr3、Tr5的面积与电极板81的面积之间的比率等于通过表1中的正极所示的数值。MOS晶体管Tr4的面积与电极板82B的面积之间的比率以及MOS晶体管Tr6的面积与电极板82C的面积之间的比率等于通过表1中的U相所示的数值。
使用上述数值计算电极板81、82A-82C的面积。如果电极板81的面积是MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5面积的6.4倍，MOS晶体管Tr1-Tr6的温度不高于容许界限。
通过从135°减小角度θ1，电极板81的面积变得更大。同时，通过从75°增大角度θ2，电极板82A的面积变得更大。
因此，通过改变角度θ1、θ2以改变电极板81、82A-82C的面积，检查MOS晶体管的面积与电极板的面积的比率与MOS晶体管Tr1-Tr6的温度之间的关系。
图8示出MOS晶体管Tr1-Tr6的温度上升与汇流条面积/元件面积之间的关系。在图8中，纵座标表示元件温度上升，而横坐标表示汇流条面积/元件面积。这里，汇流条面积表示电极板81、82A-82C的面积。另外，曲线k1表示过渡状态，即，电机运转状态，而曲线k2表示发电运转状态。
参照图8，MOS晶体管Tr1-Tr6在曲线k1所表示的电机运转状态中的温度上升大于在曲线k2所表示的发电运转状态中的温度上升。因此，在本发明中，MOS晶体管Tr1-Tr6的面积与电极板81、82A-82C的面积被确定得可获得这样一个面积比率，所述面积比率不小于其中元件中的温度上升不超过相对于k1的容许界限的面积比率。换句话说，MOS晶体管Tr1-Tr6的面积与电极板81、82A-82C的面积被确定得使得面积比率(＝汇流条面积/元件面积)不小于6。
这样，MOS晶体管Tr1-Tr6中所产生的热量通过缓冲材料812传输到电极板81、82A-82C，并且MOS晶体管Tr1-Tr6被冷却以使得MOS晶体管Tr1-Tr6中的温度上升不超过容许界限。
图9是发电电动机100和电池10的电路框图。控制电路20包括设置在基板84与电极板81、83之间的齐纳二极管21；设置在基板84与电极板81、82C、83之间的电容器22；设置在电极板81上的MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5；分别设置在电极板82A-82C上的MOS晶体管Tr2、Tr4、Tr6；设置在基板84上的电源26、MOS驱动器27、常规IC70、MOS晶体管40以及二极管41。
MOS晶体管Tr1、Tr2构成U相臂23；MOS晶体管Tr3、Tr4构成V相臂24；以及MOS晶体管Tr5、Tr6构成W相臂25。
常规IC70由同步整流器28和控制单元29、30构成。转动角传感器60包含在交流发电机50中。
交流发电机50包括U相线圈51、V相线圈52、W相线圈53以及转子线圈54。U相线圈51的一端51A与MOS晶体管Tr1和MOS晶体管Tr2之间的结点N1相连接。V相线圈52的一端52A与MOS晶体管Tr3和MOS晶体管Tr4之间的结点N2相连接。W相线圈53的一端53A与MOS晶体管Tr5和MOS晶体管Tr6之间的结点N3相连接。
熔断器FU1连接在电池10的正极与控制电路20之间。也就是说，熔断器FU1设置在的电池10的一侧上，而不是设置在齐纳二极管21的一侧上。这样，通过将熔断器FU1设置在电池10的一侧上而不是设置在齐纳二极管21的一侧上，不再需要过载电流的检测并且可减小控制电路20的尺寸。熔断器FU2连接在电池10的正极与电源26之间。
齐纳二极管21和电容器22并联连接在正母线L1与负母线L2之间。
U相臂23、V相臂24以及W相臂25并联连接在正母线L1与负母线L2之间。U相臂23由MOS晶体管Tr1、Tr2和齐纳二极管DT1构成。MOS晶体管Tr1、Tr2串联连接在正母线L1与负母线L2之间。MOS晶体管Tr1具有与正母线L1相连接的漏极和与结点N1相连接的源极。MOS晶体管Tr2具有与结点N1相连接的漏极和与负母线L2相连接的源极。齐纳二极管DT1与MOS晶体管Tr2并联连接在结点N1与负母线L2之间。
V相臂24由MOS晶体管Tr3、Tr4和齐纳二极管DT2构成。MOS晶体管Tr3、Tr4串联连接在正母线L1与负母线L2之间。MOS晶体管Tr3具有与正母线L1相连接的漏极和与结点N2相连接的源极。MOS晶体管Tr4具有与结点N2相连接的漏极和与负母线L2相连接的源极。齐纳二极管DT2与MOS晶体管Tr4并联连接在结点N2与负母线L2之间。
W相臂25由MOS晶体管Tr5、Tr6和齐纳二极管DT3构成。MOS晶体管Tr5、Tr6串联连接在正母线L1与负母线L2之间。MOS晶体管Tr5具有与正母线L1相连接的漏极和与结点N3相连接的源极。MOS晶体管Tr6具有与结点N3相连接的漏极和与负母线L2相连接的源极。齐纳二极管DT3与MOS晶体管Tr6并联连接在结点N3与负母线L2之间。
齐纳二极管40连接在电池10的正极与结点N4之间。二极管41连接在结点N4与接地结点GND之间。
这里，分别与MOS晶体管Tr1-Tr6、40并联连接的二极管为分别形成在MOS晶体管Tr1-Tr6、40与半导体基板之间的寄生二极管。
电池10输出例如12V的直流电压。齐纳二极管21吸收正母线L1与负母线L2之间所产生的冲击电压。换句话说，当不小于预定电压级(电平)的冲击电压被施加在正母线L1与负母线L2之间时，齐纳二极管21吸收冲击电压，并且将施加于电容器22和MOS晶体管Tr1-Tr6的直流电压降低到不大于预定电压级的级别。因此，考虑到冲击电压，不需要确保电容器22的大电容和MOS晶体管Tr1-Tr6的大尺寸。因此，可减小电容器22和MOS晶体管Tr1-Tr6的尺寸。
电容器22使得输入直流电压平滑，并且将平滑的直流电压供应到U相臂23、V相臂24以及W相臂25。MOS晶体管Tr1-Tr6在栅极处接收来自于MOS驱动器27的控制信号，并且根据所接收的控制信号接通/断开。之后，MOS晶体管Tr1-Tr6通过从电容器22中供应的直流电压切换流入交流发电机50的U相线圈51、V相线圈52、W相线圈53中的直流电流，从而驱动交流发电机50。另外，MOS晶体管Tr1-Tr6根据来自于MOS驱动器27的控制信号将交流发电机50的U相线圈51、V相线圈52、W相线圈53所产生的交流电压转换为直流电压，从而为电池10充电。
当交流发电机50的U相线圈51、V相线圈52、W相线圈53分别发电时，齐纳二极管DT1-DT3防止过电压施加于MOS晶体管Tr2、Tr4、Tr6。换句话说，当交流发电机50处于发电模式下时，齐纳二极管DT1-DT3保护U相臂23、V相臂24以及W相臂25的下臂。
电源26通过熔断器FU2接收从电池10中输出的直流电压，并且将所接收的直流电压作为具有不同电压级的两个直流电压供应到MOS驱动器27。更具体地说，电源26基于从电池10中所接收的12V的直流电压产生例如5V的直流电压，并且向MOS驱动器27供应所产生的5V的直流电压和从电池10中所接收的12V的直流电压。
MOS驱动器27由从电源26中供应的5V和12V的直流电压驱动。之后，MOS驱动器27与来自于同步整流器28的同步信号同步地产生用于接通/切断MOS晶体管Tr1-Tr6的控制信号，并且将所产生的控制信号输出到MOS晶体管Tr1-Tr6的栅极。更具体地说，在交流发电机50的发电模式下，MOS驱动器27基于来自于同步整流器28的同步信号SYNG1-SYNG6产生用于接通/切断MOS晶体管Tr1-Tr6的控制信号，并且在交流发电机50的驱动模式下，MOS驱动器27基于来自于同步整流器28的同步信号SYNM1-SYNM6产生用于接通/切断MOS晶体管Tr1-Tr6的控制信号。
在接收到来自于控制单元30的信号GS的基础上，同步整流器28基于来自于控制单元29的正时(定时)信号TG1-TG6产生同步信号SYNG1-SYNG6，并且将所产生的同步信号SYNG1-SYNG6输出到MOS驱动器27。另外，在接收到来自于控制单元30的信号MS的基础上，同步整流器28基于来自于控制单元29的正时信号TM1-TM6产生同步信号SYNM1-SYNM6，并且将所产生的同步信号SYNM1-SYNM6输出到MOS驱动器27。
控制单元29从转动角传感器60中接收角度θ3、θ4、θ5，并且基于所接收的角度θ3、θ4、θ5检测包含在交流发电机50中的转子55的转数MRN。
角度θ3表示U相线圈51所产生的磁力的方向与转子线圈54所产生的磁力的方向之间的角度。角度θ4表示V相线圈52所产生的磁力的方向与转子线圈54所产生的磁力的方向之间的角度。角度θ5表示W相线圈53所产生的磁力的方向与转子线圈54所产生的磁力的方向之间的角度。角度θ3、θ4、θ5在从0°-360°的范围内周期性地变化。因此，控制单元29检测角度θ3、θ4、θ5在指定时间周期内在从0°-360°的范围内周期性地变化的次数，从而获得转数MRN。
之后，控制单元29基于角度θ3、θ4、θ5检测在交流发电机50的U相线圈51、V相线圈52、W相线圈53中感应的电压Vui、Vvi、Vwi的正时，并且产生指示MOS晶体管Tr1-Tr6的接通/切断正时的正时信号TG1-TG6，以便于基于所检测的正时将U相线圈51、V相线圈52、W相线圈53中感应的电压Vui、Vvi、Vwi转换为直流电压。
另外，控制单元29基于角度θ3、θ4、θ5和所检测的转数MRN产生指示MOS晶体管Tr1-Tr6的接通/切断正时的正时信号TM1-TM6，以使得交流发电机50用作驱动电动机。
然后控制单元29将产生的TG1-TG6、TM1-TM6输出到同步整流器28。
控制单元30从设在外部的eco-run ECU(电子控制单元)(稍后将对其进行描述)接收信号M/G、信号RLO和信号CHGL。另外，控制单元30接收施加到交流发电机50的U相线圈51、V相线圈52、W相线圈53的电压Vu、Vv、Vw。
控制单元30基于信号M/G判定交流发电机50是用作发电机还是用作驱动电动机。当控制单元30判定交流发电机50是用作发电机时，控制单元30产生信号GS并将信号GS输出到同步整流器28。另一方面，当控制单元30判定交流发电机50是用作驱动电动机时，控制单元30基于电压Vu、Vv、Vw确定供给到U相线圈51、V相线圈52、W相线圈53的电流供给方式，并且根据所确定的电流供给方式产生用于驱动交流发电机50的信号MS，以便于输出到同步整流器28。
另外，控制单元30基于信号RLO计算转子电流以使得交流发电机50产生指定电力量。控制单元30产生用于将所计算的转子电流供给到转子线圈54的信号RCT，并且将所产生的信号输出到MOS晶体管40的栅极。
而且，控制单元30基于信号CHGL判定U相臂23、V相臂24以及W相臂25中的哪个已失效。如果U相臂23、V相臂24以及W相臂25中的任何一个已失效，控制单元30停止MOS晶体管Tr1-Tr6的运转。
MOS晶体管40基于来自于控制单元30的信号RCT将从电池10中供给到转子线圈54的转子电流设定为预定值。二极管41防止电流从结点N4流到接地结点GND。这里，同步整流器28和控制单元29、30形成常规IC70。
交流发电机50作为驱动电动机运转或作为发电机运转。在处于其用作驱动电动机的驱动模式下，在发动机启动时，交流发电机50在控制电路20的控制下产生预定转矩，并且使用所产生的预定转矩启动发动机。而且，在除发动机启动以外的时间期间，交流发电机50在控制电路20的控制下产生预定转矩，并且通过所产生的预定转矩驱动配备有发电电动机100的车辆的驱动轮。另外，在除发动机启动以外的时间期间，交流发电机50使用所产生的预定转矩驱动辅助机器。
同时，在其用作发电机的发电模式下，交流发电机50根据转子线圈54中流动的转子电流产生交流电压，并且将所产生的交流电压供给到U相臂23、V相臂24以及W相臂25。
转动角传感器60检测角度θ3、θ4、θ5，并且将所检测的角度θ3、θ4、θ5输出到控制单元29。
下面将描述发电电动机100的总体操作。控制单元30基于来自于eco-run ECU的信号M/G判定交流发电机50是用作发电机还是用作驱动电动机。当控制单元30判定交流发电机50是用作发电机时，控制单元30产生信号GS并将信号GS输出到同步整流器28。控制单元30基于来自于eco-runECU的信号RLO产生信号RCT，并且将所产生的信号输出到MOS晶体管40的栅极。
然后，MOS晶体管40响应于信号RCT切换从电池10供应到转子线圈54的转子电流。发动机的转动力使得交流发电机50的转子55转动。之后，交流发电机50产生指定电力量并且将所述电力供给到U相臂23、V相臂24以及W相臂25。
另一方面，在从转动角传感器60中接收了角度θ3、θ4、θ5的基础上，控制单元29基于所接收的角度θ3、θ4、θ5通过上述方法产生正时信号TG1-TG6、TM1-TM6，并且将所产生的正时信号TG1-TG6、TM1-TM6输出到同步整流器28。
同步整流器28基于来自于控制单元30的信号GS与正时信号TG1-TG6同步地产生同步信号SYNG1-SYNG6，并且将所产生的同步信号SYNG1-SYNG6输出到MOS驱动器27。MOS驱动器27与同步信号SYNG1-SYNG6同步地产生用于接通/切断MOS晶体管Tr1-Tr6的控制信号，并且将控制信号输出到MOS晶体管Tr1-Tr6的栅极。
然后通过来自于MOS驱动器27的控制信号使得MOS晶体管Tr1-Tr6接通/切断，并且将交流发电机50产生的交流电压转换为直流电压，以便于为电池10充电。
这里，即使冲击电压被叠加在交流发电机50所产生的交流电压上，齐纳二极管DT1-DT3也可吸收冲击电压。换句话说，齐纳二极管DT1-DT3防止超过耐受电压的电压施加到MOS晶体管Tr2、Tr4、Tr6。另外，即使冲击电压被叠加在正母线L1与负母线L2之间的直流电压上，齐纳二极管21也可吸收冲击电压。换句话说，齐纳二极管21防止超过耐受电压的电压施加到MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5。
当控制单元30基于信号M/G判定交流发电机50将作为驱动电动机被驱动时，控制单元30基于电压Vu、Vv、Vw确定供给到U相臂23、V相臂24以及W相臂25的电流供给方式，并且根据所确定的电流供给方式产生用于驱动交流发电机50的信号MS，以便于输出到同步整流器28。
在从转动角传感器60中接收了角度θ3、θ4、θ5的基础上，控制单元29基于所接收的角度θ3、θ4、θ5通过上述方法产生正时信号TG1-TG6、TM1-TM6，并且将所产生的正时信号TG1-TG6、TM1-TM6输出到同步整流器28。
同步整流器28基于来自于控制单元30的信号MS与正时信号TM1-TM6同步地产生同步信号SYNM1-SYNM6，并且将所产生的同步信号SYNM1-SYNM6输出到MOS驱动器27。MOS驱动器27与同步信号SYNM1-SYNM6同步地产生用于接通/切断MOS晶体管Tr1-Tr6的控制信号，并且将控制信号输出到MOS晶体管Tr1-Tr6的栅极。
然后通过来自于MOS驱动器27的控制信号使得MOS晶体管Tr1-Tr6接通/切断，并且切换从电池10中供应到交流发电机50的U相臂23、V相臂24以及W相臂25的电流，以便于作为驱动电动机驱动交流发电机50。这样，交流发电机50在发动机启动时向发动机的曲轴供应预定转矩，并且在除发动机启动以外的时间期间，将预定转矩供给到驱动轮。另外，交流发电机50将预定转矩供给到辅助机器。
这里，通过MOS晶体管Tr1-Tr6的接通/切断，齐纳二极管21吸收在正母线L1与负母线L2之间产生的冲击电压。换句话说，齐纳二极管21防止超过耐受电压的电压施加到MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5。另外，即使MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5被切断并且冲击电压被施加于Tr2、Tr4、Tr6，齐纳二极管DT1-DT3也可吸收冲击电压。换句话说，齐纳二极管DT1-DT3防止超过耐受电压的电压施加到MOS晶体管Tr2、Tr4、Tr6。
如上所述的，MOS晶体管Tr1-Tr6设置在设在交流发电机50端面上的电极板81、82A-82C、83上。由于防止过电压施加于MOS晶体管Tr1-Tr6并且通过提供齐纳二极管21、DT1-DT3可减小MOS晶体管Tr1-Tr6的尺寸，因此这样一种设置是允许的。具体地说，由于一个齐纳二极管21保护三个MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5，因此可利用基板84和电极板81、83之间的空间设置保护三个MOS晶体管Tr1、Tr3、Tr5的齐纳二极管21。
另外，由于齐纳二极管21还防止过电压施加于电容器22，因此可减小电容器22的电容。因此，电容器22可设置在基板84和电极板81、82C、83之间的空间中。
通过这些因素减小了控制电路20的总体尺寸，并且可将控制电路20设置在交流发电机50的端面上。换句话说，取代沿交流发电机50的转动轴50A的纵向方向设置，可将控制电路20设置在与转动轴50A垂直的平面中。因此，可减小控制电路20的所占据的面积。
由于MOS晶体管Tr1-Tr6被固定于电极板81、82A-82C，缓冲材料812被插在其中，缓冲材料812由与电极板81、82A-82C相同的材料制成，或者由于MOS晶体管Tr1-Tr6的面积与电极板81、82A-82C的面积之间的比率被设定为不小于6，因此MOS晶体管Tr1-Tr6可被有效地冷却。
本发明所涉及的发电电动机可为图10中所示的发电电动机101。参照图10，在发电电动机101中，尽管取代图1中所示的发电电动机100中的引线结合(W/B)而通过平面电极91-96将MOS晶体管Tr1-Tr6连接于电极板82A-82C、83，但是发电电动机101其它方面与发电电动机100相同。
每个平面电极91-96是由铜基材料制成的，并且其厚度在0.1mm-2.0mm范围内。
平面电极91将MOS晶体管Tr1的源极连接于电极板82A。平面电极92将MOS晶体管Tr2的源极连接于电极板83。平面电极93将MOS晶体管Tr3的源极连接于电极板82B。平面电极94将MOS晶体管Tr4的源极连接于电极板83。平面电极95将MOS晶体管Tr5的源极连接于电极板82C。平面电极96将MOS晶体管Tr6的源极连接于电极板83。
图11A是图10中所示的MOS晶体管Tr1的平面图，图11B是图10中所示的MOS晶体管Tr1和电极板81、82A的横截面图。在图11A和图11B中，图2A和图2B中的配线GL由平面电极91取代，然而，图11A和图11B其它方面与图2A和图2B相同。
平面电极91将MOS晶体管Tr1的源极S连接于电极板82A。通过焊接使得平面电极91与MOS晶体管Tr1的源极S以及与电极板82A相连接。这里，使用无铅的，Ag-Cu-Sn基焊料。该焊料具有高于标准焊料两倍的热传导性。因此，MOS晶体管Tr1中所产生的热量可有效地传导到平面电极91和电极板82A，并且可增强MOS晶体管Tr1的热散逸效果。
源极S优选由Al-Ni-Au构成。这里，铝(Al)被形成得与用作用于MOS晶体管Tr1的材料的硅(Si)相接触。也就是说，通过将铝(Al)、镍(Ni)和金(Au)相继沉积在MOS晶体管Tr1(Si)上而制造源极S。这样，在将平面电极91焊接于MOS晶体管Tr1的源极S时可提高平面电极91与MOS晶体管Tr1的源极S之间的粘附。应该注意的是，也可以与源极S相似的方式用Al-Ni-Au制造栅极G。另外，可用Al-Ni制造源极S和栅极G。
另外当将平面电极92与MOS晶体管Tr2的源极S以及与电极板83相连接时，当将平面电极93与MOS晶体管Tr3的源极S以及与电极板82B相连接时，当将平面电极94与MOS晶体管Tr4的源极S以及与电极板83相连接时，当将平面电极95与MOS晶体管Tr5的源极S以及与电极板82C相连接时，以及当将平面电极96与MOS晶体管Tr6的源极S以及与电极板83相连接时，使用与将平面电极91与MOS晶体管Tr1的源极S以及与电极板82A相连接所使用的相同的焊料。此外，结合图2A和2B进行的描述在这里也是适用的。
以与MOS晶体管Tr1相似的方式，图10中所示的MOS晶体管Tr2-Tr6也分别通过平面电极92-96与电极板82B、82C、83相连接。
这样，在发电电动机101中，MOS晶体管Tr1-Tr6分别通过平面电极91-96与电极板82A、83、82B、83、82C、83相连接。
图12示出图10中所示的MOS晶体管Tr1-Tr6的温度上升与汇流条面积/元件面积之间的关系。在图12中，曲线k1、k2表示当MOS晶体管Tr1-Tr6经由配线GL与电极板82A、82B、82C、83相连接时MOS晶体管Tr1-Tr6的温度上升与汇流条面积/元件面积之间的关系，而曲线k3、k4表示当MOS晶体管Tr1-Tr6经由平面电极91-96与电极板82A、82B、82C、83相连接时MOS晶体管Tr1-Tr6的温度上升与汇流条面积/元件面积之间的关系。曲线k3表示过渡状态，即，电机运转状态，而曲线k4表示发电运转状态。针对曲线k1、k2的描述已结合图8给出。
参照图12，通过经由平面电极91将MOS晶体管Tr1-Tr6与电极板82A、82B、82C、83相连接，在电机运转状态下MOS晶体管Tr1-Tr6的温度上升可减小大约35％(见曲线k1、k3)。另外，在发电运转状态下MOS晶体管Tr1-Tr6的温度上升可减小3-6％(见曲线k2、k4)。
在元件中不大于温度上升的容许界限的区域中，MOS晶体管Tr1-Tr6的温度上升在曲线k4所示的发电运转状态下大于在曲线k3所示的电机运转状态下。因此，在本发明中，当使用平面电极91-96时，如此确定MOS晶体管Tr1-Tr6的面积与电极板81、82A-82C的面积，即，使得可获得一种面积比率，该面积比率不小于其中元件中的由曲线k4所指示的温度上升不超过容许界限的面积比率。换句话说，如此确定MOS晶体管Tr1-Tr6的面积与电极板81、82A-82C的面积，即，使得面积比率(＝汇流条面积/元件面积)不小于5。
这样，MOS晶体管Tr1-Tr6中所产生的热量通过缓冲材料812和平面电极91-96传输到电极板81、82A-82C，并且MOS晶体管Tr1-Tr6被冷却以使得MOS晶体管Tr1-Tr6中的温度上升不超过容许界限。
这样，当经由平面电极91-96分别将MOS晶体管Tr1-Tr6与电极板82A、83、82B、83、82C、83相连接时，MOS晶体管Tr1-Tr6中所产生的热量经由平面电极91-96消散。因此，当如发电电动机100中那样通过引线结合将MOS晶体管Tr1-Tr6与电极板82A-82C、83相连接时，电极板81、82A-82C的面积与MOS晶体管Tr1-Tr6的面积之间的比率应被设定得不小于6以便于冷却MOS晶体管Tr1-Tr6，从而使得MOS晶体管Tr1-Tr6中的温度上升不大于容许界限。另一方面，当如发电电动机101中那样分别通过平面电极91-96将MOS晶体管Tr1-Tr6与电极板82A-82C、83相连接时，电极板81、82A-82C的面积与MOS晶体管Tr1-Tr6的面积之间的比率可被设定为5(这小于6)以便于冷却MOS晶体管Tr1-Tr6，从而使得MOS晶体管Tr1-Tr6中的温度上升不大于容许界限。
因此，如果MOS晶体管Tr1-Tr6的面积是恒定的，通过分别使用平面电极91-96将MOS晶体管Tr1-Tr6与电极板82A-82C、83相连接可将电极板81、82A-82C的面积制造得更小。
图13示出包括图1中所示的发电电动机100的发动机系统200的框图。参照图13，发动机系统200包括电池10、控制电路20、交流发电机50、发动机110、液力变矩器120、自动变速器130、带轮140、150、160、皮带170、辅助机器172、启动器174、电动液压泵180、燃料喷射阀190、电动机210、节气门220、eco-run ECU230、发动机ECU240以及VSC(车辆稳定性控制)ECU250。
交流发电机50设置成邻近于发动机110。控制电路20设置在交流发电机50的端面上，如上所述。
发动机110由交流发电机50或启动器174启动，并且产生预定输出功率。更具体地说，根据经济行驶系统(也称作“eco-run”)在停止之后启动时通过交流发电机50启动发动机110，而在使用点火开关启动时通过启动器174启动发动机110。发动机110将从曲轴110a中产生的输出功率提供到液力变矩器120或带轮140。
液力变矩器120将发动机110的转动从曲轴110a传输到自动变速器130。自动变速器130进行自动变速控制、将来自于液力变矩器120的转矩设定为根据变速控制的转矩，并且将所述转矩提供给输出轴130a。
带轮140与发动机110的曲轴110a相连接。带轮140经由皮带170与带轮150、160一起工作。
皮带170将带轮140、150、160相互连接。带轮150与辅助机器172的转动轴相连接。
带轮160与交流发电机50的转动轴相连接，并且通过发动机110的曲轴110a或交流发电机50转向。
辅助机器172由用于空调器的压缩机、动力转向泵和发动机冷却水泵中的一个或多个构成。辅助机器172通过带轮160、皮带170和带轮150接收来自于交流发电机50的输出功率，并且由所接收的输出功率驱动。
交流发电机50由控制电路20驱动。交流发电机50通过带轮140、皮带170和带轮160接收发动机110的曲轴110a的转动力，并且将所接收的转动力转换为电能。换句话说，交流发电机50通过曲轴110a的转动力发电。这里，交流发电机50在以下两种情况中发电。也就是说，当交流发电机50在装有发动机系统200的混合动力车辆的正常行驶状态下接收了通过发动机110的驱动所产生的曲轴110a的转动力时，交流发电机50发电。另外，在混合动力车辆减速时，尽管发动机110未被驱动，交流发电机50也在接收了从驱动轮传输到曲轴110a的转动力的情况下发电。
交流发电机50由控制电路20驱动，并且向带轮160输出预定输出功率。当发动机110启动时，预定输出功率经由皮带170和带轮140传输到发动机110的曲轴110a，或者在驱动辅助机器172时经由皮带170和带轮150传输到辅助机器172。
如上所述，电池10将12V的直流电压供给到控制电路20。
如上所述，在eco-run ECU230的控制下，控制电路20将来自于电池10的直流电压转换为交流电压，并且使用所获得的交流电压驱动交流发电机50。另外，在eco-run ECU230的控制下，控制电路20将来自于交流发电机50所产生的交流电压转换为直流电压，并且使用所获得的直流电压为电池10充电。
在eco-run ECU230的控制下，启动器174启动发动机110。电动液压泵180包含在自动变速器130中，并且在发动机ECU240的控制下将液压流体供应到设在自动变速器130中的液压控制单元。液压流体用于通过液压控制单元中的控制阀调整自动变速器130中的离合器、制动器和单向离合器的致动状态，以便于依需要切换换档状态。
eco-run ECU230用于交流发电机50和控制电路20的模式控制、启动器174的控制、电池10中电力储存量的控制。这里，交流发电机50和控制电路20的模式控制是指交流发电机50用作发电机的发电模式和交流发电机50用作驱动电动机的驱动模式的控制。这里，未示出从eco-run ECU230到电池10的控制线。
另外，eco-run ECU230基于来自于包含在交流发电机50中的转动角传感器60的角度θ1、θ2、θ3、驾驶员是否已通过eco-run开关启动了eco-run系统、以及其它数据检测转数MRN。
在发动机ECU240的控制下，燃料喷射阀190控制燃料的喷射。在发动机ECU240的控制下，电动机210控制节气门220的开度。通过电动机210将节气门220设定于指定开度。
发动机ECU240用于除发动机冷却水泵以外的辅助机器172的接通/切断的控制、电动液压泵180的驱动的控制、自动变速器130的变速控制、燃料喷射阀190的燃料喷射的控制、通过电动机210的节气门220的开度的控制、以及其它发动机控制。
另外，发动机ECU240检测来自于温度传感器的发动机冷却水的温度、加速器踏板是否已从怠速开关踏下、来自于加速器踏下程度传感器的加速器踏下程度、来自于转向盘转角传感器的转向盘转角、来自于车速传感器的车速、来自于节气门开度传感器的节气门开度、来自于换档位置传感器的换档位置、来自于发动机转速传感器的发动机转数、是否已执行从空调器的开关接通/切断空调器的操作，以及其它数据。
VSC-ECU250检测制动器踏板是否已从制动器开关踏下及其它数据。
eco-run ECU230、发动机ECU240和VSC-ECU250主要包括微电脑，其中CPU(中央处理单元)根据记录在内部ROM(只读存储器)中的程序执行必要操作并且根据操作结果施加多种类型的控制。操作结果和检测数据可作为eco-run ECU230、发动机ECU240和VSC-ECU250之间的数据互通。因此，所述数据可依需要互换，并且可以共同操作的方式施加控制。
发动机系统200应工作以便于进行已知的怠速停止控制。更具体地说，通过基于各种传感器的输出检测车辆的减速或停止而使得发动机停止，并且当驾驶员打算启动(可基于制动器或加速器踏板的操作状态检测这种趋势)时通过交流发电机50启动发动机。在发动机系统200中，控制交流发电机50的控制电路20设在交流发电机50的端面上，并且根据来自于eco-runECU230的指令作为驱动电动机或作为发电机驱动交流发电机50。在作为驱动电动机或作为发电机驱动交流发电机50时，在控制电路20中MOS晶体管Tr1-Tr6所产生的热量通过缓冲材料812传输到电极板81、82A-82C，以使得MOS晶体管Tr1-Tr6被有效地冷却。
这里，不用说，发电电动机101适用于发动机系统200。
在本发明中，交流发电机50包括定子和转子，并且构成实现电动发电机的功能的“电机”。
另外，在本发明中，电极板81、82A-82C、83构成“汇流条”。
而且，在本发明中，电极板81构成“第一汇流条”、电极板82A-82C构成“第二汇流条”、电极板83构成“第三汇流条”。
此外，在本发明中，MOS驱动器27、同步整流器28和控制单元29、30构成“电子控制单元”。
在本发明中，MOS晶体管40构成用以控制供给到不同于定子的励磁线圈的电流的“励磁线圈控制单元”。
另外，在本发明中，MOS晶体管Tr1-Tr6构成用以控制要供给到定子的电流的“多相开关元件组”。
而且，在本发明中，配线86A-86F构成从基板84(由陶瓷基板构成)延伸到电极板81、82A-82C、83的“引线框架”。
在本发明所涉及的发电电动机中，元件面积与汇流条面积之间的比率(汇流条面积/元件面积)应设定得不小于5。
根据本发明的实施例，在发电电动机中，控制要供给到用作发电机和驱动电动机的交流发电机的线圈的电流的多个开关元件被固定于电极板，同时插有缓冲材料，缓冲材料由与用于其上固定有所述多个开关元件的电极板的材料相同的材料制成。因此，所述多个开关元件可被有效地冷却。
另外，根据本发明的实施例，在发电电动机中，其上固定有所述多个开关元件的电极板的面积与控制要供给到用作发电机和驱动电动机的交流发电机的线圈的电流的每一个所述多个开关元件的面积的比率已被设定得不小于5。因此，所述多个开关元件可被有效地冷却。
而且，根据本发明的实施例，控制用作发电机或驱动电动机的交流发电机的驱动的控制电路包括多个开关元件和防止冲击电压施加于多个开关元件上的一个齐纳二极管。因此，可将控制电路的总体尺寸制造得更小。因此，控制电路可设置在交流发电机的端面上。
而且，根据本发明的实施例，发电电动机包括控制要供给到用作发电机或电机的交流发电机的线圈的电流的多相开关元件组、控制多相开关元件组的控制电路以及设置成围绕交流发电机的转动轴的基本U形的两个电极板。控制电路设置在沿两个电极板的面内方向设置在基本U形凹口中的陶瓷基板上。因此，可减小控制电路所占据的面积，因此，可减小发电电动机的尺寸。
在本实施例中，尽管eco-run ECU和发动机ECU被分开地设置，但也可通过集成它们的功能而构成一个发动机控制ECU。而且，本发明中的变速器不局限于AT(被称作自动变速器)，并且可通过诸如CVT和MT的已知变速器的组合构成该变速器。
而且，本实施例适用于其中尽管适用eco-run系统但是电动仍可产生大驱动力的混合动力车辆。即使由已知发电电动机(也可称之为电动发电机)替换交流发电机50也可实现本发明。也就是说，也可适当地仅选择能够施加驱动车辆或启动发动机所需的转矩的发电电动机。
尽管已详细地描述并示出本发明，但是应该理解的是，所述描述和解释仅出于解释和示例的目的并且不应认为是限制性的，本发明的精神和保护范围仅由所附权利要求限制。
工业应用性本发明适用于其尺寸可减小的发电电动机。
权利要求
1.一种发电电动机，它包括包括与多个相相对应设置的多个线圈(51-53)并且实现作为发电电动机的功能的电机(50)；和控制所述电机(50)的控制电路(20)；其中，所述控制电路(20)包括分别与所述多个线圈(51-53)相对应设置并且并联连接在正母线(L1)与负母线(L2)之间的多个臂(23-25)，和与所述多个臂(23-25)并联连接在所述正母线(L1)与所述负母线(L2)之间的第一齐纳二极管(21)，并且所述多个臂(23-25)中的每一个臂包括串联连接在所述正母线(L1)与所述负母线(L2)之间的第一和第二开关元件(Tr1、Tr3、Tr5；Tr2、Tr4、Tr6)，和与所述第二开关元件(Tr2、Tr4、Tr6)并联连接在所述第一开关元件(Tr1、Tr3、Tr5)与所述负母线(L2)之间的第二齐纳二极管(DT1-DT3)。
2.根据权利要求1所述的发电电动机，其特征在于，所述控制电路(20)以与所述电机(50)成一体的方式设置。
3.根据权利要求1所述的发电电动机，其特征在于，所述电机(50)启动安装在车辆上的发动机(110)或者通过所述发动机(110)的转动力发电。
4.根据权利要求1所述的发电电动机，其特征在于，它还包括向包含在所述控制电路(20)中的多个第一开关元件和第二开关元件(Tr1、Tr3、Tr5；Tr2、Tr4、Tr6)输出控制信号的电子控制单元(27-30)，并且所述第一齐纳二极管(21)设置在所述电子控制单元(27-30)附近。
5.根据权利要求1所述的发电电动机，其特征在于，它还包括比所述第一齐纳二极管(21)的正侧连接位置更靠近直流电源(10)设置的熔断器(FU1)。
6.一种发电电动机，它包括包括转子(55)和定子(56、57)并且实现作为发电电动机的功能的电机(50)；设置在所述电机(50)的端面上以形成围绕所述电机(50)的转动轴的基本U形的第一和第二电极板(81、82A-82C)；控制供应给所述定子(56、57)的电流的多相开关元件组(Tr1-Tr6)；和控制所述多相开关元件组(Tr1-Tr6)的控制电路(26、70)；其中，所述控制电路(27、70)设置在沿与所述第一和第二电极板(81、82A-82C)的面内方向相同的方向设置在基本U形凹口中的陶瓷基板(84)上。
7.根据权利要求6所述的发电电动机，其特征在于，所述控制电路(27、70)是树脂模制的。
8.根据权利要求6所述的发电电动机，其特征在于，它还包括保护所述多相开关元件组(Tr1-Tr6)不受冲击的齐纳二极管(21)，并且所述齐纳二极管(21)设置在所述凹口中。
9.根据权利要求6所述的发电电动机，其特征在于，它还包括使来自于直流电源(10)的直流电压平滑并将平滑的直流电压供应给所述多相开关元件组(Tr1-Tr6)的电容元件(22)，并且所述电容元件(22)设置在所述陶瓷基板(84)与所述第二电极板(82A-82C)之间。
10.根据权利要求6所述的发电电动机，其特征在于，它还包括控制供应给与所述定子(56、57)不同的励磁线圈(54)的电流的励磁线圈控制单元(40)，并且所述励磁线圈控制单元(40)设置在所述陶瓷基板(84)上。
11.根据权利要求6所述的发电电动机，其特征在于，从所述陶瓷基板(84)延伸到所述第一和第二电极板(81、82A-82C)的引线框架(86A-86F)以及所述第一和第二电极板(81、82A-82C)设置在相同平面内。
12.一种发电电动机，它包括实现作为发电电动机的功能的电机(50)；控制供应给所述电机(50)的电流的多个开关元件(Tr1-Tr6)；和连接所述多个开关元件(Tr1-Tr6)的汇流条(81、82A-82C、83)；其中，所述汇流条(81、82A-82C、83)的面积与所述开关元件(Tr1-Tr6)的面积的比率至少为五。
13.根据权利要求12所述的发电电动机，其特征在于，它还包括设置在所述汇流条(81、82A-82C、83)与所述开关元件(Tr1-Tr6)之间并且吸收所述汇流条(81、82A-82C、83)与所述开关元件(Tr1-Tr6)之间的热膨胀差的缓冲材料(812)。
14.根据权利要求12所述的发电电动机，其特征在于，所述缓冲材料(812)是由铜基或铝基材料制成的。
15.根据权利要求12所述的发电电动机，其特征在于，所述汇流条(81、82A-82C、83)是由铜制成的。
16.根据权利要求12所述的发电电动机，其特征在于，所述汇流条(81、82A-82C、83)设置在所述电机(50)的端面上并且具有弧形形状。
17.根据权利要求12所述的发电电动机，其特征在于，所述汇流条(81、82A-82C、83)包括构成电源线的第一汇流条(81)，与所述电机(50)的线圈(51-53)相连接的第二汇流条(82A-82C)，以及构成接地线的第三汇流条(83)，所述多个开关元件(Tr1-Tr6)包括设置在所述第一汇流条(81)上的多个第一开关元件(Tr1、Tr3、Tr5)和设置在所述第二汇流条(82A-82C)上的多个第二开关元件(Tr2、Tr4、Tr6)，并且所述发电电动机(101)还包括将所述多个第一开关元件(Tr1、Tr3、Tr5)连接到所述第二汇流条(82A-82C)的多个第一平面电极(91、93、95)，和将所述多个第二开关元件(Tr2、Tr4、Tr6)连接到所述第三汇流条(83)的多个第二平面电极(92、94、96)。
全文摘要
本发明涉及发电电动机。该发电电动机(100)包括设置在电机(50)的端面上的控制电路(20)。控制电路(20)包括齐纳二极管(21)、电容器(22)、U相臂(23)、V相臂(24)以及W相臂(25)。齐纳二极管(21)、电容器(22)、U相臂(23)、V相臂(24)以及W相臂(25)并联连接在正母线(L1)与负母线(L2)之间。齐纳二极管(21)吸收被施加于电容器(22)、U相臂(23)、V相臂(24)以及W相臂(25)的冲击电压。
文档编号H02K19/16GK1695287SQ0382473
公开日2005年11月9日 申请日期2003年9月9日 优先权日2002年10月28日
发明者久须美秀年 申请人:丰田自动车株式会社