CN107342662A - 集成有控制器的旋转电机 - Google Patents

Abstract

一种集成有控制器的旋转电机，被设计成使对控制装置的不利的热效应最小化。控制装置包括开关模块、控制电路及壳体。上述开关模块在上述壳体内部设置于距后壳一定距离的位置处。上述控制电路配置在上述壳体中，并且位于距上述后壳和上述开关模块一定距离的位置处的上述开关模块的前方。换言之，控制电路布置成远离动作时作为热源的开关模块的位置，从而消除对控制电路的不利的热效应。

Description

集成有控制器的旋转电机

技术领域

本发明主要涉及配备有逆变器电路和控制电路的集成有控制器的旋转电机。

背景技术

转让给与本申请相同的受让人的日本专利第4123436号教示了一种集成有逆变器的交流电动机(即，集成有控制器的旋转电机)，在该集成有逆变器的交流电动机中设置有控制装置，该控制装置配备有逆变器电路和控制电路。

具体而言，集成有逆变器的交流电动机包括交流电动机和控制装置，该控制装置配备有三相逆变器电路和控制器。交流电动机、三相逆变器电路和控制器分别用作旋转电机、逆变器电路和控制电路。

三相逆变器电路配备有六个开关装置。开关装置被固定到用作散热片的底板。控制器也安装在底板上。

开关装置的接通、断开动作受到控制器控制，以向交流电动机提供交流电。交流电的供应会伴随着大电流流过开关装置。因而，开关装置产生热量而使其温度升高。如上所述，开关装置安装在底板上，以使由开关装置产生的热量从底板散发，由此使开关装置的温度上升最小化。

然而，集成有逆变器的交流电动机遇到如下缺陷，除了开关装置以外，控制器也安装在底板上，从而导致由开关装置产生的热量经由底板传递至控制器，这可能会对控制器的动作造成不利影响，或是可能会加速构成控制器的电子装置的老化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种集成有控制器的旋转电机，该集成有控制器的旋转电机被设计成使对控制电路造成的不利的热效应最小化。

根据本发明的一个方面，提供一种能安装在诸如汽车这样的车辆中的集成有控制器的旋转电机。集成有控制器的旋转电机包括：(a)旋转电机，该旋转电机具有电枢绕组、励磁绕组及外壳，其中，上述电枢绕组配置于定子，上述励磁绕组配置于转子，上述外壳覆盖上述定子和上述转子的轴向相对的端部；以及(b)控制装置，该控制装置具有壳体、开关模块、控制电路及电刷。上述壳体固定到上述外壳的轴向后端。上述开关模块在上述壳体中配置在距上述外壳规定距离的位置处，且由逆变器开关装置构成，以向上述电枢绕组输送电力。上述控制电路配置在上述壳体中，且在距上述外壳和上述开关模块一定间隔的位置处沿上述集成有控制器的旋转电机的轴向位于上述开关模块的前方。上述电刷配置在上述壳体中，且位于距上述外壳、上述开关模块及上述控制电路一定距离的位置处。上述电刷至少部分地在上述集成有控制器的旋转电机的轴向上位于上述开关模块的前方且在上述集成有控制器的旋转电机的轴向上位于上述控制电路的后方。上述电刷用于向上述励磁绕组输送电力。在集成有控制器的旋转电机中，控制电路布置成远离动作时作为热源的开关模块，从而使对控制电路的不利的热效应最小化。

在本公开的优选模式中，上述电刷配置成至少部分地在上述集成有控制器的旋转电机的径向上与上述开关模块或上述控制电路重叠。这使得旋转电机具有缩短的长度。

上述电刷可布置成在上述集成有控制器的旋转电机的轴向上距上述开关模块和上述控制电路一定距离。换言之，上述电刷可在上述集成有控制器的旋转电机的径向上位于与上述开关模块和上述控制电路错开的位置处，从而使电刷与开关模块之间热传递以及电刷与控制电路之间的热传递最小化。

上述集成有控制器的旋转电机还可包括散热片，该散热片在上述逆变器开关装置的与上述旋转电机相反的一侧布置成与上述逆变器开关装置接触，以散发由上述逆变器开关装置产生的热量。由逆变器开关装置产生的热量传递到散热片，然后从散热片散发。散热片在上述逆变器开关装置的与上述旋转电机相反的一侧放置成与上述逆变器开关装置物理或是热学地接触。这使得对控制电路的不利的热效应最小化。

上述电刷可在上述集成有控制器的旋转电机的轴向上位于上述散热片后端的前方。这使得集成有控制器的旋转电机具有缩短的长度。

上述集成有控制器的旋转电机还可包括第一冷却流路和第二冷却流路。上述第一冷却流路将冷却介质流输送到上述散热片。上述第二冷却流路在上述控制电路与上述外壳之间输送上述冷却介质流。在第一冷却流路中移动的冷却介质流冷却对控制电路造成很大的不利的热效应的开关模块。在第二冷却流路中移动的冷却介质流冷却控制电路。这使得对控制电路的不利的热效应最小化。

上述第一冷却流路可被设计成将已流过上述散热片的冷却介质引导进入上述外壳，然后将上述冷却介质排出至上述外壳的外部。这有利于冷却介质在第一冷却流路中流动的便利性，并且还具有流过控制电路附近的冷却介质，从而对控制电路和开关模块进行冷却。

上述第二冷却流路也可被设计成将已在上述控制电路与上述外壳之间流过的冷却介质引导进入外壳，然后将上述冷却介质排出至上述外壳的外部。这有利于冷却介质在第二冷却流路中流动的便利性。

上述第一冷却流路可被设计成具有在上述第一冷却流路中移动的冷却介质的流量大于在上述第二冷却流路中移动的冷却介质的流量。这提高了集成有控制器的旋转电机对开关模块和控制电路进行冷却的冷却能力。

上述第一冷却流路可被设计成具有在尺寸上比上述第二冷却流路的入口大的第一冷却流路的入口。这使得在第一冷却流路中移动的冷却介质的流量大于在第二冷却流路中移动的冷却介质的流量。

上述第一冷却流路可被设计成具有在上述集成有控制器的旋转电机的轴向上彼此远离地布置的入口和出口。上述第一冷却流路的上述入口可在上述集成有控制器的旋转电机的径向上位于上述出口的内侧。这消除了已流过第一冷却流路而具有升高的温度的冷却介质再次流回至第一冷却流路中的风险，进而使更多的低温空气流入第一冷却流路。

上述集成有控制器的旋转电机还可包括布置在上述第一冷却流路的上述入口与上述出口之间的壁，该壁沿上述集成有控制器的旋转电机的径向延伸到上述第一冷却流路的上述入口和上述出口的外部。这可防止已流过第一冷却流路而具有升高的温度的冷却介质再次流回至第一冷却流路中。

上述控制装置可配备有用于上述开关模块的逆变器汇流条。上述逆变器汇流条可配置在上述第一冷却路径中，或是至少具有部分地沿着在上述第一冷却流路中移动的上述冷却介质流延伸的一部分。这可利用流过第一冷却流路的冷却介质对逆变器汇流条进行冷却。

上述控制装置可配备有励磁开关装置，该励磁开关装置配置在安装有控制电路的控制板上，且被上述控制电路控制，以将电力输送到上述励磁绕组。上述励磁开关装置可放置在上述控制板的面对上述旋转电机的表面上，或是放置在上述控制板的面对上述旋转电机的表面的附近。励磁开关装置用于将电力输送至励磁绕组，以使上述励磁开关装置产生的热量低于开关模块。励磁开关装置放置在动作时成为热源的开关模块的与控制板相反的一侧，从而避免与开关模块发生热干涉。这使得由开关模块与励磁开关装置之间的热干涉引起的对控制电路不利的热效应最小化。

上述励磁开关装置布置成远离安装有上述控制电路的上述控制板以及上述外壳。这使得由励磁开关装置引起的对控制电路不利的热效应最小化。

上述控制装置配备有三个开关模块，每个上述开关模块由四个上述逆变器开关装置的一个组件或单元构成。为每个上述开关模块提供一个上述散热片。与逆变器开关装置布置成彼此分离且为每个逆变器开关装置提供了一个散热片的情况相比，这使得具有散热片的冷却机构的冷却能力最大化，并且使得在集成有控制器的旋转电机中被冷却机构占据的空间最小化。这使得集成有控制器的旋转电机在尺寸上得到减小。

上述开关模块可布置成彼此远离。类似地，上述散热片可布置成彼此远离。上述控制装置可具有将上述开关模块连接到上述电枢绕组的上述电枢绕组汇流条。上述电枢绕组汇流条与上述电枢绕组之间的各个接头位于每相邻两个上述开关模块之间以及每相邻两个上述散热片之间。换言之，上述电枢绕组汇流条与上述电枢绕组之间的各个接头位于相邻的开关模块之间的空置空间以及相邻的散热片之间的空置空间。这消除了仅用于电枢绕组汇流条与电枢绕组的接头的额外空间的需要。这避免了集成有控制器的旋转电机的尺寸不期望的增加。

上述电枢绕组汇流条与上述电枢绕组之间的接头可在上述集成有控制器的旋转电机的轴向上位于比上述散热片的后端更靠近上述旋转电机的位置。这使得集成有控制器的旋转电机具有缩短的长度。

上述开关模块和上述控制电路可在上述壳体内通过树脂密封。这降低了其周围的热阻，以增强从开关模块和控制电路的散热。这使得由电刷引起的对控制电路的不利的热效应最小化。

在本公开中，轴向表示集成有控制器的旋转电机或旋转电机的轴线延伸的方向。径向表示垂直于轴向的方向。

附图说明

通过下文给出的详细描述和优选实施例的附图将会更充分地理解本发明，然而，这不应理解为限制本发明的具体实施例，而应理解为仅是为了说明和理解。

在附图中：

图1是一实施方式的集成有控制器的旋转电机的轴向剖视图；

图2是图1的集成有控制器的旋转电机的侧视图；

图3是表示从控制装置观察到的移除了罩盖的图1的集成有控制器的旋转电机的俯视图。

图4是安装在移除了罩盖的图1的集成有控制器的旋转电机中的控制装置的侧视图；

图5是表示图1的集成有控制器的旋转电机的壳体的主体部的示意图，用于对刷握与控制板之间的位置关系进行说明；

图6是表示安装在图1的集成有控制器的旋转电机中的电刷、逆变器电路以及控制电路周围的区域的局部放大剖视图；

图7是表示安装在第一变型方式的集成有控制器的旋转电机中的电刷、逆变器电路以及控制电路周围的区域的局部放大剖视图；

图8是表示安装在第二变型方式的集成有控制器的旋转电机中的电刷、逆变器电路以及控制电路周围的区域的局部放大剖视图；

图9是表示第三变型方式的集成有控制器的旋转电机的壳体的开口及外壳的贯通孔周围的区域的局部放大剖视图。

具体实施方式

参照附图，特别是图1至图5，示出实施方式的集成有控制器的旋转电机1。在此所涉及的旋转电机1安装在诸如汽车这样的车辆上。

图1所示的集成有控制器的旋转电机1是从安装于车辆的蓄电池供给电力以产生驱动力来使车辆移动，并且从安装于车辆的诸如内燃机这样的发动机供给的驱动力或扭矩以对蓄电池进行充电的装置。集成有控制器的旋转电机1配备有旋转电机10和控制装置11。

旋转电机10用作驱动力发生器，该驱动力发生器被供给电力以产生驱动力来使车辆移动，并且旋转电机10还用作电力发生器，该电力发生器被从发动机供给驱动力以对蓄电池进行充电。旋转电机10配备有定子100、转子101、转轴102以及外壳104。

定子100构成磁路的一部分，并且被供给电力以产生磁通。具体而言，定子100用作磁通发生器，该磁通发生器被供给交流电以产生磁通，并且该定子100还用作交流发电机，以通过与转子101所产生的磁通交链(英文：interlinkage)来产生交流电。定子100配备有定子铁心100a和电枢绕组100b。

定子铁芯100a构成磁路的一部分，并且由磁性材料形成的环状构件构成。在定子铁心100a中保持有电枢绕组100b。虽未示出，但是定子铁芯100a具有多个槽，电枢绕组100b经由上述槽卷绕。

电枢绕组100b被供给交流电以产生磁通，并且还通过与转子101所产生的磁通交链来产生交流电。电枢绕组100b由两组Y接线的三相绕组构成。电枢绕组100b被保持在定子铁芯100a的槽中。

定子101构成磁路的一部分，并被供给电力以产生磁通。具体而言，转子101被供给直流电以产生磁通，并且还通过与电枢绕组100b产生的磁通交链来产生扭矩。转子101还通过从安装于车辆的发动机供给的驱动力而发生旋转，以产生与电枢绕组100b磁交链的磁通，使得电枢绕组100b产生交流电。转子101配备有转子铁芯101a、励磁绕组101b以及风扇101c。

转子铁芯101a构成磁路的一部分，并且由磁性材料构成。转子铁芯101a是所谓的爪极式磁极铁芯(英文：Lundell-pole core)，并且在该转子铁芯101中对励磁绕组101b进行保持。转子铁芯101a配备有环状中空部101d，在该环状中空部101d中配置有励磁绕组101b，并且上述转子铁芯101a还具有供转轴102穿过的贯通孔101e，该贯通孔101e对转轴102进行保持。

励磁绕组101b被供给直流电以产生磁通，从而在转子铁芯101a的外周产生磁极。励磁绕组101b被配置且保持在转子铁芯101a的环状中空部。

风扇101c安装在转子铁芯101a上而与转子铁芯101a一起转动，以将新鲜空气从集成有控制器的旋转电机1的外部吸入至旋转电机10和控制装置11。风扇101c分别布置在转子铁芯101a的前端表面和后端表面上。

转子101被布置成具有转子铁芯101a，该转子铁芯101a的外周面隔着规定间隙而与定子铁芯100a的内周面面对。

转轴102固定到转子101，并被外壳104保持成能旋转。转轴102呈圆筒状，并与转子101一起旋转。转轴102穿过转子101的贯通孔101e，并且上述转轴102具有被转子铁芯101a保持的长度的中心部分。转轴102配备有滑环102a。在本次说明中，轴向表示旋转电机10的转轴延伸的方向，换言之，转轴102的纵长方向。

滑环102a由金属圆筒构成，该金属圆筒用于向励磁绕组101b供给直流电。滑环102a通过电绝缘体102b安装在转轴102的后端部分的外周面上。滑环102a连结到电绝缘体102b，并且通过导线连接到励磁绕组101b。

如图1和图2所示，外壳104覆盖定子100的轴向相对的端部和转子101的轴向相对的端部，并且上述外壳104将转轴102保持成能旋转。控制装置11固定到外壳104。外壳104配备有前壳104a和后壳104b。

前壳104a将定子100和转子101的前端部分覆盖，并且将转轴102的前侧保持成能旋转。前壳104a包括底部104c和周壁104d。在底部104c中形成有贯通孔104e。在周壁104d中形成有贯通孔104f。前壳104a具有固定到定子铁芯100a前端的周壁104d，以覆盖定子100和转子101的前端部分。前壳104a通过轴承104g将转轴102的前侧保持成能旋转，并且转轴102的前端向前突出到前壳104a的外部。

后壳104b将定子100和转子101的后端部分覆盖，并且将转轴102的后侧保持成能旋转。控制装置11固定到后壳104b。后壳104b包括底部104h和周壁104i。在底部104h中形成有至少一个贯通孔104j。相似地，在周壁104i中形成有贯通孔104k。后壳104b具有固定到定子铁芯100a后端的周壁104i，以覆盖定子100和转子101的后端部分。前壳104a通过轴承104l将转轴102的后侧保持成能旋转，并且转轴102的后端向后突出到后壳104a的外部。

控制装置11用作控制器，以对从蓄电池输出至旋转电机10的电力进行控制，以产生驱动力。控制装置11还用于将由旋转电机10产生的电力转换为供给至蓄电池，来对蓄电池进行充电。如图1、图3及图4所示，控制装置11包括壳体110、逆变器电路111、励磁电路113、电刷114、控制电路115、逆变器汇流条116以及电枢绕组汇流条117。

如图1和图2中明确地示出，壳体110由树脂箱体形成，并配置在后壳104b的后端，以将逆变器电路111、励磁电路113、电刷114以及控制电路115收容在上述壳体110内。壳体110还用作保持件，以牢固地对逆变器汇流条116、电枢绕组汇流条117以及其它的导电汇流条进行保持。壳体110包括主体部110a和罩盖110b。

在主体部110a上固定有逆变器电路111、励磁电路113以及控制电路115，并且上述主体部110a将电刷114保持成能在该主体部110a的径向上移动。在主体部110a上还固定有逆变器汇流条116、电枢绕组汇流条117以及其它的导电汇流条。主体部110a在其中心位置形成有贯通孔110c。主体部110a固定到后壳104b的后端。如上所述，径向是垂直于旋转电机10的旋转轴线的方向，换言之，是垂直于转轴102的长度的方向。

罩盖110b覆盖主体部110a的后侧。罩盖110b包括底部110d和周壁110e。周壁110e具有分别与散热片112的翅片112b相对的多个开口110f，将在后面进行详细描述。

图1所示的逆变器电路111是用于向电枢绕组100b供给交流电并且将从电枢绕组100b输出的交流电转换成直流电的电路。逆变器电路111配备有三个开关模块111a。逆变器电路111以远离后壳104b规定间隔的方式配置于壳体110。

如上所述，电枢绕组100b由两个三相绕组构成。因此，逆变器电路111包括两个三相逆变器。各个三相逆变器由六个逆变器开关装置111b构成。因此，逆变器电路111配备有共计十二个逆变器开关装置111b。

各个开关模块111a由组成逆变器电路111的四个逆变器开关装置111b构成。开关模块111a是不包括诸如导线等导体的热源。

为每个开关模块111a提供一个散热片112。散热片112由金属构件制成，并且用于散发由开关模块111a的逆变器开关装置111b产生的热量。各个散热片112包括主体部(也称作散热片基座)112a和翅片112b。

如图3所示，主体部112a由矩形板构成。各个散热片112b由薄板构成，并且以彼此远离规定间隔的方式布置主体部112a的一个主表面、即第一表面上。

散热片112在壳体110的主体部110a中嵌入成型，并且位于远离后壳104b的位置。各个散热片112的主体部112a具有与安装有翅片112b的第一表面相反的第二表面。主体部112a的第二表面暴露于旋转电机10。翅片112b以远离旋转电机10的方式延伸。开关模块111a布置成比散热片112更靠近旋转电机10(即，集成有控制器的旋转电机1的轴向前方)，并且放置成与散热片112(即，主体部112a)接触。换言之，散热片112分别在逆变器开关装置111b的与旋转电机10相反的一侧，与逆变器开关装置111b接触。各个逆变器开关装置111b实际上通过导热粘合剂、油脂或片材而与散热片112中的一个接触，但也可布置成与散热片112中的一个的主体部112a直接接触。如图1和图3所示，开关模块111a布置成以在旋转电机10的周向上彼此远离规定间隔的方式相邻。类似地，散热片112布置成以在旋转电机10的周向上彼此远离规定间隔的方式相邻。

如图1所示，励磁电路113用于向励磁绕组101b供给直流电。励磁电路113配备有安装在控制板115a上的励磁开关装置113a，在上述控制板115a上安装有控制电路115，将在后面进行详细描述。励磁开关装置113a放置成与控制板115a接触。励磁开关装置113a是不包括诸如导线等电导体的热源。

电刷114用于通过滑环102a将直流电流从励磁电路113输送至励磁绕组101b。电刷114设置于壳体110。具体而言，如图5所示，在壳体10的主体部110a中具有位于该主体部110a的中心的刷握110h。电刷114被保持于刷握110h，并且上述电刷114位于远离后壳104b、逆变器电路111以及控制电路115的位置。如图6中清楚地示出，电刷114布置成比散热片112的后端更靠近旋转电机10的前方(即，集成有控制器的旋转电机1的轴向前端)。具体而言，各个散热片112具有：在集成有控制器的旋转电机1的轴向(即纵长方向)上与旋转电机10的前方相对的前端；以及在轴向上与旋转电机1的后方相对的后端。如图6所示，当沿集成有控制器的旋转电机1的轴向观察时，电刷114位于各个散热片112后端的前方。如图6中的虚线所示，当沿集成有控制器的旋转电机1的轴向观察时，电刷114中的前方一个电刷114至少具有位于逆变器电路111的前方且位于控制电路115的后方的后端或后部。前方的电刷114还具有在集成有控制器的旋转电机1的径向上与控制电路115重叠的前部。

图1所示的控制电路115用于对逆变器电路111和励磁电路113的动作进行控制。在此所涉及的控制电路115是不包括诸如导线等电导体的电子元件。控制电路115安装在控制板115a上，如图5所示，该控制电路115呈U形或C形。安装有控制电路115的控制板115a布置在壳体110的内部，并且以距离刷握110h一定距离的方式包围刷握110h。如图1所示，控制板115a以距离后壳104b及逆变器电路111一定距离的方式在集成有控制器的旋转电机1的轴向上位于逆变器电路111的前方。逆变电路111和控制电路115在壳体110内通过树脂110g气密地密封。

逆变器汇流条116由金属制成，并且用作电导体，该电导体用于建立逆变器电路111(即，开关模块111a)的外部连接。实际上，逆变器汇流条116由两个导电板实现，其中一个导电板连接到蓄电池，另一个导电板连接到地面。逆变器汇流条116与连接部分一起被嵌入成型在壳体110的主体部110a中。逆变器汇流条116在集成有控制器的旋转电机1的径向上位于翅片112b内部，并且该逆变器汇流条116至少部分在壳体110的主体部110a内在旋转电机10的径向上与翅片112b相对。

如图3和图4所示，电枢绕组汇流条117由金属导体构成，并且将开关模块111a连接到电枢绕组100b。如图3所示，电枢绕组汇流条117与电枢绕组100b的各个连结端均配置在周向上相邻的两个开关模块111a之间以及周向上相邻的两个散热片112之间，并且当沿集成有控制器的旋转电机1的轴向观察时，各个连结端还位于比散热片112的后端更靠近旋转电机10的前方的位置。

如图1所示，集成有控制器的旋转电机1配备有安装于转子101的风扇101c。转子101的旋转会使风扇101c产生空气流(即，冷却介质)，以对控制装置11进行冷却。

集成有控制器的旋转电机1配备有第一冷却流路120和第二冷却流路121。

第一冷却流路120和第二冷却流路121是供作为冷却介质的空气流过的通道。第一冷却流路120和第二冷却流路121由壳体110和后壳104b限定。

第一冷却流路120将空气流输送至散热片112，并对已流过散热片112的空气流进行引导，然后将空气流排出至后壳104b的外部。具体而言，第一冷却流路120包括多条流路，该多条流路中的每条从罩盖110b的开口110f中的一个延伸至主体部110a的贯通孔110c，再在后壳104b的端面处延伸至贯通孔104j，然后延伸至形成于后壳104b的外周面的贯通孔104k的路径。换言之，第一冷却流路120的每条流路将空气流输送至散热片112中相应的一个散热片，并对已流过散热片112中这一个散热片的空气流进行引导，然后将空气流排出至后壳104b的外部。

第二冷却流路121将空气流输送至控制电路115与后壳104b之间，并将已流过控制电路115与后壳104b之间的空气流引导进入后壳104b，然后将空气流排出至后壳104b的外部。具体而言，如图3所示，第二冷却流路121是从形成于壳体110和后壳104b的多个间隙或开口121a延伸至位于后壳104b的端面位置的贯通孔104j，然后延伸至形成于后壳104b的外周面的贯通孔104k的路径。

在第一冷却流路120中移动的空气(即，冷却介质)的流量大于在第二冷却流路121中移动的空气的流量。换言之，第一冷却流路120的入口的尺寸比第二冷却流路121的入口的尺寸大。具体而言，选择第一冷却流路120的入口的开口110f的总横截面积大于第二冷却流路121的入口的开口121a的总横截面积。

作为第一冷却流路120的入口起作用的开口110f布置成在集成有控制器的旋转电机1的轴向上远离贯通孔104k，该贯通孔104k作为第一冷却流路120的出口起作用。开口110f在集成有控制器的旋转电机1的径向上位于贯通孔104k的内部。

参照图1、图3及图4，对集成有控制器的旋转电机1的动作进行详细描述。集成有控制器的旋转电机1(即，旋转电机10)可在电动机模式和发电机模式中选择地动作。首先讨论电动机模式。

如图1所示，当车辆的点火开关打开时，将直流电经由逆变器汇流条116输送至逆变器电路111的开关模块111a。直流电还通过其它的导电汇流条和控制板115a供给至励磁电路113和控制电路115。

在供给直流电时，励磁电路113和控制电路115开始动作。控制电路115响应从外部装置输入的命令，以控制逆变器电路111和励磁电路113的动作。励磁电路113受到控制电路115控制，以将直流电经由电刷114和滑环102a输送至励磁绕组101b。逆变器电路111受到控制电路115控制，以将经由逆变器汇流条116输入的直流电转换为交流电，并通过图3和图4所示的电枢绕组汇流条117将该交流电供给至电枢绕组100b。这使得旋转电机10在电动机模式下动作，以产生驱动力来使车辆移动。

图1所示的逆变器开关装置111b通常在流经有大电流时产生热量，从而使逆变器开关装置111b的温度升高。类似地，励磁开关装置113a和电刷114也会产生热量，从而使该励磁开关装置113a和该电刷114具有升高的温度。

转子101的旋转会使风扇101c产生空气的流动。具体而言，集成有控制器的旋转电机1外部的空气经由开口110f吸入罩盖110b，并且通过形成于后壳104b的端面的贯通孔104j而从主体部110a的贯通孔110c移动至后壳104b，然后从在后壳104b的外周形成的贯通孔104k排出。此外，集成有控制器的旋转电机1外部的空气还被吸入到壳体110与后壳104b之间的开口121a中，并经由贯通孔104j移动至后壳104b，然后从在后壳104b的外周形成的贯通孔104k排出。这可对控制装置11进行冷却。

接下来，下面，将对用于对安装于车辆的蓄电池充电的集成有控制器的旋转电机1的发电机模式进行描述。

当进入发电机模式时，旋转电机被供给来自安装于车辆的发动机的驱动力，使得电枢绕组100b产生交流电。控制电路115停止对开关模块111a的逆变器开关装置111b进行切换。安装于逆变器开关装置111b的二极管用于通过图3和图4所示的电枢绕组汇流条117将从电枢绕组100b输送的交流电转换为直流电，然后将该直流电输出至安装于车辆的蓄电池。因此，蓄电池通过旋转电机10产生的电力进行充电。

控制电路115可被设计成根据转子101的旋转角度打开或关闭开关模块111a的逆变器开关装置111b，以将由电枢绕组100b产生的三相交流电转换成直流电。

在发电机模式中，直流电通过电刷114从图1所示的励磁电路113输送至磁场绕组101b。这使得励磁开关装置113a和电刷114产生热量，从而将使该励磁开关装置113a和该电刷114的温度升高。与电动机模式类似，集成有控制器的旋转电机1的上述冷却机构用于对控制装置11进行冷却。

下面将对本实施例的集成有控制器的旋转电机1提供的有益优点进行描述。

如上所述，控制装置11配备有开关模块111a和控制电路115。开关模块111a以远离后壳104b规定距离的方式配置在壳体110中。控制电路115安装于壳体110，并且如图1清楚地示出，当沿集成有控制器的旋转电机1的轴向观察时，控制电路115以远离后壳104b一定间隔的方式位于开关模块111a的前方。换言之，控制电路115布置成远离开关模块111a、即热源一定距离，从而使对控制电路115的不利的热效应最小化。

如上所述，位于比其它电刷114更靠近旋转电机1前方的一个电刷114在集成有控制器的旋转电机1的径向上与控制电路15重叠，从而使得旋转电机10的长度减小。

由逆变器开关装置111b产生的热量传递至散热片112，然后从散热片112散发。散热片112在逆变器开关装置111b的与旋转电机10相反一侧放置成与逆变器开关装置111b物理或是热学地接触。换言之，各个散热片112与控制电路115的更远离逆变器开关装置111b的反向表面中的一个接触。控制电路115位于逆变器开关装置111b的与散热片112相反的一侧，即，安装在电路板115a的、远离逆变器开关装置111b和散热片112的反向主表面(也称作第一表面和第二表面)中的一个上。电路板15位于远离热路径的位置，由逆变器开关装置11b产生的热量经由上述热路径被传递至散热片112。这使对控制电路115的不利的热效应最小化。

电刷114用于将电力传输至励磁绕组101b，使得电刷114产生比开关模块111a少的热量。电刷114比散热片112的后端位于更靠近旋转电机10前方的位置，从而导致集成有控制器的旋转电机1的长度减小。

如上所述，集成有控制器的旋转电机1配备有第一冷却流路120和第二冷却流路121。第一冷却流路120用于产生流过散热片112的空气流。第二冷却流路121用于产生在控制电路115与后壳104b之间流过的空气流。在第一冷却流路120中移动的空气流对开关模块111a进行冷却，上述开关模块111a对控制电路115具有很大的不利的热效应。在第二冷却流路121中移动的空气流对控制电路115进行冷却。这使对控制电路115的不利的热效应最小化。

第一冷却流路120被设计成通过后壳104b将已流过散热片112的空气流引导至后壳104b的外部，从而有利于空气在第一冷却流路120中流动的便利性。第一冷却流路120中的空气在控制电路115附近流过，从而对控制电路115和开关模块111a进行冷却。

第二冷却流路121也被设计成将已流过控制电路115和后壳104b的空气流引导至后壳104b，然后将该空气流排出至后壳104b的外部，从而有利于空气在第二冷却流路121中流动的便利性。

如上所述，在第一冷却流路120中移动的空气的流量大于在第二冷却流路121中移动的空气的流量。这增强了冷却机构对开关模块111a和控制电路115进行冷却的能力。

如上所述，第一冷却流路120的入口的尺寸大于第二冷却流路121的入口的尺寸。具体而言，将作为第一冷却流路120的入口的开口110f的总横截面积选择成大于作为第二冷却流路121的入口的开口121a的总横截面积，从而使得在第一冷却流路120中移动的空气的流量大于在第二冷却流路121中移动的空气的流量。

起到第一冷却流路120的入口作用的开口110f在集成有控制器的旋转电机1的轴向上布置成远离起到第一冷却流路120的出口作用的贯通孔104k。开口110f在集成有控制器的旋转电机1的径向上位于贯通孔104k的内部。这消除了已流过第一冷却流路120而具有升高的温度的空气(即，冷却介质)再次流回至第一冷却流路120中的风险，进而使得更多的低温空气流入第一冷却流路。

控制装置11配备有逆变器汇流条116。如图1所示，逆变器汇流条116布置在第一冷却流路120中，使得逆变器汇流条116被流过第一冷却流路120的空气冷却。

励磁开关装置113a用于将电力输送至励磁绕组101b，以使励磁开关装置113a产生的热量低于开关模块111a产生的热量。励磁开关装置113a放置安装有控制电路115的控制板115a的主表面上，且该控制板115a面对旋转电机1，从而避免与开关模块111a发生热干涉。这使由开关模块111a与励磁开关装置113a之间的热干涉引起的对控制电路115的不利的热效应最小化。

控制装置11配备有三个开关模块111a。各个开关模块111a由连接成一个单元的四个逆变器开关装置111b的组件构成。为每个开关模块111a提供一个散热片112。与逆变器开关装置111b被布置成彼此分离并且为每个逆变器开关装置111b提供一个散热片112的情况相比，这使得具有散热片112的冷却机构的冷却能力最大化，且使得在集成有控制器的旋转电机1中的被冷却机构占据的空间最小化。这使集成有控制器的旋转电机1能减小其尺寸。

控制装置11配备有电枢绕组汇流条117。电枢绕组汇流条117是将开关模块111a电连接到电枢绕组100b的电导体。开关模块111a布置在控制装置11(即，集成有控制器的旋转电机1)的周向上彼此远离规定间隔。类似地，散热片112设为在控制装置11(即，集成有控制器的旋转电机1)的周向上彼此远离规定间隔。如图3所示，电枢绕组汇流条117与电枢绕组100b的部分之间的接头分别位于每相邻两个开关模块111a之间以及每相邻两个散热片112之间。换言之，电枢绕组汇流条117与电枢绕组100b之间的各个接头位于相邻的开关模块111a之间的空置空间以及相邻的散热片112之间的空置空间中。这消除了仅用于电枢绕组汇流条117与电枢绕组100b的接头的额外空间的需要。这避免了集成有控制器的旋转电机1的尺寸不期望的增加。

电枢绕组汇流条117与电枢绕组100b之间的接头在集成有控制器的旋转电机1的轴向上位于比散热片112的后端更靠近旋转电机10的位置，从而使得集成有控制器的旋转电机1的长度缩短。

开关模块111a和控制电路115在壳体110内由树脂110g气密地密封，从而降低该开关模块111a和该控制电路115周围的热阻，以增强从开关模块111a和控制电路115的散热。

上述的讨论涉及的是，当沿集成有控制器的旋转电机1的轴向观察时，电刷114中的前方一个电刷114至少具有位于开关模块111a前方且位于控制电路115后方的后端或后部的例子，但是，也可对集成有控制器的旋转电机1的结构进行改型。例如，当沿集成有控制器的旋转电机1的轴向观察时，电刷114可至少部分地位于开关模块111a的前方且位于控制电路115的后方。换言之，电刷114可以至少部分地布置成比开关模块11a更靠近集成有控制器的旋转电机1的前方，并且在集成有控制器的旋转电机1的轴向上也比控制电路115更靠近集成有控制器的旋转电机1的后方。

如上所述，前方的电刷114还具有在集成有控制器的旋转电机1的径向上与控制电路115重叠的前部，但是，电刷114可布置成至少部分地在集成有控制器的旋转电机1的径向上与开关模块111a或控制电路115重叠。或者，如图7中的虚线所示，电刷114可布置成在集成有控制器的旋转电机1的轴向上远离开关模块111a和控制电路115，即，在集成有控制器的旋转电机1的径向上不与开关模块111a和控制电路115重叠。这一布置使得电刷114与开关模块111a之间的热传递以及电刷114与控制电路115之间的热传递最小化。

上述讨论涉及的是各个励磁开关装置113a的主体部放置成与控制板115a的表面接触的例子，但是，也可将集成有控制器的旋转电机1替代地设计成具有其它结构。例如，如图8所示，各个励磁开关装置113a可具有位于与控制板115a和外壳104的内表面远离规定距离的位置的主体部。这使得由励磁开关装置113a引起的对控制电路115不利的热效应最小化。

如图1和图2所示，上述讨论涉及的是开口110f在集成有控制器的旋转电机1的径向上布置在贯通孔104k的内部，但是，也可以将集成有控制器的旋转电机1替代地设计成具有其它结构。例如，如图9所示，控制装置11(即，壳体110)可形成为具有布置开口110f与贯通孔104k之间的壁110i。如图9中的虚线所示，壁110i在集成有控制器的旋转电机1的径向上延伸到开口110f和贯通孔104k的外部。壁110i起到阻止已流过第一冷却流路120而使空气具有升高的温度的空气再次流回至第一冷却流路120的作用。

上述讨论涉及的是将逆变器汇流条116安装在第一冷却流路120内部的例子，但是，也可将逆变器汇流条116替代地布置成至少具有部分地沿着或是平行于在第一冷却流路120中移动的空气流延伸，即，沿着或是平行于第一冷却流路120的长度延伸。这也提供了通过流过第一冷却流路120的空气对逆变器汇流条116进行冷却的有益优点。

虽然已根据优选实施例公开了本发明以更好地理解本发明，但应当认为，在不脱离本发明原理的范围内，本发明可以以各种方式实施。因此，本发明应理解为包括在不脱离所附的权利要求书所述的本发明原理的情况下能够实施的所示实施例的所有可能实施例和修改。

Claims (23)

1.一种集成有控制器的旋转电机，其特征在于，包括：

旋转电机(10)，该旋转电机(10)具有电枢绕组(100b)、励磁绕组(101b)及外壳(104)，其中，所述电枢绕组(100b)配置于定子(100)，所述励磁绕组(101b)配置于转子(101)，所述外壳(104)覆盖所述定子和所述转子的轴向相对的端部；以及

控制装置(11)，该控制装置(11)具有壳体(110)、开关模块(111a)、控制电路(115)及电刷(114)，其中，所述壳体固定到所述外壳的轴向后端，所述开关模块在所述壳体中配置在距所述外壳规定距离的位置处且由逆变器开关装置构成，以向所述电枢绕组输送电力，所述控制电路配置在所述壳体中且在距所述外壳和所述开关模块一定间隔的位置处沿所述集成有控制器的旋转电机的轴向位于所述开关模块的前方，所述电刷配置在所述壳体中且位于距所述外壳、所述开关模块及所述控制电路一定距离的位置处，所述电刷至少部分地在所述集成有控制器的旋转电机的轴向上位于所述开关模块的前方且在所述集成有控制器的旋转电机的轴向上位于所述控制电路的后方，所述电刷用于向所述励磁绕组输送电力。

2.如权利要求1所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述电刷至少部分地在所述集成有控制器的旋转电机的径向上与所述开关模块或所述控制电路重叠。

3.如权利要求1所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述电刷布置成在所述集成有控制器的旋转电机的轴向上距所述开关模块和所述控制电路一定距离。

4.如权利要求1所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述集成有控制器的旋转电机还包括散热片(112)，该散热片(112)在所述逆变器开关装置的与所述旋转电机相反的一侧布置成与所述逆变器开关装置接触，以散发由所述逆变器开关装置产生的热量。

5.如权利要求4所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述电刷在所述集成有控制器的旋转电机的轴向上位于所述散热片的后端的前方。

6.如权利要求1所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，还包括第一冷却流路(120)和第二冷却流路(121)，其中，所述第一冷却流路将冷却介质流输送到所述散热片，所述第二冷却流路在所述控制电路与所述外壳之间输送所述冷却介质流。

7.如权利要求6所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述第一冷却流路用于将已流过所述散热片的冷却介质引导进入所述外壳，然后将所述冷却介质排出至外壳的外部。

8.如权利要求6所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述第二冷却流路用于将已在所述控制电路与外壳之间流过的冷却介质引导进入所述外壳，然后将所述冷却介质排出至所述外壳的外部。

9.如权利要求6所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，在所述第一冷却流路中移动的冷却介质的流量大于在所述第二冷却流路中移动的冷却介质的流量。

10.如权利要求9所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述第一冷却流路的入口的尺寸大于所述第二冷却流路的入口的尺寸。

11.如权利要求6所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述第一冷却流路具有在所述集成有控制器的旋转电机的轴向上彼此远离地布置的入口和出口，其中，所述第一冷却流路的所述入口在所述集成有控制器的旋转电机的径向上位于所述第一冷却流路的所述出口的内侧。

12.如权利要求6所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述第一冷却流路具有在所述集成有控制器的旋转电机的轴向上彼此远离地布置的入口和出口，并且所述壳体包括布置在所述第一冷却流路的所述入口与所述出口之间的壁(110i)，所述壁(110i)沿所述集成有控制器的旋转电机的径向延伸到所述第一冷却流路的所述入口和所述出口的外部。

13.如权利要求6所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述控制装置配备有用于所述开关模块的逆变器汇流条，所述逆变器汇流条配置在所述第一冷却路径中，或是至少具有部分地沿着在所述第一冷却流路中移动的所述冷却介质流延伸的一部分。

14.如权利要求1所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述控制装置配备有励磁开关装置(113a)，该励磁开关装置(113a)配置在安装有控制电路的控制板上，且被所述控制电路控制，以将电力输送到所述励磁绕组，所述励磁开关装置放置在所述控制板的面对所述旋转电机的表面上。

15.如权利要求1所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述控制装置配备有励磁开关装置(113a)，该励磁开关装置(113a)被所述控制电路控制，以将电力输送到所述励磁绕组，所述励磁开关装置布置成远离安装有所述控制电路的所述控制板以及所述外壳。

16.如权利要求1所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述控制装置配备有三个开关模块，每个所述开关模块由四个所述逆变器开关装置的一个单元构成，其中，为每个所述开关模块提供一个所述散热片。

17.如权利要求16所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述开关模块布置成彼此远离，所述散热片布置成彼此远离，其中，所述控制装置具有将所述开关模块连接到所述电枢绕组的电枢绕组汇流条(117)，其中，所述电枢绕组汇流条与所述电枢绕组之间的各个接头位于每相邻两个所述开关模块之间以及每相邻两个所述散热片之间。

18.如权利要求17所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述电枢绕组汇流条与所述电枢绕组之间的接头在所述集成有控制器的旋转电机的轴向上位于比所述散热片的后端更靠近所述旋转电机的位置。

19.如权利要求1所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述开关模块和所述控制电路在所述壳体内通过树脂密封。

20.如权利要求14所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述电刷被保持在配置于所述壳体的刷握中，其中，所述控制板位于距所述刷握一定距离的位置处。

21.如权利要求15所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述电刷被保持在配置于所述壳体的刷握中，其中，所述控制板位于距所述刷握一定距离的位置处。

22.如权利要求6所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述第一冷却流路包括多条流路，多条流路中的每条流路将冷却介质流输送至所述散热片中的一个散热片。

23.如权利要求22所述的集成有控制器的旋转电机，其特征在于，所述第一冷却流路的每条所述流路对已流过所述散热片中的所述一个散热片的所述冷却介质流进行引导，以使所述冷却介质流进入所述外壳，然后将所述冷却介质流排出至所述外壳的外部。