CN1906826A - 控制装置一体型旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明的控制装置一体型旋转电机，能够防止旋转电机来的热影响，而且能够很好地对控制装置进行冷却。在旋转电机主体的后支架(6)上，在图2的左右方向上设置规定的间隙，安装在控制装置(400)的开关元件12的散热器13，利用导电双头螺栓(300)进行安装。散热器(13)利用未图示的风扇产生的冷却风进行冷却。对使控制装置(400)温度上升的后支架(6)在安装时设置间隙，因此能够抑制来自后支架(6)的热传递，能够通过散热器(13)有效地冷却控制装置(400)。
Description
技术领域
本发明涉及控制装置一体型旋转电机，特别是涉及适合于安装在车辆上的控制装置一体型旋转电机。
背景技术
作为车载用的控制装置一体型旋转电机，有如下所述的电机。具有线圈的定子固定在框架的内周面上。一对轴承架固定在框架的两侧，通过轴承支持转子的旋转轴。在上述轴承架中的负载相反侧的轴承架(后支架；rear bracket)的外侧，成一整体地形成突出的散热片，在该散热片上安装使旋转电机变速运行用的逆变器装置。
在旋转轴的负载相反侧的突出端部安装冷却风扇，并且安装具有吸气口的风扇罩以便覆盖冷却风扇，在风扇罩的边缘部与轴承架的边缘部之间设置通风用空隙。冷却风扇相应于旋转电机的旋转而进行旋转，将冷却风提供给散热片。逆变器装置总体上形成圆环状，与其同心地配置在旋转轴的周围。逆变器装置具有具备铝制的圆环状散热板的电力单元、以及具备圆环状电路基板的控制电路单元，将圆环状散热板配置在散热片上以进行散热，释放由电力单元产生的热(参考例如专利文献1)。
专利文献1：日本特开平09-252563公报(0015～0023段及图1)。
特别是在以交流发电机为首的车载用旋转电机中，旋转电机主体的转子或定子的铜损和铁损导致的发热很大。虽然利用安装在转子上的风扇产生冷却风冷却发生的热，但定子铁心和定子线圈的温度上升到相当高的高温。轴承架如上所述固定在框架上，定子固定在该框架的内表面，因此通过框架从温度上升的定子接受传导的热量。另外，轴承架从温度上升的定子线圈的线圈末端和转子接受辐射热。因此，前支架和后支架(负载侧以及负载相反侧的支架)的温度大幅度上升。
这样，前支架和后支架容易受到旋转电机主体发热的影响，将具有电子元器件的逆变器装置安装在后支架的散热片上的情况下，有的元器件有可能过热，达到允许温度以上。另外，在逆变器装置采用可以在高温下使用的电子元器件和基板的情况下，由于这些元器件的价格高，因此存在总体成本高的问题。
本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的在于得到能够防止受到来自旋转电机主体的热的影响，同时可以很好地冷却控制装置的控制装置一体型旋转电机。
发明内容
本发明的控制装置一体型旋转电机，具备：具有定子、有旋转轴的转子、设置在定子的两侧且通过旋转轴旋转自如地支持转子的负载侧和负载相反侧的支架、和设置在转子上且随着转子旋转，引导冷却风冷却定子和转子中的至少一方的风扇的旋转电机主体；以及具有控制旋转电机主体的控制部件，在负载相反侧的支架的旋转轴的轴方向外侧，与负载相反侧的支架之间设置规定的间隙，并且使冷却风能够通过该间隙地被固定的控制装置。
本发明的控制装置一体型旋转电机，由于具备具有定子、有旋转轴的转子、设置在定子的两侧且通过旋转轴旋转自如地支持转子的负载侧和负载相反侧的支架、和设置在转子上且随着转子旋转，引导冷却风冷却定子和转子的至少一方的风扇的旋转电机主体；以及具有控制旋转电机主体的控制部件，在负载相反侧的支架的旋转轴的轴方向外侧，与负载相反侧的支架之间设置规定的间隙，并且使冷却风能够通过该间隙地被固定的控制装置，因此与负载相反侧的支架之间设置间隙，从而可以抑制来自负载相反侧的支架的热传导，同时利用冷却风有效地冷却控制装置。
附图说明
图1是示出本发明实施形态1即控制装置一体型旋转电机的结构的部分剖视图。
图2是示出控制装置的详细结构的剖视图。
图3是散热器(heat sink)周边部的俯视图。
图4是散热器的俯视图。
图5是示出开关元件与滤波电容器之间的配置关系的俯视图。
图6是导电双头螺栓的详细结构图。
图7是将控制装置的散热器安装在后支架上的安装部的放大图。
图8是用于说明将导电双头螺栓固定在散热器上的操作的说明图。
图9是示出热以及后支架的冷却风的流向的说明图。
图10是示出实施形态1的变形例即导电双头螺栓组装体的立体图。
图11是示出本发明实施形态2即控制装置的结构的剖视图。
图12示出图11的控制装置的变形例的结构，图12(a)是控制装置的剖视图，图12(b)是图12(a)的A部的放大图。
图13是表示图11的控制装置的另一变形例的结构的剖视图。
标号说明
1主轴、3定子、6后支架、7风扇、12开关元件、13散热器(heat sink)、14电容器、15电容器衬垫、16控制电路衬垫、19盖件、25树脂片、200转子、300导电双头螺栓、304金属筒、305垫块部、400，410，420，430控制装置
具体实施方式
实施形态1
图1～图10示出用于实施本发明的实施形态1，图1是示出控制装置一体型旋转电机的构成的部分剖视图，图2是示出图1的控制装置的详细结构的剖视图，图3是散热器周边的俯视图。图4是散热器的俯视图，图5是示出开关元件与滤波电容器之间的配置关系的俯视图。图6是导电双头螺栓的详细结构图，图7是将控制装置的散热器安装在后支架上的安装部的放大图，图8是用于说明将导电双头螺栓固定在散热器上的操作的说明图。图9是示出热以及后支架的冷却风的流向的说明图。图10是示出本发明的实施形态的变形例即导电双头螺栓组装体的立体图。
图1中，定子3具有在圆筒状的内周部设置未图示的槽的定子铁心3a、以及安装在该定子铁心3a的槽内的作为多相交流绕组的定子绕组3b。在下述转子200的轴方向上夹着该定子3，对负载侧和负载相反侧的两个铝压铸制造的支架5、6进行固定。再有，以下将负载侧的支架5称为前支架，将负载相反侧的支架6称为后支架。在前支架5和后支架6上压入轴承35、36。后支架6的左边外侧利用铝压铸方法整体地形成电刷支架收装部，收装电刷支架9。将电刷支架9的端部9a插入下述收装容器70中。另外，在前支架5和后支架6上设置利用下述风扇7将冷却风吸入旋转电机主体内对内部进行冷却并排出用的贯通孔5b、6b。
转子200是被称为所谓凸极(クロ一ポル)型的转子，具有固定在主轴1的一对磁极201和卷绕在该磁极201上的励磁绕组202，通过轴承35、36旋转自如地支持于前支架5及后支架6上。另外，风扇7固定在转子200的左边端部，随着转子200一起旋转。在主轴1的负载相反侧(图1中的左侧)固定与支持于电刷支架9的未图示的电刷滑动的集电环8，励磁绕组202通过集电环8和电刷从外部接受电流供给。
在后支架6的外侧安装检测主轴1的转速用的转速检测部28。在后支架6的轴方向外侧安装对提供给定子绕组3b的电流进行控制用的控制装置400。以下，对该控制装置400的详细结构进行说明。图3以图解方式表示出从图2的左边观察安装在散热器13上的开关元件12的状态。首先，散热器13如图4所示利用铝压铸法在圆盘的一部分被切下的扇状的板状部13a上呈辐射状地整体形成散热片13b。在散热器13上设置形成贯通孔的贯通孔形成部13d。返回到图2和图3，将树脂制构件17与散热器13加以组合，从而作为整体形成浅圆形的壳状的壳状基座60。
在散热器13上，如图3所示，在将热充分传导给散热器13且保持电绝缘的状态下，沿圆周方向保持间隔，安装对提供给定子绕组3b的交流电进行控制用的3个开关元件12。另外，在壳状基座60上形成利用散热器13和树脂构件17形成插入电刷支架9的端部9a的窗的窗形成部51。
如图5所示，在壳状基座60的中心部配置电容器基板15，以电容器基板15为中心，辐射状地配置3个开关元件12。在该电容器基板15上安装滤波电容器14，滤波电容器14由未图示的板状导体连接到电容器基板15的贯通电极部29。将开关元件12的主端子121与汇流条21的一个端部一起连结到上述贯通电极部29。
将控制电路基板16配置在相对于滤波电容器14的图2中的左侧、即比滤波电容器14更靠主轴14的轴方向外侧。在控制电路基板16上安装IC和晶体管等电子零件。另外，将驱动开关元件12或引出元件内部的感测输出用的信号端子122(图2)设置在控制电路基板16上。
作为复合导体的导电双头螺栓300，如图6所示在两个端部上形成阳螺纹部301a、301b的铜合金的双螺栓301的外周部上设置树脂覆盖部302，使其绝缘，与树脂覆盖部302合为一体地在外周部设置阳螺纹的圆筒状的金属筒304固定在其外侧。再有，金属筒304的外侧设置由热绝缘良好的材料形成的规定长度的垫块部305，使阳螺纹部304a、304b向两侧露出。3根导电双头螺栓300其双螺栓301的一个阳螺纹部301a通过散热器13的贯通孔13d插通，如图8所示使金属制的螺母308与金属筒304的阳螺纹部304a螺纹嵌合并拧紧，从而被固定。
如图7所示，利用未图示的螺母将汇流条21拧紧固定在该3根导电双头螺栓300的阳螺纹部301a，从而与开关元件12连接。在构成壳状基座60的树脂制构件17上固定由未图示的电池馈电用的电极端子部18。另外，从图2的左边将金属制的盖件19紧紧地嵌入壳状基座60，形成收容器70，收装并保护开关元件12、安装电容器14的电容器基板15、以及控制电路基板16。
将如此组装的收容器70和3根导电双头螺栓300的金属筒304的阳螺纹部304a分别插入设在后支架6上的贯通孔，使金属制的螺母308与金属筒304的阳螺纹部304a螺纹嵌合并拧紧，如图1和图2所示进行固定。这时，散热器13利用设置在导电双头螺栓300上的垫块部305，与后支架6之间形成规定的间隙。
由电池对通过设置在树脂制构件17上的电极端子部18向与滤波电容器14并联的开关元件12供给直流电，然后变换成所要的频率和电压的交流电。交流电由开关元件12的主端子121经过汇流条21，通过导电双头螺栓300以及旋转电机主体内的连接导体10(参考图1)，提供给定子绕组3b。
旋转电机主体因转子200和定子3的铜损和铁损而发热。使安装在转子200上的风扇7旋转，从而如图9的黑色箭头所示，冷却风与散热器13的散热片13b接触并同时通过，通过后支架6的贯通孔6b被导入旋转电机主体内，对转子200和定子3进行冷却。但是，发热的一部分如白色箭头所示，经过后支架6和主轴1传导，到达后支架6的外表面部。旋转电机在例如启动汽车的发动机或驱动车载旋转电机那样的环境下使用时，后支架6的温度有时超过开关元件12的常用耐用温度常(例如150℃)。
然而，由于通过垫块部305将散热器13固定在后支架6上，同时与后支架6之间设置规定的间隙，遮断来自后支架6和主轴1的传导热和辐射热，同时如上述所述利用冷却风冷却散热片，因此可以抑制控制装置的温度上升。此外，在开关元件12的主轴1的轴方向外侧配置电容器基板15，进而在轴方向外侧配置控制电路基板16，从而可以减少所要的面积，同时将最不耐热的控制电路基板16安装在轴方向最外部(图2中的最左侧)，从而可以降低来自后支架6的热的影响。另外，将支持成为噪声源的电刷的电刷支架9收装在后支架6的电刷支架收装部6c内，因此将降低由铝合金构成的电刷支架收装部6c相对于控制电路基板16等的噪音，从而可靠性得以提高。
再者，本实施形态中，后支架6与散热器16之间的空气层几乎不传热，垫块305的与后支架6的接触面积支配热传导。因此，减小垫块部305的直径，或使用热阻大的材料作成的垫块等，根据旋转电机主体的温度上升程度使热阻增大，从而可以使后支架6与散热器13间的温差增大，因此能够抑制开关元件12的温度上升。
另外，如上所述，开关元件12配置成包围滤波电容器14，并且将开关元件12的主端子121直接连接于贯通电极部29，从而开关元件12与滤波电容器14间的配线变短。开关元件12与电容器14间不需要汇流条，并且可以降低电感，抑制开关动作时的浪涌电压，因此可以提高开关元件的可靠性，同时也可以削减元器件的件数。
再者，导电双头螺栓300在后支架6上的安装，也可以如下述所述进行。图10是示出本实施形态的变形例、即导电双头螺栓组装体的立体图。用圆环状树脂部310使3根导电双头螺栓300合为一体，制作导电双头螺栓300。在这种情况下，将导电双头螺栓组装体310的导电双头螺栓300插入后支架6的贯通孔内，用金属螺母308拧紧并固定。另外，预先将散热器13、开关元件12以及电容器基板15装入壳状基座60。然后将散热器13拧紧固定在导电双头螺栓300上。进而进行开关元件12与导电双头螺栓300的连接。
这种情况下，圆环状树脂部309位于后支架6与散热器13之间，后支架6与散热器13之间的距离受到包含圆环状树脂部309的厚度的垫块305的轴方向的长度的限制。用圆环状树脂部309可以遮断自后支架6对散热器13的辐射热，同时可以使3个相的导电双头螺栓300合为一体，使组装更加方便。
实施形态2
图11～图13示出本发明的其它实施形态。图11是示出控制装置的结构的剖视图。图12示出图11的控制装置的变形例的结构，图12(a)是控制装置的剖视图，图12(b)是12(a)的A部放大图。图13是进一步示出图11的控制装置的其他变形例的结构的剖视图。在控制电路基板16上，尤其是作为发热大的元器件，有驱动电源电路的晶体管、开关元件12用的驱动器IC、进行运算处理用的微机等，最好是尽可能将这些元器件分散配置。如图11的控制装置410或图12的控制装置420所示，在这些元器件与金属制的盖件19之间、或控制电路基板16与盖件19之间介入传热用的树脂片25，使这些元器件和控制电路基板16中产生的热通过树脂片25传导到盖件19进行散热，从而可以有效地对这些元器件和控制电路基板16进行冷却。
特别是在组件的背面具有热扩散器(ヒ一トスプレツダ)的电子部件的情况下，最好是形成通过像图12所示那样的控制电路基板16使电子部件散热的构造。在这里，用图12的部分放大图即图13对控制装置420中的散热路径进行说明。将具有热扩散器的电子部件26利用钎焊焊接在具有与热扩散器实质上相同面积的金属图案(以下称为金属图案A)上。金属图案A与控制电路基板16的另一面的金属图案(以下称为金属图案B)通过形成于内壁的通孔(バイアホ一ル)27连接。在金属图案B与盖件19间以与两者粘合的方式介入树脂片25。通孔的铜图案与控制电路基板16的基板基体材料相比，热传导性更优异，由于来自发热元器件的热扩散器的热传导性优异，因此可以有效地使控制电路基板16的里侧的电子元器件的散热。
再如图13的变形例所示，控制装置430在通过树脂片25与控制电路基板16接触的盖件19的外侧设置散热片171，从而可以提高散热性能。考虑电子部件的发热引起的温度上升和控制电路基板16的温度上升与允许温度之间的平衡，就可以决定是否要安装散热片、散热片高度、以及底面面积等。如图2所示，盖件19的外侧是最远离称为定子3和转子200的旋转电机主体的发热部的位置，此外，安装在转子200上的风扇7对散热器13的散热片13a进行冷却，从后支架6的贯通孔6b将风引入旋转电机主体的内部，因此受到旋转电机主体加热的风不与盖件19的外侧部接触。因此，总能接触温度最低的风。这一点尤其对冷却不耐热的控制电路基板有利。
如上所述，采用这些实施形态，则尤其是以车载用旋转电机为首的高温环境下使用的控制装置一体型旋转电机中，可以有效地使旋转电机主体与控制装置之间实现热绝缘，因此即使在发动机室内等设置旋转电机主体的环境温度上升的情况下、以及旋转电机主体发热大的情况下，也几乎没有从后支架的背面部传热到散热器，因此不会导致开关元件和控制电路基板的温度上升，从而可以用简单的构造防止部件受到热损伤。
另外，将相对不耐热的控制电路基板配置在离发热部即旋转电机主体最远的最外部，同时在离旋转电机主体最远的部位设置使控制基板发生的热散热用的散热路径和散热片，从而不受旋转电机主体发热的影响，可以最有效地冷却控制电路基板。
再者，上述各个实施形态中，虽然示出利用风扇7将冷却风吸到旋转电机主体内的情况，但即使是全封闭外风扇冷式的其它旋转电机也可以得到同样的效果。另外，旋转电机即使是发电机、发电电动机、起动器、助力发电电动机等其它旋转电机，也可以得到同样效果。
如上所述，本发明的控制装置一体型旋转电机，具备：具有定子、有旋转轴的转子、设置在定子的两侧且通过旋转轴旋转自如地支持转子的负载侧和负载相反侧的支架、和设置在转子上且随着转子旋转，引导冷却风冷却定子和转子中的至少一个的风扇的旋转电机主体；以及具有控制旋转电机主体的控制部件，在负载相反侧的支架的旋转轴的轴方向外侧，与负载相反侧的支架之间设置规定的间隙，并且能够使冷却风通过该间隙地被固定的控制装置，因此利用在与负载相反侧的支架之间设置间隙，从而可以抑制来自负载相反侧的支架的热传导，同时利用冷却风有效地冷却控制装置。
而且，控制装置具有使控制部件的热进行散热的散热器，其散热器以与负载相反侧的支架间设置规定的间隙的方式被固定，利用冷却风冷却，因此可以有效地通过散热器冷却控制部件。
再有，定子具有多相交流绕组，控制装置作为控制部件，具备将直流输入变换为交流输出提供给多相交流绕组的开关元件、冷却该开关元件的散热器、与开关元件的直流输入侧连接的电容器、以及具有控制开关元件的控制电路的控制电路基板，配置成控制电路基板和散热器与旋转轴的轴方向重合，同时以利用冷却风冷却散热器的方式固定在负载相反侧的支架上，因此使控制电路基板比散热器更远离负载相反侧的支架，从而可以减少控制电路基板的温度上升。
另外，控制装置以在散热器与负载相反侧的支架之间介入垫块的方式固定在负载相反侧的支架上，从而能够确保规定的间隙，因此容易确保间隙。
而且，控制装置通过多个导体将交流输出提供给多相交流绕组，设置使垫块和导体一体型复合导体，使导体贯通到散热器以及负载相反侧的支架，同时利用垫块确保间隙，通过复合导体将散热器固定在负载相反侧的支架上，因此可以减少元器件数目。
而且导体为棒状，复合导体具备覆盖导体的外周部的绝缘覆盖构件、具有阳螺纹部且安装在绝缘覆盖构件的外周侧的圆筒状的螺丝构件、以及以在导体的轴方向上具有规定长度，在螺丝构件的外周部，阳螺纹部残存于导体的轴方向两侧的方式设置的环状的环状构件，通过使残存的阳螺纹部的一个贯通散热器，用螺母螺纹拧合，从而在与环状构件之间拴紧散热器，使残存的阳螺纹部的另一个贯通反负载侧的支架，用另一螺母拧紧，从而以环状构件作为垫块在散热器与反负载侧的支架间介入的方式使上述散热器固定在反负载侧的支架上，因此可以减少元器件数目。
另外，控制装置将开关元件实质上配置成位于以旋转轴的轴为中心的规定直径的圆的圆周上，同时电容器配置在圆的中心部，因此可以缩短电容器和开关元件间的配线长度，降低电感，从而可以抑制开关动作时的浪涌电压。
而且，控制装置具有从旋转轴的轴方向覆盖控制电路基板的盖件，在控制电路基板与盖件之间设置传导热的热传导构件，因此可以有效地使控制电路基板产生的热进行散热。
Claims (8)
1.一种控制装置一体型旋转电机，其特征在于，具备
具有定子、有旋转轴的转子、设置在所述定子的两侧且通过旋转轴旋转自如地支持所述转子的负载侧和反负载侧的支架和设置在所述转子上且随着转子旋转，引导冷却风冷却定子和转子中的至少一个的风扇的旋转电机主体；以及
具有控制所述旋转电机主体的控制部件，在所述反负载侧的支架的所述旋转轴的轴方向外侧，与所述反负载侧的支架之间设置规定的间隙，并且使冷却风能够通过该间隙地被固定的控制装置。
2.如权利要求1所述的控制装置一体型旋转电机，其特征在于，
所述控制装置具有使所述控制元器件的热进行散热的散热器，
所述散热器以与反负载侧的支架间设置所述规定的间隙的方式进行固定，并由所述冷却风进行冷却。
3.如权利要求2所述的控制装置一体型旋转电机，其特征在于，
所述定子具有多相交流绕组，
所述控制装置作为所述控制部件具备将直流输入变换为交流输出提供给所述多相交流绕组的开关元件、冷却该开关元件的所述散热器、与所述开关元件的所述直流输入侧连接的电容器、以及具有控制所述开关元件的控制电路的控制电路基板，
将所述控制电路基板和散热器配置成与所述旋转轴的轴方向重合，同时以利用所述冷却风能够冷却所述散热器的方式固定在所述反负载侧的支架上。
4.如权利要求3所述的控制装置一体型旋转电机，其特征在于，
在所述散热器与所述反负载侧的支架之间介入垫块，使所述控制装置固定在所述反负载侧的支架上，通过这样确保所述规定的间隙。
5.如权利要求4所述的控制装置一体型旋转电机，其特征在于，
所述控制装置通过多个导体将所述交流输出提供给多相交流绕组，
设置使所述垫块和所述导体成一整体的复合导体，使所述导体贯通到所述散热器以及所述反负载侧的支架，同时利用所述垫块确保所述间隙，利用所述复合导体将所述散热器固定在所述反负载侧的支架上。
6.如权利要求5所述的控制装置一体型旋转电机，其特征在于，
所述导体为棒状的导体，
所述复合导体具备覆盖所述导体的外周部的绝缘覆盖构件、具有阳螺纹部且安装在所述绝缘覆盖构件的外周侧的圆筒状的螺丝构件、以及以在所述导体的轴方向上具有规定长度，在所述螺丝构件的外周部，阳螺纹部残存于所述导体的轴方向两侧的方式设置的环状的环状构件，
使所述残存的阳螺纹部的一个贯通所述散热器，用螺母拧合，通过这样在与环状构件之间拴紧所述散热器，
使所述残存的阳螺纹部的另一个贯通反负载侧的支架，用别的螺母拧合并拧紧，通过这样以所述环状构件作为所述垫块在所述散热器与所述反负载侧的支架间介入的方式将所述散热器固定在所述反负载侧的支架上。
7.如权利要求6所述的控制装置一体型旋转电机，其特征在于，
所述控制装置将所述开关元件配置成实质上位于以所述旋转轴的轴为中心的规定直径的圆的圆周上，同时将所述电容器配置在所述圆的中心部。
8.如权利要求3所述的控制装置一体型旋转电机，其特征在于，
所述控制装置具有从所述旋转轴的轴方向覆盖所述控制电路基板的盖件，
在所述控制电路基板与所述盖件之间设置传导热的热传导构件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111019 |