CN1913295B - 反相器一体型旋转电机 - Google Patents

Abstract

一种反相器一体型旋转电机，从反相器壳体(8)的端壁(80)的冷却空气流吸入孔(80a、80b)导入的很冷的冷却空气流同时从径向内侧和径向外侧的冷却空气流吸入孔(80a、80b)并行流入，流过由外周侧板部(72a)和反相器壳体(8)内周所形成的外周冷却空气流通路(P1)及形成在内周侧板部(72b)与围绕旋转轴(31)的盖板(90)之间的内周冷却空气流通路(P2)并沿轴向贯通反相器装置(7)而从外壳(4)的冷却空气流吸入孔(42)导入电动机外壳(4)内，采用本发明，可在电气上、机械上良好地保护反相器的各开关元件和将它们连接的电力配线和控制配线，并可提高开关元件的冷却性。

Description

反相器一体型旋转电机

技术领域

本发明涉及反相器一体型旋转电机。

背景技术

以往，提出有如下一种反相器一体型车辆用旋转电机：通过将可进行电力授受地夹设在直流电源和多相交流旋转电机的电枢绕组之间而对该电枢绕组施加多相交流电压的反相器与多相交流旋转电机一体化，来获得小型、轻量化和降低配线损失。

这种反相器由于是将大量功率晶体管(开关元件)和对其进行驱动控制的反相器控制电路进行复杂配线而成的电路装置，故必须在电气上、机械上得到保护。由此，在以往的反相器一体型车辆用旋转电机中，反相器封入于金属制或树脂制密封箱即壳体内而固定在旋转电机的外壳周壁或端壁上。下面，把反相器固定在周壁上的方式称为周壁固定方式，把反相器固定在端壁上的方式称为端壁固定方式。

但是，在反相器的开关元件对旋转电机进行电动驱动时，由于在其开关时及导通时发生大的电力损失，故构成反相器的各开关元件的冷却尤其成为重要的问题，以往，已知有利用冷却空气对反相器进行冷却的空冷方式、利用冷却水对反相器进行冷却的水冷方式。例如，专利文献1记载的空冷端壁固定方式揭示了一种在径向截面将旋转轴作成U字状或马蹄形状的反相器。该空冷端壁固定方式的反相器由于可期望电动机直径的小型化和冷却机械的简单化，故有利于实现体积缩小和小型轻量化，在装备于励磁线圈型同步电动机的场合，可在沿轴向与电刷重合且在周向个同的部位配设反相器，是特佳的。

但是，在上述的空冷端壁固定方式的反相器一体型车辆用旋转电机中，难以在电气上、机械上保护反相器的各开关元件、维持其良好的冷却，且难以实现反相器的小型化。

对此，如专利文献2所示，提出了如下的反相器一体型车辆用旋转电机的技术：在电气上、机械上可良好保护反相器的开关元件等，确保开关元件的冷却性，并可实现其小型化。

专利文献1：日本专利特开平7-231672公报

专利文献2：日本专利特开2004-274992号公报

但是，上述专利文献2揭示的空冷端壁固定方式的反相器一体型车辆用旋转电机中，难以在电气上、机械上良好保护反相器的各开关元件、提高进一步的冷却。

更详细地说，为了电气上、机械上良好地保护反相器的各开关元件和将它们连接的电力配线和控制配线而必须在壳体内利用绝缘树脂等将它们充分密闭、固定，但若如此利用绝缘树脂等提高密闭性获得壳体小型化，则有冷却用散热片部的表面积被大幅度减小、或冷却空气流通路的结构不适当而使开关元件等冷却性恶化的问题。

发明内容

鉴于上述的问题，本发明的目的在于，提供一种反相器一体型旋转电机，其在电气上、机械上可良好地保护反相器的各开关元件和将它们连接的电力配线和控制配线，并可提高开关元件的冷却性。

本发明的反相器一体型旋转电机，包括：旋转电机，该旋转电机具有固定在旋转轴上的冷却风扇，从外壳的一端壁吸入冷却空气流；位于上述外壳的上述一端壁的轴向外侧并固定在上述外壳上的反相器装置，上述反相器装置至少包括：构成将输入直流电力变换成交流电力并向上述旋转电机的定子线圈供电的反相器电路的多个开关元件；对上述反相器电路进行控制的控制电路；将上述开关元件及控制电路围住覆盖并收容、同时将连接上述开关元件及控制电路的配线收容的散热片壳体；将上述散热片壳体一体固定收容的反相器壳体，所述散热片壳体具有：向大致径向延伸设置的轮板状的底板部；从所述底板部相对于围绕所述旋转轴的盖板确保规定空间并向所述外壳的一端壁一体地延伸设置的小径筒状的内周侧板部；从所述底板部向所述外壳的所述一端壁一体地延伸设置的大径筒状的外周侧扳部；向所述外壳的所述一端壁开口的环状的开口部，这些所述底扳部、所述内周侧扳部和所述外周侧板部由作为冷却用散热片的热传导性佳的金属材料构成，并且构成所述外周侧板部与所述反相器壳体之间的外周冷却空气流通路、所述盖板与所述内周侧扳部之间的内周冷却空气流通路，从形成于所述反相器壳体的端壁的冷却空气流吸入孔导入的冷却空气流，在沿着所述外周冷却空气流通路及内周冷却空气流通路向轴向流动后，流入所述外壳内。

采用本发明的反相器一体型旋转电机，由于反相器装置的底扳部和内周侧板部与外周侧板部构成一体形状，且全部由作为冷却用散热片的热传导性佳的金属材料构成，故可确保宽大的冷却用表面积，并沿着内周侧板部与外周侧板部向轴向分别构成冷却空气流通路，由此，通风阻力小，可确保较多的冷却空气流量，在电气上、机械上良好地保护反相器装置的开关元件等和将它们连接的电力配线和控制配线，获得可有效地对发热量大的开关元件等进行冷却的效果。

附图说明

图1是表示本发明实施形态1的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图。

图2是包含图1的反相器一体型旋转电机的系统电路的概念图。

图3是表示本发明实施形态2的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图。

图4是表示本发明实施形态3的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图。

图5是表示本发明实施形态4的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图。

图6是表示本发明实施形态5的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图。

图7是表示本发明实施形态6的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图。

图8是表示本发明实施形态7的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图。

图9是表示本发明实施形态8的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图。

具体实施方式

实施形态1

图1是表示本发明实施形态1的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图，图2是包含图1的反相器一体型旋转电机的系统电路的概念图。

图1中，车辆用旋转电机1具有定子2、转子3、外壳4、带轮5、电刷6和反相器装置7。

在外壳4的周壁内周面固定有由定子铁心22构成的定子2，而定子铁心22上卷绕有定子线圈21。23是覆盖定子线圈21的绝缘板。在定子2的径向内侧收容有转子3，转子3包括旋转轴31和嵌装固定在旋转轴31上的郎德尔式的转子铁心32、固定在其端面上的冷却风扇33、卷绕在其上的励磁线圈34，旋转轴31旋转自如地支承在外壳4的两端壁4a、4b上且带轮5固定在一端侧上。

在外壳4的周壁两侧形成有冷却空气流吹出孔41，在其两端壁4a、4b形成有冷却空气流吸入孔42。从冷却空气流吸入孔42吸入的冷却空气流(风)受到两个冷却风扇33的作用而对定子线圈21的线圈末端进行冷却并从冷却空气流吹出孔41吹向外部。

在从外壳4的后端壁4b突出的旋转轴31的另一端侧设有一对汇流环，与这些汇流环接触的一对电刷6被收容在树脂制的电刷架60中。

上述的郎德尔式旋转电机自身的结构和动作是众所周知的，故省略其进一步的说明。

下面说明构成本实施形态特征的反相器装置7。

反相器装置7具有一端面开口的环形室形状的散热片壳体70，71是其轮板状的底板部，72a是从底扳部71的外周缘向外壳4侧突出的环状的外周侧板部，72b是从底板部引的内周缘向外壳4侧突出的环状的内周侧板部，散热片壳体70由将这些底板部71、外周侧板部72a、内周侧板部72b连续一体接合的作为冷却用散热片的热传导性佳的金属材料构成，且具有向外壳4的后端壁4b开口的开口部72c。

构成反相器电路的开关元件73与图1中未图示的励磁电流控制用晶体管一起固定在散热片壳体70的底板部71上。

这些反相器装置7的电路元件固定在散热片壳体70的底扳部71上、被电气连接后，为埋设电路元件和连接部分而在散热片壳体70内充填树脂74。

并且，上述散热片壳体70被收容并一体固定在由树脂材料构成的有底筒状的反相器壳体8上。在反相器壳体8的端壁80上一体固定有散热片壳体70的底扳部71，再在对应于散热片壳体7O外周侧板部72a、内周侧板部72b的位置形成有冷却空气吸入孔80a、80b。该反相器壳体8从外部对兼作后述的正汇流条(バスバ)的散热片壳体70进行绝缘的同时，进行机械保护。另外，反相器壳体8构成为使外周与蓄电池9的正端子上配线连接的正B端子(图1、图2的B记号)绝缘，或收纳输入来自外部的信号用的连接器(未图示)等。

其他，在图1中，21c是定子线圈21的各相绕组的引线，与未图示的反相器装置7的各相的交流汇流条接合。

图2表示反相器装置7的电路结构。

反相器装置7包括：将由6个MOS晶体管构成的开关元件73利用汇流条连接而成的反相器电路730；励磁电流控制用晶体管77、续流二极管78和控制电路79。向励磁线圈34供电的励磁电流由励磁电流控制用晶体管77控制，各开关元件73及励磁电流控制晶体管77利用由IC构成的控制电路79控制。实际上，反相器电路730的各部分和控制电路79具有对反相器电路730的各部分的电位、电流进行检测用及对开关元件73的门电位进行控制用的许多小电流配线，在本实施形态中，这些小电流配线构成为被固定在散热片壳体70内部的接线端子板76，由于这些小电流配线细，故也可不与接线端子板76一体成形，而由树脂74覆盖。

76U、76V、76W是构成反相器电路730的交流配线的交流汇流条(交流板部)，通过树脂一体成形而与负汇流条(直流板部)75a一起埋设在作为反相器电路730的大电流配线的接线端子板76中。

在反相器装置7中，在散热片壳体70的底板部71上，通过钎焊等方式直接电气接合有上臂的开关元件73的漏极侧的底板，故散热片壳体70也兼作正汇流条75b，因此，通过绝缘件81紧固在外壳4的后壁上。另一方面，下臂的开关元件73的漏极侧的底板与散热片(未图示)电气接合，该散热片通过电气绝缘薄膜固定在底板部71上。并且，将该散热片与负汇流条75a连接、通过该负汇流条75a而使反相器装置7与外壳4接地。

这样，当转子2受到旋转驱动时，如图1所示，通过冷却风扇33、33使冷却空气流导入反相器壳体8的内部。该冷却空气流同时从径向外径和径向内侧的冷却空气流吸入孔80a、80b并行流入，通过由外周侧板部72a和反相器壳体8的内周形成的外周冷却空气流通路P1及形成在内周侧板部72b与围绕旋转轴31的盖板90之间的内周冷却空气流通路P2，如图中箭头X、Y所示沿轴向贯通反相器转子7从外壳4的冷却空气流吸入孔42导入电动机外壳4内，并受到冷却风扇33的影响偏向径向外侧而从外壳4的外周的冷却空气流吹出孔41向外部排出。

这样，从反相器壳体8的端壁80的冷却空气流吸入孔80a、80b导入的很冷的冷却空气流沿着散热片壳体70的外周侧板部72a的表面和内周侧板部72b的表面分别流动，故可确保较宽的用于冷却内部开关元件73等的散热片壳体70的冷却表面积(这里是外周侧板部72a的表面积与内周侧板部72b的表面积之和)。

另外，由于外周冷却空气流通路和内周冷却空气流通路的2个部位并行形成冷却空气流通路，故通风阻力不大，冷却空气流量不下降，从而可通过散热片壳体70的外周侧板部72a和内周侧板部72b有效地冷却内部的开关元件等。

如上所述，具有在电气上、机械上良好地保护反相器装置7的开关元件72等和将它们连接的电力配线和控制配线并可有效地冷却发热量大的开关元件等的效果。

由树脂材料构成的反相器壳体8上预壳将所述散热片壳体70收纳并一体固定，使与蓄电池9的正极端子配线连接的正B端子(图1、2中的B记号)与外周绝缘，且也可预先收纳用于输入来自外部的信号的连接器(未图示)等，也有提高装配性的效果。

实施形态2

图3是表示本发明实施形态2的反相器一体型旋转电机的纵剖视图，相对于图1的实施形态1，不同点在于反相器装置7的散热片壳体70的外周侧板部72a和内周侧板部72b的外侧表面分别增加了冷却翅片721、722，其他结构与图1的实施形态1相同。

图3中，本发明的实施形态2的反相器一体型旋转电机是，相对于图1的实施形态1，在散热片壳体70的外周侧板部72a上沿着大致轴向设置从其外侧表面向大致径向外侧突出的外周冷却翅片721，并在内周侧板部72b沿大致轴向设置从其外侧表面向大致径向中心突出的内周冷却翅片722。

另外，所述外周冷却翅片721和内周冷却翅片722的厚度和翅片间距构成最佳以使通过此处的冷却空气流的通风阻力不变大。

在如此构成的实施形态2中，从反相器壳体8的端壁80的冷却空气流吸入孔80a、80b导入的很冷的冷却空气流分别沿着设于散热片壳体70的外周侧板部72a表面上的外周冷却翅片721与设于内周侧板部72b表面上的内周冷却翅片722表面流动，因此，能确保宽大的用于冷却内部的开关元件73等的散热片壳体70的冷却表面积(这里是外周侧板部72a的外周冷却翅片721的表面积与内周侧板部72b的内周冷却翅片的表面积之和)。

由于在外周冷却空气流通路P1和内周冷却空气流通路P2的2个部位并行形成冷却空气流通路，所述外周冷却翅片721和内周冷却翅片722的厚度和翅片间距构成最佳以使通过此处的冷却空气流的通风阻力不变大，故通风阻力不增大，冷却空气流量不下降，从而可通过散热片壳体70的外周侧板部72a和内周侧扳部72b有效地冷却内部的开关元件73等。

如上所述，具有在电气上、机械上良好地保护反相器装置的开关元件73等和将它们连接的电力配线和控制配线并可有效地冷却发热量大的开关元件等的效果。

实施形态3

图4是表示本发明实施形态3的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图，相对于图1的实施形态1不同点仅是在反相器装置7的散热片壳体70的底板部71上增加冷却翅片711，其他结构与图1的实施形态1相同。

图4中，本发明实施形态3的反相器一体型旋转电机是，相对于图1的实施形态1，设有从散热片壳体70的底板部71外侧底面向所述反相器壳体8突出并固定成一体的冷却翅片711，在底板部71与反相器壳体8的端壁80之间构成底板部冷却空气流通路P0，并与该底板部冷却空气流通路P0连通地在反相器壳体8的端壁80上形成与冷却翅片711相对的冷却空气流吸入孔80c。

另外，所述冷却翅片711的厚度与翅片间距离构成为最佳，以使通过此处的冷却空气流的通风阻力不变大且可确保宽大的表面积。

在如此构成的实施形态3中，从端壁80的冷却空气流吸入孔80c导入的很冷的冷却空气流首先对底板部71的冷却翅片711进行冷却，并与底扳部71的底面冲突，通过底板部冷却空气流通路P0向径向外侧和径向中心分开偏向，径向外侧的气流流过由外周侧板部72a和反相器壳体8的内周所形成的外周冷却空气流通路P1，如图中箭头X所示那样沿轴向贯通反相器装置7，而朝向径向中心的气流流过在内周侧板部72b与围绕旋转轴31的盖板90之间形成的内周冷却空气流通路P2，如图中箭头Y所示那样沿轴向贯通反相器装置7，从外壳4的冷却空气流吸入孔42导入电动机外壳4内，并受到冷却风扇33的作用而偏向径向外侧，从外壳4外周的冷却空气流吹出孔41排出到外部。

这样，从端壁80的冷却空气流吸入孔80c导入的很冷的冷却空气流首先对设在散热片壳体70底板部71上的冷却翅片711进行冷却，接着分别沿着外周侧扳部72a的表面和内周侧板部72b的表面流动，故可确保宽大的对内部的开关元件73等进行冷却用的散热片壳体70的冷却表面积(这里是设在底扳部71上的冷却翅片711的表面积与外周侧板部72a的表面积和内周侧板部72b的表面积之和)，通过散热片壳体70的底板部71的冷却翅片711、外周侧板部72a和内周侧板部72b，可有效地冷却内部的开关元件73等。

实施形态4

图5是表示本发明实施形态4的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图，相对于图4的实施形态3，不同点仅是在反相器装置7的散热片壳体70的外周侧板部72a和内周侧板部72b的外侧表面分别增加冷却翅片721、722，其他结构与图4的实施形态3相同。

图5中，本发明实施形态4的反相器一体型旋转电机是，相对于图4的实施形态3，在散热片壳体70的外周侧扳部72a上沿着大致轴向设置从其外侧表面向大致径向外侧突出的外周冷却翅片721，并在内周侧板部72b上沿着大致轴向设置从其外侧表面向大致径向突出的内周冷却翅片722。

另外，所述外周冷却翅片721和内周冷却翅片722的厚度与翅片间距构成最佳以使通过此处的冷却空气流的通风阻力不变大。

在如此构成的实施形态4中，从反相器壳体8的端壁80的冷却空气流吸入孔80c导入的很冷的冷却空气流，首先对设在散热片壳体70的底板部71上的冷却翅片711进行冷却，接着分别沿着设于外周侧板部72a的表面的外周冷却翅片721、设于内周侧板部72b的表面的内周冷却翅片722流动，因此，能确保宽大的用于冷却内部的开关元件73等的散热片壳体70的冷却表面积(这里是设于底板部71的冷却翅片711的表面积与外周侧板部72a的外周冷却翅片721的表面积及内周侧板部72b的内周冷却翅片722的表面积之和)。通过散热片壳体70的底板部引的冷却翅片711、外周侧板部72a的外周冷却翅片721和内周侧扳部72b的内周冷却翅片722，可有效地冷却内部的开关元件等。

实施形态5

图6是表示本发明实施形态5的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图，相对于图1的实施形态1，仅在反相器装置7的散热片壳体70的内周侧板部72b外侧表面增加冷却翅片722，其他结构与图1的实施形态1相同。

实施形态6

图7是表示本发明实施形态6的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图，相对于图1的实施形态1，仅在反相器装置7的散热片壳体70的外周侧板部72a外侧表面增加冷却翅片721，其他结构与图1的实施形态相同。

实施形态7

图8是表示本发明实施形态7的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图，相对于图3的实施形态2，仅在反相器装置7的散热片壳体70的内周侧板部72b外侧表面增加冷却翅片722，其他结构与图3的实施形态2相同。

实施形态8

图9是表示本发明实施形态8的反相器一体型旋转电机结构的纵剖视图，相对于图3的实施形态2，仅在反相器装置7的散热片壳体70的外周侧板部72a外侧表面增加冷却翅片721，其他结构与图3的实施形态2相同。

另外，从实施形态1至实施形态8的说明及图示，都表示开关元件73连接固定在散热片壳体70的底板部71上的结构，但该开关元件73即使是与外周侧板部72a或内周侧扳部72b连接固定时也产生同样的效果，是不言而喻的。

另外，如图3所示，也可在散热片壳体70的开口部70a设置密封用的盖82，从而通过设置该盖82可提高耐水性和耐盐水性等。通过用树脂形成该盖82，可较好地隔断从旋转电机侧向散热片壳体70的辐射热。

Claims (9)

1.一种反相器一体型旋转电机，其特征在于，包括：旋转电机和反相器装置，该旋转电机具有固定在旋转轴上的冷却风扇，从外壳的一端壁吸入冷却空气流；该反相器装置位于所述外壳的所述一端壁的轴向外侧并固定在所述外壳上，

所述反相器装置至少包括多个开关元件、控制电路、散热片壳体、反相器壳体：所述多个开关元件构成将输入直流电力变换成交流电力并向所述旋转电机的定子线圈供电的反相器电路；所述控制电路对所述反相器电路进行控制；所述散热片壳体将所述开关元件及控制电路围住覆盖并收容、同时将连接所述开关元件及控制电路的配线收容；所述反相器壳体将所述散热片壳体一体固定收容，

所述散热片壳体具有：轮板状的底板部、小径筒状的内周侧板部、大径筒状的外周侧板部、及环状的开口部；所述底板部沿大致径向延伸设置；所述内周侧板部从所述底板部向所述外壳的一端壁一体地延伸设置，且与围绕所述旋转轴的盖板之间确保规定空间，所述内周侧板部具有从所述内周侧板部的外侧表面向大致径向中心突出的内周冷却翅片；所述外周侧板部从所述底板部向所述外壳的所述一端壁一体地延伸设置，所述外周侧板部具有从所述外周侧板部的外侧表面向大致径向外侧突出的外周冷却翅片；所述开口部向所述外壳的所述一端壁开口，这些所述底板部、所述内周侧板部和所述外周侧板部由作为冷却用散热片的热传导性佳的金属材料构成，并且构成所述外周侧板部与所述反相器壳体之间的外周冷却空气流通路、以及所述盖板与所述内周侧板部之间的内周冷却空气流通路，

从形成于所述反相器壳体的端壁上的冷却空气流吸入孔导入的冷却空气流在所述外周冷却空气流通路及内周冷却空气流通路中并行，一边对所述内周冷却翅片及外周冷却翅片进行冷却一边向轴向流动后，流入所述外壳内。

2.如权利要求1所述的反相器一体型旋转电机，其特征在于，所述底板部具有从所述底板部的外侧底面向所述反相器壳体突出并固定成一体的冷却翅片，通过该冷却翅片构成形成在径向的底板部冷却空气流通路，从形成于所述反相器壳体端壁的冷却空气流吸入孔导入所述底板部冷却空气流通路的冷却空气流一边对所述底板部的冷却翅片进行冷却一边向所述底板部的径向偏向，且在偏向后在所述外周冷却空气流通路及内周冷却空气流通路中并行，一边对所述内周冷却翅片及外周冷却翅片进行冷却一边向轴向流动。

3.如权利要求1或2所述的反相器一体型旋转电机，其特征在于，所述散热片壳体是具有向所述外壳的所述一端壁开口的环状开口部、大致截面形状呈凹状的环形室形状。

4.如权利要求1或2所述的反相器一体型旋转电机，其特征在于，所述底板部或所述内周侧板部或所述外周侧板部中的任一个上至少电气接合或固定有所述开关元件。

5.如权利要求1或2所述的反相器一体型旋转电机，其特征在于，所述各开关元件及所述控制电路与小电流配线一起被充填在所述散热片壳体内的树脂覆盖。

6.如权利要求1或2所述的反相器一体型旋转电机，其特征在于，所述散热片壳体具有将所述开口部遮蔽的盖。

7.如权利要求6所述的反相器一体型旋转电机，其特征在于，所述盖由树脂形成。

8.如权利要求1或2所述的反相器一体型旋转电机，其特征在于，构成所述反相器电路的负极或正极的汇流条与构成所述散热片壳体的底板部或内周侧板部或外周侧板部中任一方形成一体或电气连接。

9.如权利要求8所述的反相器一体型旋转电机，其特征在于，所述散热片壳体内，具有用树脂一体形成至少构成所述反相器电路的负极或正极的汇流条的接线端子板。

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