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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine durch einen Riemen angetriebene,
rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge, die mit einer
Brennkraftmaschine verbunden ist, sowie eine rotierende elektrische
Maschine für
Fahrzeuge, die mit einer Steuervorrichtung versehen ist, welche
die durch einen Riemen angetriebene, rotierende elektrische Drehmaschine
für Fahrzeuge
steuert.
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Die
japanische Veröffentlichung
eines (ungeprüften)
Patents Nr. 156589/2004 zeigt beispielsweise eine Leerlaufstopp-Steuervorrichtung
(vergleiche deren 9 bis 11 und die Beschreibung in den Spalten
0068 bis 0072). Diese bekannte Steuervorrichtung weist ein Schaltelement
auf, das direkt auf einem im Wesentlichen scheibenförmigen Kühlkörper befestigt
ist, und eine Leiterplatte, die eine Schicht mit einer gedruckten
Schaltung aufweist, die auf dem Kühlkörper angeordnet ist; wobei
ein Steuer-IC und dergleichen auf der Leiterplatte angebracht sind.
Weiterhin weist dieser Kühlkörper doppelte
Seitenrahmen auf, die um den gesamten Außenumfang und den gesamten
Innenumfang herum angebracht sind, und ist an der Außenwand
am hinteren Ende einer Stütze über den
außenumfangsseitigen
Rahmen befestigt. Harz wird in ein ringförmiges, konkaves Teil eingespritzt,
das von den inneren und äußeren Umfangsseitenrahmen
des Kühlkörpers umgeben
ist, wodurch das Schaltelement, die Leiterplatte, der Steuer-IC,
und so weiter, einfach gegen Umgebungseinflüsse geschützt werden, beispielsweise
Salzwasser oder Schmutzwasser, was zu einer verbesserten Lebensdauer
und Verlässlichkeit
führt.
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Bei
der Steuervorrichtung ist jedoch eine Harzabdeckung an der Stütze befestigt,
welche den Kühlkörper abdeckt.
Daher weist diese Steuervorrichtung ein Kühlsystem auf, bei welchem Kühlluft, das
durch einen Lufteinlass fließt,
der in der Harzabdeckung vorgesehen ist, in die Stütze fließt, während der
Kühlkörper gekühlt wird,
um eine Statorwicklung oder eine Rotorwicklung zu kühlen, wobei
die Luft von der Stütze
nach außen
hin abgegeben wird.
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Falls
jedoch eine Leiterplatte in der Nähe des Kühlkörpers angeordnet ist, an welchem
ein Schaltelement, das ein Wärmeerzeugungselement
darstellt, befestigt ist, tritt jedoch das Problem auf, dass Elektronikteile
mit geringer Wärmefestigkeit,
beispielsweise ein Steuer-IC, die auf der Leiterplatte vorgesehen
sind, durch Wärmeeinwirkung
beschädigt
werden. Da Elektronikteile vereinigt mit Harz abgedichtet sind,
kann darüber
hinaus Wärme
von dem Schaltelement leicht an die Leiterplatte über das
Harz weitergeleitet werden, so dass die Temperatur der Elektronikteile
auf der Leiterplatte ansteigt.
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Weiterhin
ist eigentlich ein Steuerschaltungsabschnitt, der aus Elektronikteilen
oder einer Leiterplatte mit geringer Wärmefestigkeit besteht, empfindlich
auf den Einfluss von Wärme,
und sind Teile oder Leiterplatten, die bei hohen Temperaturen einsetzbar
sind, teuer. Daher besteht ein weiteres Problem in Hinsicht auf
hohe Kosten des Gesamtsystems.
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Da
ein im Wesentlichen scheibenförmiger Kühlkörper als
die Rahmen zur Abdichtung mit Kunststoff eines Schaltelements oder
einer Leiterplatte eingesetzt wird, wird darüber hinaus die Ausbildung oder
das Layout eines Kühlkörpers eingeschränkt. Dies
führt dazu,
dass ein weiteres Problem in der Hinsicht vorhanden ist, dass die
Kühlkonstruktion
einer Steuervorrichtung schwieriger wird, was zu einer höheren Kapazität des Kühlkörpers führt.
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In
Bezug auf den Fluss der Kühlluft,
die mit Hilfe eines Zentrifugalgebläses zugeführt wird, fließt Kühlluft,
die durch einen Lufteinlass der Harzabdichtung eingelassen wird,
auf einem im Wesentlichen scheibenförmigen Kühlkörper zu dessen Zentrum, fließt in die
Stütze über kleine
Spalte an der Innenumfangsseite des Kühlkörpers, und wird in Radialrichtung
von der Stütze
ausgestoßen.
Daher tritt ein hoher Druckverlust bei der Kühlluft auf, oder ein hoher Verlust
infolge der Ablenkung eines Kühlluftkanals, was
schließlich
zu einem schlechteren Kühlwirkungsgrad
führen
kann.
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Da
die Konstruktion so vorgesehen ist, dass ein schwerer Gegenstand,
wie in Kühlkörper, an
einem Ort entfernt von der Stütze
angeordnet ist, ist darüber
hinaus ein weiteres Problem in der Hinsicht vorhanden, dass eine
unzureichende Festigkeit gegenüber
Schwingungen und dergleichen vorhanden ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehend geschilderten
Probleme entwickelt, und schlägt
eine Anordnung vor, welche eine Steuerschaltungsleiterplatte gegen
derartige Fehler schützen
kann wie elektrische Korrosion infolge von Umgebungsfaktoren, wie
beispielsweise Salzwasser, und gleichzeitig die Kühlleistung
einer Stromversorgungseinheit verbessert, sowie eine Anordnung zum einfachen
Zusammenbau und mit einem hohen Produktionswirkungsgrad.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge
zur Verfügung
gestellt, die durch elektrische Energie einer Batterie angetrieben
wird, um eine Brennkraftmaschine beim Anlassen der Brennkraftmaschine
anzulassen, und die von der Brennkraftmaschine angetrieben wird,
um Wechselstromenergie zu erzeugen, nachdem die Brennkraftmaschine
angelassen wurde, wobei die rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge
aufweist: einen Leistungsabschnitt, der mehrere Paare von Schaltelementen
aufweist, wobei jedes Paar in Reihe zwischen eine positive und negative
Klemme der Batterie geschaltet ist, und Dioden, die parallel zu
den Schaltelementen geschaltet sind, wobei ein Verbindungspunkt
der Schaltelemente, die in Reihe geschaltet sind, an eine Statorwicklung
der rotierenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge angeschlossen ist;
und einen Steuerschaltungsabschnitt, welcher den Leistungsabschnitt
steuert, so dass elektrische Energie der Batterie der rotierenden elektrischen
Maschine für
Fahrzeuge zugeführt
wird, um einen Rotor durch Ein-/Aus-Schaltsteuerung der Schaltelemente
zum Zeitpunkt des Anlassens der Brennkraftmaschine anzutreiben,
und Wechselstrom, der von der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt
wird, zu Gleichstrom durch die Gruppe aus Schaltelement und Diode
gleichgerichtet wird, um die Batterie aufzuladen, und einen Stromverbraucher des
Fahrzeugs in einem normalen Brennkraftmaschinen-Drehzahlbereich
zum Zeitpunkt der Energieerzeugung zu versorgen.
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Bei
der rotierenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge mit der voranstehend
geschilderten Konstruktion befindet sich in Bezug auf den Fluss
von Kühlluft,
der durch ein Zentrifugalgebläse
hervorgerufen wird, das an dem Rotor befestigt ist, der Steuerschaltungsabschnitt
an der stromaufwärtigen
Seite, und der Leistungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite;
hierbei ist der Steuerschaltungsabschnitt mit einem Durchgangsloch
versehen, so dass die Kühlluft
geradlinig durch den Leistungsabschnitt fließt.
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Die
rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge gemäß der Erfindung
weist die Vorteile auf, dass infolge der Konstruktion einer Steuervorrichtung
(Wechselrichter), die auf einen Leistungsabschnitt, der eine erhebliche
Wärmemenge
erzeugt, und einen Steuerschaltungsabschnitt aufgeteilt ist, der
eine geringe Wärmemenge
erzeugt, der Wärmeübertragungswiderstand
größer ist,
und die Wärmeleitung
von dem Leistungsabschnitt zum Steuerschaltungsabschnitt unterdrückt wird.
Infolge der Anordnung des Steuerschaltungsabschnitts stromaufwärts in einem
Kühlluftkanal
ist darüber
hinaus die Temperatur der Kühlluft,
die durch den Steuerschaltungsabschnitt fließt, niedriger im Vergleich
zu einer Anordnung stromabwärts,
was dazu führt,
dass der Steuerschaltungsabschnitt, in welchem zahlreiche Teile
mit geringer Temperaturbeständigkeit
vorhanden sind, ausreichend gekühlt
werden kann. Weiterhin wird gemäß der vorliegenden
Erfindung, da die Kühlluft
durch den Steuerschaltungsabschnitt geradlinig selbst in dem Leistungsabschnitt
fließt,
der stromabwärts
in dem Kühlluftkanal
angeordnet ist, der Druckverlust verringert, was es ermöglicht,
wirksam den Leistungsabschnitt zu kühlen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung
hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
Querschnittsansicht der Konstruktion einer rotierenden elektrischen
Maschine gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
schematisches Schaltbild zur Erläuterung
des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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3 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der rotierenden elektrischen
Maschine von 1;
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4 eine
Querschnittsansicht der Konstruktion einer rotierenden elektrischen
Maschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie B-B der rotierenden elektrischen
Maschine von 4;
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6 eine
Seitenansicht von der Seite einer hinteren Stütze der rotierenden elektrischen
Maschine gemäß der in 4 dargestellten,
zweiten Ausführungsform;
und
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7 eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung an der Seite der hinteren
Stütze
der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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Ausführungsform 1
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Wie
aus 1 hervorgeht, welche die Konstruktion einer rotierenden
elektrischen Maschine gemäß einer
ersten, bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, weist eine rotierende elektrische
Maschine 10 auf: eine vordere Stütze 1 und eine hintere
Stütze 2;
eine Welle 4, die drehbar auf den Stützen 1 und 2 über ein
halterndes Lager 3 angebracht ist; einen an dieser Welle 4 befestigten Rotor 6,
der eine Feldwicklung 5 aufweist; einen Stator 8,
der an den Stützen 1 und 2 befestigt
ist, und so angeordnet ist, dass er den Rotor 6 umgibt,
und eine Ankerwicklung 7 aufweist; ein Zentrifugalgebläse 9, das
an beiden axialen Endoberflächen
des Rotors 6 befestigt ist, und sich entsprechend der Drehung
des Rotors dreht; eine Riemenscheibe 11, die am vorderseitigen
Endabschnitt der Welle 4 befestigt ist; einen Bürstenhalter 12,
der so an der hinteren Stütze 2 angebracht
ist, dass er sich an dem rückseitigen
Außenumfang der Welle 4 befindet; ein Paar
von Bürsten 14,
die so in dem Bürstenhalter 12 angeordnet sind,
dass sie in Gleitberührung
mit einem Paar von Schleifringen 13 stehen, die an der
Rückseite
der Welle 4 angebracht sind; und einen Drehpositionsdetektorsensor 15 (beispielsweise
einen Drehmelder), der an dem rückseitigen
Endabschnitt der Welle 4 angebracht ist. Diese rotierende
elektrische Maschine 10 ist mit einer Drehwelle einer Brennkraftmaschine (nicht
gezeigt) über
eine Riemenscheibe 11 und einen Riemen (nicht gezeigt)
verbunden.
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Bei
dieser ersten Ausführungsform
ist eine Leistungselementeinheit 40 so angeordnet, dass
sie mit der rotierenden elektrischen Maschine 10 vereinigt
oder in deren Nähe
angeordnet ist. Hierbei sind mehrere Leistungselemente (Schaltelemente,
wie nachstehend beschrieben) 41, welche die Leistungselementeinheit 40 bilden,
und ein innerer Kühlkörper 17 und
ein äußerer Kühlkörper 18,
die als Elektrodenteile dienen, die elektrisch mit jedem Leistungselement 41 verbunden
sind, auf einem Leistungseinheitshalterungsteil 16 angebracht,
das innerhalb der hinteren Stütze 2 angeordnet
und gehaltert ist. Ein Leistungsabschnitt 60 wird durch
diese Leistungselemente 41, den inneren Kühlkörper 17 und
den äußeren Kühlkörper 18 gebildet,
wobei das Layout dieser Bauelemente nachstehend genauer unter Bezugnahme
auf 3 erläutert
wird.
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Andererseits
ist eine ringförmige
Steuerleiterplatte 20 in einem Gehäuse 35 aufgenommen,
zusammen mit einem Verbinder 21 zur Verbindung mit einer
Batteriestromversorgung und einer ECU, und einem Feldstromeinstellteil 45,
dann abgedichtet durch ein Isolierharz 22, und an dem Stromversorgungseinheits-Halterungsteil 16,
wodurch insgesamt ein Steuerschaltungsabschnitt 50 ausgebildet
wird. Signalklemmen (nicht gezeigt) zum Treiben von Schaltelementen
des Leistungsabschnitts 60, oder zum Ableiten von Messausgangsgrößen in inneren Teilen
der Elemente, und eine Leiterklemme 23, die eine elektrische
Verbindung zwischen dem Leistungsabschnitt 60 und der Statorwicklung 7 zur
Verfügung
stellt, sind einstückig
oder vereinigt auf dem Leistungseinheits-Halterungsteil 16 ausgebildet.
Ein Leitungsdraht 25 einer Statorwicklung ist an die Leiterklemme 23 über einen
Stromdetektorsensorkern 24 angeschlossen, der einstückig oder
vereinigt mit dem Leistungseinheits-Halterungsteil 16 ausgeformt ist.
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Infolge
einer derartigen Konstruktion wird die Wärmeerzeugung von Elektronikbauteilen,
die auf der Steuerleiterplatte 20 angebracht sind, verteilt
und vergleichmäßigt durch
die Wärmeleitung
eines Isolierharzes, wodurch ermöglicht
wird, die Temperatur des gesamten Steuerschaltungsabschnitts zu
verringern. Weiterhin ist die Steuerleiterplatte 20 durch Kunststoff
abgedichtet, so dass es einfach wird, die Steuerleiterplatte 20 gegen
derartige Einflüsse,
wie elektrische Korrosion, zu schützen, die infolge von Umgebungseinflüssen, wie
beispielsweise Salzwasser, auftreten, was zu einer Verbesserung
der Verlässlichkeit
führt.
Da es möglich
ist, einfach durch Kunststoff eine Steuerleiterplatte unter Verwendung eines
Gehäuses 35 abzudichten,
wird der Bearbeitungsvorgang einfach, so dass eine verbesserte Produktivität erreicht
werden kann. Weiterhin kann das erwähnte Gehäuse 35 als Übertragungsteil
zum elektrischen und mechanischen Verbinden des erwähnten Leistungsabschnitts 60 und
der erwähnten
Steuerleiterplatte 20 miteinander dienen, so dass ermöglicht wird,
eine Erhöhung
der Anzahl an Verdrahtungsteilen zu verhindern, und eine Vereinfachung der
Schaltungsanordnung zu erzielen.
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2 ist
ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung des Betriebs der rotierenden
elektrischen Maschine 10, die mit der Leistungselementeinheit 40 versehen
ist. Wie aus 2 hervorgeht, ist die rotierende
elektrische Maschine 10 mit der Ankerwicklung 7 des
Stators 8 und der Feldwicklung 5 des Rotors 6 versehen,
und ist die Riemenscheibe 11, die mit dem Rotor 6 verbunden
ist, mit einer Drehwelle einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) über einen Riemen
verbunden. Die Ankerwicklung 7 wird durch eine Y-Schaltung
(Sternschaltung) von drei Phasen (den Phasen U, V und W) der Wicklung
gebildet. Die Leistungselementeinheit 40 ist mit einem
Wechselrichtermodul versehen, das aus Schaltelementen (beispielsweise
Leistungstransistoren, MOSFETs, IGBTs) 41a und 41b besteht,
und Dioden 42a und 42b, die parallel zu den jeweiligen
Schaltelementen 41a und 41b geschaltet sind, welche
mehrere Leistungselemente darstellen, und einem Kondensator 43,
der parallel zu dem Wechselrichtermodul geschaltet ist.
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Eine
Gruppe des Wechselrichtermoduls wird durch die Reihenschaltung von
zwei Gruppen des Schaltelements 41a und der Diode 42a gebildet,
die einen oberen Arm 46 bilden, und des Schaltelements 41b und
der Diode 42b gebildet, die einen unteren Arm 47 bilden.
Drei derartige Gruppen sind parallel geschaltet. Die Enden jeder
Phase der Y-Schaltung der Ankerwicklung 7 sind elektrisch
an mittlere Verbindungspunkte zwischen dem erwähnten Schaltelement 41 des
oberen Arms 46 und dem Schaltelement 41 des unteren
Arms 47 geschaltet, die in der erwähnten Reihenschaltung angeordnet
sind, über eine
Wechselstromleitung 28. Weiterhin sind eine Klemme an der
Seite der positiven Elektrode und eine Klemme an der Seite der negativen
Elektrode einer Batterie 29 elektrisch an die Seite der
positiven Elektrode bzw. die Seite der negativen Elektrode der Leistungselementeinheit 40 über eine
Gleichstromleitung 30 angeschlossen.
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In
der Leistungselementeinheit 40 wird der Schaltbetrieb jeweiliger
Schaltelemente 41 durch Befehle von der Steuerschaltung 44 gesteuert.
Die Steuerschaltung 44 steuert ein Feldstromeinstellteil 45 zum
Einstellen des Feldstroms, der durch die Feldwicklung 5 eines
Rotors fließt.
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Bei
der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie voranstehend
geschildert mit der Leistungselementeinheit 40 versehen
ist, wird Gleichstromenergie der Leistungselementeinheit 40 über die Gleichstromleitung 30 von
der Batterie 29 zugeführt. Weiterhin
führt die
Steuerschaltung 44 die Ein-/Aus-Schaltsteuerung jedes Schaltelements 41 der
Leistungselementeinheit 40 durch, und wird Gleichstromenergie
in Wechselstromenergie mit drei Phasen umgewandelt. Dann wird diese
dreiphasige Wechselstromenergie der Ankerwicklung 7 der
rotierenden elektrischen Maschine 10 über die Wechselstromleitung 28 zugeführt.
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Auf
diese Art und Weise wird ein Drehfeld um die Feldwicklung 5 des
Rotors herum erzeugt, welcher der Feldstrom von dem Feldstromeinstellteil 45 zugeführt wird,
wird der Rotor 6 so angetrieben, dass er sich dreht, und
wird die Brennkraftmaschine über eine
Riemenscheibe, einen Riemen, eine Kurbelriemenscheibe und eine Kupplung
(EIN) für
die rotierende elektrische Maschine angelassen.
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Andererseits
wird, wenn die Brennkraftmaschine angelassen wurde, Drehenergie
der Brennkraftmaschine an die rotierende elektrische Maschine 10 über die
Kurbelriemenscheibe, den Riemen und die Riemenscheibe für die rotierende
elektrische Maschine übertragen.
Auf diese Weise wird der Rotor 6 so angetrieben, dass er
sich dreht, und wird eine Dreiphasen-Wechselspannung in der Ankerwicklung 7 induziert.
Dann führt
die Steuerschaltung 44 die Ein-/Aus-Schaltsteuerung jedes
Schaltelements 41 durch, und wird Dreiphasen-Wechselstromenergie, die
in der Ankerwicklung 7 hervorgerufen wurde, in Gleichstromenergie
umgewandelt, um die Batterie 29 aufzuladen, um einen Fahrzeugstromverbraucher
zu versorgen (nicht gezeigt).
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Wie
aus 1 hervorgeht, ist die hintere Stütze 2 mit
Belüftungslöchern 26 und 27 versehen. Durch
die Drehung des Zentrifugalgebläses 9 des Rotors 6 geht
Gebläsewind
durch ein inneres Teil der hinteren Stütze 2 durch einen
Luftweg hindurch, wie er durch den Pfeil F in der Zeichnung angedeutet
ist, um das Leistungselement 41, den inneren Kühlkörper 17,
den äußeren Kühlkörper 18,
die Steuerschaltung 44 und andere Teile zu kühlen. In
Bezug auf den Fluss der Kühlluft,
die durch das erwähnte
Gebläse 9 zur
Verfügung
gestellt wird, sind der Steuerschaltungsabschnitt 50 und
der Leistungsabschnitt 60 getrennt angeordnet, wobei der
Steuerschaltungsabschnitt 50 an der stromaufwärtigen Seite
und der Leistungsabschnitt 60 an der stromabwärtigen Seite angeordnet
ist. Der Leistungsabschnitt 60 ist an dem Leistungseinheits-Halterungsteil 16 angebracht,
und weist Schaltelemente zum Steuern der Wechselstromenergie auf,
welche der Statorwicklung 7 zugeführt werden soll.
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Die
rotierende elektrische Maschine ist beispielsweise so ausgebildet,
dass sie auf den oberen Arm 44, in welchem das Schaltelement 41a an
der Seite der positiven Klemme einer Batterie auf dem Kühlkörper 17 angebracht
ist, der als eine Elektrode dient, und den unteren Arm 47 aufgeteilt
ist, in welchem das Schaltelement 41b an der Seite der
negativen Klemme der Batterie auf dem Kühlkörper 18 angebracht
ist, der als eine Elektrode dient (vergleiche 2).
Die Kühlkörper 17 und 18 sind
dazu ausgebildet, direkt die Wärme
weiterzuleiten, die an den Schaltelementen erzeugt wird, wodurch
ermöglicht wird,
die Schaltelemente wirksam zu kühlen.
Infolge einer derartigen Ausbildung ist die Temperatur der Kühlluft,
die durch den Steuerschaltungsabschnitt 50 fließt, niedriger
als jene der Kühlluft,
die durch den Leistungsabschnitt 60 fließt, was
zu einer verbesserten Kühlfähigkeit
an dem Steuerschaltungsabschnitt 50 führt.
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Da
die Kühlluft,
die von einem Durchgangsloch 27 angesaugt wird, von außerhalb
der hinteren Stütze 2 aus,
durch einen Lufteinlass 19 hindurchgeht, der in dem Steuerschaltungsabschnitt 50 vorgesehen
ist, und mit geradlinigem Fluss durch den Leistungsabschnitt 60 hindurchgeht,
wird ebenfalls ermöglicht,
den Leistungsabschnitt 60 wirksam zu kühlen. Danach wird die Kühlluft,
welche den Leistungsabschnitt 60 gekühlt hat, in Zentrifugalrichtung abgelenkt,
und von einem Auslass 32 abgegeben, während sie die Statorwicklung 7 kühlt. 3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der rotierenden elektrischen
Maschine von 1, und zeigt das Layout der
Leistungselementeinheit 40.
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Wie
aus 3 hervorgeht, sind die Leistungselemente (Schaltelemente) 41,
welche die Leistungselementeinheit 40 bilden, so angeordnet,
dass sie auf drei Phasen mit Abschnitten U, V und W aufgeteilt sind.
Der innere Kühlkörper 17 und
der äußere Kühlkörper 18,
die ein Paar von Kühlkörpern bilden, sind
jeweils in einem Abschnitt angebracht. Weiterhin sind vier Schaltelemente 41a und 41b,
welche einseitig leitende Leistungselemente darstellen, parallel zum
Kühlkörper 17 bzw. 18 geschaltet.
Weiterhin sind die Kühlkörper 17 und 18 mit
jeweiligen Kühlrippen
versehen, die in einander entgegengesetzten Richtungen angeordnet
sind. Die inneren Kühlkörper 17 eines
oberen Arms, der auf dem gleichen elektrischen Potential liegt (auf
dem elektrischen Potential der Seite der positiven Elektrode einer
Batterie) bilden eine vereinigte Gesamtheit, und die äußeren Kühlkörper 18 des
unteren Arms sind auf drei Teile aufgeteilt, entsprechend den drei
Phasen der Statorwicklung 7. Weiterhin können die
inneren Kühlkörper 17 so
angeordnet sein, dass sie auf drei Teile unterteilt sind, auf die
gleiche Art und Weise wie bei dem äußeren Kühlkörper 18.
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Wenn
man den U-Phasenabschnitt beschreibt, sind beispielsweise vier Schaltelemente 41a (schraffierte
Teile in der Zeichnung) des oberen Arms 46 entsprechend
der Phase U mit dem inneren Kühlkörper 17 verbunden.
Weiterhin sind vier Schaltelemente 41b (nicht-schraffierte
Teile in der Zeichnung) des unteren Arms 47 entsprechend
der Phase U mit dem äußeren Kühlkörper 18 verbunden.
Weiterhin sind die erwähnten
vier Schaltelemente in Parallelschaltung verbunden. Infolge einer
derartigen Parallelschaltung mehrerer Schaltelemente 41 wird ermöglicht,
eine niedrigere Stromflusskapazität pro Schaltelement zu erreichen,
was eine kostengünstige
Konstruktion ermöglicht.
Weiterhin kann das jeweilige Schaltelement 41 verkleinert
werden, so dass ein höheres
Ausmaß an
F1exibilität
in Bezug auf das Layout sichergestellt wird, beispielsweise die
Ausrichtung entlang einer Linie, oder die Anordnung in quadratischer
Form. Dies ist daher für
ein Layout in kompakter Art und Weise geeignet.
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Wie
voranstehend geschildert, ist gemäß dieser ersten Ausführungsform
eine Steuervorrichtung (Wechselrichter) so ausgebildet, dass sie
auf einen Leistungsabschnitt, der eine erhebliche Wärmemenge
erzeugt, und einen Steuerschaltungsabschnitt aufgeteilt ist, wodurch
der Wärmeübertragungswiderstand
größer wird,
was es ermöglicht, die Wärmeleitung
von dem Leistungsabschnitt auf den Steuerschaltungsabschnitt zu
unterdrücken.
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Infolge
der Tatsache, dass sich der Steuerschaltungsabschnitt stromaufwärts in einem
Kühlluftkanal
befindet, ist darüber
hinaus die Temperatur der Kühlluft,
welche durch den Steuerschaltungsabschnitt hindurchgeht, niedrig,
im Vergleich zu einem Fall, in welchem er stromabwärts angeordnet
wäre. Hierdurch
wird ermöglicht,
den Steuerschaltungsabschnitt ausreichend zu kühlen, auf welchem zahlreiche
Teile mit niedriger Wärmefestigkeit
angebracht sind.
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Weiterhin
wird in dem Leistungsabschnitt, der sich stromabwärts in dem
Kühlluftkanal
befindet, infolge der Tatsache, dass Kühlluft durch einen Lufteinlass
hindurchgeht, der in dem Steuerschaltungsabschnitt vorgesehen ist,
geradlinig fließt,
der Druckverlust verringert, was es ermöglicht, wirksam den Leistungsabschnitt
zu kühlen.
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Weiterhin
ist infolge der voranstehend geschilderten Konstruktion der Sensorkern 24 zur
Erfassung des Stroms einstückig
oder vereinigt mit dem voranstehend erwähnten Gehäuse 35 ausgeformt, so
dass ermöglicht
wird, Wärme,
die durch Wechselströme
hervorgerufen wird, die durch den Sensorkern 24 fließen, durch
die Wärmeleitung
des Gehäuses 35 abzuführen, so
dass ein Temperaturanstieg des Kerns 24 unterdrückt werden
kann. Da die Positionierung eines Sensors auf der Steuerleiterplatte 20 und
des Sensorkerns 24 nur durch die Steuerleiterplatte 20 erfolgt,
die in das Gehäuse 35 eingebaut
ist, ist darüber
hinaus keine Einstellung zum Positionieren erforderlich, was den
Zusammenbau erleichtert.
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Weiterhin
ist die Leiterklemme 25, die eine Verbindung zwischen einem
mittleren Verbindungspunkt der Schaltelemente 41, die in
Reihe geschaltet sind, und einem Leitungsdraht von der Statorwicklung 7 zur
Verfügung
stellt, einstückig
oder vereinigt mit dem erwähnten
Gehäuse 35 ausgeformt,
und ist deren Verbindung durch ein Isolierharz 22 zusammen
mit der voranstehend erwähnten
Steuerleiterplatte 20 abgedichtet. Dies führt dazu,
dass die an der Verbindung erzeugte Wärme durch Wärmeleitung des abdichtenden
Isolierharzes abgeführt
wird, so dass ein Temperaturanstieg an der Verbindung unterdrückt werden
kann. Da die Verbindung durch das Harz zusammen mit der Steuerleiterplatte
abgedichtet ist, ist nur ein Abdichtungsvorgang erforderlich, was
zu höherer
Produktivität
führt.
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Weiterhin
ist ein Verbinder für
den Anschluss an eine Batteriestromversorgung oder eine ECU auf dem
erwähnten
Gehäuse
vorgesehen, so dass ermöglicht
wird, Erdbebenfestigkeit dadurch zu erzielen, dass der Verbinder 21 an
dem Gehäuse 35 befestigt
und dort gehaltert ist.
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Ausführungsform 2
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4 ist
eine Querschnittsansicht der Konstruktion einer rotierenden elektrischen
Maschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist eine Leistungselementeinheit 60,
die aus einem inneren Kühlkörper 17,
einem äußeren Kühlkörper 18 und
mehreren Leistungselementen 41a und 41b besteht,
die mit einem jeweiligen Kühlkörper verbunden
sind, an einer hinteren Stütze 2 über einen
Bolzen (nicht gezeigt) an der Außenseite der hinteren Stütze 2 angebracht.
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An
der Außenseite
der voranstehend geschilderten Leistungselementeinheit 60 ist
ein Gehäuse 35,
welches doppelseitige Rahmen 38 und 39 um den
gesamten Außenumfang
und den gesamten Innenumfang aufweist, an der Außenwand am hinteren Ende der
erwähnten
Stütze 2 über eine
Bodenplatte befestigt. Weiterhin ist eine ringförmige Steuerleiterplatte 20,
auf welcher eine Steuerschaltung 44 angeordnet ist, von
außerhalb
des erwähnten
Gehäuses 35 über ein
zentrales Loch in diesem so angebracht, dass sie befestigt ist,
und darüber
hinaus ist die Außenseite
der Steuerleiterplatte 20 durch eine Abdeckung 37 abgedeckt.
Dieses Gehäuse 35 ist
mit einem Harz 22 gefüllt,
wodurch ein Feldstromeinstellteil 45, ein Verbinder 21,
eine Leiterplatte 20, ein Steuer-IC 36, und dergleichen,
die an dem Gehäuse 35 befestigt
sind, abgedichtet werden. Daher ist die Konstruktion so, dass diese
Teile gegen Umgebungseinflüsse,
wie beispielsweise Salz- oder Schmutzwasser, geschützt sind,
was eine verbesserte Lebensdauer und Verlässlichkeit sichert.
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Weiterhin
ist eine Signalklemme 48 zum Betrieb der Schaltelemente 41 oder
zum Abnehmen von Messausgangssignalen in einem inneren Teil der Elemente
an die Steuerleiterplatte 20 durch ein Harzformteil 49 angeschlossen,
das durch Einsetzformen durch ein Loch 31 in dem erwähnten Gehäuse 35 hergestellt
wurde. Die Verdrahtung eines Glättungskondensators 33,
der in der Nähe
der Schaltelemente 41 angebracht ist, ist ebenfalls an
das Harzformteil 49 angeschlossen.
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Belüftungslöcher 26 und 27 zur
Erzeugung des Flusses von Kühlluft
erstrecken sich durch das erwähnte
Gehäuse 35 der
rotierenden elektrischen Maschine. Infolge der Drehung eines Zentrifugalgebläses 9 eines
Rotors 6 geht Gebläsewind
durch einen Luftweg hindurch, wie er durch den Pfeil F in der Zeichnung
angedeutet ist, und wird von einem Auslass 32 abgegeben.
Dies führt
dazu, dass die Leistungselemente 41, der innere Kühlkörper 17,
der äußere Kühlkörper 18,
die Steuerschaltung 44 und die anderen Teile gekühlt werden.
In Bezug auf den Fluss der Kühlluft,
die durch das erwähnte
Gebläse 9 bereitgestellt
wird, werden der Steuerschaltungsabschnitt 50 und der Leistungsabschnitt 60 getrennt
angeordnet. Daher ist der Steuerschaltungsabschnitt 50 an
der stromaufwärtigen
Seite angeordnet, und ist der Leistungsabschnitt 60 an
der stromabwärtigen Seite
angeordnet. Da die Kühlluft,
die durch einen Lufteinlass hindurchgegangen ist, der in dem Steuerschaltungsabschnitt
vorgesehen ist, geradlinig auch in dem Leistungsabschnitt 60 fließt, der
sich stromabwärts
in dem Kühlluftkanal
befindet, wird der Druckverlust verringert, was es ermöglicht,
wirksam den Leistungsabschnitt zu kühlen.
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5 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B der rotierenden elektrischen
Maschine von 3, und zeigt das Layout einer
Leistungselementeinheit 60.
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In
Bezug auf 5 sind folgende Einzelheiten
ebenso wie bei der voranstehend geschilderten, ersten Ausführungsform.
Hierbei sind die Leistungselemente 41, welche die Leistungselementeinheit 60 bilden,
so angeordnet, dass sie auf drei Phasen mit Abschnitten U, V und
W unterteilt sind, und der innere Kühlkörper 17 und der äußere Kühlkörper 18,
die ein Paar an Kühlkörpern bilden,
jeweils an einem der Abschnitte angebracht sind; der innere Kühlkörper 17 des
oberen Arms weist hierbei einen einstückigen Aufbau auf, oder ist
auf drei Teile unterteilt, und der äußere Kühlkörper 18 des unteren
Arms ist auf drei Teile unterteilt; und vier Schaltelemente 41a und 41b sind
jeweils parallel zum Kühlkörper 17 bzw. 18 geschaltet,
und die Kühlkörper 17 und 18 sind
mit jeweiligen Kühlrippen
in einander entgegengesetzten Richtungen versehen.
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Ein
Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht
darin, dass die Kühlkörper 17 und 18,
die an den Abschnitten U und W der Abschnitte von drei Phasen angeordnet
sind, schräg
zur Innenseite stärker
als bei der voranstehend geschilderten, ersten Ausführungsform
in Bezug auf die Kühlkörper der Phase
V angeordnet sind. Ein derartiges Layout stellt eine Konstruktion
mit höherem
Ausmaß an
Flexibilität
zur Verfügung,
wobei die Schaltelemente leichter als bei der voranstehend geschilderten,
ersten Ausführungsform
gekühlt
werden können.
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6 ist
eine Seitenansicht von der Seite der hinteren Stütze der rotierenden elektrischen
Maschine gemäß der in 4 gezeigten,
zweiten Ausführungsform,
und erläutert
speziell die Layout-Beziehung von Durchgangslöchern 51, 52,
die in der Abdeckung 37 vorhanden sind, und der Leistungselementeinheit 60 in
dem inneren Teil. Speziell zeigt 7 eine Perspektivansicht
in Explosionsdarstellung eines Gehäuses 35, einer Steuerplatte 16 und einer
Abdeckung 37, die an der Seite der hinteren Stütze der
rotierenden elektrischen Maschine angeordnet sind. Wie aus den 6 und 7 hervorgeht,
weist ein inneres Belüftungsloch 26 des
Gehäuses 35 eine
C-Form auf, bei welcher die Oberseite offen ist. Drei erste Durchgangslöcher 51 sind
in der Abdeckung 37 an Positionen entsprechend dem innenseitigen
Belüftungsloch 26 des
erwähnten
Gehäuses 35 vorgesehen,
und drei zweite Durchgangslöcher 52 sind
an Positionen entsprechend außenseitigen
Belüftungslöchern 27 des
Gehäuses 35 vorgesehen.
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In
Bezug auf den Fluss der Kühlluft,
der durch das erwähnte
Zentrifugalgebläse
hervorgerufen wird, gibt es zwei Flüsse, einen durch die ersten Durchgangslöcher 51,
die sich an der Innenseite der Abdeckung 37 befinden, und
einen anderen durch die zweiten Durchgangslöcher 52, die sich
an der Außenseite
der Abdeckung 37 befinden. Die Luftflüsse durch die jeweiligen ersten
bzw. zweiten Durchgangslöcher 51 bzw. 52 kommen
in Berührung
mit den Kühlrippen
des inneren Kühlkörpers 17 und
des äußeren Kühlkörpers 18 der
Leistungselementeinheit 40, werden dann in Zentrifugalrichtung
abgelenkt, und von dem Auslass 32 abgegeben, während die Statorwicklung 7 gekühlt wird.
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Wie
voranstehend geschildert, ist gemäß der zweiten Ausführungsform
ein Steuerschaltungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite angeordnet, und
ein Leistungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite angeordnet; und
sind Durchgangslöcher
in dem erwähnten
Steuerschaltungsabschnitt vorgesehen, so dass die Kühlluft geradlinig
durch den Leistungsabschnitt fließt, und daher der Druckverlust
verringert wird, wodurch ermöglicht
wird, wirksam den Leistungsabschnitt zu kühlen.
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Zwar
wurden die momentan bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dargestellt und beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen,
dass dies nur zum Zweck der Erläuterung dient,
und dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung
abzuweichen, der sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen
ergibt, und von den beigefügten
Patentansprüchen
umfasst sein soll.