JP2005224044A - 車両用発電電動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】性能を保護しつつ、制御手段の冷却性を向上させることにより小型化することができる車両用発電電動装置を提供することをその目的する。
【解決手段】本発明の、制御装置一体型モータジェネレータ1(車両用発電電動装置)は、冷却ファン25を内蔵したモータジェネレータ2(発電電動手段)と、制御装置3(制御手段)と、略環状の底板35aとフィン35bとを有する放熱板35とを備えている。そして、底板35aが外周端部から内周端部に向かって発電電動機2側へ傾斜している。これにより、冷却空気の流通抵抗が低減されるとともに放熱面積が拡大され、制御装置3の冷却性が向上し、性能を確保しつつ制御装置3を小型化することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、車両用発電電動装置に関する。
近年、車両の排気ガスによる大気汚染の防止や車両の燃費向上が強く望まれている。そのため、信号待ち等の車両停止時にアイドリング状態が一定時間継続するとエンジンを停止する、いわゆるアイドルストップ車が増加している。このアイドルストップ車には、発電機と、交流モータと、それらの制御装置とが一体になった発電電動装置が用いられている。この制御装置は、交流モータの駆動時に特に大きな電流を流すため、発熱が大きく、その冷却が問題となっている。
ところで、ヒートシンクを用いレギュレータ及び整流器を冷却する車両用交流発電機が特開2002−142423号公報に開示されている。この車両用交流発電機は、複数のフィンを有するレギュレータ冷却用のヒーシンク(放熱板)と、複数のフィンを有する略C字型の整流器冷却用のヒートシンクとを備えている。これらのヒートシンクは発電機の軸方向と直角な面にそれぞれ配設されている。そして、発電機のロータ端面に設けられた冷却ファンによって冷却空気流が発生する。この冷却空気流は発電機のケースの軸端部に形成された吸気孔(貫通孔)から、レギュレータ冷却用のヒートシンクのフィンの間を縮径方向に流れレギュレータを冷却する。また、整流器冷却用のヒートシンクのフィンの間を縮径方向に流れ整流器を冷却する。その後、冷却風は軸方向へ偏向してブラシを冷却し、さらに、拡径方向へ偏向して外部へ放出される。
特開2002−142423号公報
しかし、ヒートシンクを軸方向と直角な面に配設して制御装置を冷却した場合、冷却空気流は、縮径方向から軸方向へ急激に偏向し、さらに拡径方向へと急激に偏向する。そのため、冷却空気流の流通抵抗が大きくなり、制御装置の冷却性を向上することができない。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、性能を確保しつつ、制御手段の冷却性を向上させることにより小型化することができる車両用発電電動装置を提供することをその目的としている。
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、放熱板の底板を外周端部から内周端部に向かって発電電動機側へ傾斜させることにより、放熱面積を拡大するとともに冷却空気の流通抵抗を低減することを思いつき、本発明を完成するに至った。
すなわち、請求項1に記載の車両用発電電動装置は、冷却ファンを有し車両に搭載され前記車両のエンジンの駆動力により発電するとともに前記車両のエンジンを始動するための駆動力を発生する発電電動機と、前記発電電動機の軸方向に隣接して配設され前記発電電動機と電源との間で少なくとも交直双方向電力変換を行う制御手段と、略環状の底板と前記底板の一端面に立設されるフィンとを有し前記発電電動機の前記冷却ファンによって発生する冷却空気流を前記一端面に沿って通過させることにより前記発電電動機側にある前記底板の他端面に固定される前記制御手段を冷却する放熱板と、略円筒状の周壁と前記周壁の端部から縮径方向に延在する底壁と前記周壁又は底壁の少なくともいずれかに配設される貫通孔とを有し前記放熱板を囲覆するカバーとを備えた車両用発電電動装置であって、さらに、前記放熱板は、前記底板が前記底板の外周端部から内周端部に向かって前記発電電動機側へ傾斜していることを特徴とする。
請求項2に記載の車両用発電電動装置は、請求項1に記載の車両用発電電動装置において、さらに、前記放熱板は、前記底板の外周端部から内周端部までの径方向長に対して軸方向長が短いことを特徴とする。
請求項3に記載の車両用発電電動装置は、請求項1又は2に記載の車両用発電電動装置において、さらに、前記放熱板は、前記底板の内周縁部を面取り又は丸み付けしていることを特徴とする。
請求項4に記載の車両用発電電動装置は、請求項1乃至3記載の車両用発電電動装置において、さらに、前記カバーは、前記底壁が前記底壁の外周端部から中央部に向かって前記発電電動機側へ傾斜していることを特徴とする。
請求項5に記載の車両用発電電動装置は、請求項1乃至4記載の車両用発電電動装置において、さらに、前記カバーは、前記底壁の中央に前記発電電動機側へ突出する円筒状の突出壁を有することを特徴とする。
請求項1に記載の車両用発電電動装置によれば、放熱板の底板が発電電動機側に傾斜していることにより、冷却空気の流れる流通通路の長さを短縮することができる。また、冷却空気流を径方向から軸方向に緩やかに偏向することができる。さらに、冷却空気流と接する放熱板の底板の面積を拡大することができる。そのため、冷却空気の流通抵抗が低減され、冷却空気がスムーズに放熱板のフィンの間を流れるようになり、制御手段で発生する熱の放熱板による放熱性が向上する。その結果、制御手段の冷却性が向上し、性能を確保しつつ制御手段を小型化することができる。
請求項2に記載の車両用発電電動装置によれば、放熱板の底板の傾斜を確実に確保することができる。放熱板の底板の外周端部から内周端部までの径方向長に対して軸方向長を短くすれば、制御手段の搭載範囲を確保しつつ、かつ、必要とされる底板の傾斜を確保でき、充分な冷却性が得られる。そのため、制御手段を充分に冷却でき、性能を確保しつつ制御手段を小型化することができる。
請求項3に記載の車両用発電電動装置によれば、放熱板の内周縁部で冷却空気を軸方向へより緩やかに偏向することができる。そのため、冷却空気の流通抵抗がより低減される。その結果、制御手段の冷却性がより向上し、制御手段をより小型化することができる。
請求項4に記載の車両用発電電動装置によれば、カバーの底壁で冷却空気の流れる流通通路の断面の大きな変化を抑えることができる。そのため、冷却空気の流速の低下を防止できる。さらに、流通通路の断面の大きな変化に伴う冷却空気流の乱流が抑制され冷却空気流が整流されるため、冷却空気がスムーズに流れる。その結果、制御手段の冷却性がさらに向上し、制御手段をさらに小型化することができる。
請求項5に記載の車両用発電電動装置によれば、カバーの突出壁で冷却空気を軸方向に滑らかに偏向することができる。そのため、冷却空気がさらにスムーズに流れる。その結果、制御手段の冷却性がさらに向上し、制御手段をさらに小型化することができる。
(第1実施形態)
第1実施形態は、オルタネータに交流モータの機能を付与し、さらに、交流モータを駆動する制御装置を一体化したアイドルストップ車用制御装置一体型モータジェネレータの例を示す。
本実施形態における制御装置一体型モータジェネレータの軸方向一部断面図を図1に、
図1におけるA−A矢視断面図を図2に、制御装置付近の部分断面図を図3に示す。そして、これらの図を参照し、構造、動作、効果の順で具体的に説明する。
まず、図1を参照して具体的構造について説明する。必要に応じて、図2を参照して詳細を説明する。図1に示すように、制御装置一体型モータジェネレータ1(車両用発電電動装置)は、冷却ファン25を内蔵したモータジェネレータ2(発電電動手段)と、制御装置3(制御手段)とを備えている。
モータジェネレータ2は、フロントハウジング20と、リヤハウジング21と、回転軸22と、ステータ23と、ロータ24と、冷却ファン25と、プーリ26と、ブラシ27とを備えている。
フロントハウジング20は、例えばアルミニウムからなり、端壁20aと、端壁20aの周縁部から軸方向に延在する周壁20bとから構成されている。フロントハウジング20の端壁20aには冷却空気の吸入孔20cが形成されている。また、フロントハウジング20の周壁20bには冷却空気の吹き出し孔20dが形成されている。
リヤハウジング21は、フロントハウジング20と同様に例えばアルミニウムからなり、端壁21aと、端壁21aの周縁部から軸方向に延在する周壁21bとから構成されている。リヤハウジング21の端壁21aには冷却空気の吸入孔21cが形成されている。また、リヤハウジング21の周壁21bには冷却空気の吹き出し孔21dが形成されている。
回転軸22は例えば鉄からなる円柱体である。この回転軸22は、フロントハウジング20の端壁20aに配設される軸受22aとリヤハウジング21の端壁21aに配設される軸受22bとを介して、フロントハウジング20及びリヤハウジング21に対して回転可能に支持されている。そして、回転軸22の一端部の外周面には2つのスリップリング22cが軸方向に並設されている。回転軸22の他端部の外周面には後述するプーリ26が嵌合され固定されている。
ステータ23は、ステータコア23aと、ステータコイル23bとで構成されている。ステータコア23aは磁性材で構成される。ステータコイル23bはステータコア23aに巻回される巻線である。そして、ステータ23の一方の軸端部の外周面は、フロントハウジング20の周壁20bの端部の内周面に、他方の軸端部の外周面は、リヤハウジング21の周壁21bの端部の内周面にそれぞれ固定されている。
ロータ24は、ロータコア24aと、界磁コイル24bとで構成されている。ロータコア24aは磁性材で構成されている。界磁コイル24bはロータコア24aに巻回される巻線である。界磁コイル24bの両端は回転軸22の軸端部に並設された2つのスリップリング22cにそれぞれ接続されている。そして、ロータ24は回転軸22に固定され、ロータ24の外周面をステータ23の内周面と一定の間隔を介して対向するようにステータ23の内周側に配設されている。
冷却ファン25はロータ24の両軸端面に固定されている。この冷却ファン25は回転軸22が回転することによりロータ24とともに回転し冷却空気流を発生させる。
プーリ26は回転軸22の軸端部にネジで固定されている。このプーリ26はエンジンとモータジェネレータ2との間で駆動力の授受をしている。
ブラシ27は例えば黒鉛からなる。このブラシ27はブラシホルダー27aに収納され径方向に往復動可能に支持されている。また、ブラシ27の軸端面は回転軸22の軸端部に配設された2つのスリップリング22cの外周面にそれぞれ接触している。そして、ブラシ27は後述する制御装置3に接続されている。
図2及び図3に示すように、制御装置3は、インバータ回路30と、界磁回路31と、制御回路32と、コネクタ33と、電源端子34と、放熱板35と、インバータケース36と、リヤカバー37(カバー)とから構成されている。
図2に示すように、インバータ回路30は、例えばドレイン−ソース間に寄生ダイオードを有する6つの電界効果トランジスタ30a〜30fを3相ブリッジ接続して構成されている。このインバータ回路30の上側にある3つの電界効果トランジスタ30a〜30cのドレインは後述する電源端子34に接続され、下側にある3つの電界効果トランジスタ30d〜30fのソースはリヤハウジング21を介して接地されている。また、インバータ回路30の3相出力端子TU、TV、TWは、モータジェネレータ2のステータコイル23bと後述する制御回路32とに接続されている。
界磁回路31は、電界効果トランジスタ31aと、フライホイールダイオード31bとから構成されている。界磁回路31の電界効果トランジスタ31aのドレインは電源端子34に接続され、ソースはモータジェネレータ2の一方のブラシ27を介して界磁コイル24bの一端に接続されている。界磁回路31のフライホイールダイオード31bのカソードは、電界効果トランジスタ31aのソースと同様に、モータジェネレータ2の一方のブラシ27を介して界磁コイル24bの一端に接続されている。フライホイールダイオード31bのアノードはリヤハウジング21を介して接地されている。ところで、界磁コイル24bの他端は他方のブラシ27からリヤハウジング21を介して接地されている。そのため、フライホイールダイオード31bは界磁コイル24bに並列接続されている。
制御回路32は、インバータ回路30を構成する6つの電界効果トランジスタ30a〜30fのゲートと、界磁回路31を構成する電界効果トランジスタ31aのゲートとに接続されている。制御回路32は後述するコネクタ33に接続されるとともにリヤハウジング21を介して接地されている。
コネクタ33は、イグニションスイッチやECU(図略)からの制御信号と駆動のための電力とを制御回路32へ供給する電子部材である。
電源端子34は制御装置3とバッテリ4や負荷5との間で電力を授受する電子部材である。
図3に示すように、放熱板35は、例えば、アルミニウム等の熱伝導性のよい材料からなり、略環状の底板35aと、底板35aの一端面に立設される複数のフィン35bとから構成されている。この底板35aは、外周端部から内周端部に向かって、図において下側へ傾斜している。その傾斜は、底板35aの外周端部から内周端部までの径方向長に対して軸方向長が短くなるように設定されている。底板35aのフィン35bの立設されていない他端面には、インバータ回路30を構成する6つの電界効果トランジスタ30a〜30fがそれぞれ絶縁フィルムを介してネジで固定されている。さらに、界磁回路31(図略)と制御回路32とが搭載された基板が固定されている。
インバータケース36は、例えば樹脂からなり、内周壁36aと、外周壁36bと、これらの軸端部を連結する端壁とから構成されている。インバータケース36の外周壁36b及び端壁にはバスバー(図略)が一体成形されている。さらに、インバータケース36の外周壁36bの外周面にはコネクタ33(図略)と電源端子34(図略)とが固定されている。インバータケース36の一方の軸端部には、インバータ回路30、界磁回路31及び制御回路32が固定された放熱板35が配設されている。また、インバータケース36の他方の軸端部には、例えば樹脂からなる略環状のインバータケースカバー36cが配設されている。このインバータケースカバー36cは外周端部から内周端部に向かって放熱板35側へ傾斜している。これにより、インバータケース36の内周壁36aと外周壁36bとで囲まれる空間には、インバータ回路30、界磁回路31及び制御回路32が収容され、放熱板35とインバータケースカバー36bとで密閉され、塵等の異物の浸入を防いでいる。これらインバータ回路30、界磁回路31及び制御回路32は、インバータケース36に一体成形されたバスバーを介してステータコイル23b、ブラシ27、コネクタ33及び電源端子34と接続されている。インバータケース36はリヤハウジング21の端壁21aに固定されている。
リヤカバー37は、例えば樹脂からなり、周壁37aと、周壁の周縁部から縮径方向に延在する底壁37bとから構成されている。リヤカバー37の周壁37aの周縁部から底壁37bにかけて、冷却空気の吸入孔37c(貫通孔)が複数形成されている。このリヤカバー37はインバータケース36と放熱板35とを覆った状態でリヤハウジング21の端壁21aに固定されている。
次に、具体的動作について説明する。エンジン始動時には、制御装置一体型モータジェネレータ1はスタータとして動作する。このとき、制御回路32は、界磁回路31を制御し、モータジェネレータ2の界磁コイル24bに電流を流している。さらに、制御回路32は、インバータ回路30の電界効果トランジスタ30a〜30fを制御し、バッテリ4からの直流電力を交流電力に変換する。この交流電力はモータジェネレータ2のステータコイル23bへ供給される。これにより、モータジェネレータ2は駆動力を発生する。この駆動力は、モータジェネレータ2の回転軸22の端部に固定されたプーリ26を経て、ベルトを介してエンジンのクランクシャフトへと伝達され、エンジンが始動する。
発電時には、制御装置一体型モータジェネレータ1はオルタネータとして動作する。このとき、制御回路32は、エンジン始動時と同様に、界磁回路31を制御し、モータジェネレータ2の界磁コイル24bに電流を流している。さらに、制御回路32は、インバータ回路30の電界効果トランジスタ30a〜30fを全てオフ状態にする。そして、エンジンの駆動力がベルトを介してモータジェネレータ2のプーリ26へと伝達される。これにより、界磁コイル24bの発生する磁束がステータコイル23bに鎖交し、ステータコイル23bは交流電力を発生する。このステータコイル23bの発生する交流電力は、インバータ回路30の6つの寄生ダイオードによって構成される3相ブリッジで直流電力に変換される。この直流電力は、バッテリ4を充電するとともに、バッテリ4に接続される負荷5に供給される。そして、インバータ回路30、界磁回路31及び制御回路では、上記始動時及び発電時に、回路内を流れる電流量に応じて発熱する。
ここで、モータジェネレータ2のロータ24が回転すると、ロータ24の両端面に固定された冷却ファン25は冷却空気流を発生させる。この冷却空気流は、フロントハウジング20の吸気孔20cから吹き出し孔20dへと流れる。また、リヤカバー37の吸気孔37aから、放熱板35の傾斜した底板35aに沿ってフィンの間を中心方向へと流れる。そして、インバータケース36の内周壁36aの内側を通り、インバータケースカバー36cに沿ってリヤハウジング21の吸気孔21cを経て吹き出し孔21dへと流れる。これにより、インバータ回路30、界磁回路31、制御回路32、ブラシ27、ステータコイル23b及び界磁コイル24bが冷却される。
最後に、具体的効果について説明する。まず、制御装置一体型モータジェネレータ1は、放熱板35の底板35aの外周端部から内周端部までの径方向長に対して軸方向長を短くすることにより、放熱板35の底板35aの傾斜を確実に確保することができる。さらに、放熱板35の底板35aが傾斜したことにより、冷却空気の流れる流通通路の長さを短縮することができる。また、冷却空気流を径方向から軸方向に緩やかに偏向することができる。冷却空気流と接する放熱板35の底板35aの面積を拡大することもできる。そのため、冷却空気の流通抵抗が低減されるとともに制御装置3で発生する熱の放熱面積が拡大され、制御装置3の冷却性が向上する。
ところで、インバータ回路30及び界磁回路31のスイッチング素子30a〜30f及び31aは、その最高温度と流れる電流の容量とによって大きさが決まる。また、制御回路32においても、インバータ回路30や界磁回路31と同様に、回路を構成する電子部品のほとんどは最高温度によって大きさが決まる。従って、制御装置3の冷却性が向上することにより、制御装置一体型モータジェネレータ1としての性能を確保しつつスイッチング素子等の電子部品が小さくなり、制御装置3を小型化することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態における制御装置一体型モータジェネレータの制御装置付近の部分断面図を図4に示す。ここでは、第1実施形態における制御装置一体型モータジェネレータとの相違部分についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
図4に示すように、本実施形態の制御装置一体型モータジェネレータ1は、第1実施形態に対して、放熱板35の底板35aの内周縁部に、丸み付けされた面取り部35cを有している。
そのため、この制御装置一体型モータジェネレータ1は、放熱板35の内周縁部で冷却空気を軸方向へより緩やかに偏向することができる。これにより、冷却空気の流通抵抗がより低減される。その結果、制御装置3の冷却性がより向上し、制御装置3をより小型化することができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態における制御装置一体型モータジェネレータの制御装置付近の部分断面図を図5に示す。ここでは、第1及び第2実施形態における制御装置一体型モータジェネレータとの相違部分についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
図5に示すように、本実施形態の制御装置一体型モータジェネレータ1は、第2実施形態に対して、リヤカバー37の底壁37bが、外周端部から中央部に向かって、図において下側、つまり、放熱板35側へ底板35aとほぼ平行になるように傾斜している。そのため、この制御装置一体型モータジェネレータ1は、放熱板35の底板35a上を流れる冷却空気の流通通路の断面の変化を抑え、流通通路の断面積をほぼ一定に保つことができる。これにより、冷却空気の流速の低下を防止できる。さらに、流通通路の断面の大きな変化に伴う冷却空気流の乱流が抑制され冷却空気流が整流されるため、冷却空気の流通抵抗がさらに低減できる。その結果、制御装置3の冷却性がさらに向上し、制御装置3をさらに小型化することができる。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態における制御装置一体型モータジェネレータの制御装置付近の部分断面図を図6に示す。ここでは、第1、第2及び第3実施形態における制御装置一体型モータジェネレータとの相違部分についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
図6に示すように、本実施形態の制御装置一体型モータジェネレータ1は、第3実施形態に対して、リヤカバー37の底壁37bの中央に放熱板35側へ突出する円筒状の突出壁37dを有している。さらに、底壁37bと接続される突出壁37dの外周端部は丸み付けされている。そのため、この制御装置一体型モータジェネレータ1は、リヤカバー37の突出壁37dで冷却空気を軸方向に滑らかに偏向することができる。これにより、冷却空気の流通抵抗がさらに低減される。その結果、制御装置3の冷却性がさらに向上し、制御装置3をさらに小型化することができる。
なお、上述した実施形態では、放熱板35の底板35aは外周端部から内周端部に向かって直線的に傾斜しているが、これに限られるものではない。例えば、底板35aの外周端部から内周端部に向かって階段状又は曲線状に発電電動機2側へ傾斜していてもよい。少なくとも、底板35aの外周端部から内周端部に向かって、リヤカバー37側へ傾斜していなければ、冷却空気の流通抵抗を低減することができる。
第1実施形態における制御装置一体型モータジェネレータの軸方向一部断面図を示す。 第1実施形態における制御装置の回路図を示す。 図1におけるA−A矢視断面図を示す。 第2実施形態における制御装置付近の部分断面図を示す。 第3実施形態における制御装置付近の部分断面図を示す。 第4実施形態における制御装置付近の部分断面図を示す。
符号の説明
1 ・・・ 制御装置一体型モータジェネレータ(車両用発電電動装置)
2 ・・・ モータジェネレータ(発電電動機)
21 ・・・ リヤハウジング
21c ・・・ 冷却空気の吸入孔
21d ・・・ 冷却空気の吹き出し孔
24 ・・・ ロータ
25 ・・・ 冷却ファン
3 ・・・ 制御装置(制御手段)
30 ・・・ インバータ回路
31 ・・・ 界磁回路
32 ・・・ 制御回路
35 ・・・ 放熱板
35a ・・・ 底板
35b ・・・ フィン
35c ・・・ 面取り部
36 ・・・ インバータケース
36c ・・・ インバータケースカバー
37 ・・・ リヤカバー(カバー)
37c ・・・ 冷却空気の吸入孔(貫通孔)
37d ・・・ 突出壁(突出部)

Claims (5)

  1. 冷却ファンを有し車両に搭載され前記車両のエンジンの駆動力により発電するとともに
    前記車両のエンジンを始動するための駆動力を発生する発電電動機と、前記発電電動機の軸方向に隣接して配設され前記発電電動機と電源との間で少なくとも交直双方向電力変換を行う制御手段と、略環状の底板と前記底板の一端面に立設されるフィンとを有し前記発電電動機の前記冷却ファンによって発生する冷却空気流を前記一端面に沿って通過させることにより前記発電電動機側にある前記底板の他端面に固定される前記制御手段を冷却する放熱板と、略円筒状の周壁と前記周壁の端部から縮径方向に延在する底壁と前記周壁又は底壁の少なくともいずれかに配設される貫通孔とを有し前記放熱板を囲覆するカバーとを備えた車両用発電電動装置であって、
    さらに、前記放熱板は、前記底板が前記底板の外周端部から内周端部に向かって前記発電電動機側へ傾斜していることを特徴とする車両用発電電動装置。
  2. 前記放熱板は、前記底板の外周端部から内周端部までの径方向長に対して軸方向長が短いことを特徴とする請求項1記載の車両用発電電動装置。
  3. 前記放熱板は、前記底板の内周縁部を面取り又は丸み付けしていることを特徴とする請求項1又は2記載の車両用発電電動装置。
  4. 前記カバーは、前記底壁が前記底壁の外周端部から中央部に向かって前記発電電動機側へ傾斜していることを特徴とする請求項1乃至3記載の車両用発電電動装置。
  5. 前記カバーは、前記底壁の中央に前記発電電動機側へ突出する円筒状の突出壁を有することを特徴とする請求項1乃至4記載の車両用発電電動装置。
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