JP2006174541A - 回転電機 - Google Patents

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Hiroyuki Akita
Yoshito Asao
Masaki Kato
Nobuaki Uehara
伸哲 上原
政紀 加藤
淑人 浅尾
裕之 秋田
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Mitsubishi Electric Corp
三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/046Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification in generators
    • H02K11/048Rectifiers combined with drive circuits in starter-generators

Abstract

【課題】 回転電機部とこの回転電機部の通電制御を行うスイッチング回路部とこのスイッチング回路部を構成する複数個のスイッチング素子を冷却する放熱装置とを備えた回転電機において、スイッチング素子に対する冷却性を向上する。
【解決手段】 回転電機部2の通電制御を行うスイッチング回路部4と、このスイッチング回路部4を構成する複数個のスイッチング素子41を冷却する放熱装置50を備えており、前記放熱装置50が、前記回転電機部2の回転軸13の周方向に前記回転軸13を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子41が分散して装着された複数個のヒ−トシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)で構成されている。
【選択図】図3

Description

この発明は、回転電機部とこの回転電機部の通電制御を行うスイッチング回路部とこのスイッチング回路部を構成する複数個のスイッチング素子を冷却する放熱装置とを備えた回転電機に関するものであり、インバータ制御等を行うパワー素子ユニットを搭載した車載用回転電機等に適用される回転電機に関するものである。

従来、例えば車載用電動発電機等の回転電機においては、回転電機部をインバータ制御等で通電制御するパワー素子ユニット等のスイッチング回路部は、該回転電機部と離して設置されていた。しかし、パワー素子ユニット等のスイッチング回路部と回転電機部とが離れて設置されていることにより、それらを電気的に接続する交流配線の長さが長くなり配線抵抗が増大し、電圧降下が大きくなる。そのため、回転電機のトルクが低下する、あるいは回転速度が低下するという問題が生じていた。一方、前記配線抵抗の増大を抑えるために、前記配線を太くするという対策も考えられるが、その場合は重量およびコストが増大し、重量あるいはコスト等の制約からその対策にも限界がある。

また、前記パワーユニット等のスイッチング回路部と前記回転電機部とを離して設置するということは、回転電機部の他にパワーユニット等のスイッチング回路部を設置するスペースが別途必要となることを意味する。しかし、当該回転電機が実際に搭載される、例えば車のエンジンルーム内など、限られた空間内に回転電機が配設される場合は、パワー素子ユニット等のスイッチング回路部を設置するスペースを別途確保することが困難な場合もあり、レイアウト上の問題となることも考えられる。

前述のような問題を解決するために、インバ−タを構成するパワー素子ユニット(スイッチング回路部)を回転電機部に一体的に取り付けたものが、例えば特許文献1に記載されている。パワー素子ユニット(スイッチング回路部)と回転電機部とが一体化することにより、両者を接続する交流配線を短くすることが可能となり、電圧降下を低減することができる。結果として、回転電機のトルク特性、回転数特性の改善、あるいは、配線重量の軽減、耐ノイズ性の向上等の効果が期待される。

特開2004−135447号公報(図1及びその説明)

特許文献1に示すように、パワー素子ユニット(スイッチング回路部)が回転電機の筐体内に取り付けられる場合、スイッチング素子の放熱は、回転電機の回転子と共に回転するファンにより筐体内に冷却風を流すことにより行われる。しかし筐体内にパワー素子ユニットが設置されることにより、冷却風路の形状は狭く、複雑になる。そのため、風の流れにともなう圧力損失が増大し、冷却風量が低下することになり冷却が十分に行われず、スイッチング素子の温度が上昇し、スイッチング素子の破壊を招くという問題が生じる。また、スイッチング素子の温度を許容範囲以内におさめようとすると、冷却風路を広くし冷却風量を大きくする、あるいはヒートシンクの大きさを大きくする等の対策が必要となり、これらは回転電機の大型化という問題を招く。

車載用回転電機等のように限られた空間内に配設される回転電機においては、就中、回転電機部とこの回転電機部の通電制御を行うスイッチング回路部とこのスイッチング回路部を構成する複数個のスイッチング素子を冷却する放熱装置とを備えた回転電機においては、回転電機部とこの回転電機部の通電制御を行うスイッチング回路部とこのスイッチング回路部を構成する複数個のスイッチング素子を冷却する放熱装置とを限られた空間内に配設する場合は、重量、コスト、設置スペ−スの諸条件を考慮し、特に大型にならないように冷却性の向上に工夫を凝らすことが重要である。

この発明は、前述のような実情に鑑みてなされたもので、回転電機部とこの回転電機部の通電制御を行うスイッチング回路部とこのスイッチング回路部を構成する複数個のスイッチング素子を冷却する放熱装置とを備えた回転電機において、スイッチング素子に対する冷却性を向上することを目的とするものである。

この発明に係る回転電機は、回転電機部、この回転電機部の通電制御を行うスイッチング回路部、及びこのスイッチング回路部を構成する複数個のスイッチング素子を冷却する放熱装置を備えた回転電機において、前記放熱装置が、前記回転電機部の回転軸の周方向に前記回転軸を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子が分散して装着された複数個のヒ−トシンクで構成されているものである。

この発明による回転電機は、回転電機部、この回転電機部の通電制御を行うスイッチング回路部、及びこのスイッチング回路部を構成する複数個のスイッチング素子を冷却する放熱装置を備えた回転電機において、前記放熱装置が、前記回転電機部の回転軸の周方向に前記回転軸を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子が分散して装着された複数個のヒ−トシンクで構成されているので、前記スイッチング素子に対する冷却性が向上する効果がある。

実施の形態1.
以下この発明の実施の形態1を図1〜図4により説明する。図1は回転電機の構造の事例を示す縦断側面図、図2は回転電機の動作を説明するための概略回路の事例を示す図、図3は回転電機のヒートシンクの配置例を示す平面図、図4は回転電機のリヤ側からみた事例を示す平面図であるなお、各図中、同一符合は同一部分を示す。

図1、図3および図4において、回転電機部2は、フロントブラケット10およびリヤブラケット11からなるケース100と、該ケースに支持用ベアリング12を介して回転自在に配設されている回転軸13と、ブラシ14と、該回転軸13に固定され前記ブラシ14を介して給電される界磁巻線21を有する回転子15と、前記ケース100に固定されて前記回転子15を囲むように配設されると共に電機子巻線24を有する固定子16と、前記回転子15の軸方向の両端面に固定された遠心ファンからなるファン17と、前記回転軸13のフロント側に固着されたプーリ18を備えている。そして、この回転電機部2は前記プーリ18およびベルト(図示省略)を介してエンジンの回転軸(図示省略)に連結されている。

本実施の形態では、前記回転電機部2に一体的あるいは近接してパワー素子ユニットからなるスイッチング回路部4が設置されている。前記リヤブラケット11のリヤ側には、前記スイッチング回路部4を構成する複数のスイッチング素子41と、各スイッチング素子41が取り付けられたヒートシンク50UI、50UO、50VI、50VO、50WI、50WOが設置されている。これらヒートシンク50UI、50UO、50VI、50VO、50WI、50WOが放熱装置50を構成する。なお、符号50UI、50UO、50VI、50VO、50WI、50WOにおけるU,V,Wは、後述の3相交流におけるU相、V相、W相を意味し、Iは前記回転軸13の径方向内側を、Oは前記回転軸13の径方向外側を、それぞれ意味する。

前記ヒートシンク50UI,50VI,50WIの各々の、前記径方向の外側の直線状の平面に複数個の前記スイッチング素子41が装着され、前記径方向の内側には、自己のスイッチング素子41の発熱を伝導し冷却風に放熱するための熱伝達面を形成する多数のフィンからなる放熱部50FIが形成されている。なお、前記放熱部50FIの多数のフィンは、前記回転軸13の長手方向(軸線の延在方向)即ち冷却風が流れる方向、及び前記径方向に平行に延在し、また、各フィンの前記回転軸13側の端面と前記回転軸13の外周面との間の間隔はフィン間隔と同程度としてあり、換言すれば周方向に略同じ間隔としてある。

前記ヒートシンク50UO,50VO,50WOの各々の、前記径方向の内側の直線状の平面に複数個の前記スイッチング素子41が装着され、前記径方向の外側には、自己のスイッチング素子41の発熱を伝導し冷却風に放熱するための熱伝達面を形成する多数のフィンからなる放熱部50FOが形成されている。なお、前記放熱部50FIの多数のフィンは、前記回転軸13の長手方向(軸線の延在方向)即ち冷却風が流れる方向、及び前記径方向に平行に延在し、また、各フィンの、後述のインサートケース19の内周面側の端面と前記インサートケース19の内周面との間の間隔はフィン間隔と同程度としてあり、換言すれば周方向に同じ間隔としてある。

なお、前記ヒートシンク50UI、50UOは、何れもU相用のヒートシンクであり、各ヒートシンクの複数のスイッチング素子41は、後述の図2におけるU相用のスイッチング素子である。同様に、前記ヒートシンク50VI、50VOは、何れもV相用のヒートシンクであり、各ヒートシンクの複数のスイッチング素子41は、後述の図2におけるV相用のスイッチング素子である。同様に、前記ヒートシンク50WI、50WOは、何れもW相用のヒートシンクであり、各ヒートシンクの複数のスイッチング素子41は、後述の図2におけるW相用のスイッチング素子である。

前記スイッチング回路部4のリヤ側には、スイッチング回路部4の各スイッチング素子をスイッチング制御して前記回転電機部への通電制御を司る制御回路44が組み込まれた制御回路基板44aを搭載するインサートケース19、およびこのインサートケース19のリヤ側の開口を覆うカバー20が配設されている。

前記インサートケース19は、前記回転軸13と同軸状の円筒状の外周壁部191と、前記回転軸13と前記外周壁部191とに跨って前記径方向に延在する仕切り壁部192とで構成され、前記リヤブラケット11その他に固定される。

前記外周壁部191は、前記ヒートシンク50UI、50UO、50VI、50VO、50WI、50WO、前記ブラシ14、および前記電機子巻線24の口出し線241U,241V,241Wを囲繞している。つまり、前記ヒートシンク50UI、50UO、50VI、50VO、50WI、50WOおよび前記ブラシ14は、前記外周壁部191と前記回転軸13との間の空間における前記径方向の共通平面内に位置するように配設されている。

前記制御回路44は、前記外周壁部191と仕切り壁部192と前記カバー20とから囲まれる空間内に配設され外部環境から遮蔽されている。

前記カバー20には、図4に示すように、前記ヒートシンク50UI、50UO、50VI、50VO、50WI、50WOの放熱部50FI,50FI,50FI,50FO,50FO,50FOの各々に、前記回転軸13の長手方向に直接対向する冷却風吸入口201が設けられている。前記仕切り壁部192にも、前記冷却風吸入口201と前記回転軸13の長手方向に重なる通風孔1921が、前記ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOの放熱部50FI,50FI,50FI,50FO,50FO,50FOの各々に、前記回転軸13の長手方向に直接対向するように設けられている。

また、図4に点線で示すように、前記リヤブラケット11には、前記ヒートシンク50UI,50UOに対応する通風孔111U、前記ヒートシンク50VI,50VOに対応する通風孔111V、前記ヒートシンク50WI,50WOに対応する通風孔111Wが設けられている。

回転電機は、前記回転電機部2と、この回転電機部2の通電制御を行うスイッチング回路部4(図2により後述する)と、このスイッチング回路部4を構成する複数個のスイッチング素子41を冷却する放熱装置50を備えており、前記放熱装置50が、前記回転電機部2の回転軸13を囲む共通面内に前記回転軸13の周方向に前記回転軸13を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子41が分散して装着された複数個のヒ−トシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)で構成されている。換言すれば、前記ヒ−トシンクが周方向に複数個(50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO))に分割され、略周方向全体に配設されている。従って、冷却風を通風させる際の圧力損失を低減させ冷却風量の低下を抑えることができ,スイッチング素子41の冷却性が向上する。また、通風抵抗に伴う風騒音も抑制できる。

前記回転軸13の周方向に相隣るヒ−トシンク間(50UIと50VIとの間、50VIと50WIとの間、50WIと50UIとの間(50UOと50VOとの間、50VOと50WOとの間、50WOと50UOとの間))に空間SPACEが形成され、この空間SPACE内に前記回転電機部2の口出し線241が配設されている。従って、回転軸13の周りの空間を有効に活用でき、径方向の小型化を図れる。

前記回転電機部2の回転子15へ給電するブラシ14と前記複数個のヒ−トシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)とが、前記回転電機部2の回転軸13を囲む共通面内に前記回転軸13の周方向に前記回転軸13を囲んで並設されている。従って、回転軸13の周りの空間を有効に活用でき、径方向の小型化を図れる。

前記回転軸13の周方向に前記回転軸13を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子41が分散して装着された複数個のヒ−トシンクが、前記回転軸の径方向に並設(50UI,50VI,50WIと50UO,50VO,50WO)されている。換言すれば、前記ヒートシンクが径方向に複数個(50UI,50VI,50WIと50UO,50VO,50WO)に分割され,略径方向全体に配設されている。従って、冷却風を通風させる際の圧力損失を低減させ冷却風量の低下を抑えることができ、スイッチング素子41の冷却性が向上する。また、通風抵抗に伴う風騒音も抑制できる。

前記回転軸13の周方向に並設の各ヒ−トシンク(50UIと50VIと50WI、50UOと50VOと50WO)の形状は合同あるいは相似であり、前記回転軸13の径方向に並設の各ヒ−トシンク(50UIと50UO、50VIと50VO、50WIと50WO)の形状は非合同および非相似である。従って、周方向にはスイッチング素子41の冷却性が均一となり、径方向には風路構造に応じてヒートシンク形状を変えることにより冷却性を均一にすることができる.さらに、冷却風を通風させる際の圧力損失も均一となり風量低下や風騒音の悪化を抑えることができる。

前記回転軸13の径方向に相隣るヒ−トシンク間(50UIと50UOとの間、50VIと50VOとの間、50WIと50WOとの間)に空間SPACEが形成され、この空間SPACE内に該相隣る各ヒ−トシンクに装着の前記スイッチング素子41が配設されている。従って、各ヒ−トシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOの放熱部50FI,50FOの冷却風量が増加し、スイッチング素子41の冷却性が向上する。

前記ヒ−トシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOを冷却する冷却風の風路が各ヒ−トシンク毎に対応して設けられ、各風路内に対応ヒ−トシンクの放熱部50FI,50FOが位置している。従って、冷却風路もヒートシンクに合わせて前記周方向に並設され、冷却風を通風させる際の圧力損失を低減させ、冷却風量の低下を抑えることができ、スイッチング素子の冷却性が向上する。また、通風抵抗に伴う風騒音も抑制できる。

前記ヒ−トシンクの放熱部50FI,50FOが位置している風路の冷却風通風抵抗より、前記回転軸13の周方向に相隣るヒ−トシンク間の空間SPACEの冷却風通風抵抗は大きくしてある。従って、前記回転軸13の周方向に相隣るヒ−トシンク間の冷却に寄与しない空間SPACEに冷却風が流れ込みヒートシンクの放熱部50FI,50FOに流れる冷却風量が低下するのを防ぐことができ、その分、ヒートシンクの放熱部50FI,50FOに流れる冷却風量が多くなり、スイッチング素子の冷却性が向上する。

前記ヒ−トシンクの放熱部50FI,50FOが位置している風路の冷却風通風抵抗より、前記回転軸13の径方向に相隣るヒ−トシンク間の空間SPACEの冷却風通風抵抗は大きくしてある。従って、前記回転軸13の径方向に相隣るヒ−トシンク間の冷却に寄与しない空間SPACEに冷却風が流れ込みヒートシンクの放熱部50FI,50FOに流れる冷却風量が低下するのを防ぐことができ、その分、ヒートシンクの放熱部50FI,50FOに流れる冷却風量が多くなり、スイッチング素子の冷却性が向上する。

前記各ヒ−トシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOは、前記回転軸13の回転中心を回転中心とする遠心ファン17が生起する冷却風によって冷却され、前記径方向外側のヒ−トシンク50UO,50VO,50WOを冷却する前記冷却風の冷却風通風抵抗より、前記径方向内側のヒ−トシンク50UI,50VI,50WIを冷却する前記冷却風の冷却風通風抵抗を大きくしてある。従って、ファン17が遠心ファンであれば径方向に中心側の生成圧力は大きいが、径方向に内側(中心側)のヒートシンクの放熱部50FIの通風量と、径方向に外側(反中心側)のヒートシンクの放熱部50FOの通風量とバランスさせることができ、放熱性能を均一にすることができる。

前記各ヒ−トシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOは、前記回転軸13の回転中心を回転中心とする遠心ファン17が生起する冷却風によって冷却され、前記径方向外側のヒ−トシンク50UO,50VO,50WOの冷却風への熱伝達面積より、前記径方向内側のヒ−トシンク50UI,50VI,50WIの冷却風への熱伝達面積を小さくしてある。従って、ファン17が遠心ファンであれば径方向に中心側の生成圧力は大きいが、径方向に内側(中心側)のヒートシンクの放熱部50FIの放熱量と、径方向に外側(反中心側)のヒートシンクの放熱部50FOの放熱量とバランスさせることができ、温度分布を均一にすることができ、結果的に最大温度を抑制できる。

前記ヒ−トシンクを冷却する冷却風の吸入口201が、前記ヒ−トシンクの冷却風流入側に近接して配設されている。従って、冷却風の吸入口201からヒートシンクの冷却風流入側までの通風に伴う圧力損失を低減することができ、その分、冷却風量が多くなり、スイッチング素子の冷却性が向上する。

前記通電制御がUVW3相の通電制御であり、前記回転軸13の周方向に前記回転軸13を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子41が分散して装着された複数個のヒ−トシンクが、U相のスイッチング素子41が装着されたU相用のヒ−トシンク50UI,50UO、V相のスイッチング素子41が装着されたV相用のヒ−トシンク50VI,50VO、及びW相のスイッチング素子41が装着されたW相用のヒ−トシンク50WI,50WOである。U,V,W各相ヒートシンクのスイッチング素子の発熱量は均等であり、さらに周方向に3分割して並設されたヒートシンクの冷却能力も均等であるので、U,V,W各相で偏った温度分布となることもなく、効率の良い冷却構成とすることができる。

各相用のヒ−トシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOが、前記回転軸13の周方向に前記回転軸13を囲むように略三角形状に並設(50UIと50VIと50WI(50UOと50VOと50WO))されている。従って、前記回転軸13を周方向から囲むように、かつ、周方向全体に広い範囲でヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOをレイアウトできるので、ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOのレイアウト性が向上し、各スイッチング素子41およびヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOが占有する容積を最小限にすることができ、回転電機の大型化を防ぐことができる。

前記複数個のスイッチング素子41および前記放熱装置40が、前記回転電機部2に、前記回転軸13の長手方向に隣接して配設され、これらスイッチング素子41および放熱装置40の前記回転軸の径方向の占有面積は、前記回転電機部2の径方向の占有面積以内にしてある。従って、回転電機の径方向の大型化を防ぐことができる。

次に、スイッチング回路部4を備えた回転電機部2の動作を説明するための概略回路図である図2において、回転電機部2は、固定子16の電機子巻線24と、回転子15の界磁巻線21を備え、前述の図1のように、回転子15に連結されたプーリ18が、エンジン(図示省略)の回転軸とベルト(図示省略)により連結されている。ここで、電機子巻線24は、3相(U相、V相、W相)のコイルをY結線して構成されている。スイッチング回路部(パワー素子ユニット)4は、スイッチング素子(パワートランジスタ、MOSFET、IGBT等)41と各スイッチング素子41に並列に接続されたダイオード42とからなるインバータモジュール40と、このインバータモジュール40に並列に接続されたコンデンサ43とを備えている。

前記インバータモジュール40において、それぞれのスイッチング素子41のスイッチング動作は、制御回路44の指令により制御される。また、制御回路44は、界磁電流制御回路45を制御して回転子の界磁巻線21に流す界磁電流も制御する。

前記スイッチング回路部4を備えた回転電機部2において、エンジン始動時には、バッテリ5から直流配線8を介して直流電力が前記スイッチング回路部4に供給される。そして、前記制御回路44が前記インバータモジュール40の各スイッチング素子41をON/OFF制御し、直流電力が三相交流電力に変換される。そして、この三相交流電力が交流配線9を介して回転電機部2の電機子巻線24に供給される。前記回転子15の界磁巻線21の周囲には、前記界磁電流制御回路45により供給されている界磁電流により回転磁界が発生し、それにより前記回転子15が回転駆動され、回転電機用プーリ、ベルト、クランクプーリ、クラッチを介してエンジンが始動される。

一方、エンジンが始動すると、エンジンの回転力が、クランクプーリ、ベルト、回転電機用プーリを介して回転電機部2に伝達される。これにより、前記回転子15が回転駆動されて前記電機子巻線24に三相交流電圧が誘起される。ここで、前記制御回路44により各スイッチング素子41がON/OFF制御され、前記電機子巻線24に誘起された三相交流電力が直流電力に変換され、前記バッテリ5が充電される。

前記スイッチング素子41の冷却は、図1の回転電機部2において、前記回転子15に固定された前記ファン17により生成された冷却風を、前記スイッチング素子41に取り付けられた前記ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WO50に通風させることにより行われる。前記ファン17により生成された冷却風は、リヤ側の吸入口201から吸入され、前記仕切り壁部192の通風孔1921を経由して前記ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOの放熱部50FI,50FOを通り、前記リヤブラケット11の通風孔111U,111V,111Wを経て、前記ファン17により、該ファン17の回転中心部から前記回転子15の径方向外側に向けて放射状に吐き出される。

図3は、図1の回転電機2において、前記インサートケース19および前記カバー20を取り外した状態で、リヤ側からみた平面図であり、この図3に明示されているように、夫々複数個のスイッチング素子41が装着された複数個のヒ−トシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)が、前記回転電機部2の回転軸13を囲む共通面内に前記回転軸13の周方向に前記回転軸13を囲むように並設されている。換言すれば、前記ヒ−トシンクが周方向に複数個(50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO))に分割され、略周方向全体に配設されている。また、ヒートシンク50のこのような配置に合わせて、冷却風路も各ヒートシンクに対応するように周方向に複数個に分割され、前記ファン17によって生成された冷却風の殆どが、各冷却風路内の対応ヒートシンクの冷却に使われる。従って、冷却風路における冷却風に対する通風抵抗が小さく、ヒートシンクの冷却も効率的に行われる。

ヒートシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)および冷却風路は、ファン17で冷却風を通風させる際の圧力損失の原因となるため、通風抵抗をできるだけ低減し、ヒートシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)の放熱部50FI,50FOへの風量を大きくすることが、効率的な冷却の面から重要である。ヒートシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)および冷却風路をファン17に対して並列に設置することにより、通風抵抗が分散され、全体の圧力損失が低減する。それにより、ヒートシンクの放熱部50FI,50FOに流れる風量が増加し冷却性が向上するので、冷却性を確保するために、ヒートシンクの放熱部50FI,50FOの熱伝達面の面積を大きくする、あるいはファン17のサイズを大きくする等の対策を最小限に抑えることができるため、回転電機2全体の大型化を防ぐことができる。また、ヒートシンクヒートシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)および冷却風路を周方向に分散して配置することは、風が流れることにより生じる騒音の発生源を分散させることになり、回転電機2全体の騒音を低減させる効果を生む。

また、スイッチング素子41およびヒートシンク(50UI,50VI,50WIと50UO,50VO,50WO)は略径方向に分割して並設され、冷却風路も分割されている。そうすることにより、圧力損失が径方向にも分散され、冷却風量の低下を抑えることができる。また、一つのヒートシンクに取り付けられるスイッチング素子41の数が少なくなり、スイッチング素子41同士の熱干渉が抑制され冷却の面から有利である。さらに、図3に示してあるように、径方向内側のヒートシンク50UI,50VI,50WIと径方向外側のヒートシンク50UO,50VO,50WOのスイッチング素子41が取り付けられている面をお互い向かい合わせることにより、スイッチング素子41の電気配線を短くするなどの合理化が図れる。

周方向に分割して並設されたヒートシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)の周方向に相隣るヒートシンク間の空間SPACEには、固定子16の口出し線241や電流センサ2411等の部品が設置されており、また、前記リヤブラケット11や前記インサ−トケ−ス19、前記カバ−20の、前記空間SPACEに回転軸長手方向に対向する部位には通風孔を設けてなく、前記リヤブラケット11や前記インサ−トケ−ス19、前記カバ−20により前記空間SPACEを回転軸長手方向に封鎖するように構成することにより、前記空間SPACEを通る冷却風の通風抵抗は、前記ヒートシンクの放熱部50FI,50FOを通る冷却風の通風抵抗と比較して大きい、あるいは無限大に近くなるようにしてある。これにより、冷却風がヒートシンクの放熱部50FI,50FOの熱伝達面以外に流れ込むことによる前記放熱部50FI,50FOの冷却風量の低下を抑えることができ、ヒートシンク50UI,50VI,50WI(50UO,50VO,50WO)による放熱が効率的に行われる。同様の理由で、径方向に分割して並設されたヒートシンク(50UI,50VI,50WIと50UO,50VO,50WO)の径方向間部にスイッチング素子41を設置することにより、当該スイッチング素子41部分の空間SPACEにおける冷却風の通風抵抗は、前記放熱部50FI,50FOを通る冷却風の通風抵抗と比較して大きい、あるいは無限大に近くなるようにしてある。

周方向および径方向に分割して並設された各ヒートシンク50UI,50VI,50WI,50UO,50VO,50WOは、前記周方向並設の関係にある各ヒートシンクは略合同あるいは相似の形状となっている。これにより、各ヒートシンクの放熱部50FI,50FOの熱伝達面の通風抵抗を周方向に均一にすることができ、冷却性の不均一に起因するスイッチング素子41の温度のばらつきを抑えることができる。また、前記径方向並設の関係にある各ヒートシンクは非合同および非相似の形状となっていて、冷却風路の形状等に応じて、前記径方向並設の関係にある各ヒートシンクの形状を変えることができる。これにより、ヒートシンクの放熱部50FI,50FOを流れる冷却風量や熱伝達面からの放熱量を調節することができ、前記径方向並設の関係にある各ヒートシンクの冷却性を均一化することができる。

本実施の形態において、ファン17は遠心ファンが用いられている。一般に、遠心ファンは、ファン中心側と比較して反中心側では風量が小さい(静圧上昇が小さい)ので、ヒートシンク50UI,50VI,50WIおよび50UO,50VO,50WOを径方向に分割して並設した場合、中心側(前記径方向の内側)の放熱部50FIと比較して、反中心側(前記径方向の外側)のヒートシンクの放熱部50FOを流れる冷却風の風量が小さくなる。そこで、本実施の形態では、中心側のヒートシンクの放熱部50FIの通風抵抗は反中心側のヒートシンクの放熱部50FOと比較して大きくなっており、これにより、径方向並設の関係にある各ヒートシンクの放熱部50FI,50FOの冷却風量が均一となり、冷却性も均一化される。また、中心側のヒートシンクの放熱部50FIのフィン面積は、反中心側のヒートシンクの放熱部50FOのフィン面積と比較して小さくなっており、中心側のヒートシンクの放熱部50FIの熱伝達面からの放熱量が、反中心側のヒートシンクの放熱部50FOの熱伝達面からの放熱量より小さくなり、径方向並設の関係にある各ヒートシンクの放熱部50FI,50FOの冷却性の均一化を図ることができる。

前記ヒートシンク50UI、50UO、50VI、50VO、50WI、50WOは周方向に3分割され、それぞれにU,V,W各相の電極部が設けられている。U,V,W各相のスイッチング素子41の発熱を周方向に3分割して並設されたヒートシンク50UI,50VI,50WI(50VO,50UO,50WO)により放熱することで、U,V,W各相のスイッチング素子41を均等に冷却することができ、各スイッチング素子41の温度のばらつきを抑えるという観点から有利である。

また、3分割して並設されたヒートシンク50UI,50VI,50WI(50VO,50UO,50WO)は、周方向に略三角形状に配設されることにより、当該ヒートシンク50UI,50VI,50WI(50VO,50UO,50WO)のレイアウト性が向上し、回転電機部2においてヒートシンク50UI,50VI,50WI(50VO,50UO,50WO)が占有する容積を最小限に抑えることができ、回転電機2の大型化を防ぐことができる。

図4は、図1の回転電機2を、前記インサートケース19、前記カバー20が取り付けられた状態で、リヤ側から観た平面図であり、図示のように、前記インサートケース19とそれを覆うカバー20には、冷却風を吸入するための通風孔1921、吸入口201が設けられている。そして、これら通風孔1921、吸入口201は、各ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOの放熱部50FI,50FOに近接かつ前記回転軸長手方向に直接対向するように設置されている。それにより、これら通風孔1921、吸入口201から各ヒートシンクの放熱部50FI,50FOまでの冷却風路が簡素化され、風流の曲がり等による圧力損失を低減することができ、風量の低下が抑えられ冷却に効果的である。

実施の形態2.
以下この発明の実施の形態2を図5により説明する。図5は、この発明の実施の形態2による回転電機部2をリヤ側からみた平面図である。なお、図5において、前述の図1〜図4と同一または相当する部分には図1〜図4と同一符号を付し、以下のこの発明の実施の形態2の説明は、前述のこの発明の実施の形態1と異なる部分を主に説明し、他の説明は割愛する。

本実施の形態2のように、各ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOおよび各ヒートシンクに装着のスイッチング素子41は、周方向に略コの字型に配設されていてもよい。つまり、各相用のヒ−トシンク50UI,50UOと50VI,50VOと50WI,50WOとが、前記回転軸13の周方向に前記回転軸13を囲むように略コの字状に並設されていてもよい。また、略径方向に配設されたヒートシンク50UIと50UO、50VIと50VO、50WIと50WOのフィンの形状は、前述の実施の形態1とは異なり、略合同あるいは相似形状となっている。また、各ヒートシンク50UI、50UO、50VI、50VO、50WI、50WOの全てが略合同あるいは相似形状となっている。その他の構成は、前述の実施の形態1と同様に構成されている。

本実施の形態で2は、前述の実施の形態1と同様に各ヒートシンク50UI,50VI,50WI(50VO,50UO,50WO)が略周方向に複数個に分割して並設されており、このヒートシンクの構成に合わせて、冷却風路も略周方向に分割されている。そのため、前述の実施の形態1と同様に、冷却風の通風抵抗が分散され、全体の圧力損失が低減する。それにより、各ヒートシンクの放熱部50FI,50FOに流れる風量が増加し冷却性が向上する。また、回転電機全体の騒音も低減する。さらに、図5において、各ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOおよび各ヒートシンクに装着のスイッチング素子41を、回転軸13をその周方向に囲んで略コの字型に並設することにより、回転電機部2においてヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOが占有する容積を抑えることができ、回転電機の大型化を防ぐことができる

実施の形態3.
以下この発明の実施の形態3を図6により説明する。図6は回転電機の構造の事例を示す縦断側面図である。なお、図6において、前述の図1〜図5と同一または相当する部分には図1〜図5と同一符号を付し、以下のこの発明の実施の形態3の説明は、前述のこの発明の実施の形態1および2と異なる部分を主に説明し、他の説明は割愛する。

本実施の形態3では、前述のこの発明の実施の形態1と異なり、リヤブラケット11が、制御基板44a、各ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WO、および各ヒートシンクに装着のスイッチング素子41を覆うように設置されている。そして、リヤブラケット11の中心部には吸入口111が前記回転軸13と同軸状に設けられ、また該吸入口111の周りに各ヒートシンク50VO,50UO,50WOの放熱部50FOに前記回転軸長手方向に直接対向する吸入口201が設けられている。

また、本実施の形態3では、前記ファン17と前記各ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOとの間に位置する支持板兼通風孔形成板25の中心部には通風孔251が前記回転軸13と同軸状に設けられている。

前記ファン17の回転により、前記リヤブラケット11の前記通風開口111,251から吸入された冷却風が、前記各ヒートシンク50UI,50UO,50VI,50VO,50WI,50WOの放熱部50FI,50FOを通り、前記支持板兼通風孔形成板25の通風孔251を経て、前記ファン17により、回転電機部2の径方向外方へ放射状に吐き出される。その他の構成は、前述の実施の形態1と同様に構成されている。

本実施の形態3においても、実施の形態1と同様に各ヒートシンク50UI,50VI,50WI(50VO,50UO,50WO)が略周方向に複数個に分割して並設されており、このヒートシンクの構成に合わせて、冷却風路も略周方向に分割されている。そのため、前述の実施の形態1と同様に、冷却風の通風抵抗が分散され、全体の圧力損失が低減する。それにより、各ヒートシンクの放熱部50FI,50FOに流れる風量が増加し冷却性が向上する。また、回転電機全体の騒音も低減する。

この発明の実施の形態1を示す図で、回転電機の構造の事例を示す縦断側面図である。 この発明の実施の形態1を示す図で、回転電機の動作を説明するための概略回路の事例を示す図である。 この発明の実施の形態1を示す図で、回転電機のヒートシンクの配置例を示す平面図である。 この発明の実施の形態1を示す図で、回転電機のリヤ側からみた事例を示す平面図である。 この発明の実施の形態2を示す図で、回転電機のヒートシンクの配置例を示す平面図である。 この発明の実施の形態3を示す図で、回転電機の構造の事例を示す縦断側面図である。

符号の説明

2 回転電機部、
4 スイッチング回路部(パワー素子ユニット)、
40 インバータモジュール、
41 スイッチング素子、
42 ダイオード、
43 コンデンサ、
44 制御回路、
44a 制御基板、
45 界磁電流制御回路、
5 バッテリ、
8 直流配線、
9 交流配線、
10 フロントブラケット、
100 ケ−ス、
11 リヤブラケット、
111 吸入口、
111U,111V,111W 通風孔、
12 支持用ベアリング、
13 回転軸、
14 ブラシ、
15 回転子、
16 固定子、
17 ファン、
18 プーリ、
19 インサートケース、
191 外周壁部、
192 仕切り壁部、
1921 通風孔、
20 カバー、
201 吸入口、
21 界磁巻線、
24 電機子巻線、
241,241U,241V,241W 口出し線、
2411 電流センサ、
25 支持板兼通風孔形成板、
251 通風孔、
50 放熱装置、
50FI,50FO 放熱部、
50UI,50UO U相用のヒートシンク、
50VI,50VO V相用のヒートシンク、
50WI,50WO W相用のヒートシンク、
SPACE 相隣るヒートシンク間の空間。

Claims (16)

  1. 回転電機部、この回転電機部の通電制御を行うスイッチング回路部、及びこのスイッチング回路部を構成する複数個のスイッチング素子を冷却する放熱装置を備えた回転電機において、前記放熱装置が、前記回転電機部の回転軸の周方向に前記回転軸を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子が分散して装着された複数個のヒ−トシンクで構成されていることを特徴とする回転電機。
  2. 請求項1に記載の回転電機において、前記回転軸の周方向に相隣るヒ−トシンク間に空間が形成され、この空間内に前記回転電機部の口出し線が配設されていることを特徴とする回転電機。
  3. 請求項1および請求項2の何れか一に記載の回転電機において、前記回転電機部の回転子へ給電するブラシと前記複数個のヒ−トシンクとが、前記回転電機部の回転軸を囲む共通面内に前記回転軸の周方向に前記回転軸を囲んで並設されていることを特徴とする回転電機。
  4. 請求項1〜請求項3の何れか一に記載の回転電機において、前記回転軸の周方向に前記回転軸を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子が分散して装着された複数個のヒ−トシンクが、前記回転軸の径方向に並設されていることを特徴とする回転電機。
  5. 請求項4に記載の回転電機において、前記回転軸の周方向に並設の各ヒ−トシンクの形状が略合同あるいは相似であり、前記回転軸の径方向に並設の各ヒ−トシンクの形状が非合同および非相似であることを特徴とする回転電機。
  6. 請求項4および請求項5の何れか一に記載の回転電機において、前記回転軸の径方向に相隣るヒ−トシンク間に空間が形成され、この空間内に該相隣る各ヒ−トシンクに装着の前記スイッチング素子が配設されていることを特徴とする回転電機。
  7. 請求項1〜請求項6の何れか一に記載の回転電機において、前記ヒ−トシンクを冷却する冷却風の風路が各ヒ−トシンク毎に対応して設けられ、各風路内に対応ヒ−トシンクの放熱部が位置していることを特徴とする回転電機。
  8. 請求項7に記載の回転電機において、前記ヒ−トシンクの放熱部が位置している風路の冷却風通風抵抗より、前記回転軸の周方向に相隣るヒ−トシンク間の空間の冷却風通風抵抗が大きいことを特徴とする回転電機。
  9. 請求項7および請求項8の何れか一に記載の回転電機において、前記ヒ−トシンクの放熱部が位置している風路の冷却風通風抵抗より、前記回転軸の径方向に相隣るヒ−トシンク間の空間の冷却風通風抵抗が大きいことを特徴とする回転電機。
  10. 請求項4〜請求項9の何れか一に記載の回転電機において、前記各ヒ−トシンクは、前記回転軸の回転中心を回転中心とする遠心ファンが生成する冷却風によって冷却され、前記径方向外側のヒ−トシンクを冷却する前記冷却風の冷却風通風抵抗より、前記径方向内側のヒ−トシンクを冷却する前記冷却風の冷却風通風抵抗が大きいことを特徴とする回転電機。
  11. 請求項4〜請求項10の何れか一に記載の回転電機において、前記各ヒ−トシンクは、前記回転軸の回転中心を回転中心とする遠心ファンが生成する冷却風によって冷却され、前記径方向外側のヒ−トシンクの冷却風への熱伝達面積より、前記径方向内側のヒ−トシンクの冷却風への熱伝達面積が小さいことを特徴とする回転電機。
  12. 請求項1〜請求項11の何れか一に記載の回転電機において、前記ヒ−トシンクを冷却する冷却風の吸入口が、前記ヒ−トシンクの冷却風流入側に近接して配設されていることを特徴とする回転電機。
  13. 請求項1〜請求項12の何れか一に記載の回転電機において、前記通電制御がUVW3相の通電制御であり、前記回転軸の周方向に前記回転軸を囲むように並設され夫々前記複数個のスイッチング素子が分散して装着された複数個のヒ−トシンクが、U相のスイッチング素子が装着されたU相用のヒ−トシンク、V相のスイッチング素子が装着されたV相用のヒ−トシンク、及びW相のスイッチング素子が装着されたW相用のヒ−トシンクであることを特徴とする回転電機。
  14. 請求項13に記載の回転電機において、各相用のヒ−トシンクが、前記回転軸の周方向に前記回転軸を囲むように略コの字状に並設されていることを特徴とする回転電機。
  15. 請求項13に記載の回転電機において、各相用のヒ−トシンクが、前記回転軸の周方向に前記回転軸を囲むように略三角形状に並設されていることを特徴とする回転電機。
  16. 請求項1〜請求項15の何れか一に記載の回転電機において、前記複数個のスイッチング素子および前記放熱装置が前記回転電機部に前記回転軸の長手方向に隣接して配設され、これらスイッチング素子および放熱装置の前記回転軸の径方向の占有面積が前記回転電機部の径方向の占有面積以内であることを特徴とする回転電機。
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