JP2006174541A

JP2006174541A - 回転電機

Info

Publication number: JP2006174541A
Application number: JP2004360275A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Uehara; 伸哲上原; Hiroyuki Akita; 裕之秋田; Masaki Kato; 政紀加藤; Yoshito Asao; 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2006-06-29
Also published as: DE102005059244A1; FR2879368A1; US7541703B2; CN100405706C; US20060202573A1; CN1790876A

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，５０ＵＯＵ相用のヒートシンク、
５０ＶＩ，５０ＶＯＶ相用のヒートシンク、
５０ＷＩ，５０ＷＯＷ相用のヒートシンク、
SPACE 相隣るヒートシンク間の空間。

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。