JP2016063680A - 回転電機一体型制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機及び制御回路基板が高温となることを抑制し、且つ、制御部の配置制限を緩和できる回転電機一体型制御装置を提供する。【解決手段】回転電機一体型制御装置１００は、回転電機２００と制御部３００と冷却ファン４００とを備えている。回転電機２００は、ステータ２１０と、ロータ２３０と、シャフト２２０と、を有し、回転電機２００に固定されている。制御部３００は、パワー素子３１２と、パワー素子３１２の駆動を制御する制御回路基板３２０と、制御回路基板３２０を内部空間に収容する筐体３３０と、を有している。冷却ファン４００は、シャフト２２０の一端に配置され、シャフト２２０とともに回転し、制御部３００を冷却する冷却風を発生させる。筐体３３０は、冷却ファン４００に対して、シャフト２２０の軸方向における回転電機２００と反対側に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機、制御部、冷却ファンを備える回転電機一体型制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載のように、電動機と、インバータ装置と、冷却ファンと、を備えるインバータ装置搭載形電動機が知られている。電動機は、固定子と、ロータと、回転軸と、を有している。インバータ装置は、供給された電力を変換して電動機に与える電力変換装置である。冷却ファンは、回転軸の端部に取り付けられ、生成した冷却風によりインバータ装置を冷却する。

特開平１０−３２２９７３号公報

しかしながら、上記構成では、回転軸の延設方向において、インバータ装置が、冷却ファンと、ロータ及び固定子と、の間に配置されている。そのため、ロータ及び固定子からインバータ装置へ伝熱され、インバータ装置が高温となる虞がある。同様に、インバータ装置からロータ及び固定子へ伝熱され、ロータ及び固定子が高温となる虞がある。

また、上記構成において、冷却ファンと、ロータ及び固定子と、の間には、インバータ装置に加えて、回転軸の一部が配置されている。これによれば、インバータ装置の配置が回転軸の配置により制限される。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、回転電機及び制御回路基板が高温となることを抑制し、且つ、制御部の配置制限を緩和できる回転電機一体型制御装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として下記の実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、ステータ（２１０）と、ステータに対して相対回転可能に設けられたロータ（２３０）と、ロータとともに回転するシャフト（２２０）と、を有する回転電機（２００）と、電力を変換するためのパワー素子（３１２）と、パワー素子の駆動を制御する制御回路基板（３２０）と、制御回路基板を内部空間に収容する筐体（３３０）と、を有し、回転電機に固定される制御部（３００）と、シャフトの一端に配置され、シャフトとともに回転し、制御部を冷却する冷却風を発生させる冷却ファン（４００）と、を備える回転電機一体型制御装置であって、筐体は、冷却ファンに対して、シャフトの軸方向における回転電機と反対側に配置されていることを特徴とする。

上記構成では、シャフトの軸方向において、筐体が冷却ファンに対して回転電機の反対側に配置されている。すなわち、冷却ファンは、筐体と回転電機との間に配置されている。そのため、筐体が冷却ファン及び回転電機の間に配置される構成に較べて、筐体と回転電機との距離を長くすることができる。よって、回転電機から筐体への伝熱を抑制することができ、制御回路基板が高温となることを抑制することができる。また、筐体と回転電機との距離を長くする上記構成によれば、筐体から回転電機への伝熱を抑制することができ、回転電機が高温となることを抑制することができる。

また、上記構成では、冷却ファンがシャフトの一端に配置されている。さらに、筐体は、冷却ファンに対して回転電機の反対側に配置されている。したがって、筐体の配置は、シャフトの配置に制限されない。つまり、制御部の配置制限を緩和することができる。

第１実施形態に係る回転電機一体型制御装置の概略構成を示す断面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 制御部の概略構成を示す回路図である。 筐体の詳細構造示す平面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 第２実施形態に係る回転電機一体型制御装置の概略構成を示す断面図である。 変形例に係る回転電機一体型制御装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。また、シャフトの軸方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する特定の方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向と示す。Ｘ方向及びＹ方向により規定される平面をＸＹ平面と示す。ＸＹ平面に沿う形状を平面形状と示す。

（第１実施形態）
先ず、図１〜図３に基づき、回転電機一体型制御装置１００の概略構成について説明する。

図１に示すように、回転電機一体型制御装置１００は、回転電機２００と、制御部３００と、冷却ファン４００と、を備えている。回転電機一体型制御装置１００としては、例えば車両に搭載される機電一体の制御装置を採用することができる。

回転電機２００は、ステータ２１０と、シャフト２２０と、ロータ２３０と、冷却ファン２４０，２４２と、モータケース２５０と、プレート２７０と、ブラシ２８０と、固定部２９０と、を有している。本実施形態において、回転電機２００は、直流電源である外部電源５００により駆動される電動機（スタータモータ）である。

ステータ２１０は、図２に示すように、円筒状のステータコア２１２と、ステータコア２１２の内壁から円筒の内側に向かって突出した複数の突極２１４を有している。それぞれの突極２１４にはステータコイル２１６が巻きつけられている。ステータコイル２１６には交流電流が流れるようになっており、ステータ２１０が電磁石として機能する。

シャフト２２０は、ステータ２１０の軸と同軸の柱状体である。図１では、その回転軸をＬと示している。シャフト２２０は、ロータ２３０と一体的に形成され、ロータ２３０とともに回転する。シャフト２２０は、その軸方向及び延設方向が一致している。すなわち、シャフト２２０の延設方向は、Ｚ方向に平行とされている。シャフト２２０の一端には、冷却ファン４００が配置されている。

また、シャフト２２０には、冷却ファン４００が配置された一端と反対の他端にプーリ２２２が固定されている。以下、Ｚ方向のうち、プーリ２２２から冷却ファン４００に向かう方向を上方、上方と反対の方向を下方と示す。シャフト２２０の回転とともにプーリ２２２も回転する。プーリ２２２には図示しないベルトが嵌合され、このベルトを介して、例えばエンジンにシャフト２２０の回転運動が伝達される。

ロータ２３０は、ステータ２１０と同軸の円筒状の部材であり、ステータ２１０の内周に配置されている。そして、ロータ２３０の軸を含む空洞部２３２にシャフト２２０が挿入固定されている。また、ロータ２３０は、その内部にロータコイル２３４を有している。ロータコイル２３４に流れる電流により形成される磁場と、ステータ２１０により形成される磁場とが相互作用して、ロータ２３０に回転のモーメントが発生する。ロータ２３０は、冷却ファン２４０，２４２と一体に形成されている。

冷却ファン２４０はロータ２３０に対して上方に配置され、冷却ファン２４２はロータ２３０に対して下方に配置されている。冷却ファン２４０，２４２は、ロータ２３０とともに回転し、ステータ２１０及びロータ２３０を冷却する冷却風を発生させる。また、冷却ファン２４０，２４２は、ラジアルファンである。冷却ファン２４０は、自身の上方から冷却風を吸い込み、自身の外周方向へ冷却風を吐出する。冷却ファン２４２は、自身の下方から冷却風を吸い込み、自身の外周方向へ冷却風を吐出する。

モータケース２５０は、ステータ２１０、ロータ２３０、冷却ファン２４０，２４２を収容している。モータケース２５０は、側壁部２５２と、上壁部２５４と、下壁部２５６と、を有している。側壁部２５２は、Ｚ方向に延設されるとともに両端が開口する円筒形状をなしている。上壁部２５４は側壁部２５２における上側の開口を閉塞し、下壁部２５６は側壁部２５２における下側の開口を閉塞している。

上壁部２５４は、冷却ファン２４０に対して直上に、冷却風が吸気される吸気孔２５８を有している。下壁部２５６は、冷却ファン２４２に対して直下に、冷却風が吸気される吸気孔２６０を有している。側壁部２５２は、冷却ファン２４０，２４２に対して外側に、冷却風が排気される排気孔２６２を有している。

上壁部２５４及び下壁部２５６には、回転軸Ｌに沿ってシャフト２２０を挿通するための挿通孔２６４が形成されている。挿通孔２６４には、シャフト２２０が歳差運動しないように軸受２６６が配置されている。上壁部２５４に対して上方には、プレート２７０が配置されている。

プレート２７０は、厚さ方向がＺ方向に平行な板状の金属部材である。プレート２７０は、上壁部２５４と対向する一面２７０ａに、放熱フィン２７２を有している。また一面２７０ａと反対の裏面２７０ｂには、制御部３００のパワー素子３１２が配置されている。

プレート２７０は、図示しない固定部によりモータケース２５０に固定されている。この固定部により、プレート２７０は、上壁部２５４に対してＺ方向に離間して配置されている。固定部は、内周がネジ切りされたＺ方向に沿う柱状の支柱と、支柱と結合可能なネジとを有している。支柱は、上壁部２５４又はプレート２７０と一体に形成されている。ＸＹ平面において、複数の支柱がシャフトを囲むように配置されている。これにより、ＸＹ平面における各支柱間には、固定部よりも外側の空気をシャフト２２０側へ吸気可能な吸気孔２７４を有している。

冷却ファン２４０の回転により、外気が冷却風として吸気孔２７４から吸気され、プレート２７０とモータケース２５０との間を通過する。冷却風は、プレート２７０とモータケース２５０との間を通過するとき、放熱フィン２７２の周囲を通り、プレート２７０及びパワー素子３１２を冷却する。

プレート２７０及びパワー素子３１２を冷却した冷却風は、吸気孔２５８から吸気され、モータケース２５０の内部空間を通過する。このとき、冷却風は、ステータ２１０及びロータ２３０を冷却する。ステータ２１０及びロータ２３０を冷却した冷却風は、排気孔２６２から排気される。

プレート２７０のＸＹ平面における中心には、シャフト２２０を挿通するための挿通孔２７６が形成されている。Ｚ方向においてパワー素子３１２と、ほぼ同一の位置には、ブラシ２８０が配置されている。

シャフト２２０の外周には、図示しないスリップリングが配置されている。スリップリングの外周には、ブラシ２８０が配置されている。ＸＹ平面において、ブラシ２８０は、パワー素子３１２と離間して配置されている。これにより、ブラシ２８０及びパワー素子３１２の間に空間が形成されている。制御部３００の電力変換器３１０は、ブラシ２８０及びスリップリングを介して回転電機２００に電力を供給している。

制御部３００は、電力変換器３１０と、制御回路基板３２０と、筐体３３０と、を有している。本実施形態において、制御部３００は、回転電機２００の駆動を制御する制御装置である。

電力変換器３１０は、外部電源５００の電力を変換して回転電機２００に供給、又は、回転電機２００の電力を変換して外部電源５００に供給する装置である。本実施形態において、電力変換器３１０は、直流電流を交流電流に変換するインバータである。電力変換器３１０により変換された電力は、回転電機２００に供給されてロータ２３０の回転運動に用いられる。

図３に示すように、電力変換器３１０は、複数のパワー素子３１２と、還流ダイオード３１４と、を有し、外部電源５００及びコンデンサ６００に対して並列に接続されている。本実施形態では、電力変換器３１０が、６つのパワー素子３１２及び６つの還流ダイオード３１４を有する三相インバータである。

パワー素子３１２は、ＭＯＳＦＥＴに代表されるスイッチング素子であり、適切なタイミングでオンオフ動作を繰り返す。これによって直流電流が交流電流に変換される。還流ダイオード３１４は、負荷に相当する回転電機２００による誘導起電力からパワー素子３１２を保護するための素子である。還流ダイオード３１４は、各パワー素子３１２に逆並列に接続されている。コンデンサ６００は、パワー素子３１２のスイッチング動作により生じる直流電圧の変動を抑制する平滑コンデンサである。

制御回路基板３２０は、パワー素子３１２のオンオフ動作を制御する装置である。図１に示すように、制御回路基板３２０は、基板３２２と、基板３２２に実装された電子部品３２４と、を有している。基板３２２としては、例えばプリント基板を採用することができる。電子部品３２４としては、例えばマイコン、ＡＳＩＣを採用することができる。

筐体３３０は、内部空間に制御回路基板３２０を収容している。筐体３３０は、回転電機２００及びパワー素子３１２に対して上方に配置され、固定部２９０により固定されている。Ｚ方向において、筐体３３０及び回転電機２００の間には、冷却ファン４００が配置されている。

冷却ファン４００は、制御部３００を冷却するための装置である。冷却ファン４００は、シャフト２２０における上方側の一端に固定され、シャフト２２０とともに回転する。冷却ファン４００は、自身の回転により冷却風を発生させ、冷却風により筐体３３０を冷却する。本実施形態において、冷却ファン４００は、パワー素子３１２に対して上方に配置された羽根部４１０を有している。冷却ファン４００は、特許請求の範囲に記載の冷却ファンに相当する。

次に、図４及び図５に基づき制御回路基板３２０及び筐体３３０の詳細構造について説明する。

筐体３３０は、金属材料を用いて形成された金属ケース部３３２と、樹脂材料を用いて形成された樹脂ケース部３３４と、を有している。金属ケース部３３２は、筐体３３０において冷却ファン４００との対向部分全体に形成されている。樹脂ケース部３３４は、下方側の一面が開口する箱状をなし、金属ケース部３３２は、その一面を閉塞するように配置されている。金属ケース部３３２は、特許請求の範囲に記載の放熱部に相当する。樹脂ケース部３３４は、金属ケース部３３２よりも熱伝導率の低い材料を用いて形成され、特許請求の範囲に記載の低熱伝導部に相当する。

基板３２２は、金属ケース部３３２との対向面３２２ａと、対向面３２２ａと反対の裏面３２２ｂと、を有している。対向面３２２ａは、特許請求の範囲に記載の基板の一面に相当する。制御回路基板３２０は、電子部品３２４として、対向面３２２ａに実装された複数の第１電子部品３２４ａ，３２４ｂと、裏面３２２ｂに実装された複数の第２電子部品３２４ｃと、を有している。

対向面３２２ａには、互いに高さの異なる複数の第１電子部品３２４ａ，３２４ｂが実装されている。すなわち、制御回路基板３２０は、第１電子部品３２４ａ，３２４ｂとして、高さの低い低背部品３２４ａと、高さの高い高背部品３２４ｂと、を有している。

金属ケース部３３２は、本体部３３６と、本体部３３６と一体に形成された突出部３３８及び放熱フィン３４０と、を有している。本体部３３６は、厚さ方向がＺ方向に平行な板状をなしている。突出部３３８は、本体部３３６から上方に突出している。放熱フィン３４０は、本体部３３６から下方に突出している。放熱フィン３４０は、少なくとも一部がＺ方向において羽根部４１０と対向するように配置される。放熱フィン３４０は、特許請求の範囲に記載の放熱フィンに相当する。

金属ケース部３３２は、突出部３３８として、第１電子部品３２４ａ，３２４ｂに接続される複数の第１突出部３４２ａ，３４２ｂと、基板３２２に接続される複数の第２突出部３４２ｃと、を有している。第１突出部３４２ａ，３４２ｂは、特許請求の範囲に記載の突出部に相当する。

各第１突出部３４２ａ，３４２ｂは、第１電子部品３２４ａ，３２４ｂに向かって、本体部３３６から上方に突出している。第１電子部品３２４ａ，３２４ｂは、第１突出部３４２ａ，３４２ｂと対向する対向面３２４ｄを有している。金属ケース部３３２は、第１突出部３４２ａ，３４２ｂとして、高さの低い低突出部３４２ａと、高さの高い高突出部３４２ｂと、を有している。

低突出部３４２ａは高背部品３２４ｂに向かって突出し、高突出部３４２ｂは低背部品３２４ａに向かって突出している。詳しくは、各第１突出部３４２ａ，３４２ｂが、その突出先端面３４２ｄ及び対向面３２４ｄの間に、所定間隔以下の間隔を有するように突出ている。所定間隔とは、各第１電子部品３２４ａ，３２４ｂを各第１突出部３４２ａ，３４２ｂに接続可能な間隔のうち、最も広い間隔である。第１電子部品３２４ａ，３２４ｂ及び各第１突出部３４２ａ，３４２ｂにおける互いの間隔は、例えば放熱グリス３４４の素材や、第１電子部品３２４ａ，３２４ｂの種類に応じて決定される。

本実施形態において、各第１突出部３４２ａ，３４２ｂが、その突出先端面３４２ｄ及び対向面３２４ｄの間に、互いにほぼ同一の間隔を有するように突出している。そのため、Ｚ方向において、高突出部３４２ｂ及び低背部品３２４ａの間隔と、低突出部３４２ａ及び高背部品３２４ｂの間隔とが、等しくされている。対向面３２４ｄは、放熱グリス３４４を介して、突出先端面３４２ｄに接続されている。突出先端面３４２ｄは、特許請求の範囲に記載の突出部の突出先端面に相当する。

各第２突出部３４２ｃは、対向面３２２ａに向かって、本体部３３６から上方に突出している。各第２突出部３４２ｃは、その突出先端面３４２ｅ及び対向面３２２ａの間に、互いにほぼ同一の間隔を有するように突出している。すなわち、Ｚ方向において、各第２突出部３４２ｃにおける基板３２２との間隔は、均一とされている。

第２電子部品３２４ｃは、ＸＹ平面において、第２突出部３４２ｃと、ほぼ同一の位置に配置されている。これにより、第２電子部品３２４ｃで発生する熱は、基板３２２及び放熱グリス３４４を介して、効果的に第２突出部３４２ｃに伝達される。第２突出部３４２ｃに伝達された第２電子部品３２４ｃの熱は、本体部３３６及び放熱フィン３４０に伝達され、本体部３３６及び放熱フィン３４０から放熱される。

また、第１電子部品３２４ａ，３２４ｂで発生する熱は、放熱グリス３４４及び第１突出部３４２ａ，３４２ｂを介して本体部３３６及び放熱フィン３４０に伝熱される。第１電子部品３２４ａ，３２４ｂの熱は、本体部３３６及び放熱フィン３４０から放熱される。
放熱フィン３４０は、基板３２２及び電子部品３２４の熱を効果的に放熱するための放熱部材である。

樹脂ケース部３３４及び金属ケース部３３２は、例えば接着材、ネジ締結により、互いに固定されている。また、樹脂ケース部３３４及び基板３２２は、例えばネジ締結により、互いに固定されている。樹脂ケース部３３４は、回転電機２００に固定されるフランジ３４６を有している。

フランジ３４６は、樹脂ケース部３３４のうち、その開口端からＺ方向に直交する方向であって開口と離反する方向に延設する部分である。冷却ファン４００の回転領域４００ａを囲むように、複数のフランジ３４６が形成されている。回転領域４００ａは、冷却ファン４００の回転による軌跡の外周端が囲む空間である。

フランジ３４６には、Ｚ方向に貫通する貫通孔３４８が形成されている。フランジ３４６は、貫通孔３４８の内周に配置された金属カラー３５０と一体に形成されている。金属カラー３５０は、フランジ３４６を回転電機２００の固定部２９０に固定するための保護部材である。金属カラー３５０は、円筒状の部材であって、内周にネジ２９４が挿通されている。

プレート２７０の平面形状は、冷却ファン４００における回転領域４００ａの平面形状よりも大きい。そのため、プレート２７０は、Ｚ方向において、回転領域４００ａと対向しない部分を有している。固定部２９０は、ＸＹ平面における回転領域４００ａに対して外側であって、プレート２７０に対して上方に配置されている。固定部２９０は、ＸＹ平面において回転領域４００ａと所定距離を有して配置されており、冷却ファン４００と接触しない。そのため、冷却ファン４００は、回転可能とされている。フランジ３４６が固定部２９０及び金属ケース部３３２の間に介在しており、固定部２９０及び金属ケース部３３２は、互いに接触していない。

固定部２９０は、プレート２７０から上方に伸びて柱状をなす支柱２９２と、支柱２９２と締結可能なネジ２９４と、を有している。支柱２９２の内周面は、ネジ２９４とネジ締結できるようにネジ切りされている。支柱２９２は、フランジ３４６及び金属カラー３５０に対して、下方に配置されている。詳しくは、ＸＹ平面において、支柱２９２の内周面及び金属カラー３５０の内周面がほぼ一致するように、フランジ３４６、金属カラー３５０、及び支柱２９２が配置されている。

ＸＹ平面において各支柱２９２は、互いに所定距離を有して配置され、各支柱２９２の間には空間が形成されている。冷却ファン４００の冷却風は、この空間を通過して回転領域４００ａに向かう。すなわち、固定部２９０は、ＸＹ平面において回転領域４００ａに対して固定部２９０よりも外側から冷却風を冷却ファン４００により吸気可能な吸気孔２９６を有している。吸気孔２９６は、特許請求の範囲に記載の吸気孔に相当する。

本実施形態において、冷却ファン４００は、プロペラファンであって、自身の下方から冷却風を吸い込み、上方へ冷却風を吐出する。冷却風は、ＸＹ平面において回転領域４００ａに対して固定部２９０よりも外側から、吸気孔２９６、パワー素子３１２の周囲、及び回転領域４００ａを通過して、放熱フィン３４０へ向かう。すなわち、放熱フィン３４０は、冷却風が当たるように配置されている。

放熱フィン３４０を冷却した冷却風は、吸気孔２９６を通過して、回転領域４００ａに対して固定部２９０よりも外側に排気される。すなわち、本実施形態において、吸気孔２９６は、排気孔としても機能する。

次に、上記した回転電機一体型制御装置１００の効果について説明する。

本実施形態では、Ｚ方向において、筐体３３０が冷却ファン４００に対して回転電機２００の反対側に配置されている。すなわち、冷却ファン４００は、筐体３３０と回転電機２００との間に配置されている。そのため、筐体３３０が冷却ファン４００及び回転電機２００の間に配置される構成に較べて、筐体３３０と回転電機２００との距離を長くすることができる。

よって、回転電機２００から筐体３３０への伝熱を抑制することができ、制御回路基板３２０が高温となることを抑制することができる。また、筐体３３０と回転電機２００との距離を長くする上記構成によれば、筐体３３０から回転電機２００への伝熱を抑制することができ、回転電機２００が高温となることを抑制することができる。

また、本実施形態では、冷却ファン４００がシャフト２２０の一端に配置されている。さらに、筐体３３０は、冷却ファン４００に対して回転電機２００の反対側に配置されている。したがって、筐体３３０の配置は、シャフト２２０の配置に制限されない。つまり、制御部３００の配置制限を緩和することができる。

本実施形態では、筐体３３０は、冷却ファン４００との対向部分に、金属材料を用いて形成された金属ケース部３３２を有している。これによれば、金属ケース部３３２が冷却風により冷却される。したがって、制御回路基板３２０が高温となることを効果的に抑制することができる。

固定部２９０が筐体３３０を固定する構成では、ステータ２１０及びロータ２３０等で発生した熱が、固定部２９０を介して金属ケース部３３２へ伝達される虞がある。固定部２９０から金属ケース部３３２へ伝熱されると、金属ケース部３３２が高温となり、制御回路基板３２０が高温となる虞がある。

本実施形態では、樹脂ケース部３３４のフランジ３４６が、金属ケース部３３２及び固定部２９０の間に介在されている。これによれば、樹脂ケース部３３４により、固定部２９０から金属ケース部３３２への伝熱を抑制することができる。したがって、金属ケース部３３２が高温となることを効果的に抑制し、制御回路基板３２０が高温となることを効果的に抑制することができる。さらに、金属ケース部３３２から回転電機２００の固定部２９０への伝熱を抑制することができ、回転電機２００が高温となることを効果的に抑制することができる。

本実施形態では、第１電子部品３２４ａ，３２４ｂが、放熱グリス３４４を介して、金属ケース部３３２に接続されている。これによれば、放熱グリス３４４を介して第１電子部品３２４ａ，３２４ｂから金属ケース部３３２に伝熱されるため、第１電子部品３２４ａ，３２４ｂが高温となることを効果的に抑制することができる。

ところで、第１電子部品３２４ａ，３２４ｂの高さが互いに異なる構成では、低背部品３２４ａと金属ケース部３３２との間隔が、高背部品３２４ｂと金属ケース部３３２との間隔に較べて大きい。これによれば、低背部品３２４ａと金属ケース部３３２との間に介在される放熱グリス３４４の量が多くなる虞がある。また、低背部品３２４ａが、金属ケース部３３２に接続されない虞がある。

上記構成において、各第１突出部３４２ａ，３４２ｂは、その突出先端面３４２ｄ及び第１電子部品３２４ａ，３２４ｂの対向面３２４ｄの間に、所定間隔以下の間隔を有するように突出している。したがって、低背部品３２４ａと金属ケース部３３２との間に介在される放熱グリス３４４の量が多くなることを抑制することができる。さらに、低背部品３２４ａを金属ケース部３３２に接続することができる。よって、低背部品３２４ａが高温となることを効果的に抑制することができる。

本実施形態において、金属ケース部３３２は放熱フィン３４０を有し、放熱フィン３４０は冷却風が当たるように配置されている。これによれば、金属ケース部３３２は放熱フィン３４０により効果的に冷却されため、制御回路基板３２０が高温となることを効果的に抑制することができる。

本実施形態において、冷却ファン４００は、Ｚ方向に冷却風を発生させ、放熱フィン３４０は、Ｚ方向において少なくとも一部が冷却ファン４００に対向配置されている。これによれば、放熱フィン３４０を効果的に冷却することができ、制御回路基板３２０が高温となることを効果的に抑制することができる。

本実施形態では、冷却ファン４００は、Ｚ方向であって、自身に対して下方の回転電機２００から上方の筐体３３０へ向かう方向に冷却風を発生させる。これによれば、筐体３３０を効果的に冷却することができ、制御回路基板３２０が高温となることを効果的に抑制することができる。

ところで、ＸＹ平面において、固定部２９０が回転領域４００ａを隙間なく囲む構成が考えられる。この構成では、冷却ファン４００により、固定部２９０に囲まれる空間よりも外側から冷却風を吸気することが抑制される。

これに対し、本実施形態において、固定部２９０は、冷却ファン４００により吸気可能な吸気孔２９６を有している。これによれば、冷却ファン４００により、ＸＹ平面において回転領域４００ａに対して固定部２９０よりも外側の外気を冷却風として吸気することができる。したがって、筐体３３０及び回転電機２００が高温となることを効果的に抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示した回転電機一体型制御装置１００と共通する部分についての説明は割愛する。

冷却ファン４００は、プロペラファンであり、図６に示すように自身の上方から冷却風を吸い込み、自身の下方へ冷却風を吐出する。冷却風は、冷却ファン４００の回転領域４００ａに対して固定部２９０よりも外側から、吸気孔２９６、放熱フィン３４０の周囲、及び回転領域４００ａを通過して、パワー素子３１２へ向かう。すなわち、冷却ファン４００は、冷却ファン４００の吸い込み側に発生する冷却風により筐体３３０を冷却し、冷却ファン４００の吐出側に発生する冷却風によりパワー素子３１２を冷却する。パワー素子３１２を冷却した冷却風は、一部が挿通孔２７６を通過して吸気孔２５８に吸気され、他の一部が吸気孔２９６を通過して回転電機一体型制御装置１００の外部へ排気される。

本実施形態では、冷却ファン４００により、筐体３３０に加えてパワー素子３１２を冷却することができる。また、冷却ファン４００の吐出側に発生する冷却風によりパワー素子３１２を冷却するため、効果的にパワー素子３１２を冷却することができる。したがって、パワー素子３１２が高温となることを効果的に抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態では、Ｚ方向において、放熱フィン３４０が羽根部４１０に対して上方に配置される例を示したが、これに限定するものではない。図７に示すように、放熱フィン３４０が、Ｚ方向に直交する方向において羽根部４１０と対向するように配置されていてもよい。この構成では、羽根部４１０が、挿通孔２７６及びブラシ２８０の一部に対して上方に配置されている。

また、上記構成では、冷却風が、冷却ファン４００の回転領域４００ａに対して固定部２９０よりも外側から、吸気孔２９６、放熱フィン２７２の周囲、回転領域４００ａ、挿通孔２７６、吸気孔２５８を通過して、モータケース２５０内部へ向かう。これによれば、効果的にブラシ２８０、モータケース２５０内部を冷却することができる。

上記実施形態では、回転電機２００が電動機である例を示したが、これに限定されるものではない。回転電機２００が、発電機（オルタネータ）である例を採用することもできる。この場合、ベルト及びプーリ２２２を介してエンジンの回転が回転電機２００に伝達される。回転電機２００の回転により発電した電力は、電力変換器３１０により変換され、外部電源５００に供給される。

また、回転電機２００として電動発電機（モータジェネレータ）を採用することもできる。この場合、回転電機２００は、ベルト及びプーリを介してエンジンにより駆動されて発電する発電機として機能するとともに、ベルト及びプーリを介してエンジンを始動させる電動機としても機能する。このような回転電機２００は、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）とも称される。

上記実施形態では、回転電機２００が、ステータ２１０、シャフト２２０、ロータ２３０、冷却ファン２４０，２４２、モータケース２５０、プレート２７０、ブラシ２８０、固定部２９０を有する例を示した。しかしながら、これに限定するものではない。回転電機２００は、少なくともステータ２１０と、ステータ２１０に対して相対回転可能なシャフト２２０及びロータ２３０と、を有する構成であれば、採用することができる。

上記実施形態では、金属ケース部３３２が筐体３３０において冷却ファン４００との対向部分全体に形成されている例を示したが、これに限定するものではない。金属ケース部３３２は、少なくとも一部が冷却ファン４００と対向する構成であれば採用することができる。

上記実施形態において、固定部２９０は複数の支柱２９２を有し、ＸＹ平面において冷却ファン４００を囲むように支柱２９２が配置される例を示した。しかしながら、これに限定するものではない。例えば、固定部２９０は、ＸＹ平面において回転領域４００ａを囲むような環状であって、その一部に自身を貫通する吸気孔２９６を有する例を採用することができる。

上記実施形態において、固定部２９０は、排気孔としても機能する吸気孔２９６を有する例を示したが、これに限定するものではない。冷却風が排気されるとともに冷却風が吸気されない排気孔を固定部２９０が有する例を採用することもできる。

上記実施形態では、電子部品３２４は、放熱グリス３４４を介して、金属ケース部３３２に接続されている例を示したが、これに限定するものではない。電子部品３２４が、熱伝導性接着材を介して、金属ケース部３３２に接続されている例を採用することもできる。

上記実施形態では、各第１突出部３４２ａ，３４２ｂが、その突出先端面３４２ｄ及び対向面３２４ｄの間に、互いにほぼ同一の間隔を有するように突出する例を示した。しかしながら、これに限定するものではない。第１突出部３４２ａ，３４２ｂが、その突出先端面３４２ｄ及び対向面３２４ｄの間に、所定間隔以下の間隔を有する構成であれば、採用することができる。

上記実施形態では、パワー素子３１２が筐体３３０の外部に配置される例を示したが、これに限定するものではない。パワー素子３１２が、筐体３３０の内部空間に収容され、基板３２２に実装される例を採用することができる。これにより、パワー素子３１２及び制御回路基板３２０を接続する配線を簡略化することができ、部品点数を削減することができる。

１００…回転電機一体型制御装置、２００…回転電機、２１０…ステータ、２２０…シャフト、２３０…ロータ、２４０…冷却ファン、２４２…冷却ファン、２５０…モータケース、２７０…プレート、２８０…ブラシ、２９０…固定部、２９６…吸気孔、３００…制御部、３１０…電力変換器、３１２…パワー素子、３２０…制御回路基板、３２２…基板、３２４…電子部品、３３０…筐体、３３２…金属ケース部、３３４…樹脂ケース部、３４２ａ…低突出部、３４２ｂ…高突出部、３４４…放熱グリス、３４６…フランジ、４００…冷却ファン、４１０…羽根部、５００…外部電源

Claims (10)

1. ステータ（２１０）と、前記ステータに対して相対回転可能に設けられたロータ（２３０）と、前記ロータとともに回転するシャフト（２２０）と、を有する回転電機（２００）と、
   電力を変換するためのパワー素子（３１２）と、前記パワー素子の駆動を制御する制御回路基板（３２０）と、前記制御回路基板を内部空間に収容する筐体（３３０）と、を有し、前記回転電機に固定される制御部（３００）と、
   前記シャフトの一端に配置され、前記シャフトとともに回転し、前記制御部を冷却する冷却風を発生させる冷却ファン（４００）と、を備える回転電機一体型制御装置であって、
   前記筐体は、前記冷却ファンに対して、前記シャフトの軸方向における前記回転電機と反対側に配置されていることを特徴とする回転電機一体型制御装置。
2. 前記筐体は、少なくとも前記冷却ファンとの対向部分に、金属材料を用いて形成された放熱部（３３２）を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機一体型制御装置。
3. 前記回転電機は、前記筐体を固定する固定部（２９０）を有し、
   前記固定部は、前記シャフトの軸方向に直交する平面において、前記冷却ファンの回転領域（４００ａ）よりも外側に配置され、
   前記筐体は、少なくとも一部が前記放熱部及び前記固定部の間に介在されるとともに、前記放熱部よりも熱伝導率の低い材料を用いて形成された低熱伝導部（３３４）を有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機一体型制御装置。
4. 前記固定部は、前記シャフトの軸方向に直交する平面において、前記回転領域に対して前記固定部よりも外側から前記冷却風を前記冷却ファンにより吸気可能な吸気孔（２９６）、及び、前記回転領域に対して前記固定部よりも外側へ前記冷却風を前記冷却ファンにより排気可能な排気孔の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項３に記載の回転電機一体型制御装置。
5. 前記制御回路基板は、電子部品（３２４）を有し、
   前記電子部品は、熱伝導性接着材又は放熱グリス（３４４）を介して、前記放熱部に接続されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転電機一体型制御装置。
6. 前記放熱部は、少なくとも一部が前記制御回路基板と対向し、
   前記制御回路基板は、前記放熱部と対向する一面（３２２ａ）を有する基板（３２２）と、前記一面に実装されるとともに互いに高さの異なる複数の前記電子部品と、を有し、
   前記放熱部は、複数の前記電子部品に向かって突出する複数の突出部（３４２ａ，３４２ｂ）を有し、
   各突出部は、その突出先端面（３４２ｄ）、及び、前記電子部品における前記放熱部との対向面（３２４ｄ）の間に、所定間隔以下の間隔を有するように突出し、
   前記対向面は、前記熱伝導性接着材又は前記放熱グリスを介して、前記突出先端面に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機一体型制御装置。
7. 前記放熱部は、放熱フィン（３４０）を有し、
   前記放熱フィンは、前記冷却風が当たるように配置されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の回転電機一体型制御装置。
8. 前記冷却ファンは、前記シャフトの軸方向に前記冷却風を発生させ、
   前記放熱フィンは、前記シャフトの軸方向において、少なくとも一部が前記冷却ファンに対向配置されていることを特徴とする請求項７に記載の回転電機一体型制御装置。
9. 前記冷却ファンは、前記シャフトの軸方向であって、前記回転電機から前記筐体に向かう方向に前記冷却風を発生させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機一体型制御装置。
10. 前記パワー素子は、前記冷却ファンに対して、前記シャフトの軸方向における前記筐体の反対側に配置され、
    前記冷却ファンは、前記シャフトの軸方向に前記冷却風を発生させ、前記冷却ファンの吸い込み側に発生する前記冷却風により前記筐体を冷却し、前記冷却ファンの吐出側に発生する前記冷却風により前記パワー素子を冷却することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機一体型制御装置。

Images