JP2016140150A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
これに対し、発熱素子とヒートシンクとの間に伝熱性を有したゲルを充填させた構造が知られている。しかしながら、ゲルは伝熱性が不十分であるとともに、当該構造を有する回転電機の製造工程においては、ゲルの充填作業を必要とし、その製造工程を複雑化していた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御基板の冷却性に優れ、製造の容易な回転電機を提供することにある。
(電動パワーステアリング装置の構成)
図1に基づき、本発明の一実施形態による電動モーター10(回転電機に該当する)が含まれた電動パワーステアリング装置50について説明する。図1に示したように、車両70に搭載された電動パワーステアリング装置50は、運転者が回転操作するステアリングホイール51を備えている。ステアリングホイール51には、ステアリングシャフト52を介してインターミディエイトシャフト53が接続されている。インターミディエイトシャフト53は、ラックアンドピニオン機構54によって、ラック軸55と連結されており、ラック軸55の両端部には、一対の操舵輪56R、56L(車両の車輪に該当する)が接続されている。
これにより、ステアリングホイール51が回転操作されると、ステアリングシャフト52およびインターミディエイトシャフト53によって伝達された回転運動が、ラックアンドピニオン機構54において、ラック軸55の軸方向の直進運動に変換される。ラック軸55の軸方向の移動により、操舵輪56R、56Lは、ステアリングホイール51に加えられた操作量に見合った角度だけ操舵される。
上述した構成により、電動モーター10が駆動されると、その回転が駆動ベルト572を介して減速されて、従動側プーリー571に伝達される。従動側プーリー571の回転は、ラック軸55を直進移動させるアシスト力となるため、電動モーター10により操舵輪56R、56Lへの操舵力が助勢される。
次に、図2に基づき、電動パワーステアリング装置50に含まれる電動モーター10の構成について説明する。図2において、回転軸φは、ローターシャフト17の回転中心を示しており、以下、説明中において、回転軸φが延びた方向を単に回転軸方向という。また、回転軸方向において、駆動側プーリー19が形成された側(図2において左方)を電動モーター10の後方とし、反対側(図2において右方)を電動モーター10の前方として説明する。電動モーター10の前方部は、回転軸方向の一端部に該当し、後方部は回転軸方向の他端部に該当する。また、電動モーター10の外周からローターシャフト17に近づく方向を半径方向内方といい、その逆の方向を半径方向外方という。
前述したフレーム11に形成された底部11bの内周端には、後部軸受15(第1軸受に該当する)が設けられている。一方、ヒートシンク13の内周端には、前部軸受16(第2軸受に該当する)が取り付けられている。フレーム11およびヒートシンク13には、後部軸受15および前部軸受16を介して、ローターシャフト17(シャフトに該当する)が回転可能に取り付けられている。
また、ローターシャフト17の後端部には、前述した駆動側プーリー19が固着されている。前述したように、駆動側プーリー19には、駆動ベルト572によって、動力伝達装置57の従動側プーリー571が接続されている。さらに、ローターシャフト17の前端部には、センサマグネット20が取り付けられている。
また、制御基板22は、ステーターコイル122に電力を供給するために、ヒートシンク13を貫通したコンダクタ123を介して、ステーターコイル122と接続されている。これによって、制御基板22における発熱は、コンダクタ123を介してステーターコア121に伝わった後、フレーム11へと伝播する経路でも放出される。
制御基板22の後端面には、前述したセンサマグネット20と対向するように、回転角センサ24が取り付けられている。回転角センサ24は、磁気抵抗素子あるいはホール素子によって形成されており、センサマグネット20によって発生された磁界の変化を検知することにより、ローター18の回転角度を検出している。
以下、図3および図4に基づいて、制御基板22に形成された制御部30について説明する。車両70に搭載された車載バッテリー71には、上述した制御部30のチョークコイル31およびコンデンサ32が接続されている。チョークコイル31およびコンデンサ32はフィルタを構成し、制御部30へのノイズの流入および制御部30からのノイズの流出を低減している。また、チョークコイル31は、車載バッテリー71からの電圧を平滑化し、その脈動を低減している。
図3に示したように、前述したステーターコイル122は、例えば、2組の三相巻線122a、122bから形成されている。三相巻線122a、122bには、三相交流電流を供給可能なように、前述のインバーター回路33a、33bが、それぞれ接続されている。ステーターコイル122を、3組以上の三相巻線122a、122bにより形成し、制御基板22上に、三相巻線122a、122bにそれぞれ接続された3系統以上のインバーター回路33a、33bを形成してもよい。
図4に示したように、FET素子33a1、33b1は、電源リレー34とともに、回転角センサ24を避けるように図4において左右対称形となるように配置されている。
尚、図3に示した制御部30の構成において、省略される電子部品があってもよいし、図3に示されたもの以外の回路または電子要素が加えられていてもよい。
以下、図4乃至図6に基づき、伝熱プレート23の構成およびその取付方法について説明する。図4に示したように、制御基板22上においては、発熱素子33a1、33b1、34の位置に対応して、一対の伝熱プレート23が配置されている。双方の伝熱プレート23は、互いに同一の構成を有している。
図6に示したように、各々の伝熱プレート23は、銅板231およびステンレス板232という2種類の異なった材質による金属板が接合された多層金属プレート233によって形成されている。多層金属プレート233は、1枚の銅板231(金属板のうちの一方に該当する)を一対のステンレス板232(他方に該当する)によって挟んだ状態で接合されている。多層金属プレート233において、銅板231は伝熱材として機能し、ステンレス板232はバネ材として機能している。多層金属プレート233は、1枚のステンレス板232を一対の銅板231によって挟んだ構造であってもよい。また、多層金属プレート233は、伝熱性に優れた少なくとも1枚の金属板と、バネ性を具備した少なくとも1枚の金属板を有していれば、3枚以上または3種類以上の異なった材質の金属板が接合されて形成されていてもよい。
多層金属プレート233において、銅板231の代わりに、アルミニウム板を使用してもよいし、ステンレス板232の代わりに、硬鋼材等の他のバネ材を用いてもよい。銅板231とステンレス板232との接合方法は既に公知の方法であり、例えば、公開特許公報である特開2006−3087号に開示されている。
伝熱プレート23の接触片23bは、先端において、所定の面積によりそれぞれ発熱素子33a1、33b1、34に対し、撓みながら当接している。接触片23bは可撓性を有していることにより、発熱素子33a1、33b1、34とヒートシンク13との間の距離のばらつきを吸収可能に形成されている。伝熱プレート23は、発熱素子33a1、33b1、34とヒートシンク13とによって挟圧されて、双方の間で弾発的に保持されている。
以下、図7A乃至図7Dに基づいて、電動モーター10の組付方法について簡単に説明する。電動モーター10が組み付けられる場合、下記の工程に従って行われる。
(i)ローター18に圧入されたローターシャフト17を、後部軸受15および前部軸受16とともにフレーム11に取り付ける(ローター取付工程:図7A示)。
(ii)フレーム11にステーター12を挿入した後、ヒートシンク13を取付ビス14により、フレーム11の開口11dに取り付ける(ヒートシンク取付工程:図7B示)。
(iii)ヒートシンク13上に伝熱プレート23を配置した後、伝熱プレート23の接触片23bと発熱素子33a1、33b1、34との位置合わせをしながら、スクリュー21により制御基板22をヒートシンク13に取り付ける(制御基板取付工程:図7C示)。
(iv)接着剤26を用いて、フレーム11にモーターカバー25を取り付ける(モーターカバー取付工程:図7D示)。
本実施形態によれば、制御基板22の発熱素子33a1、33b1、34とヒートシンク13との間において、発熱素子33a1、33b1、34とヒートシンク13との間の距離のばらつきを吸収可能に介装され、発熱素子33a1、33b1、34からヒートシンク13への熱の伝播を許容する伝熱プレート23を備えている。このため、制御基板22の各部寸法、制御基板22上の発熱素子33a1、33b1、34の位置、発熱素子33a1、33b1、34の大きさ、ヒートシンク13の寸法等のばらつきにかかわらず、常時、伝熱プレート23により、発熱素子33a1、33b1、34とヒートシンク13とが接続されるため、ヒートシンク13を介した発熱素子33a1、33b1、34からの放熱性を向上させることができる。さらに、発熱素子33a1、33b1、34とヒートシンクとの間に、伝熱性を有したゲル等を充填する必要がなく、電動モーター10の製造工程を簡素化することができる。
また、ヒートシンク13は、伝熱プレート23と係合し、伝熱プレート23の位置決めを行う位置決め凹部13bを具備している。これにより、伝熱プレート23をヒートシンク13上に配置した状態での、制御基板22のヒートシンク13への取付性を向上させることができる。また、ローター18の回転作動に起因して発生する電動モーター10の振動に抗して、伝熱プレート23が位置ずれすることを防止することができる。
また、伝熱プレート23は、ヒートシンク13に当接する枠体23aと、枠体23aから撓み可能に突出し、先端において、所定の面積により発熱素子33a1、33b1、34に当接する接触片23bとを有している。これにより、枠体23aにおいて、安定してヒートシンク13に当接できるとともに、撓み可能な接触片23bによって、発熱素子33a1、33b1、34とヒートシンク13との間の距離のばらつきにかかわらず、双方の間を確実に接続することができる。したがって、常に、発熱素子33a1、33b1、34とヒートシンク13との間の伝熱性を維持することができる。
また、伝熱プレート23においては、プレス成形によって、多層金属プレート233を切り起こすことにより、接触片23bが形成されている。これにより、枠体23aと接触片23bとを一つの工程で同時に形成することができ、製造の容易な伝熱プレート23にすることができる。
さらに、ヒートシンク13の内周部に、前部軸受16が取り付けられていることにより、前部軸受16の取付部材を特別に設ける必要がなく、電動モーター10を回転軸方向に小型化することができるとともに、その部品点数を削減することができる。
また、電動モーター10は、電動パワーステアリング装置50に含まれ、車両70の操舵輪56R、56Lに対する操舵力を助勢している。したがって、これまで説明した本実施形態の構成によって、電動モーター10を小型化できるため、狭小な操舵輪56R、56Lの周囲において、その機能を犠牲にすることなく、車両70における電動パワーステアリング装置50の配置を容易にすることができる。
また、制御基板22上には、FET素子33a1、33b1を含んだ複数のインバーター回路33a、33bが形成されている。これにより、電動モーター10において、同じ回転トルクを発生させる場合に、それぞれのFET素子33a1、33b1において発生する発熱量を低減することができる。そのため、各々の伝熱プレート23によってヒートシンク13に伝達される熱量を低減でき、伝熱プレート23の小型化が可能になる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
本発明は、ローター18が回転されることにより、ステーター12において電力を発生させる発電機にも適用可能である。
また、本発明は、発電機と電動機の2つの機能を併せ持つ電動発電機にも適用可能である。
Claims (9)
- 少なくとも回転軸(φ)方向の一端部が開口した円筒状のハウジング(11)と、
該ハウジングの内周面(11c)に固定されたステーター(12)と、
該ステーターに対して半径方向に対向するように、前記ハウジングに回転可能に取り付けられたローター(18)と、
前記ハウジングの開口部(11d)に配置されたヒートシンク(13)と、
前記ステーターに供給する電力を制御するための発熱性の回路素子(33a1、33b1、34)を含み、前記ヒートシンクに接続された制御基板(22)と、
を備えた回転電機(10)であって、
前記回路素子と前記ヒートシンクとの間において、前記回路素子と前記ヒートシンクとの間の距離のばらつきを吸収可能に介装され、前記回路素子から前記ヒートシンクへの熱の伝播を許容する伝熱部材(23)を備えた回転電機。 - 前記伝熱部材は、
前記回路素子と前記ヒートシンクとによって挟圧されて、弾発的に保持されている請求項1記載の回転電機。 - 前記ヒートシンクは、
前記伝熱部材と係合し、前記伝熱部材の位置決めを行う位置決め凹部(13b)を具備している請求項1または2に記載の回転電機。 - 前記伝熱部材は、
少なくとも2種類の異なった材質による金属板(231、232)が接合された多層金属プレート(233)により形成されており、該多層金属プレートを形成する前記金属板のうちの一方(231)は、銅またはアルミニウムによって形成され、他方(232)は、バネ材により形成されている請求項1乃至3のうちのいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記伝熱部材は、
前記ヒートシンクに当接するシンク取付部(23a)と、
該シンク取付部から撓み可能に突出し、先端において、所定の面積により前記回路素子に当接する1または2以上の素子接触片(23b)と、
を有した請求項4記載の回転電機。 - 前記伝熱部材においては、
プレス成形によって、前記多層金属プレートを切り起こすことにより、前記素子接触片が形成されている請求項5記載の回転電機。 - 前記ハウジングは、
前記ステーターが取り付けられた筒状部(11a)と、
該筒状部における回転軸方向の他端部に連続し、半径方向内方に延びる底部(11b)と、
を有し、
該底部の内周端には第1軸受(15)が取り付けられるとともに、前記ヒートシンクの内周部には第2軸受(16)が取り付けられ、
前記ハウジングおよび前記ヒートシンクには、前記第1軸受および前記第2軸受を介してシャフト(17)が回転可能に取り付けられ、
該シャフトには、前記ローターが固定されている請求項1乃至6のうちのいずれか一項に記載の回転電機。 - 電動パワーステアリング装置(50)に含まれ、車両(70)の車輪(56R、56L)への操舵力を助勢する請求項1乃至7のうちのいずれか一項に記載の回転電機。
- 前記制御基板には、前記回路素子を含んだ複数のインバーター回路(33a、33b)が形成されている請求項1乃至8のうちのいずれか一項に記載の回転電機。
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