JP2016226210A - 電動発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本体と整流器とが一体化された電動発電機において、整流器の電子回路を冷却することができるとともに、小型化可能な電動発電機を提供することを目的とする。【解決手段】電動発電機（２）のハウジング（４）は、ステータ（６）及びロータ（８）を外囲する本体ハウジング（１６）と、遠心ファン（１４）及び電子回路（９２）を外囲するカバー部材（１８）とを備える。カバー部材は、軸線方向に平行な中心軸を有して遠心ファンを外囲する筒状部（７６）と、本体ハウジングと反対側の筒状部の端面に設けられた内向フランジ（７８）とを有する。内向フランジの外面には、スペーサ（１０４）を介してガイド板（２０）が結合される。電子回路は、内向フランジの内面に取り付けられる。電子回路の熱を受け取った内向フランジは、内向フランジの外面とガイド板とによって形成された空気導入路（１０８）を流れる空気によって冷却される。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機又は発電機として作動する電動発電機に関し、特に、電動発電機本体を駆動又は制御する電子回路と一体に構成された電動発電機であって、電子回路の冷却構造に特徴を有する電動発電機に関する。

電動機（モータ）又は発電機として作動する電動発電機において、電動発電機本体と、電動発電機本体を駆動及び制御する電子回路とを一体化し、装置全体として小型化した構造が知られている。このような構造においては、電子回路の冷却が必要である。

特許文献１に記載の電動発電機では、電子回路はハウジング内に固定された金属製の冷却フィンに固定具を介して取り付けられており、ロータとともに回転するファンによってハウジング内に冷却風が取り込まれ、その冷却風によって冷却フィンが冷却される。

特開２０１５−０６１４５１号公報

特許文献１に記載の電動発電機では、冷却フィンが軸線方向及び半径方向に平行な平板状の部材からなるため、冷却フィンの表面積を上げて冷却効果を高めるためには、冷却フィンの軸線方向長さを大きくする必要があった。そのため、電動発電機の小型化が妨げられるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑み、電子回路を冷却することができるとともに、小型化可能な電動発電機を提供することを目的とする。

本発明のある側面は、電動発電機（２，１１０）であって、ハウジング（４）と、前記ハウジング内に回転可能に支持され、回転軸（１２）の軸線方向についての一方の端部側に取り付けられたロータ（８）と、前記ハウジング内に前記ロータに対向して配置されたステータ（６）と、前記ハウジング内において、前記回転軸の軸線方向についての他方の端部側に取り付けられたインペラ（１４）と、前記ハウジング内に取り付けられて、当該電動発電機を駆動又は制御する電子回路（９２）とを備え、前記ハウジングが、軸線方向に平行な中心軸を有して前記インペラを外囲する筒状部（７６）と、軸線方向についての前記他方の端部側の前記筒状部の端面に設けられ、軸線方向に貫通した空気流入口（８０）を画定する内向フランジ（７８）と、前記内向フランジの外面に軸線方向にスペーサ（１０４）を介して結合されたガイド板とを有し、前記ハウジングは、前記空気流入口よりも軸線方向についての前記一方の端部側に空気流出口（３０，８６，１１４）を有し、前記電子回路は、前記内向フランジの内面に取り付けられたことを特徴とする。

この構成によれば、内向フランジが、電子回路から熱を受け取るとともに、空気流導入路を流れる空気により冷却される。空気流導入路が半径方向に広がっているため、電動発電機の軸線方向の寸法の増大を抑えることができ、小型の電動発電機を提供することができる。

本発明の他の側面は、上記構成において前記ハウジングは、前記ロータ及び前記ステータを外囲する本体ハウジング（１６，１１２）をさらに有し、前記筒状部は、軸線方向についての前記一方の端部側の端面において前記本体ハウジングに当接又は近接していることを特徴とする。

この構成によれば、電動発電機本体から、電動発電機本体を駆動及び制御する電子回路を有する整流器側に空気が流れることを抑制でき、効率的に、整流器及び電動発電機本体を冷却することができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記空気流入口は、前記内向フランジの半径方向の中央に形成され、前記空気流出口の少なくとも一部は、軸線方向についての前記一方の端部側の前記筒状部の端部に沿って設けられたことを特徴とする。

この構成によれば、効率的に冷却風を流すことができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記本体ハウジングには、前記内向フランジに対向する端面に通風口（２８）が形成され、かつ前記空気流出口の少なくとも一部は、前記本体ハウジングに形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、インペラの回転によって生じた空気の流れを、電動発電機本体の内部に取り込み、コイル（４６）で発生した熱を冷却することができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記インペラは、内翼（６４）と、前記内翼に対して半径方向の外側にかつ軸線方向にずれて配置された外翼（６６）とを有し、前記内翼と前記外翼との間に軸線方向に貫通する開口が形成された遠心ファンからなり、前記通風口は、前記内翼の外周縁よりも半径方向の外側、かつ前記外翼の外周縁よりも半径方向の内側に設けられたことを特徴とする。

この構成によれば、遠心ファンの回転によって生じた空気の流れを効率的に本体ハウジングに導入することができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記筒状部に外囲され、前記内向フランジに平行に配置された整流板（９４）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、空気の流れを規制して、効率的に電子回路を冷却することができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、当該電動発電機は、アキシャルギャップ型であることを特徴とする。

この構成によれば、電動発電機の軸線方向の寸法を抑えることができ、整流器を一体にしても、軸線方向の寸法が小さな電動発電機を提供することができる。

本発明によれば、電子回路を冷却することができるとともに、小型化可能な電動発電機を提供することができる。

第１実施形態に係る電動発電機の平面図 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図 第１実施形態に係る電動発電機のステータを示す平面図 第１実施形態に係る電動発電機のロータを示す平面図 第１実施形態に係る電動発電機のロータを示す底面図及び側面図 第１実施形態に係る電動発電機の遠心ファンを示す平面図 第１実施形態に係る電動発電機のガイド板を示す底面図 第１実施形態に係る電動発電機の一部の変形例を示す断面図 第２実施形態に係る電動発電機を示す断面図

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１及び図２に示すように、アキシャルギャップ型の電動発電機２は、ハウジング４と、ハウジング４内に固定されたステータ６と、ハウジング４内に回転可能に支持されたロータ８と、ハウジング内に固定された電子回路１０と、ハウジング内に配置されてロータ８の回転軸１２に取り付けられた遠心ファン１４とを備える。以下の説明において、ロータ８の回転軸１２の方向を軸線方向といい、軸線方向に直交する方向を半径方向といい、ロータ８の回転方向を周方向という。

ハウジング４は、ステータ６及びロータ８を収容する本体ハウジング１６と、本体ハウジング１６に取り付けられて、電子回路１０及び遠心ファン１４を収容する空間を画定するカバー部材１８と、カバー部材１８にスペーサ１０４を介して固定されるガイド板２０とを備える。

本体ハウジング１６は、前ケース２２と後ケース２４とを備える。本体ハウジング１６は、平面視で円形を呈する。前ケース２２及び後ケース２４は、めっき鋼板等の金属からなり、外縁部を全周カシメ又は部分カシメすることにより互いに結合される。

前ケース２２及び後ケース２４には、電動発電機２を対象物に取り付けるための取付用穴２６が互いの軸線方向に整合する位置に形成されている。また、前ケース２２及び後ケース２４には、それぞれ、空気を本体ハウジング１６内に導入するための通風口２８が、半径方向の内側の部分に軸線方向に向かって形成され、空気を本体ハウジング１６から流出させるための空気流出口３０が、半径方向の外側の部分に軸線方向に向かって形成されている。通風口２８及び空気流出口３０は、それぞれ、周方向に沿って複数設けられている。

図１〜図３を参照して、ステータ６及び冷却板３２を説明する。ステータ６は、冷却板３２を介して本体ハウジング１６に固定されている。冷却板３２は、平面視において円環状を呈し、外周が前ケース２２及び後ケース２４の空気流出口３０を覆う位置まで延びており、取付用穴２６が、前ケース２２及び後ケース２４のものと軸線方向に整合する位置に形成されている。冷却板３２は、前ケース２２及び後ケース２４に挟持されることにより、本体ハウジング１６に固定される。冷却板３２は、平面視で、中心に円形の開口を画成する中心開口縁３４を有し、中心開口縁３４において、ステータ６の外周縁を把持している。冷却板３２は、アルミニウム等の金属やセラミックのように熱伝導率の高い素材からなる。

冷却板３２には、軸線方向を向いた両端面に、中心開口縁３４から外縁まで半径方向に延びる放射溝３６が複数形成されている。各々の放射溝３６の半径方向の外側部分は、軸線方向において本体ハウジング１６の空気流出口３０と整合している。冷却板３２は、第１プレート３８及び第２プレート４０を互いに重ね合わせて形成される。第１プレート３８及び第２プレート４０の互いに相反する端面に放射溝３６が形成されている。第１プレート３８及び第２プレート４０の半径方向の内側の内縁部によって、中心開口縁３４が形成され、第１プレート３８の内縁部においては、放射溝３６が形成された側とは反対側の端面は、ステータ６の外周縁部の一方の端面及び外周縁部の外周面に当接するように段状に形成されており、第２プレート４０の内縁部においては、放射溝３６が形成された側とは反対側の端面が、ステータ６の外周縁部の他方の端面に当接する。

ステータ６は、中心に開口４２を有する円板状の基板４４と、基板４４に取り付けられて周方向に沿って互いに略等間隔に配置された複数のコアレスのコイル４６とを備える。開口４２は、図１に示すように、ロータ８の回転軸１２を挿通させるためのものである。基板４４は、樹脂を素材とし、複数のコイル４６とともにインサートモールドによって成形される。コイル４６の端面は、基板４４を構成する樹脂で薄く覆われていても、露出していてもよい。コイル４６の軸は、回転軸１２の軸線方向と平行である。ステータ６の外周側において、コイル４６の外周側の巻線部分は、ステータ６の外周縁又はその近傍に位置する。なお、基板４４には、複数のコイル４６の各々のコイル軸に沿って貫通孔（図示せず）を形成して、放熱面積を増大させてもよい。冷却板３２の中心開口縁３４は、ステータ６の外周側に全周に渡って当接し、コイル４６の巻線部分の端面に絶縁体を介して接触している。

図２、図４及び図５を参照してロータ８を説明する。ロータ８は、軸線方向においてステータ６を挟むように１対設けられており、１対のロータ８の各々は、ステータ６に対して、隙間を介して対向している。ロータ８は、回転軸１２に固定されており、回転軸１２は、本体ハウジング１６に固定された軸受４８によって回転可能に支持されている。１対のロータ８の各々は、ステータ６を対称面として、概ね互いに鏡像対称形をなす。図４及び図５は、軸線方向の前側のロータ８を示す。

ロータ８は、概ね円板状を呈する基板５０と、基板５０上に周方向に沿って互いに略等間隔で配置された永久磁石５２とを備える。基板５０には、中心に回転軸１２を嵌合する開口５４と、磁石５２よりも半径方向の内側において軸線方向に貫通するロータ穴５６とが形成されている。ロータ８と冷却板３２とが互いに衝突しないように、ロータ８の基板５０の外周縁は、冷却板３２の中心開口縁３４よりも半径方向の内側に位置する。

磁石５２は、軸線方向においてコイル４６に対向するように配置される。ステータ６に対向する側のロータ８の端面においては、磁石５２の表面が基板５０の表面よりもステータ６側に位置するように、磁石５２が基板５０に取り付けられて、互いに隣接する磁石５２の側面と基板５０の表面とによって、半径方向に延在する第１空気流発生溝５８が形成されている。ステータ６に対向しない側のロータ８の端面においては、基板５０にロータ穴５６の近傍から外周縁まで半径方向に延在する第２空気流発生溝６０が形成されている。

図２に示すように、本体ハウジング１６内に、リゾルバ６２を配置してもよい。

図２及び図６を参照して、遠心ファン１４について説明する。遠心ファン１４は、本体ハウジング１６の外部であって、後ケース２４とカバー部材１８とによって囲繞される空間内に配置される。遠心ファン１４は、回転軸１２の後端側に取り付けられ、ロータ８とともに回転する。遠心ファン１４は、内翼６４と、内翼６４に対して半径方向の外側に配置された外翼６６とを有し、内翼６４と前記外翼６６とを連結する連結部材６８には、軸線方向に貫通する開口７０が形成されている。開口７０は、後ケース２４の通風口２８に対して半径方向において一致するか又は内側にずれて配置される。後ケース２４は、半径方向の中央において後方に膨出した形状を呈するが、内翼６４及び外翼６６の双方が、後ケース２４の後面に近接して配置されるように、内翼６４は、外翼６６に対して軸線方向の後方にずれた位置に配置されている。内翼６４及び外翼６６は、所定方向に回転したときに、半径方向の外側に空気が流れるように羽根７２，７４が設けられている。羽根７２，７４は、遠心ファン１４が所定の方向に回転したときに、半径方向の外側かつ軸線方向の前側に空気が流れるようにねじれを有する形状としてもよい。

図２を参照して、カバー部材１８について説明する。カバー部材１８は、半径方向において遠心ファン１４を外囲する円筒形を呈する筒状部７６と、筒状部７６の後端から半径方向の内側に延出する内向フランジ７８とを有する。内向フランジ７８は、その半径方向の中心において、軸線方向に貫通する空気流入口８０を画定している。カバー部材１８は、後ケース２４の後面から軸線方向の後方に突出したボス８２と、ボス８２に螺合したねじ８４とに内向フランジ７８が挟持されることにより、本体ハウジング１６に固定される。筒状部７６の前端は、後ケース２４の後面に当接又は近接しており、筒状部７６の前端と後ケース２４の後面との間には、全周に渡って又は部分的に、軸線方向に間隙が存在し、空気流出口８６を構成している。カバー部材１８は、アルミ合金等の熱伝導性の高い素材からなる。

図２及び図７に示すように、内向フランジ７８の内面、すなわち、軸線方向の前側の面には、基板８８及び基板８８に固定された半導体チップ９０を有する第１電子回路９２が取り付けられている。第１電子回路９２と内向フランジ７８との接触面積が大きくなるように、基板８８の後面が内向フランジ７８の内面に当接している。また、基板９４及び基板９４に固定された半導体チップ９６を有する第２電子回路９８が、第１電子回路９２に対向するように、軸線方向において外翼６６と第１電子回路９２との間に、かつ内翼６４よりも半径方向の外側に配置されている。第２電子回路９８の基板９４は、軸線方向に直交するように配置される。第２電子回路９８は、後ケース２４の後面から軸線方向の後方に突出したボス１００と、ボス１００に螺合したねじ１０２に挟持されており、その表面の大部分が、カバー部材１８と後ケース２４とによって画定される空間に露出している。なお、図８に示すように、半導体チップ９０から内向フランジ７８への熱伝達を向上させるため、第１電子回路９２の半導体チップ９０を内向フランジ７８に直付けしてもよい。

図２及び図７に示すように、ガイド板２０は、円板状を呈する部材であって、内向フランジ７８の外面、すなわち軸線方向の後面にスペーサ１０４を介して対向している。ガイド板２０は、その外周縁が内向フランジ７８の外周縁に軸線方向において略整合する円板状の部材である。ガイド板２０は、内向フランジ７８の後面から軸線方向の後方に膨出したスペーサ１０４と、スペーサ１０４に螺合したねじ１０６とに挟持されることによって、カバー部材１８に固定される。ガイド板２０と内向フランジ７８との間の空隙は、外部空間と空気流入口８０とを連通させる空気導入路１０８を形成している。

次に、図２を参照して、電動発電機２の作用について説明する。電動発電機２は、電動機又は発電機として作動する。

ロータ８の回転に伴い、遠心ファン１４が回転し、カバー部材１８で覆われた空間において、半径方向外側に向かう空気の流れが生じ、内部の空気が空気流出口８６から流出する。そのため、外部の空気が、空気導入路１０８及び空気流入口８０を通過して、カバー部材１８で覆われた空間に流入する。空気導入路１０８を流れる空気は、前面側で第１電子回路９２から熱を受け取っている内向フランジ７８の後面を冷却する。軸線方向において回転軸１２に整合する位置に設けられた空気流入口８０から流入した空気は、遠心ファン１４の作用によって、半径方向の外側に流れる。空気は、第１電子回路９２の前面側と第２電子回路９８の後面側との間、及び第２電子回路９８の前面側に沿って流れる際に、第１電子回路９２及び第２電子回路９８を冷却する。第２電子回路９８の基板９４は、この空気の流れをガイドする整流板としての機能を果たす。その後、空気は筒状部７６の前端と後ケース２４との間に設けられた空気流出口８６から外部に流出する。このように、遠心ファン１４によって生じる空気の流れ（図２の実線の矢印）と第１電子回路９２が取り付けられて空気導入路１０８に面する内向フランジ７８とによって、第１電子回路９２及び第２電子回路９８が冷却される。

カバー部材１８に覆われた空間に流入した空気の一部は、遠心ファン１４の開口７０及び後ケース２４の通風口２８を通過し、本体ハウジング１６内に流入する。本体ハウジング１６内では、回転するロータ８の第１空気流発生溝５８及び第２空気流発生溝６０によって、半径方向外側に向かう空気の流れが生じている。外部から前ケース２２側の通風口２８を通過して本体ハウジング１６内に流入した空気、及びカバー部材１８に覆われた空間から後ケース２４側の通風口２８を通過して本体ハウジング１６内に流入した空気は、一部が、本体ハウジング１６とロータ８との間を半径方向の外側に流れ、一部が、ロータ穴５６を通過した後、ステータ６とロータ８との間を半径方向の外側に流れる。その後、放射溝３６と本体ハウジング１６によって形成された流路を流れ、本体ハウジング１６の空気流出口３０から外部に放出される（図２の破線の矢印）。この空気の流れが、コイル４６並びにコイル４６から熱を受け取った冷却板３２及び本体ハウジング１６を冷却する。

なお、冷却板３２は、熱伝導率が高く、コイル４６を含むステータ６に当接しているため、コイル４６で発生した熱は、冷却板３２に伝わってコイル４６が冷却される。冷却板３２に伝わった熱は、直接又は本体ハウジング１６を介して空気中に放出される。また、冷却板３２は、放射溝３６を有するため、表面積が大きくて放熱しやすい。

内向フランジ７８及びガイド板２０によって、冷却に供される部材の表面積が軸線方向に直交する方向に広がっているため、すなわち、軸線方向に直交する空気導入路１０８が形成されているため、電動発電機２の軸線方向の寸法が大きくなることが防止できる。

次に、図９を参照して、第２実施形態に係る電動発電機１１０について説明する。説明に当たって、第１実施形態の同様の構成については、その説明を省略し、同一の符号を付す。第２実施形態に係る電動発電機１１０は、本体ハウジング１１２における空気流出口１１４が、半径方向を向いている点で第１実施形態と異なる。

本体ハウジング１１２は、アルミ合金等の金属を素材とし、前ケース１１６と後ケース１１８とを備え、前ケース１１６と後ケース１１８とは、冷却板１２０を挟持するようにねじ（図示せず）等により互いに結合される。冷却板１２０の放射溝３６と本体ハウジング１１２とによって半径方向の外側に向かう空気の流路が画定され、その半径方向の端部が空気流出口１１４となる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、電動発電機は、アキシャルギャップ型以外の形態とすることができる。また、ガイド板を熱伝達率の高い素材で作成し、ガイド板の後面に電子回路を取り付けて、空気導入路を流れる空気によって電子回路から熱を受け取ったガイド板を冷却してもよい。遠心ファンに代えて、他のインペラを用い、空気流入口及び空気流出口の位置を変更してもよい。ロータの第２空気流発生溝は、湾曲していてもよい。

２，１１０...電動発電機
４...ハウジング
６...ステータ
８...ロータ
１２...回転軸
１４...遠心ファン
１６，１１２...本体ハウジング
１８...カバー部材
２０...ガイド板
２８...通風口
３０...空気流出口
７６...筒状部
７８...内向フランジ
８０...空気流入口
８６，１１４...空気流出口
９２...第１電子回路
９８...第２電子回路
１０４...スペーサ
１０８...空気導入路

Claims (7)

1. 電動発電機であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に回転可能に支持され、回転軸の軸線方向についての一方の端部側に取り付けられたロータと、
   前記ハウジング内に前記ロータに対向して配置されたステータと、
   前記ハウジング内において、前記回転軸の軸線方向についての他方の端部側に取り付けられたインペラと、
   前記ハウジング内に取り付けられて、当該電動発電機を駆動又は制御する電子回路とを備え、
   前記ハウジングが、軸線方向に平行な中心軸を有して前記インペラを外囲する筒状部と、軸線方向についての前記他方の端部側の前記筒状部の端面に設けられ、軸線方向に貫通した空気流入口を画定する内向フランジと、前記内向フランジの外面に軸線方向にスペーサを介して結合されたガイド板とを有し、
   前記ハウジングは、前記空気流入口よりも軸線方向についての前記一方の端部側に空気流出口を有し、
   前記電子回路は、前記内向フランジの内面に取り付けられたことを特徴とする電動発電機。
2. 前記ハウジングは、前記ロータ及び前記ステータを外囲する本体ハウジングをさらに有し、前記筒状部は、軸線方向についての前記一方の端部側の端面において前記本体ハウジングに当接又は近接していることを特徴とする請求項１に記載の電動発電機。
3. 前記空気流入口は、前記内向フランジの半径方向の中央に形成され、
   前記空気流出口の少なくとも一部は、軸線方向についての前記一方の端部側の前記筒状部の端部に沿って設けられたことを特徴とする請求項２に記載の電動発電機。
4. 前記本体ハウジングには、前記内向フランジに対向する端面に通風口が形成され、かつ前記空気流出口の少なくとも一部は、前記本体ハウジングに形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の電動発電機。
5. 前記インペラは、内翼と、前記内翼に対して半径方向の外側にかつ軸線方向にずれて配置された外翼とを有し、前記内翼と前記外翼との間に軸線方向に貫通する開口が形成された遠心ファンからなり、
   前記通風口は、前記内翼の外周縁よりも半径方向の外側、かつ前記外翼の外周縁よりも半径方向の内側に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の電動発電機。
6. 前記筒状部に外囲され、前記内向フランジに平行に配置された整流板をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動発電機。
7. 当該電動発電機は、アキシャルギャップ型であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動発電機。

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