JP2017055660A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine mounted on a passenger car, a truck, or the like.
従来から、小型化のために、回転電機とこの回転電機を制御する制御回路とを一体化した構造が提案されている。例えば、制御回路を含む制御基板と回転電機のブラケットとの間を、高い剛性を有する金属性の固定部材を介して締結した回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a structure in which a rotating electrical machine and a control circuit for controlling the rotating electrical machine are integrated has been proposed for miniaturization. For example, a rotating electrical machine is known in which a control board including a control circuit and a bracket of the rotating electrical machine are fastened through a metallic fixing member having high rigidity (see, for example, Patent Document 1).
ところで、特許文献1に開示されている構造では、剛性の高い金属性の固定部材に、制御基板とブラケットの両方が締結されているため、回転電機で発生した熱が、一般には伝熱性の高い材料(例えば、アルミニウム)で形成されたハウジングおよび金属製の固定部材を介して制御基板に伝わることになり、制御回路の冷却性が悪化するという問題があった。
By the way, in the structure disclosed in
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、制御回路に対する熱の伝達を抑制して冷却性を向上させることができる回転電機を提供することにある。 The present invention has been created in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can improve the cooling performance by suppressing the transfer of heat to a control circuit.
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機は、パワー回路、制御回路、フレーム、冷却フィンを備える。パワー回路は、パワー素子を含んでいる。制御回路は、パワー回路を制御する。フレームは、冷却ファンが取り付けられた回転子および固定子を収納する。冷却フィンは、パワー回路を冷却する。パワー回路は、冷却フィンの一方の面であって冷却ファンとは反対側に設けられている。また、フレームと冷却フィンの間ならびに制御回路とパワー回路の間には、冷却ファンによってフレーム内に取り込まれる冷却風の通路が形成されている。 In order to solve the above-described problem, the rotating electrical machine of the present invention includes a power circuit, a control circuit, a frame, and a cooling fin. The power circuit includes a power element. The control circuit controls the power circuit. The frame houses a rotor and a stator to which a cooling fan is attached. The cooling fin cools the power circuit. The power circuit is provided on one side of the cooling fin on the side opposite to the cooling fan. A passage for cooling air taken into the frame by a cooling fan is formed between the frame and the cooling fin and between the control circuit and the power circuit.
以下、本発明の回転電機を適用した一実施形態の車両用電動発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1に示す一実施形態の車両用電動発電機100は、フロントフレーム1、リアフレーム2、固定子3、回転子4、電力変換器5、冷却フィン6、ブラシ装置7、制御回路8、リアカバー9、プーリ10等を含んで構成されている。
Hereinafter, a vehicle motor generator according to an embodiment to which a rotating electrical machine of the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. A
フロントフレーム1およびリアフレーム2は、回転子4と固定子3を収納して支持するためのものであり、共に椀形状を有し、これらの開口部同士を対向させて固定子3を挟み込んだ状態で、複数本のボルトによって相互に固定されている。これらのフロントフレーム1およびリアフレーム2は、例えばアルミダイカストにより形成される。固定子3は、回転子4と対向配置された固定子鉄心31およびこの固定子鉄心31に装備された固定子巻線32とを有する。
The
回転子4は、界磁極としてのポールコア42、43を磁化させる界磁巻線41や回転軸44を備えており、フロントフレーム1およびリアフレーム2のそれぞれに設けられたベアリングボックスに収納される一対のベアリングにより回転自在に保持されている。ポールコア42、43の軸方向端面には冷却ファン45、46が取り付けられている。また、回転軸44の前端にはプーリ10がナットにより結合されている。さらに、リアフレーム2の外側に位置する回転軸44の後端には、界磁巻線41の両端のそれぞれに接続された一対のスリップリングが設けられている。これらのスリップリングおよびブラシ装置7を介して界磁巻線41に対する励磁電流の供給が行われる。
The rotor 4 includes a field winding 41 and a rotating
電力変換器5は、パワー素子を含むパワー回路であって、固定子巻線32に接続されて、固定子巻線32に誘起された交流起電力を直流に変換する動作と、バッテリ(図示せず)に蓄積された直流電力を交流に変換して固定子巻線32に供給する動作の少なくとも一方を行う。
The
冷却フィン6は、金属製であって、リアフレーム2に締結されて電力変換器5を冷却する。この冷却フィン6は、リアフレーム2と反対側の一方の面に電力変換器5が搭載される平板部61と、この平板部61の他方の面(リアフレーム2側)に突出するフィン突出部62とを有し、これらが一体化されている。例えば、冷却フィン6は、アルミダイカストによって形成されている。回転子4とともに回転するリア側の冷却ファン46によってリアフレーム2内に取り込まれる冷却風によって冷却フィン6が冷却される。
The
図2に示すように、電力変換器5は、パワー素子である複数(例えば3個)のローサイドスイッチング素子53a、53c、53eと複数(例えば3個)のハイサイドスイッチング素子53b、53d、53fとを含んで構成されている。
As shown in FIG. 2, the
3個のローサイドスイッチング素子53a、53c、53eおよび3個のハイサイドスイッチング素子53b、53d、53fのそれぞれは、例えばNチャネル型MOS−FETが用いられており、冷却フィン6の一方の面上に、直接あるいは配線基板を介して配置されている。
Each of the three low-
図2に示すように、電力変換器5は、3個のローサイドスイッチング素子53a、53c、53eと3個のハイサイドスイッチング素子53b、53d、53fからなる三相ブリッジ回路であり、固定子3の三相巻線である固定子巻線32に接続される。
As shown in FIG. 2, the
ブリッジ回路は、発電動作時には同期整流を行って固定子巻線32に誘起された交流電圧を直流に変換する整流動作を行う三相全波整流器として動作する。また、ブリッジ回路は、電動動作時には6個のスイッチング素子を固定子巻線32の各相毎に所定のタイミングでオンオフ制御することにより、バッテリ18から印加される直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ回路として動作する。
The bridge circuit operates as a three-phase full-wave rectifier that performs a rectification operation by performing a synchronous rectification and converting an AC voltage induced in the stator winding 32 into a direct current during a power generation operation. In addition, the bridge circuit converts the DC voltage applied from the
制御回路8は、車両用電動発電機100に発電動作あるいは電動動作を行わせる制御を行っており基準電圧調整回路8Aとインバータ制御回路8Bとを含んで構成されている。基準電圧調整回路8Aは、発電動作時に、回転子の界磁巻線に通電する界磁電流を調整することにより、車両用電動発電機100の出力電圧が基準電圧(調整電圧)となるように制御する。
The
インバータ制御回路8Bは、発電動作時には、電力変換器5に含まれる6個のスイッチング素子53a〜53fをオンオフ制御して電力変換器5に同期整流を行わせる同期整流制御信号等を生成する。また、電動動作時には、電力変換器5に含まれる6個のスイッチング素子53a〜53fをオンオフ制御して電力変換器5によって三相交流を発生する制御信号(ゲート入力信号)を生成する。
During the power generation operation, the
ところで、本実施形態では、制御回路8は、金属製(例えば、アルミニウム)の固定部材81がインサート成形された樹脂ケース82に収納されている。この固定部材81には制御回路8が金属製のビス83を用いて締結されている。図1に示す例では、制御回路8には制御基板8aが含まれており、この制御基板8aがビス83によって固定部材81に締結されている。また、固定部材81は、金属製の締結部材であるボルト84によって冷却フィン6に締結されている。
By the way, in this embodiment, the
このように、本実施形態の車両用電動発電機100では、制御回路8を固定する固定部材81を冷却フィン6を介してリアフレーム2に締結しているため、リアフレーム2から制御回路8に対する熱の伝達を抑制することができ、制御回路8の冷却性を向上させることができる。また、金属製の固定部材81や冷却フィン6を介して制御回路8を固定することができるため、車両用電動発電機100の動作時においてリアフレーム2から制御回路8に伝わる振動の増幅を、間に樹脂材料で形成された部材を介在させる場合に比べて抑えることができる。
Thus, in the
特に、回転子4とともに回転する冷却ファン46によってリアフレーム2内に取り込まれる冷却風によって冷却フィン6が冷却されるため、冷却フィン6の温度を確実に下げて制御回路8の受熱を低減することができる。
In particular, since the
ところで、上述した固定部材81やボルト84の材質等を工夫することにより、制御回路8の冷却性をさらに改善することができる。
By the way, the cooling performance of the
(変形例1)
締結部材としてのボルト84を、冷却フィン6よりも熱伝導率の低い材料で形成する。例えば、固定部材81と冷却フィン6をアルミニウムを用いて形成し、ボルト84をアルミニウムよりも熱伝導率の低いステンレスで形成する。これにより、冷却フィン6からボルト84を介して固定部材81に熱が伝わりにくくすることができる。
(Modification 1)
The
(変形例2)
固定部材81を、冷却フィン6よりも熱伝導率の低い金属材料で形成する。例えば、冷却フィン6をアルミニウムを用いて形成し、固定部材81をステンレスで形成する。この場合に、ボルト84も冷却フィン6よりも熱伝導率の低い金属材料であるステンレスで形成するようにしてもよい。これにより、冷却フィン6から固定部材81を介して制御回路8に熱が伝わりにくくすることができる。
(Modification 2)
The fixing
(変形例3)
図3に示すように、固定部材81と冷却フィン6の間に、冷却フィン6よりも熱伝導率の低い金属部材としての円筒部材85を介在させる。例えば、固定部材81と冷却フィン6をアルミニウムを用いて形成する場合に、これらの間にステンレスで形成された円筒部材85を配置する。この場合に、ボルト84も冷却フィン6よりも熱伝導率の低い金属材料であるステンレスで形成するようにしてもよい。これにより、冷却フィン6から円筒部材85を介して固定部材81に熱が伝わりにくくすることができる。
(Modification 3)
As shown in FIG. 3, a
なお、上述した変形例1〜3は、単独で実施する場合の他に、2つあるいは3つを組み合わせることにより、冷却フィン6から制御回路8への受熱をさらに低減して制御回路8の冷却性をさらに向上させることができる。
In addition, in the first to third modifications described above, in addition to the case where the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、電動動作と発電動作を行う車両用電動発電機について説明したが、電動動作あるいは発電動作のみを行う車両用回転電機や、車両以外に用いられる回転電機についても本発明を適用することができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiments, the motor generator for a vehicle that performs an electric operation and a power generation operation has been described. Can be applied.
また、上述した実施形態では、図2に示すように、1つのブリッジ回路を備える電力変換器について説明したが、ブリッジ回路の数は2つ以上であってもよい。また、上述した実施形態では、冷却フィン6や固定部材81をアルミニウムで形成する具体例やボルト84をステンレスで形成する具体例について説明したが、これらは他の材料(例えば、銅や鉄)を用いて形成するようにしてもよい。
In the embodiment described above, the power converter including one bridge circuit has been described as illustrated in FIG. 2, but the number of bridge circuits may be two or more. Moreover, although the specific example which forms the cooling
また、パワー素子である複数のローサイドスイッチング素子やハイサイドスイッチング素子を冷却フィン6の一方の面上に直接あるいは配線基板を介して配置する場合について説明したが、同じ相巻線に対応する1組のローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子をモジュール化して冷却フィン6上に配置してもよい。
Further, the case where a plurality of low-side switching elements and high-side switching elements, which are power elements, are arranged directly on one surface of the cooling
上述したように、本発明によれば、フレームから制御回路に対する熱の伝達を抑制することができ、制御回路の冷却性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, heat transfer from the frame to the control circuit can be suppressed, and the cooling performance of the control circuit can be improved.
2 リアフレーム
3 固定子
4 回転子
5 電力変換器
6 冷却フィン
8 制御回路
46 冷却ファン
81 固定部材
84 ボルト
85 円筒部材
2 Rear frame 3 Stator 4
Claims (9)
前記パワー回路を制御する制御回路(8)と、
冷却ファン(46)が取り付けられた回転子(4)および固定子(3)を収納するフレーム(2)と、
前記パワー回路を冷却する冷却フィン(6)と、を備え、
前記パワー回路は、前記冷却フィンの一方の面であって前記冷却ファンとは反対側に設けられており、
前記フレームと前記冷却フィンの間ならびに前記制御回路と前記パワー回路の間には、前記冷却ファンによって前記フレーム内に取り込まれる冷却風の通路が形成されることを特徴とする回転電機。 A power circuit (5) including a power element;
A control circuit (8) for controlling the power circuit;
A frame (2) that houses a rotor (4) and a stator (3) to which a cooling fan (46) is attached;
Cooling fins (6) for cooling the power circuit,
The power circuit is provided on one side of the cooling fin on the side opposite to the cooling fan,
A rotating electrical machine characterized in that a passage of cooling air taken into the frame by the cooling fan is formed between the frame and the cooling fin and between the control circuit and the power circuit.
前記固定部材は、前記冷却フィンよりも熱伝導率の低い締結部材(84)を用いて前記冷却フィンに締結されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機。 A fixing member (81) for fixing the control circuit to the cooling fin;
The rotation according to any one of claims 1 to 4, wherein the fixing member is fastened to the cooling fin using a fastening member (84) having a lower thermal conductivity than the cooling fin. Electric.
前記固定部材は、ステンレスにより形成されたビスであることを特徴とする請求項7に記載の回転電機。 The cooling fin is made of aluminum,
The rotating electrical machine according to claim 7, wherein the fixing member is a screw formed of stainless steel.
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