JP2017192285A - 回転機および回転機を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却流路による冷却能力を高めることが可能な回転機および回転機を備えた車両を提供する。【解決手段】回転機は、回転子と、回転子と共に回転する回転軸と、回転子を取り囲む固定子と、を備えた回転機本体と、回転軸の軸方向に回転機本体と対向して配置され、回転子の回転制御を行う回路部と、回転機本体と回路部との間に回路部と熱的に接続されて配置され、内部に冷却液が流れる冷却流路を有する冷却器とを備える。そして、回転機本体と冷却器との間には、隙間が設けられて冷却風路が形成されており、冷却器の冷却流路は、回転機本体と対向する面内領域に形成されている。【選択図】図１７

Description

本発明は、１個以上の発熱部品を搭載した回転機および回転機を備えた車両に関し、特に発熱部品の冷却技術に関するものである。

従来からある構造として、以下のものがある。

発熱部品を搭載した回転機では、発熱部品を冷却する冷却構造を備えている。発熱部品を高効率に冷却する冷却構造として、特許文献１に示すような液冷方式の冷却構造がある。特許文献１では、回転子と固定子とを円筒状のフレーム内に収容した回転機において、フレーム内に、冷却液が流れる円筒状の冷却流路を設けている。冷却流路はフレームの軸方向端面まで延びており、フレームの軸方向端面に放熱部材（リア部Ａ）が配置されて冷却流路が閉じられている。そして、この放熱部材に、回転機を駆動する回路部が取り付けられ、回路部の発熱部品を、放熱部材を介して水冷するようにしている。また、特許文献１では、放熱部材を空冷する冷却風路を有し、水冷と空冷とで発熱部品の冷却を行っている。

特開２０１３−１４６１２０号公報

先に示した特許文献１では、フレームに設けた冷却流路によって発熱部品を冷却している。しかし、この構造では、固定子のさらに外側に冷却流路を設けることから、冷却流路の径方向の幅は、近年の小型化の要求を考慮して大きくとることが難しい。このため、冷却流路の径方向の幅は小さくならざるを得ず、その結果、冷却流路の放熱部材との接触面は幅狭の環状面となっている。よって、冷却風路によって放熱部材を空冷するものの、放熱部材の水冷が不充分であり、改善の余地があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、冷却流路による冷却能力を高めることが可能な回転機および回転機を備えた車両を提供することを目的とする。

本発明に係る回転機は、回転子と、回転子と共に回転する回転軸と、回転子を取り囲む固定子と、を備えた回転機本体と、回転軸の軸方向に回転機本体と対向して配置され、回転子の回転制御を行う回路部と、回転機本体と回路部との間に回路部と熱的に接続されて配置され、内部に冷却液が流れる冷却流路を有する冷却器とを備え、回転機本体と冷却器との間には、隙間が設けられて冷却風路が形成されており、冷却器の冷却流路は、回転機本体と対向する面内領域に形成されているものである。

本発明に係る車両は、上記の回転機を備えたものである。

本発明によれば、冷却風路によって冷却器を空冷すると共に、冷却器の冷却流路を、回転機本体と対向する面内領域を用いて形成することで冷却流路の拡大を図っているため、冷却能力を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転機に備えられる電気機器を示す概略断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２において点線で囲った領域Ｉにおける放熱フィン９の一部拡大図である。 比較例としての従来の放熱フィンの一部拡大図（その１）である。 比較例としての従来の放熱フィンの一部拡大図（その２）である。 図３の放熱フィンの変形例１を示す図である。 図３の放熱フィンの変形例２を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る回転機に備えられる電気機器を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２に係る回転機に備えられる電気機器の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る回転機に備えられる電気機器を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３に係る回転機に備えられる電気機器の変形例を示す図である。 図３、図６および図７に示した放熱フィンの先細り形状の先端角度θと熱伝達率ｈとの関係、また、先端角度θと圧力損失Ｐとの関係を示す図である。 図３、図６および図７に示した放熱フィンの先細り形状の先端の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る回転機を搭載した車両を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態５に係る回転機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係る回転機の分解斜視図である。 本発明の実施の形態５に係る回転機の概略縦断面図である。 図１７のＢ−Ｂ概略断面図である。 本発明の実施の形態５に係る回転機を搭載した車両の変形例１を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態５に係る回転機を搭載した車両の変形例２を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転機に備えられる電気機器を示す概略断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１および図２において矢印１３は冷却液の主流方向を示している。

実施の形態１の電気機器１は、たとえば、回転機を制御するためのインバータであったり、電圧を変換するためのコンバータであったりする。そして、電気機器１は、インバータまたはコンバータなどのそれぞれの適正な動作に必要な各種電子部品を備えた回路部１５と、回路部１５に接するように取り付けられ、回路部１５を冷却する冷却部１６とを備えている。

回路部１５は、電子部品を電気的につなぐ回路パターンが実装面６に形成された回路基板２を備えている。回路基板２は、図示しているように平面形状をしており、回路パターン上に、上記電子部品として発熱部品が実装されている。以下では、３個の高発熱部品３が設置された領域を高発熱領域３Ａという。発熱部品として、図１では、３個の高発熱部品３と、３個の低発熱部品４とが実装されている。高発熱部品３は、たとえば、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、パワーモジュール、などである。低発熱部品４は、たとえば抵抗器、コンデンサ、などである。

高発熱部品３および低発熱部品４はそれぞれ電極５を有する。電極５は、Ｌ字形状であったり、直線形状であったりする。図１を含む各図では、電極５として、発熱素子を内部に有する樹脂モールドから突出した電極リード端子を示している。

回路基板２は、電極５を固定する図示しない電極固定部を有している。電極固定部は、たとえば、実装面６上に表面実装するための、電極５が接触する回路パターンの露出部、または電極５を挿入実装するために、電極５が挿入されるスルーホールなどで構成される。そして、高発熱部品３および低発熱部品４を実装面６に実装する際には、それぞれの発熱部品が有する電極５を実装面６に設けた電極固定部に電気的に接続して固定される。固定方法は、たとえば、はんだによる接合、焼結銀による接合、などによる。

回路基板２は、図１では片面実装の場合を示している。回路基板２は金属基板であったり、エポキシ系を主材料とした基板であったりする。

冷却部１６は、内部が冷却流路１０となる中空箱状の冷却器８と、冷却器８の内壁から冷却流路１０内に向けて突出し、且つ冷却液の主流方向１３に延びて形成された放熱フィン９とを備えている。冷却器８の外周面の一面は回路部取り付け面８ｂとなっており、回路部１５の回路基板２が回路部取り付け面８ｂに接するように取り付けられている。冷却器８の冷却流路１０には冷却液を流している。冷却液は、たとえば、水、不凍液、冷媒などである。

冷却流路１０は、高発熱領域３Ａに対向する第１流路部位１０ａと、低発熱領域４Ａに対向する第２流路部位１０ｂと、発熱部品が設置されない領域に対向する第３流路部位１０ｃとに分けられる。第１流路部位１０ａ、第２流路部位１０ｂおよび第３流路部位１０ｃのうち、高発熱領域３Ａに対向する第１流路部位１０ａに、高発熱部品３を高効率に冷却するための放熱フィン９を設けている。つまり、放熱フィン９は、冷却器８の内壁のうち、高発熱領域３Ａに対向する回路部取り付け面８ｂ側の内壁から、それと対向する内壁側に向けて第１流路部位１０ａ内に突出して設けられている。

第２流路部位１０ｂおよび第３流路部位１０ｃにも、低発熱部品４をより高効率に冷却するために放熱フィン９を設けてもよい。この場合、放熱フィン９を第１流路部位１０ａに高密度に設け、第２流路部位１０ｂおよび第３流路部位１０ｃに低密度に設ければよい。しかし、第２流路部位１０ｂおよび第３流路部位１０ｃには、どちらかというと、以下の理由から放熱フィン９を設けない方が好ましい。すなわち、放熱フィン９を設けると、冷却流路１０で生じる冷却液の流れによる摩擦損失および流路断面積が変わる際に発生する形状損失などによる圧力損失がどうしても生じてしまう。このため、圧力損失の抑制を考えると、発熱量の少ない個所には設けない方が好ましい。

このように構成された電気機器１において、電気機器１が動作すると高発熱部品３および低発熱部品４が発熱する。その熱は回路基板２を介して冷却部１６に伝わる。冷却部１６において冷却流路１０には冷却液が流れており、冷却部１６に伝わった熱は冷却液に伝えられる。したがって、高発熱部品３および低発熱部品４が冷却される。

そして、冷却流路１０のうち、高発熱領域３Ａに対向する第１流路部位１０ａには放熱フィン９が設けられ、第１流路部位１０ａの冷却能力は第２流路部位１０ｂおよび第３流路部位１０ｃに比べて高い。このため、高発熱領域３Ａに設けられた高発熱部品３を効率的に冷却することができる。

また、本実施の形態１の特徴として、放熱フィン９の形状に特徴がある。以下、その特徴について従来形状と比較して図３を参照して説明する。

図３は、図２において点線で囲った領域Ｉにおける放熱フィン９の一部拡大図である。図４および図５は、比較例としての従来の放熱フィンの一部拡大図である。

従来の放熱フィン９０において、冷却液の主流方向（図４および図５の左右方向）における両端部の先端角部９０ｃの形状は、例えば図４に示すように角形であったり、図５に示すように角Ｒが付いていたりする。このような形状であると、放熱フィン９０を設けた場所と設けていない場所との相互間における、流路１００の断面形状変化が大きく、圧力損失が増大する。つまり、放熱フィン９０周囲において、主流方向に平行な一対の側面９０ａ、９０ｂに沿って流れていた冷却液の流れが、先端角部９０ｃで放熱フィン９０から剥離して渦が発生することによって、圧力損失が発生する。

これに対し、本実施の形態１の放熱フィン９は、図３に示すように、冷却液の主流方向１３における両端部１１（図３には片側のみを図示）を、徐々にフィン厚さＴが狭くされた先細り形状としている。フィン厚さＴは、放熱フィン９周囲を流れる冷却液の主流方向１３に平行な一対の側面９ａ、９ｂ間の距離である。

このように放熱フィン９の両端部１１を先細り形状とすることで、放熱フィン９を設けた場所と設けていない場所との相互間における、流路の断面形状変化を、従来構造に比べて緩やかにすることができ、圧力損失の増加を抑制することができる。すなわち、冷却流路１０を流れる冷却液が、第２流路部位１０ｂまたは第３流路部位１０ｃから第１流路部位１０ａの放熱フィン９へ流れるとき、あるいは、第１流路部位１０ａの放熱フィン９から第２流路部位１０ｂまたは第３流路部位１０ｃへ流れるときの、圧力損失の増加を抑制することができる。

また、第１流路部位１０ａにのみ放熱フィン９を設けることによって、冷却流路１０のすべての部位、すなわち、第１流路部位１０ａ、第２流路部位１０ｂおよび第３流路部位１０ｃのすべての部位に放熱フィン９を設けた場合に比べて、圧力損失を抑制することができる。

なお、放熱フィン９０の両端部１１の先細り形状は、図３に示したように先細り形状の先端９ｃが、一対の側面９ａ、９ｂのうちの一方の面の延長線上に位置する形状に限定されるものではない。放熱フィン９０の両端部１１の先細り形状は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下のように種々変形実施可能である。なお、図３、以下の図６および図７においてθは先細り形状の先端角度であるが、この角度については後述する。

図６は、図３の放熱フィンの変形例１を示す図である。
図６の放熱フィン９は、先細り形状の先端９ｃがフィン厚さＴの中心線１４と、一対の側面９ａ、９ｂの一方の面の延長線との間に位置する形状を有している。

図７は、図３の放熱フィンの変形例２を示す図である。
図６の放熱フィン９は、放熱フィン９の先細り形状の先端９ｃが放熱フィン９のフィン厚さＴの中心線１４上にある形状を有している。

図６および図７のどちらの先細り形状としても、図３と同様に圧力損失抑制の効果が得られる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、回路基板２を冷却器８に接触させた構成としたが、本実施の形態２では、回路基板２に実装された発熱源である発熱部品自体を直接、冷却器８に接触させた構成としたものである。

図８は、本発明の実施の形態２に係る回転機に備えられる電気機器を示す概略断面図である。なお、実施の形態２は、回路部１５を冷却部１６に取り付ける部分の構成のみが実施の形態１と異なるため、異なる部分についてのみ説明する。なお、上記実施の形態１の構成部分において適用された変形例は、実施の形態２の同様の構成部分においても同様に適用される。この点は、後述の実施の形態においても同様である。

実施の形態２では、回路部１５を、高発熱部品３および低発熱部品４自身が冷却部１６の冷却器８に接するように冷却部１６に取り付ける。なお、高発熱部品３および低発熱部品４を回路基板２に実装するにあたっては、高発熱部品３および低発熱部品４のそれぞれの電極５とは反対側の表面３ａ、４ａの、実装面６からの高さＨが互いに等しくなるように、たとえば電極５の長さを調整する。これにより、高発熱部品３の表面３ａと低発熱部品４の表面４ａとが面一になる。冷却器８の回路部取り付け面８ｂは平面形状であるため、高発熱部品３の表面３ａと低発熱部品４の表面４ａとが面一になることで、高発熱部品３および低発熱部品４を直接、冷却器８へ取り付けることができる。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、発熱源である高発熱部品３および低発熱部品４を直接、冷却器８へ取り付けることで、高発熱部品３および低発熱部品４をより効率良く冷却できる。

また、回路部取り付け面８ｂは平面形状であり、凹凸を有する非平面形状ではない。このため、冷却器８を、型による製造、たとえば、鋳造やダイカストで製造することが容易であり、型のコストを低減できる。

なお、実施の形態２の変形例として次の図９に示す構成としてもよい。

図９は、本発明の実施の形態２に係る回転機に備えられる電気機器の変形例を示す図である。
図９に示すように回路基板２の両面に高発熱部品３および低発熱部品４を実装するようにしてもよい。このように回路基板２の両面を実装面とすると、片面を実装面とする構成に比べて実装面積を増やすことができる。このため、ある実装面積を確保するにあたり、両面を実装面とした構成とすると、片面を実装面とする回路基板２に比べて回路基板２を小型にできる。その結果、冷却器８も小さくでき、電気機器１全体を小型化することができる。なお、この際、両面の実装面６のうち、冷却器８の回路部取り付け面８ｂに接さない実装面６側に取り付ける発熱部品は、低発熱部品４であることが望ましい。また、回路基板２は、回路パターン層が多層ある、いわゆる多層基板であってもよい。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、回路基板２側ではなく発熱部品側を直接、冷却器８に接触させて設置した構成とし、また、冷却部１６の回路部取り付け面８ｂを平面形状とした構成について説明した。本実施の形態３は、回路基板２側ではなく発熱部品側を直接、冷却器８に接触させて設置した構成とした点は実施の形態２と同様であるが、回路部取り付け面８ｂを非平面形状とした点が実施の形態２と異なる。

図１０は、発明の実施の形態３に係る回転機に備えられる電気機器を示す概略断面図である。なお、本実施の形態３は、回路部１５を冷却部１６に取り付ける構成のみが実施の形態１および実施の形態２と異なるため、異なる部分についてのみ説明する。

高発熱部品３および低発熱部品４のそれぞれの電極５には電流が流れるが、この電流によるジュール発熱を最小限にするために、電極５の長さは短いことが望ましい。よって、ここではこの点を考慮した長さの電極５を用いて、高発熱部品３および低発熱部品４が回路基板２に実装されている。しかしこのように実装すると、高発熱部品３および低発熱部品４のそれぞれの表面３ａ、４ａの、実装面６からの高さはバラバラとなる。実施の形態３では、この高さのバラツキに沿うように冷却器８の回路部取り付け面８ｂの表面形状を凹凸にし、回路部取り付け面８ｂに、高発熱部品３および低発熱部品４を直接取り付ける構成とした。

具体的には、冷却器８の回路部取り付け面８ｂと実装面６との間隔方向の発熱部品の寸法が異なる場合に、回路部取り付け面８ｂのうち、寸法の小さい発熱部品が取り付けられる部分が凸部８ａとなっている。

本実施の形態３によれば、実施の形態２と同様の効果が得られると共に、冷却器８の回路部取り付け面８ｂの形状を、高発熱部品３および低発熱部品４の高さのバラツキを吸収する凹凸形状とした。このため、高発熱部品３および低発熱部品４のそれぞれの電極５の長さを、表面３ａ、４ａの高さを合わせるべく調整する必要が無く、必要最小限の長さに設定できる。このため、高発熱部品３および低発熱部品４における、そもそものジュール発熱量を最小限にすることができる。

ところで、図１０には、電極５が電極リード端子であり、回路基板２上の電極固定部にはんだなどで接合する実装方法で実装される高発熱部品３および低発熱部品４を示したが、表面実装型の発熱部品としてもよい。表面実装型の場合でも、本実施の形態３の構造は有効である。

なお、実施の形態３の変形例として次の図１１に示す構成としてもよい。

図１１は、本発明の実施の形態３に係る回転機に備えられる電気機器の変形例を示す図である。
図１１に示すように回路基板２の両面に高発熱部品３および低発熱部品４を実装するようにしてもよい。このように回路基板２の両面を実装面とすると、片面を実装面とする構成に比べて実装面積を増やすことができる。このため、ある実装面積を確保するにあたり、両面を実装面とした構成とすると、片面を実装面とする回路基板２に比べて回路基板２を小型にできる。その結果、冷却器８も小さくでき、電気機器１全体を小型化することができる。なお、この際、両面の実装面６のうち、冷却器８の回路部取り付け面８ｂに接さない実装面６側に取り付ける発熱部品は、低発熱部品４であることが望ましい。

実施の形態４．
本実施の形態４は、図３、図６および図７に示した放熱フィン９の先細り形状の評価に関するものである。

図１２は、図３、図６および図７に示した放熱フィンの先細り形状の先端角度θと熱伝達率ｈとの関係、また、先端角度θと圧力損失Ｐとの関係を示す図である。各先端角度において左側の棒グラフが熱伝達率ｈを示し、右側の棒グラフが圧力損失Ｐを示している。また、図１２の従来型とは、図４に示した放熱フィン９０を指している。図１２に示したように、従来型と比較して、先端角度θを小さくしていくことによって、熱伝達率ｈをほぼ維持したまま、圧力損失Ｐを抑制できる。特にθ＝９０度以下において、圧力損失Ｐを顕著に抑制できる。

また、先細り形状は、図７に示したように、先端角度θを作る二つの面９ｄ、９ｅがフィン厚さＴの中心線１４に対して対称に作ることが望ましい。これは、冷却流路１０を流れる冷却液が、放熱フィン９外から放熱フィン９へ向かって流れるとき、あるいは放熱フィン９から放熱フィン９外へ流れるときに、片側に偏らないようにするためである。このように、冷却液の偏りを抑制することで、放熱フィン９の冷却液の主流方向１３に沿う一対の側面９ａ、９ｂの両外側に、それぞれに均等に冷却液を流すことができ、放熱性能の偏りをより防ぐことができる。

図１３は、図３、図６および図７に示した放熱フィンの先細り形状の先端の変形例を示す図である。
図１３に示したように、放熱フィン９の先細り形状の先端９ｃが、直径Ｒとした曲面状になっていてもよい。放熱フィン９を型による製造、たとえば、鋳造やダイカストで製造する場合においては、金型から成型品を取り出す際、鋭角の部位、すなわち９０度以下の部位は取り出しが困難である。しかし、鋭角の部位が曲面状であると、容易に取り出しやすい。よって、先端９ｃを曲面状とすることによって、成型品を金型から容易に取り出すことができる。

実施の形態５．
本実施の形態５は、上記実施の形態１〜４で説明した電気機器１を適用した製品構成に関するものである。

図１４は、本発明の実施の形態５に係る回転機を搭載した車両を示す概略構成図である。図１４において矢印２０は、冷却液の流れを示している。実施の形態５の車両４５は、実施の形態１〜４で示した電気機器１を備えた回転機２１を搭載している。車両４５とは、たとえば、自動車または鉄道車両などであり、図１４には車両４５が自動車の例を示している。このような車両４５において電気機器１とは、車両４５を駆動する動力源としての回転機２１、あるいは車両４５で使用する電気を発電する発電機としての回転機２１、を制御するためのインバータであったりコンバータであったりする。

なお、図１４に示すように、回転機本体２１ａと電気機器１とは電気配線２２により電気的に接続されて回転機２１を構成している。そして、回転機２１を備えた車両４５は、回転機２１に加えてさらに、冷却液を搬送するポンプ１７、ラジエータ１８およびタンク１９を備えている。ラジエータ１８は、冷却液を外気との熱交換によって冷却させるものである。そして、ポンプ１７によって、電気機器１の冷却器８の冷却流路１０、ラジエータ１８およびタンク１９に冷却液が循環するように構成されている。

このように構成された車両４５では、冷却液が、ポンプ１７により冷却器８の冷却流路１０に送られ、冷却流路１０を通過した際に電気機器１に設置された高発熱部品３および低発熱部品４を冷却して温度上昇する。温度上昇した冷却液は、ラジエータ１８で空気との熱交換により冷やされ、その後、タンク１９を介してポンプ１７に流入し、再び冷却器８の冷却流路１０に送られる。

以下、回転機２１について説明する。

図１５は、本発明の実施の形態５に係る回転機を示す斜視図である。図１６は、本発明の実施の形態５に係る回転機の分解斜視図である。図１７は、本発明の実施の形態５に係る回転機の概略縦断面図である。図１８は、図１７のＢ−Ｂ概略断面図である。

回転機２１は、上述したように回転機本体２１ａと電気機器１とを備えている。電気機器１と回転機本体２１ａとは、ねじまたはボルトなどによって取り付けられる。この際、電気機器１の冷却部１６と回転機２１との間には、図１７に示すように隙間Ｄが設けられ、この隙間Ｄによってファン３８からの空気が流通する冷却風路４６が形成されている。回転機２１の外形形状は、回転機２１を車両４５などへ取り付けるための穴およびネジ部などの部位を除けば、概略、軸方向に見て円形形状である。

回転機本体２１ａは、図１７に示すように、回転子３２と、回転子３２を取り囲む固定子３０とを有する。固定子３０は、外型が円形形状であり固定子鉄心３０ａと固定子巻線３１とを有している。固定子３０は、略円筒状のフロントブラケット２８と略円筒状のリアブラケット２９とのそれぞれの内部に支持されている。

回転子３２は、固定子３０の内部に固定子３０に対向して配置され、回転子鉄心３２ａと、回転子鉄心３２ａに巻かれた界磁巻線３３と、回転子３２と共に回転する回転軸２３と、を有する。回転子３２の回転軸２３の両端部は、それぞれ軸受３９を介してフロントブラケット２８とリアブラケット２９とに回転自在に支持されている。また、回転軸２３の一端部において軸受３９によって支持された部分のさらに端部側は、ナット４４によりプーリ４３に結合されている。また、回転子鉄心３２ａの軸方向の両端面には、回転軸２３で駆動され冷却風を発生させるファン３８が取り付けられている。

回転軸２３は、回転機２１のリアブラケット２９から外部に突出しており、この突出部にスリップリング３６が設けられている。したがって、スリップリング３６はリアブラケット２９の外側に配置されている。スリップリング３６は、界磁巻線３３に電流を供給するためのものである。スリップリング３６には、界磁巻線３３に通電するためのブラシ３４が摺接可能な状態で接触している。ブラシ３４はブラシホルダ３５によって保持されている。なお、ブラシ３４への電流供給は、回路基板２に実装した部品により行う。また、回転子３２は、回転子３２の回転状態を検出する回転角センサ３７を備えている。

このように構成された回転機本体２１ａは、回転機本体２１ａのフロント側およびリア側のそれぞれに設けたファン３８が回転することによって空冷される。すなわち、回転機本体２１ａのフロント側に設けたファン３８が回転することにより、外部の空気が第１のフロントブラケット穴２８ａからフロントブラケット２８内に流入する。フロントブラケット２８内に流入した空気によってフロントブラケット２８内が空冷され、フロントブラケット２８内を空冷後の空気は第２のフロントブラケット穴２８ｂから排気される。

また、回転機本体２１ａのリア側に設けたファン３８が回転することにより、外部の空気が冷却風路４６を経て、第１のリアブラケット穴２９ａからリアブラケット２９内に流入する。リアブラケット２９内に流入した空気はリアブラケット２９内を空冷し、リアブラケット２９を冷却後の空気は第２のリアブラケット穴２９ｂから排気される。

回転機２１に備えられた電気機器１は、上述したように回路部１５と冷却部１６とを備えている。回路部１５は、回転子３２の回転制御を行う部分であり、回路基板２と、回路基板２に実装した高発熱部品３および低発熱部品４と、回路基板２を覆う回路部カバー２７とを備える。冷却部１６は、冷却器８と、放熱フィン９とを備えている。

回路部１５および冷却部１６は、回転機２１に適用されることで、回転機本体２１ａの外形形状に対応して円形形状に形成されている。具体的には、回路基板２、回路部カバー２７および冷却器８の外形形状が円形形状に形成されている。回路部１５および冷却部のそれぞれの円形形状は、回転機２１と直径が同じでもよいし、直径が違ってもよいし、形はちょうど円形でもよいし、楕円形でもよい。

冷却器８は、円形形状の水路プレート８Ａと水路カバー８Ｂを有し、水路プレート８Ａには軸方向に凹む凹部が設けられ、その凹部の開口面が水路カバー８Ｂで覆われて冷却器８内部に冷却流路１０が形成されている。水路カバー８Ｂの外面が実施の形態１の回路部取り付け面８ｂに相当する。冷却流路１０は、図１８に示すように軸方向に見て概略Ｕ字型に形成されている。そして、Ｕ字の両端部に、図１６に示すように、冷却液を供給する入口ニップル２５と、冷却液を冷却流路１０から排出する出口ニップル２６とが接続されている。入口ニップル２５は本発明の入口配管に相当し、出口ニップル２６は本発明の出口配管に相当する。

ここで、本実施の形態５の特徴として、冷却流路１０が、回転機本体２１ａと対向する面内領域を用いて径方向に幅広に形成されていることにある。このように、冷却流路１０を構成することで、従来のように固定子の外側に位置するフレームに幅狭の円筒状の冷却流路を設ける構成に比べて、冷却面を大きくすることができ、冷却能力を向上させることができる。

また、従来のように固定子の外側に位置するフレームに冷却流路を設けた場合、流路が長くなりがちであり、圧力損失の増加を招く。しかし、本実施の形態５では、回転機本体２１ａと対向する面内領域内に収まるように冷却流路１０が形成されるため、入口ニップル２５から出口ニップル２６に至る冷却流路１０の長さが短くなる。よって、従来構成よりも圧力損失を低減できる。

また、図１８に示すように、冷却器８の内壁には高発熱部品３に対向する部位に放熱フィン９が設けられている。冷却器８の内壁とは、具体的には、回路部１５と対向する壁部である水路カバー８Ｂの内壁である。そして、水路カバー８Ｂの内壁から冷却流路１０に向けて放熱フィン９が突出して設けられている。放熱フィン９は、図３、図６、図７および図１３に示したような構造とされ、これにより高発熱部品３および低発熱部品４を高効率に冷却することが可能となっている。

冷却器８の水路カバー８Ｂには、回転子３２の回転軸２３が挿通する冷却部貫通穴４０が形成されている。また、回路基板２にも同様に、回転子３２の回転軸２３が挿通する回路部貫通穴４１が形成されている。このように、冷却器８に回転軸２３が入り込む空間を形成することで、見方を変えれば、回転軸２３の周囲の空間を電気機器１の設置空間として用いることができる。このため、冷却部１６および回路基板２に冷却部貫通穴４０および回路部貫通穴４１を設けずに回転軸２３の端部に電気機器１の設置空間を別途設ける場合に比べて、回転機２１の回転軸方向の長さを短くできる。なお、冷却部貫通穴４０が本発明の第１貫通穴に相当し、回路部貫通穴４１が本発明の第２貫通穴に相当する。

このように構成された回転機２１において、高発熱部品３および低発熱部品４の熱は、回路基板２を介して冷却部１６に伝わる。冷却部１６に伝わった熱は冷却流路１０を通過する冷却液に伝えられて放熱される。ここで、放熱フィン９を、図３、図６、図７および図１３に示したような構造とすることで、高発熱部品３および低発熱部品４を高効率に冷却することが可能となっている。

また、冷却流路１０は、上述したように、回転機本体２１ａと対向する面内領域を用いて径方向に幅広に形成され、流路面積の拡大を図っている。このため、多くの冷却液を流すことができ、効率良く高発熱部品３および低発熱部品４を冷却することができる。

また、冷却器８は冷却風路４６を通過する空気によって空冷されるため、高発熱部品３および低発熱部品４から冷却器８に伝達された熱を効果的に放熱することができる。

このように、本実施の形態５においては、高発熱部品３および低発熱部品４を、冷却流路１０による冷却に加えて冷却風路４６による空冷も行うため、効率良く冷却することができる。

また、上述したように冷却流路１０で発生する冷却液の圧力損失を低減することができるため、ポンプ１７にかかる負荷を低減することができる。このような負荷低減が可能となるので、ポンプ１７を小型化したり、安価なポンプに変更したりすることができる。

なお、図１４では電気機器１と回転機本体２１ａとを、流路が直列となるように直列接続した構成を示したが、この構成に限られず、以下の図１９または図２０のようにしてもよい。

図１９は、本発明の実施の形態５に係る回転機を搭載した車両の変形例１を示す概略構成図である。
図１９に示すように、回転機本体２１ａにも冷却流路を設ける場合は、ポンプ１７、電気機器１の冷却器８の冷却流路１０、回転機本体２１ａの冷却流路１０、ラジエータ１８およびタンク１９に冷却液が循環するように構成してもよい。

この構成では、冷却液は、ポンプ１７により冷却器８の冷却流路１０に送られ、冷却流路１０を通過した際に回路基板２に実装された高発熱部品３および低発熱部品４を冷却する。高発熱部品３および低発熱部品４を冷却した冷却液は、さらに回転機本体２１ａ内の冷却流路を通過して回転機２１を冷却して、温度上昇する。温度上昇した冷却液は、ラジエータ１８で空気との熱交換により冷やされ、その後、タンク１９を介してポンプ１７に流入し、再び冷却器８の冷却流路１０に送られる。なお、冷却風路４６を通過する空気による冷却器８の空冷は、この変形例１および次の変形例２においても同様に行われる。

図２０は、本発明の実施の形態５に係る回転機を搭載した車両の変形例２を示す概略構成図である。
図２０に示すように、電気機器１と回転機本体２１ａとを、冷却液の通る冷却流路が並列となるように並列接続してもよい。

上記変形例１および変形例２において、回転機本体２１ａ内に設ける冷却流路の形態は特に限定するものではないが、先行技術と同様に、固定子３０の外周に設けるようにしても良いし、その他の形態で設けるようにしてもよい。

以上、本発明の形態について説明したが、上記の各図は一例を示したものであり、本発明は以下に説明するように種々の形態を取り得る。

各図で示した発熱部品の数は、図示した数に限るものではなく、１個以上あれば、いくつ取り付けられていてもよい。

また、上記では、高発熱部品３と低発熱部品４とが実装され、発熱量の異なる２種類の発熱部品が実装されている場合を示したが、発熱量が同じ１種類の発熱部品が実装されている構成にも本発明を適用できる。つまり、その発熱部品が実装されている部分に対応して放熱フィン９を設け、その両端部１１を上記の形状にすればよい。

冷却流路１０に示した冷却液の主流方向１３は、図示した方向に限るものではなく、どちらの方向に流してもよい。

放熱フィン９の数は図示した数に限るものではなく、さらに多く配置されていても、少なく配置されていてもよい。

回転子３２には、回転子３２の回転状態を検出する回転角センサ３７を備えてもよい。

また、上記各実施の形態１〜５においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成および処理を適宜組み合わせて回転機および車両を構成してもよい。そして、各実施の形態１〜５のそれぞれにおいて、同様の構成部分について適用される変形例はその変形例を説明した実施の形態以外の他の実施の形態においても同様に適用される。

１ 電気機器、２ 回路基板、３ 高発熱部品、３Ａ 高発熱領域、３ａ 表面、４ 低発熱部品、４Ａ 低発熱領域、４ａ 表面、５ 電極、６ 実装面、８ 冷却器、８Ａ 水路プレート、８Ｂ 水路カバー、８ａ 凸部、８ｂ 回路部取り付け面、９ 放熱フィン、９ａ 側面、９ｂ 側面、９ｃ 先端、９ｄ 面、９ｅ 面、１０ 冷却流路、１０ａ 第１流路部位、１０ｂ 第２流路部位、１０ｃ 第３流路部位、１１ 両端部、１３ 主流方向、１４ 中心線、１５ 回路部、１６ 冷却部、１７ ポンプ、１８ ラジエータ、１９ タンク、２０ 矢印、２１ 回転機、２１ａ 回転機本体、２２ 電気配線、２３ 回転軸、２５ 入口ニップル、２６ 出口ニップル、２７ 回路部カバー、２８ フロントブラケット、２８ａ 第１のフロントブラケット穴、２８ｂ 第２のフロントブラケット穴、２９ リアブラケット、２９ａ 第１のリアブラケット穴、２９ｂ 第２のリアブラケット穴、３０ 固定子、３０ａ 固定子鉄心、３１ 固定子巻線、３２ 回転子、３２ａ 回転子鉄心、３３ 界磁巻線、３４ ブラシ、３５ ブラシホルダ、３６ スリップリング、３７ 回転角センサ、３８ ファン、３９ 軸受、４０ 冷却部貫通穴、４１ 回路部貫通穴、４３ プーリ、４４ ナット、４５ 車両、４６ 冷却風路、Ｄ 回転機本体と冷却部の隙間。

Claims (15)

1. 回転子と、前記回転子と共に回転する回転軸と、前記回転子を取り囲む固定子と、を備えた回転機本体と、
   前記回転軸の軸方向に前記回転機本体と対向して配置され、前記回転子の回転制御を行う回路部と、
   前記回転機本体と前記回路部との間に前記回路部と熱的に接続されて配置され、内部に冷却液が流れる冷却流路を有する冷却器とを備え、
   前記回転機本体と前記冷却器との間には、隙間が設けられて冷却風路が形成されており、
   前記冷却器の前記冷却流路は、前記回転機本体と対向する面内領域に形成されている
   回転機。
2. 前記冷却器は前記回転軸を挿通する第１貫通穴を有し、前記第１貫通穴に前記回転軸が挿通された状態で前記回転機本体に対向して配置されている
   請求項１記載の回転機。
3. 前記冷却器は前記軸方向に見て円形形状であり、前記冷却流路は、前記第１貫通穴を避けるようにして概略Ｕ字型に形成されている
   請求項２記載の回転機。
4. 前記概略Ｕ字型の両端部に、前記冷却流路に冷却液を供給する入口配管と、前記冷却流路から冷却液を排出する出口配管とが接続されている
   請求項３記載の回転機。
5. 前記回路部は、前記回転軸を挿通する第２貫通穴を有し、前記第２貫通穴に前記回転軸が挿通された状態で前記冷却器に対向して配置されている
   請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の回転機。
6. 前記回路部は、発熱部品が実装された回路基板を有する
   請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の回転機。
7. 前記回路基板には前記発熱部品が複数実装されており、前記回路基板は、前記発熱部品が前記冷却器に対向するようにして配置され、前記冷却器において前記発熱部品と対向する壁部の表面形状が、複数の前記発熱部品の高さのバラツキを吸収する凹凸形状に形成されて前記壁部の表面が複数の前記発熱部品に接触している
   請求項６記載の回転機。
8. 前記発熱部品として高発熱部品と低発熱部品とを備え、
   前記冷却器において前記回路部と接触する壁部の内壁のうち、前記高発熱部品と対向する内壁に、前記冷却流路内に向けて突出した放熱フィンが設けられている
   請求項６又は請求項７記載の回転機。
9. 前記放熱フィンは、前記冷却液の主流方向に延びて形成され、前記主流方向に平行な一対の側面間の距離をフィン厚さとし、前記冷却液の主流方向の両端部が、前記フィン厚さを前記フィン厚さ方向に徐々に狭くした先細り形状を成している
   請求項８記載の回転機。
10. 前記放熱フィンの前記先細り形状の先端角度が９０度以下の鋭角である
    請求項９記載の回転機。
11. 請求項１〜請求項１０の何れか一項に記載の回転機を備えた車両。
12. ラジエータと、ポンプとを備え、前記回転機の前記冷却流路と、前記ラジエータと、前記ポンプとに前記冷却液が循環する
    請求項１１記載の車両。
13. 前記回転機本体内に冷却流路を設け、前記冷却液が前記回転機本体の冷却流路も通過する
    請求項１２記載の車両。
14. 前記回転機本体内の冷却流路と前記回転機の冷却流路とが直列に接続されている
    請求項１３記載の車両。
15. 前記回転機本体内の冷却流路と前記回転機の冷却流路とが並列に接続されている
    請求項１４記載の車両。

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