JP2017200413A - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】制御回路に対する熱的な影響を抑えることができる制御装置一体型回転電機を提供する。【解決手段】制御装置１１は、スイッチング素子モジュール１１１ａと、制御回路１１５とを備えている。スイッチング素子モジュール１１１ａはケース１１０内に収容され、リヤハウジング１０４ｂと距離を隔てて設けられている。制御回路１１５は、ケース１１０内に収容され、スイッチング素子モジュール１１１ａより前側の位置にリヤハウジング１０４ｂ及びスイッチング素子モジュール１１１ａと距離を隔てて設けられている。つまり、制御回路１１５は、発熱源であるスイッチング素子モジュール１１１ａと距離を隔てて設けられている。そのため、制御回路１１５に対する熱的な影響を抑えることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機と、インバータ回路及び制御回路を備えた制御装置とを有する制御装置一体型回転電機に関する。

従来、回転電機と、インバータ回路及び制御回路を備えた制御装置とを有する制御装置一体型回転電機として、例えば以下に示す特許文献１に開示されているインバータ一体型交流モータがある。

このインバータ一体型交流モータは、交流モータと、３相インバータ回路及びコントローラを備えた制御装置とを有している。ここで、交流モータ、３相インバータ回路及びコントローラが、回転電機、インバータ回路及び制御回路に相当する。

３相インバータ回路は、６個のスイッチング素子を備えている。スイッチング素子は、ヒートシンクを構成する底板部に固定されている。コントローラも底板部に固定されている。

スイッチング素子は、コントローラによって制御され、スイッチングすることで交流モータに交流電力を供給する。その際、スイッチング素子に大電流が流れる。その結果、スイッチング素子が発熱し温度が上昇する。しかし、スイッチング素子は、底板部に固定されている。そのため、スイッチング素子で発生した熱は、底板部を介して放熱される。従って、スイッチング素子の温度上昇を抑えることができる。

特許第４１２３４３６号公報

ところで、前述したインバータ一体型交流モータでは、スイッチング素子以外にコントローラも底板部に固定されている。そのため、スイッチング素子で発生した熱が、底板部を介してコントローラにも伝わってしまう。その結果、コントローラの動作に影響を与える可能性がある。また、コントローラを構成する電子部品の劣化を早める可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、制御回路に対する熱的な影響を抑えることができる制御装置一体型回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の制御装置一体型回転電機は、固定子に設けられる電機子巻線と、回転子に設けられる界磁巻線と、電機子巻線が設けられた固定子の軸方向両端部、及び、界磁巻線が設けられた回転子の軸方向両端部を覆うハウジングとを備えた回転電機と、ハウジングの軸方向後端部に設けられるケースと、ケース内に収容され、ハウジングと距離を隔てて設けられ、インバータ用スイッチング素子によって構成され電機子巻線に電力を供給するスイッチング素子モジュールと、ケース内に収容され、スイッチング素子モジュールよりも軸方向前側の位置にハウジング及びスイッチング素子モジュールと距離を隔てて設けられ、スイッチング素子モジュールを制御する制御回路と、ケース内に収容され、ハウジング、スイッチング素子モジュール及び制御回路と距離を隔てて設けられるとともに、少なくとも一部がスイッチング素子モジュールよりも軸方向前側の位置であって制御回路よりも軸方向後側の位置に設けられ、界磁巻線に電力を供給するブラシとを備えた制御装置と、を有する。この構成によれば、制御回路は、発熱源であるスイッチング素子モジュールと距離を隔てて設けられている。そのため、制御回路に対する熱的な影響を抑えることができる。

請求項２に記載の制御装置一体型回転電機は、ブラシは、少なくとも一部が径方向においてスイッチング素子モジュール又は制御回路と重なる位置に設けられている。この構成によれば、回転電機１０の軸方向寸法を抑えることができる。

請求項３に記載の制御装置一体型回転電機は、ブラシは、軸方向においてスイッチング素子モジュール及び制御回路と離間した位置に設けられている。この構成によれば、径方向においてブラシとスイッチング素子モジュール、ブラシと制御回路が重ならない位置に設けられている。そのため、それらの間での熱の授受を抑えることができる。

請求項４に記載の制御装置一体型回転電機は、インバータ用スイッチング素子の反回転電機側でインバータ用スイッチング素子に接触し、インバータ用スイッチング素子で発生した熱を放熱するヒートシンクを有する。インバータ用スイッチング素子で発生した熱は、ヒートシンクへと伝わり放熱される。この構成によれば、インバータ用スイッチング素子で発生した熱が伝わっていく方向とは逆方向の位置に制御回路が設けられている。そのため、制御回路に対する熱的な影響をより抑えることができる。

請求項５に記載の制御装置一体型回転電機は、ブラシは、ヒートシンクの軸方向後端部よりも軸方向前側の位置に設けられている。この構成によれば、制御装置一体型回転電機の軸方向寸法を抑えることができる。

請求項６に記載の制御装置一体型回転電機は、ヒートシンクに冷媒を流通させる第１冷媒流通路と、制御回路とハウジングの間に冷媒を流通させる第２冷媒流通路と、を有する。この構成によれば、第１冷媒流通路を流通する冷媒によって、制御回路に対する熱的な影響の大きいスイッチング素子モジュールを冷却することができる。さらに、第２冷媒流通路を流通する冷媒によって制御回路を冷却することができる。そのため、制御回路に対する熱的な影響をより確実に抑えることができる。

請求項７に記載の制御装置一体型回転電機は、第１冷媒流通路は、ヒートシンクを流通した冷媒を、ハウジング内を通ってハウジング外に流通させる。この構成によれば、第１冷媒流通路の冷媒をスムーズに流通させることができる。第１冷媒流通路を流通した冷媒を、制御回路近傍を流通させることができる。そのため、第１冷媒流通路を流通した冷媒によって、スイッチング素子モジュールだけでなく、制御回路も冷却することができる。

請求項８に記載の制御装置一体型回転電機は、第２冷媒流通路は、制御回路とハウジングの間を流通した冷媒を、ハウジング内を通ってハウジング外に流通させる。この構成によれば、第２冷媒流通路の冷媒をスムーズに流通させることができる。

請求項９に記載の制御装置一体型回転電機は、第１冷媒流通路の冷媒流通量は、第２冷媒流通路の冷媒流通量より多い。この構成によれば、スイッチング素子モジュール及び制御回路の冷却性能を向上させることができる。

請求項１０に記載の制御装置一体型回転電機は、第１冷媒流通路の流入口の大きさは、第２冷媒流通路の流入口の大きさより大きい。この構成によれば、第１冷媒流通路の冷媒流通量を第２冷媒流通路の冷媒流通力より確実に多くすることができる。

請求項１１に記載の制御装置一体型回転電機は、第１冷媒流通路の流入口及び流出口は、軸方向に並んで設けられ、第１冷媒流通路の流入口は、第１冷媒流通路の流出口より径方向内側に設けられている。この構成によれば、第１冷媒流通路を流通して温度が高くなった冷媒が再度第１冷媒流通路に流れ込むような事態を抑えることができる。また、温度の低い冷媒をより多く第１冷媒流通路に流入させることができる。

請求項１２に記載の制御装置一体型回転電機は、第１冷媒流通路の流入口及び流出口は、軸方向に並んで設けられ、ケースは、第１冷媒流通路の流入口と流出口の間に、流入口及び流出口より径方向に突出する壁部を有する。この構成によれば、第１冷媒流通路を流通して温度が高くなった冷媒が再度第１冷媒流通路に流れ込むような事態を抑えることができる。

請求項１３に記載の制御装置一体型回転電機は、制御装置は、少なくともいずれかの部分が第１冷媒流通路に沿うように、又は、第１冷媒流通路内に設けられ、スイッチング素子モジュールを構成する配線に用いられるインバータ用バスバーを有する。この構成によれば、第１冷媒流通路を流通した冷媒によってインバータ用バスバーを冷却することができる。

請求項１４に記載の制御装置一体型回転電機は、制御装置は、制御回路が実装された制御基板の回転電機側に設けられ、制御回路によって制御され、界磁巻線に電力を供給する界磁用スイッチング素子を有する。界磁巻線に電力を供給するため、スイッチング素子モジュールほどではないが界磁用スイッチング素子も発熱する。この構成によれば、界磁用スイッチング素子は、発熱源であるスイッチング素子モジュールと制御基板を挟んで設けられている。そのため、スイッチング素子モジュールとの熱干渉を抑えることができる。従って、制御回路に対する、スイッチング素子モジュールと界磁用スイッチング素子の熱干渉に伴う熱的な影響を抑えることができる。

請求項１５に記載の制御装置一体型回転電機は、界磁用スイッチング素子は、ハウジング及び制御基板と距離を隔てて設けられている。この構成によれば、制御回路に対する界磁用スイッチング素子からの熱的な影響を抑えることができる。

請求項１６に記載の制御装置一体型回転電機は、制御装置は、３個のスイッチング素子モジュールを有し、スイッチング素子モジュールは、４個のインバータ用スイッチング素子が一体化されており、ヒートシンクは、スイッチング素子モジュール毎に設けられている。この構成によれば、インバータ用スイッチング素子が個別に設けられ、ヒートシンクがインバータ用スイッチング素子毎に設けられている場合に比べ、放熱性能の低下を抑えながら、占有面積を小さくすることができる。そのため、充分な放熱性能を確保しつつ、制御装置一体型回転電機を小型化することができる。

請求項１７に記載の制御装置一体型回転電機は、スイッチング素子モジュール及びヒートシンクは、距離を隔てて隣接して配置され、制御装置は、スイッチング素子モジュールを電機子巻線に配線する電機子巻線用バスバーを有し、電機子巻線用バスバーと電機子巻線の接合端部は、隣接したスイッチング素子モジュール及びヒートシンクの間に設けられている。この構成によれば、隣接したスイッチング素子モジュール及びヒートシンクの間の空きスペースに、電機子巻線用バスバーと電機子巻線の接合端部が設けられている。そのため、電機子巻線用バスバーと電機子巻線の接合端部を設けるスペースを別途設ける必要がない。従って、制御装置一体型回転電機を小型化することができる。

請求項１８に記載の制御装置一体型回転電機は、電機子巻線用バスバーと電機子巻線の接合端部は、ヒートシンクの軸方向後端部より回転電機側に設けられている。この構成によれば、制御装置一体型回転電機の軸方向寸法を抑えることができる。

請求項１９に記載の制御装置一体型回転電機は、スイッチング素子モジュール及び制御回路は、ケース内において樹脂で封止されている。この構成によれば、熱抵抗を低下させ、スイッチング素子モジュール及び制御回路の放熱性を向上させることができる。

請求項２０に記載した制御装置一体型回転電機は、ブラシは、ケース内に設けられたブラシホルダー部に保持され、制御基板は、ブラシホルダー部と距離を隔てて設けられている。この構成によれば、制御回路に対するブラシからの熱的な影響を抑えることができる。

なお、請求項において、軸方向とは回転電機の回転軸心の方向のことであり、径方向とはその軸方向と直交する方向のことである。

制御装置一体型回転電機の軸方向断面図である。 制御装置一体型回転電機の側面図である。 ケースの蓋部を外した状態における制御装置側から見た平面図である。 ケースの蓋部を外した状態における制御装置の側面図である。 ブラシホルダー部と制御基板の配置関係を説明するための軸方向から見たケースの本体部の模式的な説明図である。 ブラシ、インバータ回路及び制御回路周辺の拡大断面図である。 変形形態におけるブラシ、インバータ回路及び制御回路周辺の拡大断面図である。 別の変形形態における界磁用スイッチング素子周辺の拡大断面図である。 さらに別の変形形態におけるケースの開口部及びハウジングの貫通孔部周辺の拡大断面図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る制御装置一体型回転電機を、車両に搭載される制御装置一体型回転電機に適用した例を示す。

まず、図１〜図５を参照して本実施形態の制御装置一体型回転電機の構成について説明する。

図１に示す制御装置一体型回転電機１は、車両に搭載され、バッテリから電力が供給されることで、車両を駆動するための駆動力を発生する装置である。また、車両のエンジンから駆動力が供給されることで、バッテリを充電するための電力を発生する装置でもある。制御装置一体型回転電機１は、回転電機１０と、制御装置１１とを備えている。

回転電機１０は、電力が供給されることで、車両を駆動するための駆動力を発生する機器である。また、エンジンから駆動力が供給されることで、バッテリを充電するための電力を発生する機器でもある。回転電機１０は、固定子１００と、回転子１０１と、回転軸１０２と、ハウジング１０４とを備えている。

固定子１００は、磁路の一部を構成するとともに、電力が供給されることで磁束を発生する部材である。具体的には、交流が供給されることで磁束を発生する部材である。また、回転１０１子の発生する磁束と鎖交することで交流を発生する部材でもある。固定子１００は、固定子コア１００ａと、電機子巻線１００ｂとを備えている。

固定子コア１００ａは、磁路の一部を構成するとともに、電機子巻線１００ｂを保持する磁性材からなる円環状の部材である。図示は省略されているが、固定子コア１００ａは、電機子巻線１００ｂを収容する複数のスロットを備えている。

電機子巻線１００ｂは、交流が供給されことで磁束を発生する部材である。また、回転子１０１の発生する磁束と鎖交することで交流を発生する部材でもある。電機子巻線１００ｂは、２組のＹ結線された３相巻線によって構成されている。電機子巻線１００ｂは、固定子コア１００ａのスロットに収容され保持されている。

回転子１０１は、磁路の一部を構成するとともに、電力が供給されることで磁束を発生する部材である。具体的には、直流が供給されることで磁束を発生する部材である。回転子１０１は、電機子巻線１００ｂの発生した磁束と鎖交することで回転力を発生する。また、車両のエンジンから供給される駆動力によって回転することで、発生した磁束が電機子巻線１００ｂと鎖交し、電機子巻線が１００ｂ交流を発生する。回転子１０１は、回転子コア１０１ａと、界磁巻線１０１ｂと、ファン１０１ｃと備えている。

回転子コア１０１ａは、磁路の一部を構成するとともに、界磁巻線１０１ｂを保持する磁性材からなる部材である。いわゆるランデル型ポールコアである。回転子コア１０１ａは、界磁巻線１０１ｂを収容する円環状の中空部１０１ｄを備えている。また、回転軸１０２が挿通した状態で固定される貫通孔部１０１ｅを備えている。

界磁巻線１０１ｂは、直流が供給されることで磁束を発生し、回転子コア１０１ａの外周面に磁極を形成する部材である。界磁巻線１０１ｂは、回転子コア１０１ａに形成されている円環状の中空部に収容され保持されている。

ファン１０１ｃは、回転子コア１０１ａに設けられ、回転子コア１０１ａとともに回転することで制御装置一体型回転電機１の外部の空気を回転電機１０内部及び制御装置１１内部に流通させる部材である。ファン１０１ｃは、回転子コア１０１ａの前端面及び後端面にそれぞれ設けられている。

回転子１０１は、回転子コア１０１ａの外周面を、固定子コア１００ａの内周面と所定間隔を隔てて対向させた状態で設けられている。

回転軸１０２は、回転子１０１に固定されるとともにハウジング１０４に回転可能に支持され、回転子１０１とともに回転する円柱状の部材である。回転軸１０２は、回転子１０１の貫通孔部１０１ｅに挿通した状態で、軸方向中央部が回転子コア１０１ａに固定されている。回転軸１０２は、スリップリング１０２ａを備えている。ここで、軸方向とは、回転電機１０の回転軸心の方向のことである。つまり、回転軸１０２の軸方向のことである。以下同様である。

スリップリング１０２ａは、界磁巻線１０１ｂに直流を供給する金属からなる円筒状の部材である。スリップリング１０２ａは、回転軸１０２の後端部の外周面に絶縁部材１０２ｂを介して固定され、配線部材を介して界磁巻線１０１ｂに接続されている。

図１及び図２に示すハウジング１０４は、固定子１００及び回転子１０１の軸方向両端部を覆うとともに、回転軸１０２を回転可能に支持する部材である。また、制御装置１１が固定される部材でもある。ハウジング１０４は、フロントハウジング１０４ａと、リヤハウジング１０４ｂとを備えている。

フロントハウジング１０４ａは、固定子１００及び回転子１０１の軸方向前端部を覆うとともに、回転軸１０２の前側を回転可能に支持する部材である。フロントハウジング１０４ａは、底部１０４ｃと、周壁部１０４ｄとを備えている。底部１０４ｃには貫通孔部１０４ｅが、周壁部１０４ｄには貫通孔部１０４ｆがそれぞれ形成されている。フロントハウジング１０４ａは、固定子１００及び回転子１０１の軸方向前端部を覆うように、周壁部１０４ｄが固定子コア１００ａの前端部に固定されている。また、回転軸１０２の前端部を前方に突出させた状態で、軸受１０４ｇを介して回転軸１０２の前側を回転可能に支持している。

リヤハウジング１０４ｂは、固定子１００及び回転子１０１の軸方向後端部を覆うとともに、回転軸１０２の後側を回転可能に支持する部材である。また、制御装置１１が固定される部材でもある。リヤハウジング１０４ｂは、底部１０４ｈと、周壁部１０４ｉと備えている。底部１０４ｈには貫通孔部１０４ｊが、周壁部１０４ｉには貫通孔部１０４ｋがそれぞれ形成されている。リヤハウジング１０４ｂは、固定子１００及び回転子１０１の軸方向後端部を覆うように、周壁部１０４ｉが固定子コア１００ａの後端部に固定されている。また、回転軸１０２の後端部を後方に突出させた状態で、軸受１０４ｌを介して回転軸１０２の後側を回転可能に支持している。

制御装置１１は、回転電機１０に駆動力を発生させるために、バッテリから回転電機１０に供給される電力を制御する装置である。また、バッテリを充電するために、回転電機１０の発生した電力を変換してバッテリに供給する装置でもある。図１、図３及び図４に示すように、制御装置１１は、ケース１１０と、インバータ回路１１１と、界磁回路１１３と、ブラシ１１４と、制御回路１１５と、インバータ用バスバー１１６と、電機子巻線用バスバー１１７とを備えている。

図１及び図２に示すように、ケース１１０は、リヤハウジング１０４ｂの軸方向後端部に設けられ、インバータ回路１１１、界磁回路１１３、ブラシ１１４及び制御回路１１５を収容する樹脂かなる箱状の部材である。また、インバータ用バスバー１１６、電機子巻線用バスバー１１７及びその他の配線用のバスバーを固定する部材でもある。ケース１１０は、本体部１１０ａと、蓋部１１０ｂとを備えている。

本体部１１０ａは、インバータ回路１１１、界磁回路１１３及び制御回路１１５を固定するとともに、ブラシ１１４を径方向に移動可能に保持する部材である。また、インバータ用バスバー１１６、電機子巻線用バスバー１１７及びその他の配線用のバスバーを固定する部材でもある。本体部１１０ａは、中央部に貫通孔部１１０ｃを備えている。本体部１１０ａは、リヤハウジング１０４ｂの軸方向後端部に固定されている。ここで、径方向とは、回転電機１０の回転軸心と直交する方向のことである。つまり、回転軸１０２の軸方向と直交する方向のことである。以下同様である。

蓋部１１０ｂは、本体部１１０ａの後側を覆う部材である。蓋部１１０ｂは、底部１１０ｄと、周壁部１１０ｅとを備えている。周壁部１１０ｅのうち、後述するヒートシンク１１２のフィン部１１２ｂと対向する部分には開口部１１０ｆが形成されている。

図１に示すインバータ回路１１１は、電機子巻線１００ｂに交流を供給する回路である。また、電機子巻線１００ｂから供給される交流を直流に変換する回路でもある。インバータ回路１１１は、３個のスイッチング素子モジュール１１１ａを備えている。インバータ回路１１１は、ケース１１０内に収容され、リヤハウジング１０４ｂと距離を隔てて設けられている。

電機子巻線１００ｂが２組の３相巻線によって構成されているため、インバータ回路１１１は、２組の３相インバータによって構成されている。３相インバータが６個のインバータ用スイッチング素子によって構成されるため、インバータ回路１１１は、１２個のインバータ用スイッチング素子によって構成されている。

スイッチング素子モジュール１１１ａは、インバータ回路１１１を構成するインバータ用スイッチング素子１１１ｂのうち、４個のインバータ用スイッチング素子が一体化された素子である。スイッチング素子モジュール１１１ａは、発熱源となる本体部のことであり、配線部は含まない。

ヒートシンク１１２は、スイッチング素子モジュール１１１ａ毎に設けられ、スイッチング素子モジュール１１１ａ内のインバータ用スイッチング素子１１１ｂで発生した熱を放熱する金属からなる部材である。ヒートシンク１１２は、本体部１１２ａと、フィン部１１２ｂとを備えている。

本体部１１２ａは、矩形板状の部位である。フィン部１１２ｂは、本体部１１２ａの一面側に所定間隔を空けて複数形成される薄板状の部位である。

ヒートシンク１１２は、リヤハウジング１０４ｂと距離を隔てた位置に、本体部１１２ａの他面を回転電機側に露出させるとともに、フィン部１１２ｂを反回転電機側に露出させた状態で、ケース１１０の本体部１１０ａにインサート成形されている。スイッチング素子モジュール１１１ａは、ヒートシンク１１２の回転電機側でヒートシンク１１２に接触している。つまり、ヒートシンク１１２は、インバータ用スイッチング素子１１１ｂの反回転電機側でインバータ用スイッチング素子１１１ｂに接触している。図１及び図３に示すように、スイッチング素子モジュール１１１ａ及びヒートシンク１１２は、周方向に距離を隔てて隣接して配置されている。

図１に示す界磁回路１１３は、界磁巻線１０１ｂに直流を供給する回路である。界磁回路１１３は、界磁用スイッチング素子１１３ａを備えている。界磁用スイッチング素子１１３ａは、後述する制御回路１１５が実装された制御基板１１５ａに設けられている。具体的には、制御基板１１５ａに接触させた状態で設けられている。界磁用スイッチング素子１１３ａは、発熱源となる本体部のことであり、配線部を含まない。

ブラシ１１４は、界磁回路１１３から界磁巻線１０１ｂにスリップリング１０２ａを介して直流を供給する部材である。ブラシ１１４は、ケース１１０内に収容されている。具体的には、図５に示すように、本体部１１０ａの中央部に設けられたブラシホルダー部１１０ｈに保持されている。そして、リヤハウジング１０４ｂ、インバータ回路１１１及び制御回路１１５と距離を隔てて設けられている。図６に示すように、ヒートシンク１１２の軸方向後端部よりも軸方向前側の位置に設けられている。前側のブラシ１１４は、後側の一部がインバータ回路１１１よりも軸方向前側であって制御回路１１５よりも軸方向後側の位置に設けられている。また、前側の一部が径方向において制御回路１１５と重なる位置に設けられている。

図１に示す制御回路１１５は、インバータ回路１１１及び界磁回路１１３を制御する回路である。図１に示す制御回路１１５は、制御回路を構成する電子部品のことであり、配線部は含まない。制御回路１１５は、図５に示すように、Ｕ字状の制御基板１１５ａに実装されている。制御回路１１５の実装された制御基板１１５ａは、距離を隔ててブラシホルダー部１１０ｈを囲むようにケース１１０内に収容されている。図１に示すように、インバータ回路１１１より軸方向前側の位置にリヤハウジング１０４ｂ及びインバータ回路１１１と距離を隔てて設けられている。インバータ回路１１１及び制御回路１１５は、ケース１１０内において樹脂１１０ｇで封止されている。

インバータ用バスバー１１６は、インバータ回路１１１を構成する配線に用いられる金属からなる部材である。インバータ用バスバー１１６は、接続部を露出させた状態でケース１１０の本体部１１０ａにインサート成形されている。その一部が、フィン部１１２ｂの径方向内側でフィン部１１２ｂと対向するようにケース１１０の本体部１１０ａにインサート成形されている。

図３及び図４に示す電機子巻線用バスバー１１７は、スイッチング素子モジュール１１１ａを電機子巻線１００ｂに配線する金属からなる部材である。電機子巻線用バスバー１１７と電機子巻線１００ｂの接合端部は、周方向に隣接したスイッチング素子モジュール１１１ａ及びヒートシンク１１２の間に設けられている。ヒートシンク１１２の軸方向後端部より回転電機側になるように設けられている。

図１に示すように、制御装置一体型回転電機１は、回転子１０１にファン１０１ｃを備えている。回転子１０１が回転すると、ファン１０１ｃによって空気の流れが発生する。空気を冷媒として制御装置１１を冷却することができる。

制御装置一体型回転電機１は、第１冷媒流通路１２０と、第２冷媒流通路１２１とを備えている。

第１及び第２冷媒流通路１２０、１２１は、冷媒として空気を流通させる通路である。第１及び第２冷媒流通路１２０、１２１は、ケース１１０及びリヤハウジング１０４ｂによって構成されている。

第１冷媒流通路１２０は、ヒートシンク１１２に空気を流通させるとともに、ヒートシンク１１２を流通した空気を、リヤハウジング１０４ｂ内を通ってリヤハウジング１０４ｂ外に流通させる。具体的には、蓋部１１０ｂの開口部１１０ｆから、本体部１１０ａの貫通孔部１１０ｃ及びリヤハウジング１０４ｂの端面の貫通孔部１０４ｊを経て外周面の貫通孔部１０４ｋに至る通路である。

第２冷媒流通路１２１は、制御回路１１５とリヤハウジング１０４ｂの間に空気を流通させるとともに、制御回路１１５とリヤハウジング１０４ｂの間を流通した冷媒を、リヤハウジング１０４ｂ内を通ってリヤハウジング１０４ｂ外に流通させる。具体的には、ケース１１０とリヤハウジング１０４ｂの間の隙間部１２１ａからリヤハウジング１０４ｂの端面の貫通孔部１０４ｊを経て外周面の貫通孔部１０４ｋに至る通路である。

第１冷媒流通路１２０の冷媒流通量は、第２冷媒流通路１２１の冷媒流通量より多い。具体的には、第１冷媒流通路１２０の流入口の大きさは、第２冷媒流通路１２１の流入口の大きさより大きくなるように設定されている。より具体的には、第１冷媒流通路１２０の流入口である開口部１１０ｆの全面積が第２冷媒流通路１２１の流入口である隙間部１２１ａの全面積より大きくなるように設定されている。

第１冷媒流通路１２０の流入口である開口部１１０ｆと流出口である貫通孔部１０４ｋは、軸方向に並んで設けられている。開口部１１０ｆは、貫通孔部１０４ｋより径方向内側に設けられている。

次に、図１、図３及び図４を参照して制御装置一体型回転電機の動作について説明する。まず、車両を駆動するための駆動力を発生する際の動作について説明する。

車両のイグニッションスイッチがオン状態になると、図１に示すインバータ用バスバー１１６等を介してインバータ回路１１１のスイッチング素子モジュール１１１ａに直流が供給される。また、その他の配線用のバスバー及び制御基板１１５ａを介して、界磁回路１１３及び制御回路１１５に直流が供給される。

直流が供給されることで、界磁回路１１３及び制御回路１１５は動作を開始する。制御回路１１５は、外部から入力される指令等に基づいて、インバータ回路１１１及び界磁回路１１３を制御する。界磁回路１１３は、制御回路１１５によって制御され、ブラシ１１４及びスリップリング１０２ａを介して界磁巻線１０１ｂに直流を供給する。インバータ回路１１１は、制御回路１１５によって制御され、インバータ用バスバー１１６等を介して供給された直流を交流に変換し、図３及び図４に示す電機子巻線用バスバー１１７等を介して電機子巻線１００ｂに供給する。その結果、回転電機１０は、車両を駆動するため駆動力を発生する。

図１に示すインバータ用スイッチング素子１１１ｂは、大電流が流れることで発熱し、温度が上昇する。また、界磁用スイッチング素子１１３ａ及びブラシ１１４も発熱し、温度が上昇する。

回転子１０１が回転すると、ファン１０１ｃによって空気の流れが発生する。制御装置一体型回転電機１の外部の空気は、蓋部１１０ｂの開口部１１０ｆから流入し、第１冷媒流通路１２０に沿って、本体部１１０ａの貫通孔部１１０ｃからリヤハウジング１０４ｂの端面の貫通孔部１０４ｊを経てリヤハウジング１０４ｂ内へと流れ、外周面の貫通孔部１０４ｋから流出する。また、ケース１１０とリヤハウジング１０４ｂの間の隙間部１２１ａから流入し、第２冷媒流通路１２１に沿って、リヤハウジング１０４ｂの端面の貫通孔部１０４ｊを経てリヤハウジング１０４ｂ内への流れ、外周面の貫通孔部１０４ｋから流出する。これにより、制御装置１１を冷却することができる。

次に、バッテリを充電するための電力を発生する際の動作について説明する。

エンジンから駆動力が供給されることで、電機子巻線１００ｂは交流を発生する。制御回路１１５は、スイッチング素子モジュール１１１ａのインバータ用スイッチング素子１１１ｂのスイッチングを停止させる。インバータ用スイッチング素子１１１ｂに形成されているダイオードによって、電機子巻線１００ｂから図３及び図４に示す電機子巻線用バスバー１１７等を介して供給される交流を直流に変換し、バッテリに供給する。その結果、バッテリは、回転電機１０の発生した電力によって充電される。

この場合、図１に示す界磁回路１１３からブラシ１１４を介して界磁巻線１０１ｂに直流が供給されている。そのため、界磁用スイッチング素子１１３ａ及びブラシ１１４は発熱し、温度が上昇する。この場合も、駆動力を発生して場合と同様にして、制御装置１１を冷却することができる。

次に、本実施形態の制御装置一体型回転電機の効果について説明する。

本実施形態によれば、制御装置１１は、スイッチング素子モジュール１１１ａと、制御回路１１５とを備えている。スイッチング素子モジュール１１１ａは、ケース１１０内に収容され、リヤハウジング１０４ｂと距離を隔てて設けられている。制御回路１１５は、ケース１１０内に収容され、スイッチング素子モジュール１１１ａより軸方向前側の位置にリヤハウジング１０４ｂ及びスイッチング素子モジュール１１１ａと距離を隔てて設けられている。つまり、制御回路１１５は、発熱源であるスイッチング素子モジュール１１１ａと距離を隔てて設けられている。そのため、制御回路１１５に対する熱的な影響を抑えることができる。

本実施形態によれば、前側のブラシ１１４は、前側の一部が径方向において制御回路１１５と重なる位置に設けられている。そのため、回転電機１０の軸方向寸法を抑えることができる。

インバータ用スイッチング素子１１１ｂで発生した熱は、ヒートシンク１１２へと伝わり放熱される。本実施形態によれば、ヒートシンク１１２は、インバータ用スイッチング素子１１１ｂの反回転電機側でインバータ用スイッチング素子１１１ｂに接触している。つまり、インバータ用スイッチング素子１１１ｂで発生した熱が伝わっていく方向とは逆方向の位置に制御回路１１５が設けられている。そのため、制御回路１１５に対する熱的な影響をより抑えることができる。

界磁巻線１０１ｂに電力を供給するため、スイッチング素子モジュール１１１ａほどではないがブラシ１１４も発熱する。本実施形態によれば、ブラシ１１４は、ヒートシンク１１２の軸方向端部よりも軸方向前側の位置に設けられている。そのため、制御装置一体型回転電機１の軸方向寸法を抑えることができる。

本実施形態によれば、制御装置一体型回転電機１は、第１冷媒流通路１２０と、第２冷媒流通路１２１とを備えている。第１冷媒流通路１２０は、ヒートシンク１１２に空気を流通させる通路である。第２冷媒流通路１２１は、制御回路１１５とリヤハウジング１０４ｂの間に空気を流通させる通路である。そのため、第１冷媒流通路１２０を流通する空気によって、制御回路１１５に対する熱的な影響の大きいスイッチング素子モジュール１１１ａを冷却することができる。さらに、第２冷媒流通路１２１を流通する空気によって制御回路１１５を冷却することができる。そのため、制御回路１１５に対する熱的な影響をより確実に抑えることができる。

本実施形態によれば、第１冷媒流通路１２０は、ヒートシンク１１２を流通した空気を、リヤハウジング１０４ｂ内を通ってリヤハウジング１０４ｂ外に流通させる。そのため、第１冷媒流通路１２０の空気をスムーズに流通させることができる。第１冷媒流通路１２０を流通した空気を、制御回路１１５近傍を流通させることができる。従って、第１冷媒流通路１２０を流通した空気によって、スイッチング素子モジュール１１１ａだけでなく、制御回路１１５も冷却することができる。

本実施形態によれば、第２冷媒流通路１２１は、制御回路１１５とリヤハウジング１０４ｂの間を流通した冷媒を、リヤハウジング１０４ｂ内を通ってリヤハウジング１０４ｂ外に流通させる。そのため、第２冷媒流通路１２１の空気をスムーズに流通させることができる。

本実施形態によれば、第１冷媒流通路１２０の冷媒流通量は、第２冷媒流通路１２１の冷媒流通量より多い。そのため、スイッチング素子モジュール１１１ａ及び制御回路１１５の冷却性能を向上させることができる。

本実施形態によれば、第１冷媒流通路１２０の流入口の大きさは、第２冷媒流通路１２１の流入口の大きさより大きい。具体的には、第１冷媒流通路１２０の流入口である開口部１１０ｆの全面積が第２冷媒流通路１２１の流入口である隙間部１２１ａの全面積より大きい。そのため、第１冷媒流通路１２０の冷媒流通量を第２冷媒流通路１２１の冷媒流通力より確実に多くすることができる。

本実施形態によれば、第１冷媒流通路１２０の流入口である開口部１１０ｆと流出口である貫通孔部１０４ｋは、軸方向に並んで設けられている。開口部１１０ｆは、貫通孔部１０４ｋより径方向内側に設けられている。そのため、第１冷媒流通路１２０を流通して温度が高くなった冷媒が再度第１冷媒流通路１２０に流れ込むような事態を抑えることができる。また、温度の低い冷媒をより多く第１冷媒流通路１２０に流入させることができる。

本実施形態によれば、制御装置１１は、インバータ用バスバー１１６を備えている。インバータ用バスバー１１６は、第１冷媒流通路１２０内に設けられている。そのため、第１冷媒流通路１２０を流通した冷媒によってインバータ用バスバー１１６を冷却することができる。

界磁巻線１０１ｂに電力を供給するため、スイッチング素子モジュール１１１ａほどではないが界磁用スイッチング素子１１３ａも発熱する。本実施形態によれば、界磁用スイッチング素子１１３ａは、制御回路１１５が実装された制御基板１１５ａの回転電機側に設けられている。そのため、スイッチング素子モジュール１１１ａとの熱干渉を抑えることができる。従って、制御回路１１５に対する、スイッチング素子モジュール１１１ａと界磁用スイッチング素子１１３ａの熱干渉に伴う熱的な影響を抑えることができる。

本実施形態によれば、制御装置１１は、３個のスイッチング素子モジュール１１１ａを備えている。スイッチング素子モジュール１１１ａは、４個のインバータ用スイッチング素子１１１ｂが一体化されている。そして、ヒートシンク１１２は、スイッチング素子モジュール１１１ａ毎に設けられている。そのため、インバータ用スイッチング素子が個別に設けられ、ヒートシンクがインバータ用スイッチング素子毎に設けられている場合に比べ、放熱性能の低下を抑えながら、占有面積を小さくすることができる。従って、充分な放熱性能を確保しつつ、制御装置一体型回転電機１を小型化することができる。

本実施形態によれば、制御装置１１は、電機子巻線用バスバー１１７を備えている。電機子巻線用バスバー１１７は、スイッチング素子モジュール１１１ａを電機子巻線１００ｂに配線する部材である。スイッチング素子モジュール１１１ａ及びヒートシンク１１２は、周方向に距離を隔てて隣接して配置されている。電機子巻線用バスバー１１７と電機子巻線１００ｂの接合端部は、隣接したスイッチング素子モジュール１１１ａ及びヒートシンク１１２の間に設けられている。つまり、隣接したスイッチング素子モジュール１１１ａ及びヒートシンク１１２の間の空きスペースに、電機子巻線用バスバー１１７と電機子巻線１００ｂの接合端部が設けられている。そのため、電機子巻線用バスバー１１７と電機子巻線１００ｂの接合端部を設けるスペースを別途設ける必要がない。従って、径方向寸法の拡大を抑え、制御装置一体型回転電機１を小型化することができる。

本実施形態によれば、電機子巻線用バスバー１１７と電機子巻線１００ｂの接合端部は、ヒートシンク１１２の軸方向後端部より回転電機側に設けられている。そのため、制御装置一体型回転電機１の軸方向寸法を抑えることができる。

本実施形態によれば、スイッチング素子モジュール１１１ａ及び制御回路１１５は、ケース１１０内において樹脂１１０ｇで封止されている。熱抵抗を低下させ、スイッチング素子モジュール１１１ａ及び制御回路１１５の放熱性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、前側のブラシ１１４の後側の一部がスイッチング素子モジュール１１１ａよりも軸方向前側であって制御回路１１５よりも軸方向後側の位置に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。ブラシ１１４の少なくとも一部が、スイッチング素子モジュール１１１ａよりも軸方向前側であって制御回路１１５よりも軸方向後側の位置に設けられていればよい。

本実施形態では、前側のブラシ１１４の前側の一部が径方向において制御回路１１５と重なる位置に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。ブラシ１１４の少なくとも一部が径方向においてスイッチング素子モジュール１１１ａ又は制御回路１１５と重なる位置に設けられていればよい。また、図７に示すように、ブラシ１１４は、軸方向においてスイッチング素子モジュール１１１ａ及び制御回路１１５と離間した位置に、径方向においてスイッチング素子モジュール１１１ａ及び制御回路１１５と重ならないように設けられていてもよい。この場合、径方向においてブラシ１１４とスイッチング素子モジュール１１１ａ、ブラシ１１４と制御回路１１５が重ならない位置に設けられている。そのため、それらの間での熱の授受を抑えることができる。

本実施形態では、界磁用スイッチング素子１１３ａの本体部が制御基板１１５ａに接触した状態で設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。図８に示すように、界磁用スイッチング素子１１３ａの本体部は、制御基板１１５ａと距離を隔てて設けられていてもよい。この場合、制御回路１１５に対する界磁用スイッチング素子１１３ａからの熱的な影響を抑えることができる。

本実施形態では、開口部１１０ｆが貫通孔部１０４ｋより径方向内側に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。図９に示すように、開口部１１０ｆと貫通孔部１０４ｋの間に、開口部１１０ｆ及び貫通孔部１０４ｋより径方向に突出する壁部１１０ｉを設けてもよい。この場合も、第１冷媒流通路１２０を流通して温度が高くなった空気が再度第１冷媒流通路１２０に流れ込むような事態を抑えることができる。

本実施形態では、インバータ用バスバー１１６が第１冷媒流通路１２０内に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。インバータ用バスバー１１６は、少なくともいずれかの部分が第１冷媒流通路１２０に沿うように設けられていてもよい。効果は多少低下するが、この場合も、第１冷媒流通路１２０を流通した冷媒によって、インバータ用バスバー１１６を冷却することができる。

１・・・制御装置一体型回転電機、１０・・・回転電機、１００・・・固定子、１００ｂ・・・電機子巻線、１０１・・・回転子、１０１ｂ・・・界磁巻線、１０４・・・ハウジング、１１・・・制御装置、１１０・・・ケース、１１１・・・インバータ回路、スイッチング素子モジュール１１１ａ、１１５・・・制御回路

Claims (20)

1. 固定子に設けられる電機子巻線（１００ｂ）と、回転子に設けられる界磁巻線（１０１ｂ）と、前記電機子巻線が設けられた前記固定子の軸方向両端部、及び、前記界磁巻線が設けられた前記回転子の軸方向両端部を覆うハウジング（１０４）とを備えた回転電機（１０）と、
   前記ハウジングの軸方向後端部に設けられるケース（１１０）と、前記ケース内に収容され、前記ハウジングと距離を隔てて設けられ、インバータ用スイッチング素子によって構成され前記電機子巻線に電力を供給するスイッチング素子モジュール（１１１ａ）と、前記ケース内に収容され、前記スイッチング素子モジュールよりも軸方向前側の位置に前記ハウジング及び前記スイッチング素子モジュールと距離を隔てて設けられ、前記スイッチング素子モジュールを制御する制御回路（１１５）と、前記ケース内に収容され、前記ハウジング、前記スイッチング素子モジュール及び前記制御回路と距離を隔てて設けられるとともに、少なくとも一部が前記スイッチング素子モジュールよりも軸方向前側の位置であって前記制御回路よりも軸方向後側の位置に設けられ、前記界磁巻線に電力を供給するブラシ（１１４）とを備えた制御装置（１１）と、
   を有する制御装置一体型回転電機。
2. 前記ブラシは、少なくとも一部が径方向において前記スイッチング素子モジュール又は前記制御回路と重なる位置に設けられている請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
3. 前記ブラシは、軸方向において前記スイッチング素子モジュール及び前記制御回路と離間した位置に設けられている請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
4. 前記インバータ用スイッチング素子の反回転電機側で前記インバータ用スイッチング素子に接触し、前記インバータ用スイッチング素子で発生した熱を放熱するヒートシンク（１１２）を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
5. 前記ブラシは、前記ヒートシンクの軸方向後端部よりも軸方向前側の位置に設けられている請求項４に記載の制御装置一体型回転電機。
6. 前記ヒートシンクに冷媒を流通させる第１冷媒流通路（１２０）と、
   前記制御回路と前記ハウジングの間に冷媒を流通させる第２冷媒流通路（１２１）と、
   を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
7. 前記第１冷媒流通路は、前記ヒートシンクを流通した冷媒を、前記ハウジング内を通って前記ハウジング外に流通させる請求項６に記載の制御装置一体型回転電機。
8. 前記第２冷媒流通路は、前記制御回路と前記ハウジングの間を流通した冷媒を、前記ハウジング内を通って前記ハウジング外に流通させる請求項６に記載の制御装置一体型回転電機。
9. 前記第１冷媒流通路の冷媒流通量は、前記第２冷媒流通路の冷媒流通量より多い請求項６〜８のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
10. 前記第１冷媒流通路の流入口の大きさは、前記第２冷媒流通路の流入口の大きさより大きい請求項９に記載の制御装置一体型回転電機。
11. 前記第１冷媒流通路の流入口及び流出口は、軸方向に並んで設けられ、
    前記第１冷媒流通路の流入口は、前記第１冷媒流通路の流出口より径方向内側に設けられている請求項６〜１０のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
12. 前記第１冷媒流通路の流入口及び流出口は、軸方向に並んで設けられ、
    前記ケースは、前記第１冷媒流通路の流入口と流出口の間に、流入口及び流出口より径方向に突出する壁部（１１０ｉ）を有する請求項６〜１０のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
13. 前記制御装置は、少なくともいずれかの部分が前記第１冷媒流通路に沿うように、又は、前記第１冷媒流通路内に設けられ、前記スイッチング素子モジュールの配線に用いられるインバータ用バスバー（１１６）を有する請求項６〜１２のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
14. 前記制御装置は、前記制御回路が実装された制御基板の回転電機側に設けられ、前記制御回路によって制御され、前記界磁巻線に電力を供給する界磁用スイッチング素子（１１３ａ）を有する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
15. 前記界磁用スイッチング素子は、前記ハウジング及び前記制御基板と距離を隔てて設けられている請求項１４に記載の制御装置一体型回転電機。
16. 前記制御装置は、３個の前記スイッチング素子モジュールを有し、
    前記スイッチング素子モジュールは、４個の前記インバータ用スイッチング素子が一体化されており、
    前記ヒートシンクは、前記スイッチング素子モジュール毎に設けられている請求項１〜１５のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
17. 前記スイッチング素子モジュール及び前記ヒートシンクは、距離を隔てて隣接して配置され、
    前記制御装置は、前記スイッチング素子モジュールを前記電機子巻線に配線する電機子巻線用バスバー（１１７）を有し、
    前記電機子巻線用バスバーと前記電機子巻線の接合端部は、隣接した前記スイッチング素子モジュール及び前記ヒートシンクの間に設けられている請求項１６に記載の制御装置一体型回転電機。
18. 前記電機子巻線用バスバーと前記電機子巻線の接合端部は、前記ヒートシンクの軸方向後端部より回転電機側に設けられている請求項１７に記載の制御装置一体型回転電機。
19. 前記スイッチング素子モジュール及び前記制御回路は、前記ケース内において樹脂で封止されている請求項１〜１８のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
20. 前記ブラシは、前記ケース内に設けられたブラシホルダー部に保持され、前記制御基板は、前記ブラシホルダー部と距離を隔てて設けられている請求項１４又は１５に記載の制御装置一体型回転電機。

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