JP4116644B2 - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents
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Description
この制御装置一体型回転電機では、円筒状のハウジング234の後端外壁にその径方向へ延在する円盤状のヒートシンク223上に直接固定されたインバータ回路部としてのMOSトランジスタ220からなるインバータ用スイッチング素子や、ヒートシンク223上に固定されたプリント配線層を持つ制御基板225を有し、この制御基板225上に制御IC226等を装着している。
しかしながら、発熱素子であるスイッチング素子を固定するヒートシンク223の近傍に制御基板225を配置した場合、制御基板225上の制御IC226等の耐熱温度の低い電子部品が熱損傷を起す問題がある。
加えて、樹脂で一体的に封止されるため、スイッチング素子の熱が樹脂を伝導して制御基板225上の電子部品の温度を上昇される恐れもあった。
さらに、遠心ファン216により流入される冷却空気の流れも、樹脂カバー229の空気吸入孔2291から入った冷却空気が略円盤状のヒートシンク223の上を中心に向かってブラケット内に流入し、径方向に向かってブラケットから吹出すため、冷却空気の圧力損失や冷却風路の曲りによる損失が大きく、冷却効率が悪いものであった。
また、冷却風の通風路が制御基板によって制限されるために、冷却風の圧損が大きくなり、冷却風の流量が減少し、ファンの能力を十分に発揮することが出来ず、インバータパワー回路部、ブラシ、ブラケット、回転子、固定子等各部品の冷却を向上することが困難となる。
さらに、制御基板はブラシの回転軸後方に配置されているため、ブラシ部に冷却風を通風することができなくなっており、ブラシの温度上昇につながり、ブラシ磨耗が促進される問題がある。
そして、ブラケットの通風孔を通過する冷却風も周方向全体にバランスよく流入されにくく、回転子、固定子の周方向各部の温度上昇にばらつきが生じる。
この発明による実施の形態1を図1から図3までについて説明する。図1は実施の形態1に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す側断面図である。図2は実施の形態1に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す端面図である。図3は図1のIII−III線における断面図である。
ブラケット1の後方側には前記スリップリングに接触するブラシ8を有するブラシホルダ9および固定子巻線3Bに交流電力を供給するためのインバータパワー回路部20が搭載されており、ブラケット1に圧入されたボルト(図示せず)とナット100によりブラケット1に固定されている。
インバータパワー回路部20は、電機子巻線に供給する交流電力を制御するためのスイッチング素子のうち、バッテリの正端子側のスイッチング素子21が、電極をなすヒートシンク23に搭載されている上アームと、バッテリの負端子側のスイッチング素子22が、電極をなすヒートシンク24に搭載されている下アームとスイッチング素子を駆動するあるいは、素子内部のセンシング出力を引き出すための信号端子25がインサート成形された樹脂成形部26を備えている。
また、インバータパワー回路部20は、上アームと下アームが各相に対して1対からなり、ヒートシンク23,24のスイッチング素子21,22が搭載される面が上アームと下アームで対向するように構成され、ヒートシンク23,24のフィン23B,24Bの通風路が回転軸と水平となるように配置されている。スイッチング素子21,22はヒートシンク23,24に複数配置されている。
インバータパワー回路部20を制御するための制御回路が搭載された制御基板40は、外部から保護するために、ケース30内に配置され、インバータパワー回路部20の外周に配置されておらず、前記ブラシ8の径方向外側で、前記ブラシ8と略垂直方向になるように配置されている。また、制御基板はシャフト10の回転軸方向後端部より前方になるように配置されている。
制御基板40の保護のために、金属カバー101が装着されている。また、車両と回転電機の信号の受け渡しをするコネクタ102が制御基板40およびケース30に取り付けられている。
また、制御基板40がインバータパワー回路部20の外周側に配置されず、ブラシ8の径方向外側でブラシ8と略垂直となる場所に配置されていることにより、制御基板40の発熱によりインバータパワー回路部20周辺の空気を温めることがないので、インバータパワー回路部20の冷却性が向上する。
また、制御基板40部分が回転軸10の延在方向にないため、軸長が短縮され、車両との回転軸方向における干渉を回避しやすくなる。このとき、制御基板40が径方向に飛び出る場合があり、車両との径方向干渉が懸念されるが、回転電機が略円筒状であるため、回転電機全体を周方向に回転させ、飛び出た部分を車両の隙間に配置することができ、軸方向の干渉よりも回避しやすく、問題が小さくなる。
すなわち、制御基板40がケース30の軸方向後方に配置されている場合、制御基板40によりケース30の通風孔の大きさが制限されていたが、制御基板40が前記ブラシホルダ9の径方向外側で、ブラシ8と略垂直に配置されていることにより、インバータパワー回路部20の軸方向後方におけるケース30の通風路を大きくとることができるため、通風抵抗が減り、風量が増加するためインバータパワー回路部20の冷却性が向上する。 また、インバータパワー回路部20の外周部に制御基板40を配置していないため、インバータパワー回路部20の冷却を阻害することはない。
さらに、制御基板40部分の長さだけ、軸長を短縮することができ、車両との軸方向の干渉を回避しやすくなる。
このとき、制御基板40が径方向に飛び出る場合があり、車両との干渉が懸念されるが、回転電機が略円筒状であるため周方向に回して飛び出た部分を車両の隙間に持ってくることができ、軸方向の干渉よりも回避しやすく、問題が小さい。
この発明による実施の形態2を図4および図5について説明する。図4は実施の形態2に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す側断面図である。図5は実施の形態2に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す端面図である。
この実施の形態2において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1における構成と同一の構成内容を具備し同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
また、ケース30に収納された制御基板40は固定子3の固定子鉄心3Cよりも軸方向後方に配置されている。
さらに、制御基板40はブラシと略垂直方向に制御基板40と40Bの2層となってケース30内に収納されている。
また、通風抵抗がさらに低減し、風量が増え、さらに冷却性が増す。
さらに、発熱量の多い固定子3よりも軸方向後方に制御基板40を配置することにより、制御基板40が固定子3から受ける受熱を軽減でき、制御基板40の温度上昇を抑制することができる。
そして、制御基板40が1層では制御基板40の面積が大きく、回転軸軸方向後方に突出してしまい、車両に干渉物があって、基板およびケースが配置できない場合などは、制御基板40,40Bとして2層にし、回転軸方向の寸法を抑制し、径方向に拡大することで軸方向での干渉を生じることなく車両への取付けが可能となる。
すなわち、固定子の発熱は大きく、温度上昇も激しいため、制御基板40を固定子鉄心3Cより後方に配置することにより、制御基板40の温度上昇を低減することができるものである。
すなわち、制御基板40,40Bを2層以上にすることで軸方向の寸法を抑制できるので、ケース30のある電動発電機を構成する回転電機の外形部における軸後方部に干渉物があってケース30が正常に構成できない場合などは、2層にして径方向に拡大することで軸方向干渉物に対して車両への取付けが可能となる。
この発明による実施の形態3を図6から図8までについて説明する。図6は実施の形態3に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す側断面図である。図7は実施の形態3に係る制御装置一体型回転電機の要部構成を示す端面図である。図8に実施の形態3に係る制御装置一体型回転電機の界磁回路構成を示す回路図である。
この実施の形態3において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1または実施の形態2における構成と同一の構成内容を具備し同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
また、界磁電流を制御する界磁回路FCの中で、界磁電流が流れる経路上に配置される半導体素子であるスイッチング素子70,フライホイルダイオード71,界磁電流値を検出するためのシャント抵抗72が、制御基板40を収納するケース30内でブラシ8と制御基板40の間に配置され(制御基板40からみてブラシ8側に配置され)、制御基板40と水平状態で平行になるように設けられている。
また、ブラケット1の外周には、制御基板40が配置されている方向にも排気孔33Bが設けられており、ケース30に収納されている制御基板40およびケース30はブラケット1の排気孔33Bよりも回転軸軸方向後方に配置されている。
この実施の形態の構成では、ブラシホルダ9の回転軸軸方向後方の通風孔31,31Bより流入する冷却風60,60Bはブラシホルダ9部近辺を通り、ブラケット1に設けられた通風孔32,32Bよりブラケット1の内部に流入し、ブラケット1に設けられた排気孔33,33Bから排出される。
また、冷却風はパワー回路部20および固定子3等の各部品を冷却するため、ブラケット1の冷却風排気孔33,33Bから排出される冷却風60.60Bは温度が高くなっているため、制御基板40と周方向および軸方向が重なっているところに排気孔33Bを構成すると、制御基板40の温度上昇につながる。また、冷却風の排出を阻害してしまい、固定子の温度上昇にもつながる。
そのため、ブラケット1の排気孔33Bより回転軸軸方向後方に、制御基板40や制御基板40を収納するケース30を配置することで、固定子3の冷却性が向上するとともに、制御基板40周辺のブラケット1の温度上昇も低減でき、制御基板40の温度上昇を抑制することができる。
さらに、周方向全体に冷却風がバランス良く流れるため、インバータパワー回路部20やブラシだけでなく、ブラケット1や固定子3もバランスよく冷やせ、固定子3の冷却性が向上するとともに温度上昇のばらつきも減少する。
そして、制御基板40が地面方向に配置された場合にも、制御基板40や制御基板40を収納するケース30の回転軸前方にブラケット1の排気孔33Bが存在するため、ブラケット1内部に入った泥水も排気孔33Bから排水することができ、回転電機の信頼性が向上される。
すなわち、発熱源である界磁電流が流れる経路における界磁回路部品が制御基板40上になく、基板の冷却性を向上することができる。
また、ブラシ8の軸方向後方に通風孔32Bがあるため、界磁回路部品をブラシ8と同様に冷却することができる。
さらに、界磁電流の流れる経路の配線が合理化できる。
すなわち、発熱源である、界磁電流が流れる経路の界磁回路部品が制御基板40上になく、制御基板40の冷却性を向上することができる。
また、ブラシ8の軸方向後方に通風孔31Bがあるので、ブラシ8から径方向外周にある界磁回路FCも冷却することができる。
さらに、界磁回路部品と制御基板40が近く、界磁回路部品を制御するための信号線を短くでき合理化ができる。
すなわち、冷却風はインバータパワー回路部20,ブラシ8,ブラケット1、固定子3等の各部品を冷却するため、ブラケット1の冷却風排気孔33Bから排出される冷却風は温度が高くなっている。そのため、冷却風排気孔33Bより回転軸軸方向後方に配設することにより、制御基板40の温度上昇を抑えることができる。
また、制御基板40およびブラシ8が配設されている部分のブラケット1に排水口や排気孔が形成できる。制御基板40およびブラシ8付近の空気ならびにブラケット1および固定子3を冷却できるので、さらに冷却性が向上する。
さらに、塩泥水に対する対環境性の信頼性も向上する。
この発明による実施の形態4を図9および図10について説明する。図9は実施の形態4に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す側断面図である。図10は実施の形態4に係る制御装置一体型回転電機の構成を示す端面図である。
この実施の形態4において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1から実施の形態3までのいずれかにおける構成と同一の構成内容を具備し同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
また、界磁電流を制御する界磁回路FCの中で、界磁電流が流れる経路上に配置される半導体素子であるスイッチング素子70,フライホイルダイオード71,界磁電流値を検出するためのシャント抵抗72が配線パターンを形成したセラミック基板や金属基板73上に配置され、ブラシホルダ9上に配置されている。またブラシホルダ9上に配置されたセラミック基板や金属基板73にヒートシンク74が取り付けられており、ヒートシンク74はケース30のブラシホルダ9の回転軸後方に配置された通風孔31Bに対向する位置に配置されている。
この実施の形態4の制御基板40の回路はASIC化(カスタムIC化)などにより小型化されており、制御基板40はブラシホルダ9とブラケット外周との間に配置されている。また、この実施の形態4では制御基板40はブラシホルダ9やケース30と別体のケース30B内に収納されている。
また、ヒートシンク74を設け、ケース39の通風孔31Bと対向するように配置することにより、スイッチング素子70,フライホイルダイオード71,シャント抵抗72の温度上昇をさらに抑えることができる。
さらに、ブラシホルダ9上に界磁電流が流れる経路上に配置されるスイッチング素子70,フライホイルダイオード71,シャント抵抗72を配置したため、界磁電流を流れる経路の配線を短くすることができ、合理化できる。
そして、制御基板40はブラシホルダ9上に搭載しないことで、ブラシ8からの放熱を制御基板40が受けることがなく、制御基板40の温度上昇を抑制できる。
さらにまた、制御基板40がブラケット1外周の内部にあることにより、周方向においてもエンジン等外部の物に干渉することが少なくなり、車両搭載性が向上する。
Claims (10)
- 固定子巻線を有する固定子、回転子巻線を有し回転子軸を軸心として回転自在に支承される回転子、前記回転子軸に設けられた冷却ファン、前記回転子の径方向に延在して配設され前記回転子巻線を付勢するための電気的接続を行うブラシ、前記ブラシを保持するブラシ保持部材、ブラシ保持部材と同一軸方向位置において異なる周方向位置に配設され固定子巻線を付勢するパワー回路部、前記パワー回路部を制御するための制御回路要素が搭載された制御基板、前記ブラシ保持部材およびパワー回路部を収納するケース部材を備え、前記ケース部材に通風口を設け、前記冷却ファンにより前記通風口を介して冷却風を流通し前記ケース部材の内部を冷却するよう構成されるとともに、前記制御基板は前記冷却風の流通経路外で前記ブラシ保持部材の径方向外側に前記ブラシと略垂直に配置されていることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
- 前記ケース部材に前記パワー回路部と対向して設けられた通風口を設け、前記冷却ファンにより前記通風口を介して冷却風を流通し前記パワー回路部を冷却することを特徴とする請求項1に記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記ケース部材に前記ブラシ保持部材と対向して通風口を設け、前記冷却ファンにより前記通風口を介して冷却風を流通し前記ブラシ保持部材を冷却することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記回転子巻線を付勢する界磁電流を制御する界磁回路を構成し界磁電流が流れる界磁回路要素の少なくとも一部が前記ブラシの径方向外側に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記回転子巻線を付勢する界磁電流を制御する界磁回路を構成し、界磁電流が流れる界磁回路要素の少なくとも一部が、前記制御基板からみてブラシ側に配置され、前記制御基板と平行して配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記界磁回路要素にヒートシンクが取り付けられており、前記ヒートシンクはブラシの軸方向後方に設けられた通風口に対応して配置されていることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記制御基板が前記ブラシと前記固定子を支持するブラケット最外周との間に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記制御基板が前記固定子に設けられた固定子鉄心よりも軸方向後方に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記制御基板が前記固定子を回転子よりも軸方向後方で支持するブラケットの冷却風排気口より軸方向後方に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記制御基板が前記ブラシと略垂直方向に複数層を形成して配設されていることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれかに記載の制御装置一体型回転電機。
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