JP4392352B2 - オルタネータ、またはオルタネータ／スタータの後部に一体化された電力電子装置を冷却する装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のオルタネータ、またはオルタネータ／スタータなどの可逆的電気機械の後部と一体化された電力電子装置を冷却する装置に関する。本発明は、自動車産業の分野、特に自動車用のオルタネータまたはオルタネータ／スタータの分野での用途に供されるものである。

自動車において、オルタネータは、自動車のサーマルエンジンによって駆動される誘導ロータの回転運動を、多相ステータのアーマチュア巻線内に誘導される電流に変換する。一般に、このステータは、３相巻線を有し、そのため、オルタネータは３相形式である。アーマチュアの３相は、ブリッジ整流器に接続される。このブリッジ整流器は、３つのアームを有し、その各々は、各相に接続された少なくとも２つのダイオードを備えている。しかし、これらのダイオードは熱を発生する。

従来、ブリッジ整流器は、約１５０ワットのエネルギを放散している。したがって、ダイオードの過熱を防止するために、それを冷却しなければならない。

図１は、従来型オルタネータの後部の一例を示す。ドイツ国特許出願公開第１９７０５２２８号明細書にも見ることができるように、このオルタネータは、回転シャフト２に固定されたロータ１を備え、回転シャフトの回転軸Ａは、機械の軸を構成している。

このロータ１は、磁気回路８、およびアーマチュア巻線７を有するステータ３によって包囲されている。ステータ３は、その回路８およびその巻線７を介して、交流を発生する。アーマチュア巻線は、星形またはデルタモードに接続された相巻線を有する。これらの各巻線は、ブリッジ整流器に接続された出力部を有する。ステータ３内に発生した電流は、ダイオード９を有するブリッジ整流器によって整流される。このステータ３は、後部軸受け４および前部軸受け（図示せず）によって支持されている。

回転シャフト２は、転がり軸受け６によって、２つの軸受けで保持されている。ドイツ国特許出願公開第１９７０５２２８号明細書に記載されているように、磁気回路８は、薄板金の束の形をしたステータ本体を有し、このステータ本体には、公知のように、ステータ本体を通過して本体の各側に延在し、それによって、リード線を形成する相の巻線を取り付けるための、半閉鎖形であるのが好ましいノッチが設けられている。

この明細書には、少なくとも１つのベルトを有する動力伝達装置を介して、車両のサーマルエンジンにより回転駆動されるようにしたオルタネータの前部軸受け、およびそのプーリと、ロータによって支持されて、半径方向でリード線の下方に位置して、オルタネータの内部換気を行うための内部ファンとを見ることができる。これを行うために、中空の形状の軸受けは、後述するように、入口および出口スロットを有する。

図１に５で示す後部ファンは、前部ファンより強力であると、好都合である。

このオルタネータにおいて、熱放散部材の一部、すなわち、ブリッジ整流器の正ダイオード９は、熱エネルギを放散するブリッジ１０内に取り付けられている。この熱放散ブリッジは、スロットとも呼ばれる開口１０ａ〜１０ｄを有し、これらの内部を、冷却空気が循環する。

ダイオード９は、やはり空気通路１４ａ〜１４ｆを有するコネクタ１４に電気接続されている。

さらに、熱放散ブリッジ１０は、熱放散ブリッジ１０の冷却を助けるフィン１３を、その上面に有する。

より正確に言うと、図１のオルタネータの後部に、オルタネータの電力電子装置を包囲して保護する、ブリッジ整流器に対応したカバー１１を有する。空気がカバー１１の内部を通過できるようにするため、やはりスロットとも呼ばれる開口１２ａ〜１２ｄが、カバーに設けられている。これらの開口は、原則的にカバー１１の上部に配置されている。

さらに、回転シャフト２、またはロータ１に固定された後部ファン５が、空気をオルタネータの内部に吸い込む。このファンは、たとえば、遠心式か、または外向き流式でもよい。このように、ファン５によって吸い込まれた空気は、スロット１２ａ〜１２ｄを通ってオルタネータの後部に流入して、フィン１３によって振り向けられ、熱放散器１０およびダイオード９を掃引し、その結果、それらを冷却する。次に空気は、ステータ３の後部軸受け４に設けられたスロット４ａ〜４ｄを通って半径方向に出る。

したがって、空気は、原則的に、保護カバー１１の位置でオルタネータの軸に吸い込まれ、それから、後部軸受け４のスロットを通って、横方向に押し進められ、ブリッジ整流器だけでなく、アーマチュア巻線７のリード線などの、オルタネータのその他の高温部品をも冷却する。

さらなる情報として、冷却空気流が通る経路が、図１に、破線および矢印で示されている。

また、爪ロータの形をしたロータの１つの例示的な実施形態と共に、ブリッジ整流器の１つの例示的な実施形態を記載しているドイツ国特許出願公開第１９７０５２２８号明細書も、参考になる。ドイツ国特許出願公開第１０１１１２９５号明細書は、別の形式のブリッジ整流器を記載している。

これらの２つの明細書では、負ダイオードは、後部軸受けに固定されるか、それにはめ込まれたプレートに取り付けられるようにして、後部軸受けによって支持されている。一方、正ダイオードは、負ダイオードから距離を置いて、プレートに取り付けられている。

ドイツ国特許出願公開第１００１１２９５号明細書では、このプレートに開口が設けられている。このプレートは、図１の熱放散器１０に対応し、ダイオード９は、上述したように正ダイオードである。

現在でも可逆オルタネータが存在し、これは、オルタネータのプーリに固定されたロータのシャフトを介して、車両のサーマルエンジンを回転駆動する電気モータを構成することができる。このような可逆オルタネータは、オルタネータ−スタータ、またはオルタネータ／スタータと呼ばれ、機械エネルギを電気エネルギに、またはその逆に変換する。したがって、オルタネータ／スタータは、自動車のエンジンを始動させることができ、自動車を駆動するために、自動車のサーマルエンジンを補助する補助モータを構成する。

この場合、オルタネータ／スタータのアーマチュアの出力部に位置する、すなわち、アーマチュアの各相に接続されたブリッジ整流器は、オルタネータ／スタータの相を制御するブリッジとしても機能する。このブリッジ整流器は、３つのアームを有し、その各々に、少なくとも２つのＭＯＳ形電力用トランジスタが設けられている。このブリッジ整流器のトランジスタは、それぞれ、制御装置によって制御される。この制御装置は、さまざまな方法で形成することができる。通常、この制御装置は、コンパレータ、および他の電子構成部品と組み合わされたドライバを有する。

このように、電力用トランジスタおよび制御装置から形成されたブリッジ整流器は、ダイオードブリッジによって放散されるエネルギより少ない量のエネルギを放散する。これは、ブリッジ整流器が制御モードではなく、整流器モードで機能しているとき、電力用トランジスタが同期的に制御されるからである。

さらなる情報については、たとえば、欧州特許出願公開第１，１３４，８８６号明細書を参照されたい。しかし、このものにおいては、放散されるエネルギは、同様に約５０ワットであり、したがって、ブリッジ整流器も冷却しなければならない。

しかし、上述した制御装置は、比較的かさ高であり、そのため、これらの制御装置および電力用トランジスタを、熱放散ブリッジ上に取り付けると、スロット用の空間が熱消散ブリッジ上にまったく残らない。したがって、図１に示されているような空気循環によって、電力用トランジスタブリッジを冷却することができない。

言い換えると、上述した構造では、熱放散ブリッジおよびコネクタに、軸方向空気通路を貫設する必要があり、このことは、電子構成部品の配置に利用可能な空間を減少させる。実際に、この利用可能な空間は、ダイオードブリッジ整流器を設置するには十分であるが、より大型の電力電子装置には不十分である。特に、オルタネータ／スタータの場合、電力電子装置は、ブリッジ整流器上の各ダイオードの代わりに、少なくとも１つのトランジスタ、および１つの制御装置を用いるようになっている。

この空間の問題を解決するために、欧州特許出願公開第１，０３２，１１４号明細書は、オルタネータ／スタータの電力電子装置を冷却する装置であって、熱放散部材が、オルタネータ／スタータの後部軸受け上に押し付けられた基部からなり、この後部軸受けに冷却空気の通路用のチャネルが設けられている装置を開示している。言い換えると、この装置では、熱放散ブリッジは、外側後面に冷却フィンを有する後部軸受けに押し当てられている。

したがって、空気は、側方または半径方向に到達して、最初にフィンを担持している後部軸受けを、次に、電力電子装置を取り付けた熱放散ブリッジを対流で冷却する。さらに、熱放散ブリッジは、それが機械的に接触している後部軸受け上のフィンにより、対流で冷却される。

しかし、このような装置では、熱放散ブリッジまたは基部を、軸受けにしっかり押し当てて、それによって、電力電子装置の冷却を行うことができるようにする必要がある。これは、基部と軸受けの表面との間に、何らかの空気ギャップが存在すると、基部および軸受け間で熱伝達が起きないか、または不良になり、したがって、電力電子装置の冷却が、部分的となるからである。

さらに、後部軸受けが非常に高温である場合に、熱放散ブリッジを対流で冷却することが困難である。

本発明の１つの目的は、以上の文献に開示されている技術の欠点を解決することであり、自動車のオルタネータ、またはオルタネータ／スタータの電力電子装置を冷却するための改良型でより信頼できる装置であって、冷却流体が、機械の後部に横方向に導入されて、熱放散ブリッジおよびオルタネータの後部軸受け間に形成された流体流通路内を循環するようにした装置を提供するものである。

この目的のために、本発明は、自動車用の回転電気機械、特にオルタネータまたはオルタネータ／スタータであって、
後部軸受け、および
少なくとも後部軸受けによって支持された回転シャフト上に中心が位置して、それに固定されたロータを備え、
後部軸受けは、半径方向冷却流体排出スロットを有し、さらに、
ロータを取り囲むステータを備え、
ステータは、電気機械の相を構成する巻線を有するアーマチュア巻線を有し、さらに、
ステータ相の巻線に接続された電力電子回路、および
一方では、電力電子回路を取り付けた第１面を、他方では、この第１面と反対側で、後部軸受けの方を向く第２面を有する熱放散ブリッジを備え、
この第２面は、冷却流体流通路の長手方向壁を形成し、この通路の別の長手方向壁は、ステータを支持している後部軸受けによって形成されており、
熱放散ブリッジの第２面は、流体流通路内に配置された冷却手段を有する、回転電気機械を提供するものである。

１つの実施形態では、冷却手段は、フィンである。

別の実施形態では、冷却手段は、たとえば、断面が円形または菱形のポストを有する。

この構造によると、ポストの自由端部を容易に機械加工することができ、それにより、ある実施形態では、これらのポストを、後部軸受けと接触させることができる。これらのポストは、熱放散ブリッジを補強する。

１つの変更例では、熱放散ブリッジの第２面は、たとえば曲線部分によって輪郭が定められ、それにより、流体の分流またはベンチュリ効果が発生させられる。

あらゆる組み合わせが可能である。

たとえば、ポストをフィンと組み合わせることができる。その場合、冷却手段は、部分的にポストおよびフィンを有する。

したがって、冷却手段は、後部軸受けに固定されるのではなく、電力電子装置を支持しているブリッジに機械的に固定され、後部軸受けによって、どのような熱が発生しても、電力電子装置の冷却が保証される。これは、本発明による装置では、後部軸受けおよび熱放散ブリッジ間の熱的分離を達成することができ、それにより、熱が伝導によって伝播することができないからである。

同様に、本発明によれば、熱放散ブリッジの第２面の対流による冷却に伴い、多くの電子構成部品を備える電力電子装置が冷却される。

本発明は、次のさまざまな特徴を、単独、または可能なすべての組み合わせの形で適用することによって、好都合なものとしうる。それらの特徴は、次の如くである。
フィンまたはポストなどの冷却手段を、圧力低下を減少させるように、半径方向で冷却流体の流れ方向に配置する。
フィンまたはポストなどの冷却手段により、熱放散ブリッジをその半径方向全体にわたって完全に冷却するように、半径方向の向きの冷却チャネルを形成させる。
後部軸受けは、後部軸受けの半径方向スロットからの排出部に配置されたデフレクタを支持し、それにより、後部軸受けの半径方向、または側部スロットを通って出る流体が、半径方向に流入する冷却流体流に吸収されないようにし、したがって、冷却流体流のループバックが回避される。
保護カバーが、電力電子装置および熱放散ブリッジを覆い、デフレクタを形成するために、少なくとも１つの引き上げ端部を有する。
保護カバーは、流体を通過させる少なくとも１つの開口を有する。
回転シャフトおよび熱放散ブリッジ間の少なくとも１つの空間が、軸方向流体流通路を形成する。
熱放散ブリッジは、ステータの後部軸受けの上方に中二階を形成する。
熱放散ブリッジは、連結タイロッドによってステータ軸受けに固定されている。
熱放散ブリッジは、後部軸受けに、または熱放散ブリッジに固定されたスタッドによって、後部軸受けの上方に固定されている。
熱放散ブリッジおよび後部軸受け間に、電気絶縁材料の層を備えている。
熱放散ブリッジに固定されたフィンまたはポストの軸方向端部は、後部軸受けから距離を置いた位置にある。
冷却手段を有する熱放散器、および電力電子装置を支持するブリッジは、単一部材である。
冷却手段を有する熱放散器は、電力電子装置を担持しているブリッジに取り付けられ、それにより、熱放散ブリッジを２部材で形成している。
電力構成部品は、トラック上に配置されている。
トラックは、熱放散ブリッジに固定されている。
トラックは、熱放散ブリッジから電気絶縁されている。

ポストまたはフィンの少なくとも一部を、熱パイプで構成してもよい。

１つの実施形態では、後部ファンは、フランス国特許出願公開第２７４１９１２号明細書に記載されているように、少なくとも２つの重畳部品を有し、それによって、ブレードの数およびファンのパワーを増加させている。

本発明による冷却手段は、後部軸受けの方を向いて、ブリッジの第２面に固定された少なくとも１つの突起を有する。

これらの図面では、共通の部材に、同一の符号を付けてある。

図２は、本発明による冷却装置を備えるオルタネータ／スタータの後部の側部断面図である。公知のすべてのオルタネータ／スタータと同様に、図２に示されているオルタネータ／スタータは、軸Ａを有する回転シャフト２に固定されたロータ１を有する。このロータ１は、アーマチュア巻線７の巻線が通るノッチ付きの薄板金の束の形をした本体８を備えるステータ３によって取り囲まれている。ステータ３は、回転シャフト２を転がり軸受け６によって保持する後部軸受け４および前部軸受け（図示せず）によって支持されている。

ロータは、たとえばドイツ国特許出願公開第１９７０５２２８号明細書、または欧州特許出願公開第０５１５２５９号明細書に記載されているような爪ロータである。さらなる情報についてはこれらを参照されたい。

変更形では、このロータは、たとえば、国際公開第０２／０５４５６６号パンフレットに記載されているように、円周方向において、永久磁石と交互するようにしたハイブリッド形式の突出ポールを有する。上記国際公開明細書を参照されたい。

上述したように、オルタネータ／スタータは、ＭＯＳ電力用トランジスタを、これらの電力用トランジスタ用の、ドライバとして既知の制御装置と組み合わせて備えるブリッジ整流器を有する。このブリッジ整流器、およびこれらの制御装置とにより、図２に１５で示すオルタネータ／スタータの電力電子回路と呼ばれる電力電子装置が形成されている。これらの電子装置または電力回路１５は、後述する熱放散ブリッジ１６の、第１面と呼ばれる上面に取り付けられている。

本発明によれば、この熱放散ブリッジ１６の、軸方向において電気機械の後部軸受け４の方を向く、第２面と呼ばれる底面が、オルタネータ／スタータ内で冷却流体を流す長手方向または半径方向通路１７の壁を形成している。したがって、この通路１７のその他の壁は、後述する後部軸受け４の上面によって形成されている。

本発明によれば、保護カバーは、流体通路１７と向き合う位置に開口１９を有する。この開口は、通路１７の外周と連通している。冷却流体、特に空気は、これらの開口１９を通って、オルタネータ／スタータの後部に導入され、それから、熱放散ブリッジ１６の下方で通路１７内を循環して、電力電子装置１５を冷却する。

回転シャフト２か、またはロータ１に固定された後部ファン５は、通路１７内への空気を吸い込む。開口１９は、カバー１１の外周で、円周方向に等間隔に分散配置されているのが好ましい。

このように作られた熱放散ブリッジ１６は、後部軸受け４の上方に、中二階を形成する。本発明の冷却装置の概要を示す図３は、この中二階をはっきり示している。後に、この図３について、詳細に説明する。

本発明によれば、熱放散ブリッジ１６の底面には、冷却手段１８が設けられている。

言い換えると、ブリッジ１６の底面は、冷却手段１８を形成するように構成されている。

この冷却手段は、通路１７内に配置されて、選択された通路に冷却流体を流す。すなわち、流体は、回転シャフトにできる限り近い位置に入り、それにより、熱放散ブリッジの底面を最良状態に掃引する。したがって、熱放散ブリッジの底面は、熱放散ブリッジの外周とシャフトに近い内周との間に位置する半径方向長さ全体にわたって冷却される。

図３において、熱放散器１６はＵ字形であり、この熱放散器１６は、２つのアーム１６１、１６２と、アーム１６１、１６２を互いに連結するヘッド１６３とを有する。

熱放散器の内周を画定する中央軸方向通路２２が、２つのアーム１６１、１６２間に存在する。この通路は、ヘッド１６３の内周１６５によっても画定される。この中央通路２２を、軸線Ａが通り、また、中央通路２２の寸法は、シャフト２の寸法より大きくなっている。

この通路２２により、流体は、後述するように、シャフト２にできる限り近い位置に流入する。

図３において、この熱放散器は、中空の形状であって、Ｕ字形底部１６０を有し、本例では、軸Ａと直角をなす向きの底部１６０に対して垂直なリム１６６によって、底部の周囲が画定される。

したがって、軸方向通路２２は、チャネルの形をしている。

図２および図３において、冷却手段は、冷却フィン１８からなっている。

隣接したフィンは、通路２２と連通している通路１７内の冷却流体を案内する半径方向チャネルを形成している。

これらのチャネルは、熱放散器１６の内周からその外周まで、扇形に開いて延びている。熱放散器１６のこれらの内周および外周は、後部軸受け４と協働して通路１７を画定している。本例では、フィンは、軸Ａによって定められる中心に対して、半径方向を向き、また、一定高さを有する。

したがって、これらのチャネルは、後部軸受けによって形成される底面と、２つの隣接フィンの２つの向き合った側部と、２つの隣接フィン間に形成された熱放散ブリッジのＵ字形底部１６０とを有する。フィンを有する熱放散器と、電力電子装置を支持するブリッジとが単一部材であり、単一部材の熱放散ブリッジを形成しているのが好ましい。

フィンは、たとえば熱放散ブリッジと一体成形されており、その数を増加させて、本例では、空気との熱交換表面を改良するために、薄くされている。

変更例では、熱放散器は、電力電子装置を支持しているブリッジに取り付けることができ、これにより、熱放散ブリッジは２部材で形成される。この流体は、次に、後部軸受け４内に形成されたスロット４ａ〜４ｄを通って排出される。これらのスロット４ａ〜４ｄは、好ましくは、図１に示されているものと同様に、オルタネータ軸受け内に形成されるスロットと同一である。

フィン１８は、半径方向で流体の流れ方向に配置され、中空の形状の後部軸受け４上の中央スロット４ｂおよび４ｃに向かって集束しているのが好ましい。

より正確には、この軸受け４は、シャフト２が通る中央の孔を有する底部４０を有する。この底部は、シャフト２を支持する玉軸受け６を取り付けるためのハウジングを有し、その外周から、環状リム４１が延出している。底部４０およびリム４１は、軸Ａに対して、それぞれ直角方向および軸方向を向いている。

したがって、軸受け４の上面は、底部４０の、通路１７の壁の１つを構成する上面によって形成されている。

リム４１は、ステータ３の本体８を、内側に支持している。

中央スロット４ｂ、４ｃは、底部４０に属し、その他のスロット、すなわち、側部または半径方向スロット４ａ、４ｄは、リム４１に属している。

図３には、中央スロットの１つ４ｂおよび側部スロットの１つ４ａだけに符号が付されている。底部４０の中央開口に近い中央スロットは、窓形である。一方、側部スロットは長円形であり、アーマチュア巻線７の巻線の、本体８から突出してリード線と呼ばれる部分の下方で、半径方向に位置している。これらの側部スロットにより、巻線はうまく冷却される。

したがって、本発明では、空気（または任意の他の冷却流体）が、オルタネータ／スタータの開口１９を通って横方向に吸い込まれ、軸受け４の中央スロット４ｂおよび４ｃの方に流れる一方、熱放散ブリッジの冷却部材、すなわち、フィン１８を、それらの全長にわたって掃引した後、軸受け４の側部スロット４ａおよび４ｄを通って排出される。したがって、熱放散ブリッジ１６の冷却後、電力電子装置１５、さらに正確には、その構成部品は、本例では、フィン１８の形をした冷却手段１８を介して、伝導によって冷却される。

加えて、熱放散ブリッジ１６および電力電子装置または電子回路１５が、回転シャフトから距離を置いた位置にあるので、この回転シャフト２と熱放散ブリッジ１６との間に、空間２２が存在し、これを通って、空気が循環することもできる。この空間２２は、軸方向流体流チャネルを形成している。

本発明の１つの実施形態によれば、中央スロット２３ａおよび２３ｂが、保護カバー１１に設けられている。そのため、空気は、これらのスロット２３ａおよび２３ｂを通って、オルタネータ／スタータ内に吸い込まれ、それから、回転シャフト２に沿って空間２２内を流れ、熱放散ブリッジ１６の下側の流通路１７と再合流する。このように、電力電子装置は、一方では、通路１７によって横方向に、他方では、空間２２によって軸方向に冷却される。

空間２２を通るこの補助的な軸方向空気流により、機械内の空気流量全体が増加し、オルタネータの内部部品、たとえば、玉軸受け６およびアーマチュア巻線７の巻線用のリード線を、はるかに良好に冷却することができる。

オルタネータ／スタータの後部の冷却流体流の経路が、図２に、矢印および点線で示されている。

本発明の好適な実施形態によれば、後部軸受け４に設けられたスロット４ａおよび４ｄの下流側に、あるいは、図２においてさらに正確に言うと、スロット４ａおよび４ｄの、底部４０に近い後縁部の軸方向下流側に、デフレクタ２４が配置されている。これらのデフレクタ２４は、吸い込み流体流を排出流体流から離し、それにより、オルタネータ／スタータから出る流体が、通路１７に直ぐに再導入されないようにすることができる。これにより、オルタネータ／スタータの内側から出る高温流体の大幅な再循環が回避される。

軸受け４の側部スロット４ａおよび４ｄからの出口に配置されたこれらのデフレクタ２４は、後部軸受けによって支持されている。したがって、１つの実施形態では、デフレクタを軸受けの側部スロット４ａおよび４ｄに近い位置で、軸受け４に固定することができる。それらは、たとえば、図２に示されているように、保護カバーの自由端部を引き上げることによって、保護カバー１１内に形成しながら、後部軸受けによって支持することもできる。

このカバーは、軸受け４によって支持され、好都合にはプラスチック材料から形成されるが、後部軸受け４と同様な中空形状である。従って、それは、軸Ａに対して直角の向きである底部１１０を有し（図２）、この底部の外周から、軸Ａに対して軸方向の向きの環状リム１１１が延出している。

中央スロット２３ａおよび２３ｂは底部１１０に形成されている一方、スロットの形をした開口１９はリム１１１に形成されている。

本例では、デフレクタ２４を互いに連結して、扇形に開くリム１１１の自由端部を形成しており、これにより、後部軸受けのリムにカバーを取り付けることが容易になる。カバー１１の取り付けを容易にするこの端部２４の基部１２４は、本例では、開口１９の前縁部４３よりわずかに引っ込んだ軸方向位置にある。したがって、この基部１２４は、軸方向において、縁部４２、４３間に位置する。

変更例では、リムの自由端部は、カバーの取り付けを容易にするために引き上げられたベベル付き部分ではなく、スロット４ａ、４ｂからの出口の位置に、扇形に広がった、すなわち引き上げられた部分を有する。

別の変更例では、カバーのリム１１１は、デフレクタを形成するために、半径方向に突出して、車両エンジンのケーシングに対応する輪郭のリムを有する。このリムは、仕切り手段を形成し、欧州特許出願公開第０，７４０，４００号明細書に記載されているように、スロットの上流で、かつ開口の下流に配置されている。

図２に示された本発明の実施形態では、保護カバー１１は、オルタネータ／スタータの後部全体を包囲している、すなわち、熱放散ブリッジ１６に取り付けられた電力電子装置１５、および後部軸受け４全体を包囲している。この場合、保護カバー１１に、後部軸受けの側部スロットの下流側に位置して、流体をオルタネータ／スタータから排出できるようにするためのスロットを設けることができる。それはまた、これらのスロットに加えるか、またはそれらの代わりに、側部スロット４ａ、４ｄと向き合う１つまたは複数のデフレクタ２４を設けてもよい。これらを、カバー自体に形成してもよい。

保護カバー１１は、熱放散ブリッジに取り付けられた電力電子装置、および軸受け４の上部をも包囲することができる、すなわち、それは、スロット４ａおよび４ｄを有する軸受けの側部を包囲しない。この場合、デフレクタは、軸受け４に固定するか、あるいはカバーの自由端部を引き上げることによって形成することができる。

１つの特徴によれば、熱放散ブリッジ１６は、タイロッドまたは組み付けボルト２０によって後部軸受け４に固定されている。ある実施形態によれば、タイロッドまたは組み付けボルト、一般的に言えば、組み付け手段２０は、軸受け４をステータ３の磁気回路８に通常に固定するために使用されるものと同一のもの、すなわち、図１に示されたものと同一のタイロッドである。

たとえば、長いねじの形をしたこのタイロッドは、たとえば、欧州特許出願公開第０，１５１，２５９号明細書の図１に示されている。

本発明の別の実施形態では、熱放散ブリッジ１６は、固定スタッド２１によって軸受け４に固定されている。この固定スタッドは、熱放散ブリッジ１６、または軸受け４に固定することができる。

図３は、オルタネータ／スタータの冷却装置だけの概要を示す。言い換えると、ロータ、ステータおよび回転シャフトは、図３には示されていない。したがって、図３には、後部軸受け４と、軸受け４の上方に中二階を形成する熱放散ブリッジ１６とを見ることができる。

この図３の実施形態において、中二階は、固定スタッド２１によって、軸受け４に固定されている。この固定スタッドの数は、少なくとも２個である。それらは、フィン１８の間に分散配置されている。スタッド２１は、プレート４０の外周の近くに、すなわち、中央スロット４ｂの上方において、半径方向に位置している。

図３において、フィン１８は、スタッドより軸方向に短く、それらは、後部軸受け４と、物理的接触、または電気的接触していない。たとえば、フィン１８の軸方向端部と、後部軸受け４の底部４０との間に、２ｍｍの隙間がある。

図３の例では、熱放散ブリッジ１６は、軸受け４の底部の、回転シャフトの周りの表面の約３／４を構成している。このブリッジ１６の上面において、構成部品１５は、オルタネータ／スタータの電力電子装置を構成している。取り付けようとする構成部品の数および大きさに応じて、熱放散ブリッジの表面を変更することができる。

上述した冷却装置の構造により、オルタネータおよびブリッジ整流器を、それぞれ異なる位置で接地することができる。

さらに、電気機械は、熱放散ブリッジの底面と後部軸受けとの間に配置され、それにより、これらの２つの部品間の電気接触の危険性を排除する電気絶縁材料の層を有していてもよい。この絶縁材料層は、後部軸受けの外面に固定されており、また、冷却流体が通過できるように、後部軸受けのスロットと向き合った空気通路スロットを有するのが好ましい。

１つの実施形態によれば、電気構成部品１５は、導電性トラック２５、２６上に配置されている。これらのトラック２５、２６は、たとえばアルミナで、熱放散ブリッジから隔離されている。

たとえば、金属製の台板をポリマー絶縁体で、次に、銅などの導電性材料シートで被覆し、それからエッチングして、絶縁電気回路を形成して構成された絶縁金属基板が利用される。その場合、アルミナを、熱放散器および絶縁基板間に介在させる。さらなる情報については、欧州特許出願公開第１，０３２，１１４号明細書を参照されたい。

本例では、単一トラック２６が、上記欧州特許出願公開第１，０３２，１１４号明細書に記載されているように、正の半ブリッジを定めている、正チップと呼ばれるチップの形をした電子構成部品を支持している。このトラック２６は、Ｕ字形であり、オルタネータ／スタータの正端子を形成するように適合させたトング２７が、それから延出している。

トラック２５は、それぞれ、負の半ブリッジを定める、負チップと呼ばれるチップを支持しており、アーマチュア巻線の関連巻線を固定する働きをするかしめラグ２８を、それぞれが有するようにされている。ＭＯＳＦＥＴ形のトランジスタなどのチップは、ケーブル接続によって接続される。負チップは接地される。負端子は見えない。

しかし、後部軸受けのブリッジを電気絶縁し、それによって、オルタネータが電気モータモードで作動している時の干渉を防止するのが好ましい。

これはすべて、用途によって決められる。

上述したオルタネータ／スタータ用の冷却装置は、従来型のオルタネータにも使用することができる。本発明による装置は、後軸受けが大量の熱を放出するときにも、好都合に使用することができるからである。この場合、本例では、ブリッジ整流器に限定されている電力電子装置を適切に冷却するために、本発明による装置は、後部軸受けおよび熱放散ブリッジ間を熱的に分離させ、それにより、オルタネータの熱放散ブリッジおよび後部軸受け間での伝導による熱交換が存在しないようにすることができる。

一般的に言うと、任意形式のオルタネータ、特に爪または突出ポールを有するロータを備えるオルタネータの場合に、それを実行することができる。

当然ながら、本発明は、上述した例示的な実施形態に制限されない。

特に、通路１７での圧力低下を減少させて、この内部での流体の再循環を回避するための構造を採用することができる。

したがって、変更例では、フィン１８の高さを、軸方向に漸減させている。たとえば、フィン１８は、軸方向において通路１７の内周の高さが、通路１７の外周より高く、それにより、できる限り、一定の空気流速度を得ることができる。

変更例では、通路１７の外周から内周まで延在する第１連のフィンに属する２つの連続フィンの間に、半径方向により短い少なくとも１つフィンが設けられている。

１つの変更例では、フィン１８の少なくとも一部は分割され、それにより、１つのフィン１８の２面間に、静圧が最高である側から、それが最低である側へ進む空気の循環が生じる。このように、冷却流体、本例では空気の限定層の減少、およびこの流体の逆方向への再循環が防止される。

このため、圧力低下は小となり、熱放散ブリッジ１６の冷却は向上する。

スリットは、熱放散器１６の底部１６０に対して、まっすぐか、または傾斜している。したがって、１つの変更例では、フィンは、少なくとも２部分に分割される。

フィンは、正弦波形を有することができる。

フィンの少なくとも一部を、ポストで置き換えることができる。それにより、冷却手段を、フィンおよびポストを有するものとすることができる。

図４〜図１２に示すように、すべての組み合わせが可能である。

このため、図４において、本発明による通路チャネル１７を画定する２つの半径方向向きのフィンを、１８で示してある。第１連のフィンに属するこれらの２つの連続フィン１８の間に、半径方向により短い第２連のフィンに属する少なくとも１つのフィン１８１、本例では３つのフィンが存在する。

フィン１８１は、通路１７の外周に位置している。別のフィン１８２が、通路１７の内周で、２つの連続したフィン１８の間に配置されている。本例では、３枚であるこのフィンは、フィン１８１とほぼ半径方向に整合しており、そのため、ほぼ半径方向に整合しているフィン１８１、１８２の間に、スリットが存在する。

これらのスリットは、ある実施形態では狭い。本例では、スリットは広く、そのため、２つの円周方向のポスト列２８１、２８２が、半径方向において、フィン１８１および１８２間に配置されている。これらのポストは、２つの円周上に位置し、本例では、断面が円形であるが、変更例では、断面が楕円形であるか、図７に３８１で示すように、菱形である。図７では、空気経路は矢印で示されている。これらのポストは、互い違いになるように取り付けられている。

１つの変更例では、図５に示すように、第１連のフィンの連続フィンが、正弦波形、本例では曲線になっており、それにより、ベンチュリ効果を生じて、空気流の速度は最適化される。

この場合、フィンおよびポスト１８２、２８２の数が減少する一方、フィンおよびポスト１８１、２８１の数は増加する。フィン１８０の間の通路１７への入口は、この通路からの出口より、円周方向に大きい寸法を有する。

これらの構造は、すべて、空気との熱放散器の熱交換表面を改善して、電力電子装置の下側の空気流を、正しく管理することができる。また、このブリッジ１６は、薄いフィンだけに頼らないので、ブリッジ１６の製造が容易になる。

当然ながら、冷却手段は、図６に示すように、ポスト４８１だけを有していてもよい。

本例では、断面が円形であるこのポストは、半径方向に整合させるか、あるいは、図４のポスト列２８１、２８２のように、また、図８に５８１に示すように、円周方向にずらすことができる。

ある変更例では、ポストの断面は矩形である。これにより、各フィン１８は、スリットによって互いに分離された複数の部分に分割されている。

ポストが、熱放散器の機械的強度を補強している。ポストの場合、その自由端部を機械加工することが可能であり、それにより、１つの実施形態では、ポストが軸受け４の底部４０と接触状態にある。この接触は、直接的であるか、または間接的であり、たとえば、図１２に５０で示す断熱層が、ポストの自由端部および後部軸受け４の底部４０間に設けられる。

これらのポストの一部は、図３のスタッド２１を構成することができ、それにより、軸受け４の底部４０と、これらの他のポストの自由端部との間に、隙間を設けることができる。

当然ながら、熱放散器１６の底部、さらに正確には、後部軸受けの底部の方を向くそれの底面に、図１０および図１１に２８０で示すような少なくとも１つの曲線部分を設け、それにより、空気をそらせて通路１７内にベンチュリ効果を生じて、空気流の速度を最適化することができる。

この構造は、本発明による冷却手段の別の形である。

ある実施形態のポストの断面は、同一ではない。

ポストの一部は、図１２に６８１で示すように、内部を中空にすることができる。それにより、このポストは、図３の固定スタッド２１の１つを構成する。このスタッドは、それを貫通する図２のタイロッド、または組み付けねじ２０を有しているのがよい。

このポストの一部は、通路１７内に位置する濃縮領域、および熱を吸収する蒸発領域を有し、熱放散器１６の底面と接触している熱パイプから構成することができる。

この熱パイプは、内部が中空であり、水などの加圧流体を封入するチャンバを備えている。熱パイプのチャンバは、たとえば、銅、ステンレス鋼、またはニッケルで形成される。この熱パイプは、熱放散器の熱を取り除いて、液体状態から気体状態に変化する。それは、通路１７内で熱を取り戻す。

当然ながら、ある変更例では、熱放散器１６を、馬蹄形、またはリング形とされる。

ある変更例では、熱放散器は、ステータ３によって発生する交流を直流に整流するブリッジに属する電子構成部品１５、たとえば、トランジスタの形をとるチップを制御するための電圧調整器またはドライバを支持することができ、ドライバの制御下で、構成部品１５に電流が投入されるとき、このブリッジは、上記のように、制御ブリッジでもある。

このブリッジのアームは、その関連ドライバと共にモジュールを形成することができる。一般的に言うと、電力電子回路１５は、幾つかの構成部品および幾つかの部分を有する。

１つまたは複数のドライバを設けることができる。たとえば、制御されたスイッチを構成するチップのすべてを制御する単一ドライバが存在する。ある変更例では、制御するべきチップ毎に１つのドライバが存在するか、またはブリッジのアーム毎に１つのドライバが存在する。このため、ある実施形態では、熱放散器は、オルタネータ／スタータ、すなわちチップおよびドライバ（複数可）の始動および制御を行うユニットの電力部分のすべてを支持している。制御および管理部分、およびロータの励起巻線を制御する電圧調整器は、外部ハウジング内に取り付けられる。

電子回路１５は、参照が可能である国際公開第０３／０５１０９５号パンフレットに記載されているように、熱放散ブリッジに取り付けることができる。したがって、この回路は、チップを受け取るようにした、たとえば、銅製の金属トラックを有する。たとえば、熱可塑性タイプの樹脂を射出して、特にチップをトラックの上面に取り付けるために、トラックの底面および上面に接触可能な部分を金型によって見えるようにしておく。トラックの接触可能な底面は、チップと一直線に並んでいる。

次に、熱伝導性がある電気絶縁部材を、トラックおよび熱放散器１６間に配置する。この部材は、接着面を有するエポキシ樹脂またはポリアミドでよい。１つの変更形では、それは、ガラス球を有する熱伝導性接着剤の場合である。

次に保護カバーを取り付ける。

後部軸受けは、図１のものと比較して、大して変更されていない。この軸受けは、負ダイオードを取り付けるためのハウジングを有しておらず、ブリッジ固定用のスタッドを有している。

本例では、冷却手段は機械式であり、熱放散器１６の第２面に属して、通路１７内に取り付けられた少なくとも１つの突起を有する。

従来型冷却装置を備える従来型オルタネータの後部を示す図である。 冷却流体の導入および排出が横方向に行われるオルタネータ／スタータの後部を示す図である。 電力電子装置が配置されている中二階を備えるオルタネータ／スタータの後部を示す図である。 １つの変更形実施形態の後部軸受けの方を向く熱放散ブリッジの底面の下方から見た部分図である。 １つの変更形実施形態の後部軸受けの方を向く熱放散ブリッジの底面の下方から見た部分図である。 １つの変更形実施形態の後部軸受けの方を向く熱放散ブリッジの底面の下方から見た部分図である。 変更形実施形態の場合の本発明に従った冷却手段を構成するポストの断面図である。 １つの変更形実施形態の後部軸受けの方を向く熱放散ブリッジの底面の下方から見た部分図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。 １つの変更形実施形態の後部軸受けの方を向く熱放散ブリッジの底面の下方から見た部分図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線における断面図である。 後部軸受けの底部上の熱放散ブリッジの取り付け部の断面の部分図である。

符号の説明

１ ロータ
２ 回転シャフト
３ ステータ
４ 後部軸受け
４ａ、４ｄ 側部スロット
４ｂ、４ｄ 中央スロット
５ 後部ファン
６ 転がり軸受け、玉軸受け
７ アーマチュア巻線
８ ステータ本体
１１ 保護カバー
１５ 電力電子回路、電力電子装置
１６ 熱放散ブリッジ、熱放散器
１７ 通路
１８ 冷却手段、冷却フィン
１９ 開口
２０ タイロッド、組み付けボルト
２１ 固定スタッド
２２ 軸方向通路、空間
２３ａ、２３ｂ 中央スロット
２４ デフレクタ
２５、２６ 導電性トラック
２７ トング
２８ かしめラグ
４０ 後部軸受けの底部
４１ 外周リム
４２ 後縁部
４３ 前縁部
５０ 断熱層
１１０ 保護カバーの底部
１１１ 環状リム
１２４ 基部
１６０ 熱放熱器の底部
１６６ リム
１８１、１８２ フィン
２８０ 曲線部分
２８１、２８２ 円周方向ポスト列
３８１ 菱形ポスト
４８１ ポスト
５８１ ポスト列
６８１ 中空ポスト

Claims (16)

1. 回転電気機械であって、
   １．半径方向の冷却流体排出スロット（４ａ）（４ｄ）を有する後部軸受け（４）と、
   ２．少なくとも前記後部軸受け（４）によって支持された回転シャフト（２）上に中心が位置して固定されたロータ（１）と、
   ３．前記ロータ（１）を取り囲み、回転電気機械の相を構成する巻線を有するアーマチュア巻線（７）を含むステータ（３）と、
   ４．前記ステータ（３）相の巻線に接続された電力電子回路（１５）と、
   ５．前記電力電子回路（１５）を搭載した上面と、上面と反対側で前記後部軸受け（４）の方を向く底面を有する熱放散ブリッジ（１６）と、を備えていて、前記底面は、冷却流体通路（１７）の長手方向壁を形成し、冷却流体通路（１７）の他方の長手方向壁は、前記ステータ（３）を支持している前記後部軸受け（４）により形成されている回転電気機械であって、
   イ．前記熱放散ブリッジ（１６）の底面は、前記流体通路（１７）内に配置された複数個の冷却フィン（１８）を有すること、
   ロ．前記熱放散ブリッジ（１６）は、少なくとも２個の固定スタッド（２１）によって後部軸受け（４）に固定されていること、
   ハ．前記熱放散ブリッジ（１６）に固定された複数個の冷却フィン（１８）の全ての軸方向端部は、後部軸受け（４）から所定の間隔を置いた位置にあること、を特徴とする回転電気機械。
2. 前記冷却フィン（１８）は、前記冷却流体流（１７）の方向に、半径方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
3. 前記冷却フィン（１８）は、半径方向を向く冷却チャネルを形成していることを特徴とする請求項1又は２に記載の回転電気機械。
4. 前記冷却フィン（１８）は、ポスト（２８１）（２８２）（３８１）（４８１）（５８１）（６８１）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転電気機械。
5. 前記ポスト（６８１）の一部は、熱放散ブリッジ（１６）を後部軸受け（４）に固定するためのスタッドを構成していることを特徴とする請求項４に記載の回転電気機械。
6. 前記冷却フィン（１８）は、前記熱放散ブリッジ（１６）の底面の少なくとも１つの曲線部分（２８０）によって形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回転電気機械。
7. 前記後部軸受け（４）は、冷却流体通路（１７）の壁の１つを形成する底部（４０）を有し、この底部（４０）の外周から、側部スロット（４ａ）〜（４ｄ）を設けたリム（４１）が延出しており、また、前記後部軸受け（４）は、後部軸受け（４）のリム（４１）上の側部スロット（４ａ）〜（４ｄ）からの出口に配置された少なくとも１つのデフレクタ（２４）を支持していることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
8. 前記電力電子回路（１５）および熱放散ブリッジ（１６）を覆う中空形状の保護カバー（１１）を備え、また、前記デフレクタ（２４）は、前記カバー（１１）の自由端部に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の回転電気機械。
9. 前記保護カバー（１１）の自由端部（２４）は、扇形に広がり、デフレクタを形成していることを特徴とする請求項８に記載の回転電気機械。
10. 前記保護カバー（１１）は、冷却流体流通路（１７）と連通している少なくとも１つの開口（１９）を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の回転電気機械。
11. 前記ロータ（３）の回転シャフト（２）と熱放散ブリッジ（１６）の間に、軸方向流体通路を形成する少なくとも１つの空間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
12. 前記熱放散ブリッジ（１６）は、後部軸受け（４）の上方に、中二階を形成していることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
13. 前記熱放散ブリッジ（１６）および後部軸受け（４）の間に、電気絶縁材料の層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
14. 冷却フィン（１８）を有する熱放散ブリッジ（１６）、および電力電子回路（１５）を支持する熱放散ブリッジ（１６）は、単一部材であることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
15. 電力電子回路（１５）は、トラック（２５）上に配置された電力構成部品を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
16. 可逆オルタネータを形成していることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。

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