JP5893099B1 - 電力供給ユニット一体型回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
インバータが、バッテリの直流電力と回転電機の交流電力や直流電力との授受を制御しており、制御によっては、バッテリ側の直流電圧が変動するため、バッテリに接続された他の機器の性能が低下する恐れがある。そこで、電圧変動を抑制するため、インバータには平滑コンデンサが搭載される。
例えば特許文献1に記載のインバータ一体型電動機においては、基板に平滑コンデンサを搭載し、冷却部材にて風を生じさせ、通風孔を設けて平滑コンデンサを冷却するものが示されている。
この発明は、上記の課題に鑑み、平滑コンデンサをヒートシンクへ内蔵することで、水や粉じんの影響を無くし、また、軸方向を短小化し、さらに、平滑コンデンサの熱をヒートシンクへ熱伝導させて冷却する電力供給ユニット一体型回転電機を提供することにある。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
図1から図5に基づいて、この発明の実施の形態1を説明する。
なお、図1は、図2中のB−B線を矢印方向に見た断面図である。
回転電機200は、負荷側ブラケット(以下、フロントブラケットという。)1及び反負荷側ブラケット(以下、リヤブラケットという。)2からなるハウジングと、回転子軸4及び界磁巻線5を有する回転子6と、この回転子の外側に配置され固定子鉄心32と固定子巻線31を有する固定子3とを備えている。固定子3は、フロントブラケット1の一端部とリヤブラケット2の一端部により支持固定され、回転子6は、固定子3の内側に配置されている。回転子6の回転子軸4は、フロントブラケット1に設けたフロント側ベアリング71と、リヤブラケット2に設けたリヤ側ベアリング72により回転自在に支持されている。
フロントブラケット1及びリヤブラケット2の端面には、冷却ファン81、82の吸気口11、21が設けられ、その外周面には冷却ファンの排気口12、22が設けられている。
そして、リヤブラケット2は、その外側端面と、この外側端面との対向面であるヒートシンク140の内側面との間隙で、吸気口21に通じる電気部品冷却用の通風路R1を形成すると共に、リヤブラケット2の内側端面と回転子6との間隙で、排気口22に通じる巻線及び回転子冷却用の通風路R2を形成している。
電力半導体部品121は、アルミや銅の金属基板やセラミック基板に、はんだなどで接合した後にヒートシンク140に搭載することによって、電力半導体部品121とヒートシンク140の絶縁性が確保できるため、伝熱材にグリースや接着剤、シート、ゲルを用いる場合は薄くでき、また、はんだなどの導電材を用いることができる。
平滑コンデンサ122は、電流リプルが印加されることで発熱し、この発熱による温度上昇はコンデンサの寿命に影響するので、次のように平滑コンデンサ用凹部142に収容され後述する冷風によって冷却する。
伝熱材160は、熱伝導性のある接着剤やシート、ゲルなどを使用することで放熱性の効果がある。
平滑コンデンサ122のP側は、電力半導体部品121のP側や第1バスバー125と第5バスバー123を介して接続し、平滑コンデンサ122のGND側は、電力半導体部品121のP側やヒートシンク140と、第2バスバー128を介して接続する。
空中に配線する場合、放熱経路が空気への熱伝達のみのため、大きな放熱を期待できず、インサートした樹脂を溶融するおそれがある。
そこで、図2中のC−C線を矢印方向に見た図3に示すように、ヒートシンク140にバスバー用凹部143を設ける。そして、このバスバー用凹部143内に伝熱材161を介して第3バスバー129や第2バスバー128を収容する。これによって、ヒートシンク140への放熱性が向上し、温度上昇を抑制することができる。
第2バスバー128は、第1バスバー125と接続しているため、第2バスバー128を冷却することで、第1バスバー125の温度も低減することができる。
また、ヒートシンク140のブラケット側対向面(ヒートシンク140の内側面)には、複数の放熱用フィン141を、所定の間隔をおいて回転子軸4の径方向に配列し、この放熱用フィン141と突出部とによって、吸気口21に向う通風路が形成されている。
一方、リヤブラケット側の冷却風W21及びW22は、通風路R1を経て吸気口21から吸入され、遠心方向に曲げられ、回転子6及び固定子3を冷却して排気口22から排出する。この間、通風路R1内において後述すように電気部品の冷却が行われる。
図5に示すように、冷却風W21は、平滑コンデンサ用凹部142によって形成された突出部の外周面(平滑コンデンサ用凹部142の回転電機200側の外面)及び凹部143によって形成された突出部の外周面(バスバー用凹部143の回転電機200側の外面)と、これらの外周面と対向するリヤブラケット2の外側端面とで形成した通風路を通過することで、平滑コンデンサ用凹部142による突出部の対向面(平滑コンデンサ122のリード突出面)、及びバスバー用凹部143による突出部を冷却することができる。
冷却風W22は、平滑コンデンサ用凹部142による径方向の突出部の外周面、及びバスバー用凹部143による径方向の突出部の外周面と、これらの部材と間隙をおいてそれぞれ対向配置した放熱用フィン141とによって形成された通風路を通過する。
冷却風W23は、平滑コンデンサ用凹部142による突出部間を通過することで、平滑コンデンサ122や第2バスバー128、第3バスバー129の側面部を冷却することができる。さらに、平滑コンデンサのリードのGNDは、第5バスバー123を介してヒートシンク140に接続されているため、リード側の熱も冷却することができる。このようにして、平滑コンデンサ122は、全面から放熱することができる。
この変形例では、平滑コンデンサ用凹部142による突出部、及びバスバー用凹部143による突出部に、冷却風の流れ方向となる径方向や、軸方向にそれぞれ凹部用フィン145(2点鎖線で示す)が配置されている。
このように構成することによって、図5の冷却風に加え、冷却風W24は、凹部用フィン145とリヤブラケット2の面とで形成した通風路を通過し、冷却風W25は凹部用フィン145とリヤブラケット2の面とで形成した通風路を通過し、冷却風W26は凹部用フィン145と放熱用フィン141とで形成した通風路を通過し、熱伝達面を増大することができる。
これらの通風路の形成によって、平滑コンデンサ122、第2バスバー128、第3バスバー129などの放熱性をさらに向上することができる。
樹脂ケース126の上面は、樹脂カバー130で蓋をする。
以下、図8に基づいて、この発明の実施の形態2を説明する。
この実施の形態2の電力供給ユニット一体型回転電機は、樹脂カバー(蓋体)130及びヒートシンク140に、吸気口21と連通する連通口131、144をそれぞれ設け、これら連通口によって形成された通風路に、回転子軸4の軸端に設けた回転センサ110及びブラシ100を露出させ、これらの部材を冷却するものである。
なお、図8において、連通口(ヒートシンク用通風孔)144は、ヒートシンク140の第1バスバー125より内周側でブラシ100より外周側に設け、また、連通口(樹脂カバー用通風孔)131は、樹脂カバー130において、ヒートシンクの投影部に設ける。
2:リヤブラケット(反負荷側ブラケット)、
3:固定子、 4:回転子軸、 5:界磁巻線、 6:回転子、 9:プーリー、
21:吸気口(リヤブラケット用吸気口)、22:排気口(リヤブラケット用排気口)、
31:固定子巻線、 32:固定子鉄心、 72:リヤ側ベアリング、
82:冷却ファン(リヤ側冷却ファン)、 100:ブラシ、 110:回転センサ、
121:電力半導体部品、 122:平滑コンデンサ、
123:第5バスバー(平滑コンデンサ用バスバー)、
124:制御基板、 125:第1バスバー、 126:樹脂ケース、 127:樹脂
128:第2バスバー、 129:第3バスバー、 130:樹脂カバー(蓋体)、
131:連通口(樹脂カバー用通風孔)、 140:ヒートシンク、
141:放熱用フィン、 142:凹部(平滑コンデンサ用凹部)、
143:凹部(バスバー用凹部)、 144:連通口(ヒートシンク用通風孔)、
145:凹部用フィン、 160:伝熱材、 161:伝熱材、 200:回転電機、
211:第4バスバー、 300:電力供給ユニット、 W1:フロント側冷却風、
W21〜W26:リヤブラケット側の冷却風、
W31:リヤブラケット側の第二冷却風。
Claims (7)
- 負荷側ブラケット及び反負荷側ブラケットに回転自在に支持された回転子、及びこの回転子の外側に配置された固定子を有し、前記回転子の界磁巻線あるいは前記固定子の固定子巻線に電力を供給する電力供給ユニットを、前記反負荷側ブラケットに一体化した電力供給ユニット一体型回転電機であって、
前記電力供給ユニットは、電力半導体部品、平滑コンデンサ、及びバスバーを含む電気部品を有し前記固定子巻線及び前記界磁巻線の電力を制御するパワー回路と、前記反負荷側ブラケットと対向して設けられ外側面に前記電気部品を搭載したヒートシンクとによって構成され、
前記回転子の回転子軸で駆動される冷却ファンの吸気口を、前記反負荷側ブラケットの端面に設けると共に前記冷却ファンの排気口を、前記反負荷側ブラケットの外周面に設け、前記反負荷側ブラケットの外側端面と前記ヒートシンクとの間隙によって、前記吸気口に通じる通風路を形成すると共に前記反負荷側ブラケットの内側端面と前記回転子との間隙によって、前記排気口に通じる通風路を形成し、
前記ヒートシンクのブラケット側対向面を、前記吸気口に通じる通風路内に突出させることにより前記電気部品の搭載面に前記電気部品を収容する凹部を形成すると共に前記通風路内に前記凹部による突出部を形成し、この突出部を前記電気部品の放熱部としたことを特徴とする電力供給ユニット一体型回転電機。 - 前記凹部による突出部は、前記回転子軸の径方向に複数配列され、この突出部によって前記吸気口に向う通風路を形成したことを特徴とする請求項1に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 前記ヒートシンクのブラケット側対向面に、前記回転子軸の径方向に放熱用フィンを複数配列し、この放熱用フィンと前記突出部とによって、前記吸気口に向う通風路を形成したことを特徴とする請求項2に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 前記突出部に放熱用フィンを設け、この放熱用フィンと前記ヒートシンクのブラケット側対向面に設けた放熱用フィンとによって、前記吸気口に向う通風路を形成したことを特徴とする請求項3に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 発熱部品である前記電気部品は、接着剤、シート材、ゲル材の内、いずれかの伝熱材を介し前記ヒートシンクの凹部に収容されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 前記ヒートシンクの電気部品搭載面は、前記ヒートシンクに設けた蓋体で覆われていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 前記蓋体及び前記ヒートシンクには、前記吸気口と連通する連通口をそれぞれ設け、これら連通口によって形成された通風路内に、前記回転子軸の軸端に設けた回転センサ及びブラシを露出させたことを特徴とする請求項6に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
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