JPH02246752A - 電力制御回路内蔵の回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、チョッパ制御により電力制御（回転数制御）
がなされる直流回転機に係り、更に詳細には内部に回転
機冷却用の電動ファンを内蔵した回転機の内部構造に関
する。

〔従来の技術〕

従来より、モータ等の回転機の内部には、電機子コイル
、界磁コイル等を冷却するため、回転機のシャフトにフ
ァンを直結したり、電動ファンを内蔵する手段が採用さ
れている。

例えば、バッテリフォークリフトの走行用モータは、チ
ョッパ制御で断続使用されるが、フォークリフトの作業
の性質上頻繁に停止、走行が繰り返される。この場合に
は、シャフト直結タイプのファンだと、フォークリフト
停止時の強制的な冷却が期待できないので、電動ファン
が使用されている。なお、電動ファン内蔵の回転機とし
ては。

特開昭５６−３１３４９号公報に開示されたものがある
。

上記のようにバッテリフォークリフトにモータ冷却用の
電動ファンを組み込んだ場合には、走行用モータのシャ
フトにファンを直結したタイプのものより少なくと、も
２０％以上のパワーアップが図れるものとして評価され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来のモータ制御用の電力制御回路としては
、サイリスタチョッパ等が用いられているが、サイリス
タチョッパの場合には、サイリスタの他に転流リアクト
ルや、転流コンデンサを必要とし、これらの部品が比較
的大きいため、電力制御回路が大型化する傾向にある。

そのため、トランジスタ方式のチョッパ回路を使用する
傾向にある。但し電力制御回路に用いるパワートランジ
スタは、最大電流３００Ａ以上流すチョッパでは、ＦＶ
Ｄ（順方向電圧効果）が１．５ｖあると、４５０Ｗの電
熱器と同等の発熱を生じる。このようなトランジスタ素
子は、自然冷却の場合には、冷却フィンを大きくしなけ
ればならず、制御装置全体の大型化につながる。

従って、これらの回路部品も電動ファンで強制的に冷却
するため、回転機本体内に組み込むことや、チョッパ回
路に用いる直流リアクトル等も回転機本体に組み込む技
術が提案されている。

しかし、従来の回転機は、これらの電力制御回路を、冷
却効率アップの面から回転機内にどのようにして組み込
むか、充分な配慮がなされていなっかだ。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、回転機の内部に電力制御回路等の部品
、配線等を集約させて装置の小型化を図り、且つこれら
の部品をモータコイル等のモータ部品と共に効率良く冷
却して、回転機の性能アップを図ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、電力制御回路によ
りモータ電流の通流率が制御される直流回転機で１回転
機本体の内部に回転機の電機子コイル、界磁コイル等の
モータコイルを強制冷却するための電動ファンを内蔵す
るものにおいて、前記電力制御回路をトランジスタによ
るチョッパ回路で構成し、かつこのチョッパ回路のトラ
ンジスタ及び直流リアクトルを前記回転機本体に内蔵す
ると共に、前記電動ファンにより形成される回転機本体
内の通風経路には、回転機本体に形成した通風入口側か
ら通風出口側に向けて、前記トランジスタ、直流リアク
トル、前記モータコイルの順に配列してなる。

〔作用〕

このような構成よりなる本発明によれば、電動ファンの
駆動により１回転機内には通風入口より外部の冷却風が
導入され、その冷却風が電力制御回路のトランジスタ、
直流リアクトルを冷却した後、電機子コイル、界磁コイ
ル等のモータコイルを冷却し、その後通風出口より排気
される。そして、本発明では回転機内の通風経路で、ト
ランジスタ→直流すアクトル→電機子コイル、界磁コイ
ル等を冷却するが、この場合、発熱量の大きさは、電機
子コイル、界磁コイル等のモータコイルが最も大きく１
次いで直流リアクトル、その次がトランジスタであるの
で、トランジスタや直流リアクトルは、モータコイルの
熱を吸収する前の比較的低温状態にある冷却風で効率良
く冷却され、その後、冷却風がまだ充分に冷却余力を残
した状態でモータコイルを冷却する。

この冷却風の通過経路における冷却風の温度変化の状態
は、第５図に具体例が例示されており、例えば、バッテ
リーフォークリフト適用の場合。

回転機の通風入口から流入した段階では、冷却風の温度
が４０°Ｃであると１通常は、トランジスタの過程で４
２６０、直流リアクトルの過程で４５〜５０′Ｃで、モ
ータコイル等の過程で７０＠Ｃまで温度が上昇する０以
上の冷却風の温度変遷過程をみると、仮に最初に電機子
コイル、界磁コイル等のモータコイルを冷却すると、ト
ランジスタや直流リアクトルは、既に大幅に加熱された
冷却風であるので、冷却余力をあまり有しておらず、上
記の本発明の冷却対象部品の配置構造に較べてトランジ
スタや直流リアクトルの冷却効果が弱まる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す半裁断面図、第２図は
そのイ＝イ断面図、第３図はローロ断面図、第４図は本
実施例のモータ回路図である。

第１図は一例としてフォークリフトの走行用モータ（直
流モータ）を例示したもので、この説明に先立ち走行用
モータの制御回路について第４図により説明する。

第４図において、４０がバッテリ、２１がトランジスタ
で構成されるチョッパ回路、１５が直流リアクトル、６
が電機子コイルでこれらの要素が直列に接続されている
。

３３はフリーホイールダイオードで、電機子コイル６及
び直流リアクトル１５と並列に接続される。

また分巻界磁コイル２は電機子コイル６と並列接続され
、且つこの界磁コイル２に流れる電流は、ブリッジ状に
４個組み込まれたトランジスタ３４ａ〜３４ｄのオン、
オフ制御により電流の方向が切り替わるよう設定される
。すなわち、トランジスタ３４ａ〜トランジスタ３４ｄ
のうちトランジスタ３４ａ、３４ｄをオンさせた場合と
、トランジスタ３４ｂ、３４ｃをオンさせた場合とでは
。

界磁コイル２に流れる電流の向きが反対となり、この電
流方向の切換でモータが正逆いずれにも回転する。

次に第１図から第３図により本実施例のモータの内部構
造について説明する。

第１図において、１は直流分巻界磁型のモータで、モー
タ１のボディは、ヨーク４．ハウジング１１及びこれら
の両端に配設されるブラケット１２ａ、１２ｂで構成さ
れる。

ヨーク４の内部には、主にモータの要素（ステータ及び
ロータ要素）が配置され、ハウジング１１の内部には、
モータ要素の一部（！１流子５．ブラシ１０等）、冷却
用の電動ファン２９．電力制御回路の構成要素等が配置
される。すなわち、ヨーク４内周には、分巻界磁コイル
２．磁極３が固定配置され、界磁コイル２．磁極３．ヨ
ーク４でステータを構成する。一方ロータは、電機子軸
８に整流子５．電機子コイル６、電機子コア７を組み込
むことで構成される。電機子軸８は、ヨーク４内部空間
を貫通し、一端がブラケット１２ｂに軸受１３で支持さ
れ、他端がハウジング１１内部空間に軸受１４を介して
支持されている。ブラシ１０はハウジング１１内周で支
持されつつ、整流子５に接する。

ハウジング１１内周には、コイル１６とコア１７より構
成される環状の直流リアクトル１５と、チョッパ回路を
構成するトランジスタ２１とが固定支持される。このう
ち、直流リアクトル１５は、第２図に示すように固定金
具１８及びねじ１９を介して固定される。なお、電流値
によっては過渡の飽和によるインダクタンス減少が生じ
るので、これを防ぐための非磁性スペーサ２０が磁気回
路に設けである。

トランジスタ２１は、フラットタイプのもので、第３図
に示すように、絶縁した４つのフィン２２に各トランジ
スタ２１が設けである。

例えば４個のフィン２２のうち３個には、電力制御の中
枢であるチョッパ回路用のメイントランジスタが配設さ
れ、あと１個のフィンにフリーホイールダイオード３３
を配置し、また界磁電流方向切換用のトランジスタブリ
ッジ３４ａ〜３４ｄがこれらのフィン２２のうちの一部
に設置されている。フィン２２は、放熱のための突起２
３が背面に配設され、これらのフィン２２が絶縁物２４
゜２５を介して固定具２６とボルト２７でハウジング１
１に固定される。また、フィン２２の１部には、固定用
の脚部２８が形成される８本実施例の脚部２８は、先端
がハウジング１１内周に当接できるような形状を呈し、
この脚部２８を固定具２６でハウジング１１内周に締め
付けることで１脚部２８先端がハウジング内周にくさび
効果を発揮しつつ圧接し、このようにして、フィン２２
が安定して固定される。

次にモータ冷却系について説明する。

３０は電動ファンで、専用のファンモータ３０ａと、フ
ァンモータ３０ａに取付けたファン３０ｂとで構成され
る。モータの両端に配置されるブラケット１２ａ、１２
ｂのうち、１２ａ側には、モータ開口部（通風入口）３
１が形成され、１２ｂ側には、窓（通風出口）３２が円
周方向に複数配設される。電動ファン３０で発生した空
気流は、ハウジング１１内周、ヨーク４内周に沿ってモ
ータの軸方向に流れるようにしてあり、その通風経路に
通風人口３１側から出口３２に向けて順に電力制御用及
び界磁電流方向切換用等のトランジスタ２１．．３４ａ
〜３４ｄ群、フリーホイールダイオード３３．直流リア
クトル１５、ブラシ１０、界磁コイル２、電機子コイル
６等の被冷却要素が配置される。

しかして、このような冷却系によれば、電動ファン３０
が回転すると、モータ開口部（通風入口）３１から流入
した冷却風は、フィン２２の突起２３の表面を通過し、
フィン２２の表面から熱を奪って直流リアクトル１５を
冷却し、さらにモータ部の空間に入り、ブラシ１０．整
流子５．電機子コイル６、電機子コア７、分巻界磁コイ
ル２等を冷却して、通風出口３２より排出する。このよ
うな冷却を行なう場合、被冷却要素のうち、最も発熱量
が大きいのは、電機子コイル６、界磁コイル２等のモー
タコイルで、次いで直流リアクトル１５、トランジスタ
２１．３４ａ〜３４ｄ等である。

ここでモータ入口３１から出口３２までの冷却風の温度
状態を、第５図を参照しつつ説明する。フォークリフト
のように路上作業を行なうような場合、モータの空気人
口３１付近における冷却風は。

路面などで熱せられ高い場合で４０°Ｃ程度であり、ト
ランジスタ２１等の冷却フィン２２を通過する過程で４
２°Ｃ１直流リアクトル１５を通過する過程で４５〜５
０″Ｃ、モータコイル部２゜６を通過する過程で７０°
Ｃとなって排出される。

すなわち、本実施例の被冷却要素の配置構造をみると１
発熱量の少ないものから冷却していくので、冷却風が最
初から極端に急上昇することがなく、トランジスタ２１
．３４ａ〜３４ｄ、直流リアクトル１５を有効に冷却し
たのち、充分な冷却余力を残して１発熱量の大きなモー
タ要素を冷却することになる。なお、このような被冷却
要素の配置構造を採用せず、例えば最初にモータ要素等
を冷却する構造によれば、その段階で冷却風の温度が最
大に近いまで上昇し、その後にトランジスタ、直流リア
クトルを冷却する場合には、トランジスタ、直流リアク
トルの冷却効果が低下し、その性能に悪影響を及ぼす必
要がある。

以上のように、本実施例によれば、モータ内部の冷却効
果を高めることで、特に直流モータが断続的に使用され
る間歇負荷のような用途の場合でも、モータ要素は勿論
のこと、トランジスタや直流リアクトルを効率良く冷却
し、モータの性能改善を図れる。さらに、トランジスタ
、直流リアクトルの冷却効率アップをはかることで、冷
却フィンや直流リアクトルを小形にすることができる効
果がある。

また、本実施例によれば、電力制御回路と直流モータと
が一体形を呈するので、これらの配線が内部配線だけで
済み、配線の短縮化による損失の低下を防止でき、出力
アップを通じてモータを一うンク小さくできる効果を奏
しえる。すなわち、モータの駆動回路、電力制御回路等
の各素子を接続する主回路は、２００Ａ〜５００Ａも流
す太いケーブルにする必要があり、それをモータの内部
に入れてしまうので、抵抗損の軽減もできるし、配線の
工数や重量も軽減できるもで、装置全体の小形軽量化を
図ることができる。

第６図は本発明の他の実施例を示すもので、図中、前述
の実施例と同一符号は同−或いは共通する要素である。

第２実施例は、第１実施例の電動ファンが押し込み方式
であったのに対し、吸い出し方式を採用し、電動ファン
を通風出口３２側に配置する。

この方式は特開昭５６−３１３４９号のものに改良を加
えたもので１通風人口３１から出口３２に向けてトラン
ジスタ２１，３４ａ〜３４ｄ、直流リアクトル１５、モ
ータ部のブラシ１０．ＩＩ流子５゜電機子コイル６、界
磁コイル２．電機子コア７を配置し、その後に電動ファ
ン３０を通風出口３２寄りに配置する。

この方式は、電動ファンを・支える軸受３３を２個必要
となり軸受ロスが大きいが１通風出口側で吸い出す方式
で、第１実施例の空気押し込み方式よりも通風効率は高
い、なお、第１実施例の押し込み方式は通風効率は、第
２の実施例に較べ低くなるが、軸受損が小さいので、総
合的にみて大きな優位差は生じない、すなわち、いずれ
の方法も冷却効率向上に役立ち、装置の小型化、低コス
ト化に貢献できる。なお、本実施例を上記特開昭５６−
３１３４９号の従来例と比較すると、従来例の場合には
、電動ファンで吸引する冷却系の通風路を、電機子コイ
ル、界磁コイル等の冷却系と、電力制御装置の部品を冷
却する冷却系とに分けているが。

この方式よりも本実施例の方が、電力制御回路のトラン
ジスタを通過する風量を増加させる利点がある。　なお
、上記各実施例は分巻界磁方式のものに適用したものを
例示したが、これに代えて他励界磁方式の直流モータに
適用してもよい、また、バッテリーフォークリフト用走
行モータの他に電気自動車用の駆動モータ、ゴルフカー
ト用モータ等に適用してもよく、その用途を限定するも
のではない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、回転機の内部に電力制御
回路、直流リアクトルを内蔵するので、回転機自身の構
成部品と制御回路の部品、配線等を集約させて装置の小
型化を図り、且つ、制御回路等のトランジスタ、直流リ
アクトルと電機子コイル、界磁コイル等のモータコイル
との配置構造に工夫をなすことで、これらの部品の冷却
効率を向上させ１回転機の性能アップを図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す半裁断面図、第２図
は第１図のイーイ断面図、第３図は第１図のローロ断面
図、第４図は上記実施例のモータ回路図、第５図は上記
実施例の回転機本体内部に冷却風を通した時の温度変遷
状態を示す説明図、第６図は本発明の第２実施例を示す
半裁断面図である。 １・・・直流回転機（モータ）、２・・・界磁コイル（
分巻界磁コイル）、５・・・整流子、６・・・電機子コ
イル、１０・・・ブラシ、１５・・・直流リアクトル、
２１・・・トランジスタ、（チョッパ回路）、２２・・
・冷却フィン、３０・・・電動ファン、３０ａ・・・フ
ァンモータ、３０ｂ・・・ファン、３１・・・通風入口
、３２・・・通風出口、３４ａ〜３４ｄ・・・界磁電流
方向切換用トランジスタ。 第３図 第４図 第５図 ０Ｃ ４，２Ｃ ４５ｒ〜５０ｒ ０Ｃ Ｏ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力制御回路によりモータ電流の通流率が制御され
   る直流回転機で、回転機本体の内部に回転機の電機子コ
   イル、界磁コイル等のモータコイルを冷却するための電
   動ファンを内蔵するものにおいて、 前記電力制御回路をトランジスタによるチョッパ回路で
   構成し、かつこのチョッパ回路のトランジスタ及び直流
   リアクトルを前記回転機本体に内蔵すると共に、前記電
   動ファンにより形成される回転機本体内の通風経路には
   、回転機本体に形成した通風入口側から通風出口側に向
   けて、前記トランジスタ、直流リアクトル、前記モータ
   コイルの順に配列してなることを特徴とする電力制御回
   路内蔵の回転機。 ２、第１請求項において、前記回転機は分巻界磁型の直
   流モータで、その電機子コイル側或いは分巻界磁コイル
   側の回路にトランジスタをブリッジ状に組み込んだモー
   タの正逆回転切換用の電流方向変換器を設け、この電流
   方向変換器のトランジスタを前記電力制御回路のトラン
   ジスタと共に前記回転機本体内部の通風経路に配置して
   なる電力制御回路内蔵の回転機。 ３、第１請求項において、前記回転機は他励界磁型の直
   流モータで、その電機子コイル側或いは他励界磁コイル
   側の回路にトランジスタをブリッジ状に組み込んだモー
   タの正逆回転切換用の電流方向変換器を設け、この電流
   方向変換器のトランジスタを前記電力制御回路のトラン
   ジスタと共に前記回転機本体内部の通風経路に配置して
   なる電力制御回路内蔵の回転機。 ４、第１請求項ないし第３請求項のいずれか１項におい
   て、前記電動ファンは、前記通風入口側に配置して、回
   転機本体内部に冷却風を押し込む方式、或いは前記通風
   出口側に配置して、回転機本体内部を通過する冷却風を
   吸い出す方式のいずれかを採用してなる電力制御回路内
   蔵の回転機。 ５、第１請求項ないし第３請求項のいずれか１項におい
   て、前記トランジスタは、冷却用のフィンに支持され、
   且つこの冷却用フィンの脚部は回転機本体のハウジング
   内周に適合状態で接する形状を呈すると共に、この脚部
   が固定具の締め付けでハウジング内周に圧接してなる電
   力制御回路内蔵の回転機。