WO2005086322A1

WO2005086322A1 - 車両用回転電機装置

Info

Publication number: WO2005086322A1
Application number: PCT/JP2005/003622
Authority: WO
Inventors: Yutaka Kitamura; Yoshihito Asao
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2005-09-15
Also published as: EP1722463B1; CN100461590C; US7414339B2; US20070035270A1; EP1722463A4; JP2005253184A; KR100770103B1; EP1722463A1; EP3193433A1; CN1771649A; KR20060009858A; JP4156542B2

Abstract

【課題】　電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される車両用回転電機装置において、回転電機と該回転電機を制御するインバータユニットとを一体化した回転電機装置の小型化とトルク特性および効率を向上させる。【解決手段】　インバータユニット４が冷却ファン２８によって強制的に形成された冷却風により冷却されるので、インバータユニット４が効率よく冷却される。そこで、ヒートシンク４０１、４０２、４０３の放熱フィン４０１ａ、４０２ａ、４０３ａを小型化でき、結果インバータユニット４の小型化が図られ、インバータユニット４のリヤブラケット１９への搭載性が向上される。さらに、インバータユニット４と回転電機２とが冷却ファン２８によって形成される冷却風により冷却されるので、インバータユニット４の冷却媒体が回転電機２の冷却媒体（冷却風）と共用され、冷却構造が簡素化される。

Description

明細書

車両用回転電機装置

技術分野

[0001] この発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される車両用回転電機装置、特に回転電機と該回転電機を制御するインバータユニットとを一体ィ匕した車両用回転電機装置に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、地球温暖化防止を背景に C02の排出量削減が求められている。そして、自動車における C02の削減は、燃費性能の向上を意味しており、その解決策の一つとして、電気自動車 (EV)あるいはハイブリッド自動車 (HEV)の開発、実用化が進められている。

特に、ハイブリッド自動車に搭載される回転電機に要求される機能としては、車両停止時のアイドリングストップ、減速走行中のエネルギー回生、加速走行中のトルクァシスト等であり、これらの実現によって燃費性能の向上が可能となっている。

[0003] そして、このための回転電機として電動発電機がエンジンの外側に横置き式に搭載され、ベルトが電動発電機とクランク軸プーリとの間に掛け渡され、電動発電機とェンジンとの間で双方向の駆動力伝達が行われるようになつている。

そして、電動時には、バッテリの直流電力がインバータにより交流電力に変換される。この交流電力が電動発電機に供給され、電動発電機が回転駆動される。この回転力がベルトを介してエンジンに伝達され、エンジンが始動される。一方、発電時には、エンジンの駆動力の一部がベルトを介して電動発電機に伝達され、交流電力が発生する、この交流電力がインバータにより直流電力に変換され、ノッテリに蓄えられる。 (例えば、特許文献 1参照）

[0004] 特許文献 1 :特開 2001— 95103号公報（図 1、図 2)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 従来の車両用電動発電装置では、インバータが電動発電機から遠く離れて配設されているので、インバータと電動発電機との間を電気的に接続する交流配線の配線長さが長くなつてしまう。その結果、交流配線での配線抵抗が大きくなり、交流配線での電圧降下が大きくなるので、電動発電機に所望のトルクを出力させるだけの電力を供給できな力つたり、電動発電機を所望の回転速度まで回転を上げることができなくなったりすると、う事態を発生させてしまうと、う問題があった。

また、交流配線での電圧降下を抑えるために、交流配線の太さを大きくして配線抵抗を小さくすることも考えられる。しかし、この場合には、配線重量および配線コストが大幅に増加してしまうと、う問題があった。

さら〖こ、エンジンルーム内にぉ、てインバータ及びその制御装置を新たに追加搭載するスペースを確保することが非常に困難になってきており、インバータ及びその制御装置を大幅に小型化することが必要であるという課題があった。

[0006] この発明は、上記の問題を解消するためになされたもので、特にインバータユニットを一体ィ匕した車両用回転電機装置において、インバータユニットを含めた回転電機装置の小型化とトルク特性および効率を向上させることができる車両用回転電機装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

[0007] この発明による車両用回転電機装置は、端面に吸気孔と、外周に排気孔を有する一対のブラケットに回転自在に支承されたシャフトと、上記一対のブラケット内に配設され、上記シャフトに固着されて内部に界磁卷線を装着すると共に両端面には冷却ファンを装着してなる回転子と、上記回転子の外周に該回転子を包囲するように上記一対のブラケットに固着され、電機子卷線が卷回された電機子鉄心からなる電機子とを有する回転電機と、

バッテリの直流電力を交流電力に変換して上記電機子卷線に供給して上記回転子に回転動力を発生させるか、あるいは上記電機子卷線で発生する交流電力を直流電力に変換して上記バッテリを充電するインバータユニットとを備えた車両用回転電機装置において、上記インバータユニットは、概略中空の円筒形状あるいは中空の多角柱形状を成し、少なくとも外表面の一部に多数の放熱フィンを有するヒートシンクを構成し、上記回転電機の反負荷側端部に、上記シャフトを取り囲み、かつ上記冷却ファンによる冷却風が上記回転電機を冷却する前に、上記放熱フィンを冷却するように配置されている。

発明の効果

[0008] この発明によれば、インバータユニットを回転電機の反負荷側端部に一体に固定して、インバータユニットの放熱フィンを冷却ファンによる冷却風が上記回転電機を冷却する前に強制冷却することによって、インバータユニットのヒートシンクを効果的に冷却してインバータユニット自体の小型化が実現できる。その結果、回転電機とインバータユニットの組合せで大幅な省スペースとなり、エンジンルーム内への搭載性が良好になると共に、インバータユニットを回転電機に一体に固定したので、インバータユニットと回転電機を接続する交流配線を削減でき、交流配線での電圧降下を抑えて回転電機のトルク特性を大幅に改善でき、さらに交流配線を削減することによる大幅な重量低減とコストダウンが実現できる。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 実施の形態 1.

図 1はこの発明の実施の形態 1に係る車両用回転電機装置におけるインバータュニットと回転電機を一体化した構造を示す縦断面図、図 2は図 1においてカバーを外した場合のインバータユニットをリャ側力見た図、図 3はこの発明の実施の形態 1に係る車両用回転電機装置を搭載したハイブリッド自動車におけるシステム回路の概念図である。なお、図 2の A— A線は図 1の縦断面図に対応する切断線を示す。

[0010] 図 3において、回転電機 2は卷線界磁式同期電動発電機であり、電機子（図示せず)の電機子卷線 24と回転子（図示せず)の界磁卷線 21を備えてヽる。

また、この図の場合のインバータユニット 4は、複数のスイッチング素子 41と各スイツチング素子 41に並列に接続されたダイオード 42と力も成るインバータモジュール 40 と、このインバータモジュール 40に並列に接続されたコンデンサ 43とを備えている。そして、インバータモジュール 40は、並列に接続されたスイッチング素子 41およびダィオード 42の組を 2組直列に接続したものを並列に 3つ配置して構成されている。そして、電機子卷線 24の各 Y結線 (スター結線)端部力交流配線 9 (但し、本実施の形態 1では廃止されている）を介して直列に接続されたスイッチング素子 41の中間点にそれぞれ電気的に接続されている。また、ノッテリ 5の正極側端子および負極側端子が、直列配線 8を介してインバータモジュール 40の正極側および負極側にそれぞれ電気的に接続されて！、る。

インバータモジュール 40は、制御装置 44によりスイッチング素子 41のスイッチング動作が制御される。また、制御装置 44は、界磁電流制御装置 45を制御して界磁卷線 2 1に流す界磁電流を調整する。

図 1において、回転電機 2は、ベアリング 10、 11を介してシャフト 16を軸支されてフロントブラケット 18とリャブラケット 19とからなるケース内に回転自在に配設され、回転子鉄心 20A、 20Bと界磁卷線 21を備えた回転子 20と、電機子鉄心 23の軸方向両端の径方向端部をフロントブラケット 18とリャブラケット 19とに挟持されて回転子 20を囲繞するように配設された電機子 22とを備えている。そして、フロントブラケット 18とリャブラケット 19とが通しボルト 25により締着一体ィ匕されている。また、回転電機用プーリ 12が回転子 20のシャフト 16のフロントブラケット 18からの延出端に固着されている。冷却ファン 28が回転子 20の軸方向両端面にそれぞれ固着されている。そして、一対のスリップリング 29がシャフト 16のリャ側に装着されている。さらに、ブラシホルダ 30がシャフト 16のリャ側外周に位置するようにリャブラケット 19の外壁面に配設され、一対のブラシ 31がそれぞれスリップリング 29に摺接するようにブラシホルダ 3 0内に配設されている。また、吸気孔 18a、 19aがフロントブラケット 18およびリャブラケット 19の端面に穿設され、排気孔 18b、 19bがフロントブラケット 18およびリャブラケット 19の外周面に穿設されている。

インバータユニット 4は、スリップリング 29を囲むようにしてブラシホルダ 30の部分だけ切り欠!、た概略中空の円筒形状あるいは多角柱形状を成し、外部から内部への接続用サーキットターミナルを絶縁性榭脂で覆ってなるサーキットボード 4aと、サーキットボード 4aに一体に固着された内周面側ヒートシンク 401、反リャブラケット側ヒートシンク 402、外周面側ヒートシンク 403とから構成されている。これらそれぞれのヒートシンク 401、 402、 403の素材には、例えば銅、アルミニウム等の良熱伝導性金属を用い、図 2に示すようにそれぞれ放熱フィン 401a、 402a, 403aが概略中心方向に向力つて放射状に立設されて、る。そして、回路基板 404が電気絶縁状態にヒートシンク 402の反放熱フィン側面上に配設されてインバータユニット 4内に収納されている。この回路基板 404には、スィッチング素子 41、ダイオード 42およびコンデンサ 43が図 3に示される回路を構成するように実装されている。このように構成されたインバータユニット 4は、リャブラケット 19の端面にシャフト 16を囲むように直接取り付けられており、電機子卷線 24の Y結線端部力も延びる口出し線 201、 202、 203がリャブラケット 19から絶縁ブッシュ 300を介して延出し、インバータユニット 4のサーキットボード 4aの接続端子部 420に電気的に直接接続されている。さらに、ノッテリ 5が直流配線 8を介してインバータユニット 4の電源端子（図示せず）に電気的に接続されている。そして、リャブラケット 19の外端面に配設されたインバータユニット 4、ブラシホルダ 30を囲むように、カバー 50が装着されており、このカバー 50には放熱フィン 402aに対向する面に吸気孔 50aが穿設されている。

次にこのように構成された実施の形態 1の回転電機装置のハイブリッド自動車におけるアイドリングストップ時の動作について説明する。

まず、アイドリングストップを開始するための条件が成立すると、エンジン（図示せず）は停止される。そして、エンジンを再始動する条件が揃うと、ノッテリ 5から直流配線 8 を介して直流電力がインバータユニット 4に給電される。そこで、制御装置 44がインバータモジュール 40の各スイッチング素子 41を ONZOFF制御し、直流電力が三相交流電力に変換される。そして、この三相交流電力が電機子卷線 24から延びた口出し線 201、 202、 203を介して回転電機 2の電機子卷線 24に供給される。これにより、界磁電流制御装置 45により界磁電流が供給されている回転子 20の界磁卷線 21の周囲に回転磁界が与えられ、回転子が回転駆動される。

そして、この回転子 20の回転動力が回転電機用プーリ 12、ベルト（図示せず）、クランクプーリ（図示せず)を介してエンジンに伝達されて、エンジンが始動される。そして、エンジンが始動されると、エンジンの回転動力がクランクプーリ、ベルト及び回転電機用プーリ 12を介して回転電機 2に伝達される。これにより、回転子が回転駆動されて電機子卷線 24に三相交流電圧が誘起される。そこで、制御装置 44が各スイッチング素子 41を ONZOFF制御し、電機子卷線 24に誘起された三相交流電力を直流電力に変換して、バッテリ 5を充電する。

このような一連のアイドルストップ動作にぉ、て、回転電機 2の反負荷側 (反プーリ側 )端部に直接取り付けられたインバータユニット 4は、冷却ファン 28が両端面に固着された回転子 20が回転することによって冷却される。

回転子 20が回転駆動され、冷却ファン 28が回転駆動されると、図 1中矢印に示されるように、冷却風がカバー 50の吸気孔 50aから吸入されて放熱フィン 402aから 40 laへと、同じく放熱フィン 402a力ら 403aに沿って流れて、スイッチング素子 41、ダイオード 42およびコンデンサ 43で発生した熱がこれら放熱フィン 402a、 401a, 403a を介して冷却風に放熱される。そして、この冷却風はリャブラケット 19に設けられた吸気孔 19aに導入されて冷却ファン 28によって遠心方向に曲げられて排気孔 19bから排出され、冷却風の流れが形成される。冷却ファン 28に遠心方向に曲げられた冷却風によって電機子卷線 24が冷却される。

[0013] 従って、この実施の形態 1では、インバータユニット 4が冷却ファン 28によって強制的に形成された冷却風により、まず最初にインバータユニット 4の放熱フィン 401a、 4 02a、 403aを冷却するように構成したので、回転電機 2の電機子 22から発生する熱の影響をほとんど受けず、インバータユニット 4内部のスイッチング素子 41など力も発生する熱を効率よく外部に放熱することができ、インバータユニット 4が効率よく冷却される。そこで、ヒー卜シンク 401、 402、 403の放熱フィン 401a、 402a, 403aを/ J、型化でき、その結果インバータユニット 4の小型化が図られ、インバータユニット 4のリャブラケット 19への搭載性が向上される。さらに、インバータユニット 4と回転電機 2とが冷却ファン 28によって形成される冷却風により冷却されるので、インバータユニット 4 の冷却媒体が回転電機 2の冷却媒体 (冷却風)と共用され、冷却構造が簡素化される。

[0014] そして、インバータユニット 4が回転電機 2のリャブラケット 19の外側端面に直接取り付けられ、電機子卷線 24の口出し線 201、 202、 203がインバータユニット 4に直接電気的に接続されているので、インバータユニットと電機子卷線 24との間の交流配線による抵抗増加がない。これにより、インバータユニット 4と電機子卷線 24との間での電圧降下が最小となり、回転電機 2のトルク特性を大幅に向上させることができる。また、インバータユニット 4を回転電機 2に直接取り付けているので、取付スペースが削減でき、レイアウト性が向上する。

また、インバータユニット 4から回転電機 2への交流配線を削減できることによって、重量低減とコストダウンが実現できる。また、交流配線の誤配線などの巿場トラブルが防止できる。

さらに、発熱量が大きいスイッチング素子と、比較的発熱量が大きいコンデンサを上記インバータユニットの放熱フィンによって効率良く冷却できる。

実施の形態 2.

図 4はこの発明の実施の形態 2に係る車両用回転電機装置におけるインバータュニットと回転電機を一体化した構造を示す縦断面図、図 5はインバータユニットの放熱フィンをリャブラケット側力も見た図である。

図 4において、インバータユニット 4は、スリップリング 29を囲むようにしてブラシホルダ 30の部分だけを切り欠いた概ね円筒形状あるいは多角柱形状を成し、外部から内部への接続用サーキットターミナルを絶縁性榭脂で覆ってなる蓋状のケース 4bと、ケース 4bに一体に固着されたヒートシンク 410と力も外観は構成されて!、る。このヒートシンク 410の素材には、例えば銅、アルミニウム等の良熱伝導性金属を用い、図 5で示すようにそのヒートシンク 410の外周面側には外周面側フィン 410a、リャブラケット側にはリャブラケット側放熱フィン 41 Obが概略シャフト 16と平行でかつ中心方向から放射状に拡つて配設されてヽる。

そして、回路基板 404が電気絶縁状態にヒートシンク 410の反リャブラケット側フィン面上に配設されてインバータユニット 4内に収納されている。この回路基板 404には、スイッチング素子 41、ダイオード 42およびコンデンサ 43が図 3に示される回路を構成するように実装されている。また同様に、回路基板 405も電気絶縁状態にヒートシンク 410上に配設されてインバータユニット 4内に収納されている。この回路基板 405には、制御装置 44および界磁電流制御装置 45が図 3に示される回路を構成するように実装されている。

このように構成されたインバータユニット 4は、リャブラケット 19の外側端面に直接取り付けられており、電機子卷線 24の Y結線端部から延びる口出し線 201、 202、 203 力 Sリャブラケット 19から絶縁ブッシュ 300を介して延出し、インバータユニット 4のケース 4bの接続端子部 420に電気的に接続されている。

そして、リャブラケット 19の外端面に配設されたインバータユニット 4、ブラシホノレダ 3 0を囲むようにカバー 50が装着されており、このカバー 50の外周面には外周面側放熱フィン 410aに対向する吸気孔 50bが穿設されている。また、カバー 50の開口側端部には、リャブラケット 19の排気孔 19bから排気された高温の冷却風をカバー 50の吸気孔 50b側に循環させないための仕切り壁 50cが排気孔 19bの外側周辺に設けられている。

なお、他の構成は上記実施の形態 1と同様に構成されている。

[0016] この実施の形態 2において、回転子 20が回転駆動され、冷却ファン 28が回転駆動されると、図 4中の矢印に示されるように、冷却風がカバー 50の吸気孔 50bから吸入されて、図 5に示されているように外周面側放熱フィン 410a、リャブラケット側放熱フイン 410bに沿って流れて、スイッチング素子 41、ダイオード 42、コンデンサ 43、制御装置 44および界磁電流制御装置 45で発生した熱がこれら放熱フィン 410a、 410b を介して冷却風に放熱される。そして、この冷却風はリャブラケット 19に設けられた吸気孔 19aに導入されて冷却ファン 28によって遠心方向に曲げられて排気孔 19bから排出され、冷却風の流れが形成される。尚、排気孔 19bから排出された冷却風は、力バー 50の吸気孔 50bの方向に循環しな、ようにカバー 50の開口側端部に設けられた仕切り壁 50cによって排気方向を制御されている。電機子卷線 24は、冷却ファン 2 8に遠心方向に曲げられた冷却風によって冷却される。なお、この仕切り壁 50cは冷却風の排気方向を制御するような導風壁であっても良い。

[0017] 従って、この実施の形態 2では、インバータユニット 4が冷却ファン 28によって強制的に形成された冷却風により冷却されるので、インバータユニット 4が効率よく冷却される。そこで、ヒートシンク 410、放熱フィン 410a、 410bを小型にでき、インバータュニット 4の小型化が図られ、インバータユニット 4のリャブラケット 19への搭載性が向上される。さらに、インバータユニット 4と回転電機 2とが冷却ファン 28によって形成される冷却風により冷却されるので、インバータユニット 4の冷却媒体が回転電機 2の冷却媒体 (冷却風)と共用され、冷却構造が簡素化される。 [0018] そして、インバータユニット 4が回転電機 2のリャブラケット 19の外側端面に直接取り付けられ、電機子卷線 24の口出し線 201、 202、 203がインバータユニット 4に直接電気的に接続されているので、インバータユニットと電機子卷線 24との間の交流配線による抵抗増加がない。これにより、インバータユニット 4と電機子卷線 24との間での電圧降下が最小となり、回転電機 2のトルク特性を大幅に向上させることができる。また、インバータユニット 4を回転電機 2に直接取り付けているので、取付スペースが削減でき、レイアウト性が向上する。

[0019] また、吸気孔 50bから吸入された冷却風の流れる方向に沿って放熱フィン 410a、 4 10bを配設したので放熱フィンが効率良く冷却されるとともに、通風抵抗が大きくならな、ので冷却風量が減少することがな、ので、全体の冷却効率が悪くならな!ヽとヽう効果がある。

また、排気孔 19bから排出される高温度の排気冷却風がカバー 50の吸気孔 50bに循環して吸入されないので、吸気孔 50bからは常に低温の冷却風が吸入され、インバータユニット 4を効率良く冷却できる。

さらに、インバータユニット 4を金属性のカバー 50で覆うことにより、インバータュ -ット 4及びその結線類力発生するノイズを外部に放出しないようにする効果と、逆に外部からのノイズによってインバータユニット 4が誤動作することを回避できる効果がある

[0020] 実施の形態 3.

図 6はこの発明の実施の形態 3に係る車両用回転電機装置におけるインバータュニットと回転電機を一体ィ匕した構造を示す縦断面図である。

図 6において、インバータユニット 4は、スリップリング 29を囲むようにしてブラシホルダ 30の部分だけを切り欠いた概ね中空の円筒形状あるいは多角柱形状を成し、外部から内部への接続用サーキットターミナルを絶縁性榭脂で覆ってなるサーキットボード 4aと、サーキットボード 4aに一体に固着された内周面側ヒートシンク 401、リャブラケット端面側ヒートシンク 402、外周面側ヒートシンク 403とから外観は構成されてヽる。これらそれぞれのヒートシンク 401、 402、 403の素材には、例えば銅、アルミ-ゥム等の良熱伝導性金属を用い、それぞれ放熱フィン 401a、 402a, 403aが外表面に立設されている。

そして、回路基板 404が電気絶縁状態にヒートシンク 402の反放熱フィン面上に配設されてインバータユニット 4内に収納されている。この回路基板 404には、スィッチング素子 41、ダイオード 42およびコンデンサ 43が図 3に示される回路を構成するように実装されている。

このように構成されたインバータユニット 4は、リャブラケット 19の内側端面に直接取り付けられており、電機子卷線 24の Y結線端部から延びる口出し線 201、 202、 203 力 Sインバータユニット 4のサーキットボード 4aの接続端子部 420に電気的に接続されている。

そして、インバータユニット 4のサーキットボード 4a上には、中央部に通風孔 406aの開いたドーナツ状の仕切り板 406がー体状に固定されており、回転子 20及び電機子 22との間を仕切り、電機子卷線 24近辺の高温度の冷却風力インバータユニット側に循環しな、ように構成して、る。

[0021] この実施の形態 3において、回転子 20が回転駆動され、冷却ファン 28が回転駆動されると、図 6中の矢印に示されるように、冷却風がリャブラケット 19端面の吸気孔 19 aから吸入されて、放熱フィン 402aから 401aへと、同じく放熱フィン 402a力ら 403a に沿って流れて、スイッチング素子 41、ダイオード 42およびコンデンサ 43で発生した熱がこれら放熱フィン 402a、 401a, 403aを介して冷却風に放熱される。

そして、この冷却風は仕切り板 406の中央に設けられた通風孔 406aに導入されて冷却ファン 28によって遠心方向に曲げられて排気孔 19bから排出され、冷却風の流れが形成される。電機子卷線 24は、冷却ファン 28に遠心方向に曲げられた冷却風によって冷却される。

[0022] 従って、この実施の形態 3では、インバータユニット 4が冷却ファン 28によって強制的に形成された冷却風により冷却されるので、インバータユニット 4が効率よく冷却される。そこで、ヒー卜シンク 401、 402、 403の放熱フィン 401a、 402a, 403aを/ J、型化でき、結果インバータユニット 4の小型化が図られ、インバータユニット

4のリャブラケット 19への搭載性が向上される。さらに、インバータユニット 4と回転電機 2とが冷却ファン 28によって形成される冷却風により冷却されるので、インバータュニット 4の冷却媒体が回転電機 2の冷却媒体 (冷却風)と共用され、冷却構造が簡素化される。

[0023] そして、インバータユニット 4が回転電機 2のリャブラケット 19の内側端面に直接取り付けられ、電機子卷線 24の口出し線 201、 202、 203がインバータユニット 4に直接電気的に接続されているので、インバータユニットと電機子卷線 24との間の交流配線による抵抗増加がない。これにより、インバータユニット 4と電機子卷線 24との間での電圧降下が最小となり、回転電機 2のトルク特性を大幅に向上させることができる。また、インバータユニット 4を回転電機 2に直接取り付けているので、取付スペースが削減でき、レイアウト性が向上する。

また、仕切り板 406をインバータユニット 4と一体に固定したので、仕切り板 406の組み付け性が向上する。

[0024] 実施の形態 4.

図 7はこの発明の実施の形態 4に係わる車両用回転電機装置におけるインバータユニットの他の構成を示す縦断面図である。

実施の形態 4は、実施の形態 2に対して特にインバータユニット構造が異なっており、同一符号部分は実施の形態 2と同様に構成されている。

図 7において、インバータユニット 4は、外部から内部への接続用サーキットターミナルを絶縁性榭脂で覆ってなるサーキットボード 4aと、同じく絶縁性の榭脂でなる蓋状のケース 4bと、ケース 4bとサーキットボード 4aとに挟まれて一体に固着されているヒートシンク 411と、サーキットボード 4aの他方の面に固着され外周面側フィン 410aとリャブラケット側フィン 410bが立設されたヒートシンク 410で外観は構成されている。そして、回路基板 404が電気絶縁状態にヒートシンク 410の反リャブラケット側フィン面上に配設されてインバータユニット 4内に収納されている。この回路基板 404には、スイッチング素子 41、ダイオード 42およびコンデンサ 43が図 3に示される回路を構成するように実装されている。また同様に、回路基板 405も電気絶縁状態にヒートシンク 411上に配設されてインバータユニット 4内に収納されている。この回路基板 405には、制御装置 44および界磁電流制御装置 45が図 3に示される回路を構成するように実装されている。サーキットボード 4aは、回路基板 404上のスイッチング素子 41と、回路基板 405上の制御装置 44とを接続するための中継ターミナルとしての機能を果たしている。このように、実施の形態 4は、ヒートシンク 410上にスイッチング素子 41、ダイオード 42、コンデンサ 43を実装してなる回路基板 404と、ヒートシンク 411上に制御装置 44、界磁電流制御装置 45を実装してなる回路基板 405とを軸方向に多段に重ねてなる構成を示してヽる。

[0025] 以上のように、比較的発熱量が大きく充分な冷却が必要なスイッチング素子 41とダィオード 42とコンデンサ 43とを、大きな放熱フィン 410a、 410bが立設されたヒートシンク 410に実装し、比較的発熱量の小さ!/、制御装置 44と界磁電流制御装置 45とをヒートシンク 411に実装して分けたので、充分な冷却が必要な電子部品を効率良く冷却でき、また、それぞれのヒートシンクをサーキットボード 4aによってお互いに熱的な影響を受けな、ようにして、るので、耐熱性の違いによる品質信頼性の低下を防止する効果がある。

また、スイッチング素子 41と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置 44とを同じインバータユニット 4内に構成したので、両者をインバータユニット 4 内で直接接続でき、スイッチング素子 41と制御装置 44を接続するための特別な接続部の構成が省略できるとともに接続部の信頼性が向上する効果がある。

さらに、インバータユニット 4内に構成した界磁電流制御装置 44は、回転子 20の内部に装着している界磁卷線 21にスリップリング 29を介して電気的に摺動接続されたブラシ 31を内蔵して、るブラシホルダ 44の近傍に配置できるので、界磁電流を通電するための配線構成をコンパクトィ匕できるともに、結線部の信頼性が向上できる。

[0026] 実施の形態 5.

図 8はこの発明の実施の形態 5に係わる車両用回転電機装置におけるインバータユニットで、周方向に分割して配置した構成を示すリャ側カゝら見た外観図である。（伹し、カバーを外した状態）

実施の形態 5は、実施の形態 1に対して特にインバータユニット構造が異なっており、同一符号部分は実施の形態 1と同様に構成されている。

図 8において、インバータユニット 4の内周面側ヒートシンク 401、反リャブラケット側ヒートシンク 402、外周面側ヒートシンク 403は、たとえば榭脂などで構成された熱伝導遮断部 430によってそれぞれが周方向に分断されており、それぞれのヒートシンクの分断部間で互、に熱的影響を及ぼさな、ように構成されて、る。

そして、熱伝導遮断部 430によって周方向に分断されたそれぞれのヒートシンクにおいて、たとえば、比較的発熱量が大きく充分な冷却が必要なスイッチング素子 41とダィオード 42とコンデンサ 43は多くの放熱フィンが立設された大きなヒートシンクに実装し、比較的発熱量の小さヽ制御装置 44と界磁電流制御装置 45は小さな方のヒートシンクに実装して分けるので、充分な冷却が必要な電子部品を効率良く冷却でき、また、それぞれのヒートシンクを熱伝導遮断部 430によってお互いに熱的な影響を受けな、ようにして、るので、耐熱性の違いによる品質信頼性の低下を防止する効果がある。

実施の形態 6.

図 9はこの発明の実施の形態 6に係わる車両用回転電機装置におけるインバータユニットに使用されるスイッチング素子のオン抵抗と定格電圧の関係を示す特性図である。

図 9において、現在一般的にインバータュ -ット 4の中のスイッチング素子 41として使用されて、る Si (シリコン）を組成材とした Si— MOSFETと SiC (炭化シリコン）組成材を用いた SiC— MOSFETとの定格電圧とオン抵抗の関係を比較して示してヽる。車両用回転電機の電動時や発電時には、電機子卷線ゃ界磁卷線の蓄積磁気エネルギー量が非常に大きいため、それらが瞬時に放出される事故に対する対策としてインバータユニット 4のスイッチング素子 41の定格電圧をバッテリ電圧の数十倍に設定する必要があり、例えば、この定格電圧を 250 (V)と仮定した場合には、図 9の特性の比較から明らかなように SiC— MOSFETのオン抵抗は Si— MOSFETのオン抵抗の約 1Z15程度まで低減できる。従って、 SiC— MOSFETをスイッチング素子として使用すれば、オン抵抗が低いため発熱量も大幅に低減でき、ヒートシンクの放熱フイン部が小型化できるので、ヒートシンクを含めたインバータユニット全体のさらなる小型化が可能となるとともに、抵抗損が低下するのでインバータも含めた回転電機としての効率が向上するという効果がある。 [0028] 実施の形態 7

図 10はこの発明の実施の形態 7に係わる車両用回転電機装置におけるインバータユニットに使用されるスイッチング素子のオン抵抗と定格電圧の関係を示す特性図である。

図 10において、実施の形態 6で説明した SiC— MOSFETと、同じく SiC組成材を用いた SiC— SIT (Static Induction Transistor:静電誘導トランジスタ）のある条件下での定格電圧とオン抵抗の関係を比較して示して、る。

図 9の特性の比較力も明らかなように、例えば、定格電圧を 250 (V)と仮定した場合には、 SiC— SITのオン抵抗は SiC— MOSFETのオン抵抗の約 1Z数百程度まで低減できる。従って、 SiC— SITをスイッチング素子として使用すれば、オン抵抗が低いため発熱量も大幅に低減でき、ヒートシンクの放熱フィン部が小型化できるので、ヒートシンクを含めたインバータユニット全体のさらなる小型化が可能となるとともに、抵抗損が低下するのでインバータも含めた回転電機としての効率がさらに向上するという効果がある。

また、 SiC組成材を用いた SiC— SITは、現在一般的に採用されている Si (シリコン）を組成材とした Si— MOSFETに比べて高耐電圧性を有しており、高ヽサージ電圧に対しても十分に耐え得るので高い信頼性が得られる。

[0029] 実施の形態 8.

図 11はこの発明の実施の形態 1から 7に係わる車両用回転電機装置における永久磁石を備えたクローポール型回転子の構成を示す外観斜視図である。

図 11において、回転子 20はクローポール型の回転子であり、回転子鉄心 20Aおよび 20Bは電機子鉄心 23の内径に対して所定の空隙を介して対向する爪状の磁極部 20aおよび 20bを有し、磁極部 20aおよび 20bはそれぞれ所定の極数に形成されると共に、界磁卷線 21の外径側を覆うように交互に交差しており、相隣る磁極部 20a と 20bとは周方向に所定の間隔を介して一定のピッチで配列され、界磁卷線 21により交互に異極となるように磁ィ匕される。そして、相隣る磁極部 20aと 20bとの間には永久磁石 26、 27が介挿され、永久磁石 26、 27は各磁極部 20aおよび 20bが界磁卷線 21による磁ィ匕と同一磁極になるように磁ィ匕されている。前記界磁卷線 21と共に前記電機子鉄心 23に磁束を供給する永久磁石 26、 27を備えて、るので総磁束量が増加し、同じトルク特性を得るために必要なインバータモジュール 40でスイッチング制御して電機子卷線 24に供給する電流量が低減できるので、上記スイッチング素子 41での発熱量が減り、結果的にヒートシンク 401、 402、 403、 410の放熱フィン咅401a、 402a, 403a, 410a, 410b力 S/Jヽ型ィ匕でき、ヒートシンク 401、 402、 403、 410を含めたインバータユニット 4全体が小型化できるとともに、抵抗損が低くなるので回転電機としての効率が向上する。

図面の簡単な説明

圆 1]この発明の実施の形態 1による車両用回転電機装置を示す縦断面図である。

[図 2]図 1においてカバーを外した場合のインバータユニットをリャ側力見た図である。

圆 3]この発明の実施の形態 1による車両用回転電機装置を搭載したハイブリッド自動車におけるシステム回路を示す概念図である。

圆 4]この発明の実施の形態 2による車両用回転電機装置を示す縦断面図である。圆 5]この発明の実施の形態 2による車両用回転電機装置におけるインバータュ -ットの放熱フィンをリャブラケット側力も見た図である。

圆 6]この発明の実施の形態 3による車両用回転電機装置を示す縦断面図である。圆 7]この発明の実施の形態 4による車両用回転電機装置におけるインバータュ -ットで軸方向に分割して配置した構成を示す外観図である。

圆 8]この発明の実施の形態 5による車両用回転電機装置におけるインバータュ -ットで周方向に分割して配置した構成を示す外観図である。

圆 9]この発明の実施の形態 6に係わる車両用回転電機装置におけるインバータュニットに使用されるスイッチング素子のオン抵抗と定格電圧の関係を示す特性図である。

圆 10]この発明の実施の形態 7に係わる車両用回転電機装置におけるインバータュニットに使用されるスイッチング素子のオン抵抗と定格電圧の関係を示す特性図である。

圆 11]この発明の実施の形態 1から 7に係わる車両用回転電機装置における永久磁石を備えたクローポール型回転子の外観図である。

符号の説明

2 回転電機、 4 インバータユニット、 4a サーキットボード、 4b ケース、 5 バッテリ、 8 直流配線、 9 交流配線、 10 ベアリング、 11 ベアリング、 12 プーリ、 16 シャフト、 18 フロントブラケット、 18a 吸気孔、 18b 排気孔、 19 リャブラケット、 19a 吸気孔、 19b 排気孔、 20 回転子、 20A、 20B 回転子鉄心、 20a, 20b 磁極部、 21 界磁卷線、 22 電機子、 23 電機子鉄心、 24 電機子卷線、 25 通しボルト、 26、 27 永久磁石、 28 冷却ファン、 29 スリップリング、 30 ブラシホルダ、 31 ブラシ、 40 インバータモジュール、 41 スイッチング素子、 42 ダイオード、 43 コンデンサ、 44 制御装置、 45 界磁電流制御装置、 50 カバー、 50a、 50b 吸気孔、 50c 仕切り壁、

201、 202、 203 口出し線、 300 絶縁ブッシュ、 401 内周面側ヒートシンク、 402 反リャブラケットィ則ヒー卜シンク、 403 外周面ィ則ヒー卜シンク、 401a, 402a, 403a 放熱フィン、 404 回路基板、 405 回路基板、 406

仕切り板、 406a 通風孔、 410 ヒートシンク、 410a 外周面側放熱フィン、 410b リャブラケット側放熱フィン、 411 ヒートシンク、 420 接続端子部、 430 熱伝導遮断部

Claims

請求の範囲

[1] 端面に吸気孔と、外周に排気孔を有する一対のブラケットに回転自在に支承されたシャフトと、上記一対のブラケット内に配設され、上記シャフトに固着されて内部に界磁卷線を装着すると共に両端面には冷却ファンを装着してなる回転子と、上記回転子の外周に該回転子を包囲するように上記一対のブラケットに固着され、電機子卷線が卷回された電機子鉄心からなる電機子とを有する回転電機と、

バッテリの直流電力を交流電力に変換して上記電機子卷線に供給して上記回転子に回転動力を発生させるか、あるいは上記電機子卷線で発生する交流電力を直流電力に変換して上記バッテリを充電するインバータユニットとを備えた車両用回転電機装置において、

上記インバータユニットは、

概略中空の円筒形状あるいは中空の多角柱形状を成し、少なくとも外表面の一部に多数の放熱フィンを有するヒートシンクを構成し、

上記回転電機の反負荷側端部に、上記シャフトを取り囲み、かつ上記冷却ファンによる冷却風が上記回転電機を冷却する前に、上記放熱フィンを冷却するように配置されてヽることを特徴とする車両用回転電機装置。

[2] 上記インバータユニットは、少なくとも内周面あるいは反ブラケット側端面あるいは外周面の中の一箇所以上が金属材力成る多数の放熱フィンを有するヒートシンクを構成し、上記一対のブラケットのどちらか一方の外側端面に一体に固定されると共に、軸方向端面に吸気孔を設けたカバーにより覆われ、

かつ、上記冷却ファンにより上記カバーの軸方向端面の吸気孔から吸入された冷却風が、上記回転電機を冷却する前に、上記放熱フィンを冷却するように配置されたことを特徴とする請求項 1記載の車両用回転電機装置。

[3] 上記インバータユニットは、少なくともブラケット側端面あるいは外周面の中の一箇所以上に金属材から成る多数の放熱フィンを有するヒートシンクを構成し、上記一対のブラケットのどちらか一方の外側端面に一体に固定されると共に、外周面に多数の吸気孔を配設したカバーにより覆われ、

かつ、上記冷却ファンにより上記カバーの外周面の吸気孔から吸入された冷却風が、上記回転電機を冷却する前に、上記放熱フィンを冷却するように配置されたことを特徴とする請求項 1記載の車両用回転電機装置。

[4] 上記放熱フィンの一部または全部が概略中心方向に向力つて放射状に配設されて

Vヽることを特徴とする請求項 3記載の車両用回転電機装置。

[5] 上記放熱フィンの一部または全部が概略シャフトと平行でかつ中心方向力も放射状に拡がって配設されて！/ヽることを特徴とする請求項 3記載の車両用回転電機装置

[6] 上記ブラケット外周に設けられた排気孔力排出される高温度の排気冷却風が上記カバーの吸気孔に循環して吸入されな、ように、上記カバーあるいは上記インバータユニットが固定されているブラケットに、仕切り壁あるいは排気方向を制御する導風壁を設けたことを特徴とする請求項 3なヽし 5の、ずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[7] 上記カバーの素材が金属であることを特徴とする請求項 2な、し 6の、ずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[8] 上記インバータユニットは、少なくとも内周面あるいはブラケット側端面あるいは外周面の中の一箇所以上が金属材力成る多数の放熱フィンを有するヒートシンクを構成し、上記一対のブラケットのどちらか一方の内側端面に一体に固定されると共に、上記回転子

及び電機子との間を中心に通風孔が開いた概ねドーナツ状の仕切り板によって区切られ、上記冷却ファンにより上記ブラケットの軸方向端面の吸気孔から吸入された冷却風が、上記回転電機を冷却する前に、上記放熱フィンを冷却するように配置されたことを特徴とする請求項 1記載の車両用回転電機装置。

[9] 上記仕切り板が上記インバータユニットに一体に固定されていることを特徴とする請求項 8記載の車両用回転電機装置。

[10] 上記インバータユニットは、複数のスイッチング素子を含むインバータモジュールを内蔵して、ることを特徴とする請求項 1な、し 9の、ずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[11] 上記インバータユニットは、複数のスイッチング素子を含むインバータモジュールと、上記インバータモジュールと並列に接続されたコンデンサとを内蔵していることを特徴とする請求項 1な、し 9の、ずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[12] 上記インバータユニットは、複数のスイッチング素子を含むインバータモジュールと

、上記インバータモジュールと並列に接続されたコンデンサと、上記複数のスィッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを内蔵していることを特徴とする請求項 1な!、し 9の、ずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[13] 上記インバータユニットは、複数のスイッチング素子を含むインバータモジュールと

、上記インバータモジュールと並列に接続されたコンデンサと、界磁電流を制御する界磁電流制御装置と、上記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを内蔵して、ることを特徴とする請求項 1な、し 9の、ずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[14] 上記インバータユニットが、上記ヒートシンク部を含めて周方向あるいは軸方向に複数に分割されて配置されてヽることを特徴とする請求項 10なヽし 13のヽずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[15] 上記スイッチング素子が SiC組成材を用いた SiC— MOSFETから成ることを特徴とする請求項 10から請求項 14のいずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[16] 上記スイッチング素子が SiC組成材を用いた SiC— SITから成ることを特徴とする請求項 10な、し請求項 14の、ずれか 1項に記載の車両用回転電機装置。

[17] 上記回転子が、相隣る磁極が異極をなすようにクローポール型に形成された磁極部と界磁卷線を有する円筒部とからなる回転子鉄心と、

前記回転子鉄心の磁気回路に設けられ、前記界磁卷線と共に前記電機子鉄心に磁束を供給する永久磁石を備えて、ることを特徴とする請求項 1な、し 16の、ずれか 1 項に記載の車両用回転電機装置。