米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 発電 -> 三菱電機株式会社

発明の名称 車両用回転電機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−49840(P2007−49840A)
公開日 平成19年2月22日(2007.2.22)
出願番号 特願2005−232692(P2005−232692)
出願日 平成17年8月11日(2005.8.11)
代理人 【識別番号】100094916
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾
発明者 浅尾 淑人 / 北村 裕 / 阿蘓 博昭
要約 課題
インバータモジュールを構成するスイッチング素子の冷却性能を向上し、かつ、回転電機全体の大きさを小型化することができる車両用回転電機を提供する。

解決手段
電機子巻線16aを有する固定子16、回転軸13を有する回転子15、回転子15に設けた冷却ファン17、固定子16を支持し、回転軸13を回転可能に支持するフロントブラケット10及びリアブラケット11、リアブラケット11の軸方向壁面の外側に設けたカバー30を備え、リアブラケット11とカバー30との間の空間に、対のスイッチング素子41a,41bを軸方向に隣接させて配置し、カバー30の径方向外周に外気を吸入する通風孔31a,31bを形成し、冷却ファン17の回転により、外気が通風孔31a,31bからスイッチング素子41a,41bに対して径方向に流通し、リアブラケット11に設けた吸入孔11a及び排出孔11bを通って出るようにした。
特許請求の範囲
【請求項1】
電機子巻線が配設された固定子と、回転軸を有し、上記固定子の内側に配設された回転子と、上記回転子に設けられた冷却ファンと、上記固定子を支持し固定するとともに、上記回転軸を回転できるように支持するハウジングと、上記回転軸の軸方向における上記ハウジングの一方の壁面の外側に上記一方の壁面を覆うように配設され、上記ハウジングの一方の壁面との間に空間を形成するカバーとを備え、
上記空間に、上記電機子巻線に接続されるインバータ回路を構成する直列に接続された上アーム及び下アームのスイッチング素子を、上記回転軸の軸方向に互いに隣接させて配置し、
上記カバーの径方向外周に外気を吸入する通風孔を形成し、
上記ハウジングの一方の壁面に上記空間内の空気が上記ハウジング内に吸入される吸入孔を形成し、
上記ハウジングの径方向外周に上記ハウジング内の空気を排出する排出孔を形成し、
上記冷却ファンを回転させることにより、上記外気が上記上アーム及び下アームのスイッチング素子に対して径方向の外周から内周へと上記通風孔から流通し、上記吸入孔を通って上記排出孔から排出されるようにしたことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項2】
上記上アーム及び下アームのスイッチング素子は、軸方向に互いに向き合って配設され、上記上アーム及び下アームのスイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子にヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項1記載の車両用回転電機。
【請求項3】
上記通風孔は、上記上アーム及び下アームのスイッチング素子それぞれに対応して上記カバーに形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の車両用回転電機。
【請求項4】
上記通風孔から吸入された外気を上記上アーム及び下アームのスイッチング素子それぞれに分配するガイドを有することを特徴とする請求項1または2記載の車両用回転電機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、インバータ制御を行うパワー素子ユニットを搭載した回転電機、特に、モータジェネレータ、パワーステアリングモータ等に用いられるインバータ一体型の車両用回転電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、回転電機をインバータ制御するパワー素子ユニットは、例えば、特許文献1に開示されているように、複数のスイッチング素子(パワートランジスタ、MOSFET、IGBT等のパワー素子)と各スイッチング素子に並列に接続されたダイオードからなるインバータモジュールを備えている。
【0003】
インバータモジュールは、上アームを構成するスイッチング素子及びダイオードと、下アームを構成するスイッチング素子及びダイオードとを直列に接続したものを1セットとし、このセットが3個並列に接続されている。
【0004】
電機子巻線はY結線され、Y結線の各相の端部は、交流配線を介して各相に対応する直列に接続した上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子との中間点に電気的に接続されている。
【0005】
また、バッテリの各端子は、それぞれ直流配線を介して正極側端子がインバータモジュールの正極側に、負極端子がインバータモジュールの負極側に電気的に接続されている。
【0006】
インバータモジュールにおいて、各スイッチング素子のスイッチング動作は、制御回路の指令により制御される。また、制御回路は界磁電流制御回路を制御して回転子の界磁巻線に流す界磁電流を調整する。
【0007】
インバータモジュールのスイッチング素子は、回転電機を駆動する際に、そのスイッチング時及び導通時に大きな電力損失を発生するため、インバータモジュールを構成する各スイッチング素子の冷却が特に重要な課題となっている。
【0008】
例えば、特許文献1に開示された冷却方式では、回転電機の軸方向の一端側においてインバータモジュールを含むパワー素子ユニットをヒートシンク上に円周方向に配置し、径方向に流通路を有する冷却フィンに添って順次隣の冷却フィンの流通路に冷却風を流すことによりヒートシンクを冷却するようにしている。
【0009】
【特許文献1】特開2004−274992号公報(第17−19頁、図1−図5)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上記特許文献1に開示された回転電機における冷却方式は、径方向に流通路を有する冷却フィンに沿って順次隣の冷却フィンの流通路に冷却風を流すことによりヒートシンクを冷却するようにしているため、暖められた冷却風が隣の冷却フィンに流れることになり、冷却性能が低下するという問題があった。
【0011】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、インバータモジュールを構成するスイッチング素子の冷却性能を向上し、かつ、回転電機全体の大きさを小型化することができる車両用回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この発明に係る車両用回転電機は、電機子巻線が配設された固定子と、回転軸を有し、上記固定子の内側に配設された回転子と、上記回転子に設けられた冷却ファンと、上記固定子を支持し固定するとともに、上記回転軸を回転できるように支持するハウジングと、上記回転軸の軸方向における上記ハウジングの一方の壁面の外側に上記一方の壁面を覆うように配設され、上記ハウジングの一方の壁面との間に空間を形成するカバーとを備え、
上記空間に、上記電機子巻線に接続されるインバータ回路を構成する直列に接続された上アーム及び下アームのスイッチング素子を、上記回転軸の軸方向に互いに隣接させて配置し、
上記カバーの径方向外周に外気を吸入する通風孔を形成し、
上記ハウジングの一方の壁面に上記空間内の空気が上記ハウジング内に吸入される吸入孔を形成し、
上記ハウジングの径方向外周に上記ハウジング内の空気を排出する排出孔を形成し、
上記冷却ファンを回転させることにより、上記外気が上記上アーム及び下アームのスイッチング素子に対して径方向の外周から内周へと上記通風孔から流通し、上記吸入孔を通って上記排出孔から排出されるようにしたものである。
【発明の効果】
【0013】
この発明によれば、スイッチング素子の冷却性能を向上させ、かつ、車両用回転電機全体の大きさを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、この発明に係る車両用回転電機の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明に係る車両用回転電機の実施の形態1を示す断面図、図2は、図1のパワー素子ユニットを軸方向からみた側面図であり、パワー素子ユニットを一体的にまたは近接させて配置した回転電機である。
【0015】
図1に示したように、回転電機1は、フロントブラケット10及びリアブラケット11からなるハウジングと、電機子巻線16aを有する固定子16と、シャフト(回転軸)13及び界磁巻線14を有する回転子15とを備え、固定子16はハウジング内に支持固定され、回転子15は固定子16の内側に界磁巻線14が電機子巻線16aと対向するように配置されるとともに、回転子15のシャフト13がハウジングに設けられた支持用ベアリング12に支持され、回転子15は固定子16と同軸に回転できるように構成される。回転子15の軸方向の両端面には、冷却ファン17が固定されている。
【0016】
シャフト13のフロント側(フロントブラケット10の外側)の端部にプーリ18が固着され、シャフト13のリヤ側(リアブラケット11の外側)にブラシホルダ19がリヤブラケット11に取り付けられ、シャフト13のリヤ側に一対のスリップリング21が装着され、スリップリング21と摺接する一対のブラシ20がブラシホルダ19内に配設されている。また、シャフト13のリア側端部に回転位置検出センサ(レゾルバ等)22が設けられている。プーリ18は、図示していないベルトを介してエンジンの回転軸と連結され、エンジンの回転がプーリ18に伝達される。ブラシホルダ19、ブラシ20及びスリップリング21は界磁巻線14に直流電力を供給する電力供給機構である。
【0017】
リヤブラケット11のさらにリア側には、ブラシホルダ19等の電力供給機構を覆うカバー30が設けられ、リヤブラケット11とカバー30との間の空間にパワー素子ユニット4が配設されている。カバー30の軸方向外壁面に制御回路44を搭載した制御回路基板44aが配設され、制御回路基板44aはプレート32で覆われている。
【0018】
パワー素子ユニット4は、軸方向において所定の隙間を形成して対向する一対の内側ヒートシンク50及び外側ヒートシンク51を有し、内側ヒートシンク50及び外側ヒートシンク51は図2に示した支柱6によりリアブラケット11に固定され、図1及び図2により参照されるように、内側及び外側ヒートシンク50,51の軸方向の対向する内壁面に上アーム及び下アームの複数組のスイッチング素子41a,41bが周方向に配列され、内側及び外側ヒートシンク50,51は軸方向の対向する外壁面に径方向に流通路を有する冷却用フィン50a,51aを備えている。内側ヒートシンク50及び外側ヒートシンク51を設けることにより、冷却効果が大きくなる。
【0019】
冷却用フィン50a,51aは内側及び外側ヒートシンク50,51の全面に設けてもよいし、周方向に一定の間隔で設けてもよい。
【0020】
スイッチング素子41a,41bはそれぞれ、内側及び外側ヒートシンク50a,51aに半田付けにより接合される。
【0021】
カバー30の周方向の壁面に各冷却用フィン50a,51aの外周面に対向して近接する通風孔31a,31bが設けられている。通風孔31a,31bは、好ましくは、スイッチング素子41a,41bに対向するように開口したものとするのがよい。
【0022】
冷却ファン17の回転により、矢印Fで示すように、新鮮な外気が通風孔31a,31bから各冷却用フィン50a,51aを通り、リアブラケット11の吸入孔11aから吸入され排出孔11bから抜け出る風路が形成され、内側及び外側ヒートシンク50a,51aは常に外気の冷却風により冷却される。リアブラケット11の吸入孔11aは、冷却フィン50a,51aの内周端に近い部分に設けるのが冷却効果を上げる上で好ましい。
【0023】
このように、内側及び外側ヒートシンク50a,51aは常に新鮮な外気の冷却風により冷却されるので、スイッチング素子41a,41bを冷却する冷却性能が向上し、かつ、リアブラケット11とカバー30との間の空間を利用するものであるので、車両用回転電機全体の大きさを小型化することができる。
【0024】
図2に示したように、パワー素子ユニット4は、内側ヒートシンク50の壁面には回路的に並列に4個接続された下側アームのスイッチング素子41aからなるU,V,Wの3相の部位(U相部位、V相部位、W相部位)が搭載されてなり、図示されていないが、外側ヒートシンク51の壁面には回路的に並列に4個接続された上側アームのスイッチング素子41bからなるU,V,Wの3相の部位(U相部位、V相部位、W相部位)が搭載されてなる。スイッチング素子41a,41bは、ディスクリートタイプ、TPMタイプ、ベアチップタイプのいずれであってもよい。
【0025】
このように、複数個のスイッチング素子41a,41bをそれぞれ並列に接続することによりスイッチング素子41a,41bの1個当たりの通電量を小さくすることができ、通電容量の小さい安価なスイッチング素子41a,41bを用いることができ、価格を低減することができる。
【0026】
図3は、パワー素子ユニットを備えた回転電機の動作を説明するための回路図である。
図3に示したように、回転電機部1aは、固定子に巻回された電機子巻線16aと、回転子に巻回された界磁巻線14とを備え、電機子巻線16aは、3相(U相、V相、W相)のコイルをY結線(スター結線)して構成されている。パワー素子ユニット4は、複数のスイッチング素子(パワートランジスタ、MOSFET、IGBT等)41a,41bと各スイッチング素子41a,41bに並列に接続されたダイオード42からなるインバータモジュール40と、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。インバータモジュール40は、上アーム46を構成するスイッチング素子41a及びダイオード42と、下アーム47を構成するスイッチング素子41b及びダイオード42とを直列に接続したものを1セットとし、当該セットが3個並列に接続されている。
【0027】
電機子巻線16aにおけるY結線の各相の端部は、対応するセットにおける上アーム46のスイッチング素子41aと下アーム47のスイッチング素子41bとの中間点に交流配線9を介して電気的に接続されている。また、バッテリ5の正極側端子及び負極側端子が、直流配線8を介してインバータモジュール40の正極側及び負極側にそれぞれ電気的に接続されている。
【0028】
インバータモジュール40における各スイッチング素子41a、41bのスイッチング動作は、制御回路44の指令により制御される。また、制御回路44は、界磁電流制御回路45を制御して回転子の界磁巻線14に流す界磁電流を調整する。
【0029】
図3に示した回路図において、エンジンの始動時には、バッテリ5から直流配線8を介して直流電力がパワー素子ユニット4に供給され、制御回路44がインバータモジュール40の各スイッチング素子41a,41bをON/OFF制御し、直流電力が三相交流電力に変換される。変換された三相交流電力は交流配線9を介して回転電機部1aの電機子巻線16aに供給され、バッテリ5から界磁電流制御回路45により界磁電流が供給されている回転子の界磁巻線14の周囲に回転磁界が与えられ、回転子が回転駆動され、回転子のシャフトに取り付けたプーリ、ベルト、クランクプーリ、クラッチ(ON)を介してエンジンが始動される。
【0030】
一方、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、回転電機部1aの回転子のシャフトに取り付けられたプーリを介して回転子に伝達され、回転子が回転駆動されて電機子巻線16aに三相交流電圧が誘起され、制御回路44が各スイッチング素子41a,41bをON/OFF制御し、電機子巻線16aに誘起された三相交流電圧を直流電力に変換し、バッテリ5を充電する。
【0031】
実施の形態2.
図4は、この発明に係る車両用回転電機の実施の形態2を示す断面図であり、図1と同一符号は同一部分または相当部分を示している。
【0032】
図4において、各部の構成は上記実施の形態1とほぼ同一であり、上記実施の形態1と異なる点は、カバー30の外周に1個の通風孔31cが設けられ、内側及び外側ヒートシンク50,51の外周端を連結するように、断面が三角形状の突起60aを一体に形成したガイド60が設けられている点である。
【0033】
この実施の形態2では、冷却ファン17が回転すると、矢印Fで示すように新鮮な外気が通風孔31cから吸入され、吸入された外気が突起60aを形成したガイド60によって2方向に分配され、分配された外気が各冷却用フィン50a,51aを通って、リアブラケット11の吸入孔11aから吸入され排出孔11bから抜け出る風路が形成される。
【0034】
このように、内側及び外側ヒートシンク50,51は常に新鮮な外気の冷却風により冷却されるので、スイッチング素子41a,41bを冷却する冷却性能が向上し、かつ、リアブラケット11とカバー30との間の空間を利用するものであるので、車両用回転電機全体の大きさを小型化することができる。また、吸入された外気をガイド60によって分配する構造であるので、1個の通風孔31cとすることができ、構造を簡単にすることができる。
【0035】
なお、上記実施の形態1及び2では、スイッチング素子41a,41bをそれぞれヒートシンク50,51に設ける例を示したが、ヒートシンクはいずれか一方のスイッチング素子のみとし、他方のスイッチング素子は、例えば単なる樹脂板面に取り付けるようにしてもよく、さらには、両方のヒートシンクをなくして、例えば、スイッチング素子41a,41bをそれぞれ対を成す樹脂板面に取り付けるようにしてもよい。
【0036】
また、回転子15に界磁巻線14、ブラシホルダ19を配設した車両用回転電機について説明したが、この発明の上記実施の形態を、例えば、回転子の磁極を永久磁石で形成した界磁巻線14、ブラシホルダ19を備えていない車両用回転電機に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【0037】
この発明に係る車両用回転電機は、自動車等に搭載される回転電機として有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】この発明に係る車両用回転電機の実施の形態1を示す断面図である。
【図2】図1のパワー素子ユニットを軸方向からみた側面図である。
【図3】パワー素子ユニットを備えた回転電機の動作を説明するための回路図である。
【図4】この発明に係る車両用回転電機の実施の形態2を示す断面図である。
【符号の説明】
【0039】
1 回転電機、1a 回転電機部、4 パワー素子ユニット、5 バッテリ、
6 支柱、8 直列配線、9 交流配線、10 フロントブラケット、
11 リアブラケット、11a 吸入孔、11b 排出孔、12 支持用ベアリング、
13 シャフト、14 界磁巻線、15 回転子、16 固定子、16a 電機子巻線、
17 冷却ファン、18 プーリ、19 ブラシホルダ、20 ブラシ、
21 スリップリング、22 回転位置検出センサ、30 カバー、
31a,31b,31c 通風孔、32 プレート、40 インバータモジュール、
41a,41b スイッチング素子、42 ダイオード、43 コンデンサ、
44 制御回路、44a 制御回路基板、45 界磁電流制御回路、46 上アーム、
47 下アーム、50 内側ヒートシンク、50a,51a 冷却用フィン、
51 外側ヒートシンク、60 ガイド、60a 突出部。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013