(57)【要約】【課題】衝突時における安全性を確保することのできる回転電機を提供する。【解決手段】界磁巻線４及び冷却ファン６を有する回転子３と、回転子を囲むように配置され固定子巻線２ｂを有する固定子２ａとを設け、ブラケット１は負荷側端部において固定子に固定され、ヒートシンク１０はブラケット１内に配置され、ヒートシンクの反負荷側には界磁巻線及び固定子巻線を制御するための界磁回路部３０及びパワー回路部２０が搭載されるとともに、負荷側に冷却フィン１０１が配置され、界磁回路部及びパワー回路部の反負荷側及び側面をブラケット１で囲むように構成することにより、界磁回路部及びパワー回路部の周囲をブラケット及びヒートシンクで囲むようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線を有する回転子と、上記回転子を囲むように配置され固定子巻線を有する固定子と、負荷側端部において上記固定子に固定されたブラケットと、上記ブラケット内に配置されるとともに、上記界磁巻線及び上記固定子巻線を制御するための界磁回路部及びパワー回路部が反負荷側に搭載され、負荷側に冷却フィンが配置されたヒートシンクとを有する回転電機であって、上記界磁回路部及び上記パワー回路部の反負荷側及び側面を上記ブラケットで囲むように構成することにより、上記界磁回路部及び上記パワー回路部の周囲を上記ブラケット及び上記ヒートシンクで囲むことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記ヒートシンクの負荷側と上記固定子との間に上記固定子巻線と上記パワー回路部を接続するための配線部材、スリップリング及びブラシホルダを配置したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
上記回転子の反負荷側端部に冷却ファンを設け、上記ヒートシンク、上記配線部材、上記スリップリング及び上記ブラシホルダを冷却するための冷却風路を構成したことを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記界磁回路部及び上記パワー回路部の信号端子を集約するための中継基板を上記界磁回路部及び上記パワー回路部の反負荷側に配置し、コネクタを介して上記中継基板と上記ブラケットの外部にある制御基板とを接続したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
上記中継基板に衝撃に弱い電子部品を搭載したことを特徴とする請求項４記載の回転電機。
【請求項６】
上記冷却フィンは上記回転電機の内周側の高さが外周側の高さよりも高くなるよう形成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
上記ヒートシンクを中抜き部が形成された円盤状に形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関するものであり、特に電動発電機と制御部が一体的に構成された車両用回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機として、インバータを構成するスイッチング素子がインバータケースの底板部に固定されるとともに、この底板部はスイッチング素子のヒートシンクを構成し、更にヒートシンクの外側に樹脂カバーが設けられているものがあった（特許文献１参照）。
【０００３】
また、ブラケット外部に、ヒートシンク、電子モジュール、信号相互接続部品、電力相互接続部品が積層構造されており、全体がカバーで覆われている回転電機の電子部品の組立体が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２３４３６号公報（図１）
【特許文献２】特表２００８−５４３２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電動発電機と制御部を一体化した回転電機の場合、制御部の電気的保護だけでなく、機械的保護が必要となってくる。特にブラケット外部に配置する場合には衝突時の安全対策が必要になり、衝突時の安全性を確保するには、強度を有するカバー等でインバータ部を覆う必要がある。しかし上記特許文献１においては、カバーとヒートシンクが設けられてはいるが、カバーとヒートシンクの間にスイッチング素子が設けられてはおらず、強度が十分ではないという問題点があった。
【０００６】
又上記特許文献２に示されたものは樹脂もしくは金属製のカバーで覆われているだけであり、カバーはブラケットほど頑丈ではないため、衝突時の安全性を確保するためには、カバーの肉厚を大きくしたり、又材質を変更する等が必要になってしまう。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、衝突時における安全性を確保することのできる回転電機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る回転電機は、界磁巻線を有する回転子と、回転子を囲むように配置され固定子巻線を有する固定子と、負荷側端部において固定子に固定されたブラケットと、ブラケット内に配置されるとともに、界磁巻線及び固定子巻線を制御するための界磁回路部及びパワー回路部が反負荷側に搭載され、負荷側に冷却フィンが配置されたヒートシンクとを有するものであって、界磁回路部及びパワー回路部の反負荷側及び側面をブラケットで囲むように構成することにより、界磁回路部及びパワー回路部の周囲をブラケット及びヒートシンクで囲むようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る回転電機によれば、界磁巻線を有する回転子と、回転子を囲むように配置され固定子巻線を有する固定子と、負荷側端部において固定子に固定されたブラケットと、ブラケット内に配置されるとともに、界磁巻線及び固定子巻線を制御するための界磁回路部及びパワー回路部が反負荷側に搭載され、負荷側に冷却フィンが配置されたヒートシンクとを有するものであって、界磁回路部及びパワー回路部の反負荷側及び側面をブラケットで囲むように構成することにより、界磁回路部及びパワー回路部の周囲をブラケット及びヒートシンクで囲むようにしたので、衝突時における界磁回路部及びパワー回路部の安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機を示す側面断面図である。
【図２】電子モジュールを示す平面図である。
【図３】中継基板を示す平面図である。
【図４】固定子側から見たブラケット内の配線部材及びブラシホルダを示す平面図である。
【図５】ブラケット外部に電子モジュールを配置した状態を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２による回転電機の一部を示す断面図である。
【図７】ヒートシンクの裏面部を示す平面図である。
【図８】ヒートシンクの裏面部を示す平面図である。
【図９】この発明の実施の形態３による回転電機の電子モジュールを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に
よる回転電機を示す側面断面図、図２は電子モジュールを示す平面図、図３は中継基板を
示す平面図、図４は固定子側から見たブラケット内の配線部材及びブラシホルダを示す平
図である。
【００１２】
図において、固定子２ａは負荷側端部においてブラケット１に支持されるとともに、固定子２ａの周りには固定子巻線２ｂが巻回されている。固定子２ａ内には固定子２ａと同軸的に回転子３が配置され、回転子３には起磁力を発生させるための界磁巻線４、シャフト３ａ、スリップリング５が設けられ、又回転子３の反負荷側端部には冷却ファン６が取り付けられている。
【００１３】
又ブラケット１内には、スリップリング５に接触するとともに界磁巻線４に電流を供給するためのブラシ７を保有するブラシホルダ８、配線部材１４、中抜き部が形成された円盤状のヒートシンク１０、固定子巻線２ｂに交流電力を供給するためのパワー回路部２０、界磁巻線４に電流を供給するための界磁回路部３０、信号線等のターミナルがインサート成形されたケース１２が設けられており、ブラケット１の後方側には角度を検出するためのレゾルバ９及び制御基板１５が設けられている。
【００１４】
パワー回路部２０、界磁回路部３０はヒートシンク１０の反負荷側同一平面上に接合され、さらにパワー回路部２０及び界磁回路部３０の信号端子２３等がインサートされたケース１２がパワー回路部２０と界磁回路部３０の周りを囲うように接合され、各信号端子２３を集約するための中継基板１１を配置後、ケース１２内が樹脂封止されることにより電子モジュール４０が構成されている。
【００１５】
図２に示すように、パワー回路部２０は、固定子巻線２ｂに電流を供給するためのパワー回路用半導体スイッチング素子２１と、半導体スイッチング素子２１が搭載された回路基板２２とが円盤状のヒートシンク１０上に接合されることにより構成され、又界磁回路部３０は、界磁巻線４に電流を供給するための界磁用半導体スイッチング素子３１及びコンデンサ等の電子部品３３が搭載された回路基板３２がヒートシンク１０上に接合されることにより構成されている。
【００１６】
回路基板２２、３２としてはセラミック基板が用いられ、ＭＯＳＦＥＴ等からなる半導体スイッチング素子２１，３１が回路基板２２、３２上に実装され、半導体スイッチング素子２１，３１はワイヤボンド（図示せず）を介してケース１２にインサート成形された信号端子２３に接続されている。回路基板２２、３２としてセラミック基板を用いた場合を示したが、衝撃時の耐久性を向上させるためには、基材をＳｉ３Ｎ４で構成した場合では、基材の厚さを０．３ｍｍ以上に構成すれば良く、又基材をＡＬＮ（窒化アルミニウム；ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）で構成するとともに、同等の耐久性を確保するためには、基材の厚さを０．６ｍｍ以上に構成する必要がある。
【００１７】
パワー回路部２０と界磁回路部３０を同一のヒートシンク１０上に接合することで、制御用の信号端子２３の数が増える。また、信号端子２３はブラケット１外部にある制御基板１５につなぐ必要があるが、電子モジュール４０内で信号端子２３の位置は散らばって配置されているため、何も介さずに構成すると制御基板１５との接続が困難である。
【００１８】
そこで図３に示すように、信号端子接続部２４が設けられた中継基板１１を配置し、電子モジュール４０内に散らばって配置されている信号端子２３を信号端子接続部２４に接続することにより集約し、更にコネクタ１３等を介して中継基板１１を制御基板１５と接続するようにしている。電子モジュール４０はブラケット１内に収納されており、電子モジュール４０の反負荷側及び側面はブラケット１で囲まれている。
【００１９】
ブラケット１の外部にはレゾルバ９及び制御基板１５が配置され、制御基板１５と電子モジュール４０は、コネクタ１３等によってブラケット１を隔てて接続される。ヒートシンク１０は中抜き部が形成された円盤状の形状をしており、パワー回路部２０及び界磁回路部３０が搭載された面（反負荷側）とは反対側の面（負荷側）に冷却フィン１０１が配置されている。
【００２０】
制御基板１５をブラケット１の外部に配置することにより、強固なブラケット１で電子モジュール４０と制御基板１５を隔離することができ、電子モジュール４０と制御基板１５が変形して短絡するのを防ぐことができる。又機種変更等により制御基板１５の形状や仕様が変更になった場合でも、ブラケット１の外部構造のみを変えることで容易に対応することができる。さらにブラケット１がシールドの役割を果たし、電子モジュール４０から制御基板１５へのノイズの伝達を低減できる。
【００２１】
ブラケット１は円筒状に形成されているので、ヒートシンク１０を中抜き部が形成された円盤状に形成することにより、ブラケット１内の配置スペースを有効に使うことができ、ヒートシンク１０のサイズを最大限とることができる。その結果パワー回路部２０及び、界磁回路部３０の設置スペースを十分確保することができるとともに、冷却フィン１０１の設置スペースも十分確保することができるようになる。
【００２２】
ブラシホルダ８はヒートシンク１０であって界磁回路部３０の裏面に固定される。そしてこの固定部においては、ブラシホルダ８が収まるように冷却フィン１０１の高さが他の冷却フィン１０１の高さよりも小さくなるよう設定されている。また界磁回路部３０とブラシホルダ８は、ケース１２にインサート成形された接続用ターミナル１２１を介して接続されている。
【００２３】
界磁回路部３０の裏面側（負荷側）において、冷却フィン１０１の高さが低くなってしまうが、ヒートシンク１０はパワー回路部２０と共用であることから、ヒートシンク１０全体に熱は拡散するので、この部分の冷却フィン１０１の高さを低くしても界磁回路部３０だけ温度が上昇してしまうことはない。
【００２４】
図４に示すように、ヒートシンク１０の裏面側（負荷側）にはブラシホルダ８以外にも配線部材１４が接続されている。配線部材１４を介して、固定子巻線２ｂと電子モジュール４０におけるパワー回路部２０が接続される。配線部材１４を介さずに接続した場合、固定子巻線２ｂとパワー回路部２０の周方向における配線取り付け位置にずれが生じると、そのままでは接続することができない。特に巻線仕様によってコイルエンドの位置が変わってしまう場合が多く、このような場合でも配線部材１４を用いることで両者の取り付け位置まで配線を引き回すことができ、容易に接続することができるようになる。
【００２５】
従って配線位置を気にすることなく固定子２ａ、電子モジュール４０を設計するとともに取り付けることができるようになる。更にヒートシンク１０と固定子２ａの間に配線部材１４を設置しているので、固定子巻線２ｂと電子モジュール４０を接続する際、配線を切り替えることができる。
【００２６】
また、ヒートシンク１０と冷却ファン６の間に配線部材１４及びブラシホルダ８を配置するとともに、ブラケットの一部であって、ヒートシンク１０、配線部材１４及びブラシホルダ８の径方向外周部に冷却風を通すための穴を設けることで、ヒートシンク１０、配線部材１４及びブラシホルダ８を冷却するための冷却風路１６（図１で矢印により示された経路）を構成することができる（尚図１においては穴が示されていないが、実際にはブラケット１の周方向の一部に穴が設けられている）。尚上記説明においては、ブラケット１に穴を設けた場合について説明したが、穴は必ずしも設ける必要はない。
【００２７】
また接続用ターミナル１２１には応力を干渉させるために、たとえば曲げ部を設けることで振動を吸収させ、耐振性を向上させることができる。そしてヒートシンク１０と固定子２ａの間にスリップリング５及びブラシホルダ８を配置することにより、衝突時に電子モジュール４０とスリップリング５及びブラシホルダ８が短絡することを防止することができる。
【００２８】
電子モジュール４０をブラケット１内部に配置して電子モジュール４０の反負荷側及び側面はブラケット１に囲まれるようにし、更に電子モジュール４０の負荷側にはヒートシンク１０を固定する。このように構成することにより、電子モジュール４０の周囲をブラケット１及びヒートシンク１０で囲むこととなる。従って衝突時にブラケット１が内側に変形した場合でもヒートシンク１０が障壁となり電子モジュール４０を保護することができ、衝突時の安全性を向上させることができる。
【００２９】
また、図５に示すようにブラケット１の外部に電子モジュール４０を配置した場合、ブラケット１から伸びたレゾルバ９保持用の壁１ａがスリップリング５の周囲を覆うこととなり、冷却風路の形成が困難となる。これに対して本発明によれば、電子モジュール４０をブラケット１内部に配置することにより、レゾルバ９保持用の壁をスリップリング５の外周に取り付ける必要がなくなり、電子モジュール４０冷却用の冷却風路１６がスリップリング５近傍を通ることとなり、冷却性能が向上する。
【００３０】
配線部材１４だけでなく、ブラシホルダ８で界磁回路部３０の冷却風路１６を形成するとともに、更にブラシ７及びブラシホルダ８の冷却も行っている。上記のように本発明によれば、衝突時における電子モジュール４０の安全性を向上することが可能である。さらに冷却風路１６を形成することによりヒートシンク１０だけでなくスリップリング５、ブラシ７、ブラシホルダ８及び配線部材１４も効率的に冷却することができる。
【００３１】
また、ブラケット１外部に制御基板１５を配置し、固定子２ａ、回転子３等の巻線部と制御基板１５を分離して配置することにより、機種変更等により制御部の形状や仕様が変更になった場合でも制御基板１５等のブラケット１の外部構造のみを変えることで容易に対応可能となる。
【００３２】
また巻線部の巻線数やコイルエンドの位置等の形状、仕様が変更になっても、巻線部のみを変えることで容易に対応可能となる。更に配線部材１４を用いることで電子モジュール４０と巻線部との接続位置が変更となっても対応可能となる。以上により、納期を短縮することができるとともに、コストを低減することができる。
【００３３】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による回転電機の一部を示す断面図である。実施の形態１における回転電機では、ヒートシンク１０における冷却フィン１０１は、内外周ともに同じ高さである場合について説明したが、外周側と内周側で冷却フィンの高さを変えることも可能である。即ち図６に示すように、冷却フィン１０２において、内周側の冷却フィンの高さを外周側に比べて高くすることで、内周側の断面係数が大きくなり、ヒートシンク１０の強度を増加させることができる。また、冷却風路１６における冷却風と接触する冷却フィンの面積を増やすことができ、冷却性能を向上させることができる。
【００３４】
電子モジュール４０はブラケット１の内部に配置されており、ヒートシンク１０にはブラシホルダ８、配線部材１４が接続されている。そしてブラシホルダ８及び配線部材１４は、それぞれの本来の役割とは別に固定子２ａに対する対向面を形成するとともに、回転子３の反負荷側端部には冷却ファン６が取り付けられているので、これらの部品によって冷却風路１６が形成されることになる。配線部材１４は図４に示すように円周方向に沿った馬蹄形の形状をしており、内周側には冷却風路１６を形成するための隙間がある。この隙間部分では図６に示すように、冷却フィン１０２を部分的に高くすることにより内周側の冷却フィンの高さを外周側よりも高くしている。
【００３５】
また隙間の大きさを変えることで冷却風路１６の調整が可能であるが、ブラシホルダ８周辺の冷却フィンは内周側においてもブラシホルダ８が存在しているため、冷却フィンの高さを高くすることができない。又冷却フィン１０１、１０２は図７に示すように、パワー回路部２０、界磁回路部３０が搭載されたヒートシンク１０の面の裏側であって、パワー回路部２０、界磁回路部３０の搭載位置に対応する位置に平行状に延びるように構成することができるが、図８に示すように、内周側に向かって放射状に伸びるものであっても良い。但し平行状の冷却フィンを形成した方が放射状の冷却フィンを形成した場合と比べると、冷却フィンの面積を大きくすることができるので、冷却の能力は高くなる。
【００３６】
本実施形態によれば、内周側の冷却フィン１０２の高さを外周側に比べて高くしているので、ヒートシンク１０の強度を向上させることができる。また冷却風路１６内における冷却フィンの冷却風との接触面積を増やすことができ、冷却性能の向上を図ることができる。
【００３７】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による回転電機の電子モジュールを示す平面図である。本実施形態においては、中継基板１１の内周側に衝撃に弱い電子部品５０を搭載するものであり、電子部品５０の衝突時におけるダメージを軽減している。またブラケット１内におけるスペースを有効に活用でき、回転電機全体を小型化するとともに、エネルギー消費量を小さく抑えることができる。電子モジュール４０は、パワー回路部２０、界磁回路部３０及びケース１２をヒートシンク１０に接合し、中継基板１１を配置後、樹脂封止する構造となっている。
【００３８】
中継基板１１においては、パワー回路部２０及び界磁回路部３０の信号端子２３を信号端子接続部２４に接続しているが、図９に示すように、中継基板１１上に電子部品５０等を配置することも可能である。特にパワー回路部２０、界磁回路部３０近傍に配置すべき電子部品５０を中継基板１１上に配置することで、スペースの有効活用ができ小型化につながる。
【００３９】
本実施形態によれば、中継基板１１の内周側に電子部品５０を搭載することで、電子部品５０における衝突時のダメージを軽減することができる。さらにスペースの有効活用ができ、回転電機全体を小型化することが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ブラケット、２ａ  固定子、２ｂ  固定子巻線、３  回転子、４  界磁巻線、
６  冷却ファン、８  ブラシホルダ、１０  ヒートシンク、１１  中継基板、
１３  コネクタ、１４  配線部材、１５  制御基板、１６  冷却風路、
２０  パワー回路部、２３  信号端子、３０  界磁回路部、５０  電子部品、
１０１，１０２  冷却フィン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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