(57)【要約】【課題】電動機からの受熱を抑制するとともに、制御部を良好に冷却する回転電機一体型制御装置を提供する。【解決手段】この回転電機一体型制御装置は、ロータとステータと冷却ファンとを有し、ロータの回転とともに冷却ファンが回転する電動機と、電動機への電力供給のためのパワー素子と、パワー素子の駆動を制御するための電子制御装置と、を有する制御部と、を備える。電動機は、ロータ、ステータおよび冷却ファンを収容し、冷却ファンの回転に伴って生じる気体の流れを外部空間に導く排気孔を有する第１筐体を有する。制御部は、少なくとも電子制御装置を収容する第２筐体を有する。さらに、第１筐体の内部空間と第２筐体の内部空間とを連結する第１通路と、第２筐体の内部空間と外部空間とを連結する第２通路と、を備える。【選択図】図１
2015204716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（２１０）とステータ（２２０）と冷却ファン（２４０）とを有し、前記ロータの回転とともに前記冷却ファンが回転する電動機（２００）と、
前記電動機への電力供給のためのパワー素子（３１１）と、前記パワー素子の駆動を制御するための電子制御装置（３２０）と、を有する制御部（３００）と、を備える回転電機一体型制御装置であって、
前記電動機は、前記ロータ、前記ステータおよび前記冷却ファンを収容し、前記冷却ファンの回転に伴って生じる気体の流れを外部空間に導く排気孔（２５４）を有する第１筐体（２５０）を有し、
前記制御部は、少なくとも前記電子制御装置を収容する第２筐体（３２２）を有し、
さらに、前記第１筐体の内部空間と前記第２筐体の内部空間とを連結する第１通路（７００）と、
前記第２筐体の内部空間と前記外部空間とを連結する第２通路（８００）と、を備えることを特徴とする回転電機一体型制御装置。
【請求項２】
第１面（６１０ａ）が前記電動機と対向する底部（６１０）を有し、前記制御部を収容する第３筐体（６００）を備え、
前記第３筐体は、前記第１面において前記底部と一体的に形成された放熱フィン（６１１）を有し、
前記パワー素子が、前記底部のうち前記第１面と反対の裏面である第２面（６１０ｂ）に配置されるとともに、前記第１通路および前記第２通路が、前記底部を貫通して形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機一体型制御装置。
【請求項３】
前記第１通路および前記第２通路は、前記第１筐体および前記第２筐体よりも熱伝導率が小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機一体型制御装置。
【請求項４】
前記第１通路および前記第２通路は、その内壁面に断熱材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機一体型制御装置。
【請求項５】
前記第１通路および前記第２通路は、前記第１筐体と前記第２筐体とを互いに固定する中空ボルトにより構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機一体型制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機と、電動機を制御するための制御部と、が一体で構成された回転電機一体型制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機一体型制御装置においては、回転に伴う電動機の発熱に加えて、電子制御装置や電力変換のためのパワー素子等が発熱する。このため、回転電機一体型制御装置には、従来よりも高い熱的信頼性が要求される。
【０００３】
特許文献１には、電動機のケースに相当するリアブラケットと制御装置との間に隙間を設けて、該隙間に冷却風を通すことにより電動機および制御装置を構成するスイッチング素子を冷却する構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の制御装置一体型回転電機では、スイッチング素子から制御基板への熱輻射を遮断することができず、制御基板の熱的信頼性が低下する虞がある。また、制御基板を収容するケースとリアブラケットとが導電スタッドで熱的に接続されているため、熱が電動機から制御基板へ伝導して制御基板の熱的信頼性が低下する虞がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、電動機からの受熱を抑制するとともに、制御部を良好に冷却することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、ロータ（２１０）とステータ（２２０）と冷却ファン（２４０）とを有し、ロータの回転とともに冷却ファンが回転する電動機（２００）と、電動機への電力供給のためのパワー素子（３１１）と、パワー素子の駆動を制御するための電子制御装置（３２０）と、を有する制御部（３００）と、を備える回転電機一体型制御装置であって、電動機は、ロータ、ステータおよび冷却ファンを収容し、冷却ファンの回転に伴って生じる気体の流れを外部空間に導く排気孔（２５４）を有する第１筐体（２５０）を有し、制御部は、少なくとも電子制御装置を収容する第２筐体（３２２）を有し、さらに、第１筐体の内部空間と第２筐体の内部空間とを連結する第１通路（７００）と、第２筐体の内部空間と外部空間とを連結する第２通路（８００）と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、冷却ファンの回転に伴って、冷却風が第２筐体の内部空間に直接導入される。このため、電子制御装置を含む発熱素子を効率よく冷却することができる。
【００１０】
また、ロータおよびステータを収容する第１筐体と、電子制御装置を収容する第２筐体とを連結する部材、すなわち、第１通路および第２通路の内部を冷却風が通過するため、第１通路および第２通路を伝導する熱を、該冷却風によって冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る回転電機一体型制御装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う、電動機の断面図である。
【図３】制御部の構成を示す回路図である。
【図４】第１通路の構成を示す斜視図である。
【図５】第２通路の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
【００１３】
（第１実施形態）
最初に、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る回転電機一体型制御装置の概略構成について説明する。
【００１４】
本実施形態に係る回転電機一体型制御装置は、例えば車両に搭載される機電一体の回転電機一体型制御装置である。図１に示すように、この回転電機一体型制御装置１００は、機械的に駆動する電動機２００と、電動機２００の駆動を制御する制御部３００とを備えている。
【００１５】
電動機２００は、例えばスタータを構成するモータであり、ロータ２１０とステータ２２０とを有している。ロータ２１０にはシャフト２３０および冷却ファン２４０が固定されている。シャフト２３０は、ロータ２１０とともに回転して図示しないエンジンに動力を伝達する。冷却ファン２４０は、ロータ２１０とともに回転して外部空間から電動機２００の内部に冷却風を取り込み、電動機２００で発生した熱を外部空間に排出するようになっている。
【００１６】
ロータ２１０は、図２に示すように、後述のステータ２２０と同軸の円筒状の部材であり、ステータ２２０の内周側に配置されている。そして、ロータ２１０の軸を含む空洞部２１１にシャフト２３０が挿入固定されている。また、ロータ２１０は、その内部にロータコイル２１２を有している。図１に示すように、ロータ２１０は、シャフト２３０とともに、軸Ｌを回転軸として一体的に回転するようになっている。さらに、ロータ２１０には、回転軸Ｌに直交する一面に冷却ファン２４０が固定されており、ロータ２１０の回転に伴って、回転軸Ｌの直交する面内で冷却ファン２４０が回転する。冷却ファン２４０は回転することによって外部空間から空気を取り込む。この空気の流れが冷却風となり、電動機２００全体を冷却する。
【００１７】
ステータ２２０は、図２に示すように、円筒状のステータコア２２１と、ステータコア２２１の内壁から円筒の内側に向かって突出した複数の突極２２２を有し、それぞれの突極２２２にはステータコイル２２３が巻きつけられている。ステータコイル２２３には交流電流が流れるようになっており、ステータ２２０が電磁石として機能する。ステータ２２０により形成される磁場と、ロータコイル２１２に流れる電流により形成される磁場とが相互作用してロータ２１０に回転のモーメントが発生するようになっている。
【００１８】
なお、ロータ２１０とステータ２２０は、図１に示すように、モータケース２５０に収容されている。モータケース２５０には、回転軸Ｌに沿ってシャフト２３０を挿通するための挿通孔２５１が形成されている。挿通孔２５１には、シャフト２３０が歳差運動しないように軸受２５２が配置されている。モータケース２５０は、特許請求の範囲に記載の第１筐体に相当する。
【００１９】
制御部３００は、回転軸Ｌに沿う方向において、電動機２００と隣接して配置され、図１に示すように、電力変換器３１０と、電子制御装置３２０とを有し、これらによって電動機２００の駆動を制御する。さらに制御部３００は、電子制御装置３２０収容する第２筐体３２２を有している。
【００２０】
電力変換器３１０は、図３に示すように、直流電源４００により供給される直流電流を交流電流に変換するインバータである。変換された電力は電動機２００に供給されてロータ２１０の回転運動に用いられる。本実施形態における電力変換器３１０は、複数のパワー素子３１１と各パワー素子３１１に逆並列に接続された還流ダイオード３１２とを有している。パワー素子３１１はＭＯＳＦＥＴに代表されるスイッチング素子であり、適切なタイミングでオンオフ動作を繰り返す。これによって直流電流が交流電流に変換される。還流ダイオード３１２は負荷に相当する電動機２００による誘導起電力からパワー素子３１１を保護するために接続されている。なお、図３に示すコンデンサ５００は、電力変換器３１０と並列に接続され、パワー素子３１１のスイッチング動作により生じる直流電圧の変動を抑制する平滑コンデンサである。
【００２１】
パワー素子３１１はオン抵抗に起因して発熱するため、熱的信頼性を確保するために冷却が必要である。パワー素子３１１は、後述する第３筐体６００の底部としてのフレーム６１０に、図示しないはんだを介して熱的に接続されている。すなわち、パワー素子３１１の発した熱はフレーム６１０に伝導される。そして、フレーム６１０において、パワー素子３１１が接続された面（第２面６１０ｂ）と反対の第１面６１０ａには、放熱フィン６１１が形成されている。よって、フレーム６１０に伝導した熱は、放熱フィン６１１から放熱される。
【００２２】
電子制御装置３２０は、図３に示すように、電力変換器３１０におけるパワー素子３１１のゲート端子に接続され、パワー素子３１１のオンオフを制御する。図１に示すように、本実施形態における電子制御装置３２０は、基板３２１上に実装されている。電子制御装置３２０および基板３２１は、第２筐体３２２に収容されて、外部からの衝撃等から保護されている。
【００２３】
なお、制御部３００は、アウターカバー６２０によって覆われ、外部からの衝撃等から保護されている。アウターカバー６２０はスナップフィットやねじ止め等の一般的な固定法によってフレーム６１０に固定され、フレーム６１０、放熱フィン６１１およびアウターカバー６２０によって第３筐体６００が構成されている。図１に示すように、制御部３００のうち、電子制御装置３２０は第２筐体３２２に収容されているが、電力変換器３１０は、第２筐体３２２の外部であって、第３筐体６００を構成するフレーム６１０の第２面６１０ｂに配置されている。
【００２４】
図１に示すように、フレーム６１０の第１面６１０ａは、回転軸Ｌに沿う方向において第１筐体としてのモータケース２５０に対向している。モータケース２５０には、シャフト２３０近傍に設けられた吸入孔２５３と、モータケース２５０外縁に設けられた排気孔２５４が形成されている。つまり、冷却ファン２４０が回転すると、冷却風が第１筐体２５０と第３筐体６００の対向領域を通過して放熱フィン６１１にて電力変換器３１０から熱を奪う。そして、冷却風は吸入孔２５３から電動機２００の内部に吸入されてロータ２１０やステータ２２０から熱を奪う。その後、冷却風は排気孔２５４から外部に排気される。
【００２５】
本実施形態における回転電機一体型制御装置１００は、上記構成に加えて、第１通路７００および第２通路８００を備えている。以下、図１、図４および図５を参照して、第１通路７００および第２通路８００の構成について詳しく説明する。なお、図４および図５において、ねじ頭７１０，８１０の形状や、ねじ軸７２０，８２０に形成されるねじ山等は簡略化して図示している。
【００２６】
第１通路７００は、図１に示すように、第１筐体としてのモータケース２５０と第２筐体３２２を連結している。第１通路７００は、モータケース２５０の内部空間と第２筐体３２２の内部空間とを連通するように設けられており、モータケース２５０と第２筐体３２２との間で空気の移動が可能になっている。本実施形態における第１通路７００は、例えば図４に示すような中空ボルトであり、ねじ頭７１０とねじ軸７２０とから成る。第１通路７００は、ねじ軸７２０の伸びる方向に沿って、中空ボルトを貫通する貫通孔７３０を有している。この第１通路７００は、第２筐体３２２の内部空間から外部空間に向かって貫通して、さらに第３筐体６００のフレーム６１０を貫通してモータケース２５０にねじ軸７２０の先端がねじ込まれている。
【００２７】
第２通路８００は、図１に示すように、第２筐体３２２の内部空間と外部空間を連通するように設けられており、第２筐体３２２と外部空間との間で空気の移動が可能になっている。本実施形態における第２通路８００は、例えば図５に示すような中空ボルトであり、ねじ頭８１０とねじ軸８２０とから成る。第２通路８００は、ねじ軸８２０の伸びる方向に沿って、中空ボルトを貫通する第１貫通孔８３０ａを有している。さらに、第２通路８００は、ねじ軸８２０の外壁から第１貫通孔８３０ａに向かって貫通する第２貫通孔８３０ｂを有している。この第２通路８００は、第２筐体３２２の内部空間から外部空間に向かって貫通して、さらに第３筐体６００のフレーム６１０を貫通してモータケース２５０にねじ軸７２０の先端がねじ込まれている。第２貫通孔８３０ｂは、ねじ軸８２０の外壁に形成された開口がシャフト２３０の形成位置と反対を向くようになっており、外部空間の空気を第１貫通孔８３０ａに導入しやすくなっている。
【００２８】
以上のような構成では、冷却ファン２４０の回転に伴ってモータケース２５０の内部空間が外部空間に対して負圧となり、第１通路７００により連結された第２筐体３２２の内部空間の空気を排気孔２５４から排気する。これにより、第２筐体３２２の内部空間も外部空間に対して負圧となる。第２筐体３２２の内部空間は第２通路８００により外部空間と連結されているから、図１に示すように、外気は、第２通路８００を通って第２筐体３２２を経由し、第１通路７００を通ってモータケース２５０の排気孔２５４から排気される。
【００２９】
次に、本実施形態に係る回転電機一体型制御装置１００の作用効果について説明する。
【００３０】
この回転電機一体型制御装置１００は、図１に示すように、モータケース２５０の内部空間が、第１通路７００、第２筐体３２２および第２通路８００を経由して外部空間と連通している。よって、冷却ファンの回転に伴って、冷却風が第２筐体の内部空間に直接導入される。このため、電子制御装置３２０を含む発熱素子を効率よく冷却することができる。
【００３１】
また、ロータ２１０およびステータ２２０を収容する第１筐体としてのモータケース２５０と、第２筐体３２２とを連結する部材、すなわち、第１通路７００および第２通路８００の内部を冷却風が通過するため、モータケース２５０から第２筐体３２２へ向かって、第１通路および第２通路を伝導する熱を、該冷却風によって冷却することができる。
【００３２】
また、第１通路７００および第２通路８００は、発熱素子であるパワー素子３１１を含む電力変換器３１０が配置されたフレーム６１０を貫通して形成されている。このため、電力変換器３１０で発生した熱を、フレーム６１０を経由して、第１通路７００および第２通路８００の内部を流れる冷却風により外部に逃すことができる。すなわち、電力変換器３１０やフレーム６１０から電子制御装置３２０に向かう熱輻射を抑制することができる。
【００３３】
また、上記では、モータケース２５０、第２筐体３２２、第１通路７００および第２通路８００の構成材料について言及していないが、例えば、モータケース２５０および第２筐体３２２をアルミニウム製とし、第１通路７００および第２通路８００をステンレス鋼とするとよい。ステンレス鋼はアルミニウムに較べて熱伝導率が小さいので、モータケース２５０から第２筐体３２２へ向かって、第１通路および第２通路を伝導する熱量を抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態における第１通路７００および第２通路８００は中空ボルトである。このため、第１通路７００および第２通路８００は、冷却風の通路としての機能の他に、モータケース２５０と第２筐体３２２との相互の固定のための部材としての機能を持たせることができる。
【００３５】
（変形例）
上記実施形態において、第２筐体３２２が電力変換器３１０の熱輻射を十分に遮断できる場合には、第１通路７００および第２通路８００の内壁面に断熱材を有するようにすると良い。
【００３６】
上記したように、第１通路７００および第２通路８００は、電力変換器３１０で発生した熱を、フレーム６１０を経由で外部に逃すことができるが、この熱量が大きいと、受熱した冷却風を第２筐体３２２の内部空間に導入することになるため、電子制御装置３２０の熱的信頼性が低下する虞がある。これに対して、第２筐体３２２が電力変換器３１０の熱輻射を十分に遮断できる場合には、第１通路７００および第２通路８００の内壁面に断熱材を設けることにより、冷却風がフレーム６１０を経由で電力変換器３１０から受ける熱量を抑制することができる。このため、第２筐体３２２の内部空間を効率よく冷却することができる。
【００３７】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３８】
上記した実施形態では、モータケース２５０および第２筐体３２２をアルミニウム製とし、第１通路７００および第２通路８００をステンレス鋼とする例を示したが、この例に限定されない。例えば、第２筐体３２２には、輻射熱の遮断を目的に、熱伝導率の小さいプラスチックなどの樹脂を採用することもできる。
【００３９】
また、上記した実施形態では、第１通路７００および第２通路８００を中空ボルトにより構成する例を示したが、この例に限定されない。例えば、冷却風を通すための第１通路７００および第２通路８００とは別に、モータケース２５０と第２筐体３２２とを相互に固定する部材を用いてもよい。
【００４０】
また、上記した実施形態では、電力変換器３１０が第２筐体３２２の外部に配置される例を示したが、電力変換器３１０は第２筐体３２２の内部空間に配置されてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１００…回転電機一体型制御装置，２００…電動機，２５０…モータケース（第１筐体），３００…制御部，３２２…第２筐体，７００…第１通路，８００…第２通路
【図１】
2015204716.tif 000003
【図２】
2015204716.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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