(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子巻線あるは界磁巻線に電力を供給する電力供給ユニットを上記回転電機の反負荷側に一体化した電力供給ユニット一体型回転電機であって、
上記固定子巻線に固定子電流を通電するパワー回路を上記回転電機の反負荷側ブラケットの後方外側に搭載すると共に、上記パワー回路は、上記固定子電流をスイッチングするスイッチング素子と上記スイッチング素子を冷却するヒートシンクとを備え、
上記回転電機のシャフトに取り付けられた冷却ファンによる冷却風が、上記パワー回路と上記反負荷側ブラケットとの空間を通って流入し、上記反負荷側ブラケットの内周を経て上記反負荷側ブラケットの外周部に設けられた排気孔から排出される電力供給ユニット一体型回転電機において、
上記反負荷側ブラケットと上記パワー回路との間に、上記排気孔から排出される上記冷却風が上記パワー回路と上記反負荷側ブラケットとの空間へ還流するのを防止する冷却風還流防止部材を備え、上記冷却風還流防止部材を上記パワー回路の上記反負荷側ブラケットへの固定保持部において、上記パワー回路と上記反負荷側ブラケットに挟まれて固定保持することを特徴とする電力供給ユニット一体型回転電機。
【請求項２】
上記ヒートシンクは、上記反負荷側ブラケットと上記スイッチング素子との間に配置されると共に、上記反負荷側ブラケットに向かって伸びるフィンを備え、上記冷却風が上記フィンを通って上記パワー回路を冷却することを特徴とする請求項１に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
【請求項３】
上記冷却風還流防止部材を金属部材で構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
【請求項４】
上記冷却風還流防止部材を樹脂部材で構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
【請求項５】
上記冷却風還流防止部材を樹脂にインサートされた金属部材で構成し、上記固定保持部で上記金属部材が上記パワー回路と上記反負荷側ブラケットに挟まれて固定保持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
【請求項６】
上記冷却風還流防止部材に上記冷却風をガイドする突起部を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
【請求項７】
上記冷却風還流防止部材は、上記反負荷側ブラケットに形成された上記固定子巻線の入出力リード線が貫通する貫通穴を塞ぐ構成であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機本体に、この回転電機の固定子巻線あるいは界磁巻線に電力を供給する電力供給ユニットを一体に取り付けた電力供給ユニット一体型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な車両用回転電機においては、回転電機を制御するためのインバータを、車両において回転電機とは別の場所に搭載する別体型が実用化されている。別体型で構成した場合、車両においてインバータを搭載するためのスペースを別に確保する必要があること、あるいは回転電機とインバータとを接続するハーネスの長さに起因する損失が発生してしまうという問題があった。このような課題を解消するために、様々な電力供給ユニット一体型の回転電機の開発が進められている。
【０００３】
その従来装置として、特開２００７−１８９８６８号公報（特許文献１）に、スイッチング素子が搭載されたインバータパワー回路を、回転電機本体のリヤブラケットに回転電機の軸方向に所定の間隙を設けて搭載し、ファンによって生成される冷却風で上記インバータパワー回路を冷却する制御装置一体型回転電機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８９８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の制御装置一体型回転電機は、冷却風の排気口と吸気口の距離が近いため、暖められて排気された空気を吸入口から再び吸入してしまい、十分な冷却性能が得られないという冷却風の還流の点について問題があり、また、還流の影響を低減するために吸入口を排気口から遠ざけようとすると、それに伴ってインバータパワー回路を回転電機部と反対方向に移動する必要があって、軸長が伸びてしまうという問題があった。
【０００６】
更に、インバータパワー回路のスイッチング素子は整流用ダイオードより許容される温度が低いため、制御装置一体型回転電機の方が、整流ダイオードから構成される車載用回転電機よりも還流の影響が一層顕著に冷却性能を左右することになる。
【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、軸長を伸ばすことなく還流の影響を低減し、冷却性能を向上させる電力供給ユニット一体型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】
この発明に係る電力供給ユニット一体型回転電機は、回転電機の固定子巻線あるは界磁巻線に電力を供給する電力供給ユニットを上記回転電機の反負荷側に一体化した電力供給ユニット一体型回転電機であって、上記固定子巻線に固定子電流を通電するパワー回路を上記回転電機の反負荷側ブラケットの後方外側に搭載すると共に、上記パワー回路は、上記固定子電流をスイッチングするスイッチング素子と上記スイッチング素子を冷却するヒートシンクとを備え、上記回転電機のシャフトに取り付けられた冷却ファンによる冷却風が、上記パワー回路と上記反負荷側ブラケットとの空間を通って流入し、上記反負荷側ブラケットの内周を経て上記反負荷側ブラケットの外周部に設けられた排気孔から排出される電力供給ユニット一体型回転電機において、
上記反負荷側ブラケットと上記パワー回路との間に、上記排気孔から排出される上記冷却風が上記パワー回路と上記反負荷側ブラケットとの空間へ還流するのを防止する冷却風還流防止部材を備え、上記冷却風還流防止部材を上記パワー回路の上記反負荷側ブラケットへの固定保持部において、上記パワー回路と上記反負荷側ブラケットに挟まれて固定保持するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力供給ユニット一体型回転電機によれば、パワー回路と反負荷側ブラケットとの間に冷却風還流防止部材を配置し、上記冷却風還流防止部材を上記パワー回路の上記反負荷側ブラケットへの固定保持部において、上記パワー回路と上記反負荷側ブラケットに挟んで固定保持したので、軸長を伸ばすことなく上記冷却風還流防止部材を強固に固定でき、また、還流の影響を低減し、冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機のインバータパワー回路の反負荷側から見た図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機の冷却風還流防止部材の反負荷側から見た図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る電力供給ユニット一体型回転電機の冷却風還流防止部材の反負荷側から見た図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明に係る電力供給ユニット一体型回転電機の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、これらの実施の形態により発明が限定されるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機の断面図を示し、図２は、その要部断面図、図３は、パワー回路の反負荷側から見た図、図４は、冷却風還流防止部材（以下、還流防止部材という。）の反負荷側から見た図をそれぞれ示している。
これらの図において、符号１００は回転電機を示し、符号２００は回転電機１００に電力を供給する電力供給ユニットを示している。回転電機１００は、負荷側ブラケット（以下、フロントブラケットという。）１及び反負荷側ブラケット（以下、リヤブラケットという。）２からなるハウジングと、固定子鉄心３ａと固定子巻線３ｂを有する固定子３と、シャフト４及び界磁巻線５を有する回転子６とを備えている。固定子３はフロントブラケット１の一端部とリヤブラケット２の一端部により支持固定され、回転子６は固定子３の内側に配置されている。回転子６のシャフト４は、ハウジングに設けられた支持用ベアリング７により回転自在に支持され、回転子６は固定子３に対して同軸に回転できるように構成されている。
【００１３】
回転子６の軸方向の両端面には、冷却ファン８が固定されている。シャフト４の負荷側（以下、フロント側という。）端部、即ち、フロントブラケット１の外側にプーリー９が装着されると共に、シャフト４の反負荷側（以下、リヤ側という。）に一対のスリップリング１０が装着され、スリップリング１０と摺接する一対のブラシ１１がブラシホルダ１２内に配置されている。プーリー９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ー９に伝達される。ブラシホルダ１２、ブラシ１１、及びスリップリング１０は、界磁巻線５に直流電力を供給するものである。
【００１４】
リヤブラケット２の後方外側には、ブラシホルダ１２とパワー回路、例えばインバータパワー回路１３が配置され、リヤブラケット２に搭載されている。インバータパワー回路１３は、固定子巻線３ａに電流を供給するスイッチング素子である半導体スイッチング素子１４とケース１５からなるパワー回路モジュール１６と、ブラシ１１に供給する電力をコントロールするスイッチング素子と回転電機を制御する制御回路とケースからなる制御回路モジュール１７（図３参照）と、パワー回路モジュール１６及び制御回路モジュール１７が搭載されるヒートシンク１８から構成されている。また、インバータパワー回路１３とブラシホルダ１２の軸方向後方側には樹脂ケース１９が配置されている。なお、リヤブラケット２の後方外側部分が回転電機１００に電力を供給する電力供給ユニット２００を構成している。
【００１５】
ヒートシンク１８は、リヤブラケット２とパワー回路モジュール１６及び制御回路モジュール１７の間に配置される。ヒートシンク１８のフィン１８ａは、リヤブラケット２側に伸びており、還流防止部材２０がリヤブラケット２の後方外側面とヒートシンク１８との間に配設されている。還流防止部材２０は、鉄、銅、アルミなどの金属製の部材で構成されている。
【００１６】
この電力供給ユニット一体型回転電機では、回転子６が回転駆動されるとファン８が駆動され、図１の矢印で示すように、冷却風Ｗが樹脂ケース１９の外周部に設けられた吸入孔２１から吸入され、ヒートシンク１８のフィン１８ａを通過し、パワー回路モジュール１６及び制御回路モジュール１７を冷却する。そして、冷却風Ｗは、ファン８に空気が吸入されるようにリヤブラケット２に設けられた通風孔２２を通過し、遠心方向に曲げられ、固定子巻線３ｂ及びリヤブラケット２を冷却しながらリヤブラケット２の外周部に設けられた排気孔２３から排出される。なお、還流防止部材２０は、リヤブラケット２の外周部に設けられた排気孔２３と軸方向で重なり合うように設けられている。
【００１７】
このように、還流防止部材２０を配設することにより、リヤブラケット２の外周部の排気孔２３からの温まった冷却風Ｗが、樹脂ケース１９の外周に設けられた吸入孔２１から吸入されることを防止し、冷却風Ｗの還流が防止される。従って、インバータパワー回路１３の温度上昇を抑制することができる。また、吸入される冷却風Ｗの温度が高くならないため、回転電機１００（固定子３、回転子６）自体の温度上昇も抑制することができる。
【００１８】
更に、インバータパワー回路１３は、ネジ２４（図２参照）によってリヤブラケット２に固定されており、上記のように、還流防止部材２０はヒートシンク１８とリヤブラケット２との間に挟まれて固定されている。このとき、インバータパワー回路１３と還流防止部材２０とは、同一の固定保持部２５（図４参照）で固定保持されている。このように、インバータパワー回路１３と還流防止部材２０との固定保持部２５を同一箇所とすることにより、回転電機１００の小型化が可能となり、また、還流防止部材２０を強固に固定することができる。
【００１９】
固定子３で発生した熱は、固定子３からリヤブラケット２、インバータパワー回路２０へと伝わり、インバータパワー回路１３の温度が上昇するが、金属性の還流防止部材２０を用いることにより、リヤブラケット２からインバータパワー回路１３に伝わる熱量を、ヒートシンク１８に伝わる熱量と還流防止部材２０に伝わる熱量とに分散させる。そして、吸入孔２１から吸入された冷却風Ｗにより、還流防止部材２０も冷却されるため、インバータパワー回路１３に流入する熱量を低減することができ、インバータパワー回路１３の温度上昇を抑制することができる。また、インバータパワー回路１３を固定するネジ２４の緩みが生じにくく、信頼性が向上する。
【００２０】
また、図５に示すように、還流防止部材２０の外周部２０ａを軸方向後方側に折り曲げてもよい。還流防止部材２０の外周部２０ａを軸方向後方に折り曲げて、冷却風Ｗが斜め後方側から吸気されやすいようにガイドすることにより、吸入孔２１と排出孔２３の軸方向距離が長くなるため、排出孔２３から排出された冷却風Ｗが吸入孔２１から吸入される還流をより一層防止することができ、インバータパワー回路１３の温度上昇をさらに抑制することが可能となる。
【００２１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電力供給ユニット一体型回転電機について説明する。図６は、実施の形態２に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図である。
実施の形態２に係る電力供給ユニット一体型回転電機では、還流防止部材３０が樹脂製の部材で形成されており、その外周部３０ａを軸方向前方に折り曲げた形状で構成されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００２２】
このように、実施の形態２に係る電力供給ユニット一体型回転電機では、還流防止部材３０の外周部３０ａを軸方向前方に折り曲げることにより、排出孔２３から排出された冷却風Ｗが軸方向前方に排出されるように方向が規制される。それにより、排出孔２３から排出された冷却風Ｗが吸入孔２１から吸入される還流を防止することができ、インバータパワー回路１３の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２３】
また、本実施の形態では、固定子３で発生した熱は、固定子３からリヤブラケット２、そしてリヤブラケット２からインバータパワー回路１３へと伝わり、インバータパワー回路１３の温度が上昇するが、樹脂製の還流防止部材３０を用いているので、リヤブラケット２からインバータパワー回路１３に伝わる熱量を還流防止部材３０で断熱することが可能となり、リヤブラケット２からインバータパワー回路１３へ流入する熱量を低減することができる。従ってインバータパワー回路１３の温度上昇を抑制することができる。
【００２４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る電力供給ユニット一体型回転電機について説明する。図７及び図８は、実施の形態３に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図であり、図９は、還流防止部材のリヤ側から見た図である。
図７乃至図９において、実施の形態３では、還流防止部材４０は、金属部材４１が樹脂４２にインサートされてモールディングされている。還流防止部材４０の樹脂部分４２の一部は、リヤブラケット２の外周部に設けられた排気孔２３と軸方向で重なり合うように構成されており、軸方向前方への第１の突起部４２ａ、軸方向後方への第２の突起部４２ｂが設けられている。
【００２５】
還流防止部材４０は上記のように構成されており、第２の突起部４２ｂにより冷却風Ｗが斜め後方側から吸気されやすいようにガイドされ、吸入孔２１と排出孔２３の軸方向距離が長くなり、さらに排出孔２３から排出された冷却風Ｗが軸方向前方に排出されるように方向が規制されるため、排出孔２３から排出された冷却風Ｗが吸入孔２１から吸入される還流を防止することができる。従って、インバータパワー回路１３の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２６】
また、インバータパワー回路１３とリヤブラケット２の固定保持部２５で、還流防止部材４０の金属部分４１がインバータパワー回路１３とリヤブラケット２に挟まれている。この構成により、実施の形態１と同様に、リヤブラケット２からインバータパワー回路１３に伝わる熱量をヒートシンク１８に伝わる熱量と還流防止部材４０の金属部材４１に伝わる熱量とに分散させ、吸入孔２１から吸入された冷却風Ｗにより、還流防止部材４０の金属部材４１も冷却されるため、インバータパワー回路１３に流入する熱量を低減することができる。従って、インバータパワー回路１３の温度上昇を抑制することができる。
【００２７】
更に、本実施の形態では、図７に示すように、ヒートシンク１８のフィン１８ａとリヤブラケット２の後方外側の面で、還流防止部材の樹脂部分４２が挟まれる構造となっている。インバータパワー回路１３とリヤブラケット２の固定保持部２５のみでなく、ヒートシンク１８のフィン１８ａとリヤブラケット２でも還流防止部材４０を抑えることができるため、還流防止部材４０をより強固に固定することができる。なお、上記以外の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００２８】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る電力供給ユニット一体型回転電機について説明する。図１０は、実施の形態４に係る電力供給ユニット一体型回転電機の要部断面図である。
図１０において、実施の形態４では、リヤブラケット２に固定子巻線３ｂの入出力リード線３ｃが貫通する貫通穴２ａが形成されており、固定子巻線３ｂに電流を供給するためにインバータパワー回路１３に構成されるターミナル１３ａと、固定子巻線３ｂの入出力リード線３ｃがリヤブラケット２の外部で接続されている。
【００２９】
還流防止部材５０には、リヤブラケット２側に突起部５０ａが設けられており、この突起部５０ａは貫通穴２ａと固定子巻線３ｂの入出力リード線３ｃの隙間を塞ぐように構成されている。また、還流防止部材５０にも、固定子巻線３ｂの入出力リード線３ｃが貫通する貫通穴５１が設けられており、この貫通穴５１により入出力リード線３ｃがガイドされ、インバータパワー回路１３のターミナル１３ａに入出力リード線３ｃが接続されるようになっている。
【００３０】
このように構成することにより、リヤブラケット２に構成された貫通穴２ａからの冷却風Ｗの還流についても防止することができる。従って、インバータパワー回路１３の温度上昇を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  フロントブラケット                      ２  リヤブラケット
２ａ、５１  貫通穴                          ３  固定子
３ａ  固定子鉄心                            ３ｂ  固定子巻線
３ｃ  入出力リード線                        ４  シャフト
５  界磁巻線                                ６  回転子
７  支持用ベアリング                        ８  冷却ファン
９  プーリー                                １０  スリップリング
１１  ブラシ                                １２  ブラシホルダ
１３  インバータパワー回路                  １３ａ  ターミナル
１４  半導体スイッチング素子                １５  ケース
１６  パワー回路モジュール                  １７  制御回路モジュール
１８  ヒートシンク                          １８ａ  フィン
１９  樹脂ケース                          
２０、３０、４０、５０  冷却風還流防止部材
２０ａ、３０ａ  外周部                      ２１  吸入孔
２２  通風孔                                ２３  排気孔
４１  金属部材                              ４２  樹脂
４２ａ  第１の突起部                        ４２ｂ  第２の突起部
５０ａ  突起部                              １００  回転電機
２００  電力供給ユニット                    Ｗ  冷却風
【図１】
0005368532.tif 000002
【図２】
0005368532.tif 000003
【図３】
0005368532.tif 000004
【図４】
0005368532.tif 000005
【図５】
0005368532.tif 000006
【図６】
0005368532.tif 000007
【図７】
0005368532.tif 000008
【図８】
0005368532.tif 000009
【図９】
0005368532.tif 000010
【図１０】
0005368532.tif 000011