JP2015092799A - 電力供給ユニット一体型回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1に記載のオルタネータ、又はオルタネータ/スタータの後部に一体化された電力電子装置を冷却する装置において、電力電子回路を搭載した上面と、上面と反対側で後部軸受けの方を向く底面を有する熱放散ブリッジを備え、底面は冷却流体通路の長手方向壁を形成し、冷却流体通路の他方の長手方向壁は、ステータを指示している後部軸受けにより形成され、熱放散ブリッジの底面は流体通路内に配置された複数個の冷却フィンを有し、熱放散ブリッジは2個の固定スタッドによって後部軸受けに固定され、冷却フィンの全ての軸方向端部は、後部軸受けから所定の間隔を置いた位置にあるものが示されている。
特許文献2には、ファンとリヤブラケット間に配置された電力供給ユニット、ファンの径方向外側に位置する部位に形成された排気口、及び電力供給ユニットより底部側に開口する吸気口を有するリヤブラケット、ファンの回転時ファンの内径側に発生する負圧によって吸気口から吸いこまれる空気を、ファンの負圧部に導いた後に排気口に送る通風路を構成する仕切り部材、モジュール取付部の裏面に突設された第1放熱フィンなどによって構成された電力供給ユニット一体型回転電機が開示されている。
又、特許文献3には、図7、図8において、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され、吸入孔と排出孔の軸方向距離が長くなり、更に排出孔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、排出孔から排出された冷却風Wが再び吸入孔から吸入される還流を防止する還流防止部材が示されている。
特許文献2においては、リヤブラケットがモジュール取付部まで覆っているため、大型化し、重量化している。
特許文献3においては、リヤブラケット、ヒートシンクに更にガイドを追加しているため、軸方向の長さが更に長大化し、重量化している。
この発明は、上記の課題に鑑み、熱放散ブリッジと後部軸受けを一体化し、軸方向を短小化して軽量化す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。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
図1、図2に基づいて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を説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係る電力供給一体型回転電機の要部断面図、図2は、図1中の矢印A方向から見た平面図、(b)(c)は図2(a)中の矢印B方向から見た部分図である。
図1において、200は回転電機部を示し、300はこの回転電機部200に電力を供給する電力供給ユニットを示している。
回転子軸4は、フロントブラケット1に設けたフロント側ベアリング(軸受部)71と、リヤブラケット2に設けたリヤ側ベアリング(軸受部)72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している。
回転子軸4のフロント側端部、即ち、フロントブラケット1の外側には、プーリー9を装着すると共に、回転子軸4のリヤ側端部、即ち、リヤブラケット2側には、ブラシ100及び回転センサ110を配置する。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に連結し、回転エネルギーを伝達する。ブラシ100は、界磁巻線5に直流電力を供給するものである。
この電力供給ユニット300は、固定子巻線31或は界磁巻線5に電力を供給する電力電子回路120、ブラシ100、回転センサ110などで構成され、回転センサ110には、ホール素子やレゾルバを用い、電力電子回路120は、半導体スイッチング素子や、制御回路を内蔵し、固定子巻線31や界磁巻線5への電力供給を制御する。電力電子回路120の外側は、樹脂カバー130で覆い電力電子回路120を保護している。
回転子6が回転駆動すると、冷却ファン81及び冷却ファン82が駆動し、フロントブラケット1側では図1の矢印で示すように、冷却風W1は、フロントブラケットの吸気口11から吸入し、遠心方向に曲げられ、回転子6及び固定子3を冷却して排気口12から排出する(リヤブラケット2側の冷却風Wについては後述、0018参照)。
リヤブラケット2の内側には、次の各部材が配置されている。
すなわち、リヤブラケット2の内部は、電力電子回路120(電力供給ユニットの一部)の取り付け位置に対向するリヤブラケット2の内側端面にその径方向に長手側縁部を直接取り付けた複数の放熱用フィン23、この放熱用フィンと回転子6間における回転子軸4に取り付けられ放熱用フィン23を冷却する冷却ファン82、冷却ファンの吸気口21、冷却ファンの排気口22、放熱用フィン23を覆い且つ放熱用フィン23の他方の長手側縁部に固着され冷却通風路を形成する薄板状ガイド140などで構成されている。なお、薄板状ガイド140は、各種形状(図2、3、4、5,6,7,8)のものが採用されている。
又、薄板状ガイド140の一端部は、冷却通風路の入口部140aを形成し、冷却ファン82の内径負圧部近傍に位置する他端部は、冷却通風路の出口部140bを形成している。
図2では、開口部に設けた吸気口21に薄板状ガイド140が見えており、排気口22は薄板状ガイド140の裏側となる。
図3は、この発明の実施の形態1における電力供給ユニット一体型回転電機の変形例1の要部断面図で、(a)は変形例1の1、(b)は変形例1の2である。
図3(a)の変形例1の1は、放熱用フィン23の内周端部をリヤ側ベアリング72の近傍まで延長し、図ではリヤブラケット2を介しリヤ側ベアリング72の外輪に接触させたものである。
このように、放熱用フィン23をリヤ側ベアリング72に接触させることでリヤ側ベアリング72の冷却性能の向上を図っている。
また、図3(b)の変形例1の2は、薄板状ガイド140の外周端部に固定子3側に延びる曲成側面部143を設け、固定子3を薄板状ガイド140の一端部と支持固定することで、耐振性の強化を図っている。
なお、薄板状ガイド140とリヤブラケット2の固定は、図2に示すようにボルト27を用いてもよく、リベットや溶接でも固定できる。
この変形例2では、薄板状ガイド140の外周端部の板厚を、リヤブラケット2の外周に向かって拡大し、次のように傾斜部141、142を設けている。
吸気口21及び排気口22は、リヤブラケットの全周に渡って配置してもよいが、吸気口21と排気口22が近い場合、排気された温まった空気が吸気口21に再び吸入される、いわゆる還流により温度が上昇する。そこで、薄板状ガイド140の側面部付近において、図4に示すように、電力電子回路120側に傾斜部141を設けることで、電力電子回路120側の空気を冷却風Wとして吸入し、固定子3側に傾斜部142を設けることで、固定子3側に冷却風Wを排出し、冷却風Wの還流を抑制することができる。
更に、薄板状ガイド140の外周端部において、吸気口21と排気口22の間を、図4のように吸気口21と排気口22より突出させ突出部を形成することで、より還流を抑制することができる。
このように、放熱用フィン23をリヤ側ベアリング72に接触させることでリヤ側ベアリング72の冷却性能の向上を図っている。
ここで、放熱用フィン23の一部と薄板状ガイド140にねじやリベットを用いるか、薄板状ガイド140と放熱用フィン23の接触部を溶接して固定することで、薄板状ガイド140の振動を抑制し、耐振性を向上することができる。
図5の変形例3は、図4の変形例2を更に変形したもので、傾斜部141の代わりにリヤブラケット2に傾斜状突出部24を形成して、図4の変形例2と同様の作用効果を持たせている。傾斜状突出部24は、吸気口21の薄板状ガイド140側に設ける。なお、傾斜状突出部24はリヤブラケット2の製造時に設けることができる。
図6の変形例4は、放熱用フィン23の軸方向高さを、半径方向の内周側と外周側で異なるようにして、放熱用フィン23に段差部23aを設け、リヤ側の冷却ファン82の形状に合わせた空間部を形成し、この空間部に冷却ファン82の羽部を配置可能にしたものである。
オルタネータなどの車両用回転電機に使用される吸引タイプのファンは、外周付近の板を起こした形状が多い。そこで、図6に示すように、放熱用フィン23の形状を、冷却ファン82の形状に合わせて段差部23aを設けることで、軸方向の長さを短くすることができる。この場合、薄板状ガイド140の内周側は、放熱用フィン23の段差部23aまでの寸法にすると冷却風Wが内周部まで行き渡り冷却効果を更に高めることができる。
図7の変形例6は、吸気口21と排気口22を千鳥状に配置し、両者の位置関係を遠くすることで、冷却風Wの還流を抑制するものである。
吸気口21及び排気口22は、リヤブラケットの全周に渡って配置してもよいが、吸気口21と排気口22が近い場合、排気された温まった空気が吸気口21に再び吸入される、いわゆる還流により温度が上昇する。そこで、図7(b)に示すように、吸気口21と排気口22を互い違いに千鳥状に配置し、位置関係を遠くすることで、冷却風Wの還流を抑制することができる。ここで、吸気口21の位置を、放熱用フィン23を配置した対向部分にすることで、効率よく冷却することができる。
ここで、図7は、図1の矢印方向A、すなわち樹脂カバーの外側から見た図であり、樹脂カバー130の中にある電力半導体部品121と、リヤブラケット2の内側にある放熱用フィン23は点線で示している。
また、吸気口21の位置を、発熱体である電力電子回路120中の電力半導体部品121の近傍に配置することで、効率よく冷却することができる。つまり、図7においては、吸気口21を、放熱用フィン23を配置した対向部分にすることで、効率よく冷却することができる。
還流防止用隔壁リブにおいて、吸気口21の側面からの還流を防止する還流防止用隔壁リブ25aと、モータ側からの還流を防止する還流防止用隔壁リブ25bとを配置することで冷却効果を更に高めることができる。ここで、還流防止用隔壁リブ25aは、リヤブラケット2の製造時に設けることができ、還流防止用隔壁リブ25bは、薄板状ガイド140の製造時に設けることができる。
図8の変形例6は、電力電子回路120において、半導体素子などで構成するパワー部品(図示せず)と、制御回路を搭載する制御基板120aがある場合、パワー部品をリヤブラケット2側に配置する。ここで、パワー部品より制御基板120aの方が径方向に大きい場合、制御基板120aの外径に合わせて樹脂ケースを作製すると、吸気口が小さくなるため、リヤブラケットの外径が大型化していたが、図8に示すように、樹脂ケース131の側面を、パワー部品と制御基板の外形に合わせることで、リヤブラケットの外径を小型化することができる。
図9に基づいて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を説明する。
図9は、この発明の実施の形態2におけ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の電力供給ユニット一体型回転電機では、リヤブラケット2の端面において、リヤ側ベアリング72の近傍(電力電子回路120の内周側)、すなわち後述の樹脂カバー130と樹脂カバー150間に、冷却通風路の出口部140bに合流する第2吸気口26を設けたものである。なお、140aは冷却通風路の入口部である。
また、リヤブラケット2の、電力電子回路120の搭載面の内周側と、ブラシ100及び回転センサ110の外周側の間に第2吸気口26を配置する。そして、薄板状ガイド140と回転電機部200により、側面部に排気口22を形成する。
冷却風Wは、リヤブラケットの吸気口21から吸入し、薄板状ガイド140で形成された冷却通風路及び放熱用フィン23を通過して電力電子回路120を冷却し、薄板状ガイド140終端部の出口部140bで折り返すと共に遠心方向に曲げられ、薄板状ガイド140と回転電機部200の対向する面により形成した流路を通過して回転子6及び固定子3を冷却して排気口22から排出する。一方、冷却風W2は、リヤブラケットの第2吸気口26から吸入し、放熱用フィン23を通過すると共に冷却風Wと合流して排気口22から排出する。
放熱用フィン23及び吸気口21、排気口22、第2吸気口26の形成は、リヤブラケット2を型で作成する際に、軸方向に抜く型にすることで容易に作成できる。
なお、放熱用フィン23及びリヤブラケット2における吸気口21の開口部、第2吸気口26の形成は、リヤブラケット2を型で作成する際に、軸方向に抜く型にすることで容易に作成できる。
11:フロントブラケット側の吸気口、
12:フロントブラケット側の排気口、
2:リヤブラケット(反負荷側ブラケット)
21:リヤブラケット側の吸気口、
22:リヤブラケット側の排気口、
23:放熱用フィン、 23a:段差部、 24:***部、
25a、25b:還流防止用隔壁リブ、 26:リヤブラケット側の第2吸気口、
27:ボルト、 3:固定子、 31:固定子巻線、 32:固定子鉄心、
4:回転子軸、 5:界磁巻線、 6:回転子、
71:フロント側ベアリング(軸受部)、 72:リヤ側ベアリング(軸受部)、
81:フロント側の冷却ファン、 82:リヤ側の冷却ファン、 9:プーリー、
100:ブラシ、 110:回転センサ、 120:電力電子回路、
121:電力半導体部品、 130:樹脂カバー、 140:薄板状ガイド、
140a:冷却通風路の入口部、 140b:冷却通風路の出口部、
141:電力電子回路側の傾斜部、 142:固定子3側の傾斜部、
143:薄板状ガイドの曲成側面部、 200:回転電機部、
300:電力供給ユニット、 W:リヤブラケット側の冷却風、
W1:フロント側の冷却風、 W2:リヤブラケット側の第2冷却風。
Claims (9)
- 負荷側ブラケット及び反負荷側ブラケットに回転可能に支持された回転子軸、この回転子軸に嵌着され界磁巻線を有する回転子、この回転子を囲繞するように配置され固定子巻線を有する固定子、及びこの固定子と上記回転子に電力を供給するため上記反負荷側ブラケットに取り付けた電力供給ユニットを備えた電力供給ユニット一体型回転電機であって、
上記反負荷側ブラケットの外側端面に、上記電力供給ユニットを直接取り付け、
この電力供給ユニットの取り付け位置に対向する上記反負荷側ブラケットの内側端面に、その径方向に複数の放熱用フィンの長手側縁部を直接取り付け、
この放熱用フィンと上記回転子間における、上記回転子軸に上記放熱用フィンを冷却する冷却ファンを取り付け、
上記放熱用フィンの他方の長手側縁部を薄板状ガイドで覆うことによって、上記冷却ファンの内径負圧部近傍に出口部を有する冷却通風路を形成し、
上記薄板状ガイドの外周端部を、上記回転子軸の軸方向に開口した上記反負荷側ブラケットの開口部に延在させると共に、
この延在部で、上記開口部を2分することによって、上記放熱用フィン側に吸気口を上記冷却ファン側に排気口をそれぞれ形成し、
上記冷却ファンの回転時に、この冷却ファンの内径側に発生する負圧によって上記吸気口から吸い込まれた冷却風を、上記放熱用フィンを経て上記冷却ファンの内径負圧部へ導いた後に上記排気口から排出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。 - 上記薄板状ガイドの外周端部は、上記反負荷側ブラケットの外周に向かって板厚が拡大してい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。
- 上記放熱用フィンは、上記回転子軸の軸受部まで延長し且つこの軸受部に接触させたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 上記放熱用フィンに、段差部を設け、上記冷却ファンの羽部を配置可能にした空間部を形成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項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 上記排気口と上記吸気口は、上記反負荷側ブラケットの周方向に互い違いに千鳥状に配置したことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 互いに隣り合う上記吸気口と上記排気口との間に、還流防止用隔壁リブを設け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項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 上記薄板状ガイドの外周端部には、上記吸気口及び上記排気口より外側へ突出する突出部を設け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項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 上記反負荷側ブラケットの端面に、上記出口部に合流する第2吸気口を設けたことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
- 上記電力供給ユニットのパワー回路装置径方向の大きさが、軸方向のモータと逆側ほど大きいことを特徴とする請求項1から請求項8に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
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