JP4954271B2

JP4954271B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP4954271B2
Application number: JP2009286297A
Authority: JP
Inventors: 義信内海; 直秀前田; 暢彦藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JP2011130576A

Description

この発明は回転電機に関するものであり、特に制御装置一体型の回転電機に関するものである。

例えば車両用の制御装置一体型回転電機においては、界磁電流スイッチング回路部および固定子電流スイッチング回路部と制御回路部とを接続するために、組み立て作業および交換作業が容易で信頼性が高くなるように、様々な工夫がなされている。従来の電気機器のコネクタ構造においては、プリント基板が収容されたケースにコネクタハウジングを一体成形し、コネクタハウジングに構成された端子保持部に端子を基板と反対側から基板のスルーホールにまで挿入し、端子には応力緩和部を設けることが提案されている。この提案によれば、基板を収容するケースにコネクタハウジングを一体成形し、外側から応力緩和部を持つ端子を挿入可能な貫通孔を形成し、端子を差し込んで基板のスルーホールに挿入することで、ターミナルのスルーホールへの挿入と、固定を1度の動作で行うことができることが示されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−２３３２８４号公報

しかしながら、このような従来の接続構造を例えば自動車用の回転電機に適用する場合には、端子導体を通して外部に延ばすために基板収納ケースに貫通穴が設けられるため、基板部を保護するための樹脂が貫通穴から外部に漏れるのを防ぐことが困難であった。また、互いに接続したコネクタ間への水の侵入を防ぐことはできない。さらに特許文献１には、特に車両用の回転電機において、比較的大型の基板に分散して配置された固定子電流スイッチング回路部および界磁電流スイッチング回路部と制御回路部とを高い信頼性をもって着脱容易に接続するための構成は全く開示されていない。

従ってこの発明の目的は、回路部の組立作業および交換作業が容易で信頼性の高い回転電機を提供することである。

従って、この発明の回転電機は、回転子および固定子を保持するブラケットと、上記ブラケット内に設けられたヒートシンクと、上記ヒートシンク上に設けられて上記固定子に固定子電流を通電する固定子回路部と、上記ヒートシンク上に設けられて上記回転子に界磁電流を通電する界磁回路部と、上記ブラケットに取り付けられて上記固定子回路部および上記界磁回路部を制御する制御回路部と、上記ヒートシンク上に設けられて、一端で上記固定子回路部および上記界磁回路部に接続され、他端で上記制御回路部に着脱可能に接続されるコネクタに接続された配線を有する中継基板とを備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、回転電機の回路部の組立作業および交換作業が容易になり、信頼性が高くなる。

この発明の実施形態１による回転電機の側面断面図である。図１の回転電機からフロントブラケット、回転子および回転軸を取り外した状態であって、リヤブラケット内の配線部材およびブラシホルダの位置を示す概略背面図である。図１の回転電機のヒートシンクに搭載されたパワー回路部と界磁回路部がケースによって囲まれた状態を示す概略正面図である。図３に示すケースに中継基板が搭載された状態を示す概略正面図である。図１に示す回転電機のコネクタとその周辺部の拡大断面図である。図５に示す中継コネクタの概略正面図である。この発明の実施形態２による回転電機のコネクタとその周辺部の拡大断面図である。図７に示す中継コネクタの概略正面図である。この発明の実施形態３による回転電機のコネクタとその周辺部の拡大断面図である。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図１〜６には、この発明の回転電機の一実施形態としての制御装置一体型回転電機を示してある。回転電機は、回転軸１上に設けられて界磁巻線２が巻かれた回転子３と、回転子３の周囲に設けられて固定子巻線４が巻かれた固定子５と、固定子５を内周に支持し、回転軸１の一端を軸受６によって回転可能に支持するフロントブラケット７と、フロントブラケット７と組み合わされて回転軸１を軸受８によって回転可能に支持し、内部にパワー回路部である固定子回路部９および界磁回路部１０等の電気回路部を収容したリヤブラケット１１と、リヤブラケット１１の端壁の外側に取り付けられ、固定子回路部９および界磁回路部１０等の電気回路部を制御する制御回路部１２とを備えている。回転軸１の制御回路部１２側には、回転軸１と共に回転するロータ１３と、ロータ１３を囲んで設けられたステータ１４とを備えて、回転子３の回転状態を検出する磁極位置検出センサ１５が設けられている。

回転軸１のフロントブラケット７から突出した側の端部には回転電機に対して入出力を行うためのプーリ１６が設けられていて、リヤブラケット１１の軸受８と回転子３との間の部分には、２個のスリップリング１７が組付けられており、リヤブラケット１１の内側には、ブラシホルダ１８によって保持されてスリップリング１７に摺接するブラシ１９が設けられている。

リヤブラケット１１は、図１および図２に示されているように、フロントブラケット７に組み合わされる円筒形の周壁２０と、周壁２０の一端を閉じる端壁２１と、端壁の中央から内側に向かって同軸に延びて内側に軸受８を支持する中空の円筒壁２２とを備えていて、この円筒壁２２と周壁２０との間にはほぼ環状の空間が形成されている。この環状空間内にはほぼ穴あき円板状あるいは円環板状で、回転子側の面に放熱フィン２３を持つヒートシンク２４が設けられている。ヒートシンク２４の他方の面すなわち制御回路部１２の側の面には、固定子回路部９および界磁回路部１０等が設けられていて、配線部材２６によってこれらの電気回路部と界磁巻線２および固定子巻線４との間が電気的に接続されている。

図３には、固定子回路部９および界磁回路部１０等が設けられたヒートシンク２４の制御回路部側の面の上に、ケース２５を接着剤等により取り付けてケース２５側から見た状態を示してある。すなわち、固定子巻線４に交流電力を供給するための固定子回路部９および界磁巻線２に電流を供給するための界磁回路部１０はヒートシンク２４の制御回路部側の面に接合されている。ヒートシンク２４のこの面の大部分は平板状のケース２５の平板部分によって覆われていて、固定子回路部９および界磁回路部１０はケース２５に設けられた開口部２７内に収容されて露出している。開口部２７の周囲にはケース２５から低い位置に彫り込まれて薄くされた中間平面部２８によって囲まれている。ケース２５には固定子回路部９および界磁回路部１０を相互間のあるいは他の回路との接続をするための信号端子２９がインサートモールドによって設けられていて、これらの信号端子２９はケース２５の開口部２７内でワイヤボンディング等によってそれぞれの回路部９あるいは１０に接続されている。

このようにして固定子回路部９および界磁回路部１０とケース２５の信号端子２９との間が結線された図３に示すような組立体の上には、図４に示すようにケース２５の低くされた中間平面部２８に位置決めされて載せられ、制御回路部１２に接続するためのコネクタ３０を備えた中継基板３１が嵌合させられて設けられている。中継基板３１にはインサートモールド、プリント配線等によって、固定子回路部９および界磁回路部１０が結線されたケース２５の信号端子２９を受け入れて容易に結線できるようにする端子３２と、端子３２からの信号を制御回路部１２に伝達するための配線３３（図４には数本の破線によって模式的に示してある）と、これら配線３３をコネクタ３０内に集約して制御回路部１２に接続するための端子導体３４とが形成されている。

このようにしてコネクタ３０を持つ中継基板３１を配置して結線した状態で、ケース２５の開口部２７に封止樹脂３５を注入し、また中継基板３１を覆うようにケース２５の中間平面部２８にも封止樹脂３５を注入することにより、電子回路が樹脂封止された状態とされている。

固定子回路部９と界磁回路部１０を同一のヒートシンク２４上に分散配置して接合することで、制御用の信号端子２９の数が増える。また、信号端子２９はリヤブラケット１１の外部にある制御回路部１２に接続する必要があるが、ヒートシンク２４上で信号端子２９の位置が散らばって配置されているため、そのままでは制御回路部１２との接続が困難である。そこで、図３のように、中継基板３１を用いることで、ヒートシンク２４上で分散配置されている信号端子２９を配線３３によってコネクタ３０に集約して、制御回路部１２に容易に接続することができる。

リヤブラケット１１の後方側、図示の例ではリヤブラケット１１の端壁２１上には、樹脂ケース３６と、樹脂ケース３６内に収納されてモータを制御するマイコンが搭載された制御基板３７と、中継基板３１のコネクタ３０に接続される中継コネクタ３８と、車両との外部回路と回転電機の信号の受け渡しをするための外部コネクタ３９とを備え、樹脂４０により樹脂封止された制御回路部１２が設けられている。中継コネクタ３８の端子導体４１は樹脂ケース３６にインサートモールドにより設けられている。

端子導体４１は、図５および６に示すようにプリモールド４２および４３を積み重ねて樹脂ケース３６にインサート成形されている。プリモールド４３には凸部４４と相手側プリモールド４２には凹部４５が設けられ、積み重ねて固定された状態でインサート成形される。中継基板３１のコネクタ３０と中継コネクタ３８とは、リヤブラケット１１に設けられた穴部を通して、リヤブラケット１１を挟んで接続される。コネクタ３０と中継コネクタ３８との間にはパッキン４６が設けられていて、コネクタ防水構造となっている。

磁極位置検出センサ１５のステータ１４は制御回路部１２の樹脂ケース３６に嵌合によりあるいはインサートモールドされて一体的に装着されている。またステータ１４の信号線は樹脂ケース３６にインサートモールドされている端子導体４１と溶接または半田付けされて制御基板３７に接続されている。制御基板３７およびステータ１４を組付た後に樹脂ケース３６内に樹脂４０が充填され、樹脂ケース３６の後方にはケース内保護のための金属カバー４７が装着されている。

以上のようにこの発明の回転電機によれば、固定子回路部９と界磁回路部１０とケース２５をコネクタで接続することで組立が容易となる。また、制御回路部１２の故障時の交換作業が容易となる。また、パワー回路部とケース内に樹脂を充填することで、回路部の防水性を確保し、またコネクタの勘合部に防水構造を持たせることで、コネクタ部からの水の浸入を防ぐことができる。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２を示すコネクタ部断面の拡大図、図８は、ケース２５のコネクタ部を制御回路部１２側から見た正面図である。制御装置一体型回転電機の機能については実施の形態１記載の制御装置一体型回転電機と同じであるので省略する。

ケース２５に設けられた中継コネクタ３８の端子導体４１に、ベンディング部４８が設けられている。端子導体４１の基板スルーホールのハンダ付け部４９は、端子導体４１の熱伸縮による応力が緩和され疲労破壊が防止される。

また、端子導体３４、４１は黄銅で製作されていて、線膨張係数は、１７〜１８×１０＾−６／℃であり、コネクタ３０、３６のハウジングの樹脂材料を、ターミナルの線膨張係数と同等の材料で製作したことを特徴する。例えばＰＡ６６：線膨張係数（１９〜２３×１０^−６／℃）など。その他の構成は実施の形態１において説明したものと同様である。

このような構成によれば、線膨張係数を同等にしたことにより、温度変化によるハウジング３０、３６の伸縮と端子導体３４、４１の伸縮が同等となり、雄／雌の端子導体接触部のフレッティング磨耗を防ぐことができる。

実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３を示すコネクタ部断面の拡大図である。制御装置一体型回転電機の機能については実施の形態１記載の制御装置一体型回転電機と同じであるので省略する。

図９のように、中継基板３１に設けられたコネクタ３０の端子導体３４に、ベンディング部５０が設けられている。ベンディング部５０を設けたことにより、端子導体３４の基板スルーホールのハンダ付け部５１は、端子導体の熱伸縮による応力が緩和され疲労破壊が防止される。また端子導体の嵌合部の応力もベンディング部５０に吸収され、雄／雌の端子導体の接触部のフレッティング磨耗を防ぐことができる。その他の構成は実施の形態１において説明したものと同様である。

以上の説明から明らかな通り、この発明の回転電機は、回転子３および固定子５を保持するブラケット７、１１と、ブラケット７、１１内に設けられたヒートシンク２４と、ヒートシンク２４上に設けられて固定子５に固定子電流を通電する固定子回路部９と、ヒートシンク２４上に設けられて回転子３に界磁電流を通電する界磁回路部１０と、ブラケット７、１１に取り付けられて固定子回路部９および界磁回路部１０を制御する制御回路部１２と、ヒートシンク２４上に設けられて、一端で固定子回路部９および界磁回路部１０に接続され、他端で制御回路部１２に着脱可能に接続されるコネクタ３０に接続された配線３３を有する中継基板３１とを備えていることを特徴とするものである。

また、中継基板３１は、ヒートシンク２４上に設けられて、ヒートシンク２４上に分散配置された固定子回路部９および界磁回路部１０をそれぞれ独立して囲み、固定子回路部９および界磁回路部１０にそれぞれ結線された信号端子２９を持つケース２５内に樹脂封止されていてもよい。中継基板３１の配線３３はケース２５の信号端子２９に接続される端子３２を持っていてもよい。制御回路部１２が中継基板３１のコネクタ３０に防水式に着脱可能に接続される中継コネクタ３８を備えていてもよい。中継基板３１のコネクタ３０は、コネクタ３０にインサートモールドされている端子導体３４を持っていてもよい。中継基板３１のコネクタ３０および制御回路部１２の中継コネクタ３８は、少なくとも一方が、応力吸収ベンディング部を有する端子導体３４、４１を持っていてもよい。さらに、コネクタ３０および中継コネクタ３８は、コネクタハウジングの材料の線膨張係数を端子導体３４、４１の材料の線膨張係数と同じにされていてもよい。

以上に図示して説明した装置は単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。

この発明は回転電機、特に車両用の制御装置一体型回転電機に利用できるものである。

１回転軸、２界磁巻線、３回転子、４固定子巻線、５固定子、６軸受、７フロントブラケット、８軸受、９固定子回路部、１０界磁回路部、１１リヤブラケット、１２制御回路部、１３ロータ、１４ステータ、１５磁極位置検出センサ、１６プーリ、１７スリップリング、１８ブラシホルダ、１９ブラシ、２０周壁、２１端壁、２２円筒壁、２３放熱フィン、２４ヒートシンク、２５ケース、２６配線部材、２７開口部、２８中間平面部、２９信号端子、３０コネクタ、３１中継基板、３２端子、３３配線、３４端子導体、３５封止樹脂、３６樹脂ケース、３７制御基板、３８中継コネクタ、３９外部コネクタ、４０樹脂、４１端子導体、４２プリモールド、４３プリモールド、４４凸部、４５凹部、４６パッキン、４７金属カバー、４８ベンディング部、４９ハンダ付け部、５０ベンディング部、５１ハンダ付け部。

Claims

回転子および固定子を保持するブラケットと、
上記ブラケット内に設けられたヒートシンクと、
上記ヒートシンク上に設けられて上記固定子に固定子電流を通電する固定子回路部と、
上記ヒートシンク上に設けられて上記回転子に界磁電流を通電する界磁回路部と、
上記ブラケットに取り付けられて上記固定子回路部および上記界磁回路部を制御する制御回路部と、
上記ヒートシンク上に設けられて、一端で上記固定子回路部および上記界磁回路部に接続され、他端で上記制御回路部に着脱可能に接続されるコネクタに接続された配線を有する中継基板とを備え、
上記中継基板は、上記ヒートシンク上に設けられて、ヒートシンク上に分散配置された上記固定子回路部および上記界磁回路部をそれぞれ独立して囲み、上記固定子回路部および上記界磁回路部にそれぞれ結線された信号端子を持つケース内に樹脂封止されていることを特徴とする回転電機。
上記中継基板の上記コネクタは、上記コネクタにインサートモールドされている端子導体を持っていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
回転子および固定子を保持するブラケットと、
上記ブラケット内に設けられたヒートシンクと、
上記ヒートシンク上に設けられて上記固定子に固定子電流を通電する固定子回路部と、
上記ヒートシンク上に設けられて上記回転子に界磁電流を通電する界磁回路部と、
上記ブラケットに取り付けられて上記固定子回路部および上記界磁回路部を制御する制御回路部と、
上記ヒートシンク上に設けられて、一端で上記固定子回路部および上記界磁回路部に接続され、他端で上記制御回路部に着脱可能に接続されるコネクタに接続された配線を有し、
上記中継基板の上記コネクタは、上記コネクタにインサートモールドされている端子導体を持っていることを特徴とする回転電機。
上記制御回路部が上記中継基板の上記コネクタに防水式に着脱可能に接続される中継コネクタを備えており、
上記中継基板の上記コネクタおよび上記制御回路部の上記中継コネクタは、少なくとも一方が、応力吸収ベンディング部を有する端子導体を持っていることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転電機。
上記制御回路部が上記中継基板の上記コネクタに防水式に着脱可能に接続される中継コネクタを備えており、
上記コネクタおよび上記中継コネクタは、コネクタハウジングの材料の線膨張係数を端子導体の材料の線膨張係数と同じにしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の回転電機。
回転子および固定子を保持するブラケットと、
上記ブラケット内に設けられたヒートシンクと、
上記ヒートシンク上に設けられて上記固定子に固定子電流を通電する固定子回路部と、
上記ヒートシンク上に設けられて上記回転子に界磁電流を通電する界磁回路部と、
上記ブラケットに取り付けられて上記固定子回路部および上記界磁回路部を制御する制御回路部と、
上記ヒートシンク上に設けられて、一端で上記固定子回路部および上記界磁回路部に接続され、他端で上記制御回路部に着脱可能に接続されるコネクタに接続された配線を有する中継基板とを備え、
上記制御回路部が上記中継基板の上記コネクタに防水式に着脱可能に接続される中継コネクタを備えており、
上記中継基板の上記コネクタおよび上記制御回路部の上記中継コネクタは、少なくとも一方が、応力吸収ベンディング部を有する端子導体を持っていることを特徴とする回転電機。
上記コネクタおよび上記中継コネクタは、コネクタハウジングの材料の線膨張係数を端子導体の材料の線膨張係数と同じにしたことを特徴とする請求項４又は６に記載の回転電機。
回転子および固定子を保持するブラケットと、
上記ブラケット内に設けられたヒートシンクと、
上記ヒートシンク上に設けられて上記固定子に固定子電流を通電する固定子回路部と、
上記ヒートシンク上に設けられて上記回転子に界磁電流を通電する界磁回路部と、
上記ブラケットに取り付けられて上記固定子回路部および上記界磁回路部を制御する制御回路部と、
上記ヒートシンク上に設けられて、一端で上記固定子回路部および上記界磁回路部に接続され、他端で上記制御回路部に着脱可能に接続されるコネクタに接続された配線を有する中継基板とを備え、
上記制御回路部が上記中継基板の上記コネクタに防水式に着脱可能に接続される中継コネクタを備えており、
上記コネクタおよび上記中継コネクタは、コネクタハウジングの材料の線膨張係数を端子導体の材料の線膨張係数と同じにしたことを特徴とする回転電機。
上記中継基板の上記配線は上記ケースの上記信号端子に接続される端子を持っていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転電機。