JP5031060B2

JP5031060B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5031060B2
Application number: JP2010091192A
Authority: JP
Inventors: 篤武智; 泰中島; 仁志磯田; 暢彦藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-04-12
Also published as: JP2011223766A

Description

この発明は、電機子巻線を有する固定子、界磁巻線を有する回転子、および固定子と回転子を支持するハウジングを有する回転電機本体に、電機子巻線や界磁巻線に電力を供給する電力供給ユニットが一体に取り付けられた回転電機に関し、特に、冷却性能を向上させることに関するものである。

従来の回転電機は、リヤブラケットが、制御基板、各ヒートシンクおよび各ヒートシンクに装着のスイッチング素子を覆うように設置されている。そして、リヤブラケットの中心部には吸入口が前記回転軸と同軸状に設けられ、また該吸入口の周りに各ヒートシンクの放熱部に前記回転軸長手方向に直接対向する吸入口が設けられている。また、前記ファンと前記各ヒートシンクとの間に位置する支持板兼通風孔形成板の中心部には通風孔が前記回転軸と同軸状に設けられている。前記ファンの回転により、前記リヤブラケットの前記通風開口から吸入された冷却風が、前記各ヒートシンクの放熱部を通り、前記支持板兼通風孔形成板の通風孔を経て、前記ファンにより、回転電機部の径方向外方へ放射状に吐き出される構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１７４５４１号公報（図６）

従来の回転電機は、ファンによって排気された空気の一部は、リヤブラケットに衝突して運動量を失い、ファンとリヤブラケットとの間で滞留する。滞留した空気は熱を帯びたまま、リヤブラケットと仕切り部材外周との隙間から負圧と成っている吸入経路に流入し（以下、このことを内部還流、この経路を還流風路と称す）、電力供給ユニット、固定子、および回転子が、十分に冷却されないという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、内部還流を封鎖または還流流量を大幅に減らし、冷却性能が向上する回転電機を提供することを目的とする。

この発明は、有底筒形状にて形成されるリヤブラケットおよびフロントブラケットの各開口部側を相対して配設されて構成されるハウジング、
一端側がリヤブラケットに他端側がフロントブラケットに回転可能に支持された回転軸、
回転軸に同軸に固定される回転子、
回転子を囲繞するように配置されリヤブラケットおよびフロントブラケットの開口部端に挟持される固定子、
回転子のリヤブラケット側に取り付けられるファンを有する回転電機本体と、
回転子に電力を供給する供給部、供給部に密接されているヒートシンクを有し回転電機本体に設置される電力供給ユニットとを備えた回転電機において、
電力供給ユニットは、ファンとリヤブラケットの底部との間に配置され、
リヤブラケットは、
外周側壁に複数個の長穴が形成され、
上記長穴において上記ファンの径方向箇所に形成された排気口と、
上記長穴において上記排気口より上記リヤブラケットの底部側箇所に形成された吸気口とを有し、
上記ファンの回転時に上記吸気口から吸いこまれる空気を上記排気口に送る通風路を構成するために上記電力供給ユニットと上記ファンとの間に上記リヤブラケットの内径側が開口され形成された仕切り部と、
上記リヤブラケットの外周側壁と上記仕切り部の外径外周面と間に形成された閉塞部とを備え、
上記閉塞部は、弾性を有する樹脂部材にて構成されるものである。

この発明の回転電機は、有底筒形状にて形成されるリヤブラケットおよびフロントブラケットの各開口部側を相対して配設されて構成されるハウジング、
一端側がリヤブラケットに他端側がフロントブラケットに回転可能に支持された回転軸、
回転軸に同軸に固定される回転子、
回転子を囲繞するように配置されリヤブラケットおよびフロントブラケットの開口部端に挟持される固定子、
回転子のリヤブラケット側に取り付けられるファンを有する回転電機本体と、
回転子に電力を供給する供給部、供給部に密接されているヒートシンクを有し回転電機本体に設置される電力供給ユニットとを備えた回転電機において、
電力供給ユニットは、ファンとリヤブラケットの底部との間に配置され、
リヤブラケットは、
外周側壁に複数個の長穴が形成され、
上記長穴において上記ファンの径方向箇所に形成された排気口と、
上記長穴において上記排気口より上記リヤブラケットの底部側箇所に形成された吸気口とを有し、
上記ファンの回転時に上記吸気口から吸いこまれる空気を上記排気口に送る通風路を構成するために上記電力供給ユニットと上記ファンとの間に上記リヤブラケットの内径側が開口され形成された仕切り部と、
上記リヤブラケットの外周側壁と上記仕切り部の外径外周面と間に形成された閉塞部とを備え、
上記閉塞部は、弾性を有する樹脂部材にて構成されるので、閉塞部は空気が排気口側からヒートシンク側に逆流するのを防ぎ、冷却性能が向上することができる。

この発明の実施の形態１における回転電機の構成を示す断面図である。図１に示した回転電機の構成を示す横断面図である。図１に示した回転電機のリヤブラケットの構成を示す斜視図である。図１に示した回転電機の点線にて囲まれた要部の構成を示す断面図である。従来の回転電機の空気の流れの要部を示す断面図である。この発明の実施の形態２における回転電機の要部の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態３における回転電機の要部の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態４における回転電機の要部の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態５における回転電機の要部の構成を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の構成を示す図、図２は図１に示した回転電機の構成を示す横断面図、図３は図１に示した回転電機のリヤブラケットの構成を示す斜視図、図４は図１に示した回転電機の点線にて囲まれた要部の構成を示す断面図、図５は従来の回転電機の空気の流れの要部を示す断面図である。図において、回転電機本体１２は、有底筒形状にて形成されるリヤブラケット１およびフロントブラケット２の各開口部１ａ、２ａ側を相対して配設されて構成されるハウジング３と、一端側４ａがリヤブラケット１に他端側４ｂがフロントブラケット２に回転可能にベアリング２２を介して支持された回転軸４と、回転軸４に同軸に固定される回転子コア６および回転子巻線７にて構成される回転子５と、回転子５を囲繞するように配置されリヤブラケット１およびフロントブラケット２の開口部１ａ、２ａ端に挟持される固定子コア９および固定子巻線１０にて構成される固定子８と、回転子５のリヤブラケット１側に取り付けられるファン１１と、回転子５のフロントブラケット２側に取り付けられるフロントファン２３とを有する。

そして、回転電機本体１２のファン１１とリヤブラケット１の底部１ｂとの間に電力供給ユニット１８は配置されている。そして、電力供給ユニット１８は、回転子５に電力を供給するパワーモジュール１４および界磁モジュール１５にて成る供給部１６と、供給部１６がリヤブラケット１の底部１ｂ側にて密接されているヒートシンク１７とを有する。ここで、パワーモジュール１４はスイッチング素子にて成る。また、界磁モジュール１５は後述するブラシに供給する電力をコントロールするためのスイッチング素子から成る。

リヤブラケット１は、ファン１１の径方向箇所に形成された排気口１９ａと、排気口１９ａよりリヤブラケット１の底部１ｂ側箇所に形成された吸気口１９ｂとを有する長穴１９を周方向において複数個備えている。そして、ファン１１の回転時に吸気口１９ｂから吸いこまれる空気を排気口１９ａに送る通風路を構成するために電力供給ユニット１６とファン１１との間にリヤブラケット１の内径側が開口２０ａされ形成された仕切り部２０と、リヤブラケット１と仕切り部２０の外径外周面と間に形成された例えば弾性を有する樹脂部材のＯリングにて構成された閉塞部２１とを備える。また、ヒートシンク１７は、供給部１６の熱を放熱するために突設して形成され、仕切り部２０にて形成された通風路内に延在する複数のフィン３０を備えている。

さらに、リヤブラケット１の底部１ｂの外部にて制御回路２８を備えたケース２９が配設されており、制御回路２８から接続コネクタ（図示せず）を介してパワーモジュール１４および界磁モジュール１５に制御信号が送られる。そして、回転軸４のフロントブラケット２の外側の端部に固着されたプーリ２４を備え、このプーリ２４は、図示していないベルトを介して例えば自動車のエンジンの回転軸と連結され、エンジンの回転がプーリ２４に伝達されている。回転軸４のリヤブラケット１の内側には、ヒートシンク１７のフロントブラケット２側に一対のブラシ２５が内蔵されたブラシホルダ２６がヒートシンク１７に設置される。そして、一対のブラシ２５は、回転軸４のリヤブラケット１側に一対のスリップリング２７が装着され、このスリップリング２７と摺接する。そして、ブラシホルダ２６、ブラシ２５およびスリップリング２７は回転子５に直流電力を供給するためのものである。尚、ブラシホルダ２６は、ファン１１の回転時に吸気口１９ｂから吸いこまれる空気を排気口１９ａに送る通風路を構成するために電力供給ユニット１６とファン１１との間にリヤブラケット１の内径側が開口され形成された仕切り部の一部と成る。

閉塞部２１は図４に示すように、仕切り部２０に閉塞部２１を狭持するための突起にて形成された係止部２０ｂが形成されている。閉塞部２１は、リヤブラケット１に電力供給ユニット１８を挿入、固定する前に仕切り部２０に固定される（図４（ａ））。電力供給ユニット１８を挿入するにつれ、リヤブラケット１に抜き勾配がついているため固定位置近くで閉塞部２１とリヤブラケット１が接しだし、閉塞部２１が弾性変形することでリヤブラケット１と仕切り部２０との隙間を防ぐように狭持される（図４（ｂ））。

次に上記のように構成された実施の形態１の回転電機の動作について説明する。図１および図３に示すように、リヤブラケット１の長穴１９の吸気口１９ｂから排気口１９ａにおいて矢印の方向に吸入風Ｘ、排気風Ｙの風が流れている。回転電機には例えば接続されている自動車のエンジンの回転がプーリ２４を介して伝達されると、回転軸４が回転し、回転子５の回転にともなってファン１１が回転し、リヤブラケット１内の径方向内側から外側へ空気が排出されファン１１の内側が負圧と成る。回転電機の内部は仕切り部２０で仕切られているため、仕切り部２０のヒートシンク１７側ではフィン３０へ空気が流れ込むため吸入風Ｘと成り、仕切り部２０のファン１１側では排出風Ｙと成る。

従来の回転電機においては図５に示すように、リヤブラケット１と仕切り部２０との間に空間が生じていたため、負圧部３１に空気が流れ込む環流空気３２が発生していた。しかしながら、本実施の形態では、この図５に示した内部の還流空気３２の発生を防ぐために、リヤブラケット１と仕切り部２０との間に閉塞部２０を配設する構成としている。このことにより、内部の還流空気が吸気口１９ａ側に入ることを阻止できるため、大幅に放熱性能を改善することができる。

上記のように構成された実施の形態１の回転電機によれば、閉塞部にて、還流経路が塞がれることで還流する排気が大きく削減され放熱性能が劇的に向上する。発明者の実験によると供給部のヒートシンクに対する温度上昇値が概ね半分、すなわち放熱性能が概ね１．５倍と成った。また、リヤブラケットは電力供給ユニットや外部ケースなどの質量が係るため、接続されている例えば自動車の振動により大きく振動する。ここでは、閉塞部を弾性を有する樹脂部材にて形成しているため、リヤブラケットから電力供給ユニットへ伝わる振動を免振する効果があり、電力供給ユニットの振動を抑制することができる。また、閉塞部が係止部にて係止されているため、閉塞部が奥まで（リヤブラケットの底部方向）入り込むことが防止でき、生産性を向上することができる。このような回転電機を用いると、アイドリングストップなどによる自動車の燃費を向上させることで省エネルギーに貢献することができる。

実施の形態２．
図６がこの発明の実施の形態２における回転電機の要部を示した断面図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。また、図６に示した部分以外の箇所は上記実施の形態１と同様であるためその説明は適宜省略する。図において、リヤブラケット１と仕切り部２０（ブラシホルダを含む。以下、このことについては適宜省略する。）の外径外周面と間に形成された閉塞部３３を備えている。仕切り部２０は、ファン１１側に切り欠きを形成し閉塞部３３を係止する係止部２０ｃを備える。閉塞部３３は、係止部２０ｃに形成されるための引っかかり部が形成され、その形状は、排気風が軸方向においてフロントブラケット２側にガイドされるような形状にて形成されている。また、その厚みはリヤブラケット１と仕切り部２０との間隔より大きめに形成されており、リヤブラケット１の勾配に合わせて挿入すると（図６（ａ））、閉塞部３３は弾性変形させてリヤブラケット１と仕切り部２０との隙間に狭持される（図６（ｂ））。

上記のように構成された実施の形態２の回転電機によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、係止部に閉塞部が引っかかって係止されているため、作業者によらず確実に奥まで閉塞部を挿入することができ、生産性を向上することができる。また、閉塞部の形状を、排気風がフロントブラケット側にガイドされるように形成されているため、回転電機外側を通る還流を防ぐことができ、放熱性を向上することができる。尚、上記各実施の形態においては、係止部を仕切り部に形成する例を示したが、これに限られることはなく、リヤブラケットの内壁に閉塞部をリヤブラケットと仕切り部との間で挟持するための係止部を形成するようにしても同様の効果を奏することができる。

実施の形態３．
図７がこの発明の実施の形態３における回転電機の要部を示した断面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。また、図７に示した部分以外の箇所は上記実施の形態１と同様であるためその説明は適宜省略する。リヤブラケット１と仕切り部２０（ブラシホルダを含む。以下、このことについては適宜省略する。）の外径外周面と間に形成された閉塞部３４を備えている。この閉塞部３４は粘弾性を有する樹脂をリヤブラケット１と仕切り部２０との隙間に塗布し、硬化させて形成されている。尚、ここで用いられる樹脂は、粘弾性を有する熱硬化性のものを用いることも可能である。また、室温硬化性の樹脂を用いることも可能である。いずれにおいても、ある程度の耐熱性を有すれば特に種類は問わない。

上記のように構成された実施の形態３の回転電機によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、リヤブラケットと仕切り部との形状に応じて所望の形状の閉塞部を容易に形成することが可能と成る。また、室温硬化性の樹脂を用いれば、熱処理が必要ないため、優れた生産性にて形成することが可能である。

実施の形態４．
図８がこの発明の実施の形態４における回転電機の要部を示した断面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。また、図８に示した部分以外の箇所は上記実施の形態１と同様であるためその説明は適宜省略する。リヤブラケット１と仕切り部２０（ブラシホルダを含む。以下、このことについては適宜省略する。）の外径外周面と間に形成された閉塞部３５を備えている。この閉塞部３５は、可撓性のある金属材にて形成され、電力供給ユニット１８をリヤブラケット１に差し込む際、閉塞部３５がリヤブラケット１に接触しならって変形することでリヤブラケット１と仕切り部２０との隙間を埋めている。尚、この閉塞部３５は仕切り部２０に一体成形にて形成するようにしてもよい。

上記のように構成された実施の形態４の回転電機によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、特に、仕切り部を樹脂成形する際、同時に閉塞部をインサートすることで仕切り部と一体化すれば、取り扱いが容易に成り、生産性を向上させることができる。

実施の形態５．
図９がこの発明の実施の形態５における回転電機の要部を示した断面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。また、図９に示した部分以外の箇所は上記実施の形態１と同様であるためその説明は適宜省略する。仕切り部２０は、仕切り部２０の電力供給ユニット１８側の外周に電力供給ユニット１８側に突出する突起部２０ｄと、ファン１１形成側に排気口１９ａに空気をガイドするバンク２０ｅ（図において点線にて囲まれた部分）とを形成する。

上記のように構成された実施の形態５の回転電機は、仕切り部２０の突起部２０ｄにより、電力供給ユニット１８に環流空気３６が流れ込むのを防止している。さらに、バンク２０ｅにより、排気口１９ｂに空気を排気するのをガイドしている。

上記のように構成された実施の形態５の回転電機によれば、上記各実施の形態のような環流流路が塞がれ還流を遮断するのに比べると放熱性向上の効果は小さいが、閉塞部を使う場合のように部品点数が増えることなく、また、仕切り部に閉塞部を設置する工程が増えることなく簡便に内部還流対策を施すことができる。また、バンクにより、排気の方向を還流空気の流路から遠ざけることで還流しにくくしているため、冷却効率を向上することができる。尚、上記各実施の形態においては、吸気口および排気口を長穴にて形成する例を示したが、これに限られることはなく、吸気口と排気口との形成位置関係のみを上記各実施の形態と同様に形成すればよく、例えばリヤブラケットにそれぞれ別の開口部にて吸気口と排気口とをそれぞれ形成しても、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。

１リヤブラケット、１ａ開口部、１ｂ底部、２フロントブラケット、
２ａ開口部、３ハウジング、４回転軸、４ａ一端側、４ｂ他端側、
５回転子、８固定子、１１ファン、１２回転電機本体、１６供給部、
１７ヒートシンク、１８電力供給ユニット、１９長穴、１９ａ排気口、
１９ｂ吸気口、２０仕切り部、２０ａ開口、２０ｂ，２０ｃ係止部、
２０ｄ突起部、２０ｅバンク、２１，３３，３４，３５閉塞部、
２６ブラシホルダ、３０フィン。

Claims

有底筒形状にて形成されるリヤブラケットおよびフロントブラケットの各開口部側を相対して配設されて構成されるハウジング、
一端側が上記リヤブラケットに他端側が上記フロントブラケットに回転可能に支持された回転軸、
上記回転軸に同軸に固定される回転子、
上記回転子を囲繞するように配置され上記リヤブラケットおよび上記フロントブラケットの開口部端に挟持される固定子、
上記回転子の上記リヤブラケット側に取り付けられるファンを有する回転電機本体と、
上記回転子に電力を供給する供給部、上記供給部に密接されているヒートシンクを有し上記回転電機本体に設置される電力供給ユニットとを備えた回転電機において、
上記電力供給ユニットは、上記ファンと上記リヤブラケットの底部との間に配置され、
上記リヤブラケットは、
外周側壁に複数個の長穴が形成され、
上記長穴において上記ファンの径方向箇所に形成された排気口と、
上記長穴において上記排気口より上記リヤブラケットの底部側箇所に形成された吸気口とを有し、
上記ファンの回転時に上記吸気口から吸いこまれる空気を上記排気口に送る通風路を構成するために上記電力供給ユニットと上記ファンとの間に上記リヤブラケットの内径側が開口され形成された仕切り部と、
上記リヤブラケットの外周側壁と上記仕切り部の外径外周面と間に形成された閉塞部とを備え、
上記閉塞部は、弾性を有する樹脂部材にて構成される回転電機。
上記仕切り部または上記リヤブラケットの少なくとも一方には、上記樹脂部材と上記リヤブラケットとを係止するための係止部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
上記樹脂部材は、Ｏリングまたは室温硬化型樹脂にて形成されている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。
有底筒形状にて形成されるリヤブラケットおよびフロントブラケットの各開口部側を相対して配設されて構成されるハウジング、
一端側が上記リヤブラケットに他端側が上記フロントブラケットに回転可能に支持された回転軸、
上記回転軸に同軸に固定される回転子、
上記回転子を囲繞するように配置され上記リヤブラケットおよび上記フロントブラケットの開口部端に挟持される固定子、
上記回転子の上記リヤブラケット側に取り付けられるファンを有する回転電機本体と、
上記回転子に電力を供給する供給部、上記供給部に密接されているヒートシンクを有し上記回転電機本体に設置される電力供給ユニットとを備えた回転電機において、
上記電力供給ユニットは、上記ファンと上記リヤブラケットの底部との間に配置され、
上記リヤブラケットは、
外周側壁に複数個の長穴が形成され、
上記長穴において上記ファンの径方向箇所に形成された排気口と、
上記長穴において上記排気口より上記リヤブラケットの底部側箇所に形成された吸気口とを有し、
上記ファンの回転時に上記吸気口から吸いこまれる空気を上記排気口に送る通風路を構成するために上記電力供給ユニットと上記ファンとの間に上記リヤブラケットの内径側が開口され形成された仕切り部と、
上記リヤブラケットの外周側壁と上記仕切り部の外径外周面と間に形成された閉塞部とを備え、
上記閉塞部は、上記可撓性を有する金属材にて構成されることを特徴とする回転電機。
上記金属材は、上記仕切り部に一体成形にて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
上記仕切り部の上記電力供給ユニット側の外周に上記電力供給ユニット側に突出する突起部を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
上記仕切り部は、上記ファン形成側に上記排気口に空気をガイドするバンクを備えたことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
上記ヒートシンクは、上記供給部の熱を放熱するために突設して形成され、上記通風路内に延在するフィンを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。