JP6169216B1 - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、空気導入機能と防水機能とを兼ね備えた保護カバーを単純な構成を実現し、ハウジングの軸方向外方に配置された発熱部品の冷却性と防水性を確保できる安価な車両用回転電機を得る。【解決手段】保護カバー３０は、インバータアッセンブリ１２０の外周部を囲繞する筒状の周壁部３１と、周壁部の一側開口を塞口し、上記インバータアッセンブリの軸方向一側に相対する底部３２と、を有し、通風穴のない一枚板に構成されており、上記インバータアッセンブリを覆うようにハウジングの軸方向一側に装着され、上記周壁部の他側開口端の少なくとも一部が上記ハウジングと離間して、ファンの駆動時に、空気導入部３５を構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、例えば電動機や発電機などの車両用回転電機に関し、特に、固定子および回転子が内蔵されたハウジングの軸方向外方に配置された整流器、ブラシ装置などの発熱部品を保護する保護カバーの構造に関するものである。

従来の第１の回転電機では、固定子がフロントブラケットとリヤブラケットとの間に挟み込まれるように固定され、回転子がフロントブラケットとリヤブラケットとに回転可能に支持されて固定子の内周側に配置され、整流回路やブラシ装置がリヤブラケットの軸方向外側に配置され、有底円筒状のリヤカバーが整流回路やブラシ装置を覆うようにリヤブラケットに装着されていた。そして、外気を導入するための吸気孔が、リヤカバーの底壁および周壁に多数形成されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の第２の回転電機では、固定子と、固定子の内周側に配置された回転子と、固定子および回転子を保持するとともに、側部に冷却風吐出窓が形成されたフロント側ハウジングおよびリヤ側ハウジングと、これらのハウジングの外周側に配置された防水カバーと、を備え、防水カバーは、冷却風吐出窓の傾斜角度と異なる傾斜角度に形成された複数の通風口を有していた（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２０１１／１４８８２５号公報 特開２００５−１４３１５２号公報

従来の第１の回転電機では、多数の吸気孔がリヤカバーに形成されているので、回転子に取り付けられた冷却ファンが駆動されると、外気が吸気孔から効果的にリヤカバーおよびリヤブラケット内に導入され、発熱部品の冷却に供されていた。しかし、従来の第１の回転電機を車両に搭載した場合、タイヤにより跳ね上げられた泥水などが吸気孔を通って侵入し、リヤカバー内の発熱部品に付着して、電気部品の腐食を促進させる、あるいはブラシの異常摩耗を引き起こすという課題があった。

従来の第２の回転電機では、防水カバーに形成された通風口と、ハウジングの側部に形成された冷却風吐出窓との傾斜角度を異ならせて、タイヤの跳ね上げなどにより通風口から侵入した泥水などの冷却風吐出窓からハウジング内への侵入を阻止していた。しかしながら、従来の第２の回転電機では、防水カバーが別途必要となるので、部品点数や組み立て工数が増大し、コストが増大するという課題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、空気導入機能と防水機能とを兼ね備えた保護カバーを単純な構成で実現し、ハウジングの軸方向外方に配置された発熱部品の冷却性と防水性を確保できる安価な車両用回転電機を得ることを目的とする。

この発明による車両用回転電機は、ハウジングに支持された回転軸に固着されて上記ハウジング内に回転可能に配設された回転子、上記回転子を囲繞するように上記ハウジングに保持された固定子、および上記回転子の軸方向一端に固着されたファンを有するモータ部と、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う整流器モジュール、界磁電流を制御する界磁モジュール、上記整流器モジュールと上記界磁モジュールの動作を制御する制御モジュール、および上記整流器モジュール、上記界磁モジュールおよび上記制御モジュールが一面側に搭載された、中心穴を有するヒートシンクを有し、上記ハウジングから軸方向一側に突出する上記回転軸の端部が上記中心穴内に位置している状態で、上記ヒートシンクの一面側を軸方向一側に向けて上記ハウジングの軸方向一側に配置されたインバータアッセンブリと、上記ハウジングから軸方向一側に突出する上記回転軸の端部を囲繞するように配置されたスリンガ部、およびスリンガ部から径方向外方に突出するホルダ部を有し、上記ヒートシンクの上記中心穴内に配置されたブラシホルダと、上記回転軸の端部に装着されたスリップリングに摺動可能に上記ホルダ部に装着されたブラシと、上記インバータアッセンブリを覆うように上記ハウジングの軸方向一側に装着された保護カバーと、を備え、上記保護カバーは、上記インバータアッセンブリの外周部を囲繞する筒状の周壁部と、上記周壁部の一側開口を塞口し、上記インバータアッセンブリの軸方向一側に相対する底部と、を有し、通風穴のない一枚板に構成されており、上記周壁部の他側開口端の少なくとも一部が上記ハウジングと離間して、上記ファンの駆動時に、空気導入部を構成する。

この発明によれば、インバータアッセンブリを覆うようにハウジングの軸方向一側に装着された保護カバーが、通風穴のない一枚板に構成されている。そこで、タイヤにより跳ね上げられた泥水などの保護カバー内への侵入がなく、保護カバー内の電気部品の腐食を防止することができる。また、周壁部の他側開口端の少なくとも一部がハウジングと離間して、ファンの駆動時に、空気導入部を構成するので、ファンの駆動により、空気が保護カバー内に導入され、発熱部品の冷却に供せられる。このように、冷却性と放水性とを兼ね備えた保護カバーを単純な構成で実現でき、低コスト化が図られる。

この発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の突起部周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を示すリヤ側端面図である。

以下、本発明による車両用回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の突起部周りを示す要部断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を示すリヤ側端面図である。

図１から図３において、車両用回転電機１００は、モータ部１１０と、インバータアッセンブリ１２０と、を備えている。

モータ部１１０は、それぞれ略椀形状の金属製のフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるハウジング１と、フロントブラケット２とリヤブラケット３に軸受８，９を介して回転可能に支持された回転軸４に固定されてハウジング１の内部に配設された回転子５と、軸方向の両側からフロントブラケット２とリヤブラケット３に挟持されて、回転子５を囲繞して、回転軸４と同軸にハウジング１に保持された固定子１０と、フロントブラケット２から突出する回転軸４の端部に固着されて、内燃機関と双方向にトルクを授受するプーリ１３と、リヤブラケット３から突出する回転軸４の端部の外周面に配設され、回転子５の界磁巻線７に界磁電流を供給する一対のスリップリング１４と、ブラシホルダ１５に保持されて、一対のスリップリング１４に摺動する一対のブラシ１６と、回転子５の回転状態を検出する磁極位置検出センサ１９と、を備える。

回転子５は、界磁鉄心６と、界磁鉄心６内に配設された界磁巻線７と、を備え、界磁鉄心６の軸心位置に挿入された回転軸４に固着されて、ハウジング１内に回転可能に配設される。そして、ファン１７，１８が界磁鉄心６の軸方向の両端面に固着されている。
固定子１０は、円環状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に装着された固定子巻線１２と、を備える。

磁極位置検出センサ１９は、回転軸４の軸受９とスリップリング１４との間に回転軸４に同軸に配置されたセンサロータ１９ａと、センサロータ１９ａを囲繞するように配設されたセンサステータ１９ｂと、を備え、回転子５の磁極位置を検出する。

インバータアッセンブリ１２０は、駆動時の固定子電流の供給および発電時の固定子電流の整流を行うためのスイッチング素子をその周辺回路とともにまとめて構成された整流器モジュール２０と、界磁電流を制御するためのスイッチング素子をその周辺回路とともにまとめて構成された界磁モジュール２１と、銅、アルミニウムなどの良熱伝導性金属材料を用いて中心穴２２ａを有する、外形形状を略長方形とする平板に作製され、整流器モジュール２０と界磁モジュール２１が絶縁層（図示せず）を介して一面に搭載されたヒートシンク２２と、整流器モジュール２０と界磁モジュール２１の電力系の端子と接続されるターミナルがインサート成形された電気絶縁性の樹脂製のケース２３と、整流器モジュール２０と界磁モジュール２１の動作を制御するための制御回路が構成された制御モジュール２４と、を備える。そして、放熱フィン２２ｂが、ヒートシンク２２の他面に立設されている。さらに、磁極位置検出センサ１９のセンサステータ１９ｂが、ヒートシンク２２に装着され、磁極位置検出センサ１９の信号線が制御モジュール２４に接続される。

ケース２３が、整流器モジュール２０、界磁モジュール２１および制御モジュール２４を囲むようにヒートシンク２２の一面に装着される。そして、ケース２３にインサート成形されたターミナル２３ａの一端が整流器モジュール２０の交流出力端子２０ａに溶接により接合される。防水用樹脂２５が、ケース２３内に充填され、整流器モジュール２０、界磁モジュール２１、制御モジュール２４および電気接続部が防水保護される。

コネクティングボード２６は、図示されていないが、固定子巻線１２の口出し線と整流器モジュール２０を接続するためのターミナルをインサート成形して構成され、リヤブラケット３の軸方向外側にねじ３８で固定されている。そして、口出し線がリヤブラケット３から軸方向外側に引き出され、ターミナルの一端に溶接などにより接合される。

ブラシホルダ１５は、円筒状のスリンガ部１５ａと、スリンガ部１５ａから径方向外方に突出するホルダ部１５ｂと、を有する。ブラシホルダ１５は、スリンガ部１５ａ内に回転軸４を通して、ヒートシンク２２の中心穴２２ａ内に配置されて、ねじによりヒートシンク２２に固定される。ブラシ１６が、ホルダ部１５ｂに装着されて、スリップリング１４に摺動可能となっている。

インバータアッセンブリ１２０は、ヒートシンク２２の一面を軸方向外方に向けて、回転軸４を中心穴２２ａ内に通して、ヒートシンク２２の一面が回転軸４と直交するように、リヤブラケット３の軸方向外側に配置され、ヒートシンク２２をリヤブラケット３から軸方向外方に突出するボス部３ｃにねじ３７により固定される。そこで、コネクティングボード２６にインサート成形されたターミナルの他端がケース２３にインサート成形されたターミナル２３ａの他端にねじで固定され、電気的に接続される。さらに、出力端子ボルト２７が、ナット２８を締め付けて、ケース２３にインサート成形されて、整流器モジュール２０の正極端子に接続されているバスバー（図示せず）に電気的に接続される。また、絶縁性キャップ２９がナット２８により締着固定され、出力端子ボルト２７とバスバーとの電気接続部を絶縁保護している。

保護カバー３０は、通風穴のない一枚板に構成された樹脂成形体であり、筒状の周壁部３１と、周壁部３１の一側開口を塞口する底部３２と、からなる有底筒状に作製されている。周壁部３１の周方向の少なくとも一部の領域が、口開き状に形成されている。また、突起部３３が、底部３２の内壁面の中央位置に口開き状に形成されている。さらに、肉厚部３４が、それぞれ、底部３２の内壁面の突起部３３の外周側の部位を突き出して、周方向に複数形成されている。なお、出力端子ボルト２７が底部３２を貫通して軸方向外方に突出しているが、ナット２８により締着固定された絶縁性キャップ２９が、出力端子ボルト２７の底部３２の貫通部を塞口している。そこで、保護カバー３０は、通風穴のない１枚板で構成された樹脂成形体と見なすことができる。

このように構成された保護カバー３０は、インバータアッセンブリ１２０を内部に収納するようにリヤブラケット３の軸方向外方に装着され、ねじ３９によりリヤブラケット３に締着固定されている。そして、突起部３３が、切り欠き部（図示せず）にブラシホルダ１５のホルダ部１５ｂを挿入して、ブラシホルダ１５のスリンガ部１５ａの先端側を囲繞している。また、周壁部３１の開口端の軸方向の位置は、リヤブラケット３のリヤ側外端面と略一致している。また、周壁部３１の口開き状部とリヤブラケット３との間には隙間が形成されている。この周壁部３１の口開き状部とリヤブラケット３との間の隙間が、ファン１８の駆動時に、空気導入部３５となる。

つぎに、このように構成された車両用回転電機１００の動作について説明する。
車両用回転電機１００は、プーリ１３およびベルト（図示せず）を介してエンジンのクランク軸（図示せず）に連結されている。そして、バッテリ(図示せず）の正極が端子ボルトに接続される。また、フロントブラケット２とリヤブラケット３が接地されアース電位に保持されている。制御モジュール２４は、界磁モジュール２１を制御して回転子５の界磁巻線７に流す界磁電流を調整する。そして、車両用回転電機１００は、エンジンを始動するための電動機能と、発電のための電動機能とを有している。

ここで、エンジンの始動時には、直流電力がバッテリから出力端子ボルト２７を介して整流器モジュール２０に給電される。そして、制御モジュール２４が整流器モジュール２０のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御し、直流電力が三相交流電力に変換される。この三相交流電力が、固定子巻線１２に供給される。そして、界磁モジュール２１により界磁電流が供給されている回転子５の界磁巻線７に回転磁界が与えられ、回転子５が回転駆動される。この回転子５の回転トルクが回転軸４、プーリ１３およびベルトを介してエンジンに伝達され、エンジンが点火、始動される。

一方、エンジンが始動されると、エンジンの回転トルクがクランク軸、ベルトおよびプーリ１３を介して車両用回転電機１００に伝達される。これにより、回転子５が回転され、固定子巻線１２に三相交流電圧が誘起される。そこで、制御モジュール２４が整流器モジュール２０のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御し、固定子巻線１２に誘起された三相交流電力を直流電力に変換し、バッテリや電気負荷に供給される。

また、磁極位置検出センサ１９の信号出力は、制御モジュール２４に送られ、回転子５の回転位置検出に用いられ、車両用回転電機１００の発電動作およびエンジンの始動動作時の制御情報として利用される。

また、ファン１７，１８が回転子５の回転に連動して回転し、ハウジング１内の空気が排気孔２ｂ、３ｂから外部に排出され、ハウジング１の内部が負圧になる。これにより、フロント側では、空気が吸気孔２ａからフロントブラケット２内に流入する。そして、フロントブラケット２内に流入した空気は、ファン１７により遠心方向に曲げられて、固定子巻線１２のコイルエンドを冷却した後、排気孔２ｂから外部に排出される。

一方、リヤ側では、空気が空気導入部３５から保護カバー３０内に導入される。保護カバー３０内に導入された空気の一部は、ヒートシンク２２の他面に立設された放熱フィン２２ｂに沿って径方向内方に流れる。そこで、ヒートシンク２２に実装された発熱部品での発熱が、放熱フィン２２ｂに沿って流れる空気に放熱される。

また、保護カバー３０内に導入された空気の残部は、保護カバー３０の内壁面に沿って径方向内方に流れた後、ヒートシンク２２の中心穴２２ａを通って軸方向にリヤブラケット３側に流れる。そこで、ヒートシンク２２に実装された発熱部品での発熱が、保護カバー３０の内壁面に沿って流れる空気に放熱される。さらに、ブラシ１６とスリップリング１４との摺動部での発熱が、中心穴２２ａを通る空気に放熱される。

そして、中心穴２２ａを通って軸方向にリヤブラケット３側に流れた空気は、リヤブラケット３の端面に沿って径方向内方に流れてきた空気と合流して、吸気孔３ａからリヤブラケット３内に流入する。リヤブラケット３内に流入した空気は、ファン１８により遠心方向に曲げられ、固定子巻線１２のコイルエンドを冷却した後、排気孔３ｂから外部に排出される。

このように構成された車両用回転電機１００では、インバータアッセンブリ１２０は樹脂封止されているので、整流器モジュール２０、界磁モジュール２１、制御モジュール２４、さらには樹脂封止前に接続された電気接続部は絶縁保護されている。しかし、樹脂封止後に行われる電気接続部、例えば、整流器モジュール２０の交流出力端子２０ａに接続されたターミナル２３ａとコネクティングボード２６にインサート成形されたターミナルとの電気接続部や、コネクティングボード２６にインサート成形されたターミナルと固定子巻線１２の口出し線との電気接続部などは、絶縁保護されていない。そこで、このような絶縁保護されていない電気接続部への被水対策が必要となる。さらに、スリップリング１４とブラシ１６との摺動部に泥水などが浸入すると、ブラシ１６の異常摩耗を引き起こすので、スリップリング１４とブラシ１６との摺動部への被水対策が必要となる。

この実施の形態１によれば、保護カバー３０は、インバータアッセンブリ１２０の外周部を囲繞する筒状の周壁部３１と、周壁部３１の一側開口を塞口し、インバータアッセンブリ１２０の軸方向一側に相対する底部３２と、を有し、通風穴のない一枚板に構成されている。そこで、タイヤの跳ね上げなどによる保護カバー３０内への泥水の侵入が阻止される。これにより、新たな防水カバーを装着する必要がなく、部品点数や組立工数を削減でき、低コスト化が図られる。また、車両の被水対策毎に、保護カバー３０を変更する必要がなく、低コスト化が図られる。

また、泥水がインバータアッセンブリ１２０の電気接続部に付着して、電気接続部が腐食するような事態や、泥水がスリップリング１４とブラシ１６との摺動部に付着して、ブラシ１６が異常摩耗するような事態の発生が抑制される。また、風通穴が保護カバー３０に設けられていないので、保護カバー３０の強度を高めることができる。

また、周壁部３１の開口端の少なくとも一部がリヤブラケット３と離間して、ファン１８の駆動時に、空気導入部３５を構成している。そこで、ファン１８の駆動時に、空気が、周壁部３１の開口端とリヤブラケット３との間の空気導入部３５から保護カバー３０内に導入されるので、保護カバー３０内やリヤブラケット３内の発熱部品を効果的に冷却することができる。

このように、実施の形態１によれば、冷却性と放水性とを兼ね備えた保護カバー３０を単純な構成で実現でき、低コスト化が図られる。

また、空気導入部３５を構成する周壁部３１の開口端に至る周壁部３１の領域が、口開き状に、すなわち軸方向の他側に向かって漸次径方向外方に変位する傾斜面に形成されているので、異物などが周壁部３１の内壁面上に溜まりにくくなる。そこで、空気導入部３５が狭められることによる冷却性の悪化を抑制できる。
肉厚部３４が底部３２に形成されているので、保護カバー３０の厚みを全体的に厚くすることなく、保護カバー３０の強度が高められる。

スリンガ部１５ａの軸方向一端側を囲繞する筒状の突起部３３が、底部３２の内壁面に形成されている。そこで、仮に泥水が保護カバー３０内に浸入し、底部３２の内壁面を伝って下降して、底部３２の中央部に到達しても、泥水は突起部３３の外周面上を周方向に流れるので、スリップリング１４とブラシ１６との摺動部への泥水の侵入が防止される。
また、筒状の突起部３３がリヤブラケット３側に向かって口開き状に形成されているので、突起部３３に到達し、突起部３３の開口端側に流れようとした泥水は、突起部３３の傾斜によって根元部側に戻される。そこで、突起部３３の開口端側への泥水の流出が阻止され、スリップリング１４とブラシ１６との摺動部への泥水の侵入が確実に防止される。

なお、上記実施の形態１では、保護カバーが樹脂製であるとしているが、保護カバーは金属製でもよい。
また、上記実施の形態１では、周壁部の開口端の軸方向の位置がリヤブラケット３のリヤ側外端面と略一致しているが、周壁部の開口端の軸方向の位置は、インバータアッセンブリよりリヤブラケット側に位置していればよい。
また、上記実施の形態１では、車両用発電電動機について説明しているが、本発明は、車両用電動機や車両用発電機などの車両用回転電機に適用しても、同様の効果を奏する。

１ ハウジング、４ 回転軸、５ 回転子、１０ 固定子、１５ ブラシホルダ、１５ａ スリンガ部、１５ｂ ホルダ部、１６ ブラシ、１８ ファン、２０ 整流器モジュール、２１ 界磁モジュール、２２ ヒートシンク、２２ａ 中心穴、２４ 制御モジュール、３０ 保護カバー、３１ 周壁部、３２ 底部、３３ 突起部、３４ 肉厚部、３５ 空気導入部、１１０ モータ部、１２０ インバータアッセンブリ。

Claims (4)

1. ハウジングに支持された回転軸に固着されて上記ハウジング内に回転可能に配設された回転子、上記回転子を囲繞するように上記ハウジングに保持された固定子、および上記回転子の軸方向一端に固着されたファンを有するモータ部と、
   直流電力と交流電力との間の電力変換を行う整流器モジュール、界磁電流を制御する界磁モジュール、上記整流器モジュールと上記界磁モジュールの動作を制御する制御モジュール、および上記整流器モジュール、上記界磁モジュールおよび上記制御モジュールが一面側に搭載された、中心穴を有するヒートシンクを有し、上記ハウジングから軸方向一側に突出する上記回転軸の端部が上記中心穴内に位置している状態で、上記ヒートシンクの一面側を軸方向一側に向けて上記ハウジングの軸方向一側に配置されたインバータアッセンブリと、
   上記ハウジングから軸方向一側に突出する上記回転軸の端部を囲繞するように配置されたスリンガ部、およびスリンガ部から径方向外方に突出するホルダ部を有し、上記ヒートシンクの上記中心穴内に配置されたブラシホルダと、
   上記回転軸の端部に装着されたスリップリングに摺動可能に上記ホルダ部に装着されたブラシと、
   上記インバータアッセンブリを覆うように上記ハウジングの軸方向一側に装着された保護カバーと、を備え、
   上記保護カバーは、上記インバータアッセンブリの外周部を囲繞する筒状の周壁部と、上記周壁部の一側開口を塞口し、上記インバータアッセンブリの軸方向一側に相対する底部と、を有し、通風穴のない一枚板に構成されており、上記周壁部の他側開口端の少なくとも一部が上記ハウジングと離間して、上記ファンの駆動時に、空気導入部を構成する車両用回転電機。
2. 上記空気導入部を構成する上記周壁部の他側開口端に至る上記周壁部の領域は、軸方向の他側に向かって漸次径方向外方に変位する傾斜面に形成されている請求項１記載の車両用回転電機。
3. 上記スリンガ部の軸方向一端側を囲繞する筒状の突起部が、上記底部の内壁面に形成されている請求項１又は請求項２記載の車両用回転電機。
4. 肉厚部が上記底部に形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。

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