WO2013069105A1

WO2013069105A1 - 回転電機

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Publication number: WO2013069105A1
Application number: PCT/JP2011/075804
Authority: WO
Inventors: 達也深瀬; 藤田　暢彦; 中島　泰; 磯田　仁志; 前田　直秀
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-05-16
Also published as: JP5638701B2; US9577495B2; EP2779376A4; CN103650302B; US20140125168A1; EP2779376A1; JPWO2013069105A1; EP2779376B1; CN103650302A

Abstract

　回転子の界磁巻線に界磁電流を供給するためのブラシと、ブラシを保持するブラシホルダと、フィンを有するヒートシンクと接続されたパワー回路部と、パワー回路部およびブラシホルダを覆うケースとを備えた回転電機であって、ブラシホルダとヒートシンクのフィンとの間に形成された風路と、ケースにブラシホルダ構成部材を覆いブラシホルダの外周部に沿った形状に形成され、風路に冷却風を通過させる開口部とを設けたものである。

Description

回転電機

　この発明は、エンジンに連結されたベルト駆動式車両用の回転電機およびベルト式車両用の回転電機を制御する制御装置を備えた車両用の回転電機に関するものである。

　従来、例えば車両用の界磁巻線式の回転電機において、燃費改善や高出力化の要求から、回転電機の小型化や配線部材の大型化に起因した構成部材の高集積化が進んでいる。

　回転電機の小型化要求により、回転電機を構成する部材は小型化され、敷き詰めるように配置されるため、部材間の隙間は小さくなっている。特に、モータジェネレータでは、内部にスイッチングを行うパワー半導体素子で構成されたインバータ部を備え、ダイオード素子で構成される整流器を使用するオルタネータなどよりも、配線が複雑化し、回転電機内部の構成部材の集積度は高くなる。

　さらに、高出力化により、パワー半導体素子や界磁巻線に界磁電流を供給するブラシ、回転子に設けられた界磁巻線部、固定子に設けられた電機子巻線部に流れる電流は大きくなり、各部の発熱量は大きくなる。この際、電流の大きさによっては、部材の大型化が必要となる。

　また、ブラシは、外部の異物からブラシを保護し、保持するブラシホルダが取付けられている。ブラシホルダは、その電流経路からパワー回路部の付近に設置される。これらの理由により、パワー回路部およびブラシ部の周辺は、特に構成部材の配置密度が高い。

　しかしながら、これらの回転電機は、パワー部およびブラシホルダの付近に容易に塵芥などの異物が侵入できる構造となっている。回転電機は、車両のエンジンルーム内に設置されるものの、ハウジングなどの部材は冷却空気を吸気するための開口部を多数備える。この開口部などから塵芥や塩水などに起因して生じた腐食生成物などの異物の進入が、回転電機内部に進入する。

　これらの場合、パワーモジュールに接続されたヒートシンクやブラシホルダの周りに、塵芥や塩水などに起因して生じた腐食生成物などの異物が堆積し、冷却空気の通風路やヒートシンクのフィンの詰まり、もしくは通電部材間のショート不具合の原因となる。この結果、回転電機の故障や動作不具合、構成部材の冷却性の悪化などが生じる。

　また、車両用の回転電機では、界磁電流はブラシからスリップリングを介して固定子の界磁巻線へと供給される。この際ブラシは、ブラシ後方に取り付けられたスプリングで押し付けられた状態で摺動する。ブラシとスリップリングは、摺動部の電気的損失、摺動摩擦およびそれぞれの通電経路の電気的損失に起因した発熱を生じる。スリップリングとブラシは、プラス側とマイナス側で一組ずつ設置されている。これらのブラシとスリップリングは、一般にプラス側とマイナス側間の電気絶縁性を確保するため絶縁性の樹脂等で覆われ、保持されている。また、ブラシが収納されているブラシホルダは、外部からの異物や水分の進入を防止するとともに、ブラシ磨耗粉の排出機能をもつ。

　このため、ブラシ磨耗粉排出用のわずかな隙間が設けられているが、回転子に設置された冷却ファンにより生じた冷却風はスリップリングとブラシの当接部に、供給される割合は少ない。これらの要因により、スリップリングおよびブラシは、当接部を中心に特に高温となる。

　例えば、特許文献１（特開２００６－１６６６８１公報）に、車両用回転電機が示されている。この車両用回転電機は、スイッチング素子とこれに並列接続された一対のインバータモジュールからなるパワー回路部と、上記パワー回路部を制御する制御回路部を有し、回転子に固着された遠心ファンによる冷却空気の流れに対して、上流側に制御回路部、下流側にパワー回路部を分離して配置され、制御回路部には冷却空気がパワー回路部を経由して直線的に流れるように貫通孔を設けている。

　また、特許文献２（特開２００４－２７４９９２公報）に、アイドルストップ制御装置が示されている。この制御装置は、略円盤状のヒートシンク上に直接固定されたスイッチング素子や、ヒートシンク上に固定されたプリント配線層をもつ回路基板を有し、この回路基板上には制御ＩＣ等を装着している。また、このヒートシンクには全外周及び全内周に二重の側枠部が取り付けられ、外周側枠部を介してブラケットの後端外壁に固定されている。これらヒートシンクの内外周側枠部により囲まれたリング状の凹部に樹脂が注入され、これにより、スイッチング素子、回路基板、制御ＩＣ等が、容易に塩泥水などの環境的な要因から保護され、耐久性および信頼性が向上するように構成されている。

　また、制御装置には、ヒートシンクを覆って樹脂カバーがブラケットに固定され、樹脂カバーに設けられた空気吸入孔から流入される冷却空気は、ヒートシンクを冷却しながらブラケット内に流入して固定子巻線や回転子巻線を冷却し、ブラケットから外部に吹き出される冷却構造をもっている。

特開２００６－１６６６８１号公報特開２００４－２７４９９２号公報

　上述した従来の特許文献１に示された回転電機においては、制御回路部をパワー回路部およびブラシホルダが設置されている部分よりも回転電機のリア側に設置されており、冷却空気がパワー回路部およびブラシホルダ周辺に流入する通風路の面積が小さくなるという問題がある。また、塵芥などの異物や腐食生成物がパワー回路部付近に混入した場合の明確な異物排出経路が無く、異物の堆積などによる電触やフィン詰まりが発生する問題があった。

　また、上述した従来の特許文献２に示された回転電機においては、遠心ファンにより流入される冷却空気の流れも、樹脂カバーの空気吸入孔から入った冷却空気が略円盤状のヒートシンクの上を中心に向かって流れ、ヒートシンク内周側のわずかな隙間を通ってブラケット内に流入し、半径方向に向かってブラケットから吹き出すため、冷却空気の圧力損失や冷却風路の曲がりによる損失が大きく、冷却効率が悪いものであった。また、ブラシホルダ付近を通る冷却空気は、パワー回路部から受熱しており、ブラシの冷却効果は十分得られないという問題があった。

　この発明は、上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、塵芥などの異物や腐食生成物を容易に排出可能とするとともに、効率よく冷却することができる回転電機を提供するものである。

　この発明に係わる回転電機は、ハウジングに回転自在に支持されている回転軸と、前記ハウジングに固定されると共に電機子巻線を有する固定子と、前記回転軸に固定されると共に界磁鉄心及び界磁巻線を有する回転子と、前記界磁巻線に界磁電流を供給するためのブラシと、前記ブラシを保持するブラシホルダと、前記ハウジングのリア側に固定され、フィンを有するヒートシンクと接続されたパワー回路部と、前記パワー回路部および前記ブラシホルダを覆うケースとを備えた回転電機であって、前記ブラシホルダと前記ヒートシンクのフィンとの間に形成された風路と、前記ケースに前記ブラシホルダ構成部材を覆い前記ブラシホルダの外周部に沿った形状に形成され、前記風路に冷却風を通過させる開口部とを設けたものである。

　この発明に係る回転電機によれば、塵芥などの異物や腐食生成物を容易に排出可能とするとともに、効率よく冷却することができる回転電機を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す回路図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機におけるパワー回路部の外観模式図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機におけるブラシホルダの外観模式図である。この発明の実施の形態２に係わる回転電機におけるブラシホルダの外観模式図である。従来の回転電機のヒートシンクとブラシホルダが設けられた部分の斜視図である。

実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１を図１ないし図５に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す回路図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機におけるパワー回路部の外観模式図である。図４はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機におけるブラシホルダの外観模式図である。この実施の形態１で説明する回転電機は、車両用の交流発電電動機（モータジェネレータ）を示しているが車両用の交流発電機でも適用可能である。

　図１において、この実施の形態１の回転電機１００は、例えばアルミニウム製のフロント側ブラケット２及びリア側ブラケット３から構成されたハウジング４と、このハウジング４内に設けられ、フロント側ブラケット２の軸端部にプーリ５が取り付けられるとともに、フロント側ブラケット２のベアリング２２ａ及びリア側ブラケット３のベアリング２２ｂを介して回転自在に支持されている回転軸６と、この回転軸６に取り付けられた回転子７と、この回転子７のフロント側ブラケット２側に冷却風を発生させるために取り付けられた例えば遠心ファンからなるフロントファン８と、回転子７のリア側ブラケット３側に冷却風を発生させるために取り付けられた例えば遠心ファンからなるリアファン９と、ハウジング４内の内壁面でフロント側ブラケット２及びリア側ブラケット３に固定された固定子１０と、回転軸６のリア側端部に装着され、回転子７に界磁電流を供給するための一対のスリップリング１１と、このスリップリング１１に摺接する一対のブラシ１２と、回転軸６のリア側外周に位置するようにリア側ブラケット３側に固定され、ブラシ１２を収納したブラシホルダ１３とを備えている。

　この回転電機１００は、プーリ５に掛けられたベルト（図示せず）を介してエンジンの回転軸（図示せず）に連結されている。また、回転電機１００の駆動の際の発熱により、回転子７や固定子１０の温度が上昇するため、回転子７の軸方向両端側には冷却用のフロントファン８とリアファン９が設けられている。また、回転子７にはスリップリング１１を持ち、リア側ブラケット３側に固定されたブラシホルダ１３からブラシ１２を介して界磁電流が供給される。

　回転子７は、導線が券回されて形成され、電流を流して磁束を発生する界磁巻線１４と、この界磁巻線１４を覆って設けられその磁束によって磁極が形成される界磁鉄心１５とを備えている。

　界磁鉄心１５は、一対の交互に噛み合った第１のポールコア体１６及び第２のポールコア体１７とから構成されている。第１のポールコア体１６及び第２のポールコア体１７は鉄製で、かつ爪形状の爪状磁極１８、１９をそれぞれ有している。隣り合う各爪状磁極１８、１９は、両爪状磁極間で磁束が漏れないよう、また、界磁巻線１４を冷却するための冷却風通路となるよう、ある一定の磁極間隙間が形成されるように配設されている。

　固定子１０は、固定子鉄心２０と、この固定子鉄心２０のスロット（図示せず）に導線が巻回され、回転子７の回転に伴い、界磁巻線１４の磁束の変化で交流が生じる電機子巻線２１とを備えている。この電機子巻線２１は例えば３個の巻線部（図示せず）を３相Ｙ形結線あるいは３相△形結線した３相交流巻線により構成されている。

　そして、回転電機１００のリア側ブラケット３側には、直流電力を交流電力又は交流電力を直流電力に変換するパワー回路部３０と、回転子７の界磁巻線１４に界磁電流を供給する界磁回路部３１と、パワー回路部３０及び界磁回路部３１を制御する制御回路部３２を備え、外部接続用コネクタ（図示せず）及び電源端子（図示せず）を介して外部に接続される。

　パワー回路部３０は、複数のパワー素子３０ａ、３０ｂと、当該パワー素子３０ａ、３０ｂに電気的に接続される電極部材を兼ねたヒートシンク３３を備えている。各パワー素子３０ａ、３０ｂ間の接続は、樹脂にインサート成形された導電性部材（図示せず）と、ヒートシンク３３とによって行われ、中継配線部材（図示せず）により制御回路部３２に電気的に接続される。

　これらパワー回路部３０、制御回路部３２、ヒートシンク３３はリア側ブラケット３に取り付けられたケース３４に収容されている。ケース３４は、ケース枠体３５と蓋体３６とにより構成されている。

　ここで、図１に示す制御回路部３２は、制御回路基板（図示せず）と、制御回路基板を収納するための樹脂製のケース（図示せず）を備えている。ケースは、カバー部（図示せず）等により制御回路基板への塩泥水の浸入を防ぐような防水構造を有している。界磁回路部３１は、制御回路基板と同一基板上に実装することも可能であり、また、制御回路基板と分離して構成してもよい。

　図２の回路図に示すように、パワー回路部３０、界磁回路部３１、制御回路部３２でパワーＡＳＳＹ３００が構成されている。外部接続用コネクタは、制御回路部３２の近傍に配設され、制御回路部３２と電気的に接続されている。

　パワー回路部３０を構成するパワー素子３０ａ、３０ｂは、通電時に発熱をともなうため、パワー部にはパワー素子３０ａ、３０ｂの放熱用のヒートシンク３３が設置されている。このヒートシンク３３は、パワー素子３０ａ、３０ｂの過度の温度上昇を防止するように多数のフィン３３ａが設けられている。

　特に、モータジェネレータなどでは、内部に発電電流の整流機能およびインバータ機能を併せ持つパワー回路部３０を備える。パワー回路部３０を構成するパワー素子３０ａ、３０ｂは、ＭＯＳ-ＦＥＴなどのスイッチング可能なパワー半導体を使用し、配線部材もしくは放熱部材などと一括にトランスファー成形されたものや、樹脂性のケースもしくは囲いに覆われシリコーンゲルなどでポッティングされるなどしてパワー回路部３０がパワーモジュールとなっている。

　このパワー回路部３０のパワーモジュールには、ヒートシンク３３が接続されており、通電時にパワー素子３０ａ、３０ｂで生じた発熱を冷却空気に放出する機能を持つ。モータジェネレータのパワー回路部３０は、オルタネータで用いるダイオード素子で構成された整流器よりも、配線の複雑化するとともに、構成するパワーモジュールのサイズが大きくなるためサイズが増大する。また、界磁巻線１４に界磁電流を供給するブラシ１２を保持するブラシホルダ１３は、パワー回路部３０の付近に設置される。これらの理由により、パワー回路部３０およびブラシ１２部の周辺は、構成部材の配置密度が高くなっている。

　しかしながら、これらの車両用の回転電機１００は、パワー回路部３０およびブラシホルダ１３の付近に容易に塵芥などの異物が侵入できる構造となっている。また、回転電機１００は、車両のエンジンルーム内に設置されるものの、塩水などの回転電機構成部材の腐食を引き起こす異物にさらされる。

　これらの場合、パワー回路部３０のパワーモジュールに接続されたヒートシンク３３や、電機子巻線２１のパワー回路部３０への接続部もしくは、ブラシホルダ１３周りに、塵芥、腐食生成物の堆積による詰まりが生じる場合がある。このとき、通電する部材では周りの部材への漏電、冷却部材や冷却風の経路を構成している部材の場合は冷却性の悪化などが発生する問題がある。

　また、図１に示す界磁巻線式の回転電機１００において、界磁回路部３１からの界磁電流はリア側ブラケット３に固定されたブラシホルダ１３に保持されたブラシ１２と回転軸６に取り付けられたスリップリング１１を介して供給される。固定されているブラシ１２と回転しているスリップリング１１が接触するために、両者の摩擦により、ブラシ１２とスリップリング１１との摺動部では発熱が生じる。

　また、この摺動部では、ブラシ１２とスリップリング１１は接触状態で保持されるため、接触部の電気抵抗に起因した発熱も生じる。さらに、通電にともなう各部材中のジュール発熱も同時に生じる。

　また、ブラシホルダ１３とスリップリング１１の間は、外部からの異物や水の進入を防止する機能をもち、ブラシ摩耗粉排出用のわずかな隙間を持つものの、ブラシホルダ１３外周部雰囲気とブラシホルダ１３内部空気との間の空気の流れはほとんどない状態となっている。以上の理由から、ブラシ温度が上昇し、ブラシ寿命が低下する問題がある。

　また、モータジェネレータのような回生発電やエンジン始動の動作を行う回転電機では、短時間に発電動作よりも大きな電流が流れる。この時、ブラシ部は、急激な温度上昇が生じる。このような場合には、ブラシホルダ１３構成樹脂の軟化や溶融が発生し、機能不具合を生じることが懸念される。

　そこで、この実施の形態１では、後述するようにパワー回路部３０のヒートシンク３３のフィン３３ａとブラシホルダ１３の間のクリアランスを持ち冷却空気が容易に流れることができる風路４０，４１を構成しており、この風路４０，４１に対抗するようにヒートシンク３３のフィン３３ａ間の風路４２をヒートシンク３３のフィン３３ａ間に設けている。

　ここで本願発明をより理解し易くするため、従来の例について述べる。図６は、車両用の交流発電機用もしくはモータジェネレータで使用される従来のパワー回路部のヒートシンク５３とブラシホルダ５４が設けられた部分の斜視図である。図６は、リア側ブラケット３にパワー回路部とブラシホルダ５４を設置するタイプの回転電機となっており、配線部材やパワーモジュールなどは省略してある。図６（ａ）はパワー回路部などを収容するケース５０部の斜視図、図６（ｂ）はケース５０の蓋体５２を取り除いた状態の斜視図である。

　パワー回路部のヒートシンク５３は、そのフィン５３ａが回転軸６の長手方向に対して、平行になるように最大面積になる面を配置し、ブラシホルダ５４のブラシ収納部５４ａと一体的に連結されたカバー部５４ｂを取り囲むように備えられている。

　このタイプの回転電機では、一般にパワー回路部やブラシホルダ５４が設置されている部分をケース枠体５１で囲むようになっている。ケース枠体５１の蓋体５２には、回転子７に固定された遠心ファンのリアファン９により生じる冷却空気の吸入口として開口部５５が設けられている。

　蓋体５２に設けられた開口部５５は、円周方向に分割された円弧状に形成され、径方向に２層構成で配置されている。これら円弧状の開口部５５から、冷却空気がパワー回路部周辺を通過し、リア側ブラケット３内部に引き込まれる。この際、冷却空気はパワー回路部に設置されたヒートシンク５３のフィン５３ａ間を通過し、ヒートシンク５３に接続されたパワー回路部のパワーモジュールで生じた熱は、冷却空気に放熱される。ヒートシンク５３は、パワーモジュールで発生した多量の熱量を放出させるため、フィン５３ａは密集するように設置されている。

　このヒートシンク５３とブラシホルダ５４の間には、構造上もしくは組立工程上必要な隙間以上のクリアランスは設けられていない。このため、ヒートシンク５３やブラシホルダ５４が設置された部分には異物が拘束されやすく、元来部材の配置密度が小さく冷却空気および異物が容易に流れることができるパワー回路部のヒートシンク５３とブラシホルダ５４が設置された部分以降の通風部分に排出されにくい。この結果、ヒートシンク５３のフィン５３ａの詰まりや塩水による腐食生成物の堆積などの問題がある。

　そこで、この発明では、ブラシホルダ１３とヒートシンク３３のフィン３３ａとの間のクリアランスにより形成された、ブラシホルダ１３構成部材以外の部材を配置しない冷却空気を容易に流すことが可能な風路を持ち、パワー回路部３０のヒートシンク３３のフィン３３ａは風路に対抗させるようにフィン３３ａ間の開口部３７を持つ構造がとられている。これにより、パワー回路部３０のヒートシンク３３に、塵芥や塩水などの異物が侵入しても容易に排出可能になるとともに、ブラシ１２および発熱部材の冷却性が高い回転電機を得ることが可能となる。

　図３は、この実施の形態１におけるパワー回路部３０、ブラシホルダ１３、ケース３４の蓋体３６の外観模式図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は斜視図、図３（ｃ）は要部斜視図をそれぞれ示している。ブラシホルダ１３はブラシ収納部１３ａとこのブラシ収納部１３ａと一体的に連結されたカバー部１３ｂとにより構成され、パワー回路部３０に取り囲まれるように配置し、ブラシホルダ１３に格納されたブラシ１２は、回転軸６のリア側端部に設置されたスリップリング１１と接するように配置されている。

　パワー回路部３０のヒートシンク３３は、フィン３３ａが回転軸６の長手方向に対して、平行になるように最大面積になる面をもつ様に配置している。また、パワー回路部３０のヒートシンク３３は、パワーモジュールを複数個搭載しており、その搭載面は、回転軸６の長手方向に対して垂直方向もしくは平行方向の面のどちらでもよい。

　回転子７に固定された遠心ファンのリアファン９によって発生する冷却空気は、この発明による回転電機のリア側に設置されたケース３４の開口部３７，３８，３９からパワー回路部３０のヒートシンク３３およびブラシ１２周りに形成された風路４０，４１，４２を通りぬけ、リア側ブラケット３に開けられた冷却空気吸入口を通過してリア側ブラケット３内部に到達する。このあと、冷却空気は、回転子７および固定子１０の巻線部を冷却しつつ、回転子７に固定された遠心ファンのリアファン９によりリア側ブラケット３外部に排出される。

　この際、パワー回路部３０のヒートシンク３３とブラシホルダ１３の間に設けられた風路は、パワー回路部３０のヒートシンク３３よりも流路の圧力損失が小さくなるように設置してある。これにより、パワー回路部３０が配置された平面では冷却空気の流量は、パワー回路部３０のヒートシンク３３とブラシホルダ１３の間に設けられた風路で最大となる。

　車両用の回転電機は、回転子７に固定された遠心ファンのリアファン９により生じる冷却空気が効率よくリア側ブラケット３内部に流入もしくは排出されるように多数の通風口が設けられている。パワー回路部３０のヒートシンク３３、配線部材、ブラシホルダ１３などが、隙間が少ない状態で配置されていると塵芥などの異物や塩水などがパワー回路部３０のヒートシンク３３設置部やブラシホルダ１３周辺に侵入し、フィン３３ａ詰まりや、塩水が内部に留まることによる腐食、特に通電部材では電蝕などの不具合が発生する。

　この発明の実施の形態１の回転電機は、パワー回路部３０のヒートシンク３３とブラシホルダ１３の間に設けられた風路を持つため、パワー回路部３０のヒートシンク３３などに入り込んだ塵芥などの異物や塩水は、風路を流れる流量もしくは流速が早い冷却空気により回転軸６の回転中心方向に吸引されるため、フィン３３ａ詰まりや腐食の発生を防止できる。このとき、パワー回路部３０のヒートシンク３３のフィン長は、冷却空気が流れやすいようにフィン長が不揃いになっている場合も本件に含む。また、フィン３３ａの形状は、一枚のフィン３３ａの中で冷却空気の下流側で部分的に短くなっている形状も本件に含む。

　また、特にモータジェネレータなどでは、オルタネータなどと比較してブラシ１２に通電する界磁電流が大きくなる。この発明の実施の形態１による回転電機では、ブラシホルダ１３の周りに大量の冷却空気が流入するため、ブラシホルダ１３からの放熱量も大きくなり、ブラシ１２の温度上昇を防止する効果も生じる。

　さらに、パワー回路部３０のヒートシンク３３やブラシホルダ１３が設置された部分は、回転電機１００のリア側からリア側ブラケット３内部に流れる冷却空気の流路を構成しており、上記風路４０，４１，４２を設置しているために流路抵抗が小さくなっている。

　この結果、リア側ブラケット３内部に流れ込む冷却空気の単位時間あたりの流量が大きくなり、リア側ブラケット３内部の発熱部材、特に回転子７の界磁巻線１４や固定子１０の電機子巻線２１の冷却性が向上する。

　図４は、この実施の形態１による回転電機におけるブラシホルダ形状の概略図である。図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は展開斜視図をそれぞれ示している。この発明の実施の形態１では、パワー回路部３０のヒートシンク３３などに侵入した異物は、パワー回路部３０のヒートシンク３３とブラシホルダ１３との間に形成された風路にブラシホルダ１３に向かって引き込まれる。

　このため、これらの異物が内部に侵入しないように機密性の高いブラシホルダ１３を持つ必要がある。ブラシホルダ１３はブラシ収納部１３ａと塵芥や水の浸入を防ぐカバー部１３ｂから構成されているので、ブラシホルダ１３内部への水の浸入を防ぐことができる。

　ブラシホルダ１３は図４（ｂ）に示すようにブラシ収納部１３ａの係合体１３ａ１にカバー１３ｂの係合体１３ｂ１を矢印の上方向から嵌合させることにより一体的に構成している。

　これにより、ブラシホルダ１３単品で、塵芥や水の浸入を防ぐ機密性を確保できる。例えば、ブラシホルダ１３の開口部とリア側ブラケット３やケース３４などが防水パッキンなどを介して押し付けあう構成では、各部材の寸法公差や、パッキンの配置位置のずれなどによる機密性の低下を防止できる。

　また、ブラシホルダ１３構成部材が２つに分かれていることで各部材の成形自由度が向上し、自由度が高い構造に成形可能となる。さらに、金型形状が簡易的になることにより、金型コストを低減できる。このブラシホルダ１３を構成する樹脂は、ＰＰＳやＰＢＴであり、温度もしくは耐環境性に優れる。

　また、ブラシホルダ１３を構成するブラシ収納部１３ａとカバー部１３ｂは、別の材料からなる構成も可能である。ブラシホルダ１３を構成する樹脂は、熱伝導率が高いほど、ブラシ温度低減効果が発生し、熱伝導率０．６（Ｗ/ｍＫ）以上とすることで高い放熱効果を得られる。

　また、パワー回路部３０とブラシホルダ１３部を覆うケース３４の蓋体３６は、リア側から見た際のブラシホルダ１３外形に沿って開口部３７および開口部３８を設けてある。これにより、パワー回路部３０のヒートシンク３３とブラシホルダ１３との間に形成された風路４０および風路４１への冷却空気の流れを阻害することがない。この結果、パワー回路部３０やブラシホルダ１３付近に塵芥などの異物もしくは塩水などが侵入した場合に、これを排出する機能が失われることがない。

　また、これと同時にケース３４の蓋体３６は、ブラシホルダ１３外形に沿ってあけられた開口部３７，３８とは別にパワー回路部３０にも冷却空気が流入するように開口部３７，３８の外方側に略同形状となる大きな開口部３９を設置する。これにより、ブラシホルダ１３付近およびパワー回路部３０には、大量の冷却空気が供給され電力半導体素子からなるパワー素子３０ａ，３０ｂもしくはブラシ１２の冷却効果が得られる。この開口部３９は、ひとつなぎになっている必要は無く、２つ以上に分割されている場合も本件に含む。また、ケース３４の蓋体３６の回転軸６を中心にした径方向に面した面部には、開口部３８が設けられている。

　車両用の回転電機は、車両搭載時に回転軸６が地面に対して垂直になるように設置されることは皆無である。このため、ケース側面部に開口部を設けていることで、進入した塵芥などの異物や塩水などを回転電機の径方向からも排出可能となる。また、ケースの開口面積が大きくなることで、回転電機の冷却空気の吸入量が増大し、回転電機内の部材の温度が低減する。

　パワー回路部３０のヒートシンク３３のフィン３３ａは、テーパー状に先端に向かって厚みが小さくなっている。パワー回路部３０のヒートシンク３３のフィン３３ａがテーパー状に先端に向かって厚みが小さくなっていることで、パワー回路部３０の冷却能力を極力悪化させることなく、塵芥などの異物や塩水を排出しやすくする。このようにより効率よく塩水や腐食生成物を排出できるようになる。軸流冷却方式では、風路中の径方向の流路の抵抗分布が均一の場合、回転軸６に近くなるほど冷却風量が小さくなる。このため、フィン３３ａがテーパー状になっていることで先端に行くほど冷却の流路抵抗が小さくなり、結果としてリア側ブラケット３内部に進入する冷却空気の流量が増えるとともに、径方向の圧力損失がおよそ均一化される。

　また、この発明による実施の形態１の回転電機は、回転子７に固定された遠心ファンのリアファン９により冷却空気がリア側ブラケット３内部へ引き込まれる。このとき、例えば、冷却空気の流路となっているパワー回路部３０の流路中の損失が、回転軸６の長手方向に対して垂直平面で均一であれば、回転軸６中心部付近に近づくほど冷却空気の流量が小さくなる。これは、冷却空気が回転電機のリア側から吸入されリア側ブラケット３の径方向から排出されるこの発明による回転電機では、回転軸６の長手方向に対して垂直な平面中の回転軸６の中心部に近づくほど、冷却空気流路が長くなり、冷却空気の流路の損失が大きくなるためである。

　この発明による実施の形態１のパワー回路部３０のヒートシンク３３のフィン３３ａ設置部中は流路に対して垂直方向におよそ均一の形状をなしており、回転軸６に近づくほど（フィン先端部に近づくほど）冷却空気が流れにくい構造になる。これに対して、ヒートシンク３３のフィン３３ａがテーパー状に先端に向かって厚みが小さくなっていることで、ヒートシンク３３のフィン３３ａの先端部でも冷却空気の流量が小さくなることを回避し、流路に対して垂直な面における流量がおよそ均一化される。

　これにより、塵芥などの異物や塩水をより効率よく排出可能となる。なお、これは、フィン３３ａ先端部の冷却空気の流量の増加に起因しているため、回転電機のリア側ブラケット３内部に流入するトータルの冷却空気の流入量は増加する。この結果、回転電機のブラシホルダ１３、回転子７と固定子１０の巻線部の冷却性は向上される。

　以上のように、この実施の形態１によれば、パワー回路部３０に接続されたヒートシンク３３や、電機子巻線２１のパワー回路部３０への接続部もしくは、ブラシホルダ１３周りに、塵芥、腐食生成物などの異物が混入した場合でも、回転電機内のパワー回路部３０のヒートシンク３３やブラシホルダ１３が設置された部分に堆積することがなく、通電部材の電触やヒートシンク３３もしくは冷却空気経路の詰まりなどを防止できる回転電機を得ることができる。

　また、回転電機に進入した異物は、元来部材の配置密度が小さく冷却空気および異物が容易に流れることができるパワー回路部３０のヒートシンク３３とブラシホルダ１３が設置された部分以降の通風部分に流入し、回転子７に固定されたリアファン９によりリア側ブラケット３の外へと輩出される。また、ブラシホルダ１３とパワー回路部３０のヒートシンク３３のクリアランスが形成する風路周辺は、回転電機のリア側からリア側ブラケット３方向に流れる冷却空気の通風抵抗が非常に小さくなる。このため、リア側ブラケット３内に流入する単位時間あたりの冷却空気量が増加し、ブラシ１２および回転子７および固定子１０の巻線部の冷却性は向上する。このため、耐環境性能を向上すると同時に、高い冷却性もつ回転電機を得ることが可能となる。

実施の形態２．
　この発明の実施の形態２を図５に基づいて説明する。図５はこの発明の実施の形態２に係わる回転電機におけるブラシホルダの外観模式図である。

　ブラシホルダ１３は、ブラシ収納部１３ａもしくはカバー部１３ｂ、もしくはその両方の外周部に異物進入防止板４３を持つ。この異物進入防止板４３が風路３９中に設置されることで、ケース３４の蓋体３６に設置された冷却空気の流入する開口部３７からの塵芥などの異物の進入を防止できる。また、この異物進入防止板４３は例えばブラシホルダ１３に一体成形されている。

　これにより、異物進入防止板４３の取り付け強度が向上するとともに、取り付けに要する製造コストも低くできる。また、ブラシホルダ１３と異物進入防止板４３が一体成形されていることで、ブラシホルダ１３成形樹脂と異物進入防止板４３との接触熱抵抗が小さくできる。

　この結果、ブラシ１２で生じた熱がブラシホルダ１３を通じて、風路３９に設置された異物進入防止板４３に効率よく伝熱され、異物進入防止板４３の表面から冷却空気に放出される。これにより、ブラシ１２の温度上昇を防止する効果も得られる。

　ブラシホルダ１３に一体成形された異物進入防止板４３は、プレート状（図５に図示）でもピン状になっていてもよい。プレート状の場合、プレート間のピッチは、ヒートシンク３３のフィンピッチよりも大きく設定されている。

　これにより、風路３９の流路抵抗がヒートシンク３３よりも低くなり、ヒートシンク３３とブラシホルダ１３のクリアランスにより形成される風路３９を流れる冷却空気の流量もしくは流速は、ヒートシンク３３のフィン３３ａ間を流れるものよりも大きくなり、塵芥などの異物や塩水など効率よく排出する機能が発現する。

　また、図５には、ブラシホルダ１３のまわりに平状のプレートが等間隔に並んだ例を示したが、この発明による異物進入防止板４３は、リア側から見たときにプレート同士が直交したメッシュ状になっていたり、六角形のハニカム形状になっていたりしているものも含む。これにより異物進入防止板４３の構造強度もしくは対振動性を高めることができる。また、異物進入防止板４３をメッシュ状もしくはハニカム状にすることで、この部分を通り抜ける冷却空気の流れを整流し、効率よくリア側ブラケット３内部に流入させることが可能となる。

　また、ブラシホルダ１３に一体成形された異物進入防止板４３は、ブラシホルダ１３構成樹脂もしくはインサートターミナルもしくは押し出し成形品で構成されている。異物進入防止板４３がブラシホルダ１３構成樹脂で成形されている場合、ブラシホル１３成形時に一括で異物進入防止板４３の構造も形成できるため、新たに取付け工程や接着部材を設けるなどの製造コストや材料コストを低減できる。

　異物進入防止板４３が金属部材であるインサートターミナルで構成されている場合、異物進入防止板４３を高い強度とすることができると共に、熱伝導率が高い金属部材を異物進入防止板４３に使用するためブラシホルダ１３の放熱性能が向上する。

　また、異物進入防止板４３をブラシホルダ１３の内部に骨組みとして組み込むことで、ブラシホルダ１３の構造強度を強化するとともに、ブラシホルダ１３が軟化するもしくはクリープ変形するような高温雰囲気にさらされた場合でも、形状を維持する性能が高まる。

　また、インサートターミナル中の異物進入防止板４３としてブラシホルダ１３から突出する部分は、板金加工やターミナル中の部分的な切起しなどで成形されている。異物進入防止板４３を金属の押し出し成形品で成形している場合、異物進入防止板４３を熱伝導率が高いヒートシンク状などに成形でき、ブラシ温度低減効果が大きくなる。また、異物進入防止板４３自体の製造コストを低く出来る。

　異物進入防止板４３は、ブラシホルダ１３構成樹脂とは別に成形された樹脂成形品構成されている。異物進入防止板４３をブラシホルダ１３構成樹脂とは別に成形された樹脂成形品で構成する場合、異物進入防止板４３自身の形状を複雑な形状を作ることができる。

　また、異物進入防止板４３を構成する樹脂を、熱伝導率が高い樹脂で作ることでブラシホルダ１３の放熱性を向上する。特に、高い放熱性を必要とする場合、樹脂の熱伝導率は０．６（Ｗ/ｍＫ）以上とする。

　また、ブラシホルダ１３構成樹脂と異物進入防止板４３構成樹脂をお互いに線膨張係数が近い樹脂にすることで、異物進入防止板４３を金属にする場合などと比較して、温度サイクルに対する耐久性を向上することが可能となる。

　異物進入防止板４３がどのような製造方法もしくは構成部材で形成されている場合においても、異物進入防止板４３を構成する部材は、一つの部材で構成されている必要はなく、複数個を組み合わせて出来ているものもこの発明に含まれる。

　なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

　この発明は、塵芥などの異物や腐食生成物を容易に排出可能とするとともに、効率よく冷却することができる回転電機の実現に好適である。

Claims

　ハウジングに回転自在に支持されている回転軸と、前記ハウジングに固定されると共に電機子巻線を有する固定子と、前記回転軸に固定されると共に界磁鉄心及び界磁巻線を有する回転子と、前記界磁巻線に界磁電流を供給するためのブラシと、前記ブラシを保持するブラシホルダと、前記ハウジングのリア側に固定され、フィンを有するヒートシンクと接続されたパワー回路部と、前記パワー回路部および前記ブラシホルダを覆うケースとを備えた回転電機であって、前記ブラシホルダと前記ヒートシンクのフィンとの間に形成された風路と、前記ケースに前記ブラシホルダ構成部材を覆い前記ブラシホルダの外周部に沿った形状に形成され、前記風路に冷却風を通過させる開口部とを設けたことを特徴とする回転電機。
　前記ケースには、前記開口部の外周部に前記開口部と略同形状の大きな開口部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
　前記ブラシホルダは、ブラシ収納部とカバー部とからな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。
　前記ヒートシンクのフィンは、テーパー状に先端に向かって厚みが小さくなっていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
　前記ブラシホルダは、前記ブラシ収納部もしくは前記カバー部、もしくはその両方の外周部に異物進入防止板を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
　前記異物進入防止板は、成形樹脂もしくはインサートターミナルもしくは樹脂と一体成形された金属部材からなることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
　前記異物進入防止板は、前記ブラシホルダ構成樹脂とは別に成形された樹脂成形品構成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。