JP2015204716A - Rotary electric machine integrated control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機と、電動機を制御するための制御部と、が一体で構成された回転電機一体型制御装置に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine integrated control device in which an electric motor and a control unit for controlling the electric motor are integrally formed.
回転電機一体型制御装置においては、回転に伴う電動機の発熱に加えて、電子制御装置や電力変換のためのパワー素子等が発熱する。このため、回転電機一体型制御装置には、従来よりも高い熱的信頼性が要求される。 In the rotating electric machine integrated control device, in addition to the heat generation of the electric motor accompanying the rotation, the electronic control device, the power element for power conversion, and the like generate heat. For this reason, the rotating electrical machine integrated control device is required to have higher thermal reliability than before.
特許文献1には、電動機のケースに相当するリアブラケットと制御装置との間に隙間を設けて、該隙間に冷却風を通すことにより電動機および制御装置を構成するスイッチング素子を冷却する構成が提案されている。 Patent Document 1 proposes a configuration in which a gap is provided between a rear bracket corresponding to a case of an electric motor and a control device, and cooling elements are cooled by passing cooling air through the gap. Has been.
しかしながら、特許文献1の制御装置一体型回転電機では、スイッチング素子から制御基板への熱輻射を遮断することができず、制御基板の熱的信頼性が低下する虞がある。また、制御基板を収容するケースとリアブラケットとが導電スタッドで熱的に接続されているため、熱が電動機から制御基板へ伝導して制御基板の熱的信頼性が低下する虞がある。 However, in the controller-integrated rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1, heat radiation from the switching element to the control board cannot be blocked, and the thermal reliability of the control board may be reduced. In addition, since the case for housing the control board and the rear bracket are thermally connected by the conductive stud, heat may be conducted from the electric motor to the control board, and the thermal reliability of the control board may be reduced.
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、電動機からの受熱を抑制するとともに、制御部を良好に冷却することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress heat reception from an electric motor and to cool a control unit satisfactorily.
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。 The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate a corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and limit the technical scope of the invention. Not what you want.
上記目的を達成するために、本発明は、ロータ(210)とステータ(220)と冷却ファン(240)とを有し、ロータの回転とともに冷却ファンが回転する電動機(200)と、電動機への電力供給のためのパワー素子(311)と、パワー素子の駆動を制御するための電子制御装置(320)と、を有する制御部(300)と、を備える回転電機一体型制御装置であって、電動機は、ロータ、ステータおよび冷却ファンを収容し、冷却ファンの回転に伴って生じる気体の流れを外部空間に導く排気孔(254)を有する第1筐体(250)を有し、制御部は、少なくとも電子制御装置を収容する第2筐体(322)を有し、さらに、第1筐体の内部空間と第2筐体の内部空間とを連結する第1通路(700)と、第2筐体の内部空間と外部空間とを連結する第2通路(800)と、を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention includes a rotor (210), a stator (220), and a cooling fan (240), and an electric motor (200) in which the cooling fan rotates with rotation of the rotor, A rotating electrical machine integrated control device comprising: a control unit (300) having a power element (311) for power supply and an electronic control device (320) for controlling driving of the power element, The electric motor has a first casing (250) that houses a rotor, a stator, and a cooling fan, and has an exhaust hole (254) that guides a gas flow generated as the cooling fan rotates to an external space. A second housing (322) that houses at least the electronic control device, and further includes a first passage (700) that connects the internal space of the first housing and the internal space of the second housing; The internal space of the housing A second passage connecting the part space (800) is characterized in that it comprises.
これによれば、冷却ファンの回転に伴って、冷却風が第2筐体の内部空間に直接導入される。このため、電子制御装置を含む発熱素子を効率よく冷却することができる。 According to this, with the rotation of the cooling fan, the cooling air is directly introduced into the internal space of the second housing. For this reason, the heat generating element including the electronic control device can be efficiently cooled.
また、ロータおよびステータを収容する第1筐体と、電子制御装置を収容する第2筐体とを連結する部材、すなわち、第1通路および第2通路の内部を冷却風が通過するため、第1通路および第2通路を伝導する熱を、該冷却風によって冷却することができる。 In addition, since the cooling air passes through the members that connect the first housing that houses the rotor and the stator and the second housing that houses the electronic control unit, that is, the first passage and the second passage, The heat conducted through the first passage and the second passage can be cooled by the cooling air.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same reference numerals are given to the same or equivalent parts.
(第1実施形態)
最初に、図1〜図3を参照して、本実施形態に係る回転電機一体型制御装置の概略構成について説明する。
(First embodiment)
Initially, with reference to FIGS. 1-3, schematic structure of the rotary electric machine integrated control apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.
本実施形態に係る回転電機一体型制御装置は、例えば車両に搭載される機電一体の回転電機一体型制御装置である。図1に示すように、この回転電機一体型制御装置100は、機械的に駆動する電動機200と、電動機200の駆動を制御する制御部300とを備えている。
The rotating electrical machine integrated control apparatus according to the present embodiment is an electromechanical integrated rotating electrical machine integrated control apparatus mounted on a vehicle, for example. As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine integrated
電動機200は、例えばスタータを構成するモータであり、ロータ210とステータ220とを有している。ロータ210にはシャフト230および冷却ファン240が固定されている。シャフト230は、ロータ210とともに回転して図示しないエンジンに動力を伝達する。冷却ファン240は、ロータ210とともに回転して外部空間から電動機200の内部に冷却風を取り込み、電動機200で発生した熱を外部空間に排出するようになっている。
The
ロータ210は、図2に示すように、後述のステータ220と同軸の円筒状の部材であり、ステータ220の内周側に配置されている。そして、ロータ210の軸を含む空洞部211にシャフト230が挿入固定されている。また、ロータ210は、その内部にロータコイル212を有している。図1に示すように、ロータ210は、シャフト230とともに、軸Lを回転軸として一体的に回転するようになっている。さらに、ロータ210には、回転軸Lに直交する一面に冷却ファン240が固定されており、ロータ210の回転に伴って、回転軸Lの直交する面内で冷却ファン240が回転する。冷却ファン240は回転することによって外部空間から空気を取り込む。この空気の流れが冷却風となり、電動機200全体を冷却する。
As shown in FIG. 2, the
ステータ220は、図2に示すように、円筒状のステータコア221と、ステータコア221の内壁から円筒の内側に向かって突出した複数の突極222を有し、それぞれの突極222にはステータコイル223が巻きつけられている。ステータコイル223には交流電流が流れるようになっており、ステータ220が電磁石として機能する。ステータ220により形成される磁場と、ロータコイル212に流れる電流により形成される磁場とが相互作用してロータ210に回転のモーメントが発生するようになっている。
As shown in FIG. 2, the
なお、ロータ210とステータ220は、図1に示すように、モータケース250に収容されている。モータケース250には、回転軸Lに沿ってシャフト230を挿通するための挿通孔251が形成されている。挿通孔251には、シャフト230が歳差運動しないように軸受252が配置されている。モータケース250は、特許請求の範囲に記載の第1筐体に相当する。
The
制御部300は、回転軸Lに沿う方向において、電動機200と隣接して配置され、図1に示すように、電力変換器310と、電子制御装置320とを有し、これらによって電動機200の駆動を制御する。さらに制御部300は、電子制御装置320収容する第2筐体322を有している。
The
電力変換器310は、図3に示すように、直流電源400により供給される直流電流を交流電流に変換するインバータである。変換された電力は電動機200に供給されてロータ210の回転運動に用いられる。本実施形態における電力変換器310は、複数のパワー素子311と各パワー素子311に逆並列に接続された還流ダイオード312とを有している。パワー素子311はMOSFETに代表されるスイッチング素子であり、適切なタイミングでオンオフ動作を繰り返す。これによって直流電流が交流電流に変換される。還流ダイオード312は負荷に相当する電動機200による誘導起電力からパワー素子311を保護するために接続されている。なお、図3に示すコンデンサ500は、電力変換器310と並列に接続され、パワー素子311のスイッチング動作により生じる直流電圧の変動を抑制する平滑コンデンサである。
As shown in FIG. 3, the
パワー素子311はオン抵抗に起因して発熱するため、熱的信頼性を確保するために冷却が必要である。パワー素子311は、後述する第3筐体600の底部としてのフレーム610に、図示しないはんだを介して熱的に接続されている。すなわち、パワー素子311の発した熱はフレーム610に伝導される。そして、フレーム610において、パワー素子311が接続された面(第2面610b)と反対の第1面610aには、放熱フィン611が形成されている。よって、フレーム610に伝導した熱は、放熱フィン611から放熱される。
Since the
電子制御装置320は、図3に示すように、電力変換器310におけるパワー素子311のゲート端子に接続され、パワー素子311のオンオフを制御する。図1に示すように、本実施形態における電子制御装置320は、基板321上に実装されている。電子制御装置320および基板321は、第2筐体322に収容されて、外部からの衝撃等から保護されている。
As shown in FIG. 3, the
なお、制御部300は、アウターカバー620によって覆われ、外部からの衝撃等から保護されている。アウターカバー620はスナップフィットやねじ止め等の一般的な固定法によってフレーム610に固定され、フレーム610、放熱フィン611およびアウターカバー620によって第3筐体600が構成されている。図1に示すように、制御部300のうち、電子制御装置320は第2筐体322に収容されているが、電力変換器310は、第2筐体322の外部であって、第3筐体600を構成するフレーム610の第2面610bに配置されている。
The
図1に示すように、フレーム610の第1面610aは、回転軸Lに沿う方向において第1筐体としてのモータケース250に対向している。モータケース250には、シャフト230近傍に設けられた吸入孔253と、モータケース250外縁に設けられた排気孔254が形成されている。つまり、冷却ファン240が回転すると、冷却風が第1筐体250と第3筐体600の対向領域を通過して放熱フィン611にて電力変換器310から熱を奪う。そして、冷却風は吸入孔253から電動機200の内部に吸入されてロータ210やステータ220から熱を奪う。その後、冷却風は排気孔254から外部に排気される。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態における回転電機一体型制御装置100は、上記構成に加えて、第1通路700および第2通路800を備えている。以下、図1、図4および図5を参照して、第1通路700および第2通路800の構成について詳しく説明する。なお、図4および図5において、ねじ頭710,810の形状や、ねじ軸720,820に形成されるねじ山等は簡略化して図示している。
The rotating electrical machine integrated
第1通路700は、図1に示すように、第1筐体としてのモータケース250と第2筐体322を連結している。第1通路700は、モータケース250の内部空間と第2筐体322の内部空間とを連通するように設けられており、モータケース250と第2筐体322との間で空気の移動が可能になっている。本実施形態における第1通路700は、例えば図4に示すような中空ボルトであり、ねじ頭710とねじ軸720とから成る。第1通路700は、ねじ軸720の伸びる方向に沿って、中空ボルトを貫通する貫通孔730を有している。この第1通路700は、第2筐体322の内部空間から外部空間に向かって貫通して、さらに第3筐体600のフレーム610を貫通してモータケース250にねじ軸720の先端がねじ込まれている。
As shown in FIG. 1, the
第2通路800は、図1に示すように、第2筐体322の内部空間と外部空間を連通するように設けられており、第2筐体322と外部空間との間で空気の移動が可能になっている。本実施形態における第2通路800は、例えば図5に示すような中空ボルトであり、ねじ頭810とねじ軸820とから成る。第2通路800は、ねじ軸820の伸びる方向に沿って、中空ボルトを貫通する第1貫通孔830aを有している。さらに、第2通路800は、ねじ軸820の外壁から第1貫通孔830aに向かって貫通する第2貫通孔830bを有している。この第2通路800は、第2筐体322の内部空間から外部空間に向かって貫通して、さらに第3筐体600のフレーム610を貫通してモータケース250にねじ軸720の先端がねじ込まれている。第2貫通孔830bは、ねじ軸820の外壁に形成された開口がシャフト230の形成位置と反対を向くようになっており、外部空間の空気を第1貫通孔830aに導入しやすくなっている。
As shown in FIG. 1, the
以上のような構成では、冷却ファン240の回転に伴ってモータケース250の内部空間が外部空間に対して負圧となり、第1通路700により連結された第2筐体322の内部空間の空気を排気孔254から排気する。これにより、第2筐体322の内部空間も外部空間に対して負圧となる。第2筐体322の内部空間は第2通路800により外部空間と連結されているから、図1に示すように、外気は、第2通路800を通って第2筐体322を経由し、第1通路700を通ってモータケース250の排気孔254から排気される。
In the configuration as described above, the internal space of the
次に、本実施形態に係る回転電機一体型制御装置100の作用効果について説明する。
Next, the effect of the rotary electric machine integrated
この回転電機一体型制御装置100は、図1に示すように、モータケース250の内部空間が、第1通路700、第2筐体322および第2通路800を経由して外部空間と連通している。よって、冷却ファンの回転に伴って、冷却風が第2筐体の内部空間に直接導入される。このため、電子制御装置320を含む発熱素子を効率よく冷却することができる。
As shown in FIG. 1, the rotary electric machine integrated
また、ロータ210およびステータ220を収容する第1筐体としてのモータケース250と、第2筐体322とを連結する部材、すなわち、第1通路700および第2通路800の内部を冷却風が通過するため、モータケース250から第2筐体322へ向かって、第1通路および第2通路を伝導する熱を、該冷却風によって冷却することができる。
In addition, the cooling air passes through the members connecting the
また、第1通路700および第2通路800は、発熱素子であるパワー素子311を含む電力変換器310が配置されたフレーム610を貫通して形成されている。このため、電力変換器310で発生した熱を、フレーム610を経由して、第1通路700および第2通路800の内部を流れる冷却風により外部に逃すことができる。すなわち、電力変換器310やフレーム610から電子制御装置320に向かう熱輻射を抑制することができる。
Moreover, the 1st channel |
また、上記では、モータケース250、第2筐体322、第1通路700および第2通路800の構成材料について言及していないが、例えば、モータケース250および第2筐体322をアルミニウム製とし、第1通路700および第2通路800をステンレス鋼とするとよい。ステンレス鋼はアルミニウムに較べて熱伝導率が小さいので、モータケース250から第2筐体322へ向かって、第1通路および第2通路を伝導する熱量を抑制することができる。
In the above description, the constituent materials of the
また、本実施形態における第1通路700および第2通路800は中空ボルトである。このため、第1通路700および第2通路800は、冷却風の通路としての機能の他に、モータケース250と第2筐体322との相互の固定のための部材としての機能を持たせることができる。
Moreover, the 1st channel |
(変形例)
上記実施形態において、第2筐体322が電力変換器310の熱輻射を十分に遮断できる場合には、第1通路700および第2通路800の内壁面に断熱材を有するようにすると良い。
(Modification)
In the above embodiment, when the
上記したように、第1通路700および第2通路800は、電力変換器310で発生した熱を、フレーム610を経由で外部に逃すことができるが、この熱量が大きいと、受熱した冷却風を第2筐体322の内部空間に導入することになるため、電子制御装置320の熱的信頼性が低下する虞がある。これに対して、第2筐体322が電力変換器310の熱輻射を十分に遮断できる場合には、第1通路700および第2通路800の内壁面に断熱材を設けることにより、冷却風がフレーム610を経由で電力変換器310から受ける熱量を抑制することができる。このため、第2筐体322の内部空間を効率よく冷却することができる。
As described above, the
(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
上記した実施形態では、モータケース250および第2筐体322をアルミニウム製とし、第1通路700および第2通路800をステンレス鋼とする例を示したが、この例に限定されない。例えば、第2筐体322には、輻射熱の遮断を目的に、熱伝導率の小さいプラスチックなどの樹脂を採用することもできる。
In the above-described embodiment, the example in which the
また、上記した実施形態では、第1通路700および第2通路800を中空ボルトにより構成する例を示したが、この例に限定されない。例えば、冷却風を通すための第1通路700および第2通路800とは別に、モータケース250と第2筐体322とを相互に固定する部材を用いてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
また、上記した実施形態では、電力変換器310が第2筐体322の外部に配置される例を示したが、電力変換器310は第2筐体322の内部空間に配置されてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
100…回転電機一体型制御装置,200…電動機,250…モータケース(第1筐体),300…制御部,322…第2筐体,700…第1通路,800…第2通路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電動機への電力供給のためのパワー素子(311)と、前記パワー素子の駆動を制御するための電子制御装置(320)と、を有する制御部(300)と、を備える回転電機一体型制御装置であって、
前記電動機は、前記ロータ、前記ステータおよび前記冷却ファンを収容し、前記冷却ファンの回転に伴って生じる気体の流れを外部空間に導く排気孔(254)を有する第1筐体(250)を有し、
前記制御部は、少なくとも前記電子制御装置を収容する第2筐体(322)を有し、
さらに、前記第1筐体の内部空間と前記第2筐体の内部空間とを連結する第1通路(700)と、
前記第2筐体の内部空間と前記外部空間とを連結する第2通路(800)と、を備えることを特徴とする回転電機一体型制御装置。 An electric motor (200) having a rotor (210), a stator (220), and a cooling fan (240), wherein the cooling fan rotates with the rotation of the rotor;
A rotating electrical machine integrated control comprising: a control unit (300) having a power element (311) for supplying power to the electric motor and an electronic control device (320) for controlling driving of the power element. A device,
The electric motor includes a first housing (250) that houses the rotor, the stator, and the cooling fan, and that has an exhaust hole (254) that guides a gas flow generated as the cooling fan rotates to an external space. And
The control unit includes at least a second housing (322) that houses the electronic control device,
A first passage (700) connecting the internal space of the first housing and the internal space of the second housing;
A rotating electrical machine integrated control device comprising: a second passage (800) connecting the internal space of the second housing and the external space.
前記第3筐体は、前記第1面において前記底部と一体的に形成された放熱フィン(611)を有し、
前記パワー素子が、前記底部のうち前記第1面と反対の裏面である第2面(610b)に配置されるとともに、前記第1通路および前記第2通路が、前記底部を貫通して形成されることを特徴とする請求項1に記載の回転電機一体型制御装置。 The first surface (610a) has a bottom portion (610) facing the electric motor, and includes a third housing (600) that houses the control unit,
The third housing has a radiation fin (611) formed integrally with the bottom portion on the first surface,
The power element is disposed on a second surface (610b) which is the back surface opposite to the first surface of the bottom portion, and the first passage and the second passage are formed through the bottom portion. The rotating electrical machine integrated control device according to claim 1.
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CN112421883A (en) * | 2020-11-06 | 2021-02-26 | 贵州雅光电子科技股份有限公司 | A rotating electrical machine that is easy to dissipate heat |
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