JP5270718B2

JP5270718B2 - 電力供給ユニット一体型回転電機

Info

Publication number: JP5270718B2
Application number: JP2011119031A
Authority: JP
Inventors: 仁志磯田; 暢彦藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: JP2012249418A

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、及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電力供給ユニット一体型回転電機に関するものである。

従来の電力供給ユニット一体型回転電機は、図１２に示すようにリヤブラケットが、制御基板、各ヒートシンク及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、吸入口が回転軸と同軸状に設けられ、又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。
又、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（特許文献１）。

特開２００６−１７４５４１号公報（特に図６）

図１３は、前記図１２の吸排気口付近を示す要部断面図である。この図１３に示すように従来の回転電機においては、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な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」という)、電力供給ユニット、固定子、及び回転子が、十分に冷却されないという問題があった。
この発明は、この課題を解決するためになされたものであり、冷却性能の低下を招く内部還流を封鎖又は還流流量を大幅に減らすことで十分な冷却性能を持つ電力供給ユニット一体型回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係わる電力供給ユニット一体型回転電機は、有底円筒状に形成され互いに開口部を相対させて連結される一対のブラケット、この両ブラケットに回転可能に支持された回転子軸、この回転子軸に嵌着され界磁巻線を有する回転子、この回転子を囲繞するように配置され電機子巻線を有する固定子、この固定子の電機子巻線に電力を供給するパワー回路モジュールと上記界磁巻線に電力を供給する界磁回路モジュールとこの両モジュールからの発生熱を放熱する放熱フィンを有するヒートシンクとによって構成され上記一方のブラケットに取り付けられた電力供給ユニット、この電力供給ユニット側の上記回転子軸端部に取り付けられ上記放熱用フィンを冷却する冷却用ファン、及び上記回転子軸より大径な通気穴を有し、この通気穴に上記回転子軸を貫挿させることによって上記冷却用ファンと上記電力供給ユニット間の空間部を２室に仕切り、上記通気穴を介し、上記電力供給ユニット側に上記放熱用フィンを露出させた吸気通路を形成するとともに上記冷却用ファン側に排気通路を形成した仕切り部材を備え、上記電力供給ユニット及び上記仕切り部材は、上記一方のブラケットに取り付け一体化され、且つこのブラケットの周壁には、上記吸気通路に連通する吸気口と、上記排気通路に連通すると共に上記冷却用ファンの回転時、この冷却用ファンの内径側に発生する負圧によって上記吸気口から吸いこまれた空気を上記通気穴を通じ上記冷却用ファンの負圧部に導いた後に外部に排出する排気口とをそれぞれ設け、上記仕切り部材の外周面と上記一方のブラケット間に生じる隙間を、弾性部材で塞いだものである。

この発明に係る電力供給ユニット一体型回転電機によれば、電力供給ユニットがリヤブラケット内に配置され、内部還流流路であるリヤブラケットと仕切部の間に弾性体を適宜配置することによって内部還流が防止され、パワー回路モジュール、界磁回路モジュール、固定子、及び回転子を効果的に冷却することができる。又、弾性体によって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ことができるとともに、吸気口を塞ぐことがないため冷却性の悪化を防ぐことができるなどの付加的効果がある。

この発明の実施の形態１における電力供給ユニット一体型回転電機を示す断面図である。この発明の実施の形態１における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケットを示す斜視図である。この発明の実施の形態１における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケットを内側から見た正面図である。この発明の実施の形態１における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。この発明の実施の形態１における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分において樹脂製の弾性部材を固定する状態の一部を示した説明図である。この発明の実施の形態２における電力供給ユニット一体型回転電機の樹脂部材のみを単体で示した部品図である。図６の樹脂部材を装着した状態を示したリヤブラケット内側の正面図である。この発明の実施の形態３における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。この発明の実施の形態４における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。この発明の実施の形態５における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。この発明の実施の形態６における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。従来の電力供給ユニット一体型回転電機を示す断面図である。図１２において、内部還流が発生するメカニズムを説明するための要部断面図である。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１から図５に基づいて、この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機を説明する。
この発明の実施の形態１に係る電力供給ユニット一体型回転電機は、有底円筒状に形成され互いに開口部を相対させて連結される一対のブラケット、すなわち一方のブラケット
（以下「フロントブラケット」という）１及び他方のブラケット（以下「リヤブラケット」という）２からなるハウジング１００と、この両ブラケット１、２に後述のようにして回転可能に支持された回転子軸５と、この回転子軸に嵌着され界磁巻線６を有する回転子４と、この回転子を囲繞するように配置され固定子鉄心３ａ及び電機子巻線３ｂを有する固定子３とを備え、固定子３は、フロントブラケット１の一端部及びリヤブラケット２の一端部により支持固定され、回転子４は、固定子３の内側に配置されている。

回転子軸５は、ハウジング１００に設けられた支持用のベアリング７により回転自在に支持され、回転子４は固定子３に対して同軸に回転できるように構成されている。
回転子４の軸方向の両端面には、それぞれ冷却用ファン８が装着されている。回転子軸５のフロント側（フロントブラケットの外側）の端部には、プーリ９が装着され、回転子軸５のリヤ側（リヤブラケットの内側）の端部には、一対のスリップリング１０が装着され、スリップリング１０と摺接する一対のブラシ１１がブラシホルダ１２内に配置されている。なお、ブラシホルダ１２、ブラシ１１及びスリップリング１０は、界磁巻線６に直流電力を供給するためのものである。
プーリ９は、図示していないベルトを介してエンジンの回転軸と連結され、エンジンの回転がプーリ９に伝達される。

電力供給ユニット（ヒートシンクアセンブリ）２０は、リヤブラケット２に取り付けられ、スイッチング素子を有し固定子の電機子巻線３ｂに電力を供給するパワー回路モジュール２２と、ブラシ１１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を有し界磁巻線６に電力を供給する界磁回路モジュール２３と、この両モジュール２２、２３からの発生熱を放熱する放熱フィン２１ａを有するヒートシンク２１とによって構成されている。

パワー回路モジュール２２と界磁回路モジュール２３は、ヒートシンク２１の板状取付部の外側面に絶縁されて搭載され、ブラシホルダ１２はヒートシンク２１の裏面である内側面に取り付けられている。又、電力供給ユニット２０は、リヤブラケット２の端面から内方（固定子方向）に配置されている。
外部ケース４０内には、制御回路４１が設けられ、制御回路４１から接続コネクタ４２を介してパワー回路モジュール２２及び界磁回路モジュール２３に制御信号が送られる。

冷却用ファン８と電力供給ユニット２０間の空間部には、略円環状の仕切り部材３０が設けられている。この仕切り部材３０は、回転子軸５と同軸で回転子軸５より大径な通気穴３０ｃを有し、この通気穴に回転子軸５を貫挿させることによって冷却用ファン８と電力供給ユニット２０間の空間部を２室に仕切り、通気穴３０ｃを介し、電力供給ユニット側に放熱用フィン２１ａを露出させた吸気通路２Ａが形成され、冷却用ファン８側には排気通路２Ｂが形成されている。

この仕切り部材３０と電力供給ユニット２０は、リヤブラケット２の端面に設けられたネジ穴に、電力供給ユニット２０と仕切り部材３０を挟み込むように、軸方向前方（固定子方向）からネジ２６などの支持部材を締め付けることにより、リヤブラケット２に固定支持され、且つこのリヤブラケット２の周壁には、吸気通路２Ａに連通する吸気口２Ａａと、排気通路２Ｂに連通する排気口２Ｂｂをそれぞれ設け、冷却用ファン８の回転時、この冷却用ファンの内径側に発生する負圧によって吸気口２Ａａから吸いこまれた空気（冷却風）を、通気穴３０ｃを通じ冷却用ファン８の負圧部に導いた後に排気口２Ｂｂから外部に排出するようなされている。

図１、図２において、矢印５０Ｘ、５０Ｙは、冷却風５０の流れを示している。
図２に示すリヤブラケット２において、リヤブラケット２の側壁には仕切り部材３０を跨
ぐようにして開口した長穴２Ｈが開いており、この長穴によって吸気口２Ａａと排気口２Ｂｂがそれぞれ形成されている。
冷却風５０は、吸入風５０Ｘ及び排出風５０Ｙとして吸気口２Ａａから入り排気口２Ｂｂから送出される。

回転電機にエンジンの回転がプーリ９を介して伝達されると、回転子４の回転にともなって冷却用ファン８の径方向内側から外側へ空気が排出され冷却用ファン８の内側が負圧となる。回転電機内部は仕切り部材３０で仕切られているため、仕切り部材３０のヒートシンク側では放熱フィン２１ａへ空気が流れ込んで吸入風５０Ｘとなり、仕切り部材３０の冷却用ファン８側では排出風５０Ｙとなる。

この実施の形態１では、図１、図３に示すように、内部還流を防ぐためにリヤブラケット２と仕切り部材３０の外径側の外周面間に生じる隙間を塞ぐため弾性を有する樹脂部材（弾性部材）３１を挟みこむ構造をしている。これにより、内部還流の大部分が吸入経路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。

又、仕切り部材３０には、図４、図５に示すように外周面部に、全周にわたり、あるいはその一部の箇所に突起部３０ａが形成されており、この突起部３０ａによって樹脂部材３１が係止され軸方向後方に移動しないように固定されている。
又、樹脂部材３１は、電力供給ユニット２０をリヤブラケット２に固定した後、リヤブラケット２と仕切り部材３０の隙間に挿入して還流風路を塞ぐ構造としている。
これにより、樹脂部材３１が組立て中に仕切り部材３０から外れることが無く、組立て性が向上される。

又、図５に示すように、仕切り部材３０の突起部３０ａには、切欠部３０ｂが形成され、樹脂部材３１には、きのこ状の突状係止部（以下「固定用突起」という）３１ａが形成されており、この固定用突起３１ａが仕切り部材の切欠部３０ｂに嵌り込み、軸方向の固定がなされ、樹脂部材３１の脱落を防止している。
上記のように、樹脂部材３１により、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。

リヤブラケット２は、電力供給ユニット２０や外部ケース４０などの質量がかかるため、車両からの振動により大きく振動する。
樹脂部材３１は、リヤブラケット２から電力供給ユニット２０へ伝わる振動を免振する効果があり、電力供給ユニット２０の振動を抑制することができる。又、仕切り部材３０と樹脂部材３１が引っかかる構成とし、電力供給ユニット２０をリヤブラケット２に組みつけた後で樹脂部材３１を挿入することで、作業者によらず、樹脂部材３１を仕切り部材３０に確実に固定することができ、生産性を向上することができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２における電力供給ユニット一体型回転電機の樹脂部材のみを単体で示した部品図、図７は、図６の樹脂部材を装着した状態を示したリヤブラケット内側の正面図である。

この実施の形態２における樹脂部材３１は、図６に示すように、略ストレート形状をしている。
図７に示すように、樹脂部材３１は、電力供給ユニット２０をリヤブラケット２に固定した後に、曲げられて略円環状に仕切り部材３０に装着される構成となっている。
実施の形態１と同様に、仕切り部材３０の突起部３０ａには、切欠部３０ｂが形成され、樹脂部材３１には、固定用突起３１ａが形成されており、仕切り部材３０の切欠部３０ｂに、固定用突起３１ａが嵌り込み、軸方向の固定がなされる構造をしている。
樹脂部材３１を円環状でなく、略ストレート形状で製造することにより、樹脂部材３１の生産性が向上し、コストを低減することができる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。
この実施の形態３における樹脂部材３１は、図８に示すように、仕切り部材の突起部３０ａに接着材３２で固定されている。
接着材３２で樹脂部材３１を仕切り部材３０に固定することにより、樹脂部材３１が所定の位置から軸方向に移動することがなく、樹脂部材３１の脱落を防止することができる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。
この実施の形態４における樹脂部材３１は、図９に示すように、その両端部３１ｂが、互いに突合する斜め形状になっており、樹脂部材３１を曲げて略円環状にし、仕切り部材３０に装着した際に、両端部３１ｂの斜め形状が軸方向（又は径方向に）で重なる構成になっている。
このように構成することにより、ストレート状から円環状にした樹脂部材両端の隙間からの還流を防止することができる。

実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。
この実施の形態５におけリング状樹脂部材３１の外周面には、図１０に示すように、土手状の突起３１ｃが、長穴２Ｈに対応する各位置の全箇所、あるいは少なくとも１箇所以上に設けられ、且つこの土手状の突起３１ｃは、リヤブラケット２の内周面より長穴２Ｈから径方向外側に末広がり状に突出させることによって、リヤブラケット２の排気口２Ｂｂと吸気口２Ａａを分断するように配置されている。
更に、土手状の突起３１ｃは、軸方向前方に、冷却風５０の排気を前方に排出するような偏向排気ガイド３１ｄを形成し、軸方向後方に、冷却風５０を後方から吸気するような偏向吸気ガイド３１ｅを形成することにより吸気流と排気流が合流するのを阻止している。

このように樹脂部材３１を構成することにより、リヤブラケット２の内周面より径方向外側も、冷却風５０の内部還流防止を行うことができ、さらに冷却性能を向上させることが可能となる。
又、冷却風５０の吸気の方向を排気から遠ざけ、冷却風５０の排気の方向を吸気から遠ざけることで、冷却風５０の内部還流をさらに防止することができ、さらに冷却性能を向上させることが可能となる。

実施の形態６．
図１１は、この発明の実施の形態６における電力供給ユニット一体型回転電機のリヤブラケット部分の要部断面図である。
この実施の形態６における樹脂部材３１は、図１１に示すように、その側面に軸方向に伸び上記一方のブラケットの内周面に嵌合する円筒状延長部を有している。
この円筒状延長部３１ｆは、防水用樹脂２５で覆われたパワー回路モジュール２２と固定子巻線３ｂの電力入出力端子３ｃとを電気的に接続するための金属部材３３の露出部と
、リヤブラケット２との隙間に、配置され金属部材３３をリヤブラケット２から隔離する構造になっている。
樹脂部材３１をこのように構成することにより、リヤブラケット２と金属部材３３の沿面距離拡大を行うことができ、樹脂部材３１で金属部材３３への被水の防止を行うことにより、塩水などの被水による金属部材３３の腐食を防止することができる。

１フロントブラケット
２リヤブラケット２Ｈ長穴
２Ａ吸気通路２Ａａ吸気口
２Ｂ排気通路２Ｂｂ排気口
３固定子３ａ固定子鉄心
３ｂ電機子巻線（固定子巻線）３ｃ電機子巻線の電力入出力端子
４回転子４ａ回転子鉄心
５回転子軸６界磁巻線
７ベアリング８冷却用ファン
９プーリ１０スリップリング
１１ブラシ１２ブラシホルダ
１３回転電機の電力入出力端子１４磁極位置検出センサ
２０電力供給ユニット（ヒートシンクアセンブリ）
２１ヒートシンク２１ａヒートシンクの放熱用フィン
２２パワー回路モジュール２２ａパワー回路モジュールのターミナル
２３界磁回路モジュール２４樹脂ケース
２５防水用樹脂２６電力供給ユニットの固定ネジ
３０仕切り部材３０ａ突起部
３０ｂ仕切り部材の切欠部３０ｃ通気穴
３１樹脂部材（弾性部材）３１ａきのこ状の突状係止部（固定用突起）
３１ｂ樹脂部材の両端部３１ｃ土手状の突起
３１ｄ偏向排気ガイド３１ｅ偏向吸気ガイド
３１ｆ円筒状延長部（樹脂部材の防水用突起）
３２接着材３３金属部材
４０外部ケース４１制御回路
４２接続コネクタ５０冷却風
５０Ｘ吸入風５０Ｙ排出風。

Claims

有底円筒状に形成され互いに開口部を相対させて連結される一対のブラケット、この両ブラケットに回転可能に支持された回転子軸、この回転子軸に嵌着され界磁巻線を有する回転子、この回転子を囲繞するように配置され電機子巻線を有する固定子、この固定子の電機子巻線に電力を供給するパワー回路モジュールと上記界磁巻線に電力を供給する界磁回路モジュールとこの両モジュールからの発生熱を放熱する放熱フィンを有するヒートシンクとによって構成され上記一方のブラケットに取り付けられた電力供給ユニット、この電力供給ユニット側の上記回転子軸端部に取り付けられ上記放熱用フィンを冷却する冷却用ファン、及び上記回転子軸より大径な通気穴を有し、この通気穴に上記回転子軸を貫挿させることによって上記冷却用ファンと上記電力供給ユニット間の空間部を２室に仕切り、上記通気穴を介し、上記電力供給ユニット側に上記放熱用フィンを露出させた吸気通路を形成するとともに上記冷却用ファン側に排気通路を形成した仕切り部材を備え、
上記電力供給ユニット及び上記仕切り部材は、上記一方のブラケットに取り付け一体化され、且つこのブラケットの周壁には、上記吸気通路に連通する吸気口と、
上記排気通路に連通すると共に上記冷却用ファンの回転時この冷却用ファンの内径側に発生する負圧によって上記吸気口から吸いこまれた空気を上記通気穴を通じ上記冷却用ファンの負圧部に導いた後に外部に排出する排気口とをそれぞれ設け、上記仕切り部材の外周面と上記一方のブラケット間に生じる隙間を、弾性部材で塞いだことを特徴とする電力供給ユニット一体型回転電機。
上記吸気口及び上記排気口は、上記一方のブラケットの周面に、上記仕切り部材を跨ぐようにして開口した長穴によって形成したことを特徴とする請求項１に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、上記一方のブラケットに上記電力供給ユニットと上記仕切り部材とを取り付けた後に装着されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、上記仕切り部材の外周縁部に形成された突起部に係止されることによって軸方向外側への移動が阻止されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電
力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、その側面に複数の突状係止部を設けると共にこの突状係止部を上記仕切り部材の突起部に設けた切欠部に嵌め込むことにより、上記仕切り部材に固定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、接着材により上記突起部に固定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、略ストレート形状の帯体とし、この略ストレート状帯体を曲げて略円環状にして上記仕切り部材に固定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、その両端面を互いに突合する斜め形状とし、当該弾性部材を上記仕切り部材に装着した際に、両突合面が軸方向又は径方向に重なることを特徴とする請求項７に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、その外周面に上記長穴から上記一方のブラケット外に突出して、上記排気口と上記吸気口とを分断する突起を設けたことを特徴とす請求項１又は請求項２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、上記突起を上記長穴から末広がり状に突出させることによって、吸気流と排気流が合流するのを阻止する偏向ガイドとしたことを特徴とする請求項９に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。
上記弾性部材は、その側面に上記一方のブラケットの内周面に嵌合する円筒状延長部を設け、この円筒状延長部によって、上記パワー回路モジュールと固定子巻線の電力入出力端子とを電気的に接続する金属部材を、上記一方のブラケットから絶縁隔離したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給ユニット一体型回転電機。