JP6921265B1 - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents
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また、インバータモジュールにサーミスタを設置し、インバータが過熱していると判定された場合に発電電動機の発電作用を抑制ないし停止することが知られている(例えば、特許文献2参照)。
図1は、実施の形態1に係る制御装置一体型回転電機の構造を示す断面図である。
図において、制御装置一体型回転電機1は、発電機能および電動機能を有する回転電機部2と、直流交流電力相互変換回路およびこの直流交流電力相互変換回路を制御する制御回路部からなるインバータ装置3とを備えている。
ここで、回転電機部2は、フロントブラケット4およびリヤブラケット5からなるハウジング6と、このハウジング6内に収納され、回転軸7の両端部がフロントブラケット4およびリヤブラケット5にフロントベアリング8およびリヤベアリング9を介して回転自在に支持された回転子10と、この回転子10の外周に設けられ、フロントブラケット4およびリヤブラケット5とに挟持されて固定された固定子11とを備えている。
さらに、回転子10は、界磁鉄心16と、この界磁鉄心16に巻装された界磁巻線17とを備えている。
また、この電機子巻線21におけるフロント側コイルエンド部21aおよびリヤ側コイルエンド部21bには、それぞれ第一の温度検出器101および第二の温度検出器102が取り付けられている。
この直流交流電力相互変換回路部は、電機子巻線21に交流電力を供給するパワー回路用半導体スイッチング素子28を内包したパワーモジュール29と、界磁巻線17に直流電流を通電する界磁回路用半導体スイッチング素子30を内包した界磁モジュール31と、パワーモジュール29および界磁モジュール31が実装され、放熱用フィン33を有する冷却用のヒートシンク34と、パワーモジュール29の端子、界磁モジュール31の端子(いずれも図示せず)にそれぞれ電気的に接続され、インサート成形されたケース用ターミナル(図示せず)を有するパワーモジュール用ケース32および界磁モジュール用ケース37とを備えている。
なお、ヒートシンク34は、後述する4隅の固定部をリヤブラケット5にボルトなどによりねじ止めすることによって制御回路部が回転電機部2と一体になるように構成されている。また、制御回路部は、パワーモジュール29および界磁モジュール31をそれぞれ駆動制御するための制御回路が形成される制御基板38,39を備えている。
図において、パワーモジュール29および界磁モジュール31は、バッテリ35から電力が供給されるとともに制御回路40によって動作状態が制御されている。なお、パワーモジュール29は、6組の上アームと下アームが直列となる構成であり、下アームのアースがヒートシンク34を介してリヤブラケット5に電気的に接続されている。また、同様に界磁モジュール31のアームのアースもヒートシンク34を介してリヤブラケット5に電気的に接続されている。
まず、エンジンの始動時には、バッテリ35からインバータ装置3のパワーモジュール29に直流電力が供給されて三相交流電力に変換され、この三相交流電力が電機子巻線21に供給される。一方、界磁モジュール31により制御された界磁電流がブラシ15、スリップリング13、接続線19、界磁巻線17に供給されて回転子10の界磁巻線17に供給され、回転磁界によって回転子10が回転駆動される。この回転子10の回転トルクが回転軸7、プーリ22およびベルト23を介してエンジンに伝達され、エンジンが始動される。
まず、回転子10が回転駆動されると、フロントファン18aとリヤファン18bが回転され、図3に矢印で示すように、フロント側では、フロントブラケット4の軸方向内周側に設けられた第一の吸気孔から外気を吸入し、フロントファン18aによって、遠心方向に曲げられ、電機子巻線のフロント側コイルエンド部21aおよびフロントブラケット4を冷却しながらフロントブラケット4の径方向外周側に設けられた排気孔から排出されることになる。
すなわち、冷却流体がヒートシンク34のフィン33を通過することにより、ヒートシンク34を冷却することができ、パワーモジュール29および界磁モジュール31の温度上昇を抑制することができる。
ここでは、一例としてフィン33の周方向の厚みが2mm、フィン33とフィン33との間の冷却通路の幅が4mmに設定されており、また、4隅にはリヤブラケット5に固定するための固定部34aが設けられている。
また、電機子巻線21は、絶縁被膜によって、固定子鉄心20のスロット内で隣接する巻線間の短絡を防止しているが、冷却流体通路が閉塞された場合、絶縁被膜が異常に高温となり、絶縁破壊温度に達することによって相間短絡を生じる恐れがある。
図6は、この異常発熱を防止する制御系を示すブロック図である。
図において、第一の温度検出器101および第二の温度検出器102に接続され、温度検出器101,102により検出された温度情報を比較し、その温度の差分が予め定められた閾値を超えたとき、冷却流体通路が異常であると判定する判定回路103と、判定回路103の出力を受けて制御信号を発生し、インバータ装置3における制御回路40を制御する出力回路104と、冷却流体通路の異常を表示する表示器105を備えている。
なお、第一の温度検出器101および第二の温度検出器102としては、サーミスタを用いることができ、あるいは熱電対を用いることもできる。
まず、冷却流体通路が正常である場合、電機子巻線21におけるフロント側コイルエンド部21aの第一の温度検出器101は、温度が150℃程度となり、リヤ側コイルエンド部21bの第二の温度検出器102は、160℃程度となり、両者の温度差は10℃程度を示すことになる。
一方、冷却流体通路が閉塞した場合、冷却作用が十分に行われず、第一の温度検出器101は170℃、第二の温度検出器102は220℃と高温を示すことになり、これらの温度差は50℃程度となる。この温度差50℃を閾値として、検出した温度差が閾値を超えたとき、判定回路103は、冷却流体通路に異常があると判定し、出力回路104を介して制御回路40に出力を供給する。この出力を受けて、制御回路40は、インバータ装置3の電機子巻線21および界磁巻線17の電流を抑制することになり、パワーモジュール29および界磁モジュール31における発熱量を制限することができる。また、このとき、出力回路104の出力によって冷却流体通路に異常があることを表示器105に表示させることにより、冷却流体通路を正常に復帰させる処理を促すことができる。
図において、第一の温度検出器101および第二の温度検出器102は、それぞれ固定子11における電機子巻線21のフロント側コイルエンド部21aおよびリヤ側コイルエンド部21bの最内層の内径側に取り付けられている。このような位置に温度検出器101および第二の温度検出器102を配置することによって車両走行時に発生する制御装置一体型回転電機1の外周部の走行風の影響を受け難くなり、温度を精度よく検知することが可能となり、冷却流体通路の異常判定を正確に行わせることができる。
このように構成することによって、冷却流体通路に異常がなくても、U相コイルが同一スロット内で層間短絡(レイアショート)すると、U相コイルが異常発熱することがあるが、軸方向の巻線長Lの範囲で第一の温度検出器101と第二の温度検出器102が相互に熱授受を行うことになり、温度が平均化されるため、第一の温度検出器101と第二の温度検出器102の温度差は生じなくなる。したがって、相コイルが同一スロット内で層間短絡(レイアショート)したときに、冷却流体通路の異常を判定させないようにすることもできる。
図8は、実施の形態2に係る制御装置一体型回転電機における冷却作用の制御系を示すブロック図である。
この実施の形態2は、実施の形態1に対し、回転軸7に取り付けられた回転センサ12の出力を判定回路103に供給し、判定回路103の動作を制限するように構成している。
ここで、回転子10のリヤファン18bは、回転軸7と同期して回転するため、冷却流体通路の流量は、回転速度に応じて変化する。また、回転電機部2は、回転数が1000r/min付近で発電を開始し、6000r/min付近まで発電電流が上昇するとともに、6000r/minを超えると、電機子反作用によって発電電流がほぼ一定となる特性を有している。
また、表示器105は、冷却流体通路に異常がある場合に、車両のインストールパネル内にあるバッテリ警告灯を一定の時間間隔で点滅させることにより、上述の冷却流体通路に異常があることを車両運転者に認識させることができ、冷却流体通路を正常に復帰させる処理を促すことができる。特に、一般的な自動車では、制御装置一体型回転電機が正常である場合は、バッテリ警告灯が消灯し、制御装置一体型回転電機が無発電ないし無制御の場合、バッテリ警告灯が点灯するように構成されているため、バッテリ警告灯を一定の時間間隔で点滅させるという異なる表示形態を採ることにより、バッテリ警告灯を表示器105として兼用することができる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
4:フロントブラケット、 5:リヤブラケット、 6:ハウジング、
10:回転子、 11:固定子、 12:回転センサ、 17:界磁巻線、
18a:フロントファン、 18b:リヤファン、 21:電機子巻線、
21a:フロント側コイルエンド部、 21b:リヤ側コイルエンド部、
29:パワーモジュール、 31:界磁モジュール、 33:フィン、
34:ヒートシンク、 35:バッテリ、 40:制御回路、
101:第一の温度検出器、 102:第二の温度検出器、 103:判定回路、
104:出力回路、105:表示器
Claims (9)
- フロントブラケットとリヤブラケットからなるハウジング、電機子巻線を有し、前記ハウジングに固定された固定子、前記ハウジングに回転可能に支承され、前記固定子に対向して配置されるとともに、界磁巻線、フロントファンおよびリヤファンが取り付けられた回転子からなる回転電機部と、
前記リヤブラケット側に設けられ、前記回転電機部を制御するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置の冷却流体通路と、前記電機子巻線のリヤ側コイルエンドの冷却流体通路とが連通された制御装置一体型回転電機であって、
前記電機子巻線のフロント側コイルエンド部に取り付けられた第一の温度検出器と、前記電機子巻線のリヤ側コイルエンド部に取り付けられた第二の温度検出器と、前記第一の温度検出器による温度情報および前記第二の温度検出器による温度情報とを比較し、両者の温度差が予め定められた閾値を超えたとき、前記インバータ装置の冷却流体通路が異常であると判定して出力を発生する判定回路と、この判定回路の出力に基づいて前記インバータ装置を制御する出力回路とを備え、前記判定回路により冷却流体通路の異常を判定したとき、前記回転電機部の動作を抑制することを特徴とした制御装置一体型回転電機。 - 前記電機子巻線におけるフロント側コイルエンド部の前記第一の温度検出器は、前記回転子の回転軸方向に厚みを有し、この厚みが前記回転子のファンブレード幅の範囲内に配置されるとともに、ファンブレードの外径側に配置され、
前記電機子巻線におけるリヤ側コイルエンド部の第二の温度検出器は、前記回転軸方向に厚みを有し、この厚みが前記回転子のファンブレード幅の範囲内に配置されるとともに、ファンブレードの外径側に配置されていることを特徴とした請求項1に記載の制御装置一体型回転電機。 - 前記電機子巻線におけるフロント側コイルエンド部の第一の温度検出器とリヤ側コイルエンド部の第二の温度検出器は、電機子巻線の最内層で、かつ同一相の巻線に配置されていることを特徴とした請求項1または2に記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記電機子巻線は、二組三相のY結線で構成され、前記電機子巻線におけるフロント側コイルエンド部の第一の温度検出器は、一方の三相の中性点接続部に配置され、前記電機子巻線におけるリヤ側コイルエンド部の第二の温度検出器は、他方の三相の中性点接続部に配置されていることを特徴とした請求項1または2に記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記インバータ装置は、複数のフィンからなるヒートシンクを備え、前記複数のフィンにおける互いに向かい合う相互間には外径側から内径側に向かう冷却流体通路が構成されていることを特徴とした請求項1から4のいずれか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記インバータ装置における前記ヒートシンクの互いに向かい合うフィン相互間の冷却流体通路幅は、外径側から内径側に向うに従って徐々に狭く構成されていることを特徴とした請求項5に記載の制御装置一体型回転電機。
- 前記回転子の回転を検出する回転センサをさらに備え、前記回転センサによって得られた回転情報を前記判定回路に供給し、予め定められた回転速度の範囲内において前記判定回路による冷却流体通路の異常を判定することを特徴とした請求項1から6のいずれか一項に記載の制御装置一体型回転電機。
- フロントブラケットとリヤブラケットからなるハウジング、電機子巻線を有し、前記ハウジングに固定された固定子、前記ハウジングに回転可能に支承され、前記固定子に対向して配置されるとともに、界磁巻線、フロントファンおよびリヤファンが取り付けられた回転子からなる回転電機部と、
前記リヤブラケット側に設けられ、前記回転電機部を制御するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置の冷却流体通路と、前記電機子巻線のリヤ側コイルエンドの冷却流体通路とが連通された制御装置一体型回転電機であって、
前記電機子巻線のフロント側コイルエンド部に取り付けられた第一の温度検出器と、前記電機子巻線のリヤ側コイルエンド部に取り付けられた第二の温度検出器と、前記第一の温度検出器による温度情報および前記第二の温度検出器による温度情報とを比較し、両者の温度差が予め定められた閾値を超えたとき、前記インバータ装置の冷却流体通路が異常であると判定して出力を発生する判定回路と、この判定回路の出力に基づいて前記インバータ装置を制御する出力回路とを備え、前記出力回路の出力に基づいて冷却流体通路の異常を表示する信号を出力するようにしたことを特徴とした制御装置一体型回転電機。 - 前記出力回路の出力によって車両のインストールパネル内にあるバッテリ警告灯を一定の時間間隔で点滅させるようにしたことを特徴とした請求項8に記載の制御装置一体型回転電機。
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