KR100783253B1

KR100783253B1 - 제어장치 일체형 회전 전기기계

Info

Publication number: KR100783253B1
Application number: KR1020067008940A
Authority: KR
Inventors: 마사오 키쿠치; 이사오 소노다
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: EP1768236B1; CN1906826B; KR20060089749A; JP2006033986A; US7358699B2; EP1768236A1; CN1906826A; US20070103101A1; JP4351592B2; EP1768236A4; WO2006008897A1

Abstract

회전 전기기계 본체로부터의 수열을 방지함과 함께 양호하게 제어장치를 냉각할 수 있는 제어장치 일체형 회전 전기기계를 얻는다. 회전 전기기계 본체의 리어 브래킷(6)에 도 2의 좌우 방향으로 소정의 간극을 마련하여 제어장치(400)의 스위칭 소자(12)가 장착된 히트싱크(13)를 도전 스터드(300)에 의해 부착한다. 히트싱크(13)는, 도시하지 않은 팬에 의해 일으키는 냉각풍에 의해 냉각된다. 제어장치(400)를 온도 상승하는 리어 브래킷(6)에 대해 간격을 두고 부착하였기 때문에, 리어 브래킷(6)으로부터의 열전달을 억제하여, 히트싱크(13)를 통하여 제어장치(400)를 효과적으로 냉각할 수 있다.

회전 전기기계, 히트싱크

Description

제어장치 일체형 회전 전기기계{ROTATING ELECTRIC MACHINE WITH BUILT-IN CONTROL DEVICE}

본 발명은, 제어장치 일체형 회전 전기기계에 관한 것으로, 특히 차량에 탑재하는데 적합한 제어장치 일체형 회전 전기기계에 관한 것이다.

차량탑재용의 제어장치 일체형 회전 전기기계로서, 다음과 같은 것이 있다. 코일을 구비한 스테이터(고정자)가 프레임의 내주면에 고정되어 있다. 프레임의 양측에 한 쌍의 베어링 브래킷이 고정되고, 베어링을 통하여 로터(회전자)의 회전축을 지지하고 있다. 상기 베어링 브래킷중의 반부하(反負荷)측의 베어링 브래킷(리어 브래킷)의 외측에 방열 핀을 일체적으로 돌출 형성하고, 해당 방열 핀상에 회전 전기기계를 가변속 운전하기 위한 인버터 장치가 부착되어 있다.

회전축의 반부하측의 돌출 단부에 냉각팬이 부착되어 있고, 흡기구를 구비한팬 커버가 냉각팬을 덮도록 부착되고, 팬 커버의 주연부와 베어링 브래킷의 주연부의 사이에 통풍용 공극이 마련되어 있다. 냉각팬은 회전 전기기계의 회전에 응하여 회전하여 냉각풍을 방열 핀에 공급한다. 인버터 장치는, 전체로서 둥근고리형상으로 형성되고, 회전축의 주위에 이것과 동심(同心)형상으로 배치된다. 인버터 장치는, 알루미늄제의 둥근고리형상 방열판을 구비한 파워 유닛과, 둥근고리형상 회로 기판을 구비한 제어회로 유닛을 가지며, 둥근고리형상 방열판을 방열 핀상에 전열적(傳熱的)으로 배치하여, 파워 유닛에서 발생하는 열을 방열한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 특개평09-252563호 공보(단락번호 0015 내지 0023 및 도 1)

특히 알터네이터를 위시한 차량탑재용의 회전 전기기계에서는, 회전 전기기계 본체의 회전자 또는 고정자의 동손(銅損) 및 철손에 의한 발열이 크다. 이들의 발열은 회전자에 부착된 팬에 의해 냉각풍을 발생시켜서 냉각하지만, 고정자 철심이나 고정자 코일이 상당한 고온까지 온도 상승한다. 베어링 브래킷은, 상술한 바와 같이 프레임에 고정되어 있고, 그 프레임의 내면에 고정자가 고정되어 있기 때문에, 온도 상승한 고정자로부터 프레임을 통하여 전도열을 받는다. 또한, 베어링 브래킷은, 온도 상승한 고정자 코일의 코일 엔드나 회전자로부터 복사열을 받는다. 이 때문에, 프론트 및 리어 브래킷(부하측 및 반부하측의 브래킷)의 온도 상승이 커진다.

이와 같이, 프론트 및 리어 브래킷은 회전 전기기계 본체의 발열의 영향을 받기 쉬워서, 전자부품을 갖는 인버터 장치를 리어 브래킷의 방열 핀상에 부착한 경우, 부품에 따라서는 허용 온도 이상으로 과열할 우려가 있다. 또한, 인버터 장치에 고온하에서 사용 가능한 전자부품이나 기판을 채용하는 경우, 이들 부품은 고가이기 때문에, 전체의 비용이 높아져 버린다는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 회전 전기기계 본체로부터의 열을 받는 것을 방지함과 함께 양호하게 제어장치를 냉각할 수 있는 제어장치 일체형 회전 전기기계를 얻는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 관한 제어장치 일체형 회전 전기기계에서는, 고정자와 회전축을 갖는 회전자와 고정자의 양측에 마련되고 회전자를 회전축을 통하여 회전 자유롭게 지지하는 부하측 및 반부하측의 브래킷과 회전자에 마련되고 회전자와 함께 회전하여 고정자 및 회전자의 적어도 한쪽을 냉각하는 냉각풍을 일으키는 팬을 갖는 회전 전기기계 본체, 및 회전 전기기계 본체를 제어하는 제어 부품을 갖고서 반부하측의 브래킷의 회전축의 축방향 외측에 반부하측의 브래킷과의 사이에 소정의 간극을 마련하며 또한 이 간극을 냉각풍이 통과하도록 하여 고정된 제어장치를 구비한 것이다.

본 발명에 관한 제어장치 일체형 회전 전기기계는, 고정자와 회전축을 갖는 회전자와 고정자의 양측에 마련되고 회전자를 회전축을 통하여 회전 자유롭게 지지하는 부하측 및 반부하측의 브래킷과 회전자에 마련되고 회전자와 함께 회전하여 고정자 및 회전자의 적어도 한쪽을 냉각하는 냉각풍을 일으키는 팬을 갖는 회전 전기기계 본체, 및 회전 전기기계 본체를 제어하는 제어 부품을 갖고서 반부하측의 브래킷의 회전축의 축방향 외측에 반부하측의 브래킷과의 사이에 소정의 간극을 마련하면서 또한 이 간극을 냉각풍이 통과하도록 하여 고정된 제어장치를 구비하였기 때문에, 반부하측의 브래킷과의 사이에 간극을 마련함에 의해 반부하측의 브래킷으로부터의 열전달을 억제함과 함께 냉각풍에 의해 제어장치를 효과적으로 냉각할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태1에 따른 제어장치 일체형 회전 전기기계의 구성을 도시한 일부 단면도.

도 2는 제어장치의 상세 구성을 도시한 단면도.

도 3은 히트싱크 주변부의 평면도.

도 4는 히트싱크의 평면도.

도 5는 스위칭 소자와 평활용 콘덴서와의 배치 관계를 도시한 평면도.

도 6은 도전 스터드의 상세 구성도.

도 7은 제어장치의 히트싱크를 리어 브래킷에 마련한 부착부의 확대도.

도 8은 도전 스터드를 히트싱크에 고정하는 작업을 설명하기 위한 설명도.

도 9는 열 및 리어 브래킷의 냉각풍의 흐름을 도시한 설명도.

도 10은 실시의 형태1의 변형예의 도전 스터드 조립체를 도시한 사시도.

도 11은 본 발명의 실시의 형태2에 따른 제어장치의 구성을 도시한 단면도.

도 12는 도 11의 제어장치의 변형예의 구성을 도시한 것으로서, 도 12의 (a)는 제어장치의 단면도, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 A부의 확대도.

도 13은 도 11의 제어장치의 다른 변형예의 구성을 도시한 단면도.

부호의 설명

1 : 주축 3 : 고정자

6 : 리어 브래킷 7 : 팬

12 : 스위칭 소자 13 : 히트싱크

14 : 콘덴서 15 : 콘덴서 기판

16 : 제어회로 기판 19 : 커버

25 : 수지 시트 200 : 회전자

300 : 도전 스터드 304 : 금속통

305 : 스페이서부 400, 410, 420, 430 : 제어장치

실시의 형태1

도 1 내지 도 10은 본 발명을 실시하기 위한 실시의 형태1을 도시한 것으로서, 도 1은 제어장치 일체형 회전 전기기계의 구성을 도시한 일부 단면도, 도 2는 도 1의 제어장치의 상세 구성을 도시한 단면도, 도 3은 히트싱크 주변부의 평면도이다. 도 4는 히트싱크의 평면도, 도 5는 스위칭 소자와 평활용 콘덴서와의 배치 관계를 도시한 평면도이다. 도 6은 도전 스터드의 상세 구성도, 도 7은 제어장치의 히트싱크를 리어 브래킷에 부착하는 부착부의 확대도, 도 8은 도전 스터드를 히트싱크에 고정하는 작업을 설명하기 위한 설명도이다. 도 9는 열(熱) 및 리어 브래킷의 냉각풍의 흐름을 도시한 설명도이다. 도 10은 본 실시의 형태의 변형예인 도전 스터드 조립체를 도시한 사시도이다.

도 1에서, 고정자(3)는 원통형상의 내주부에 도시하지 않은 슬롯이 마련된 고정자 철심(3a)과, 이 고정자 철심(3a)의 슬롯에 장착된 다상 교류 권선으로서의 고정자 권선(3b)을 갖는다. 이 고정자(3)를 후술하는 회전자(200)의 축방향으로 끼워서, 부하측과 반부하측의 2개의 알루미늄 다이캐스트제의 브래킷(5, 6)이 고정되어 있다. 또한, 이하에서는, 부하측의 브래킷(5)을 프론트 브래킷, 반부하측의 브래킷(6)을 리어 브래킷으로 부르기로 한다. 프론트 및 리어 브래킷(5, 6)에는, 베어링(35, 36)이 압입되어 있다. 리어 브래킷(6)의 왼쪽 외측에는, 브러시 홀더 수용부(6c)가 일체로 알루미늄 다이캐스트로 형성되고, 브러시 홀더(9)가 수용되어 있다. 브러시 홀더(9)의 단부(9a)는 후술하는 수용 케이스(70)의 속에 삽입되어 있다. 또한, 프론트 및 리어 브래킷(5, 6)에, 후술하는 팬(7)에 의해 냉각풍을 회전 전기기계 본체 내로 흡입하여, 내부를 냉각하여 배출하기 위한 관통구멍(5b, 6b)이 마련되어 있다.

회전자(200)는, 이른바 클로폴(claw-pole)형이라고 불리는 것으로서, 주축(1)에 고착된 한 쌍의 폴(201)과 이 폴(201)에 감겨진 계자 코일(202)을 갖고 있고, 베어링(35, 36)을 통하여 프론트 및 리어 브래킷(5, 6)에 회전 자유롭게 지지되어 있다. 또한, 회전자(200)의 왼쪽의 단부에 팬(7)이 고착되어 있고, 회전자(200)와 함께 회전한다. 주축(1)의 반부하측(도 1에서의 왼쪽측)에 브러시 홀더(9)에 지지된 도시하지 않은 브러시와 활주하는 슬립 링(8)이 고정되어 있고, 계자 권선(202)은 슬립 링(8) 및 브러시를 통하여, 외부로부터 전류의 공급을 받는다.

리어 브래킷(6)의 외측에 주축(1)의 회전수를 검출하기 위한 회전 검출부(28)가 부착되어 있다. 리어 브래킷(6)의 축방향 외측에, 고정자 권선(3b)에 공급하는 전류를 제어하기 위한 제어장치(400)가 부착되어 있다. 이하, 이 제어장치(400)의 상세 구성을 설명한다. 도 3은, 히트싱크(13)에 부착된 스위칭 소자(12)의 상태를 도 2의 왼쪽부터 모식적으로 바라본 것이다. 우선, 히트싱크(13)는 도 4에 도시한 바와 같이 원반의 일부가 노치된 부채모양의 판형상부(13a)에 방열 핀(13b)이 알루미늄 다이캐스트법에 의해 방사형상으로 일체로 형성된 것이다. 히트싱크(13)에는, 관통구멍을 형성하는 관통구멍 형성부(13d)가 마련되어 있다. 도 2 및 도 3로 되돌아와, 수지제 부재(17)와 히트싱크(13)를 조립함에 의해 전체로서 얕은 원형의 샬레형상의 샬레형상 베이스(60)가 형성되어 있다.

히트싱크(13)에는, 도 3에 도시한 바와 같이 원주 방향으로 간격을 마련하여 고정자 권선(3b)에 공급하는 교류 전력을 제어하기 위한 3개의 스위칭 소자(12)가, 열을 히트싱크(13)에 충분히 전하도록 하며 또한 전기적으로 절연된 상태로 부착되어 있다. 또한, 샬레형상 베이스(60)에는, 히트싱크(13)와 수지제 부재(17)에 의해 브러시 홀더(9)의 단부(9a)가 삽입되는 창을 형성하는 창 형성부(51)가 형성되어 있다.

도 5 과 같이 샬레형상 베이스(60)의 중심부에 콘덴서 기판(15)이 배설되고, 콘덴서 기판(15)을 중심으로 하여 3개의 스위칭 소자(12)가 방사형상으로 배치되어 있다. 이 콘덴서 기판(15)에 평활 콘덴서(14)가 탑재되고, 평활 콘덴서(14)는 콘덴서 기판(15)의 관통 전극부(29)에 도시하지 않은 판형상 도체에 의해 접속되어 있다. 스위칭 소자(12)의 주(主)단자(121)는, 상기 관통 전극부(29)에, 버스 바(21)의 한쪽의 단부와 동시에 체결된다. 버스 바(21)의 다른쪽의 단부는 도전 스터드(300)(상세는 후술)에 체결 고정된다.

평활 콘덴서(14)의 도 2에서의 좌측, 즉 평활 콘덴서(14)보다도 주축(14)의 축방향 외측에 제어회로 기판(16)을 배치하고 있다. 제어회로 기판(16)에는, IC나 트랜지스터 등의 전자부품이 탑재되어 있다. 또한, 스위칭 소자(12)를 구동하는 또는, 소자 내부의 센싱 출력을 인출하기 위한 신호 단자(122)(도 2)가 제어회로 기판(16)에 마련되어 있다.

복합 도체로서의 도전 스터드(300)는, 도 6과 같이 양단부에 수나사부(301a, 301b)가 형성된 구리합금성의 양(兩)나사 볼트(301)의 외주부에 수지 피복부(302)를 마련하여 절연하고 그 외측에 수지 피복부(302)와 일체로 외주부에 수나사가 마련된 원통형상의 금속통(304)을 고착하고 있다. 또한, 금속통(304)의 외측에 열 절연의 양호한 재료로 형성된 소정 길이의 스페이서부(305)가, 양측에 수나사부(304a, 304b)가 노출하도록 하여 마련되어 있다. 3개의 도전 스터드(300)는, 그 양나사 볼트(301)의 한쪽의 수나사부(301a)가 히트싱크(13)의 관통구멍 형성부(13d)을 통과하여 삽통되고, 도 8에 도시한 바와 같이 금속통(304)의 수나사부(304a)에 금속제의 너트(308)를 나사결합시켜서 체결함에 의해 고정되어 있다.

이 3개의 도전 스터드(300)의 수나사부(301a)에 도시하지 않은 너트에 도 7에 도시한 바와 같이 버스 바(21)를 체결 고정함에 의해 스위칭 소자(12)와 접속하고 있다. 샬레형상 베이스(60)를 구성하는 수지제 부재(17)에는, 도시하지 않은 배터리로부터 급전하기 위한 전극 단자부(18)가 고정되어 있다. 또한, 샬레형상 베이스(60)에 도 2의 왼쪽으로부터 금속제의 커버(19)가 꽉끼워져서 수용 케이스(70)가 형성되고, 스위칭 소자(12), 콘덴서(14)가 부착된 콘덴서 기판(15), 제어회로 기판(16)을 수용 보호하고 있다.

이와 같이 하여 조립된 수용 케이스(70)를, 3개의 도전 스터드(300)의 금속통(304)의 수나사부(304b)를 각각 리어 브래킷(6)에 설치된 관통구멍에 삽입하고, 금속통(304)의 수나사부(304b)에 금속제의 너트(308)를 나사결합하여 체결하고, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 고정하고 있다. 이 때, 히트싱크(13)는 도전 스터드(300)에 설치된 스페이서부(305)에 의해 리어 브래킷(6)과의 사이에 소정의 간극이 형성되어 있다.

배터리로부터 직류 전력이 수지제 부재(17)에 마련된 전극 단자부(18)를 통하여 평활 콘덴서(14)와 병렬로 접속된 스위칭 소자(12)에 공급되고, 소망하는 주파수 및 전압의 교류 전력으로 변환된다. 교류 전력은, 스위칭 소자(12)의 주단자(121)로부터 버스 바(21)를 경유하여 도전 스터드(300) 및 회전 전기기계 본체 내의 접속 도체(10)(도 1 참조)를 통하여 고정자 권선(3b)에 공급된다.

회전 전기기계 본체는, 회전자(200) 및 고정자(3)의 동손이나 철손에 의해 발열한다. 회전자(200)에 부착된 팬(7)이 회전함에 의해, 도 9의 검은 화살표로 나타낸 바와 같이 냉각풍이 히트싱크(13)의 방열 핀(13b)과 접촉하면서 통과하여 리어 브래킷(6)의 관통구멍(6b)을 통과하여 회전 전기기계 본체 내로 도입되고, 회전자(200) 및 고정자(3)를 냉각한다. 그러나, 발열의 일부는, 흰 화살표에 나타낸 바와 같이, 리어 브래킷(6)이나 주축(1)을 통해 전하여, 리어 브래킷(6)의 외면부에 도달한, 회전 전기기계가, 예를 들면, 자동차의 엔진을 시동하는, 또는 차량탑재 회전 전기기계를 구동하는 환경에서 사용되는 경우에, 리어 브래킷(6)의 온도는, 스위칭 소자(12)의 상용(常用) 내용(耐用) 온도(예를 들면 150℃)를 초과하는 경우 가 있다.

그러나, 히트싱크(13)를 스페이서부(305)를 통하여 리어 브래킷(6)에 고정함과 함께 리어 브래킷(6)과의 사이에 소정의 간극을 마련하고, 리어 브래킷(6)이나 주축(1)으로부터의 전도열이나 복사열을 차단함과 함께, 상술한 바와 같이 방열 핀을 냉각풍에 의해 냉각하도록 하였기 때문에, 제어장치의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 스위칭 소자(12)의 주축(1)의 축방향 외측에 콘덴서 기판(15), 또한 축방향 외측에 제어회로 기판(16)이 배치되어 있어서, 소요 면적을 작게 할 수 있음과 함께, 가장 열에 약한 제어회로 기판(16)을 축방향 최외부(도 2에서 가장 좌측)에 부착함에 의해, 리어 브래킷(6)으로부터의 열의 영향을 저감할 수 있다. 또한, 노이즈원이 되는 브러시를 지지하는 브러시 홀더(9)를 리어 브래킷(6)의 브러시 홀더 수용부(6c) 내에 수용하였기 때문에, 알루미늄 합금으로 이루어지는 브러시 홀더 수용부(6c)가 제어회로 기판(16) 등에 대한 노이즈를 저감하기 때문에, 신뢰성이 향상한다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 리어 브래킷(6)과 히트싱크(13) 사이의 공기층에서는 거의 전열(傳熱)하는 일이 없고, 스페이서부(305)의 리어 브래킷(6)은 접촉 면적이 열전도를 지배한다. 따라서, 스페이서부(305)의 직경을 작게 하거나, 열저항이 큰 재질의 것을 사용하는 등, 회전 전기기계 본체의 온도 상승의 정도에 응하여 열저항을 크게 함에 의해, 리어 브래킷(6)과 히트싱크(13) 사이의 온도차를 크게 할 수 있기 때문에, 스위칭 소자(12)의 온도 상승을 억제할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 스위칭 소자(12)가 평활 콘덴서(14)를 둘러싸도록 배치하고, 또한 스위칭 소자(12)의 주단자(121)를 관통 전극부(29)에 직접 접속함에 의해, 스위칭 소자(12)와 평활 콘덴서(14) 사이의 배선이 짧아진다. 스위칭 소자(12)와 콘덴서(14) 사이에 버스 바가 불필요하여, 또한 인덕턴스를 저감할 수 있고, 스위칭 동작시의 서지 전압을 억제할 수 있기 때문에, 스위칭 소자의 신뢰성이 향상함과 함께, 부품 개수도 삭감할 수 있다.

또한, 도전 스터드(300)의 리어 브래킷(6)에의 부착은, 다음과 같이 할 수도 있다. 도 10은 이 실시의 형태의 변형예인 도전 스터드 조립체를 도시한 사시도로서, 3개의 도전 스터드(300)를 둥근고리형상 수지부(309)로 일체화하여 도전 스터드 조립체(310)를 제작한다. 이 경우, 도전 스터드 조립체(310)의 도전 스터드(300)를 리어 브래킷(6)의 관통구멍에 삽입하고, 금속 너트(308)로 체결 고정한다. 또한, 샬레형상 베이스(60)에 히트싱크(13), 스위칭 소자(12), 콘덴서 기판(15)을 조립하여 둔다. 그리고 나서, 히트싱크(13)를 도전 스터드(300)에 체결 고정한다. 또한, 스위칭 소자(12)와 도전 스터드(300)의 접속을 행한다.

이 경우, 둥근고리형상 수지부(309)는, 리어 브래킷(6)과 히트싱크(13)의 사이에 위치하고, 리어 브래킷(6)과 히트싱크(13)와의 거리는 둥근고리형상 수지부(309)의 두께를 포함한 스페이서(305)의 축방향 길이에 의해 규제된다. 둥근고리형상 수지부(309)로 리어 브래킷(6)으로부터 히트싱크(13)에 대한 복사열을 차폐함과 함께, 3상(相)분의 도전 스터드(300)를 일체화하여, 조립성을 향상할 수 있다.

실시의 형태2

도 11 내지 도 13은, 본 발명의 다른 실시의 형태를 도시한 것이고, 도 11은 제어장치의 구성을 도시한 단면도이다. 도 12는 도 11의 제어장치의 변형예의 구성을 도시한 것으로서, 도 12의 (a)는 제어장치의 단면도, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 A부의 확대도이다. 도 13은, 또한 도 11의 제어장치의 다른 변형예의 구성을 도시한 단면도이다. 제어회로 기판(16)에는, 특히 발열이 큰 부품으로서, 전원 회로의 트랜지스터, 스위칭 소자(12)를 구동하기 위한 드라이버 IC, 연산 처리를 행하기 위한 마이크로컴퓨터 등이 있고, 가능한 한 이들의 부품을 분산 배치하는 것이 바람직하다. 도 11의 제어장치(410) 또는 도 12의 제어장치(420)에 도시한 바와 같이, 이들의 부품과 금속제의 커버(19) 사이 또는 제어회로 기판(16)과 커버(19) 사이에 전열용(傳熱用)의 수지 시트(25)을 개재시켜서, 이들 부품이나 제어회로 기판(16)에 발생하는 열을 수지 시트(25)을 통하여 커버(19)에 전하여 방열시킴에 의해, 이들 부품이나 제어회로 기판(16)을 효율적으로 냉각할 수 있다.

특히, 패키지 이면에 히트 스프레더를 갖는 전자부품의 경우는, 도 12에 도시한 바와 같은 제어회로 기판(16)을 통하여 전자부품의 발열을 방산하는 구조가 바람직하다. 여기서, 도 12의 (a)의 부분 확대도인 도 12의 (b)을 이용하여 제어장치(420)에서의 방열 경로를 설명한다. 히트 스프레더를 갖는 전자부품(26)은 히트 스프레더와 거의 같은 면적을 갖는 금속 패턴(이하, 금속 패턴(A)이라고 한다)상에 솔더링된다. 금속 패턴(A)과 제어회로 기판(16)의 또다른쪽의 면측의 금속 패턴(이하, 금속 패턴(B)이라고 한다)은, 내벽에 형성한 비어 홀(7)을 통하여 연결되어 있다. 금속 패턴(B)과 커버(19) 사이에 쌍방에 밀착하도록 수지 시트(25)가 개재하여 있다. 비어 홀의 구리 패턴은, 제어회로 기판(16)의 기판 기재(基材)에 비하여 열전도성에 우수하고, 발열 부품의 히트 스프레더로부터의 열전도성이 우수하기 때문에, 제어회로 기판(16)의 이측(裏側)의 전자부품의 열을 효과적으로 방열할 수 있다.

또한, 도 13의 변형예에 도시한 바와 같이, 제어장치(430)는, 제어회로 기판(16)에 수지 시트(25)를 통하여 접촉하고 있는 커버(19)의 외측에 팬(171)을 마련함에 의해, 방열 성능을 높일 수 있다. 팬이 부착 필요 여부나, 팬 높이, 바닥 면적 등은, 전자부품의 발열에 의한 온도 상승이나 제어회로 기판(16)의 온도 상승과 허용 온도와의 밸런스를 고려하여 결정되면 좋다. 도 2에 도시한 바와 같이, 커버(19)의 외측은, 고정자(3)나 회전자(200)라는 회전 전기기계 본체의 발열부로부터 가장 떨어진 위치이며, 또한 회전자(200)에 부착된 팬(7)이 히트싱크(13)의 방열 핀(13b)을 냉각하여 리어 브래킷(6)의 관통구멍(6b)로부터 회전 전기기계 본체의 내부로 바람을 끌어들이기 때문에, 커버(19)의 외측부에는 회전 전기기계 본체에 의해 가열된 바람이 접하는 일이 없다. 따라서, 항상 가장 온도가 낮은 바람이 접한다. 이것은, 특히 열에 약한 제어회로 기판(16)을 냉각하는데 유리하다.

이상과 같이 이들의 실시의 형태에 의하면, 특히 차량탑재용의 회전 전기기계를 위시하는 고온 환경하에서 사용되는 제어장치 일체형 회전 전기기계에 있어서, 회전 전기기계 본체와 제어장치 사이를 효과적으로 열 절연할 수 있기 때문에, 엔진 룸 내 등 회전 전기기계 본체가 설치되는 환경의 온도가 상승한 경우나, 회전 전기기계 본체의 발열이 커진 경우에도, 리어 브래킷의 배면부로부터 히트싱크로 전열되는 일이 거의 없기 때문에, 스위칭 소자나 제어회로 기판의 온도 상승을 초래하는 일이 없고, 간편한 구조에서 부품의 열 손상을 방지할 수 있다.

또한, 상대적으로 열에 약한 제어회로 기판을 발열부인 회전 전기기계 본체로부터 가장 이간된 최외부에 배치함과 함께, 회전 전기기계 본체로부터 가장 떨어진 부위에 제어 기판의 발열을 방열하기 위한 방열 경로 및 팬을 마련함에 의해, 회전 전기기계 본체의 발열의 영향을 받는 일 없이, 가장 효율적으로 제어회로 기판을 냉각할 수 있다.

또한, 상기 각 실시의 형태에서는, 팬(7)에 의해 냉각풍을 회전 전기기계 본체 내로 흡인하는 것을 나타냈지만, 전폐 외선형(外扇型) 그 밖의 회전 전기기계라도 같은 효과를 이룬다. 또한, 회전 전기기계는, 발전기, 발전전동기, 스타터, 파워 어시스트 발전전동기 그 밖의 것이라도, 같은 효과를 이룬다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 제어장치 일체형 회전 전기기계는, 고정자와 회전축을 갖는 회전자와 고정자의 양측에 마련되고 회전자를 회전축을 통하여 회전 자유롭게 지지하는 부하측 및 반부하측의 브래킷과 회전자에 마련되고 회전자와 함께 회전하여 고정자 및 회전자의 적어도 한쪽을 냉각하는 냉각풍을 일으키는 팬을 갖는 회전 전기기계 본체, 및 회전 전기기계 본체를 제어하는 제어 부품을 갖고서 반부하측의 브래킷의 회전축의 축방향 외측에 반부하측의 브래킷과의 사이에 소정의 간극을 마련하면서 또한 이 간극을 냉각풍이 통과하도록 하여 고정된 제어장치를 구비하였기 때문에, 반부하측의 브래킷과의 사이에 간극을 마련함에 의해 반부하측의 브래킷으로부터의 열전달을 억제함과 함께 냉각풍에 의해 제어장치를 효과적으로 냉각할 수 있다.

그리고, 제어장치는 제어 부품의 열을 방열하는 히트싱크를 갖는 것으로서 히트싱크가 반부하측의 브래킷과의 사이에 소정의 간극을 마련하고 고정되고 냉각풍에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하기 때문에, 히트싱크를 통하여 제어 부품을 효과적으로 냉각할 수 있다.

또한, 고정자는 다상 교류 권선을 갖는 것이고, 제어장치는 제어 부품으로서 직류 입력을 교류 출력으로 변환하여 다상 교류 권선에 공급하는 스위칭 소자와 이 스위칭 소자를 냉각하는 히트싱크와 스위칭 소자의 직류 입력측에 접속되는 콘덴서와 스위칭 소자를 제어하는 제어회로를 갖는 제어회로 기판을 가지며, 제어회로 기판과 히트싱크가 회전축의 축방향으로 겹쳐지도록 배치됨과 함께 히트싱크가 냉각풍에 의해 냉각되도록 하여 반부하측의 브래킷에 고정된 것을 특징으로 하기 때문에, 제어회로 기판을 히트싱크보다도 반부하측의 브래킷으로부터 멀리함에 의해 제어회로 기판의 온도 상승을 경감할 수 있다.

또한, 제어장치는 히트싱크와 반부하측의 브래킷과의 사이에 스페이서를 개재시켜서 반부하측의 브래킷에 고정함에 의해 소정의 간극을 확보하도록 한 것을 특징으로 하기 때문에, 간극의 확보가 용이하다.

그리고, 제어장치는 복수의 도체를 통하여 교류 출력을 다상 교류 권선에 공급하는 것이고, 스페이서와 도체를 일체로 한 복합 도체를 마련하고, 도체를 히트싱크 및 반부하측의 브래킷에 관통시킴과 함께 스페이서에 의해 간극을 확보하여 복합 도체에 의해 히트싱크를 반부하측의 브래킷에 고정하는 것을 특징으로 하기 때문에, 부품 수를 삭감할 수 있다.

또한, 도체는 봉형상의 것이고, 복합 도체는 도체의 외주부를 덮는 절연 피 복 부재와 수나사부를 갖고서 절연 피복 부재의 외주측에 장착된 원통형상의 나사부재와 도체의 축방향으로 소정의 길이를 갖고서 나사부재의 외주부에 수나사부가 도체의 축방향 양측에 잔존하도록 하여 마련된 고리형상의 고리형상 부재를 갖는 것으로서, 잔존하는 수나사부의 한쪽을 히트싱크를 관통시켜서 너트를 나사결합시킴에 의해 고리형상 부재와의 사이에서 히트싱크를 체결하고, 잔존하는 수나사부의 다른쪽을 반부하측의 브래킷을 관통시켜서 다른 너트를 나사결합시켜서 체결함에 의해 고리형상 부재가 스페이서로서 히트싱크와 반부하측의 브래킷 사이에 개재하도록 하여 히트싱크를 반부하측의 브래킷에 고정하는 것을 특징으로 하기 때문에, 부품 수를 삭감할 수 있다.

또한, 제어장치는, 스위칭 소자가 회전축의 축을 중심으로 한 소정의 지름의 원의 원주상에 거의 위치하도록 배치됨과 함께 콘덴서는 원의 중심부에 배치된 것을 특징으로 하기 때문에, 콘덴서와 스위칭 소자 사이의 배선 길이를 단축하여 인덕턴스를 저감할 수 있고, 스위칭 동작시의 서지 전압을 억제할 수 있다.

그리고, 제어장치는 제어회로 기판을 회전축의 축방향으로부터 덮는 커버를 갖는 것으로서 제어회로 기판과 커버와의 사이에 열을 전도하는 열전도 부재가 마련된 것을 특징으로 하기 때문에, 제어회로 기판에서 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있다.

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
고정자와 회전축을 갖는 회전자와 상기 고정자의 양측에 마련되고 상기 회전자를 상기 회전축을 통하여 회전 자유롭게 지지하는 부하측 및 반부하측의 브래킷과 상기 회전자에 마련되고 상기 회전자와 함께 회전하여 상기 고정자 및 상기 회전자의 적어도 한쪽을 냉각하는 냉각풍을 일으키는 팬을 갖는 회전 전기기계 본체, 및 상기 회전 전기기계 본체를 제어하는 제어 부품을 갖고서 상기 반부하측의 브래킷의 상기 회전축의 축방향 외측에 상기 반부하측의 브래킷과의 사이에 소정의 간극을 마련하면서 또한 이 간극을 상기 냉각풍이 통과하도록 하여 고정된 제어장치를 구비하며,

상기 제어 장치는 상기 제어 부품의 열을 방열하는 히트싱크를 갖는 것으로서 상기 히트싱크가 상기 반부하측의 브래킷과의 사이에 상기 소정의 간극을 마련하고 고정되고 상기 냉각풍에 의해 냉각되며,

상기 고정자는 다상 교류 권선을 갖는 것이고, 상기 제어장치는 상기 제어 부품으로서 직류 입력을 교류 출력으로 변환하여 상기 다상 교류 권선에 공급하는 스위칭 소자와 이 스위칭 소자를 냉각하는 상기 히트싱크와 상기 스위칭 소자의 상기 직류 입력측에 접속되는 콘덴서와 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어회로를 갖는 제어회로 기판을 가지며, 상기 제어회로 기판과 상기 히트싱크가 상기 회전축의 축방향으로 겹쳐지도록 배치됨과 함께 상기 히트싱크가 상기 냉각풍에 의해 냉각되도록 하여 상기 반부하측의 브래킷에 고정되며,

상기 제어장치는 상기 히트싱크와 상기 반부하측의 브래킷과의 사이에 스페이서를 개재시켜서 상기 반부하측의 브래킷에 고정함에 의해 상기 소정의 간극을 확보하도록 하며,

상기 제어장치는 복수의 도체를 통하여 상기 교류 출력을 상기 다상 교류 권선에 공급하는 것이고, 상기 스페이서와 상기 도체를 일체로 한 복합 도체를 마련하고, 상기 도체를 상기 히트싱크 및 상기 반부하측의 브래킷에 관통시킴과 함께 상기 스페이서에 의해 상기 간극을 확보하여 상기 복합 도체에 의해 상기 히트싱크를 상기 반부하측의 브래킷에 고정하는 것을 특징으로 하는 제어장치 일체형 회전 전기기계.
제 5항에 있어서,

상기 도체는 봉형상의 것이고, 상기 복합 도체는 상기 도체의 외주부를 덮는 절연 피복 부재와 수나사부를 갖고서 상기 절연 피복 부재의 외주측에 장착된 원통형상의 나사부재와 상기 도체의 축방향으로 소정의 길이를 갖고서 상기 나사부재의 외주부에 수나사부가 상기 도체의 축방향 양측에 잔존하도록 하여 마련된 고리형상의 고리형상 부재를 갖는 것으로서, 상기 잔존하는 수나사부의 한쪽을 상기 히트싱크를 관통시켜서 너트를 나사결합시킴에 의해 상기 고리형상 부재와의 사이에서 상기 히트싱크를 체결하고, 상기 잔존하는 수나사부의 다른쪽을 상기 반부하측의 브래킷을 관통시켜서 다른 너트를 나사결합시켜서 체결함에 의해 상기 고리형상 부재가 상기 스페이서로서 상기 히트싱크와 상기 반부하측의 브래킷과의 사이에 개재하도록 하여 상기 히트싱크를 상기 반부하측의 브래킷에 고정하는 것을 특징으로 하는 제어장치 일체형 회전 전기기계.
제 5항에 있어서,

상기 제어장치는, 상기 스위칭 소자가 상기 회전축의 축을 중심으로 하는 소정의 지름의 원의 원주상에 위치하도록 배치됨과 함께 상기 콘덴서는 상기 원의 중심부에 배치된 것을 특징으로 하는 제어장치 일체형 회전 전기기계.
제 5항에 있어서,

상기 제어장치는 상기 제어회로 기판을 상기 회전축의 축방향에서 덮는 커버를 갖는 것으로 상기 제어회로 기판과 상기 커버와의 사이에 열을 전도하는 열전도 부재가 마련된 것을 특징으로 하는 제어장치 일체형 회전 전기기계.