JP2022112588A - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置の冷却性能を向上させつつ、安価で小型化した制御装置一体型回転電機を得ること。【解決手段】回転子と、固定子と、ハウジングと、界磁鉄心の端面に固定された冷却ファンと、を設けた回転電機本体と、板状に形成され、軸方向の一方側の面がハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置された土台と、土台に固定されたパワー回路部と、界磁電流制御回路部と、パワー制御回路部と、土台、界磁電流制御回路部、及びパワー制御回路部が固定された筐体と、放熱部材と、を設け、ハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置された電力供給ユニットと、を備え、ハウジングと電力供給ユニットとの間に、冷却流体が径方向に通過する冷却流体通路が形成され、放熱部材は、界磁電流制御回路部の軸方向の一方側の部分に熱的に接続され、熱的に接続された部分よりも軸方向の一方側に突出し、冷却流体通路に配置された部分を有する。【選択図】図１

Description

本願は、制御装置一体型回転電機に関するものである。

車両用の回転電機は、回転電機に加えて、回転電機を制御する制御装置を備えている。車両用の回転電機には、省スペース性と搭載性の容易さ、また、回転電機と制御装置を接続する配線ハーネスの縮小化などが要求されている。特に自動車のエンジンルームに回転電機を搭載する場合、限られた空間に回転電機が設置できることが求められている。回転電機の径方向のスペースが僅かしか確保できない車種においては、部品が干渉する不具合、外部機器との接続コネクタ及び固定用のねじを取り付けるための作業空間が確保できない不具合が生じている。最悪の場合、スペースに回転電機が入らず回転電機を設置できない場合もある。このようにエンジンルーム内のレイアウトにより、回転電機の取り付けが制約されている。そのため、回転電機と制御装置とを一体化させた機電一体型の回転電機である制御装置一体型回転電機が開発されている。

制御装置一体型回転電機において、回転電機が有したファンの回転に伴って生じた冷却風によって回転電機及び制御装置が冷却される技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。制御装置は、回転電機へ電力を供給するインバータ回路、界磁回路、及び制御回路を有する。制御装置には円形の放熱部材である放熱板が設けられ、インバータ回路と界磁回路と制御回路とが搭載された基板が放熱板に固定される。冷却ファンの回転に伴って生じた冷却風が放熱板の有したフィン間を通ることで、制御装置を冷却している。

特開２０１５－２２４０４４号公報

上記特許文献１においては、発熱が懸念される基板を固定した放熱板を制御装置が備えたため、冷却風により制御装置を冷却することはできる。しかしながら、インバータ回路が載置された放熱部材と界磁回路が載置された放熱部材とが同一であるため、各回路で生じた熱が干渉し、制御装置の冷却効率が低下するという課題があった。冷却性能を確保するためには、冷却ファンの風量の増加が必要になる。冷却ファンの風量を増加させるために冷却ファンを大型化すると、冷却ファンの騒音が大きくなると共に制御装置一体型回転電機が大型化するという課題があった。また、インバータ回路と界磁回路の放熱部材が同一であるため、放熱部材において部品が搭載されていない箇所が増えるので、制御装置一体型回転電機が大型化するという課題があった。

また、ＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに搭載される制御装置一体型回転電機においては、高い冷却性能が求められている。制御装置一体型回転電機の温度上昇が大きい場合、制御装置一体型回転電機の電流密度を下げる必要が生じるため、制御装置一体型回転電機の性能が低下してしまう。このような制御装置一体型回転電機の性能の低下を回避するためには耐熱性が高い部品を制御装置一体型回転電機に使用することになるため、制御装置一体型回転電機のコストが上がるという課題があった。

そこで、本願は、制御装置の冷却性能を向上させつつ、安価で小型化した制御装置一体型回転電機を得ることを目的としている。

本願に開示される制御装置一体型回転電機は、界磁巻線が巻装された界磁鉄心を有し、回転軸と一体回転する回転子と、回転子の径方向外側に配置され、固定子巻線が巻装された固定子鉄心を有する固定子と、界磁鉄心及び固定子鉄心の外側を覆うと共にベアリングを介して回転軸の一端側及び他端側を保持するハウジングと、界磁鉄心の軸方向の他方側の端面に固定された冷却ファンと、を設けた回転電機本体と、板状に形成され、軸方向の一方側の面がハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置された土台と、固定子巻線への供給電流をオンオフするスイッチング素子を有し、軸方向の一方側の面が土台に固定されたパワー回路部と、界磁巻線への供給電流を制御する界磁電流制御回路部と、パワー回路部を制御するパワー制御回路部と、土台、界磁電流制御回路部、及びパワー制御回路部が固定された筐体と、界磁電流制御回路部に熱的に接続された放熱部材と、を設け、ハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置された電力供給ユニットと、を備え、ハウジングと電力供給ユニットとの間に、冷却ファンの回転に伴って生じた冷却流体が径方向に通過する冷却流体通路が形成され、放熱部材は、界磁電流制御回路部の軸方向の一方側の部分に熱的に接続され、熱的に接続された部分よりも軸方向の一方側に突出し、冷却流体通路に配置された部分を有するものである。

本願に開示される制御装置一体型回転電機によれば、回転電機本体のハウジングと制御装置である電力供給ユニットとの間に、冷却ファンの回転に伴って生じた冷却流体が径方向に通過する冷却流体通路が形成され、電力供給ユニットが有したパワー回路部が固定された土台は、軸方向の一方側の面がハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置され、界磁電流制御回路部の軸方向の一方側の部分に熱的に接続された放熱部材は、熱的に接続された部分よりも軸方向の一方側に突出し、冷却流体通路に配置された部分を有するため、放熱部材はパワー回路部から熱を授受せず、冷却流体通路に露出しているので、電力供給ユニットの冷却性能を向上させることができる。また、電力供給ユニットの冷却性能を向上させることができるため、耐熱性が高い部品を制御装置一体型回転電機に使用する必要がないので、制御装置一体型回転電機を安価にすることができる。また、冷却が必要な箇所である界磁電流制御回路部に放熱部材を設けたため、放熱部材に部品が搭載されていない箇所はなく電力供給ユニットの容積は削減されるので、制御装置一体型回転電機を小型化することができる。

実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の概略を示す断面図である。 実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機の土台と放熱部材の軸方向の他方側を示す平面図である。 図２のＡ－Ａ断面位置で切断した放熱部材の断面図である。 図２のＡ－Ａ断面位置で切断した別の放熱部材の断面図である。 実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機の概略を示す断面図である。 実施の形態３に係る制御装置一体型回転電機の概略を示す断面図である。 実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機の概略を示す断面図である。 実施の形態５に係る制御装置一体型回転電機の概略を示す断面図である。 実施の形態６に係る制御装置一体型回転電機の概略を示す断面図である。 実施の形態６に係る制御装置一体型回転電機の土台と放熱部材の軸方向の他方側を示す平面図である。

以下、本願の実施の形態による回転電機を図に基づいて説明する。なお、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。なお、各図間の図示では、対応する各構成部のサイズ及び縮尺は、それぞれ独立している。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る制御装置一体型回転電機１００の概略を示す断面図、図２は制御装置一体型回転電機１００の土台１１と放熱部材１７の軸方向の他方側を示す平面図、図３は図２のＡ－Ａ断面位置で切断した放熱部材１７の断面図、図４は図２のＡ－Ａ断面位置で切断した別の放熱部材１７の断面図である。制御装置一体型回転電機１００は、回転電機本体である回転電機２００と、制御装置である電力供給ユニット３００とを備えた制御装置一体型の回転電機である。回転電機２００は回転子６及び固定子５を有し、負荷であるエンジン（図示せず）を駆動する電動機として動作する。あるいは、回転電機２００はエンジンより駆動されて発電する発電機として機能する。電力供給ユニット３００は回転電機２００が有したハウジング３の軸方向の他方側に間隔を空けて配置され、回転電機２００に供給する電力を制御する。電力供給ユニット３００は回転電機２００に固定され、回転電機２００と電力供給ユニット３００とは一体化されている。

＜回転電機２００＞
回転電機２００は、図１に示すように、回転軸であるシャフト４と一体回転する回転子６と、回転子６の外側に配置された固定子５と、これらを収容すると共にシャフト４を回転自在に保持するハウジング３とを備える。

回転子６は、界磁巻線６ｂ、及び界磁巻線６ｂが巻装された界磁鉄心６ａを有する。界磁鉄心６ａの径方向外側に配置された固定子５は、複数相の固定子巻線５ｂ、及び固定子巻線５ｂが巻装された固定子鉄心５ａを有する。複数相の固定子巻線５ｂは、例えば、１組の３相巻線もしくは２組の３相巻線であるがこれらに限るものではなく、回転電機の種類に応じて設定される。ハウジング３は、界磁鉄心６ａ及び固定子鉄心５ａの外側を覆う。

ハウジング３は、負荷側に設けられるフロントブラケット１、及び反負荷側に設けられるリヤブラケット２を備える。フロントブラケット１は、ベアリング７ａを介してシャフト４の一端側を保持し、回転子６及び固定子５の一方側であるフロント側を覆う。リヤブラケット２は、ベアリング７ｂを介してシャフト４の他端側を保持し、回転子６及び固定子５の他方側であるリヤ側を覆う。固定子５は、フロントブラケット１及びリヤブラケット２に固定される。リヤブラケット２は、リヤブラケット２の軸方向の他方側の壁を貫通する吸気口２ａ、及びをリヤブラケット２の径方向の側面の壁を貫通する排気口２ｂを備える。フロントブラケット１とリヤブラケット２とは、軸方向に間隔を空けて配置され、ボルト（図示せず）によって連結される。

シャフト４は、フロントブラケット１の貫通孔から突出したシャフト４の一端側の端部に、プーリー９を備える。プーリー９とエンジンの回転軸とはベルト（図示せず）を介して連結され、プーリー９は回転エネルギーをエンジンに伝達する。

回転子６の界磁鉄心６ａの軸方向の一方側であるフロント側の端面に冷却ファン８ａが固定される。回転子６の界磁鉄心６ａの軸方向の他方側であるリヤ側の端面に冷却ファン８ｂが固定される。冷却ファン８ａと冷却ファン８ｂとは、回転子６と一体回転する。冷却ファン８ｂの回転に伴って、冷却流体である冷却風W１が発生する。ハウジング３と電力供給ユニット３００との間に、冷却風W１が径方向に通過する冷却流体通路５０が形成される。

＜電力供給ユニット３００＞
電力供給ユニット３００は、土台１１と、軸方向の一方側の面が土台に固定されたパワー回路部１３と、界磁巻線６ｂへの供給電流を制御する界磁電流制御回路部１５と、パワー回路部１３を制御するパワー制御回路部１４と、土台１１、界磁電流制御回路部１５、及びパワー制御回路部１４が固定された筐体１２と、界磁電流制御回路部１５に熱的に接続された放熱部材１７とを備える。

パワー回路部１３は、固定子巻線への供給電流をオンオフするスイッチング素子と周辺回路とを有する。スイッチング素子は、例えば電気配線を形成するリードフレーム上に配置され、周辺回路と共に樹脂材で封止される。パワー回路部１３の制御端子１３ａは、パワー制御回路部１４に接続される。パワー制御回路部１４は、バッテリ（図示しない）の直流電力と、回転電機２００の固定子巻線５ｂの交流電力を授受するスイッチング素子を制御する。パワー制御回路部１４は、基板１４ａに素子１６を搭載して形成される。界磁電流制御回路部１５は、基板１５ａに素子１６を搭載して形成される。素子１６は制御駆動時に発熱する。素子１６には、例えばトランジスタ、抵抗、コンデンサ、マイコン、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）が用いられる。

土台１１は、板状に形成され、軸方向の一方側の面がハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置される。土台１１は、例えば、アルミ合金、銅合金等の金属の鋳造品、もしくは板金部材を用いて形成される。土台１１は、固定部（図示せず）においてリヤブラケット２に固定される。土台１１は、電力供給ユニット３００に電流が流れるときに発生する熱を外部に放熱する役割を有している。土台１１は、軸方向の一方側の面にフィン１１ａを設けても構わない。フィン１１ａを設けることで、土台１１の放熱性を向上させることができる。

放熱部材１７は、界磁電流制御回路部１５の軸方向の一方側の部分に熱的に接続され、熱的に接続された部分よりも軸方向の一方側に突出し、冷却流体通路５０に配置された部分を有する。放熱部材１７は、冷却流体通路５０に配置された部分に放熱フィン１７ａを有する。放熱フィン１７ａは、図３に示すように、軸方向の一方側に突出した放熱フィン１７ａが周方向に複数設けられる。放熱フィン１７ａの構成はこれに限るものではなく、図４に示すように、周方向に突出した放熱フィン１７ａが軸方向に複数設けられるものでも構わない。図３及び図４において４つの放熱フィン１７ａを備えた構成を示したが、放熱フィン１７ａの数はこれに限るものではない。放熱部材１７は、例えば、アルミ合金、銅合金等の金属の鋳造品、もしくは板金部材を用いて形成される。

土台１１と放熱部材１７は、図２に示すように、軸方向に投影して重ならない。土台１１は、放熱部材１７と異なる周方向及び径方向の位置に配置され、冷却流体通路５０に露出している。このように土台１１と放熱部材１７とを配置することで、電力供給ユニット３００の径方向及び周方向の大きさを小型化することができる。本実施の形態では、放熱部材１７は周方向の一か所に設けられ、土台１１は少なくとも放熱部材１７が配置された部分を切り欠いた円板状に形成され、土台１１の軸方向の一方側の面が、冷却流体通路５０に露出している。このように構成することで、土台１１を軸方向に限らず径方向に移動させて制御装置一体型回転電機１００を組み立てることができるので、組み立てにおける作業性を向上させることができる。また、土台１１は、放熱部材１７が配置された周方向の部分に加えて、軸心部分４ａを切り欠いた円板状に形成されている。このように構成することで、シャフト４が土台１１を貫通する構成の場合でも、土台１１を軸方向に限らず径方向に移動させて制御装置一体型回転電機１００を組み立てることができるので、組み立てにおける作業性を向上させることができる。また、制御装置一体型回転電機１００は軸方向に大型化することなく、制御装置一体型回転電機１００を小型化することができる。

図２において、土台１１に示された６つの正方形の部分は、パワー回路部１３が配置される部分である配置部１１ｂを示すものである。配置部１１ｂは、軸方向の他方側に突出するように設けられる。このように構成することで、土台１１にパワー回路部１３を配置する際にパワー回路部１３の位置決めが容易になるため、制御装置一体型回転電機１００の組み立てにおける作業性を向上させることができる。配置部１１ｂの構成はこれに限るものではなく、配置部１１ｂが他の部分と同一平面であっても構わない。

筐体１２は、図１に示すように、径方向及び周方向に延出する板状の底部１２ａと、底部１２ａから軸方向の他方側に突出し、界磁電流制御回路部１５を軸方向の一方側から支持する界磁支持部１２ｂと、底部１２ａから軸方向の他方側に突出し、パワー制御回路部１４を軸方向の一方側から支持するパワー支持部１２ｃとを有する。このように構成することで、界磁電流制御回路部１５及びパワー制御回路部１４の外気に露出する箇所を増加させることができるので、界磁電流制御回路部１５及びパワー制御回路部１４の放熱を促進させることができる。筐体１２は、径方向外側からパワー回路部１３、パワー制御回路部１４、及び界磁電流制御回路部１５を取り囲む側壁部１２ｄをさらに有する。筐体１２は、例えば絶縁性を備えた樹脂材で作製される。樹脂材は、例えばポリフェニレンサルファイドである。底部１２ａにおける界磁電流制御回路部１５の軸方向の一方側に対向した部分に、放熱部材１７が貫通する貫通孔１２ｅが形成される。なお、筐体１２の構成はこれに限るものではなく、例えば有底筒状に形成され、底部にパワー制御回路部１４及び界磁電流制御回路部１５を備えた構成でも構わない。

＜冷却風W１＞
冷却風Ｗ１は、図２の矢印で示すように、制御装置一体型回転電機１００の径方向外側から冷却流体通路５０に吸入される。冷却風Ｗ１は冷却流体通路５０に配置されたフィン１１ａ及び放熱フィン１７ａを径方向に通過し、軸方向に曲げられて吸気口２ａに入る。冷却風Ｗ１はリヤブラケット２の内部を通過して、排気口２ｂから排出される。冷却風Ｗ１はフィン１１ａを径方向に通過するため、フィン１１ａを有した土台１１を介してパワー回路部１３が有したスイッチング素子を冷却する。冷却風Ｗ１は、放熱フィン１７ａを径方向に通過するため、放熱フィン１７ａを介して界磁電流制御回路部１５を冷却する。冷却風Ｗ１は、リヤブラケット２の内部を通過するため、リヤブラケット２と共にリヤブラケット２に固定された固定子５を冷却する。

フィン１１ａと放熱フィン１７ａは、それぞれ別の部材である土台１１と放熱部材１７に設けられているため、放熱部材１７はパワー回路部１３から熱を授受することがなく、界磁電流制御回路部１５の冷却性能を向上させることができる。同様に、土台１１は界磁電流制御回路部１５から熱を授受することがなく、パワー回路部１３の冷却性能を向上させることができる。界磁電流制御回路部１５及びパワー回路部１３を有した電力供給ユニット３００の冷却性能を向上させることができるので、耐熱性が高い部品を制御装置一体型回転電機１００に使用する必要がなく、制御装置一体型回転電機１００を安価にすることができる。また、冷却が必要な箇所に放熱部材１７を設けたため、放熱部材１７に部品が搭載されていない箇所はなく電力供給ユニット３００の容積は削減されるので、制御装置一体型回転電機１００を小型化することができる。

フィン１１ａが設けられる冷却流体通路５０と放熱フィン１７ａが設けられる冷却流体通路５０とは、ハウジング３と電力供給ユニット３００との間の軸方向の同じ位置であるため、制御装置一体型回転電機１００は軸方向に大型化することなく、制御装置一体型回転電機１００を小型化することができる。また、冷却流体通路５０にフィン１１ａ及び放熱フィン１７ａを十分に露出させることができるため、パワー回路部１３及び界磁電流制御回路部１５の冷却性能を向上させることができる。なお、本実施の形態では、冷却風Ｗ１による空冷の冷却方式を記載しているが、冷却流体は冷却風W１に限るものではなく、空気以外の媒体（例えば、冷却水）であっても構わない。

以上のように、実施の形態１による制御装置一体型回転電機１００において、回転電機２００のハウジング３と電力供給ユニット３００との間に、冷却ファン８ｂの回転に伴って生じた冷却風Ｗ１が径方向に通過する冷却流体通路５０が形成され、電力供給ユニット３００が有したパワー回路部１３が固定された土台１１は、軸方向の一方側の面がハウジング３の軸方向の他方側に間隔を空けて配置され、界磁電流制御回路部１５の軸方向の一方側の部分に熱的に接続された放熱部材１７は、熱的に接続された部分よりも軸方向の一方側に突出し、冷却流体通路５０に配置された部分を有するため、放熱部材１７はパワー回路部１３から熱を授受せず、冷却流体通路５０に露出しているので、電力供給ユニット３００の冷却性能を向上させることができる。また、電力供給ユニット３００の冷却性能を向上させることができるため、耐熱性が高い部品を制御装置一体型回転電機１００に使用する必要がないので、制御装置一体型回転電機１００を安価にすることができる。また、冷却が必要な箇所である界磁電流制御回路部１５に放熱部材１７を設けたため、放熱部材１７に部品が搭載されていない箇所はなく電力供給ユニット３００の容積は削減されるので、制御装置一体型回転電機１００を小型化することができる。

土台１１が放熱部材１７と異なる周方向及び径方向の位置に配置され、冷却流体通路５０に露出している場合、電力供給ユニット３００の径方向及び周方向の大きさを小型化することができる。また、放熱部材１７が周方向の一か所に設けられ、土台１１は少なくとも放熱部材１７が配置された部分を切り欠いた円板状に形成され、土台１１の軸方向の一方側の面が、冷却流体通路５０に露出している場合、土台１１を軸方向に限らず径方向に移動させて制御装置一体型回転電機１００を組み立てることができるので、組み立てにおける作業性を向上させることができる。また、土台１１が放熱部材１７の配置された周方向の部分に加えて、軸心部分４ａを切り欠いた円板状に形成されている場合、シャフト４が土台１１を貫通する構成であっても、土台１１を軸方向に限らず径方向に移動させて制御装置一体型回転電機１００を組み立てることができるので、組み立てにおける作業性を向上させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機１００について説明する。図５は実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機１００の概略を示す断面図である。実施の形態２に係る制御装置一体型回転電機１００は、放熱部材１７が筐体１２に固定された構成になっている。

放熱部材１７は筐体１２に固定されている。本実施の形態では、筐体１２の貫通孔１２ｅの縁部が放熱部材１７を軸方向の一方側から支持し、界磁電流制御回路部１５が放熱部材１７を軸方向の他方側から支持している。筐体１２は樹脂材で作製されているため、筐体１２と放熱部材１７とは熱的に接続されていない。なお、放熱部材１７を筐体１２に固定する構成はこれに限るものではなく、界磁支持部１２ｂと放熱部材１７の側面を例えばねじ止めして連結する構成でも構わない。

放熱部材１７と界磁電流制御回路部１５との間に、伝熱部材１８が配置されている。伝熱部材１８は、例えば、放熱シートまたは放熱コンパウンドである。また、伝熱部材１８は、筐体１２の内部が封止材で封止されている場合、封止材でも構わない。

以上のように、実施の形態２による制御装置一体型回転電機１００において、放熱部材１７が界磁電流制御回路部１５のみに固定されているのではなく、放熱部材１７は筐体１２に固定されているため、界磁電流制御回路部１５に放熱部材１７に起因した応力が生じないので、界磁電流制御回路部１５に応力による不具合を生じさせることなく制御装置一体型回転電機１００は放熱部材１７を安定して保持することができる。筐体１２の貫通孔１２ｅの縁部が放熱部材１７を軸方向の一方側から支持する場合、新たに放熱部材１７を筐体１２に固定する部材を設ける必要がないので、安価で容易に放熱部材１７を筐体１２に固定することができる。

また、放熱部材１７と界磁電流制御回路部１５との間に伝熱部材１８が配置されている場合、伝熱部材１８を介して放熱部材１７と界磁電流制御回路部１５とが熱的に接続されるので、界磁電流制御回路部１５の冷却性能を向上させることができる。伝熱部材１８が放熱シートである場合、放熱部材１７と界磁電流制御回路部１５との間の熱伝導率を向上させることができるので、さらに界磁電流制御回路部１５の冷却性能を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る制御装置一体型回転電機１００について説明する。図６は実施の形態３に係る制御装置一体型回転電機１００の概略を示す断面図である。実施の形態３に係る制御装置一体型回転電機１００は、パワー制御回路部１４と界磁電流制御回路部１５とが同一の基板２５に形成された構成になっている。

パワー制御回路部１４と界磁電流制御回路部１５とが同一の基板２５に形成され、基板２５が筐体１２に固定されている。基板２５のパワー制御回路部１４を構成する部分は、パワー支持部１２ｃで支持される。基板２５の界磁電流制御回路部１５を構成する部分は、界磁支持部１２ｂで支持される。

以上のように、実施の形態３による制御装置一体型回転電機１００において、パワー制御回路部１４と界磁電流制御回路部１５とが同一の基板２５に形成されているため、基板の枚数を削減できるので、安価で容易に制御装置一体型回転電機１００を組み立てることができる。また、パワー制御回路部１４と界磁電流制御回路部１５が形成される基板の面積が拡大されるため、パワー制御回路部１４と界磁電流制御回路部１５の冷却性能を向上させることができる。また、軸方向に制御装置一体型回転電機１００を大型化することなく、実施の形態１と比べて、放熱部材１７の軸方向の大きさを拡大することができるため、放熱フィン１７ａの表面積が拡大するので、界磁電流制御回路部１５の冷却性能を向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機１００について説明する。図７は実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機１００の概略を示す断面図である。実施の形態４に係る制御装置一体型回転電機１００は、冷却流体通路５０に配置された部分を有するブラシ１９を備えた構成になっている。

制御装置一体型回転電機１００は、界磁電流制御回路部１５と電気的に接続され、界磁巻線６ｂへ電流を供給するブラシ１９を備える。図７において、ブラシ１９と界磁電流制御回路部１５との接続部分は省略している。ブラシ１９は、冷却流体通路５０に配置された部分を有する。シャフト４は、リヤブラケット２から突出したシャフト４の他端側にスリップリング２０を備える。スリップリング２０と界磁巻線６ｂとは電気的に接続されており、スリップリング２０から界磁巻線６ｂに界磁電流が供給される。ブラシ１９は、スリップリング２０を摺設して界磁巻線６ｂに電流を供給する。ブラシ１９は、例えばブラシホルダ（図示せず）に保持され、電力供給ユニット３００に固定される。ブラシ１９は、電流を供給する際に発熱する部材である。本実施の形態では、ブラシ１９は、放熱部材１７と同じ周方向の位置に配置されている。

以上のように、実施の形態４による制御装置一体型回転電機１００において、界磁巻線６ｂへ電流を供給するブラシ１９が冷却流体通路５０に配置された部分を有するため、冷却流体通路５０を径方向に通過する冷却風Ｗ１によりブラシ１９は冷却されるので、ブラシ１９の冷却性能を向上させることができる。ブラシ１９の冷却性能が向上するため、ブラシ１９が固定された電力供給ユニット３００の冷却性能を向上させることができる。また、ブラシ１９が放熱部材１７と同じ周方向の位置に配置されている場合、放熱部材１７と熱的に接続された界磁電流制御回路部１５とブラシ１９との距離が縮まるので、ブラシ１９と界磁電流制御回路部１５との接続部分を短縮することができる。接続部分が短縮するため、発熱する箇所が減るので、電力供給ユニット３００の冷却性能を向上させることができる。接続部分が短縮するため、接続部分における配線部材の使用量が減ると共に配線部材の引き回しが不要となるので、安価で容易に制御装置一体型回転電機１００を組み立てることができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る制御装置一体型回転電機１００について説明する。図８は実施の形態５に係る制御装置一体型回転電機１００の概略を示す断面図である。実施の形態５に係る制御装置一体型回転電機１００は、放熱部材１７とブラシ１９とが熱的に接続された構成になっている。

ブラシ１９は、放熱部材１７と同じ周方向の位置に配置されている。ブラシ１９は、放熱部材１７の径方向内側に配置された内側部１９ａと、放熱部材１７の軸方向の一方側に向けて内側部１９ａから径方向外側に延出した径方向延出部１９ｂとを有する。放熱部材１７の軸方向の一方側の部分と、径方向延出部１９ｂの軸方向の他方側の部分とが熱的に接続されている。本実施の形態では、土台１１は、放熱部材１７が配置された周方向の部分及び軸心部分４ａを切り欠いた円板状に形成され、ブラシ１９の内側部１９ａは、土台１１の切り欠き部における放熱部材１７の径方向内側に配置されている。このように構成することで、制御装置一体型回転電機１００を軸方向に小型化することができる。

制御装置一体型回転電機１００は、回転センサ（図示せず）を備える。回転センサは、例えば筐体１２の底部１２ａに固定される。シャフト４は、リヤブラケット２から突出したシャフト４の他端側に回転センサ用磁石２４を備える。回転センサ用磁石２４は、シャフト４と一体回転する。回転センサは、回転センサ用磁石２４の磁極の位置からシャフト４すなわち回転子６の磁極位置を検出する。回転センサの信号配線は、パワー制御回路部１４に接続される。回転センサ用磁石２４は、回転子６の発熱及びシャフト４とベアリング７ｂとの摺動部分の発熱がシャフト４を介して伝わるため、高温になる部材である。

以上のように、実施の形態５による制御装置一体型回転電機１００において、放熱部材１７の軸方向の一方側の部分と、ブラシ１９における径方向延出部１９ｂの軸方向の他方側の部分とが熱的に接続されているため、放熱部材１７によってブラシ１９は冷却されるので、ブラシ１９の冷却性能を向上させることができる。ブラシ１９の冷却性能が向上するため、ブラシ１９が固定された電力供給ユニット３００の冷却性能を向上させることができる。また、ブラシ１９の内側部１９ａと筐体１２との間の部分を通過した冷却風Ｗ１が回転センサ用磁石２４に到達するため、回転センサ用磁石２４の冷却性能を向上させることができる。回転センサ用磁石２４が熱により劣化することがないので、回転センサの性能を維持することができる。また、ブラシ１９とスリップリング２０の摺動部分に冷却風Ｗ１は到達するため、さらにブラシ１９の冷却性能を向上させることができる。

実施の形態６．
実施の形態６に係る制御装置一体型回転電機１００について説明する。図９は実施の形態６に係る制御装置一体型回転電機１００の概略を示す断面図、図１０は制御装置一体型回転電機１００の土台１１と放熱部材１７の軸方向の他方側を示す平面図である。実施の形態６に係る制御装置一体型回転電機１００は、土台１１が放熱部材１７の配置された部分を切り欠いた構成になっている。

土台１１と放熱部材１７は、図１０に示すように、軸方向に投影して重ならない。土台１１は、放熱部材１７が配置された部分及び軸心部分４ａを切り欠いた円板状に形成されている。放熱部材１７が土台１１を貫通する切欠き部は、貫通孔２１である。土台１１における、放熱部材１７が配置された貫通孔２１と軸心部分４ａの切り欠き部との間の中間部分１１ｃは、筐体１２よりも軸方向の一方側に間隔を空けて配置される。当該間隔である土台１１と筐体１２との間の空間２２を冷却風Ｗ１は通過する。土台１１の中間部分１１ｃの径方向外側の面が、軸方向の他方側に移動するに従って、径方向の内側に移動するように傾斜している。土台１１における、放熱部材１７が配置された貫通孔２１の径方向の外側の部分の、径方向内側の面が、軸方向の他方側に移動するに従って、径方向の内側に移動するように傾斜している。これらの傾斜面２３は、空間２２に冷却風Ｗ１が流れやすくするために設けられる。

以上のように、実施の形態６による制御装置一体型回転電機１００において、土台１１は放熱部材１７が配置された部分を切り欠いた円板状に形成されているため、電力供給ユニット３００の径方向及び周方向の大きさを小型化することができる。また、冷却流体通路５０に放熱フィン１７ａを十分に露出させることができるため、界磁電流制御回路部１５の冷却性能を向上させることができる。土台１１は軸心部分４ａを切り欠いた円板状に形成されているため、シャフト４が土台１１を貫通する構成の場合でも、制御装置一体型回転電機１００は軸方向に大型化することなく、制御装置一体型回転電機１００を小型化することができる。

また、土台１１における、放熱部材１７が配置された貫通孔２１と軸心部分４ａの切り欠き部との間の中間部分１１ｃは、筐体１２よりも軸方向の一方側に間隔を空けて配置される場合、当該間隔である土台１１と筐体１２との間の空間２２を冷却風Ｗ１が通過して回転センサ用磁石２４に到達するので、回転センサ用磁石２４の冷却性能を向上させることができる。ブラシ１９とスリップリング２０の摺動部分に冷却風Ｗ１は到達するため、さらにブラシ１９の冷却性能を向上させることができる。また、中間部分１１ｃの径方向外側の面が、軸方向の他方側に移動するに従って、径方向の内側に移動するように傾斜し、土台１１における、放熱部材１７が配置された貫通孔２１の径方向の外側の部分の、径方向内側の面が、軸方向の他方側に移動するに従って、径方向の内側に移動するように傾斜している場合、空間２２に冷却風Ｗ１が流れやすくなるので、回転センサ用磁石２４の冷却性能をさらに向上させることができる。

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書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。

１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、２ａ 吸気口、２ｂ 排気口、３ ハウジング、４ シャフト、４ａ 軸心部分、５ 固定子、５ａ 固定子鉄心、５ｂ 固定子巻線、６ 回転子、６ａ 界磁鉄心、６ｂ 界磁巻線、７ａ ベアリング、７ｂ ベアリング、８ａ 冷却ファン、８ｂ 冷却ファン、９ プーリー、１１ 土台、１１ａ フィン、１１ｂ 配置部、１１ｃ 中間部分、１２ 筐体、１２ａ 底部、１２ｂ 界磁支持部、１２ｃ パワー支持部、１２ｄ 側壁部、１２ｅ 貫通孔、１３ パワー回路部、１３ａ 制御端子、１４ パワー制御回路部、１４ａ 基板、１５ 界磁電流制御回路部、１５ａ 基板、１６ 素子、１７ 放熱部材、１７ａ 放熱フィン、１８ 伝熱部材、１９ ブラシ、１９ａ 内側部、１９ｂ 径方向延出部、２０ スリップリング、２１ 貫通孔、２２ 空間、２３ 傾斜面、２４ 回転センサ用磁石、２５ 基板、５０ 冷却流体通路、１００ 制御装置一体型回転電機、２００ 回転電機、３００ 電力供給ユニット、Ｗ１ 冷却風

本願に開示される制御装置一体型回転電機は、界磁巻線が巻装された界磁鉄心を有し、回転軸と一体回転する回転子と、回転子の径方向外側に配置され、固定子巻線が巻装された固定子鉄心を有する固定子と、界磁鉄心及び固定子鉄心の外側を覆うと共にベアリングを介して回転軸の一端側及び他端側を保持するハウジングと、界磁鉄心の軸方向の他方側の端面に固定された冷却ファンと、を設けた回転電機本体と、板状に形成され、軸方向の一方側の面がハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置された土台と、固定子巻線への供給電流をオンオフするスイッチング素子を有し、軸方向の一方側の面が土台に固定されたパワー回路部と、界磁巻線への供給電流を制御する界磁電流制御回路部と、パワー回路部を制御するパワー制御回路部と、土台、界磁電流制御回路部、及びパワー制御回路部が固定された筐体と、界磁電流制御回路部に熱的に接続された放熱部材と、を設け、ハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置された電力供給ユニットと、を備え、ハウジングと電力供給ユニットとの間に、冷却ファンの回転に伴って生じた冷却流体が径方向に通過する冷却流体通路が形成され、放熱部材は、界磁電流制御回路部の軸方向の一方側の部分に熱的に接続され、熱的に接続された部分よりも軸方向の一方側に突出し、冷却流体通路に配置された部分を有し、放熱部材が、筐体に固定されているものである。

Claims (15)

1. 界磁巻線が巻装された界磁鉄心を有し、回転軸と一体回転する回転子と、前記回転子の径方向外側に配置され、固定子巻線が巻装された固定子鉄心を有する固定子と、前記界磁鉄心及び前記固定子鉄心の外側を覆うと共にベアリングを介して前記回転軸の一端側及び他端側を保持するハウジングと、前記界磁鉄心の軸方向の他方側の端面に固定された冷却ファンと、を設けた回転電機本体と、
   板状に形成され、軸方向の一方側の面が前記ハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置された土台と、前記固定子巻線への供給電流をオンオフするスイッチング素子を有し、軸方向の一方側の面が前記土台に固定されたパワー回路部と、前記界磁巻線への供給電流を制御する界磁電流制御回路部と、前記パワー回路部を制御するパワー制御回路部と、前記土台、前記界磁電流制御回路部、及び前記パワー制御回路部が固定された筐体と、前記界磁電流制御回路部に熱的に接続された放熱部材と、を設け、前記ハウジングの軸方向の他方側に間隔を空けて配置された電力供給ユニットと、を備え、
   前記ハウジングと前記電力供給ユニットとの間に、前記冷却ファンの回転に伴って生じた冷却流体が径方向に通過する冷却流体通路が形成され、
   前記放熱部材は、前記界磁電流制御回路部の軸方向の一方側の部分に熱的に接続され、熱的に接続された部分よりも軸方向の一方側に突出し、前記冷却流体通路に配置された部分を有する制御装置一体型回転電機。
2. 前記放熱部材が、前記筐体に固定されている請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
3. 前記筐体は、径方向及び周方向に延出する板状の底部と、前記底部から軸方向の他方側に突出し、前記界磁電流制御回路部を軸方向の一方側から支持する界磁支持部と、を有し、
   前記底部における界磁電流制御回路部の軸方向の一方側に対向した部分に、前記放熱部材が貫通する貫通孔が形成され、
   前記貫通孔の縁部が、前記放熱部材を軸方向の一方側から支持し、前記界磁電流制御回路部が、前記放熱部材を軸方向の他方側から支持している請求項２に記載の制御装置一体型回転電機。
4. 前記放熱部材と前記界磁電流制御回路部との間に、伝熱部材が配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
5. 前記伝熱部材は、放熱シートである請求項４に記載の制御装置一体型回転電機。
6. 前記土台は、前記放熱部材と異なる周方向及び径方向の位置に配置され、前記冷却流体通路に露出している請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
7. 前記放熱部材は、周方向の一か所に設けられ、
   前記土台は、少なくとも前記放熱部材が配置された部分を切り欠いた円板状に形成され、
   前記土台の軸方向の一方側の面が、前記冷却流体通路に露出している請求項６に記載の制御装置一体型回転電機。
8. 前記土台は、前記放熱部材が配置された周方向の部分及び軸心部分を切り欠いた円板状に形成されている請求項７に記載の制御装置一体型回転電機。
9. 前記土台は、前記放熱部材が配置された部分及び軸心部分を切り欠いた円板状に形成されている請求項７に記載の制御装置一体型回転電機。
10. 前記土台における、前記放熱部材が配置された切り欠き部と前記軸心部分の切り欠き部との間の中間部分は、前記筐体よりも軸方向の一方側に間隔を空けて配置され、当該間隔を前記冷却流体が流れる請求項９に記載の制御装置一体型回転電機。
11. 前記土台の前記中間部分の径方向外側の面が、軸方向の他方側に移動するに従って、径方向の内側に傾斜し、
    前記土台における、前記放熱部材が配置された切り欠き部の径方向の外側の部分の、径方向内側の面が、軸方向の他方側に移動するに従って、径方向の内側に傾斜している請求項１０に記載の制御装置一体型回転電機。
12. 前記パワー制御回路部と前記界磁電流制御回路部とが同一の基板に形成され、前記基板が前記筐体に固定されている請求項１から１１のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
13. 前記界磁電流制御回路部と電気的に接続され、前記界磁巻線へ電流を供給するブラシを備え、
    前記ブラシは、前記冷却流体通路に配置された部分を有する請求項１から１２のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
14. 前記ブラシは、前記放熱部材と同じ周方向の位置に配置されている請求項１３に記載の制御装置一体型回転電機。
15. 前記ブラシは、前記放熱部材の径方向内側に配置された内側部と、前記放熱部材の軸方向の一方側に向けて前記内側部から径方向外側に延出した径方向延出部と、を有し、
    前記放熱部材の軸方向の一方側の部分と、前記径方向延出部の軸方向の他方側の部分とが熱的に接続されている請求項１４に記載の制御装置一体型回転電機。

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