JP2010004598A

JP2010004598A - 制御装置一体型回転電機

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Publication number: JP2010004598A
Application number: JP2008158908A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Isoda; 仁志磯田; Nobuhiko Fujita; 暢彦藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】ブラシ部の温度上昇及びブラシ磨耗粉の発生を無くし、界磁回路部の温度上昇を抑制すると共に、駆動及び発電能力の高い制御装置一体型回転電機を提供する。
【解決手段】固定子巻線３Ｂが巻回された固定子３と、回転軸７に固定された回転子コア８及びこの回転子コア８の外周部に形成され固定子３と空隙を介して対向配置される一対の爪状磁極８Ａ、８Ｂを備えた回転子６と、リヤ側ハウジング２に固定されると共に回転子コア８及び爪状磁極８Ａ、８Ｂに対して空隙を介して配置される界磁コア１１と、リヤ側ハウジング２の軸方向後方に設置され界磁巻線１０に界磁電流を供給する界磁回路部２０と、リヤ側ハウジング２の軸方向後方に設置され固定子巻線３Ｂに多相固定子電流を供給するインバータパワー回路部３０と、リヤ側ハウジング２の軸方向後方に設置され界磁回路部２０及びインバータパワー回路部３０を制御する制御回路部４０を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、インバータパワー回路部、界磁回路部及び制御回路部を搭載した制御装置一体型回転電機の構造に関するものである。

従来、特許文献１には、ケースと、このケースに回転自在に支持されたシャフトと、このシャフトに固着されて該ケース内に配設され、電流が流されて磁束を発生する回転子コイルおよび該回転子コイルに発生する磁束により着磁される複数の磁極を有する回転子と、この回転子の外周側を覆うように上記ケースに取り付けられ、該回転子による回転磁界によって起電力を発生する固定子巻線を有する固定子と、上記シャフトの一端部に軸心方向に離間して、かつ、該シャフトと共に回転可能に配設され、上記回転子コイルを介して電気的に直列に接続される一対の給電部材と、上記一対の給電部材の径方向外側に位置するように上記ケース内に配設されたブラシ保持装置とを備え、上記ブラシ保持装置は、上記シャフトの軸心と直交する穴方向とする一対のブラシ挿入穴が上記シャフトの軸心方向に離間して穿設されたブラシホルダ部と、このブラシホルダ部の頭部に着脱可能に装着されて上記一対のブラシ挿入穴を塞口する蓋と、上記各ブラシ挿入穴内に穴方向に移動自在に収納された一対のブラシと、上記ブラシの入出力端子となる一対のブラシターミナルと、一端を上記ブラシの一端部に連結され、他端を上記ブラシターミナルに連結された一対のリードワイヤと、上記各ブラシ挿入穴内に配設され、上記各ブラシの他端側を上記シャフト側に付勢して上記給電部材に弾接させる導電性の弾性部材と、上記一対のブラシ挿入穴の少なくとも一方に配設され、上記ブラシが所定量摩耗したときに上記弾性部材と接する接点を有する摩耗検出ターミナルとを有し、開口が上記ブラシホルダ部の径方向外側に上記蓋を露出させるように上記ケースに設けられている車両用交流発電機が開示されている。そして、この車両用交流発電機によれば、発電不良やバッテリの充電不良の発生前にブラシ摩耗を検知でき、さらに発電機を分解することなくブラシ交換ができるとされている。

一方、近年、アイドリングストップの推進が取り上げられ、発電機としてだけでなく再始動時にエンジンを始動させるための駆動機能を備えた回転電機が開発されている。例えば、特許文献２では、発電機能だけでなくエンジンを始動させるための駆動機能を備えるために、インバータパワー回路、界磁回路及びそれらの制御回路を搭載した制御装置一体型回転電機が示されている。この特許文献２の制御装置一体型回転電機は、回転子に界磁巻線を備え、スリップリングとブラシを介して界磁巻線に界磁電流を供給する界磁回路を備えた構成が示されている。また、インバータ回路部がブラケット後方に配置され、略扇状に配置され、扇状の残りの部分にブラシが配置されており、界磁回路部、制御回路部はブラシおよびインバータ回路部の後方に配置されている構成が示されている。また、リヤベアリング後方にスリップリングが配置され、その後方に磁極位置検出センサが配置されている構成が示されている。

特開２００３−１８９５５５号公報特開２００７−２２８６４１号公報

上記特許文献２で示される駆動及び発電が可能な制御装置一体型回転電機においては、駆動時における始動の際にはバッテリハーネス、固定子巻線等に大電流が流れ、車両のバッテリ電圧が低下するため、界磁巻線の巻数を少なくし、界磁巻線の抵抗を下げ、界磁巻線に通電する電流を大きくすることにより、回転電機に必要な起磁力を得る必要がある。このため、特許文献１に示されるような同体格の車両用交流発電機と同一の発電出力を得るためには、発電時の界磁電流も通常のオルタネータよりも大きくなり、ブラシ部の温度上昇が大きく、ブラシ磨耗粉も多くなり、ブラシ寿命が短くなるという問題点があった。また、界磁電流が大きくなるためブラシの発熱が伝熱により界磁回路部に伝わり、界磁回路部の温度上昇の一因となっていた。

また、回転軸を保持するリヤベアリングの後方にスリップリングが配置され、さらにその後方に、駆動時の回転子の磁極位置を検出するための磁極位置検出センサが配置されている。このため、リヤベアリングから磁極位置検出センサの距離が遠くなり、回転軸の振れが大きくなるため、磁極位置検出センサの精度の悪化につながるという問題点があった。さらに、ブラシのジャンピングによる磁気ノイズ、スリップリング及びブラシを流れる界磁電流による磁気ノイズにより磁極位置検出センサの精度が悪化するという問題点があった。また、ブラシの後部に磁極位置検出センサが配置され、ブラシと磁極位置検出センサの間は空気層でつながっているため、ブラシ磨耗粉が磁極位置検出センサにかかってしまう場合には、ブラシ磨耗粉により磁極位置検出センサの精度が悪化する可能性があった。

この発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、インバータパワー回路部、界磁回路部、及び制御回路部を搭載した制御装置一体型回転電機において、ブラシ部の温度上昇及びブラシ磨耗粉の発生を無くし、界磁回路部の温度上昇を抑制すると共に、駆動及び発電能力の高い回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る制御装置一体型回転電機は、ハウジングに支持され固定子巻線が巻回された固定子と、ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、回転軸に固定された回転子コア及びこの回転子コアの外周部に形成され固定子と空隙を介して対向配置される一対の爪状磁極を備えた回転子と、リヤ側ハウジングに固定され、回転子コア及び爪状磁極に対して空隙を介して配置され、界磁巻線が装着されている界磁コアと、リヤ側ハウジングの軸方向後方に設置され界磁巻線に界磁電流を供給する界磁回路部と、リヤ側のハウジングの軸方向後方に設置され固定子巻線に多相固定子電流を供給するインバータパワー回路部と、リヤ側のハウジングの軸方向後方に設置され界磁回路部及びインバータパワー回路部を制御する制御回路部とを備えたものである。

この発明によれば、インバータパワー回路部、界磁回路部、及び制御回路部を搭載した制御装置一体型回転電機において、ブラシ及びスリップリングを介さずに界磁回路部から界磁巻線に電流を供給するようにしたので、ブラシ部の温度上昇及びブラシ磨耗粉の発生を無くすことができ、界磁回路部の温度上昇を抑制すると共に、駆動及び発電能力の高い回転電機を提供することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によ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２及び図３は図１の制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図であり、図２はリヤケースを取り外した状態、図３はリヤケースを取り付けた状態を示す図である。

図において、制御装置一体型回転電機１００は、ハウジングとしてのフロントブラケット１及びリヤブラケット２に支持された固定子３と、フロントブラケット１のフロントベアリング４及びリヤブラケット２のリヤベアリング５に回転自在に支持された回転軸７に固定された回転子６を有している。固定子３には電機子巻線３Ｂが巻回されている。回転子６は、回転軸７に固定された回転子コア８と、この回転子コア８の外周部に形成された一対の爪状磁極８Ａ及び８Ｂを備える。爪状磁極８Ａ及び８Ｂは、固定子３および後述する界磁コア１１に所定の空隙を介して対向して配置される。また、爪状磁極８Ａ及び８Ｂは、非磁性材料により形成されたリング１９によって、それぞれの磁極が円周方向に交互に並ぶように連結されている。回転軸７のフロント側の端部には、プーリ９が固着されており、プーリ９に掛けられたベルト（図示せず）を介してエンジンの回転軸（図示せず）に連結している。

また、回転子コア８の軸方向前端部にフロントファン１６が配設されており、このフロントファン１６付近のフロントブラケット１に、冷却風６０が吸入する吸入孔１ａと、冷却風６０が排出される排出孔１ｂが設けられている。回転子コア８の軸方向後端部にもリヤファン１７が配設されており、このリヤファン１７付近のリヤブラケット２に、冷却風６１が通風する通風孔２ａと冷却風６１が排出される排出孔２ｂが設けられている。

リヤブラケット２の軸方向フロント側には界磁コア１１がボルト（図示せず）により固定されており、界磁コア１１には界磁巻線１０が巻装された樹脂性のボビン１２が取り付けられている。そして、リヤブラケット２の軸方向リヤ側に、起磁力を発生させるための界磁巻線１０に界磁電流を通電する界磁回路部２０と、固定子巻線３Ｂに多相固定子電流を通電するインバータパワー回路部３０と、界磁回路部２０およびインバータパワー回路部３０を制御する制御回路部４０が搭載されている。また、インバータパワー回路部３０および制御回路部４０の軸方向リヤ側に、インバータパワー回路３０および制御回路部４０を覆う樹脂製のリヤカバー４５が配設されている。なお、本明細書及び特許請求の範囲では、回転子１０を中心として、プーリ９が取り付けられている側をフロント側又は前方側、界磁コア１１が取り付けられている側をリヤ側又は後方側と呼ぶ。

また、リヤベアリング５の軸方向リヤ側には、爪状磁極８Ａ及び８Ｂの磁極位置を検出するための磁極位置検出センサ１５がリヤベアリング５に近接して配置されている。本例の磁極位置検出センサ１５は、ステータ部１５ａ及びロータ部１５ｂで構成されている。磁極位置検出センサ１５のステータ部１５ａは、リヤベアリング５の軸方向リヤ側に配置され、リヤブラケット２のベアリング収納部からリヤ側に円筒状に突出した円筒部２ｃに固定される。磁極位置検出センサ１５のロータ部１５ｂは回転軸７の略後端部７ａに配設されており、リヤベアリング５と磁極位置検出センサ１５の間には空間Ａが存在している。

本実施の形態では、界磁巻線１０が装着された界磁コア１１はリヤブラケット２に固定されており、界磁巻線１０の巻線端部１０ａは、スリップリング及びブラシを介さずにターミナルモールド１４にインサートされたターミナル１３を介して、界磁回路部２０のターミナル２６に接続されている。そのため、磁極位置検出センサ１５とリヤベアリング５の間には、空間Ａのみが存在しブラシ及びスリップリングが存在しないので、ブラシ及びスリップリングを介した界磁電流が流れる経路が存在しない。

駆動及び発電が可能な制御装置一体型の回転電機においては、駆動時にバッテリハーネス、固定子等に大電流が流れ、車両のバッテリ電圧が低下する。このため、駆動及び発電が可能な制御装置一体型の回転電機においては、界磁巻線の巻数を少なくし、界磁巻線の抵抗を下げて界磁電流を大きくすることにより、回転電機に必要な起磁力を得る必要がある。このため、ブラシ及びスリップリングを備えた制御装置一体型回転電機が、従来の同体格の車両用交流発電機と同一の発電出力を得るためには、発電時の界磁電流も従来の車両用交流発電機よりも大きくなり、ブラシの温度上昇が大きく、ブラシ排出粉も多くなり、ブラシ寿命が短くなるという問題点あった。

しかしながら、本実施の形態のように、駆動及び発電が可能な制御装置一体型の回転電機において、ブラシ及びスリップリングを介さずに界磁回路部２０と界磁巻線１０を接続することにより、従来のようなブラシ排出粉、ブラシ寿命の問題を解決することができる。また、界磁電流が大きくなるためブラシの発熱が伝熱により界磁回路部２０の温度上昇の一部となっていたが、ブラシの発熱がなくなるため、界磁回路部２０の温度上昇を低減することができ、信頼性及び耐久性が向上する。

さらに、制御装置一体型回転電機においてブラシおよびスリップリングを用いることがないため、ブラシ磨耗粉が磁極位置検出センサ１５にかかり、磁極位置検出センサ１５の検出精度が悪化することがなく、磁極位置検出センサ１５の信頼性を向上することができる。

さらに、制御装置一体型回転電機においてブラシおよびスリップリングを用いることがないため、リヤベアリング５と磁極位置センサ１５の軸方向距離を小さくすることができ、回転軸７の磁極位置センサ１５を取付けている後端部７ａの振れによる磁極位置センサ１５の検出精度の悪化を抑えることができ、磁極位置センサ１５の検出精度を向上することができる。

さらに、制御装置一体型回転電機においてブラシおよびスリップリングを用いることがないため、リヤベアリング５と磁極位置センサ１５の間に界磁電流を流れる経路が構成されないので、界磁電流によって生じる磁極位置センサ１５への電磁ノイズを低減することができ、磁極位置センサ１５の検出精度を向上することができる。

図４は本実施の形態の制御装置一体型回転電機１００の制御回路図である。図において、制御装置一体型回転電機１００は、固定子３の電機子巻線３Ｂと、界磁コア１１の界磁巻線１０を備え、固定子３の電機子巻線３Ｂは、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルにより構成されている。インバータパワー回路部３０では、上アーム３１Ａを構成するスイッチング素子（パワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）３１及び並列ダイオードと、下アーム３２Ｂを構成するスイッチング素子３２及び並列ダイオードとを２組直列に接続したものを１セットとし、当該セットを３個並列に配置することによりインバータを構成している。そして、当該インバータにはコンデンサ１０２が並列に接続されている。電機子巻線３Ｂの各相の端部は、交流配線を介して上記直列に接続した上アーム３１Ａのスイッチング素子３１と下アーム３２Ｂのスイッチング素子３２の中間接続点にそれぞれ接続されている。また、バッテリ１０１の正極端子及び負極端子が、直列配線を介して上記インバータパワー回路部３０の正極側及び負極側に接続されている。

界磁回路部２０は、ターミナル２６、ターミナル１３及び界磁巻線１０の巻線端部１０ａ（図１参照）を介して界磁巻線１０に界磁電流を供給する。制御回路部４０は、インバータパワー回路部３０の上アーム３１Ａのスイッチング素子３１と下アーム３２Ｂのスイッチング素子３２のスイッチング動作を制御すると共に、界磁回路部２０を制御して界磁巻線１０に流す界磁電流を調整する。

次に、図４に基づいて、本実施の形態の制御装置一体型回転電機１００の制御動作の概要を簡単に説明する。エンジン始動時に、バッテリ１０１から直流電力がインバータパワー回路部３０に給電される。制御回路部４０は、インバータパワー回路部３０の各スイッチング素子３１、３２をＯＮ／ＯＦＦ制御して、上記直流電力を三相交流電力に変換する。そして、この三相交流電力が回転電機１００の電機子巻線３Ｂに供給される。一方、制御回路部４０からの指令に基づき、界磁回路部２０は界磁巻線１０に界磁電流を供給する。界磁巻線１０の周囲に発生する磁束と、固定子３の電機子巻線３Ｂに流れる電流とが鎖交することで、駆動トルクが発生する。この駆動トルクにより、回転子６が回転駆動され、プーリ９からベルト（図示せず）を介してエンジンのクランクシャフトへと伝達され、エンジンが始動する。

一方、エンジン運転状態では、エンジンの回転動力がクランクシャフトからベルト（図示せず）を介してプーリ９へ伝達される。この駆動力により、回転軸７に固定された回転子６が回転する。これにより、界磁巻線１０の発生する磁束が、固定子３の電機子巻線３Ｂと鎖交するため、電機子巻線３Ｂに三相交流電圧が誘起される。そして、制御回路部４０がインバータパワー回路部３０の各スイッチング素子３１、３２をＯＮ／ＯＦＦ制御し、電機子巻線３Ｂに誘起された三相交流電力を直流電力に変換して、バッテリ１０１を充電する。

次に、リヤブラケット２の後方に配設されたインバータパワー回路部３０、界磁回路部２０、制御回路部４０の配置関係を説明する。制御回路部４０は、界磁回路部２０と軸方向から見て重なるように配設され、インバータパワー回路部３０と、界磁回路部２０及び制御回路部４０が、軸方向から見て回転軸７を囲むように略円環状に配置されており、インバータパワー回路部３０は、リヤブラケット２の略円筒状外径２ｄより内側に配置されている。

本実施の形態の回転電機は３相の回転電機の例であり、インバータパワー回路部３０は３相それぞれ独立したインバータパワー回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗを備えている。電機子巻線３Ｂに電流を供給するためのインバータパワー回路用の半導体スイッチング素子のうち、バッテリの正端子側のスイッチング素子３１が、インバータパワー回路冷却用ヒートシンク３３に搭載されている上アームとして、バッテリの負端子側のスイッチング素子３２が、インバータパワー回路冷却用ヒートシンク３４に搭載されている下アームとして構成されている。また、インバータパワー回路部３０は、上アームと下アームが各相に対して１対からなり、インバータパワー回路冷却用ヒートシンク３３、３４の、スイッチング素子３１、３２が搭載される面が上アームと下アームで対向するように構成され、それぞれインバータパワー回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗを構成している。インバータパワー回路用のスイッチング素子３１、３２は各アームに複数個搭載されている。インバータパワー回路冷却用ヒートシンク３３、３４のフィン３３ａ、３４ａ間の通風路は回転軸の軸方向と略同方向となるように配置されている。

また、樹脂製のリヤカバー４５が、インバータパワー回路部３０、界磁回路部２０、制御回路部４０のリヤ側及び外周側を覆うように構成されており、インバータパワー回路冷却用ヒートシンク３３、３４のフィン３３ａ、３４ａの軸方向後方部に、ヒートシンク３３、３４のフィン３３ａ、３４ａに対向するように空気通風孔５０、５１が設けられている。

界磁回路部２０は、界磁巻線１０に電流を供給するための界磁回路用の半導体スイッチング素子２１が界磁冷却用ヒートシンク２２に搭載され、外部との信号の入出力用のコネクタ２３を有する樹脂ケース２４、カバー２５に内包されており、制御回路部４０も同じく樹脂ケース２４、カバー２５に内包されている。界磁回路冷却用ヒートシンク２２のフィン２２ａ間の通風路は回転軸７の径方向とほぼ平行になるように構成されており、前述のケース４５には、界磁冷却用ヒートシンク２２のフィン２２ａの径方向外側に空気通風孔５２が設けられている。

回転子コア８の軸方向前端部に取り付けられたフロントファン１６による冷却風６０は、フロントブラケット１の前面に形成された吸入孔１ａより吸入され、固定子巻線３Ｂを冷却し、フロントブラケット１の側面に形成された排出孔１ｂから排出される。一方、回転子コア８の軸方向後端部に取り付けられたリヤファン１７による冷却風６１は、ケース４５に構成された通風路５０、５１、５２から吸入され、インバータパワー回路冷却用ヒートシンク３３、３４のフィン３３ａ、３３ｂ間および界磁回路冷却用ヒートシンク２２のフィン２２ａ間を通ることによりインバータパワー回路部３０および界磁回路部２０を冷却し、リヤブラケット２の後面に形成された通風孔２ａを通り、固定子巻線３Ｂを冷却し、リヤブラケット２の側面に設けられた排出孔２ｂから排出される。

このように、回転子コア８の軸方向前端部及び軸方向後端部にファン１６、１７を配置し、従来のブラシ及びブラシホルダが搭載されていた空間に界磁回路部２０、制御回路部４０を搭載することにより、固定子巻線３Ｂ、インバータパワー回路部３０、界磁回路部２０の温度上昇の悪化を招くことなく、制御装置一体型回転電機の軸方向寸法の小型化が可能となり、車両等への搭載性が向上される。

また、本実施の形態では、爪状磁極８Ａ及び８Ｂの間に磁石１８が配設されている。本実施の形態の構成では、固定子３と爪状磁極８Ａ、８Ｂ間の空隙だけでなく、爪状磁極８Ａ、８Ｂと界磁コア１１間の空隙が存在するため、同じ体格の回転電機と比較して駆動及び発電の出力が低下するが、爪状磁極８Ａ及び８Ｂ間に磁石１８を配置することにより、駆動・発電の出力低下を抑制することが可能となる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機の構造を示す一部断面図、図６及び図７は図５の制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図であり、図６はカバー及び制御回路部を取り外した状態、図７はカバーを取り外した状態を示す図である。

本実施の形態では、インバータパワー回路部３０の半導体スイッチング素子３１及び３２と、界磁回路部２０の半導体スイッチング素子２１を同一の金属基板３５に搭載する。この金属基板３５は、回転軸の軸方向と略垂直な向きに略同一平面状になるように形成され、インバータパワー回路部３０と界磁回路部２０を搭載している。

インバータパワー回路部３０は、各相それぞれ独立したインバータパワー回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗを備えている。各インバータパワー回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗ及び界磁回路部２０は回転軸７を囲むように略円環状に配置されており、かつインバータパワー回路部３０及び界磁回路部２０は、リヤブラケット２の略円筒状外径２ｄより内側に配置されている。そして、制御回路部４０の基板がインバータパワー回路部３０および界磁回路部２０の軸方向リヤ側に配置されている。制御回路部４０の基板は、回転軸７の軸方向と略垂直な向きに配置され、インバータパワー回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗ及び界磁回路部２０を覆う広い制御素子搭載面積を有する。

金属基板３５には、インバータパワー回路部３０および界磁回路部２０を冷却するためのヒートシンク３６が金属基板３５の軸方向フロント側に取り付けられ、インバータパワー回路部３０、界磁回路部２０及び制御回路部４０は、前記ヒートシンク３６と、外部との信号の入出力用のコネクタ２３を有する樹脂ケース７０および金属カバー７１に内包されている。

インバータパワー回路部３０および界磁回路部２０を冷却するヒートシンク３６のフィン３６ａ間に形成される通風路は、回転軸７の径方向と略同方向になるように設置されている。回転子コア８の後端部に取り付けられたリヤファン１７による冷却風６１は、冷却用ヒートシンク３６の径方向外側から吸入され、冷却用ヒートシンク３６のフィン３６ａ間を通ることによりインバータパワー回路部３０および界磁回路部２０を冷却し、リヤブラケット２のリヤ面に構成された通風孔２ａを通り、固定子巻線３Ｂを冷却し、リヤブラケット２の側面に設けられた排出孔２ｂから排出される。

以上のように本実施の形態によれば、インバータパワー回路部３０及び界磁回路部２０を回転軸７の軸方向と略垂直な向きの金属基板３５に搭載すると共に、制御回路部４０の基板をインバータパワー回路部３０および界磁回路部２０の軸方向リヤ側に配置しているので、制御回路部４０の基板の制御素子搭載面積を大きくすることができ、制御回路規模が大きい場合においても、制御回路部４０がインバータパワー回路部３０および界磁回路部２０の冷却性を阻害することがなく、インバータパワー回路部３０および界磁回路部２０の温度上昇を低減することが可能となる。また、同時に回転電機１００の小型化が可能となる。

また、制御回路部４０が回転電機１００の中でも発熱量が大きい固定子巻線３Ｂ及び界磁巻線１０から離して構成することができるので、固定子巻線３Ｂおよび界磁巻線１０から制御回路部４０への伝熱の影響が少なくなり、制御回路部４０の温度上昇も抑えることが可能となり、信頼性及び耐久性が向上する。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による制御装置一体型回転電機の構造を示す一部断面図、図９及び図１０は図８の制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図であり、図９はカバーを取り外した状態、図１０はカバーを取り付けた状態を示す図である。

本実施の形態では、インバータパワー回路部３０は、各相毎のインバータパワー回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗで構成されている。そして、各インバータパワー回路３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは、回転軸７を囲むように略円環状に配置されており、インバータパワー回路部３０はリヤブラケット２の略円筒状外径２ｄより内側に配置されている。

実施の形態１と同様に、インバータパワー回路用半導体スイッチング素子３１、３２はインバータパワー回路冷却用ヒートシンク３３、３４に搭載されており、インバータパワー回路冷却用ヒートシンク３３、３４のフィン３３ａ、３３ｂ間の通風路は回転軸の軸方向と略同方向となるように配置されている。

樹脂ケース８０が、インバータパワー回路部３０の外周側及びリヤ側を覆うように構成されている。この樹脂ケース８０には、インバータパワー回路冷却用のヒートシンク３３、３４のフィン３３ａ、３４ａの軸方向リヤ側に、ヒートシンク３３、３４のフィン３３ａ、３４ａに対向するように空気通風孔５０、５１が設けられている。

界磁回路部２０はインバータパワー回路部３０の径方向外側に配置され、制御回路部４０は界磁回路部２０の径方向外側に配置されている。界磁回路部２０及び制御回路部４０は、外部との信号の入出力用のコネクタ２３を有する前記樹脂ケース８０と金属カバー８１に内包されている。

以上のように本実施の形態によれば、インバータパワー回路部３０を回転軸７を囲むように略円環状に配置し、界磁回路２０および制御回路部４０をインバータパワー回路部３０の径方向外側に配置したので、インバータパワー回路部３０のスイッチング素子３１、３２を搭載する面積を大きくすることができ、スイッチング素子数の増加やスイッチング素子間の距離を長くすることが可能となる。また、インバータパワー回路冷却用のヒートシンク３３、３４の面積を大きくすることが可能となり、インバータパワー回路部３０の温度上昇を低減することが可能となり、信頼性及び耐久性が向上する。

また、界磁回路２０および制御回路部４０をインバータパワー回路部３０の径方向外側に配置したので、界磁回路部２０及び制御回路部４０が、インバータパワー回路部３０の冷却性を阻害することがなく、インバータパワー回路部３０の温度上昇を低減することが可能となる。さらに、回転電機１００の軸方向の長さを短くすることが可能となり、小型化が図れると共に車両の搭載性が向上される。

この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機の構造を示す断面図である。この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図である。この発明の実施の形態１による制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図である。この発明の実施の形態１の制御装置一体型回転電機の制御回路図である。この発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機の構造を示す一部断面図である。この発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図である。この発明の実施の形態２による制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図である。この発明の実施の形態３による制御装置一体型回転電機の構造を示す一部断面図である。この発明の実施の形態３による制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図である。この発明の実施の形態３による制御装置一体型回転電機をリヤ側から見た図である。

符号の説明

１フロントブラケット、２リヤブラケット、３固定子、
４フロントベアリング、５リヤベアリング、６回転子、７回転軸、
８回転子コア、８Ａ，８Ｂ爪状磁極、１０界磁巻線、１１界磁コア、
１２ボビン、１５磁極位置検出センサ、１６，１７ファン、２０界磁回路部、
４０制御回路部、１００制御装置一体型回転電機。

Claims

ハウジングに支持され固定子巻線が巻回された固定子と、
上記ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、
上記回転軸に固定された回転子コア及びこの回転子コアの外周部に形成され上記固定子と空隙を介して対向配置される一対の爪状磁極を備えた回転子と、
上記リヤ側ハウジングに固定され、上記回転子コア及び上記爪状磁極に対して空隙を介して配置され、界磁巻線が装着されている界磁コアと、
上記リヤ側ハウジングの軸方向後方に設置され上記界磁巻線に界磁電流を供給する界磁回路部と、
上記リヤ側のハウジングの軸方向後方に設置され上記固定子巻線に多相固定子電流を供給するインバータパワー回路部と、
上記リヤ側のハウジングの軸方向後方に設置され上記界磁回路部及び上記インバータパワー回路部を制御する制御回路部とを備えた制御装置一体型回転電機。
上記回転軸は上記ハウジングにフロントベアリング及びリヤベアリングを介して回転自在に支持され、上記爪状磁極の磁極位置を検出するための磁極位置検出センサを、上記回転軸の上記リヤベアリングの軸方向後方位置に設置したことを特徴とする請求項１に記載の制御装置一体型回転電機。
上記一対の爪状磁極の間に磁石が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御装置一体型回転電機。
上記回転子コアの前端部にフロントファンが設けられ、上記フロント側ハウジングの上記フロントファンに対応する位置に冷却風を吸入する通風孔と冷却風を排出する排出孔が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
上記回転子コアの後端部にリヤファンが設けられ、上記リヤ側ハウジングの上記リヤファンに対応する位置に冷却風を吸入する通風孔と冷却風を排出する排出孔が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
上記リヤ側ハウジングの軸方向後方に設置された上記インバータパワー回路部及び上記界磁回路部が、上記回転軸を囲むように略円環状に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
上記制御回路部が、上記界磁回路部に対して上記回転軸の軸方向後方に重なるように配設され、上記インバータパワー回路部、上記界磁回路部、及び上記制御回路部が上記回転軸を囲むように略円環状に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の制御装置一体型回転電機。
上記回転子コアの後端部にリヤファンが設けられると共に上記リヤ側ハウジングの上記リヤファンに対応する位置に冷却風を吸入する通風孔が設けられ、上記界磁回路部の冷却用ヒートシンクのフィンが上記回転軸の径方向に延設され、冷却風が上記フィンの上記回転軸の径方向外側から流入し上記リヤハウジングの上記通風孔に吸入されるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
上記回転子コアの後端部にリヤファンが設けられると共に上記リヤ側ハウジングの上記リヤファンに対応する位置に冷却風を吸入する通風孔が設けられ、上記インバータパワー回路部の冷却用ヒートシンクのフィンが上記回転軸の軸方向に延設され、冷却風が上記フィンの上記回転軸の軸方向後方から流入し上記リヤハウジングの上記通風孔に吸入されるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
上記インバータパワー回路部と上記界磁回路部が上記回転軸の軸方向に垂直な略同一平面状の基板に配置され、上記制御回路部が上記インバータパワー回路部および上記界磁回路部を備えた上記基板の上記回転軸の軸方向後方に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の制御装置一体型回転電機。
上記回転子コアの後端部にリヤファンが設けられると共に上記リヤ側ハウジングの上記リヤファンに対応する位置に冷却風を吸入する通風孔が設けられ、上記インバータパワー回路部および上記界磁回路部の冷却用ヒートシンクのフィンが上記回転軸の径方向に延設され、冷却風が上記フィンの上記回転軸の径方向外側から流入し上記リヤハウジングの上記通風孔に吸入されるようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の制御装置一体型回転電機。
上記インバータパワー回路部が上記回転軸を囲むように略円環状に配置され、上記界磁回路および上記制御回路部が上記インバータパワー回路部の径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に制御装置一体型回転電機。
上記回転子コアの後端部にリヤファンが設けられると共に上記リヤ側ハウジングの上記リヤファンに対応する位置に冷却風を吸入する通風孔が設けられ、上記インバータパワー回路部の冷却用ヒートシンクのフィンが上記回転軸の軸方向に延設され、冷却風が上記フィンの上記回転軸の軸方向後方から流入し上記リヤハウジングの上記通風孔に吸入されるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の制御装置一体型回転電機。