專利名稱：車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種搭載有對(duì)變換器進(jìn)行控制的執(zhí)行元件組件的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，尤其涉及在電動(dòng)發(fā)電機(jī)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向馬達(dá)等中使用的變換器一體型的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行變換器控制的執(zhí)行元件組件例如像專利文獻(xiàn)1中公開的那樣，具有由多個(gè)開關(guān)元件(功率晶體管、MOSFET、IGBT等的功率元件)以及與各開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管構(gòu)成的變換器模塊。
在變換器模塊中，將構(gòu)成上臂的開關(guān)元件及二極管和構(gòu)成下臂的開關(guān)元件及二極管串聯(lián)連接后作為一組，三個(gè)這種組并聯(lián)地進(jìn)行連接。
電樞繞組進(jìn)行Y連線，Y連線的各相的端部電氣性地連接在上臂的開關(guān)元件和下臂的開關(guān)元件的中間點(diǎn)上，上臂的開關(guān)元件和下臂的開關(guān)元件通過交流布線對(duì)應(yīng)于各相進(jìn)行串聯(lián)連接。
另外，蓄電池的各端子分別通過直流布線與變換器模塊電氣性相連，即，將正極側(cè)端子與變換器模塊的正極側(cè)電氣性相連，負(fù)極端子與變換器模塊的負(fù)極側(cè)電氣性相連。
在變換器模塊中，各開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作由控制電路的指令來控制。另外，控制電路通過控制勵(lì)磁電流控制電路對(duì)在轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線圈中流動(dòng)的勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)整。
在驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，由于變換器模塊的開關(guān)元件在該開關(guān)時(shí)及導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生大的電力損失，故構(gòu)成變換器模塊的各開關(guān)元件的冷卻成了特別重要的問題。
例如，在專利文獻(xiàn)1中公開的冷卻方式中，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸向的一端上，將包括變換器模塊的功率元件組件配置在散熱器的圓周方向上，沿著徑向上具有流通路的冷卻片，依次使冷卻風(fēng)流入相鄰的冷卻片的流通路中，以冷卻散熱器。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開2004-274992號(hào)公報(bào)(第17～19頁(yè)，圖1～圖5)在上述專利文獻(xiàn)1公開的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的冷卻方式中，由于沿著徑向上具有流通路的冷卻片依次使冷卻風(fēng)流入相鄰的冷卻片的流通路中來冷卻散熱器，故存在如下問題變暖的冷卻風(fēng)流入相鄰的冷卻片中，使冷卻性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種可提高構(gòu)成變換器模塊的開關(guān)元件的冷卻性能、且可使旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的尺寸小型化的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
本發(fā)明的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括配置有電樞繞組的定子；具有轉(zhuǎn)軸、且配置在所述定子內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子；設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子上的冷卻風(fēng)扇；支撐固定所述定子、且可旋轉(zhuǎn)地支撐所述轉(zhuǎn)軸的殼體；以及在所述轉(zhuǎn)軸軸向上的所述殼體的一方壁面的外側(cè)以覆蓋所述一方壁面的形態(tài)配置、且與所述殼體的一方壁面之間形成空間的蓋體，在所述空間中，將構(gòu)成與所述電樞繞組相連的變換器電路并串聯(lián)連接的上臂及下臂的開關(guān)元件相互鄰接地配置在所述轉(zhuǎn)軸的軸向上，在所述蓋體的所述轉(zhuǎn)軸的軸向的壁面上形成有吸入外部空氣的通風(fēng)孔，在所述殼體的一方壁面上形成有將所述空間內(nèi)的空氣吸入所述殼體內(nèi)的吸入孔，在所述殼體的徑向外周上形成有將所述殼體內(nèi)的空氣排出的排出孔，通過使所述冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，所述外部空氣相對(duì)所述上臂及下臂的開關(guān)元件從所述通風(fēng)孔向軸向流動(dòng)，并通過所述吸入孔從所述排出孔排出。
采用本發(fā)明，可以用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)提高開關(guān)元件的冷卻性能，并使車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的尺寸小型化。


圖1是表示本發(fā)明的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)施形態(tài)1的剖視圖。
圖2是從軸向看到的圖1的功率元件組件的側(cè)視圖。
圖3是用于對(duì)包括功率元件組件的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)作進(jìn)行說明的電路圖。
圖4是表示本發(fā)明的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)施形態(tài)2的剖視圖。
(元件符號(hào)說明)1旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a旋轉(zhuǎn)電機(jī)部4功率元件組件5蓄電池6支柱8直流布線9交流布線10前托架11后托架11a吸入孔11b排出孔12支撐用軸承13軸14勵(lì)磁線圈15轉(zhuǎn)子16定子16a電樞繞組17冷卻風(fēng)扇18皮帶輪19刷握20電刷21滑環(huán)22旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器
30蓋體31a、31b通風(fēng)孔32板件40變換器模塊41a、41b開關(guān)元件42二極管43電容器44控制電路44a控制電路基板45勵(lì)磁電流控制電路46上臂47下臂50內(nèi)側(cè)散熱器50a、51a冷卻用片51外側(cè)散熱器具體實(shí)施方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
實(shí)施形態(tài)1圖1是表示本發(fā)明的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)施形態(tài)1的剖視圖，圖2是從軸向看到的圖1的功率元件組件的側(cè)視圖，是一體地或相鄰地配置功率元件組件的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
如圖1所示，旋轉(zhuǎn)電機(jī)1包括由前托架10及后托架11構(gòu)成的殼體；具有電樞繞組16a的定子16；以及具有軸(轉(zhuǎn)軸)13及勵(lì)磁線圈14的轉(zhuǎn)子15，定子16被支撐固定在殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子15的結(jié)構(gòu)是將勵(lì)磁線圈14以與電樞繞組16a相對(duì)的方式配置在定子16的內(nèi)側(cè)，且轉(zhuǎn)子15的軸13被殼體上設(shè)有的支撐用軸承12支撐著，轉(zhuǎn)子15可以與定子16同軸地旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)子15的軸向的兩端面上固定有冷卻風(fēng)扇17。
在軸13的前側(cè)(前托架10的外側(cè))的端部固接著皮帶輪18，在軸13的后側(cè)(后托架11的外側(cè))的后托架11上安裝刷握19，在軸13的后側(cè)裝配一對(duì)滑環(huán)21，與滑環(huán)21滑接的一對(duì)電刷20配置在刷握19內(nèi)。另外，在軸13的后側(cè)端部設(shè)有旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器(分析器等)22。皮帶輪18通過未圖示的帶子與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳給皮帶輪18。刷握19、電刷20及滑環(huán)21是將直流電供給勵(lì)磁線圈14的電力供給機(jī)構(gòu)。
在后托架11的再后側(cè)設(shè)有覆蓋刷握19等電力供給機(jī)構(gòu)的蓋體30，在后托架11與蓋體30之間的空間中配置有功率元件組件4。在蓋體30的軸向外壁面上配置搭載有控制電路44的控制電路基板44a，控制電路基板44a被板件32覆蓋。
功率元件組件4具有在軸向上形成規(guī)定間隙的相對(duì)的一對(duì)內(nèi)側(cè)散熱器50及外側(cè)散熱器51，內(nèi)側(cè)散熱器50及外側(cè)散熱器51利用圖2中所示的支柱6固定在后托架11上，參照?qǐng)D1及圖2，在內(nèi)側(cè)及外側(cè)散熱器50、51的軸向的相對(duì)的內(nèi)壁面上設(shè)置多組上臂及下臂的開關(guān)元件41a、41b的組，并沿著周向排列，內(nèi)側(cè)及外側(cè)散熱器50、51在軸向的相對(duì)的外壁面上配設(shè)徑向具有流通路的冷卻用片50a、51a。通過設(shè)置內(nèi)側(cè)及外側(cè)散熱器50、51，冷卻效果增大。
冷卻用片50a、51a也可設(shè)置在內(nèi)側(cè)及外側(cè)散熱器50、51的整個(gè)面上，也可在周向上以一定的間隔進(jìn)行設(shè)置。
開關(guān)元件41a、41b分別利用焊接與內(nèi)側(cè)及外側(cè)散熱器50、51接合。
在蓋體30的軸向的壁面上相對(duì)各冷卻用片50a、51a的外周端設(shè)置通風(fēng)孔31a，在板件32的面上也設(shè)置通風(fēng)孔32a，外部空氣從通風(fēng)孔32a及通風(fēng)孔31a向軸向流動(dòng)。通風(fēng)孔31a、32a最好是相對(duì)開關(guān)元件41a、41b進(jìn)行開孔。將通風(fēng)孔31a、32a形成的流路變?yōu)橐粭l，可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。
利用冷卻風(fēng)扇17的旋轉(zhuǎn)，如箭頭F所示形成如下風(fēng)路新鮮的外部空氣從通風(fēng)孔32a、31a朝軸向流入，穿過各冷卻用片50a、51a，并從后托架11的吸入孔11a通過排出孔11b流出，內(nèi)側(cè)及外側(cè)散熱器50、51可始終利用新鮮的外部空氣的冷卻風(fēng)進(jìn)行冷卻。從提高冷卻效果考慮，最好將后托架11的吸入孔11a設(shè)置在接近冷卻用片50a、51a的內(nèi)周端的位置。
這樣，由于內(nèi)側(cè)及外側(cè)散熱器50、51可始終由新鮮的外部空氣的冷卻風(fēng)進(jìn)行冷卻，故可提高對(duì)開關(guān)元件41a、41b進(jìn)行冷卻的冷卻性能，而且由于利用了后托架11與蓋體30之間的空間，故可使車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的尺寸小型化。
如圖2所示，功率元件組件4在內(nèi)側(cè)散熱器50的壁面上搭載有由電路式并聯(lián)連接四個(gè)下側(cè)臂的開關(guān)元件41a構(gòu)成的U、V、W三相的部位(U相部位、V相部位、W相部位)，雖然未圖示，但在外側(cè)散熱器51的壁面上搭載有由電路式并聯(lián)連接四個(gè)上側(cè)臂的開關(guān)元件41b構(gòu)成的U、V、W三相的部位(U相部位、V相部位、W相部位)。開關(guān)元件41a、41b也可以是分立型、TPM型、裸片型(日文ベアチツプタイプ)中的任一種。
這樣，通過分別并聯(lián)地連接多個(gè)開關(guān)元件41a、41b，可減小每個(gè)開關(guān)元件41a、41b的通電量，從而可以使用通電容量小的低價(jià)的開關(guān)元件41a、41b，降低價(jià)格。
圖3是用于對(duì)具有功率元件組件的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)作進(jìn)行說明的電路圖。
如圖3所示，旋轉(zhuǎn)電機(jī)部1a包括卷繞在定子上的電樞繞組16a以及卷繞在轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁線圈14，電樞繞組16a通過Y連線(星型連線)三相(U相、V相、W相)的線圈構(gòu)成。功率元件組件4包括由多個(gè)開關(guān)元件(功率晶體管、MOSFET、IGBT等)41a、41b和與各開關(guān)元件41a、41b并聯(lián)連接的二極管42構(gòu)成的變換器模塊40；以及與變換器模塊40并聯(lián)連接的電容器43。在變換器模塊40中，將構(gòu)成上臂46的開關(guān)元件41a及二極管42和構(gòu)成下臂47的開關(guān)元件41b及二極管42串聯(lián)連接后作為一組，三個(gè)這種組并聯(lián)地進(jìn)行連接。
電樞繞組16a的Y連線的各相的端部通過交流布線9電氣性連接在對(duì)應(yīng)組的上臂46的開關(guān)元件41a和下臂47的開關(guān)元件41b的中間點(diǎn)上。另外，蓄電池5的正極側(cè)端子及負(fù)極側(cè)端子分別通過交流布線8電氣性連接在變換器模塊40的正極側(cè)及負(fù)極側(cè)。
變換器模塊40的各開關(guān)元件41a、41b的開關(guān)動(dòng)作由控制電路44的指令來控制。另外，控制電路44通過控制勵(lì)磁電流控制電路45來調(diào)整轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線圈14中流動(dòng)的勵(lì)磁電流。
在圖3所示的電路圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，直流電通過直流布線8從蓄電池5供給功率元件組件4，控制電路44對(duì)變換器模塊40的各開關(guān)元件41a、41b進(jìn)行ON/OFF控制，從而使直流電轉(zhuǎn)變成三相交流電。轉(zhuǎn)變后的三相交流電通過交流布線9供給旋轉(zhuǎn)電機(jī)部1a的電樞繞組16a，在通過勵(lì)磁電流控制電路45從蓄電池5供給勵(lì)磁電流的轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線圈14的周圍施加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過安裝在轉(zhuǎn)子的軸上的皮帶輪、皮帶、曲軸皮帶輪、離合器(ON)使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。
另一方面，如果發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力會(huì)通過曲軸皮帶輪、皮帶、安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)部1a的轉(zhuǎn)子的軸上的皮帶輪傳給轉(zhuǎn)子，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而在電樞繞組16a中感應(yīng)出三相交流電壓，控制電路44對(duì)各開關(guān)元件41a、41b進(jìn)行ON/OFF控制，使在電樞繞組16a中感應(yīng)出的三相交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電，對(duì)蓄電池5充電。
實(shí)施形態(tài)2圖4是表示本發(fā)明的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)施形態(tài)2的剖視圖，與圖1相同的符號(hào)表示相同的部分或相當(dāng)?shù)牟糠帧?br> 在圖4中，各部的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施形態(tài)1大致相同，與上述實(shí)施形態(tài)1的不同點(diǎn)在于，在蓋體30上，在通風(fēng)孔31a的內(nèi)周側(cè)還設(shè)有通風(fēng)孔31b，在板件32上，在通風(fēng)孔32a的內(nèi)周側(cè)還設(shè)有通風(fēng)孔32b。
在本實(shí)施形態(tài)2中，如果冷卻風(fēng)扇17旋轉(zhuǎn)，那么會(huì)如箭頭F所示，形成如下風(fēng)路新鮮的外部空氣從通風(fēng)孔32a、31a及通風(fēng)孔32b、31b兩個(gè)地方吸入，穿過各冷卻用片50a、51a，并從后托架11的吸入孔11a通過排出孔11b流出。
這樣，由于內(nèi)側(cè)及外側(cè)散熱器50、51可始終利用新鮮的外部空氣的冷卻風(fēng)進(jìn)行冷卻，故可提高對(duì)開關(guān)元件41a、41b進(jìn)行冷卻的冷卻性能，而且由于利用了后托架11與蓋體30之間的空間，故可以使車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的尺寸小型化。另外，通過設(shè)置兩個(gè)外部空氣的流入路，可以大幅提高冷卻效果。
另外，在上述實(shí)施形態(tài)1及2中展示了將開關(guān)元件41a、41b分別設(shè)置在散熱器50、51上的例子，但也可以只將任一側(cè)的開關(guān)元件設(shè)置在散熱器上，而將另一側(cè)的開關(guān)元件例如只是安裝在樹脂板的面上，另外，也可以去掉雙方的散熱器，例如將開關(guān)元件41a、41b安裝在成對(duì)的樹脂板面上。
另外，沒有板件32也可以。
另外，對(duì)在轉(zhuǎn)子15上配設(shè)有勵(lì)磁線圈14、刷握19的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的上述實(shí)施形態(tài)也可適用于例如不具有用永久磁體形成轉(zhuǎn)子磁極的勵(lì)磁線圈14、刷握19的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)可有效地用作搭載在汽車等上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，包括配置有電樞繞組的定子；具有轉(zhuǎn)軸、且配置在所述定子內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子；設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子上的冷卻風(fēng)扇；支撐固定所述定子、且可旋轉(zhuǎn)地支撐所述轉(zhuǎn)軸的殼體；以及在所述轉(zhuǎn)軸軸向上的所述殼體的一方壁面的外側(cè)以覆蓋所述一方壁面的形態(tài)配置、且與所述殼體的一方壁面之間形成空間的蓋體，在所述空間中，將串聯(lián)連接的上臂及下臂的開關(guān)元件相互鄰接地配置在所述轉(zhuǎn)軸的軸向上，所述上臂及下臂的開關(guān)元件構(gòu)成與所述電樞繞組相連的變換器電路，在所述蓋體的所述轉(zhuǎn)軸軸向的壁面上形成有吸入外部空氣的通風(fēng)孔，在所述殼體的一方壁面上形成有將所述空間內(nèi)的空氣吸入所述殼體內(nèi)的吸入孔，在所述殼體的徑向外周上形成有將所述殼體內(nèi)的空氣排出的排出孔，通過使所述冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，所述外部空氣相對(duì)所述上臂及下臂的開關(guān)元件從所述通風(fēng)孔向軸向流動(dòng)，并通過所述吸入孔從所述排出孔排出。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述上臂及所述下臂的開關(guān)元件在軸向上互為相對(duì)地配置，在所述上臂及所述下臂的開關(guān)元件中的至少一方開關(guān)元件上設(shè)置有散熱器。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述通風(fēng)孔對(duì)應(yīng)于所述上臂及下臂的開關(guān)元件形成在所述蓋體的壁面上。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述通風(fēng)孔形成在所述蓋體的壁面的外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可提高構(gòu)成變換器模塊的開關(guān)元件的冷卻性能、且可使旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的尺寸小型化的車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)。一種車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括具有電樞繞組(16a)的定子(16)；具有轉(zhuǎn)軸(13)的轉(zhuǎn)子(15)；設(shè)置在轉(zhuǎn)子(15)上的冷卻風(fēng)扇(17)；支撐定子(16)、且可旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)軸(13)的前托架(10)及后托架(11)；以及設(shè)置在后托架(11)的軸向的壁面外側(cè)的蓋體(30)，在后托架(11)與蓋體(30)之間的空間中，軸向相鄰地配置成對(duì)的開關(guān)元件(41a、41b)，在蓋體(30)的軸向的壁面上形成吸入外部空氣的通風(fēng)孔(31a)，通過冷卻風(fēng)扇(17)的旋轉(zhuǎn)，外部空氣從通風(fēng)孔(31a)相對(duì)開關(guān)元件(41a、41b)流動(dòng)，并通過在后托架(11)上設(shè)有的吸入孔(11a)及排出孔(11b)流出。
文檔編號(hào)H02K5/20GK1913298SQ20061011118
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者淺尾淑人, 北村裕, 阿蘇博昭 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社