CN1913297A - 车辆用旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种能够提高构成逆变器组件的开关元件的冷却性能、而且使整个旋转电机的大小可小型化的车辆用旋转电机。包括：具有电枢绕组16a的定子16；具有旋转轴13的转子15；设置在转子15上的冷却风扇17；支持定子16并支持旋转轴13并使其能够旋转的前端盖10及后端盖11；以及设置在后端盖11的轴向壁面的外侧的罩壳30，在后端盖11与罩壳30之间的空间，沿轴向相邻配置成对的开关元件41a及41b，在罩壳30的径向外周形成吸入外部空气的通风孔31a及31b，利用冷却风扇17的旋转，外部空气从通风孔31a及31b沿径向对开关元件41a及41b流通，通过后端盖11上设置的吸入孔11a及排出孔11b流出。

Description

车辆用旋转电机

技术领域

本发明涉及装有进行逆变器控制的功率元件单元的旋转电机，特别涉及电动发电机、动力转向电动机等所用的逆变器一体型的车辆用旋转电机。

背景技术

以往，对旋转电机进行逆变器控制的功率元件单元，例如如专利文献1所示，具有由多个开关元件(功率晶体管、MOSFET、IGBT等功率元件)、以及与各开关元件并联连接的二极管所构成的逆变器组件。

逆变器组件将构成上桥臂的开关元件及二极管、以及构成下桥臂的开关元件及二极管串联连接的部分作为一组，并将三个该组并联连接。

电枢绕组进行Y联接，Y联接的各相的端部通过交流布线与各相所对应的串联连接的上桥臂开关元件和下桥臂开关元件的中点，进行电连接。

另外，电池的各端分别通过直流布线，其正极端与逆变器组件的正极侧电连接，其负极端与逆变器组件的负极侧进行电连接。

在逆变器组件中，根据控制电路的指令来控制各开关元件的开关动作。另外，控制电路控制励磁电流控制电路，调节流过转子的励磁绕组的励磁电流。

逆变器组件的开关元件在驱动旋转电机时，由于在它进行开关时及导通时会产生大的功耗，因此构成逆变器组件的各开关元件的冷却就成为特别重要的问题。

例如，在专利文献1所揭示的冷却方式中，是在旋转电机的轴向的一端，将包含逆变器组件的功率元件单元沿圆周方向配置在散热器上，沿着在径向有流通路径的冷却散热片，使冷却风流过依次相邻的冷却散热片的流通路径，通过这样来冷却散热器。

[专利文献1]特开2004-274992号公报(第17-19、图1-图5)

上述专利文献1所揭示的旋转电机中的冷却方式，由于是通过沿着在径向有流通路径的冷却散热片使冷却风流过依次相邻的冷却散热片的流通路径，来冷却散热器，因此存在的问题是，加热了的冷却风将流过相邻的冷却散热片，使冷却性能降低。

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供能够提高构成逆变器组件的开关元件的冷却性能、而且使整个旋转电机的大小可小型化的车辆用旋转电机。

发明内容

本发明有关的车辆用旋转电机，包括：配置有电枢绕组的定子；具有旋转轴、并配置在上述定子的内侧的转子；设置在上述转子上的冷却风扇；支持并固定定子、同时支持上述旋转轴并使其能够旋转的机座；以及配置在上述旋转轴的轴向的上述机座的一个壁面的外侧而覆盖上述一个壁面、并在与上述机座的一个壁面之间形成空间的罩壳，

在上述空间内，将构成与上述电枢绕组连接的逆变器电路的串联连接的上桥臂及下桥臂的开关元件，沿上述旋转轴的轴向相邻配置，

在上述罩壳的径向外周，形成吸入外部空气的通风孔，

在上述机座的一个壁面上，形成将上述空间内的空气吸入上述机座内的吸入孔，

在上述机座的径向外周，形成排出上述机座内的空气的排出孔，

通过使上述冷却风扇旋转，上述外部空气对上述上桥臂及下桥臂的开关元件从径向的外周向内周从上述通风孔流通，并通过上述吸入孔从上述排出孔排出。

根据本发明，能够提高开关元件的冷却性能，而且使整个车辆用旋转电机的大小可小型化。

附图说明

图1所示为本发明有关的车辆用旋转电机的实施形态1的剖视图。

图2为从轴向来看图1的功率元件单元的侧视图。

图3为说明具有功率元件单元的旋转电机的动作用的电路图。

图4所示为本发明有关的车辆用旋转电机的实施形态2的剖视图。

[标号说明]

1旋转电机，1a旋转电机部分，4功率元件单元，5电池，6支柱，8直流布线，9交流布线，10前端盖，11后端盖，11a吸入孔，11b排出孔，12支持用轴承，13轴，14励磁绕组，15转子，16定子，16a电枢绕组，17冷却风扇，18传动轮，19刷握，20电刷，21滑环，22旋转位置检测传感器，30罩壳，31a、31b、31c通风孔，32盖板，40逆变器组件，41a、41b开关元件，42二极管，43电容器，44控制电路，44a控制电路基板，45励磁电流控制电路，46上桥臂，47下桥臂，50内侧散热器，50a、51a冷却用散热片，51外侧散热器，60导板，60a突出部分。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明有关的车辆用旋转电机的实施形态。

实施形态1

图1所示为本发明有关的车辆用旋转电机的实施形态1的剖视图。图2为从轴向来看图1的功率元件单元的侧视图。是将功率元件单元形成一体化或接近配置的旋转电机。

如图1所示，旋转电机1的构成，包括：由前端盖10及后端盖11构成的机座、具有电枢绕组16a的定子16、以及具有轴(旋转轴)13及励磁绕组14的转子15，定子16支持并固定在机座内，转子15配置在定子16的内侧，使得励磁绕组14与电枢绕组16a相对，同时转子15的轴13由设置在机座上的支持用轴承12支持，转子15与定子16同轴，并能够旋转。在转子15的轴向的两个端面，固定有冷却风扇17。

在轴13的前侧(前端盖10的外侧)的端部，固定有传动轮18，在轴13的后侧(后端盖11的外侧)，将刷握19安装在后端盖11上，在轴13的后侧，安装有一对滑环21，在刷握19内配置与滑环21滑动接触的一对电刷20。另外，在轴13的后侧端部，设置旋转位置检测传感器(旋转变压器等)22。传动轮18通过未图示的传动带与发动机的旋转轴联结，将发动机的旋转向传动轮18传递。刷握19、电刷20及滑环21是对励磁绕组14供给直流功率的功率供给机构。

在后端盖11的再在后侧，设置覆盖刷握19等的功率供给机构的罩壳30，在后端盖11与罩壳30之间的空间内，配置功率元件单元4。在罩壳30的轴向外壁面上，配置装有控制电路44的控制电路基板44a，控制电路基板44a用盖板32覆盖。

功率元件单元4具有在轴向形成规定间隙、并对置的一对内侧散热器50及外侧散热器51，内侧散热器50及外侧散热器51利用图2所示的支柱6，固定在后端盖11上，参照图1及图2所示，上桥臂及下桥臂的多组开关元件41a及41b，沿圆周方向排列在内侧及外侧散热器50及51的轴向相对的内壁面上，内侧及外侧散热器50及51在轴向相对的外壁面上，具有沿径向有流通路径的冷却用散热片50a及51a。通过设置内侧散热器50及外侧散热器51，使冷却效果增大。

冷却用散热片50a及51a可以在内侧及外侧散热器50及51的整个表面上设置，也可以沿圆周方向隔开一定间隔设置。

开关元件41a及41b分别利用焊接与内侧及外侧散热器50及51连接。

在罩壳30的圆周方向的壁面，设置与各冷却用散热片50a及51a的外周面相对并接近的通风孔31a及31b。通风孔31a及31b最好与开关元件41a及41b相对开孔。

利用冷却风扇17的旋转，如箭头F所示，形成新鲜的外部空气从通风孔31a及31b通过各冷却用散热片50a及51a，从后端盖11的吸入孔11a吸入，从排出孔11b排出的风路，内侧及外侧散热器50及51始终利用外部空气的冷却风来进行冷却。后端盖11的吸入孔11a设置在接近冷却散热片50a及51a的内周端的部分，这在提高冷却效果上是有好处的。

这样，由于内侧及外侧散热器50及51始终利用新鲜的外部气体的冷却风进行冷却，因此冷却开关元件41a及41b的冷却性能提高，而且由于是利用后端盖11与罩壳30之间的空间，因此能够使整个车辆用旋转电机的大小实现小型化。

如图2所示，功率元件单元4在内侧散热器50的壁面上装有由电路上四个并联连接的下侧桥臂的开关元件41a构成的U、V、W的三相部位(U相部位、V相部位、W相部位)，另外虽未图示，但在外侧散热器51的壁面上装有由电路上四个并联连接的上侧桥臂的开关元件41b构成的U、V、W的三相部位(U相部位、V相部位、W相部位)。开关元件41a及41b也可以是分立型、TPM型、裸芯片型的任一种类型。

这样，通过分别并联连接多个开关元件41a及41b，能够减小每一个开关元件41a及41b的通电量，能够使用通电容量小的便宜的开关元件41a及41b，能够降低价格。

图3为说明具有功率元件单元的旋转电机的动作用的电路图。

如图3所示，旋转电机部分具有卷绕在定子上的电枢绕组16a、以及卷绕在转子上的励磁绕组14，电枢绕组16a是将三相(U相、V相、W相)绕组进行Y联接(星形联接)而构成。功率元件单元4具有由多个开关元件(功率晶体管、MOSFET、IGBT等)41a及41b、和与各开关元件41a及41b并联连接的二极管42构成的逆变器组件40；以及与逆变器组件40并联连接的电容器43。逆变器组件40。逆变器组件40将构成上桥臂46的开关元件41a及二极管42、和构成下桥臂47的开关元件41b及二极管42串联连接的部分作为一组，将三个该组并联连接。

电枢绕组16a的Y联接的各相的端部通过交流布线9与对应的组的上桥臂46的开关元件41a和下桥臂47的开关元件41b的中点电连接。另外，电池5的正极端及负极端分别通过直流布线8与逆变器组件40的正极侧电连接及负极侧电连接。

根据控制电路44的指令，控制逆变器组件40中的各开关元件41a及41b的开关动作。另外，控制电路44控制励磁电流控制电路45，调节流过转子的励磁绕组14的励磁电流。

在图3所示的电路图中，在发动机启动时，从电池5通过直流布线8向功率元件单元4供给直流功率，控制电路44对逆变器组件40的各开关元件41a及41b进行开/关控制，将直流功率变换为三相交流功率。变换后的三相交流功率通过交流布线9供给旋转电机部分1a的电枢绕组16a，在利用励磁电流控制电路45从电池5供给励磁电流的转子励磁绕组14的周围，产生旋转磁场，驱动转子旋转，通过安装在转子轴上的传动轮、传动带、曲轴皮带轮、以及离合器(连接)，发动机启动。

另外，若发动机启动，则发动机的旋转动力通过曲轴皮带轮、传动带、以及安装在旋转电机部分1a的转子轴上的传动轮，驱动转子旋转，在电枢绕组16a上感应出三相交流电压，控制电路44对各开关元件41a及41b进行开/关控制，将电枢绕组16a上感应的三相交流电压变换为直流功率，对电池5进行充电。

实施形态2

图4所示为本发明有关的车辆用旋转电机的实施形态2的剖视图，与图1相同的标号表示同一部分或相当部分。

在图4中，各部分的构成实质上与上述实施形态1相同，与上述实施形态1的不同点在于，在罩壳30的外周设置一个通风孔31c，并设置一体形成截面为三角形的突起60a的导板60，使得内侧及外侧散热器50及51的外周端连接。

在本实施形态2中，若冷却风扇17旋转，则如箭头F所示，形成新鲜的外部空气从通风孔31c吸入，吸入的外部空气利用形成有突起60a的导板60向两个方向分配，分配的外部空气通过各冷却散热片50a及51a，从后端盖11的吸入孔11a吸入，从排出孔11b排出的风路。

这样，由于内侧及外侧散热器50及51始终利用新鲜的外部气体的冷却风进行冷却，因此冷却开关元件41a及41b的冷却性能提高，而且由于是利用后端盖11与罩壳30之间的空间，因此能够使整个车辆用旋转电机的大小实现小型化。另外，由于是采用将吸入的外部空气利用导板60进行分配的结构，因此能够形成一个通风孔31c，能够简化结构。

另外，在上述实施形态1及2中，所示的是将开关元件41a及41b分别设置在散热器50及51上的例子，但也可以散热器仅安装某一部分的开关元件，而另一部分的开关元件例如只安装在树脂板表面上，甚至于也可以不要两方面的散热器，例如将开关元件41a及41b分别成对安装在树脂板表面上。另外，是对于转子15上配置了励磁绕组14及刷握19的车辆用旋转电机进行了说明，但也可以将本发明的上述实施形态适用于例如用永磁体形成转子的磁极、而没有励磁绕组14及刷握19的车辆用旋转电机。

工业上的实用性

本发明有关的车辆用旋转电机，可有效地用作为装在汽车等上的旋转电机。

Claims (4)

1.一种车辆用旋转电机，其特征在于，包括

配置有电枢绕组的定子；

具有旋转轴、并配置在所述定子的内侧的转子；

设置在所述转子上的冷却风扇；

支持并固定定子、同时支持所述旋转轴并使其能够旋转的机座；以及

配置在所述旋转轴的轴向的所述机座的一个壁面的外侧而覆盖所述一个壁面、并在与所述机座的一个壁面之间形成空间的罩壳，

在所述空间内，将构成与所述电枢绕组连接的逆变器电路的串联连接的上桥臂及下桥臂的开关元件，沿所述旋转轴的轴向相邻配置，

在所述罩壳的径向外周，形成吸入外部空气的通风孔，

在所述机座的一个壁面上，形成将所述空间内的空气吸入所述机座内的吸入孔，

在所述机座的径向外周，形成排出所述机座内的空气的排出孔，

通过使所述冷却风扇旋转，所述外部空气对所述上桥臂及下桥臂的开关元件从径向的外周向内周从所述通风孔流通，并通过所述吸入孔从所述排出孔排出。

2.如权利要求1所述的车辆用旋转电机，其特征在于，

所述上桥臂及下桥臂的开关元件，沿轴向互相相对配置，并对于所述上桥

臂及下桥臂的开关元件的至少一方的开关元件设置散热器。

3.如权利要求1所述的车辆用旋转电机，其特征在于，

在所述罩壳上分别与所述上桥臂及下桥臂的开关元件相对应，形成所述通风孔。

4.如权利要求1所述的车辆用旋转电机，其特征在于，具有

将从所述通风孔吸入的外部空气分别向所述上桥臂及下桥臂的开关元件分配的导板。

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