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1. WO2020129111 - 回転電機

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明 細 書

発明の名称 回転電機

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007   0008   0009  

課題を解決するための手段

0010  

発明の効果

0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072  

符号の説明

0073  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

補正された請求の範囲(条約第19条)

1  *   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

条約第19条(1)に基づく説明書

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 回転電機

技術分野

[0001]
 本願は、回転電機に関するものである。

背景技術

[0002]
 回転電機は、回転子及び固定子から構成される回転電機本体部と、回転電機本体部に電力を供給するインバータ及び制御回路から構成される電力供給ユニットを備えている。省スペース性と搭載性の容易さ、また、回転電機本体部とインバータとを接続する配線ハーネスの短縮等から、回転電機本体部と電力供給ユニットとを一体化させた機電一体型の回転電機が開発されている。
[0003]
 例えば、特許文献1及び特許文献2に開示されている回転電機において、インバータは回転電機の端に取り付けられている。インバータのヒートシンクにはフィンが形成されており、回転子の端部に装着された送風ファンにより発生した冷却風がフィンを通過することでインバータを冷却している。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特表2016-537959号公報
特許文献2 : 特開2017-112807号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 しかしながら、特許文献1の技術では、パワーモジュールのヒートシンク及びそのフィンは、周方向及び径方向に延在しており、フィンは軸方向に突出している。よって、パワーモジュール、ヒートシンク、及びフィンは、周方向に広がって配置されており、周方向の配置面積が大きくなっている。そのため、複数個のパワーモジュールを搭載しようとすると、電力供給ユニットの外径が大きくなる課題があった。
[0006]
 特許文献2の技術では、パワーモジュールのヒートシンク及びフィンは、周方向及び軸方向に延在しており、フィンは径方向内側に突出している。よって、パワーモジュール、ヒートシンク、及びフィンは、周方向に広がって配置されており、周方向の配置面積が大きくなっている。そのため、複数個のパワーモジュールを搭載しようとすると、電力供給ユニットの外径が大きくなる課題があった。
[0007]
 また、特許文献2の技術では、冷却風を、回転軸付近を軸方向に流す必要があるため、冷却効率を向上させるためには、電力供給ユニットの軸方向の端部に、開口部を設ける必要があり、制御回路等の部品の配置が制限される。
[0008]
 例えば、回転電機を、自動車のエンジンルームに搭載する場合、限られた空間に設置できることが求められている。回転電機の外径の制約がある場合は、パワーモジュール及びヒートシンクの搭載により、回転電機の外径が拡大することを抑制する必要がある。
[0009]
 そこで、パワーモジュール及びヒートシンクの搭載によって、回転電機の外径が拡大することを抑制することができる回転電機が望まれる。

課題を解決するための手段

[0010]
 本願に係る回転電機は、
 複数相の巻線を備えた固定子と、
 前記固定子の径方向内側に配置された回転子と、
 前記回転子と一体回転する回転軸と、
 前記固定子及び前記回転子を収容すると共に、前記回転軸を回転可能に支持するブラケットと、
 前記巻線への通電をオンオフする電力用半導体素子を設けたパワーモジュールと、
 前記パワーモジュールのヒートシンク固定面に熱的に接続されたヒートシンクと、
 前記電力用半導体素子を制御する制御回路と、
 前記ヒートシンクの配置空間において冷媒が流れる冷媒流路と、を備え、
 前記電力用半導体素子の前記ヒートシンク固定面は、前記回転軸の径方向及び軸方向に延在し、
 前記冷媒流路では、前記ヒートシンクの配置空間において径方向に前記冷媒が流れるものである。

発明の効果

[0011]
 本願に係る回転電機によれば、パワーモジュールのヒートシンク固定面は、径方向及び軸方向に延在し、ヒートシンクは、ヒートシンク固定面の周方向の一方側又は他方側に配置される。よって、パワーモジュール及びヒートシンクが周方向に延在することを抑制することができ、パワーモジュール及びヒートシンクの周方向の配置面積が大きくなることを抑制できる。よって、パワーモジュール及びヒートシンクの搭載によって、回転電機の外径が拡大することを抑制できる。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 実施の形態1に係る回転電機の斜視図である。
[図2] 実施の形態1に係る回転電機を、回転軸の軸心を通る平面で切断した断面図である。
[図3] 実施の形態1に係る1つのパワーモジュール及びヒートシンクの斜視図である。
[図4] 実施の形態1に係る1つのパワーモジュールに設けられた電力用半導体素子の回路図である。
[図5] 実施の形態1に係る、対にされた2つのパワーモジュール及びヒートシンクを径方向外側から見た側面図である。
[図6] 実施の形態2に係る回転電機を、回転軸の軸心を通る平面で切断した断面図である。
[図7] 実施の形態3に係る回転電機を、回転軸の軸心を通る平面で切断した要部断面図である。
[図8] 実施の形態3に係る回転電機を、回転軸の軸心を通る平面で切断した要部断面図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 以下、本願に係る回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。各図において同一、または相当する部分については、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。
[0014]
1.実施の形態1
 実施の形態1に係る回転電機100について図面を参照して説明する。図1は、回転電機100の斜視図である。図2は、回転電機100を、ヒートシンク110及び回転軸4の軸心Cを通る平面で切断した模式的な断面図である。図3は、1つのパワーモジュール160及びヒートシンク110の斜視図である。図4は、1つのパワーモジュール160に設けられた電力用半導体素子の回路図であり、図5は、パワーモジュール160及びヒートシンク110を径方向外側Y2から見た側面図である。
[0015]
 本願において、回転軸4の軸心Cに平行な方向を軸方向Zと定義し、軸方向の一方側Z1をフロント側Z1と称し、軸方向の一方側Z1とは反対側である軸方向の他方側Z2をリア側Z2と称する。径方向Y及び周方向Xは、回転軸4の軸心Cについての径方向及び周方向である。
[0016]
<回転電機本体部200>
 回転電機100は、回転電機本体部200を備えている。回転電機本体部200は、複数相の巻線を備えた固定子3と、固定子3の径方向内側Y1に配置された回転子6、回転子6と一体回転する回転軸4と、固定子3及び回転子6を収容すると共に、回転軸4を回転可能に支持するブラケットと、を備えている。
[0017]
 本実施の形態では、ブラケットは、フロント側Z1のフロント側ブラケット1及びリア側Z2のリア側ブラケット2から構成されている。フロント側ブラケット1は、円筒状の外周壁と、外周壁のフロント側Z1端部から径方向内側Y1に延びた円板状の側壁とを有しており、側壁の中心部に回転軸4が貫通し、フロント側ベアリング71が固定される貫通孔が設けられている。リア側ブラケット2は、円筒状の外周壁と、外周壁のリア側Z2端部から径方向内側Y1に延びた円板状の側壁とを有しており、側壁の中心部に回転軸4が貫通し、リア側ベアリング72が固定される貫通孔が設けられている。フロント側ブラケット1とリア側ブラケット2は、軸方向Zに延びたボルト15によって連結されている。
[0018]
 回転軸4のフロント側Z1の端部は、フロント側ブラケット1の貫通孔を貫通して、フロント側ブラケット1よりもフロント側Z1に突出しており、この突出部にプーリ9が固定されている。プーリ9と、エンジンのクランクシャフトに固定されたプーリ9との間にベルトが掛け渡され(不図示)、回転電機100とエンジンとの間で、回転駆動力の伝達を行う。
[0019]
 回転軸4のリア側Z2の端部は、リア側ブラケット2の貫通孔を貫通して、リア側ブラケット2よりもリア側Z2に突出しており、この突出部に一対のスリップリング90が設けられている。一対のスリップリング90は、回転子6の界磁巻線62に接続されている。
[0020]
 回転子6は、界磁巻線62と界磁鉄心61とを備えている。回転子6は、ランデル型(クローポール型ともいう)とされている。界磁鉄心61は、円筒状の中心部と、中心部のフロント側Z1の端部から中心部の径方向外側Y2まで延びたフロント側の爪部と、中心部のリア側Z2の端部から中心部の径方向外側Y2まで延びたリア側の爪部と、を備えている。界磁巻線62の絶縁処理された銅線は、界磁鉄心61の中心部の外周面に同心状に巻回されている。フロント側の爪部とリア側の爪部とは、周方向Xに交互に設けられており、互いに異なる磁極となる。例えば、フロント側の爪部とリア側の爪部は、それぞれ6個又は8個設けられる。
[0021]
 固定子3は、微小な隙間をあけて回転子6を取り囲むよう配設され、スロットを設けた円筒状の固定子鉄心31と、固定子鉄心31のスロットに巻装された複数相の巻線32と、を備えている。複数相の巻線32は、例えば、1組の3相巻線、2組の3相巻線、又は1組の5相巻線等とされ、回転電機の種類に応じて設定される。
[0022]
 複数相の巻線32は、固定子鉄心31からフロント側Z1に突出したフロント側コイルエンド部、固定子鉄心31からリア側Z2に突出したリア側コイルエンド部を有している。複数相の巻線32のリード線は、リア側ブラケット2を貫通して、リア側Z2に延びている(不図示)。
[0023]
 フロント側ブラケット1とリア側ブラケット2とは、軸方向Zに間隔を空けて設けられている。固定子鉄心31は、フロント側ブラケット1のリア側Z2の開口端部とリア側ブラケット2のフロント側Z1の開口端部とにより軸方向両端から挟持されている。
[0024]
 回転子6(界磁鉄心61)のフロント側Z1の端部には、複数のブレードを有するフロント側送風ファン81が固定され、回転子6(界磁鉄心61)のリア側Z2の端部には、複数のブレードを有するリア側送風ファン82が取り付けられ、それらは、回転子6と一体回転する。フロント側送風ファン81及びリア側送風ファン82は、径方向外側Y2に配置されたフロント側コイルエンド部及びリア側コイルエンド部等を冷却する。
[0025]
 リア側ブラケット2は、リア側送風ファン82の径方向外側Y2の部分に、周方向に分散して複数の開口部22(以下、排気開口部22と称す)を設けており、リア側Z2の部分に、周方向に分散して複数の開口部21(以下、吸気開口部21と称す)を設けている。
[0026]
<電力供給ユニット300>
 回転電機100は、回転電機本体部200に電力を供給する電力供給ユニット300を備えている。電力供給ユニット300は、回転電機本体部200のリア側Z2に配置され、回転電機本体部200に固定されている。電力供給ユニット300は、複数の電力用半導体素子を有し、直流電源と複数相の巻線との間で直流交流変換を行うインバータと、電力用半導体素子をオンオフ制御する制御回路170とを備えている。本実施の形態では、インバータは、電力用半導体素子を設けたパワーモジュール160により構成されている。また、電力供給ユニット300は、パワーモジュール160のヒートシンク固定面16に熱的に接続されたヒートシンク110と、ヒートシンク110の配置空間において、冷媒が流れる冷媒流路180と、を備えている。
[0027]
 電力供給ユニット300は、リア側ブラケット2からリア側Z2に突出した回転軸4の突出部に設けられた一対のスリップリング90に接触する一対のブラシと、ブラシ及びスリップリング90を介して界磁巻線62に供給する電力をオンオフする界磁巻線用の電力用半導体素子(不図示)とを備えている。界磁巻線用の電力用半導体素子(スイッチング素子)は、制御回路170によりオンオフ制御される。また、回転軸4のリア側Z2の突出部には、回転軸4の回転情報を検出する回転センサ92が備えられている。回転センサ92には、ホール素子、レゾルバ、磁気センサ、電磁誘導方式等が用いられる。
[0028]
 電力供給ユニット300は、カバー101を備えている。カバー101は、制御回路170、パワーモジュール160、及びヒートシンク110等のリア側Z2及び径方向外側Y2を覆っている。カバー101は、フロント側Z1に開口する有底筒状に形成されている。径方向外側Y2を覆うカバー101の外周壁101bには、インバータを外部の直流電源に接続するための正極側電源端子151及び負極側電源端子152、並びに制御回路170を外部の制御装置に接続するための制御用コネクタ153が設けられている。
[0029]
 カバー101の外周壁101bには、カバー開口部101cが設けられており、外側に開口している。リア側Z2を覆うカバー101のリア側底壁101aには、開口部が設けられていない。カバー101のフロント側Z1は開口しており、開口部は、回転電機本体部200(リア側ブラケット2)により覆われている。
[0030]
 制御回路170は、板状(本例では、円板状)の回路基板103を備えている。制御回路170は、回路基板103を覆うケース102を備えている。回路基板103は、制御回路170を構成する電子部品が実装されたプリント基板、セラミック基板、金属基板等により構成されている。特に、車載機器においては高い振動耐久性が必要なため、回路基板103は、ケース102に、ねじ、熱加締め、リベット、接着等により固定されている。固定点は、例えば50~60mm間隔で配置されている。この間隔は一例であり、振動条件及び製品形状に合わせて変えられてもよい。
[0031]
 回路基板103は、リア側ブラケット2のリア側Z2に間隔を空けて配置されている。回路基板103は、径方向Y及び周方向Xに延在している。本実施の形態では、回路基板103の表面は、軸方向Zに直交している。なお、回路基板103の表面は、軸方向Zに直交する平面に対して、例えば、30度以内の角度で傾いていてもよい。ケース102は、回路基板103のフロント側Z1を覆っている。また、ケース102は、回路基板103の外周側を覆う周壁を備えている。回路基板103のリア側Z2は、カバー101のリア側底壁101aにより覆われている。
[0032]
 ケース102は、後述するパワーモジュール160の制御用接続部材164が貫通する開口部(不図示)が設けられている。制御用接続部材164は、回路基板103に接続される。
[0033]
 回転軸4は、リア側ブラケット2から回路基板103のフロント側Z1の面(本例ではケース102のフロント側Z1の面の直前)まで、リア側Z2に延出している。よって、回転軸4は、回路基板103及びケース102を貫通しておらず、回路基板103及びケース102のフロント側Z1に隙間を空けて配置されている。この構成によれば、回路基板103及びケース102に、回転軸4をよけるための開口部を設ける必要がなくなる。よって、回路基板103の外径を減少させ、パワーモジュール160の外径を小型化、低コスト化することができる。
[0034]
 なお、リア側ブラケット2と軸方向Zに見て重複する範囲内に電子部品を配置できれば、回路基板103に回転軸4が貫通する貫通孔が設けられてもよい。また、回路基板103は、リア側ブラケット2と軸方向Zに見て重複する範囲内に収まれば、円板状でなくてもよく、2枚以上の回路基板により構成されてもよく、それぞれの回路基板の材料が異なっていてもよい。
[0035]
 電力供給ユニット300は、1つの相の巻線に対して、図4に示すような、直流電源の正極側に接続される正極側の電力用半導体素子166Hと、直流電源の負極側に接続される負極側の電力用半導体素子166Lとが直列接続された直列回路を1セット設けている。正極側の電力用半導体素子166Hと負極側の電力用半導体素子166Lとが直列接続されている接続点が、対応する相の巻線に接続される。例えば、1組の3相の巻線が設けられる場合は、3セットの直列回路が設けられ、2組の3相の巻線が設けられる場合は、6セットの直列回路が設けられる。なお、正極側及び負極側の電力用半導体素子166H、166Lの双方又は一方が、それぞれ、並列に接続された2つの以上の電力用半導体素子により構成されてもよい。
[0036]
 電力用半導体素子には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSFET(Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のスイッチング素子が用いられる。これらは、モータなどの機器を駆動するインバータに用いられるもので、数アンペアから数百アンペアの定格電流を制御するものである。電力用半導体素子の材料として、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、ガリウムナイトライド(GaN)などが用いられてもよい。
[0037]
 本実施の形態では、1つのパワーモジュール160は、正極側の電力用半導体素子166Hと負極側の電力用半導体素子166Lとの1つの直列回路を設けている。図3及び図4に示すように、パワーモジュール160は、正極側の電力用半導体素子166Hのコレクタ端子に接続された正極側接続部材161と、負極側の電力用半導体素子166Lのエミッタ端子に接続された負極側接続部材162と、正極側の電力用半導体素子166Hのエミッタ端子と負極側の電力用半導体素子166Lのコレクタ端子との接続点に接続された巻線接続部材163と、正極側及び負極側の電力用半導体素子166H、166Lのゲート端子等に接続された制御用接続部材164と、を備えている。正極側接続部材161、負極側接続部材162、巻線接続部材163、制御用接続部材164には、導電性が良好で熱伝導率の高い銅または銅合金などの金属を用いてもよく、表面はAu、Ni、Snなどの金属材料でめっきされていてもよい。また、各端子の金属及びめっきの材質は、2種類以上で構成されてもよい。なお、1つのパワーモジュール160には、1つの電力用半導体素子が設けられてもよく、或いは3つ以上の電力用半導体素子が設けられてもよい。電力用半導体素子の数に合わせて、接続部材等の構成が変更される。
[0038]
 正極側接続部材161は、正極側電源端子151に接続される正極側配線部材に接続され、負極側接続部材162は、負極側電源端子152に接続される正極側配線部材に接続され、巻線接続部材163は、対応する相の巻線に接続される巻線配線部材に接続され、制御用接続部材164は、制御回路170に接続される。
[0039]
 電力用半導体素子は、金属基板又はセラミック基板の配線パターン、バスバー等に、はんだ、銀ペースト等の導電性材料で接合されている。金属基板は、アルミ、銅等のベース材料で構成される。セラミック基板は、アルミナ、窒化アルミ、窒化ケイ素等で構成される。バスバーは、鉄、アルミ、銅等で構成される。配線パターン及びバスバーを合わせてリードと称す。
[0040]
 パワーモジュール160は、ヒートシンク110が熱的に接続されたヒートシンク固定面16を有している。本実施の形態では、電力用半導体素子は、金属基板、セラミック基板、バスバー等の一方側の面に固定され、金属基板、セラミック基板、バスバー等の他方側の面が、ヒートシンク固定面16を構成している。なお、電力用半導体素子が固定される金属基板、セラミック基板、バスバー等の面と同じ側に、ヒートシンク固定面16が設けられてもよい。また、互いに反対側になるパワーモジュール160の2つの面が、ヒートシンク固定面16とされてもよく、それぞれの面に、ヒートシンク110が熱的に接続されてもよい。
[0041]
 本実施の形態では、ヒートシンク固定面16とヒートシンク110と間の接続には、接触熱抵抗を低減するため、伝熱材が介在している。金属基板、セラミック基板の場合は、伝熱材には、例えばグリース、接着剤、シート、ゲル等の導電性もしくは絶縁性を有する材料、又ははんだ、銀ペースト等の導電性部材が用いられる。ヒートシンク110との絶縁が必要なリードの場合は、伝熱材には、絶縁性を有する材料が用いられる。これらにより、パワーモジュール160とヒートシンク110が伝熱材を介して熱的に接続されるため、部材及び接合工程を削減し熱抵抗を低減できる。
[0042]
 リードとヒートシンク110が同電位の場合は、はんだ等の導電性部材で接続してもよく、或いは、電力用半導体素子に接合されたリードを、ばね又はねじ等によりヒートシンク110に機械的に押圧させてもよい。接合から機械的な押圧に変えることで、熱抵抗を低減しつつ、温度サイクル及び高温での劣化が軽減され、長期信頼性が向上する。また、ヒートシンク110は、パワーモジュール160と一体的にモジュール化されていてもよい。
[0043]
 パワーモジュール160は、封止樹脂165を備えている。封止樹脂165は、電力用半導体素子、正極側接続部材161、負極側接続部材162、巻線接続部材163、制御用接続部材164、及びその他の構成部品を封止する。封止樹脂165には、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等のポッティング樹脂、フッ素樹脂等の電力用半導体素子の表面のコーティング材料、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)等の成形材料が用いられる。封止樹脂165によって電力用半導体素子等の構成部品を覆うことで、例えば、異物が混入した場合、塩、泥等が入った水等がかかった場合でも絶縁性を確保することができる。また、エポキシ樹脂等の硬度が高い材料を使うことで、部品を固定でき耐振性を向上できる。なお、封止樹脂165以外の方法でパワーモジュール160を絶縁し固定できれば、封止樹脂165はなくてもよい。
[0044]
<冷却機構の配置構成>
 パワーモジュール160及びヒートシンク110は、軸方向Zにおけるリア側ブラケット2と回路基板103(本例では、ケース102)との間の空間に配置されている。パワーモジュール160のヒートシンク固定面16は、径方向Y及び軸方向Zに延在している。冷媒流路180では、ヒートシンク110の配置空間において径方向Yに冷媒としての空気が流れる。なお、冷媒は、空気以外の媒体(例えば、冷却水)であってもよい。
[0045]
 この構成によれば、パワーモジュール160のヒートシンク固定面16は、径方向Y及び軸方向Zに延在し、ヒートシンク110は、ヒートシンク固定面16の周方向Xの一方側又は他方側に配置される。よって、パワーモジュール160及びヒートシンク110が周方向Xに延在することを抑制することができ、パワーモジュール160及びヒートシンク110の周方向Xの配置面積が大きくなることを抑制できる。よって、パワーモジュール160及びヒートシンク110の搭載によって、電力供給ユニット300の外径が拡大することを抑制できる。
[0046]
 ヒートシンク110は、ヒートシンク固定面16の周方向Xの一方側又は他方側に配置される。そして、ヒートシンク110の配置空間において、冷媒が径方向Yに流れる冷媒流路180が設けられるので、軸方向Zに間隔を空けて配置されたリア側ブラケット2と回路基板103との間の空間を利用して冷媒流路180を設けることができる。そのため、冷媒をパワーモジュール160のリア側Z2に流すために、回路基板103の配置面積を小さくする必要がない。また、冷媒が径方向Yに流れるので、冷媒を、径方向内側Y1の回転軸4のリア側Z2の突出部付近を通過させることができる。そのため、回転軸4のリア側Z2の突出部付近に設けられたスリップリング90及びブラシ、回転センサ92、及びリア側ベアリング72も効率的に冷却させることができる。
[0047]
 本実施の形態では、ヒートシンク固定面16は、平面とされており、軸心Cを通る平面に沿って延在している。なお、ヒートシンク固定面16は、径方向Y及び軸方向Zに延在していれば、凹凸があってもよく、曲面であってもよい。また、ヒートシンク固定面16は、軸心Cを通り、ヒートシンク固定面16に交差する平面に対して、例えば、30度以内の角度で傾いていてもよい。
[0048]
 本実施の形態では、パワーモジュール160は、直方体状に形成されており、各接続部材161~164が、直方体状の部分から突出している。ヒートシンク固定面16は、直方体の1つの面とされている。直方体の各辺は、軸方向Zに平行又は直交するように配置されている。パワーモジュール160の周方向Xの幅は、径方向Yの幅及び軸方向Zの幅よりも短くなっている。なお、直方体の各辺は、軸方向Zに平行又は直交せずに、傾いて配置されていてもよい。また、パワーモジュール160は、直方体状以外の形状に形成されてもよい。
[0049]
 制御用接続部材164は、パワーモジュール160のリア側Z2の面からリア側Z2に突出しており、パワーモジュール160のリア側Z2に配置された回路基板103に接続される。正極側接続部材161、負極側接続部材162、巻線接続部材163は、パワーモジュール160のヒートシンク固定面16とは反対側の面から突出している。
[0050]
 ヒートシンク110は、パワーモジュール160のヒートシンク固定面16に熱的に接続される。ヒートシンク110は、ヒートシンク固定面16の周方向Xの一方側又は他方側に配置される。ヒートシンク110は、電力用半導体素子、及び導通経路に電流が流れるときに発生する熱、他の部品から入ってくる熱を外部に放熱する役割を有している。ヒートシンク110は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属、セラミック、樹脂等の5W/m・K以上の熱伝導率を有する材料を用いて構成される。
[0051]
 ヒートシンク110は、径方向Y及び軸方向Zに延在し、ヒートシンク固定面16に熱的に接続される板状の基礎部110aと、基礎部110aからヒートシンク固定面16とは反対側に突出した複数の突出部110bとを備えている。複数の突出部110bを設けることより、放熱面積を増やすことができる。本実施の形態では、複数の突出部110bのそれぞれは、軸方向Zに互いに間隔を空けて、周方向X及び径方向Yに延在した板状に形成されている。本実施の形態では、複数の板状の突出部110bは、周方向X及び径方向Yに平行に延在した平板とされている。なお、複数の板状の突出部110bは、周方向X及び径方向Yに延在していればよく、周方向X及び径方向Yに平行な平面(軸方向Zに直交する平面)に対して、例えば、30度以内の角度で傾いていてもよい。
[0052]
 基礎部110aは、パワーモジュール160のヒートシンク固定面16と同等の面積の面を有する直方体状に形成されている。基礎部110aの周方向Xの幅は、径方向Yの幅及び軸方向Zの幅よりも短くなっている。突出部110bは、矩形平板状に形成されている。なお、基礎部110aは、ヒートシンク固定面16に固定される面を有していれば、直方体状以外の形状に形成されてもよく、突出部110bは、矩形平板状以外の板状に形成されてもよい。また、放熱性を確保できれば、ヒートシンク110に、複数の突出部110bが設けられなくてもよい。
[0053]
 各接続部材を除いたパワーモジュール160及びヒートシンク110の全体外形の周方向Xの幅は、径方向Yの幅及び軸方向Zの幅よりも短くなっている。よって、ヒートシンク固定面16が径方向Y及び軸方向Zに延在するように配置することで、パワーモジュール160及びヒートシンク110の周方向Xの配置面積を小さくできる。
[0054]
 本実施の形態では、図5に示すように、ヒートシンク固定面16が周方向Xの一方側を向く向きで、パワーモジュール160が配置されている。そして、ヒートシンク固定面16の周方向Xの一方側にヒートシンク110が固定され、ヒートシンク110の周方向Xの一方側に、冷媒としての空気が径方向Yに流れる冷媒流路180が形成されている。なお、図5では、右側を周方向Xの一方側とし、左側を周方向Xの他方側としている。ヒートシンク固定面16が周方向Xの他方側を向く向きで、パワーモジュール160が配置されてもよく、ヒートシンク固定面16の周方向Xの他方側にヒートシンク110が固定されてもよい。
[0055]
 ヒートシンク110の径方向外側Y2のカバー101の部分には、カバー開口部101cが設けられている。よって、冷媒としての空気をヒートシンク110の周方向Xの一方側の流路に集中的に流すことができ、冷却効率を高めることができる。なお、ヒートシンク110及びパワーモジュール160の数に合わせて、カバー開口部101cが複数設けられてもよい。
[0056]
 本実施の形態では、図5に示すように、カバー開口部101cの開口面積は、ヒートシンク110の配置領域に応じた面積とされている。カバー開口部101cと、ヒートシンク110及びパワーモジュール160との隙間が小さくなるように、ヒートシンク110及びパワーモジュール160の径方向外側Y2の端面が、カバー開口部101cの径方向位置と同等になるように配置されている。よって、空気をヒートシンク110の周方向Xの一方側の流路に効率的に流すことができる。
[0057]
 図2に示すように、ヒートシンク110の配置空間のリア側Z2にはケース102が配置され、ヒートシンク110の配置空間のフロント側Z1にはリア側ブラケット2が配置されているので、冷媒をヒートシンク110の配置空間に集めることができ、冷却効率を高めることができる。
[0058]
 本実施の形態では、図2に矢印で示すように、冷媒流路180では、冷媒としての空気が、カバー101のカバー開口部101cを通って外側から吸引された後、ヒートシンク110の配置空間を径方向内側Y1に流れる。なお、空気は逆向きに流れてもよい。
[0059]
 カバー101に金属材料が用いられた場合、外部のノイズを反射あるいは吸収して電力供給ユニット300への影響を軽減し、また、電力供給ユニット300から出るノイズを反射あるいは吸収して周辺機器への影響を軽減することができる。
[0060]
2.実施の形態2
 次に、実施の形態2に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。図6は、本実施の形態に係る回転電機100を、ヒートシンク110及び回転軸4の軸心Cを通る平面で切断した模式的な断面図である。
[0061]
 本実施の形態では、図6に示すように、回転電機100は、冷媒流路180を形成する流路構成部材104を備えており、流路構成部材104は、軸方向Zにおけるパワーモジュール160及びヒートシンク110と、リア側ブラケット2との間に配置されている。
[0062]
 この構成によれば、ヒートシンク110の配置空間のフロント側Z1には流路構成部材104が配置されているので、冷媒をヒートシンク110の配置空間に集めることができ、冷却効率を高めることができる。
[0063]
 本実施の形態では、流路構成部材104は、径方向Y及び周方向Xに延びる板状に形成されており、軸方向Zに見て、ヒートシンク110が配置されている領域を包含する領域に配置されている。また、流路構成部材104は、リア側ブラケット2のリア側Z2の吸気開口部21の一部のリア側Z2を覆うように配置されている。この構成によれば、冷媒が、ヒートシンク110の配置空間の径方向内側Y1の端部まで到達する前に、吸気開口部21に吸入されることを防止できる。なお、吸気開口部21の一部が覆われていても、周方向Xに分散して設けられた吸気開口部21も通って冷媒が流れるため、流れの大きな妨げにはならない。
[0064]
 また、冷媒流路180を冷媒が十分通過し、ヒートシンク110の放熱性が十分確保できる場合、流路構成部材104がリア側ブラケット2のリア側Z2の吸気開口部21の一部のリア側Z2を覆わないように配置されてもよい。この場合、冷媒流路180で生じる圧力損失を低減でき、冷媒流路180を通過する冷媒の流量を増加することができる。さらに、流路構成部材104には穴が開いていてもよい。
[0065]
3.実施の形態3
 次に、実施の形態3に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。図7及び図8は、本実施の形態に係る回転電機100を、ヒートシンク110及び回転軸4の軸心Cを通る平面で切断した模式的な断面図である。
[0066]
 本実施の形態では、図7及び図8に示すように、実施の形態2と同様に、回転電機100は、冷媒流路180を形成する流路構成部材104を備えており、流路構成部材104は、軸方向Zにおけるパワーモジュール160及びヒートシンク110と、リア側ブラケット2との間に配置されている。
[0067]
 しかし、本実施の形態では、流路構成部材104は、パワーモジュール160及びヒートシンク110をフロント側Z1から支持しており、流路構成部材104の支持面は、径方向内側Y1の部分に対して、径方向外側Y2の部分が、リア側Z2に突出している。そのため、パワーモジュール160及びヒートシンク110は、径方向内側Y1に向かうに従って、フロント側Z1に移動するように、径方向Yに対して傾いて配置されている。
[0068]
 この構成によれば、ヒートシンク110の配置空間において、冷媒が径方向内側Y1に移動するに従って、フロント側Z1に移動するため、リア側ブラケット2のリア側Z2の吸気開口部21を通ってフロント側Z1に流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。これにより、冷媒の流量を増加させることができ、冷却効率を高めることができる。
[0069]
 また、複数の板状の突出部110bのそれぞれは、径方向内側Y1に向かうに従って、フロント側Z1に移動するように、径方向Yに対して傾いている。この構成によれば、フロント側Z1に傾いた板状の突出部110bに沿って、冷媒を流すことができるため、フロント側Z1に流れる冷媒の圧力損失をより確実に低減することができる。
[0070]
 径方向Yに対する、板状の突出部110b、パワーモジュール160及びヒートシンク110の傾きは、0度から30度の範囲内(例えば、20度)とされる。なお、径方向Yに対する板状の突出部110bの傾きと、径方向Yに対するパワーモジュール160及びヒートシンク110の傾きとは、同じ角度でなくてもよい。例えば、板状の突出部110bの傾きが、パワーモジュール160及びヒートシンク110の傾きよりも大きくされてもよい。或いは、パワーモジュール160及びヒートシンク110は、径方向Yに対して傾いてなく、板状の突出部110bのみが、径方向Yに対して傾いていてもよい。
[0071]
 図7に示すように、流路構成部材104は、径方向及び周方向に延在する板状部104aと、板状部104aの径方向外側Y2の部分からリア側Z2に突出した突出部104bとを有してもよい。或いは、図8に示すように、流路構成部材104は、径方向及び周方向に延在する板状部104aと、径方向内側Y1に向かうに従って、板状部104aからのリア側Z2の突出高さが次第に低くなる三角柱状の傾斜部104cとを有してもよい。流路構成部材104は、パワーモジュール160及びヒートシンク110を傾いて支持できれば、どのような形状であってもよく、単数又は複数の部材から構成されてもよい。
[0072]
 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。

符号の説明

[0073]
1 フロント側ブラケット、2 リア側ブラケット、3 固定子、4 回転軸、6 回転子、16 ヒートシンク固定面、32 巻線、100 回転電機、101 カバー、101c カバー開口部(開口部)、102 ケース、103 回路基板、104 流路構成部材、110 ヒートシンク、110a 基礎部、110b 突出部、160 パワーモジュール、166H、166L 電力用半導体素子、170 制御回路、180 冷媒流路、200 回転電機本体部、300 電力供給ユニット、C 軸心、X 周方向、Y 径方向、Y1 径方向内側、Y2 径方向外側、Z 軸方向、Z1 フロント側(軸方向の一方側)、Z2 リア側(軸方向の他方側)

請求の範囲

[請求項1]
 複数相の巻線を備えた固定子と、
 前記固定子の径方向内側に配置された回転子と、
 前記回転子と一体回転する回転軸と、
 前記固定子及び前記回転子を収容すると共に、前記回転軸を回転可能に支持するブラケットと、
 前記巻線への通電をオンオフする電力用半導体素子を設けたパワーモジュールと、
 前記パワーモジュールのヒートシンク固定面に熱的に接続されたヒートシンクと、
 前記電力用半導体素子を制御する制御回路と、
 前記ヒートシンクの配置空間において冷媒が流れる冷媒流路と、を備え、
 前記電力用半導体素子の前記ヒートシンク固定面は、前記回転軸の径方向及び軸方向に延在し、
 前記冷媒流路では、前記ヒートシンクの配置空間において径方向に前記冷媒が流れる回転電機。
[請求項2]
 前記制御回路は、板状の回路基板を備え、前記回路基板は、前記ブラケットの軸方向の他方側に間隔を空けて配置されると共に、前記回転軸の径方向及び周方向に延在し、
 前記パワーモジュールと前記ヒートシンクとは、軸方向における前記ブラケットと前記回路基板との間の空間に配置されている請求項1に記載の回転電機。
[請求項3]
 前記回転軸は、前記ブラケットから前記回路基板の軸方向の一方側の面まで、軸方向の他方側に延出している請求項2に記載の回転電機。
[請求項4]
 前記制御回路は、前記回路基板の軸方向の一方側を覆うケースを備え、前記ケースの軸方向の一方側の面が、前記冷媒が流れる流路を構成する請求項2又は3に記載の回転電機。
[請求項5]
 前記パワーモジュール及び前記制御回路を覆うカバーを更に備え、
 前記カバーには、前記冷媒が流れる開口部が少なくとも1つ以上設けられている請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機。
[請求項6]
 前記冷媒流路を形成する流路構成部材を更に備え、
 前記流路構成部材は、軸方向における前記パワーモジュール及び前記ヒートシンクと、前記ブラケットとの間に配置される請求項1から5のいずれか一項に記載の回転電機。
[請求項7]
 前記流路構成部材は、前記パワーモジュール及び前記ヒートシンクを軸方向の一方側から支持し、
 前記流路構成部材の支持面は、径方向内側の部分に対して、径方向外側の部分が、軸方向の他方側に突出しており、
 前記パワーモジュール及び前記ヒートシンクは、径方向内側に向かうに従って、軸方向の一方側に移動するように、径方向に対して傾いて配置されている請求項6に記載の回転電機。
[請求項8]
 前記ヒートシンクは、径方向及び軸方向に延在し、前記ヒートシンク固定面に固定される板状の基礎部と、前記基礎部から前記ヒートシンク固定面とは反対側に突出した複数の突出部とを備えている請求項1から7のいずれか一項に記載の回転電機。
[請求項9]
 前記複数の突出部のそれぞれは、軸方向に互いに間隔を空けて、周方向及び径方向に延在した板状に形成されている請求項8に記載の回転電機。
[請求項10]
 前記複数の突出部のそれぞれは、径方向内側に向かうに従って、軸方向の一方側に移動するように、径方向に対して傾いている請求項9に記載の回転電機。

補正された請求の範囲(条約第19条)
[ 2019年8月26日 ( 26.08.2019 )  国際事務局受理 ]

[1]
[補正後] 
 複数相の巻線を備えた固定子と、
 前記固定子の径方向内側に配置された回転子と、
 前記回転子の磁極に具備したファンと、
 前記回転子と一体回転する回転軸と、
 前記固定子及び前記回転子を収容すると共に、前記回転軸を回転可能に支持するブラケットと、
 前記巻線への通電をオンオフする電力用半導体素子を設けたパワーモジュールと、
 前記パワーモジュールのヒートシンク固定面に熱的に接続されたヒートシンクと、
 前記電力用半導体素子を制御する制御回路と、
 前記ヒートシンクの配置空間において冷媒が流れる冷媒流路と、を備え、
 前記電力用半導体素子の前記ヒートシンク固定面は、前記回転軸の径方向及び軸方向に延在し、
 前記冷媒流路では、前記ヒートシンクの配置空間において径方向に前記冷媒が流れる回転電機。
[2]
 前記制御回路は、板状の回路基板を備え、前記回路基板は、前記ブラケットの軸方向の他方側に間隔を空けて配置されると共に、前記回転軸の径方向及び周方向に延在し、
 前記パワーモジュールと前記ヒートシンクとは、軸方向における前記ブラケットと前記回路基板との間の空間に配置されている請求項1に記載の回転電機。
[3]
 前記回転軸は、前記ブラケットから前記回路基板の軸方向の一方側の面まで、軸方向の他方側に延出している請求項2に記載の回転電機。
[4]
 前記制御回路は、前記回路基板の軸方向の一方側を覆うケースを備え、前記ケースの軸方向の一方側の面が、前記冷媒が流れる流路を構成する請求項2又は3に記載の回転電機。
[5]
 前記パワーモジュール及び前記制御回路を覆うカバーを更に備え、
 前記カバーには、前記冷媒が流れる開口部が少なくとも1つ以上設けられている請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機。
[6]
 前記冷媒流路を形成する流路構成部材を更に備え、
 前記流路構成部材は、軸方向における前記パワーモジュール及び前記ヒートシンクと、前記ブラケットとの間に配置される請求項1から5のいずれか一項に記載の回転電機。
[7]
 前記流路構成部材は、前記パワーモジュール及び前記ヒートシンクを軸方向の一方側から支持し、
 前記流路構成部材の支持面は、径方向内側の部分に対して、径方向外側の部分が、軸方向の他方側に突出しており、
 前記パワーモジュール及び前記ヒートシンクは、径方向内側に向かうに従って、軸方向の一方側に移動するように、径方向に対して傾いて配置されている請求項6に記載の回転電機。
[8]
 前記ヒートシンクは、径方向及び軸方向に延在し、前記ヒートシンク固定面に固定される板状の基礎部と、前記基礎部から前記ヒートシンク固定面とは反対側に突出した複数の突出部とを備えている請求項1から7のいずれか一項に記載の回転電機。
[9]
 前記複数の突出部のそれぞれは、軸方向に互いに間隔を空けて、周方向及び径方向に延在した板状に形成されている請求項8に記載の回転電機。
[10]
 前記複数の突出部のそれぞれは、径方向内側に向かうに従って、軸方向の一方側に移動するように、径方向に対して傾いている請求項9に記載の回転電機。

条約第19条(1)に基づく説明書
1.補正の内容
 (1)請求項1に「前記回転子の磁極に具備したファンと、」という要件を追加しました。

2.説明
 請求項1に追加した「前記回転子の磁極に具備したファンと、」は、出願当初の明細書の段落0020、0024、及び図2等の記載に基づいています。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]