CN113287251A

CN113287251A - 马达和逆变器一体型旋转电机

Info

Publication number: CN113287251A
Application number: CN201980088393.7A
Authority: CN
Inventors: 近藤拓真; 平田弘文
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2021-08-20
Also published as: DE112019006640T5; WO2020144802A1; JPWO2020144802A1; US20220069663A1; JP7241096B2

Abstract

具备：马达本体(3)，其具有能够绕轴线旋转的转子和围绕转子的定子；壳体(4)，其具有筒部(41)和逆变器箱(42)，所述筒部(41)在轴线方向上延伸而成为围绕马达本体(3)的圆筒状，在周向上呈C字状延伸而在内部具有第一端为流入口(45A)、第二端为流出口(45B)的用于使冷却水(W)流通的冷却水路(45)，所述逆变器箱(42)在筒部(41)的冷却水路(45)的外周侧具有向筒部(41)的切线方向两侧凸出；逆变器(5)，其收纳于逆变器箱(42)，具有在逆变器箱(42)的面向筒部(41)的径向外侧的面配置的开关元件。

Description

马达和逆变器一体型旋转电机

技术领域

本发明涉及马达和逆变器一体型旋转电机。

背景技术

以往，已知一种具备逆变器一体型旋转电机(马达)的汽车，安装有包含对多个半导体元件进行层叠的半导体堆栈的逆变器装置。这样的汽车驱动用的马达由于需要更大电流，逆变器的温度容易上升，因而成为例如将专利文献1、2所示那样的逆变器冷却从马达本体的冷却部分分离的结构。

图10表示的是专利文献1所示的逆变器一体型旋转电机100的结构。逆变器一体型旋转电机100具备逆变器装置，该逆变器装置具有：层叠体103，其交替地层叠多个半导体元件和用于对多个半导体元件进行冷却的多个冷却器；一对冷却水箱105,106，其沿着层叠体103的叠层方向设置在层叠体103的两侧、相对于多个冷却器分别进行冷却水W的供给和排水；层叠体103和一对冷却水箱105,106安装于外部装置，冷却水箱105,106与沿着马达本体101的周围延伸的使冷却水W流通的冷却水路104连接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4327618号公报

专利文献2：日本特许第6084421号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1、2所示的现有的马达中，由于逆变器和马达本体的冷却部分分离，因而成为复杂的形状，由于冷却流路变长，因而期望得到简单的冷却构造。

本发明是鉴于上述问题点而做出的，其目的在于提供一种能够通过简单的结构进行逆变器和马达本体双方冷却的马达和逆变器一体型旋转电机。

用于解决技术问题的技术方案

本发明为了解决上述技术问题而达成上述目的，采用了以下方案。

(1)本发明一个方案的马达的特征在于，具备：马达本体，其具有能够绕轴线旋转的转子和围绕该转子的定子；壳体，其具有筒部和收纳部，所述筒部成为在所述轴线方向上延伸而围绕所述马达本体的圆筒状，在周向上呈C字状延伸而在内部具有第一端为流入口、第二端为流出口的用于使冷却水流通的流路，所述壳体在该筒部的所述流路的外周侧具有向所述筒部的切线方向两侧凸出的收纳部；逆变器，其收纳在所述收纳部，具有在该收纳部的面向所述筒部的径向外侧的面配置的开关元件。

根据上述方案的马达，能够使马达本体和收纳逆变器的收纳部在相对于在周向上呈C字状延伸的流路接触的状态下配置。由于以这种方式使逆变器的冷却流路和马达本体的冷却流路共通化，能够使配管形状简化，成为不需要逆变器专用流路的简单构造的流路结构，因而能够高效地对逆变器和马达本体双方进行冷却。因此，适用于例如燃料电池用的压缩机马达和逆变器那样的发热小的逆变器一体型旋转电机。

(2)在上述(1)所述的马达中，所述逆变器可以是在所述流路的上游侧配置在所述流入口的附近的结构。

根据这样的结构，由于逆变器经由收纳部在流路的上游侧配置在流入口的附近，因而能够在流路内的流体成为高温之前对逆变器进行冷却。而且，由于马达本体在周向的流路整体处被冷却，因而能够高效地对逆变器和马达本体进行冷却。

(3)在上述(1)或(2)所述的马达中，优选所述马达本体具备：流入接头，其与所述流入口和向所述流路供给冷却水的流入管连接；流出接头，其与所述流出口和用于从所述流路排出冷却水的流出管连接。

在该情况下，由于流入接头和流出接头与流路连接，因而能够使用该接头部分成为不引起压损的、短距离地使向流路的流动成为均匀扩散的形状。因此，在本发明中，由于不存在使入口流路弯曲90°而使流路的入口流路成为以往那样宽度急剧扩展的形状，因而能够抑制流路中的压损而提高冷却效率。像这样，由于能够使冷却水在轴向均匀扩散，因而能够防止局部的马达本体的温度上升。

(4)在上述(3)所述的马达中，优选所述流入接头的第一管中心线和所述流出接头的第二管中心线在所述轴线方向上相互错位配置。

在该情况下，通过使各接头的管中心线错位配置，能够缩短流路的流入口和流出口的间隔。因此，能够使围绕马达本体的流路周长延长配置而使冷却水流通，能够更加均匀地冷却马达本体。并且，在该情况下，通过使接头的管中心线分别与对应的流入口和流出口的中心一致，能够进一步减少压损。

(5)在上述(3)或(4)所述的马达中，其特征可以为，所述流入接头和所述流出接头的剖面分别从与所述流入管和所述流出管连接的端部向着所述流入口和所述流出口而逐渐变为所述流入口和所述流出口的流路剖面形状。

根据这样的结构，由于流路剖面积在流入接头和流出接头各自的管路内成为从流入管和流出管以一定的比例变化的形状，因而能够高效地减少压损。

(6)在上述(3)～(5)中任一项所述的马达中，可以是所述流入接头和所述流出接头分别被沿着管中心线的方向分割，被在分割端设置的法兰连结，在连结的一对所述法兰中的至少一方的内部设有导叶。

根据这样的结构，由于在各接头的法兰内设有导叶，因而能够使流路的流动更加均匀。

(7)根据上述(1)～(6)中任一项所述的马达，其特征可以为，所述流入口和所述流出口的至少一方与所述流路呈锐角连接的部分通过曲面连接。

根据这样的结构，由于成为在流路中没有锐角部分的曲面形状，因而能够使在流路内与流入口和流出口的至少一方之间流通的冷却水的流动能够更加均匀，从而能够降低压损。

(8)在上述(1)至(7)中任一项所述的马达中，所述流路中的所述第一端和所述第二端中的至少一方可以延长至所述流入口与所述流出口之间的区域。

根据这样的结构，能够使非水路区间缩小，能够成为冷却水遍布马达整周的形状。

(9)本发明其他方案的逆变器一体型旋转电机的特征在于，具备上述(1)至(8)中任一项所述的马达。

根据上述方案的逆变器一体型旋转电机，通过与上述同样地使逆变器的冷却流路与马达本体的冷却流路共通化，能够使配管形状简化，由于成为不需要逆变器专用流路的简单构造的流路结构，因而能够高效地冷却逆变器和马达本体双方。因此，适用于例如燃料电池用的压缩机马达或逆变器那样的发热小的逆变器一体型旋转电机。

发明的效果

根据本发明各方案的马达和逆变器一体型旋转电机，能够通过简单的结构进行逆变器和马达本体双方的冷却。

附图说明

图1是具备本发明第一实施方式的马达的逆变器一体型旋转电机的沿着马达轴的纵剖视图。

图2是从图1所示的A－A线观察逆变器一体型旋转电机的壳体的图，是沿着与马达轴正交的方向的纵剖视图。

图3是从上方观察流入管和流出管的俯视图。

图4是图2所示的B－B线的向视图，是将管轴方向以规定间隔分割的各剖面重叠的图。

图5是表示冷却管的接头部的内部的水平剖视图。

图6是表示冷却管的突出部的内部的水平剖视图。

图7是表示第二实施方式的马达的结构的纵剖视图，是与图2对应的图。

图8是表示第三实施方式的马达的构成的纵剖视图，是与图2对应的图。

图9A是从管轴方向观察的第一变形例的冷却管的侧视图，是与图4对应的图。

图9B是从管轴方向观察的第二变形例的冷却管的侧视图，是与图4对应的图。

图10是沿着与现有的逆变器一体型旋转电机的马达轴正交的方向的纵剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式的马达和逆变器一体型旋转电机进行说明。这样的实施方式是表示本发明一个方案的实施方式，并非对该发明进行限定，能够在本发明的技术思想的范围内任意地实施变更。

(第一实施方式)

本实施方式的马达1如图1所示，是适合搭载于逆变器一体型旋转电机10、对例如燃料电池用的压缩机进行驱动的马达。

逆变器一体型旋转电机10具备马达1、与马达1连接而被马达1驱动的压缩机2。

在这里，在本实施方式中，将马达1的旋转中心轴称为马达轴O或轴线。并且，在从马达轴O方向观察的平面图中，与马达轴O正交的方向成为径向，围绕马达轴O的方向称为周向。

马达1如图2所示，具备：马达本体3，其具有能够绕轴线旋转的没有图示的转子和围绕转子的定子；壳体4，其具有筒部41和逆变器箱42(收纳部)，该筒部41沿轴线方向延伸而成为围绕马达本体3的圆筒状，并且在内部具有在周向上呈C字状延伸而第一端成为流入口45A、第二端成为流出口45B的冷却水路45(流路)，该逆变器箱42在筒部41的冷却水路45的外周侧向筒部41的切线方向两侧凸出；逆变器5，其收纳于逆变器箱42，具有在逆变器箱42中朝向筒部41的径向外侧的面(后述逆变器箱42的底壁421的上表面421b)配置的开关元件。

筒部41和逆变器箱42一体地形成。逆变器箱42在安装了马达1的状态下，配设在筒部41的上部。

筒部41在周向的一部分形成开口，如上述那样从轴线方向观察呈大致C字形状。筒部41的开口端的流入口45A和流出管45B分别与接头6(6A,6B)连接。在这里，流入接头6A与流入口45A连接，流出接头6B与流出口45B连接。流入接头6A的流入开口6a与流入管7A(图2的双点划线)连接，流出接头6B的流出开口6b与流出管7B(图2的双点划线)连接。

逆变器箱42具备：矩形板状的底壁421、在底壁421的外周沿全周直立设置的侧壁422、通过侧壁422覆盖围绕的开口的能够装拆盖体423。底壁421的底面421a以相对于筒部41的外周面41a的顶部成切线方向，并且成水平方向的方式配置。

收纳在逆变器箱42的逆变器5具有多个功率晶体管51(开关元件)和基板52。各功率晶体管51的连接点分别与马达本体3的各相线圈的相端连接。

基板52以将逆变器箱42的内部分割为上下的方式设置。

功率晶体管51通过没有图示的控制部控制开关动作。即，所述控制部以马达本体3产生与马达扭矩指令对应的扭矩的方式控制逆变器5。

壳体4如图1所示，在筒部41的马达轴O方向的两端部设置端部罩43。端部罩43支持固定转子的马达本体3的旋转杆身31而使其能够绕轴线旋转。

壳体4的筒部41的内侧形成冷却马达本体3和逆变器5的冷却水路45。即，马达本体3由筒部41在周向全体被直接冷却，逆变器5由筒部41经由逆变器箱42的底壁421被冷却。逆变器箱42如图2所示，底壁421的宽度方向(上表面视中与轴线方向正交的方向)的中央部421a与筒部41连接。

作为壳体4，能够通过金属、聚合物、陶瓷等具有刚性的任意的材料制造。

马达本体3具备旋转杆身31(参照图1)。马达本体3具有与旋转杆身31连动旋转的转子(省略图示)和固定于壳体4的定子(省略图示)。

接下来，如图2所示，在筒部41中，使用于冷却马达本体3和逆变器5的冷却水W流通的冷却水路45沿着筒部41的周向设置。即冷却水路45的剖面宽度方向沿着轴线方向延伸(参照图1)。冷却水路45在周向的一部分形成开口，如上述那样从轴线方向观察呈大致C字形状。位于冷却水路45的开口端的一侧流入口45A与冷却水W的流入接头6A连接，另一侧流出口45B与冷却水W的流出接头6B连接。

接头6(流入管6A和流出管6B)如图2和图3所示，具有：突出部61，其在分别从壳体4的筒部41的开口(流入口45A和流出口45B)突出的状态下一体地设置；接头部62，其经由法兰63A,63B相对于突出部61连结。即，接头6被分割为突出部61和接头部62，相互通过法兰63A,63B连结。

从与开口面正交的方向(管中心线C(C1,C2))观察，流入接头6A和流出接头6B的突出部61被设置为与冷却水路45的轴线方向的长度相同的宽度尺寸，各自的管中心线C1,C2相互平行延伸(参照图4)。突出部61的突出端61a形成第一法兰63A。

如图3和图4所示，流入接头6A和流出接头6B的各自的接头部62的剖面如图2所示，以从与流入管7A和流出管7B连接的端部6a,6b向流入口45A和流出口45B而逐渐变为流入口45A和流出口45B的流路剖面形状的方式变化。

在突出部61的第一法兰63A和接头部62的第二法兰63B的各内部，如图5和图6所示，形成多个导叶64(64A,64B)。

设置在第一法兰63A内的第一导叶64A如图5所示，沿着第一管中心线C1的方向延伸，并且具有沿着轴线方向(马达轴O平行排列的多个第一导叶641。设置在第二法兰63B内的第二导叶64B，如图6所示，具有以从流入出管7A,7B(参照图2)侧向流入出口45A,45B而逐渐成放射状扩展的方式排列的多个第二导叶642。

冷却水W如图2所示，从流入接头6A向冷却水路45供给，从流入口45A侧向流出口45B侧流经冷却水路45而冷却逆变器5和马达本体3并向流出接头6B排出。也就是说，冷却水W通过流经冷却水路45，吸收逆变器5和马达本体3的热，它们进行冷却逆变器5和马达本体3的热交换而变为高温，通过流出接头6B排出。需要说明的是，温度上升的冷却水W通过没有图示的散热器等放热而返回至没有图示的供水箱。

在冷却水路4中的流入口45A的附近，即在流经冷却水路45的冷却水W的上游侧配置收纳于逆变器箱42的逆变器5。因此，逆变器5在冷却水W的温度低于流出口45B附近的状态下被冷却。另一方面，马达本体3在冷却水路45的全体中被冷却。

在这里，逆变器5的冷却区域，这里作为逆变器箱42中筒部41的接触区域(逆变器冷却角度θ)的优选范围，从轴线方向观察例如图2所示，在相对于马达轴O使流入口45A的位置即流路开始点P为0°的时候，优选从流路开始点P向下游侧的角度为20～90°。

接下来，基于附图对上述结构的马达1和使用马达1的逆变器一体型旋转电机10的作用进行说明。

如图2所示，在本实施方式中，能够使马达本体3和收纳逆变器5的逆变器箱42在相对于在周向呈C字状延伸的冷却水路45接触的状态下配置。像这样，通过使逆变器5的冷却流路45和马达本体3的冷却流路45共通化，能够使配管形状单纯化，通过成为不需要逆变器专用流路的简单构造的流路结构，而能够高效地冷却逆变器5和马达本体3双方。因此，适用于本实施方式那样的燃料电池用得压缩机马达或逆变器那样的发热小的逆变器一体型旋转电机10。

并且，在本实施方式中，由于逆变器5经由逆变器箱42而配置在冷却水路45的上游侧的流入口45A的附近，因而能够在冷却水路45内的冷却水W变得高温之前冷却逆变器5。并且，由于马达本体3在周向的冷却水路45全体被冷却，因而能够高效地冷却逆变器5和马达本体3。

并且，在本实施方式中，由于流入接头6A和流出接头6B连接于冷却水路45，因而使用该接头部分，能够不引起压损地、短距离地使向冷却水路45的流动成为均匀扩散的形状。因此，在本实施方式中，由于不存在使入口流路弯曲90°而成为以往那样的急剧扩展流路的入口流路宽度的形状，因而能够抑制冷却水路45中的压损而提高冷却效率。

像这样，由于能够使冷却水W在轴向均匀扩散，因而能够防止局部的马达本体3的温度上升。

并且，在本实施方式中，由于剖面从分别与流入接头6A和流出接头6B连接的流入管7A和流出管7B的端部6a,6b向着流入口45A和流出口45B而逐渐成为流入口45A和流出口45B的流路剖面形状的方式变化，因而流路剖面积成为在流入接头6A和流出接头6B的各自的管路内从流入管7A和流出管7B以一定的比变化的形状，因而能够高效地减少压损。

并且，在本实施方式中，流入接头6A和流出接头6B被分割为分别沿着管中心线C1,C2的方向，通过设置在分割端的法兰63A,63B连结。并且，如图5、图6所示，由于在连结的一对法兰63A,63B的内部设置导叶64A,64B，因而能够进一步使冷却水路45的流动均匀。

在上述的本实施方式的马达1中，在通过简单的结构对逆变器5和马达本体3双方进行冷却之外，能够抑制冷却水路45中的压损而提供冷却效率。

(第二实施方式)

接下来，如图7所示，第二实施方式的马达是与冷却水路45的接头6的突出部61连接的流出口45B和冷却水路45呈锐角连接的部分通过R形状的曲面45a连接的结构。

在第二实施方式中，由于冷却水路45是没有锐角部分的曲面形状，因而能过进一步使在冷却水路45内和流出口45B之间流通的冷却水W的流动均匀，而能够减少压损。

(第三实施方式)

接下来，如图8所示，第三实施方式的马达是在冷却水路45中流出口45B之间的区域形成延长的延长部45b的结构。

由此，能够缩小冷却水路45的非水路区间(符号45c的区域)，而能够成为马达本体3的全周遍布冷却水W的形状。

(变形例)

接下来，图9A所示的第一变形例和图9B所示的第二变形例是改变了接头形状的方式。在本变形例中，流入接头6C,6E的第一管中心线C1和流出接头6D,6F的第二管中心线C2相互在轴线方向(图9A和图9B的左右方向)错位配置。

第一变形例如图9A所示，是仅使流入接头6C相对于流出接头6D在轴线方向仅错开符号D1距离的结构。该情况的冷却水路45中的流入口45A和流出口45B的间隔L1与上述实施方式的间隔L0(参照图4)相比缩短。

第二变形例如图9B所示，是使流入接头6E和流出接头6F双方分别以最长间隔的方式在轴线方向错外符号D2距离的结构。该情况的冷却水路45中的流入口45A和流出口45B的间隔L2与上述第二变形例的间隔L1(参照图9A)相比进一步缩小。

像这样，通过使流入接头6C,6E和流出接头6D,6F的管中心线C1,C2错位，能够使冷却水路45中的流入口45A和流出口45B的间隔缩短。因此，能够使马达本体3周围的冷却水路45的周长延长配置而使冷却水W流动，而能够更加均匀地冷却马达本体3。

并且，在该情况下，通过使接头6的管中心线C1,C2和分别对应的流入口45A和流出口45B的中心一致，而能够进一步较少压损。

以上，对本发明的马达和逆变器一体型旋转电机的实施方式进行了说明，然而本发明并不限于上述的实施方式，能够在不超过其主旨范围进行适当变更。

例如，在本实施方式中，构成为收纳逆变器5的逆变器箱42配置在冷却水路45中的上游侧流入口45的附近，但并不限于该位置。例如，可以使冷却水路45中的逆变器5得冷却位置作为冷却水路45的周向延伸方向的中央部分。

并且，在本实施方式中，构成为流入接头6A和流出接头6B与马达本体3的筒部41的冷却水路45连接，也可以构成为省略这些接头6A,6B。在该情况下，冷却水路45的流入口45和流出口45B分别与流入管7A、流出管7B连接。

并且，在本实施方式中，构成为流入接头6A和流出接头6B的剖面以分别从端部6a,6b向流入口45A和流出口45B而逐渐变为流入口45A和流出口45B的流路剖面形状的方式变化，然而并不限于这样的形状。

另外，流入接头6A和流出接头6B被分别分割为沿着管中心线C1,C2的方向，通过设置在分割端的法兰63A,63B连结，然而并不限于这样的分割构造，可以一体地设置。

并且，在本实施方式中，在连接被分割的接头6的一对法兰63A,63B的内部设置导叶64A,64B，然而也可以在一对法兰63A,63B中的至少一方的内部设置导叶，也可以省略导叶。

在上述的第二实施方式中，使连接冷却水路45的流出口45B和冷却水路45呈锐角连接的部分通过曲面连接，然而也可以是如果流入口45A呈锐角连接，则流入口45A侧通过曲面连接。

其他，在不超过本发明的主旨的范围内，能够适当将上述实施方式中的构成要素替换为公知的构成要素，并且，可以适当地组合上述实施方式。

工业实用性

根据本发明的马达和逆变器一体型旋转电机，能够通过简单的结构进行逆变器和马达双方的冷却，并且抑制流路中的压损而提高冷却效率。

附图标记说明

1马达；

2压缩机；

3马达本体；

4壳体；

5逆变器；

6冷却接头；

6A流入接头；

6B流出接头；

7A流入管；

7B流出管；

10逆变器一体型旋转电机；

31杆身；

41筒部；

42逆变器箱(收纳部)；

45冷却水路(流路)；

51功率晶体管(开关元件)；

61突出部；

62接头部。

63A,63B法兰；O马达轴；W冷却水。

Claims

1.一种马达，其特征在于，具备：

马达本体，其具有能够绕轴线旋转的转子和围绕该转子的定子；

壳体，其具有筒部和收纳部，所述筒部成为在所述轴线方向上延伸而围绕所述马达本体的圆筒状，在周向上呈C字状延伸而在内部具有第一端为流入口、第二端为流出口的用于使冷却水流通的流路，所述壳体在该筒部的所述流路的外周侧具有向所述筒部的切线方向两侧凸出的收纳部；

逆变器，其收纳在所述收纳部，具有在该收纳部的面向所述筒部的径向外侧的面配置的开关元件。

2.根据权利要求1所述的马达，

所述逆变器在所述流路的上游侧配置在所述流入口的附近。

3.根据权利要求1或2所述的马达，

所述马达本体具备与所述流入口和向所述流路供给冷却水的流入管连接的流入接头和与所述流出口和用于从所述流路排出冷却水的流出管连接的流出接头。

4.根据权利要求3所述的马达，

所述流入接头的第一管中心线和所述流出接头的第二管中心线相互在所述轴线方向上错开配置。

5.根据权利要求1或2所述的马达，

所述流入接头和所述流出接头的剖面以从分别与所述流入管和所述流出管连接的端部向所述流入口和所述流出口而逐渐成为所述流入口和所述流出口的流路剖面形状的方式变化。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的马达，

所述流入接头和所述流出接头分别被沿着管中心线的方向分割，通过设置在分割端的法兰连结，

在连结的一对所述法兰中的至少一方的内部设有导叶。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的马达，

所述流入口和所述流出口的至少一方和所述流路呈锐角连接的部分通过曲面连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的马达，

所述流路中的所述第一端和所述第二端中的至少一方延长至所述流入口与所述流出口之间的区域。

9.一种逆变器一体型旋转电机，其特征在于，

具备权利要求1至8中任一项所述的马达。