JP2004153897A - インバータ付き電気機械 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ制御回路をフレキシブル基板に搭載してハウジング内に配置することにより、全体を小型化して組立時の作業性を向上できるようにする。
【解決手段】ハウジング１のモータケース２内には、インバータ装置１１のパワーモジュール１３と、インバータ制御回路２０を搭載したフレキシブル基板１９と、電流センサ２１、電源コンデンサ２２、放熱器２３等とを設け、これらを遮蔽板２７により電動モータ８と遮断したインバータ収容空間２８に収容する。また、フレキシブル基板１９は、モータケース２の内周面２Ａに沿って湾曲させる。そして、制御回路２０によりパワーモジュール１３を制御して交流を出力し、電動モータ８を駆動する。これにより、インバータ装置１１を遮蔽板２７によって保護した状態でモータケース２内にコンパクトに配置することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用自動変速機、制動装置、操舵装置等の回転源として好適に用いられるインバータ付き電気機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、乗用車等の車両には、例えば自動変速機、制動装置、操舵装置等の回転源として多相交流式の電動モータを搭載したものがあり、このような電動モータに給電を行うためには、バッテリ等の直流電源を交流に変換するインバータ装置が必要となる。
【０００３】
そして、従来技術によるインバータ装置は、例えば電動モータの外殻等を構成するハウジングの外側面に取付けられ、外部の直流電源から供給される電流または電圧を交流に変換して電動モータに給電する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１１５７７８号公報
【０００５】
この場合、インバータ装置は、パワートランジスタ等からなる大電流型の半導体素子によりインバータ回路が形成されたパワーモジュールと、このパワーモジュールに通電される電流の脈動を抑制する電源コンデンサと、パワーモジュール及び電源コンデンサを直流電源に接続する通電用の配線部等とを備えている。また、インバータ装置には、パワーモジュールの通電状態を制御するための制御回路基板が一緒に搭載されることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、ハウジングの外側面等にインバータ装置を取付ける構成としているため、ハウジング内に設けられた電動モータと外部のインバータ装置との間で配線構造が複雑化し、これにより装置全体が大型化する上に、配線作業に手間がかかり、組立時の作業性が低下するという問題がある。
【０００７】
また、インバータ装置の作動時には、パワーモジュールと制御回路基板との間の配線距離が長いと、ノイズ等の外乱による悪影響を受け易くなる。しかし、従来技術では、パワーモジュールと制御回路基板とを近付けて配置しようとすると、これらが全体としてハウジングの外部に大きく張り出すことになるため、装置全体を小型化するのが難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、パワーモジュールの近傍に制御回路用の配置スペースを容易に確保でき、これらをコンパクトに配置して全体を小型化できると共に、組立時の作業性を向上できるようにしたインバータ付き電気機械を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、軸方向に延びて回転軸が設けられる筒状のハウジングと、該ハウジング内に設けられ前記回転軸を駆動する多相交流式の電動モータと、直流電源と該電動モータとの間に設けられ直流電源を交流に変換するインバータ装置とからなるインバータ付き電気機械に適用される。
【００１０】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、インバータ装置は、大電流型の半導体素子が実装され前記ハウジング内に配置されるパワーモジュールと、該パワーモジュールを直流電源に接続するバスバ電極と、ハウジングの周壁に沿って湾曲した状態で配置される可撓性のフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に設けられ前記直流電源からバスバ電極を介して前記パワーモジュールの半導体素子に通電される電流を通電，遮断することにより交流を発生するインバータ制御回路とにより構成したことにある。
【００１１】
このように構成することにより、例えばハウジング内の空きスペース等を利用してパワーモジュールを収納できると共に、フレキシブル基板をハウジングの内周面、外周面等に沿って湾曲した状態で配置できるから、これらをハウジングに対してコンパクトに配置でき、電気機械を小型化することができる。また、インバータ制御回路をパワーモジュール内に搭載する必要がなくなり、パワーモジュールを小型化することができる。
【００１２】
また、フレキシブル基板をハウジングの形状等に対応して湾曲させることにより、インバータ制御回路をパワーモジュールの近傍に容易に配置でき、これらの間の配線構造を短くして簡略化することができる。従って、両者間の配線にノイズ等が加わることによりパワーモジュールが誤動作するのを防止することができる。また、ハウジングを大型化したり、制御回路用の基板を分割することなく、フレキシブル基板による制御回路の実装面積を十分に確保することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明によると、インバータ装置には、パワーモジュールに通電される電流を検出する電流センサと、直流電源からバスバ電極を介して前記パワーモジュールに通電される電流の脈動を抑制するコンデンサとを設け、ハウジングには、電動モータと遮断された空間を画成し該空間内に前記パワーモジュール、フレキシブル基板、電流センサ及びコンデンサを収容する遮蔽板を設ける構成としている。
【００１４】
これにより、ハウジングの周壁と遮蔽板との間には、電動モータに対して遮断された空間を画成でき、この空間内にインバータ装置の各部品を収容することができる。この結果、例えば電動モータ側に存在する潤滑油、水分等の異物がインバータ装置に浸入したり、電動モータ側で発生する熱がインバータ装置に直接的に加わるのを防止でき、インバータ装置を保護できると共に、部品の防水性、耐熱性等を必要最低限に抑えてコストダウンを図ることができる。
【００１５】
また、例えば鉄系金属材料等を用いて遮蔽板を形成することにより、電動モータ側で発生する電気的、磁気的なノイズ等に対してインバータ装置をシールドでき、インバータ装置の作動を安定させることができる。
【００１６】
また、請求項３の発明では、フレキシブル基板はハウジングの外周面に取付け、前記ハウジング内にはインバータ制御回路の一部が搭載され前記フレキシブル基板とパワーモジュールとの間に接続される補助基板を設ける構成としている。
【００１７】
これにより、例えばインバータ制御回路のうちパワーモジュールから比較的離して配置してもよい部位は、フレキシブル基板に搭載してハウジングの外周面に取付けることができる。また、例えばインバータ制御回路のうちパワーモジュールとの接続距離を可能な限り短くしたいプリドライバ回路等の部位は、補助基板に搭載してハウジング内でパワーモジュールの近傍に取付けることができる。
【００１８】
従って、ハウジング内には、インバータ制御回路全体のうち必要最低限の部位を配置すればよくなり、それ以外の部位はハウジングの外部に配置できるので、ノイズ等の外乱に対してインバータ装置の動作を安定化しつつ、ハウジング内の空間を有効に活用することができる。また、プリドライバ回路等をパワーモジュールの外部に配置でき、パワーモジュールをより小型化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるインバータ付き電気機械を、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２０】
ここで、図１ないし図７は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、車両用の自動変速装置に適用した場合を例に挙げて述べる。
【００２１】
１はインバータ付き電気機械の外殻となる段付筒状のハウジングで、該ハウジング１は、後述のモータケース２、変速機ケース３、仕切板４等により構成され、これらの部材は、例えば熱伝導性が良好な金属材料を用いて形成されている。
【００２２】
２は後述の電動モータ８を収容するモータケースで、該モータケース２は、図１、図２に示す如く、後述の入力軸６に沿って軸方向に延びると共に軸方向の一側から他側に向けて略円錐状に縮径した筒状体として形成され、内周面２Ａと外周面２Ｂとを有している。そして、モータケース２は、その軸方向一側が車両用エンジンのフライホイールケース（図示せず）等に連結されるものである。
【００２３】
また、モータケース２の軸方向他側には、径方向外向きに突出した環状のフランジ部２Ｃと、後述のバスバ電極１４，１５をモータケース２の外部に引出すための切欠き２Ｄと、後述する放熱器２３の配管２４を引出すための配管挿通孔２Ｅ（図４参照）とが形成されている。
【００２４】
３は後述の自動変速機５を収容する筒状の変速機ケース３で、該変速機ケース３には、仕切板４を挟んでモータケース２のフランジ部２Ｃと衝合される環状のフランジ部３Ａが形成されている。
【００２５】
４はモータケース２と変速機ケース３のフランジ部２Ｃ，３Ａ間に設けられた仕切板で、該仕切板４には、後述の取付ボルト３１が挿通される複数のボルト挿通孔４Ａが周方向に間隔をもって形成されている。
【００２６】
５は変速機ケース３内に収容された自動変速機で、該自動変速機５は、車両のエンジン側に連結された回転軸としての入力軸６と、車輪側に連結された出力軸７との間に設けられ、例えば運転者の変速操作等に応じてエンジンの回転を変速しつつ、変速した回転を出力軸７に伝達するものである。
【００２７】
８はモータケース２内に収容された例えば３相交流式の電動モータで、該電動モータ８は、図２、図５に示す如く、例えば磁性材料等からなるコア部材にコイル（図示せず）が巻装された環状のステータ９と、該ステータ９の径方向内側に位置して入力軸６の外周側に設けられた永久磁石等からなるロータ１０とにより構成されている。
【００２８】
ここで、ステータ９のコア部材には、仕切板４との間に取付ボルト３１が挿通される複数のボルト挿通孔９Ａが形成されている。そして、ステータ９は、これらの取付ボルト３１等を用いて後述の放熱器２３、放熱シート２６、遮蔽板２７、ゴムシート２９と一緒に共締めされた状態で仕切板４に締着されている。
【００２９】
そして、電動モータ８は、後述のインバータ装置１１から例えば３相交流の駆動電流が給電されることにより入力軸６を回転駆動し、例えば車両のエンジンと協働して車両を走行させるものである。
【００３０】
１１はハウジング１のモータケース２内に設けられたインバータ装置で、該インバータ装置１１は、車両に搭載されたバッテリ等の直流電源１２（図７参照）を交流に変換して電動モータ８に給電するものである。
【００３１】
そして、インバータ装置１１は、後述のパワーモジュール１３、バスバ電極１４，１５、フレキシブル基板１９、インバータ制御回路２０、電流センサ２１、電源コンデンサ２２、放熱器２３等を含んで構成され、これらは後述の遮蔽板２７により電動モータ８から遮断されたインバータ収容空間２８内に収容されている。
【００３２】
１３はインバータ装置１１の本体部分を構成する例えば３個のパワーモジュールで、該各パワーモジュール１３は、図３、図６に示す如く、例えば３相交流用のインバータ回路を各相毎に分割することにより形成され、個々のパワーモジュール１３は、例えばトランジスタ等からなる大電流型の半導体素子１３Ａが搭載された円弧状または扇形状のモジュールとして構成されている。
【００３３】
ここで、各パワーモジュール１３は、放熱器２３に沿って周方向に一定の間隔で配置されると共に、これらのパワーモジュール１３と放熱器２３とは、後述の放熱シート２６等を介して電動モータ８のステータ９と仕切板４との間に挟持された状態で固定されている。また、各パワーモジュール１３は、後述のバスバ電極１４，１５等によって互いに並列に接続され、図７に示すインバータ回路を構成しているものである。
【００３４】
１４，１５は各パワーモジュール１３にそれぞれ設けられたバスバ電極で、該各バスバ電極１４，１５は、例えば２枚の金属板を絶縁材１６を介して積層することにより形成され、モータケース２の切欠き２Ｄに取付けられたシール体１７を介してモータケース２の外部に引出されている。そして、バスバ電極１４，１５のうち一方の電極１４は、図７に示す如く、電源１２に接続され、他方の電極１５は、車両のアース側に接続されるものである。
【００３５】
１８は後述のフレキシブル基板１９を補強するための補強板で、該補強板１８は、図４、図６に示す如く、例えば金属材料、樹脂材料等により円弧状に形成され、モータケース２の内周面２Ａに固着されると共に、内周面２Ａに沿って周方向及び軸方向に延びている。また、補強板１８の軸方向の端部側には、径方向内向きに略Ｌ字状をなして屈曲した屈曲板部１８Ａと、バスバ電極１４，１５が挿通される切欠き１８Ｂとが形成され、屈曲板部１８Ａは、後述のゴムシート２９と一緒にパワーモジュール１３と仕切板４との間に挟持されている。
【００３６】
１９は補強板１８を介してモータケース２の内周面２Ａに設けられたフレキシブル基板で、該フレキシブル基板１９は、例えば薄膜状の樹脂フィルム間に配線パターン（図示せず）等を挟み込むことにより形成され、モータケース２の内周面２Ａに沿って円弧状に湾曲した状態で配置されている。
【００３７】
そして、フレキシブル基板１９は、図４に示す如く、配線１９Ａを介して各パワーモジュール１３のトランジスタの制御電極等と接続されている。また、フレキシブル基板１９には、後述の電流センサ２１、電源コンデンサ２２等が配置される複数の切欠き１９Ｂが周方向に間隔をもって形成されている。
【００３８】
２０はフレキシブル基板１９に設けられたインバータ制御回路で、該インバータ制御回路２０は、各パワーモジュール１３のトランジスタを流れる電流を一定のタイミングで通電，遮断することにより、直流の電源１２から交流を発生するものである。この場合、インバータ制御回路２０は、各トランジスタの制御電極等と接続され、これらを直接的に駆動するプリドライバ回路（図示せず）を含んで構成されている。
【００３９】
２１は各パワーモジュール１３に対応してモータケース２内に設けられた例えば３個の電流センサで、該各電流センサ２１は、図６に示す如く、例えばホールＩＣ、磁気抵抗素子等によって構成され、フレキシブル基板１９の切欠き１９Ｂに対応する位置で補強板１８に固定されている。
【００４０】
そして、電流センサ２１は、各パワーモジュール１３とフレキシブル基板１９とに接続されている。これにより、インバータ制御回路２０は、各パワーモジュール１３に通電される電流量を電流センサ２１によって検出し、パワーモジュール１３から電動モータ８に供給される駆動電流をフィードバック制御するものである。
【００４１】
２２は各パワーモジュール１３に対応してモータケース２内に設けられた例えば３個の電源コンデンサで、該各電源コンデンサ２２は、フレキシブル基板１９の切欠き１９Ｂに対応する位置で補強板１８に固定され、その２本の電極は、互いに絶縁された状態でバスバ電極１４，１５にそれぞれ接続されている。そして、電源コンデンサ２２は、各パワーモジュール１３に通電される電流の脈動を抑制するものである。
【００４２】
２３は各パワーモジュール１３等を冷却するためにモータケース２内に設けられた放熱器で、該放熱器２３は、図４、図５に示す如く、例えば熱伝導性が良好な金属材料を用いて略円弧状に形成され、各パワーモジュール１３に沿って周方向に延びると共に、これらのパワーモジュール１３と軸方向に積層するように配置されている。
【００４３】
また、放熱器２３の内部には、周方向に略Ｕ字状をなして延びる冷却水路２３Ａが設けられ、その両端側には、外部から冷却水を還流する２本の配管２４が接続されている。そして、これらの配管２４は、モータケース２の配管挿通孔２Ｅに取付けられたシール体２５を介して外部に引き出されている。
【００４４】
また、放熱器２３には、取付ボルト３１が挿通される複数のボルト挿通孔２３Ｂが設けられ、放熱器２３は、これらの取付ボルト３１等を用いて電動モータ８のステータ９と一緒に共締めされた状態で仕切板４に固定されている。この場合、放熱器２３とパワーモジュール１３との間には、例えば熱伝導性が良好な樹脂材料等からなる円弧状の放熱シート２６が配設され、この放熱シート２６は、放熱器２３とパワーモジュール１３との間の熱伝導性を高めると共に、パワーモジュール１３が放熱器２３に対して位置ずれするのを防止している。
【００４５】
そして、インバータ装置１１の作動時には、外部から供給される冷却水が放熱器２３の配管２４等を介して冷却水路２３Ａに還流され、放熱器２３は、この冷却水によってパワーモジュール１３を効率よく冷却できる構成となっている。
【００４６】
２７はモータケース２の内周面２Ａ側に設けられた遮蔽板で、該遮蔽板２７は、モータケース２内でインバータ装置１１を電動モータ８側に対して遮断するものである。そして、遮蔽板２７は、図３、図５に示す如く、モータケース２の内周面２Ａに沿って周方向及び軸方向に延びる円弧板部２７Ａと、該円弧板部２７Ａの軸方向一側から円弧状の鍔部として径方向外向きに突出した鍔状板部２７Ｂと、円弧板部２７Ａの軸方向他側から径方向内向きに屈曲した略コ字状の屈曲板部２７Ｃ等を含んで構成されている。
【００４７】
ここで、円弧板部２７Ａは、モータケース２の内周面２Ａと径方向の隙間をもって対向している。また、鍔状板部２７Ｂは、後述のシール材３０を介してモータケース２の軸方向の端面に衝合した状態で取付けられている。また、屈曲板部２７Ｃは、パワーモジュール１３と放熱器２３とを軸方向の両側及び径方向内側から取囲んで配置されている。この場合、屈曲板部２７Ｃは、電動モータ８のステータ９と放熱器２３との間、及びパワーモジュール１３と仕切板４との間に挟持され、ステータ９、放熱器２３等と一緒に仕切板４に締着されている。
【００４８】
これにより、モータケース２の内周面２Ａと遮蔽板２７との間には、入力軸６及び電動モータ８の径方向外側に位置して密閉された略円弧状のインバータ収容空間２８が画成されている。そして、遮蔽板２７は、パワーモジュール１３、バスバ電極１４，１５、フレキシブル基板１９、電流センサ２１、電源コンデンサ２２、放熱器２３等の部品をインバータ収容空間２８内に収容し、これらの部品を電動モータ８に対して遮断している。従って、遮蔽板２７は、電動モータ８側に存在する潤滑油、水分等がインバータ収容空間２８内に浸入したり、モータ８側で発生する熱がインバータ装置１１の各部品に直接的に加わるのを防止しているものである。
【００４９】
また、遮蔽板２７は、例えば鉄系金属材料、または鉄系金属材料の被膜を形成した板材等により形成され、インバータ装置１１を電動モータ８から遮断した状態で覆うことにより、電動モータ８側で発生する電気的、磁気的なノイズ等に対してインバータ装置１１をシールドする構成となっている。
【００５０】
ここで、遮蔽板２７は、例えばゴム、樹脂材料等により形成してもよく、またはこれらの材料と金属材料とを組合わせて形成してもよい。これにより、複雑な形状の遮蔽板２７を容易に加工成形することができる。そして、この場合には、例えば遮蔽板の表面または裏面に金属材料等からなる導電性の被膜を形成することにより、電磁気的なノイズのシールドを行うことができる。
【００５１】
２９は例えばゴム等の弾性材料により形成されたゴムシートで、該ゴムシート２９は、補強板１８及び遮蔽板２７の屈曲板部１８Ａ，２７Ｃと仕切板４との間に配置され、屈曲板部１８Ａ，２７Ｃ間をシールしている。
【００５２】
３０は例えば円弧状の薄肉なパッキン等により形成されたシール材で、該シール材３０は、モータケース２の端面と遮蔽板２７の鍔状板部２７Ｂとの間をシールするものである。
【００５３】
３１はモータケース２内に電動モータ８のステータ９とインバータ装置１１とを取付ける複数の取付ボルトで、該各取付ボルト３１は、仕切板４、ステータ９、放熱器２３のボルト挿通孔４Ａ，９Ａ，２３Ｂ等を介してナットと螺着されている。また、一部の取付ボルト３１は、インバータ装置１１と周方向の異なる位置でステータ９を支持する支持座３２を介して仕切板４に締着されている。
【００５４】
本実施の形態によるインバータ付き電気機械は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００５５】
まず、車両の運転時には、エンジンまたは電動モータ８により入力軸６が回転駆動されると、この回転が自動変速機５を介して出力軸７に出力され、車両の駆動輪に伝達される。これにより、車両は、エンジンと電動モータ８のうちいずれか一方の駆動力、または両方を複合した駆動力によって走行することができる。
【００５６】
ここで、電動モータ８の作動時には、インバータ制御回路２０から各パワーモジュール１３に制御信号が出力されることにより、直流電源１２が各パワーモジュール１３によって交流に変換される。これにより、電動モータ８のステータ９に３相交流が給電され、ロータ１０が回転駆動される。
【００５７】
この場合、インバータ装置１１は、ハウジング１内で電動モータ８から遮断されたインバータ収容空間２８内に収容され、遮蔽板２７により覆われているので、電動モータ８側に存在する潤滑油、水分等の異物がインバータ装置１１の各部品に浸入したり、これらの部品がモータ８側で発生する熱に直接的にさらされるのを防止することができる。また、電動モータ８の作動時に発生する電磁気的なノイズ等に対しても、インバータ装置１１の各部品を保護することができる。
【００５８】
また、各パワーモジュール１３は、半導体素子１３Ａ等が通電されることにより発熱するが、この熱は放熱器２３と外部との間で還流される冷却水によって冷却されるため、各パワーモジュール１３の放熱性を十分に確保することができる。この場合、放熱器２３は、電動モータ８のステータ９と共締めされることにより、放熱シート２６を介して各パワーモジュール１３に押付けられているため、放熱器２３と各パワーモジュール１３との間の熱抵抗を小さく抑えることができ、これらの間の熱伝導を良好に行うことができる。
【００５９】
かくして、本実施の形態によれば、インバータ装置１１の各パワーモジュール１３をモータケース２内の空きスペース等に配置し、フレキシブル基板１９をモータケース２の内周面２Ａに湾曲した状態で配置する構成としたので、これらをハウジング１に対してコンパクトに配置でき、インバータ装置１１がハウジング１から外部へと大きく張り出すのを防止できると共に、電気機械全体を小型化することができる。
【００６０】
そして、フレキシブル基板１９を用いることにより、例えばハウジング１を大型化したり、インバータ制御用の回路基板等を分割することなく、インバータ制御回路２０の実装面積を十分に確保することができる。また、インバータ制御回路２０をパワーモジュール１３内に搭載する必要がなくなるから、これを小型化できると共に、設計自由度を高めることができる。
【００６１】
また、フレキシブル基板１９をハウジング１の形状等に対応して湾曲させることにより、インバータ制御回路２０をパワーモジュール１３の近傍に容易に配置できるから、これらの間の配線構造を短くして簡略化することができる。従って、両者間の配線にノイズ等が加わることによりパワーモジュール１３が誤動作するのを防止でき、信頼性を向上させることができる。そして、電気機械の組立時には、配線の接続作業等を含めて作業性を高めることができる。
【００６２】
また、モータケース２には遮蔽板２７を設け、インバータ装置１１の各部品をインバータ収容空間２８内に収容したので、例えば電動モータ８側に存在する潤滑油、水分等の異物や、モータ８側で発生する熱、電磁ノイズ等に対してインバータ装置１１の各部品を保護することができる。これにより、これらの部品が異物浸入や熱、ノイズ等によって誤動作したり、放熱シート２６等が早期に損傷、劣化するのを確実に防止でき、耐久性を高めることができる。
【００６３】
従って、パワーモジュール１３、電流センサ２１、電源コンデンサ２２等を長期間にわたって良好に作動させることができ、特に、電流の検出を磁気的に行う電流センサ２１等の作動を安定させることができる。そして、インバータ装置１１には、特別な耐水性、耐油性を有する部品を用いる必要がなくなり、部品の耐熱性も過度に考慮しなくて済むから、コストダウンを図ることができる。
【００６４】
この場合、遮蔽板２７は、その鍔状板部２７Ｂをモータケース２の端面に衝合した状態で取付け、屈曲板部２７Ｃをパワーモジュール１３と仕切板４との間に挟持して固定している。これにより、例えば遮蔽板２７の周縁に沿って多数の取付ボルト等を設ける必要がないから、遮蔽板２７をモータケース２に対して簡単な構造で固定でき、部品点数を削減することができる。
【００６５】
また、インバータ収容空間２８内には、各パワーモジュール１３と積層するように放熱器２３を設けたので、パワーモジュール１３が遮蔽板２７により覆われた状態でも、その半導体素子１３Ａ等が発生する熱を放熱器２３によって効率よく冷却できると共に、インバータ収容空間２８内に配置された制御回路２０、電源コンデンサ２２等の放熱性も高めることができる。
【００６６】
この場合、放熱器２３を、取付ボルト３１により電動モータ８のステータ９と一緒に共締めした状態で仕切板４に固定し、放熱器２３と仕切板４との間にパワーモジュール１３を挟持するようにしたので、これらの部品を最低限の個数の取付ボルト３１で容易に固定でき、その取付構造を簡略化して部品点数を削減できると共に、インバータ付き電気機械を効率よく組立てることができる。そして、各パワーモジュール１３を挟持して固定することにより、パワーモジュールにボルト挿通孔等を設ける必要がなくなり、その形状を小型化することができる。
【００６７】
また、パワーモジュール１３と放熱器２３とを放熱シート２６を介して強く押付けることができるから、これらの間の熱抵抗を低減して放熱性をより高めることができる。さらに、例えば放熱器２３とパワーモジュール１３の熱膨張係数が異なる場合でも、これらの間に熱変形、反り等による隙間が生じるのを防止でき、両者間の密着性を高めて熱伝導を良好に行うことができる。
【００６８】
この場合、電動モータ８のステータ９と放熱器２３との間には、遮蔽板２７の屈曲板部２７Ｃも一緒に挟持するようにしたので、これらの間に円弧状の屈曲板部２７Ｃが介在することにより、取付ボルト３１からステータ９を介して放熱器２３に伝わる圧力を屈曲板部２７Ｃによって周方向に均等化することができる。
【００６９】
これにより、これらの部品の取付状態を振動等に対して安定化できると共に、部品間の密着性も高めて熱抵抗も均等化でき、熱抵抗のばらつき等により局部的な温度上昇が生じるのを防止することができる。
【００７０】
次に、図８は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、フレキシブル基板をハウジングの外周面に設け、ハウジング内に補助基板を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７１】
４１はハウジング１のモータケース２に設けられたインバータ装置で、該インバータ装置４１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、パワーモジュール１３、バスバ電極１４，１５、電流センサ２１、電源コンデンサ２２、放熱器２３と、後述のフレキシブル基板４３、インバータ制御回路４４等とを含んで構成され、これらは後述の遮蔽板４９，５０により画成されたインバータ収容空間５１内に収容されている。
【００７２】
４２はモータケース２の外周面２Ｂに設けられた補強板で、該補強板４２は、例えば金属材料、樹脂材料等により円弧状に形成され、フレキシブル基板４３を補強するものである。
【００７３】
４３は補強板４２を介してモータケース２の外周面２Ｂに設けられたフレキシブル基板で、該フレキシブル基板４３は、第１の実施の形態とほぼ同様に形成され、インバータ制御回路４４が搭載されている。
【００７４】
しかし、フレキシブル基板４３は、モータケース２の外周面２Ｂに沿って円弧状に湾曲した状態で配置されている。また、インバータ制御回路４４は、第１の実施の形態によるインバータ制御回路２０から後述のプリドライバ回路４７を除いた部位により構成されている。
【００７５】
また、フレキシブル基板４３と補強板４２には、複数の切欠き４５（１個のみ図示）が設けられ、電流センサ２１と電源コンデンサ２２とは、これらの切欠き４５に配置された状態でモータケース２の外周面２Ｂに固着されている。
【００７６】
４６はモータケース２の内周面２Ａに設けられた補助基板としてのプリドライバ基板で、該プリドライバ基板４６は、例えば通常のプリント基板、フレキシブル基板等を用いて形成されている。
【００７７】
そして、プリドライバ基板４６には、各パワーモジュール１３のトランジスタを直接的に駆動するプリドライバ回路４７が搭載され、該プリドライバ回路４７は、第１の実施の形態における制御回路２０の一部を構成するものである。また、プリドライバ回路４７は、複数の配線４８等を用いて各パワーモジュール１３とフレキシブル基板４３との間に接続されている。
【００７８】
４９はモータケース２の内周面２Ａ側に設けられた内側遮蔽板で、該内側遮蔽板４９は、第１の実施の形態による遮蔽板２７とほぼ同様に、円弧板部４９Ａ、鍔状板部４９Ｂと、屈曲板部４９Ｃ等を含んで構成されている。
【００７９】
５０はモータケース２の外周面２Ｂ側に配置された略円弧状の外側遮蔽板で、該外側遮蔽板５０は、金属板等からなり、モータケース２の外周面２Ｂに沿って円弧状に延びる円弧板部５０Ａと、該円弧板部５０Ａの軸方向一側から円弧状の鍔部として径方向内向きに突出した鍔状板部５０Ｂと、円弧板部５０Ａの軸方向他側から径方向内向きに屈曲した屈曲板部５０Ｃとを含んで構成されている。
【００８０】
そして、円弧板部５０Ａは、モータケース２の外周面２Ｂと径方向の隙間をもって対向している。また、鍔状板部５０Ｂは、内側遮蔽板４９の鍔状板部４９Ｂと重ね合わせた状態で接合されている。また、屈曲板部５０Ｃは、モータケース２に設けられた切欠き２Ｄ′を介してケース内に挿入され、その先端側はゴムシート２９と一緒にパワーモジュール１３と仕切板４との間に挟持されている。
【００８１】
これにより、内側遮蔽板４９と外側遮蔽板５０とは、モータケース２の内周面２Ａ側と外周面２Ｂ側とにわたって略円弧状のインバータ収容空間５１を画成し、このインバータ収容空間５１は、入力軸６及び電動モータ８の径方向外側に位置して密閉されている。そして、遮蔽板４９，５０は、パワーモジュール１３、バスバ電極１４，１５、電流センサ２１、電源コンデンサ２２、放熱器２３、基板４３，４６等の部品をインバータ収容空間５１内に収容し、これらの部品を電動モータ８と外部の空間とに対して遮断している。
【００８２】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、フレキシブル基板４３をモータケース２の外周面２Ｂに取付け、モータケース２の内周面２Ａにプリドライバ基板４６を設ける構成としたので、例えばインバータ用の制御回路全体のうちパワーモジュール１３から比較的離して配置してもよい部位は、インバータ制御回路４４等としてフレキシブル基板４３に搭載し、モータケース２の外側に配置することができる。
【００８３】
また、制御回路全体のうちパワーモジュール１３との接続距離を可能な限り短くしたいプリドライバ回路４７等の部位は、プリドライバ基板４６に搭載してパワーモジュール１３の近傍に取付けることができる。
【００８４】
従って、モータケース２内には、制御回路全体のうち必要最低限の部位を配置すればよくなり、それ以外の部位はハウジングの外部に配置できるので、ノイズ等の外乱に対してインバータ装置４１の動作を安定化しつつ、モータケース２内の空間を有効に活用でき、モータケース２内の構造に対する制約を少なくして設計自由度を高めることができる。また、プリドライバ回路４７等をパワーモジュール１３の外部に配置できるから、パワーモジュール１３の小型化を促進することができる。しかも、モータケース２の外側に配置に配置されたインバータ制御回路４４には、電動モータ８からの熱が伝わり難くなるので、この熱による制御回路４４の故障等を確実に防止することができる。
【００８５】
次に、図９は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ハウジングの内周面にパワーモジュールを設け、外周面にフレキシブル基板を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８６】
６１はインバータ付き電気機械のハウジングで、該ハウジング６１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、モータケース６２と、変速機ケース３、仕切板４等とにより構成され、モータケース６２は、内周面６２Ａ、外周面６２Ｂ、フランジ部６２Ｃ、切欠き６２Ｄ等を有している。
【００８７】
しかし、モータケース６２は、多角形状の角筒状に形成され、その内周面６２Ａと外周面６２Ｂとは、多角形の各辺に対応する複数の平面によって構成されている。また、モータケース６２の内部には、周方向に延びる冷却水路６３が形成されている。
【００８８】
６４はハウジング６１のモータケース６２に設けられたインバータ装置で、該インバータ装置６４は、第１の実施の形態とほぼ同様に、後述のパワーモジュール６５、バスバ電極６７，６８、フレキシブル基板７１、インバータ制御回路７２と、電流センサ２１、電源コンデンサ２２等とを含んで構成され、これらは後述の遮蔽板７４，７６により画成されたインバータ収容空間７９内に収容されている。
【００８９】
６５はインバータ装置６４の本体部分を構成する例えば３個のパワーモジュール（１個のみ図示）で、該各パワーモジュール６５は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えば３相交流用のインバータ回路を各相毎に分割することにより形成され、大電流型の半導体素子（図示せず）が搭載されている。
【００９０】
しかし、各パワーモジュール６５は、放熱シート６６を介してモータケース６２の内周面６２Ａの平面部位に設けられ、後述の内側遮蔽板７４によってモータケース６２に押付けられている。
【００９１】
６７，６８は各パワーモジュール６５にそれぞれ設けられたバスバ電極で、該各バスバ電極６７，６８は、例えば２枚の金属板を絶縁材６９を介して積層することにより形成されている。そして、バスバ電極６７，６８は、モータケース６２の切欠き６２Ｄを介してモータケース６２の外部に引出され、電源とアースとに接続されている。
【００９２】
７０はモータケース２の外周面２Ｂに設けられた補強板、７１は該補強板７０を介してモータケース２の外周面２Ｂに固着されたフレキシブル基板で、該フレキシブル基板７１には、各パワーモジュール６５と接続されたインバータ制御回路７２が搭載されている。また、フレキシブル基板７１と補強板７０には、電流センサ２１と電源コンデンサ２２とが配置される切欠き７３が形成されている。
【００９３】
７４はモータケース６２の内周面６２Ａ側に設けられた内側遮蔽板で、該内側遮蔽板７４は、モータケース６２の内周面６２Ａに沿って多角形状に延びる内側板部７４Ａと、該内側板部７４Ａの軸方向一側から径方向外向きに屈曲した略コ字状の屈曲板部７４Ｂと、内側板部７４Ａの軸方向他側から略コ字状をなして径方向外向きに屈曲した他の屈曲板部７４Ｃとを含んで構成されている。
【００９４】
そして、内側遮蔽板７４は、屈曲板部７４Ｂがモータケース６２の外周面６２Ｂ側に係合し、この状態で内側板部７４Ａによりパワーモジュール６５をモータケース６２の内周面６２Ａに押付けている。この場合、内側遮蔽板７４の屈曲板部７４Ｂとモータケース６２の外周面６２Ｂとの間には、円弧状のシール材７５が設けられている。また、屈曲板部７４Ｃは、電動モータ８のステータ９と仕切板４との間に挟持され、この状態で取付ボルト３１等により固定されている。
【００９５】
７６はモータケース６２の外周面６２Ｂ側に配置された略円弧状の外側遮蔽板で、該外側遮蔽板７６は、第２の実施の形態とほぼ同様に、円弧板部７６Ａ、鍔状板部７６Ｂ、屈曲板部７６Ｃとを含んで構成されている。
【００９６】
そして、鍔状板部７６Ｂは、内側遮蔽板７４の屈曲板部７４Ｂと重ね合わされ、この状態で内側遮蔽板７４と外側遮蔽板７６とは、取付ボルト７７等によりモータケース６２に締着されている。また、外側遮蔽板７６の屈曲板部７６Ｃは、モータケース６２の切欠き６２Ｄを介してケース内に挿入され、内側遮蔽板７４の屈曲板部７４Ｃと重ね合わされると共に、これらの間にはゴムシート７８が装着されている。
【００９７】
これにより、内側遮蔽板７４と外側遮蔽板７６とは、第２の実施の形態とほぼ同様に、モータケース６２の内周面６２Ａ側と外周面６２Ｂ側とにわたって略円弧状のインバータ収容空間７９を画成し、このインバータ収容空間７９には、パワーモジュール６５、バスバ電極６７，６８、フレキシブル基板７１と、電流センサ２１、電源コンデンサ２２等が収容されている。
【００９８】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、モータケース６２の内部に冷却水路６３を設け、内周面６２Ａにパワーモジュール６５を設ける構成としたので、電動モータ８と仕切板４との間にパワーモジュール６５を配置する必要がなくなり、両者間の空間を有効に活用することができる。
【００９９】
これにより、モータケース６２内に専用の放熱器等を配置する必要がなくなり、インバータ付き電気機械をハウジング６１の軸方向に対してコンパクトに形成できると共に、モータケース６２内の構造に対する制約を少なくして設計自由度を高めることができ、設計作業等のコストダウンを図ることができる。
【０１００】
また、モータケース６２を放熱器として用いることができるから、その内部を流れる冷却水によりパワーモジュール６５を効率よく冷却することができる。そして、電気機械のサイズを小型化しつつ、十分な大きさの放熱器を形成することができる。
【０１０１】
また、インバータ制御回路７２、電流センサ２１、コンデンサ２２等をモータケース６２の外周面６２Ｂに取付けたので、これらの放熱性も高めることができる。従って、例えばインバータ装置６４がエンジンの近傍等で高温状態にさらされる場合でも、各部品の温度上昇を抑えることができ、耐熱性や信頼性を高めることができる。
【０１０２】
なお、前記各実施の形態では、パワーモジュール１３，６５と放熱器２３（モータケース６２）との間に熱伝導性が良好な樹脂材料等からなる放熱シート２６，６６を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばパワーモジュールと放熱器との間にシリコングリース等を塗布する構成としてもよい。
【０１０３】
また、第２，第３の実施の形態では、内側遮蔽板４９，７４と外側遮蔽板５０，７６とを個別の金属板等により形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、これらを金属板等により一体に形成する構成としてもよい。
【０１０４】
また、実施の形態では、フレキシブル基板１９，４３，７１の裏面全体に補強板１８，４２，７０を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、フレキシブル基板の裏面側に複数の補強板を間隔をもって配設する構成としてもよい。これにより、フレキシブル基板を各補強板の間で容易に湾曲させることができ、その取付自由度を高めることができる。この場合、補強板はモータケース２よりも大きな曲率をもって湾曲させてもよく、また平板状に形成する構成としてもよい。
【０１０５】
さらに、実施の形態では、インバータ付き電気機械を車両用の自動変速装置に適用した場合を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば自動変速機、制動装置、操舵装置等を含めて各種のインバータ付き電気機械に適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるインバータ付き電気機械を示す縦断面図である。
【図２】図１中のインバータ装置等を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図３】図２中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみた横断面図である。
【図４】図２中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向からみた横断面図である。
【図５】図３中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみたインバータ装置等の要部拡大断面図である。
【図６】図１中のインバータ装置等を示す要部拡大断面図である。
【図７】インバータ回路を示す回路図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるインバータ装置を図５と同様位置からみた要部拡大断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態によるインバータ装置を図５と同様位置からみた要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１，６１ ハウジング
２，６２ モータケース
２Ａ，６２Ａ 内周面（周壁）
２Ｂ，６２Ｂ 外周面（周壁）
６ 入力軸（回転軸）
８ 電動モータ
１１，４１，６４ インバータ装置
１２ 電源
１３，６５ パワーモジュール
１３Ａ 半導体素子
１４，１５，６７，６８ バスバ電極
１９，４３，７１ フレキシブル基板
２０，４４，７２ インバータ制御回路
２１ 電流センサ
２２ 電源コンデンサ
２７ 遮蔽板
２８，５１，７９ インバータ収容空間（空間）
４６ プリドライバ基板（補助基板）
４９，７４ 内側遮蔽板（遮蔽板）
５０，７６ 外側遮蔽板（遮蔽板）

Claims (3)

1. 軸方向に延びて回転軸が設けられる筒状のハウジングと、該ハウジング内に設けられ前記回転軸を駆動する多相交流式の電動モータと、直流電源と該電動モータとの間に設けられ直流電源を交流に変換するインバータ装置とからなるインバータ付き電気機械において、
   前記インバータ装置は、大電流型の半導体素子が実装され前記ハウジング内に配置されるパワーモジュールと、該パワーモジュールを前記直流電源に接続するバスバ電極と、前記ハウジングの周壁に沿って湾曲した状態で配置される可撓性のフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に設けられ前記直流電源からバスバ電極を介して前記パワーモジュールの半導体素子に通電される電流を通電，遮断することにより交流を発生するインバータ制御回路とにより構成したことを特徴とするインバータ付き電気機械。
2. 前記インバータ装置には、前記パワーモジュールに通電される電流を検出する電流センサと、前記直流電源からバスバ電極を介して前記パワーモジュールに通電される電流の脈動を抑制するコンデンサとを設け、前記ハウジングには、前記電動モータと遮断された空間を画成し該空間内に前記パワーモジュール、フレキシブル基板、電流センサ及びコンデンサを収容する遮蔽板を設けてなる請求項１に記載のインバータ付き電気機械。
3. 前記フレキシブル基板は前記ハウジングの外周面に取付け、前記ハウジング内には前記インバータ制御回路の一部が搭載され前記フレキシブル基板とパワーモジュールとの間に接続される補助基板を設ける構成としてなる請求項１または２に記載のインバータ付き電気機械。

Images