JP2007295639A - 車両用モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換基板における構成部品について放熱性の確保及び半田付け部分に生じる不要な応力の回避を行うことができると共に、当該モータ駆動装置の生産効率を向上させることができる車両用のモータ駆動装置を提供すること。
【解決手段】車両用のモータ駆動装置１は、モータ２を収容するハウジング３の外側に、電力変換基板５と基板カバー６とを備えた電力変換制御部４を配設してなる。スイッチング素子５１は、電力変換基板５において、ハウジング３と対向する側の表面５０１に配設してあり、かつ流動性を有する流動部材７１を介してハウジング３における素子対向面３１に対向配置してあると共に、基板カバー６をハウジング３に固定する力を受けて、流動部材７１を挟持した状態で素子対向面３１に押し付けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータを収容するハウジングにモータ駆動用の電力変換制御部を配設してなる車両用のモータ駆動装置に関する。

モータを収容するハウジングにモータ駆動用の電力変換制御部を一体的に配設してなる車両用のモータ駆動装置の１つである電動コンプレッサとしては、例えば、特許文献１、２に開示されたものがある。
この特許文献１、２の電動コンプレッサは、電動モータによって駆動する圧縮機構をコンプレッサハウジング内に収容してなる。そして、コンプレッサハウジングの外側に、回路カバーを接合固定し、コンプレッサハウジングと回路カバーとによって囲まれた収容空間内に、電動モータを駆動するモータ駆動回路を収容している。

また、特許文献１、２においては、コンプレッサハウジングとスイッチング素子との間に弾性部材（シート）を配置し、回路カバーとモータ駆動回路の基板との間にスペーサ（基板サポート部材）を配置している。そして、回路カバーをコンプレッサハウジングに固定する力を利用して、モータ駆動回路におけるスイッチング素子を、弾性部材を介してコンプレッサハウジングへ押し付けている。これにより、スイッチング素子のコンプレッサハウジングへの放熱熱伝導性を確保すると共に、組付時のバラツキ等により、スイッチング素子の半田付け部分に応力が生じないようにしている。

ところで、弾性部材には、適正圧縮範囲と弾性限界とがある。そのため、弾性部材によって吸収する寸法誤差量（寸法のバラツキ量）を大きくするためには、この弾性部材の厚みを厚くする必要が生じる。そして、上記特許文献１、２においては、上記弾性部材の厚みが極端に厚くなることを回避するために、上記スペーサに厚み調整機能を持たせている。そのため、特許文献１、２においては、電動コンプレッサの１台毎（個体毎）に、スペーサの厚みを調整する必要が生じてしまい、生産効率を低下させてしまう。したがって、モータ駆動装置の生産効率を向上させるためには更なる工夫が必要とされる。

特開２００４−１００６８３号公報 特開２００４−２５１１６１号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、電力変換基板における構成部品について放熱性の確保及び半田付け部分に生じる不要な応力の回避を行うことができると共に、当該モータ駆動装置の生産効率を向上させることができる車両用のモータ駆動装置を提供しようとするものである。

第１の発明は、モータをハウジング内に収容してなると共に、該ハウジングに上記モータを駆動する電力変換制御部を配設してなる車両用のモータ駆動装置において、
上記電力変換制御部は、パルス幅変調を行った交流電力を上記モータに供給するスイッチング素子を配設してなる電力変換基板と、該電力変換基板を覆う基板カバーとを有しており、
上記スイッチング素子は、上記電力変換基板において、上記ハウジングと対向する側の表面に配設してあり、かつ流動性を有する流動部材を介して上記ハウジングにおける素子対向面に対向配置してあると共に、上記基板カバーを上記ハウジングに固定する力を受けて、上記流動部材を挟持した状態で上記素子対向面に押し付けてあることを特徴とする車両用のモータ駆動装置にある（請求項１）。

本発明の車両用のモータ駆動装置は、電力変換基板及び基板カバーを備えた電力変換制御部を、モータを収容するハウジングに配設してなるものである。そして、本発明においては、電力変換基板におけるスイッチング素子をハウジングにおける素子対向面に押し付ける際に、これらの間に配置する流動部材に工夫を行っている。

すなわち、本発明における流動部材は、流動性を有している。これにより、基板カバーをハウジングに固定する力によって、電力変換基板におけるスイッチング素子を、流動部材を介してハウジングにおける素子対向面に押し付けたときには、当該流動部材は、スイッチング素子と素子対向面との間の隙間に応じて、任意に流動し、その厚みを変化させることができる。

そのため、本発明においては、組付、製造等のバラツキにより、スイッチング素子と素子対向面との間の隙間にバラツキが生じたときでも、モータ駆動装置の各個体毎に、流動部材の厚みを調整する必要がなくなる。これにより、モータ駆動装置の生産効率を向上させることができる。

そして、流動部材は任意に流動して、スイッチング素子と素子対向面との間の隙間を充填することができる。これにより、流動部材を極端に分厚く設けることなく、スイッチング素子と素子対向面とを密着させることができる。そのため、スイッチング素子からハウジングへの良好な放熱性を確保することができる。
また、スイッチング素子と素子対向面との間の隙間に挟持された流動部材は、反発弾性力をほとんど発生させない。そのため、スイッチング素子の半田付け部分に不要な応力が生じないようにすることができる。

それ故、本発明の車両用のモータ駆動装置によれば、電力変換基板における構成部品について放熱性の確保及び半田付け部分に生じる不要な応力の回避を行うことができると共に、当該モータ駆動装置の生産効率を向上させることができる。

第２の発明は、モータをハウジング内に収容してなると共に、該ハウジングに上記モータを駆動する電力変換制御部を配設してなる車両用のモータ駆動装置において、
上記電力変換制御部は、パルス幅変調を行った交流電力を上記モータに供給するスイッチング素子を配設してなる電力変換基板と、該電力変換基板を覆う基板カバーとを有しており、
上記電力変換基板には、上記スイッチング素子から上記モータへ供給する上記交流電力の平滑化を行うコンデンサ及びコイルが配設してあり、
該コンデンサ又はコイルの少なくとも一方は、上記電力変換基板において、上記ハウジングと対向する側の表面に配設してあり、かつ流動性を有する流動部材を介して上記ハウジングに形成した挿入凹部内に配置してあると共に、上記基板カバーを上記ハウジングに固定する力を受けて、上記流動部材を介して上記挿入凹部における底面に押し付けてあることを特徴とする車両用のモータ駆動装置にある（請求項３）。

本発明の車両用のモータ駆動装置も、上記発明と同様に、電力変換基板及び基板カバーを備えた電力変換制御部を、モータを収容するハウジングに配設してなるものである。そして、本発明においては、電力変換基板におけるコンデンサ又はコイルの少なくとも一方をハウジングの挿入凹部における底面に押し付ける際に、これらの間に配置する流動部材に工夫を行っている。

すなわち、本発明における流動部材も、上記発明と同様に、流動性を有している。これにより、基板カバーをハウジングに固定する力によって、電力変換基板におけるコンデンサ又はコイルの少なくとも一方を、流動部材を介してハウジングの挿入凹部における底面に押し付けたときには、当該流動部材は、コンデンサ又はコイルの少なくとも一方と挿入凹部における底面との間の隙間に応じて、任意に流動し、その厚みを変化させることができる。

そのため、本発明においても、組付、製造等のバラツキにより、コンデンサ又はコイルの少なくとも一方と挿入凹部における底面との間の隙間にバラツキが生じたときでも、モータ駆動装置の各個体毎に、流動部材の厚みを調整する必要がなくなる。これにより、モータ駆動装置の生産効率を向上させることができる。

そして、流動部材は任意に流動して、コンデンサ又はコイルの少なくとも一方と挿入凹部における底面との間の隙間を充填することができる。これにより、流動部材を極端に分厚く設けることなく、コンデンサ又はコイルの少なくとも一方と挿入凹部における底面とを密着させることができる。そのため、コンデンサ又はコイルの少なくとも一方からハウジングへの良好な放熱性を確保することができる。
また、コンデンサ又はコイルの少なくとも一方と挿入凹部における底面との間の隙間に挟持された流動部材は、反発弾性力をほとんど発生させない。そのため、コンデンサ又はコイルの少なくとも一方の半田付け部分に不要な応力が生じないようにすることができる。

それ故、本発明の車両用のモータ駆動装置によっても、電力変換基板における構成部品について放熱性の確保及び半田付け部分に生じる不要な応力の回避を行うことができると共に、当該モータ駆動装置の生産効率を向上させることができる。

上述した第１、第２の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記第１の発明において、上記ハウジングにおける上記素子対向面には、上記流動部材の外周を囲み、該流動部材が流出することを防止する流出防止壁を形成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、流動部材が流出防止壁の外部へ流動することを防止することができ、流動部材が不必要に拡散流動してしまうことを防止することができる。

また、上記第１、第２の発明において、上記流動部材は、弾性反発力を実質的に発生させない性質を有するゲル状物質からなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、電力変換基板における構成部品について放熱性の確保及び半田付け部分に生じる不要な応力の回避を一層容易に行うことができる。

また、上記流動部材は、シリコーンを含有するゲル状物質とすることができる（請求項５）。
この場合には、上記流動性を有すると共に弾性反発力を実質的に発生させない性質を有するゲル状物質を容易に構成することができる。

また、上記電力変換制御部は、上記電力変換基板と上記スイッチング素子との間には、素子側弾性部材を挟持し、上記電力変換基板と上記基板カバーとの間には、カバー側弾性部材を挟持していることが好ましい（請求項６）。
この場合には、素子側弾性部材及びカバー側弾性部材が弾性変形することにより、スイッチング素子の半田付け部分に不要な応力が生じてしまうことを一層効果的に防止することができる。

また、上記モータ駆動装置は、上記モータによって、冷媒を圧縮する圧縮機構を作動させるよう構成した電動コンプレッサとすることができる（請求項７）。
この場合には、電力変換基板における構成部品の放熱性の確保及び半田付け部分に生じる不要な応力の回避を行って、電動コンプレッサの生産効率を向上させることができる。

以下に、本発明の車両用のモータ駆動装置にかかる実施例につき図面と共に説明する。
（実施例１）
本例の車両用のモータ駆動装置１は、図１に示すごとく、モータ２をハウジング３内に収容してなると共に、このハウジング３の外側にモータ２を駆動する電力変換制御部４を配設してなる。この電力変換制御部４は、パルス幅変調を行った交流電力をモータ２に供給するスイッチング素子５１を配設してなる電力変換基板５と、この電力変換基板５を覆う基板カバー６とを有している。

図１、図２に示すごとく、上記スイッチング素子５１は、電力変換基板５において、ハウジング３と対向する側の表面５０１に配設してある。また、スイッチング素子５１は、流動性を有する流動部材７１を介してハウジング３における素子対向面３１に対向配置してあると共に、基板カバー６をハウジング３に固定する力を受けて、流動部材７１を挟持した状態で素子対向面３１に押し付けてある。

そして、本例の流動部材７１は、弾性反発力を実質的に発生させない性質を有するゲル状物質からなる。
なお、図１は、電力変換基板５及び基板カバー６をハウジング４へ取り付けた状態を示し、図２は、電力変換基板５及び基板カバー６をハウジング４へ取り付ける前の状態を示す。また、図３は、電力変換基板５におけるハウジング４と対向する側の表面５０１を示す。

以下に、本例の車両用のモータ駆動装置１につき、図１〜図３と共に詳説する。
図１に示すごとく、本例のモータ駆動装置１は、モータ２によって、冷媒を圧縮する回転式の圧縮機構（圧縮ポンプ）を作動させるよう構成した電動コンプレッサ１である。この電動コンプレッサ１は、車両における空調装置において、冷媒を圧縮して、高圧の圧縮冷媒を作り出すために用いるものである。
また、ハウジング３内には、圧縮機構へ送る圧縮前の冷媒を、モータ２に隣接して通過させるための冷媒流路３０が形成してある。そして、この圧縮前の冷媒によって、ハウジング３の外側に配置した電力変換基板５を冷却することができる。

本例の流動部材７１は、シリコーンを含有するゲル状物質からなる。このゲル状物質は、架橋シリコーンゲル中に、各種金属等の熱伝導性添加剤を分散してなり、流動性を有すると共に自己保形性を有している。また、この流動部材７１は、熱硬化処理等の後処理を必要としないゲル状物質からなる。本例においては、流動部材７１として、株式会社ジェルテック製のＤＰ−１００を用いた。

本例の電力変換基板５は、ハイブリッド車における駆動用モータを作動させるために用いる高電圧直流電源（高電圧バッテリー、約２８０Ｖ）を用いて、モータ２を駆動するよう構成してある。そして、本例のモータ２は、３相交流モータ２であり、電力変換基板５は、パルス幅変調を行って形成した３相交流電圧をモータ２に印加するよう構成したインバータである。

図１〜図３に示すごとく、本例の基板カバー６は、平板状の本体部６１と、この本体部６１の全周から突出形成した側壁部６２とを有している。そして、側壁部６２には、ボルトを用いて基板カバー６をハウジング３に固定する際に、当該ボルトを挿通配置するための貫通穴６２１が形成してある。
そして、基板カバー６は、その側壁部６２をハウジング３に当接させ、貫通穴６２１に挿通したボルトをハウジング３に螺合することにより、当該基板カバー６の内側に上記電力変換基板５を保持した状態で、ハウジング３に固定してある。

同図に示すごとく、上記電力変換基板５には、上記スイッチング素子５１以外にも、スイッチング素子５１からモータ２へ流す電流を還流するダイオード素子、スイッチング素子５１からモータ２へ供給する交流電力の平滑化を行うコンデンサ５２及びコイル５３、並びにスイッチング素子５１へパルス幅変調を行ったスイッチング信号を送信するモータ制御回路５４等が配設してある。
また、本例のスイッチング素子５１は、３相のモータ巻線（ステータ巻線）へ電力を供給するための６つの素子部を集積してパッケージ化したものである。

また、コンデンサ５２は、電力変換基板５において、高電圧直流電源のプラス側配線とマイナス側配線との間に、複数個が並列接続してある。また、コイル５３は、高電圧直流電源のプラス側配線とマイナス側配線とにそれぞれ配置してある。そして、図２に示すごとく、コンデンサ５２及びコイル５３は、ハウジング３において、モータ２の軸方向Ｌと平行になるよう電力変換基板５に複数個が並べて配置してある。なお、図３において、モータ２の軸方向Ｌを示す。

また、モータ制御回路５４は、車両における上位制御装置（上位ＥＣＵ）と通信を行うよう構成してあり、この上位ＥＣＵとの間でモータ２の回転速度指令、電力制限及び運転状況等のデータの受渡を行うよう構成してある。
図１〜図３に示すごとく、３相交流モータ２のステータ巻線から引き出した３つのリード線２１は、気密構造（ハウジング３内の冷媒が外部に流出することを防止する構造）を有する接続端子２２によってスイッチング素子５１に接続されている。

同図に示すごとく、本例の電力変換制御部４は、電力変換基板５とスイッチング素子５１との間には、素子側弾性部材７２を挟持し、電力変換基板５と基板カバー６との間には、カバー側弾性部材７３を挟持している。そして、電力変換基板５を挟持して基板カバー６をハウジング３に固定したときには、素子側弾性部材７２及びカバー側弾性部材７３が弾性変形し、スイッチング素子５１の半田付け部分５１１を保護するようになっている。

また、図１〜図３に示すごとく、本例のコンデンサ５２及びコイル５３は、電力変換基板５において、ハウジング３と対向する側の表面５０１に配設してある。また、ハウジング３には、コンデンサ５２の一部を挿入するためのコンデンサ用挿入凹部３２と、コイル５３の一部を挿入するためのコイル用挿入凹部３３が形成してある。
また、電力変換基板５は、カバー側弾性部材７３を挟持した状態でボルト及びナットからなる固定具５５によって、基板カバー６に固定されるよう構成してある。
なお、基板カバー６をハウジング３へ固定するためのボルトの図示は省略した。

本例の車両用の電動コンプレッサ１においては、電力変換基板５におけるスイッチング素子５１をハウジング３における素子対向面３１に押し付ける際に、これらの間に配置する流動部材７１に工夫を行っている。
すなわち、本例の流動部材７１は、流動性を有すると共に弾性反発力を実質的に発生させない性質を有するゲル状物質からなる。これにより、基板カバー６をハウジング３に固定する力によって、電力変換基板５におけるスイッチング素子５１を、ゲル状物質からなる流動部材７１を介してハウジング３における素子対向面３１に押し付けたときには、当該流動部材７１は、スイッチング素子５１によって押圧され、スイッチング素子５１と素子対向面３１との間の隙間に応じて、任意に流動し、その厚みを変化させることができる。

そのため、本例の電動コンプレッサ１においては、組付、製造等のバラツキにより、スイッチング素子５１と素子対向面３１との間の隙間にバラツキが生じたときでも、電動コンプレッサ１の各個体毎に、流動部材７１の厚みを調整する必要がなくなる。これにより、電動コンプレッサ１の生産効率を向上させることができる。
そして、流動部材７１は任意に流動して、スイッチング素子５１と素子対向面３１との間の隙間を充填することができる。これにより、流動部材７１を極端に分厚く設けることなく、スイッチング素子５１と素子対向面３１とを密着させることができる。そのため、スイッチング素子５１からハウジング３への良好な放熱性を確保することができる。

また、スイッチング素子５１と素子対向面３１との間の隙間に挟持された流動部材７１は、反発弾性力をほとんど発生させない。そのため、スイッチング素子５１の半田付け部分５１１に不要な応力が生じないようにすることができる（図１参照）。
それ故、本例の車両用の電動コンプレッサ１によれば、電力変換基板５におけるスイッチング素子５１の放熱性の確保及びスイッチング素子５１の半田付け部分５１１に生じる不要な応力の回避を行うことができると共に、当該電動コンプレッサ１の生産効率を向上させることができる。

（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、ハウジング３における素子対向面３１に、流動部材７１の外周を囲み、この流動部材７１が流出することを防止する流出防止壁３４を形成した例である。
本例においては、特に、流動部材７１が振動、重力等の影響を受けて経年変化したときでも、この流動部材７１が素子対向面３１の面方向に不必要に拡散流動してしまうことを防止することができる。そのため、流動部材７１により、長期間に亘って安定してスイッチング素子５１と素子対向面３１との密着状態を維持することができる。
本例においても、その他は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、ハウジング３における上記コンデンサ用挿入凹部３２及びコイル用挿入凹部３３にも、上記流動部材７１を充填した例である。
そして、本例の電力変換基板５におけるコンデンサ５２及びコイル５３は、基板カバー６をハウジング３に固定する力を受けて、上記ゲル状物質からなる流動部材７１を介して、各挿入凹部３２、３３における底面に押し付けてある。
これにより、本例においては、電力変換基板５におけるコンデンサ５２及びコイル５３の放熱性を確保することができると共に、コンデンサ５２及びコイル５３における半田付け部分５２１、５３１に不要な応力が生じることを回避することができる。

また、電力変換制御部４の組付を行う際には、各挿入凹部３２、３３内に配置した流動部材７１は、基板カバー６をハウジング３に固定する力を受けてコンデンサ５２及びコイル５３によって押圧され、コンデンサ５２及びコイル５３と各挿入凹部３２、３３における底面との間の隙間に応じて、任意に流動して、その厚みを変化させることができる。

そのため、組付、製造等のバラツキにより、コンデンサ５２又はコイル５３と各挿入凹部３２、３３における底面との間の隙間にバラツキが生じたときでも、電動コンプレッサ１の各個体毎に、流動部材７１の厚みを調整する必要がなくなる。これにより、電動コンプレッサ１の生産効率を向上させることができる。
本例においても、その他は上記実施例１、２と同様であり、上記実施例１、２と同様の作用効果を得ることができる。

実施例１における、電力変換基板及び基板カバーをハウジングへ取り付けた状態の電動コンプレッサを示す断面説明図。 実施例１における、電力変換基板及び基板カバーをハウジングへ取り付ける前の状態の電動コンプレッサを示す断面説明図。 実施例１における、電力変換基板におけるハウジングと対向する側の表面を示す平面図。 実施例２における、電力変換基板及び基板カバーをハウジングへ取り付けた状態の電動コンプレッサを示す断面説明図。 実施例３における、電力変換基板及び基板カバーをハウジングへ取り付けた状態の電動コンプレッサを示す断面説明図。

符号の説明

１ モータ駆動装置（電動コンプレッサ）
２ モータ
３ ハウジング
３１ 素子対向面
３２ コンデンサ用挿入凹部
３３ コイル用挿入凹部
３４ 流出防止壁
４ 電力変換制御部
５ 電力変換基板
５１ スイッチング素子
５２ コンデンサ
５３ コイル
６ 基板カバー
７１ 流動部材
７２ 素子側弾性部材
７３ カバー側弾性部材

Claims (7)

1. モータをハウジング内に収容してなると共に、該ハウジングに上記モータを駆動する電力変換制御部を配設してなる車両用のモータ駆動装置において、
   上記電力変換制御部は、パルス幅変調を行った交流電力を上記モータに供給するスイッチング素子を配設してなる電力変換基板と、該電力変換基板を覆う基板カバーとを有しており、
   上記スイッチング素子は、上記電力変換基板において、上記ハウジングと対向する側の表面に配設してあり、かつ流動性を有する流動部材を介して上記ハウジングにおける素子対向面に対向配置してあると共に、上記基板カバーを上記ハウジングに固定する力を受けて、上記流動部材を挟持した状態で上記素子対向面に押し付けてあることを特徴とする車両用のモータ駆動装置。
2. 請求項１において、上記ハウジングにおける上記素子対向面には、上記流動部材の外周を囲み、該流動部材が流出することを防止する流出防止壁が形成してあることを特徴とする車両用のモータ駆動装置。
3. モータをハウジング内に収容してなると共に、該ハウジングに上記モータを駆動する電力変換制御部を配設してなる車両用のモータ駆動装置において、
   上記電力変換制御部は、パルス幅変調を行った交流電力を上記モータに供給するスイッチング素子を配設してなる電力変換基板と、該電力変換基板を覆う基板カバーとを有しており、
   上記電力変換基板には、上記スイッチング素子から上記モータへ供給する上記交流電力の平滑化を行うコンデンサ及びコイルが配設してあり、
   該コンデンサ又はコイルの少なくとも一方は、上記電力変換基板において、上記ハウジングと対向する側の表面に配設してあり、かつ流動性を有する流動部材を介して上記ハウジングに形成した挿入凹部内に配置してあると共に、上記基板カバーを上記ハウジングに固定する力を受けて、上記流動部材を介して上記挿入凹部における底面に押し付けてあることを特徴とする車両用のモータ駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記流動部材は、弾性反発力を実質的に発生させない性質を有するゲル状物質からなることを特徴とする車両用のモータ駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記流動部材は、シリコーンを含有するゲル状物質であることを特徴とする車両用のモータ駆動装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記電力変換制御部は、上記電力変換基板と上記スイッチング素子との間には、素子側弾性部材を挟持し、上記電力変換基板と上記基板カバーとの間には、カバー側弾性部材を挟持していることを特徴とする車両用のモータ駆動装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記モータ駆動装置は、上記モータによって、冷媒を圧縮する圧縮機構を作動させるよう構成した電動コンプレッサであることを特徴とする車両用のモータ駆動装置。

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