JP2015033276A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】結線作業の作業性を確保しつつも、放熱性能の低下を抑制することができる電動機を提供する。【解決手段】機電一体モータ１は、ステータ１１及びロータ１２を収容するモータケース１０と、軸心方向においてモータケース１０と隣接して配置されるインバータケース２０と、インバータケース２０内に収容されてそれぞれがステータコイル１４ａに電力を出力する複数のパワーモジュール２２と、を有している。ここで、複数のパワーモジュール２２は、周方向に沿って配設されるとともに、ステータコイル１４ａと結線される交流端子２６をそれぞれ備えている。また、インバータケース２０は、筒状の周側壁２０ｂと、軸心方向の端部に位置付けられる端壁２０ａとを備える筒状体であり、この端壁２０ａは、その中央部に、ケース内外を貫通するケース開口２０ｄを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関する。

従来より、機電一体型の電動機、すなわち、ステータコイルに電力を供給するパワーモジュールを電動機（ステータコイル）の近傍に設けた一体型構造の電動機が知られている。

例えば特許文献１には、電動機とインバータとを軸方向に並設した車両駆動装置が開示されている。この車両駆動装置では、ステータから導出された引出導線、パワーモジュールから導出された出力端子のいずれかの端部（先端部）の導体面にネジ部が一体に形成されている。ネジ部にはボルトが螺合され、重ね合わされた引出導線と出力端子とが締結される。ここで、出力端子と引出導体との締結部と対向する外装ケースの周側壁に、矩形状の１つの開放部が形成されている。開放部は、出力端子と引出導線とを締結するために設けられた作業窓である。

特開２００８−２１１９４５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、出力端子と引出導線との結線数が多い場合には、開放部の数を増やしたり又はその大きさを拡大させたりする必要がある。そのため、外装ケースの面積が減少し、外装ケースにおいて放熱に利用することができる放熱面積が減少してしまうという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、結線作業の作業性を確保しつつも、放熱性能の低下を抑制することができる電動機を提供することである。

かかる課題を解決するために、本発明に係る電動機は、モータケースと、モータケースと隣接して配置されるモジュールケースと、モジュールケース内に収容されてそれぞれがステータコイルに電力を出力する複数のパワーモジュールと、を有している。ここで、複数のパワーモジュールは、周方向に沿って配設されるとともに、ステータコイルと結線される出力端子をそれぞれ備えている。また、モジュールケースの端部に位置付けられる端壁は、その中央部に、ケース内外を貫通するケース開口を備えている。

本発明によれば、結線数に応じて多数の開口を設けたり、開口の大きさを拡大したりといった必要性もないので、モジュールケースにおいて放熱に利用することができる放熱面積の減少を抑制することができる。その結果、結線作業の作業性を確保しつつも、放熱性能の低下を抑制することができる。

第１の実施形態にかかる機電一体モータの構成を模式的に示す説明図 図１に示す機電一体モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 第２の実施形態にかかる機電一体モータの構成を模式的に示す説明図 図３に示す機電一体モータにおけるＡＡ断面を模式的に示す説明図 蓋体の構成を模式的に示す説明図 第３の実施形態にかかる機電一体モータの構成を模式的に示す説明図 蓋体の構成を模式的に示す説明図

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる機電一体モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図２は、図１に示す機電一体モータ１におけるＡＡ断面を模式的に示す説明図である。機電一体モータ１は、パワーモジュール２２をモータ要素の近傍に設けた一体型構造のモータ（電動機）である。機電一体モータ１は、モータケース１０と、インバータケース２０とを備え、これらのケース１０，２０が軸心方向に隣接して配置されている。

モータケース１０は、モータ要素であるステータ１１及びロータ１２をその内部に収容する筐体である。モータケース１０は、一方が開口されて他方に端壁１０ａが連設された円筒状の周側壁１０ｂを備える筒状体で構成されている。周側壁１０ｂの周囲には、モータケース１０内の空気が有する熱を放熱するための放熱フィン１０ｃが形成されている。

モータケース１０の開口側には、ブラケット１５が設けられており、ブラケット１５はモータケース１０の端壁１０ａと対向して配置されている。また、ブラケット１５は、モータケース１０とインバータケース２０との間に位置し、モータケース１０によって画定される空間とインバータケース２０によって画定される空間とを隔てる隔壁としても機能している。

モータケース１０において、周側壁１０ｂの内周面には、周方向に連続する環状のステータ１１が固設されている。ステータ１１の内側には、所定のエアギャップを介してロータ１２が設けられている。ロータ１２は、端壁１０ａに嵌設されたベアリング１６、及びブラケット１５に嵌設されたベアリング１６を介して回転可能に支持されている。

ブラケット１５には、ロータ１２の回転数を検出するためのレゾルバ１７が設けられている。レゾルバ１７は、レゾルバロータ１７ａと、レゾルバステータ１７ｂとを主体に構成されている。レゾルバロータ１７ａは、ブラケット１５側に位置づけられるロータ１２の端部に固着され、ロータ１２の回転と同期して回転する。また、レゾルバステータ１７ｂは、端子台３０の裏面部（ブラケット１５と対面する部分）において凹状に形成された円形溝部に嵌合固定されており、レゾルバロータ１７ａを覆うようにその周囲に位置づけられている。

ステータ１１には、導線１４が巻回されることでステータコイル１４ａが形成されている。機電一体モータ１は多相モータであり、ステータコイル１４ａは、相数の整数倍に応じた数だけ用意されており、周方向に沿って等ピッチで設けられている。個々のステータコイル１４ａと通じる導線１４は、ブラケット１５に設けられた貫通孔１５ａを介してインバータケース２０内に挿通され、その末端部（始端部及び終端部）が、当該インバータケース２０内に収容されるインバータ２１に接続されている。貫通孔１５ａは、ステータコイル１４ａの数及び位置に対応して複数設けられている。また、個々の貫通孔１５ａには、絶縁体を内接するといったように周知の手法により絶縁処理が施されている。

インバータケース２０は、その内部にインバータ２１を収容する筐体である。インバータケース２０は、一方が開口されて他方に端壁２０ａが連設された円筒状の周側壁２０ｂを備える筒状体で構成されている。このインバータケース２０は、その開口側をモータケ
ース１０の開口側と突き合わすようして、当該モータケース１０と接続されており、インバータケース２０の端壁２０ａは、モータケース１０の開口側に設けられたブラケット１５と対向する。端壁２０ａ及び周側壁２０ｂの周囲には、インバータケース２０内の空気が有する熱を放熱するための放熱フィン２０ｃが形成されている。

インバータ２１は、ステータ１１に設けられた個々のステータコイル１４ａに対して電力を供給する電力変換器である。インバータケース２０は、インバータ２１の構成部品である、パワーモジュール２２、バスバー２３、コンデンサ２４、回路基板２５を収容している。

パワーモジュール２２は半導体素子からなり、スイッチング動作して直流電流を交流電流に変換し、この交流電流をステータコイル１４ａに供給する。パワーモジュール２２は、少なくとも相数に応じた数だけ用意されており、本実施形態では、ステータコイル１４ａの数及び位置に対応して周方向にかけて等間隔で配設されており、ステータコイル１４ａに対して一対一になる関係に設定されている。個々のパワーモジュール２２は、インバータケース２０をなす端壁２０ａに配設されており、当該インバータケース２０の端壁２０ａと熱的に接続されている。

個々のパワーモジュール２２には、出力端子としての交流端子２６が設けられており、交流端子２６にはステータコイル１４ａに通じる導線１４の末端部が接続されている。交流端子２６は、モータ中心部（軸心）に近寄った位置に配設されている。すなわち、ブラケット１５の貫通孔１５ａは、ステータコイル１４ａと対応してモータ外側に位置しているが、交流端子２６は、ブラケット１５の貫通孔１５ａよりもモータ中心に近い位置に配設されている。交流端子２６と導線１４の末端部との結線方法としては、ねじ締結、はんだ付け、ろう付けといった手法が挙げられるが、これ以外にも、レーザ溶接、ＴＩＧ溶接といった各種の溶接手法でもよい。

コンデンサ２４は、パワーモジュール２２と対応して複数設けられており、対となるパワーモジュール２２のスイッチング動作に伴うサージ電流やリプル電流などの不要な電流変化を低減する。

バスバー２３は、個々のパワーモジュール２２同士を電気的に接続するとともに、対となるパワーモジュール２２とコンデンサ２４とを電気的に接続する。

回路基板２５は、インバータ２１を駆動する駆動回路を搭載している。

インバータケース２０内におけるブラケット１５には端子台３０が設けられており、端子台３０はブラケット１５の中央部に配置されている。端子台３０は、ブラケット１５の貫通孔１５ａから延出して交流端子２６へと配索される複数の導線１４を固定する機能を担っている。端子台３０は、樹脂などの絶縁材料から形成されている。

ステータコイル１４ａに通じる導線１４は、ブラケット１５の貫通孔１５ａから延出すると、モータ中心に向けて折り曲げられており、ブラケット１５に沿って直線的に配索される。導線１４は、端子台３０へと到達すると、所定の位置で軸心方向へと折り曲げられる。導線１４は、端子台３０によって固定されつつ軸心方向に沿って直線的に配索され、その末端部が交流端子２６と結線される。前述のように個々の交流端子２６が、ブラケット１５の貫通孔１５ａよりもモータ中心に近い位置に配設されるため、個々の導線１４は半径方向に沿って中心部へと集約され、全体として放射状の配索態様となる。

また、インバータケース２０の端壁２０ａにおいて、その中心部にはケース開口２０ｄ
が形成されており、このケース開口２０ｄによりインバータケース２０の内外が貫通される。ステータコイル１４ａに通じる導線１４の末端部と、交流端子２６と結線は、このケース開口２０ｄを通じて行われる。そして、結線作業の終了後、当該ケース開口２０ｄは蓋体２７によって閉塞され、これにより、密閉性を確保することができる。

このように本実施形形態において、機電一体モータ１は、ステータ１１及びロータ１２を収容するモータケース１０と、軸心方向においてモータケース１０と隣接して配置されるインバータケース（モジュールケース）２０と、インバータケース２０内に収容されてそれぞれがステータコイル１４ａに電力を出力する複数のパワーモジュール２２と、を有している。ここで、複数のパワーモジュール２２は、周方向に沿って配設されるとともに、ステータコイル１４ａと結線される交流端子（出力端子）２６をそれぞれ備えている。また、インバータケース２０は、筒状の周側壁２０ｂと、軸心方向の端部に位置付けられる端壁２０ａとを備える筒状体であり、この端壁２０ａは、その中央部に、ケース内外を貫通するケース開口２０ｄを備えている。

かかる構成によれば、複数のパワーモジュール２２が周方向に沿って配設されており、インバータケース２０の中央部（軸心部）から等しい距離に個々の交流端子２６が存在することとなる。また、このインバータケース２０の中央部には、端壁２０ａの中央部に形成されたケース開口２０ｄを通じてアクセスすることができ。これにより、個々の交流端子２６に対する結線作業を単一のケース開口２０ｄから行うことができる。そのため、結線数に応じて多数の開口を設けたり、開口の大きさを拡大したりといった必要性もないので、インバータケース２０の面積が減少するによる放熱面積の減少を抑制することができる。よって、結線作業の作業性を確保しつつも、放熱性能の低下を抑制することができる。

また、周側壁２０ｂに複数のケース開口を設けた場合には、個々の交流端子２６に対する結線作業の都度、ケース開口と面するようにモータを回転させて作業位置を変える必要がある。しかしながら、本実施形態によれば、ケース開口２０ｄは一つだけであるため、このような作業位置の変更を要さずとも足りる。

また、本実施形態において、複数のパワーモジュール２２は、インバータケース２０内において端壁２０ａ側に配置されている。

かかる構成によれば、ケース開口２０ｄに近い位置にパワーモジュール２２が存在することとなるので、結線における作業性の向上を図ることができる。

また、本実施形態において、機電一体モータ１は、多相モータであり、導線１４と交流端子２６との結線数は相数に応じて複数存在することとなる。このような多数の結線作業を要する場合であっても、端壁２０ａにケース開口２０ｄが存することで、ケース開口２０ｄは一つだけで足りる。これにより、結線作業の作業性を確保しつつも、放熱性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態において、パワーモジュール２２、すなわち、交流端子２６はステータコイル１４ａに対して一対一になる関係に設定されている。このような多数の結線作業を要する場合であっても、端壁２０ａにケース開口２０ｄが存することで、ケース開口２０ｄは一つだけで足りる。これにより、結線作業の作業性を確保しつつも、放熱性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、ケース開口２０ｄよりも内側に交流端子２６が存在するため、ケース開口２０ｄから交流端子２６を容易に認識することができる。これにより、結
線時の作業性の向上を図ることができる。

（第２の実施形態）
図６は、本実施形態にかかる機電一体モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図４は、図３に示す機電一体モータ１におけるＡＡ断面図である。また、図５は、インバータケース２０の内側から眺めた蓋体２７の構成を模式的に示す説明図でる。この第２の実施形態に係る機電一体モータ１が、第１の実施形態のそれと相違する点は、ケース開口２０ｄ及び蓋体２７の形態である。以下、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態において、ケース開口２０ｄは、パワーモジュール２２の配設領域の内径よりも小さい開口径に設定されている。ケース開口２０ｄを閉塞する蓋体２７には、当該ケース開口２０ｄ側に膨出した圧入部２７ａが一体形成されており、この圧入部２７ａがケース開口２０ｄに圧入されることで蓋体２７がケース開口２０ｄに固定される。また、圧入による一体性を確保するため、ケース開口２０ｄ及び圧入部２７ａは、ケース内側からケース外側にかけてその径が拡大するようなテーパ形状に設定されている。

この蓋体２７には、放熱フィン２７ｂ，２７ｃが形成されている。この一方の放熱フィン２７ｂは、ケース外側に位置付けられている。この放熱フィン２７ｂは、同一方向に延在する板状フィンであり、互いに並列するように複数設けられている。また、他方の放熱フィン２７ｃは、ケース内側に位置付けられている。この放熱フィン２７ｃは、モータ中心を基準として放射状に形成されている。

このように本実施形態によれば、蓋体２７はケース外側に位置付けられる放熱フィン２７ｂを有しているので、この放熱フィン２７ｂを介して、インバータケース２０内に滞留する空気の熱を、インバータケース２０外へと放熱することができる。

また、本実施形態によれば、蓋体２７はケース内側に位置付けられる放熱フィン２７ｃを有しているので、この放熱フィン２７ｃを介して、インバータケース２０内に滞留する空気の熱を蓋体２７及びインバータケース２０へと導くことができる。これにより、放熱性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、ケース内側の放熱フィン２７ｃを放射状に形成したことで、フィン内部での熱干渉を抑制することができる。また、インバータケース２０内に滞留する空気との伝熱面積を多く確保することができるので、放熱性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、蓋体２７は、ケース開口２０ｄに圧入して固定されている。これにより、蓋体２７とケース開口２０ｄとの密着性が向上し、蓋体２７とインバータケース２０との間の熱抵抗を低減させることができる。その結果、放熱性能の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態によれば、ケース開口２０ｄ及び蓋体２７における圧入部位はテーパ形状に設定されている。これにより、くさび作用により、蓋体２７とケース開口２０ｄとの密着性が向上し、蓋体２７とインバータケース２０との間の熱抵抗を低減させることができる。その結果、放熱性能の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態にかかる機電一体モータ１の構成を模式的に示す説明図であり、図７は、インバータケース２０の内側から眺めた蓋体２７の構成を模式的に示す説明図でる
。この第３の実施形態に係る機電一体モータ１が、第１の実施形態のそれと相違する点は、ケース開口２０ｄ及び蓋体２７の形態である。以下、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態において、ケース開口２０ｄは、パワーモジュール２２の配設領域の内径よりも小さい開口径に設定されている。一方、個々のパワーモジュール２２の交流端子２６は、軸心方向にかけてケース外部へとそれぞれ延出されて、その少なくとも一部がケース開口２０ｄよりも内側にそれぞれ配置されている。

蓋体２７は、交流端子２６のそれぞれを包囲するような凹形状を備えている。上述した通り、蓋体２７は、絶縁部材から形成されており、その内側には放射形状の壁部２７ｅが形成されている。この壁部２７ｅにより、交流端子２６のそれぞれと結線される複数の導線１４が各々隔てられることとなる。蓋体２７は、熱伝導性を備える接着剤によりインバータケース２０に固着されている。

このように本実施形態によれば、ケース開口２０ｄが小さい開口径に設定されているため、インバータケース２０の放熱面積が減少するという事態を抑制することができる。これにより放熱性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、ケース開口２０ｄよりも内側に交流端子２６が存在するため、ケース開口２０ｄから交流端子２６を容易に認識することができる。これにより、結線時の作業性の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、交流端子２６がケース外部へとそれぞれ延出されているため、インバータケース２０の外部で結線作業を行うことができる。また、外部へと導かれた部位は、蓋体２７によって覆うことができるので、これを適切にカバーすることができる。

また、本実施形態によれば、蓋体２７が絶縁性を備えているため、導線１４と交流端子２６との結線部位と蓋体２７との間の絶縁性を考慮する必要がない。このため、両者の絶縁距離を短縮することができるため、小型化を達成することができる。

また、本実施形態によれば、蓋体２７が複数の導線１４を各々隔てる壁部２７ｅを備えているので、当該壁部２７ｅにより個々の結線部位の絶縁性が確保される。これにより、結線部位間における絶縁距離を短縮することができるため、小型化を達成することができる。

また、本実施形態によれば、熱伝導性を備える接着剤により蓋体２７が固着されるので、蓋体２７とインバータケース２０との密着性が向上する。また、蓋体２７とインバータケース２０との間の熱抵抗を低減させることができる。その結果、放熱性能の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態にかかる電動機について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。

１ 機電一体モータ
１０ モータケース
１０ａ 端壁
１０ｂ 周側壁
１０ｃ 放熱フィン
１１ ステータ
１２ ロータ
１４ 導線
１４ａ ステータコイル
１５ ブラケット
１５ａ 貫通孔
１６ ベアリング
１７ レゾルバ
２０ インバータケース
２０ａ 端壁
２０ｂ 周側壁
２０ｃ 放熱フィン
２０ｄ ケース開口
２１ インバータ
２２ パワーモジュール
２６ 交流端子
２７ 蓋体
２７ａ 圧入部
２７ｂ 放熱フィン
２７ｃ 放熱フィン
２７ｅ 壁部
３０ 端子台

Claims (12)

1. ステータ及びロータを収容するモータケースと、
   軸心方向において前記モータケースと隣接して配置されるモジュールケースと、
   前記モジュールケース内に収容され、ステータコイルに電力を出力する複数のパワーモジュールと、を有し、
   前記複数のパワーモジュールは、周方向に沿って配設されるとともに、前記ステータコイルと結線される出力端子をそれぞれ備えており、
   前記モジュールケースは、筒状の周側壁と、軸心方向の端部に位置付けられる端壁とを備える筒状体であり、
   前記端壁は、当該端壁の中央部に、ケース内外を貫通するケース開口を備えることを特徴とする電動機。
2. 前記複数のパワーモジュールは、前記モジュールケース内において前記端壁側に配置されることを特徴とする請求項１に記載された電動機。
3. 前記複数のパワーモジュールの出力端子は、前記ケース開口よりも内側にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載された電動機。
4. 前記モジュールケースは、前記ケース開口を閉塞する蓋体をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された電動機。
5. 前記複数のパワーモジュールの出力端子は、軸心方向にかけてケース外部へとそれぞれ延出されており、
   前記蓋体は、前記出力端子のそれぞれを包囲するような凹形状を備えることを特徴とする請求項４に記載された電動機。
6. 前記蓋体は、ケース外側に位置付けられる放熱フィンが形成されることを特徴とする請求項４に記載された電動機。
7. 前記蓋体は、ケース内側に位置付けられる放熱フィンが形成されることを特徴とする請求項４に記載された電動機。
8. 前記ケース内側の放熱フィンは、放射状に形成されることを特徴とする請求項７に記載された電動機。
9. 前記ケース開口は、前記複数のパワーモジュールの配設領域の内径よりも小さい開口径に設定されることを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載された電動機。
10. 前記蓋体は、絶縁部材から形成されることを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載された電動機。
11. 前記蓋体は、前記出力端子のそれぞれと結線される前記複数の導線を各々隔てる壁部を備えることを特徴とする請求項１０に記載された電動機。
12. 前記蓋体は、熱伝導性を備える接着剤により前記モジュールケースに固着されることを特徴とする請求項４から１１のいずれかに記載された電動機。

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