JP2015107030A - Mechatronic drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は機電一体型駆動装置に関し、詳しくは回転機と電力変換器とを一体化して備える機電一体型の駆動装置に関する。 The present invention relates to an electromechanical integrated drive device, and more particularly to an electromechanical integrated drive device including a rotating machine and a power converter integrated.
従来、モータなどのアクチュエータに制御部が取り付けられた機電一体型の駆動装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1には、車両用冷凍サイクル装置に適用されるインバータ一体型モータについて開示されている。特許文献1に記載のインバータ一体型モータでは、モータハウジングの内部を、エバポレータから排出又は導入される前の低圧冷媒ガスが流れる構成となっており、これによりモータハウジングを冷却している。また、インバータのスイッチング素子及びコンデンサをモータハウジングの周壁外周面に固定してハウジングの周壁をヒートシンクとして機能させる構成としている。 Conventionally, various electromechanical drive devices in which a control unit is attached to an actuator such as a motor have been proposed (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses an inverter-integrated motor that is applied to a refrigeration cycle apparatus for a vehicle. In the inverter integrated motor described in Patent Document 1, low-pressure refrigerant gas before being discharged or introduced from the evaporator flows through the inside of the motor housing, thereby cooling the motor housing. The inverter switching element and the capacitor are fixed to the outer peripheral surface of the peripheral wall of the motor housing, and the peripheral wall of the housing functions as a heat sink.
しかしながら、機電一体型駆動装置の用途によっては、冷却媒体によるモータの冷却機構を設けることができない場合がある。例えば、機電一体構造をエンジン始動用のスタータ装置に適用した場合では、スタータ装置は一般に車両下部に取り付けられるため冷却配管を延ばすことが難しく、冷却機構によってアクチュエータを冷却することは実現性が低い。また、スタータ装置のようにモータを短時間駆動させる場合、その短時間駆動に伴い一時的な発熱が生じるが、ヒートシンクだけではその一時的な発熱による温度上昇に対応し切れず、半導体素子を熱から十分に保護できないことが考えられる。 However, depending on the application of the electromechanical integrated drive device, it may not be possible to provide a motor cooling mechanism using a cooling medium. For example, when the electromechanical integrated structure is applied to a starter device for starting an engine, since the starter device is generally attached to the lower part of the vehicle, it is difficult to extend the cooling pipe, and it is not feasible to cool the actuator by the cooling mechanism. In addition, when a motor is driven for a short time as in a starter device, temporary heat generation occurs due to the short-time driving, but a heat sink alone cannot cope with a temperature rise due to the temporary heat generation and heats the semiconductor element. It is considered that it cannot be sufficiently protected from.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電力変換器が有する発熱素子の温度上昇を抑制することができる機電一体型駆動装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a main object of the present invention is to provide an electromechanical integrated drive device that can suppress a temperature rise of a heating element included in a power converter.
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
本発明は、回転機(20)と、基板(41)及びその基板面に実装された発熱素子(42,43)を有し前記回転機に接続される電力変換器(40)と、前記回転機を収容する第1ハウジング(30)と、前記電力変換器を収容する第2ハウジング(50,150)とを備え、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとが一体化された機電一体型駆動装置(10,100)に関する。請求項1に記載の発明は、前記電力変換器に隣接する位置に、前記基板面と同じ方向に延びる収容部(60)が設けられており、該収容部に潜熱蓄熱材(61)が収容されていることを特徴とする。 The present invention includes a rotating machine (20), a power converter (40) having a substrate (41) and a heating element (42, 43) mounted on the substrate surface, connected to the rotating machine, and the rotating An electro-mechanical integrated drive comprising a first housing (30) for housing a machine and a second housing (50, 150) for housing the power converter, wherein the first housing and the second housing are integrated. It relates to the device (10, 100). According to the first aspect of the present invention, a housing part (60) extending in the same direction as the substrate surface is provided at a position adjacent to the power converter, and the latent heat storage material (61) is housed in the housing part. It is characterized by being.
上記構成では、回転機と電力変換器とが一体化された機電一体型駆動装置において、電力変換器に隣接する位置に潜熱蓄熱材を配置し、潜熱蓄熱材が固相から液相への相変化に伴う潜熱により蓄熱することを利用して電力変換器を冷却する構成とした。こうした構成によれば、駆動装置の駆動に伴い電力変換器と回転機で一時的な発熱が生じ、電力変換器の温度上昇が生じる状況において、その一時的な発熱を潜熱蓄熱材で蓄えることができ、その結果、発熱素子の温度上昇を抑制することができる。また、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱については、第1ハウジング及び第2ハウジングを利用して外気環境へ放熱させることができる。 In the above configuration, in the electromechanical integrated drive device in which the rotating machine and the power converter are integrated, the latent heat storage material is disposed at a position adjacent to the power converter, and the latent heat storage material is phased from the solid phase to the liquid phase. It was set as the structure which cools a power converter using heat storage by the latent heat accompanying a change. According to such a configuration, in a situation where temporary heat generation occurs in the power converter and the rotating machine as the drive device is driven and the temperature of the power converter increases, the temporary heat generation can be stored in the latent heat storage material. As a result, the temperature rise of the heating element can be suppressed. In addition, the heat stored in the latent heat storage material can be radiated to the outside air environment using the first housing and the second housing.
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、モータにインバータが取り付けられたインバータ一体型モータに具体化しており、特に車載エンジン始動用のスタータ装置に具体化した場合を想定している。本実施形態の機電一体型駆動装置の構成について図1及び図2を用いて以下説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is embodied in an inverter-integrated motor in which an inverter is attached to a motor. In particular, it is assumed that the present invention is embodied in a starter device for starting an in-vehicle engine. The configuration of the electromechanical integrated drive device of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
機電一体型の駆動装置10は、図1に示すように、回転機としてのモータ20と、モータ20に電気的に接続される電力変換器としてのインバータ40と、を備えている。なお、以下の説明では便宜上、駆動装置10を、モータ20を下、インバータ40を上にして配置した状態である図1を基準に駆動装置10の上下方向を規定することとしている。
As shown in FIG. 1, the electromechanically integrated
モータ20は、例えば三相式の交流モータであり、ステータコア21及びコイル22を有するステータ23と、ロータコア24、磁石25及び回転軸としてのシャフト26を有するロータ27とを備えている。これらステータ23及びロータ27はモータハウジング30内に収容されている。
The
モータハウジング30は、モータ20を囲んだ状態で収容するモータ収容部材であり、例えばアルミニウム等の高熱伝導材料で形成されている。モータハウジング30は、筒状の周壁部31と、インバータ40の収容部材であるインバータハウジング50との接合部32とを有しており、これらが一体成形されている。周壁部31の内側にはステータ23が配置されており、ステータ23の径方向内側には、ロータ27がステータ23に対して相対回転可能に配置されている。ロータ27はエンジンの出力軸(図示略)に接続されており、ロータ27が回転駆動することでエンジンの出力軸に回転力が付与されるようになっている。
The
接合部32は、図2に示すように、周壁部31の外周縁部から上方に(インバータ40の方向に)向かって突出し、その上面が平坦状となっている台座部33と、台座部33の上面から突出し、シャフト26の軸方向に延びる突条部34とを有しており、これらが周壁部31とともに一体成形されている。突条部34は例えば矩形状断面を有しており、所定間隔を隔てて複数配置されている。また、台座部33には図示しない貫通穴が設けられており、ステータ23のコイル22から延びるコイル口出し線(図示略)がその貫通穴を貫通してインバータ40に向かって延びている。
As shown in FIG. 2, the
インバータ40は、直流電力を交流電力に変換する電力変換器であり、回路基板41と、回路基板41に実装された各種電子部品とを備えている。電子部品には、スイッチング素子42やコンデンサ43、コイルなどの発熱素子が含まれている。本実施形態では、これら電子部品がバスバーにより回路基板41に接続されている。インバータ40は、例えばアルミニウム等の高熱伝導材料で形成された収容部材であるインバータハウジング50内に収容されている。
The
インバータハウジング50は、図1及び図2に示すように、底板部51と、底板部51から起立して設けられる外周板部52と、外周板部52において底板部51とは反対側の端部51aに設けられた蓋部53とを備えている。インバータハウジング50において、底板部51と外周板部52とは一体成形されており、外周板部52の端部には、例えばOリングなどの封止部材54を介して蓋部53が固定されている。底板部51、外周板部52及び蓋部53によって囲まれた空間部P1にはインバータ40が配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
インバータ収容部としての空間部P1の内部には、モータ20のコイル22から延びるコイル口出し線が延びており、そのコイル口出し線の先端部であるコイル端子がスイッチング素子42の出力端子に接続されている。また、空間部P1内において、回路基板41に実装された発熱素子42,43は、回路基板41とは反対側の面(天板面)を当たり面として、熱伝導性シート44を挟んで底板部51に当接されている。熱伝導性シート44は、高熱伝導性の絶縁材料で形成されており、例えばシリコーン系又はアクリル系などの材料で形成されている。これにより、スイッチング素子42やコンデンサ43などの発熱素子の熱が熱伝導性シート44を介してインバータハウジング50に伝達され、更にインバータハウジング50から外部に放出されるようになっている。
A coil lead wire extending from the
底板部51には、モータハウジング30に向かう方向に突出し、シャフト26の軸方向に延びる突条部55が設けられており、この突条部55が底板部51とともに一体成形されている。突条部55は例えば矩形状断面を有しており、所定間隔を隔てて複数配置されている。本実施形態において突条部55は、モータハウジング30の接合部32に設けられた突条部34と略同じ数で設けられている。そして、モータハウジング30の接合部32と底板部51とを対向配置させた状態では、インバータハウジング50の突条部55と、接合部32の突条部34とが互い違いに配置されるようになっている。
The
図1及び図2に示すように、外周板部52において蓋部53とは反対側の端部52bは、底板部51よりも下方に突出している。これにより、インバータハウジング50におけるモータハウジング30との対向面に、インバータ40に向かう方向にくぼむ凹み部が形成されている。また、外周板部52の端部52bは、インバータハウジング50に形成された凹み部をモータハウジング30の接合部32に対向させた状態で、封止部材56を介して接合部32に固定されている。これにより、図1に示すように、インバータハウジング50とモータハウジング30が一体化された状態となっている。この一体化された状態では、モータハウジング30とインバータハウジング50との間の境界部分に、回路基板41の基板面に沿って延びる収容部60が形成されており、この収容部60に潜熱蓄熱材61が収容されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
潜熱蓄熱材61は、物質の相変化を利用して熱エネルギを貯蔵可能な材料であり、物質の固相から液相への相変化に伴う潜熱により蓄熱する。すなわち、図3に示すように、潜熱蓄熱材61が熱を吸収すると、その吸収した熱量に応じて固相から液相へと変化する。この固相から液相への変化の際には、吸収した熱が物質の相変化に費やされることにより、潜熱蓄熱材61の温度が融点Tmで一定となったまま吸熱が行われる。つまり、潜熱蓄熱材61には、融解熱ΔQに相当する量の熱を吸収しきるまで温度が上昇しない期間が存在する。
The latent
ここで、モータ20とインバータ40を一体とした機電一体構造では、モータ20及びインバータ40は共に発熱体であり、モータ20で発生した熱がインバータ40に伝達されることが想定される。また、モータ20の熱がインバータ40に伝わることで、インバータ40の回路基板41に実装された半導体素子で温度が上昇しやすくなるおそれがある。特に、本実施形態のように機電一体構造をスタータ装置に適用した場合、高出力化を図るべくモータ20の発熱が多くなる。一方、半導体素子は一般に熱に弱く、熱保護を図る必要性が高い。
Here, in the electromechanical integrated structure in which the
そこで本実施形態では、図1に示すように、インバータ40に隣接する位置に、インバータ40の回路基板41の基板面と同じ方向に延びる収容部60を設け、この収容部60に潜熱蓄熱材61を封入している。これにより、潜熱蓄熱材61で一時的に熱を蓄えるようにしている。特に本実施形態では、図1に示すように、モータ20とインバータ40との境界部に収容部60を配置することとしている。これにより、モータ20で発生した熱がインバータ40に伝達されるのを抑制するとともに、インバータ40で発生した熱については、インバータハウジング50から潜熱蓄熱材61に伝達させて潜熱蓄熱材61で一時的に蓄えるようにしている。また、潜熱蓄熱材61に一時的に蓄えられた熱は、インバータハウジング50だけでなくモータハウジング30も合わせた表面積で外気環境へ放熱させることができ、冷却時間の短縮を図るようにしている。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
潜熱蓄熱材61としては、その融点Tmが、モータ20が使用される環境温度Taよりも高く、かつインバータ40に使用される半導体部品(例えばスイッチング素子42)の使用限界温度Tjよりも低い材料を用いている。潜熱蓄熱材61の融点Tmが環境温度Taよりも低いと、環境温度Taのみで潜熱を奪いきってしまうため、インバータ40の発熱時において吸熱効果が得られにくくなる。また、潜熱蓄熱材61の融点Tmが使用限界温度Tj以上であると、使用限界温度Tjに達しても潜熱蓄熱材61が融解しないため吸熱効果が十分に得られず、インバータ40の過昇温を招くおそれがあるからである。具体的には、潜熱蓄熱材61として融点Tmが80〜160℃の低温はんだを採用しており、例えばスズ(Sn)及びビスマス(Bi)を主成分とする合金を用いている。
As the latent
なお、本実施形態では、突条部34,55を同じ大きさとし、かつ同じ個数を配置しており、これによりインバータハウジング50が潜熱蓄熱材61に接触する面積と、モータハウジング30が潜熱蓄熱材61に接触する面積とを略同じにしている。
In the present embodiment, the
次に、モータ20及びインバータ40で発熱が生じた場合の潜熱蓄熱材61の相変化及び発熱時の熱の動きについて図4を用いて説明する。
Next, the phase change of the latent
図4は、潜熱蓄熱材61が固体の状態の駆動装置10を示している。潜熱蓄熱材61が固体のときには、図4に示すように、収容部60の容積よりも潜熱蓄熱材61が占める体積の方が小さく、収容部60に膨張吸収部63としての空気層が形成される。こうした空気層が形成されることにより、潜熱蓄熱材61が固相から液相に相変化した時の体積膨張分が吸収されるようになっている。
FIG. 4 shows the driving
本実施形態では、インバータハウジング50の底板部51に複数の突条部55が設けられており、それら突条部55は、モータ20を下、インバータ40を上に配置した状態において重力方向に向かって突出している。ここで、潜熱蓄熱材61が固体のときに収容部60内に空気層が形成されるようにした場合、潜熱蓄熱材61が融解する前の固体の状態では潜熱蓄熱材61が重力方向に偏在し、図4に示すように、インバータハウジング50の底板部51と潜熱蓄熱材61とが非接触になる。本実施形態の駆動装置10では、底板部51においてモータハウジング30に向かう方向に複数の突条部55を設けることで、潜熱蓄熱材61が固相及び液相のいずれであっても突条部55の少なくとも先端部が潜熱蓄熱材61に接触することにより、インバータハウジング50と潜熱蓄熱材61とが接触した状態が保持される。
In the present embodiment, a plurality of
例えば、エンジンの始動要求が生じたことに伴い、スタータ装置としての駆動装置10によるクランキングが開始されると、インバータ40及びモータ20で発熱が生じる。このとき、スイッチング素子42などの発熱素子で発生した熱は、図4に矢印で示すように、熱伝導性シート44を介してインバータハウジング50の底板部51に伝わり、突条部55を介して潜熱蓄熱材61に吸収される。また、モータ20で発生した熱は、モータハウジング30から突条部34を介して潜熱蓄熱材61に吸収される。これにより、モータ20で発生した熱がインバータハウジング50へ伝達されることが抑制される。
For example, when cranking is started by the
潜熱蓄熱材61が熱によって液相に変化すると潜熱蓄熱材61の体積膨張が生じるが、この体積膨張分は膨張吸収部63によって吸収され、図1に示すように、収容部60内が潜熱蓄熱材61で充填された状態になる。そして、駆動装置10への通電が停止されると、モータハウジング30及びインバータハウジング50の全体から放熱が行われ、潜熱蓄熱材61に一時的に蓄えられた熱はハウジング30,50の表面から外部に放出される。こうした放熱に伴い潜熱蓄熱材61は液相から固相に再び戻る。
When the latent
特に、スタータ装置としての駆動装置10は短時間(例えば1回の駆動につき数秒)の駆動に用いられ、モータ20及びインバータ40では、その短時間の駆動に伴い一時的な温度上昇が生じる。このとき、モータハウジング30及びインバータハウジング50を介した外部への熱放出のみでは、その一時的な温度上昇を十分に緩和しきれないおそれがある。また、スタータ装置は、通常エンジンルーム内に配置されており、熱のこもりが生じやすい環境下に搭載されている。そのため、一時的な温度上昇によって発熱素子の温度上昇が生じやすい。この点、図1に示すように、ハウジング30,50の内部に潜熱蓄熱材61を配置することにより、潜熱蓄熱材61が融点Tmで温度一定になる期間を利用して潜熱蓄熱材61に一時的に熱を蓄えることができる。これにより、駆動装置10の一時的な発熱に好適に対処できる。
In particular, the
図2に示すように、収容部60の内壁面にはコーティング層62が形成されている。コーティング層62は、インバータハウジング50及びモータハウジング30を形成する材料(例えばアルミニウム)よりも潜熱蓄熱材61に対する濡れ性(親和性)が高い材料で形成されている。このようなコーティング層62を形成する材料としては、更に、ハウジング30,50を形成する材料と熱伝導性が同等か、又はそれよりも高い材料とすることが好ましい。例えば、潜熱蓄熱材61を低温はんだとし、コーティング層62を銅とする組み合わせなどがその一例として挙げられる。こうした濡れ性の高い材料で形成したコーティング層62を設けることにより、潜熱蓄熱材61が液相になった際の表面張力を低減させることができる。また、表面張力が低減されることにより、潜熱蓄熱材61とハウジング30,50との間の接触熱抵抗の上昇を抑制することが可能になる。
As shown in FIG. 2, a
次に、駆動装置10の組み付け方法、特にモータハウジング30とインバータハウジング50との組み付け方法について図5及び図6を用いて説明する。組み付けに際しては、モータハウジング30とインバータハウジング50とを一体化する前に、まず図5に示すように、インバータハウジング50におけるモータハウジング30との対向面に潜熱蓄熱材61を接着させる。具体的には、インバータハウジング50の底板部51における突条部55間の凹んだ部分に、固相の潜熱蓄熱材61を入れて加熱し成形することにより、底板部51及び突条部55の表面に潜熱蓄熱材61を接着させる。続いて、インバータハウジング50に潜熱蓄熱材61が接着された状態で、モータハウジング30とインバータハウジング50とを連結させる。これにより、収容部60内に潜熱蓄熱材61が収容される。駆動装置10の使用が開始される前の初期状態では、図6に示すように、潜熱蓄熱材61はインバータハウジング50の底板部51及び突条部55に張り付いた状態となっている。なお、図6では便宜上、コーティング層62を省略している。こうした組み付け方法を採用することにより、潜熱蓄熱材61の収容部60内への封止を比較的簡単な作業によって行うことが可能となる。
Next, a method for assembling the
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
インバータ一体型モータである駆動装置10において、インバータ40に隣接する位置に潜熱蓄熱材61を配置し、潜熱蓄熱材61が固相から液相への相変化に伴う潜熱により蓄熱することを利用してインバータ40を冷却する構成とした。こうした構成によれば、駆動装置10の駆動に伴いインバータ40とモータ20で一時的な発熱が生じた場合にも、その一時的な発熱を潜熱蓄熱材61で蓄えることができ、その結果、発熱素子42,43の温度上昇を抑制することができる。また、潜熱蓄熱材61に蓄えられた熱については、モータハウジング30及びインバータハウジング50を利用して放熱させることができる。
In the
特に本実施形態では、モータ20とインバータ40との間に収容部60を設ける構成とした。こうした構成によれば、モータ20で発生した熱がインバータ40に伝達されるのを抑制することができるとともに、インバータ40で発生した熱を、インバータハウジング50から潜熱蓄熱材61に伝達させて潜熱蓄熱材61で一時的に蓄えられるようにすることができる。また、潜熱蓄熱材61に一時的に蓄えられた熱は、インバータハウジング50だけでなくモータハウジング30も合わせた表面積で放出することができ、冷却時間の短縮を図ることができる。
In particular, in the present embodiment, the
インバータハウジング50の外周部に凹み部を設け、その凹み部をモータハウジング30に向けた状態でモータハウジング30とインバータハウジング50とを連結することにより駆動装置10の組付けを行う構成とした。こうした構成によれば、モータハウジング30とインバータハウジング50との境界部分に、潜熱蓄熱材61を収容するための収容部60を設けることができる。したがって、潜熱蓄熱材61を収容するための専用の部材が不要であり、少ない部品数で収容部を形成することができる。また、モータハウジング30とインバータハウジング50とを連結するといった作業だけで潜熱蓄熱材61を収容するスペースを確保することができる。
The
インバータハウジング50においてモータハウジング30との対向部、より具体的には、底板部51における突条部55が設けられている側面部に対して潜熱蓄熱材61を接着させ、その接着させた状態のインバータハウジング50とモータハウジング30とを連結させることにより潜熱蓄熱材61を収容部60に収容させる構成とした。こうした構成とすることにより、潜熱蓄熱材の封止を簡単に行うことができる。また、駆動装置10の使用開始時においてインバータハウジング50の熱を最初に蓄えさせるようにすることができる。
In the
インバータハウジング50及びモータハウジング30において収容部60に面する部分に複数の突条部34,55を設ける構成とした。これにより、潜熱蓄熱材61との接触面積を増やすことができ、放熱を促進させることができる。また、底板部51においてモータハウジング30に向かう方向に複数の突条部55を設けることによって、潜熱蓄熱材61が固相及び液相のいずれの場合にも、突条部55の少なくとも先端部を潜熱蓄熱材61に接触させておくことができる。これにより、インバータハウジング50と潜熱蓄熱材61とが接触した状態を常に保持させることができる。
In the
潜熱蓄熱材61が固相から液相に相変化すると潜熱蓄熱材61の体積膨張が生じることを考慮し、その体積膨張を吸収する膨張吸収部63を収容部60に設ける構成とした。こうした構成とすることにより、潜熱蓄熱材61の膨れによる収容部60の変形を抑制することができる。
Considering that the volume expansion of the latent
収容部60の内壁面64に、インバータハウジング50よりも潜熱蓄熱材61に対する濡れ性が高い材料で形成されたコーティング層62を設ける構成とした。こうした構成とすることにより、潜熱蓄熱材61が液相になったときの表面張力を低減させることができる。また、表面張力が低減されることにより、潜熱蓄熱材61とハウジング30,50との間の接触熱抵抗の上昇を抑制することができ、潜熱蓄熱材61による吸熱を好適に行わせることができる。
The
スイッチング素子42やコンデンサ43などの発熱素子は、インバータハウジング50及び熱伝導性シート44を挟んで潜熱蓄熱材61の反対側に設けられるとともに、インバータハウジング50に当接させる構成とした。こうした構成とすることにより、発熱素子42,43で発生した熱を、インバータハウジング50を介して潜熱蓄熱材61に速やかに伝えることができる。
Heating elements such as the switching
特に、エンジン始動用のスタータ装置は数秒程度の短時間駆動に用いられ、モータ20及びインバータ40では、その短時間駆動に伴い瞬時に発熱する。このように瞬時に発生した熱は、放熱抵抗などによってハウジングを介した外部への熱の放散に遅れが生じ、冷却が間に合わなくなるおそれがある。また、スタータ装置はエンジンルーム内に配置されており、ルーム内における熱のこもりに伴い一時的な温度上昇が生じやすい環境下に置かれている。こうした点を考慮し、機電一体構造のスタータ装置において潜熱蓄熱材61をハウジング内部に配置し、潜熱蓄熱材61の潜熱による蓄熱を利用して潜熱蓄熱材61に一時的に熱を蓄えさせることにより、駆動装置10の一時的な発熱に十分に対処することができる。
In particular, the starter device for starting the engine is used for short-time drive of about several seconds, and the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。上記第1実施形態では、潜熱蓄熱材61を収容する収容部60をモータ20とインバータ40との間に設けることにより、収容部60をインバータ40に隣接する位置に設ける構成とした。これに対し、本実施形態では、インバータ40とモータ20とを互いに隣接するように配置するとともに、収容部60を、インバータ40を挟んでモータ20とは反対側に設けることにより、収容部60をインバータ40に隣接した位置に設ける構成としている。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment, the
図7は、本実施形態の駆動装置100の全体概略図である。本実施形態の駆動装置10についてもエンジン始動用のスタータ装置に適用される場合を想定している。
FIG. 7 is an overall schematic diagram of the driving
図7の駆動装置100において、モータハウジング30は、接合部32に突部(突条部34)が設けられていない点以外は上記第1実施形態と同じ構成である。インバータハウジング150は、接合部32の台座部33の上面と同じ方向に延びる対向板部151と、対向板部151の外縁部を取り囲む外周板部152とを備えている。外周板部152では、その上端部152a及び下端部152bが対向板部151からそれぞれ突出しており、下端部152bが、封止部材56を介して接合部32の台座部33に固定されている。これにより、図7に示すように、インバータハウジング150とモータハウジング30とが一体化された状態となっている。この一体化された状態では、モータハウジング30とインバータハウジング150との間に空間部P1が形成されており、その空間部P1にインバータ40が配置されている。
In the
インバータ40の回路基板41は、その基板面が対向板部151と同じ方向に延びた状態で空間部P1内に配置されており、回路基板41の基板面に発熱素子42,43が実装されている。これら発熱素子42,43は、絶縁性の熱伝導性シート44を挟んで対向板部151に当接されている。
The
インバータハウジング150の外周板部152の上端部152aには、封止部材54を介して蓋部153が取り付けられている。また、対向板部151、外周板部152及び蓋部153に取り囲まれる空間部により、回路基板41の基板面と同じ方向に延びる収容部60が形成されており、この収容部60に潜熱蓄熱材61が収容されている。駆動装置100では、インバータ40に隣接した位置に潜熱蓄熱材61を配置することで、発熱素子42,43の熱を潜熱蓄熱材61で一時的に蓄え、この蓄えた熱を、インバータハウジング150を介して外部に放出させている。特に本実施形態の駆動装置100では、潜熱蓄熱材61は蓋部153の最大面に接触しており、蓋部153はその最大面に対向する面全体が外部と接触している。これにより、潜熱蓄熱材61に蓄えられた熱を蓋部153の全体から外部に放出させるようにしている。
A
なお、本実施形態の駆動装置100においても、潜熱蓄熱材61が固相から液相に相変化した時の体積膨張を吸収可能な膨張吸収部を収容部60に設けることが好ましい。膨張吸収部を設けることにより、潜熱蓄熱材61が固相から液相へ変化した際に蓋部153などの部材が変形することを抑制することができる。
In addition, also in the
以上詳述した第2実施形態によれば、潜熱蓄熱材61が収容された収容部60をインバータ40に隣接した位置に設ける構成とすることにより、インバータ40の発熱素子42,43の発熱及びモータ20から発熱素子42,43に伝達された熱を一時的に蓄えることができる。これにより、機電一体構造のスタータ装置において発熱素子42,43の温度上昇を抑制することができ、熱保護を好適に図ることができる。
According to the second embodiment described in detail above, the heat generation of the
潜熱蓄熱材61は蓋部153の一側面と接触しており、更に蓋部153において潜熱蓄熱材61と接触する面に対向する面全体を外部と接触させる構成とした。これにより、潜熱蓄熱材61に蓄えられた熱を蓋部153の全体から外気環境に放出させることができ、潜熱蓄熱材61の冷却を速やかに行うことができる。
The latent
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.
・上記第1実施形態では、インバータハウジング50が潜熱蓄熱材61に接触する面積と、モータハウジング30が潜熱蓄熱材61に接触する面積とを略同じにしたが、本実施形態では、モータハウジング30が潜熱蓄熱材61に接触する面積よりも、インバータハウジング50が潜熱蓄熱材61に接触する面積を大きくする構成とする。潜熱蓄熱材61で吸熱可能な熱量には上限があり、ある程度の熱を吸収すると潜熱蓄熱材61は液相に変わり、温度が再び上昇する(図3参照)。この点を考慮し、インバータハウジング50における潜熱蓄熱材61との接触面積をより大きくすることにより、インバータハウジング50から潜熱蓄熱材61への熱の伝達速度をより速くすることができる。これにより、インバータハウジング50から潜熱蓄熱材61への熱伝達性がより良好となり、発熱素子42,43の温度上昇の抑制効果を高めることができる。また、モータ停止時では、潜熱蓄熱材61に蓄えられた熱をインバータハウジング50及びモータハウジング30の両方の表面から放出させることができる。
In the first embodiment, the area where the
インバータハウジング50における潜熱蓄熱材61との接触面積をより大きくする構成としては、例えば図8に示すように、インバータハウジング50に設けられた突条部55の個数をモータハウジング30に設けられた突条部34の個数よりも多くする構成が挙げられる。あるいは、インバータハウジング50の突条部55の高さ又は長尺方向の長さをモータハウジング30の突条部34よりも大きくする構成としてもよい。また、突条部55の個数や大きさを変える代わりに、収容部60における2つの対向面の形状の相違によって、モータハウジング30よりもインバータハウジング50の方が潜熱蓄熱材61との接触面積が大きくなるようにしてもよい。
As a configuration for further increasing the contact area of the
・上記第2実施形態において、対向板部151の外周面のうち収容部60との対向面に放熱フィンを設ける構成としてもよい。こうすることにより、潜熱蓄熱材61との接触面積を増やすことができ、潜熱蓄熱材61による吸熱を促進させることができる。また、インバータハウジング150の蓋部153の外周面のうち収容部60との対向面及び外部との対向面の少なくともいずれかに放熱フィンを設ける構成としてもよい。
-In the said 2nd Embodiment, it is good also as a structure which provides a radiation fin in the opposing surface with the
・上記第1実施形態では、インバータハウジング50におけるモータハウジング30との対向面に凹み部を形成し、その凹み部をモータハウジング30に向けた状態でモータハウジング30とインバータハウジング50とを連結することによりモータハウジング30とインバータハウジング50との間に収容部60を形成したが、収容部60を形成する方法はこれに限定しない。例えば、モータハウジング30におけるインバータハウジング50との対向面(接合部32)に凹み部を形成し、その凹み部をインバータハウジング50に向けた状態でモータハウジング30とインバータハウジング50とを連結することによりモータハウジング30とインバータハウジング50との間に収容部60を形成する構成としてもよい。あるいは、モータハウジング30及びインバータハウジング50の両方に凹み部を形成し、それら凹み部を互いに合わせることにより収容部60を形成してもよい。
In the first embodiment, a concave portion is formed on the surface of the
・モータハウジング30及びインバータハウジング50の少なくともいずれかに形成した凹み部を利用して収容部60を設ける構成に代えて、潜熱蓄熱材61を収容する収容部を備える別部材として第3ハウジングを設ける構成としてもよい。この場合、第3ハウジングは、例えばアルミニウムなどの高熱伝導性材料を用いることが好ましい。
The third housing is provided as a separate member having a housing portion that houses the latent
・上記第1実施形態では、インバータハウジング50に潜熱蓄熱材61を接着させ、この接着された状態のインバータハウジング50とモータハウジング30とを連結させることにより駆動装置10の組み付けを行う構成とした。駆動装置10の組み付け方法はこれに限定せず、例えばモータハウジング30に潜熱蓄熱材61を接着させ、その状態のモータハウジング30とインバータハウジング50とを連結させることにより駆動装置10の組み付けを行う構成としてもよい。また、インバータハウジング50とモータハウジング30とを連結した後、収容部60に設けた外部との連通孔から潜熱蓄熱材61を注入し、その後連通孔を封止することにより組み付けを行う構成としてもよい。
In the first embodiment, the
・上記第1実施形態では、収容部60に膨張吸収部63を設けることで潜熱蓄熱材61の固相から液相への変化時における体積膨張を吸収するとともに、収容部60の内壁面64に複数の突条部55を設けることにより、インバータハウジング50と潜熱蓄熱材61とが接触した状態を保持する構成とした。これを変更し、本実施形態では図9に示すように、収容部60内をインバータ側とモータ側とに仕切る板状の弾性部材である変形板部65を収容部60内に配置する。そして、変形板部65によって仕切られた2つの空間のうち、インバータ側に潜熱蓄熱材61を収容する。潜熱蓄熱材61が固体のときには、図9(a)に示すように、変形板部65によって潜熱蓄熱材61がインバータ側に偏在されており、これにより膨張吸収部63としての空間部が形成されている。そして、モータ駆動に伴い潜熱蓄熱材61が熱を蓄え、固相から液相に変化すると、図9(b)に示すように、変形板部65がモータ20に向かう方向に撓む。このとき、膨張吸収部63が潜熱蓄熱材61の体積膨張分を吸収することで、相変化に伴う収容部60の膨れを抑制することができる。また、こうした構成によれば、潜熱蓄熱材61とインバータハウジング50とを常時接触させておくことができる。
-In the said 1st Embodiment, while providing the
・上記第1実施形態では、収容部60の内壁部に突条部34,55を設けたが、突部の形状はこれ限定せず、例えば針状、円弧状などの形状としてもよい。
In the first embodiment, the
・上記第1実施形態及び第2実施形態では、インバータ40の回路基板41の基板面が延びる方向とモータ20のシャフト26の軸方向とが同じ方向になるようにモータ20を配置する構成としたが、インバータ40の回路基板41の基板面とモータ20のシャフト26の軸方向とが交わるようにモータ20を配置する構成としてもよい。
In the first and second embodiments, the
・上記第1実施形態及び第2実施形態では、エンジン始動用のスタータ装置に適用される駆動装置について説明したが、スタータ装置に限らず、その他の用途の回転機にも適用することができる。例えば、電動コンプレッサとインバータとが一体化された冷凍サイクル用のインバータ一体型電動コンプレッサに適用してもよいし、車両用の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。あるいは、回転機として交流発電機を備え、電力変換器として交流電力を直流電力に変換する変換器(コンバータ)を備える機電一体型駆動装置(例えばオルタネータなど)に本発明を適用してもよい。 In the first embodiment and the second embodiment, the drive device applied to the starter device for starting the engine has been described. However, the drive device can be applied not only to the starter device but also to a rotating machine for other purposes. For example, the present invention may be applied to an inverter-integrated electric compressor for a refrigeration cycle in which an electric compressor and an inverter are integrated, or may be applied to an electric power steering device for a vehicle. Alternatively, the present invention may be applied to an electromechanical integrated drive device (for example, an alternator) including an AC generator as a rotating machine and a converter (converter) that converts AC power into DC power as a power converter.
10,100…駆動装置(機電一体型駆動装置)、20…モータ(回転機)、23…ステータ、27…ロータ、30…モータハウジング(第1ハウジング)、32…接合部、33…台座部、34…突条部(突部)、40…インバータ(電力変換器)、41…回路基板、42…スイッチング素子(発熱素子)、43…コンデンサ(発熱素子)、44…熱伝導性シート、50,150…インバータハウジング(第2ハウジング)、55…突条部(突部)、60…収容部、61…潜熱蓄熱材、62…コーティング層、63…膨張吸収部、64…内壁面、65…変形板部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 ... Drive device (mechanical and electrical integrated drive device), 20 ... Motor (rotary machine), 23 ... Stator, 27 ... Rotor, 30 ... Motor housing (first housing), 32 ... Joint part, 33 ... Base part, 34 ... Projection (projection), 40 ... Inverter (power converter), 41 ... Circuit board, 42 ... Switching element (heating element), 43 ... Capacitor (heating element), 44 ... Thermally conductive sheet, 50, DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記電力変換器に隣接する位置に、前記基板面と同じ方向に延びる収容部(60)が設けられており、該収容部に潜熱蓄熱材(61)が収容されていることを特徴とする機電一体型駆動装置。 A rotating machine (20), a power converter (40) having a substrate (41) and a heating element (42, 43) mounted on the substrate surface and connected to the rotating machine, and the rotating machine are accommodated. An electromechanically integrated drive device (10, 10) comprising a first housing (30) and a second housing (50, 150) for housing the power converter, wherein the first housing and the second housing are integrated. 100),
A housing part (60) extending in the same direction as the substrate surface is provided at a position adjacent to the power converter, and the latent heat storage material (61) is housed in the housing part. Integrated drive device.
前記第1ハウジングが前記潜熱蓄熱材に接触する面積よりも、前記第2ハウジングが前記潜熱蓄熱材に接触する面積の方が大きくなっている請求項2に記載の機電一体型駆動装置。 The accommodating portion faces each of the first housing and the second housing;
The electromechanical integrated drive device according to claim 2, wherein an area where the second housing contacts the latent heat storage material is larger than an area where the first housing contacts the latent heat storage material.
前記収容部は、前記凹み部を他方のハウジングに向けた状態で前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとが連結されることにより、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの境界部に形成されている請求項2又は3に記載の機電一体型駆動装置。 At least one of the first housing and the second housing has a dent in the outer periphery,
The accommodating portion is formed at a boundary portion between the first housing and the second housing by connecting the first housing and the second housing in a state in which the recessed portion faces the other housing. The electromechanical integrated drive device according to claim 2 or 3.
前記収容部は、前記電力変換器を挟んで前記回転機とは反対側に設けられている請求項1に記載の機電一体型駆動装置。 The power converter is disposed at a position adjacent to the rotating machine,
The electromechanical integrated drive device according to claim 1, wherein the housing portion is provided on the side opposite to the rotating machine with the power converter interposed therebetween.
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