JP2017011912A - 機電一体型回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置のみを容易に交換することができる機電一体型回転機を提供する。【解決手段】回転機本体２０と、回転機本体２０へ電力を供給する電力供給装置３０と、回転機本体２０および電力供給装置３０を冷却する冷媒１が流通する冷媒通路４０とが同一筐体に設けられる。筐体は、電力供給装置３０を収容する第一収容部１１Ｂと、回転機本体２０を収容する第二収容部１１Ａとを有する。冷媒通路４０は、電力供給装置３０に設けられる第一冷媒通路４１と、第一冷媒通路４１と連絡し回転機本体２０に設けられる第二冷媒通路４２とを有し、第一冷媒通路４１および第二冷媒通路４２は、冷媒１を給排するための冷媒接続部４１ａ，４２ｃを有し、第一収容部１１Ｂの第一冷媒通路４１を開閉する開閉バルブ５０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ部と回転機部とが同一筐体に設けられた機電一体型回転機に関する。

回転機として、例えば、回転機部と、回転機部に駆動電流を供給するインバータ部とを備え、前記回転機部および前記インバータ部が同一筐体に設けられると共に、前記回転機部および前記インバータ部を冷却する冷媒が流通する冷媒通路を前記筐体内に設けられる機電一体型回転機が知られている。このような機電一体型回転機は種々開発されている。

例えば、下記特許文献１には、ステータと、前記ステータに発生する回転磁界により回転するロータと、モータ制御用のスイッチング素子が納められるパワーボックス部と、前記パワーボックス部に形成されたパワー部冷却水路と、前記ステータに形成された冷却水路とを備え、前記パワー部冷却水路と前記ステータの前記冷却水路とを連通する連絡水路を設けた電気自動車用モータが開示されている。

特開平９−４６９７２号公報

ところで、機電一体型回転機において、前記インバータ部で不具合が発生した場合、機電一体型回転機全体を交換すると、前記インバータ部のみを交換する場合と比べて、正常な前記回転機部も交換する分だけ交換費用が増加してしまう可能性があり、前記インバータ部のみを交換することが望まれていた。

しかしながら、上記特許文献１に記載の電気自動車用モータにおいて、前記パワーボックス部のみを交換する場合、当該電気自動車用モータを搭載する箇所の周辺を養生したり、前記水路内の全ての冷却水を予め抜いたりするなどの前処理を行う必要があり、交換作業が煩雑になってしまうという課題があった。

以上のことから、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、インバータ部のみを容易に交換することができる機電一体型回転機を提供することを目的としている。

前述した課題を解決する第１の発明に係る機電一体型回転機は、
回転機部と、前記回転機部へ電力を供給するインバータ部と、前記回転機部および前記インバータ部を冷却する冷媒が流通する冷媒通路とが同一筐体に設けられ、
前記筐体は、前記インバータ部を収容する第一収容部と、前記回転機部を収容する第二収容部とを有し、
前記冷媒通路は、前記インバータ部に設けられる第一冷媒通路と、前記第一冷媒通路と連絡し前記回転機部に設けられる第二冷媒通路とを有し、
前記第一冷媒通路および前記第二冷媒通路は、前記冷媒が給排されるための接続部を有し、
前記第一収容部の前記第一冷媒通路を開閉する開閉バルブを備える
ことを特徴とする。

前述した課題を解決する第２の発明に係る機電一体型回転機は、第１の発明に係る機電一体型回転機であって、
前記筐体は、当該筐体の外面部と前記第一冷媒通路とを連通する連通孔を有し、
前記開閉バルブは、前記連通孔に挿入される
ことを特徴とする。

前述した課題を解決する第３の発明に係る機電一体型回転機は、第２の発明に係る機電一体型回転機であって、
前記連通孔は、前記第一収容部に設けられる
ことを特徴とする。

前述した課題を解決する第４の発明に係る機電一体型回転機は、第２または第３の発明に係る機電一体型回転機であって、
前記連通孔は、前記第一収容部と前記第二収容部との分割面近傍に設けられる
ことを特徴とする。

前述した課題を解決する第５の発明に係る機電一体型回転機は、第２から第４の何れか一つの発明に係る機電一体型回転機であって、
前記開閉バルブは、円柱形状をなすヘッド部と、前記ヘッド部に設けられるシール部とを有し、
前記ヘッド部は、基端部に設けられたボルト孔を有し、
前記ヘッド部の外周部と前記連通孔の内周部は、互いに噛み合うネジ部を有する
ことを特徴とする。

前述した課題を解決する第６の発明に係る機電一体型回転機は、第５の発明に係る機電一体型回転機であって、
前記シール部は、軟性樹脂材である
ことを特徴とする。

前述した課題を解決する第７の発明に係る機電一体型回転機は、第２から第６の何れか一つの発明に係る機電一体型回転機であって、
前記連通孔は、前記開閉バルブの長さ以上の大きさを有する
ことを特徴とする。

本発明によれば、開閉バルブにより第一収容部の第一冷媒通路を閉塞して冷媒の流れを止め、この状態にてインバータ部が備える電気機器などの修理や交換といった補修作業などを容易に行うことができる。

本発明の主な実施形態に係る機電一体型回転機の断面図である。 前記機電一体型回転機が備える開閉バルブの斜視図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 前記開閉バルブが冷媒通路を開放した状態の説明図である。 前記開閉バルブが冷媒通路を閉塞した状態の説明図である。

本発明に係る機電一体型回転機について以下に説明するが、本発明は以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。

［主な実施形態］
本発明の主な実施形態に係る機電一体型回転機について、図１〜図４Ｂに基づいて説明する。

本実施形態に係る機電一体型回転機１０は、図１に示すように、回転機本体（回転機部）２０と、回転機本体２０へ電力を供給する電力供給装置（インバータ部）３０と、回転機本体２０および電力供給装置３０を冷却する冷媒１が流通する冷媒通路４０とが同一筐体１１に設けられた機器である。

筐体１１は、電力供給装置３０を収容する第一収容部（電力供給装置収容部）１１Ｂと、回転機本体２０を収容する第二収容部（回転機本体収容部）１１Ａとを有する。第一収容部１１Ｂと第二収容部１１Ａとは、分離可能となっている。すなわち、第一収容部１１Ｂおよび第二収容部１１Ａは、互いに接触し分割可能な分割面１１Ｂｄ，１１Ａｃをそれぞれ有する。

筐体１１における第二収容部１１Ａは、回転機本体２０のフレームの一部をなしている。

筐体１１における第一収容部１１Ｂは、ケース本体１１Ｂａと、蓋部材１１Ｂｂとを有する。ケース本体１１Ｂａは、底板部１１Ｂａａと側板部１１Ｂａｂとフランジ部１１Ｂａｃとを有する。側板部１１Ｂａｂは、下端側が底板部１１Ｂａａの端部と接続している。フランジ部１１Ｂａｃは、側板部１１Ｂａｂの上端側と接続している。蓋部材１１Ｂｂは、天井板部１１Ｂｂａと側板部１１Ｂｂｂとフランジ部１１Ｂｂｃとを有する。側板部１１Ｂｂｂは、上端側が天井板部１１Ｂｂａの端部と接続している。フランジ部１１Ｂｂｃは、側板部１１Ｂｂｂの下端側と接続している。

回転機本体２０は、ロータシャフト２１ａを径方向中心に設けた円筒形状のロータ２１と、ロータ２１の周囲に空隙を介して設けられ当該ロータ２１を覆うステータ２２とを備える。なお、ロータ２１およびステータ２２を有する回転機本体２０は、上述の筐体１１の第二収容部１１Ａ内に配置される。

電力供給装置３０は、スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴなど）を内蔵したパワーモジュール３３および前記スイッチング素子をＯＮ−ＯＦＦ制御するゲート駆動回路や回転機本体２０の電圧，電流，回転子位置および温度などを検出して所望の状態に回転機本体２０を制御する制御回路などを実装した制御モジュール３５を備える。パワーモジュール３３は、後述する第一収容部１１Ｂの支持部分３２を介してケース本体１１Ｂａの底板部１１Ｂａａに支持されている。制御モジュール３５は、支持部材３４によりパワーモジュール３３に支持されている。

上述の電力供給装置３０は、ヒートシンク３１をさらに備える。ヒートシンク３１は、ヒートシンク本体３１ａと複数の放熱フィン３１ｂとを備える。ヒートシンク本体３１ａは、例えば、直方体状をなしている。複数の放熱フィン３１ｂは、ヒートシンク本体３１ａの表面に設けられる。ヒートシンク３１は、電力供給装置３０の熱を詳細につき後述する冷媒通路４０内を流通する冷媒１へ放熱可能に配置される。ヒートシンク３１は、パワーモジュール３３と接触して配置されることが好ましい。これは、パワーモジュール３３が、電力供給装置３０内にて他の素子と比べて高温となり易い素子であり、電力供給装置３０内から効率良く放熱することができるからである。前記ヒートシンク３１は、複数の放熱フィン３１ｂが前記冷媒通路４０内を流通する冷媒１と接触するように配置される。これにより、ヒートシンク３１の放熱フィン３１ｂが冷媒１と直接熱交換することになり、電力供給装置３０、特にパワーモジュール３３の熱を効率良く放熱することができるからである。

冷媒通路４０は、第一冷媒通路４１と第二冷媒通路４２とを有する。

第一冷媒通路４１は、第一冷媒接続部４１ａと第一冷媒送給部４１ｂと第一冷媒熱交換部４１ｃと第一冷媒連絡部４１ｄとを有する。第一冷媒接続部４１ａの一方の端部側（基端部側）である冷媒接続口４１ａａは、冷媒を冷却する冷媒冷却装置などにニップルなどの接続手段を用いて接続している。第一冷媒接続部４１ａの他方の端部側（先端部側）は、第一冷媒送給部４１ｂの一方の端部側（基端部側）と接続している。第一冷媒送給部４１ｂの他方の端部側（先端部側）は、第一冷媒熱交換部４１ｃの一方の端部側（基端部側）と接続している。第一冷媒熱交換部４１ｃの他方の端部側（先端部側）は、第一冷媒連絡部４１ｄの一方の端部側（基端部側）と接続している。第一冷媒連絡部４１ｄの他方の端部側（先端部側）は、詳細につき後述する第二冷媒通路４２における第二冷媒連絡部４２ｄの一方の端部側（基端部側）と接続している。

第二冷媒通路４２は、第二冷媒熱交換部４２ａと第二冷媒接続部４２ｃと第二冷媒連絡部４２ｄとを有する。第二冷媒連絡部４２ｄの一方の端部側が第一冷媒通路４１の第一冷媒連絡部４１ｄの他方の端部側と接続している。第二冷媒連絡部４２ｄの他方の端部側（先端部側）が第二冷媒熱交換部４２ａの一方の端部側（基端部側）と接続している。第二冷媒熱交換部４２ａは、回転機本体２０のステータ２２の径方向外側にて、ステータ２２の周方向に延設する形状をなしている。第二冷媒熱交換部４２ａの一方の端部へ流通した冷媒１は、他方の端部へ流通し、第二冷媒接続部４２ｃを通って、第二冷媒接続部４２ｃの一方の端部である冷媒接続口４２ｃａを介して系外へ排出される。系外へ排出された冷媒は、例えば、冷媒冷却装置へ送られ再度冷媒を冷却して、冷媒冷却装置で冷却された冷媒が冷媒接続口４１ａａを介して冷媒通路４０における第一冷媒通路４１の第一冷媒接続部４１ａへ送られることになる。

よって、冷媒１が冷媒通路４０内を流通することにより電力供給装置３０および回転機本体２０との熱交換と、前記冷媒冷却装置により熱交換後の冷媒の冷却とが繰り返し行われることになる。

上述の機電一体型回転機１０は、さらに、連通孔１１Ｃを備える。連通孔１１Ｃは、筐体１１の第一収容部１１Ｂの外面部１１Ｂｃと冷媒通路４０における第一冷媒通路４１の第一冷媒連絡部４１ｄとに連通している。この連通孔１１Ｃには、第一冷媒通路４１の第一冷媒連絡部４１ｄを開閉する開閉バルブ５０が挿入される。連通孔１１Ｃの内周部には、詳細につき後述する開閉バルブ５０のネジ部５１ａｂａと噛み合うネジ部１１Ｃａが形成されている。

連通孔１１Ｃは、第一収容部１１Ｂに設けられることが好ましい。これは、電力供給装置３０を取り外すときに、第一冷媒通路４１から冷媒１が排出されるのをより確実に防ぐことができるからである。

連通孔１１Ｃは、第一収容部１１Ｂと第二収容部１１Ａとの分割面１１Ｂｄ，１１Ａｃ近傍に設けられることがより好ましい。これは、電力供給装置３０を取り外すときに、第一冷媒通路４１から冷媒１が排出されるのをより一層確実に防ぐことができるからである。

連通孔１１Ｃは、開閉バルブ５０の長さ以上の大きさを有することが好ましい。これは、開閉バルブ５０で第一冷媒通路４１の開放状態であっても筐体１１の外面から開閉バルブ５０が飛び出すことがなく、他の周辺機器や取り付け作業への影響を与えないからである。

開閉バルブ５０は、ヘッド部材（ヘッド部）５１とシール部材（シール部）５２とを有する。

ヘッド部材５１は、ヘッド本体５１ａと軸体５１ｂとを備える。ヘッド本体５１ａは円柱形状をなしている。ヘッド本体５１ａは、ボルト孔５１ａａａおよびネジ部５１ａｂａを備える。ボルト孔５１ａａａは、ヘッド本体５１ａの一方の端面部５１ａａに形成される。ネジ部５１ａｂａは、ヘッド本体５１ａの外周部５１ａｂに形成される。軸体５１ｂは、基端部側がヘッド部材５１ａの他方の端面部５１ａｃに接続される。軸体５１ｂは、先端フランジ部５１ｂａおよび中間フランジ部５１ｂｂを備える。先端フランジ部５１ｂａは、軸体５１ｂの先端部に形成される。中間フランジ部５１ｂｂは、軸体５１ｂの先端部と基端部の間に形成される。

シール部材５２は、軸体５１ｂの先端部側、具体的には、中間フランジ部５１ｂｂおよび先端フランジ部５１ｂａを被覆し、連通孔１１Ｃを挿通可能で、且つ、冷媒通路４０を閉塞可能な形状をなしている。シール部材５２として、例えば、ポリエチレンなどの軟性樹脂を用いることが好ましい。これは、開閉バルブ５０で冷媒通路４０を閉塞したときに、シール部材５２が変形し第一冷媒通路４１の第一冷媒連絡部４１ｄと密着して冷媒１の流通をより確実に抑制することができるからである。

ここで、上述の機電一体型回転機１０が備える開閉バルブ５０の動作について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。

機電一体型回転機１０が稼働している場合には、図４Ａに示すように、開閉バルブ５０が第一冷媒通路４１の第一冷媒連絡部４１ｄを開放した状態となり、冷媒１が第一冷媒通路４１内を流通し、第一冷媒通路４１の第一冷媒熱交換部４１ｃにて、ヒートシンク４１と熱交換することになる。熱交換後の冷媒１は、第二冷媒通路４２内に流通し、第二冷媒通路４２の第二冷媒熱交換部４２ａにて回転機本体２０と熱交換することになる。そして、熱交換後の冷媒１は、第二冷媒通路４２における第二冷媒接続部４２ｃの冷媒接続口４２ｃａを介して系外へ排出されることになる。

また、故障や修理などで電力供給装置３０を取り外す場合には、図４Ｂに示すように、レンチなどで開閉バルブ５０を回転し、開閉バルブ５０の軸力によってシール部材５２が第一冷媒通路４１内の流路壁に押しつぶされることで第一冷媒通路４１の第一冷媒連絡部４１ｄを閉塞した状態とする。これにより、第一冷媒通路４１内の冷媒１が当該第一冷媒通路４１から排出するのを防ぐことができる。なお、第一冷媒通路４１の冷媒接続口４１ａａを閉塞することで、第一冷媒通路４１内からの冷媒１の排出をより確実に防ぐことができる。

したがって、本実施形態によれば、回転機本体２０と電力供給装置３０と冷媒通路４０とが同一筐体１１に設けられ、筐体１１は、電力供給装置３０を収容する第一収容部１１Ｂと、回転機本体２０を収容する第二収容部１１Ａとを有し、冷媒通路４０は、電力供給装置３０に設けられる第一冷媒通路４１と、第一冷媒通路４１と連絡し回転機本体２０に設けられる第二冷媒通路４２とを有し、第一冷媒通路４１および第二冷媒通路４２は、冷媒１が系外へ給排されるための冷媒接続部４１ａ，４２ｃを有し、第一収容部１１Ｂの第一冷媒通路４１を開閉する開閉バルブ５０を備えることにより、開閉バルブ５０で第一冷媒通路４１を閉塞して、第一冷媒通路４１内の冷媒１が第一冷媒通路４１から排出されるのを防ぐことができる。これにより、故障や修理などで電力供給装置３０を取り外す場合に、機電一体型回転機１０が設置される箇所の周辺を養生したり、機電一体型回転機１０内の全ての冷媒１を抜いたりする前処理が不要となり、電力供給装置３０のみを容易に交換することができる。

筐体１１は、当該筐体１１の外面部１１Ｂｃと第一冷媒通路４１とを連通する連通孔１１Ｃを有し、開閉バルブ５０は、連通孔１１Ｃに挿入されることにより、開閉バルブ５０で第一冷媒通路４１を開閉する作業を機電一体型回転機１０の外側から容易に行うことができる。

開閉バルブ５０は、円柱形状をなすヘッド部材５１のヘッド本体５１ａと、ヘッド部材５１に設けられるシール部材５２とを有し、ヘッド本体５１ａは、基端部５１ａａに設けられたボルト孔５１ａａａを有し、ヘッド本体５１ａの外周部５１ａｂと連通孔１１Ｃの内周部は、互いに噛み合うネジ部５１ａｂａ，１１Ｃａを有することにより、第一冷媒通路４１の開閉をより確実に、且つ、容易に行うことができる。

なお、上記では、第一冷媒通路４１から第二冷媒通路４２へ冷媒１が流通する機電一体型回転機１０を用いて説明したが、第二冷媒通路４２から第一冷媒通路４１へ冷媒１が流通する機電一体型回転機とすることも可能である。
また、上記の実施形態の機電一体型回転機１０の他、例えば回転機本体２０と電力供給装置３０を回転軸方向に一体化した機電一体型回転機１０で、回転機本体２０と電力供給装置本体３０の双方に冷媒通路を設けてこれら冷媒通路が直列に接続した冷媒通路であっても、上述の機電一体型回転機１０と同様な作用効果を奏する。

１ 冷媒
１０ 機電一体型回転機
１１ 筐体
１１Ａ 第二収容部（回転機本体収容部）
１１Ｂ 第一収容部（電力供給装置収容部）
１１Ｂａ ケース本体
１１Ｂｂ 蓋部材
１１Ｃ 連通孔
１１Ｃａ ネジ部
２０ 回転機本体（回転機部）
２１ ロータ
２２ ステータ
３０ 電力供給装置（インバータ部）
３１ ヒートシンク（放熱板）
３１ａ ヒートシンク本体
３１ｂ 放熱フィン
３３ パワーモジュール
３５ 制御モジュール
４０ 冷媒通路
４１ 第一冷媒通路
４１ａ 第一冷媒接続部
４１ｂ 第一冷媒送給部
４１ｃ 第一冷媒熱交換部
４２ 第二冷媒通路
４２ａ 第二冷媒熱交換部
４２ｃ 第二冷媒接続部
５０ 開閉バルブ
５１ ヘッド部材（ヘッド部）
５１ａｂａ ネジ部
５２ シール部材（シール部）

Claims (7)

1. 回転機部と、前記回転機部へ電力を供給するインバータ部と、前記回転機部および前記インバータ部を冷却する冷媒が流通する冷媒通路とが同一筐体に設けられ、
   前記筐体は、前記インバータ部を収容する第一収容部と、前記回転機部を収容する第二収容部とを有し、
   前記冷媒通路は、前記インバータ部に設けられる第一冷媒通路と、前記第一冷媒通路と連絡し前記回転機部に設けられる第二冷媒通路とを有し、
   前記第一冷媒通路および前記第二冷媒通路は、前記冷媒が給排されるための接続部を有し、
   前記第一収容部の前記第一冷媒通路を開閉する開閉バルブを備える
   ことを特徴とする機電一体型回転機。
2. 請求項１に記載された機電一体型回転機であって、
   前記筐体は、当該筐体の外面部と前記第一冷媒通路とを連通する連通孔を有し、
   前記開閉バルブは、前記連通孔に挿入される
   ことを特徴とする機電一体型回転機。
3. 請求項２に記載された機電一体型回転機であって、
   前記連通孔は、前記第一収容部に設けられる
   ことを特徴とする機電一体型回転機。
4. 請求項２または請求項３に記載された機電一体型回転機であって、
   前記連通孔は、前記第一収容部と前記第二収容部との分割面近傍に設けられる
   ことを特徴とする機電一体型回転機。
5. 請求項２から請求項４の何れか一項に記載された機電一体型回転機であって、
   前記開閉バルブは、円柱形状をなすヘッド部と、前記ヘッド部に設けられるシール部とを有し、
   前記ヘッド部は、基端部に設けられたボルト孔を有し、
   前記ヘッド部の外周部と前記連通孔の内周部は、互いに噛み合うネジ部を有する
   ことを特徴とする機電一体型回転機。
6. 請求項５に記載された機電一体型回転機であって、
   前記シール部は、軟性樹脂材である
   ことを特徴とする機電一体型回転機。
7. 請求項２から請求項６の何れか一項に記載された機電一体型回転機であって、
   前記連通孔は、前記開閉バルブの長さ以上の大きさを有する
   ことを特徴とする機電一体型回転機。

Images