JP2018129904A - 電動機組立体 - Google Patents

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Abstract

【課題】インバータの故障を防止することができる電動機組立体を提供する。【解決手段】電動機組立体1は、駆動軸2と、駆動軸2を回転させるモータ3と、内部にモータ3が配置されたモータケーシング4と、モータ3の動作を制御するインバータ22と、内部にインバータ22が配置されたインバータハウジング24と、インバータハウジング24の内部に配置され、モータケーシング4からインバータハウジング24に向かって延びる駆動軸2の周囲を覆う軸カバー30とを備える。インバータ22は、軸カバー30とインバータハウジング24との間の隔離空間35に配置されている。【選択図】図1

Description

本発明は、電動機組立体に関し、特に、モータおよびインバータを備える電動機組立体に関するものである。
モータにインバータが設置された電動機組立体が知られている。図12は電動機組立体を示す図である。図12に示すように、電動機組立体は、モータ部100と、インバータ部101とから構成されている。モータ部100には、モータ(図示しない)および駆動軸102が設けられており、モータが固定された駆動軸102は軸受(図示しない)によって回転自在に支持されている。
インバータ部101には、モータの動作を制御するためのインバータ素子が実装された基板106および給電や通信のための配線107が設けられている。これら基板106および配線107はインバータハウジング105内に収容されている。インバータハウジング105は、その中央に形成された孔105aを有しており、駆動軸102はこの孔105aを貫通して延びている。基板106および配線107は駆動軸102の周囲に配置されている。
特開2001−327116号公報 特開2005−253184号公報
しかしながら、図12に示す電動機組立体は、駆動軸102がインバータ部101を貫通する構造を有しており、駆動軸102は高速で回転する回転体である。したがって、何らかの原因により配線107が回転する駆動軸102に絡まってしまうと、配線107が断線したり、損傷してしまうおそれがある。結果として、インバータの破損や漏電など重大な事故につながる可能性がある。
上述したように、駆動軸102は軸受により回転自在に支持されているため、この軸受から金属粉や潤滑油(グリス)などの異物が飛散するおそれがある。このような異物がインバータ部101の基板106に付着すると、インバータが故障してしまうおそれがある。
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、インバータの故障を防止することができる電動機組立体を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、駆動軸と、前記駆動軸を回転させるモータと、内部に前記モータが配置されたモータケーシングと、前記モータの動作を制御するインバータと、内部に前記インバータが配置されたインバータハウジングと、前記インバータハウジングの内部に配置され、前記モータケーシングから前記インバータハウジングに向かって延びる前記駆動軸の周囲を覆う軸カバーとを備え、前記インバータは、前記軸カバーと前記インバータハウジングとの間の隔離空間に配置されていることを特徴とする電動機組立体である。
本発明の好ましい態様は、前記軸カバーの一端部は前記モータケーシングに接続されており、前記軸カバーの他端部は前記インバータハウジングに接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸カバーは、筒形状を有しており、金属または樹脂から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸カバーと前記駆動軸との間の隙間を封止する封止部材をさらに備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記封止部材は、蓋と、前記蓋に接続され、かつ前記軸カバーの内部に位置する栓とから構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記封止部材は、弾性部材から構成されていることを特徴とする。
駆動軸の周囲を覆う軸カバーは、インバータが駆動軸に接触したり、異物がインバータに付着することを防止することができる。したがって、電動機組立体は、インバータの故障を防止することができる。
電動機組立体の一実施形態を示す図である。 基板とエンド部との間に配置された台座を示す図である。 軸カバーの他端部およびインバータハウジングのエンド部を示す拡大断面図である。 軸カバーの他端部およびインバータハウジングのエンド部を示す拡大断面図である。 軸カバーの他端部およびインバータハウジングのエンド部を示す拡大断面図である。 軸カバーの他端部およびインバータハウジングのエンド部を示す拡大断面図である。 図1のA−A線断面図である。 電動機組立体の他の実施形態を示す図である。 封止部材を示す図である。 電動機組立体のさらに他の実施形態を示す図である。 電動機組立体のさらに他の実施形態を示す図である。 電動機組立体を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は電動機組立体の一実施形態を示す図である。図1に示すように、電動機組立体1は、モータ部10と、モータ部10に隣接して配置されたインバータ部20とから構成されている。電動機組立体1は、駆動軸2と、駆動軸2を回転させるモータ3と、内部にモータ3が配置されたモータケーシング4と、モータ3の動作(回転速度)を制御するインバータ22と、内部にインバータ22が配置されたインバータハウジング24とを備えている。
図1に示すように、インバータ部20はモータ部10に隣接して配置されている。モータケーシング4およびインバータハウジング24は駆動軸2と同心状に配置されており、駆動軸2はモータケーシング4の中央部分およびインバータハウジング24の中央部分を貫通している。駆動軸2は軸受21によって回転自在に支持されている。図1では、1つの軸受21が図示されているが、軸受の数は本実施形態に限定されない。本実施形態によれば、インバータハウジング24は駆動軸2の軸方向に配置されるため、電動機組立体1はコンパクトな構造を有することができる。
図1において、モータ3は模式的に描かれている。モータ3は、例えば、ロータに永久磁石を用いた永久磁石型モータである。しかしながら、モータ3は、永久磁石型モータに限定されず、誘導モータやSRモータなど、様々な種類のモータであってもよい。
電動機組立体1は、駆動軸2に固定された冷却ファン8をさらに備えている。冷却ファン8は、駆動軸2と同心状に配置されており、インバータハウジング24の外部に位置している。モータ3が駆動すると、その駆動力は駆動軸2に伝えられ、駆動軸2に固定された冷却ファン8は駆動軸2とともに回転する。結果として、冷却ファン8は周囲の空気を吸い込み、吸い込まれた空気はインバータハウジング24およびモータケーシング4の外面上を流れ、インバータ部20およびモータ部10を冷却する。インバータ部20は冷却ファン8とモータ部10との間に配置されており、冷却ファン8、インバータ部20、およびモータ部10はこの順に直列に配置されている。
インバータハウジング24は、円筒形状を有する周壁部24aと、周壁部24aの開口端部を閉じるエンド部24bとから構成されている。本実施形態では、周壁部24aおよびエンド部24bは一体的に構成されているが、これら周壁部24aおよびエンド部24bは別部材であってもよい。インバータハウジング24の周壁部24aはモータケーシング4の後方端面4aに接続されている。一実施形態では、インバータハウジング24の周壁部24aはモータケーシング4の前方端面4bに接続されてもよい。ここで、モータケーシング4の後方端面4aはインバータ部20を介して冷却ファン8に対向する面であり、モータケーシング4の前方端面4bは後方端面4aの反対側の面である。
インバータハウジング24は、インバータ部20のヒートシンクとしての役割を果たすため、比較的高い放熱性能を有する材料(例えば、アルミニウム(Al)などの熱伝導性に優れた金属)から、基本的に構成されている。ただし、インバータハウジング24の放熱性能を十分に確保することができる場合、軽量化やコスト削減のため、インバータハウジング24は、樹脂などの材料から構成されてもよい。
インバータハウジング24は、単一の材料から構成されてもよく、または複数の材料から構成されてもよい。一実施形態では、インバータハウジング24において、放熱効果が高い部位(例えば、冷却ファン8から送られる空気の流路上にある部位)および/または冷却の必要性が高い部位(例えば、インバータ22の周辺部位)は、金属など放熱性能に優れた材料から構成されてもよい。これらの部位以外の部位は、金属と比較して軽量の材料または低コスト化が見込まれる材料(例えば、樹脂)から構成されてもよい。インバータハウジング24は、後述する軸カバー30と同一の材料から構成されてもよく、または軸カバー30とは異なる材料から構成されてもよい。
本実施形態では、インバータハウジング24の周壁部24aはモータケーシング4の外形形状に合わせて円筒形状を有している。一実施形態では、モータケーシング4が多角筒形状を有する場合、インバータハウジング24の周壁部24aもモータケーシング4の外形形状に合わせて多角筒形状を有してもよい。他の実施形態では、モータケーシング4がフィンや端子箱などの部材によって特殊な外形形状を有している場合、インバータハウジング24は、このモータケーシング4の形状に合わせた構造を有してもよい。
インバータハウジング24のエンド部24bの中央には開口25が形成されており、駆動軸2は、この開口25を通ってインバータ部20の外部まで延びている。インバータハウジング24の内部にはインバータ22が配置されている。インバータ22は、スイッチング素子やコンデンサなどの要素を含むインバータ要素26と、このインバータ要素26が実装された基板27とを備えている。基板27はスペーサ42を介してエンド部24bの内面41に固定されている。
図2は基板27とエンド部24bとの間に配置された台座43を示す図である。図2に示すように、エンド部24bの内面41に台座43を設け、この台座43上に基板27を設置してもよい。台座43は上述したスペーサ42よりも幅広形状を有している。一実施形態では、この台座43は、インバータハウジング24の成型時に同時に成型されてもよい。この場合、台座43はインバータハウジング24と一体成型部材である。他の実施形態では、台座43はインバータハウジング24とは別部材であってもよい。この場合、台座43はねじ止めや接着剤などの固定手段によってインバータハウジング24に固定されてもよい。この台座43の数および形状は、基板27が十分に固定されるのであれば、特に限定されない。台座43は円柱形状を有してもよく、または四角柱形状を有してもよい。
インバータ部20には、給電や通信のための配線28が設けられている。図1では、配線28は簡略的に描かれている。配線28は、例えば、端子台(図示しない)からの電源入力用の配線、電力を基板27からモータ3に出力する配線、およびコントローラなどの機器からの通信用の配線を含む。配線28はインバータ22の構成要素である。
電動機組立体1は、駆動軸2の周囲を覆う軸カバー30をさらに備えている。この軸カバー30は、インバータハウジング24の内部に配置されている。駆動軸2は、モータケーシング4からインバータハウジング24に向かって延びている。軸カバー30は、駆動軸2とインバータ22とを隔離する隔離部材(すなわち、隔壁)である。軸カバー30は、円筒形状を有しており、駆動軸2と同心状に配置されている。軸カバー30は、駆動軸2の軸方向に延びており、モータケーシング4の後方端面4aからインバータハウジング24のエンド部24bの内面41までの距離に相当する長さを有している。
軸カバー30は、駆動軸2との接触による損傷および/またはインバータ22から発生する熱による損傷を防止するために、耐久性および耐熱性に優れた材料(例えば、金属または樹脂)から構成されていることが好ましい。
駆動軸2は軸カバー30の半径方向内側に配置されており、軸カバー30の内周面と駆動軸2の外周面との間には隙間が形成されている。インバータ22は軸カバー30の半径方向外側に配置されている。軸カバー30は、駆動軸2の周囲を覆うことができ、駆動軸2やインバータハウジング24などの部材に接触しない形状であれば、必ずしも円筒形状を有しなくてもよい。一実施形態では、軸カバー30は多角筒形状を有してもよい。
図1に示すように、軸カバー30の一端部30aはモータケーシング4の後方端面4aに接続されており、他端部30bはインバータハウジング24のエンド部24bに接続されている。このようにして、軸カバー30とインバータハウジング24との間には環状の隔離空間35が形成されている。軸カバー30の端部30a,30bは、円筒形状を有してもよく、または、多角筒形状を有してもよい。
軸カバー30は、軸カバー30がモータケーシング4および/またはインバータハウジング24から脱落しないようにモータケーシング4およびインバータハウジング24に接続(固定)されている。より具体的には、軸カバー30はモータケーシング4およびインバータハウジング24に接着剤によって接続(固定)されてもよく、または、軸カバー30とモータケーシング4との接触箇所および軸カバー30とインバータハウジング24との接触箇所は溶接されてもよい。
軸カバー30は、軸カバー30がモータケーシング4および/またはインバータハウジング24から脱落しない固定力を確保することができれば、他の方法によってこれら部材に接続されてもよい。以下、軸カバー30とこれら部材との接続構造について説明する。軸カバー30の一端部30aとモータケーシング4の後方端面4aとの接続構造および軸カバー30の他端部30bとインバータハウジング24のエンド部24bとの接続構造は同一であるため、以下、図面を参照して、軸カバー30の他端部30bとインバータハウジング24のエンド部24bとの接続構造について説明する。
図3および図4は、軸カバー30の他端部30bおよびインバータハウジング24のエンド部24bを示す拡大断面図である。図3および図4では、駆動軸2の図示は省略されている。図3に示すように、軸カバー30の他端部30bには、環状の突起40が形成されており、エンド部24bの内面41には環状の溝42が形成されている。これら環状突起40および環状溝42は互いに嵌合するように構成されている。一実施形態では、軸カバー30の他端部30bに環状溝を形成し、エンド部24bの内面41に環状突起を形成してもよい。
図4に示すように、軸カバー30の他端部30bとインバータハウジング24のエンド部24bとの接触箇所が溶接されてもよく、または軸カバー30はインバータハウジング24に接着剤によって固定されてもよい。このような構成により、軸カバー30はより強固にモータケーシング4およびインバータハウジング24に接続される。
図5は軸カバー30の他端部30bおよびインバータハウジング24のエンド部24bを示す拡大断面図である。図5に示すように、環状溝42はエンド部24bの開口25まで延びる環状段部であってもよい。図5に示す実施形態では、軸カバー30の他端部30bには、環状突起40は形成されていない。環状溝42の直径は軸カバー30の外径よりも僅かに大きく、軸カバー30はこの環状溝42に嵌め込まれている。
図6は軸カバー30の他端部30bおよびインバータハウジング24のエンド部24bを示す拡大断面図である。図6に示すように、エンド部24bには、環状のフランジ44が設けられており、軸カバー30はこのフランジ44に嵌め込まれている。より具体的には、環状のフランジ44はエンド部24bの開口25に接続されており、内面41からモータケーシング4の後方端面4a(すなわち、内面41から離間する方向)に向かって延びている。フランジ44は軸カバー30の軸方向と平行に延びている。軸カバー30の内径はフランジ44の外径よりも僅かに大きい。
本実施形態では、フランジ44はインバータハウジング24と一体的に形成されているが、インバータハウジング24とは別部材から構成されてもよい。さらに、本実施形態では、フランジ44は環状形状を有しているが、フランジ44の形状はこの実施形態に限定されない。フランジ44の形状は、軸カバー30の端部30bの形状に応じて決定される。一実施形態では、軸カバー30の端部30bが多角筒形状を有している場合、フランジ44も多角筒形状を有する。
フランジ44の高さは、任意に決定することができる。一実施形態では、フランジ44の高さは軸カバー30を固定することができる程度の高さであってもよい。軸カバー30の他端部30bとフランジ44との接触箇所は溶接されてもよく、または軸カバー30はインバータハウジング24のフランジ44に接着剤によって固定されてもよい。他の実施形態では、軸カバー30が溶接や接着剤などの固定手段によって固定される場合、フランジ44の高さは、軸カバー30を位置決めすることができる程度の高さであってもよい。
図7は図1のA−A線断面図である。なお、図7では、配線28の図示は省略されている。図7に示すように、基板27は、その中央に開口27aが形成された環状形状を有している。開口27aの直径は軸カバー30の外径よりも大きく、駆動軸2はこの基板27の開口27aおよびエンド部24bの開口25を貫通してインバータ部20の外部まで延びている。
インバータ22(すなわち、インバータ要素26、基板27、および配線28)は軸カバー30の外側(より具体的には、軸カバー30とインバータハウジング24との間の隔離空間35)に配置されている。基板27の形状は、基板27が駆動軸2および軸カバー30を避けるようにインバータハウジング24内に配置されれば、必ずしも、図7に示す実施形態に限定されない。
本実施形態によれば、インバータ22は、隔離空間35に配置されており、軸カバー30によって駆動軸2から隔離されている。したがって、インバータ22は駆動軸2には接触しないため、配線28の駆動軸2への巻き込み、およびインバータ要素26の駆動軸2との接触を防止することができる。結果として、インバータ22の故障を確実に防止することができる。
さらに本実施形態によれば、インバータ22(特に、基板27)は、駆動軸2の回転によって飛散する軸受21(図1参照)の金属粉や潤滑油(グリス)などの異物に接触することはない。結果として、インバータ22の故障を確実に防止することができる。
軸カバー30は、インバータ22と駆動軸2との間に配置されているため、軸カバー30はインバータ22から駆動軸2に伝わる熱を遮断する断熱材としても機能する。さらに、軸カバー30は駆動軸2の振動を遮断することができるため、軸カバー30はインバータ22(より具体的には、インバータ要素26)の破損を防止することができる。
軸カバー30が樹脂などの絶縁性材料から構成されている場合、インバータ要素26をより駆動軸2に近接して配置することができる。つまり、インバータ要素26と軸カバー30との間の沿面距離を小さくすることができるため、インバータ要素26のパターンを有利に設計することができる。
さらに本実施形態によれば、以下のような効果も奏することができる。つまり、モータ部10とインバータ部20とを接続して電動機組立体1を組み立てるとき、インバータ22(より具体的には、基板27)を駆動軸2に挿入して、所定の位置に配置する必要がある。軸カバー30が設けられていない場合、基板27や配線28などのインバータ22が駆動軸2に接触しないようにインバータ22を所定の位置に配置しなければならず、このような作業は手作業では困難である。誤って手を滑らせてしまうと、基板27や配線28などのインバータ22を傷つけてしまう可能性がある。治具を用いてインバータ22を配置する方法では、作業効率が悪い。本実施形態によれば、駆動軸2が軸カバー30に覆われた状態で、インバータ22は所定の位置に配置されるため、インバータ22は駆動軸2に接触することはない。このように、軸カバー30はインバータ22を所定の位置に配置するときのガイド部材としての役割を果たすため、電動機組立体1を組み立てるときの作業性を向上させることができる。
図8は電動機組立体の他の実施形態を示す図である。図8において、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。
インバータ部20をモータ部10の後方、すなわち、冷却ファン8に隣接して配置する場合、冷却ファン8の回転によって、湿度の高い外気や雨などの液体がインバータ部20内に流入するおそれがある。液体がインバータ部20内に流入すると、インバータ22が漏電などの原因によって破損する可能性がある。そこで、本実施形態では、液体の浸入によるインバータ22の故障をより確実に防止するため、電動機組立体1は、軸カバー30と駆動軸2との間の隙間を封止する封止部材50をさらに備えてもよい。
図9は封止部材50を示す図である。図9に示すように、封止部材50は、蓋50aと、蓋50aに接続され、かつ軸カバー30の内部に位置する栓50bとから構成されている。封止部材50は、軸カバー30の他端部30b側に配置されており、外部からの液体や気体などの流体の流入を妨げる構造を有している。より具体的には、封止部材50は、エンド部24bの開口25と駆動軸2との間の隙間および軸カバー30と駆動軸2との間の隙間を封止する構造を有している。一実施形態では、封止部材50はメカニカルシールなどの自緊式シールであってもよい。
本実施形態では、封止部材50は、耐久性、耐熱性、および気密性を確保することができる材料、例えば、ゴムや樹脂などの弾性部材から構成されている。本実施形態では、蓋50aおよび栓50bは一体成形部材である。一実施形態では、蓋50aおよび栓50bは別個の部材から構成されてもよい。
本実施形態では、封止部材50はその中央に形成された貫通孔51を有しており、駆動軸2はこの貫通孔51を通って延びている。封止部材50は駆動軸2と同心状に配置されている。蓋50aはインバータハウジング24の外部、すなわち、冷却ファン8とエンド部24bとの間に配置されている。一実施形態では、蓋50aは軸カバー30の他端部30bとエンド部24bの内面41との間に配置されてもよい。栓50bは蓋50aから軸カバー30の一端部30aに向かって延びている。
本実施形態では、封止部材50は蓋50aと栓50bとから構成されているが、封止部材50は設置場所に応じた形状(例えば、円盤形状、円筒形状、またはキャップ形状)を有してもよい。
蓋50aの外径はエンド部24bの開口25の直径(すなわち、軸カバー30の内径)よりも大きく、蓋50aの内径は駆動軸2の直径よりも小さい。栓50bの外径はエンド部24bの開口25の直径(すなわち、軸カバー30の内径)よりも大きく、封止部材50はエンド部24bの開口25に密着して嵌め込まれる。栓50bの内径は駆動軸2の直径よりも小さい。このような構成により、封止部材50は、インバータ22を外気から遮断することができ、結果的に、インバータ22が雨などの液体に接触することをより確実に防止することができる。本実施形態によれば、封止部材50は隔離空間35に結露が発生することを防止することができ、インバータ22をより確実に保護することができる。
封止部材50は外気がインバータ22に流れ込む可能性のある流路(本実施形態では、駆動軸2と軸カバー30との間の流路)上に配置されれば、その設置箇所は特に限定されない。
図10は電動機組立体1のさらに他の実施形態を示す図である。図10に示すように、電動機組立体1は軸カバー30の一端部30a側に配置された封止部材51を備えてもよい。図10に示す実施形態では、封止部材50(図9参照)は設けられておらず、その代わりに、封止部材51が設けられている。封止部材51は上述した封止部材50と同一の構成を有している。
封止部材51は、蓋51aと、蓋51aに接続され、軸カバー30の内部に位置する栓51bとから構成されている。蓋51aはモータケーシング4の後方端面4aと軸カバー30の一端部30aとの間に配置されており、栓51bは蓋51aから軸カバー30の他端部30bに向かって延びている。本実施形態によれば、封止部材51は、インバータ22を外気から遮断することができ、しかも、インバータ22が軸受21から飛散する金属粉や潤滑油(グリス)などの異物に接触することをより確実に防止することができる。
図11は、電動機組立体1のさらに他の実施形態を示す図である。図11に示すように、電動機組立体1は、封止部材50,51の両方を備えてもよい。本実施形態によれば、より確実にインバータ22を外気から遮断することができる。
封止部材の数は上述した実施形態に限定されず、電動機組立体1は、封止部材50,51とは別の封止部材をさらに備えてもよい。一実施形態では、電動機組立体1は気密性の費用対効果が十分に見込める範囲であれば、複数の封止部材を備えてもよい。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
1 電動機組立体
2 駆動軸
3 モータ
4 モータケーシング
4a 後方端面
4b 前方端面
8 冷却ファン
10 モータ部
20 インバータ部
21 軸受
22 インバータ
24 インバータハウジング
24a 周壁部
24b エンド部
25 開口
26 インバータ要素
27 基板
28 配線
30 軸カバー
30a 一端部
30b 他端部
35 隔離空間
43 台座
44 フランジ
50,51 封止部材

Claims (6)

  1. 駆動軸と、
    前記駆動軸を回転させるモータと、
    内部に前記モータが配置されたモータケーシングと、
    前記モータの動作を制御するインバータと、
    内部に前記インバータが配置されたインバータハウジングと、
    前記インバータハウジングの内部に配置され、前記モータケーシングから前記インバータハウジングに向かって延びる前記駆動軸の周囲を覆う軸カバーとを備え、
    前記インバータは、前記軸カバーと前記インバータハウジングとの間の隔離空間に配置されていることを特徴とする電動機組立体。
  2. 前記軸カバーの一端部は前記モータケーシングに接続されており、
    前記軸カバーの他端部は前記インバータハウジングに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電動機組立体。
  3. 前記軸カバーは、筒形状を有しており、金属または樹脂から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動機組立体。
  4. 前記軸カバーと前記駆動軸との間の隙間を封止する封止部材をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の電動機組立体。
  5. 前記封止部材は、
    蓋と、
    前記蓋に接続され、かつ前記軸カバーの内部に位置する栓とから構成されていることを特徴とする請求項4に記載の電動機組立体。
  6. 前記封止部材は、弾性部材から構成されていることを特徴とする請求項4に記載の電動機組立体。
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