JP2019129569A - モータユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】インバータの冷却性能を向上させることができるモータユニットを提供する。【解決手段】モータユニット1は、モータ2と、モータ2のファン11側に配置され、モータ2を制御するインバータ3とを備えている。また、モータユニット1は、ファン11により外部から空気が吸入される吸気部32と、ファン11により空気が外部に排出される排気部33とを有している。モータ2は、モータ本体5と、モータ本体5から引き出されたモータ引出線13と、モータ本体5を収容するモータブラケット6とを有し、インバータ3は、半導体基板20と、半導体基板20とモータ引出線13とを電気的に接続するインバータ出力端子23と、半導体基板20及びインバータ出力端子23を収容するインバータケース18とを有し、モータブラケット6には、インバータケース18と締結される締結部17が設けられており、締結部17は、排気部33に配置されている。【選択図】図5
Description
本発明は、モータユニットに関する。
従来のモータユニットとしては、例えば特許文献1に記載されている技術が知られている。特許文献1に記載のモータユニットは、モータと、このモータを駆動するインバータと、モータとインバータとを電気的に接続するバスバーとを備えている。モータは、ハウジングと、このハウジングに軸受を介して回転自在に支承された回転軸と、この回転軸の外周に固定された回転子と、ハウジング内に収容され、回転子の外側に配置された固定子とを備えている。固定子には、固定子巻線が設けられている。回転軸の軸方向一端側の外周には、冷却ファンが固着されている。ハウジングの軸方向一端側の蓋板部には、冷却ファンの回転時にハウジング内へ空気を導入する複数の導入口が設けられている。ハウジングの筒状部の軸方向他端側には、冷却ファンの回転時にハウジング内から外部へ空気を排出する排出口が設けられている。ハウジングの軸方向他端側の蓋板部内面には、冷却ファンの回転時に導入口から導入された空気を排出口に案内する導風板が取り付けられている。インバータは、ケースに収容された状態でハウジングの軸方向他端側の蓋板部外面に設置されている。インバータは、制御基板を備えている。バスバーは、固定子巻線とインバータとを電気的に接続する。バスバーは、ハウジング内における排出口と対向する位置に配置されている。
しかしながら、上記従来技術においては、モータのハウジングにおけるインバータの反対側から空気を導入しているため、空気がインバータに流れにくい。また、モータのハウジングからインバータへの伝熱が発生する。以上により、インバータの冷却性能が低下する。
本発明の目的は、インバータの冷却性能を向上させることができるモータユニットを提供することである。
本発明の一態様は、モータと、モータの回転軸に取り付けられたファンと、モータのファン側に配置され、モータを制御するインバータとを備えたモータユニットにおいて、ファンにより外部から空気が吸入される吸気部と、ファンにより空気が外部に排出される排気部とを有し、モータは、回転軸を有するモータ本体と、モータ本体から引き出されたモータ引出線と、モータ本体を収容するモータブラケットとを有し、インバータは、インバータ回路基板と、インバータ回路基板とモータ引出線とを電気的に接続するインバータ出力端子と、インバータ回路基板及びインバータ出力端子を収容するインバータケースとを有し、モータブラケットには、インバータケースと締結される締結部が設けられており、締結部は、排気部に配置されていることを特徴とする。
このようなモータユニットにおいては、モータ本体の回転軸の回転によってファンが回転すると、吸気部から吸入された空気がモータユニット内を流れて排気部から排出されることで、インバータが冷却される。ここで、モータブラケットにおいてインバータケースと締結される締結部は、排気部に配置されている。このため、モータユニット内を流れた空気が締結部を通過するようになる。従って、空気により締結部が冷却されるため、モータブラケットからインバータケースへの伝熱量が低減される。これにより、インバータの冷却性能が向上する。
締結部は、モータの軸方向に垂直な断面において曲線形状をなしていてもよい。このような構成では、空気が締結部を通過する際の圧力損失が低減される。従って、締結部が冷却されやすくなるため、モータブラケットからインバータケースへの伝熱量が更に低減される。これにより、インバータの冷却性能が更に向上する。
モータとインバータとの間には、ダクトが配置されており、ダクトは、モータ引出線が挿通される引出線ガイド部を有し、引出線ガイド部は、吸気部に配置されていてもよい。このような構成では、外部からの空気が引出線ガイド部を通過するようになる。従って、引出線ガイド部を挿通するモータ引出線が空気により冷却されるため、モータ引出線からインバータ回路基板への伝熱量が低減される。これにより、インバータの冷却性能が更に向上する。
インバータは、引出線ガイド部に対してモータの軸方向に垂直な方向に並んで配置されたヒートシンクを有し、ヒートシンクには、引出線ガイド部及びヒートシンクの配列方向に延在する放熱フィンが設けられていてもよい。このような構成では、引出線ガイド部を通過した空気は、ヒートシンクの放熱フィンに沿って引出線ガイド部及びヒートシンクの配列方向に流れて排気部に向かうようになる。従って、モータユニット内を空気がスムーズに流れるため、インバータの冷却性能が一層向上する。
インバータケースにおけるヒートシンクに対して引出線ガイド部の反対側には、引出線ガイド部の反対側からの空気の吸入を遮断する壁部が設けられていてもよい。このような構成では、外部からの空気の吸入方向が一方向となるため、引出線ガイド部を通過する空気の量が増加する。従って、引出線ガイド部を挿通するモータ引出線が空気により十分に冷却されるため、モータ引出線からインバータ回路基板への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータの冷却性能がより一層向上する。
引出線ガイド部は、モータの軸方向に垂直な断面において曲線形状をなしていてもよい。このような構成では、空気が引出線ガイド部を通過する際の圧力損失が低減される。従って、引出線ガイド部を挿通するモータ引出線が冷却されやすくなるため、モータ引出線からインバータ回路基板への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータの冷却性能が一層向上する。
ダクトは、樹脂製であると共に、締結部とインバータケースとの間に配置された介在部を有してもよい。このような構成では、締結部とインバータケースとの間に熱伝導性が低い樹脂製のダクトの介在部が存在するため、モータブラケットからインバータケースに熱が伝わりにくくなり、モータブラケットからインバータケースへの伝熱量が更に低減される。これにより、インバータの冷却性能が一層向上する。
介在部の熱伝導率は、ダクトにおける介在部以外の部分の熱伝導率よりも低くてもよい。このような構成では、モータブラケットからインバータケースに熱が更に伝わりにくくなり、モータブラケットからインバータケースへの伝熱量が一層低減される。これにより、インバータの冷却性能がより一層向上する。
引出線ガイド部の熱伝導率は、ダクトにおける引出線ガイド部以外の部分の熱伝導率よりも高くてもよい。このような構成では、引出線ガイド部を挿通するモータ引出線が空気により十分に冷却されるため、モータ引出線からインバータ回路基板への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータの冷却性能が一層向上する。
本発明によれば、インバータの冷却性能を向上させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータユニットの外観を示す斜視図である。図1において、本実施形態のモータユニット1は、モータ2と、インバータ3と、モータ2とインバータ3との間に配置されたダクト4とを備えている。モータ2、ダクト4及びインバータ3は、モータ2の軸方向(図示A方向)に順に配列されている。
図2及び図3は、図1に示されたモータユニット1の分解斜視図であり、図4及び図5は、図1に示されたモータユニット1の断面図である。なお、図2は、モータ2及びダクト4が組み付けられ、インバータ3が分離された状態を示している。図3は、モータ2、ダクト4及びインバータ3が全て分離された状態を示している。図4は、図3のIV−IV線断面図である。図5は、図3のV−V線断面図である。
図2〜図5において、モータ2は、三相交流モータである。モータ2は、モータ本体5と、このモータ本体5を収容するモータブラケット6とを有している。モータブラケット6は、金属で形成されている。
モータ本体5は、ロータ7と、このロータ7の周囲に配置されたステータ8とを有している。ロータ7は、回転軸9と一体化されている。回転軸9は、モータブラケット6に複数の軸受10を介して回転可能に支持されている。回転軸9の先端部(インバータ3側端部)には、インバータ3を冷却するファン11が取り付けられている。このため、回転軸9が回転すると、ファン11が回転する。ステータ8は、モータブラケット6に固定されている。ステータ8には、ステータコイル12が巻回されている。
また、モータ2は、ステータコイル12から引き出された3本のL字型のモータ引出線13を有している。各モータ引出線13は、等間隔に並んで配置されている。モータ引出線13は、ステータコイル12からインバータ3に向かってモータ2の軸方向に延びている。モータ引出線13の先端部には、モータ端子14が取り付けられている。モータ端子14の先端部には、ネジ部が形成されている。
モータブラケット6には、各モータ引出線13の基端側部分を一括して収容する引出線収容部15が設けられている。引出線収容部15は、ファン11に対してモータ2の径方向(モータ2の軸方向に垂直な方向)の外側に配置されている。
また、モータブラケット6には、ボルト16によりインバータ3のインバータケース18(後述)と締結つまり機械的に接続される複数(ここでは4つ)の締結部17が設けられている。これらの締結部17は、ファン11に対してモータ2の径方向の外側に配置されている。締結部17には、ボルト穴17aが設けられている。締結部17は、モータ2の軸方向に垂直な断面において角部がない曲線形状をなしている。ここでは、締結部17は、略円柱形状を有している。
インバータ3は、モータ2のファン11側に配置されている。インバータ3は、バッテリ(図示せず)からの直流電流を交流電流に変換して、モータ2を制御する。インバータ3は、インバータケース18と、このインバータケース18を覆うインバータカバー19とを備えている。インバータケース18及びインバータカバー19は、平面視略正方形状を有している。インバータケース18及びインバータカバー19は、金属で形成されている。
インバータケース18の内部には、例えばMOS素子等の半導体素子が実装された半導体基板20と、コンデンサが実装されたコンデンサ基板21と、電子制御部品が実装された制御基板22と、3つのインバータ出力端子23とが収容されている。半導体基板20、コンデンサ基板21及び制御基板22は、インバータ回路基板を構成している。各インバータ出力端子23は、半導体基板20上の半導体素子と各モータ引出線13とをモータ端子14を介してそれぞれ電気的に接続するバスバーである。モータ端子14は、インバータ出力端子23にナット24で固定されている。
インバータケース18には、モータブラケット6の締結部17と締結される複数(ここでは4つ)の脚部25が設けられている。脚部25は、インバータケース18の角部に配置されている。脚部25の下端部には、ボルト16の軸部が通る通し穴25aが設けられている。
インバータケース18には、ヒートシンク26が取り付けられている。ヒートシンク26は、インバータケース18に対してインバータカバー19の反対側(モータ2側)に配置されている。また、ヒートシンク26は、モータ引出線13に対してモータ2の径方向(モータ2の軸方向に垂直な方向)の内側に配置されている。
ヒートシンク26は、半導体基板20からの熱を放熱する。ヒートシンク26は、例えば半導体基板20に接触するようにインバータケース18に取り付けられている。ヒートシンク26は、モータ引出線13及びヒートシンク26の配列方向に延在する複数の放熱フィン26aを有している。半導体素子から発生した熱は、半導体基板20を通ってヒートシンク26により放熱される。
インバータケース18におけるヒートシンク26に対してモータ引出線13の反対側には、後述する空気の吸入を遮断する断面U字状の壁部27が設けられている。壁部27は、コンデンサ基板21に実装されたコンデンサを収容する空間を形成している。
ダクト4は、モータブラケット6の先端側(インバータ3側)の部分をファン11と共に覆う。ダクト4は、ファン11の回転により発生する風の流れを整流する。ダクト4は、樹脂で形成されている。使用する樹脂としては、例えばポリアミド樹脂等が挙げられる。
ダクト4には、各モータ引出線13がそれぞれ挿通される3つの引出線ガイド部28が設けられている。各引出線ガイド部28は、ダクト4の縁部に並んで配置されている。従って、上記のヒートシンク26は、引出線ガイド部28に対してモータ2の径方向に並んで配置されている。また、ヒートシンク26の放熱フィン26aは、引出線ガイド部28及びヒートシンク26の配列方向に延在している。引出線ガイド部28は、モータ2の軸方向に垂直な断面において角部がない曲線形状をなしている。ここでは、引出線ガイド部28は、略円筒形状を有している。
ダクト4には、モータブラケット6の各締結部17がそれぞれ収容される複数(ここでは4つ)の収容壁29が設けられている。収容壁29は、締結部17とインバータケース18の脚部25との間に配置された介在部30を有している。介在部30には、ボルト16の軸部が通る通し穴30aが設けられている。
ダクト4には、後述する空気が通り抜ける矩形状の通気口31が設けられている。通気口31は、ヒートシンク26の中心部よりも壁部27側にずれた位置に配置されている。なお、通気口31の形状としては、特に矩形状には限られない。
以上のように構成されたモータユニット1を組み立てるときは、モータ2のモータブラケット6に設けられた各締結部17をダクト4の収容壁29に収容すると共に、モータ2の各モータ引出線13をダクト4の引出線ガイド部28に挿通させる。そして、モータ引出線13の先端部に取り付けられたモータ端子14をインバータケース18の内部に収容されたインバータ出力端子23にナット24で固定した後、インバータケース18にインバータカバー19を組み付ける。
そして、ボルト16の軸部をインバータケース18に設けられた各脚部25の通し穴25a及びダクト4に設けられた各介在部30の通し穴30aに通した状態で、ボルト16の軸部を各締結部17のボルト穴17aにねじ込む。従って、締結部17及び脚部25は、介在部30と共締めされることとなる。これにより、インバータ3がダクト4を介してモータ2に組み付けられる。
このようなモータユニット1には、ファン11を回転させた時に発生する冷却風としての空気が外部より吸入される吸気部32と、当該冷却風としての空気が外部に排出される排気部33とが設けられている。
外部からの空気は、図4に示されるように、ダクト4の各引出線ガイド部28間を通過して、モータユニット1の内部を流れる。そして、空気は、図4及び図5に示されるように、ダクト4に設けられた通気口31をインバータ3側からモータ2側に流れ、モータブラケット6における引出線収容部15を除く領域全体から放射状に外部に排出される。これにより、インバータ3が冷却される。
吸気部32は、ダクト4の各引出線ガイド部28間の空間である。従って、各引出線ガイド部28は、吸気部32に配置されている。排気部33は、モータブラケット6における引出線収容部15を除く領域全体である。従って、モータブラケット6の各締結部17は、排気部33に配置されている。
以上のように本実施形態にあっては、モータ本体5の回転軸9の回転によってファン11が回転すると、吸気部32から吸入された空気がモータユニット1内を流れて排気部33から排出されることで、インバータ3が冷却される。ここで、モータブラケット6においてインバータケース18と締結される締結部17は、排気部33に配置されている。このため、モータユニット1内を流れた空気が締結部17を通過するようになる。従って、空気により締結部17が冷却されるため、モータブラケット6からインバータケース18への伝熱量が低減される。これにより、インバータ3の冷却性能が向上する。
また、本実施形態では、締結部17は、モータ2の軸方向に垂直な断面において曲線形状をなしている。よって、空気が締結部17を通過する際の圧力損失が低減される。従って、締結部17が冷却されやすくなるため、モータブラケット6からインバータケース18への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータ3の冷却性能が更に向上する。
また、本実施形態では、ダクト4は、モータ引出線13が挿通される引出線ガイド部28を有し、引出線ガイド部28は、吸気部32に配置されている。よって、外部からの空気が引出線ガイド部28を通過するようになる。従って、引出線ガイド部28を挿通するモータ引出線13が空気により冷却されるため、モータ引出線13から半導体基板20への伝熱量が低減される。これにより、インバータ3の冷却性能が一層向上する。
また、本実施形態では、インバータ3は、引出線ガイド部28に対してモータ2の軸方向に垂直な方向に並んで配置されたヒートシンク26を有し、ヒートシンク26には、引出線ガイド部28及びヒートシンク26の配列方向に延在する放熱フィン26aが設けられている。よって、引出線ガイド部28を通過した空気は、ヒートシンク26の放熱フィン26aに沿って引出線ガイド部28及びヒートシンク26の配列方向に流れて排気部33に向かうようになる。従って、モータユニット1内を空気がスムーズに流れるため、インバータ3の冷却性能がより一層向上する。
また、本実施形態では、インバータケース18におけるヒートシンク26に対して引出線ガイド部28の反対側には、引出線ガイド部28の反対側からの空気の吸入を遮断する壁部27が設けられている。よって、外部からの空気の吸入方向が一方向となるため、引出線ガイド部28を通過する空気の量が増加する。従って、引出線ガイド部28を挿通するモータ引出線13が空気により十分に冷却されるため、モータ引出線13から半導体基板20への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータ3の冷却性能がより一層向上する。
また、本実施形態では、引出線ガイド部28は、モータ2の軸方向に垂直な断面において曲線形状をなしている。よって、空気が引出線ガイド部28を通過する際の圧力損失が低減される。従って、引出線ガイド部28を挿通するモータ引出線13が冷却されやすくなるため、モータ引出線13から半導体基板20への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータ3の冷却性能がより一層向上する。
また、本実施形態では、モータブラケット6の締結部17とインバータケース18との間に熱伝導性が低い樹脂製のダクト4の介在部30が存在するため、モータブラケット6からインバータケース18に熱が伝わりにくくなり、モータブラケット6からインバータケース18への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータ3の冷却性能がより一層向上する。
また、本実施形態では、ダクト4の通気口31がヒートシンク26の中心部よりも壁部27側にずれた位置に設けられているため、ヒートシンク26によって半導体基板20からの熱を効果的に放熱することができる。
図6は、本発明の一実施形態に係るモータユニットの変形例を示す拡大断面図であり、図5に対応する図である。図6において、ダクト4は、上記の実施形態における介在部30に代えて、介在部30Aを有している。
介在部30Aの熱伝導率は、ダクト4における介在部30A以外の部分の熱伝導率よりも低くなっている。介在部30Aは、樹脂のみで形成されている。ダクト4における介在部30A以外の部分は、例えば熱伝導性が高いフィラーが混合された樹脂で形成されている。樹脂としては、上記の実施形態と同様に、例えばポリアミド樹脂等が使用される。
本変形例によれば、モータブラケット6からインバータケース18に熱が更に伝わりにくくなるため、モータブラケット6からインバータケース18への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータ3の冷却性能がより一層向上する。
図7は、本発明の一実施形態に係るモータユニットの他の変形例を示す拡大断面図であり、図4に対応する図である。図7において、ダクト4は、上記の実施形態における引出線ガイド部28に代えて、引出線ガイド部28Aを有している。
引出線ガイド部28Aの熱伝導率は、ダクト4における引出線ガイド部28A以外の部分の熱伝導率よりも高くなっている。ダクト4における引出線ガイド部28A以外の部分は、樹脂のみで形成されている。引出線ガイド部28Aは、例えば熱伝導性が高いフィラーが混合された樹脂で形成されている。樹脂としては、上記の実施形態と同様に、例えばポリアミド樹脂等が使用される。
本変形例によれば、引出線ガイド部28を挿通するモータ引出線13が空気により十分に冷却されるため、モータ引出線13から半導体基板20への伝熱量が更に低減される。これにより、インバータ3の冷却性能がより一層向上する。
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、モータブラケット6の締結部17は、モータ2の軸方向に垂直な断面において曲線形状をなしているが、締結部17の形状としては、特にそれには限られず、例えば角柱状等であってもよい。また、引出線ガイド部28は、モータ2の軸方向に垂直な断面において曲線形状をなしているが、引出線ガイド部28の形状としては、特にそれには限られず、例えば角筒状等であってもよい。
また、上記実施形態では、ダクト4は、モータブラケット6の締結部17とインバータケース18との間に配置された介在部30を有しているが、特にその形態には限られず、締結部17とインバータケース18とが直接接触した状態で締結されていてもよい。
また、上記実施形態では、モータ2とインバータ3との間にダクト4が配置されているが、本発明は、そのようなダクトが無く、モータとインバータとがモータの軸方向に隣接して配置されたモータユニットにも適用可能である。
また、上記実施形態では、モータ2は、モータ本体5のステータコイル12から3本のモータ引出線13が引き出された三相交流モータであるが、モータ2としては、特に三相交流モータには限られず、ステータコイルからモータ引出線が引き出されていれば適用可能である。
1…モータユニット、2…モータ、3…インバータ、4…ダクト、5…モータ本体、6…モータブラケット、9…回転軸、11…ファン、13…モータ引出線、17…締結部、18…インバータケース、20…半導体基板(インバータ回路基板)、21…コンデンサ基板(インバータ回路基板)、22…制御基板(インバータ回路基板)、23…インバータ出力端子、26…ヒートシンク、26a…放熱フィン、27…壁部、28,28A…引出線ガイド部、30,30A…介在部、32…吸気部、33…排気部。
Claims (9)
- モータと、前記モータの回転軸に取り付けられたファンと、前記モータの前記ファン側に配置され、前記モータを制御するインバータとを備えたモータユニットにおいて、
前記ファンにより外部から空気が吸入される吸気部と、
前記ファンにより空気が外部に排出される排気部とを有し、
前記モータは、前記回転軸を有するモータ本体と、前記モータ本体から引き出されたモータ引出線と、前記モータ本体を収容するモータブラケットとを有し、
前記インバータは、インバータ回路基板と、前記インバータ回路基板と前記モータ引出線とを電気的に接続するインバータ出力端子と、前記インバータ回路基板及び前記インバータ出力端子を収容するインバータケースとを有し、
前記モータブラケットには、前記インバータケースと締結される締結部が設けられており、
前記締結部は、前記排気部に配置されていることを特徴とするモータユニット。 - 前記締結部は、前記モータの軸方向に垂直な断面において曲線形状をなしていることを特徴とする請求項1記載のモータユニット。
- 前記モータと前記インバータとの間には、ダクトが配置されており、
前記ダクトは、前記モータ引出線が挿通される引出線ガイド部を有し、
前記引出線ガイド部は、前記吸気部に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載のモータユニット。 - 前記インバータは、前記引出線ガイド部に対して前記モータの軸方向に垂直な方向に並んで配置されたヒートシンクを有し、
前記ヒートシンクには、前記引出線ガイド部及び前記ヒートシンクの配列方向に延在する放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項3記載のモータユニット。 - 前記インバータケースにおける前記ヒートシンクに対して前記引出線ガイド部の反対側には、前記引出線ガイド部の反対側からの空気の吸入を遮断する壁部が設けられていることを特徴とする請求項4記載のモータユニット。
- 前記引出線ガイド部は、前記モータの軸方向に垂直な断面において曲線形状をなしていることを特徴とする請求項3〜5の何れか一項記載のモータユニット。
- 前記ダクトは、樹脂製であると共に、前記締結部と前記インバータケースとの間に配置された介在部を有することを特徴とする請求項3〜6の何れか一項記載のモータユニット。
- 前記介在部の熱伝導率は、前記ダクトにおける前記介在部以外の部分の熱伝導率よりも低いことを特徴とする請求項7記載のモータユニット。
- 前記引出線ガイド部の熱伝導率は、前記ダクトにおける前記引出線ガイド部以外の部分の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項3〜7の何れか一項記載のモータユニット。
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2018
- 2018-01-23 JP JP2018008926A patent/JP2019129569A/ja active Pending
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