JP2021090233A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
複数相の巻線を備えた固定子と、
前記固定子の径方向内側に配置された回転子と、
前記回転子と一体回転する回転軸と、
前記固定子及び前記回転子を収容すると共に、前記回転軸を回転可能に支持するブラケットと、
前記巻線への通電をオンオフする電力用半導体素子を設けた複数のパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの放熱部材固定面に熱的に接続された放熱部材であるパワー部放熱部材と、
前記電力用半導体素子を制御する制御回路と、
前記パワーモジュールを前記ブラケットに固定するパワー固定部材と、を備え、
2つの前記パワーモジュールが、前記ブラケットよりも前記回転軸の軸方向の一方側において、前記放熱部材固定面を周方向に互いに対向させて配置され、前記放熱部材固定面は、径方向及び軸方向に延在し、前記2つのパワーモジュールの周方向間に、1つ以上の前記パワー部放熱部材が配置されると共に、冷媒が径方向に流れる流路である放熱部材流路が形成され、
前記パワー固定部材は、軸方向における前記2つのパワーモジュール及び前記1つ以上のパワー部放熱部材と前記ブラケットとの間に配置され、前記パワー固定部材と前記1つ以上のパワー部放熱部材との軸方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である固定部材流路が形成されているものである。
実施の形態1に係る回転電機100について図面を参照して説明する。図1は、回転電機100の斜視図である。図2は、回転電機100を、パワー部放熱部材110及び回転軸4の軸心Cを通る平面で切断した模式的な断面図である。図3は、1つのパワーモジュール160及びパワー部放熱部材110の斜視図である。図4は、1つのパワーモジュール160に設けられた電力用半導体素子の回路図であり、図5は、2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等をそれらの中心部の径方向Yに直交する面で切断した要部断面図である。
回転電機100は、回転電機本体部200を備えている。回転電機本体部200は、複数相の巻線を備えた固定子3と、固定子3の径方向内側Y1に配置された回転子6、回転子6と一体回転する回転軸4と、固定子3及び回転子6を収容すると共に、回転軸4を回転可能に支持するブラケットと、を備えている。
回転電機100は、回転電機本体部200に電力を供給する電力供給ユニット300を備えている。電力供給ユニット300は、回転電機本体部200のリヤ側Z2に配置され、回転電機本体部200に固定されている。電力供給ユニット300は、複数の電力用半導体素子を有し、直流電源と複数相の巻線との間で直流交流変換を行うインバータと、電力用半導体素子をオンオフ制御する制御回路170とを備えている。本実施の形態では、インバータは、電力用半導体素子を設けたパワーモジュール160により構成されている。また、電力供給ユニット300は、パワーモジュール160の放熱部材固定面16に固定されたパワー部放熱部材110を備えている。
パワー固定部材113は、パワーモジュール160をリヤ側ブラケット2に固定する固定部材である。パワー固定部材113には、電気的、熱的に絶縁性のある部材が用いられ、パワーモジュール160及びパワー部放熱部材110をリヤ側ブラケット2と電気的、熱的に絶縁し、固定することができる。例えば、パワー固定部材113には、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、リエーテルエーテルケトン(PEEK)等の樹脂材料が用いられる。
パワーモジュール160及びパワー部放熱部材110は、軸方向Zにおけるパワー固定部材113とケース102との間の空間に配置されている。パワーモジュール160の放熱部材固定面16は、径方向Y及び軸方向Zに延在している。パワー部放熱部材110の配置空間において径方向Yに冷媒が流れる。冷媒は、空気以外の媒体(例えば、冷却水)であってもよい。
本実施の形態では、図5に示すように、2つのパワーモジュール160a、160bが、放熱部材固定面16を周方向Xに互いに対向させて配置されている。周方向の第1側X1のパワーモジュール160aを、第1側のパワーモジュール160aと称し、周方向の第2側X2のパワーモジュール160bを、第2側のパワーモジュール160bと称す。
パワー固定部材113は、軸方向Zにおける2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110bと、リヤ側ブラケット2との間に配置されている。パワー固定部材113と2つのパワー部放熱部材110a、110bとの軸方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である固定部材流路182が形成されている。
図2に示すように、2つのパワー部放熱部材110a、110bのリヤ側Z2に配置されたケース102の部分が、回路素子105と熱的に接続された放熱部材である制御回路放熱部材106により形成されている。制御回路放熱部材106は、径方向Y及び周方向Xに延在した板状の部材とされている。制御回路放熱部材106は、軸方向Zに見て、2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110bの配置領域を包含する面積を有している。制御回路放熱部材106は、2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110bの径方向Y及び周方向Xの配置面積と同等の矩形板状に形成されている。
図1に示すように、放熱部材流路180、ケース流路181、及び固定部材流路182の径方向外側Y2のカバー101の部分には、カバー開口部101cが設けられている。よって、冷媒としての空気を流路180から182に集中的に流すことができ、冷却効率を高めることができる。カバー開口部101cの開口面積は、放熱部材流路180、ケース流路181、及び固定部材流路182の配置領域と同等の面積とされている。
次に、実施の形態2に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機100の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、ケース流路181、固定部材流路182の構成が実施の形態1と異なる。図6は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等をそれらの中心部の径方向Yに直交する面で切断した要部断面図である。
実施の形態1と同様に、パワー固定部材113と2つのパワー部放熱部材110a、110bとの軸方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である固定部材流路182が形成されている。
実施の形態1と同様に、ケース102と2つのパワー部放熱部材110a、110bとの軸方向間に、冷媒が径方向に流れる流路であるケース流路181が形成されている。
次に、実施の形態3に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機100の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、パワー固定部材113の構成が実施の形態1と異なる。図7は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等をそれらの中心部の径方向Yに直交する面で切断した要部断面図である。
実施の形態1と異なり、本実施の形態では、2つのパワー部放熱部材110a、110bのフロント側Z1に配置されたパワー固定部材113の部分が、放熱部材であるパワー固定放熱部材114により形成されている。パワー固定放熱部材114は、板状の部材とされ、径方向Y及び周方向Xに延在している。パワー固定放熱部材114は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属、セラミック、樹脂等の5W/m・K以上の熱伝導率を有する材料を用いて構成される。パワー固定放熱部材114は、パワー固定部材113のリヤ側Z2の面に固定されている。パワー固定部材113は、板状でなくてもよく、放熱性を向上させるために、リヤ側Z2に突出する複数の突起物が設けられてもよい。パワー固定放熱部材114を設けることにより、パワー固定部材113の冷却性能を向上させることができる。
次に、実施の形態4に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機100の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、コンデンサモジュール116の配置構成が実施の形態1と異なる。図8は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b、2つのパワー部放熱部材110a、110b、及び2つのコンデンサモジュール116a、116b等をそれらの中心部の径方向Yに直交する面で切断した要部断面図である。図9は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b、2つのパワー部放熱部材110a、110b、及びコンデンサモジュール116a、116b等を軸方向Zに直交する面で切断した要部断面図である。
次に、実施の形態5に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機100の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、ケース102及びパワー固定部材113の配置構成が実施の形態1と異なる。図10は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等をそれらの中心部の径方向Yに直交する面で切断した要部断面図である。図11は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等を軸方向Zに直交する面で切断した要部断面図である。
次に、実施の形態6に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機100の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、2つのパワー部放熱部材110a、110bの周方向Xの間隔が実施の形態1と異なる。図12は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等をそれらの中心部の径方向Yに直交する面で切断した要部断面図である。図13は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等を軸方向Zに直交する面で切断した要部断面図である。
次に、実施の形態7に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機100の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、2つのパワー部放熱部材110a、110bの周方向Xの間隔が実施の形態1と異なる。図14は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等をそれらの中心部の径方向Yに直交する面で切断した要部断面図である。図15は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等を軸方向Zに直交する面で切断した要部断面図である。
ケース102は、径方向Y及び周方向Xに延在する板状のケース本体部102aと、第1側のパワー部放熱部材110aと第2側のパワー部放熱部材110bとの周方向間において、ケース本体部102aからフロント側Z1に突出し、径方向Yに延在する板状の2つの内側ケース突出壁102f1、102f2を有している。2つの内側ケース突出壁102f1、102f2は、第1側のパワー部放熱部材110aと第2側のパワー部放熱部材110bとの周方向の間隔に置いて、互いに周方向Xに間隔を空けて配置されていると共に、径方向外側Y2に寄って配置されている。
パワー固定部材113は、径方向Y及び周方向Xに延在する板状の固定部材本体部113aと、第1側のパワー部放熱部材110aと第2側のパワー部放熱部材110bとの周方向間において、固定部材本体部113aからリヤ側Z2に突出し、径方向Yに延在する板状の2つの内側固定部材突出壁113f1、113f2を有している。2つの内側固定部材突出壁113f1、113f2は、第1側のパワー部放熱部材110aと第2側のパワー部放熱部材110bとの周方向の間隔に置いて、互いに周方向Xに間隔を空けて配置されていると共に、径方向外側Y2に寄って配置されている。
次に、実施の形態8に係る回転電機100について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機100の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、2つのパワー部放熱部材110a、110bの周方向Xの間隔が実施の形態1と異なる。図16は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等をそれらの中心部の径方向Yに直交する面で切断した要部断面図である。図17は、本実施の形態に係る2つのパワーモジュール160a、160b及び2つのパワー部放熱部材110a、110b等を軸方向Zに直交する面で切断した要部断面図である。
実施の形態7と同様に、ケース102は、径方向Y及び周方向Xに延在する板状のケース本体部102aと、第1側のパワー部放熱部材110aと第2側のパワー部放熱部材110bとの周方向間において、ケース本体部102aからフロント側Z1に突出し、径方向Yに延在する板状の2つの内側ケース突出壁102f1、102f2を有している。2つの内側ケース突出壁102f1、102f2は、第1側のパワー部放熱部材110aと第2側のパワー部放熱部材110bとの周方向の間隔に置いて、互いに周方向Xに間隔を空けて配置されていると共に、径方向外側Y2に寄って配置されている。
Claims (17)
- 複数相の巻線を備えた固定子と、
前記固定子の径方向内側に配置された回転子と、
前記回転子と一体回転する回転軸と、
前記固定子及び前記回転子を収容すると共に、前記回転軸を回転可能に支持するブラケットと、
前記巻線への通電をオンオフする電力用半導体素子を設けた複数のパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの放熱部材固定面に熱的に接続された放熱部材であるパワー部放熱部材と、
前記電力用半導体素子を制御する制御回路と、
前記パワーモジュールを前記ブラケットに固定するパワー固定部材と、を備え、
2つの前記パワーモジュールが、前記ブラケットよりも前記回転軸の軸方向の一方側において、前記放熱部材固定面を周方向に互いに対向させて配置され、前記放熱部材固定面は、径方向及び軸方向に延在し、前記2つのパワーモジュールの周方向間に、1つ以上の前記パワー部放熱部材が配置されると共に、冷媒が径方向に流れる流路である放熱部材流路が形成され、
前記パワー固定部材は、軸方向における前記2つのパワーモジュール及び前記1つ以上のパワー部放熱部材と前記ブラケットとの間に配置され、前記パワー固定部材と前記1つ以上のパワー部放熱部材との軸方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である固定部材流路が形成されている回転電機。 - 前記1つ以上のパワー部放熱部材は、前記2つのパワーモジュールの周方向間に配置された部分から、軸方向の他方側に突出して前記パワー固定部材に当接する共に、径方向に延在する板状の複数の他方側放熱部材突出壁を有し、
前記固定部材流路の周方向の一方側及び他方側が、前記他方側放熱部材突出壁により仕切られている請求項1に記載の回転電機。 - 前記パワー固定部材は、径方向及び周方向に延在する板状の固定部材本体部と、前記固定部材本体部から軸方向の一方側に突出して前記パワー部放熱部材に当接する共に、径方向に延在する板状の複数の固定部材突出壁を有し、
前記固定部材流路の周方向の一方側及び他方側が、前記固定部材突出壁により仕切られている請求項1に記載の回転電機。 - 前記制御回路の軸方向の他方側を覆うケースを備え、前記ケースは、前記ブラケットよりも軸方向の一方側に間隔を空けて配置されると共に、径方向及び周方向に延在し、
前記パワーモジュール、前記パワー固定部材、及び前記パワー部放熱部材は、軸方向における前記ケースと前記ブラケットとの間の空間に配置され、
前記回転軸は、前記ブラケットから前記ケースの前まで、軸方向の一方側に延出している請求項1から3のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記制御回路は、前記制御回路の軸方向の他方側を覆うケースを備え、前記ケースは、前記ブラケットよりも軸方向の一方側に間隔を空けて配置されると共に、前記回転軸の径方向及び周方向に延在し、
前記パワーモジュール、前記パワー固定部材、及び前記パワー部放熱部材は、軸方向における前記ケースと前記ブラケットとの間の空間に配置され、
前記ケースと前記1つ以上のパワー部放熱部材との軸方向間に、冷媒が径方向に流れる流路であるケース流路が形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記1つ以上のパワー部放熱部材は、前記2つのパワーモジュールの周方向間に配置された部分から、軸方向の一方側に突出して前記ケースに当接する共に、径方向に延在する板状の複数の一方側放熱部材突出壁を有し、
前記ケース流路の周方向の一方側及び他方側が、前記一方側放熱部材突出壁により仕切られている請求項5に記載の回転電機。 - 前記ケースは、径方向及び周方向に延在する板状のケース本体部と、前記ケース本体部から軸方向の他方側に突出して前記パワー部放熱部材に当接する共に、径方向に延在する板状の複数のケース突出壁を有し、
前記ケース流路の周方向の一方側及び他方側が、前記ケース突出壁により仕切られている請求項5に記載の回転電機。 - 前記ケースは、径方向及び周方向に延在する板状のケース本体部と、前記2つのパワーモジュールよりも周方向の一方側及び他方側において、前記ケース本体部から軸方向の他方側に突出し、径方向に延在する板状の2つの外側ケース突出壁を有し、
互いに対向する前記外側ケース突出壁と前記パワーモジュールとの周方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である外側ケース流路が形成されている請求項5から7のいずれか一項に記載の回転電機。 - 2つの前記パワーモジュールの一方側の前記放熱部材固定面に固定された一方側の前記パワー部放熱部材と、2つの前記パワーモジュールの他方側の前記放熱部材固定面に固定された他方側の前記パワー部放熱部材と、を備え、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材とは周方向に間隔を空けて配置され、
前記ケースは、径方向及び周方向に延在する板状のケース本体部と、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向間において、前記ケース本体部から軸方向の他方側に突出し、径方向に延在する板状の内側ケース突出壁を有し、
前記内側ケース突出壁と前記一方側のパワー部放熱部材との周方向間、及び前記内側ケース突出壁と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である内側ケース流路が形成されている請求項5から8のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記1つ以上のパワー部放熱部材の軸方向の一方側に配置された前記ケースの部分が、前記制御回路の回路素子に熱的に接続された放熱部材である制御回路放熱部材により形成されている請求項5から9のいずれか一項に記載の回転電機。
- 2つの前記パワーモジュールの一方側の前記放熱部材固定面に固定された一方側の前記パワー部放熱部材と、2つの前記パワーモジュールの他方側の前記放熱部材固定面に固定された他方側の前記パワー部放熱部材と、を備え、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材とは周方向に間隔を空けて配置され、
前記パワー固定部材は、径方向及び周方向に延在する板状の固定部材本体部と、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向間において、前記固定部材本体部から軸方向の一方側に突出し、径方向に延在する板状の内側固定部材突出壁を有し、
前記内側固定部材突出壁と前記一方側のパワー部放熱部材との周方向間に、及び前記内側固定部材突出壁と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である内側固定部材流路が形成されている請求項1から10のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記1つ以上のパワー部放熱部材の軸方向の他方側に配置された前記パワー固定部材の部分が、放熱部材であるパワー固定放熱部材により形成されている請求項1から11のいずれか一項に記載の回転電機。
- 前記パワーモジュールに接続される平滑コンデンサを設けた複数のコンデンサモジュールを備え、
2つの前記コンデンサモジュールが、それぞれ、前記2つのパワーモジュールの周方向の一方側及び他方側に間隔を空けて配置され、互いに対向する前記パワーモジュールと前記コンデンサモジュールとの周方向間に、冷媒が径方向に流れる流路であるコンデンサ流路が形成されている請求項1から12のいずれか一項に記載の回転電機。 - 2つの前記パワーモジュールの一方側の前記放熱部材固定面に固定された一方側の前記パワー部放熱部材と、2つの前記パワーモジュールの他方側の前記放熱部材固定面に固定された他方側の前記パワー部放熱部材と、を備え、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材とは周方向に間隔を空けて配置され、径方向外側の周方向の間隔は、径方向内側の周方向の間隔よりも広い請求項1から13のいずれか一項に記載の回転電機。
- 前記制御回路の軸方向の他方側を覆うケースを備え、前記ケースは、径方向及び周方向に延在する板状のケース本体部と、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向間において、前記ケース本体部から軸方向の他方側に突出し、径方向に延在する板状の2つの内側ケース突出壁を有し、
前記2つの内側ケース突出壁は、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向の間隔において、互いに周方向に間隔を空けて配置されていると共に、径方向外側に寄って配置され、
前記一方側のパワー部放熱部材と周方向の一方側の前記内側ケース突出壁との周方向間、周方向の一方側の前記内側ケース突出壁と周方向の他方側の前記内側ケース突出壁との周方向間、及び周方向の他方側の前記内側ケース突出壁と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である内側ケース流路が形成されている請求項14に記載の回転電機。 - 前記パワー固定部材は、径方向及び周方向に延在する板状の固定部材本体部と、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向間において、前記固定部材本体部から軸方向の他方側に突出し、径方向に延在する板状の2つの内側固定部材突出壁を有し、
前記2つの内側固定部材突出壁は、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向の間隔において、互いに周方向に間隔を空けて配置されていると共に、径方向外側に寄って配置され、
前記一方側のパワー部放熱部材と周方向の一方側の前記内側固定部材突出壁との周方向間、周方向の一方側の前記内側固定部材突出壁と周方向の他方側の前記内側固定部材突出壁との周方向間、及び周方向の他方側の前記内側固定部材突出壁と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向間に、冷媒が径方向に流れる流路である内側固定部材流路が形成されている請求項14又は15に記載の回転電機。 - 前記パワーモジュールに接続される平滑コンデンサを設けたコンデンサモジュールを備え、
前記コンデンサモジュールは、前記一方側のパワー部放熱部材と前記他方側のパワー部放熱部材との周方向の間隔において、径方向外側に寄って配置されている請求項14又は15に記載の回転電機。
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